东昆仑造山带夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床成矿机制的流体组成和多元同位素制约

The Xiarihamu magmatic Ni-Cu sulfide deposit is located in the Eastern Kunlun orogenic belt in the northern part of the Qinghai–Tibet plateau, western China. It is the largest magmatic Ni-Cu sulfide deposit found thus far in an arc setting worldwide and ranks second in China in terms of total Ni resources. Integrated platinum group elements, sulfide Cu-S isotope, zircon Hf-O isotope, olivine and pyroxene Li-Mg isotope, and volatile composition and C-H-O-He-Ar isotope in olivine, pyroxene, plagioclase and sulfide from the drill core samples will be used to evaluate the sources and processes involved in the formation of the world-class unique Xiarihamu Ni-Cu sulfide deposit. These data, together with the previous geochronological, petrological and geochemical data, will be used to decipher the compositions and evolution of the parental magma, and the origins of ore-forming materials, and then to discuss the key controlling factors in triggering sulfide segregation in Xiarihamu magma, and the ore genesis of the Xiarihamu magmatic Cu-Ni sulfide deposit. The results from such an integrated approach will shed new light on mineral exploration at both regional and global scales, and the development of metallogenic theory of Cu-Ni sulfide deposits.

东昆仑造山带夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床是我国第二大镍矿床，也是全球岛弧环境发现的最大铜镍硫化物矿床。该矿床的成矿岩浆条件及成矿控制因素需要岩石、流体及多元同位素的综合制约。本申请项目以夏日哈木铜镍硫化物矿床成矿机制的流体和多元同位素组成制约为研究目标。选择夏日哈木矿床的典型钻孔样品，结合已有岩石地球化学资料，开展铂族元素、硫化物Cu-S同位素、锆石Hf-O同位素、橄榄石、辉石等矿物Li-Mg同位素及橄榄石、辉石、斜长石及硫化物等流体化学组成、C-H-O及He-Ar同位素组成研究，揭示夏日哈木矿床母岩浆的组成和演化特征及成矿物质来源，探讨硫化物熔离的关键控制因素，从而确定夏日哈木铜镍硫化物矿床的成因。本研究的开展将为指导东昆仑造山带的镍矿勘查工作、发展铜镍硫化物矿床成矿理论提供基础资料。

东昆仑造山带夏日哈木矿床是我国第二大岩浆铜镍硫化物矿床，也是唯一形成于活动汇聚板块边缘的超大型镍矿床。本项目利用流体组成及多元同位素的手段对东昆仑造山带夏日哈木岩浆铜镍硫化物矿床成矿机制进行了研究，取得了如下认识：1）动力学分馏是造成夏日哈木矿床矿物δ7Li值变化大且异常低的主要原因。二辉橄榄岩、斜方辉石岩、二辉辉石岩和辉长苏长岩中橄榄石、单斜辉石和斜方辉石δ7Li的变化范围为+5.0‰ - −16.2‰，平均值为−3.5‰，远低于亏损地幔、全球岛弧以及俯冲沉积物来源的熔体。共存矿物之间存在轻微到强烈的同位素不平衡。垂直钻孔中斜方辉石矿物δ7Li从边部向中心逐渐降低。这种Li同位素组成较低且变化较大的特征不能通过热液蚀变、分离结晶、地壳混染以及俯冲沉积物的加入来解释，而是与同位素动力学分馏有关。因此在使用矿物而不是全岩数据来约束地幔起源和岩浆演化之前，必须考虑锂同位素动力学分馏的影响。2）硫化物熔离和地壳混染是造成夏日哈木矿床铜同位素组成变化的主要原因。夏日哈木矿床镍黄铁矿和磁黄铁矿δ65Cu值范围为0.19‰-0.79‰。除了两个样品的δ65Cu值落在地幔值范围内（δ65Cu = 0.06 ± 0.2‰），其他样品的δ65 Cu值高于地幔值；δ34S值变化范围为4.2‰-9.4‰，显著高于典型地幔δ34S的范围（0.1 ± 0.5‰）。全岩S/Se比值变化范围为3200-22500，高于地幔的S/Se比值。全岩Cu/Pd比值变化范围为328-819165，大多数Cu/Pd比值均高于地幔值。模拟计算表明夏日哈木矿床中Cu同位素随S/Se、Cu/Pd比值以及δ34S值的变化可以用地壳混染和硫化物熔离来解释，而与地幔部分熔融程度、氧化还原反应以及R因子的变化关系不明显。3）夏日哈木成矿岩浆具有高Cl、低F的特征，表明Cl对铜镍矿的形成具有重要意义。夏日哈木侵入体斜方辉石岩中磷灰石具有高Cl（2.07-5.03wt.%）、低F（<0.3 wt.%）、低SO3（<0.03 wt.%）的特点，表明富Cl熔体与铜镍矿化有关。磷灰石样品(87Sr/86Sr)i = 0.70766-0.70907，平均值为0.70807。表明夏日哈木母岩浆侵位过程中存在地壳混染。上述研究成果为进一步指导东昆仑造山带的镍矿勘查工作、发展铜镍硫化物矿床成矿理论提供基础资料具有重要的科学意义。