铂族元素在地壳中的富集:以布什维尔德杂岩为例

地幔是地壳铂族元素富集的主要源库。铂族元素迁移主要有两个途径:(1)地幔部分熔融物质侵入地壳;(2)地幔板片就位于俯冲/碰撞带。前一途径比后一途径重要得多。地幔物质进入地壳造成铂族元素富集并成为可供开采的主矿产而非副产品,这一过程可包含许多成矿作用机制:(i)基性侵入体中Ni-Cu硫化物矿浆的发育,岩浆冷却与分离结晶作用导致富含Cu,Pt,Pd的硫化物矿浆的形成;(ii)层状侵入体一定层位形成高品位的铂族元素硫化物层,伴生或不伴生铬铁岩;(iii)富铂族元素及硫化物的岩浆沿着层状侵入体的边缘就位;(iv)直至层状侵入体结晶分异作用晚期的硫化物不混溶滞后分离;(v)不发育硫化物不混溶作用的铬铁矿结晶作用;(vi)低程度硫化物浸染带中的热液作用与铂族元素富集;(vii)乌拉尔-阿拉斯加型侵入体重结晶过程中的铂族元素与铬铁矿的次生富集作用,岩体在风化过程中形成砂矿床;(viii)黑色页岩形成过程中Pt的富集。南非布什维尔德火成杂岩蕴藏世界Pt资源的75%,Pd资源的54%,Rh资源的82%,并具有(ii)、(iii)、(iv)、(v)、(vi)成矿作用的实例。在这些作用中,作用(ii)形成的现有经济储量和资源量占90%,作用(iii)占9%。Merensky矿层(占总资源量30%)是一个铂族元素富集层位,它含1~3铬铁矿薄层,在可采宽度内硫化物平均含量为1%~3%(质量分数)。硫化物一般被认为是铂族元素的主要聚集体。该矿层由两个或两个以上含硫化物的基性热岩浆上升汇聚而成。这些岩浆的汇聚造成超镁铁质堆晶岩的厚度(主要是斜方辉石岩,某些地区包括橄榄岩)变化于50cm至数米之间。开采通常集中在厚度不到1m的地带。矿层的成因至今仍存在争议,一些观点认为铂族元素来自下部上升的热液流体,另一些观点认为铂族元素来自上部岩浆的硫化物沉降作用,并形成了Merensky辉石岩。已经知道矿层上覆的辉石岩、苏长岩和斜长岩中矿物来自两种岩浆类型:一种富含MgO(12%,质量分数)和Cr,而贫Al2O3(12%);另一种含典型的粒玄岩成分。UG-2铬铁岩含有全部经济资源量的58%,由一0.6~1m厚的铬铁岩层(有时见辉石岩夹层)和上覆的1~3层由铬铁矿所构成的薄层。虽然硫化物被认为至少是某些情况下对铂族元素的富集起作用,但UG-2的硫化物含量(0.5%~1.5%)显著低于Merensky矿层。UG-2层之下共有13个铬铁岩层位,所有的都含铂族元素,虽然铂族元素总含量和(Pt+Pd)/(Ru+Ir+Os)比值远低于UG-2。UG-2内所含的辉石岩"夹层"具高的87Sr/86Sr比值,说明与顶部熔融岩石的混合促进了铬铁岩和硫化物的形成。作用(iii)的主要实例是Platreef。目前它占总资源量的9%。不过,沿该带正积极开展找矿勘探工作,这一比例将来还会提高。这一矿层的厚度比Merensky和UG-2都要大,目前开采厚度达50多米。Platreef呈带状,上部为斜方辉石岩的堆晶岩;下部为辉石岩、长石辉石岩和苏长岩,它们与页岩、铁矿层和白云岩强烈相互作用,直接形成了底盘岩石。笔者认为Platreef是不同期次岩浆作用的结果,这些作用形成了不同的单元产物,包括布什维尔德主岩浆房的UG-2和Merensky矿层。新的岩浆进入主岩浆房会造成先存岩浆移位、岩浆错动并会冲破岩浆房的壁。圆筒状、带状岩管中的超镁铁岩含极高的Pt品位,在布什维尔德杂岩的下部切穿堆晶层,被认为是热液再活化的产物。它们现在未被开采,只是构成存封的铂族元素资源,对整个杂岩体资源没有重要的贡献。     

布什维尔德铂族元素矿床:铂族矿物赋存状态及其成因

总结南非布什维尔德杂岩体中Merensky Reef(简称MR矿层)和Platreef(简称PR接触带)两类铂族元素矿床的矿床地质、矿化特征以及铂族元素的赋存状态。MR矿床是典型的层状铂族元素(PGE)矿床,在杂岩体东部和西部发育,PGE总含量稳定,赋存在堆晶间隙硫化物中,常以PGE硫化物的形式产出。PR接触带型矿化集中在杂岩体北段,整体上不连续,各个矿床的具体特征由于底盘岩性的多变而不同,PGE主要赋存在碲化物和砷化物等半金属化合物中,可以脱离硫化物产在硅酸盐矿物中。相关的实验研究显示,PGE在岩浆结晶过程中发生分异,Pd/Ir比值体现了硫化物的分异程度;Pd比Pt更容易被氧化以及在热液中迁移,Pt/Pd比值体现了混染和热液的作用,这些因素造成了PR接触带与MR矿层中PGE赋存状态的差异。岩浆可能在侵入之前已经达到了硫饱和,岩浆房的压力变化和岩浆通道对于PGE的富集有重要意义,热液流体可以对已经形成的PGE矿化进行改造。     

布什维尔德杂岩体Platreef矿床与金川铜镍硫化矿床微量元素地球化学特征对比及其意义

采用ICP-MS方法分析了布什维尔德杂岩体Platreef矿床含矿岩石的主量及微量元素含量,并与金川铜镍硫化矿床进行对比研究.Platreef矿床含矿岩石与金川二辉橄榄岩的∑REE接近,球粒陨石标准化后的稀土元素(REE)均表现为轻稀土元素(LREE)富集、重稀土元素(HREE)平坦的右倾型配分曲线,但Platreef含矿岩石总体表现为正Eu异常,金川二辉橄榄岩与矿石样品则大部分表现为较强的负Eu异常,二者的差异实质上反映了成岩矿物斜长石与斜方辉石比率细微的变动.Platreef矿床岩(矿)石富集和高度分异不相容元素,Nb、Ta亏损,显示地幔柱岩浆受到地壳混染后,产生与弧苦橄岩相似的微量元素地球化学特征.金川含矿岩石富集Fe和Ti以及强不相容亲石元素,显示铁质玄武岩微量元素分布特征,虽然也可能受到地壳物质混染,但总体表现出含矿岩体母岩浆则可能来自EMI型富集地幔源区.Platreef矿层原始地幔标准化后Pt、Pd、Ru富集,Ir、Rh相对亏损的PGE配分型式以及Cs、Rb、Th、U、LREE等不相容元素和亲铜元素Cu、Ni的富集.暗示布什维尔德杂岩体岩浆源区残留地幔橄榄岩遭受含高度不相容元素的富矿流体的渗透混染即地幔交代,导致幔源岩浆发生PGE分异.     

中国小岩体镍铜(铂族)矿床的区域成矿规律

文章进一步提出中国小岩体镍铜(铂族)矿床产出于三种地质背景,即古大陆内的小侵入体、造山带内小侵入体和与大陆溢流玄武岩有关的小侵入体,分别介绍了金川、喀拉通克和白马寨三个典型矿床的地质情况。从成矿的三个必要条件(①岩浆应达到硫化物饱和;②硫化物与岩浆之间应有足够的质量比;③硫化物聚集到有限的空间成矿)出发,结合矿床实例,阐述了成矿的深部过程和深部熔离-贯入成矿模式。论述了不同尺度的区域成矿规律:①三种地质背景;②邻近深大断裂;③三种岩体-矿床的分布结构形式;④矿集区往往是由一个同源多期次上侵的岩体群组成;⑤矿床由含矿岩浆上侵的终端岩浆房组成;⑥含矿岩浆贯入成矿往往伴随一定的流动分异作用或重力分异作用。     

中国西部典型岩浆铂族元素矿床超常富集成矿机制

中国西部探明了一系列与新元古代以来幔源岩浆有关的镍铜铂族元素(platinum group elements, PGE)岩浆矿床,华北克拉通新元古代金川镍铜铂族硫化物矿床、峨眉山二叠纪大火成岩省金宝山铂族元素矿床等记录了不同构造环境幔源岩浆PGE超常富集成矿过程。亲铁性的铂族元素高度富集于地核,深部地幔起源、高程度部分熔融形成的镁铁质岩浆中PGE含量较高,地幔岩浆系统不同条件下铂族元素以纳米态元素簇、合金、硫化物熔体或超临界流体运移-聚集成矿,在阶段性岩浆房多阶段、多途径富集,成矿作用类型丰富。华北-华南克拉通岩石圈地幔PGE含量均略高于原始地幔值;华北克拉通岩石圈地幔PGE含量从古生代到中新生代略有降低,表明存在PGE抽取岩浆事件。中国西部新元古代以来的幔源岩浆源区PGE不亏损、岩浆活动时间长、岩浆-硫化物相互作用PGE多阶段富集及地幔柱岩浆动力学背景是PGE超常富集成矿的有利地质条件,其控制因素及动力学背景的认识对查明PGE成矿潜力和拓展资源储量具有重要意义。     

中国大陆岩石圈地幔镍-钴-铂族元素组成及其成矿意义: 地幔捕虏体证据

镍、钴和铂族元素（PGEs,Platinum group elements）是我国紧缺的关键金属,它们作为亲铁元素主要储存在地核和地幔中。幔源岩浆作用能否超常富集镍、钴和铂族成矿在一定程度上取决于地幔源区这些元素的组成与富集程度,地幔捕虏体可揭示中国大陆岩石圈地幔镍、钴和铂族元素的组成与含量。本文总结了中国华北克拉通、华南克拉通和中亚造山带东部等主要构造单元地幔捕虏体中镍、钴和铂族元素的组成与含量,认为：（1）华北和华南克拉通岩石圈地幔镍、钴和铂族元素原始含量较高,高于原始地幔,且随深度增加而增加,是镍、钴和铂族元素成矿岩浆的有利地幔源区;（2）镍、钴和铂族元素以纳米原子团簇、合金或硫化物等形式赋存、运移与富集;（3）不同构造单元岩石圈地幔镍、钴和铂族元素的富集程度不同;（4）岩石圈地幔镍、钴和铂族元素含量从元古代到新生代有所降低,意味着该区存在镍、钴和铂族元素抽取的岩浆事件,故其成矿潜力巨大。

     

矿床成矿系列研究的若干问题与方向——兼论非金属矿床成矿系列研究的有关问题

矿床成矿系列研究是当前区域成矿学研究的重要内容。自70年代末提出矿床成矿系列的概念以来,矿床成矿系列的研究无论在金属矿床方面还是在非金属矿床方面都已取得重要进展。笔者对比了非金属矿床与金属矿床成矿系列的概念、层次划分、分类、研究内容和命名,分析了矿床成矿系列研究的现状,并讨论了矿床成矿系列研究存在的问题。笔者认为,成矿系列的概念应予统一,在层次划分和分类上应有统一的标准,还应考虑到金属矿床与非金属矿床的统一性和差异性。     

岩浆硫化物矿床勘查研究的趋势与小岩体成矿系统

通过2009年西安Ni-Cu（Pt）岩浆矿床国际学术研讨会和近10年来的勘查研究现状,可以看出岩浆硫化物矿床勘查领域的发展趋势为：与大型层状岩体有关的铂族矿床仍然受到关注;Sudbury矿床的特殊性和不可参照性取得了共识;小岩体矿床是勘查研究的主流;通道成矿作用受到重视。以大型层状岩体Bushveld为例,介绍了其中的Merensky矿层、UG-2矿层和北翼接触带的Platreef矿床。由于中国没有发现这种大型层状岩体,因此应当重视那些中小型层状岩体中可能赋存的铂族矿床。迄今为止,除了Sudbury矿床这个特殊的实例之外,国内外所有具有经济意义的Ni-Cu矿床都寄生于小岩体中并自成一个成矿系统。这个小岩体成矿系统包含成矿背景、邻近深大断裂、原始岩浆、先导性岩浆成岩作用、继发性岩浆成矿作用以及深部熔离-分期贯入-终端岩浆房聚集成矿等。近10年的勘查实践进一步说明,这类小岩体矿床仍是中国今后的主要勘查研究方向。最后,介绍了Noril sk-Talnakh和Voisey s Bay矿床的深部熔离-通道成矿机制,这种机制增添了小岩体成矿作用的多样性;但是,其现存空间是开放性岩浆通道还是封闭性终端岩浆房,还有待更多的研究和实践。     

以矿床成矿系列理论开展铁矿成矿预测的方向与意义

当前, 我国铁矿资源供应形势十分严峻, 实现铁矿找矿突破迫在眉睫。矿床成矿系列是对成矿规律的总结和凝练, 在多矿种和不同地质单元的找矿实践中丰富和发展, 现在已经成为指导我国地质勘查工作的基础理论, 对于深化铁矿成矿预测研究、明确找矿方向有重要意义。目前全国已划分的以铁矿为主的矿床成矿系列有18个, 矿产预测类型至少67种, 构筑了相对完善的成矿体系。根据矿床成矿系列理论体系对我国铁矿的研究成果, 铁矿成矿预测应聚焦于: ①成矿地质基础-识别成矿要素; ②特征性矿化指示和找矿标志的提取分析; ③找矿新发现的深入剖析和规律总结; ④新铁矿类型的辨别及其成矿规律研究; ⑤重点矿山的构造重新认识; ⑥以成矿体系的角度开展“全位成矿”和“缺位找矿”研究; ⑦成矿谱系的构建和成矿缺位(矿种、类型、时代)的研判; ⑧以市场和需求为导向开展铁矿资源预测和综合利用; ⑨从系统论的角度重新平衡资源开发与环境保护的关系。     

青藏高原东部碳酸岩-正长岩杂岩体型REE矿床成矿模式——以大陆槽REE矿床为例

冕宁-德昌稀土(REE)矿带位于青藏高原东部,受川西一系列走滑断裂控制,大陆槽矿床是矿带中唯一位于南部的大型REE矿床。在前人研究基础上,结合近年来对整个稀土矿带地质填图和室内研究,重点对大陆槽矿床的成矿特征、赋矿围岩及其蚀变、矿石类型、成矿流体来源和流体包裹体演化等方面与同一矿带内的其它矿床进行了详细对比,进一步总结了碳酸岩型(含碳酸岩-正长岩杂岩体)REE矿床的成矿过程。大陆槽矿床的No.1号和No.3号矿体均位于碳酸岩-正长岩杂岩体内,分别由不同隐爆角砾岩筒所控制。以往研究认为两个矿体的碳酸岩-正长岩杂岩体侵位的年龄都在12Ma左右,本次研究发现在26.49±0.63Ma已经存在碳酸岩-正长岩杂岩体岩浆活动。大陆槽REE矿床受隐爆角砾岩构造活动和风化作用的影响,矿石类型以角砾岩型和风化型为主,脉石矿物和矿石矿物在手标本尺度和镜下很难辨认。通过野外观察、镜下矿物共生组合、包裹体显微测温等研究发现,大陆槽矿化过程和牦牛坪矿床相似,只是矿化规模较小,矿化阶段分为岩浆岩阶段-伟晶岩阶段(600℃)-高温热液阶段(450~350℃)-低温热液阶段(350℃),氟碳铈矿形成于热液阶段的晚期。根据伟晶岩阶段至热液阶段氟碳铈矿中流体包裹体的特征,发现多期次隐爆角砾活动导致大气降水和碳酸岩中脱出的CO_2的加入,使得成矿流体的密度(0.732~0.631g/cm~3)、压力(2436~101bar)逐渐降低,直至成矿。此外,岩相学观察和拉曼测试分析也表明包裹体从熔融包裹体过渡到含重晶石、萤石、天青石子晶的富CO_2包裹体、气液两相包裹体,显示了成矿流体由岩浆至热液的转化过程。大陆槽矿床中的包裹体阴离子以SO_4~(2-)为主,气体以CO_2为主,成矿流体中阳离子主要为K~+、Na~+、Ca~(2+)、Sr~(2+)、Ba~(2+)和稀土元素阳离子,表明流体属于SO_4~(2-)-CO_2-H_2O体系,与矿带中其它矿床的成矿流体体系一致。成矿流体的主要成分是岩浆水、大气水和碳酸岩脱碳作用形成的CO_2,后者导致热液方解石和氟碳铈矿的O同位素(氟碳铈矿和方解石:δ~(18)O=5.8‰~12.5‰)值升高。已有研究显示矿带中不同矿床的脉石矿物如重晶石、天青石的Sr-Nd-Pb同位素与碳酸岩-正长岩杂岩体的相关数值基本一致,表明这些脉石矿物来源于碳酸岩-正长岩杂岩体。多期次隐爆角砾岩化作用及大陆槽断裂相关的构造活动促进了成矿流体的循环,直接或间接导致了大陆槽隐爆角砾岩型和风化型矿石的形成。尽管在大陆槽和牦牛坪矿床可以识别出表生氧化阶段,但这一过程并不伴随稀土矿化,热液阶段才是稀土沉淀的主要阶段。研究还强调了碳酸岩发育的大陆槽No.3矿体和里庄矿床主要出现的霓长岩化与矿化无关,而牦牛坪矿床地表并无霓长岩化蚀变。在以往和本次研究的基础上,建立了川西碳酸岩-正长岩型稀土矿床的成矿模式。     

南非西布什维尔德杂岩体铂、钯、金区域地球化学测量

利用南非勒斯滕堡地区区域地球化学测量水系沉积物和土壤样品,采用化学光谱法测定Pt、Pd和Au三种元素,对该区布什维尔德杂岩体铂、钯和金进行区域地球化学勘查,发现新的铂族矿(带)异常,在主带上部和上部带底部发现新的Pt、Pd和Au的异常带。     

试论与埃达克岩有关的热液矿床成因类型和成矿系列——以中国北方若干矿床为例

中国北方埃达克岩比较发育,有形成于早古生代岛弧环境、中生代中晚期陆弧环境及晚古生代中期和中生代中期大陆板块内环境3种埃达克岩.与形成于岛弧环境埃达克岩相关的热液矿床的成因类型为斑岩型,成矿系列为Cu-Au;与形成于陆弧环境埃达克岩相关的热液矿床的成因类型为斑岩型和浅成低温热液型,成矿系列为Au-Cu-Mo;与形成于板内环境埃达克岩相关的热液矿床的成因类型为斑岩型、夕卡岩和浅成低温热液型,成矿系列为Au-Cu-Pb-Zn.