中亚造山带演化过程中的镁铁-超镁铁质岩浆成矿作用

Mafic-ultramafic intrusions that have ages ranging from Silurian to Triassic occur along the central Asian orogenic belt. Many of the intrusions host Ni-Cu-(PGE) sulfide mineralization, however, the intrusions with economically important mineralization mainly emplaced in the early Permian to late Triassic. A comparative study on the mantle source, magma process and geodynamic setting for these intrusions may have important bearings on the evolution and potential Ni-Cu-(PGE) sulfide mineralization of the central Asian orogenic belt. This study is going to carry on a comprehensive study of zircon Hf-O isotope, whole-rock major and trace elements, platinum-group elements, Re-Os isotope and Hf isotope and in situ sulfide S isotope and mineral trace elements for representative sulfide-bearing and sulfide-barren mafic-ultramafic intrusions in the central Asian orogenic belt, and is aimed to constrain the nature of the mantle source and magma processes in the formation of Ni-Cu-(PGE) sulfide deposits in convergent margin, in contrast to those mantle plume-derived sulfide-bearing mafic-ultramafic intrusions in within-plate setting. Experimental work in piston cylinder apparatus is also to be involved to study the PGE behavior in the metasomatized mantle by the slab-derived fluids/melts. The results of this study may provide more constraints on the origin of Ni-Cu-(PGE) sulfide-bearing mafic-ultramafic intrusions in convergent margins, and reveal the variations of the mantle source and magma processes in the different stages of the evolution of the central Asian orogenic belt.

中亚造山带分布着不同时代(从志留纪到三叠纪)的镁铁-超镁铁质岩体，其中很多岩体发育不同程度的铜镍硫化物矿化，但具有经济价值的矿床主要集中在早二叠-晚三叠世镁铁-超镁铁质岩体中。对比研究不同形成时代和矿化特点的镁铁-超镁铁质岩体的源区性质、成矿作用和形成动力学背景，对认识中亚造山带的演化及成矿具有重要启示。本项目拟以中亚造山带典型的镁铁-超镁铁质岩体及铜镍硫化物矿床为对象，通过元素地球化学和同位素地球化学等方法的综合研究，反演镁铁-超镁铁质岩浆的深部过程，探讨地幔源区性质对岩浆成分和矿化特征的制约；通过与板内地幔柱岩浆有关的铜镍硫化物矿床的对比，揭示汇聚板块边缘的岩浆铜镍硫化物矿床的成矿机制，并利用高温高压实验揭示受俯冲物质交代的地幔源区的铂族元素（PGE）地球化学行为。上述工作的开展，不但能丰富已有的铜镍硫化物矿床成矿理论，还能有效地约束中亚造山带演化的深部过程，具有重要的理论意义。

中亚造山带发育多个志留-三叠纪的镁铁-超镁铁质岩体，其中赋含具经济价值铜镍硫化物矿床的岩体主要集中在早二叠-晚三叠世。对比研究这些岩体的地幔源区性质、岩浆演化过程和动力学背景，对认识该带中镁铁-超镁铁质岩浆成矿作用特征具有重要启示。本项目选取代表性岩体，对其地幔源区性质、地幔辉石岩组分、幔源岩浆氧逸度、岩浆硫化物饱和机制、差异性成矿原因以及交代地幔源区PGE的地球化学行为等问题开展研究，取得的主要成果有：（1）通过对造山带西部喀拉通克地区多个含矿和不含矿岩体开展锆石U-Pb定年与Hf-O同位素和全岩B同位素分析，结合区域构造演化历史，揭示了这些岩体的地幔源区具明显交代特征，成矿期具瞬时性，并受控于区域同碰撞伸展作用；（2）通过研究造山带西部的北山地区和中部的内蒙古地区含矿和不含矿岩体中的橄榄石成分，发现其地幔源区含不同比例的辉石岩组分，这可能是导致岩浆中Ni含量较高的原因；（3）通过计算造山带中多个岩体的岩浆氧逸度并结合S-C同位素分析，发现其母岩浆普遍具高氧逸度特征，可为中-小型铜镍硫化物矿床提供成矿所需的幔源硫含量，成矿岩浆经历了含有机碳组分的地壳混染，达到硫化物饱和而成矿；（4）通过对造山带西部东天山地区的多个岩体开展铁镁矿物的成分分析和硫化物S同位素分析，进一步发现岩浆侵位过程中外来地壳还原硫的加入有利于成矿；（5）通过PGE地球化学行为的实验模拟研究，发现俯冲流体交代地幔楔过程中PGE在流体中的迁移行为和差异性可解释中亚造山带含矿岩体普遍亏损PGE的特征。本项目共发表第一标注论文8篇，第二标注论文1篇，其它标注论文3篇，尚有3篇第一标注论文返修和审稿中。项目负责人王焰入选第4批国家万人计划（2019），项目骨干高剑峰获国家杰出青年科学基金资助（2020），魏博晋升副研究员并入选中科院青年促进会计划（2021），博士后曹勇华出站、现任教于中南大学，毕业1名博士，目前还有1名在站博士后和1名在读博士生。