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金川铜镍硫化物矿床特征与成因总结周志超（中国石油大学华东山东青岛266555）摘要：根据近几年来的研究成果,从矿体的分布、矿床地质构造特征、成矿作用及过程、成矿的物理化学条件、矿床成因等方面对金川铜镍硫化物矿床特征进行总结，并探讨铜镍硫化物矿床的研究现状及发展趋势。关键词：金川铜镍硫化物矿床；矿床构造特征；矿床成因；金川铜镍硫化物矿床位于龙首山地区金昌市，是我国最大的铜镍硫化物矿床之一，已探明铜镍硫化物矿床4个,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿,其中Ⅰ、Ⅱ矿规模大,铜镍品位高,是目前主要的生产矿山。通过对矿田的地质构造特征、成矿元素的分布、成矿作用及过程和成矿物理化学条件等方面的分析，结合目前铜镍硫化矿床的研究现状，更好的理解铜镍硫化物矿床的地质成因，加深对熔离矿床的学习。1.矿体的分布特征矿体产出与含矿岩体的空间分布关系密切,主要矿体产在超基性岩体内,部分矿体产在超基性岩与围岩的外接触带,前者分贫矿体、富矿体、特富矿体,后者主要是接触交代型矿体。贫矿体规模大,一般产在含矿超基岩体的上部,矿体与围岩(超基性岩)边界呈过渡关系;富矿体产在含矿岩体的中部或下部,矿体上盘一般为贫矿,与贫矿多呈过渡关系,底板围岩一般为超基性岩边缘相岩石;特富矿体有3种类型:一种为贯入型特富矿,形态极不规则,沿含矿岩体原生裂隙构造贯入充填,矿体与围岩(或贫矿、富矿)界线清楚;另一种为变质热液充填交代型特富矿,产于超基性岩体内,矿体与围岩呈过渡关系;第三种为交代型特富矿体,一般产在含矿超基性岩体底板围岩中。从上述各类型矿体的产出位置可看出,矿体的形成与超基性岩的侵入有关,是超基性岩为成矿提供了物质来源。图1金川含矿超镁铁岩体地质略图1-第四系；2-含榴二云片麻岩；3-蛇纹大理岩；4-绿泥石石英片岩；5-条带-均质混合岩；6-黑云斜长片麻岩；7-斜长角闪岩；8-红色碎裂正长花岗岩；9-灰白色片麻状花岗岩；10-纯橄榄岩；11-二辉橄榄岩；12-岩相(粒度相)界限；13-实测及推测地质界限；14-实测及推测断层界限；15-矿区编号2.矿区的地质构造特征矿田内出露的地层只有前震旦系变质岩和第四系堆积物,其它时代的地层缺失。前震旦系（AnZ）下岩组为白家嘴子组(AnZb),按其岩性自下而上可以划分为三段：第一段（AnZb1）为大理岩、黑云斜长片麻岩、角砾一均质混合岩等；第二段（AnZb2）为二云片麻岩、大理岩、绿泥石英片岩、条痕一均质混合岩；第三段（AnZb3）为条痕一均质混合岩、大理岩、二云片麻岩。上岩组为塔马子沟组（AnZt）以大理岩和片岩为主,二者之间为整合接触。第四系由胶结较差的砂岩、砂砾岩和松散的冲积、洪积砾石及黄土组成。1-压性断层；2-扭性断层；3-张（扭性断层）；4-超基性岩侵入体；5-前震旦系白家嘴子组图2矿田构造特征略图（引自樊步恭，1981年）1.断裂:岩体形成后在矿田内出现的断裂构造有以下三组:（1）东西向扭性(反扭)断裂,如F8的作用使Ⅲ矿区相对于I矿区向西平移约800米,成为一个独立的矿区;（2）南北向扭性(顺扭)断裂,如F14；（3）北东向张(扭)断性裂,如F17；2.节理:超基性岩体内的节理按其力学性质可以分为以下四组:(1)走向压性节理,为矿田内最发育的一组,走向北50-70○西,倾向以南西为主,倾角50-80。节理面光滑平直,一般呈闭合状态,延伸较远;(2)扭性节理,有两组,走向北60-80。东和走向北30。西一北10。东,节理面平直、延伸较远,在地层中斜切片理和层理面;(3)张性节理,走向北30-40。东,倾角60-80。，节理面粗糙、延伸小,一般为后期脉岩充填,如蛇纹石脉、碳酸盐脉,次生石英脉等。3.脉岩活动:脉岩形象反映了所处构造裂隙系统的特征。矿田内的闪斜煌斑岩脉（x）以走向近东西的一组最发育,脉体细长、平直,具扭性结构面的特征,与矿田内的扭性破裂面相当。辉绿岩脉（βμ）则沿北东向分布,具有成群出现,分枝复合,尖灭再现等特点,受张性结构面的控制。由断裂、节理、脉岩的特征可以看出,它们都是在北东一南西向压应力作用下形成的,反映了超基性岩体形成以后该区构造应力场的特点。3.成矿作用及过程3.1岩浆熔离与铜镍硫化物结晶沉淀作用在金川铜镍硫化物矿体超基性岩体内富集了大量的Cu、Ni和铂族元素,表明金川含矿岩体侵位前,在深部就已熔离为富含成矿元素的超基性岩浆,这些岩浆沿深大断裂侵入到地壳深处后,在特定的物化条件下再次逐渐熔离并结晶成岩成矿。富含成矿元素的超基性岩浆沿一定的通道上侵,当岩浆侵入到成岩空间,如大断裂,岩浆流动的速度迅速减慢,岩浆处于一种相对安定的环境,由于温度的逐渐降低,压力随之减小,岩浆再次发生熔离作用,在岩浆中形成成矿元素更为富集的矿浆,这些矿浆未受到外来动力作用,可在原地随物化条件的改变产生结晶分异和沉淀作用,形成富矿体;如岩浆呈脉动式上侵,熔离出的富矿浆便在超基性岩浆中缓慢流动,迁移到他处再结晶分异沉淀成矿。含矿超基性岩浆侵位后,随着温度、压力的降低,岩浆中的金属硫化物出现熔离,并产生结晶沉淀作用,在这一过程中,最先晶出的是硅酸盐矿物,如橄榄石、辉石等,金属硫化物则以胶结物形式,充填在硅酸盐矿物颗粒间的孔隙中。矿物的结晶与温度有很大关系,一般是熔点高的矿物先结晶。金川含矿超基性岩体中,橄榄石、辉石是主要的硅酸盐矿物。据汤中立院士研究,在岩浆温度降至1200℃~1100℃时,橄榄石、辉石先后结晶,岩浆成为固熔体状态,当温度降至1000℃时,金属硫化物熔离出,至600℃以下发生固熔体分离,并以胶结物形式充填在硅酸盐矿物颗粒间,因而可在富矿中见到海绵晶铁状矿石。金属硫化物从固熔体中分离后,因重力作用向下运移,在母岩的下底聚集结晶成矿,由于当时容岩空间呈倾斜的岩墙状,并且向下呈楔形尖灭,成矿物质多聚集在岩体由厚变薄部位的下侧。3.2构造-变质热液叠加与改造成岩成矿以后,矿区经历了漫长的地质变迁,由此产生的构造-变质热液活动,对先期矿体有重要的叠加改造作用,这种改造作用表现在成矿物质可从高压区活化迁移,在低压扩容区再次富集成矿。构造变质热液对成矿的叠加改造作用,可形成许多典型的矿化现象和矿化特征,如矿体中尤其是富矿体中常出现浸染细脉状矿化;含矿超基性岩体内出现的充填交代型特富矿;矿床中出现柱状富铜矿体;晚期岩脉裂隙中有细脉浸染状矿化;富矿、特富矿体中的挤压带或剪切带内铜、镍矿化明显降低;显微镜下可看出铜、镍矿化具多期多阶段的特点。上述构造特征表明:金川铜镍硫化物矿床的形成,经历过多次成矿作用,尤其是后期构造变质热液叠加改造,其矿化特征十分明显。有研究者认为金川铜镍硫化物矿床形成与多相熔体多次侵入、复合有关。4.成矿的物理化学条件成矿物理化学条件包括成矿温度、成矿压力、成岩成矿的酸碱度、氧逸度等。4.1成矿温度成矿温度包括含矿岩浆中硅酸盐矿物结晶温度和金属硫化物的结晶温度,由于硅酸盐矿物熔点较金属硫化物高,先结晶的应是硅酸盐矿物。汤中立等利用金川含矿超基性岩样品,进行了高温高压实验,实验结果表明,橄榄石初熔温度的高低与压力,介质等有关,当压力为300MPa,含混合挥发组分时,橄榄石初熔温度为720℃左右。采用均一法测得橄榄石的均一温度为1050℃-1100℃。4.2成矿压力前人利用矿物地质压力计对造岩矿物的形成压力进行了估算,认为成岩压力大约在500~1100MPa。如果按这一估算结果,金川含矿岩体形成于深成环境,若成岩压力为900MPa,在完全封闭系统条件下,其压力数值相当于地壳30km以上的深度,这个数值显然有些偏大,这种估算主要适用于钙碱性中-酸性侵入体,对铁镁质或超铁镁质岩,因SiO2不饱和,地质压力计得到的温度可能偏高,误差范围达300MPa。汤中立等认为金川铁镁质岩成岩压力在500MPa左右,成岩成矿深度在15km左右。4.3成矿酸碱度成矿时的酸碱度有两种含义:一是成矿流体本身的酸碱度;另一种是成矿物质结晶沉淀时的酸碱度。根据酸碱中和反应原理,两者的酸碱度是不同的。本次对不同类型特富矿包体液相水的酸碱度进行了测试,测试结果pH值为5.4-5.6,表明成矿是在弱酸性环境下进行。4.4成岩氧逸度氧逸度可反映成岩时的氧化还原环境,汤中立等根据橄榄岩结晶温度估算和高温熔离实试验结果,求得橄榄石形成时的氧分压为10-4，为相对还原环境。5.矿床成因6.Cu-Ni-PGE矿床研究现状及发展趋势目前，全世界加拿大的肖德贝里铜镍硫化物矿床是元古宙与古陨石坑有关的苏长岩-辉长岩型矿床。中国的金川、加拿大的沃依塞湾铜镍硫化物矿床是元古宙以后与大陆边缘裂解有关的小型侵入体矿床。俄罗斯的诺里尔斯克矿床是显生宙与大陆裂谷有关的相当于溢流玄武岩的侵入体矿床。加拿大汤普逊太古宙绿岩带与科马提岩有关的矿床。南非布什维尔德、美国斯蒂尔沃特早元古代大陆层状侵入杂岩体中硫化物与铂族矿床。7.结束语