科学研究

薛胜超:金川超大型铜镍矿床的硫化物熔离机制【EG,2024】
2024-04-19 阅读:49

镍是全球极紧缺的新能源金属,其资源形势直接影响我国在全球的新能源战略部署。金川矿床是全球单体最大的岩浆铜镍硫化物矿床(图1),镍储量居全国第一位,铜、钴储量居全国第二位,另外伴生有16种稀有贵重金属,其成因长期以来备受国际学界关注。目前金川矿床巨量硫化物饱和熔离机制仍存在较大争议,前人提出金川岩浆-碳酸盐岩边缘反应模型,即在岩浆-大理岩接触带的脱碳过程中,释放的CO2会提高岩浆的氧逸度,从而降低岩浆体系的Fe2+/Fe3+,导致硫化物饱和时硫的溶解度(SCSS)降低,最终触发岩浆发生硫化物饱和熔离。然而,该模型缺少岩浆与碳酸盐岩相互作用对氧逸度影响的定量化证据,难以确定碳酸盐岩混染和SCSS之间的关系。此外,硅铝质地壳混染、外源硫加入也被认为是触发金川硫化物熔离的潜在关键过程,其同化混染的时空尺度仍待精确厘定。

针对上述科学问题,57365z线路检测中心“岩浆-热液演化与金属成矿群体薛胜超教授、邓军教授和王庆飞教授等合作,开展了系统的岩相学、氧化还原状态、混染空间尺度的综合研究,为明确金川矿床巨量硫化物熔离机制提供了关键证据,取得主要进展如下:

1、矿物自动定量分析精确识别出含“方解石残斑”的矿化超镁铁岩(图2),其C同位素组成与大理岩接近,而未含“方解石残斑”矿化超镁铁岩的C同位素组成接近地幔值(图3);氧逸度计算结果显示两类矿石的fO2相似,表明碳酸盐岩混染并未显著改变金川成矿岩浆体系的氧化还原状态。与该结论一致的是,金川岩体在新元古代侵位时期的上覆地层厚度小于10公里,其对应的~0.3 Ga压力状态下的玄武质岩浆仅能溶解几百ppm CO2,显然该体量对金川成矿岩浆体系超过105 ppm FeO的氧化效应极其微弱,因此岩浆-碳酸盐岩边缘反应模型并非巨量硫化物熔离的主控因素。

2、金川岩体具有富集的Sr-Nd同位素特征,混染端元的差异选择导致目前存在直接围岩混染和深部地壳混染的不同认识。金川矿区围岩(纯大理岩、蛇纹石大理岩、斜长角闪岩、片麻岩、混合岩、片岩)Sr-Nd同位素与幔源岩浆的端元混合计算结果显示,成矿岩体的Sr-Nd同位素组成难以由任何一种或多种直接围岩的混染作用解释(图4),表明岩体Sr-Nd同位素富集特征继承自源区和深部硅铝质地壳混染。

3、系统的硫同位素分析显示,矿体的δ34S变化区间为-7.63.0‰,均值-1.8‰,不同于幔源硫同位素组成(±2‰),证实金川矿床的形成存在外源硫加入(图5);矿区围岩的δ34S变化区间为-4.011.3‰,均值+2.9‰,其与金川矿床硫同位素特征的差异表明侵位尺度的直接混染并非外源硫的主要来源。R值(岩浆量/硫化物量)模拟结果进一步揭示出,金川矿床S同位素与S/Se比值的变化特征由具有负异常δ34S的外源硫加入和R值变化共同控制。

4、综上所述,侵位尺度碳酸盐岩混染对金川成矿贡献有限,深部硅铝质地壳混染和外源硫加入是金川超大型矿床巨量硫化物熔离的主要机制。与全球重要岩浆铜镍矿床成因对比可发现,深部混染触发的岩浆早阶段巨量硫化物熔离是全球铜镍成矿普遍事件。


图1 金川岩体和围岩地质图

 


图2 金川岩体中含“方解石残斑”的矿化超镁铁岩特征

 


图3 金川岩体、接触带混合岩和围岩碳同位素组成

 


图4 金川岩体、接触带混合岩和围岩Sr-Nd同位素组成


 

图5 金川岩体、接触带混合岩和围岩硫同位素组成

 

本研究得到国家重点研发计划项目(SQ2020YFA070268)、国家自然科学基金面上基金(4217207641802076)及中央高校基本科研业务费(265QZ20220082-9-2019-043)等项目的联合资助。相关成果发表于矿床学权威期刊《Economic Geology》:Xue, S.C.*, Wang, Q.F.*, Wang, Y.L., Song, W.L., Deng, J., 2023. The roles of various types of crustal contamination in the genesis of the Jinchuan magmatic Ni-Cu-PGE deposit: New mineralogical and C-S-Sr-Nd isotopic constraints. Economic Geology 118 (8): 1795–1812

原文链接:https://doi.org/10.5382/econgeo.5017