2015-6期-3

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持浦
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1 第 34 卷第 6 期 2015 年 6 月地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA Vol.34,No.6 Jun.,2015 俄罗斯贝辰加镍 - 铜硫化物矿床研究进展汪傲 1, 赵元艺 2, 许虹 1 1, 曹冲 WANG Ao 1, ZHAO Yuanyi 2, XU Hong 1, CAO Chong 1 1. 中国地质大学 ( 北京 ), 北京 ; 2. 中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与矿产资源评价重点实验室, 北京 China University of Geosciences, Beijing , China; 2. MRL Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing , China 摘要 : 贝辰加镍 - 铜硫化物矿床位于俄罗斯北极圈内科拉半岛西北部, 是一个世界级镍 - 铜矿集区矿集区目前共发现 25 个含工业矿体的侵入体, 分东西 2 个矿带, 已探明镍资源量 t, 品位 1.2%, 铜储量 t, 品位 0.9%, 与俄罗斯诺里尔斯克加拿大萨德伯里中国金川等矿床并列为世界级大型铜镍硫化物矿床贝辰加杂岩体由 4 套古元古代火山 - 沉积旋回构成, 含矿的为第四套火山 - 沉积旋回皮尔咖加维建造矿集区内的火山 - 沉积作用发生在 1940~2500Ma 之间, 成矿作用发生在 1950~1990Ma 之间, 矿化作用发生在古元古代该地区岩浆演化的晚期阶段贝辰加镍 - 铜矿赋矿岩石为富铁苦橄岩, 具有高铁低 Al 2O 3, 高 TiO 2 Zr 和其他不相容元素的特点, 强烈富集 LREE, 地球化学特征类似于板内玄武岩或碱性玄武岩矿床成矿模式为地幔柱分支分异成的贝辰加岩体侵入裂陷槽, 其西部矿体侵入至沉积地层之上, 东部矿体侵入到沉积地层内部硫通过岩浆侵位过程中的同化作用进入岩浆, 形成硫化物熔融体, 并在后期经历了构造变形热液叠加等作用后形成了浸染状角砾状等多种类型的矿化关键词 : 贝辰加 ; 镍 - 铜硫化物矿床 ; 科拉半岛 ; 俄罗斯中图分类号 :P618.2 文献标志码 :A 文章编号 : (2015) Wang A, Zhao Y Y, Xu H, Cao C. The progress in the study of the Pechenga Ni-Cu sulfide deposit, Russia. Geological Bulle tin of China, 2015, 34(6): Abstract: Pechenga, a world-class Ni-Cu sulfide deposit, is located in the Kola Peninsula of Russia. The Kola super-deep drilling project is located right at the ore district. 25 intrusions with industrial orebodies have been found in the Pechenga district with toltal resources of 4.7 Mt Ni at 1.2% grade and 3.5 Mt Cu at 0.9% grade, and these orebodies can be assigned to east ore belt and west ore belt. Pechenga, Norilsk (Russia), Sudbury (Canada) and Jinchuan (China) are all the most famous world-class Cu-Ni sulfide deposits. The Pechenga complex consists of four sedimentary-volcanic cycles, and the orebody is within the fourth sedimentary-volcanic cy cle Pilgujarvi Formation. The sedimentary-volcanic activities occurred between 1940Ma and 2500Ma, whereas the mineralization oc curred in the late period volcanic activities of Pechenga between 1950Ma and 1990Ma. The mineralization of Pechenga took place later than that of Norilsk, but earlier than that of Sudbury and Jinchun. The main host rock is ferropicrite, which is characterized by high Fe and low Al 2O 3, high TiO 2, Zr and other incompatible elements, and strong enrichment of LREE. The ferropicrite is similar to intraplate basalt and alkaline basalt in geochemical characteristics. The metallogenic model of Pechenga can be described as follows: the Pechenga intrusion derived from the branches of mantle plume intruded into rifts, and its west part reached the place above the sedimentary strata, while the east part stopped its migration within the sedimentary strata. The sulfide melt was produced by the assim 收稿日期 : ; 修订日期 : 资助项目 : 科技部国际合作项目 ( 编号 :2014DFR ) 作者简介 : 汪傲 (1990- ), 男, 在读硕士生, 矿物学岩石学矿床学专业 wang_ao63@163.com 通讯作者 : 赵元艺 (1966- ), 男, 博士, 研究员, 从事矿床学地球化学研究 yuanyizhao2@sina.com

2 第 34 卷第 6 期汪傲等 : 俄罗斯贝辰加镍 - 铜硫化物矿床研究进展 1111 ilation of magmatic intrusion, and then a variety of mineralizations were formed. Key words: Pechenga; Ni-Cu sulfide deposit; Kola peninsula; Russia 贝辰加 (Pechenga) 镍 - 铜硫化物矿集区位于俄罗斯西北部的科拉半岛西北部, 行政上属于摩尔曼斯克 (Murmansk) 州的别琴斯克区 (Pechengsky), 位于州首府摩尔曼斯克市西北约 100km 处摩尔曼斯克市是俄罗斯重要的不冻港, 附近有多个机场, 矿集区交通较为便利贝辰加矿床是世界级的镍 - 铜矿床, 同时著名的科拉超深钻也位于该处 ( 图 1) 矿集区内镍 - 铜矿化点星罗棋布, 在已发现的 226 个基性超基性岩体中,68 个岩体含有铜 - 镍矿化,25 个岩体含铜 - 镍工业矿体贝辰加镍 - 铜矿已探明镍资源量 t, 品位 1.2%, 铜储量 t, 品位 0.9%, 属世界级大型矿床 [2] 1912 年 Конради 在该地区发现含镍超基性岩石, 随后一直到 1938 年, 芬兰地质部在该区进行了初步的勘探工作 [3] ; 年加拿大公司在矿区 250m 深度以上生产矿石共 t, 其中镍 t( 品位 3.86%), 铜 t( 品位 1.82%); 1944 年划归前苏联, 并于 1945 年开始地下开采, 前苏联地质工作者随后对该区进行了一系列基础地质填图接着 Gilyarova 等 (1967) Gorbunov 等 (1968) 和 Zagorodny 等 (1974) 对该区的地质和地层进行了较为系统的定义 ; 年间科拉超深钻井的钻探和研究到达深度 12200m, 获得了大量资料, 并且发现了新的含矿区间 ;Predovsky 等 (1974) 对该地区沉积岩和火山岩的地球化学特征进行了详细研究 ;Melezhik 和 Predovsky(1982) Negrutsa 等 (1984) Bekasova 等 (1985) Akhmedov 等 (1990) 及 Melezhik(1992) 对该区的沉积环境和古地理进行了 [3] 研究 Hanski(1992) 和 Smol'kin(1992) 对富铁苦橄岩和相关的含镍 - 铜矿化的辉长 - 异剥橄榄岩进行了地质学和岩石学方面的研究 ;Mitrofanov 等 (1995) 对该区进行了 1 5 万地质填图近年来, 运用现代地质学的方法, 对贝辰加地区进行了大量的同位素和年代学研究, 将其火山 - 沉积作用限定在了 2500~1940Ma 间 [4-8] 目前, 在贝辰加镍 - 铜矿集区内进行开采的矿业公司为俄罗斯诺里尔斯克镍业公司 (Open Joint- Stock Company Mining and Metallurgical Company Norilsk Nickel) 下属的贝辰加镍业股份公司 (Pech enga nickel Mining & Metallurgical Combine) 贝辰加镍矿床是俄罗斯 2 个巨型 ( 俄罗斯标准巨型金属量超 700Mt) 铜镍硫化物矿床之一, 也是世界上仅有的几个世界级镍 - 铜硫化物矿床之一同时, 科拉半岛上的绿岩带上分布着多个岩浆硫化物矿床, 拥有极好的镍 - 铜岩浆硫化物矿床的研究条件因此, 了解贝辰加矿床的研究进展有助于丰富中国铜镍硫化物矿床的相关理论信息俄罗斯 ( 含前苏联 ) 及部分西方国家的地质学家们对贝辰加及其所在绿岩带进行了长时间的持续性研究, 尤其是依托大量系统的钻孔所取得的丰富的研究成果令人惊叹, 他们的工作方法更值得我们学习和借鉴 1 地质背景 1.1 区域地层贝辰加地区大地构造位置位于波尔马科 (Pol mak) 帕斯维克 (Pasvik) 贝辰加 (Pechenga) 依曼德 (Imandra)/ 瓦尔朱格 (Varzuga) 尤斯特迫诺依 (Ust'Ponoy) 绿岩带上贝辰加杂岩体面积约 2300km 2, 被 NW SE 向的迫日塔什 (Poritasha) 断裂 [9] 带分为南北 2 个部分 ( 图 1): 南贝辰加部分构造作用十分强烈, 矿化程度较低 ; 而北贝辰加部分则是由陡逆断层和低角度逆冲滑脱断层组成的一个单斜层, 其内产出大量的镍 - 铜矿床 ( 点 ) 北贝辰加部分形成年龄早于南部, 北部的岩石年龄为 2250~ 1905Ma, 南部为 1905~1700Ma [10], 二者均属于古元古代的产物贝辰加地区最老的地层为太古宙变质岩基底, 岩性为片麻岩该区主要地层以火山 - 沉积旋回为特征, 每个旋回内部均始于沉积岩, 止于火山岩, 旋回之间为不整合接触, 多被风化壳隔开, 旋回之间界线清晰, 但旋回内部则是渐变过渡 [10] 北贝辰加区域内发育 4 个火山 - 沉积旋回, 每个旋回都以薄层沉积岩开始到厚层玄武质火山岩结束 ( 图 1), 单个旋回最大厚度为 1600~12000m [11] 从老到新, 第一套火山 - 沉积岩单元由原生砾岩和上覆大陆裂谷型火山岩组成 ( 阿赫马拉提 (Ahmalahti) 建造 ); 第二套火山 - 沉积岩单元 ( 库特萨维 (Kuetsarvi) 建造 ) 由白云岩石英岩等浅色岩石和碱性玄武岩组成 ; 第三套火山 - 沉积岩单元 ( 科拉斯基 (Kolasjoki) 建造 ) 由红色砂岩和拉斑玄武岩组成 ; 第四套火山 - 沉积岩

3 1112 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年单元皮尔咖加维 Pilgujarvi 建造中的沉积岩序列成群成带分布在矿床形成之后贝辰加矿集区由火山碎屑岩杂砂岩和黑色页岩组成上覆洋中脊的沉积岩层和火山岩层遭受后期褶皱作用这些褶枕状玄武岩在该岩群的黑色页岩层中发育大量苦橄皱构造又被不同规模的断层切割图 1 岩侵入体在岩体内部产出铜-镍矿床 [9,11] 也有学者依据挪威的地层划分将阿赫马拉提建造的底部进一步划分出那夫斯克鲁克 Neverskrukk 建造 1.3 岩浆岩波尔马科 Polmak 帕斯维克 Pasvik 贝辰加 Pechenga 依曼德 Imandra /瓦尔朱格 Varzu 但大多数学者还是将其归为阿赫马拉提建造 ga 尤斯特迫诺依 Ust'Ponoy 绿岩带上的火山- 1.2 构造沉积岩地层中发育广泛的基性超基性侵入岩且贝辰加绿岩部分本身为一个不对称复向斜向多含镍铜矿化研究认为这些侵入岩均为同源辉长斜长约 70km 最大宽度约 30km 图 1 南北两部岩-辉绿岩岩浆[11]4 套火山-沉积旋回中的超基性分褶皱方式存在一定差异北部为平缓的单斜褶侵入岩被定名为辉长-异剥橄榄岩富铁苦橄岩超 [11] 皱而南部为陡倾的等倾褶皱蚀变程度上北部基性岩体厚度一般为 5~250m 在皮尔咖加维层中可为葡萄石绿纤石-低绿片岩相蚀变而南部则为强达 460m 走向延伸一般为 100~6500m 铜-镍矿化大 [10] [10] 烈的构造绿片岩相和角闪岩相蚀变贝辰加矿集量产于层状辉长-异剥橄榄岩侵入体中 [9]贝辰加区在区域上以北北西向和北北东向断层最为发育构造带北部边缘为一系列近平行状产出的橄榄岩其中的迫日塔什深大断裂是主要的控岩控矿构造和橄榄辉长岩岩墙[9] 其他断层和同沉积断层对矿化作用也有重要的影贝辰加地区的苦橄岩可分为 2 种类型 ①受到响与矿床有关的基性超基性岩体均沿这些断裂科拉斯基和皮尔咖加维地层的限制并且由于其异图 1 贝辰加矿集区地质略图据参考文献[1]修改 Fig. 1 Geological sketch map of the Pechenga ore concentration area

4 第 34 卷第 6 期汪傲等 : 俄罗斯贝辰加镍 - 铜硫化物矿床研究进展 1113 常高的总铁含量而被称为富铁苦橄岩, 总铁含量通常超过 14%;2 出露于南贝辰加序列中,Fe 含量为典型苦橄岩含量这些苦橄岩以枕状熔岩熔岩碎屑岩泥灰岩块状熔岩或厚达 50m 的熔岩流等形式 [9] 产出 1.4 区域矿产科拉半岛蕴藏着丰富的镍 - 铜资源, 波尔马科 (Polmak) 帕斯维克 (Pasvik) 贝辰加 (Pechen ga) 依曼德 (Imandra)/ 瓦尔朱格 (Varzuga) 尤斯特迫诺依 (Ust'Ponoy) 绿岩带上的火山 - 沉积岩地层中发育广泛的基性超基性侵入岩, 且广泛含镍 [11] 铜矿化贝辰加矿集区内含矿超基性岩体由深大裂谷断裂和同沉积断裂共同控制, 区内具经济价值的矿床 ( 点 ) 达 25 个, 根据矿床 ( 点 ) 产出位置可分为东部和西部矿带 ( 图 2) 东带代表性矿床( 点 ) 主要有 : 活克尼 (Onki) 皮尔咖加维 (Pilgujarvi) 基尔德茨波 (Kierdzhipori) 等, 西带代表性矿床 ( 点 ) 主要有考拉 (Kaula) 科特舍夫 (Kotselvaara) 卡米基维 (Kam [12-13] mikivi) 奥尔托艾维(Ortoaivi) 等 2 矿床地质 2.1 矿体形态规模贝辰加主要有西部考拉矿床和东部皮尔咖加维矿床 ( 图 3)2 个有经济价值的矿床西部较东部矿体更富集, 开采程度较低, 矿体主要集中在侵入体底部, 规模取决于侵入体的大小, 厚度为 0.2~ 100m, 长度为 5~1000m [9,12] 富镍的侵入体主要为铁质苦橄岩, 赋存于厚度 600~1000m 的皮尔咖加维沉积建造中该建造为本区最后一个沉积建造, 赋含富硫化物的黑色页岩和超基性凝灰岩矿体形态为层状, 目前已经发现超过 226 个侵入体, 其中 25 个侵入体具有经济价值,63 个为含镍 - 铜侵入体, 其他多为无矿侵入体这些侵入体厚度变化为 5~200m, 延伸变化范围为 100~ 6.5km 估计镍资源量为 150Mt,Ni 品位约 1% 2.2 矿石结构构造贝辰加矿集区硫化物矿石多为浸染状稠密浸染状块状角砾状和似层状构造, 矿石具体可划分为 4 种类型 :1 浸染状矿石, 主要产于苦橄质辉长 - 辉绿岩中, 位于基性超基性岩体底部, 块状硫化物矿体之上, 是矿集区内分布范围最广泛的矿石类型 ;2 块状硫化物矿石, 呈透镜状产于基性岩体下部下伏地层及与沉积岩接触带内 ;3 角砾状矿石, 多位于沉积岩下部及沉积岩裂隙中, 或沿含矿侵入体和块状硫化物矿体的外边缘产出, 角砾成分为铁镁质和沉积岩成分 ;4 脉状矿石, 位于围岩中, 金属矿脉主要为黄铜矿和黄铁矿贝辰加镍 - 铜硫化物岩浆矿床表现出矿化分层的特点, 矿化带的下部沉积 1~10m 厚的块状斑点 Fig. 2 图 2 贝辰加矿集区矿床 ( 点 ) 分布略图 ( 据参考文献修改 ) Distribution of ore deposits in the Pechenga ore concentration area

5 1114 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年状带状硫化物矿石硫化物含量高达 80%以上向上蚀变分带性贝辰加杂岩体蚀变以绿片岩相蚀变通常有厚度不均匀的角砾岩矿石在块状硫化物矿化为主在向斜边界部分以角闪岩相蚀变为主在杂带上部有厚度几米至约 100m 的细脉浸染状矿化带岩体中心部分则以葡萄石-绿纤石蚀变为主[9] 块状与浸染状矿石之间界线呈明显的渐变过渡矿物组合同位素年代学贝辰加矿集区的形成经历了较长的时间总体贝辰加矿集区的矿石矿物包括磁黄铁矿镍黄来看北贝辰加部分形成时间早于南贝辰加带铁矿黄铜矿黄铁矿磁铁矿紫硫镍矿闪锌矿 General'skaya 侵入体中锆石 U-Pb 年龄指示北贝辰斑铜矿方黄铜矿马基诺矿以及含铂的砷化物加带年龄下限为 2505±1.6Ma[5] 产于皮尔咖加维建锑矿化和碲化物脉石矿物包括云母绿泥石碳酸造中的硫化物 Sm-Nd 和 Pb/Pb 法测得北贝辰加带年龄上限为 1977±52Ma[4]贝辰加矿集区的含矿部盐矿物蛇纹石透闪石等矿体受后期变质热液的蚀变交代影响金属硫分为皮尔咖加维建造其中含矿的辉长岩侵入体化物蚀变为磁铁矿部分在热液脉中再沉积为透辉和辉石-异剥橄榄岩侵入体的锆石 U-Pb 年龄分别石-石榴子石-蛇纹石脉体中以钴磁黄铁矿和镍黄为 1980±10Ma[15] 和 1987±5Ma[16] 同时辉石-异剥橄铁矿为主榄岩侵入体的锆石年龄为 1980±10Ma[16]富铁苦橄 2.4 围岩蚀变岩的 Sm-Nd 年龄为 1980±40Ma 橄榄岩和橄榄辉贝辰加矿集区内的矿床为与基性超基性岩长岩 Sm-Nd 年龄为 1956±20Ma[17]皮尔咖加维建有关的岩浆型矿床矿化蚀变作用主要为与基性造中的长英质凝灰岩的 SIMS 锆石 U-Pb 年龄为超基性岩有关的蚀变且从杂岩体内部向外显示出 1988±3Ma[11] 图 3 皮尔咖加维建造剖面图据参考文献[3,14]修改 Fig. 3 Profile of Pilgujarvi Formation

6 第 34 卷第 6 期汪傲等 : 俄罗斯贝辰加镍 - 铜硫化物矿床研究进展 1115 由此可知, 贝辰加地区火山 - 沉积作用发生在 1940~2500Ma 之间, 成矿作用发生在 1950~1990Ma 之间因此, 贝辰加地区的矿化作用发生在古元古代岩浆演化的晚期阶段 3 矿床成因 3.1 元素地球化学特征 Hanski 首次在贝辰加矿集区提出富铁苦橄岩的概念, 其总铁含量比普通的苦橄岩高,TFeO 含量为 15%~16% [3] 除高铁外, 还具有低 Al 2O 3 和高 TiO 2 Zr 和其他不相容元素的特点其强烈富集轻稀土元素和含有不活泼微量元素的特点类似于板内玄武岩或碱性玄武岩对含镍侵入体的地球化学研究表明, 侵入作用和富铁苦橄岩火山作用是同时发生的, 而高不相容元素又暗示其与拉板玄武岩有一 [9] 定的继承性从贝辰加地区 4 套火山岩的稀土元素球粒陨石标准化分配图 ( 图 4) 可以看出, 科拉斯基建造中拉斑玄武岩与皮尔咖加维中的拉斑玄武岩具有相似的配分型式, 而早期的 2 套旋回中的安山岩具有轻稀土元素富集的特征与矿化相关的皮尔咖加维建造中的富铁苦橄岩强烈富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素, 为典型的右倾型配分模式贝辰加矿集区的侵入岩普遍贫铂族元素, 表明岩浆在形成矿体之前已经达到硫化物饱和这些侵入岩, 无论含矿与否, 其铂族元素含量总是与硫化物组分呈正相关, 而贫铂族元素的岩体同样也贫与 Ni Cu 有关的贵金属元素, 表明铂族元素是从硅酸盐熔体中分异出来进入到硫化物中的同时, 不相容硫化物流体的饱和与分异均发生在岩浆演化的早期, 早于富铁苦橄岩的侵入和辉长 - 易剥橄榄 [18] 岩的侵位 3.2 S 同位素对皮尔咖加维建造中凝灰岩和沉积岩的 S 同位素研究表明, 西部成矿带中矿床和主侵入体为近球粒状特征,δ 34 S 值为 -3 ~+6, 东部成矿带 δ 34 S 值为 +1 ~+8.5, 最高可达 +2 ~+6 [19] 对矿床和主侵入体中 S 同位素承受不同程度混染物的研究 ( 混染物包括 : 富含黄铁矿磁黄铁矿太古代矿石凝灰质沉积围岩 ) 发现, 侵入体与围岩和捕虏体 [20] 的接触面混染程度最高含矿侵入体的混染可 [18] 能发生在岩浆沿富硫的页岩上升的过程中根据 S 同位素结果可划分出早期成岩作用 (δ 34 S 值为 -4 ~+4 ) 中期成岩作用 (δ 34 S 值 <0 ) 和后期成岩作用 (δ 34 S 值 0 ~>20 ) 西部成矿带侵入体中的 S 源自围岩, 东部成矿带侵入体中的 S 同位 [19,21-22] 素源自富硫的后期成岩作用大量散布在东部成矿带日丹诺夫岩套中的页 2+ 岩是海水中 SO 4 减少的结果, 通过与西部成矿带富硫岩中的块状硫化物对比发现, 其与考拉橄榄岩喷 [23] 发中心周围的富镍和铬沉积物密切相关在东部矿带, 整个皮尔咖加维沉积建造十分富集硫化物, 对钻孔 2900( 图 3) 从 400m 到 1100m 的同位素测试结果显示,δ 34 S 变化范围为 -9.5 ~ +18.7, 表明硫主要为生物来源深部 δ 34 S 的变化范围较浅部大, 很可能是由于早期沉降速度 [14] 较快, 消耗了大量硫酸盐所致图 4 火山岩样品球粒陨石标准化稀土元素配分模式图 ( 据参考文献 [1] 修改 ) Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks AhFm 阿赫马拉提建造 ;KuFm 库特萨维建造 ; PiFm 皮尔咖加维建造 ;KoFm 科拉斯基建造

7 1116 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2015 年 3.3 成因模式岩浆硫化物矿床形成于幔源的硫不饱和苦橄质或拉斑玄武质岩浆演化为硫饱和的过程, 这一过程通常伴随着与地壳岩石的相互作用 [24] 对贝辰加矿集区早期的研究主要集中在东部矿带, 认为浸染状和块状硫化物由超基性岩浆分异而来, 角砾状和脉状矿石来源于变质过程中硫化物的再活化富集通过对比赋矿岩石与洋岛玄武岩的地球化学性质, 认为二者性质相似, 因此贝辰加矿集区岩浆岩可能源于地幔柱近年来的研究工作对贝辰加西部矿带有了更加全面的认识 :1 西部矿床矿体赋存于熔岩西部考拉 [25] 喷发中心周边区域和东部矿床的流动构造中, 突破了之前矿体全部赋存于侵入岩 ( 辉长 - 异剥橄榄岩 ) 中的认识 ;2 西部矿体较薄 (<100m), 且出现在沉积序列较上部的位置, 靠近火山 - 沉积边界, 与凝灰岩和熔岩互层, 围岩主要为橄榄岩和辉石岩, 但其中辉石颗粒较小, 代表快速冷却的环境 ;3 西部矿床 S 同位素结果与地幔值相近, 表示岩浆上涌过程中未与地层发生混染作用然而, 东部的皮尔咖加维岩体中 3 个矿床的 S 同位素结果则与地层相近, 分异较好的 ( 层厚逾 500m) 辉长岩的出现代表慢速冷却, 与地层发生了较好的混染对贝辰加矿集区硫化物富集模式的研究认为, 硫化物的富集经历了如下 5 个阶段 1 当苦橄岩岩浆经过地层时, 一方面会同化沉积岩地层, 另一方面产生的蒸汽能够萃取沉积岩中的 S Sb As C Cu 等元素进入岩浆中 2 硫的突然增加和氧逸度的降低, 引起岩浆中硫的饱和, 形成球状硫化物熔浆滴 3 硅酸盐熔浆与硫化物液滴的比值介于 100~ 2500 之间, 当岩浆快速流动时, 硫化物液滴随着一起移动, 当硅酸盐岩浆移动速度减慢时, 硫化物液滴就会在岩浆中沉淀, 形成铂族元素亏损的岩浆如果岩浆继续流经沉积岩区, 则同化作用继续发生, 地层中的硫将会进入岩浆, 形成新的硫化物液滴 4 如果硫化物液滴伴随橄榄石晶体一起下沉, 将会进入橄榄石晶体之间, 形成浸染状矿石在某些情况下, 橄榄石先于硫化物结晶, 从而形成大量富含硫化物的残余熔浆单硫化物固溶体从残余熔浆中结晶, 形成富含 Os Ir Ru Rh 的单硫化物固溶体 (MSS), 剩下的残余熔浆中则富含 Pt Pd Au Ag Sb Se Cu 等元素因此, 块状硫化物矿石具有广泛的矿物组合 5 在后期变形变质过程中, 在构造应力的作用下, 块状硫化物矿体的上下盘发生运动, 产生大量的基性超基性岩和沉积地层角砾岩, 在后期热液的胶结作用下, 形成角砾状矿石在这种混合成矿机制下, 砾状矿石中金属物质含量有所下降, 但提高了大离子亲石元素 (LILE) Sb [12,26-27] As U Al 和 V 含量综上, 贝辰加矿集区的成矿模式为 : 由地幔柱分支分异成的贝辰加岩体侵入裂陷槽, 西部矿体侵入至沉积地层之上 ; 东部矿体侵入到沉积地层内部, 硫通过混染作用进入岩浆, 形成硫化物熔融体, 并在后期经历了构造变形热液叠加等作用形成浸染状角砾状等多种类型的矿化 ( 图 5) 4 找矿模型贝辰加镍 - 铜矿床的形成经历了基性超基性岩浆侵入结晶分异矿浆贯入构造变形后期变质叠加改造等成岩成矿过程, 这些过程对成矿起着 Fig. 5 图 5 贝辰加镍 - 矿铜成矿模式图 ( 据参考文献修改 ) The metallogenic model of the Pechenga ore concentration area

8 第 34 卷第 6 期汪傲等 : 俄罗斯贝辰加镍 - 铜硫化物矿床研究进展 1117 重要的控制作用因此, 综合岩浆岩构造地层和物化探信息, 开展综合信息矿产预测是该区找矿的有效方法 (1) 岩浆岩标志 : 与成矿关系密切的是辉长岩 - 辉绿岩和富铁苦橄岩, 它既是成矿母岩, 又是矿体的主要围岩之一 (2) 构造标志 : 构造不仅控制含矿岩体的侵位, 还对矿化再次富集和矿体空间定位有重要的控制作用与地幔柱相切的深大断裂是基性超基性岩浆群形成和上升侵位的宏观构造条件, 与深大断裂相连的次级构造断裂则控制着岩体和矿体的定位 (3) 地层标志 : 皮尔咖加维建造沉积岩序列中发育大量的黑色页岩, 为成矿岩浆提供硫源, 有助于形成硫化物, 发生金属硫化物的熔离作用 (4) 物化探标志 : 贝辰加矿集区岩体矿体的稀土元素特征表明, 本区岩体和金属物质均来源于上地幔, 岩体具轻稀土元素富集重稀土元素亏损的特征, 且富集程度越高含矿性越好在地球物理特征方面, 含矿岩体通常表现为较低的电阻率和较高的重力值 5 结论 (1) 贝辰加镍 - 铜矿集区位于俄罗斯北极圈内科拉半岛西北部, 大地构造位置属于波尔马科 (Pol mak) 帕斯维克 (Pasvik) 贝辰加 (Pechenga) 依曼德 (Imandra)/ 瓦尔朱格 (Varzuga) 尤斯特迫诺依 (Ust'Ponoy) 绿岩带, 共发现 25 个含工业矿体的侵入体, 矿集区分东西 2 个矿带, 已探明镍资源量 t, 品位 1.2%, 铜储量 t, 品位 0.9% 与中国的金川俄罗斯的诺里尔斯克加拿大的萨德伯里等矿床并列为世界级大型铜镍硫化物矿床 (2) 贝辰加杂岩体由 4 套古元古代火山 - 沉积旋回构成, 含矿的为第 4 套火山 - 沉积旋回皮尔咖加维建造矿集区内的火山 - 沉积作用发生在 1940~2500Ma 之间, 成矿作用发生在 1950~1990Ma 之间, 矿化作用发生在古元古代岩浆演化的晚期阶段成矿时间晚于诺里尔斯克, 但早于萨德伯里和金川 (3) 贝辰加镍 - 铜矿赋矿岩石为富铁苦橄岩, 具有高铁低 Al 2O 3 及高 TiO 2 Zr 和其他不相容元素的特点, 强烈富集轻稀土元素, 亏损重稀土元素, 地球化学特征类似于板内玄武岩或碱性玄武岩 (4) 矿床成矿模式可概括为地幔柱分支分异成的贝辰加岩体侵入裂陷槽, 西部矿体侵入至沉积地层之上, 东部矿体侵入到沉积地层内部硫通过岩浆侵位过程中的同化作用进入岩浆, 形成硫化物熔融体, 并在后期经历了构造变形热液叠加等作用形成浸染状角砾状等多种类型的矿化致谢 : 成文过程中得到中国地质科学院矿产资源研究所江思宏研究员中国地质大学 ( 北京 ) 李强锋和张晓康硕士俄罗斯莫斯科大学韩昕超硕士的指导和帮助, 在此一并表示感谢参考文献 [1]Hanski E J, Huhma H, Melezhik V A. New isotopic and geochemi cal data from the Palaeoproterozoic Pechenga Greenstone Belt, NW Russia: Implication for basin development and duration of the volcanism[j]. Precambrian Research, 2014, 254: [2] 聂凤军, 石成龙, 赵元艺, 等. 北极圈及邻区金属矿床地质特征形成作用与找矿潜力 [J]. 中国地质,2012,39(4): [3]Melezhik V A, Prave A R, Hanski E J, et al. Reading the Archive of Earth s Oxygenation, Volume 1: The Palaeoproterozoic of Fen noscandia as Context for the Fennoscandian Arctic Russia- Drilling Early Earth Project[M]. Berlin :Springer, 2013: 490. [4]Hanski E, Huhma H, Smolkin V F, et al. The age of the ferropicritic volcanics and comagmatic Ni-bearing in trusions at Pechenga, Kola Peninsula[J]. Geol. Soc. Finland Bull., 1990, 62: [5]Amelin Y V, Heaman L M, Semenov V S. U-Pb geochronology of layered mafic intrusions in the eastern Baltic Shield: implications for the timing and duration of Paleoproterozoic continental rifting[j]. Precambrian Research, 1995, 75: [6]Melezhika V A, Huhma H, Condon D J, et al. Temporal constraints on the Paleoproterozoic Lomagundi-Jatuli carbon isotopic event[j]. Geology, 2007, 35(7): [7]Vetrin V R, Turkina O M, Rodionov N V. U-Pb age and genesis of granitoids in the southern framing of the Pechenga structure, Bal tic Shield[J]. Doklady Earth Sciences, 2008, 419(1): [8]Bayanova T, Ludden J, Mitrofanov F. Timing and duration of Pal aeoproterozoic events producing ore- bearing layered intrusions of the Baltic Shield: metallogenic, petrological and geodynamic implica tions[j]. Geological Society, 2009, 323(Special Publications): [9]Hanski E J, Smolkin V F. Pechenga Ferropicrites and other Early Proterozoic Picrites in the Eastern Part of the Baltic Shied[J]. Pre cambrian Research, 1989, 45: [10]Skuf'in P K, Theart H F J. Geochemical and tectono- magmatic evolution of the volcano-sedimentary rocks of Pechenga and other greenstone fragments within the Kola Greenstone Belt, Russia[J]. Precambrian Research, 2005, 141(1/2): 1-48.

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14 17.,., Fig. 1 Bougeur gravity map of research region 2 Fig. 2 Magnetic map of research region

14 17.,., Fig. 1 Bougeur gravity map of research region 2 Fig. 2 Magnetic map of research region 1 7 1 Vol. 17 No. 1 2002 3 (13 23) PROGRESS IN GEOPHYSICS March 2002 (,,100101) [ ],, 39.,,. [ ] ; ; [] P738 [] A [ ]100422903 (2002) 0120013211 0,,.,,, NE [1 ],.., ( NE, EW,NE ),.,.,,. 1 20 20 km ( 10