570 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) 故铂族元素成矿具有特殊性 PGE 矿床可划分为岩浆型 热液型 火山块状硫化物型 (VMS) 和外生型四大类型 岩浆型又可分为铜镍硫化物型 铬铁矿型和磁铁矿型, 热液型主要有斑岩型和夕卡岩型, 外生型包括黑色页岩型和砂

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1 /2008/024(03) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 1,2 唐冬梅 1 秦克章 1 刘秉光 1,2 孙赫 1,2 李金祥 TANGDongMei 1,2,QINKeZhang 1,LIUBingGuang 1,SUNHe 1,2 andlijinxiang 1,2 1. 中国科学院地质与地球物理研究所, 中国科学院矿产资源研究重点实验室, 北京 中国科学院研究生院, 北京 KeyLaboratoryofMineralResources,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China 2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China 收稿, 改回 TangDM,QinKZ,LiuBG,SunH andlijx.2008.themajortypes,metalogenesisofplatinum groupelementdeposits andsomeprospects.actapetrologicasinica,24(3): Abstract ThestudyofPlatinum GroupElement(PGE)depositshasgotimportantachievementsinrecentdecades.PGEcanbe hostedindiferenttyperocks,formedindiferentepochs,pgedepositscanberelatedtodiferenttypesofmagmaandhydrothermal activities.theore formingconditionofpgeisalsospecialduetotheirparticularchemicalcharacteristicssuchasstablechemical behaviorandrefractoryofcommonacidandalkalisolutions.thepapersuggestedasystemicclasificationoffourtypesandninesub typesforpgemineralization.fourmajortypesofpgedepositincludemagmatictype,hydrothermaltype,volcanicmasivesulfide (VMS)typeandexogenoustype.Magmatic relatedpgedepositscanbefurtherdividedintocu Nisulfidesub type,chromitesub type andmagnetitesub type.hydrothermal relatedpgedepositscontainporphyrycu Ausub typeandskarncu Fe Ausub type.exogenic relatedpgedepositscanbedividedintoblackshale hostedpgedepositandplacerpgedeposit.andthenwediscusedthebasic characteristicsandenrichmentregularityofalkindsofpgedepositsonebyone.however,thegenesisofpgedepositsisstilin debate.althoughthereareseveralkindsofmodels,thesaturationofsandfractionationofsulfideattheprocesofmagmarisinginto theuppercurstplayanimportantroleforpgeenrichment.withtheevolutionofmagma,thefolowingfactorswileventualydrivea sulfur undersaturatedmagmatosulfursaturation:(i)fractionationofsilicatesandoxides;(i)fractionationoffe richminerals (notablyolivine,pyroxene,chromiteandmagnetite);( i)contaminationofthemagma;(iv)mixingofcompositionalycontrasting, sulfurundersaturated,magmascouldtriggersulfursupersaturation.onceanimmisciblesulfidemelthasformeditneedstobe concentratedsothatthesulfidescanbeminedeconomicaly.temperature,contentofmetal(niandcu),othercomponentsinthe systemandf S2 alsothefactorscontroledtheoreformation.primarymagmaticpgemineralizationshowalow temperaturehydrothermal overprint,butrelativelyfewcaseshavesofarbeendocumentedwherehydrothermalprocesesaretheonlyormainfactorsresponsible forpgeconcentration.atlast,thepaperdiscusedthemainproblemsforpgestudy,suchasoriginandore formingconditionsfor PGE,partitionregularityofPGEduringtheevolutionofmagma,theoccurenceofplatinum groupminerals(pgm)inthedepositsand suggestedsomepotentialorientations,andfurthersuggestedthattibet(ophiolitechromitesub typeandsubduction accretionarc porphyrycu Ausub type)andxinjiang(postcolisionalpermianmafic ultramaficcu Nisulfidesub typeandblackshalesub type) arethemostpotentialareasforpgeexplorationinchina. Key words Platinum Group Elements; Mineralization type; Magmatic Cu Nisulfide; Ore deposit; Sulphursaturation; Potentialorientation 摘要铂族元素 (PGE) 矿床的研究在过去几十年取得了重要的进展 它可以赋存于不同的岩石类型 形成于不同的时代 内生 PGE 矿床与不同的岩浆类型及热液活动有关 由于铂族元素特殊的化学性质, 比较稳定且难熔于普通的酸 碱等, 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (KZCX2 YW 107) 青藏 973 项目斑岩铜矿课题 (2002CB412605) 和国家 十一五 科技支撑计划新疆 305 项目东天山铜镍矿专题资助 第一作者简介 : 唐冬梅, 女,1981 年生, 在读博士生, 矿床学与地球化学专业,E mail:tdm@mail.iggcas.ac.cn 通讯作者 : 秦克章, 研究员, 大地构造与成矿学专业,E mail:kzq@mail.iggcas.ac.cn

2 570 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) 故铂族元素成矿具有特殊性 PGE 矿床可划分为岩浆型 热液型 火山块状硫化物型 (VMS) 和外生型四大类型 岩浆型又可分为铜镍硫化物型 铬铁矿型和磁铁矿型, 热液型主要有斑岩型和夕卡岩型, 外生型包括黑色页岩型和砂铂矿型 本文讨论了各岩浆演化过程中 :(ⅰ) 硅酸盐和氧化物的分异,(ⅱ) 富 Fe 矿物 ( 橄榄石 辉石 磁铁矿 铬铁矿 ) 的分异,(ⅲ) 岩浆的混染,(ⅳ) 不同成分 硫不饱和的岩浆的混合等, 都可以导致岩浆中硫达到饱和, 一旦形成不混熔硫化物熔体, 硫化物富集, 将形成有经济价值的 PGE 矿床 同时, 成矿还受温度 Ni 和 Cu 含量 体系中其它组分和硫逸度的控制 岩浆后期的热液蚀变会改变 PGE 的含量和品位, 但典型的铂矿床一般没有遭受热液蚀变作用的显著影响 本文指出了铂族元素矿床研究存在的主要问题, 如 PGE 矿床的物质来源 PGE 演化过程中的分配规律 铂族元素矿物 (PGM) 的赋存状态, 并对以后的发展前景做了展望, 指出西藏 ( 蛇绿岩套铬铁矿亚类和俯冲增生弧斑岩型 Cu Au 矿 ) 和新疆 ( 碰撞后二叠纪岩浆 Cu Ni 硫化物型和黑色页岩型 ) 是我国寻找 PGE 矿床的最有利地区 关键词 PGE; 矿化类型 ; 岩浆 Cu Ni 硫化物型 ; 矿床特点 ; 硫饱和 ; 成矿前景中图法分类号 P618.53;P611 铂族金属位于元素周期表第八副族, 包括铂 (Pt) 钯 (Pd) 锇 (Os) 铱 (Ir) 钌 (Ru) 铑 (Rh) 六种金属 1735 年由西班牙人乌罗阿西首先发现了铂, 钯和铑是 1803 年由英国人沃拉斯顿发现的,1804 英国人 S Tenlant 发现了锇和铱, 钌是 1844 年由俄罗斯人科劳斯所发现 铂族元素具有共同的物理性质, 除了锇和钌为钢灰色, 其余均为银白色 ; 熔点高 强度大 电热性稳定 抗电火花蚀耗性高 抗腐蚀性优良 高温抗氧化性能强 催化活性良好 ( 谢烈文,2001) 正是铂族金属的这些特有的物性, 使其被广泛的应用于现代工业和尖端技术中 如汽车尾气净化 航空航天 电子 珠宝 化工 石油 陶瓷 玻璃装璜等领域 其中汽车制造 珠宝 航空航天和电子原器件加工等是最活跃的消费领域, 也是我国经济的几大支柱产业 铂族金属的世界产量从 1969 年开始超过 100 吨, 上世纪 80 年代末便翻了一番, 达到 200 吨,90 年代初年产量近 300 吨, 到 2006 年, 仅铂 钯产量就达 443 吨 但铂仍然是供不应求, 据 JohnsonMathey2006 年 5 月公布的分析报告显示 1,2005 年铂市场供不应求, 其中汽车 珠宝行业需求最大, 这也是连续 7 年如此, 而且,2007 年及以后也将继续这一局面 我国也是如此, 并且逐步成为铂金属消耗的大国之一 对铂矿日益提升的需求和科学体系发展的要求, 使研究 寻找和利用铂族元素矿床成为一种必须 但目前对铂族元素矿床的主要类型及分布规律 矿床类型的基本特征, PGE 富集规律等的研究还远远不够, 铂族元素矿床的分类尚未成型, 相继有一些新的矿床类型被发现 对它的系统研究更是刚刚起步, 在岩浆熔融和分离结晶过程中 PGE 族元素的地球化学行为还不是很清楚, 特别是 Ru Ir Os(IPGE) 和 Pt Pd Rh(PPGE) 两亚族元素的区别及其地球化学性质差异对其在不同成矿环境下富集的影响不明 ; 哪些具体的地质条件有利于 PGE 的沉淀和 PGE 矿床的形成? 各矿床类型 PGE 的富集机制?PGE 矿床的成矿是否有专属性? 热液对 PGE 成矿的重要性如何? 针对上述热点 难点问题的研究亟需加强 本文试图对 PGE 矿床的主要类型及其基本特征 富集规律 形成因素等问题进行回顾 分析与讨论, 并对可能的研 究突破点及远景地区作了展望 1 PGE 矿床的主要类型 铂族元素矿床已有多种分类, 但目前为止, 还没有哪一个分类被广泛采纳 其中,Naldret(1981) 以矿石硫化物或氧化物组合为基础, 将铂矿划分为内生和外生两大类 ; MacDonald(1987) 以矿床成因为依据, 将铂矿划分为正岩浆型 热液型和冲积型三类 ;Hulbert(1988) 以岩石组合为基础, 将铂矿划分为岩浆型 热液型和表生型三大类和八个亚类 岩浆型又可分为层控型 不整合型 边缘型 其它类型 ; 热液型包括 Pt Pd Au (Cu) U Au Pt Pd; 表生型包括冲积型和残积型 Naldret(2004) 根据矿体形态和矿石组合, 把铂族元素矿床划分为层控矿床和与地层不整合的矿床两大类 ( 如南非 Bushveld 的纯橄榄岩筒, 俄罗斯乌拉尔的 Nizhny Tagil 脉状铂矿带 ) 层控矿床又可分为层状矿床 ( 包括硫化物组合 铬铁矿组合和磁铁矿 + 磷灰石组合 ) 和非层状矿床 ( 硫化物组合 磁铁矿组合 ) 我国学者在铂族元素矿床分类方面也作出了重要贡献, 以杨星 (1993) 的分类为代表, 按成因类型将中国铂族元素矿床划分为岩浆型 热液型和砂铂矿型三大类 梁有彬和李艺 (1997) 根据地质环境 容矿岩石类型 共生元素组合 成矿性质 矿化类型等, 将中国铂族元素矿床进一步划分为岩浆型 热液型 表生型三大类, 铜镍型铂族元素矿床 铬铁矿型铂族元素矿床 钒钛磁铁矿型铂族元素矿床 矽卡岩型铜 ( 铁 ) 矿床 斑岩型铜 ( 钼 ) 矿床 热液型铜矿床 热液型金矿床 沉积镍钼型铂族元素矿床 砂铂 ( 族 ) 元素矿床九个亚类 刘秉光 (2002) 按不同的元素组合, 把铂族元素分类聚集成 1 Cu Ni S Pt Pd,2 Fe Cr Os Ru Pt Ir, 3 Fe Ti V Pd Pt,4 Cu Ni Au Pt Pd,5 Cu Mo Fe Os Pt Pd,6 Te As Sb Bi Pt Pd,7 Ni Mo V U Au Pt Pd,7 个成矿系列 汤中立等 (2006) 将岩浆铜 镍 铂硫化物矿床按照构造环境 侵位方式 岩体规模等划分为四种主要类型, 与古大陆边缘裂解有关的小侵入体矿床 与大陆溢流玄武岩有关 1 来自网址 htp://www mathey com/

3 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 571 的侵入体矿床 与褶皱带后造山伸展有关的侵入体矿床和与蛇绿岩有关的矿床 苏尚国等 (2007) 根据铂族金属赋存的岩体特征 地球化学及铂族金属矿物特征, 将铂族金属矿床划分为镁铁质 超镁铁质层状岩体铂族金属矿床 镁铁质 超镁铁质 Cu Ni 硫化物矿床伴生的铂族金属矿床 乌拉尔杂岩体型铂族金属矿床 与蛇绿岩相关的铂族金属矿床 与热液相关的铂族金属矿床以及外生型铂族金属矿床六种类型 根据铂族元素的容矿岩石类型 元素共生组合 矿床地质特征和产出的地质环境等要素, 本文倾向于将铂族元素矿床划分为岩浆型 火山岩块状硫化物型 (VMS) 热液型和外生型四大类型 ( 表 1) 和八个亚类 其中岩浆型又可分为铜镍硫化物型 铬铁矿型和磁铁矿型 ; 热液型则主要有夕卡岩型和斑岩型, 其中斑岩 Cu Au 矿中往往含有较高的 PGE; 外生型包括黑色页岩型和砂铂矿型 岩浆型铂矿在全球范围内无论在储量 产量上都占据最重要的地位 以南非的布什维尔德杂岩中 MerenskyReef 和 UG 2 层 PGE 矿化为代表, 据 RichardViljoen(2004) 统计, 南非的 PGE 储量占世界储量的 80%, 而产量占 58%1 所以岩浆型铂矿在生产上和科研上都有相当重要的意义 下面对四大类中重点的亚类分别进行讨论 1 1 岩浆铜镍铂型硫化物矿床结合产出的构造背景, 可把与镁铁 超镁铁质岩有关的铂矿分为 Cu Ni (PGE) 类型 :1 Cu Ni 作为主要的矿产, 而 PGE 作为副产品 一般含有大约 10% 的硫化物 ( 例如加拿大的 Sudbury Voisey sbay, 俄罗斯的 Noril sk, 中国的金川等 ), 出现在相对较小的侵入体的不规则矿体中, 或者在科马提岩 玄武质的科马提岩底部和苦橄质岩浆的通道中 ; 和 2PGE (Cu) (Ni) 类型 :PGE 是主要的矿产, 而 Cu Ni 作为副产品, 一般含有少于 1% ~2% 的硫化物, 往往以层状的形式出现在大的层状侵入体中 ( 例如南非的 Bushveld 杂岩体的 UG 2 和 Merensky 层, 美国的 Stilwater 杂岩体的 J M 层等 ) 从构造背景来看, 有些与 PGE 有关的侵入体处在较稳定的克拉通环境中, 相对稳定的环境才有利于侵入体的重力分层 如俄罗斯的 Noril sk 富 PGE 侵入体产出在没有受到明显破坏的地台型盖层的地层中, 但 Noril sk 地区有大面积的 (4000m 厚 ) 玄武岩浆分布, 说明有地幔柱的活动 (Ripley, 2003), 地幔柱活动引起的地壳隆升断裂可能是成矿物质向地壳运移的主要动力 ; 我国的攀西地区含 PGE 较高, 位于扬子克拉通的西北缘, 有大面积的峨眉山二叠纪溢流玄武岩分布, 与印支期正长岩和碱性花岗岩组成岩浆杂岩带 ( 胡素芳等,2001) 有些侵入体则发生在古陆缘碰撞的断裂环境, 有热液活动的参与, 如中国金川 ( 汤中立和李文渊,1995), 我国新疆东天山地区, 额尔齐斯铜镍矿带则形成于碰撞造山晚期的驰张构造阶段 ( 秦克章等,1999,2002; 王玉往等,2004; 孙赫等,2006; 王京彬等,2006) 有些侵入体受陨石冲击事件的触发熔融控制 ( 如加拿大的 Sudbury) 与镁铁 超镁铁岩有关的铜镍 ( 铂 ) 或者铂 ( 铜 镍 ) 硫化物型矿床的形成时间界限较宽 矿床跟一期或多期镁铁质 超镁铁质侵入体的形成 侵位年龄有密切的关系 侵入体形成时间大多集中在从晚太古代到早中生代, 少数矿床晚于或早于这个时限 据 Maier(2005) 报导, 南非 Bushveld 的 Platreef 铂矿层的形成年龄为 2050Ma, 美国 Stilwater 杂岩体为 (2705±4)Ma, 美国 Duluth 岩体年龄为 1100Ma, 津巴布韦大岩墙为 (2575±0 7)Ma 我国的 PGE 矿化多为元古代和晚古生代 侵入作用的发生主要受区域断裂 韧性剪切带及其分支断裂的控制 中国金宝山岩体为 259Ma( 汤中立,1992), 中国金川小岩体的 SHRIMP 锆石 U Pb 年龄为 (827±8)Ma, 为新元古代 ( 李献华等,2002) 新疆黄山东岩体的 SHRIMP 锆石 U Pb 年龄为 (274±3)Ma, 喀拉通克 Ⅰ 号岩体的年龄为 (287±5) Ma( 韩宝福等,2004) 据上面的年龄数据, 层状杂岩体的年龄一般较老, 而单一的富铂侵入体规模相对较小, 年龄相对年轻 早太古代缺少富 PGE 侵入体而大部分为大型层状岩体, 可能部分由于太古代地层残留较少, 另一种可能是后来年轻的地壳比太古代地壳要轻, 地幔来源的岩浆不用在地壳岩浆房中聚集而直接快速上升到地表 (Richter,1988) 同时, 由于太古代地球比它接下来的数十亿年要热, 使得地幔部分熔融程度随时间推移而降低, 岩浆中 MgO Cr Ni 和 PGE 含量也降低 所以古老的层状杂岩中 PGE 含量高于相对较晚的侵入体中的含量 PGE 矿化多分布在大的岩浆杂岩体的下盘, 即硫化物赋存的部位 ; 也有部分产于岩体中部的一定层位中 ( 铬铁矿层 ) PGE 矿体主要产在纯橄榄岩相 辉石岩相 苏长岩相等岩相中, 呈似层状 透镜状等形态产出 铂族元素的含量一般与铜镍矿石品位成正比 以浸染状或者块状硫化物位于岩体的边部或者底部 ( 南非 Bushveld 的 Platreef) 中部 ( 南非的 Bushveld 杂岩体的 Merensky 层 美国的 Stilwater 杂岩体的 JM 层 ) 和下部 (GreakDyke 的 MSZ 金宝山 ) 铜镍硫化物型 PGE 矿床以富 Pt 和 Pd, 而贫 Os Ir Ru Rh 为特征 ( 图 1), 原始地幔标准化配分型式为 Pt Pd 配分类型 PGE 分布多为左倾, 说明在岩浆结晶分异过程中发生了明显的 PGE 元素 (Ir 族和 Pd 族 ) 的结晶分异 多数 PGE 矿床为原始 ( 高 Mg Cr) 的 地幔来源的基性 超基性岩岩浆 ( 玄武质 科马提玄武岩和科马提岩 ) 结晶 (Naldret,1989; Hawkesworth etal.,1995; Ripley etal., 2003) 同位素研究也说明, 形成杂岩体的原始岩浆主要来源于较深源的上地幔源区 南非的 Bushevld 地区岩石有低的 Sr 初始比值 ( ~0 7085), 表明系由低的 Rb/Sr 比值的上地幔源区形成的岩浆, 且在上升过程中没有或很少与地壳岩石中放射成因 Sr 1 htp://www mineweb net/mineweb/view/mineweb/en/page35

4 572 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) 表 1 PGE 矿床的类型及其代表性矿床 Table1 ThetypiesofPGEmineralizationandtypicaloredeposits 岩 浆 型 矿床类型 铜镍硫化物型 铬铁矿型 磁铁矿型 接触交代热型液 型 斑岩型 火山岩块状硫化物型 外 生 型 黑色页岩型 砂铂矿 克拉通内的层状杂岩体 碰撞造山环境的侵入体 陨石冲击 矿床名称含矿岩性矿体在岩体中的位置矿化类型 Bushveld 的 Platreef Bushveld 的 Merensky Stilwater 的 J M 层 单斜辉石岩 斜方辉石岩 斜方辉石岩 铬铁岩 ( 方辉橄榄岩 ) 纯橄岩 橄长岩 斜长岩 ( 辉长岩 ) a 矿石品位 ( 最高值 ) ( 10-6 ) 底部和边部 PGE Cu Ni 5 中部 PGE Cu Ni 5~7 中部 PGE Cu Ni 20 Voisey sbay 橄长岩 辉长岩 Cu Ni PGE 0.2~1 来源 Armitageetal. (2002) BarnesandMaier (2001a) Zienteketal. (2002) BarnesandLightfoot (2005) 俄罗斯的 Noril Sk 橄榄岩 辉长岩 下部 Cu Ni PGE 高于 50 BarnesandLightfoot (2005) 中国攀西新街 红格 辉长岩 下部 Cu Ni PGE 2 Zhong(2004) 中国金宝山辉石岩下部 PGE Cu Ni 1.5 中国金川橄榄岩中 下部 Cu Ni PGE 0.2~4 中国新疆黄山 方辉橄榄岩 方辉辉石岩 辉橄岩 下部 Ni Cu PGE 0.01~ 0.02 中国新疆图拉尔根角闪橄辉岩顶部或底部 Cu Ni Co PGE 0.1 中国新疆喀拉通克角闪橄榄苏长岩中 下部 Cu Ni PGE Pt1.0 Pd1.3 加拿大 Sudbury 苏长岩下部 Cu Ni PGE 1 Bushveld 的 UG2 层铬铁岩中部 PGE Cr 5~7 塞普路斯的 Troodosz 杂岩体 Urals 的 NiznyTagil 蛇绿岩型铬铁矿 Zhouetal.(2002) 陶琰等 (2004) 汤中立等 (2004) BarnesandLightfoot (2005) 汤中立等 (2006) 孙赫等 (2006) 秦克章等 (2007) 王登红等 (2000) 汤中立等 (2006) BarnesandLightfoot (2005) PenberthyandMerkle (1999) 纯橄岩 Cr PGE Büchletal(2004) 铬铁岩 Cr PGE Johan(2002) Augé(2005) 南非 Stela 磁铁矿 辉长岩上部 PGE Cu Ni Maieretal.(2003) 加拿大 Mcbratney 辉石 辉长质的岩体围岩与岩体的接触处 PGE Au OlivoandTheyer(2004) 安大略湖东北部辉长岩 苏长岩围岩与岩体的接触处 Cu Ni PGE RowelandEdgar(1986) 菲律宾 SantoTomasI Cu Au 矿 巴布亚新几内亚 OkTedi Cu Au 石英闪长玢岩 安粗质斑岩 Cu Au (PGE) Cu Au (PGE) 加拿大 LacdesIles 英云闪长岩 8 TarkianandKoopmann (1995) TarkianandStribruy (1999) Lavigneandand Michatd(2001) 日本 Shikoku 的 Beshi 铝质粘土岩层状矿体的中部 Cu Zn PGE Pd1.769 PanandXie(2001) 中国南部下寒武系 a 据 Mazier,2005 硫化质的黑色页岩层 俄罗斯干谷含有机质的黑色页岩围岩交代蚀变带处 俄罗斯远东 Zolotaya 砂金矿 PGE Ni Mo 等多金属 Au PGE 等多金属 Au PGE Pt0.28 Pd0.32 Coveneyetal.(1992) 梁有彬等 (1998) 王敏等 (2004) 8.3 Distleretal.(2004) ShchekaandVrzhosek, (2004)

5 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 573 未亏损的岩浆与壳源的岩石发生混染, 深部岩浆房有分异出 PGE 未亏损的岩浆的不断补给 我国以甘肃金川为代表的具良好分异的单一岩体 Cu Ni PGE 矿, 岩浆在重力作用和扩散作用的双重效应下, 产生不混溶硫化物微滴的熔浆, 形成硅酸盐岩浆 含矿岩浆 富金属熔浆 高铜或高镍的硫化物熔浆等分层体系 ( 梁有彬和李艺,1997) Zhouetal.(2004) 认为新疆黄山小岩体 PGE 矿是早期受洋壳混染的地幔来源的物质, 与上地壳物质混染, 导致硫化物富集成矿 造山后的伸展环境和地幔柱的活动对成矿也有重要作用 图 1 典型矿床的 PGE 原始地幔标准化分布图 ( 原始地幔数据据 Barnesetal.,1988) Fig 1 Primitivemantle normalizedpaternsofpgeandau oftypicaldeposits(primitivemantledatesafterbarnesetal., 1988) 发生混染 中国攀西新街岩体 Nd 初始值约为 5, 87 Sr/ 86 Sr 为 0 704, 说明源自于亏损地幔柱 (Zhongetal.,2004) 加拿大的 Sudbury 初始 Os 比值为 0 514±0 019,Os 亏损 金川岩体的源区物理化学条件 P=1 2GPa,T=1211,lgf O2 = -7 12, 都证明岩浆源区为上地慢 ( 汤中立,2002); 张宗清等 (2004) 的 Sr Nd 同位素示踪研究 (δnd=-3,δsr=-121) 表明, 金川超镁铁岩浆及其成矿物质来源于富集地幔源区, 其岩浆源区应当属于大陆岩石圈地幔 黄山杂岩体主要岩相的 87 Sr/ 86 Sr 初始比值在 0 704~0 705, 显示幔源特征, 矿石中磁黄铁矿的硫同位素组成 δ 34 S 接近于零, 也证明其矿质和硫来源于上地幔 ( 慕纪录,1996) 韩宝福等(2004) 根据 SHRIMP 锆石 U Pb 年龄重新计算的黄山东岩体的 εnd 87 值, 平均高达 +7.29, 说明岩浆来源于地幔源区 黄山东 Sr/ 86 Sr 初始比值平均为 0 703, 也属于幔源成因范围 ( 汤中立等,2006) PGE 矿床研究程度较高, 许多著名学者提出了一些岩浆演化成矿模式 CampbelandBarnes(1984) 对 Bushveld 和 Stilwater 杂岩体研究提出了岩浆混合模式, 不同成分岩浆混合导致硫的饱和, 产生不混溶的硫化物熔体微滴, 吸收岩浆中 PGE 另外, 研究程度比较高的 Bushveld 杂岩体中关键带和下部带含有高的 PGE 和丰富的 PGM, 但是 S< (MaierandBarnes,1999), 可能是在停滞的岩浆房或者岩浆的通道中, 岩浆在侵位之前发生硫化物的饱和, 硫化物在上升侵位过程中被拽出 而 Barnesetal.(2001) 提出,PGE 矿化过程中, 硫化物可能被包裹在玄武质的熔体中而向上运移 于是分离出的硫化物在上升的过程中可能被熔体包裹, 而进一步汲取硫化物, 到矿化层成矿 Lietal.(2001) 认为, Voisey sbay 的 Ni Cu PGE 硫化物矿床中硅和碱性氧化物的混染和地壳硫的部分加入, 导致岩浆硫达到饱和, 从而成矿 LightfootandKeays(2005) 指出 Noril sk 地区 Ni Cu PGE 硫化物矿床的形成主要是深部阶段性的岩浆房中分异出的 PGE 1 2 铬铁矿型铂矿铬铁矿型 PGE 矿床分为豆荚状的铬铁矿富 PGE( 如塞普路斯的 Troodosz 西藏的罗布莎 ) 和在层状侵入体中富集的 PGE 铬铁矿层 ( 如 Bushveld 的 UG2 层 俄罗斯的乌拉尔的阿拉斯加型侵入体 ) 铬铁矿中赋存铂族矿物的现象早已被注意到 (Augé, 1985;Barnesetal.,1985) 具有经济意义的铬铁矿矿床大多数位于仰冲带上 (Super Subduction) 的蛇绿岩中 (Eliopoulos,1996) 也有其它构造背景的铬铁矿赋矿的例子, 南非布什维尔德的 UG 2 铬铁矿 PGE 矿层具有经济价值, 位于稳定的克拉通环境, 产出在稳定的与镁铁 超镁铁岩有关的层状杂岩体中 豆荚状铬铁矿又可分为高 Cr 和高 Al 两种豆荚状铬铁矿类型, 高 Cr 铬铁矿一般比高 Al 的铬铁矿 PGE 含量高, 富集 Os Ir Ru 和 Rh, 而亏损 Pt Pd, 但也有富集 Pt 和 Pd 的例子, 如苏格兰 Shetland 奥地利东 Alps 的 Styria 的 Kraubath; (Prichardetal.,1996) 富集在铬铁矿矿石中的铂族元素和金的含量通常比较低, 从 < 到 n 10-7 (Eliopoulos, 1996) 中国蛇绿岩铬铁矿的 PGE 丰度为 (136~601) 10-9,Au 的丰度为 (51~866) 10-9 罗布莎和珠岭铬铁矿的 Au 丰度可达 (866~950) 10-9 ( 周美夫,1994b) 希腊产有最大铬铁矿矿床的武里诺斯蛇绿岩杂岩体和奥斯里斯蛇绿岩杂岩体以具有低铂元素含量和低 Pd/Ir 比值为特征 俄罗斯乌拉尔的 NiznyTagil 铬铁矿型 PGE 矿床中铂族元素含量最高达到 (Johan,2002) 层状侵入体中富铬铁矿层一般富集 Pt Pd 和 Rh, 铂族元素的富集与铬铁岩密切相关 南非 BushveldUG2 层的铂族元素矿物 (PGM)( 硫钌矿 硫钯铂矿 硫铂矿 硫钯矿等 ) 以包体形式存在于硫化物中, 或者产于硫化物颗粒的边界 (PenberthyandMerkle,1999) 一般 IPGE 与 Cr 之间有明显的相关性 (Maieretal.,2004), 但是 MaierandBarnes(1999) 在对 Bushveld 的研究中发现在 Cr 与 IPGE 之间仅具有弱的相关性 对高 Cr 铬铁矿比高 Al 铬铁矿的 PGE 含量高的最合适的解释是 : 两类不同成分的矿石分别是从两种不同成分的矿浆中固化的 低度部分熔融形成的液相比高度部分熔融产生的液相更贫 PGE 而富 Al 在上地幔部分熔融过程

6 574 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) 中,PGE 的性状更趋近于耐火元素, 如 Mg 从低程度部分熔融的岩浆分熔出来的矿浆必然相对贫 PGE; 而产生高 Al 铬铁矿石, 从高度部分熔融岩浆分熔出来的矿浆则富含 PGE, 形成富 Cr 铬铁矿石 ( 周美夫和白文吉,1994a) 侵入体铬铁矿的 PGE 丰度为 (26~358) 10-9,Au 的丰度为 (7~950) 10-9, 蛇绿岩套中铬铁矿层的 PGE 和 Au 含量普遍高于层状侵入体 铬铁矿型铂矿的主要矿物为含 Os 和 Ir 的硫钌矿 (Laurite), 含 Ir 和 Ru 的硫锇矿 (Erlichmanite) 以及 Os Ir 合金矿物, 细小的硫 砷化物和金属互化物 Os Ir Os Ir Ru 合金主要包裹于铬铁矿及产于其裂隙中 ( 白文吉等,2004; Büchletal,2004) 而 Pt Pd 砷酸盐相多混入于辉石中 另外发现含 Pd Pt 的矿物凯碲钯矿 硫镍钯铂矿 自然铂以及与硫钌矿 硫锇矿相关 PGE 的硫化物和合金, 自形和多相的铂族元素矿物颗粒大小多在亚微细粒到 100μm 之间 (Malitchetal.,2001) 由于大多数铬铁矿样品显示出较高的 Ir Os 和 Ru 含量, 而 Pt 和 Pd 含量相对较低, 导致形成具负斜率的右倾和低 Pd/Ir 比值的球粒陨石标准化铂族元素模式 (Pageetal., 1982,1984;Proenza,2007) 还存在一些特殊模式, 蛇绿岩豆荚状铬铁矿具有 Ru Rh 和 Pd 富集模式, 或者不存在 Ru 异常 克拉通上层状侵入体铬铁矿存在 Ru 异常不明显的特殊模式, 但 Os Ir 较 Pt Pd 富集 地幔橄榄岩有关的蛇绿岩套豆荚状铬铁矿一般富 Cr 低 Ti(Joaquínetal.,2007) 乌拉尔 阿拉斯加型铬铁矿富 IPGE,PPGE 相对较贫, 分配曲线为负斜率的右倾型 LomaPeguera 铬铁矿除了 Pd, 其它铂族元素都稍富,Ru 为表现负异常,Pt 为正异常, 而 Rh 为负异常 分配曲线相对平缓 豆荚状铬铁矿的成因, 曾被认为是上地幔部分熔融的残余物 也有人认为铬铁矿是从分异出玄武岩液相后残余的富铬苦橄岩质熔体中结晶的 周美夫和白文吉 (1994a) 认为结晶分异成因和熔离成因均有 铬铁矿是由矿浆结晶而成, 与富 MgO 岩浆伴生的铬铁矿 Os Ir 和 Ru 丰度较高, 而与富 FeO 熔体伴生的铬铁矿 Pt Pd 丰度较高, 或者 Pt Pd 与富辉石岩石中的铬铁矿伴生 Barnesetal.(1985) 指出中国铬铁矿型 PGE 矿与母岩性质以及与 PGE 在岩浆中的不同熔点有关 Os Ir 和 Ru 具有较高熔点, 而 Pt 和 Pd 的熔点相对较低 如果原始地幔发生部分熔融, 则 Os Ir 和 Ru 应大部保留于残余地幔中, 并且一部分在早期熔体中发生分离 ; 但 Pt Pd 大部分应富集于晚期熔体内或经过分异的岩相中 Augéetal.(2005) 对俄罗斯乌拉尔 NizhnyTagil 和 Kachkanar 镁铁质杂岩中富铬铁矿层的 PGE 矿化成因分析表明, 形成杂岩体的岩浆演化时, 其初始岩浆中富含 PGE, 同时有流体相的预富集 ; 由于铬铁矿和铂族元素矿物物理性质接近, 岩浆结晶早期最先出现 Ir Os Ir Ru 相晶核, 由于 Ir 等快速进入铬铁矿晶体, 在铬铁矿富集时堆积 ; 然后是 Pt Fe 合金相沉淀, 被铬铁矿捕获或者仍然保存在铬铁矿晶体中 Maier(2005) 对与镁铁 超镁铁岩有关的层状铬铁矿富 PGE 的成因进行了讨论 总结, 指出有三种可能的成矿机制 :1 铬铁矿中 PGE 是随着岩浆中硫化物的集中而富集, 铬铁矿和磁铁矿的沉淀可以导致硫化物中 S 的饱和, 堆积磁铁矿的出现和 S 含量的骤减是同时发生的可作为支持这一论点的证据 (Maieretal.,2003);2 随铬铁矿中的固熔体的出现而形成 支持这个模式的证据是有些镁铁 超镁铁侵入体中 IPGE 和 Cr 的正相关性 ;3 NicholsonandMathez(1991) 指出, 铬铁矿从液体中结晶出熔, 上升通过半固化的堆积物与苏长岩 辉石岩反应 如果主要堆积相包括少量的浸染状硫化物, 它们会在流体熔融形成层状岩体的过程中富集 1 3 斑岩铜矿中铂族元素矿化在斑岩铜矿床中, 铂族元素矿物主要以碲钯矿 碲铂矿 黄碲钯矿等碲化物的形式出现 (EliopoulosandEliopoulos, 1991;TarkianandStribrny,1999) 其中碲钯矿是主要的铂族金属矿物, 它可呈卵圆形以包裹体的形式存在于黄铜矿和斑铜矿中, 也可以以自形晶的形式存在于硅酸盐和黄铜矿的边界, 或者在黄铜矿中被银金矿和碲金银矿所包围 (Eliopoulosand Koopmann,1991; Tarkian and Koppmann, 1995), 又可以圆柱状 针状从 Cu Fe 硫化物中熔离出来 (TarkianandStribrny,1999) TarkianandStribrny(1999) 研究了 33 个斑岩铜矿床中 42 个样品的铂族元素和 Au, 得出斑岩铜矿的产出环境岛弧型比大陆边缘型的斑岩铜矿具有较高 Pd 和 Pt 含量的趋势比较明显 但保加利亚研究的 5 个岛弧型斑岩铜矿床, 只有 2 个矿床显示铂族元素含量高, 其它 3 个则贫铂族元素, 说明斑岩铜矿中铂族元素含量与大地构造环境没有直接的联系 很多因素影响斑岩铜矿中铂族元素含量的多少, 许多学者提出了不同的研究结论 斑岩铜矿中 Pd 和 Pt 的高含量与 Na 质 钙碱性岩浆作用有关 ; 而与高钾 钙碱性的岩浆作用有关的则具有低的 Pd 和 Pt 含量 (EliopoulosandEliopoulos, 1991) 而 Tarkianetal.(1995,1999) 则认为铂族元素的含量只与硫化物有关, 而侵入岩的地质年代 化学成分和岩浆的类型对铂族元素的含量似乎没有什么影响 Pd 和 Pt 含量高与 Cu Mo Au 含量高有关的这种趋势在斑岩铜矿中是明显的 TarkianandStribrny(1999) 研究了 33 个斑岩铜矿中的 PGE, 发现 Pd Pt 的含量和 Au 的含量呈正相关的趋势比较明显, 其中,Au 与 Pd 的相关系数 γ=0 72, Pd 与 Pt 的相关系数 γ=0 61, 这表明斑岩铜矿中 Pt Pd 和 Au 具有共同的成因 ( 李金祥等,2006) Sotnikovetal. (2001) 对俄罗斯和蒙古北部不同大地构造背景斑岩型矿床中的铂族元素研究表明 :Cu Pd Mo Pt 之间有明显的正相关关系 结构证据表明,Pd 和 Pt 的矿物是与 Cu Fe 硫化物同时或稍晚一些形成的 斑岩铜矿中金属来源还有争议 大多数研究者认为斑岩矿床成因与花岗质岩浆的形成有关 (TitleyandBeane,

7 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 ;GrifithsandGodwin,1983) 铂族元素的最初起源必须归结于上地幔或俯冲洋壳的化学成分, 它们的部分熔融和分异导致形成中性的含铜斑岩容矿侵入体 铂族元素的原生富集主要取决于岩浆分馏和分异作用 一个必须满足的重要条件是岩浆硫化物的早期熔离缺失, 只有这样才能有铂族元素供后来在斑岩系统中热液搬运和富集 (TarkianandStribrny,1999) 母岩浆与上地壳岩石的化学反应和热液流体也起重要的作用 岩浆演化的后期阶段含金属热液的搬运, 对斑岩系统中铂族元素的富集具有重要意义 EliopoulosandEliopoulos(2000) 认为 Pd 在黄铜矿中的分布受岩浆 热液系统演化的影响 Wood(1987) 和 Fleetand Wu(1993) 的实验表明 : 在富 Cl S 的体系中,PGE 能以挥发分的形式进行迁移, 其迁移能力为 :Pd>Pt>Rh>Ir;Pd 和 Pt 的迁移能力明显大于其它铂族元素 MountainandWood (1988) 实验表明 : 在高氧化和酸性的条件下,25 ~300 温度范围里, 高盐度的流体中 PGE 主要以 Cl 络合物形式存在, 或者更多的 Pd Pt 可以被转移 XiongandWood (2000) 的一系列热液系统中 Pd 溶解度实验表明, 如果条件允许, 在斑岩铜矿成矿的早期阶段, 成矿流体有能力搬运 以上的 Pd, 最终搬运 Pd 的能力可达 10 吨, 而 Os 也至少可达 3 吨 Berzinaetal.(2005) 认为斑岩 Cu Mo 矿床中 Re 的含量与其原始岩浆的成分及其分异 物质的来源 结晶的物理化学条件的变化 (f O2 Cl 活度 P T) 有关 1 4 火山岩块状硫化物矿床 (VMS) 中的铂族元素矿化前人早就有关于火山岩块状硫化物矿床和现代海底热液流体叠加形成多金属矿化 ( 包括贵金属 ) 的研究报道 (Franklin etal.,1981; Slack,1993; Ohmoto,1996; Scot, 1997,Richardetal.,2005) 同时有大量关于古代 VMS 矿床和现代海底热液硫化物的 Au 和 Ag 含量的数据 (Large etal.,1989;herzigetal.,1993; 王之田等,1994;Hannington etal.,1995;hustonetal.,1996;scot,1997;zaw etal., 1999) 但现代海底热液硫化物和 VMS 矿床中 PGE 含量的数据比较少 (Crocket,1990;Dobrovolskaya,1999), 热动力可能使海底热液流体让相当数量的 Pt Pd 发生运移 (Wood etal.1992;panandwood,1994;gammons,1996), 火山岩淋滤和岩浆挥发分加入到对流的热液系统也是 PGE 富集的最主要的因素 (Pa avaetal.,2004) VMS 矿床富黄铜矿硫化物样品中 Pd 含量与现代海底热液硫化物相似 (Crocket,1990) 高的 Pd Pt 含量 ( 分别为 0 9 和 ) 在乌拉尔地区的火山岩块状硫化物矿床中的富铜块状矿石中也有出现 (Dobrovolskaya,1999) 据 Crocket (1990) 报导, 在目前海底最大的块状硫化物矿床 - 大西洋中脊的 TAG 热液地区, 富 Zn 硫化物中有达 的 Pd, 高温 (>300 ) 黑烟囱的热液沉积地区 Pd 含量稍低 ( ~ ) TAG 硫化物的 Ir 和 Pd 含量大约是 Juande Fuca 洋脊的 25 倍 俄罗斯乌拉尔南部的 Uzelginsk 块状硫 化物矿床中,Zn 浮选尾矿中含有 Pd Pt Ru , 而分选重矿物中 Pd Pt Rh (Vikentyevetal,2004) 巴布亚新几内亚的 Manus 盆地东部的 VMS 矿床中,SatanicMils 矿区的矿石平均含有 Pd 和 Rh (Pa ava etal.,2004) 在黄铜矿粘结的英安岩角砾岩(chalcopyrite cementeddacitebreccias) 中含高达 的 Pd 和 的 Rh,Cu Pd Rh 之间显示出正相关性, 并且富铜的岩石总是比富 Zn 硫化物有高的 Pd Rh 含量 PanandXie(2001) 研究了四个 VMS 矿床地区 ( 日本 Hokuroku 的黑矿型 Zn Pb Cu 矿, 日本 Shikoku 的别子型 Cu Zn 矿, 加拿大安大略湖 Manitouwadge 的 Cu Zn Au Ag 矿, 芬兰 Outokumpu 的 Cu Zn Co 矿床 ) 含 PGE 的情况 与镁铁 超镁铁岩有关的富含黄铜矿的后三个矿床样品含 Pd( 高达 ) Rh( 高达 ) Au( 高达 ) 很高 但第一个矿床矿体赋存在长英质火山岩中, 贫 PGE, 含量仅接近检出限, 含少量 Au( 达 ), 这可能说明原岩的组成控制 PGE 的含量 这与前人关于贱金属的研究结论一致 (Franklinetal.,1981;Ohmoto,1996), 即 VMS 矿床中贱金属主要受原岩组份和它们在热液流体中的溶解度的控制 (Franklinetal.,1981; 王之田等,1994;Ohmoto,1996) VMS 矿床中 PGE 和 Au 的最主要的特点是 Au Ir Pd Pt 的强烈分离 Crocket(1990) 指出现代海底热液硫化物中 Au 和 Ir 分异较大 (JuandeFuca 洋脊中 Au/Ir 比值达到 ) PanandXie(2001) 对四个 VMS 含 PGE 矿床中富黄铜矿样品研究, 也发现了 Au Ir Pt Pd 的这种分离现象, 最大的 Au/Ir 比值为 ,Pd/Ir 比值达到 , 或者比现代海底热液硫化物的比值 ( 达 990,Crocket,1990) 高很多, 而与镁铁 超镁铁岩有关的岩浆 Cu Ni 硫化物矿床的 Pd/Ir 比值更低, 才为 865(Barnesetal.,1985) 铜镍硫化物矿床的 Pd/Pt 比值最高为 2100, 比太古代含硫化物科马提岩 ( 达 2 9,Barnesetal.,1985) 的值高, 而 Baikie 的铜镍硫化物矿床的 Pd/Pt 比值仅为 33(BraceandWilton,1990) 围岩的 Au Pt Pd Ir 也表现出强烈分异的特点 含黄铜矿的堇青石 斜方闪石片麻岩中,Au Ir Pd Pt 也强烈分异 (Au/Ir 值为 ,Pd/Ir 为 ,Pd/Pt 为 ), 与前人报道海底溢流热液硫化物的 Au/Ir 和 Pd/Ir 比值相似, 但比岩浆铜镍硫化物中比值高的多 Crocket(1990) 认为现代海底热液硫化物中 Au 和 Ir 之间强烈的分异主要由于在热液流体中 Au 的溶解度比 PGE 高, 而原岩的 Au/Ir 比值低 ( 平均 MORB 的比值为 30, Crocket,1990;MORB 硫化物为 16,Peachetal.,1990) Pan andwood(1994) 计算了 1μg/L 的海底热液流体在 350 时 PdS 的溶解度, 结果发现 PdS 的溶解度足够的高, 可以解释现代海底热液硫化物和古代火山成因块状硫化物矿床中 Pd 的富集, 这也说明 Pt 的溶解度在较大的温度范围内比 Pd 高或近似相等 Woodetal.(1992),PanandWood(1994) 研究

8 576 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) 多处 VMS 矿床, 发现矿石中 Pd/Au 比值为 1 8~31, 比 Crocket(1990) 和 Dobrovolskaya(1999) 报道的数值高, 与海底热液流体中这些金属的溶解也不一致 这就说明这种强烈分异现象可能不能用海底溢流热液流体的金属溶解度不同来直接解释 PanandXie(2001), 研究四个典型火山岩块状硫化物含 PGE 矿床, 发现都受区域变质和变形作用控制 (Slack,1993;PanandFleet,1995;ZaleskiandPeterson, 1995), 富 PGE 和富 Au 的样品中都有晚期热液叠加作用的痕迹, 芬兰 Outokumpu 矿床中石英脉中自然 Au 的出现, 这些现象都支持元素的当地重新运移观点 这可能是导致 Au 和 PGE 强烈分异的原因 1 5 黑色页岩型铂族元素矿化黑色页岩型含 Au Cu Mo Pb Zn PGE 等多金属矿物的矿床, 大多在新元古代向前寒武纪过渡的时期产出在变质含碳早前寒武纪背斜轴状构造带控制区域 ( 如俄罗斯干谷 (SukhoiLog) 的 Au PGE 矿床 ), 或者受深大断裂构造带控制, 深大断裂主要是新元古代弧后盆地和侵蚀台 (Steiner etal.,2001) 所以矿石的沉淀和黑色页岩的围岩与构造和古大洋的变化有关, 受全球事件, 如新元古代雪球和前寒武纪大爆发控制 (Steineretal.,2001;Braunetal.,2003) 构造活动和相关的内生流体熔融 (melting) 也是控制成矿的主要因素 (Distleretal.,2004) 该类型矿化与黑色页岩系密切相关 黑色岩系是富含有机质为特征的海相细粒沉积岩的总称 这些含矿黑色页岩最近被发现含有丰富的化石, 如肉眼可见的细菌群, 节肢动物海绵状和植物浮游动物等 (Steineretal.,2001;Braun etal.,2003) 其中金属富集层, 特别是镍 钼矿化层是铂族元素 ( 包括金和银 ) 富集的主要层位, 其次为黑色页岩层 ( 如下寒武统牛蹄塘组黑色岩系 ) 中国黔北黑色岩系金属富集层是铂族元素 ( 包括金和银 ) 富集的首选层位, 绝大多数元素的浓集系数都是在金属富集层达到最大值, 尤以 Os Ru Pt Pd Au 和 Ag 的富集程度最高 ( 易发成等,2004) 黑色页岩型 SukhoiLog 贵金属矿床是俄罗斯最大的 Au 富集矿床,PGE 的矿化主要在 Au 矿化的外围 (Distleretal.,2004) 富 PGE 层位一般产于矿体的下部 矿石富含有机碳 磷质 粘土和云母类矿物 多种金属元素和微生物化石 俄罗斯干谷 VMS 黑色页岩 Au PGE 矿床金属硫化物中 Pt 含量最高达 ,Pd 达 , 为典型的 Pt Pd 型分配模式 (Distleretal.,2004) 有 Pt 异常, 铂族元素大多是地壳来源, 表现为正 Pt 异常,Pt/Pt 远大于 1 而地幔来源的 Pt 异常为负值, 接近 1 或小于 1(Jiangetal.,2003) 黑色页岩中发现贵金属矿床大多有如下共同点 :1 矿化具层状性质 ;2 经常与含碳的原始沉积岩共生 ;3 矿石为多组分的, 即金 银 铂族金属 放射性和稀土元素 镍 铜 铬 钒 钼 铅 钨 钴结合在一起 ;4 矿石产在围岩交代蚀变带和分散硫化物矿化带或硫化物 硫砷化物矿化带中 俄罗斯干谷矿床中发现的主要的金属成矿元素包括 : Au Ag Fe Ni Co Cr Ti Pt Pd Zn Cu Pb Sn Mo Zn W REE 和 Zr(Distleretal.,2004) 在早期阶段, 大多数金属以自然金属或金属互化物的形式沉淀, 然后为硫酸盐, 最后变为硫化物 主要的铂族元素矿物为自然铂 砷铂矿 硫铂矿 Pt Fe Cu 合金 Pt Fe 合金 自然金属组合包括自然金 自然铂 Pt Fe Cu 合金和稀有矿物, 如自然铬 铁和钨,Sn 和 Sb 合金, Ni 和 Sb 合金 自然金属在极度还原的环境下形成, 受硫活性的影响 碲金矿 碲银矿 碲金银矿和针碲金银矿也有出现 加泰罗尼亚 Prades 山的 Llandoverian 黑色页岩有变质层状硫化物矿床矿石含 Zn Cu Pb Au Ag PGE 等多金属 (Canetetal.,2004) 铂族金属在该类矿床中的赋存状态普遍有两种认识, 一种是吸附于有机质中的金属 碳络合物中, 另一种是铂族金属分散于成矿硫化物中 (Distleretal., 2004) 有机质对成矿物质的运移 富集和沉淀有重要的作用 (Distleretal.,2004) 还原反应可以导致自然金属的形成 通过 C 同位素的测试, 可得 SukhoiLog 矿床流体中 δ 13 C carb = -1 1,δ 13 C org =-24 9 (Distleretal.,2004), 提供了碳的两个来源的证据, 即游离的和可溶的有机质 Pt 和 Au 富集与有机碳的含量没有明显的相关性 Koideetal.(1987) 报道, 在现代缺氧沉积岩中,Re 富集为 (2~127) 10-9, 平均为 在缺氧黑色海水沉积物中,Re 为 (20~184) 10-9 Colodneretal.(1990) 在黑海和 CearaRise 富有机质含金属的沉积岩中都没有发现 PGEs 和有机碳之间明显的相关性 同样的,Cohenetal.(1999) 也报道, 有机碳含量和 Re Os 富集没有明显的关系 可能 PGEs 富集在含有机质的沉积岩中, 是由于氧化 还原反应, 而不是由于有机质的聚集或络合作用 (Piper,1994;Cohenetal.,1999) 但还原环境和低的 PH 值利于 PGE 沉淀 (VanderFlier Keler,1991), 这在前寒武纪缺氧的洋底酸性海相热液流体和 Ni Mo 硫化物矿床中富 PGE 都得到了证实 铂族元素碳质原始地幔配分模式为 Pt Pd 型 ( 图 2) 磷块岩 黑色页岩的配分曲线近于水平, 金属富集层表现为两端高中间低 ( 易发成等,2004) 中国 Ni Mo 硫化物矿体的 Pt/Pd 和 Au/Pd 大致为 1, 与海水的比值接近 (Pt/Pd=0 8 和 Au/Pd=0 3)(Jiangetal., 2007) Pt/Pd 比值在与镁铁 超镁铁岩有关的铜镍硫化物矿床中大致为 1(Barnesetal.,1985;Brügmannetal.,1989) 中 西太平洋的 Fe Mn 结核的比值约为 100(Yaoetal., 2002) 海相热液流体有潜力提供硫化物矿石中重要的 Os 和其它 PGE 可是目前只有 JuandeFucaBridge 发现有海相热液流体富集 Os PGE 分配模式和 Os 同位素数据说明, 循环海水与热的大洋地壳反应, 促使 Os 和其它 PGE 的运移 (Brügmannetal.,1998;Caveetal.,2003;Pa avaetal., 2004) Distleretal.(2004) 也由 Re Os 同位素分析得出, 硫化物为海水和热液流体的混合作用所得到的

9 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 577 图 2 黔北下寒武统牛蹄塘组黑色岩系铂族元素碳质原始地幔配分曲线 ( 据易发成等,2004; 原始地幔值据 Barnes etal.,1988) Fig 2 Primitivemantle normalizedpgepaternsofthelower CambrianNiutitangFormationBlackshale(afterYietal., 2004;primitivemantledateafterBarnesetal.,1988) 黑色岩系有关的多金属 Ni Mo PGE Au 矿床的成矿模式有多种说法 : 超陆壳碰撞来源 (Fanetal.,1984), 海底热液喷发来源 (Coveneyetal.,1992;Lotetal.,1999;Steiner etal.,2001;coveney,2003;jiangetal.,2003,2006), 成岩流体流动来源 (Horanetal.,1994), 海水沉淀 / 聚集来源 (Maoetal.,2002;Lehmannetal.,2003) 成矿金属元素的来源有两种观点 :1 热液喷气来源 2 海水堆积元素的模式 (Jiangetal.,2007) 要达到金属富集因子为 10 6 ~10 9, 海水堆积的沉积速度相对慢 唯一一个海水中金属富集的例子, 为大洋底的 Fe Mn 地壳, 富集因子 >10 7 海水堆积金属富集的机制一般认为是 Fe Mn 的氧化物和氢氧化合物吸附, 它们与金属 Co Ni Cu Zn 和 PGE 元素以慢慢增加的速度共沉淀, 这种共沉淀一般为 (1~10)mm/Ma, 但没有数据可以证明硫化物以这么慢的速度从溶液中沉淀出, 相反硫化物以很快的速度从海相热液体系中沉淀出来 所以热液喷气来源更有可能 2 内生 PGE 矿床的岩浆演化及成矿 2 1 岩浆演化许多学者认为,PGE 主要集中在原始岩浆硫化物中, 即使是在硫含量很低的铬铁岩中也是如此 (Barnesetal., 1985;Naldret,1989;BarnesandMaier,1999) 而硫化物仅占地幔的 0 05%( 硫化物是可熔的, 但不是所有的硫化物都能溶解于部分熔融的玄武质岩浆, 在上地幔的压力情况下大约可以溶解最多 的硫 )(Lorand,1990), 即使 PGE 在硫化物熔融时有高的分配系数 (1 10 4,BarnesandMaier, 1999), 地幔熔融时 PGE 还是大量的留在地幔, 而产生的玄武质岩浆贫 PGE 所以要有相对高的地幔部分熔融(25%, 据熔融发生的深度 ), 才能阻止 PGE 残留在地幔中, 而提供足够的 PGE 这种高程度的地幔部分熔融产生了科马提岩和富 Mg 玄武岩岩浆, 所以重要的 PGE 矿 (Bushveld,Great Dyke,Stilwater) 都与含 MgO 高的岩浆 ( 富 Mg 玄武岩 ) 有关 Maier(2005) 指出形成 PGE 矿床的首要前提是地幔岩浆富含 PGE, 在地幔部分熔融过程中, 分布在地幔的 PGE 大量进入熔体 第二个前提是在岩浆侵入到地壳之前没有发生硫化物的饱和从而丢失 PGE 这取决于岩浆演化过程中 S 的溶解度 岩浆侵入到地壳, 对于岩浆型的 PGE 矿床来说, 只有 S 饱和才能使硫化物熔体分异而富集 PGE, 促使 PGE 矿床形成 玄武质岩浆中 S 的溶解度是随着压力降低而升高, 随温度升高而增加, 而温度对 S 溶解度影响远小于压力的影响, 随着岩浆的固结, 玄武质岩浆中 S 的溶解度升高 (MavrogenesandO Neil,1999), 所以无论源于基性 超基性的原始地幔源区岩浆是否饱和, 侵入到地壳的岩浆都是硫不饱和的 (Maier,2005) 形成 PGE 矿床需要岩浆中 PGE 含量的多少, 由于缺少 PGE 矿化侵入体中原始岩浆的组分的数据 ( 仅有 Bushveld 母岩大概含 (10~15) 10-9 Pt 和 Pd), 尚无法清楚的知道 而导致硫饱和的机制有 : (1) 在岩浆演化的过程中, 硅酸盐和氧化物的分异促使岩浆中 S 含量不断升高 实验证实, 随着铬铁矿的沉淀,FeO 含量降低硫化物熔融体中 S 达到饱和 (2) 岩浆 S 和 Fe 2+ 是密切相关的 (ShimaandNaldret, 1975) 富 Fe 矿物的分异 ( 橄榄石 辉石 磁铁矿 铬铁矿 ) 可能导致 S 溶解度的降低, 而产生 S 的饱和 (Lietal.,2001) 在层状侵入体中, 堆晶磁铁矿的出现与 S 含量急剧的升高是一致的 (Maieretal.,2003;Maier,2005) (3) 岩浆混染引发 S 饱和 通过熔体的液化作用或者含硫围岩的混染导致外来硫的加入, 而产生 S 饱和 (Lesherand Campbel,1993;Ripley,1999) 也可能是外来的围岩 Si 加入, 降低了岩浆中硫的溶解度 (LiandNaldret,1993) 由于混染导致氧逸度的增加, 结果富 Fe 的铬铁矿和磁铁矿分异, 降低了 FeO 的含量, 这样就降低岩浆运移 S 的能力 (BuchananandNolan,1979) 许多地壳混染证据分别已在诺里尔斯克 萨德伯里 金川等地区得到了广泛的同位素 稀土元素 痕量元素等资料的证实 ( 汤中立和李文渊,1995; NaldretandLightfoot,1999a;Naldretetal.,1999b) 地壳物质混染和围岩中硫的混入对硫化物从铁镁质岩浆中熔离并沉降到岩体底部成矿有重要贡献, 大量岩浆不断地通过岩浆房并经历相似的过程是形成巨大矿床的根本所在 (Lightfoot andhawkesworth,1997;naldretandligthfoot,1999a) 但岩浆的混染对 S 过饱和的影响程度至今还不很确定 (Maier, 2005), 有些侵入体显示明显的地壳成分, 而有些却没有

10 578 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) (4) 不同成分 S 不饱和的岩浆的混合导致 S 的饱和 (Li etal.,2001) 不同成分岩浆的动力学特征, 由岩浆房中新岩浆和已分离的岩浆的相对密度决定 多期的岩浆, 如果密度大于早期的岩浆, 直接铺在岩浆房的底部 ; 如果密度小于早期的岩浆, 以喷流 热泡或底辟的形式穿过分离的岩浆而上升, 直接导致不同成分岩浆的混合 Cawthornetal. (2002) 对已有数据进行了重新计算, 发现 Bushveld 地区 S 不饱和的富 Mg 玄武岩浆和当地岩浆的混合, 结果没有达到 S 的过饱和 但是 LiandRipley(2005) 的研究则揭示出这种混合可以达到 S 饱和 含矿岩浆侵位期间和侵位之后,S 达到饱和, 相当一部分的硫化物熔体分馏发生在含矿侵入体中, 也有部分液态硫化物运移到了含矿侵入体之外, 在这些岩体底部附近的裂隙中和角砾岩带里聚集起来, 形成了一些重要的半块状到块状硫化物透镜体 2 2 PGE 富集与成矿 PGE 族元素主要形成独立矿物相, 硫 砷 碲 铋 锑化合物和金属互化物产出 主要矿物有砷铂矿 碲铋镍钯矿 碲钯矿 硫铂矿 硫镍钯铂矿 锑钯矿 硫砷铱矿 碲铂矿等, 并与金属硫化物密切共生或包裹于硫化物矿物中 ( 主要为磁黄铁矿和镍黄铁矿 黄铜矿 )(PenberthyandMerkle,1999;Song etal.,2004), 或者出现在硫化物与硅酸盐的边界或者硫化物矿物颗粒的裂隙中 (Seabrooketal.,2004) 岩浆温度下, 金属元素以硫化物 氧化物 氯化物 氟化物和自然元素形式运移 自然体系中 Ni 和 PGE 随着 S 含量的增加, 迁移数量增加的现象说明,Ni PGE 可能以硫化物的形式迁移 相反,Cu Au 相对的与 f S2 没有密切联系, 说明它们可能以金属 (metal) 的形式迁移 (Candela,1994;Wiliams andheinrich,2005) 多种因素导致 PGE 富集, 据 Fleetetal. (1999), 岩浆早期硫化物熔体的分离导致 PGE 元素富集 (Ir Pd) 但不能仅靠硫化物熔体的分离解释 PGE Au 在层状杂岩体中的富集,Ni Cu PGE Au 迁移的同时也受体系中温度 Ni 和 Cu 含量 体系中其它组分和硫逸度等因素的控制 (PeregoedovaandBarnes,2006) 有些研究者认为富 Cu Au 和 Pd 是由于后期流体对金属元素的重新分配, 岩浆流体初步富集了 PGE, 形成主要的硫化物矿石, 硫化物又受后期流体的再运移,PGE 和 Au 等金属元素溶解在硫化物中, 重新运移 沉淀形成 Cu Pd 矿床 (Boudreau,1988; Lavigneand Michaud,2001) Hanleyetal.(2005) 确定富 Cl 流体的重要性,Au 和 Pt 在富 Cl 卤水和 800 的 Cl 蒸汽中高度溶解 Cl 如果存在,Cu 比 Ni 迁移速率大 (FleetandWu,1995) 当 Fe Ni Cu S 体系中存在 SiO 2 NaCl 饱和的水成流体时,Ni 团块的迁移非常低 (Balhausetal.,1994) PeregoedovaandBarnes (2006) 证明在无 Cl 流体中蒸汽团块倾向于迁移 Ni, 与 Fleet andwu(1995) 的研究结果一致 另有人认为, 蒸汽大量的运移 S 和其它的金属元素, 形成岩浆 Ni Cu 矿床, 并且除了成 矿的相对浅层环境下,PGE 在地幔结核中的行为也可能受蒸汽物质运移的影响 如俄罗斯的 Noril sk(grinenko,1985) Pechenga(Barnesetal.,2001) 和美国的 Duluth(Theriault etal.,2000) 在这些矿床中,S 和 Cu Pd 等通过蒸汽从围岩中被运移到岩浆中 (Barnesetal.,1997) Wood(1987) 报道蒸汽团以氯化物杂岩形式运移 PGE, 对富集镁铁质火成杂岩 (StilwaterandBushveld) 中的 PGE 起重要作用 Eliopoulos (2005) 也指出钙碱性斑岩铜矿中 Pd 和 Au 的富集部分由于挥发性物质的迁移 许多人认为 Pd 和 Cu 在岩浆温度含矿体系中是易迁移元素, 但是实验证据却少有或不支持 Pd 和 Cu 比其它 PGE 更易迁移的观点 (PeregoedovaandBarnes, 2006) Fe Ni Cu 硫化物体系中硫蒸汽对 PGE 和 Au 的运移能力和速度都有所不同 (PeregoedovaandBarnes,2006) 硫蒸汽对金属的迁移能力主要受元素组合的控制 在贫 Ni Cu 体系中, 元素组合主要是单硫化物固熔体和 Au Pt 合金, 迁移顺序 Au>Pt>Pd>Rh=Ir=Ru,Cu>Ni 在富 Ni Cu 体系中, 元素组合主要是单硫化物固熔体和液态贱金属硫化物, 迁移顺序为 Au Pt Pd>Rh=Ir=Ru Ni 行为主要和 f S2 有关, 硫逸度低时,Cu 比 Ni 移动数量多, 硫逸度高时,Ni 比 Cu 移动数量多 如果硫蒸汽体系中只包括 Au 合金和单硫化物固熔体,Cu 比 Ni 的迁移快 10 倍,Au 比 Pt Pd 迁移快 10 倍, Pt Pd 比 Rh Ru Ir 迁移快 10 倍 如果 S 含量比较低, 蒸汽中形成 Pt 合金, 则 Pt 比 Pd 迁移慢 当蒸汽中包括单硫化物固熔体和液体硫化物时,PGE 元素迁移都较快, 但是 Ni 比单硫化物固熔体合金体系中迁移快, 出现液态硫化物,Au 的迁移反而变慢 2 3 岩浆热液对 PGE 富集的作用 SasaniandShock(1998) 系统地分析了低温到高温热液作用条件下铂族元素的热力学性质, 表明铂族元素硫化物在热液中的溶解度随温度增高而增加, 随压力降低而减小 但热液对 PGE 转移量的主要限定因素是热液的性质和热液期持续的时间 富 Cl 流体中 Pd Pt 的溶解性有许多人做过研究和实验 (FleetandWu,1993;Bakeretal.,2001), 层状侵入体中 PGE 矿床可能由后期岩浆或者热液流体沉淀而形成 (Vermaak, 1976;VonGruenewaldt,1979) 其证据有伟晶状的 Merensky Reef, 暗示是富流体的 ; 富 Cl 磷灰石与 Reef 层共生 (Boudreauetal.,1986);MerenskyReef 的辉石中 REE 富集 (Mathez,1995) Mungal(2002) 研究发现,Stilwater 杂岩体 J M 层全岩 δ 18 O 值低, 黄铜矿交代针铁矿, 矿化层中斜长岩 δ 18 O 值升高, 硫化物和斜长岩中 Pb 不平衡, 这些都说明二次热液蚀变作用对亲铜元素的富集所起的作用比以前认为的要大 Polovina(2004) 研究发现,Stilwater 杂岩体在 PGE 矿化的 J M 层也发现有岩浆后期蚀变改造现象的存在 在蚀变强的区域,PGM 多与蚀变的矿物 ( 如绿泥石等 ) 相互交生,

11 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 579 并且认为蚀变的强度与 PGE 的品位是呈负相关的 四川大岩子的 PGE 矿有低温成矿的特点,PGM 主要产出在较低温度下的矿物组合, 微晶石英 / 玉髓 褐铁矿矿物之间, 同时发现孔雀石 蓝铜 褐铁矿等氧化次生矿物 ( 郭利果等,2006) Boudreauetal.(1999),Balhausetal.(1995) 和 Wilmore etal.(2000) 都提出一种模式, 即在堆积岩固化的过程中, 其间的熔体可能变得 S 饱和, 而富 Cl 流体向上运移与分异程度低的堆积岩之间的流体混合, 又回到 S 不饱和的状态, 进一步汲取 S 和 PGE 向上运移至矿化层而沉淀成矿 岩浆后期的热液蚀变会改变 PGE 的含量和品位 但是典型的 PGE 矿床一般没有遭受区域上的热液蚀变作用, 所以低温热液对区域成矿作用不大 目前看来, 单纯热液成因的 PGE 矿床很少见, 富矿更少 2 4 PGE 元素的分布与地幔岩浆的部分熔融和岩浆的结晶分异的关系 PGE 在部分熔融和分离结晶过程中的地球化学性质, 不同地区的研究成果还存在较大的差异 PGE 主要以硫化物或合金的形式赋存于地幔岩石中, 其分布不均匀 因此单一的依靠 PGE 与 MgO Cr Ni 的相关性来探讨部分熔融 分离结晶过程中橄榄石 尖晶石 铬铁矿对 PGE 分异的影响是不全面的, 必须综合考虑熔体相的硫是否达到饱和, 在演化过程中是否发生了出熔 Naldretetal.(1979) 和 Crocket(1979) 提出 PGE 的分异是由不同程度的部分熔融造成的 自然体系中,PGE 在硫化物 硅酸盐熔体中的分配系数和特征还不是很清楚 据 Brenanetal.(2003,2005),PGE 在橄榄石 / 熔体中的分配情况不同,Ru Os Ir 与橄榄石相容, 而 Pt Pd Au 与橄榄石不相容 实验体系中 (1400, 持续 24~135h)PGE 在橄榄石 / 熔体中的分配系数 (Ds),D Ru =1 7~1 8,D Pt =0 08,D Pd = 0 03,D Rh =2,D Re =0 0001,D Os <0 1,D Ir =0 8/1 8,D Au = (1~2) 10-3 或者更低, 这与自然体系和其它实验的数据 (Walkeretal.,1991;Righteretal.,2004) 一致 PGE 在橄榄石熔体中的分配系数遵循 D Rh >D Ru D Pd ~D Re ~D Pt 铂族元素是很强的亲硫元素, 许多实验数据得出, 它们在硫化物 / 硅酸盐熔体中的分配系数达到 10 3 ~10 5 (Stoneetal.,1990; Peachetal.,1994) Pd 在硫化物和硅酸盐熔体中的分配系数约为 (Keays,1995),Cu 为 245~1383(Peach etal.,1990),au 为 (Bezmenetal.,1994)( 表 2) Barnesetal.(1985) 指出, 如果部分熔融和分离结晶是影响 PGE 分异的因素, 那么铂族矿和其它矿物中的 PGE 分异特征必须符合熔点高低的排列顺序 :Os>Ir>Ru>Rh>Pt >Pd PGE 分异与硫化物组分的关系密切 硫化物熔体中 Ni 含量增加对 Ir Au Pd Pt Os Rh 影响不大 Cu 对它们的影响较 Ni 大, 随着硫化物熔体中 Cu 含量增加,Pd Rh Ir 含量降低,Au 含量增加 硫化物熔体中贵金属含量的增加对 Pt 表 2 Pd Pt Au 在硫化物 / 硅酸盐熔体中的分配系数 Table2 Partitioningparametersinsulfide/silicatemeltofPd Pt Au D Pd D Pt D Au 岩石类型文献 > > J M 层 Barnesetal.(1985) 216~ ~360 科马提岩 RosandKeays(1979) Merensky 层 Sharp(1982) UG2 铬铁矿层 Sharp(1982) > 实验 Bezmenetal.(1994); 喻钢和杨晓勇 (2007) 实验 Stoneetal.(1990) 实验 Fleetetal.(1991,1999) 实验 Peachetal.(1990) 拉斑玄武岩系列 VogelandKeays(1997) 辉石岩谢烈文 (2001) 影响不大 硅酸盐熔体中 MgO 的含量增加, 对 Ir Au 的影响也不大 (Brenanetal.,2003) 岩浆早期结晶阶段,IPGE(Os,Ir,Ru,Rh) 禁锢在难熔相中, 如橄榄石和尖晶石, 而 PPGE(Pt,Pd) 以硫化物形式进入熔体相 Brügmannetal.(1987) 等的研究也表明 Ir 和 Ru 在橄榄石中是相容的, 两者的分配系数分别为 1 8±0 6 和 1 6 ±0 6 在加拿大南部 CapeSmith 带, 橄榄石斑状玄武岩的 Ir 含量高于斑岩或斜长石斑状玄武岩 Ir 与 Mg Ni Cr 显示较强的正相关性, 这说明 Ir 分配到橄榄石或铬铁矿中 而 Pt 和 Rh 与亲石元素之间并不存在任何关系, 表明 Rh,Pt 和 Pd 主要受硫化物出熔作用控制 然而 Keays(1982) 分析地幔捕虏体中的矿物相, 包括橄榄石 尖晶石和石榴石, 没有发现一件样品富集 Ir, 且在所有地幔矿物中的 PGE 总含量小于全岩实测值, 所以他们认为 70% 的 Pd 以硫化物的形式存在, 而 Ir 仅 30%, 控制 Ir 的其它相并不清楚, 可能以难熔相 ( 如合金 ) 的形式存在, 在岩浆早期分异, 橄榄石结晶时成核 然而 O Neiletal.(1995) 认为在一定氧逸度 f O2 条件下,Ir 具有较高的溶解度, 并不能形成 Ir Os 合金, 而是 Ir 2+ 取代橄榄石中 Mg 的位置 Barnesetal.(1985) 也提出 Ir Ru 和 Rh 可能以包裹体的形式存在于橄榄石中 Capobiancoetal.(1994) 认为,Ru 和 Rh 在尖晶石中是相容的, 其分配系数分别为 20~ 硫化物 / 流体 4000 和 90~370, 而 Pd 却不相容 (D =0 02~0 7) 来自造山带橄榄岩中高 Cr 和高 Al 的铬铁矿也显示 Ir Ru Rh 的含量高于 Pt 和 Pd 然而大量的岩石学和地球化学研究证实,Ir Ru 和 Rh 并不进入橄榄石 尖晶石的晶格, 而以硫化物包裹体或合金的形式存在, 表明橄榄石 尖晶石对 Ir Ru 和 Rh 的分离结晶并无影响 除了熔体的组分, 结晶分异时的氧逸度 硫逸度 温度对 PGE 和 Au 的化学行为也都有影响 (Brenanetal.,2003) 铂族元素在部分熔融和结晶分异中的行为在很大程度上取决于 S 在岩石中的行为 (Barnes,1990) 经历过 S 饱和的样品,

12 580 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) PGE 含量与 S 有显著的相关性, 而没有经历过 S 饱和的样品,PGE 受硫化物控制程度不明显, 或者硫化物和硫丰度不是主要的影响因素 温度对 Ir Pt Au 的影响不如其它 PGE 大 f O2 对 Ir Au Pd Pt Os 的影响较其它 PGE 小 (Brenan etal.,2005) Mungaletal.(2005) 的实验研究也发现氧逸度对 Ni Cu Au 和 PGE 在单硫化物固熔体和硫化物熔体间的分配系数变化影响比较小 3 PGE 矿床研究存在的问题分析及前景展望 PGE 在地球中丰度较低,PGE 矿床研究程度不高, 成矿模式尚不成熟, 采冶技术也还不完善, 致使 PGE 矿床研究进展缓慢 但是随着各个领域, 尤其是高精尖技术领域对 PGE 的需求,PGE 被越来越多的人所重视 2004 年在意大利佛罗伦萨召开的第 32 届国际地质大会 讨论镁铁质 超镁铁质岩石与成矿 专题和 2004 年于香港召开的关于镁铁 超镁铁岩中岩浆成矿体系最新成果的会议, 均有许多关于 PGE 成矿的文章 相关研究方兴未艾 3 1 PGE 矿床研究存在的问题分析及发展方向 PGE 矿床研究还有许多问题有待解决, 概括起来主要有如下几个方面 : (1) 成矿 PGE 的物质来源? 原始地幔 PGE 含量很低,Pt ,Pd (Barnesetal.,1988), 而大陆地壳则更少, 可是 PGE 在特定岩相中可以富集如此多倍 ( 最高可达 ) 目前大部分学者认为幔源的高镁岩浆提供成矿物质, 但也有低温成矿的特例, 四川大岩子 PGM 主要产出在较低温度下的微晶石英 / 玉髓 褐铁矿矿物组合之间, 同时发现孔雀石 蓝铜 褐铁矿等氧化次生矿物 ( 郭利果等, 2006) 可以通过 Cu Fe 等稳定同位素分析, 结合 S Pb Sr Nd C 等同位素示踪来确定其来源 铂族元素中 Os 元素本身也是很好的示踪元素, 地壳相对富 Re, 混入越多地壳物质, 产生放射性 187 Os 含量越高, 相应 187 Os/ 188 Os 初始值也发生变化 γos 是指示地壳物质加入成矿体系的一个重要参数 (Walkeretal.,1989,1994), 所以可用 Re Os 同位素示踪成矿物质来源 (2)PGE 矿床的富集机制?Bushveld 杂岩体中关键带和下部带含有高的 PGE 和丰富的 PGM, 但是 S< (MaierandBarnes,1999), 可能是在停滞的岩浆房或者岩浆的通道中, 岩浆在侵位之前发生硫化物的饱和, 硫化物在上升侵位过程中被拽出 而 Barnesetal.(2001) 提出, 硫化物可能被包裹在玄武质的熔体中而向上运移 于是分离出的硫化物在上升的过程中可能被熔体包裹, 而进一步汲取硫化物, 到矿化层成矿 另外, 壳源物质的混染和岩浆通道中的交换作用对 S 饱和起多大作用? 是否还提供成矿金属元素? 可以考虑 PGE 在岩浆演化过程不同阶段中的物理和化学性 质, 结合实验室模拟 观测各铂族元素的地化行为和取得的大量地化数据, 综合讨论 PGE 的富集与成矿 (3)PGE 的赋存状态如何? 在地幔 地壳 矿石中分别以什么自然金属或化合物的形式出现? 选取可能赋存贵金属 Pd Pt 的矿物, 利用 X 射线衍射 扫描电镜 化学物相分析 电子探针化学成分等方法进行分析 (4) 镁铁 超镁铁岩 PGE 富集模式一般为 Pt Pd 型, 即 Pt Pd 含量高于其它四种元素 玄武质岩浆分馏出来的液态硫化物会富含 Pt Pd 和 Au 单硫化物固熔体堆晶岩则会富含 Os Ir Ru 和 Rh, 而 Ni 大致均匀地在两者之间分配 (Barnes,1988) Pd 和 Au 在硫化物中的分配系数大致相当, 而 Pt 的分配系数比 Au 要高两个数量级 (Bezmenetal., 1994; 喻钢和杨晓勇,2007), 它们的富集呈正相关 Au 和 PGE 都为贵金属, 且 PGE 的富集一般伴随着 Au 的富集,Au 的成矿对 PGE 矿床有什么借鉴意义? 是否有相关性? 比较典型矿床的 Au 含量和 PGE 含量变化的关系, 总结研究程度相对较高的 Au 的地化行为和成矿, 指导 PGE 矿的研究 (5) 大型层状岩浆 PGE Cu Ni 矿与小侵入体 Cu Ni PGE 矿的赋矿岩石为基性 超基性岩, 母岩也都为深源的富 Mg 的玄武质岩浆 它们的成矿都与镁铁质 超镁铁质岩有关 但层状杂岩体 PGE 品位较高, 小侵入体品位一般只达伴生 两种类型成因是否相同, 有何区别? 岩浆型 PGE 矿研究程度较高, 特别是大型层状杂岩体赋矿, 如何指导小岩体的进一步研究和找矿? 不是所有的层状杂岩体的镁铁质 超镁铁质堆积岩或简单基性 超基性侵入体都能形成 PGE 矿, 是否还有其它因素控制 PGE 矿床的形成? 涂光炽 (2000) 提出 : 铂族成矿有无专属性? 是否所有的与基性 超基性岩有关的 Cu Ni 硫化物矿床都含可工业利用的 PGE 矿化, 矿化的标志为何? 要进行大量的前人研究资料收集 整理, 总结其共性 特性, 结合新近发现的岩浆型 PGE 矿床的基本特征, 寻找 PGE 成矿的关键控制因素 (6) 铬铁矿形成对 PGE 富集所起的作用还存在争议 铬铁矿结晶, 导致岩浆中 Fe 2+ 含量减少,S 溶解度降低, 使原来未饱和的岩浆达到 S 饱和, 或者新的 S 未饱和的岩浆与富铬铁矿堆积岩相反应, 溶解硫化物, 形成 Fe Ir Os Ru 单硫化物固溶体 Cu Pd 硫化物熔体和 Pt Fe 合金 (Peregoedova, 2004) 另有观点认为, 铬铁矿仅为富 PGE 硫化物的收集者 (Hiemstra,1986) Satarietal.(2002) 根据实验观察认为, 铬铁矿中富 PGE 为一系列物理作用成矿, 铬铁矿结晶, 使得 f O2 f S2 T P 等物理条件变化, 导致 PGE 从硅酸盐熔体中结晶出 (7) 斑岩 Cu Au,Cu Mo 矿富 PGE, 不同动力学背景下, 幔源岩石中铂族元素具有不同的分布型式 ( 储雪蕾等, 2001), 它的构造示踪已成功地运用于豆荚状铬铁矿的成因 (Zhouetal,1998) 虽然岛弧环境比大陆边缘型的斑岩铜矿富 Pt Pd 和 Au, 但不同大地构造背景 PGE 的分配是否存在固定的模式? 目前的研究结果显示斑岩铜矿中 Pt Pd 和

13 唐冬梅等 : 铂族元素矿床的主要类型 成矿作用及研究展望 581 Au 在中高温 高盐度热液中以氯化物的形式搬运, 但这是否具有普遍的意义, 还需要做系统的研究 还需要对富含 PGE 的斑岩铜矿中流体包裹体的样品进行进一步的研究 (8) 黑色页岩中都发现有磷灰石层的出现, 以及在 J M 层和 Merensky 层内和其下部都有氯磷灰石存在 (Boudreau andmeurer,1999), 磷灰石的出现与 PGE 富集成矿的关系还不清楚? 有机碳与黑色页岩成矿的关系? 是作为运移的载体,Pt 和 Pd 可能呈有机金属化合物离子被碳质吸附形式存在 ( 梁有彬等,1998); 还是有机碳分解促使氧化还原条件变化而使 PGE 沉淀 (Distleretal.,2004)? (9) 现代海底热液硫化物铂矿中,Au Pt Pd 和 Ir 之间强烈的分异,Crocket(1990) 认为主要由于在热液流体中 Au 的溶解度比 PGE 高 而 PanandFleet(1995) 研究典型的热液硫化物含 PGE 矿床, 发现大多受区域变质和变形作用控制, 富 PGE 和富 Au 的样品中都有晚期热液叠加作用的痕迹 造成 PGE 富集的主要因素是热液流体中 PGE 和 Au 溶解度的不同? 还是晚期热液影响 PGE 的富集? (10)PGE 的分离预富集 分析测试的方法还需改进? 可有效分离 富集六个元素, 特别是分离 Os 的方法, 还需进一步研究 痕量 PGE 元素测试的有效方法尚待探寻 区蛇绿岩套发育地段伴有很强的 Cr Pt 地球化学元素异常, 地质大调查在班公湖带东段发现了多处铬铁矿 铂钯矿化线索 而班公湖带在古特提斯洋闭合阶段形成了岛弧背景的斑岩铜金矿, 其中多不杂 波隆矿区已达超大型规模, 从东南亚岛弧带相应的斑岩铜金矿伴生可观的 PGE 来看, 多不杂斑岩铜金矿具有形成 PGE 富集的条件, 我们正在进行有关的研究 近年来在多种地质作用中都发现有 PGE 的富集, 所以在找矿方面, 不仅要注意与镁铁质 超镁铁质岩有关的岩浆型 PGE 矿床, 也要注意与镁铁质 超镁铁质岩有关接触型热液矿床 另外, 在多种热液矿床中伴有 PGE 矿化, 启示我们要加大对诸如斑岩型 夕卡岩型 浅成低温热液 块状硫化物等热液矿床 PGE 矿化研究与寻找的力度 PGE 给矿床学家 地球化学家 岩石学家提供了机遇和挑战 这就要研究不同地质背景 不同岩性建造中 不同地质作用下的 PGE 来源 运移 富集成矿的机制, 进一步丰富成矿理论, 为找矿提供科学的依据, 推动 PGE 勘查取得更大的突破 可以预期, 通过针对性的研究探索及加强勘查评价, 我国特别是新疆和西藏 PGE 找矿一定会取得长足进展和实质性突破 3 2 我国西部 PGE 矿床找矿方向展望从成矿条件与找矿潜力角度来看, 全球 PGE 产出的主要类型在我国均有分布, 但迄今我国 PGE 找矿取得的重大突破尚十分有限 前人对我国中 东部的 PGE 矿化规律作了诸多研究与找矿评价, 此不赘述 我国边远西部相应的工作程度要低得多, 而从成矿地质环境与相关矿床类型来看, 西部是具有很好的 PGE 成矿条件的, 这里侧重对西藏和新疆的 PGE 找矿方向作一简要分析和展望, 期望对相关勘查有所裨益 众所周知, 我国新疆属于古生代增生型造山带 早古生代发育有多达十余条的蛇绿岩带, 西准噶尔莎尔托海产出有我国第二大的铬铁矿 ; 晚古生代俯冲增生期产有多个斑岩铜矿床和火山岩块状硫化物矿床, 北疆碰撞后二叠纪幔源镁铁质 超镁铁质岩体十分发育, 从东 西天山到东 西准噶尔均有分布, 我们已在东天山几处铜镍矿床中发现很好的 PGE 矿化显示 ( 唐冬梅等 1); 而塔里木北缘和天山构造带石炭纪 三叠纪黑色岩系十分发育 因而新疆具有形成铂族元素矿床的条件, 矿化类型包括蛇绿岩套型 岩浆铜镍硫化物型 黑色岩系型 块状硫化物型以及斑岩铜金型等五种, 均具有很好的潜力 我国西藏则产有我国最大的铬铁矿床, 罗布莎铬铁矿床产于雅鲁藏布江南岸蛇绿岩套橄榄岩和方辉橄榄岩中, 而青藏高原发现有雅鲁藏布江 班公湖 怒江 唐古拉等多条蛇绿岩带, 规模宏大, 目前白文吉等 (2004) 在罗布莎铬铁矿层中已发现多种独立的铂族矿物, 有迹象可能形成工业规模的富集 仁布 泽当 东巧等地蛇绿岩套值得系统探索 阿里地 致谢在本文成文过程中, 承蒙汤中立院士 丁奎首副研究员 李光明副研究员 漆亮研究员 许英霞博士 钱壮志教授 姜常义教授等给予鼓励和讨论启发, 审稿专家苏尚国教授等提出宝贵意见, 在此致以衷心感谢! References ArmitagePEB, McDonald I, EdwardsSJand Manby GM Platinum groupelementmineralizationintheplatreefandcalcsilicate footwalatsandsloot,potgietersrusdistrict,southafrica.trans. Inst.Min.Metal.,111:36-45 AugéT,GennaA,LegendreO,IvanovKSandVolchenkoYA PrimaryplatinummineralizationintheNizhnyTagilandKachkanar ultramaficcomplexs, Urals, Rusia: A geneticmodelforpge concentrationinchromite richzones.econ.geol.,100: AugéT.1985.Platinum groupmineralinclusionsinophioliticchromitite fromthevourinoscomplex,greece.canadianmineralogist,23: BchlA,BrügmannGandBatanovaVG.2004.Formationofpodiform chromititedeposits: Implicationsfrom PGE abundancesand Os isotopic compositions ofchromites from the Troodos complex, Cyprus.ChemicalGeology,208: BaiWJ,PaulTR,FangQSandYangJS.2004.PGEandbasemetal aloyinpodiform chromititeinluobusaophioliteofsouthtibet. ActaGeoscienticaSinica,25(4): (inChinese) BaiWJ,RobinsonPT,HuXF,ZhouMFandMalpasJ.2000.ThePGE andbase metalaloysinthepodiform chromititesoftheluobusa ophiolite,southern Tibet. TheCanadian Mineralogist,38:585 1 唐冬梅, 孙赫, 秦克章 2007 镁铁 超镁铁岩型铂族矿床特点及东天山 Cu Ni 矿床中 PGE 含量初步研究 铂业高层论坛 ( 北京 ) 会议论文集

14 582 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2008,24(3) -598 BaiWJ,FangQS,ZhangZM,YanBG andyangjs.2001.crystal structureofforsteritefrompodiformchromititeinluobusaophioliteof Tibetanditsimplications.ActaPetrologicaetMineralogica,20(1): 1-10(inChinesewithEnglishabstract) BakerDR,BarnesSJ,SimonGandBernierF.2001.Fluidtransportof sulfurandmetalsbetweensulfidemeltandbasalticmelt.can. Miner.,39: BalhausC, Ryan CG, Mernagh TP and Green DH The partitioningoffe,ni,cu,pt,andaubetweensulfide,metal,and fluidphases:apilotstudy.geochim.cosmochim.acta,58: BalhausCh and UlmerP Platinum group elementsin the MerenskyReef: I. 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