岩浆硫化物矿床的成矿过程和成矿模型分析 1 内容提要 2 岩浆硫化物矿床的分类原生岩浆源区性质硅酸盐熔体中硫溶解度的影响因素研究思路岩浆硫化物矿床的形成过程小岩体成矿理论与模型岩浆通道成矿模式观点的分歧 3 一 岩浆硫化物矿床的分类 1 汤中立等基于构造环境对中国岩浆硫化物矿床的分类方案 2 Naldrett基于岩石 构造背景的分类方案 4 5 二 原生岩浆 科马提岩浆 澳大利亚Kambalda地区25个矿床 产于太古代绿岩带铁质苦橄榄质岩浆 俄罗斯科提拉半岛Pachenga矿床 产于元古代 高镁拉斑玄武质岩浆 Noril sk Talnakh Sudbery Voisey sBay Duluth Stillwater Bushveld 金川 喀拉通克 黄山岩带等 6 三 源区性质 7 四 硅酸盐熔体中硫溶解度的影响因素 大量的研究表明 岩浆硫化物成矿的必要条件是 1 岩浆中有足够的Ni Cu等亲铜元素 2 必须有硫熔离出来 3 熔离出来的硫必须有机会与大量的岩浆发生反应 以便萃取大量的亲铜元素 4 硫化物必须聚集在某一特定部位 否则成不了大矿 富矿 甚至不成矿 8 因此 硫在岩浆中的活度 溶解度及其熔离机制是矿床成因研究中的一个重要环节 在岩浆硫化物矿床的成因模型中 岩浆熔离成矿作用模型是经典的 这种模型认为硫在岩浆演化过程中出溶 形成不混溶液滴 并在硅酸盐岩浆中聚集 沉淀形成硫化物矿浆 9 所以 了解硫在幔源岩浆中的溶解度会有助于理解岩浆硫化物矿床是如何形成的 并且可以有助于评价岩体的成矿潜力 可从以下六个方面考虑 1 FeO TiO2含量对S溶解度的影响2 富硅的长英质混染物对S溶解度的影响3 压力对于S溶解度的影响4 fs fO2对硫溶解度的影响5 在层状侵入体形成期间出现的硫化物不混溶6 温度对于硫溶解度的影响 10 FeO TiO2含量对S溶解度的影响 11 1 2 富硅的长英质混染物对S溶解度的影响 12 3 压力对于S溶解度的影响 13 4 fs对硫溶解度的影响 14 Haughtonetal Buchanun及Nolan s证明 增大fO2导致岩浆溶解硫的能力降低 5 在层状侵入体形成期间出现的硫化物不混溶 15 多位学者的研究证明 在岩浆房中已有的演化的岩浆与新注入岩浆房中的拉斑玄武质岩浆 基本未分异演化 相混合 会引起硫化物不混溶 只要两种岩浆在混合时接近于硫化物饱和点 16 6 温度对于硫溶解度的影响 关于温度对SCSS影响的资料很少 但几乎不用怀疑 SCSS随温度升高而增大 17 18 五 研究思路 硫化物熔离机制 质量平衡 成矿物质聚集方式 1 岩相学 晶体化学 元素地球化学综合研究 反演岩浆演化过程 2 Rb Sr Sm Nd U Th Pb Re Os O同位素体系与元素地球化学研究相结合 探讨同化混染过程和程度 3 硫同位素组成分析探讨硫源 4 上述三方面的研究与PGEs Cu Ni等元素地球化学研究结合 约束硫化物熔离机制 19 五 研究思路 硫化物熔离机制 成矿物质聚集方式 质量平衡 1 全面调研成矿区域幔源岩浆岩 划分岩石类型 确定岩石组合 2 根据岩石组合 运用岩相学 元素地球化学 同位素地球化学和年代学约束同源岩浆产物 3 根据上述研究成果和矿石储量 进行数字模拟 论证成矿物质与含矿岩浆的质量平衡问题 20 五 研究思路 硫化物熔离机制 成矿物质聚集方式 质量平衡 1 研究岩浆 含矿岩浆和矿浆的接触关系 侵位顺序和分布规律 2 橄榄石和铁钛氧化物的分离结晶 同化混染 fO2的变化等与硫化物中IPGE PPGE Cu Ni比值的变化规律相结合 论证成矿物质的运移和聚集方式及过程 六 岩浆硫化物矿床的形成过程 1 Naldrett对岩浆硫化物矿床的形成阶段的划分 21 1 源区的诞生 作为地幔熔融的结果 生成超镁铁质 镁铁质岩浆 2 源区的发展 岩浆穿过地幔上升并进入地壳 3 源区的营养化 岩浆与地壳相互作用 这往往是不混溶硫化物液体的早期发育所需要的 4 孕育 岩浆加不混溶硫化物液滴进一步上升到地壳的更高层位 5 生长 硫化物作为岩浆侵位的结果而浓集 6 成矿金属元素的进一步富集 硫化物由于与不断流通的岩浆反应而富集 有可能并不总是会涉及这一步 但这已经被证明在几个矿床中确实出现了 7 充分成熟 寄主岩浆和相关的硫化物液体冷凝并结晶 22 2 汤中立院士等 2006 对三个典型矿床成矿过程的总结 23 七 小岩体成矿理论与模型 小岩体成矿理论是指在规模较小的岩体内部和 或内外接触带部位 形成了与岩浆作用有关的规模相对大而富的矿床 小岩体成矿理论的核心是深部预富集机制 关键因素是 24 25 1 高镁拉斑玄武岩浆 2 深断裂 3 岩浆进入现存空间前发生深部熔离 结晶分异等预富集作用 4 在深部岩浆房或通道中分离为岩浆 含矿岩浆 对应形成浸染状矿石 富矿岩浆 对应形成网状矿石 和矿浆 对应形成块状矿石 四部分 熔离出硫化物的岩浆的质量比其他三部分大得多 5 由于动力作用 依次上侵到达地表或现存空间成岩成矿 由于先喷出地表或侵入其它空间成岩的岩浆质量是 大量的 余下的岩浆 含矿岩浆 富矿岩浆和矿浆的质量是相对 小量的 就导致了 小岩体成大矿 26 27 深部熔离 分期贯入 终端岩浆房聚集成矿模式 4 玄武岩 粗面质火山角砾岩 3 苦橄岩 高镁系列 2 苦橄质玄武岩 过渡系列 1 拉斑玄武岩 低镁系列 1 无矿岩体 2 贫矿体 3 富矿体 4 块状矿 28 八 岩浆通道成矿模式 29 以Naldrett等人为代表的一些学者认为 形成世界级岩浆硫化物矿床必需具备六种要素 1 富橄榄石岩浆 2 主要的地壳缝合线 3 围岩中的硫源 4 亲铜元素亏损 5 岩浆与围岩相互作用 6 岩浆通道 30 九 在成矿机理方面我们与欧美主流派观点的分歧 A 含矿岩体是岩浆通道还是终端岩浆房 B 硫化物矿浆是在岩浆通道中逐渐凝聚形成的 还是在中间岩浆房中 位于终端岩浆房和地幔源区之间 形成的 C 岩浆 含矿岩浆和矿浆的分凝和上侵是连续过程还是脉动式过程 D 外来硫的加入和同化混染是否是成矿不可或缺的条件 31 从区域地质 岩体和岩石自身的结构构造等方面分析 没有任何证据能够证明金川 喀拉通克 黄山岩带是火山岩熔浆连续流经的岩浆通道 相反 有多方面证据证明它们是岩浆多次脉动式侵入的复式岩体 而且在有些岩体 两次脉动侵位之间有足够的时间差导致后期侵位的岩 矿 石包裹先期侵位的岩石角砾 或者后期侵入体边部有冷凝边 32 块状矿石中包含超镁铁质岩石角砾 喀拉通克 33 34 对上述含矿岩体所进行的Nd Sr Pb Os O S同位素和元素地球化学研究证明 同化混染作用很弱 而且硫基本上来自于地幔 因此 外来硫的加入和同化混染并非是不可或缺的成矿条件 至少对于部分矿床而言硫化物的熔离主要是由于橄榄石和铁钛氧化物的分离结晶 成矿过程是岩浆演化过程的有机组成部分 35 谢谢 36