李钢柱，雷玮琰，张忠伟

(1.地质过程与矿产资源国家重点实验室，中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083; 2.武警黄金第二支队，内蒙古 呼和浩特 010010)

喀拉通克铜镍硫化物矿床，是产于我国新疆北部中亚造山带中的大型岩浆铜镍硫化物矿床(图1)。最近三十年，在该带上发现了很多岩浆铜镍硫化物矿床，喀拉通克铜镍硫化物矿床是目前该带上发现的铜镍矿床中铜资源量第一，镍资源量第三的大型矿床[1-2]。喀拉通克铜镍硫化物矿床，是目前世界上发现的铜镍硫化物矿床中，含矿岩体基性程度最低的矿床，其含矿岩体主要是橄榄苏长岩和苏长岩，而世界上其他岩浆铜镍硫化物矿床的含矿岩体，主要是纯橄岩、橄榄岩等超基性岩。对喀拉通克岩体成岩成矿作用的研究，不仅对该类型矿床的找矿勘探具有重要的指示意义，而且也有助于提高对深部岩浆作用和成矿作用的认识。

本文综述新疆喀拉通克铜镍硫化物矿床近些年来的研究成果，拟在介绍喀拉通克岩体和矿床的地质特征、地球化学特征、同位素年代学及示踪方面的研究进展和成矿模式等的基础上，对存在问题和认识上的分歧进行讨论，试图对喀拉通克镁铁质岩体及其相关的铜镍硫化物矿床的成岩成矿作用有更深入的认识，从而提高深部岩浆作用和成矿作用认识，并指导找矿。

1 地质特征

1.1 区域地质特征

新疆喀拉通克铜镍矿床位于中亚造山带西段，鄂尔齐斯大断裂的西南侧(图1)。以鄂尔齐斯大断裂为界，北部为阿尔泰造山带，南部为东准噶尔造山带[3-4]。阿尔泰造山带是古生代欧亚大陆增生过程中由陆壳和洋壳碎片拼合而成的。东准噶尔造山带，主要包括古生代俯冲增生的杂岩体和蛇绿岩。

图1 新疆喀拉通克铜镍矿床区域地质简图

在额尔齐斯大断裂的两边，发育大量晚古生代的镁铁质侵入岩，这些岩体具有相似的岩石类型，主要是苏长岩和闪长岩。到目前为止，仅在三个岩体中发现铜镍硫化物矿床：出露在地表的喀拉通克Y1岩体、隐伏的喀拉通克Y2和Y3岩体(图2)。

1.2 喀拉通克岩体及硫化物矿体的地质特征

喀拉通克Y1、Y2和Y3岩体的围岩，是石炭纪板岩和凝灰岩。Y1岩体地表形态为不规则透镜状，长695 m，宽39～389 m，出露面积约0.1 km2，横剖面呈不规则歪斜漏斗状，岩体在垂向上自上而下可分出闪长岩相(上部已剥蚀)、苏长岩相和橄榄苏长岩相[5]。硫化物矿石聚集在漏斗劲部以上的岩体底部，并呈近同心环带状向中心进一步富集(图2b)。硫化物矿体主要赋存于橄榄苏长岩相中，在苏长岩相的底部也赋存浸染状硫化物。Y1岩体下部边缘出现的细粒辉长苏长岩为岩体的冷凝边，其化学成分在主岩体范围之内[2]。

Y2 和Y3岩体的几何形状与Y1岩体明显不同，岩体地表均呈扁平状，剖面岩相呈水平带状分布(图2c)。Y2岩体东段和Y3岩体岩相简单，下部为苏长岩相，上部为闪长岩相，岩相之间呈渐变接触，浸染状硫化物聚集在岩体底部。Y2岩体西段明显不同于东段，硫化物呈向中心富集的同心环带状，与Y1岩体下部的矿体相似。

图2 喀拉通克岩体地质简图

1.3 矿物岩石学特征

苏长岩和闪长岩是喀拉通克岩体主要的岩石类型，橄榄苏长岩在Y1岩体中也很重要，但是在Y2岩体中很少，在Y3岩体中没有，少量橄长岩在Y1岩体局部存在。

橄榄苏长岩主要由橄榄石、斜方辉石、和斜长石组成，含少量单斜辉石、角闪石、和黑云母等。一些大的橄榄石包裹少量铬尖晶石，单斜辉石包裹小的橄榄石和斜长石。苏长岩主要由斜方辉石和斜长石组成，含少量单斜辉石、角闪石和石英等。角闪石、黑云母和少量石英填隙在等粒斜方辉石和板状斜长石间隙中。闪长岩主要由斜长石和角闪石组成，含有单斜辉石、黑云母、石英及少量Fe-Ti氧化物。通常具有嵌晶结构，角闪石包裹大量斜长石，粒度小的黑云母、Fe氧化物和石英分布在角闪石外围。推断出结晶顺序为：铬尖晶石+橄榄石→斜长石+斜方辉石→单斜辉石→角闪石+黑云母+石英+Fe-Ti氧化物[6]。结晶顺序与低H2O板内拉斑玄武岩或岛弧玄武岩一致[7]。橄榄石部分蚀变为蛇纹石和磁铁矿，斜方辉石和斜长石部分蚀变为滑石和绢云母，单斜辉石部分蚀变为阳起石和绿泥石[6]。矿石矿物主要以磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿等金属硫化物为主，其次有紫硫镍矿、黄铁矿、方黄铜矿等矿物。

Y2岩体橄榄苏长岩中的橄榄石Fe含量为77～81.5 mole%，包裹在单斜辉石中的橄榄石Ni含量较高，并呈现Fe-Ni正相关，具有分离结晶作用的特征[8]。与硫化物直接接触的橄榄石以及网脉状硫化物矿石中的橄榄石，呈现Fe-Ni负相关，这与固相线以下橄榄石和硫化物熔体Fe-Ni交换反应的结果一致[8]。

2 地球化学特征

2.1 全岩主、微量元素特征

全岩氧化物组分表明，喀拉通克岩体中橄榄苏长岩、苏长岩和闪长岩不完全受堆晶相控制，为包含重要圈闭液相的正-中堆晶岩。圈闭液相成分以角闪石、黑云母、石英和Fe-Ti氧化物为代表[6]。

Y1、Y2和Y3岩体微量元素和稀土元素组成具有相似的特征[9]。岩石总体上富集大离子亲石元素(LILE)(Rb、Sr、Ba、Pb),相对亏损高场强元素(HFSE)(Nb、Ta、Hf、HREE等)，特别是Nb、Ta呈现明显的负异常。稀土元素球粒陨石标准化配分型式，表现为轻稀土适度富集的右倾曲线[9-10]。

Li et al(2011)对比喀拉通克岩体与二叠纪三塘湖盆地玄武岩(K-Ar年龄在270 Ma～290 Ma[11])和塔里木盆地玄武岩的微量元素与稀土元素的配分型式，发现喀拉通克岩体微量元素配分型式不及塔里木盆地玄武岩陡[12]，而与三塘湖玄武岩相似。

2.2 铂族元素特征

喀拉通克矿床硫化物矿石地幔标准化PGE配分模式显示相对PPGE (Pt，Pd)、Cu和Ni，亏损IPGE (Os, Ir, Ru, Rh)的特征[6]。不同类型硫化物矿石的PGE品位相近，浸染状和网脉状硫化物比块状硫化物PGE品位高，不同岩体浸染状和网脉状硫化物PGE品位相近，但Y2 和Y3岩体Ni品位比Y1岩体低[6]。

根据Pd/Ir 和Ni/Cu比值，喀拉通克铜镍硫化物矿床与源于溢流玄武岩或高镁玄武岩浆的岩浆铜镍硫化物矿床相似。与二叠纪地幔柱岩浆作用相关的两个岩浆硫化物矿床对比，喀拉通克矿床Pt、Pd品位比西伯利亚铜镍铂族矿床低约3个数量级[13]，但与峨眉山大火成岩省相关的力马河铜镍矿床相似[14]。Li et al. (2011)模拟计算的喀拉通克母岩浆中Pt、Pd和Ir含量，比西伯利亚溢流玄武岩[15]和峨眉山溢流玄武岩[16]中对应值低约一个数量级，认为喀拉通克岩体母岩浆PGE亏损，可能是岩浆抽取过程中硫化物熔体单独保留在地幔中造成的[6]。

2.3 同位素地球化学特征

喀拉通克Y1岩体苏长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(287±5)Ma[17]，Y1和Y2岩体硫化物矿石Re-Os同位素年龄分别为(282.5±4.8)Ma和(290.2±6.9)Ma[18]，表明喀拉通克岩体及其赋存的矿床成岩成矿年龄极为接近，均为早二叠世。

Y1和Y2岩体全岩(87Sr/86Sr)i比值为0.7038～0.7050，平均为0.7041；εNd(t)在6.3～8.2之间，平均为7.4[19]。Y1和Y2岩体苏长岩样品橄榄石和辉石单矿物(87Sr/86Sr)i比值在0.7037～0.7054之间，平均为0.7042；εNd(t)在6.5～9.3之间，平均为7.8[6]，表明岩浆起源于亏损地幔。

喀拉通克岩体和同时代的三塘湖盆地玄武岩的 (87Sr/86Sr)i比值和εNd (t=287 Ma)值均接近于亏损地幔值，而塔里木玄武岩的(87Sr/86Sr)i比值和εNd (t=275 Ma)[12]接近于原始地幔值。喀拉通克硫化物矿石的γOs值在172到196之间，表明有少量地壳物质混染[20]。

Y1岩体65件硫化物单矿物(黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿)δ34S值为-0.34‰～+1.84‰之间，中间值为+0.48‰[5]，在0 ± 2‰的典型地幔值范围内。

3 喀拉通克岩浆作用

3.1 母岩浆成分

喀拉通克岩体与附近三塘湖盆地二叠纪玄武岩具有相似的地球化学特征，其成因相关[6]。以平均三塘湖玄武岩成分模拟母岩浆的分离结晶作用，得出的矿物结晶顺序为：橄榄石(1160oC)→橄榄石+斜长石(1133oC)→橄榄石+斜方辉石+尖晶石(1100oC)→斜长石+斜方辉石+单斜辉石+尖晶石(1094oC)，与喀拉通克岩体矿物结晶顺序相似。模拟计算得出橄榄石从这种岩浆中最初结晶时的Fe含量是83mol%，明显低于地幔捕虏体中橄榄石(>90 mol%)的值，表明喀拉通克岩体母岩浆是由原生岩浆经橄榄石分离结晶和地壳混染作用产生的派生岩浆，并估算出原生岩浆中MgO的含量是～14 wt%[6]。

3.2 喀拉通克岩浆的起源与岩浆作用过程

一些学者认为，喀拉通克岩体的岩浆事件与塔里木玄武岩源于同一个地幔柱[21]；另一些学者认为，喀拉通克岩体是源于岛弧俯冲带岩浆作用形成的钙碱性岩浆[20]；也有学者认为，是源于后碰撞拉张环境下形成的拉斑玄武质岩浆[18-19]。Li et al.(2011)认为，喀拉通克岩体和塔里木玄武岩虽然在形成时间上相近、空间上相距不远，但二者属于不同的构造单元并具有不同的地球化学特征，认为喀拉通克岩体并不是塔里木地幔柱岩浆作用的产物，并提出了板片窗岩浆作用的解释[6]。喀拉通克岩体和同时代的二叠纪玄武岩虽然具有钙碱性岩石的特征，但不像典型的钙碱性岩石，且具有正εNd值和显著的Nb负异常等弧玄武岩的特征，板片窗岩浆作用模式可能是更合理的解释。

泥盆纪到石炭纪，喀拉通克地区是一个活动火山弧[22-23]，早二叠世准噶尔洋通过俯冲消减作用消亡，俯冲板片折断形成板片窗，软流圈物质透过板片窗上涌，诱发亏损地幔楔部分熔融，产生了具有正εNd值的原生玄武质岩浆。原生玄武质岩浆的底侵作用，引起了新生岛弧地壳下部物质的部分熔融，形成具有低(La/Nb)PM-N比值和正εNd值的花岗质熔体，以本地区A-型花岗岩为代表[24]。原生玄武质岩浆经历了橄榄石分离结晶，在下地壳混入6～18 wt%相似于上述A型花岗岩的花岗质熔体，上升过程中继而被达10%的上地壳富Si物质混染，最终形成了喀拉通克母岩浆[6]。

4 成矿作用

岩浆型铜镍化物矿床形成的关键，在于岩浆中的硫达到饱和，且硫化物熔体从硅酸盐岩浆中熔离出来，熔离出的硫化物与足够多的岩浆反应从而富集亲铜元素，硫化物最终在有利的部位富集成矿[25-26]。硅酸盐岩浆中硫的溶解度与压力负相关，因此由上地幔部分熔融形成的基性岩浆，即使硫化物达到饱和，在上侵过程中由于压力减小，硫化物将变得不饱和。因此，其他诸如分离结晶、地壳硫加入、富硅地壳混染、不同来源岩浆混合及过冷却等过程，对促使岩浆在地壳中时硫化物的再饱和是必须的[25-28]。

喀拉通克岩体的母岩浆，经历了分离结晶作用和地壳物质的混染。δ34S值显示，没有地壳硫的加入。Li et al. 2011通过模拟计算，得出喀拉通克岩体的母岩浆是～15%橄榄石结晶分异的熔体，而经过橄榄石的分离结晶，母岩浆中硫化物在到达地壳浅部时是饱和的[6]。富Si地壳混染对硫化物的饱和，也可能有一定期的帮助[9, 29]。

喀拉通克Y2和Y3岩体底部的硫化物矿体，与静态系统中硫化物熔体的重力分异作用一致。漏斗型Y1岩体颈部以上硫化物矿石和Y2岩体西段的同心环带状硫化物矿石，与动态岩浆通道中硫化物珠滴的流动富集作用相一致。在岩浆通道中，由于中心比边缘流速快，硫化物珠滴等密度大的矿物趋向于富集在通道的中心，当岩浆进入通道变宽部分时，由于流速减小，不混溶硫化物珠滴可能从上升的岩浆中沉淀出来。这两个过程结合起来，能够解释硫化物矿体在Y1岩体中的分布[6, 9]。

5 结语

综上所述，新疆喀拉通克铜镍矿床是产于中亚造山带镁铁质-超镁铁质侵入体中一系列岩浆铜镍硫化物矿床中最大的矿床。喀拉通克岩体和矿床的成岩(287Ma)成矿时间(282Ma和290Ma)均为早二叠世。含矿岩体主要由橄榄苏长岩相、苏长岩相和闪长岩相组成，具有轻稀土元素相对重稀土元素适度富集，Nb、Ta等高场强元素亏损及正εNd值、幔源δ34S值等特征。含矿岩体及矿床的形成，可能与板片窗岩浆作用有关。早二叠世准噶尔洋通过俯冲消减作用消亡后，俯冲板片折断形成板片窗，软流圈物质透过板片窗上涌诱发地幔楔部分熔融，产生具有正εNd值的原生玄武质岩浆。原生岩浆经历了成分相似于A型花岗岩的下地壳熔体的加入和上地壳富Si物质的混染形成了喀拉通克岩体母岩浆。经过橄榄石的分离结晶和富Si地壳的混染，硫化物达到饱和并从岩浆中熔离出来。Y1和Y2岩体西段主要受流动分异作用形成同心环带状矿体，Y2岩体东段和Y3岩体受重力分异作用使硫化物聚集在岩体底部形成层状矿体。喀拉通克含矿岩体比金川、Noril’sk等世界上其他同类型矿床的含矿岩体基性程度低，其原因还没有明确的认识，需要新的勘探和研究来作进一步的探讨。

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