东天山白鑫滩铜镍硫化物矿床铂族元素地球化学特征及意义

李平 赵同阳 米宝昕 韩琼

摘  要：白鑫滩铜镍硫化物矿床位于东天山镁铁-超镁铁质岩带西段，受大草滩深大断裂控制，岩体由辉长岩、橄榄辉石岩、辉石橄榄岩组成。白鑫滩岩体的铂族元素（PGE）含量相对较低，其中IPGE（Os、Ir、Ru）与PPGE（Ru、Pt、Pd）含量相近，PPGE略高于IPGE。岩石∑PGE含量3.82×10-9～5.36×10-9，平均4.53×10-9。岩石具相似的原始地幔标准化分布型式，PPGE和IPGE之间分异很弱。通过铂族元素源区示踪分析认为，形成白鑫滩岩体的母岩浆为MgO含量较高的PGE不亏损的拉斑玄武质岩浆，上升过程中遭地壳物质混染及橄榄石等矿物的分离结晶作用，引起该矿床硫饱和并发生硫化物熔离作用而成矿，深部岩浆通道仍具较好的找矿空间。

关键词：东天山;白鑫滩;铂族元素;地球化学;铜镍硫化物矿床

铂族元素（PGE）包括Ru，Rh，Pd，Os，Ir和Pt，具有强亲硫性和亲铁性。据元素组合，铂族元素可分为两个亚组：Ir亚组（IPGE：Os，Ir和Ru）和Pd亚组（PPGE：Rh，Pt和Pd）。Ir亚组和Pd亚组地球化学性质决定了它们在地幔部分熔融过程中的不同表现，其中Ir亚组倾向于保留在地幔橄榄岩残留相中，表现为相容元素地球化学特征，Pd亚组则倾向于优先进入熔体相中，表现为不相容元素地球化学特征。这些性质差异导致其在地质过程中具不同化学性质，极易发生分异，可为岩浆来源和源区性质、硫化物熔离及地壳物质同化混染等作用提供有力证据。目前被广泛用于镁铁-超镁铁质岩石的成因、岩浆演化及与相关成矿作用的示踪研究，已取得重要进展[1-3]。

白鑫滩铜镍硫化物矿床位于东天山鎂铁-超镁铁质岩带西段，受大草滩深大断裂控制（图1），由新疆地矿局第一区调大队于2012年在检查1∶25万区域化探异常时发现，目前控制矿床规模达中型[4]。前人对白鑫滩岩体开展了岩相学、锆石U-Pb测年、岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素示踪等研究，对该矿床地质特征、形成时代、构造背景和岩浆演化过程等进行了初步探讨[5-8]。本文通过分析白鑫滩岩体中PGE含量，利用铂族元素特殊地球化学性质，示踪岩体母岩浆性质，反演成岩成矿作用，以期为白鑫滩铜镍矿床母岩浆来源、源区性质、PGE亏损机制及成岩成矿作用提供新证据。

1  矿区地质

白鑫滩铜镍矿床位于大南湖-头苏泉泥盆纪岛弧内，毗邻大草滩大断裂。矿区出露地层为早—中奥陶世恰干布拉克组（图2-a），岩体直接围岩主要为英安岩，西段白鑫滩岩体侵位于二长花岗岩中（图2-b），热接带明显发育角岩。白鑫滩岩体平面上似葫芦状，长2 800 m，最宽760 m，平均600 m，出露面积1.5 km2。地表出露主要岩石类型为辉长岩，呈负地形，局部发育球状风化。岩石超基性端元向岩体SW向深部延伸，岩石类型较简单，主要包括橄榄辉长岩和辉石橄榄岩，主要赋矿岩性为辉石橄榄岩（图2-a）。各岩石岩相学特征如下：

辉长岩  岩石新鲜，为浅灰色，半自形粒状结构，块状构造，主要由斜长石和单斜辉石组成，其中斜长石含量60%，多呈半自形板状，具较弱的钠黝帘石化，单斜辉石含量约40%，主要呈短柱状，粒径大于斜长石，发育辉石式解理，具纤闪石化。辉长岩矿区分布范围最广，含矿性较差，赋含星点状矿石。

橄榄辉长岩  地表主要分布于白鑫滩岩体中部，南部与辉石橄榄岩接触，北侧与辉长岩接触，接触关系为相变接触。地表0线最宽，约400 m，向EW向两侧变窄，呈不规则透镜状。剖面上8线厚度最大，达140 m，深部向EW向逐渐变薄并尖灭。橄榄辉长岩主要由单斜辉石、斜方辉石和橄榄石组成，含少量斜长石及角闪石，半自形粒状结构，块状构造。橄榄石占5%～10%，多被辉石包裹，呈浑圆状、港湾状;辉石占60%～70%，呈自形-半自形短柱状，有单斜辉石和斜方辉石，局部为角闪石交代辉石;斜长石呈半自形-他形粒状充填于辉石颗粒之间。橄榄辉长岩主要赋存稀疏浸染状矿石。

辉石橄榄岩  地表主要分布于白鑫滩岩体西南部，剖面上7线厚度最大，达188 m，深部向东部厚度逐渐变小。主要由橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和少量角闪石及硫化物组成，呈半自形粒状结构、嵌晶结构、包橄结构，块状构造。橄榄石占50%～70%，蛇纹石化较强，表面裂纹发育，具堆晶结构和包橄结构;辉石占20%～40%，包裹橄榄石或呈他形粒状充填于橄榄石颗粒之间，具较强透闪石化，硫化物沿橄榄石颗粒边缘分布。辉石橄榄岩为主要赋矿岩相，主要赋存稠密浸染状、斑杂状矿石，地表圈出6条矿体，其中Ⅳ号矿体为矿区最大矿体。

2  矿床地质特征

白鑫滩铜镍矿床分为东、西两个矿带，其中西段Ⅳ号矿体和东段Ⅺ号矿体为主矿体，其它矿体规模较小（图2-a）。Ⅳ号矿体为矿区规模最大矿体，地表出露长约800 m。矿体产于橄榄辉长岩、辉石橄榄岩中。矿石类型包括星点状、稀疏浸染状和斑杂-团块状，其中斑杂-团块状矿体产于岩体底部，矿体形态总体呈似层状、板状（图2-b）。矿体厚1.16～29.9 m，Cu品位0.22%～0.9%，Ni品位0.15%～0.89%，矿体走向60°，倾向325°～330°，倾角30°～50°，向深部倾角变缓。Ⅺ号矿体地表出露长265 m，矿体产于橄榄辉长岩中，矿石类型为星点状和斑杂-团块状，其中斑杂-团块状矿体产于橄榄辉长岩岩相底部，矿体形态总体呈楔板状，视厚度17.6～21.6 m，Cu品位0.27%，Ni品位0.46%～0.76%，矿体走向80°，倾向350°，倾角30°～45°，向深部产状变缓。

矿石构造主要呈星散浸染状（金属硫化物5%～10%）、稀疏浸染状（金属硫化物10%～30%）、稠密浸染状（金属硫化物30%～50%）及致密块状构造。矿石矿物主要有磁铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、铬铁矿等，脉石矿物为橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、云母及次生蚀变矿物透闪石、纤闪石、滑石、绿泥石、蛇纹石等，见少量铬云母、方解石等。

3  铂族元素地球化学特征

铂族元素（PGE）测试工作在国家地质测试中心采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定完成，测定精度RSD小于等于6.5，测试标样为GDP-3和gdp-4，测试仪器为等离子质谱仪（PE300D），检测方法依据GB/T17418.7-2010。岩石样品的Cu，Ni和S含量测试均在澳实分析检测（广州）有限公司采用ICP-MS完成。白鑫滩铜镍硫化物矿床镁铁质岩石的PGE含量偏低（表1），Ir组（IPGE，包括OS、Ir、Ru）元素含量0.58×10-9～0.89×10-9明显低于Pd组（PPGE，包括Rh，Pt，Pd）元素含量3.12×10-9～4.58×10-9。∑PGE含量3.82×10-9～5.36×10-9，平均4.53×10-9，相对于原始地幔∑PGE=23.5×10-9亏损。与东天山典型铜镍硫化物矿床相比，略高于黄山东矿床岩石中PGE含量0.67×10-9～2.42×10-9，平均2×10-9 [9]，低于葫芦矿床岩石中PGE含量1.98×10-9～26.62×10-9，平均7.9×10-9 [10]，略高于土墩矿床岩石中PGE含量1.91×10-9～2.57×10-9 [11]。白鑫滩橄榄辉长岩PGE平均含量3.72×10-9;辉石橄榄岩PGE平均含量3.85×10-9。在原始地幔标准化PGE及Cu，Ni分布模式图上（图3）[9-13]，所有样品具相似的左斜分布型式，呈Os-Ir右倾、Ir-Pt左倾、Pt-Pd平缓，Pt，Pd较Os，Ir，Ru和Rh富集，这与东天山地区典型铜镍矿的超镁铁岩铂族元素的分布型式一致（如黄山东、黃山南、土墩、葫芦铜镍矿）[9-13]。

4  讨论

4.1  源区性质

岩石圈地幔部分熔融作用形成的岩浆，Ni/Cu比值小于地幔值，而Pd/Ir比值高于地幔值[2]。硫化物-硅酸盐岩浆体系中，硫化物熔体不混溶作用对残余岩浆的Ni/Cu比值和Pd/Ir比值影响不大，因此，可用Ni/Cu和Pd/Ir比值进行投图，指示铜镍矿床母岩浆性质[3]。Pt/（Pt+Pd）比值也可用于推测母岩浆性质，玄武质岩浆值为0.28～0.72，科马提质岩浆值为0.36～0.38[14]。白鑫滩铜镍矿床岩石Ni/Cu和Pd/Ir比值均落在高镁玄武质岩浆范围内（图4-a）[15]，Pt/（Pt+Pd）比值为0.44～0.66，表现出玄武质岩浆特点。由此可见，白鑫滩铜镍矿床的母岩浆性质为高镁玄武质岩浆。

前人对白鑫滩岩体开展了同位素源区示踪研究，王亚磊等获得白鑫滩岩体的εNd（t）值介于+4.51～+5.92（t=278 Ma）[6];冯延清等得出白鑫滩杂岩体的εNd（t）值介于+6.01～+7.38（t=286 Ma）， εHf（t）值介于+11.62～+16（t=286 Ma）[7];赵冰冰等得出白鑫滩杂岩体的εNd（t）值介于+2.84～+5.05（t=287 Ma）[8]，表明其均具亏损地幔源区特征。Cu/Pd-Pd图解中，白鑫滩铜镍矿床岩石样品投点均落入亏损地幔区（图4-b）[15]。说明白鑫滩岩体岩浆源区为亏损地幔。

4.2  PGE亏损及硫化物熔离作用

一般来说，镁铁-超镁铁岩中PGE含量除受地幔源区成分及部分熔融程度控制外，在岩浆演化过程中主要受岩浆分离结晶、硫化物熔离及后期岩浆热液作用影响[16-18]。通常热液硫化物矿床具极低的Ir含量和高的Pd/Ir比值，岩浆硫化物矿床则具相对高的Ir含量和低的Pd/Ir值。受热液交代作用影响的岩体Pd/Ir比值一般大于100[19-20]，是由于Pd和Ir元素在蚀变过程中发生分馏所致[16]。白鑫滩岩体Pd/Ir比值为4.49～11.82（小于100），表明该矿床无后期热液作用改造或热液作用强度不足以改变岩石的PGE组成，故PGE亏损与热液作用无关。王亚磊等利用橄榄石及相应样品的主量元素组成估算母岩浆成分，获得白鑫滩矿床母岩浆MgO的含量为9.30%，表明原始岩浆发生了一定程度的分离结晶作用[6]。PGE具极高的硫化物熔体与硅酸盐熔体的分配系数（104～105）[21]，Cu与Ni，Ti在硫化物熔体与硅酸盐熔体的分配系数较PGE小得多。岩浆演化过程中岩浆体系硫饱和，将会发生硫化物熔离作用，使岩浆中PGE与Cu，Ni，Ti发生分异而亏损。因此，发生了硫化物熔离作用的岩浆及产物中Cu/Pd、Ti/Pd等的比值应大于相应的原始地幔值。白鑫滩岩体中Cu/Pd （43.47×103～233.08×103）及Ti/Pd（844.56×103～1731.09×103）远远大于相应的原始地幔值Cu/Pd=6.5×103[20]，Ti/Pd=300×103 [22]，表明白鑫滩岩体发生过深部硫化物熔离作用，深部岩浆通道仍具较好的找矿空间。

4.3  地壳同化混染作用

引发岩浆中硫饱和的机制主要包括地壳混染、岩浆的结晶分异及地壳的硫加入[23-24]。对同一岩浆硫化物矿床来说，这种机制可是单一的，也可能是多种的[23]。王亚磊等通过Sr-Nd同位素示踪，认为原生岩浆上升过程中经历了约5%～20%的地壳物质同化混染，并认为橄榄石等矿物的分离结晶作用和地壳物质同化混染作用共同促进了白鑫滩岩体岩浆中硫化物的熔离[6]。冯延清等通过Sr-Nd同位素模示踪，认为白鑫滩岩体经5%～15%地壳物质同化混染[7]。铂族元素的Ir/Pd-Pt/Pd图解也可用于判别岩浆演化过程中是否遭受地壳物质的同化混染作用[15]。白鑫滩岩石样品均落在地幔线和地壳线之间（图5）[15]，说明白鑫滩岩体遭受了地壳物质同化混染作用。由此可见，白鑫滩矿床的形成过程中具较明显的地壳混染作用和分离结晶作用，与东天山地区黄山东、黄山南、葫芦等典型铜镍矿具相同成矿机制[9-13，25]，这可能是造成硫化物熔离和成矿的主要原因。

5  结论

（1） 白鑫滩矿床镁铁质岩石的PGE总量偏低，具相似的PGE原始地幔标准化分布模式，Pd组和Ir组之间分异较弱。

（2） 白鑫滩矿床的源区为亏损地幔，原生岩浆为MgO含量较高的PGE不亏损的玄武质岩浆，经深部硫化物熔离作用后，演化为高MgO且PGE亏损的成矿母岩浆。

（3） PGE亏损的高镁玄武质母岩浆经历地壳物质混染作用和造岩矿物的分离结晶作用后，引发该矿床母岩浆硫饱和并发生硫化物熔离作用而成矿，这可能是造成硫化物熔离和成矿的主要原因。

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Platinum-group Elements Geochemistry and Its Significances of Baixintan Cu-Ni Sulfide Deposit in Eastern Tianshan，NW China

Li Ping1， Zhao Tongyang1， Mi Baoxin2， Han Qiong1

（1. Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China;2.Geological Society of Xinjiang，

Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： The Baixintan copper-nickel sulphide deposit is located in the western segment of the East Tianshan mafic-ultramafic zone. It is controlled by the deep and large faults of the Dacaotan， and composed of gabbro，olivine pyroxenite and pyroxene peridotite.The content of platinum group elements（PGE） in mafic rocks of the Baixintan copper-nickel sulfide deposit is very low. The IPGE （Os，Ir，Ru） and PPGE （Ru，Pt，Pd） content are similar，and the PPGE is slightly higher than IPGE.The ∑PGE content is 3.82×10-9 to 5.36×10-9，with average value of 4.53×10-9. In the original mantle standardization diagram，the rocks have a similar distribution pattern，and the difference between PPGE and IPGE is very weak.The characteristics of the platinum group elements show that the original magma forming the Baixintan rocks is high MgO content with PGE non-depleted basaltic magma.In the process of ascending，it is affected by the mixing of crustal materials and the separation and crystallization of minerals such as olivine，causing the sulfur saturation of the deposit and the occurrence of sulfide leaching to form ore.The deep magma channel still has a good prospecting space.

Key words： Platinum-group elements;Geochemistry;Cu-Ni Sulfide Deposit;Baixintan;Eastern Tianshan