青海牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體鋯石U-Pb年代學(xué)及其成礦意義*

周自強(qiáng) 尹晨曦 趙少卿 孟慶昊 陸相吉 張 炎 張樂樂

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院）

巖漿礦床是起源于地幔部分熔融形成的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖漿在上侵過程中經(jīng)歷結(jié)晶分異、地殼混染、巖漿熔離等作用，使分散在巖漿中的成礦物質(zhì)聚集而形成的礦床。其主要類型包括鉻鐵礦礦床、釩鈦磁鐵礦礦床和銅鎳硫化物礦床，是Cr、Ti、Cu、Ni、鉑族元素（PGE）等金屬的主要來源。金屬Ni、Cu和PGE是非常重要的金屬礦產(chǎn)資源，在鋼鐵、軍工、航天、機(jī)械制造、通訊器材、醫(yī)療、化工等方面均有廣泛的用途。巖漿銅鎳硫化物礦床是賦存Cu、Ni及PGE的重要礦床類型，它們占世界Cu、Ni、PGE開采量的一半以上，占世界銅儲(chǔ)量的5.5%，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值［1-5］。

巖漿銅鎳硫化物礦床主要形成于太古代、元古代、二疊紀(jì)—三疊紀(jì)［6］，典型礦床如加拿大的Sudbury［7］和Voisey"s Bay［8］、美國的Stillwater［9］和Duluth、俄羅斯的Noirl"sk Camp和Pechenga［10］、澳大利亞的Perseverance和Kambalda［11］以及中國的金川［12］和夏日哈木［13］等。構(gòu)造背景方面，除加拿大的Sudbury礦床被認(rèn)為是形成于隕石撞擊外，其它礦床主要產(chǎn)于穩(wěn)定的克拉通張裂帶或陸內(nèi)裂谷、地幔柱活動(dòng)區(qū)、造山帶弧構(gòu)造環(huán)境［6］。值得注意的是，我國的巖漿銅鎳硫化物礦床成礦時(shí)代則以新元古代早期和晚古生代末期為主，如形成于古大陸邊緣裂解構(gòu)造背景中的甘肅金川礦床（837 Ma）［12］，碰撞造山帶環(huán)境中的喀拉通克（287 Ma）［14］、黃山（269 Ma）［15］以及地幔柱活動(dòng)區(qū)的白馬寨（259 Ma）［16］礦床等。

青海柴達(dá)木盆地周緣地區(qū)近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批與鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的Cu-Ni-（PGE）硫化物礦床或礦化點(diǎn)，以柴南緣東昆侖造山帶內(nèi)的夏日哈木超大型礦床最為典型，其Ni金屬量已超過百萬噸。牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床是青海省境內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的銅鎳硫化物礦床，其規(guī)模是僅次于夏日哈木的又一中型礦床。然而，對(duì)該礦床的成礦時(shí)代研究相對(duì)較少，且成礦構(gòu)造背景還存在爭議。鑒于此，對(duì)牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石UPb年代學(xué)分析，并結(jié)合區(qū)內(nèi)前人研究成果，探討其形成的構(gòu)造環(huán)境及成礦意義，為柴周緣地區(qū)巖漿銅鎳硫化物礦床成礦理論研究提供一些新資料。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于青藏高原柴達(dá)木盆地西北緣、阿爾金斷裂南側(cè)，屬鄂博梁古元古宙古陸（圖1（a））。古陸塊的主體是由元古界結(jié)晶巖系和不同時(shí)期花崗巖類組成，該塊體向盆地之下自然延伸，由于后期構(gòu)造掀升，盆地西北部基底隆起［17］。阿爾金山南深斷裂在研究區(qū)北部呈北東向橫貫而過，巖漿侵入活動(dòng)頻繁而劇烈，侵入巖從超基性—酸性均有出露，其分布廣、規(guī)模大、類型繁多，是本區(qū)最顯著的一個(gè)特征。區(qū)內(nèi)出露地層以古元古界達(dá)肯大坂群和第四系為主，其次有少量的中元古界薊縣系萬洞溝群及早—中侏羅世大煤溝組、采石嶺組及古近—新近系干柴溝組、新近系油砂山組零星出露。由于受阿爾金和柴北緣陸緣活動(dòng)帶的影響，研究區(qū)形成了復(fù)雜的構(gòu)造形跡，主體為阿爾金山深大斷裂帶。次生斷裂以北東東向、近東西向和北西向?yàn)橹?，?yán)格控制著區(qū)內(nèi)地層、巖漿和礦產(chǎn)的分布，是區(qū)內(nèi)最主要的控礦構(gòu)造之一。牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床含礦巖體位于柴北緣早古生代結(jié)合帶西端（圖1（b）），區(qū)內(nèi)出露地層較單一，主要為古元古代金水口群，巖性以黑云斜長片麻巖、角閃斜長片巖、條帶狀透輝石大理巖、含石墨大理巖為主。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為近東西向和北東東向2組，其中以近東西向F4斷裂規(guī)模最大，為區(qū)域性斷裂（圖2）。次為F3斷裂，其出露雖少，但在東西向延伸已形成較大的溝谷。F1和F2規(guī)模較小，被F3截穿，同時(shí)在斷層破碎帶中見有黃鐵礦化、黃銅礦化、磁黃鐵礦化、孔雀石化等現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以一種酸性侵入巖類為主，其次為鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖類，以加里東、華力西期巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈。

2 巖體地質(zhì)及含礦性特征

牛鼻子梁礦床含礦鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體的出露面積約8 km2，巖體平面形態(tài)呈長條狀，長軸方向近東西向，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。根據(jù)巖性的不同以及F1、F2斷裂對(duì)巖體的切割情況，將其分成3個(gè)巖體，并編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ號(hào)（圖2）。I號(hào)巖體為礦區(qū)內(nèi)最大的超基性巖體，但含礦性較差，巖體平面形態(tài)呈長條狀，長軸方向近東西向，長約6 km，最大寬度約1.5 km，巖性主要以輝長巖為主，局部有輝石，角閃橄欖巖、輝石巖及二輝橄欖巖巖體呈巖株?duì)钋秩胗谳x長巖中，目前在該巖體中發(fā)現(xiàn)含銅鎳硫化物礦（化）體5條（表1），以G-MI礦體規(guī)模最大（圖3）。Ⅱ號(hào)巖體呈北西西向延伸，地表出露長680 m，寬20～250 m，巖性主要為輝石角閃橄欖巖、角閃橄欖巖及二輝橄欖巖，該巖體中含銅鎳硫化物礦體7條（表1）。Ⅲ號(hào)巖體位于礦區(qū)中部，呈北西西向延伸，東窄西寬，地表出露長1 000 m，寬20～250 m，巖性主要為輝石角閃橄欖巖和輝長巖。

牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體主要?jiǎng)澐譃殚蠙鞄r相、輝石巖相和輝長巖相，其中橄欖巖相是重要的含礦巖相，主要巖性包括二輝橄欖巖、斜長單輝橄欖巖、角閃二輝橄欖巖。二輝橄欖巖主要由橄欖石和輝石組成。輝石主要為單斜輝石，其多色性不明顯，少數(shù)可見2組近正交解理，多呈它形顆粒。橄欖石的含量占40%～50%以上，并且含有少量的角閃石、黑云母及鉻鐵礦等。樣品顏色呈深綠色，結(jié)構(gòu)以粒狀為主，亦有反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、海綿隕鐵結(jié)構(gòu)等。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試

選取了牛鼻子梁礦床I號(hào)巖體中的含礦二輝橄欖巖進(jìn)行了鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試。鋯石挑選在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)工程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，先經(jīng)破碎、浮選、電磁選等方法清洗后，再手工挑出晶形、透明度較好的單顆粒鋯石。將鋯石固定于環(huán)氧樹脂上制靶并拋光，首先進(jìn)行透射光、反射光觀察照相，然后通過陰極發(fā)光顯微照相觀察鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像。接著利用LA-ICP-MS分析進(jìn)行鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定。質(zhì)量分餾校正采用標(biāo)樣GEMOC/GL-1（207Pb/207Pb）年齡為608.5±0.4 Ma，206Pb/238U年齡為599.8±4.5 Ma，每輪測(cè)試約分析20個(gè)點(diǎn)，開始和結(jié)束前分別分析GJ-1標(biāo)樣2～4次，中間分析未知樣品10～12次，其中包括1次已知年齡的鋯石樣品Mud Tank（735 Ma）。儀器工作參數(shù)：波長213 nm，剝蝕孔徑25μm。剝蝕時(shí)間60 s，背景測(cè)量時(shí)間40 s，激光脈沖重復(fù)頻率5 Hz，脈沖能量為10～20 J/cm2，206Pb、207Pb、208Pb、232Th、238U停留時(shí)間依次為15、30、10、10、15 ms。實(shí)驗(yàn)原理和詳細(xì)的測(cè)試方法見文獻(xiàn)［18］。分析數(shù)據(jù)通過即時(shí)分析軟件GLITTER計(jì)算獲得同位素比值、年齡和誤差，分析結(jié)果通過ISOPLOT軟件（版本4.15）完成加權(quán)平均年齡計(jì)算和U-Pb諧和圖的繪制。對(duì)年齡小于100 Ma的鋯石采用206Pb/238U年齡表示，而對(duì)年齡大于1 000 Ma的鋯石則采用207Pb/208Pb年齡表示。

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4 結(jié)果分析

對(duì)含礦二輝橄欖巖樣品共進(jìn)行了20個(gè)點(diǎn)的激光剝蝕U-Pb同位素定年分析。樣品中的鋯石多為無色—淡黃色透明狀，具自形—半自形長柱狀結(jié)構(gòu)，長度為80～250μm，長寬比多介于2∶1～3∶1。陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石均發(fā)育有明顯的巖漿振蕩環(huán)帶（圖4），暗示這些鋯石為巖漿成因，其同位素年齡應(yīng)代表巖體侵位的時(shí)代。在對(duì)二輝橄欖巖中20顆鋯石的20個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)鋯石U和Th含量分別為217×10-6～1 135×10-6和117×10-6～1 389×10-6，Th/U比值為0.66～1.30，與巖漿成因鋯石的Th/U比值（＞0.1）一致。同時(shí)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于諧和線上或附近（圖5），無明顯Pb丟失。206Pb/238U年齡變化于391±4～405±4 Ma，加權(quán)平均年齡為400±2 Ma（MSWD=0.4），該年齡代表了牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡，即牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床的成礦時(shí)代應(yīng)為中泥盆世。

5 討論

牛鼻子梁含礦鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖體位于柴達(dá)木盆地西北緣與阿爾金山南緣交匯處，其大地構(gòu)造位置擁有復(fù)雜的地質(zhì)條件，產(chǎn)出背景與相鄰造山帶的構(gòu)造演化有著密切的聯(lián)系。在早古生代早期，牛鼻子梁地區(qū)巖體大部分產(chǎn)出于柴達(dá)木北緣花崗巖中［19］，大地構(gòu)造背景為具有良好成礦條件的柴達(dá)木地塊北緣的俄博梁古元古宙古陸斷隆區(qū)。柴北緣構(gòu)造帶是古特提斯洋在晚古生代末期閉合后由弧后裂陷轉(zhuǎn)變?yōu)榛『髷D壓環(huán)境［20］。柴北緣西段發(fā)育上泥盆統(tǒng)磨拉石建造，東昆侖牦牛山組下部流紋巖的鋯石U-Pb年齡為400～423 Ma［21，22］，而周春景等［23］使用鋯石定年法測(cè)得東昆侖三道灣流紋英安斑巖的年齡為425.9±2.6 Ma，由此可以推測(cè)出流紋英安斑巖屬于牦牛山組中流紋巖的次火山巖相，牦牛山組磨拉石建造的形成時(shí)代為晚志留世—晚泥盆世，此時(shí)古洋盆早已經(jīng)消亡，已經(jīng)開始了陸內(nèi)伸展。同時(shí)，宗務(wù)隆—鄂拉山巖帶中的泥盆紀(jì)魚卡組火山巖、柴北緣巖帶中的牦牛山組火山巖都是在大陸裂谷環(huán)境中形成的［24］。從而說明，在晚志留世—晚泥盆世期間，影響本區(qū)域的褶皺帶屬于總體平穩(wěn)但持續(xù)伸展或裂谷化階段，而并非處于擠壓碰撞造山階段。在對(duì)該區(qū)域褶皺帶進(jìn)行主微量元素分析得出巖漿源區(qū)可能為洋島玄武巖，其巖體所處的構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣拉張裂解環(huán)境［25］，這一結(jié)論在凌錦蘭等對(duì)牛鼻子梁礦區(qū)進(jìn)行成礦環(huán)境中得以驗(yàn)證，確定了巖體形成的大地構(gòu)造環(huán)境為大陸邊緣拉張裂解環(huán)境。同樣李睿華結(jié)合區(qū)域內(nèi)地球化學(xué)特征，確立了島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，在對(duì)巖體進(jìn)行鋯石U-Pb定年發(fā)現(xiàn)牛鼻子梁礦床的成礦時(shí)間為373～389 Ma，屬于晚泥盆世階段［26］，而錢兵采用鋯石U-Pb年齡測(cè)定方法，大致確定了牛鼻子梁礦區(qū)內(nèi)巖體形成鋯石年齡為2個(gè)重要時(shí)期，早古生代早期（402～458 Ma）以及晚古生代末期（245～258 Ma）［27］，這期間所產(chǎn)生的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體可能是在與俯沖—消減作用有關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境中形成的。

綜上分析，祁連褶皺帶和東昆侖褶皺帶在晚志留世至晚泥盆世期間的狀態(tài)一致，均處于持續(xù)的大陸裂谷化或內(nèi)部伸展階段。而本研究對(duì)牛鼻子梁地區(qū)的含礦二輝橄欖巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年，牛鼻子梁鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡為400±2 Ma，產(chǎn)于中泥盆世，是早古生代末期的產(chǎn)物。綜合前人的研究對(duì)比分析，該時(shí)期牛鼻子梁巖體形成于造山帶張性環(huán)境，結(jié)合該地區(qū)地球化學(xué)特征也顯示了造山帶伸展背景下大陸邊緣拉張裂解環(huán)境。

在我國，新元古代早期和晚古生代末期是已知的2個(gè)巖漿銅鎳礦床重要成礦期，其它時(shí)代發(fā)現(xiàn)極少。因此形成于中泥盆世的牛鼻子梁礦床無疑是打開了我國巖漿銅鎳硫化物礦床成礦期的另一個(gè)窗口。近些年來，在柴周緣地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了尕秀雅平、夏日哈木、紅柳溝等同牛鼻子梁巖體一樣產(chǎn)出于早古生代末期的礦床，如柴達(dá)木盆地中夏日哈木銅鎳礦床Ⅱ號(hào)巖體輝長巖的成巖年齡為385.2 Ma，屬于早泥盆世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，該礦床的形成是早泥盆世早期巖漿活動(dòng)于柴達(dá)木盆地邊緣東昆侖造山帶夏日哈木地區(qū)具體的成礦表現(xiàn)［28］。同時(shí)王冠等對(duì)礦區(qū)正長花崗巖中的巖漿鋯石采用LA-MC-ICP-MS U-Pb技術(shù)，獲得了其加權(quán)平均年齡為391.1±1.4 Ma，屬于早泥盆世產(chǎn)物，其高鉀鈣堿性、弱過鋁質(zhì)系列花崗巖的巖石學(xué)及化學(xué)成分以及巖體高硅、富堿、高鐵鎂比、貧鈣、貧鎂都顯示了夏日哈木礦區(qū)正長花崗巖為鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于造山后伸展的構(gòu)造環(huán)境［29］。另一方面，周偉等對(duì)位于柴達(dá)木地塊北緣構(gòu)造帶內(nèi)歐龍布魯克微陸塊東緣的2個(gè)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體、含Cu-Ni的尕秀雅平東巖體和含Ti-Fe的紅柳溝北巖體開展測(cè)年分析，前者LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為408.0±1.5 Ma，屬早泥盆世，后者的SHRIMP鋯石UPb年齡為418.3±2.8 Ma，屬晚志留世［30］，而區(qū)域地質(zhì)資料研究表明東昆侖地區(qū)、柴北緣在晚志留世—晚泥盆世處于后造山伸展階段，尕秀雅平東巖體和紅柳溝北巖體正是拉張環(huán)境下幔源巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

在東昆侖地區(qū)、柴北緣發(fā)現(xiàn)的銅鎳礦床和銅鎳礦點(diǎn)基本都形成于晚志留世—晚泥盆世。結(jié)合中國不同時(shí)代、不同構(gòu)造背景的礦床進(jìn)行對(duì)比分析（圖6），認(rèn)為晚志留世—晚泥盆世期間，東昆侖造山帶和祁連造山帶之間的柴達(dá)木地塊、歐龍布魯克微陸塊，以及位于這兩大造山帶內(nèi)部的微型古陸塊區(qū)，是形成巖漿銅鎳硫化物礦床的有利環(huán)境。而本研究所研究的牛鼻子梁礦床形成于早泥盆世末期造山帶環(huán)境下，結(jié)合柴周緣近幾年發(fā)現(xiàn)的尕秀雅平與夏日哈木礦床同牛鼻子梁礦床一樣產(chǎn)出于早古生代末期，早古生代末期造山帶伸展背景可能是我國第三大銅鎳鉑成礦事件和有利構(gòu)造背景。

6 結(jié)論

（1）牛鼻子梁鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的侵位年齡為400±2 Ma（MSWD=0.4），即牛鼻子梁銅鎳硫化物礦床的成礦時(shí)代應(yīng)為中泥盆世。

（2）對(duì)牛鼻子梁礦床產(chǎn)生影響的褶皺帶在早古生代晚期均處于持續(xù)的大陸裂谷化或內(nèi)部伸展階段。對(duì)比前人研究成果，牛鼻子梁地區(qū)銅鎳硫化物礦床產(chǎn)于造山帶張性環(huán)境中。

（3）造山帶伸展背景和古大陸邊緣裂谷是我國主要的構(gòu)造環(huán)境。而柴周緣近幾年發(fā)現(xiàn)的眾多礦床同牛鼻子梁巖體一樣產(chǎn)出于早古生代末期，早古生代末期造山帶伸展背景可能是我國第三大巖漿銅鎳硫化物成礦事件和有利構(gòu)造背景。

致 謝感謝長江大學(xué)劉彬副教授在論文撰寫過程中給予的指導(dǎo)性意見；成文過程中得到了趙興棟、劉小虎、陳麗丘和張宇慧的極大幫助；野外工作中青海省核工業(yè)地質(zhì)局提供了便利的條件，在此一并表示感謝。