橄榄石成分对东昆仑夏日哈木超大型镍钴矿床岩浆过程的约束.pdf
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1、第 59 卷 第 4 期2023 年 7 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59 No.4July,2023橄榄石成分对东昆仑夏日哈木超大型镍钴矿床岩浆过程的约束张志炳1,2,3,李文渊2,张 征1,李怀彬1,张 岩1,黄 华1,张照伟2(1.中国冶金地质总局矿产资源研究院,北京 101300;2.自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室,中国地质调查局西安地质调查中心,陕西西安 710054;3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083)摘 要橄榄石是与镁铁-超镁铁质岩浆有关的铜镍硫化物矿床中最主要的造岩矿物之一,其成分记录了丰富的镍成矿信息,
2、并可反映母岩浆成分组成、结晶分异过程及后期物质交换等。东昆仑夏日哈木镍钴矿床是全球铜镍硫化物矿床勘查20余年来最为重要的找矿发现之一,将逐步成为中国重要的镍钴资源基地。本文在大量镜下岩相学观察的基础上,对夏日哈木矿床橄榄石进行系统电子探针分析。分析数据表明,夏日哈木橄榄石Fo值为83.0190.12;Ni含量为67610-6284510-6,Mn、Ca含量均较低,最大值分别为245710-6和65010-6。“巨型”斜方辉石包裹的橄榄石成分自核心到边部Fo值和NiO含量均增高,表明含矿岩相形成时存在新鲜岩浆的补充,至少存在2次岩浆活动。橄榄石最高Fo值为90.12,反映夏日哈木镍钴矿床的母岩浆
3、是Mg#值为0.73的高镁玄武质岩浆。硫饱和始于深部岩浆房母岩浆中少量橄榄石的结晶分异,早期熔离量较小,估算的橄榄石与硫化物熔体质量比大致为20 1。本次研究利用橄榄石成分约束了夏日哈木矿床岩浆的多期次活动,限定了母岩浆的成分性质与硫化物的熔离时机,可为矿床成因研究提供借鉴。关键词橄榄石 成因意义 夏日哈木 镍钴矿床 东昆仑造山带中图分类号P618.41 文献标识码A 文章编号0495-5331(2023)04-0704-12Zhang Zhibing,Li Wenyuan,Zhang Zheng,Li Huaibin,Zhang Yan,Huang Hua,Zhang Zhaowei.Con
4、straints of olivine composition on the magmatic process of the Xiarihamu super-large Ni-Co sulfide deposit in East Kunlun orogenic beltJ.Geology and Exploration,2023,59(4):0704-0715.0 引言岩浆铜镍硫化物矿床与镁铁-超镁铁质岩浆中的硫饱和作用密切相关,多产于稳定大陆边缘裂谷或大火成岩省中(Naldrett,1999)。2011年发现于东昆仑造山带内的夏日哈木镍钴硫化物矿床已获得118万吨镍、4.03万吨钴和23万吨
5、铜资源量,Ni资源储量规模达超大型,是全球20余年来发现的最大硫化镍钴矿床。随着2022年底矿山的建成投产,该矿床将逐步成为中国重要的镍钴资源基地。前人对夏日哈木矿床的岩石类型、岩(矿)石地球化学、矿物学、铂族元素、同位素地球化学、成矿年代学及矿床成因等进行了大量研究工作(王冠等,2014;Li et al.,2015;姜常义等,2015;Song et al.,2016;Zhang et al.,2016;Liu et al.,2018;Song et al.,2020;Chen et al.,2020),总体上认为铜镍成矿主要与超镁铁岩有关,岩石具有LREE富集、Nb强烈亏损等弧岩浆信息,
6、成岩成矿时代为439406 Ma;硫化物的熔离始于橄榄石大量分离结晶之前,壳源物质混染对硫化物的巨量熔离有重要作用,成矿期岩浆有多次活张志炳doi:10.12134/j.dzykt.2023.04.002收稿日期 2023-01-18;改回日期 2023-04-10;责任编辑 郝情情。基金项目 国家自然科学基金地质联合基金项目“昆仑成矿带及西延镍钴锂矿产境内外对比与跨境成矿规律研究”(编号:U2244204)和中国冶金地质总局自主勘查项目(编号:2022CMGBGC002)联合资助。第一作者 张志炳(1991年-),男,2016年毕业于中国地质大学(北京),矿物学、岩石学、矿床学专业,获硕士学
7、位,工程师,主要从事矿产资源勘查与研究工作。E-mail:。通讯作者 张 征(1989年-),男,2015年毕业于中国石油大学(北京),地质工程专业,获硕士学位,工程师,主要从事矿产资源评价工作。E-mail:。704张志炳等:橄榄石成分对东昆仑夏日哈木超大型镍钴矿床岩浆过程的约束第 4 期动的特点;地幔源区受到俯冲板片的改造,母岩浆具有PGE和Cu含量低、Ni含量与Ni/Cu比值高的特征;但在母岩浆性质及地球动力学背景等方面还存在一定的争议,并且对号岩体西侧基性程度较高的超镁铁岩研究较少。橄榄石作为最为主要的造岩矿物之一,广泛赋存于岩浆铜镍硫化物矿床中。该矿物属岛状硅酸盐矿物,一般化学式为(
8、Mg,Fe)2SiO4,可含少量Ca、Ni、Mn、Cr等元素。母岩浆成分构成、岩浆房中的结晶分异和硫化物熔离、已结晶的橄榄石与周围硅酸盐熔浆或硫化物熔体反应、新鲜岩浆注入及后期热液蚀变等均会影响其成分(李士彬等,2008)。同时,橄榄石也是镁铁-超镁铁岩浆主要的液相线矿物,因此橄榄石不仅能反映铜镍硫化物矿床的母岩浆组成(Roeder and Emslie,1970),还记录了母岩浆结晶分异及后期物质交换等成矿信息(Li et al.,2003;李士彬等,2008;毛亚晶等,2014)。本文在对夏日哈木矿床主含矿岩体详细岩相分带划分的基础上,进行系统的橄榄石镜下观察,通过大量电子探针分析,以橄榄
9、石成分为依据探讨夏日哈木矿床岩浆多期次活动、母岩浆性质及其与硫化物熔离之间的联系,为矿床成因研究提供借鉴。1 区域地质背景与矿区地质概况东昆仑造山带自西向东延伸约 1500 km,可与冈底斯带相媲美,该带早古生代以来历经了多旋回造山过程与强烈的壳幔相互作用,是中国西部重要的多金属成矿带(姜春发,2000;莫宣学等,2007;李荣社等,2008)。以昆北、昆中和昆南3条近东西向的岩石圈深大断裂带为界,孙丰月等(2003)将其自北向南分为三个部分。昆中基底花岗岩带主要由与原特提斯洋演化有关的志留纪-泥盆纪花岗岩和与古特提斯洋演化有关的晚二叠世-晚三叠世花岗岩组成(李王晔,2008;莫宣学等,200
10、7;李文渊等,2020),夏日哈木矿床位于邻近昆北断裂带的昆中基底花岗岩带内部(图1a),李文渊等(2022)认为其形成与古特提斯洋演化初期的裂解环境有关。矿区出露地层主要为古元古代金水口群白沙河组和第四系。金水口群主要由角闪岩相-麻粒岩相变质的片岩、片麻岩、斜长角闪岩和大理岩等变质岩构成,属陆源海相碎屑岩为主的泥砂质沉积碎屑岩-基性火山岩-碳酸盐岩建造(校培喜等,2014)。区内见有近EW向、NE向和NW向3组逆断层或左行平移断层;近EW向断层规模相对较大,形成时间最早,为区域性深大断裂黑山-那陵格勒断裂北部的次级断层。矿区南部零星分布有原岩形成于920 Ma的含石榴石花岗片麻岩和二长花岗岩
11、(王冠等,2016),北侧发育391 Ma形成的正长花岗岩岩基(王冠等,2014)及382 Ma形成的闪长玢岩脉(奥琮等,2014)。矿区内发育4个镁铁-超镁铁质岩体。号岩体是夏日哈木硫化镍钴工业矿体的赋矿岩体。号岩体含矿性较差,位于矿区东侧,由424 Ma形成的辉长岩和辉石岩组成(Peng et al.,2016)。号岩体地处矿区北西,主要见有作为蛇绿岩的地幔橄榄岩和条带状的榴辉岩/榴闪岩,与金水口群地层呈构造接触。号岩体位于矿区南侧,前期认为其岩性为地幔橄榄岩,近来有研究认为其属于榴辉岩退变质形成的斜长角闪岩(李爽等,2021)。榴辉岩及其退变质形成的榴闪岩呈构造透镜体形态在号岩体西侧钻孔
12、上部、号岩体周边的地表大量分布,变质锆石U-Pb年龄限定其退变质时代为 436411 Ma(祁生胜等,2014;张照伟等,2017;Song et al.,2018;郭峰,2020)。此外,陈欣等(2023)报道了矿区东侧发现与号岩体其近于同时期形成的热液型铅锌矿体(413 Ma),其探明的金属资源量达10万吨。号岩体出露地表部分长约1.76 km,宽约0.8 km,主要岩性为辉长岩和二辉岩,1号与2号勘探线之间二辉岩露头可见草绿色镍华。根据已有钻孔控制情况,岩体顶板南西低而北东高,西侧岩体埋藏深、厚度薄,东段出露地表,厚度变大,从不同勘探线上矿化程度相对较好的5号钻孔剖面看(图1b中AB,图
13、1c),总体形态为向西倾伏的楔状侵入体;近南北向的勘探线剖面见岩体呈岩盆状。岩体分两期侵入,第一期为岩体上部岩枝状的辉长岩相(辉长苏长岩)侵入,规模较小,形成时代为439431 Ma(Li et al.,2015;姜常义等,2015)。第二期为构成岩体主体的含矿辉石岩相(二辉岩、方辉辉石岩和橄榄二辉岩)-橄榄岩相(二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩)-辉长岩相侵入,形成于411406 Ma(Li et al.,2015;Song et al.,2016)。岩体内岩性变化复杂,未见明显分布规律。由南西向北东基性程度大致降低,自纯橄榄岩、方辉橄榄岩过渡至二辉岩及辉长岩等(图1c)。705地质与勘探2
14、023 年2 橄榄石特征及测试方法橄榄石在I号岩体以主要造岩矿物产出于橄榄岩相的纯橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉橄榄岩中,少数产出于辉石岩相的橄榄二辉岩或橄榄方辉岩中。岩体东段辉石岩相的二辉岩和方辉辉石岩及辉长岩相的辉长岩和辉长苏长岩中几乎未发现橄榄石,或仅在含矿的超镁铁岩中见到橄榄石。橄榄石形态以自形-半自形粒状或短柱状为主,作为堆晶矿物显示出正-中-补堆晶全部三类堆晶结构,多数粒图1 东昆仑夏日哈木矿床区域地质(a,据Peng et al.,2016修改)、地质简图(b,据李文渊等,2015修改)及剖面图(c)Fig.1 Regional geology(a,modified from Peng
15、 et al.,2016),sketch geological map(b,modified from Li et al.,2015)and cross-section(c)of the Xiarihamu deposit in East Kunlun orogenic belt1-第四系;2-金水口群;3-花岗岩;4-闪长岩;5-榴辉岩;6-地幔橄榄岩;7-辉长岩相;8-辉石岩相;9-橄榄岩相;10-垂直勘探线剖面平面投影;11-钻孔及编号;12-Ni矿体(Ni0.5%);13-样品位置投影1-Quaternary;2-Jinshuikou Group;3-granite;4-diorite
16、;5-eclogite;6-mantle peridotite;7-gabbro;8-pyroxene;9-peridotite;10-plane projection of vertical exploration line profile;11-boreholes and their numbers;12-Ni ore body(Ni0.5%);13-sample position projection706张志炳等:橄榄石成分对东昆仑夏日哈木超大型镍钴矿床岩浆过程的约束第 4 期度12 mm,大者58 mm,少数0.5 mm左右。粒度较小的橄榄石在二辉橄榄岩、方辉橄榄岩可见被粒度较大的斜
17、方辉石或单斜辉石包裹。硫化物含量较高的矿石中也见硫化物包裹橄榄石。橄榄石裂理发育,沿橄榄石裂理及边缘发育的蛇纹石化及相伴析出的粉尘状铁质构成网状结构(图2a,b)。自形短柱状或他形的辉石包裹橄榄石形成包橄结构或包含结构(图2c,d),这些辉石粒度515 mm不等,少数达20 mm以上。蚀变强烈的橄榄石仅可由蚀变产物的橄榄石假象形态辨别(图2e),此外也有少数橄榄石发生伊丁石化蚀变(图2f)。在详细薄片鉴定基础上,自西向东(采样位置纵投影如图 1c)选取 I 号岩体纯橄榄岩、方辉橄榄岩、二辉橄榄岩及橄榄二辉岩新鲜橄榄石记录其产出状态以便进行分析,每张薄片橄榄石分析 412点,详细记录其测点位置并
18、进行比较。电子探针测试在长安大学利用日本电子生产的JXA-8100型电子探针仪完成。使用天然矿物和合成纯氧化物国际SPI标样进行校准,激发电压15 kV、电流10 nA、电子束斑直径1 m,检测限0.01%,精度优于2%。图2 夏日哈木I号岩体橄榄石镜下特征Fig.2 Microscopic characteristics of olivines from the No.I intrusion in XiarihamaOl-橄榄石;Opx-斜方辉石;Sul-硫化物;Srp-蛇纹石;Ids-伊丁石Ol-olivine;Opx-orthopyroxene;Sul-sulfide;Srp-serpe
19、ntine;Ids-iddingsite707地质与勘探2023 年3 测试结果镁铁-超镁铁质岩浆演化早期岩浆中MgO含量较高,相应形成的橄榄石MgO较高,因此本文每件样品均采用测于橄榄石中心的橄榄石成分来限定其最初形成时的条件(若单一样品测多颗橄榄石,则采用中心Fo值最高的橄榄石数据)。电子探针分析如表1,夏日哈木橄榄石SiO2含量范围为37.53%41.86%,MgO 44.32%46.78%,FeOt 9.55%15.97%,相应的Fo值为83.0190.12(主要为镁橄榄石,贵橄榄石次之);Ni含量为67610-6 284510-6;少数橄榄石中的Mn、多数的Ca含量低于检测限,最大值
20、分别为245710-6和65010-6。橄榄石低Ca的特征可能与其中包含的弧岩浆信息有关(Li et al.,2015;张照伟等,2015)。随岩石基性程度降低,橄榄石Fo值大致降低。根据橄榄石Fo值定义(Fo=Mg/(Mg+Fe)100),Fo值与MgO含量呈正相关;Fo值与NiO含量呈弱正相关,表明存在岩浆房中橄榄石的结晶分异;与Mn和SiO2含量呈弱负相关(图3)。由于号岩体岩性变化规律复杂,因此未发现单一钻孔不同深度橄榄石成分明显变化规律。ZK1502S的部分样品中,可见数颗橄榄石被单颗“巨型”斜方辉石“斑晶”包裹,这些橄榄石粒度多在12 mm,呈自形-半自形粒状,斜方辉石粒径1025
21、 mm(图4)。此类橄榄石单一颗粒自核心到边部Fo值变大、Ni含量增高(表2)。图3 橄榄石Fo与主要成分相关性图解Fig.3 Correlation diagrams of olivine Fo vs.main components708张志炳等:橄榄石成分对东昆仑夏日哈木超大型镍钴矿床岩浆过程的约束第 4 期表1 夏日哈木号岩体橄榄石电子探针成分数据Table 1 Electron-probe analysis of olivine from the No.I intrusion in Xiarihamu样号岩性产状SiO2(%)TiO2(%)Al2O3(%)FeO(%)MnO(%)MgO
22、(%)CaO(%)Cr2O3(%)NiO(%)Total(%)FoNi(10-6)Mn(10-6)Ca(10-6)编号岩性产状SiO2(%)TiO2(%)Al2O3(%)FeO(%)MnO(%)MgO(%)CaO(%)Cr2O3(%)NiO(%)Total(%)FoNi(10-6)Mn(10-6)Ca(10-6)ZK2305-535纯橄榄岩堆晶状41.86-12.40 0.14 46.01-0.28 100.71 86.86 2224 1046-ZK15E09S-344方辉橄榄岩堆晶状40.66-0.02 9.55 0.13 48.90-0.03 0.19 99.54 90.12 1454 9
23、92-ZK2305-564橄榄二辉岩Cpx包裹40.40 0.01-15.97 0.22 43.78-0.10 100.54 83.01 794 1721-ZK15E09S-358方辉橄榄岩堆晶状40.87-0.01 11.91 0.15 47.74-0.24 100.95 87.71 1886 1178-ZK2107-408方辉橄榄岩堆晶状41.45-11.27 0.23 48.02 0.01-0.32 101.33 88.36 2499 1752 93 ZK9E02S-91方辉橄榄岩Opx包裹38.95 0.01 0.04 11.17 0.27 48.64-0.04 0.17 99.29
24、88.58 1360 2077-ZK2107-473纯橄榄岩堆晶状40.58-12.99 0.22 46.67 0.02-0.21 100.68 86.49 1674 1736 107 ZK9E02S-92方辉橄榄岩Sul包裹38.85-12.31 0.12 48.21-0.17 99.66 87.46 1313 915-ZK2107-29方辉橄榄岩Opx包裹41.34 0.01-13.74 0.32 45.77-0.17 101.36 85.58 1336 2457-ZK9E02S-111方辉橄榄岩Sul包裹39.34-0.02 11.21 0.08 48.12-0.31 99.09 88.
25、43 2468 581-ZK1502S-135方辉橄榄岩Opx包裹40.35 0.07 0.01 12.66 0.13 47.55 0.02-0.20 101.01 87.00 1580 977 150 ZK9E02S-117方辉橄榄岩Sul包裹38.52-0.02 10.67 0.17 48.80 0.01-0.16 98.38 89.07 1218 1325-ZK1502S-218方辉橄榄岩Opx包裹41.43 0.03-12.27 0.14 47.26 0.14-0.22 101.43 87.28 1753 1085-ZK9E02S-189二辉橄榄岩Opx包裹39.41-12.59 0.
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