2013, Vol. 29
2. 中国科学院大学，北京 100039;
3. 中国科学院矿物学与成矿学重点实验室，中国科学院广州地球化学研究所,广州 510640;
4. 福建地质矿产局闽西地质大队，厦门 361000
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China;
3. Key Laboratory of Mineralogy and Metallogeny, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;
4. Western Fujian Geology Team, Fujian BGMR, Xiamen 361000, China
二叠纪塔里木大火成岩省的岩浆活动，不仅在塔里木地区形成大规模玄武岩喷发和复杂多样的侵入岩，而且在新疆北部东天山地区和阿勒泰地区沿深大断裂带也形成了一系列的镁铁-超镁铁质杂岩体，被称为东天山镁铁-超镁铁质杂岩带。近年来，在该地区陆续发现了几个大规模的铜镍硫化物矿床，如喀拉通克(阿勒泰)、黄山、黄山东、图拉尔根等，还有一些中小型的矿床如白石泉、天宇等(柴凤梅，2006；毛景文等，2006；毛启贵等，2006; Mao et al., 2008；Song and Li, 2009；钱壮志等，2009；唐冬梅等，2009；Zhang et al., 2010; Zhang and Zou, 2013)，是铜镍硫化物矿床的重要矿集区。总结前人研究发现，目前对东天山镁铁-超镁铁质岩带的研究主要集中在东侧，而对其西侧发育的一些镁铁-超镁铁质岩体研究较少，其形成时代和含矿性尚未知晓。本次研究选取东天山镁铁-超镁铁质岩带西侧大草滩成矿远景区内(新疆地质矿产局第一区域地质调查大队，1993①)2个较大的镁铁-超镁铁质岩体，即一号和二号岩体，进行锆石定年、全岩主量、微量和铂族元素以及Sr-Nd同位素分析，讨论岩体的形成时代、源区性质及岩浆成因并判断其是否具有形成具经济价值铜镍硫化物矿床的潜力。
①新疆地质矿产局第一区域地质调查大队.1993.新疆地区1：20万矿产图填图报告--大草滩幅
2 地质概况东天山镁铁-超镁铁岩带是中亚造山带(CAOB)的组成部分，主要由觉罗塔格构造带和中天山地块组成(图 1a)(Qin et al., 2011)。觉罗塔格构造带南部由石炭纪钙碱性安山岩、火山凝灰岩、火山碎屑岩组成，并有砂岩和灰岩互层；北部为一套早泥盆纪至石炭纪砂岩、泥质页岩及基性至中性火山岩，并有砾岩、泥岩和灰岩互层。中天山地块由前寒武纪基底和奥陶纪岛弧火山岩组成(Zhou et al., 2004)。镁铁-超镁铁质岩体主要集中在觉罗塔格构造带内，沿康古尔塔格-黄山深大断裂呈串珠状分布，在北山裂谷带也有零星分布。
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图 1 新疆东天山大草滩镁铁-超镁铁质岩体地质简图(据新疆地质矿产局第一区域地质调查大队，1993修改) Fig. 1 A schematic geological map of the mafic-ultramafic intrusions in the Dacaotan area, Eastern Tianshan orogenic belt |
大草滩地区位于新疆哈密市西南部约120km处，觉罗塔格构造带中段(图 1a)。该区域被康古尔塔格-黄山深大断裂分为南北两部分(图 1b)。北部发育泥盆系大南湖组和头苏泉组，岩性主要为橄榄玄武岩，凝灰岩，拉斑玄武岩和安山岩；南部为石炭系梧桐窝子组和干墩组，主要岩性为安山岩、英安岩和凝灰岩。区域内还分布大量晚石炭纪至早二叠纪的闪长岩及花岗岩。大草滩一号和二号岩体出露于康古尔塔格-黄山断裂北侧泥盆系头苏泉组地层，以孤立的透镜体分布于残坡堆积中，球状风化显著，岩性以辉长岩为主，在岩体中部出现橄榄石含量较高的橄榄辉长岩和橄榄岩，未见岩体与地层界线。一号岩体规模较大，面积约4km2；二号岩体较小，呈透镜状，以北西45°展布，长轴约1000m，南北宽400m左右。
本次研究共采集一、二号岩体的14个辉长岩和5个橄榄岩样品。辉长岩样品较为新鲜，呈辉长结构，斜长石呈较为自形的长柱状，辉石自形程度低；橄榄岩样品风化严重，橄榄石裂隙中蛇纹石化显著。
3 分析方法 3.1 锆石U-Pb定年锆石分选采用传统的重液和磁选法，选出的锆石与实验室锆石工作标样Qinghu (Li et al., 2009)一起粘贴在环氧树脂表面制成样品靶。将样品靶抛光至锆石露出一半晶面，并在真空状态下在靶的表面镀一层高纯度的金。对待测靶进行了透射光、反射光显微照相和阴极发光(CL)图像分析，以挑选包裹体少、无明显裂隙的锆石颗粒。
锆石U-Pb同位素定年分析在中国科学院地质与地球物理研究所离子探针实验室完成，使用Cameca IMS-1280离子探针质谱仪(SIMS)。样品U-Th-Pb含量和比值用Qinghu标样校正获得。详细方法见Li et al. (2009) 。以长期监测标样获得的标准误差(ISD=1.5%，Li et al., 2010)和单点测试内部精度共同传递得到样品单点误差，普通Pb校正采用实测非放射性204Pb值。由于测得普通Pb含量非常低，可认为其主要源于样品制备过程中带入的表面Pb污染，以现代地壳的平均Pb同位素组成(Stacey and Kramers, 1975)作为普通Pb组成进行校正。同位素比值及年龄误差均为1σ。数据结果处理使用ISOPLOT/Ex v.2.49软件(Ludwig, 2001)。
3.2 全岩主量元素和微量元素样品的主量元素和微量元素分析测试在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。主量元素分析使用Rigaku RIX 2000型荧光光谱仪(XRF)测得，分析精度优于2%~5%，详细步骤见Li et al. (2005a)；微量元素使用Thermo X Series 2电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测得，分析精度对于大多数元素优于±5%，详细步骤见(Li et al., 2000)。
3.3 全岩铂族元素和硫铂族元素分析采用改进的NiS火试金法结合ICP-MS法测得，在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。具体操作流程和步骤见文献(Sun et al., 1998；Sun and Sun, 2005)。全流程空白值：Ru为0.013×10-9，Rh，Ir为0.002×10-9，Pt为0.047×10-9，Pd为0.028×10-9，分析精度优于10%。测试标样为GBW07294(GPt-7)，测定值与推荐值较为吻合。
全岩硫含量分析在中国科学院广州地球化学研究所边缘海地质重点实验室完成的。使用的仪器为德国Elementar公司的PYRO cube Elemental Analyzer。测试过程为：用锡舟(Elementar公司)包取4~100mg的粉末样品放置在仪器自动进样盘，样品掉入燃烧管，经过燃烧生成SO2和SO3，再经过还原管还原成SO2，经过TCD检测得到SO2的含量。仪器测试条件选择CNS模式，氧化管用WO2(Elementar公司)作为氧化剂填料，还原管用Cu(Elementar公司)为还原剂填料，高纯He (99.999%)为载气，载气流量为230mL/min，氧喷条件为35mL/min，时间为70~90s，TCD检测温度为60℃。利用元素含量标样校正仪器漂移，S的分析精度优于5%。
3.4 全岩Rb-Sr、Sm-Nd同位素Rb-Sr、Sm-Nd同位素分析在中国国家海洋局第一海洋研究所完成。使用的分析仪器为Nu Plasam HR多接受电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)。测试的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd同位素比值的质量漂移校正基于86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219。Sr、Nd测试使用标样分别为NBS987标样和La Jolla标样，测定结果分别为87Sr/86Sr=0.710391±12(2σ)，143Nd/144Nd=0.511130±8(2σ)。化学分离和同位素分析流程见Li et al. (2005b)。
4 分析结果 4.1 SIMS法锆石U-Pb年龄从大草滩一、二号岩体中的2个辉长岩样品(DT05和DT01)中分别挑选锆石进行U-Pb定年。锆石颗粒大小在100~200μm之间，大部分无色透亮，宽板状。在2个样品中各挑选了17颗锆石进行U-Pb定年分析，结果见表 1。
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表 1 大草滩一号岩体和二号岩体辉长岩中锆石的SIMS法U-Pb年龄结果 Table 1 SIMS zircon U-Pb ages for the gabbros from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
DT05号样品中锆石的U、Th含量分别为143×10-6~801×10-6和62×10-6~797×10-6，Th/U比值分别在0.33~0.99之间，DT01号样品锆石的U、Th含量分别介于57×10-6~473×10-6之间和34×10-6~591×10-6之间，Th/U比值在0.46~1.33之间，表明为岩浆成因。DT05样品的05-6号点206Pb/238U和207Pb/235U比值较低，导致该点年龄不谐和，推测可能是放射成因Pb丢失造成，其余16个点得到的谐和年龄为279±2Ma (MSWD=0.19)。DT01样品17个分析点获得谐和年龄为278±2Ma(MSWD=0.19)(图 2)。因此，锆石U-Pb年龄结果表明2个岩体的形成时代为早二叠纪，与区域内其他镁铁-超镁铁质岩体的形成时代一致。
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图 2 大草滩一、二号岩体SIMS法锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 2 Concordia plots for zircons from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
大草滩一、二号岩体样品全岩的主量和微量元素分析结果见表 2。在Pearce元素摩尔比值(Mg+Fe)/Ti-Si/Ti图解上，2个岩体辉长岩主要落在单斜辉石和斜长石控制线上，橄榄岩则主要受橄榄石控制(图 3)，与薄片观察结果一致。2个岩体样品中的MgO与SiO2、Al2O3、CaO、Na2O+K2O呈现明显的负相关，与Fe2O3T有明显的正相关关系，与TiO2呈微弱负相关(图 4)。
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表 2 大草滩一、二号岩体主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)组成 Table 2 Major (wt%) and trace element (×10-6) compositions of the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
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图 3 大草滩地区一、二号岩体Pearce元素比值图解 Fig. 3 A plot of Pearce element ratios for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
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图 4 大草滩一、二号岩体样品主量元素图解 Fig. 4 Variations of SiO2, Al2O3, CaO, TiO2, Fe2O3T, and Na2O+K2O against MgO for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
在稀土元素球粒陨石标准化图中，样品均呈现较为平坦的稀土配分型式，稀土总量较低(3.641×10-6~41.42×10-6)(图 5a, c)。所有辉长岩样品和二号岩体橄榄岩样品具有Eu正异常且略微富集LREE，(La/Yb)N比值介于1.50~5.93之间，一号岩体橄榄岩LREE轻微亏损，(La/Yb)N比值介于0.53~0.84之间。在原始地幔标准化微量元素配分图解上(图 5b, d)，辉长岩样品均具明显的Sr、Eu正异常和Nb负异常，而橄榄岩样品除了Nb负异常外，呈现不同的特征：一号岩体2个橄榄岩样品还具有Ti正异常； 而二号岩体橄榄岩样品微量元素特征与辉长岩较为相似，并呈现明显的Sr和Eu正异常。
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图 5 大草滩地区一、二号岩体样品C1球粒陨石标准化稀土元素配分图(a、c)和原始地幔标准化微量元素配分图(b、d)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns (a, c) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b, d) for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
全岩PGE和S含量分析结果见表 3。2个岩体亲铜元素具有相似的特征，表现为PGE相对于Cu和Ni的强烈亏损。Ni含量明显低于原始地幔值，部分样品Cu含量略高于原始地幔值。在亲铜元素原始地幔标准化图上表现为左倾型式，整体与N-MORB类似(图 6)。Pd/Ir比值介于2.5~35.2之间，Ni/Cu比值介于0.2~41.6之间。与辉长岩相比，橄榄岩样品具有低的Pd/Ir比值(2.5~5.4)和高的Ni/Cu比值(2.2~41.6)。2个岩体Cu/Pd变化范围为11024~2819549，除一个样品较低外(DT01-7)，其余样品Cu/Pd比值均大于105。
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表 3 大草滩一、二号岩体铂族元素(×10-9)和S含量(wt%) Table 3 Platinum-group element concentrations (×10-9) and S contents (wt%) of the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
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图 6 大草滩一号(a)、二号岩体(b)原始地幔标准化亲铜元素配分图 标准化数据和N-MORB2据Barnes and Maier (1999) ;N-MORB1, OIB, 科马提岩和苦橄岩数据据Barnes and Lightfoot (2005) Fig. 6 Primitive mantle-normalized chalcophile element patterns for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area Normalization values and N-MORB2 values are from Barnes and Maier (1999) . Values of N-MORB1, komatiite, OIB and picrite are from Barnes and Lightfoot (2005) |
2个岩体全岩S含量总体较低(0.017%~0.071%)，这与岩石中硫化物肉眼不可见的现象一致，S含量在不同岩性间没有显著差异。
4.4 全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成样品的初始87Sr/86Sr同位素比值介于0.7032~0.7058之间，初始143Nd/144Nd比值变化范围较小，介于0.5126~0.5127之间，εNd(t=280Ma)值较为一致，介于7.2~8.9之间(表 4)。与辉长岩相比，橄榄岩初始87Sr/86Sr比值略高(0.7040~0.7058)，初始143Nd/144Nd比值与辉长岩样品没有明显差异，在Sr-Nd同位素图解中，所有样品落在“亏损地幔”(DM)附近(图 7)。
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表 4 大草滩一、二号岩体全岩Rb-Sr和Sm-Nd同位素组成 Table 4 Whole-rock Rb-Sr and Sm-Nd isotopic compositions of the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
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图 7 大草滩一、二号岩体Sr-Nd同位素图解 东天山镁铁-超镁铁岩体据Qin et al. (2011) ;DM和EM据Zindler and Hart (1986) Fig. 7 Whole-rock Sr-Nd isotopic compositions of the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area Reference area for East Tianshan mafic-ultramafic intrusions is after Qin et al. (2011) . DM (depleted mantle) and EM (enriched mantle) data are from Zindler and Hart (1986) |
大草滩一、二号岩体的橄榄岩样品出现较强烈的蛇纹石化蚀变，而辉长岩较新鲜。热液蚀变通常会导致一些大离子亲石元素如Cs、Rb、Ba、K、Sr活动性增大，而稀土元素和一些高场强元素如Nb、Ta、Th、Zr、Hf在热液蚀变和变质作用下活动性较弱。大草滩一、二号岩体的La，Sm，Nd，Nb与Zr之间具有明显的正相关，而与Sr没有明显相关性(图略)，表明稀土元素以及高场强元素在热液蚀变过程中相对稳定，因此Sm-Nd同位素体系也应相对稳定。热液活动对铂族元素，特别是Pd的活动性有一定影响(Barnes et al., 1985)。在原始地幔标准化的亲铜元素配分图中(图 6)，几个样品表现出从Pt到Pd下降的趋势，可能表示Pd受到一定程度热液蚀变的影响，而其他铂族元素未收明显影响。因此我们认为岩石稀土和高场强元素、PGE和Sm-Nd同位素体系可以代表原始岩石的组成。
5.2 地壳混染大草滩一、二号岩体样品的Sr-Nd同位素组成与东天山镁铁-超镁铁质岩体一致，表明它们具有相似的岩浆源区(图 7)。其较高的εNd(t)值更接近亏损地幔，指示其岩浆源区应为软流圈地幔。一号岩体橄榄岩的LREE亏损，Ni、Cu和PGE的含量与N-MORB指示范围一致(图 6)，表明大草滩一、二号岩体的母岩浆成分可能与N-MORB相似。
幔源岩浆经历地壳混染后，会导致Th和LREE的富集和Nb的负异常，因此Th/Nb比值是灵敏的地壳混染指示参数(Pearce, 2008; Li et al., 2012b)。2个岩体的样品均具有Th正异常和Nb负异常，除一号岩体的橄榄岩外，其余样品富集LREE，显示出一定程度的地壳混染特征(图 5)。在Th/Nb-Nb/Yb图解上(图 8)，所有样品都具有较高的Th/Nb比值，因此落在MORB-OIB演化线上方区域，表明了2个岩体可能均经历了不同程度的地壳混染。然而，当我们利用亏损地幔和上地壳的εNd(t)和(Th/Nb)PM作为端元模拟计算大草滩2个岩体的地壳混染程度时发现，2个岩体的样品点并未落在亏损地幔和上地壳的二元混合线上，这主要是由于2个岩体的样品具有较高的εNd值(图 8)。假设2个岩体高的Th/Nb比值主要受上地壳混染控制，那么岩体的εNd(t)值也应受到上地壳混染的影响，使得样品在具有较高Th/Nb比值的同时具有较低的εNd值。因此，大草滩岩体高的Th/Nb比值不应是上地壳混染的结果。根据前人研究，中亚造山带内镁铁-超镁铁质岩体容易遭受区域内大量分布的同时期的A型花岗岩混染，如喀拉通克、红旗岭岩体(Li et al., 2012a; Wei et al., 2013)。这些A型花岗岩具有高的Th/Nb比值和εNd(t)值，如果岩浆遭受其混染，则会导致Th/Nb比值升高的同时不会明显降低岩体的εNd(t)值。在大草滩地区周围发育大量同期的A型花岗岩(Rb-Sr年龄为294Ma)(Chen and Jahn, 2004)，我们将其作为第三个端元进行混合模拟计算，结果表明大草滩岩体的Th/Nb比值变化主要受A型花岗岩的混染控制，但混染程度较低，约为1%~5%(图 8)。
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图 8 大草滩地区一、二号岩体样品Th/Nb-Nb/Yb图解(a)和地壳混染模拟(b) DMM数据自Zindler and Hart (1986) ; Upper crust 数据自Rudnick and Gao (2003) ; A-type granite数据自Chen and Jahn (2004) Fig. 8 Plots of Th/Nb versus Nb/Yb ratios (a) and (Th/Nb)PM versus εNd(t) values (b) for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area Data sources: DMM (depleted MORB mantle) from Zindler and Hart (1986) ; Upper crust from Rudnick and Gao (2003) ; A-type granite from Chen and Jahn (2004) |
在Pt/Y-Pd/Cr图解中(图 9)，2个岩体样品具有一致变化趋势，Pt/Y与Pd/Cr呈正相关。在硫不饱和条件下，岩浆分离结晶过程中Cr一般进入早期结晶的铬铁矿而Pd对于铬铁矿是高度不相容元素(Peck and Keays, 1990; Wang and Zhou, 2006)，从而使得残余岩浆Pd/Cr比值升高；另一方面，Pt、Y在铬铁矿结晶过程中为不相容元素(Peck and Keays, 1990; Wang and Zhou, 2006)，随着铬铁矿的结晶，Pt/Y比值基本保持不变。但在硫饱和条件下，硫化物熔离使得残余相中的Pd和Pt含量显著降低，因此Pd/Cr和Pt/Y比值迅速下降而呈现正相关关系。因此大草滩一、二号岩体Pt/Y和Pd/Cr比值的正相关关系表明岩浆经历了硫化物饱和过程。
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图 9 大草滩地区一、二号岩体样品Cu-Cu/Pd图解(a)和Pd×100/Cr-Pt/Y图解(b) 原始地幔(PM)数据自Barnes and Maier (1999) Fig. 9 Plots of Cu versus Cu/Pd ratio (a) and Pd×100/Cr versus Pt/Y ratios (b) for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area Data of PM from Barnes and Maier (1999) |
铂族元素(PGE)在硫化物/硅酸盐熔体中具有很高的分配系数(104~105)(Fleet et al., 1996, 1999)，因此岩浆发生硫化物饱和时，PGE在硫化物中强烈富集，导致残余岩浆极度亏损PGE，较小程度的硫化物熔离(0.57%)就能够使残余岩浆PGE显著亏损(Lightfoot and Keays, 2005)。因此可以利用岩石中的PGE含量来判断岩浆的硫饱和状态。在硫不饱和条件下，Cu、Pd均表现为不相容元素，随着岩浆的结晶分异，Cu、Pd在残余岩浆中富集，残余岩浆中Cu/Pd比值不会产生明显变化(Barnes, 1990)。在硫化物饱和条件下，亲铜元素均在硫化物富集，但是Cu在硫化物/硅酸盐熔体中的分配系数(D硫化物/硅酸盐)在100~1000之间，而PGE的分配系数则在103~105之间(Barnes and Maier, 1999)，因此残余岩浆中的Cu/Pd比值会显著升高。大草滩一、二号岩体的PGE相对Ni和Cu显示强烈的亏损特征(图 6)，具有较高且变化一致的Cu/Pd比值，比原始地幔值(Cu/Pd=7000)高一至两个数量级(图 9)，表明岩体强烈亏损PGE。前人研究表明，造成岩体中PGE含量低的原因主要有三种：1)岩浆源区亏损PGE；2)母岩浆源区发生低程度部分熔融，形成硫饱和岩浆，硫化物残留在源区(Naldrett, 1999; Barnes and Lightfoot, 2005)；3)岩体母岩浆在深部岩浆房发生了硫化物熔离。如前所述，该区域内广泛分布赋存铜镍硫化物矿床的镁铁-超镁铁岩体，证明地幔源区不应该是PGE亏损的。大草滩地区一、二号岩体Sr-Nd同位素特征显示其岩浆源区与成矿岩体一致(图 7)，因此其源区性质应与该区域内其它岩体类似。
高程度的地壳混染是造成岩浆发生深部硫化物熔离、PGE亏损的主要原因。由于硫在岩浆中的溶解度是温度、压力、氧逸度、硫逸度的函数(Naldrett et al., 2012)，地壳混染作用会导致地壳硫加入岩浆中，从而导致岩浆达到硫饱和(Naldrett, 1999)。另外，实验研究表明，硫的溶解度还与SiO2含量有关，当地壳中富Si物质加入，也会导致硫在岩浆中溶解度降低而造成硫饱和(Irvine, 1975)。因此，当母岩浆在上升过程中如果受到高程度的地壳混染，可以达到硫化物饱和，PGE强烈富集在不混熔的硫化物中，从而使得残余岩浆亏损PGE，例如中亚造山带内的黄山东、喀拉通克、红旗岭等岩体(图 10)(Keays, 1995; Zhou et al., 2004; Li et al., 2012a; Wei et al., 2013)。如上所述，大草滩岩体在上升过程中经历了低程度地壳混染(＜5%)(图 8)，因此不可能造成大规模的硫化物饱和、熔离。另外，如果岩体母岩浆发生了深部硫化物熔离，由于PGE强烈赋存在硫化物中，岩体中PGE应与硫化物含量呈现明显的相关性。但是，一、二号岩体中PGE与S含量之间没有明显的相关性(图 11)，表明PGE没有赋存在硫化物中。另外，如果母岩浆在上升过程中发生了硫化物饱和，其Cu/Pd会出现较大的变化范围，而大草滩岩体Cu/Pd比值虽然很高，但变化范围较为一致(图 9)，由此也可以判断，大草滩岩体母岩浆可能没有经历深部岩浆房的硫化物饱和作用。
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图 10 大陆造山带内镁铁-超镁铁质岩体亲铜元素配分型式对比 喀拉通克数据自Li et al. (2012a)；黄山东数据自Zhou et al. (2004) ；红旗岭数据自Wei et al. (2013) ；周庵数据自Wang et al. (2013) Fig. 10 Comparison of primitive mantle-normalized chalcophile elements patterns of mafic-ultramafic intrusions in orogenic belts Data sources: Kalatongke from Li et al. (2012a), Huangshandong from Zhou et al. (2004) , Hongqiling from Wei et al. (2013) , and Zhouan from Wang et al. (2013) |
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图 11 大草滩一、二号岩体样品S含量与Ir，Pd相关性图解 Fig. 11 Plots of Ir and Pd versus S for the rocks from the No.1 and No.2 intrusions in the Dacaotan area |
根据前人研究，地幔大约含有150×10-6~250×10-6的S，而硅酸盐岩浆中S的溶解度在1000×10-6左右，因此当地幔发生低于25%的部分熔融时，会造成硫化物残留在源区，使得部分熔融岩浆亏损PGE (Keays, 1995)。如前所述，大草滩一、二号岩体的母岩浆成分与N-MORB相似，通常N-MORB代表亏损地幔10%~15%部分熔融，因此N-MORB通常代表硫化物饱和的岩浆(Keays, 1995; Li et al., 2012b)。岩体较为一致的Cu/Pd也显示了硫化物残留在源区的特征，这一现象在扬子北缘新元古代的周庵岩体也有报导(图 10)(Wang et al., 2013)。因此，大草滩岩体母岩浆的PGE亏损很可能是源区低程度部分熔融导致硫化物残留在源区造成的。
5.4 含矿性镁铁-超镁铁质岩体是寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的重要对象。根据前人研究，形成该类型矿床需要具备以下条件：(1) 亏损地幔源区高程度的部分熔融；(2) 在岩浆上升过程中没有发生硫化物饱和、熔离；(3) 岩浆侵位后由于地壳混染或地壳硫加入造成硫化物饱和、熔离；(4) 不混熔的硫化物熔体与足够大体积的硅酸盐熔体发生反应，从而进一步富集亲铜元素；(5) 硫化物熔体在适当的空间聚集成矿(Fleet and Pan, 1994; Keays, 1995; Naldrett, 1999; Maier et al., 2001; Barnes and Lightfoot, 2005)。
将大草滩一、二号岩体与中亚造山带内赋存铜镍硫化物矿床的黄山东、喀拉通克、红旗岭岩体以及扬子北缘周庵岩体进行对比发现，这些岩体的PGE配分型式均呈现相对Cu和Ni的亏损型式(图 10)。如前所述，导致这些岩体PGE亏损的原因可能并不相同。黄山东、喀拉通克、红旗岭等成矿岩体之所以能够形成较大的矿床是因为富含金属元素的母岩浆在深部岩浆房发生硫化物饱和，造成大规模矿化；而大草滩一、二号岩体和周庵岩体的母岩浆由于低程度部分熔融，硫化物残留在源区，岩浆本身硫化物含量很低，加之其在上升过程中没有经历大规模地壳混染，没有经历大规模的硫化物饱和，因此基本不具备形成具经济价值铜镍硫化物矿床的可能。
6 结论(1) 大草滩一、二号镁铁-超镁铁质岩体形成于二叠纪早期，成岩年龄分别为279±2Ma和278±2Ma，与该地区其他镁铁-超镁铁质岩体形成时代一致。
(2) 大草滩一、二号岩体来源于亏损地幔的低程度部分熔融，硫化物残留在地幔源区，岩浆在上升过程中没有经历大规模地壳混染、没有经历硫化物饱和，因此不具备形成具经济价值铜镍硫化物矿床的潜力。
致谢 中国地质调查局南京地质矿产研究所张传林研究员在野外工作和论文成文过程中给予了大量的帮助；中国科学院广州地球化学研究所赵太平研究员对本文的完善提出了宝贵意见；在此一并致以诚挚的感谢。| [] | Barnes SJ, Naldrett AJ, Gorton MP. 1985. The origin of the fractionation of platinum-group elements in terrestrial magmas. Chemical Geology, 53(3-4): 303–323. DOI:10.1016/0009-2541(85)90076-2 |
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