成矿模式与组合成矿规律

Answer 1

由前述矿床分类和矿床实例可见，中国这类矿床最重要、最具前景的成矿模式可以归纳为以下两种：

一、小侵入体矿床成矿模式

(一)20世纪上半叶以前

世界范围内由于发现并探测了加拿大萨德贝里(Sudbury)硫化镍矿，岩体面积1000多km²，形态盆状，主要由层状苏长岩组成，为世界最大的硫化镍矿；南非布什维尔德(Bushveld)，岩体面积大于6万km²，形态盆状，主要由层状苏长岩、斜长岩、辉石岩组成，产世界最大的铂族矿床、超大型铬铁矿床和超大型钒钛磁铁矿床；以及津巴布韦大岩墙(Great dyke)，岩体面积约5000 km²，形态是延伸达几百公里长的岩墙，横切面上，岩相成层并向中心倾斜，由上而下主要由苏长岩、辉石岩和斜辉橄榄岩组成，产超大型铂族矿床和超大型铬铁矿矿床等这样一些最大的岩浆矿床。因此长期以来流行一种观点，即认为规模越大的，产状缓(岩盆、岩盘)、基性岩(苏长岩)、层状结构的岩体，越有利于形成大的岩浆矿床。后来又发现了美国斯提尔沃特(Stillwater)超大型层状铂族、铬铁矿矿床等多处层状大矿床，更加强化了这种认识。一代又一代的地学工作者和某些天体工作者，考察研究这些矿床，形成大量的科学文献。

(二)金川小侵入体镍铜铂矿的发现与勘探

1958～1974年，金川小侵入体镍铜铂矿的发现与勘探成功，证实金川岩体的面积只有1.34 km²，却赋存了545万t镍(Ni，1.06%)和350万t铜，这样巨大的金属储量怎么在这样小的岩体中形成的? 因此，作为一个典型的“小侵入岩体成大矿”的实例而受到国内外广泛的关注。后来我国又发现和勘查了一系列小侵入体岩浆矿床如吉林红旗岭1、红旗岭7、赤柏松，新疆喀拉通克、黄山等，正是金川和这批矿床的开发利用，保证了我国镍矿的基本自给，提高了铜钴铂族金属的自给程度。由于我国迄今没有发现100 km²以上那种大型层状岩体矿床。赋存矿体的岩体面积一般都在几平方公里以下，大多数都小于1 km²，所以可以说，我国的岩浆硫化物矿床，是以小侵入体为主的类型。

(三)小侵入体岩浆矿床的定义

小侵入体岩浆矿床是指那些“规模小的岩浆岩体的内部和/或附近的围岩中形成了与岩浆岩体有关的规模相对大而富的矿体的矿床”。岩浆岩体面积一般可以大到n(n＜10)km²，小到0.00n km²(汤中立，1996，2002)；所谓“相对大而富”是相对于岩体的规模而言。

(四)深部预富集与小岩体成大矿

由于岩体小，矿体相对大而富，这种矿体不可能从这个小岩体自身产生出来。因此，矿体在就位现存空间之前的深部或在就位过程中，发生了预富集成矿作用。其中岩浆硫化物矿床的预富集机制为：深部熔离-贯入成矿机制，即指母岩浆侵入现存空间之前，在深部岩浆房内或深部通道中就发生了熔离作用和部分结晶作用，使母岩浆由上而下分离为不含矿岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆、矿浆几部分(四层结构)，然后对现存空间一次或多次上侵贯入成矿。一般来说，经过深部熔离后的不含矿岩浆的体积，比含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆的体积要大得多，在上侵过程中，不含矿岩浆大部分都侵入到不同的空间形成岩群或岩带，剩余的岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆可以多次贯入同一空间成岩、成矿(金川)，也可以分别贯入不同的空间成岩、成矿(红旗岭)。比照就地熔离的矿床，这种深部熔离-贯入矿床的岩体体积就小得多，含矿率和矿石品位也高得多，所以这种成矿作用导致形成小岩体，大矿床(图4-3-1)。

图4-3-1 组合成矿模式示意图

(五)小侵入体岩浆矿床的主要特点：

1)我国的这种矿床主要产出于元古宙和晚古生代，前者产于古大陆边缘的裂谷环境，后者主要产于造山带弛张阶段。

2)这种矿床往往都赋存于区域镁铁、超镁铁岩带或岩群中，这种岩带或岩群通常沿区域性深大断裂或其次级断裂分布，由几个、几十个甚至更多的岩体所组成，同一个与岩浆矿床有关的镁铁、超镁铁岩带或岩群一般应当是一期，可以是几次，往往是同源上侵的产物。

3)在一个镁铁、超镁铁岩带中，可以只有一个岩群、也可以包含几个岩群，组成岩带或岩群的岩体一般呈倾斜的，不规则的岩株状、岩墙状、透镜状、脉状以及漏斗状等不规则的形态产出，其中含矿的岩体，只有一个或几个，组成一个矿集区。

4)对于一个矿集区的含矿岩体来说，具有就地分异和深熔-贯入两种成因作用，前者形成的矿石较贫，往往工业价值较小；后者形成的矿石一般较富，常常工业价值较大。

5)深熔-贯入的次数常常和成矿的丰度正相关，尤其是晚期的海绵状和块状矿体的贯入，往往对矿床的价值起决定性作用。

6)矿床的成矿深度较大，对于一个超大型矿床来说，其深度至少在1000m 以上(金川)。

二、与大陆溢流玄武岩有关的侵入体矿床成矿模式

大火成岩省中铜镍铂岩浆硫化物矿床研究成果显示，在与CFB有关的镁铁、超镁铁岩盆或岩盘侵入体中，具有成大矿的突出表现，特别是西伯利亚暗色岩系中诺里尔斯克(Noril'sk)-塔尔纳赫(Talnakh)带上多个大型、超大型铜镍铂矿床的出现更是让世人注目。

我国是世界上二叠纪CFB发育的国家之一，但CFB侵入体型矿床研究始终没有突破，即使在扬子陆块西缘大火成岩省中，存在有诸如杨柳坪、金宝山、白马寨等侵入体型矿床，但由于空间产状的关系，以往的研究还没有把成矿岩体与CFB真正联系起来。

世界上CFB侵入体型矿床的研究，进展主要体现在对西伯利亚暗色岩系中诺里尔斯克(Noril’sk)-塔尔纳赫(Talnakh)带上铜镍铂矿床的研究成果。Naldrett(1996)把Noril’sk地区Ni-Cu-PGE岩浆硫化物矿床的成矿概括为：①区域热地幔导致大量玄武岩浆生成；②大规模的隆升；③存在控制岩浆侵入与侵出作用的主要断裂；④岩浆的地壳混染和混染岩浆的亲铜元素亏损；⑤岩浆侵入使亏损岩浆中的残余硫化物再迁移；⑥玄武岩下的沉积层序中蒸发岩的存在。这一成果集中体现了该领域研究的前缘性关键科学问题，即成矿背景——地幔柱与大规模CFB喷发；构造控制——岩浆通道断裂系统；成矿作用机制——岩浆及其地壳混染作用、硫源及硫化作用、成矿元素的亏损与富集等。Naldrett(1996)从不同矿床的地质背景对比研究出发，论述了在深部岩浆房中，由于混染作用等原因，形成一种“带有不混熔硫化物岩浆”再向上侵位的成矿机制。Lightfoot等(1997)通过Noril'sk和West Greenland地球化学对比研究，总结了熔岩中地壳混染和Ni、Cu亏损之间的关系，指出如此巨量的金属堆积必然与巨大体积的岩浆相联系。

在我国该方面研究正处于起步阶段，已有的成果主要体现在对峨眉山玄武岩分布区域铂矿或含铜镍铂钯矿的研究。王登红等(2000，2001)认为杨柳坪矿区的基性-超基性岩层状侵入体中，除岩浆结晶分异、熔离作用形成镍、铜、铂族矿体之外，还存在热液形成的矿体。陶琰等(2000)通过对金宝山成矿岩浆中元素初始浓度的测算，并结合98%的矿量集中在底部和中部矿层中，各矿层储量与其上的岩层垂高比例基本一致等地质事实，认为该矿床元素垂向变化规律正是岩浆脉动贯入与熔离堆积作用的表现。

基于以上国内外研究现状，本项目选择扬子陆块西缘峨眉山大火成岩省大陆溢流玄武岩最发育的丽江、宾川和金平等地的玄武岩和金宝山、白马寨等矿床为重点研究对象，对与大陆溢流玄武岩有关的侵入体矿床进行了研究，初步总结出了该类矿床的成矿模式。

(一)地质依据

研究表明，研究区镍、铜、铂族矿床成矿岩体与CFB之间的关系主要反映在以下几个方面：

1)成矿岩体发育于CFB发育区及临近(白马寨、荒草坝等)；

2)与成矿有关的镁铁、超镁铁岩体一般侵位于二叠系之下的地层中，在丽江拉马古、宾川大营一带见橄榄辉绿岩、橄榄岩侵位于二叠纪火山岩的上部层位中；

3)岩石地球化学研究，成矿岩体与高镁系列玄武岩(包括苦橄岩类)的地球化学特征具有诸多相似之处和一致性(参见第五章)，揭示它们具有相同的源区组成；

4)成矿元素研究显示，金宝山铂族元素矿床与峨眉山玄武岩可能具有相同的物质来源，是同一源区经不同途径演化的产物(邓海琳等，2000)。

以上岩体产状特征以及岩石地球化学显示，研究区二叠纪玄武岩与白马寨、金宝山等镁铁、超镁铁成矿岩体侵入岩应属同一大地构造背景下(峨眉地幔柱)，幔源岩浆经历不同演化而先后喷发与侵位的结果，应归为同一构造-岩浆事件的产物。

(二)成矿模式

依据上述，并结合白马寨、金宝山等典型矿床，以及昔腊坪、拉马古等成矿元素异常的超镁铁岩体研究结果，可建立如图4-3-2所示的区域成矿模式。在该模式中需要说明的是：成矿岩体与二叠纪CFB是同一构造-岩浆事件的产物，只是经历了不同的演化阶段而形成；成矿岩体与CFB 的形成物可能源于同一岩浆体系；模式中的两类矿床式反映了熔离-堆积和深部熔离-脉冲式贯入两种成矿机制。

图4-3-2 与大陆溢流玄武岩有关的

侵入体矿床成矿模式

1—拉斑玄武岩(低镁系列)；2—苦橄质玄武岩(过渡系列)；3—苦橄岩(高镁系列)；4—玄武岩、粗面质火山角砾岩

(1)无矿岩体；(2)贫矿体；(3)富矿体；(4)块状矿

三、组合成矿规律

对上述矿床实例和成矿模式综合分析之后，对我国镍铜-铂族岩浆硫化物矿床的组合成矿规律可表述于下。

(一)矿床类型划分

按照构造环境、侵位方式、岩体规模、主要岩石、矿床规模和主矿元素将中国岩浆硫化物矿床划分为4种主要类型：①与古大陆边缘裂解有关的小侵入体矿床；②与大陆溢流玄武岩有关的侵入体矿床；③与褶皱带后造山伸展有关的小侵入体矿床；④与蛇绿岩有关的矿床。按照成因可归结为3种模式：①小侵入体矿床模式；②与大陆溢流玄武岩有关的侵入体矿床模式；③蛇绿岩型矿床模式。

(二)主要矿床类型

在以上4类矿床中，结合中国的地质情况分析认为，应以前3种类型为主，第四种类型比较次要。从成矿的角度，前3种类型又可归结为两类矿床，即“小侵入体矿床”和“与大陆溢流玄武岩有关的侵入体矿床”。第四种蛇绿岩型矿床的岩石组合由下而上一般包括超镁铁杂岩、辉长质堆积杂岩、镁铁质席状岩墙杂岩和镁铁质火山杂岩(含枕状构造)四部分，不同部位的成矿作用不尽相同，通常成矿是在洋壳的生成和迁移阶段，由于构造侵位而以残片被保留于造山带中。残片代表的部位不同，显现了成矿的多样性。由于这类岩浆矿床的母岩多为镁质超基性岩，在我国的地质背景条件下，虽然形成了煎茶岭大型贫镍矿，德尔尼大型富铜矿等一些重要矿床，但是总体看来其成矿条件与找矿前景仅占次要的地位。

(三)矿石类型与矿物成分

岩浆硫化物矿床的矿石主要有3种基本类型：①星点(浸染)状矿石，金属硫化物似星点浸染于硅酸盐矿物晶间；②海绵陨铁(网状)状矿石，金属硫化物连续分布于硅酸盐矿物晶间，交织成网；③块状矿石，金属硫化物在矿石中达到95%～100%。除此之外，常常由于金属硫化物聚集的程度和粒度不同，也可以由于构造影响或后来矿化叠加，往往衍生出一系列过渡性和变异性矿石。如稠密浸染状矿石、稀疏浸染状矿石、斑杂状矿石、伟晶状矿石、半海绵陨铁状矿石、变海绵陨铁状矿石、半块状矿石、条带状矿石等。矿石中的矿石矿物以硫化物为主，主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿和黄铁矿。在一些矿床的浅部，还可见到紫硫镍矿、少量针镍矿、硫镍矿等，在一些具有多次矿化和热液矿化叠加的矿床中，可以见到方黄铜矿、墨铜矿以及Ni、Co、PGE、Au、Ag的砷化物、铋化物、碲化物、锑化物、自然元素和金属互化物等矿物产出。

(四)就地熔离成矿与深部熔离-贯入成矿

就地熔离成矿是指岩浆侵入现存空间之后，由于环境变化引起温度、压力的改变，或者同时发生地壳成分的同化混染，促使岩浆发生熔离不混融作用，如果岩浆冷凝较慢而能较长时间保持液态，由于重力分异作用，这些不混融硫化物液还能进一步向岩浆体的底部聚集，形成一些较富的矿石，否则这些不混融硫化物液就只能散布于硅酸盐岩石中，形成星点状贫矿石。一般来说，以这种机制为主的矿床，多以贫矿为主。如黄山、红旗岭1、大坡岭等。

深部熔离-贯入成矿是指母岩浆侵入现存空间之前，在深部就发生了熔离作用和部分结晶作用，使母岩浆由上而下分离为不含矿岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆、矿浆几部分(四层结构)，然后对现存空间一次或多次上侵贯入成矿。一般来说，经过深部熔离后的不含矿岩浆的体积，比含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆的体积要大得多，在上侵过程中，上部的不含矿岩浆大部分都先侵入到不同的空间形成岩群或岩带，剩余的岩浆(对应形成镁铁、超镁铁岩石)、含矿岩浆(对应形成星点(浸染)状矿石)、富矿岩浆(对应形成海绵陨铁(网状)状矿石)和矿浆(对应形成块状矿石)可以多次贯入同一空间成岩、成矿(金川)，也可以分别贯入不同的空间成岩、成矿(红旗岭)。比照就地熔离的矿床，这种深部熔离-贯入矿床的岩体体积就小得多，含矿率和矿石品位也高得多，所以这种成矿作用导致形成小岩体，大矿床，如金川、红旗岭7、喀拉通克、白马寨等。

(五)小侵入体矿床的成矿前景

我国这类矿床表现为：

1)成矿时空广阔，成矿实例众多。它们主要形成于元古宙和海西期。前者一般发育在古大陆边缘，形成于古大陆的裂解时期，如金川、赤柏松、铜硐子等；后者多发育在造山带内，一般形成于造山作用后期的弛张阶段，如喀拉通克、红旗岭、黄山等。由此可见，这种类型几乎囊括了所有重要矿床，成矿条件相对优越。所以在新区勘查中，要充分注意寻找这种矿集区。

2)外围余地充裕，找矿潜力较大。前已述及，在一个岩带上，可以有一个以上的岩群。但是在一定地段的一个岩群中，往往就只有一个矿集区。因此在已知矿集区的外围找矿中，应当大力寻找外围新岩群中可能存在的矿集区，而不必在已知矿集区所在的岩群中下过大的工夫。

3)岩体小，易隐藏。由于这种含矿岩体小，一般大不过几平方公里，小可只有0.001 km²，很容易被现有的勘查间距所越过，也很容易被晚近的沉积物所覆盖。因此，在地质构造分析的基础上，综合运用物、化、遥、测试、坑、钻，仍然可能找到这种新矿集区。

4)找通道，求突破。

这类矿床被认为是深部地幔岩浆上侵的产物。按照前述的成矿模式，上侵的通道或岩浆进入现存空间的通道口，应当是富矿岩浆或矿浆的可能分布区，因此大力寻找这种通道或通道口，是已知矿集区取得深部突破、解决矿山危机、扩大矿区远景的主要途径之一。然而至今还没有一个已知矿集区真正找到了这种通道或通道口，所以在这方面还有大量的工作要做。也就是说，有的已知矿集区的深部，可能还有很大的资源远景。

(六)与大陆溢流玄武岩有关矿床的成矿前景

这里主要是指与大火成岩省(LIPs)即与地史时期的大规模大陆溢流玄武岩(CFB)喷发相关的岩浆侵入成岩成矿，这种类型的特点之一，就是它们通常侵入到溢流玄武岩内或溢流玄武岩附近的围岩中。因此判断这类矿床的两个必要条件应当是：①喷发相和侵入相具有密切的空间关系；②喷发相和侵入相应当是同期产物。世界最大的镍、铜、铂族矿床Noril’sk-Talnakhj就产于俄罗斯的Siberia暗色岩(CFB)中。按照这一概念，本次研究了云南的丽江-弥渡-金平地区，广西宝坛地区，甘新交界的北山地区。

关于这些地区的成矿前景，根据本书研究，是很具潜力的(参见第五章)，其主要依据是：

1)在这些地区，都有大陆溢流玄武岩发育，且都有玄武岩同构造背景下的镁铁-超镁铁侵入体发育；

2)已有成矿显示较好，如在丽江-弥渡-金平地区、北山地区和桂北；

3)岩石地球化学研究显示，在丽江-弥渡-金平地区，有相当数量的侵入体与二叠纪玄武岩(高镁部分)具有相似的地球化学特征，那么借鉴国外研究的成功经验，对这些岩体的进一步找矿，应是很有潜力的；

4)峨眉山大火成岩省以及甘-新交界的北山所处的塔里木大火成岩省，与西伯利亚大火成岩省发育的地质时代相同，具有全球意义的相似构造背景，基于成矿背景学分析，其成矿潜力不容忽视。