金川与夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床铂族元素对比研究

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全球约90%的铂族元素资源蕴藏在岩浆铜镍硫化物矿床中,被多国列为关键或战略矿产,受到极大的关注。但中国的岩浆铜镍硫化物矿床中的铂族元素匮乏,对外依存度高,受国际环境影响大。金川铜镍铂族元素矿床和夏日哈木镍钴矿床是我国仅有的两个超大型岩浆硫化物矿床,在我国铜镍钴铂族元素资源中占有举足轻重的地位。前人对二者的产出背景、成矿时代、成矿元素、矿石品位等方面进行了详细研究,但对铂族元素特征并未进行过系统的对比研究。铂族元素不仅作为重要的资源,也是岩浆过程的良好指示剂。对其差异性研究对于两个矿床的岩浆演化及成矿过程异同的梳理具有重要意义,凝聚了中国铂族元素演化规律、运移机制以及成矿条件等重要的成矿理论。本次工作依据比较学的研究思路,在深刻认识矿床地质、地球化学特征的基础上,采用全岩铂族元素及微量元素分析、电子探针主量元素测试、LA-ICP-MS原位微区微量元素测试、原位硫同位素的方法,对两个岩浆硫化物矿床岩石、矿石、矿物的铂族元素角度进行系统的分析、比较和研究,查明二者的共同性和差异性。由此进一步认识两个矿床岩浆演化和成矿过程的异同。再者,根据二者不同的铂族元素赋存特点,对比总结铂族元素的赋存状态、运移机制、成矿条件,对今后铂族元素找矿提供指导。通过系统对比研究,取得了以下认识:(1)金川矿床不同矿区岩石的铂族元素和半金属元素含量较为均一,显示同源岩浆演化的特点。矿石的铂族元素含量变化非常大,Ⅰ矿区、Ⅱ矿区、Ⅳ矿区矿石中的铂族元素及半金属元素含量逐渐降低,其中Pt和Pd富集程度远高于Ir、Ru、Rh。但Pt、Pd具有不一致的变化,而Ru、Rh、Ir变化基本一致;Bi、Se、Te显著富集,但As的变化不明显。相比之下,夏日哈木矿床全岩铂族元素含量极低,但As、Bi含量较高。(2)根据TABs与PGEs的关系、TABs和PGEs与S的相关性,可以很好的指示PGM在岩浆中的表现形式。金川Ⅰ矿区PGE主要为铂族金属单质或合金和少量铂族金属化合物、硫化物中的类质同像替代;Ⅱ矿区PGE主要为铂族金属化合物、硫化物中的类质同像替代;Ⅳ矿区PGE和夏日哈木矿床相似,无铂族矿物,主要为硫化物中的类质同像替代。(3)结合尖晶石在金川和夏日哈木矿床的不同特征及其与国内外典型的PGE矿床的尖晶石类型对比,认为铝铬铁矿可能作为PGE成矿的指示矿物,代表着特定的岩浆来源或物理化学条件。(4)两个矿床成矿元素不同的重要表现为金川矿床广泛发育铂族矿物、金银矿物;夏日哈木矿床广泛发育砷镍矿、红砷镍矿、辉砷钴矿-辉砷镍矿、紫硫镍矿等镍钴矿物。(5)岩浆铜镍硫化物矿床中Pt(可能还有Ir)的赋存状态为铂族矿物,倾向于在早期与富As熔体直接形成Pt As2(可能为Ir As S)或在贫半金属的环境下形成铂族元素单质或合金;Pd除了以铂族矿物存在,还呈类质同像替代黄铜矿及方黄铜矿中的Fe存在;Rh主要以类质同像替代黄铜矿及方黄铜矿中的Fe。(6)铂族元素是否成矿主要取决于岩浆作用形成铂族矿物的多少。金川和夏日哈木矿床硫化物中铂族元素含量相近,但具有不同的全岩铂族元素含量,主要原因为:与金川矿床相比,夏日哈木岩浆源区硫化物少、部分熔融程度低、岩浆氧化程度低、岩浆结晶分异程度较高、深部熔离作用较强、R因子较低。(7)岩浆铜镍硫化物矿床中铂族矿物主要是岩浆成因的,但由于Pt不易进入硫化物中,早期形成铂族矿物后残余的Pt可以进入热液从而在合适的条件下发生Pt的热液矿化。(8)通过两个矿床的对比研究,总结了铂族元素的成矿条件如下:即岩浆源区存在大量硫化物、较高程度的部分熔融、岩浆的持续补给、有限的深部熔离作用、存在铂族元素的“捕获剂”和良好的分异和堆积过程。
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