吉林省东部镁铁—超镁铁质岩体铂族元素地球化学特征及其成矿潜力分析

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吉林省东部地区(四平-长春-榆树一线以东)位于中亚造山带的东段,跨华北克拉通和兴蒙造山带两个大地构造单元。该地区经历了多次大规模的地质构造运动。这些强烈的地质构造运动在区内形成了一系列深大断裂,为幔源岩浆的上涌提供了通道。在这种有利的地质构造条件下,区内形成了数量众多的镁铁-超镁铁质岩体。这些岩体规模均较小,出露面积多小于1km2,主要呈岩墙状或岩脉状产出,具有成群分布,东西成带的特点。受辉发河-古洞河及本溪-通化等岩石圈深大断裂的控制,岩体多呈北西向或北东向展布。研究区镁铁-超镁铁质岩体通常具有多个岩相,是岩浆结晶分异的结果。岩体的总体成分属于铁质基性-超基性岩,镁铁比值m/f多大于2.0,Mg#指数多高于70。镁铁-超镁铁质岩的稀土元素(REE)球粒陨石标准化模式图具有相似的配分型式,均呈现出轻稀土富集、重稀土亏损的特征,其他微量元素的原始地幔标准化模式图的总体型式也具有较好的相似性,故推测其具有同源性。显著亏损高场强元素Nb、Ta和Ti的特征表明,成岩过程中镁铁-超镁铁质岩浆受到了一定程度的地壳混染,这也得到了Re–Os同位素分析的支持。地壳物质的加入在一定程度上促进了岩浆内硫化物的熔离与富集。一些具有经济价值的含矿岩体形成了多个岩浆型铜镍硫化物矿床,较典型的有红旗岭、漂河川、长仁及赤柏松等矿床。其中红旗岭矿床是我国第二大镍矿床,仅次于甘肃金川岩浆型铜镍硫化物矿床。这些矿床的矿石类型主要为浸染状铜镍硫化物矿石,包括磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿及黄铁矿等。铜镍矿化往往分布于岩体内基性程度较高的岩相中。矿体与赋矿围岩的元素含量相关分析表明,成矿元素与主要造岩氧化物间具有很好的相关性,表明硫化物熔离后或是未发生长距离重力迁移,或是包裹于硅酸盐熔体内一同进行了迁移。研究区镁铁-超镁铁质岩体的铂族元素(PGE)含量普遍偏低,至今未发现具有经济价值的PGE工业矿体。镁铁-超镁铁质岩多具有较高的Ni/Cu值(1~10)和较低的Pd/Ir值(多小于40),推测岩体形成于地幔较高程度的部分熔融。铜镍矿石的Pt/(Pt+Pd)值(0.4~0.5)及(Pt+Pd)/(Os+Ir+Ru)值(5~25)多分布于科马提岩伴生矿床及Sudbury矿床的相应比值之间,说明其原始岩浆的分异程度高于科马提岩,而低于Sudbury岩体。通过对比分析国内外典型岩浆型Cu–Ni–PGE硫化物矿床的时空分布特征,研究了PGE在地幔内的存在形态、地幔部分熔融程度及地幔演化等因素对镁铁-超镁铁质岩体PGE含量的影响。结果表明镁铁-超镁铁质岩体内PGE的富集与岩体的形成时代及其地幔源区的性质等因素有关,PGE矿化多集中于形成时代较老的镁铁-超镁铁质岩体内,且形成于富集地幔的岩体相对更富集PGE。吉林省东部地区镁铁-超镁铁质岩体的规模均较小,形成时代主要为晚古生代和早中生代,明显晚于世界大型-超大型PGE矿床的晚太古代和早元古代的形成时代。大地构造位置上,岩体主要位于克拉通边缘的构造活动带内,与世界大型-超大型PGE矿床主要产于克拉通内部的相对稳定的构造环境存在较大差异。已有的钕(Nd)同位素资料显示,研究区镁铁-超镁铁质岩体的岩浆源区主要为亏损地幔。以上这些因素导致研究区的镁铁-超镁铁质岩体普遍贫PGE。因此,在吉林省东部地区的镁铁-超镁铁质岩体内找到富PGE的铜镍硫化物矿床的可能性较小。
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