东天山图拉尔根铜镍硫化物矿床PGE和Re-Os同位素特征及其对成矿的约束*

王晓曼 薛胜超 王庆飞 王路阳 王亚磊 李钰 许继峰

1. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083 2. 自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，西安地质调查中心，西安 710054 3. 新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队，乌鲁木齐 830000

全球岩浆铜镍硫化物矿床主要产出在板内环境(Naldrett, 2011)。中国拥有众多的造山带(张国伟等, 2002; 秦克章等, 2017)，这些造山带内发育巨量镁铁-超镁铁侵入岩体，在其中陆续发现了规模不一的岩浆铜镍硫化物矿床(图1)，使得造山带环境铜镍矿床在我国战略资源镍供应中的地位日益重要。大量典型矿床解剖研究对该类铜镍矿床的基本特点、时空演化规律和成因机制进行了系统解析(Zhouetal., 2004; Zhangetal., 2009; Tangetal., 2011; Gaoetal., 2013; Songetal., 2013, 2016; Weietal., 2013; Xieetal., 2014; Maoetal., 2015; Xueetal., 2016, 2019; Dengetal., 2017; Wangetal., 2018a)，在源区特征、岩浆成分与过程、混染作用、硫化物饱和过程、亲铜元素富集机制等方面取得了诸多进展，同时积累了丰富的研究数据。中亚造山带南缘晚古生代镁铁-超镁铁质侵入岩相关的铜镍矿床十分发育，东天山地处该带的核心部位，大量时代相近的镁铁-超镁铁岩体中有超过20个具不同程度的铜镍矿化，其中黄山、黄山东、黄山南、图拉尔根、葫芦、香山、土墩、白石泉和天宇岩体已开采完或正在开采工业铜镍矿体。通常板内环境铜镍矿床常见铂族元素伴生产出(Naldrett, 1999; Barnes and Lightfoot, 2005; Songetal., 2009)，然而东天山这些工业矿床基本显示铂族元素(PGE)亏损(Zhangetal., 2011; Gaoetal., 2013; Sunetal., 2013; Maoetal., 2015; Dengetal., 2017)，并且大量铜镍矿床及其围岩均显示幔源硫同位素特征，致使这些铜镍矿的形成是否需要外源硫的加入仍存在争议(Tangetal., 2011; Suetal., 2013)。东天山最东端的图拉尔根矿床是区域上鲜有的以超镁铁岩全岩矿化为特色的铜镍矿，赋矿岩相为角闪橄榄岩和二辉橄榄岩相(孙赫等, 2006; 三金柱等, 2010; 焦建刚等, 2012; Zhaoetal., 2017; Wangetal., 2018b)，最新研究显示该矿床经历了极为有限的硅酸盐壳源物质的混染(Xueetal., 2022)，是探讨该区带铜镍矿床铂族元素特征、外源硫与母岩浆不混溶硫化物熔体关系的典型矿床。

铂族元素(PGE)具有极高的硫化物熔体/硅酸盐熔体之间分配系数(104～108)(Fleetetal., 1993, 1996; Crocketetal., 1997; Mungall and Brenan, 2014)，且不同元素在单硫化物固溶体(MSS)/硫化物熔体中具有不同的分配系数，因此PGE是示踪硫化物熔离以及硫化物分异的敏感指标(宋谢炎等, 2009; 储著银和许继峰, 2021)。在Ni-Cu-(PGE)岩浆矿床的形成过程中，铂族元素被广泛应用于约束硫化物的饱和历史以及硫化物与硅酸盐岩浆的相互作用(Barnes and Lightfoot, 2005; Lietal., 2012; Xueetal., 2016)。此外，由于Re为中等不相容元素，Os为强相容元素，地壳岩石表现为相对富Re的特征(Hauri and Hart, 1997)和高放射性187Os，因而Re-Os同位素也可以有效地示踪幔源岩浆演化过程中的地壳混染作用(Walkeretal., 1994; Fosteretal., 1996; Lambertetal., 1998; 屈文俊等, 2012; Chu, 2021)；同时由于Re和Os元素的亲铜性质，Re-Os同位素体系同样可以有力揭示岩浆的硫化物饱和历史(Lambertetal., 1998; 苟体忠等, 2010; Yangetal., 2014; 储著银和许继峰, 2021)。本文在前人研究的基础上，对东天山图拉尔根铜镍矿中不同矿石类型开展了系统的研究。根据不同类型矿石中S与PGE之间、IPGE与PPGE之间的相关关系研究了PGE变化特征的控制因素，通过对比国外代表性铜镍矿床和区域同时代典型矿床的PGE和Re-Os同位素特征、并结合岩相学的相关证据分析了图拉尔根母岩浆混染历史，探讨了图拉尔根矿床的成矿过程。

1 区域地质特征

中亚造山带位于西伯利亚克拉通与塔里木-华北克拉通之间(图1a)，是全球显生宙陆壳增生与改造最显著的地区，经历了复杂的陆缘增生、后碰撞和陆内造山作用(Jahnetal., 2000a, b; Sengöretal., 1993; Jahn, 2004; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2008, 2013; Han and Zhao, 2018)。其显著特点是发育大量的岩浆岩(韩宝福等, 2006; Jahnetal., 2000b; 夏林圻等, 2006; Qinetal., 2011; Xueetal., 2021)，历时长久的岩浆作用从新元古代持续到新生代，在汇聚构造环境的新元古代至晚二叠世以及板内环境的中生代至新生代均有发育。天山造山带即位于中亚造山带的南缘，西起乌兹别克斯坦，经塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、哈萨克斯坦，东延至我国新疆和甘肃交界处，长约3500km，是中亚造山带的重要组成部分。

图1 研究区地质简图

通常所指的东天山为乌鲁木齐-库尔勒公路以东至新疆与甘肃交界之间的天山造山带东段区域，东天山地区具有多种多样的地质构造单元，并且是在长期的演化过程中经历了极其复杂的裂解和拼合而形成的，构成了极其复杂的大地构造格局(Wartesetal., 2002; Xiaoetal., 2008, 2013)。东天山出露地层主要为古生界下泥盆统大南湖组，下石炭统雅满苏组，中石炭统干墩组和梧桐窝子组，其次有新生代第三系、第四系零星分布。新疆东天山地区的铜镍成矿主要集中在二叠纪(276～286Ma, Qinetal., 2011)，是中亚造山带南缘铜镍成矿的最为重要的时期之一，是我国重要的铜镍硫化物矿床成矿区带(毛景文等, 2002; 秦克章等, 2002, 2015; Maoetal., 2008; Qinetal., 2011; Suetal., 2013)。

2 矿区与岩体地质特征

图拉尔根镍铜矿床产于康古尔塔格-黄山韧性剪切带NEE向的次级挤压破碎带上，位于黄山-镜儿泉岩浆铜镍成矿带的东段。矿区地层主要为中、下石炭统的一套动力变质火山碎屑岩建造，主要为含角砾晶屑凝灰岩、含角砾岩屑晶屑凝灰岩，岩石动力变质特征明显，挤压片理发育，糜棱岩化强烈，围岩的变质相可达角闪岩相，并有一定的混合岩化，另外矿区还发育有一套中泥盆统大南湖组的火山碎屑沉积建造。

图拉尔根岩体为一个向东南倾斜(124°∠68°)的呈不规则岩席状产出的同构造镁铁-超镁铁杂岩体，受区域性韧性剪切带之次级构造控制，具多期侵位特征。该杂岩体地表出露长740余米，宽30～40m，岩体出露面积0.005km2，呈北东-南西向脉状延伸，平面形态呈北东宽、南西窄，中间略有膨大，向深部有变陡趋势(图2a)。图拉尔根杂岩体岩石类型有角闪橄榄岩、二辉橄榄岩，角闪辉长岩等，剖面及平面均表现为一个环带状杂岩体，显示出似层状特征，对称分异特征明显，由内向外依次为(角闪)二辉橄榄岩相-角闪辉长岩相-辉长岩相。前人年代学研究显示图拉尔根杂岩体中的辉长岩锆石SHRIMP U-Pb定年结果为300.5±3.2Ma(三金柱等, 2010)，近期Xueetal. (2022)利用矿化含长二辉橄榄岩中斜锆石SHRIMP U-Pb定年获得早二叠世年龄(280.4±3.9Ma)，矿化超镁铁岩体侵入年龄与区域上岩浆铜镍硫化物矿床成矿时代(286～270Ma)一致。

图2 图拉尔根岩体地质图(a)和勘探线剖面图(b)(据Xue et al., 2022修改)

矿体基本赋存在二辉橄榄岩相和角闪橄榄岩相内，块状和海绵陨铁状特富矿体出露不规律，且块状和浸染状矿体显示为“悬浮”矿体，即主要产在岩体的中部和上部，局部位于岩体下部，矿体呈板状、透镜状(图2b)。钻孔中发现从浸染状-海绵陨铁状-块状矿化过渡的矿石结构，亦有浸染状与块状矿石呈截然接触关系。此外，矿化层位常见火山碎屑岩捕虏体以及晚石炭世辉长岩团块。总体来讲，图拉尔根矿化类型分为星点状、稀疏浸染状、稠密浸染状、海绵陨铁状、半块状和块状、斑杂状以及珠滴状矿化等(图3)。矿石中金属矿物组合为磁黄铁矿+黄铜矿+镍黄铁矿，镍黄铁矿通常表现为单晶或者磁黄铁矿中的出溶结构，同时少量磁铁矿，黄铁矿很少或几乎不见。

图3 图拉尔根岩体不同类型矿石的镜下照片

3 测试方法

PGE分析测试在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。主要流程如下(漆亮等, 2006)：准确称取超镁铁岩样品5g置于卡洛斯管中，分别加入0.1mL194Pt、105Pd和0.1mL193Ir、101Ru稀释剂，加入20mL 16mol/L HNO3和17～18mL 10mol/L HCl，封闭卡洛斯管。将封闭的卡洛斯管放入容积为172mL的不锈钢高压釜中，加入约55mL水，放入电热烘箱中320℃加热15h。将卡洛斯管取出冷冻2h，将溶液转移至离心管中并离心6min。离心过的溶液转移至125mL Savillex Teflon烧杯中蒸干，加入6mL HCl再蒸干，用25mL 6mol/L的HCl溶解残渣，然后转移至50mL离心管中定容至50mL，再次离心6min，溶液用于PGE的Te共沉淀分离。Te沉淀过滤后，将滤膜及沉淀放入原烧杯中，用2mL王水溶解沉淀，蒸发至近干，用5mL 10%的王水溶解，然后转移至15mL离心管中，定容至约10mL。将此溶液离心3min，将上部清液通过上述混合离子交换柱，用以分离Cu、Ni、Zr 和Hf等干扰元素，溶液用原烧杯承接，在电热板上低温蒸发至约3mL，转移至15mL离心管中用于ICP-MS测定。测试方法详见Qietal. (2007)和Lietal. (2014)。

Re-Os同位素分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成。前处理流程采用该实验室建立的流程：准确称取待分析矿化样品并加入到Carius管的底部，然后置于盛有乙醇和液氮的保温杯中冷冻。准确称取185Re、190Os混合稀释剂加入到Carius管底部，依次加入3mL 10mol的HCl和9mL 16mol的HNO3。待Carius管底部溶液冷冻固结后，将Carius管细颈加热密封。封闭的Carius管回到室温后置于不锈钢套管内，置入鼓风烘箱逐渐升温至230℃，保温12h。取出后用20mL水将管中溶液转入蒸馏瓶中，蒸馏温度为105～110℃，蒸馏出的OsO4用10mL Milli-Q水吸收，并用ICP-MS测定。将蒸馏残液转入Teflon烧杯加热至干，使用2mL 5mol HNO3溶解，在离心管中离心3min，将上层清液转入离心管中，将2mL异戊醇分两次加入到离心管内，置于快速混匀器上振荡1min。将两次萃取后的有机相转入另一离心管中，用2mL超纯水洗涤有机相，然后转移至原Teflon烧杯中加热至干，加入数滴30% H2O2和16mol的HNO3加热至干，除去有机相和中残存Os，用10mL 4% HNO3溶解残渣并用ICP-MS测定。Re和Os同位素采用Perkin-Elmer Sciex ELAN DRC-e等离子质谱测定。对于Re选择质量数为185、187，用190监测Os；对于Os选择质量数为186、187、188、189、190、192，用185监测Re。

4 分析结果

4.1 PGE地球化学特征

25件不同矿化类型矿石样品的PGE数据列于表1。由表1可以看出，图拉尔根岩体的铂族元素总量(∑PGE=Os+Ir+Ru+Rh+Pt+Pd)相差较大，其变化范围在10.7×10-9～208×10-9之间，平均值为52.2×10-9，稀疏浸染状矿石∑PGE含量介于10.7×10-9～28.8×10-9之间，明显小于其它矿石类型样品中的∑PGE含量。所有样品的Rh、Pt、Pd较Ir、Ru富集，Pd/Ir比值相差较大，比值介于1.48～339之间，Pt/Pd变化范围为0.22～4.91。Ni、Cu、PGE与S呈明显的正相关(图4)，Ni/Cu变化范围比较大，其中块状矿石样品的Ni/Cu相对于其它样品较大，大部分样品Ni/Cu均大于1，表明图拉尔根矿床是以Ni为主的矿床。

表1 图拉尔根铜镍硫化物矿床矿石的铜、镍、硫(wt%)和铂族元素(×10-9)组成

亲铜-亲铁元素原始地幔标准化配分模式显示不同岩性的矿石样品总体具有相似的PGE配分特征，即表现为左倾的曲线(图5)，与区域同时代岩浆铜镍硫化物矿床相似(Tangetal., 2011; Gaoetal., 2013; Yangetal., 2014; Xieetal., 2014; Maoetal., 2015; Xueetal., 2016)。其中Ni和Cu较PGE元素相对富集，不同于全球玄武岩PGE组分中Rh与Ir和Ru表现出强烈亲缘性(Barnesetal., 2015)，Pt、Pd、Rh明显较Ir、Ru相对富集，Ir和Ru表现出不同程度的负异常。

4.2 Re-Os同位素地球化学特征

25件铜镍硫化物矿石样品的Re-Os同位素测定结果列于表2。由表2可以看出不同类型矿石样品的Re、Os含量不同，稀疏浸染状矿石Re含量在3.32×10-9～9.19×10-9之间，Os含量在0.03×10-9～0.11×10-9之间；稠密浸染状/海绵陨铁状矿石样品的Re含量在4.43×10-9～101×10-9之间，Os含量在0.02×10-9～0.75×10-9之间；块状矿石样品的Re含量在239×10-9～281×10-9之间，Os含量在1.47×10-9～1.88×10-9之间。稀疏浸染状矿石的(187Os/188Os)i为0.8846～1.6142，γOs(t)值介于607～1190之间；稠密浸染状/海绵陨铁状矿石的(187Os/188Os)i为0.5417～1.8436，γOs(t)值介于333～1373之间；块状矿石的(187Os/188Os)i为0.6069～0.9284，γOs(t)值介于385～642之间；珠滴状矿石的(187Os/188Os)i为1.7242，γOs(t)值为1278。

表2 图拉尔根铜镍硫化物矿床矿石Re-Os同位素组成

5 讨论

5.1 PGE元素变化控制因素

图4 图拉尔根岩体不同类型矿石中亲铜元素含量与S含量关系图

图5 图拉尔根矿床PGE原始地幔标准化配分图(原始地幔PGE据Palme and O’Neill, 2014)

图6 100%硫化物的PGE元素之间的相关图解

5.2 岩浆性质与深部硫化物熔离

图拉尔根矿床不同类型矿石的Pd/Ir比值在1.48～339之间，平均值为50.8，明显高于原始地幔值(Pd/Ir=1.2, McDonough and Sun, 1995)。在地幔橄榄岩部分熔融过程中，Os、Ir、Ru相对于Ni比Rh、Pt、Pd和Cu更相容(Li and Audétat, 2012; Pattenetal., 2013; Mungall and Brenan, 2014)，Pd/Ir和Ni/Cu比值对不同程度的部分熔融较为敏感，高部分熔融形成的幔源岩浆，如科马提岩，通常具有较高的Ni和Ir含量，因此会显示低Pd/Ir和高Ni/Cu值(Dowling and Hill, 1992; Barnesetal., 2015)，而低部分熔融形成的玄武岩通常具有较低的Ni和Ir含量，造成高Pd/Ir和低Ni/Cu值(Barnes and Maier, 1999)。同时结合硫化物熔离对残余岩浆的Pd/Ir值和Ni/Cu值影响不大，因此Pd/Ir-Ni/Cu关系图解可有效指示矿化岩体的母岩浆性质。在Pd/Ir-Ni/Cu关系图中，图拉尔根岩体矿化样品均位于高镁玄武岩区(图7a)，与前人揭示出同区域黄山东矿床高镁玄武质熔体的母岩浆性质相同(Gaoetal., 2013)。

图7 图拉尔根岩体的Ni/Cu-Pd/Ir (a)和Pd/Ir-Cu/Pd (b)图解

根据Campbell and Naldrett (1979)的质量平衡计算结果表明，R因子在100～5000之间可以解释图拉尔根矿床中观察到的PGE含量变化(图6)。图拉尔根母岩浆中Pt、Pd含量的模拟计算结果分别为0.15×10-9、0.17×10-9。根据前人研究结果表明，苦橄岩的Pt、Pd含量分别为10.9×10-9、9.5×10-9(Crocket, 2002)，大陆拉斑玄武岩的Pt、Pd含量分别为4.3×10-9、4.7×10-9(Greenough and Owen, 1992)，洋岛玄武岩Pt、Pd含量分别为13.5×10-9、6×10-9(Fryer and Greenough, 1992; Crocket and Kabir, 1988)。与苦橄岩、大陆拉斑玄武岩和洋岛玄武岩相比，图拉尔根矿床的母岩浆PGE显示强烈的亏损。

玄武质岩浆中PGE含量过低可能有三方面原因：(1)地幔源区亏损铂族元素;(2)低程度部分熔融使得大部分PGE仍残留在原始地幔中；(3)岩浆上侵过程中深部硫化物熔离滞留造成残余岩浆PGE亏损。中亚造山带南缘岩浆铜镍矿床的形成被证实与俯冲交代改造的地幔源区关系密切(Songetal., 2011; Suetal., 2013)，这种交代改造的地幔与成矿岩体中发育含水矿物(金云母和角闪石)(Tangetal., 2011, 2013)、以及矿物-岩石学所揭示的富水高镁玄武质岩浆性质(Zhouetal., 2004; Gaoetal., 2013)相一致，明显区别于板内环境铜镍矿床古老岩石圈地幔的特征。造山带演化的俯冲阶段，俯冲板片释放流体对上覆地幔持续输送亲铜元素中的Re、Pt和Pd，会形成亲铜元素富化的交代地幔源区(Daleetal., 2009; Riellietal., 2018)，因此图拉尔根矿床母岩浆PGE亏损并非源区亏损造成。

另外，天山-北山地区镁铁-超镁铁岩体形成时代集中于早二叠世(Qinetal., 2011)，明显晚于东天山地区蛇绿岩带发育时代，也晚于该地区岛弧中酸性侵入岩年龄(316～334Ma, 陈富文等, 2005; 李文铅等, 2006)和岛弧火山岩年龄(300～334Ma, 侯广顺等, 2005; 李向民等, 2004)，同时沉积建造证明吐哈盆地及周围地区在早二叠世以伸展构造为主(Wartesetal., 2002)。上述研究表明中亚造山带南缘天山-北山地区的二叠纪矿化镁铁-超镁铁岩体与后碰撞伸展环境紧密相关(王京彬和徐新, 2006; Zhangetal., 2011; Songetal., 2011, 2013; Xueetal., 2018)，因此其含水/富水地幔源区的部分熔融为高效的熔融模式：减压熔融+加水熔融(Elkins-Tanton, 2005, 2007)。Naldrett (2010, 2011)模拟了橄榄岩地幔等压熔融过程中Ni、Cu、Pt和Pd元素配分的正演模型，其中部分熔融形成的熔体中MgO含量低于约16%，熔体中PGE含量总体较低。利用质量平衡和橄榄石-熔体的Fe-Mg交换系数建立的超镁铁堆晶岩母岩浆计算方法(Li and Ripley, 2011; Xueetal., 2019)，Fangetal. (2021)模拟计算出图拉尔根矿床原始程度最高的橄榄岩母岩浆的MgO含量为9.87%。虽然图拉尔根母岩浆经历了强烈的结晶分异作用，但考虑到区域上同时代高原始程度的坡一超镁铁岩体母岩浆MgO含量模拟计算结果为～15%(Xueetal., 2016)、启鑫矿化岩体原始岩浆MgO含量为～15.1%(Xueetal., 2019)，因此图拉尔根矿床的地幔源区很可能并未经历高部分熔融程度，这在一定程度上造成图拉尔根的原始熔体不富集或者亏损铂族元素，其亏损程度尚难以定量揭示。

大量研究成果表明，Cu在硫化物与硅酸盐熔体间的分配系数较PGE低约2个数量级(Fleetetal., 1993, 1996; Crocket, 1997; Li and Audétat, 2012; Pattenetal., 2013; Mungall and Brenan, 2014)，因此相同情况下，硫化物熔离对残余岩浆中的Cu的含量的影响程度远远小于对PGE的影响，因此，Cu/Pd和Cu/Pt比值可以很好的揭示硫化物熔离的时限和强度(Maieretal., 1996; Barnes, 2004)。根据前人研究可知，科马提岩的Cu/Pd比值为8.11×103(Dowling and Hill, 1992)，苦橄岩的Cu/Pd比值为9.01×103(Crocket, 2002)，大陆拉斑玄武岩为19.2×103(Greenough and Owen, 1992)，洋岛玄武岩为23.7×103(Fryer and Greenough, 1992; Crocket and Kabir, 1988)，造山带橄榄岩地幔的Cu/Pd比值相对更低，均值为5500(Barnesetal., 2015)。图拉尔根岩体的Cu/Pd比值介于31×103～2307×103之间(图7b)，远大于上述全球代表性基性-超基性岩浆产物，清晰表明图拉尔根岩体母岩浆演化过程中，在深部经历了硫化物熔离并滞留，这可能是造成图拉尔根岩体母岩浆PGE亏损的主要原因。

5.3 壳源混染强度与硫化物熔离

岩浆铜镍硫化物矿床成矿过程中地壳物质混染作用可被Re-Os同位素体系很好地示踪(Walkeretal., 1989, 1994; Fosteretal., 1996; Mathuretal., 1999)。在地幔部分熔融过程中，Os的相容性使其倾向于富集在地幔残留相中，而Re的不相容性使其趋于富集在熔体相中，这导致地壳岩石中富集大量的Re(Walkeretal., 1989, 1994; Hauri and Hart, 1997)。因为187Re可以通过β衰变形成187Os，镁铁质岩浆在上升过程中地壳物质的混染，尤其是与含硫化物的地壳物质发生反应，会造成相应187Os/188Os初始值发生显著变化(Shirey and Walker, 1998)。前人通过Re-Os同位素研究表明Sudbury、Bushveld、Stillwater、Pechenga以及Voisey’s Bay等世界级铜镍矿床显示不同程度的壳源物质贡献(Walkeretal., 1994, 1997; Ripley, 1998; Lambertetal., 2000; Morganetal., 2002)，中亚造山带天山-北山地区二叠纪喀拉通克、坡一、黄山东、香山和葫芦矿床与全球典型铜镍矿混染特征相似(图8a)，明显不同于古亚洲洋大洋地幔(天山地区古生代蛇绿岩, Gongetal., 2020)和晚二叠世峨眉山大火成岩省产出的低混染程度的苦橄岩(Xuetal., 2007; Lietal., 2010)。图拉尔根矿石的 (187Os/188Os)i介于0.5417～1.8436之间，γOs(t)变化范围在330～1370(均值790)。在Re/Os-γOs相关图解可以看出，大部分样品的γOs(t)值要高于或相近于境外代表性铜镍矿床(Walkeretal., 1994, 1997; Ripley, 1998; Lambertetal., 2000; Morganetal., 2002)和区域同时代典型矿床(Hanetal., 2007; Tangetal., 2011; Gaoetal., 2012; Yangetal., 2014; 薛胜超等, 2022)，说明图拉尔根岩体母岩浆的Re-Os同位素体系受到了较大程度的地壳物质的改造。

图8 图拉尔根矿石Re/Os-γOs (a)和187Os/188Os-εNd(t) (b)关系图

镁铁-超镁铁质岩浆达到硫化物饱和时硫化物会发生熔离(Naldrett, 2004)，在熔离过程中亲铜元素会强烈配分到硫化物中(Goldschmidt, 1937; Peachetal., 1990)。在幔源岩浆上升到地壳的过程中，高温岩浆通常发生富硅或者富硫物质的混染，前者通过降低硫化物饱和时硫的溶解度、后者通过提高岩浆体系硫含量促使幔源岩浆中的硫化物发生饱和，从而使Cu、Ni等富集成矿(Haughtonetal., 1974; Mavrogenes and O’Neill, 1999; Lietal., 2001)。图拉尔根矿床的γOs(t)值表现出相近或略高于Sudbury和Voisey’s Bay矿床的特征(图8a)，这两个世界级矿床被证实有超过50%壳源Os贡献(Shirey and Walker, 1998; Barnes and Ripley, 2016)，进一步说明图拉尔根矿床经历强烈壳源硅铝质岩石和/或外源硫化物混合。图拉尔根矿床的Sr-Nd同位素系统研究查明该矿床母岩浆硅铝质混染程度不超过5%(Xueetal., 2022)，Os-Nd同位素端元混合模拟结果显示硅铝质地壳物质的混染难以解释图拉尔根样品的Os同位素组成(图8b)。因此，图拉尔根样品中较高187Os/188Os比值和γOs值(330～1370)所反映的地壳信息，主要由于成矿母岩浆中加入了显著体量的地壳硫化物，由此可以推断外源硫的加入是触发图拉尔根岩浆硫化物饱和的重要原因。

5.4 成矿过程

中亚造山带南缘东天山地区二叠纪时期的后碰撞伸展，引发先存的俯冲交代地幔源区部分熔融形成高镁玄武质岩浆，该熔融事件可能存在源区硫化物残留，造成图拉尔根矿床的原始熔体具有不富集的PGE含量。幔源岩浆沿康古尔塔格-黄山韧性剪切带的超壳断裂向地壳运移，上侵岩浆在深部发生了硫化物饱和，少量硫化物滞留造成残余岩浆中Cu和Pd的解耦以及母岩浆中的PGE亏损。在岩浆上涌至地壳的过程中，大量外源硫和少量硅铝质地壳物质的加入导致岩浆硫化物发生饱和再次熔离，同时造成母岩浆Re-Os同位素显示强烈的壳源特征。图拉尔根的硫化物熔体和含硫化物硅酸盐熔体经重力分异和流动分异作用，在康古尔塔格-黄山韧性剪切带NEE向的次级挤压破碎带的有利构造空间部位富集成矿。

6 结论

(1)图拉尔根矿床不同矿石类型中PGE的变化主要受硫化物熔离过程中R值变化的影响，硫化物熔离后MSS分异作用的影响有限。

(2)图拉尔根母岩浆中Pt和Pd表现为显著的亏损，Cu和Pd的强烈解耦揭示出引发亏损的重要原因之一为深部硫化物熔离；鉴于区域同时代成矿岩体母岩浆PGE一致表现为亏损特征，因此区域岩浆作用的低程度部分熔融造成源区硫化物残留、原始熔体PGE亏损也可能为潜在的重要因素。

(3)图拉尔根矿床不同矿石类型的样品的Re-Os同位素揭示出强烈的地壳混染作用，矿床所反映的地壳信息主要来源于地壳硫的加入而非硅铝质地壳熔体混染，因此外源硫加入是图拉尔根矿床铜镍硫化物成矿的关键因素之一。

致谢本次研究的野外工作和地质资料得到有色地质勘查局704队陈寿波总工程师、吴林楠工程师、习彬彬工程师以及哈密和鑫矿业有限公司赵照明工程师和王虎强工程师的支持和帮助；实验测试工作得到高剑峰研究员的大力帮助；审稿人为本文提出了宝贵意见；在此对各位的关怀表示衷心的感谢