研究揭示銅鎳礦床的岩漿就位與結晶過程

最新 07-12

礦物環帶結構與組分記錄岩漿成分變化、結晶條件和冷卻歷史等重要成礦信息。通常，在冷卻速率相對較大的玄武質火山岩中，橄欖石和輝石呈斑晶產出且發育成分環帶，記錄了岩漿噴發前的地質過程；而在冷卻速率較慢的侵入岩中，橄欖石和輝石呈堆晶相產出且缺乏成分環帶。擴散平衡往往使堆晶橄欖石與輝石的成分均一化。受限於缺少快速礦物成分環帶分析方法，侵入岩中斜方輝石環帶的報道和深入研究極其匱乏。斜方輝石是岩漿銅鎳礦床的重要組成礦物且與成礦密切相關，部分銅鎳礦床發育斜方輝石堆晶岩，其形成機制存在較大分歧：有的學者認為受富硅的原始岩漿控制，有的學者認為與地殼混染過程中的硅質加入密切相關。

針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所礦產資源研究重點實驗室副研究員毛亞晶、研究員秦克章和澳大利亞聯邦科工組織（CSIRO）研究員Steve Barnes等通過同步輻射和M4 Tornado XRF面掃描分析，深入研究中亞造山帶黃山銅鎳礦床的斜方輝石內部結構，發現該礦床的斜方輝石普遍發育鉻元素環帶。鉻元素環帶以內部扇形分區環帶與外部正反環帶為特徵（圖1），指示斜方輝石至少經歷了早階段快速生長和晚階段緩慢生長。斜方輝石成分剖面分析表明在礦物內部，鉻元素環帶與鐵、鎂、鋁、硅等元素具有較好的相關性，但在外部並無相關性，指示外部的鐵-鎂成分變化並非礦物生長所致，推斷其是擴散作用引起。不同深度和不同礦化程度樣品系統的岩相學、原位氧同位素與微量元素聯合分析表明斜方輝石含量與橄欖石δ18O值呈正相關，與氧逸度呈負相關（圖2），表明斜方輝石結晶與地殼混染緊密相關，指示其內部扇形分區環帶應與地殼混染引起的溫度下降（過冷卻）和硅質升高（過飽和）有關（圖3）。硅質加入與溫度下降引起斜方輝石快速結晶的模式符合造山帶銅鎳礦床產於小侵入體（2）的宏觀地質特徵。

該項研究的科學意義在於：

（1）通過查明侵入岩中斜方輝石內部環帶結構並探討其形成機制，揭示黃山銅鎳礦床斜方輝石堆晶岩由快速結晶形成，指示成礦時限小於8000年；

（2）揭示內部環帶發育的斜方輝石大量結晶與地殼硅加入密不可分，進一步表明硅-碳等組分加入到玄武質岩漿是造山帶銅鎳礦床形成的重要過程。

該研究通過輝石的內部環帶特徵揭示侵入岩的侵位過程與冷卻歷史，為造山帶銅鎳礦床成礦機理研究提供了重要的證據，對於其他礦床的精細成礦過程刻畫也具有一定借鑒意義。

研究成果發表於Contribution to Mineralogy and Petrology。