Question

岩浆硫化物矿床的类型及分布

Answer 1

（一）岩浆硫化物矿床的类型划分

岩浆硫化物矿床的分类，国际地质对比计划（IGCP）161项工作组分类方案（Naldrett，1979）影响最为广泛。该分类是在Naldrett（1973）分类意见基础上，将构造环境和镁铁-超镁铁质容矿岩石的性质继续作为分类系统的两个基础，矿床划分为三大类：①同火山型矿床；②与克拉通地区侵位的侵入岩体有关的矿床；③与造山作用过程中侵位的镁铁-超镁铁质岩体有关的矿床。每个大类中又包括三个或四个亚类，而每个亚类又进一步划分为三个小类。该方案对岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床共提出了16种构造环境相伴生的镁铁-超镁铁质岩体的可能组合。

Ross和Travis（1981）在遵循IGCP161项工作组分类方案的思路上，依据全球145个岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床中60个矿床的实际资料，对全球岩浆Cu-Ni-PGE硫化物矿床进行了更为简明的类型划分。总体上将所有矿床按照容矿岩石的特征划分为三大类：①纯橄榄岩-橄榄岩类，该类包括产于侵入的纯橄榄岩组合中的矿床和产于火山橄榄岩组合中的矿床；②辉长岩类，包括产于镁铁质-超镁铁质侵入杂岩、大型层状侵入体和萨德伯里侵入体中的矿床；③其他类型，为无法划入上述两大类的矿床。然后将每一大类根据容矿岩体的形态或地质环境再划分为亚类。具体说来，Ross和Travis（1981）分类方案就是总体划分为侵入的纯橄榄岩组合、火山橄榄岩组合、辉长岩类镁铁质-超镁铁质侵入杂岩、辉长岩类大型层状侵入体和萨德伯里侵入体等5种容矿岩石类别，又进一步按前寒武纪绿岩带、前寒武纪活动带、稳定地台和显生宙造山带4种成矿构造背景划分为若干类型（表2-3）。

通过145个矿床的归类，显示出纯橄榄岩-橄榄岩大类的矿床不足30%，大部分为辉长岩类中的矿床。为使分类对全球可利用镍金属资源有一个符合实际的认识，以不受低品位不能开采镍资源的干扰，Ross和Travis（1981）选取镍品位0.8%作为分类中考察矿床镍资源量的值，镍品位大于或等于0.8%的资源认为是可利用的镍金属资源。纯橄榄岩-橄榄岩类中的矿床类同与科马提岩有关的矿床（Arndt和Brooks，1980），大部分产于太古宙绿岩带中，也即IGCP161项分类中“同火山型矿床”的一个亚类（Naldrett，1979）。侵入的纯橄榄岩组合和火山橄榄岩组合的区别主要在于紧依矿床的围岩中是否存在喷出的超镁铁质岩石。其中，一般侵入的纯橄榄岩组合中的矿床Ni/Cu比值较高，达15∶1～30∶1，容矿超镁铁质岩石的MgO含量＞45%，火山橄榄岩组合中的矿床则Ni/Cu比值为10∶1～16∶1。辉长岩类中的矿床与纯橄榄岩-橄榄岩类中的矿床相比，具有低的Ni/Cu比值（多为＜3∶1个别的＞5∶1），PGE含量很高（Naldrett et al.，1979），且Ni/Co比值较低。这种差异可能反映了与不混溶硫化物共存的硅酸盐熔融体的MgO含量不同（Rajamani et al.，1978），以及硫逸度和氧逸度等因素的影响（Keayys et al.，1981）。

表2-3 全球岩浆硫化物矿床分类方案

从表2-3可以看出，Ross and Travis（1981）的分类实际是一种对全球岩浆硫化物铜镍矿床的类型构造-岩石特征总结，除第三类其他类型外，已有的矿床类型共7类，概括起来为：①前寒武纪绿岩带侵入橄榄岩型，以加拿大的Thompson、西澳的Agnew为代表；②前寒武纪绿岩带火山橄榄岩型，以西澳的Kambalda为代表；③前寒武纪绿岩带镁铁质-超镁铁质侵入杂岩型，产有加拿大的Kenbridge等矿床；④前寒武纪绿岩带大型层状侵入体型，产有加拿大Gordon湖等中小型矿床；⑤前寒武纪活动带镁铁质-超镁铁质侵入杂岩型，中国金川和俄罗斯Pechenga为典型；⑥稳定地台大型层状侵入体型，主要为南非的Bushveld和美国Stillwater为代表；⑦显生宙造山带镁铁质-超镁铁质侵入杂岩型，俄罗斯Noril'sk、Talnakhh为典型；⑧稳定地台萨德伯里侵入体型，即加拿大的萨德伯里矿床。依据矿床的工业价值，以典型矿床命名来划分主要为：科马提岩型、金川型、布什维尔德型、诺里尔斯克型和萨德伯里型，共5种典型矿床类型。

Naldrett（1984）明确提出将岩浆硫化物矿床划分为五类（表2-4）。该分类更加简单明快，便于对比使用。但随着近20年来火成岩成因岩石学和大陆构造研究知识的进一步积累，对世界上重要岩浆硫化物矿床成矿环境和容矿岩石的来源有了长足的进步。对原

表2-4 全球岩浆硫化物矿床分类方案

来认识为两种成矿背景的矿床可能趋向一种背景认识，例如大火成岩省及其超地幔柱概念的认识，除陨石撞击成因的萨德伯里矿床，其他重要的大型超大型矿床可能有理由提出均与地质历史的大规模岩浆作用事件有关（Keays，1995，1997），而大火成岩省应是大规模的岩浆作用事件的典型代表（Lightfoot et al.，1997）。1994年加拿大新发现的Voisey's Bay大型矿床成矿背景的研究，也进一步提供了大陆裂谷有关大火成岩省的地质背景认识（Ryan，2000；Scoates et al.，2000）。

汤中立等（1995）对金川矿床的世界对比研究中，认为世界镍矿的格局主要是由少数几个大型超大型矿床决定的，针对世界上12个超巨型和超大型矿床的特点，在Naldrett（1984）分类基础上，提出了一个大型超大型岩浆硫化矿床分类方案（表2-5）。这一分类突出了金川矿床的位置，同时特别强调了小侵入体成矿的意义。

表2-5 大型超大型岩浆硫化物矿床分类方案

（二）岩浆硫化物矿床的地质分布

从分类研究可以看出，世界岩浆硫化物矿床的地质分布具有显著的特点。其一，形成于大陆地壳，未见洋壳环境有重要矿床的报道；其二，成矿时代均为三叠纪以前，且主要形成于前寒武纪，未有三叠纪以后矿床的发现。具体分布上主要限于少数几个国家和地区，主要为澳大利亚、加拿大、北欧、中国、南非、美国、俄罗斯和其他几个有限的国家，地理分布上不均匀，而且不同矿床类型的相对重要性在各地区的变化也很大。总体来说，世界上岩浆硫化物矿床主要产于前寒武纪稳定的地块中（Ross and Travis，1981），形成时代主要集中于太古宙，其次元古宙，再次显生宙。对于岩浆硫化物矿床世界分布资料，大多数人主要是依据Ross and Travis（1981）的总结再进一步阐释的，因此本课题研究为了叙述上的方便仍借用Ross and Travis（1981）的构造环境-容矿岩石类型交汇的分类方案，通过主要构造单元不同时代矿床地理分布为主线来讨论全球岩浆硫化物矿床的地质分布特点（表2-6，彩图2）。需要指出的是，Ross and Travis（1981）的分类中提出的前寒武纪绿岩带、前寒武纪活动带、稳定地台和显生宙造山带4种成矿构造环境的认识，其实前三种都是我们一般概念中的稳定陆块的范畴，只是进一步地细化，因此概括起来就是陆块和造山带两种大的构造环境。其中前寒武纪绿岩带和前寒武纪活动带的概念运用，对岩浆硫化物矿床成矿环境的认识是有意义的，因为世界上绝大多数岩浆硫化物矿床形成于前寒武纪，而矿床形成当时的构造环境是有差别的。不过他们对中国金川矿床定位于古元古代前寒武纪活动带的观点，历来为中国研究者所否定（汤中立等，1995；李文渊，1996），认为他们对中国情况的不了解（李文渊，1996），金川岩体形成于中元古代早期（1508Ma）大陆裂谷环境，而不是古元古代活动带的产物。但从近来前寒武纪研究进展来看，需要对他们所提的前寒武纪活动带的概念进行厘定，陆松年认为已有充足的证据证明金川岩体所在的阿拉善地块不是太古-古元古代为结晶基底的华北陆块的组成部分，是显生宙造山带，而龙首山隆起只是散布在造山带中的微小陆块而已。先不论这种造山带认识是否成立，但金川岩体形成于至少为古元古代变质岩系为基底的陆块当没有问题，如果形成过程中活动的大陆裂解环境为“前寒武纪活动带”真实涵义的话，将金川厘定为前寒武纪活动带的认识是有意义的。

表2-6 世界重要岩浆硫化物矿带特征对比表

（1）北美、西澳和非洲地台（大的陆块，文中亦称陆块）南部主要产出太古宙为主的岩浆硫化物矿床。西澳大利亚已有56个岩浆硫化物矿床产出，主要由新太古代与侵入纯橄榄岩和与火山橄榄岩（即科马提质侵入岩和喷出岩）伴生的岩浆硫化物矿床组成，还有少数太古宙或元古宙小型的与辉长岩类岩石相伴生的矿床类型产出。这些矿床的绝大部分集中分布于Y ilgarn地块中的绿岩带中，侵入纯橄榄岩型矿床主要以阿格纽（Agnew）为代表，火山橄榄岩型矿床则以坎巴尔达（Kambalda）矿床为典型。北美陆块中有46个岩浆硫化物矿床（其中加拿大36个、美国10个），科马提岩有关的矿床形成于太古宙，以加拿大汤普森（Thompson）矿床为代表，与大型层状杂岩有关的美国斯蒂尔沃特（Stillwater）也形成于太古宙，其余类型形成于元古宙，例如认为与古陨石撞击有关的加拿大萨德伯里（Sudbury）矿床形成于古元古代（Tuchscherer et al.，2002），而1994年新发现的加拿大沃尔斯湾（Voisey'sBay）形成于中元古代（1290～1340Ma，Chusi Li et al.，2000），德卢斯（Duluth）则是新元古代的产物。最近美国地调局在进行全球矿产资源评价项目（GMRAP）中，指出美国苏必利尔湖的德卢斯可与加拿大的沃尔斯湾、俄罗斯的诺里尔斯克（Noril'sk）对比，认为均为大陆裂谷系统有关的大规模岩浆作用的结果，是地幔柱作用大火成岩省的产物（Klaus J.Schulz，1997）。南非有17个矿床，以太古宙与大型层状杂岩有关的南非布什维尔德（Bush-veld）超大型矿床为代表，还产有太古宙的科马提岩有关的中小型矿床，总体为绿岩带的产物。

（2）中国、北欧陆块元古宙岩浆硫化物矿床。均为元古宙前寒武纪活动带中镁铁-超镁铁岩侵入体型矿床，中国中元古代金川超大型矿床是典型代表，北欧主要表现为中小型矿床，仅俄罗斯的贝辰加（Pechhenga）和芒切哥尔斯克（Monchegorsk）有一定规模。

（3）北欧和北美陆块边缘或造山带中局部产有形成于古生代的中小型岩浆硫化物矿床，其中位于阿拉斯加造山带中的布雷迪冰川（Brady Glacier）矿床已达大型，但成矿的细节尚不清楚。北欧陆块边缘的矿床主要为挪威的布鲁瓦那（Brruvann），镍金属品位贫和资源量小。中国新疆的喀拉通克、黄山和吉林的红旗岭均为晚古生代的矿床。

（4）西伯利亚陆块北部的俄罗撒诺里尔斯克（Noril'sk）-塔尔纳赫（Talnakh）镍矿带是目前世界上已知最重要的三叠纪岩浆硫化物矿床分布区，是公认的地幔柱作用的大火成岩省成矿的典型实例（Li C et al.，2003）。中国的峨眉玄武岩为大火成岩省的观点也已为国际学术界所接受（Xu Y G et al.，2001），并发现有二叠纪末、三叠纪初的小型岩浆硫化物矿床（力马河、杨柳坪等），但迄今未发现大规模的矿床。