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毛亚晶等-JP:矿物粒度分布对金川矿床硫化物富集过程的指示
2018-12-14 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  不论是造山带还是克拉通背景的铜镍矿床,硫化物往往赋存于富橄榄石的小岩体中。经典的堆晶理论认为橄榄石堆晶岩是岩浆房中橄榄石通过重力沉降作用在底部堆积形成的,也有学者提出堆晶岩可以在岩浆房边部原地成核并生长形成。两种成因机制均基于大型层状岩体的研究提出,经历了几十年的争论质疑与反复验证,至今仍未有定论。铜镍矿床相关的小岩体,与大型层状岩体具有显著的侵位与冷却过程差异,且大量硫化物往往只在小岩体相关的橄榄岩中聚集。小岩体中橄榄石堆晶岩的形成机制探讨较少,且硫化物富集过程仍不清晰,亟待开展相关研究。华北克拉通南缘的金川矿床作为世界第三大镍矿,是小岩体成矿的典型,其成矿过程一直以来备受瞩目。 

  针对该科学问题,矿产资源研究院重点实验室毛亚晶博士后和合作导师秦克章研究员、Steve J. Barnes研究员,与长安大学段俊、焦建刚、CSIROBelinda M. Godel等合作,选择金川铜镍矿床,开展了橄榄石与硫化物的粒度分布特征研究,通过矿物粒度分布这一新的视角,探讨金川矿床的橄榄石堆晶过程与晶间硫化物的富集机制(图1)。研究者借助X射线荧光扫描(XRF)图像与显微镜照片复原了橄榄石的边界和形态,统计了16件不同硫化物含量样品中几万颗橄榄石颗粒的形态和粒度分布特征(包括面积、长轴长与晶体方向、空间位置等),发现金川两个岩体(I号和II号)具有截然不同的橄榄石粒度分布特征(CSD分布图,图2左)和空间分布特征(SDP图解,图2右)。粒度特征指示其I号岩体橄榄石经历了次生生长和压实作用并可能存在两期成核生长事件(折线型CSD),指示II号岩体橄榄石以原地次生加大为主且只存在一期成核生长事件。这些特征暗示橄榄石以当前岩浆房结晶为主。更为重要的是,单斜辉石包裹的橄榄石(较晚成核)与其它堆晶的橄榄石(较早成核)具有相同的成核密度和结晶条件,说明早期堆晶与晶间熔体中结晶的橄榄石具有相同的结晶条件。据此,研究者推断金川橄榄岩中大部分橄榄石形成于就地结晶与晶间生长(图3)。 

1 金川矿床I号岩体和II号岩体海绵陨铁状矿石照片(上)与通过XRF扫描图像还原的橄榄石颗粒分布图(下),海绵陨铁状矿石是橄榄岩赋矿矿床的典型矿石 

2 金川矿床I号岩体和II号岩体橄榄石的粒度分布图解(左,CSD图解,详见Marsh et al., 1988),与橄榄石空间分布图解(右,SDP图解,详见Jerram et al., 1996 

  研究者系统对比了金川矿床不同矿体中不同硫化物含量矿石的橄榄石粒度特征,发现橄榄石的粒度大小、分布与硫化物含量无关,且不同硫化物含量的矿石具有相同的橄榄石粒度特征(图2左),指示海绵陨铁状矿石的橄榄石晶间原来为硅酸盐熔体填隙,而橄榄石结晶之后硅酸盐熔体被硫化物熔体所取代。硫化物的3D扫描分析结果进一步揭示绝大部分硫化物均以连通的不规则状为主,表明硫化物在晶体间具有极强的运移能力。根据这些观测结果,研究者提出了金川海绵陨铁结构矿石可由硫化物置换晶间硅酸盐熔体而成(图3)。该认识不同于矿浆贯入模式,暗示成矿并不需要携带巨量硫化物的岩浆,指示硫化物矿浆并不一定从深部贯入到浅部岩浆房,而更可能由晶间连通的硫化物熔体向下贯入到岩体围岩接触带、围岩裂隙等薄弱部位而成。这一认识预示海绵陨铁状矿石与成矿构造恢复可用于指示块状矿体的可能产出部位。 

3 海绵陨铁状矿石形成过程模式图:在橄榄石结晶之后,晶间连通的硫化物熔体通过重力作用向下压滤运移并置换晶间的硅酸盐熔体形成海绵陨铁状矿石 

  该研究对于金川矿床以及其它铜镍矿床具有以下几方面指示: 

  1)XRF扫描结合镜下观测是矿物粒度分析的有效方法,可以应用于弱蚀变岩石的粒度特征还原; 

  2)堆晶过程与原地结晶在金川橄榄岩形成中都起作用,但以原地结晶与晶间生长为主; 

  3金川海绵陨铁状矿石由硫化物熔体置换晶间硅酸盐熔体形成,块状贯入矿可由晶间聚集的连通状硫化物熔体通过重力作用侵位于构造薄弱部位而成。

  研究成果发表于Journal of Petrology。(Mao Y J, Barnes S J, Duan J, et al. Morphology and Particle Size Distribution of Olivines and Sulphides in the Jinchuan Ni–Cu Sulphide Deposit: Evidence for Sulphide Percolation in a Crystal Mush[J]. Journal of Petrology, 2018, 59(9): 1701-1730. DOI:10.1093/petrology/egy077 

 
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