吉林省太古宙地体中硫化铜镍矿床的成矿规律概论

摘要本文通过深入研究，概述了太古宙地体中硫化铜镍矿床在时间、空间与物质组分上的分布规律，阐述了成岩成矿物质来源，成矿作用以及矿床在地球化学、岩石化学、矿物学等方面的规律性特点和控制成矿的内在、外在因素等，以供成矿预测或普查找矿工作参考。

关键词吉林省太古代地体铜镍矿床成矿规律

1 太古宙地体与铜镍矿床有关的地球物理与地球化学特征

吉林省地台区太古宙地体的地球物理学研究表明，重力场上的线状梯度带是壳幔物质密度沿一定水平方向发生的变异带，其变异原因往往与深断裂构造有关。因此，重力异常的线状梯度带可用以判断或推测与深断裂密切相关的基性、超基性岩体存在的可能性，借以指导找矿工作。如海龙—辉南—桦甸这一线状梯度带，是辉发河深大断裂存在的反映，辉发河深断裂的次一级断裂不仅控制了其北侧的红旗岭、漂河川等含镍岩体及矿床，而且还控制了其南侧地台区的大荒沟、野猪沟、隐贤等岩体群中的基性岩体(图1，图5)。

图1 赤峰-开源-和龙超岩石圈断裂重力异常特征

地台区太古宙地体磁场特征亦较为突出，表现出大片范围的、低缓、宽波动的或正或负的异常，以此为衬度，一般基性-超基性岩体群分布区，在1∶20万航磁图上均有不同程度的反映，如岩群展布方向，岩体与围岩的磁性差别等等。特别是赤柏松地区的含镍暗色橄榄辉长苏长岩，其地磁γ值竟达1000γ左右。

据区域地球化学测量资料，地台区太古宙地体中的16个基性-超基性岩区均有不同程度的铜、镍异常显示。如通化赤柏松地区基性岩体中Cu，Ni，Co的富集系数分别为1.4，2.5和2，异常系数分别为2.3，3.3和2。显而易见，区域化探异常是直接找矿标志，是有效的成矿预测参数。总之，地台区太古宙地体中Cu，Ni，Co含量变化规律是，基-超基性岩体中的平均含量大于中性岩，而中性岩中的平均含量大于地层中的，且基-超基性岩体中的Cu，Ni，Co的平均含量均高于区域背景值。

2 成矿时代

着眼于全球的多数岩浆硫化铜镍矿床的成矿时代，主要有26亿～28亿年的太古宙绿岩带型镍矿(如坎姆巴尔达(kambalda)、曼尼托巴(Manitoba)等)和以17亿～19亿年为主的基-超基性岩体型硫化铜镍矿床(如萨德贝里(Sudebury)，贝辰加(Печенга)、布什维尔德(Busheveld)以及阿拉列琴(Аралечен)、蒙切高尔斯克(Мончегорск)等)。二者分别隶属于北美Kenoran与非洲Limpopo或欧洲卡列里构造热事件产物。其次是华力西晚期与燕山期成矿时期，如格陵兰斯凯尔加德(Skaergaad)，亚洲力马河，红旗岭与诺林斯克(норилъск)，非洲因西兹瓦(lnsizwa)等。

我省地台区完全可以同上述世界上镍矿成矿时代相对比(表1)。按王书丹等，和龙荏田、海龙范家堡与通化大荒沟等具镍矿化的岩体属太古巨旋回绿岩型镍矿化，不过，迄今尚未发现矿体。而赤柏松1号岩体含矿岩相由中国科学院地质研究所测得的同位素年龄数据为19.60亿～22.40亿年，显然是早元古代产物，它可代表赤柏松矿田主要成矿时代，其中包括新安、金斗及下排岩体在内，属五台运动产物。

四棚甸子矿化辉长岩侵入中生代地层，属燕山期，二道沟含镍苏长岩体年龄为2.85亿年，是华力西期形成的。

此外，旺文川辉绿岩体，用钾氩稀释法测定的斜长石年龄数据为10.8亿年，相当于9亿～<14亿年的河北大庙斜长-苏长岩体，即为承德热事件同期产物，可与北美Grenville事件对比^［1］，应当指出，该期岩体中尚不见矿化显示。除旺文川外，这期岩体在金斗、会全、台上，凉水等地均有所见，它们的年龄分别为13.08亿年，13.72亿年，12.95亿年与13.86亿年。

3 岩体大地构造位置

如果说世界上主要含镍基-超基性岩体或含镍区的产出规律是分布在稳定大陆块边缘活动带中(А.П.Лихачеб，1982)或分布在地台、地盾与其边缘活动带的衔接处，那么，我省地台区镍矿或含镍岩体亦不例外(图2)。即产在华北地台东端龙岗陆核南缘与元古代活动带相毗邻地区。

表 1 太古宙地体中基性-超基性岩体时代分期表

表中同位素年龄均系钾氩稀释法测定结果。

此外，亦有些矿化岩体(群)受槽台边界深大断裂的次一级断裂控制，如大荒沟、野猪沟，隐贤、大肚川等岩群。因其位居次要，不拟详述。

4成岩成矿物质来源及其特征

通过示踪硫、锶、氧同位素及REE等方面的研究确定，成岩成矿物质来源上地幔，并在矿石矿物组合、含量及分配情况研究的基础上，通过与地幔硫化物对比^［2］得知，成矿物质并非地幔硫化物直接产物，而是经过熔融后与硅酸盐一道侵位、冷凝而形成的。本区铜-镍矿物的分配特点(图3)与苏联西伯利亚地台上的镍矿(Норильск)相似。

根据MacDonnald(1969)指数及Lrvlne(1971)AFM图解(图4)结合REE及同位素数据等资料，判断赤柏松矿田含镍岩浆为大陆型拉斑玄武岩系列岩浆。其物质成分的突出特点是SiO₂含量变化在41.0%～53.3%之间，既有SiO₂>44%的，也有SiO₂<44%的^［3］，故为过渡型基性-超基性岩浆。A.A.Marakushev(1979)^［4］认为，铜镍矿化是此类过渡型岩浆的典型特征矿化。按照A.П.Лихачев(1982)根据MgO含量对含镍岩浆的分类，上述原始含矿岩浆属于MgO=8%～30%的中温含硫化物中等镁铁质岩浆，是含铜-镍矿床最佳的岩浆类型。近年来，国际上称其为科马提型岩浆^［5］，看来，科马提的内涵有了新的外延，有了广、狭二义之别。

图 2 世界主要硫化铜镍矿床大地构造位置

图 3 赤柏松Ⅰ号岩体各岩相硫化物组合分配图

5 岩体的空间分布规律

研究区不同的基性-超基性岩体破控制在不同的构造空间部位，表现出一定的规律性 ( 图 5) 。

如前所述，太古宙地体中的超基性岩体，诸如隐贤、野猪沟、大肚川、荏田、青头、官地等地的蛇纹岩体、滑石岩体等，一部分分布在绿岩带底部，一部分侵入到上部岩群中，它们均受太古宙控制，成为所谓的层控型岩体。

图 4 Mac Donnald 指教 ( AFM) 图解

太古宙晚期的阜平运动热事件造就的基性岩墙(脉)群(如大荒沟、靖宇、龙泉镇、兴参等岩体群)，主要分布在龙岗陆核中的穹隆构造内，并且沿穹隆晚期冷缩张裂隙侵位。其原始分布成放射状，复经后期构造改造多变为北东向，但部分穹隆(赤柏松，野猪沟)尚保留有原始放射状构造的残迹。目前所见及的岩墙(脉)边部多已片理化，岩体的展布方向与围岩片麻理一致，部分岩体核部的原始火成结构尚依稀可见。

五台期基-超基性岩体分布于通化赤柏松一带，位于龙岗陆核南缘与元古代活动带相毗邻地带，显然受集安元古活动带控制。岩体侵位于赤柏松—下排一带太古代穹隆构造中的张裂隙内。穹隆核部的冷缩张裂隙，在多旋回构造运动作用下，形成了岩体侵位的良好空间，故产出了延长、延伸较大的赤柏松I号复式含镍基-超基性岩体。

中条期辉绿岩体分布于旺文川太古宙绿岩带中，岩体受北西向构造控制，斜切绿岩带地层，K－Ar稀释法同位素年龄为10.78亿年，相当格林维尔期热事件产物。

华力西晚期—燕山期基-超基性岩体零星分布，见于桦甸老金厂、苇沙河一带。产在龙岗陆核北缘，受辉发河深大断裂次级构造控制。柳河凉水一带的基性岩体受北东向断裂控制，通化四棚甸子一带三源浦中生代断陷盆地中的辉长岩体，明显切割中生代地层，受继承中生代火山通道的构造控制，使岩体分布局限于断陷盆地的四周。

6 围岩

赤柏松矿田含矿岩体的直接围岩是斜长角闪片麻岩、混合岩化斜长片麻岩、磁铁石英岩等含SiO₂，Al₂O₃，及CaO的岩石，含矿岩浆无论是对接触带上的围岩、抑或捕虏进入岩浆内部的围岩，均进行了程度不同的同化-混染作用，结果使SiO₂，A1₂O₃，与CaO等组分在岩浆中增加，促进中硫化物的熔离和成矿。

7 岩体类型

台区太古宙地体中的岩体分为变质超镁铁岩、辉绿-辉长辉绿岩与橄榄辉长苏长岩岩体3类，就目前所知，后者几乎是唯一的含矿岩体类型。

8 岩相

查明赤柏松矿田主要有5次岩浆侵入活动，分别形成了辉长辉绿岩、中色橄榄辉长苏长岩、暗色橄榄辉长苏长岩、细粒辉长苏长岩与辉长玢岩岩相，由它们构成单式与复式岩体。其中主要含矿岩相是暗色橄榄辉长苏长岩与细粒辉长苏长岩。中色橄榄辉长苏长岩仅有矿化显示，是含矿岩浆的指示岩相。基于上述，在赤柏松矿田有中色橄榄辉长苏长岩出现就可以进一步找矿，有暗色橄榄辉长苏长岩存在就可能找到矿。该岩浆偏超基性 ( MgO8% ～ 30% ) ，富含铁镁质成分，可以容纳较多的镍。因为据晶体场理论它含有较多的二价阳离子的八面体配位位置，而在过渡族元素中镍的八面体位置择位能 ( OSPE) 最高，故优先大量进入其中，此时 αS 高，可形成硫化物，何况其中的 FeO 通过反应:

图5 吉林省太古宙地体中基性、超基性岩区分布图

傅德彬地质学论文选集

可以增加岩浆中硫化物的溶解度。

9 复式岩体

与单式岩体比较，复式岩体含矿性好，特别是复式岩体中晚期侵入岩相的含矿性相对更好，如暗色橄榄辉长苏长岩、细粒辉长苏长岩等岩相。在赤柏松矿区它们镍平均品位分别为0.426%与0.50%，致密块状硫化物中Ni=10.88%，此类岩相在空间上多位于岩体底部与围岩的接触带中。矿化、尤其纯硫化物矿浆贯入阶段的矿化，常常波及到围岩中，如萨德贝里，金川、力马河、红旗岭等镍矿均有此规律。

10 岩浆混合作用

不同次岩浆侵入在一起，发生岩浆混合作用，构成隐蔽侵入接触关系。在混熔带上硫化物异常富集，形成富矿体，此规律日益引起中外人士的注目。

11 岩体产状

含矿岩体的产状并非等轴状大岩盆、岩盘、岩茎等，而是规模不大的单向延伸的岩墙或岩脉。

12 深渊液态不混熔作用

这一作用是赤柏松复式岩体成矿的前提。即晚期侵入或贯入的富镁铁质与铜镍硫化物的矿浆，是原始含镍熔浆在深渊中间岩浆库发生液态不混熔的产物。因其比重较大，在重力作用下往往沉淀在岩浆库底部，后期贯入成矿，此乃中外小岩体含大矿的根本原因所在。

13 岩化学规律

(1)SiO₂含量。赤柏松矿田含镍岩体SiO₂含量在41%～53.3%区间，其中以SiO₂<44%者含矿性好。岩石化学类型主要是SiO₂不饱和的与弱饱和的两类(按А.Н.Заварццкий，1953年)。

(2)MgO含量:当前MgO的含量(wt%)是衡量岩浆含镍性的重要准则，因为镍与MgO的含量有一定的函数关系。换言之，只有MgO在一定含量界限内才能形成镍矿，故国外出现不少按MgO划分含镍岩石类型及作为镍矿成矿预测准则的著作^［6～8］。经过研究，MgO15%～30%都可能是含矿岩浆，其中22%～30%者含矿性最好，因为它已是矿浆。

(3)m/f与m/s比值:含矿岩相在2～6区间，主要集中在3～4之间。m/f变化在0.7～1.25之间。m/f与m/s之间为典型线性相关关系。

(4)含矿岩相的扎氏值:b，m，n，a/c的变化:b=35.10～57.70;m=52.80～78.27;n=75.76～85.71;a/c=0.85～1.03，这些扎氏数值特征均大于戴里相应岩石平均成分的数值特征。

14矿物化学

(1)含矿岩相均以含数量不等的斜长石为特征:斜长石牌号偏低，一般为中长石，很少是拉长石。这与岩相的基性度非常不协调，研究表明，这与岩浆混染、混合作用密切相关。

(2)橄榄石:多为贵橄榄石，少量为透铁橄榄石，其牌号Fo=62～81，以70～77居多数。Fo=75～81者，是岩体潜在含矿性的指示^［9］。

(3)辉石:岩体存在着两个成分系列，即顽透辉石-普通辉石系列与透辉石—次透辉石系列的辉石。而且辉石有两个世代，一个是>1000℃结晶的，一个是<1000℃结晶的。含矿岩相中的斜方辉石En=65～80，非含矿的中色橄榄辉长苏长岩中斜方辉石En=55～92，显然后者中斜方辉石成分变化较大。另外，单斜辉石中CaSiO₄含量偏高，一般Wo=36～44，Fs<10，En一般在50左右。

造岩矿物中有益元素Ni含量为:橄榄石中0.22%，斜方辉石中0.124%，单斜辉石0.53%斜长石中0.06%。

15 地球化学

赤柏松矿田中赤柏松I号、新安与金斗Ⅶ号含矿岩体主要岩相内Cu，Ni，Co，S，REE及⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的平均含量列表2中。

表 2 赤柏松含矿田矿体中 Cu，Ni，Co，S 等平均含量表

由表2可知:3个含矿岩体各侵入岩相造矿元素的含量均随岩浆由早到晚演化不同阶段形成的岩相基性程度的增加而增加，并且是以一个数量级的级差的规律增加。其中钴相对稳定(变化幅度小)，硫变化最大，铜与镍适中。此外，∑REE则随岩浆演化而渐次降低。

16 成矿作用

矿床的成矿作用以深成矿浆贯入为主，就地结晶熔离为次。成矿作用以多次、多阶段为特征，有越接近晚期矿石越富、铜量越增加的趋势。主要矿石矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿及针镍矿。成矿温度300～400℃。矿石中主要伴生有金、银等贵金属和铂族元素，且铜镍钴与硫、铂族元素同(Ni+Cu)均为正相关关系。

17矿体位置

富矿体在空间上主要分布于岩体底部和接触带的围岩中，其次是二岩相混合部位及构造裂隙内。

最后应当指出，成矿规律是成矿现象中同一的东西，是成矿预测的基础。大凡规律都是狭隘的、不完全的和近似的。因为，“只要科学在思维着，它的发展形式就是假说”。

参考文献

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［9］ 甘肃省地矿局第六地质队. 白家嘴子硫化铜镍矿床. 北京: 地质出版社，1984

Ore-Forming Regularity of the Copperand Nickel Sulphide Deposits in theArchean Terrain in Jilin Province

Abstract

Through further research，the distributional regularity of copper-nickel sulphide deposits of theArchean terrain on time，space and material components are summarized. The following severial as-pects described，i. e. ①source for diagenetic material sources，②mineralizing process，③the char-acteristics of geochemistry，lithochemistry mineralogy as well as the different ore-control factors.

Key words Jilin province Archean terrain Copper-nickel deposit Metallogenic reqularity