Question

矿床的成因模式

Answer 1

1.成矿阶段的提出

含矿岩浆上升和贯入可分为四个连续阶段：①硅酸盐岩浆阶段；②含硫化物岩浆阶段；③富硫化物岩浆阶段；④硫化物熔融阶段。上述各阶段有如下特征：

（1）第一阶段的硅酸盐岩浆仅形成少量由稀疏浸染状硫化物组成的矿体，呈小的悬挂凸镜体，位于侵入体之西段的中、上部（图2b）。

（2）在第二阶段，含硫化物岩浆形成由稀疏浸染状硫化物组成的厚层状和凸镜状矿体，位于侵入体之中下部（图2c），其镍、铜储量占矿段储量的10%。

（3）第三阶段的富硫化物岩浆贯入后，形成网状结构矿体，它呈大的凸镜体位于侵入体之下侧（图2b、2c），其镍、铜储量占矿段储量的85%。

（4）在第四阶段，硫化物熔体主要贯入到具网状结构矿体的底部裂隙里或其最底部（图2c），仅个别情况下，硫化物熔融体可贯入到其顶部、上盘或下盘。此类矿体呈脉状、透镜状、囊状，由块状硫化物组成，其镍、铜储量占矿段总储量的1%。

另外，在靠近侵入体底部和上部接触带的围岩里，以及侵入体的围岩捕虏体里，可见到接触交代矿体。它占矿段镍、铜储量的1%～2%。还可见到热液叠加型矿体，产于原生网状结构矿体尤其是稀疏浸染型矿体里，此类矿体一般以富Cu、Pt、Pd、Au、Ag和Se为特征。

上述各阶段形成的矿体，以Ni、Cu品位高，占赋存它的侵入体的体积比例大，具网状结构为特征，且见有岩浆侵入就位的证据，特别是在第一成矿阶段里，这种证据更明显。上述特征表明：矿体并非不混溶硫化物就地分离的产物，而是下地壳岩浆房里的一个较大的岩浆系统发生分异和硫化物分离，从而形成富硫化物部分，这部分富硫化物的岩浆上升、贯入形成金川矿床。

各类矿体的w（Cu）/w（Cu+Ni）、w（Pt）/w（Pt+Pd）、w（Os+Ir+Ru+Rh）/w（∑PGE）和w（S）/w（Se）值（表4）表明：不混溶硫化物熔体分异分离成矿的次序如下：块状矿石—网状结构矿石—浸染状矿石—接触交代矿石—变网状结构矿石。这意味着前三个序列矿石是反序贯入形成的，这可能反映了深部不混溶硫化物熔体的分离机制。

表4　金川矿石类型有关元素比值

注：PGE示铂族元素。

2.综合模式

以目前所获的金川矿床地质和成分特征为基础，提出下列成因模式。

（1）起源于深地幔的苦橄质拉斑玄武岩浆，上侵于地壳大于10km处（图4a）的岩浆房里，原始岩浆的体积比现在的侵入体的体积至少大3倍。

（2）地幔岩浆在上升到地壳中的岩浆房里后，在1700～1400℃（夏，1981）范围内，不混溶硫化物熔融体发生分离作用，橄榄石发生结晶分异作用（图4b）。熔离后的硫化物熔体发生聚集，在重力作用下，下沉于岩浆房之底部，而大量的橄榄石也结晶，并沉淀于硫化物熔融体之上，继之而来的岩浆中继续分离出来的硫化物熔融体又沉淀于橄榄石晶体之间，从而形成网状结构矿石层。一些硫化物微滴分离更晚，从而停滞悬浮于岩浆体之上部。这样，一个无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆—硫化物熔融体（下降系列）的分层模式便在岩浆房中形成。

（3）当岩浆房的温度在1400～1200℃期间，仅橄榄石继续结晶，硫化物保持其熔融状态，在脉动式构造应力驱动下，无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆—硫化物熔融体依次上升（图4c），侵位于地壳10～15km处，形成现存的矿体和岩石。下地壳岩浆房上部的岩浆上侵到一处或多处位置。接着，上述的无矿岩浆—含硫化物岩浆—富硫化物岩浆及硫化物熔融体呈脉动式依次上侵到前面未固化的侵入体的位置。每次脉动式上侵都是沿早先形成的岩体下侧进行的，其原因是该位置代表了一软弱带，利于岩浆上侵。这种揣测的理由如下：1）此处岩浆仅部分固化；2）固化了的接触带发育次级断裂。

图4　金川镍铜矿床成因模式

1—硅酸盐岩浆；2—含硫化物岩浆；3—富硫化物岩浆；4—硫化物熔融体；5—接触交代矿化；6—热液叠加矿化

无矿岩浆和含硫化物岩浆在低于1200℃条件下继续就地结晶（Kudo和Weil,1970;Hakli和Wright,1967；中国科学院地球化学研究所，1981），依次形成古铜辉石、顽火辉石、拉长石，深部带上来的稀疏的硫化物微滴以及被封存于橄榄石间的或晚期结晶矿物间的就地熔离形成的硫化物微滴，在悬挂式板状矿体里形成稀疏浸染状矿石。

（4）上述四种熔体侵位后，其中的挥发分随着温度降低以及结晶作用的继续进行而增加，最终挥发分聚集，导致自变质作用发生，原生的橄榄石和辉石被蚀变，形成蚀变矿物集合体，包括蛇纹石、角闪石及绿泥石。硫化物通过渗滤－扩散作用以及交代作用，侵入到围岩以及接触带附近围岩捕虏体中（图4d），受影响的围岩（主要是碳酸盐岩）被混染交代形成夕卡岩包括透闪石、绿泥石、少量钙铝榴石、硅镁石和其它接触交代矿物。上述接触交代作用进行的温度可能为600～480C（赵和李，1978）。因为矿石成分来自于侵入岩中的硫化物，故未发现岩浆矿石与接触交代矿石中硫化矿物集合体间的差别，只是后者铜矿物的比例较高。

（5）随着挥发分的进一步聚集，挥发流体中成矿成分的比例有所增加。在构造应力的驱动下，这种高挥发分的流体贯入到网状矿体及浸染状矿体里的局部构造软弱带中（图4e），形成具有热液叠加特征的矿体，此种热液成矿作用可使原生的网状矿石变为毡状、星云状矿石。也可使稀疏浸染状矿石变为斑杂状矿石。它也使得硅酸盐矿物发生强烈的蛇纹石化。铜矿物特别是方黄铜矿的比例相对于总的硫化矿物增加了约一半，而且这类矿体里的Pt、Pd、Au、Ag及Se的相对丰度也显著增加，其中Pt、Pd是以砷化物、碲铋化物、碲化物的形式产出，而Au、Ag是以显微和微细粒（0.076mm）自然金和银金固熔体形式存在。硒主要是以硫化物中硫的替代物形式出现。总之，该矿化阶段是以热液叠加为特征的，这主要表现为岩浆硫化物矿石中的Cu、Pt、Pd、Au、Ag和Se明显富集，该阶段的矿石里磁黄铁矿和黄铜矿的平衡温度为189～339℃（陈，1989）。

（6）含硫化物侵入体就位时代为1500Ma，成矿后，该区经历了漫长而复杂的地质演化过程，表现为明显的地壳隆起和剥蚀。到第四纪，大多数已知含硫化物侵入体已暴露于地表，侵入体西部矿体较浅，暴露部位遭受氧化作用，在镍铜硫化物矿床上形成氧化带，而东部的侵入体中的矿体从未暴露过，它们的最大埋深达300m。