东昆仑原、古特提斯构造转换与岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿作用

李文渊,张照伟,王亚磊,4,张江伟,尤敏鑫,4,张志炳，南卡俄吾

(1.自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，陕西 西安 710054;2.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054;3.中国-上海合作组织地学合作研究中心，陕西 西安 710054;4.中国地质科学院研究生院，北京 100037;5.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083;6.长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

随着秦岭、祁连、昆仑等造山带中大量早古生代、晚古生代蛇绿岩和志留纪末、中三叠世高压—超高压变质带的深入研究，新特提斯之前存在原特提斯和古特提斯两期古老特提斯构造演化阶段的认识已逐渐成为共识，但原特提斯和古特提斯构造演化是一个新老交替的关系，还是时间上延续不一，或存在并存阶段，目前是学术界非常关注的问题。同时，对于东昆仑夏日哈木超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床(简称“夏日哈木矿床”)的发现和研究，前人提出了该矿床形成于原特提斯岛弧和碰撞后伸展环境，以及古特提斯裂谷背景等不同认识，引起了广泛关注。因此，原特提斯和古特提斯构造演化与夏日哈木矿床关系的研究，既是重要的科学问题，也对进一步指导找矿部署具有重要的现实意义。本文试图通过东昆仑及邻区造山带中以夏日哈木矿床为代表的志留纪末—早泥盆世与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿环境与成矿作用的研究，建立与东昆仑造山带所在的特提斯构造域中原特提斯和古特提斯构造演化的时空成生关系，从矿床学研究视角结合反映当时构造环境的新发现和新进展，重塑原特提斯与古特提斯构造转换条件下岩浆铜镍钴硫化物矿床幔源岩浆源区和热地球动力学条件，并揭示以东昆仑夏日哈木矿床为代表的岩浆铜镍钴硫化物成矿事件及其规律，探索古特提斯构造开启的成矿作用。

1 原、古特提斯洋关系及古特提斯洋裂解的时限

1.1 原特提斯洋与古特提斯洋构造演化关系

缝合带是地质历史上消失洋盆的残余洋壳，是判定造山带中洋陆转化的重要标志。青藏高原及东北周缘秦岭、祁连和昆仑的长期研究，已经判别出3条重要的早古生代原特提斯蛇绿岩缝合带：①北祁连—宽坪缝合带；②柴达木盆地北缘(柴北缘)—商丹缝合带；③库地—中昆仑缝合带(图1)。它们代表了罗迪尼亚(Rodinia)超大陆裂解形成的南华纪—早古生代原特提斯洋，南面块体不断向北移动，与塔里木—华北之间的原特提斯洋在志留纪(440～420 Ma)关闭，发生影响广泛的“原特提斯造山作用”，泥盆纪发育了大量的磨拉石建造。

原特提斯洋的闭合是自北而南的，北祁连洋于420 Ma左右关闭，南祁连洋则稍早于435 Ma之前关闭，宽坪洋的俯冲极向还有争议，蛇绿混杂岩的时代为490～440 Ma，因此，闭合时代应该与南、北祁连洋相近。南、北祁连洋闭合后，发育广泛分布的、以老君山组命名的泥盆纪磨拉石建造(老君山砾岩)，这是北祁连—宽坪缝合带的特点。

原特提斯蛇绿岩缝合带：①北祁连—宽坪缝合带；②柴北缘—商丹缝合带；③库地—中昆仑缝合带。古特提斯蛇绿岩缝合带：④康西瓦—阿尼玛卿—勉略缝合带；⑤西金乌兰—金沙江—甘孜—理塘—哀牢山缝合带；⑥龙木错—双湖—昌宁—孟连缝合带。新特提斯缝合带：⑦班公湖—怒江—腾冲缝合带；⑧雅鲁藏布—印缅缝合带。缝合带位置引自文献[3],有所修改图1 特提斯缝合带构造分布示意图Fig.1 Schematic Map of Structural Distribution of Tethys Suture Zone

柴北缘—商丹缝合带中，鱼卡—锡铁山—都兰榴辉岩(440～423 Ma)代表了大陆深俯冲的超高压变质作用，也反映了柴北缘洋的消失。例如，东秦岭的商丹洋，以关子镇蛇绿岩为代表，以前被认定为蛇绿岩组成的松树沟杂岩现已被认定为造山带中的橄榄岩，依据北秦岭早古生代花岗岩的时代，认定其于420 Ma左右关闭，形成了泥盆纪刘岭群磨拉石建造。

而库地—中昆仑缝合带中，西昆仑南、北昆仑地体之间著名的库地蛇绿岩(526～494 Ma)反映了原特提斯洋的遗迹，依据北昆仑地体南部发育的440 Ma俯冲型花岗岩和410 Ma碰撞型花岗岩，认定库地洋于440～410 Ma闭合。库地洋向东至东昆仑与中昆仑洋(昆中缝合带)相连，昆中缝合带北侧是昆北地体，夏日哈木矿床即产于其中，为柴达木地块南缘，西南缘即为祁漫塔格构造带，金水口岩群为其变质基底。南侧昆南地体以大规模的岩浆弧为特征，变质基底为苦海岩群。昆中蛇绿岩以西段的纳赤台群蛇绿混杂岩和东段的清水泉蛇绿岩为代表，吴福元等总结该洋盆于580～520 Ma打开，510～450 Ma俯冲，440 Ma左右关闭。由于昆北地体金水口岩群和昆南地体苦海岩群具有相同的碎屑锆石年龄，昆中洋并不被认为是非常重要的洋，所以这个小洋盆的俯冲消减会造成夏日哈木矿床可能存在能量交换上的不对称。

上述论述是3条原特提斯缝合带在秦祁昆(秦岭—祁连—昆仑)中央造山带的分布及目前的认识，再向西(特别是境外)的分布情况并不十分清楚。晚古生代则判定出古特提斯蛇绿岩缝合带3条：④康西瓦—阿尼玛卿—勉略缝合带；⑤西金乌兰—金沙江—甘孜—理塘—哀牢山缝合带；⑥龙木错—双湖—昌宁—孟连缝合带(图1)。它们代表了南华纪—早古生代原特提斯洋闭合后，冈瓦纳超大陆裂解形成的晚古生代大洋，然后又自北而南于三叠纪关闭。其或者不是新裂解的洋，而是西面非洲和欧洲之间的瑞克(Rheic)洋闭合后的残留洋，在原特提斯洋闭合前就已存在。由此可见，古特提斯洋是裂解新打开的洋还是与原特提斯洋并存继续演化的洋，目前研究并没有明确的结论，但普遍都承认早古生代和晚古生代两套蛇绿岩的存在，以及原特提斯洋闭合后存在广泛的“原特提斯造山作用”，且广泛发育泥盆纪磨拉石建造。因此，既是有所谓古特提斯残留洋存在，也并不妨碍古特提斯新的大洋裂解形成。对于与夏日哈木矿床相关的研究，本文重点考察与之有关的康西瓦—阿尼玛卿—勉略缝合带，西金乌兰—金沙江—甘孜—理塘—哀牢山缝合带和龙木错—双湖—昌宁—孟连缝合带，目前还未见相关岩浆铜镍钴硫化物矿床的报道，故仅作简单介绍。

康西瓦—阿尼玛卿缝合带在西昆仑表现为南昆仑地体与巴颜喀拉(甜水海)地体之间的康西瓦缝合带，南昆仑与北昆仑地体之间是原特提斯的库地缝合带。由于南昆仑地体组成复杂，原特提斯和古特提斯构造形迹交织，认识上存在诸多争议。康西瓦缝合带向东与东昆仑阿尼玛卿缝合带相连，也表现为昆南地体南缘的缝合带，昆南和昆北地体之间的昆中缝合带以早古生代清水泉蛇绿岩为代表，属于原特提斯缝合带，于440 Ma左右关闭。但昆南地体的阿尼玛卿古特提斯洋缝合带中出露的一系列蛇绿岩也表现为早古生代和晚古生代两期，与昆南地体发育的510～400 Ma和240～210 Ma花岗岩相对应，并有泥盆纪和三叠纪两期磨拉石建造，反映了原特提斯洋和古特提斯洋的两期俯冲和碰撞造山事件。特别值得提及的是，A型花岗岩的时代为400 Ma，少部分为370 Ma，被认为是原特提斯库地洋向南俯冲碰撞造山后的产物。其实，可以有另外一种思考，可否是古特提斯康西瓦洋开裂裂谷的产物，颇值得研究。向东至东昆仑一带，历来被认为以晚古生代古特提斯洋演化为主，除了前面介绍的与西昆仑库地缝合带相连的昆中原特提斯缝合带外，就以布青山混杂岩为代表的西大滩—阿尼玛卿古特提斯缝合带最为著名，洋盆于250～240 Ma关闭。这个洋盆显然并不是与原特提斯洋并存的洋，而是昆中洋闭合后再次拉开的产物。因为金水口岩群中已经发现多处高压—超高压变质榴辉岩，变质年龄主要为430～410 Ma。事实上，夏日哈木矿区除了含矿的镁铁—超镁铁岩外，还有残留的蛇绿岩和榴辉岩。康西瓦—阿尼玛卿缝合带向东认为与南秦岭和扬子克拉通之间的勉略缝合带相连。不过勉略缝合带至今没有古生代蛇绿岩发现，而且二者之间的关系由于大面积三叠系覆盖并未有充足研究。或许康西瓦—阿尼玛卿缝合带向东南方向延伸，与甘孜—理塘缝合带相接，构成了一个自西北向东南的康西瓦—阿尼玛卿—甘孜—理塘缝合带，从而造就了条形分布的巴颜喀拉—松潘—甘孜造山带。但问题是已有的构造单元研究认定甘孜—理塘缝合带归属于西金乌兰—金沙江缝合带，而与康西瓦—阿尼玛卿缝合带无关。

西金乌兰—金沙江缝合带位于羌塘地块北缘，向南与哀牢山缝合带相连，再向南进入越南境内的松马缝合带，然后向东南经过中国海南岛南部二叠纪蛇绿岩，转向太平洋体系(图1)。目前多认为其在二叠纪末期闭合，但俯冲极向存在争论。发现的蛇绿岩主要形成于泥盆纪—石炭纪，少数形成于二叠纪。西金乌兰—金沙江—哀牢山缝合带之北，存在前面提到的甘孜—理塘缝合带，两者之间是义敦岛弧，且蛇绿岩主要限定在二叠纪—早三叠世，因此其形成演化存在诸多疑问。西金乌兰—金沙江—甘孜—理塘—哀牢山缝合带之北的巴颜喀拉—松潘—甘孜地体主体为三叠纪复理石覆盖，东部松潘—甘孜地体与扬子克拉通相近，而西部巴颜喀拉与冈瓦纳大陆具有相似的特征。因此，甘孜—理塘缝合带归属于西金乌兰—金沙江缝合带，还是独立的一个洋盆或者与康西瓦—阿尼玛卿缝合带相连，颇值得构造学家研究。

中国地质调查局青藏专项1∶250 000区调发现，龙木措—双湖缝合带地处羌塘地块中间。其中的蓝片岩、榴辉岩定年表明其变质年龄集中于240～220 Ma，但麻粒岩为427～422 Ma，可见既有早古生代末原特提斯的变质产物，也有早中生代古特提斯构造闭合的遗迹。该缝合带被认为是南、北羌塘地块的分割，是北方劳亚大陆和南方冈瓦纳大陆的重要界限，但吴福元等则认为南、北羌塘地块均属于冈瓦纳大陆，北羌塘地块大约330 Ma从冈瓦纳大陆裂解，又于晚三叠世闭合。龙木措—双湖缝合带向东延伸至云南昌宁—孟连缝合带，再向南进入缅甸东部、泰国和马来西亚境内，可能延伸至印度尼西亚的清迈—本洞—劳勿缝合带，因此将其古特提斯缝合带总称为龙木错—双湖—昌宁—孟连缝合带(图1)。

1.2 古特提斯开始裂解的时限及其主要证据

通常认为古特提斯是整个东昆仑特提斯的主体，但古特提斯洋何时形成，并不十分清楚。已有的特提斯演化研究认为古特提斯洋似乎是与原特提斯洋并存的。当早奥陶世原特提斯洋发育时，秦祁昆蛇绿岩代表的原特提斯洋与劳伦(Laurentia)和波罗地(Baltica)、冈瓦纳之间的安皮达斯洋(Iapetus)是同时代的，这是传统意义上的原特提斯洋。但其南部还有一个波罗地、爱维劳尼亚(Avalonia)和冈瓦纳之间的瑞克洋。瑞克洋向东与亚洲的古特提斯洋相连，在早古生代是很狭窄的。瑞克洋所在的华里西造山带研究表明，残存两个时代的蛇绿岩是明确的：一个是集中于早古生代500～470 Ma的蛇绿岩，代表了瑞克洋初始裂解-扩张的产物，是原特提斯洋同期的产物；另一个是晚古生代420～370 Ma和340～320 Ma的蛇绿岩，与前者之间被410 Ma的高压、低温变质作用所分割，因此有学者认为它是瑞克洋闭合后重新裂解-扩张的产物，但也有学者认为是瑞克洋向南俯冲产生的弧后扩张洋，即古特提斯洋。综上所述，目前存在早古生代原特提斯洋的瑞克洋闭合后，又重新裂解形成晚古生代古特提斯洋前、后两个旋回和并存的两种认识。由此可见，古特提斯洋究竟何时形成及其与原特提斯的成生联系，是一个悬而未决的问题。

中国境内东昆仑造山带康西瓦—阿尼玛卿缝合带在昆南地体也表现为早古生代和晚古生代两个时代蛇绿岩的出露。两套不同时代的蛇绿岩在同一缝合带内出现，应该代表了两个独立演化的大洋。因为两个大洋之间存在高压变质事件的造山作用。例如，夏日哈木矿区大比例尺精细填图发现，仅Ⅰ号岩体是含镍钴岩体，主要由橄榄岩、辉石岩和辉长岩组成，其余Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号岩体主要为蛇绿岩残块和榴辉岩，其锆石U-Pb年龄分别为439、408 Ma。榴辉岩经历了两期变质作用，第一期(436 Ma)代表了前寒武纪陆壳深俯冲发生的榴辉岩相变质作用，第二期(409 Ma)代表了榴辉岩折返过程中发生的角闪岩相退变质作用。另外，如果是单一大洋的演化，应该有连续的增生杂岩和岩浆弧发育，但实际却表现为早古生代晚期和晚古生代晚期—三叠纪两个大的演化阶段，中间缺失岩浆作用。同时，两套不同时代的蛇绿岩相伴出现了两套磨拉石建造，分别是泥盆纪耗牛山组(423～400 Ma)和三叠纪鄂拉山组(约220 Ma)。更值得重视的是，缝合带内存在两套表征拉张作用的后造山或非造山岩浆作用的记录及晚志留世到中泥盆世的A型花岗岩，显然反映了原特提斯洋闭合后新的裂解作用的发生。

最近，东昆仑锆石U-Pb定年明确的双峰式火山岩形成于晚志留世到早泥盆世(420～409 Ma)。其玄武岩表现为拉斑玄武岩的特点，SiO、MgO含量和KO/NaO值低，TiO含量高，轻稀土元素富集(LREE/HREE值为3.68～6.09)，Eu具有轻微异常，具有洋岛玄武岩(OIB)的特点，大离子亲石元素和高场强元素富集，显示玄武岩派生于少量大陆岩石圈地幔混染的软流圈地幔；而流纹岩表现为高SiO、NaO+KO含量和KO/NaO值，低MgO、Ni、Cr含量，大离子亲石元素和轻稀土元素富集，高场强元素亏损和Eu负异常，表明其来源于缺乏与地幔熔体相互作用的地壳。这进一步证明原特提斯洋闭合后，于晚志留世—早泥盆世进入了一个新的软流圈地幔上涌和大陆裂解的过程(图2)，并非原特提斯洋演化的后碰撞伸展环境，而是进入了新的古特提斯旋回的陆内裂解阶段。

图件引自文献[37],有所修改图2 东昆仑古生代岩浆事件及晚志留世—早泥盆世裂谷示意图Fig.2 Paleozoic Magmatic Events and Schematic View of Late Silurian-Early Devonian Continental Rift in East Kunlun

除了昆北与昆南地体之间是原特提斯昆中缝合带外，昆南地体南缘的布青山—阿尼玛卿古特提斯缝合带中也有早古生代蛇绿岩产出，反映了传统上认为的古特提斯康西瓦—阿尼玛卿缝合带其实是在原特提斯缝合带基础上再次开裂、扩张和闭合的结果。这个原特提斯缝合带不是以往认为的库地—中昆仑原特提斯缝合带，而是在其南面的昆南地体南缘与巴颜喀拉地体之间。现在看来，尽管东昆仑原特提斯缝合带和古特提斯缝合带是交织在一起的，但它们具有明确的先后关系，先前原特提斯缝合带往往是古特提斯再次开裂的薄弱带。这就为思考原特提斯洋的闭合和古特提斯的开裂提供了一种新的视角：原特提斯洋的闭合除了在北秦岭、祁连和昆仑早古生代缝合带的表现外，在昆仑古特提斯缝合带上也存在过早古生代原特提斯洋的闭合，这个洋可能是原特提斯洋弧后盆地的扩张洋，稍晚于主洋的闭合。原特提斯洋闭合碰撞造山带后，开启了新一轮古特提斯洋的开裂、扩张、消减、碰撞闭合的构造演化过程，而早古生代末—晚古生代初是原特提斯/古特提斯构造新老体制转换的时期。

2 东昆仑岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿特点

2.1 东昆仑及邻区岩浆铜镍钴硫化物矿床的发现及时空分布

夏日哈木矿床于2011年由青海省地质矿产勘查开发局通过查证地球化学异常被发现。之前，在柴北缘南祁连造山带中就已经发现有拉水峡、裕龙沟、亚曲等中小型岩浆铜镍钴硫化物矿床，并未引起广泛重视。随着夏日哈木矿床的发现，沿东昆仑—阿尔金造山带陆续发现了一批岩浆铜镍钴硫化物矿床(点)(图3)。夏日哈木矿床位于青海省中西部格尔木市，地质上属于东昆仑昆北构造带(图3)，围岩为元古宙金水口岩群变质基底。该地区以前没有报道过有岩浆铜镍钴硫化物矿床发现，而是作为重要的蛇绿岩产出区被重视。夏日哈木矿床的发现拉开了东昆仑寻找岩浆铜镍钴硫化物矿床的序幕，也开启了对造山带中幔源镁铁—超镁铁岩的广泛重视。

夏日哈木矿床的勘探评价带动了整个东昆仑岩浆铜镍钴硫化物矿床的研究工作。从已有的岩浆铜镍钴硫化物矿床(点)分布来看，其并不受东昆仑及相邻地区早古生代构造单元划分的限制。目前东昆仑的构造单元划分方案，主要依据青海省新一轮地质志的意见，以昆中断裂为界，以北划分为秦祁昆中央造山带的东昆仑造山带昆北复合岩浆弧，以南为地壳对接带的昆南俯冲增生杂岩带和阿尼玛卿—布青山俯冲增生杂岩带，地壳对接带以南以昆南断裂为界称为巴颜喀拉地块，即全国地质志中的巴颜喀拉造山带。传统上所称的东昆仑造山带现在被划分为昆北和昆南两个大的大地构造单元(图3)，并将昆北列为早古生代到晚古生代—早中生代的岩浆弧，而将昆南自北而南列为以早古生代纳赤台蛇绿混杂岩带为代表的昆南俯冲增生杂岩带和以晚古生代—早三叠世马尔争蛇绿混杂岩带为代表的阿尼玛卿—布青山俯冲增生杂岩带。这种看似清楚的构造单元划分，实际反映了不同时代原特提斯洋和古特提斯洋构造演化不同空间构造部位最终的拼贴镶嵌，平面上详尽的划分是难以实现的，只能代表一种大概的主体建造分布。特别是早古生代原特提斯洋闭合碰撞造山后，新生陆壳再次裂解，含铜镍钴硫化物矿体的镁铁—超镁铁岩分布肯定不受早古生代所谓构造单元限制，更何况晚古生代古特提斯洋的扩张、消减、闭合碰撞造山，又会对已有含矿岩体的空间位置产生新的配置。

定年研究表明，以夏日哈木矿床为代表的东昆仑及邻区的岩浆铜镍钴硫化物矿床(点)含矿镁铁—超镁铁岩，主要形成于晚志留世—早泥盆世(427～393 Ma)，以早泥盆世((410±2)Ma)为主(表1)。南祁连化隆地区拉水峡岩浆铜镍钴硫化物矿床由于全岩矿化，未找到合适进行定年的样品。对邻近亚曲、下什堂镁铁—超镁铁岩中辉长岩进行ID-TIMS锆石U-Pb定年，分别获得(440.74±0.33)Ma和(449.8±2.4)Ma年龄，裕龙沟获得了443 Ma年龄，整体上时代要稍早于东昆仑含矿岩体。此外，东昆仑还发现一组晚二叠世—中三叠世镁铁—超镁铁岩(263～221 Ma)，未发现工业硫化物矿体，可能是古特提斯洋闭合碰撞造山过程中的产物。东昆仑及邻区镁铁—超镁铁岩时空分布的实际特点远较构造阶段的划分认识复杂。Yu等获得阿尔金地区牛鼻子梁小型铜镍钴硫化物矿床年龄为443～378 Ma，有较大区间，整体趋向于志留纪末与泥盆纪初之交时段产出，但向更古老或更年轻时段也有分布，反映了东昆仑及邻区造山带中镁铁—超镁铁岩的产出可能形成于不同的构造背景。现阶段研究表明至少存在两种背景：一种是前面讨论提出的形成于古特提斯裂解的背景，是原特提斯洋闭合陆-陆碰撞造山后，已形成新的陆壳由于地幔柱或地幔上涌，软流圈大规模部分熔融形成的岩浆上升，伴随原特提斯缝合带薄弱而减薄拉张破裂，幔源镁铁质岩浆上侵形成镁铁—超镁铁岩，其中岩浆上侵的中心可能形成大规模的铜镍钴硫化物富集成矿的重要镁铁—超镁铁岩；另一种可能是目前流行的原特提斯洋闭合陆-陆碰撞造山后的伸展背景，是受原特提斯洋壳俯冲消减在地幔楔脱水作用控制的部分熔融形成的镁铁质岩浆上侵而成，由于挥发分加入，地幔楔橄榄岩熔融的熔点降低，产生的岩浆量有限，不易形成大规模铜镍钴硫化物的富集成矿。它们之间最大的区别可能就在铜镍钴硫化物能否大规模富集成矿的条件上。但要完全辨别这两类镁铁—超镁铁岩并非易事，是一项颇值得研究的工作。

TM为塔里木陆块；NC为华北陆块；SC为华南陆块；QDM为柴达木微陆块；ALS为阿拉善微陆块；QT为羌塘微陆块；HM为喜马拉雅微陆块；TS-BS为天山—北山造山带；ALT为阿尔金造山带；QLS为祁连山造山带；WK为西昆仑造山带；KRK为喀喇昆仑造山带；NK为昆北构造带；SK为昆南构造带；BYKL为巴颜喀拉造山带；QL为秦岭造山带；GDS为冈底斯造山带；NHM为北喜马拉雅造山带;左下角小图引自文献[40];主图引自文献[41]图3 东昆仑及邻区岩浆铜镍钴硫化物矿床构造位置及地质分布Fig.3 Tectonic Location and Geological Distribution of Magmatic Cu-Ni-Co Sulfide Deposits in East Kunlun and Its Adjacent Region

表1 东昆仑岩浆铜镍钴硫化物矿床清单Table 1 List of Magmatic Cu-Ni-Co Sulfide Deposits in East Kunlun

夏日哈木含矿岩体的锆石U-Pb年龄为411 Ma，作为一期新的岩浆铜镍钴硫化物成矿作用的代表性事件，其成矿的物质来源和形成环境被强烈关注。2015年，Li等在开展以夏日哈木矿床为重点的拉陵灶火一带铜镍钴矿公益性行业科研专项调查研究时，曾在《Lithos》率先发表了夏日哈木矿床年代学、岩石学和Hf-S同位素地球化学的论文。根据岩石地球化学轻稀土元素富集和相对亏损Nb、Ta、Ti，以及橄榄石低Ca等弧岩浆信息，提出了夏日哈木矿床是产于岛弧环境的观点。这一观点立即引起了造山带中与镁铁—超镁铁岩有关岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿构造环境的新争论。事实上，当时提出夏日哈木矿床为岛弧地质背景的观点，也是基于东昆仑区域构造研究的认识，认为原、古特提斯洋一体演化，并未将原特提斯洋和古特提斯洋的演化阶段分开，而夏日哈木矿床又产于传统上定位岩浆弧的昆北构造带中，从而提出了岛弧环境的观点。争论是必然的，因为岩浆硫化物矿床作为世界上最为古老的矿床之一，从提出初始就定义为克拉通裂谷的产物，并被广泛接受，大陆裂谷已成为岩浆硫化物矿床的专属成矿地质背景。一直以来，造山带中也很少有大规模岩浆硫化物矿床发现。20世纪末以来，天山—北山、东准噶尔造山带中相继发现了众多岩浆铜镍钴硫化物矿床，因与蛇绿岩相伴产出，当有人提出形成于蛇绿岩的观点时，遭到了一致的反对。由于这些矿床的规模较夏日哈木矿床要小，夏日哈木作为新世纪超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床的新发现，同时又是特提斯造山带中发现的首例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，其形成环境和所代表的地质意义自然为大家强烈关注。

2.2 夏日哈木矿床的成矿环境及其物质来源与成矿过程

从硅酸盐岩浆中熔离出来且富含亲铜元素的硫化物液滴发生聚集、就位，固结形成岩浆铜镍钴硫化物矿体。深部地幔部分熔融产生的岩浆向上运移的过程中会经历多个变化，岩浆性质随之改变，如果岩浆中的S达到过饱和，硫化物则以小液滴的形式与硅酸盐岩浆发生不混溶作用，进而分离出来。硫化物不混溶作用是镁铁—超镁铁质岩浆成矿的关键，没有硫化物不混溶作用发生就没有岩浆铜镍钴硫化物矿床的形成。这也成为研究岩浆铜镍钴硫化物矿床的前沿领域和关键内容。由此可见，要揭示这些镁铁—超镁铁岩矿化不同的特点并支撑指导进一步找矿实践，造山带背景中硫化物不混溶作用和成矿机制的研究则成为必然，这些问题的解决首先受制于成矿构造背景和物质来源环境的认识。夏日哈木矿床岛弧环境的认识，引起了对造山带中与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床的重新审视。

夏日哈木矿床由Ⅰ号和Ⅱ号含矿镁铁—超镁铁岩组成，Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号岩体实则是残留的蛇绿岩和榴辉岩[图4(a)]。其中，Ⅰ号含矿岩体是夏日哈木矿床的主体，矿体形态受岩体控制，总体呈似层状和透镜状，向西侧伏。长轴方向近EW向，地表出露岩体长约1.5 km，宽约0.8 km，出露岩石为淡色辉长岩和二辉岩[图4(b)]。岩体呈东高西低的特点,东段出露地表，厚度较大，向西埋深逐渐增大，岩体厚度变薄，表现为向西倾伏的楔形[图4(c)]，岩体总体为不规则盆状。淡色辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(431.3±2.7)Ma，主体岩体二辉岩的年龄为(411.6±2.4)～(406.1±2.7)Ma，两者相差达20 Ma,反映了它们非同期侵入产物。含矿岩体总体上表现为西部收窄、东部膨大的特点，岩体上部围岩为金水口岩群花岗质片麻岩，西部下部为大理岩，东部下部为片麻岩。地表和钻孔岩芯观察发现，以岩体隐伏开始的勘探线13为界，以东主要为二辉岩、斜方辉石岩和橄榄二辉岩，以西主要为纯橄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩。纯橄岩几乎全岩矿化，主要为海绵陨铁状矿石，斜方辉橄榄岩为浸染状矿石，斜方辉石岩和二辉岩中局部有浸染状或块状矿石。该地区至少存在两期岩浆作用上侵：一期发生在440 Ma之后至420 Ma之前，即原特提斯洋闭合碰撞造山过程中没有矿化；另一期发生在420 Ma之后，即原特提斯洋闭合碰撞造山后，古特提斯裂解作用中形成矿化。两期镁铁质岩浆作用，不仅非同源，而且是两种不同构造环境、不同岩浆成因机制的产物。

Pt1J为金水口群；图(a)引自文献[35]；图(b)、(c)引自文献[59]图4 东昆仑夏日哈木矿床矿区地质图及Ⅰ号含矿岩体平面图和横剖面Fig.4 Geological Map of Ore District,and Plane and Cross Section of Ore-bearing Rock Body Ⅰ in Xiarihamu Deposit of East Kunlun

不含矿的淡色辉长岩是原特提斯洋闭合碰撞造山过程中，俯冲到地幔深度的地壳物质在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用而形成的超镁铁质交代岩，含有更强的弧岩浆地球化学信息。而晚期含矿辉石岩-橄榄岩相则是古特提斯裂解过程中，遭到原特提斯洋壳物质改造的软流圈，由于地幔柱或上涌地幔发生大规模部分熔融产生的镁铁质岩浆上侵的结果。它也可以具有部分弧岩浆地球化学信息，但成因机制不同，其具有丰富的S和Cu、Ni、Co等成矿元素，上侵的镁铁质岩浆能够在深部岩浆房发生深部熔离作用，才可能使富含Cu、Ni、Co金属硫化物熔浆的超镁铁质岩浆甚至矿浆上侵或贯入成矿。当然，原特提斯洋壳对软流圈橄榄岩的改造，使其拥有更多的水，甚至使橄榄岩相改造为辉石岩相，使熔点降低，更利于热动力作用实现大规模的部分熔融，并提供Cu、Ni、Co等成矿物质；其次，镁铁质岩浆上侵过程的深部岩浆房以及古老陆壳物质围岩的混染，均有利于深部熔离作用的发生，甚至提供成矿物质。

夏日哈木矿床研究之初，被认为具有轻稀土元素富集和相对亏损Nb、Ta、Ti，橄榄石低Ca等弧岩浆地球化学信息，而传统的区域地质构造认识又将夏日哈木矿床所在的昆北构造带划为古生代的岩浆弧，由此提出了夏日哈木矿床是岛弧环境产物的认识。但矿区大比例尺构造-侵入岩相填图，在主量、微量元素地球化学和同位素示踪研究基础上，细致开展了橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和铬尖晶石成因矿物学研究，发现与岛弧环境的阿拉斯加型岩体有显著区别。夏日哈木矿床橄榄岩和辉石岩中的铬尖晶石地球化学特征与阿拉斯加岛弧型岩体有显著差别，铬尖晶石具有Fe含量低、Mg和Cr值变化范围大并呈负相关关系的特征，明显区别于阿拉斯加岛弧型岩体和玻安岩中的铬尖晶石(图5)。

w(·)为元素含量；图(a)引自文献[59]，有所修改图5 夏日哈木矿床铬尖晶石Fe3+-Cr-Al图解和Cr#-Mg#图解Fig.5 Diagrams of Fe3+-Cr-Al and Cr#-Mg# for Chromite in Xiarihamu Deposit

夏日哈木矿床硫化物δS 值为2.2‰～7.7‰，其较高正值与岩浆上升过程遭受地壳物质混染有关。通过模拟显示，含矿母岩浆经历了10%～30%古老陆壳物质的混染。另外，Ni含量高的橄榄岩初始Sr/Sr值明显大于Ni含量低的橄榄岩，Ni含量高的辉石岩同样对应了高初始Sr/Sr值，可见地壳混染对成矿有较大贡献。此外，高氧逸度不利于成矿，因为氧逸度降低会使岩浆中硫化物饱和度降低，从而促进硫化物熔离。阿拉斯加岛弧型岩体形成于氧逸度较高的环境，不利于成矿，而夏日哈木矿床形成于氧逸度低的环境，单斜辉石Fe含量较低(图6)，说明其结晶时处于氧逸度较低的环境中，明显与阿拉斯加岛弧型岩体相区别。

图(a)引自文献[10]，有所修改图6 夏日哈木矿床单斜辉石TiO2-Alz图解和TiO2-Fe3+图解Fig.6 Diagrams of TiO2-Alz and TiO2-Fe3+ for Clinopyroxene in Xiarihamu Deposit

而且，阿拉斯加岛弧型岩体中极少有斜方辉石，且磁铁矿含量(质量分数，下同)较高(10%～20%)，母岩浆AlO含量较低，而夏日哈木岩体中斜方辉石普遍存在且含量较高，甚至出现斜方辉石岩，但磁铁矿含量较低，母岩浆具有较高AlO含量。铬尖晶石AlO含量高于18.30%，平均值为34.18%，明显高于玻安岩中的铬尖晶石AlO含量(低于15%)。铬尖晶石形成温度为1 360 ℃～1 411 ℃，而软流圈地幔上界的温度为1 280 ℃～1 350 ℃，要发生部分熔融形成岩浆，温度至少要达到1 400 ℃；起源于软流圈地幔的夏日哈木岩体母岩浆，很可能有地幔柱或上涌地幔热源的贡献。而铬尖晶石中包裹角闪石为幔源岩浆成因，软流圈地幔一般不含水，岩浆演化早期结晶的角闪石可能是母岩浆混染了俯冲断离至软流圈的地壳含水矿物所致。夏日哈木矿床的R因子(硅酸盐岩浆与硫化物的质量比)为100～1 000，表明硫化物是从大岩浆房中熔离出来的。由此可见，夏日哈木镁铁—超镁铁岩成矿母岩浆氧逸度环境和地壳物质的混染对成矿是至关重要的控制因素，软流圈大规模部分熔融造就的大岩浆房是形成大规模矿床物质供给的前提。

3 原、古特提斯构造转换与幔源岩浆铜镍钴富集成矿关系讨论

3.1 特提斯造山带中超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床产出的意义

世界上与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床通常产在克拉通内部或边缘，很少产于造山带中(图7)。但中国除形成于新元古代的金川超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床外，大部分与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床多形成于造山带中，因此，按照该类矿床的构造-岩石成因分类，可首先划分为两类：克拉通中岩浆铜镍钴硫化物矿床和造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床。事实上，造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿构造环境一直存在争议。夏日哈木矿床的发现，掀起了对造山带中与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床成因的重新讨论。

图件引自文献[68]，有所修改图7 全球与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床时空分布示意图Fig.7 Schematic Map of Global Spatial and Temporal Distribution of Magmatic Cu-Ni-Co Sulfide Deposits Associated with Mafic-ultramafic Rocks

图(a)中，Yil代表澳大利亚Yilgarn矿床；Zim代表津巴布韦Zimbabwe矿床；Ta代表博茨瓦纳Tati矿床；SP代表南非Selebi Phikwe矿床；GD代表津巴布韦Great Dyke矿床；Mo代表俄罗斯Monchegorsk矿床；SR代表巴西Santa Rita矿床；Bus代表南非Bushveld矿床；Pe代表俄罗斯Pechenga矿床；Fin代表芬兰Finnish镍带；Tho代表加拿大Thompson矿床；Sud代表加拿大Sudbury矿床；Kab代表澳大利亚Kabanga矿床；VB代表加拿大Voisey’s Bay矿床；Dul代表美国Duluth矿床；Nebo代表澳大利亚Nebo-Babel矿床图8 全球与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床时空分布直方图Fig.8 Histograms of Global Spatial and Temporal Distribution of Magmatic Cu-Ni-Co Sulfide Deposits Associated with Mafic-ultramafic Rocks

以往全球与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床主要形成于4个时期：新太古代、中元古代、新元古代和晚古生代(图8)。中国集中产出于新元古代和晚古生代。而以夏日哈木矿床为代表的岩浆铜镍钴硫化物矿床形成于早古生代与晚古生代之交，即中古生代，代表了一期新的岩浆铜镍钴硫化物矿床形成时期，更重要的是其属于特提斯造山带中发现的首例与镁铁—超镁铁岩有关的超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床。它的形成代表了特提斯构造演化中一期重要的地质事件，是重大构造转换和岩浆事件的响应。

3.2 原特提斯消减俯冲隧道脱水作用对成矿的贡献

就以夏日哈木矿床为代表的泥盆纪初期南祁连—东昆仑—阿尔金岩浆铜镍钴硫化物成矿作用来说，东昆仑夏日哈木矿床是成矿中心，向东至南祁连依次有拉水峡、裕龙沟等成矿表现，向西在阿尔金有牛鼻梁矿产地发现。近年来，在祁漫塔格地区发现了铜镍钴矿化的玉古萨依镁铁—超镁铁岩(年龄为(405.0±2.8)Ma)具有古特提斯裂解的成矿背景，但其成矿物质建造是在原特提斯洋闭合造山带建造基础上完成的[图9(a)、(b)]，幔源岩浆肯定保留有原特提斯洋壳俯冲物质的影响。Zheng等研究认为，俯冲消减的洋壳在不同的俯冲深度产生不同的液相组成，俯冲深度至弧后深度(Postarc Depths)远离俯冲带抵达洋岛之下时，洋壳俯冲隧道板片-地幔楔软流圈交换反应引起地幔楔软流圈橄榄岩水化，水化橄榄岩由于温度低并不发生部分熔融，只有当减压发生(更可能是地幔柱或地幔上涌提供热动力源)时，才可能使水化橄榄岩发生部分熔融形成镁铁质熔体，从而构成板内洋岛玄武岩的源区，因此，洋岛玄武岩便有了弧岩浆地球化学特征，即大离子亲石元素、Pb和轻稀土元素的富集以及高场强元素的亏损、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf-O同位素富集。这种地球化学模式同样可以用于碰撞造山后新生陆壳的破裂幔源镁铁质岩浆上侵成矿的解释。

图9 东昆仑—南祁连与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿构造背景演化示意图Fig.9 Schematic Views of Background Evolution of Ore-forming Structure of Magmatic Cu-Ni-Co Sulfide Deposits Associated with Mafic-ultramafic Rocks in East Kunlun-South Qilian

原特提斯洋闭合陆-陆碰撞造山后，俯冲消减的洋壳(甚至陆壳)由于俯冲板片的后撤深达软流圈的板片断离[图9(c)]，发生板片-软流圈橄榄岩交换反应，软流圈水化橄榄岩当遭遇古特提斯构造拉张而岩石圈破裂减压(或地幔柱或地幔上涌升温)时发生大体积部分熔融，形成带有弧岩浆地球化学信息的镁铁质岩浆上升至浅部，在低氧逸度条件下遭受地壳物质的混染，发生大规模硫化物熔体-硅酸盐岩浆不混溶作用，上侵贯入形成与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床。由此可见，这种形成铜镍钴硫化物矿床的镁铁质岩浆作用是沿着古特提斯裂解呈线形带状展布的，可以是不连续的，也可以有多个中心；由于岩浆发育的早晚和成矿条件的变化，矿化强度可能存在差异。因此，与古特提斯裂解有关的大规模岩浆铜镍钴硫化物矿床肯定不止夏日哈木一个，应寻找新的岩浆中心，从而探求新的有规模的矿床。

3.3 古特提斯裂解热动力部分熔融作用

如果说地质历史上构造环境遗留的岩石建造及其表现出来的地球化学特征对其形成环境的推演是多解的话，矿床由于其严苛的形成条件约束，往往是独有的。甚至许多矿床的形成在形成时代上也存在严格的限制。例如，与镁铁—超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿背景，从100多年前认识之初，就赋予了其严格的形成构造环境。这类矿床是克拉通裂谷拉张环境中地幔熔融形成的岩浆在侵入前、侵入中和侵入后，富含金属的硫化物熔体与硅酸盐熔浆发生不混溶形成的岩浆矿床。这一论断在一个世纪以来已被广泛接受，大陆裂谷已成为岩浆铜镍钴硫化物矿床的专属成矿地质背景。一直以来，造山带中也很少有大规模的岩浆铜镍钴硫化物矿床发现。

尽管特提斯造山带经历早古生代原特提斯演化、晚古生代—早中生代古特提斯演化和中—新生代新特提斯演化3个阶段，但古特提斯洋何时开启并无明确意见。如果北秦岭—祁连志留纪末的洋盆闭合代表了原特提斯洋闭合，大致于420 Ma进入造山后阶段，要扩张形成一个新的向东散开的古特提斯洋，必然存在一个闭合后的大陆重新裂解，并逐步扩展成洋的过程。过去缺少这方面的地质证据，而形成于411 Ma的夏日哈木矿床就是一个重要的例证。它是特提斯成矿带上迄今为止发现的唯一超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，是重要的成矿事件和地质事件。将其视作古特提斯洋裂解的标志性事件，将有助于从更大尺度上认识这种成矿作用的发育规模和矿床分布。事实上，向西越过西昆仑，在塔吉克斯坦境内帕米尔地区就发现了一处名为罗旺德(Рованд)的岩浆铜镍钴硫化物矿床，它与夏日哈木矿床同处一个构造单元和成矿单元上，可能是古特提斯裂解夏日哈木岩浆铜镍钴硫化物成矿带西延的表现。发生如此规律的岩浆铜镍钴硫化物成矿作用，必然是大规模构造-岩浆作用的产物。

遭受原特提斯洋壳俯冲隧道板片-地幔楔交换反应改造的软流圈，引起地幔橄榄岩水化，水化橄榄岩只有地幔柱或地幔上涌提供强烈的热动力时，才可能发生大规模的部分熔融形成大体积的镁铁质熔体，形成大岩浆房。因此，早古生代末—晚古生代初之交的地幔柱作用或地幔上涌不仅导致古特提斯的裂解，并最终扩张形成古特提斯洋，而且造成了软流圈的大规模部分熔融，造就了以夏日哈木矿床为代表的晚古生代初大规模岩浆铜镍钴硫化物成矿作用的发生[图9(c)]。

4 结 语

地质历史上晚古生代—中三叠世，现在亚欧大陆南部曾经存在喇叭状的所谓古特提斯洋，其形成演化和消减碰撞对周缘陆块的影响是相当重大的。但以往的研究中，并未将它作为地球历史上一个独有的洋陆转化阶段给予明确重视，基本还停留在概念、推测或点的野外求证探索上，特别是它的裂解及其相应的构造-岩浆-成矿作用缺乏研究。本文试图通过东昆仑造山带中以夏日哈木为代表的晚古生代初期超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床的研究，将其置于古特提斯构造裂解过程的关键转换阶段，进行构造环境-岩浆演化-成矿作用的论证，以求重塑原、古特提斯构造转换与岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿作用的状貌。

夏日哈木矿床是迄今为止特提斯造山带中发现的唯一超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，也是造山带中发现唯一具有工业价值的超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，与新元古代罗迪尼亚大陆离散相关的克拉通裂谷环境的金川超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床和与晚古生代潘吉亚大陆聚散及大火成岩省有关的天山—北山造山带中的一大批岩浆铜镍钴硫化物矿床相比，既具有共同特点，又具有显著差异。

(1)夏日哈木矿床是经原特提斯洋壳俯冲隧道改造的软流圈，经过大规模部分熔融形成的大岩浆上侵贯入地壳“小岩体成大矿”的产物。R因子模拟计算发现，金川矿床R因子为150～1 000，夏日哈木矿床为100～1 000，坡一矿床为500～5 000，平均值为2 333，说明硫化物均是从大岩浆中熔离出来的。母岩浆成分模拟计算发现，金川矿床MgO含量为11.79%～12.90%，夏日哈木矿床MgO含量为9.79%～12.48%，坡一矿床MgO含量为12.26%～14.91%，表明均发生了较高程度的部分熔融。但母岩浆基性程度并不是成矿决定性因素，关键在于后期的岩浆演化与地壳混染过程中的熔离与分异，深部熔离形成富矿矿浆上侵到地表，才能表现出“小岩体成大矿”，仅仅就地熔离不可能形成大矿。

(2)在软流圈发生部分熔融形成的熔体可能沿着陆块边缘的构造薄弱带上升，期间吸收了先期俯冲洋壳物质中的Cu、Ni、Co和S等，同时接受陆壳物质混染，促使熔体铜镍钴硫化物液相与硅酸盐熔体之间熔离，即深部熔离作用。这个“深部”是一个连续的过程，并非一个特定的深度。造山带中的岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿作用中，大洋岩石圈的Cu、Ni、Co等物质和陆壳物质混染都有着重要贡献，但也为微量元素的构造环境判别带来了困难。因此，在没有发育古老大陆岩石圈地幔的区域，即使发育科马提岩及大火成岩省，也未能形成有规模的岩浆硫化物矿床。

(3)实验岩石学研究表明，地幔部分熔融形成的幔源岩浆硫是不饱和的，而且随着岩浆的上升，S的溶解度与压力之间成负相关关系，更不利于岩浆中S的过饱和。地壳物质混染是导致岩浆中S过饱和的关键因素。Sr-Nd同位素模拟计算发现，金川矿床母岩浆发生了约20%的上地壳物质混染，夏日哈木矿床则发生了10%～30%的混染，坡一矿床仅发生了3%～8%的混染。坡一矿床的δS值明显小于夏日哈木矿床，指示夏日哈木矿床混染了较多的地壳硫。尽管坡一矿床的δS值也显示有太古代地壳硫的混染，但δS值明显低于金川矿床，说明其混染太古代地壳硫的程度也远低于金川矿床。这可能是坡一矿床品位弱于金川矿床和夏日哈木矿床的一个重要原因。最终，后期陆内造山作用使含矿镁铁—超镁铁岩空间就位。夏日哈木矿床同样经历了该过程，但目前该方面的研究相对较弱。夏日哈木含矿岩体呈西倾斜的不规则盆状，隐伏的西段以橄榄岩相为主，大部分岩石矿化；东段则以辉石岩相为主，仅局部矿化，上覆除早期侵入的不含矿淡色辉长岩外，辉石岩相边部甚至橄榄岩相边部局部还有同期的矿化辉长岩分布。这种岩相和岩石、矿石的空间分布体态肯定不是岩浆上侵和矿浆贯入时的形态，而是后期构造变动的结果，需要进一步开展这方面的研究工作，有助于指导区域找矿和矿床的勘探开发利用。