青海省拉水峽基性雜巖體地球化學特征及其對礦床成因的約束

張照偉，李文淵，高永寶，謝燮，王亞磊，張江偉，郭周平，李侃

(1.西安地質礦產研究所，陜西西安710054;2.長安大學地球科學與國土資源學院，陜西西安710054)

青海省拉水峽基性雜巖體地球化學特征及其對礦床成因的約束

張照偉1，2，李文淵1，高永寶1，2，謝燮1，王亞磊1，張江偉1，郭周平1，李侃1

(1.西安地質礦產研究所，陜西西安710054;2.長安大學地球科學與國土資源學院，陜西西安710054)

對與青海省拉水峽銅鎳硫化物礦床密切相關的基性雜巖體的地球化學研究表明，該巖體以低Ti、虧損Nb和Ta、富集輕稀土元素和大離子親石元素為特征。結合其同位素組成特征，提出該巖體的形成與祁連山及其鄰區460～440 Ma時期俯沖向碰撞轉換的作用有關，巖漿起源于富集的巖石圈地幔，并在高位巖漿房中遭受了地殼的混染作用，從而導致巖漿中Si的增加，并引起富硫化物礦漿與富硅酸鹽巖漿的不混熔作用。

基性雜巖體地球化學礦床成因銅鎳礦拉水峽青海

Zhang Zhao－wei，Li Wen－yuan，Gao Yong－bao，Xie Xie，Wang Ya－lei，Zhang Jiang－wei，Guo Zhou－ping，Li Kan.Geochemical characteristics of the Lashuixia basic complex in Qinghai Province and its constraints on genesis of the deposit［J］.Geology and Exploration，2012，48(5):0959－0968．

青海省化隆縣拉水峽銅鎳礦床是20世紀70年代發現的一個賦存于基性雜巖體中的中小型富銅鎳礦床，對青海省化隆縣的經濟發展起到了重要作用。就青海化隆地區，在西起青海湖東南的裕龍溝而東經貴德縣的阿什貢，東到化隆縣的塔加，在長160 km，寬20 km地帶，已產出有32個大小不同的基性－超基性雜巖體，這些巖體的含礦性目前尚不清楚。要解決這個問題，關鍵要查清這些巖體的成因及其與拉水峽巖體的關系，那么首先要解決拉水峽巖體的成因。前人對該礦床已進行了一些簡單研究(礦石的結構構造、礦石地球化學以及穩定同位素等)，盡管對其具體的形成過程還存在不同的看法(湯中立等，1987;李文淵，1996;劉應漢，2003;李文淵，2006;趙恒川等，2007;樊光明等，2007;申勇勝等，2009;許長坤，2011)，但歸結起來主要認為銅鎳硫化物的形成與巖漿的熔離作用以及結晶分異作用有關，很少從巖體的巖石地球化學角度探討該巖體的成因進而研究其礦床成因。另外，高質量的地球化學數據也鮮見報道。本文試圖通過對拉水峽巖體地球化學特征的研究來探討巖漿形成和演化過程，并為礦床成因研究提供線索。

1 區域地質背景

青海省有八條基性－超基性巖帶，且多數巖體與成礦關系密切。具體到化隆基性－超基性巖帶，不僅是青海省八條基性－超基性巖帶之一，更重要的是多數基性－超基性巖體與銅鎳成礦關系密切。拉水峽基性雜巖體及其銅鎳礦床就位于化隆基性－超基性巖帶內(圖1)。該區在大地構造位置上屬祁連褶皺系與松潘甘孜褶皺系之間的化隆晚元古代隆起帶，其南鄰秦嶺褶皺帶西延部分，北部為拉脊山加里東褶皺帶。區內巖漿活動頻繁，侵入巖廣泛分布，構造運動強烈，礦化現象不甚普遍。構造巖帶主要地層是元古界化隆群，其次是少量的中、新生界。化隆群分布于整個巖帶，北西端起自青海湖北的剛察縣，經日月山、拉脊山以南至貴德縣的阿什貢，到尖扎、循化黃河沿岸以北地帶，它是化隆巖帶基性－超基性巖侵入的主要圍巖。巖性為中深變質的片巖、片麻巖夾大理巖及石英巖，混合巖化顯著。

圖1 青海省化隆一帶區域地質圖Fig.1Regional geological map of Hualong county in Qinghai Province

2 雜巖體地球化學特征

拉水峽巖體屬于基性雜巖體，主要為角閃石化輝石巖，巖石化學恢復原巖為二輝橄欖巖。其m/f為0.5～1.9，屬于鐵質系列，對銅鎳成礦有利。拉水峽巖體巖石在SiO2－Na2O+K2O圖上，樣品均投影在亞堿性系列區。在AFM圖解上，均投影于鈣堿性系列區。拉水峽巖體大部分被銅、鎳硫化物礦化，含礦率近90%，巖體即礦體，侵入于化隆群關藏溝巖組下巖段，平面上呈透鏡狀、板柱狀，順層分布，處于拉水峽背斜外傾轉折端。巖體呈南東東－北西西展布，地表出露53 m，平均寬10 m;深部巖體向南東側伏，控制延伸207 m，長61～68 m，厚5.7～8.4 m，巖體上緩下陡，深部變薄，呈板柱狀，近地表傾向5°，傾角40°～60°，深部傾向40°～50°，傾角70°～80°(圖2)。

拉水峽含礦巖體已遭受強烈蝕變，以角閃巖為主，礦物成分以普通角閃石、輝石為主，含少量黑云母、斜長石、石英等。其中橄欖石極少見，呈圓粒狀晶體，為不規則狀晶體，多數晶體被蛇紋石全部交代;輝石多為粒狀或不規則粒狀，從輝石解理可見，有單斜輝石和斜方輝石兩種，斜方輝石為頑火輝石，單斜輝石為普通輝石，輝石常被角閃石交代;斜長石晶體呈他形粒狀，常見斜長石雙晶，普遍具有次生蝕變，主要為絹云母化;角閃石晶體多為纖維柱狀，常呈集合體出現，有微羽多色性，閃石式解理，為普通角閃石;黑云母呈片狀晶體，常被綠泥石交代。

從拉水峽礦床不同類型礦石100%硫化物中Cu、Ni含量數據(表1)中可以看出，浸染狀礦石分布在低Ni邊緣附近區域，反映了典型的巖漿熔離成礦特征;而塊狀礦石則偏離其上分布范圍，Cu含量較高，可能與熱液作用使金屬硫化物礦物組合發生改變，銅礦物的明顯增多有關。

圖2 拉水峽巖體地質平面(左)及剖面圖(右)Fig.2Geological map(left)and cross section(right)of the Lashuixia intrusive rock bodies

表1 拉水峽礦床不同類型礦石中主量元素及鉑族元素含量Table1 Content of PGE and major elements in different types of ores of the Lashuixia deposit

選擇拉水峽礦區8個不同類型巖礦石樣品進行稀土元素分析，以期對其巖體特征進行研究，結果見表1。其不同類型礦石中稀土元素總量差異不大，塊狀礦石的ΣREE為40.39×10－6～136.40×10－6，平均81.75×10－6;浸染狀礦石的ΣREE為33.69×10－6～137.72×10－6，平均70.25×10－6，略小于塊狀礦石。所有樣品的稀土元素均屬右傾輕稀土富集型(圖3)，塊狀礦石的LREE/HREE平均為10.34，略高于浸染狀礦石的9.62。各類礦石均具有明顯負δEu異常，塊狀礦石的δEu為0.41～0.77，平均0.60，浸染狀礦石的δEu為0.47～0.71，平均0.64，說明巖漿演化過程中發生了大量斜長石等的分離結晶作用;塊狀礦石的δCe為0.95～0.99，平均為0.98，浸染狀礦石的δCe為0.96～0.99，平均為0.98。可見拉水峽礦區各類礦石的稀土元素特征相似，說明它們來自同一源區，是同一原始巖漿分異演化的產物。微量元素特征基本一致，總體上顯示出相容元素(如Ni，Cr，Co，V)含量高，不相容元素(如Rb，Ba，Th，U等)含量低的特點。富集大離子親石元素(Sr、Rb、Ba)和相對虧損高場強元素(Nb、Ta、Hf、Zr)。

圖3 拉水峽礦床礦石REE原始地幔標準化分布型式圖(標準地幔數據據Sun and McDonough，1989)Fig.3REE primitive mantle normalized distribution pattern of ores from the Lashuixia deposit (Base diagram from Sun and McDonough，1989)

表2 拉水峽礦床不同類型礦石稀土元素含量(×10－6)Table2 REE element content in different types of ores in the Lashuixia deposit

表3 拉水峽礦床不同類型礦石中δ34S值Table3 Values of δ34S in different type of ores of the Lashuixia deposit

從拉水峽礦區不同類型礦石樣品的主量元素分析可知，拉水峽礦床礦石中主要含Ni、Cu、Co、S等元素，其Ni平均含量10.18%，Cu平均含量4.26%，Co平均含量0.17%。塊狀礦石Ni平均含量為9.55%，略低于浸染狀礦石(平均10.80%);但塊狀礦石中Cu含量為3.90%～9.46%，平均6.53%，明顯高于浸染狀礦石(平均0.47)，可能與熱液作用對金屬硫化物礦物組合的改變，銅礦物的明顯增多有關;Co含量基本相當。就穩定同位素特征而言，在分析研究的基礎上，獲得了拉水峽礦床的S同位素數據(表3)。從硫同位素組成直方圖來看(圖4)，拉水峽礦床金屬硫化物的硫同位素變化范圍很小，說明成礦物質均一化程度很高;δ34S分布范圍在0.84‰～4.5‰之間，平均為2.24‰，與正常幔源硫的范圍(0 ±3‰)基本一致，反映其硫化物中的硫以地幔為主，有少量地殼硫的加入。

圖4 拉水峽礦床硫同位素組成直方圖Fig.4Histogram of S isotopic composition in the Lashuixia deposit

從拉水峽Re－Os同位素數據中，可見其巖體遭受了不同程度的地殼混染，其礦石γOs值為68.3～84.6，平均74.6，由此可見，拉水峽礦床中的Os以幔源為主(芬蘭Keivinsta礦床的γOs(t)值(+130～+ 170，殼源Os占＞28%);加拿大Sudbury(+430～+ 814，殼源Os占＞80%);澳大利亞Kimberley巖體(+950～+1300，殼源Os＞70%))(McDonough et al.，1995;Ebel et al.，1996;Barnes et al.，1997;錢壯志等，2009)。同樣，在Nb/Ce－Nb/U、Nb/Th－Ce/ Pb和Th/Yb－Ta/Yb協變圖上均顯示了明顯的正相關，表明在巖漿演化過程中發生了一定程度的同化混染作用。

拉水峽礦床Pd/Ir比值0.91～8.77，平均3.96，而Ir的含量為214.14×10－9～332.82×10－9，平均264.85×10－9，顯示具有較高的Ir含量和低的Pd/Ir比值，具有巖漿硫化物礦床特征(Keays，1995)。塊狀礦石Pd/Ir比值為0.91～8.77，平均4.85;浸染狀礦石Pd/Ir比值為1.67～3.19，平均2.48，均大于原始地幔Pd/Ir比值1.22，說明均經歷了一定程度的演化，但塊狀礦石受熱液作用影響，Pd/Ir比值略高于浸染狀礦石。

從不同類型礦石100%硫化物鉑族元素原始地幔標準化分布模式圖(圖5)可以明顯看出，塊狀礦石Pt、Pd含量最高，但Os、Ir、Ru、Rh含量卻顯的最低，浸染狀礦石則Pt、Pd含量較低，Os、Ir、Ru、Rh含量又較高。拉水峽礦床不同類型礦石Pt/Pd比值均小于原始地幔，但塊狀礦石(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)比值明顯高于原生浸染狀礦石，這顯然代表了其完全不同的成因特點，同時也表明，Pt、Pd的局部富集。

圖5 拉水峽礦石100%硫化物鉑族元素原始地幔標準化分布模式圖Fig.5PGE primitive mantle normalized distribution pattern in 100%sulfide of the Lashuixia deposit

3 討論

3.1 原始巖漿

一般認為，層狀巖體代表了巖漿房中分離結晶作用的產物。就拉水峽巖體產狀而言，盡管是順層產出，但由于巖體規模較小，且呈板柱狀，無法理解為層狀巖體。SiO2與MgO、FeOT、CaO、Al2O3等相關性表明巖漿演化過程中發生了斜方輝石和斜長石的分離結晶作用。推測進入巖漿房中母巖漿不是地幔直接熔融形成的，而可能是經歷了深部巖漿房分離結晶作用的產物。

3.2 巖漿源區

由圖3及特征可知，巖漿是富集輕稀土元素和LILE的。由于La、Ba、Th、Zr和Nb具有相近的分配系數，分離結晶作用不會影響巖漿中La/Nb、La/ Ba、Ba/Nb比值，這些元素對比值的顯著不同指示了源區特征。Nb/Yb－Th/Yb、Th/Yb－Ba/La以及La/Nb－La/Ba之間的關系表明巖漿源區存在沉積物交代改造的富集巖石圈地幔。拉水峽基性雜巖體的TiO2含量較低，一般在1%以下，具有島弧巖漿的特點(DePaolo et al.，1981;Barnes et al.，1985;Mckenzie et al.，1988;湯中立等，1995;張招崇等，2003)。區域地質研究表明，祁連山及鄰區在460～440Ma時恰是由俯沖向碰撞的轉換期，所以拉水峽巖體形成時不可能為單純的島弧環境，其地球化學特征之所以具有島弧巖漿的某些特征可能是源區保留有早期俯沖的洋殼。拉水峽巖體中含有大量的角閃石和黑云母等含水礦物，由此推測母巖漿是富含水的。而軟流圈地幔則通常是干的體系(Rad’ko et al.，1991;Naldrett et al.，1993)，并且在一般條件下也難以熔融。可能正是由于早期俯沖的洋殼物質在熱的作用下釋放出的水降低了液相線溫度而使軟流圈地幔發生部分熔融，因此其部分熔融形成的巖漿保留了島弧巖漿的某些特點:富水及虧損Nb和Ta、Ti等。

3.3 巖漿的分異和演化過程

從目前的資料分析，巖漿從源區上升到就位至少經歷了兩次巖漿房的分離結晶過程。如前所述，現在所見的拉水峽巖體代表了高位巖漿房，而進入高位巖漿房中的母巖漿不是上地幔直接熔融形成的，而是在深部發生過一定程度的分離結晶的產物。根據母巖漿鎂含量較低的特點，推測其深部巖漿房的分離結晶相主要為斜長石。前已述及，有些巖石中具有不均一的礦物分布，地球化學特征具有高的La/Sm和Th/Ta值，這些均指示了地殼的混染作用。所以現在所見的拉水峽巖體應是母巖漿在高位巖漿房中分離結晶和同化混染聯合作用的產物，即經歷了AFC過程(Lightfood et al.，1993;Brugmann et al.，2001;呂林素等，2007;王團華等，2009)。

3.4 礦床成因討論

傳統觀點認為，巖漿銅鎳硫化物礦床是巖漿在巖漿管道(column)或深部巖漿房中由于物理化學條件(包括溫度、壓力、氧逸度和硫逸度)變化最終導致富硫化物的液相和巖漿失去平衡而產生不混熔作用，并以重力下沉的方式富集成礦(Irvine，1975; Wendlandt，1982;Keays，1995;Lightfood et al.，1997;李文淵，2004;徐德明等，2006)。眾所周知，引起液態不混熔作用的原因是硫在巖漿中的溶解度，如果處于過飽和狀態，則硫化物就會下沉。然而研究表明，如果在巖漿演化的早期硫就處于過飽和狀態而發生下沉，則會由于Cu、Ni含量太低，而不可能形成有經濟價值的礦床(陳雋璐等，2006;何世平等，2008)。一般認為，硫在巖漿中的溶解度是溫度、壓力、氧逸度和硫逸度的函數(湯中立等，2006)，這些參數的改變可能會引起硫達到飽和狀態。后來一些學者發現賦礦基性巖體普遍存在地殼的混染作用，所以提出地殼硫的加入是引起巖漿硫達到過飽和的重要原因(Wang et al.，2006a;Li et al.，2008)。拉水峽巖體也發生過地殼的混染作用，但是大量的硫同位素研究表明，δ34S變化很小，基本上接近于0，并呈塔式分布，顯示出巖漿硫的特點，由此看來，地殼硫的加入不是引起拉水峽礦床產生硫過飽和而引起液態分異的原因。

Irvine的實驗研究顯示(Irvine et al.，1975)，硫在鎂質巖漿中的溶解度還取決于Si的含量，當富Si的地殼物質加入到鎂質巖漿中時，就會改變成分點的位置，從而引起硫的溶解度的變化。當富SiO2的地殼物質加入到均一的富硫化物的液相時，則成分點由A變為B，這就意味著，巖漿分裂為兩部分，一為富硅酸鹽的相，另一為富硫化物的相。有關實驗表明，基性巖漿通常是硫不飽和的(Wang et al.，2006b;惠衛東等，2011)，并且原始巖漿中Fe含量越低，硫的溶解度越高(宋謝炎等，2009;聶江濤等，2012)。因為拉水峽巖體Fe的含量較低，所以推測原始巖漿中可能溶解了大量的硫。由于拉水峽巖體的圍巖(片麻巖、混合巖)SiO2含量較高，所以拉水峽礦床可能由于本身具有高含量的硫，并且由于地殼物質的混染而提高了巖漿中Si的含量，從而引發不混熔作用，形成富硫化物的礦漿。后在構造應力的作用下，巖漿(礦漿)侵位到現存部位，成為現在所看到的拉水峽銅鎳硫化物礦床。

4 結論

(1)拉水峽巖體以低Ti、虧損Nb、Ta和強烈富集輕稀土元素和大離子親石元素為特征，大多數巖石屬于鈣堿性玄武巖系列，只有少部分巖石屬于拉斑玄武巖系列。

(2)巖漿可能經歷了兩次巖漿房的演化過程，拉水峽巖體的平均成分可能代表了進入高位巖漿房的原始巖漿，巖漿在上升到高位巖漿房之前，在深部曾經歷了斜長石的分離結晶作用。

(3)造成硫化物礦漿不混熔作用的原因主要為地殼物質混染作用導致Si的加入，在混染作用前，巖漿本身可能溶解了大量的硫，但沒有明顯的外來硫的加入。

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Geochemical Characteristics of the Lashuixia Basic Complex in Qinhai Province and Its Constraints on Genesis of the Deposit

ZHANG Zhao－wei1，2，LI Wen－yuan1，GAO Yong－bao1，2，XIE Xie1，WANG Ya－lei1，
ZHANG Jiang－wei1，GUO Zhou－ping1，LI Kan1(1.Xi’an Institute of Geology and Mineral Resources，Xi’an，Shaanxi 710054; 2.College of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an，Shaanxi 710054)

The Lashuixia Ni－Cu sulfide deposit is an important Cu－Ni－rich deposit in Qinhai Province.Geochemical studies of the basic complex closely associated with the deposit show that it is characterized by low Ti，depletion of Nb or Ta，and enrichment of LREE and large lithosphile elements. Combined with their isotope geochemistry，it is concluded that the formation of the basic complex is related to the conversion from subduction to collision between the Qilian Mountains and their adjacent areas at 460～440 Ma.The magma was derived from the enriched lithospheric mantle，contaminated by crustal materials within the high－level magma chamber.This process led to the increasing amount of Si，and triggered the immiscibility between the sulfidesrich liquid and the silicate－rich liquid.

basic complex，geochemistry，genesis of deposit，Ni－Cu deposit，Lashuixia，Qinghai Province

book=9,ebook=493

P318.42

A

0495－5331(2012)05－0959－10

2012－03－05;

2012－07－08;［責任編輯］郝情情。

國家自然科學基金項目(編號40772062)和中國地調局地質大調查項目(編碼1212010911032和1212010918024)聯合資助。

張照偉(1976年－)，男，2004年畢業于昆明理工大學，獲碩士學位，助理研究員，在讀博士，長期從事巖漿作用礦床及區域成礦研究工作。E－mail:zhaoweiz@126.com。