新疆若羌县北山地区坡北一号岩体铜镍矿成矿作用探讨

师霄杰

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队 哈密 839000）

1 矿区地质

北山裂谷位于准噶尔洋壳板块和塔里木陆壳板块缝合部位附近，靠近塔里木板块一侧。北山裂谷是发育在塔里木陆壳板块内部的一个构造活动带，为强烈凹陷地槽型沉积建造特征；晚古生代早期（泥盆纪）下部为碎屑岩夹有灰岩，中上部位为中基性、中酸性火山岩建造；晚古生代中期（石炭纪）下部以碎屑岩建造为主夹有火山岩建造，中上部位为中基性、中酸性火山岩建造；而二叠纪出现有陆相和海相中酸性、基性火山岩、复理石和磨拉石建造。

1.1 地层

根据1∶5万区域地质调查成果，区内地层区划分属：元古代为北山地层分区；古生代为红柳园地层分区。区内出露地层由下而上包括下元古界北山群、中元古界长城系古硐井群和古生界石炭系下统红柳园组、上统石板山组以及第四系全新统洪积层。

1.1.1 古元古界北山群（Pt1B）

北山群出露于中南部小长山南部一带，北山群划分四个岩组：

⑴第一岩组（Pt1B1）：为区内最老的地层，出露于小长山北约1千米之处，其岩性主要为一套浅绿灰黑色细粒斜长角闪片岩。

⑵第二岩组（Pt1B2）：为北山群中分布最为广泛的岩组，出露于小长山东北一带。岩性组合主要为一套斜长片麻岩。下部为深灰色条带状—片麻状角闪斜长片麻岩；上部为绿灰色黑云斜长片麻岩夹二长片麻岩等。

⑶第三岩组（Pt1B3）：出露于小长山东北部。其岩性主要为一套黑云石英片岩夹黑云长石石英岩、黑云石英岩透镜状局部夹磁铁石英岩，上部可见薄层含石榴石石英片岩。

⑷第四岩组（Pt1B4）：出露于小长山以北地区，为北山群最上部的岩组。其岩性主要为浅灰色石英岩、云母片岩夹云母石英片岩、含铁石英岩。

1.1.2 中元古界长城系古硐井群（Pt2CcG）

古硐井群广泛出露于中北部地区，由于受中元古代—华力西期多次岩浆活动侵蚀，分布较为紊乱。主要为紫灰色细粒黑云片岩、夹大理岩、石榴子石矽卡岩组成。

1.1.3 古生界石炭系

主要为下石炭统红柳园组（C1h）及上石炭统石板山组（C2s）：主要分布于坡北一带及以南地区。下部为砾岩、砂砾岩、杂砂岩，上部为灰岩与钙质砂岩、页岩的不均匀互层，不整合于中上元古界之上。裂谷内部夹玄武岩、石英角斑岩、流纹岩、英安岩、安山岩及凝灰岩。为偏双峰式分异的火山—陆源碎屑岩建造及少量变玄武岩。

1.1.4 第四系全新统洪积层（Qhpl）

第四系全新统洪积物普遍发育，广泛分布于河谷及洼地之中，由松散的砾石、碎石、砂及粘土等组成。

1.2 构造

北山地区由于受长期构造运动的影响，褶皱、断裂和韧性剪切带等构造较发育，区域构造线方向呈北东向。华力西中晚期构造运动是区内最强烈也是最重要的构造运动，对区内构造格架及矿产的形成均有着重要的影响。

1.3 岩浆岩

坡北基性-超基性杂岩带长70 千米，宽0.5-9.7千米。岩带位于中坡山隆起区，呈带状展布，岩带走向严格受白地洼-淤泥河深断裂的控制，平面上呈相互联通的岩盆状，长轴方向与白地洼断裂带方向一致，岩体北部被断裂切割。围岩主体为长城系古硐井群，还有少量的石炭纪地层和元古代的片麻状花岗岩。在岩体附近出露的长城系古硐井群古老变质岩，变质级达高绿片岩相至低角闪岩相。石炭纪地层仅在局部以残留顶盖形式存在，原岩为生物碎屑灰岩，含大量海百合茎。由于热接触变质作用，已变为粗粒大理岩。鉴于坡北基性-超基性杂岩体中许多地方可以看到残留顶盖和顶垂体，所以岩体总体上处于刚刚剥露的状况，很少剥蚀。

2 矿体赋存特征

根据探矿工程所获地质成果，以边界品位镍0.20%计算，共圈定镍矿体27个，均为隐伏矿体。30线以西镍矿体主要赋存于超基性岩体西、南部及深部第二阶段侵入辉橄岩相的底部，局部呈悬浮状产出，23-26线为矿体膨大部位；30线以东矿体较深多位于埋深880米以下第三阶段侵入的纯橄岩、橄辉岩的中部，其中38线为矿体膨大部位；贯入式矿体分布于第四阶段的苏长岩中。矿层中蛇纹石化、绿泥石化十分发育，可见有较多绢云母、纤闪石、角闪石等含水矿物填隙于橄榄石之间，蚀变程度由西向东有所增强，金属矿物同含水矿物具有交代现象。矿石一般较完整，质地坚硬，解理、裂隙不发育。

3 成矿作用探讨

3.1 同化混染作用

坡一矿区的硫化物均具有正的Δ33S，分布在0.004%到0.221%之间，且纯橄岩全岩的δ34S 高达6.2‰，说明坡一超基性岩体混染了少量的太古代地层中的S，未混染含有硫酸盐的地层（混染硫酸盐会有负的Δ33S），这与Norilsk 混染了硬石膏层的境遇有很大差别。此外可以看出辉橄岩中的镍黄铁矿的δ34S、Δ33S要高于磁黄铁矿的δ34S、Δ33S，辉石岩中黄铜矿的δ34S 也高于磁黄铁矿的δ34S，而黄铜矿、镍黄铁矿形成时晚于磁黄铁矿的，相对晚的硫化物有高的δ34S。在岩浆演化过程中，高温条件下硫同位素在不同硫化物之间的分异很低，即使发生分异34S 在硫化物中的富集顺序是FeS1-x（磁黄铁矿）＞CuFeS2（黄铜矿），黄铜矿相对于磁黄铁矿应该有更高的δ34S，引起34S 增高的因素有两种：（1）还原条件下H2S 的逸出将导致岩浆中的残余硫富集34S，同时伴随硫含量的降低；（2）海水硫的加入是火山岩富集34S 的另一个原因，海水硫酸盐的δ34S=10‰-30‰，不可避免地会进入火山体系中去，引起火山的δ34S 的增高，但同时伴有硫含量的增加。不溶于水的还原性硫有正的Δ33S，这一类硫赋存在太古代沉积物中浸染状的硫化物中；而溶于水的氧化性硫（如硫酸盐）有负的Δ33S，这一类硫多与volcanic-hosted hydrothermal massive sulfide（VMS）矿床有关（Fioren⁃tini et al.，2012）。如果34S 增高的因素是第二种原因，则Δ33S 会表现为负值，而辉橄岩（辉闪橄榄岩）和辉石岩有正的Δ33S，所以可以排除第二种原因，而是第一种原因，故说明在坡一的岩浆体系中存在着H2S 还原气体，这与稀土原始地幔配分曲线中Eu 为正异常所指示的成矿过程中的还原事件是一致，很可能这种还原性的流体带来的硫对成矿起到了重要作用，同时我们认为确定太古代地层中的硫和还原性流体中的硫在坡北成矿中起到重要的作用。

3.2 分离结晶作用

坡一岩体分异较好，层状结构发育，相带清楚，表明分离结晶作用在岩浆演化过程中起了十分重要的作用。正堆晶结构和包橄结构是岩石中最普遍的结构类型。岩相学特征显示，在超基性岩石中，矿物结晶顺序为橄榄石-斜方辉石-单斜辉石-斜长石。在基性岩石中，单斜辉石和斜长石的结晶顺序可以相互颠倒。这与岩石地球化学特征是基本一致的。MgO 与Ni、Co、V 具良好的正相关性，也表明成岩过程中主要存在橄榄石、辉石的分离结晶/堆晶作用。

3.3 深部硫化物熔离及其控制因素

坡一、坡十岩体中硫化物矿石的Cu/Pd 值为4367-294080，平均为149224，远远高于原始岩浆的Cu/Pd 值，说明形成坡一、坡十镍矿石的母岩浆在早期阶段经历了硫化物的熔离。

坡一岩体初始岩浆遭受地壳物质的同化混染，使得岩浆氧逸度增大，岩浆温度和FeO活度降低，有利于分离结晶作用和硫化物熔离作用；同时，分离结晶作用释放的潜热促使地壳混染作用继续进行，二者相互作用、相互影响，相辅相成，耦合的结果促使岩浆分离结晶作用加强，最终使得硫化物过饱和发生熔离作用。因此，橄榄石、辉石等矿物的分离结晶是坡一硫化物熔离的主要控制因素，地壳物质仅起了辅助作用。