研究揭示铜镍矿床的岩浆就位与结晶过程

来源：中国科学院地质与地球物理研究所

矿物环带结构与组分记录岩浆成分变化、结晶条件和冷却历史等重要成矿信息。通常，在冷却速率相对较大的玄武质火山岩中，橄榄石和辉石呈斑晶产出且发育成分环带，记录了岩浆喷发前的地质过程；而在冷却速率较慢的侵入岩中，橄榄石和辉石呈堆晶相产出且缺乏成分环带。扩散平衡往往使堆晶橄榄石与辉石的成分均一化。受限于缺少快速矿物成分环带分析方法，侵入岩中斜方辉石环带的报道和深入研究极其匮乏。斜方辉石是岩浆铜镍矿床的重要组成矿物且与成矿密切相关，部分铜镍矿床发育斜方辉石堆晶岩，其形成机制存在较大分歧：有的学者认为受富硅的原始岩浆控制，有的学者认为与地壳混染过程中的硅质加入密切相关。

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室副研究员毛亚晶、研究员秦克章和澳大利亚联邦科工组织（CSIRO）研究员Steve Barnes等通过同步辐射和M4 Tornado XRF面扫描分析，深入研究中亚造山带黄山铜镍矿床的斜方辉石内部结构，发现该矿床的斜方辉石普遍发育铬元素环带。铬元素环带以内部扇形分区环带与外部正反环带为特征（图1），指示斜方辉石至少经历了早阶段快速生长和晚阶段缓慢生长。斜方辉石成分剖面分析表明在矿物内部，铬元素环带与铁、镁、铝、硅等元素具有较好的相关性，但在外部并无相关性，指示外部的铁-镁成分变化并非矿物生长所致，推断其是扩散作用引起。不同深度和不同矿化程度样品系统的岩相学、原位氧同位素与微量元素联合分析表明斜方辉石含量与橄榄石δ18O值呈正相关，与氧逸度呈负相关（图2），表明斜方辉石结晶与地壳混染紧密相关，指示其内部扇形分区环带应与地壳混染引起的温度下降（过冷却）和硅质升高（过饱和）有关（图3）。硅质加入与温度下降引起斜方辉石快速结晶的模式符合造山带铜镍矿床产于小侵入体（<3 km2）的宏观地质特征。

该项研究的科学意义在于：

（1）通过查明侵入岩中斜方辉石内部环带结构并探讨其形成机制，揭示黄山铜镍矿床斜方辉石堆晶岩由快速结晶形成，指示成矿时限小于8000年；

（2）揭示内部环带发育的斜方辉石大量结晶与地壳硅加入密不可分，进一步表明硅-碳等组分加入到玄武质岩浆是造山带铜镍矿床形成的重要过程。

该研究通过辉石的内部环带特征揭示侵入岩的侵位过程与冷却历史，为造山带铜镍矿床成矿机理研究提供了重要的证据，对于其他矿床的精细成矿过程刻画也具有一定借鉴意义。

研究成果发表于Contribution to Mineralogy and Petrology。

图1 黄山矿床斜方辉石的铬元素的内部扇形分区环带与外部正-反环带（橙色与黄色显示分区环带，蓝色与紫色显示外部环带，分区环带的样式取决于矿物的截面）

图2 黄山矿床矿物组成(a)、全岩Mg#值 (b)、橄榄石成分(c, d, e)与氧逸度(f, g)随深度变化图

图3 黄山矿床富斜方辉石岩的形成模式图（斜方辉石内部扇形分区环带形成于岩浆房底部岩浆中的快速结晶，外部环带形成于晶间生长）