中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论创新和找矿突破
李文渊（简介附后）
中国地质调查局西安地质调查中心
自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室
中国-上海合作组织地学合作研究中心
铜镍钴是我国紧缺的战略性关键金属矿产资源。我国岩浆型铜镍钴硫化物矿床是其主要来源，该类矿床的勘查和研究受到行业高度关注。本文阐述了中国重要铜镍钴硫化物矿床的研究新进展和金川矿床深部找矿新突破，系统总结了中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论创新和找矿突破成果；分析了中国岩浆铜镍硫化物矿床的找矿潜力，筛选了6个找矿远景区和重要成矿区带中的找矿靶区，以及重要矿区的深部找矿方向。研究成果为找矿勘查实践提供了重要理论指导。研究显示，岩浆硫化物矿床来源于上地幔，主要形成于大陆裂谷和造山带的伸展环境背景。世界上绝大多数该类矿床都是在老克拉通中，由地幔柱作用形成的太古代—早元古代科马提岩镍钴硫化物矿床。中国该类矿床形成背景和成矿动力学机制比较独特，缺少古老的科马提岩有关的镍钴硫化物矿床，成矿时代相对较晚，主要形成于新元古代、晚古生代早期和晚期三个时期，造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床广泛分布是中国的一个重要特色，发现了迄今世界上唯一一例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床-夏日哈木矿床。中国学者提出的“大岩浆-深部熔离-贯入”表现为“小岩体成大矿”的成矿理论，改变了岩浆铜镍钴硫化物矿床传统的成矿认识，指导找矿效果好。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床可分为特提斯型和中亚型两种重要的类型。特提斯型以夏日哈木矿床为代表，它是特提斯构造转换，原特提斯造山后，古特提斯裂解的产物；中亚型以中亚造山带中东天山-北山、阿尔泰分布的大批晚古生代晚期早二叠世岩浆铜镍钴硫化物矿床为代表，是板块构造和地幔柱双重地球动力学机制作用的结果。本文研究认为，中国岩浆铜镍钴硫化物矿床找矿潜力巨大，金川矿床作为水平的“岩床”被推覆至地表呈倾斜的“岩墙”产出的结果，深边部仍具有重要找矿潜力，目前已在含矿岩体两端发现了重要的新矿体；夏日哈木矿床所在的东昆仑及其邻区已发现十余处新的矿床(点)。区域上，塔里木陆块东南缘、塔里木陆块北缘、扬子陆块西缘和华北陆块东北缘是亟待加强勘查的找矿远景区，而扬子陆块北缘、华北陆块北缘是急需调查的找矿新区。1 中国岩浆铜镍钻硫化物矿床的分布与成矿特征及类型2.1 大岩浆-深部熔离-贯入成矿——“小岩体成大矿”2.2 特提斯构造转换——古特提斯裂解是特提斯型岩浆铜镍钴硫化物矿床形成的地质背景条件2.3 板块构造+地幔柱双重体制造就了中亚型岩浆铜镍钴硫化物矿床的岩浆源区特点2.4 岩浆铜镍钻硫化物矿床中的钻和铂族元素的富集机制3.2 特提斯造山带中岩浆铜镍硫化物矿床的找矿靶区岩浆铜镍硫化物矿床是较早被认识的一种矿床，已经有一百多年的历史。由于一开始对它的认识就与地幔物质来源产生了联系，故而历来被地学界关注。板块构造成矿理论将其划归为离散构造背景的大陆裂谷环境形成的矿床，进而认为其与发源于核幔边界的地幔柱有关，并认为大多数地质历史早期形成的岩浆铜镍硫化物矿床或古老的层状杂岩中形成的以铂族元素(platinum group element，PGE；铂(Pt)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钉(Ru)、铑(Rh)六种元素的总称)为主的岩浆硫化物矿床和喷出的科马提岩岩浆镍硫化物矿床，都是地球形成早期太古代—古元古代克拉通由于地幔柱上涌而裂解形成的，例如南非的Bushveld矿床、美国西部的Stilwater矿床、西澳的Kabald矿床和加拿大的Thompson矿床等，最有意思的是世界上最大的岩浆铜镍硫化物矿床-加拿大的Sudbury矿床，经研究确认，它是早元古代的陨石撞击导致地幔物质部分熔融而上侵成矿的，但这种撞击成因的岩浆铜镍硫化物矿床目前全球也仅确认这一例。21世纪以来，随着对大陆地质历史上消减板块汇聚造山带的深入研究，造山带中分布的岩浆铜镍硫化物矿床开始被日益关注，特别是由于特提斯造山带中中国青海东昆仑夏日哈木超大型岩浆铜镍硫化物矿床的发现，板块聚敛背景下岩浆铜镍硫化物矿床的成因被再次密切关注。由于造山带中形成岩浆铜镍硫化物矿床的镁铁-超镁铁质岩体多表现为Nd、Ta不相容元素亏损的岛弧地球化学信息，岩浆铜镍硫化物矿床形成于大陆离散环境的传统认识受到了挑战。究竟是构造环境决定了岩浆铜镍钴硫化物矿床的形成，还是地幔的部分熔融及形成岩浆的独特的演化共同构成了成矿的控制条件？近年来的地球化学动力学研究表明，俯冲消减岩石圈的脱水作用交代地幔楔对造山带中镁铁-超镁铁质岩体的形成是有贡献的，这种俯冲消减可以很深，深达软流圈而在垂向上远离岛弧的位置。很显然，这种机制形成的镁铁-超镁铁质岩体在造山带中可以保存下来很多，但其中何种类型的镁铁-超镁铁质侵入体能够造就岩浆铜镍钴硫化物矿床的形成，特别是大规模的大型—超大型矿床的形成？岩浆源区地幔的部分熔融和热动力源的问题又重新被提到岩浆铜镍钴硫化物矿床成因研究的关键位置。并不是所有造山带中的镁铁-超镁铁质岩体都有利于形成岩浆铜镍钴硫化物矿床。已有的成矿事实研究表明，尽管成矿的岩体很小，却是经历了大规模地幔部分熔融形成的大的岩浆房的产物，在侵入前深部岩浆房发生较为充分的硫化物液相与硅酸盐熔体之间的不混溶-熔离作用，形成硫化物矿浆上侵-贯入，才可能形成规模较大的矿床。因此，异常的高热动力源(地幔柱是最好的机制)造成软流圈地幔熔融，遭受过消减物质脱水作用交代改造的软流圈由于降低了熔点而更有利于发生大规模的部分熔融，这是造山带中俯冲消减物质的贡献。但关键是深部岩浆房中较为充分的侵入前熔离作用的发生，只有侵入前硅酸盐熔体未结晶时的充分熔离作用，才有可能使达到50%以上硫化物液相的矿浆上侵-贯入地壳浅部而大规模成矿，依靠有限的浅部岩浆房硅酸盐熔体结晶过程中的就地熔离作用，难以形成有规模的大型—超大型富矿床。总之，不论是古老陆壳的大陆裂谷环境，还是造山带中新生陆壳的伸展背景，足够规模的岩浆量和深部岩浆房的充分熔离作用是成矿的关键。当然，对于大陆裂谷环境和造山带中的伸展环境，其岩浆源区性质和部分熔融的机制及深部熔离上侵-贯入演化的成矿过程存在重要差异也是造成岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿元素差异的重要原因。岩浆铜镍硫化物矿床一般统称为“岩浆硫化物矿床(magmatic sulfide deposit)”，以往在强调主要成矿元素的重要性时会统称为“岩浆铜镍硫化物矿床(magmatic Ni-Cu sulfide deposit)"，并根据钴或铂族元素的富集程度，有时称为“岩浆铜镍钴硫化物矿床(magmatic Ni-Cu-Co sulfide deposit)"或“岩浆铜-镍-铂族元素矿床(magmatic Ni-Cu-PGE deposit)"。当铂族元素主要不以硫化物形式赋存时，不再称为硫化物矿床。由于目前钴金属应用的重要性，文中不论钴元素含量的多寡，统一将该类矿床称为“岩浆铜镍钴硫化物矿床(magmatic Ni-Cu-Co sulfide deposit)"，以强调钴在这类矿床中的重要性。中国是岩浆铜镍钴硫化物矿床的产出大国，岩浆铜镍钴硫化物矿床也是中国镍、钴和铂族元素的主要来源。随着中国经济的发展，中国对镍、钴和铂族元素的需求日益增长，目前镍矿产品的对外依存度已超过70%，钴和铂族元素达90%以上，加强国内岩浆铜镍钴硫化物矿产的勘查，实现重大突破，已迫在眉睫。同时，亟待加强中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论的创新研究，提高对这类矿床形成的深入理解和认识，以有效指导矿产勘查活动，助力找矿勘查实践。1 中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的分布与成矿特征及类型中国最早发现的岩浆铜镍钴硫化物矿床是四川会理的力马河矿床，于1957年提交矿产资源储量报告、1958年开发。该矿床也是中国第一个开发的岩浆铜镍钴硫化物矿床。由于矿床规模小，20世纪末就已闭坑。中国真正的岩浆铜镍钴硫化物矿床的发现和勘探的历史以甘肃金川世界级超大型矿床的发现为标志，该矿床的发现改变了中国“缺镍少铂”的局面。金川矿床发现于1959年，中国工程院汤中立院士发现并主持了该矿床的勘探，现已累计探明镍金属资源量近6xl06t、铜3.5x106t、钴约0.16x106t、铂族元素达2x102t，是名副其实的“聚宝盆”。金川已成为中国的镍钴基地。金川镍金属资源量现在位居世界第三位，仅次于俄罗斯西伯利亚地盾的Noril'sk矿床和加拿大的Sudbury矿床，但以单一岩体的金属资源量计算，金川应该是世界上最大的岩浆铜镍钴硫化物矿床。因此，自发现金川矿床并勘探开发后，寻找金川型岩浆铜镍钴硫化物矿床就已成为世界上镍矿勘探者和研究者的梦想。金川矿床位于华北陆块西端阿拉善地块南缘的龙首山隆起中，由于含矿岩体虽小，但含矿率高达70%而受人瞩目，几乎整个岩体都矿化，是“小岩体成大矿”的典范（汤中立和李文渊，1995）。金川含矿岩体均为超镁铁岩，基本由纯橄榄岩、二辉橄榄岩组成，仅边部有少量橄榄辉石岩，因此金川也是世界首例超镁铁岩为含矿岩体的岩浆铜镍钴硫化物矿床，并因其成矿的独特性引发世界关注。发现金川矿床后，此后的几十年中国开启了以基性—超基性岩为目标的寻找岩浆铜镍钴硫化物矿床的热潮，先后在川西北扬子陆块西缘、东北吉林、黑龙江华北陆块北缘和吉黑造山带中发现冷水箐、朱布、金宝山、赤柏松、红旗岭等中小型矿床。20世纪80年代后新疆北部取得了重大找矿突破，在东天山-北山、阿尔泰造山带中发现了黄山东、图拉尔根、喀拉通克等大中型矿床，开启了在造山带中寻找岩浆铜镍钴硫化物矿床的历史。由于造山带中板块缝合带蛇绿岩基性—超基性岩与含铜镍硫化物基性—超基性岩带容易混淆，20世纪80、90年代曾对两种性质的岩石专门进行区分研究，提出蛇绿岩基性一超基性岩为镁质系列，镁铁比值m/f>7，而成铜镍硫化物矿化的基性—超基性岩为铁质系列，一般m/f=2〜6.5（王恒升等，1978；李文渊，1996）；区分了两类岩石的构造性质，前者是冷侵入，为残存洋壳的镁铁-超镁铁质岩石，而后者是造山后裂陷槽环境幔源岩浆上侵的结果（汤中立和李文渊，1995；李文渊，1996，2007）。但由于中国地质历史上的造山带均遭受过中新生代印度次大陆与亚欧大陆碰撞的影响，造山带多经历了陆内推覆叠置缩减，即使热侵入的具有铜镍硫化物矿化的基性—超基性岩亦会产生构造位移而重新就位（李文渊，2012，2013）。进入21世纪后，学界加强了对岩浆铜镍钴硫化物矿床的研究，开始更加关注该类矿床的成矿背景、岩浆源区、岩浆演化和铜镍钴硫化物富集机理的深入研究，特别是锆石U-Pb同位素精细定年技术的广泛应用，中国已发现的岩浆铜镍钴硫化物矿床含矿岩体的成岩年龄逐步集中于两个时代：前寒武纪的新元古代，如金川、冷水箐、赤柏松等，一般多认为其形成于大陆裂谷环境；晚古生代早二叠世—早中生代早三叠世，分别为中亚造山系东天山-北山、阿尔泰和吉黑造山带中的黄山东、图拉尔根、坡一、喀拉通克、红旗一，以及华南陆块西缘及三江造山带中的朱布、金宝山等，形成环境比较复杂，除形成于造山带中造山后的裂陷槽环境外，认为与峨眉大火成岩省有关（张招崇等，2006）。2011年东昆仑夏日哈木超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床发现，开启了中国第三轮岩浆铜镍钴硫化物矿床的找矿热潮。夏日哈木矿床是东昆仑特提斯造山带中发现的首例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，在整个全球的特提斯造山系中亦是首例，且形成时代独特，形成于古生代末晚志留世和早古生代初早泥盆世之交的中古生代，是世界上新发现的一期重要的岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿事件，被认为是古特提斯构造开裂的结果（李文渊，2015，2018；李文渊等，2021，2022）。总体来说，在中国已发现的三十余处岩浆铜镍钴硫化物矿床中，两例超大型矿床-世界级的金川矿床和镍金属资源量超过百万吨的夏日哈木矿床占据了中国镍、钴金属资源量的近80%，其余均为镍金属资源量0.5x106t以下的大中小型矿床，新疆北山的坡一矿床初步估算资源量在百万吨以上，但其由于品位过低而难以利用。从空间分布上，中国岩浆铜镍钴硫化物矿床主要分布于西北地区的甘肃、青海和新疆，其次是西南地区的四川、云南和东北地区的吉林、黑龙江，陕西、河南、河北和广西有零星分布，如陕西的煎茶岭、河南的周庵、河北的铜硐子、广西的大坡岭等；地质上，位于华北-阿拉善陆块的西南缘和北缘、塔里木-柴达木陆块的北缘、扬子陆块的西缘，可分为陆块和造山带两类（图1）。陆块为华北-阿拉善陆块、塔里木-柴达木陆块和扬子陆块的边缘，造山带主要为中亚造山系的东天山-北山造山带、阿尔泰造山带、吉黑造山带、特提斯造山系的东昆仑古特提斯造山带等。
图1 中国岩浆铜镍钴硫化物矿床地质分布图
成岩成矿时代：主要为三个时期，分别为新元古代、晚志留世—早泥盆世和早二叠世—早三叠世。其中，新元古代以金川超大型矿床为代表。金川矿床曾经用全岩-橄榄石Sm-Nd等时线法测得年龄1508±31Ma，金属硫化物矿石获得Re-Os等时线年龄为1126±96Ma和840±79M，但锆石、斜锆石U-Pb年龄为831〜827Ma，故普遍被认为是新元古代Rodina超大陆裂解超级地幔柱作用的产物；晚志留世—早泥盆世则以夏日哈木超大型矿床为典型，因发现较晚，一开始即采用精确的测年技术，在成岩成矿年龄上不存在分歧，获得含矿辉长岩中锆石U-Pb年龄为411〜409Ma，被认为是特提斯造山系中原特提斯洋闭合碰撞造山后伸展或古特提斯构造裂解的产物；而早二叠世—早三叠世矿床主要有中亚造山系东天山-北山的黄山东、图拉尔根和阿尔泰的喀拉通克等（〜280Ma），以及内蒙古的小南山（272.7±2.9Ma）、吉黑造山带中的红旗岭（239.6±2.6Ma；）和扬子陆块西缘的力马河、金宝山等（263±3〜260.6±3.5Ma），相对比较复杂。中亚造山系东天山-北山的岩浆铜镍钴硫化物矿床可能是塔里木早二叠世地幔柱与古亚洲洋闭合碰撞造山后伸展作用共同的结果，而向东到内蒙古和吉黑的已知矿床，成岩成矿年龄逐渐变新，甚至测得中新生代的年龄数据156±3Ma（李立兴等，2009）、35.8±40.3Ma（李光辉等，2010），这可能与中亚造山带碰撞造山后伸展和中新生代太平洋板块俯冲消减的改造有关。扬子陆块西缘则是峨眉大火成岩省地幔柱作用的结果（Wang，2006；Zhou et al.，2008）。可见，中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的形成与中国大地构造演化密切相关，成矿事件与地质事件具有一致性。同时，中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿年龄除了新元古代、晚志留世—早泥盆世和早二叠世—早三叠世三个主成矿期外，还获得一些其他成矿时代的数据，如扬子陆块北缘的河南周庵矿床年龄为641.5±3.7Ma（闫海卿等，2010）和636.5±4.4Ma（王梦玺等，2012）。尽管镍金属资源量达0.3x106t以上，但由于其镍金属含量较低，仅0.3%左右，故并未引起广泛注意。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿类型，整体上较为单一，多与小型的镁铁-超镁铁质侵入体有关。与全球岩浆铜镍钴硫化物矿床相比，形成时代相对年轻，缺少与古元古代—太古代古老地盾裂解环境有关的科马提岩岩浆镍钴硫化物矿床和大型层状杂岩岩浆铂族金属矿床，当然也没有类似于加拿大Sudbury的与古元古代陨石撞击有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床一个显著的特点是：除了金川超大型矿床等矿床外，大部分规模较大的岩浆铜镍钴硫化物矿床均形成于造山带中，与全球矿床产出特征相比，这是一个独特的特征，且形成时代比较晚，主要在古生代，个别到早中生代。因此，中国的岩浆铜镍钴硫化物矿床类型，按成矿背景大致可分为大陆裂谷环境和造山带伸展环境两大类（表1）。
表1 中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿特征及类型一览表
大陆裂谷环境成矿背景：主要表现为大陆边缘裂谷环境和峨眉大火成岩省环境两类，其成矿动力学均与地幔柱有关。金川超大型矿床的最大特点是含矿岩体为超镁铁质岩石，没有镁铁质岩石，或者说基本是超基性岩，成矿元素可利用的已达16种，以Ni、Cu、Co、PGE最为重要；近年来发现的河南周庵大型矿床位于扬子陆块的北缘，尽管其品位较低，镍金属含量仅0.3%左右，仍是扬子陆块北缘发现的首例岩浆铜镍硫化物矿床，定年为前寒武纪末的产物（锆石U-Pb，641.5±3.7Ma；闫海卿等，2010），具有进一步找矿的意义；产于扬子地块南缘的广西大坡岭矿床以往被认为是中国唯一的科马提岩质岩浆铜镍钴硫化物矿床，但由于未发现鬣刺结构，故并未被广泛认同，精细测年表明，其是新元古代的产物（SHRIMP锆石U-Pb，828±7Ma；葛文春等，2001），与加拿大地盾、西澳地盾上产出的科马提岩流相比，过于年轻，科马提岩应是25亿年古元古代以前的一种特殊的超镁铁质岩浆喷发的产物，中国目前尚未发现这种类型的超镁铁质喷出岩，亦无相应矿床的产出。金川、大坡岭、周庵和塔里木陆块北缘的新疆兴地（锆石U-Pb，760±6Ma；Zhang et al.，2011）等矿床，均可视作Rodinia超大陆裂解的产物，但幔源、岩浆演化过程和成矿动力的差异，使其在矿床规模和成矿元素富集程度上有重要的差距。赤柏松矿床过去也被认为是元古代大陆裂谷环境的产物，精细定年（SHRIMP锆石U-Pb，134±7Ma；裴福萍等，2005）显示为中生代中晚期的产物，很可能是中生代古太平洋板块向西俯冲，东亚大陆边部破坏而活化的产物。位于华北陆块东部的桃科、铜硐子小型矿床，过去推测为中国比较古老的岩浆铜镍硫化物矿床（李文渊，1996），由于矿床规模过小，特别是桃科矿床早已闭坑，并未引起学界的关注，孙涛和王登红（2019）对桃科开展锆石U-Pb精细测年，获得了2715±16Ma的数据，证实为新太古代的产物。峨眉晚二叠世大火成岩省是中国第一个被确认的大火成岩省（Xu et al.，2001），现在研究已证实力马河、白马寨、金宝山和杨柳坪等矿床，均为大火成岩省事件的产物（Wang，2006；Zhou et al.，2008），但岩浆铜镍钴硫化物和铂族元素成矿规模都不大，以攀枝花为代表的大规模钒钛磁铁矿床是峨眉大火成岩省的成矿特色。造山带伸展环境成矿背景：情形比较复杂，可能是一种新生陆壳的裂陷槽环境（李文渊，1996；肖序常等，2010），可进一步划分中亚造山带和特提斯造山带两种产出背景。中亚造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床的分布，由西而东，可大致分为西部、中部和东部三个分布区。西部以新疆北部和甘肃西部的东天山-北山和阿尔泰矿带为主，表现为与塔里木早二叠世大火成岩省形成时代上的密切相关性，主要以〜280Ma的成岩时代为典型特征（毛景文等，2002）；中部内蒙古一带的成岩年龄逐渐年轻，到东部吉黑构造带，精细测年获得的成岩成矿年龄与西部相比有很大差异，表现为晚三叠世的特点，特别是五星小型矿床还获得了37.79±0.76Ma的数据（李光辉等，2010）。很显然，中亚造山带中的东、西部的岩浆铜镍钴硫化物矿床有重大差异，西部明显与塔里木早二叠世大火成岩省有关，地幔柱在源区部分熔融热动力和成矿物质上有重要作用，当然中亚造山带俯冲消减的洋壳物质对地幔源区的改造是显而易见的，这构成了不同矿床之间的重要差异。而东部矿床的形成除了消减洋壳物质对地幔源区的改造外，太平洋板块向西俯冲的改造可能是重要的成矿背景条件，因而造成了东部矿床成矿时代相对年轻的差异和后期热液改造发育的特点。特提斯造山带中的岩浆铜镍钴硫化物矿床的重要性是伴随着夏日哈木超大型矿床的发现而被日益重视的。现有研究表明，夏日哈木矿床可能是原特提斯闭合造山后，古特提斯在新生陆壳基础上拉张的产物，原特提斯消减的洋壳物质对软流圈地幔物质的改造有重要贡献（Liuetal.，2018；李文渊等，2021，2022）。需要特别提出的是，中亚造山带中的西天山伊犁菁布拉克和甘肃北山黑山矿床，分别获得了434.4±6.2Ma和356.4±0.6Ma的测年数据（张作衡等，2007；Xieetal.，2012），与其他中亚造山带中早二叠世的岩浆铜镍钴硫化物矿床有重要不同，这可能也反映了古亚洲洋与特提斯洋一样，具有分阶段演化的特点。原特提斯汇聚时，古亚洲洋也有过汇聚，古特提斯裂解时，局部汇聚的中亚造山带又发生过再次裂解伸展。煎茶岭矿床是中国岩浆硫化物矿床中一例成矿独特的矿床，形成于秦岭造山带的勉略宁地块中，超镁铁岩原岩已全部蚀变为蛇纹岩、滑镁岩和菱镁岩等岩石，现在是作为后期构造热液金矿在开采，但确实存在以镍、钴金属硫化物富集为特点的岩浆硫化物矿床特征，缺乏铜。获得的硫化物Re-Os等时线年龄为878±27Ma（王瑞廷等，2003），蚀变的超镁铁岩表现为镁质系列的特点，故有前寒武纪蛇绿岩成矿的认识（汤中立等，2006），但很可能是原特提斯洋壳古老陆壳残留地幔岩早期富集的硫化物富集，后期被挟裹在蛇绿岩中而成，值得进一步研究。2.1 大岩浆-深部熔离-贯入成矿——“小岩体成大矿”岩浆铜镍钴硫化物矿床为幔源岩浆侵入前、侵入中和侵入后发生硫化物液相与硅酸盐熔体不混溶（熔离）而成矿的认识由来已久（Craig，1979）。但幔源岩浆侵入前的不混溶（熔离）作用研究并不深入，亦缺乏可资说明的典型实例。金川超大型矿床是典型的“小岩体成大矿”实例，如此多的金属硫化物富集成矿不可能是现有岩体就地熔离的结果。汤中立和李文渊（1995）系统总结了金川深部大规模岩浆熔离作用形成的矿浆上侵而贯入成矿的思想认识，经过近20余年的深入研究，已在国内外产生了广泛的影响，并在找矿实践中不断被验证（李文渊，2006b，2015；三金柱等，2010；李世金等，2012；李文渊等，2012a，2012b，2019a）。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床“深部熔离-贯入成矿”导致“小岩体成大矿”的成因认识，是以汤中立院±为代表的金川超大型矿床勘查研究者在长期的勘探研究实践中孕育并不断完善而成型的创新性学术思想。从勘探之初，从金川含矿岩体紧靠龙首山北缘F1深大断裂的事实出发，提出金川含镍超镁铁质岩体是沿着F1断裂上侵而成矿的认识（甘肃地矿局第六地质队，1984）。但经过可控源大地电磁测深（MT）发现，金川含矿岩体所在的龙首山陆块边缘隆起，是沿着F1这个深大断裂在约10km深度推覆上升的岩片，金川含矿岩浆房最终就位于至少10km地壳深处。F1断裂并非导岩构造，也没有原想的那么历史久远，大约是中生代以来自南而北的陆内构造推覆体的逆冲剪切推覆面，新生代转化为至今仍活动的张性断裂（汤中立和李文渊，1995；李文渊，1995，1996）。其重要贡献是将10km以深的金川含矿超镁铁质岩体推覆上升经剥蚀而裸露于地表，并使深部原来呈水平状的“岩床”推覆至浅部呈斜立的“岩墙”而出露（李文渊，1995，1996）。因此，今天的金川含矿岩体的空间分布形态并非金川成矿的最终岩浆房的空间分布位置和形态，金川最终成矿岩浆房是水平的（图2），这为我们今天找寻金川矿床深边部新的岩体和矿体提供了一种全新思考（李文渊等，2020）。
图2 金川超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床深部熔离-贯入成矿及就位模式图
现代精细测试方法为我们深入理解“深部熔离-贯入成矿”作用提供了重要支持。新元古代南华纪（831〜827Ma），伴随超级地幔柱的作用，Rodina超大陆开始裂解，金川含矿岩体正好处于阿拉善地块、塔里木陆块、扬子陆块和西澳陆块裂解的地幔柱上升的位置（Zhang et al.，2011；Pirajno，2013），金川含矿超镁铁质岩石Th/Yb-Nb/Yb图解显示，位于E-MORB与OIB之间（图3），与峨眉大火成岩省的苦橄岩的范围相重合，表明金川成矿岩浆具有地幔柱岩浆参与的特征，而偏向地壳曲线的趋势是成矿岩浆上侵地壳过程中遭受地壳物质混染的特点（Tang et al.，2013）。
图3 金川含矿超镁铁岩Nb/Yb-Th/Yb图解
金川岩体平均含硫高达6%，硫溶解平衡计算，现有金川岩体的岩浆只占岩浆总量的3%左右。因此，尽管金川现有成矿岩体很小，但原始岩浆规模是很大的，“R”因子计算（硅酸盐熔浆与硫化物的质量比）为150〜1000，亦支持这一结论（Duan et al.，2016）。要产生较大规模的原始岩浆，上地幔部分熔融的程度很关键，金川原始岩浆大致为上地幔20%〜30%部分熔融的产物，使得上地幔中的硫和镍、铜、钴、铂族元素进入岩浆中。同时，金川铬尖晶石具有相对较高的Fe+3，反映了金川岩浆较高氧逸度的特点。氧逸度高，有利于耗尽上地幔中的硫化物，使亲硫元素带入岩浆，为熔离形成岩浆硫化物矿床提供有利条件。金川矿床勘探的顺序，由西北而东南此次为：Ⅲ矿区、I矿区、Ⅱ矿区和Ⅳ矿区（图4）。I矿区和Ⅱ矿区裸露，两端的Ⅲ矿区和Ⅳ矿区隐伏在中新生界之下。金川矿床的24号、1号和2号三个主矿体分布于I矿区和Ⅱ矿区，占金川矿床探明金属硫化物资源量的近90%。其中，24号矿体分布于I矿区，1号矿体分布于Ⅱ矿区的西段，整体上24号矿体和1号矿体所在的含矿岩体形态呈板状，矿体亦呈板状或长透镜状产于岩体下侧或下边部，以海绵陨铁状矿石为主，富含铂族元素；大致以Ⅱ矿区f17断层为西界（图4），东段岩体表现为上部宽大下部突然收缩的漏斗状，2号矿体呈透镜状产于下侧，具有较多块状矿石，但缺少铂族元素富集。推测24号矿体、1号矿体所在的板状岩体与2号矿体所在的漏斗状岩体，可能分别代表金川含矿超镁铁质岩体不同期次上侵-贯入的富含矿浆的最终岩浆房，就位于一起而表现为一个统一的含矿岩体。Ⅲ矿区和Ⅳ矿区隐伏的岩体及矿体，可能分别反映了西段板状岩体和东段漏斗状岩体，向西和向东的延伸或分支，它们是深边部进一步找矿的重点位置。
图4 金川含矿超镁铁岩体立体形态及主要横断面示意图
由于铂族元素极高的分配系数（Dsu/Sil=104〜105），深部熔离作用使硅酸盐熔浆中的铂族元素快速进入硫化物液相之中，使经过初步熔离的硅酸盐熔体的铂族元素亏损，再进一步发生熔离时，熔离出的硫化物液相中铂族元素量急剧减少。同源的东、西段富含矿浆的岩浆房，或许就是不同期次深部熔离作用的熔浆分别上侵-贯入的结果。西段岩浆房可能代表了较早深部熔离作用形成的富含铂族元素矿浆的岩浆房，而东部岩浆房则是相对较晚熔离作用形成的亏损铂族元素矿浆的岩浆房。经历不同演化过程的岩浆，之间发生混合作用有助于硫的过饱和而再次发生硫化物液相-硅酸盐熔体的熔离作用（图5），并在上升进入地壳过程中，地壳物质FeO的加入和地壳硫的萃取，加剧熔离作用的发生。金川△33S=-0.01‰〜2.67‰，提供了地壳硫加入的证据。
图5 金川矿床东、西部岩浆房成矿模式图解
金川超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床是世界上“小岩体成大矿”的典型实例，超级地幔柱作用导致软流圈地幔较高程度的部分熔融产生大规模岩浆是“成大矿”的前提，而深部熔离作用形成富含金属硫化物的矿浆是基础，地壳物质的加入促使岩浆硫过饱和是重要条件，或许不同演化路径的岩浆在上侵中发生岩浆混合作用也是导致金属硫化物液相进一步熔离的重要原因。伸展环境中形成的较小体积但较高矿化度的矿浆要上侵-贯入浅部地壳，需要挤压环境的转变来实现，因此富含铜镍钴硫化物矿浆的最终岩浆房的就位，并非是张性断裂的环境，而是挤压的通道，并使其在合适的压力平衡条件下，呈近水平的“岩床”就位于陆壳深部的合适环境，并在漫长的结晶分异过程中继续发生就地熔离成矿作用和岩浆期后热液叠加富集成矿作用。最终，结晶而成的含矿“岩床”在中新生代陆内造山运动过程中，随古老的地壳岩石推覆经剥蚀而裸露于地表，并呈“岩墙”状产出。这是金川超大型矿床形成的地质历史，中国大部分有工业利用价值的岩浆铜镍钴硫化物矿床其实都有类似的地质形成过程，只是形成时代、构造背景和岩浆源区及部分熔融的地球动力学条件不同罢了。2.2 特提斯构造转换——古特提斯裂解是特提斯型岩浆铜镍钴硫化物矿床形成的地质背景条件所谓特提斯型岩浆铜镍钴硫化物矿床，是指形成于特提斯造山带中的岩浆铜镍钴硫化物矿床，并以夏日哈木超大型矿床为典型代表。夏日哈木超大型矿床的形成代表了消减聚敛环境中独特的成岩成矿条件。现在研究已经比较清楚，首先夏日哈木的铜镍钴硫化物矿石总量远低于金川超大型矿床，但其“R”因子（硅酸盐岩浆与硫化物的质量比）范围（100〜1000）并不比金川“R因子范围（150〜1000）低多少，且MgO含量为9.79%〜12.48%，也与金川相当（11.79%〜12.9%），说明发生了较高程度的部分熔融（夏日哈木15%〜25%，金川20%〜30%），但夏日哈木的（87Sr/86Sr）i与金川相比较低，而εNd高于金川（图6），说明夏日哈木的母岩浆没有金川富集。
图6 夏日哈木含矿镁铁-超镁铁岩Sr-Nd同位素对比图解
夏日哈木含矿岩体有较高程度的深部熔离作用发生，因为铂族元素较铜有极高的硫化物液相与硅酸盐熔体的分配系数DSul/S11=104~105（前者为104〜105，后者为103），Cu/Pd比值的高低，可间接反映深部熔离作用的程度，夏日哈木岩石的Cu/Pd比值为0.02x105〜11.68X105（平均为18.2x105），甚至高于金川岩石的Cu/Pd比值0.31x105〜3.20x105（平均为17.3x104）。此外，夏日哈木矿床经历了较为漫长而稳定的充分结晶分异过程，橄榄石中的CaO含量具有重要的指示意义，当橄榄石结晶冷却速度快、压力低时，其CaO含量高；反之亦然，金川矿床的橄榄石CaO含量为0〜2.07%，且普遍＞0.02%，而夏日哈木基本＜0.02%。可见，也只有这种特殊的条件，才可使夏日哈木形成仅次于金川的超大型矿床。而这种成矿环境的形成是地幔柱作用的结果，夏日哈木超大型矿床是原特提斯洋闭合造山后，由于地幔柱作用古特提斯裂解背景的产物，并非真正岛弧环境的产物（李文渊等，2021，2022）。俯冲消减的洋壳在不同的俯冲深度产生不同的液相组成，当洋壳俯冲隧道板片-地幔楔软流圈交换反应时，会引起地幔楔软流圈橄榄岩水化，水化橄榄岩由于温度低并不发生部分熔融，只有当减压发生或新的热源（地幔柱）作用时，才可能使水化的橄榄岩发生部分熔融形成镁铁质熔体，从而构成造山带中镁铁-超镁铁质侵入岩的源区（Zheng et al.，2020）。很显然，俯冲消减的洋壳板片的脱水作用，根据俯冲的深度，可导致板块聚敛带200km深度的岛弧环境到400km深度远离俯冲位置的板内洋岛，形成镁铁-超镁铁质侵入岩的源区（Zheng et al.，2020）。当板块碰撞闭合后，这些消减的洋壳板片还可继续作用，断离进入软流圈水化地幔岩，进而形成碰撞造山后伸展环境镁铁-超镁铁质侵入岩的源区。可见，造山带中侵入的镁铁-超镁铁质侵入岩可以从岛弧、洋岛到造山后伸展环境形成，它们的源区深度和性质不同，但均具有岛弧地球化学的特点。这反映了消减聚敛环境与大陆拉张环境两种不同类型岩浆铜镍钴硫化物矿床赋矿岩体的形成环境的不同。消减聚敛环境的造山带中形成大规模的岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿约束条件可能更苛刻一些，很难有超大型规模的矿床形成。若有形成必将具备相当严苛的条件。因为聚敛环境的地幔楔软流圈，水化作用温度比较低，尽管部分熔融温度也降低了，但部分熔融的程度不高，形成的岩浆量有限，加之已改造的上地幔，很难有足够量的硫化物进入岩浆。昆仑造山带中早、晚古生代交替之间的镁铁-超镁铁岩分布时间范围较广（443〜378Ma），至少存在两期不同构造背景的镁铁-超镁铁岩：一期在420Ma之前，是原特提斯碰撞造山伸展环境的产物（图7a、7b），没有矿化或没有工业价值的矿床；另一期是420Ma之后古特提斯新生陆壳再次裂解的产物（图7c、7d）。岛弧成因的镁铁-超镁铁岩很难形成有价值的岩浆铜镍钴硫化物矿床。碰撞造山后伸展环境，由于其温度和部分熔融形成的有限的岩浆熔融体量，也难以产生大规模的硫化物熔离作用，也就难以形成大规模的岩浆铜镍钴硫化物工业矿床。小矿与大矿的成因机制是不相同的。只有造山带中已形成新的陆壳，板片改造的软流圈由于地幔柱巨大的地球热动力作用，才能发生大规模部分熔融，产生大规模岩浆，才有可能形成较大规模的岩浆铜镍钴硫化物矿床（李文渊等，2021）。图7 东昆仑古特提斯裂谷构造-岩浆-成矿事件示意图因此，造山带中的岩浆铜镍钴硫化物矿床并不形成于俯冲消减或碰撞造山阶段，而是产于造山后的伸展阶段，甚至是新生陆壳由于地幔柱作用而裂解的环境，所以是在造山带中但不是造山期形成。2.3 板块构造+地幔柱双重体制造就了中亚型岩浆铜镍钴硫化物矿床的岩浆源区特点所谓中亚型岩浆铜镍钴硫化物矿床，就是指形成于中亚造山带东天山-北山及阿尔泰早二叠世（〜280Ma）的众多岩浆铜镍钴硫化物矿床。其中，东天山-北山与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床分布广泛，是中国该类型矿床重要的分布区带（李文渊等，2019a），具体分布于三个构造单元：一是东天山觉罗塔格沟弧盆构造带，产有黄山、黄山东、香山、葫芦、图拉尔根、白鑫滩、路北等矿床；二是中天山地块北缘，有天宇、白石泉矿床；三是北山裂谷，有坡一、笔架山、罗东、漩涡岭等矿床（图8）。
图8 东天山-北山含矿镁铁-超镁铁质侵入岩分布图
这些矿床除图拉尔根（300.5±3.2Ma）和甘肃北山地区的黑山矿床（356.4±0.6Ma）外，主要形成于〜280Ma。很显然这些矿床的形成与现在所在构造单元的构造建造所代表的环境没有关系，这些构造建造主要是石炭纪之前的产物。事实上，中亚造山带所反映的古亚洲洋构造演化认识至今也存在很大分歧，争论的焦点是古亚洲洋闭合的时限问题。不过现在已经越来越多的人倾向认为，古亚洲洋与原特提斯洋是相关的，它们均是Rodina超大陆裂解后劳亚大陆与冈瓦纳大陆之间的大洋（Yakubchuk，2004，2017；Frish et al.，2011；李文渊，2018），只是位置不同而已，华夏古陆群将它南面的原特提斯洋和北面的古亚洲洋分开，两者或许是主次关系，原特提斯洋主，古亚洲洋次。现在已经比较清楚，特提斯洋的演化过程具有三分的特点，中新生代的新特提斯洋之前有晚古生代—早中生代的古特提斯洋，古特提斯洋之前有早古生代的原特提斯洋（李文渊，2018；Zhaoetal.，2018；吴福元等，2020；李文渊等，2021）。古亚洲洋是否亦存在中间闭合，或者说是有限闭合，而后又重新扩张直至三叠纪闭合成陆的演化历程，基本与原特提斯洋、古特提斯洋的演化一致，是一个颇值得探讨的问题。目前，学术界还缺乏这方面的研究。但中亚造山带存在泥盆纪的陆内建造，是比较清楚的，不仅在境内有大量的报道，苏联在中亚的地质研究，也很清楚地表达了早古生代和晚古生代两套蛇绿岩的存在（Yakubchuk，2004，2017；李文渊等，2019a，2019b）。只是这种闭合很可能是有限的，有些地区并未完全闭合，甚至是一种“闭”而不“合”和此“闭”它“开”的特点。新的裂解事件是跨时的。因此，东天山-北山早二叠世的岩浆铜镍钴硫化物矿床的源区地质背景，考虑与中亚造山带构造演化上的整体协调性，很可能处于一种碰撞造山后伸展与塔里木地幔柱共同作用的软流圈源区地质背景（李文渊，2018）。尤敏鑫（2022）在前人研究基础上，又专门研究了东天山沙垅以西新发现的白鑫滩、路北两个矿床的成矿作用及岩浆源区地球化学特征，再次证明了东天山-北山岩浆铜镍钴硫化物矿床是板块体制+地幔柱体制双重作用的结果。微量元素地球化学特征表明，东天山-北山矿床源区与特提斯造山带中的矿床一致，普遍有俯冲板片流体物质的加入，Nb、Ta、Ti亏损，但与阿拉斯加型岩体有显著区别。Nb/Yb-Th/Yb和Nb/Yb-Tg/Yb判别图（图9）显示，东天山-北山的白鑫滩、路北、白石泉、天宇、黄山、图拉尔根等矿床与峨眉大火成岩省的力马河、金宝山等矿床，与塔里木大火成岩省的玄武岩一样，均投点于Nb/Yb-Th/Yb判别图（图9a）MORB-OIB趋势线上方，而DukeIsland阿拉斯加型岩体则落入趋势线内，明显有别。当然力马河、金宝山与塔里木大火成岩省的玄武岩一样，在Nb/Yb-T1O2/Yb判别图（图9b）上均处于OIB趋势线内，反映了地幔柱成因，而东天山-北山矿床则落入E-MORB趋势线内，为地幔柱-洋中脊的地球化学特征。因此，将东天山-北山岩浆铜镍钴硫化物矿床的地幔源区，单纯解释为俯冲板片流体交代的亏损地幔源区是不够的，更不可能是阿拉斯加型岛弧岩浆源区的产物。铬尖晶石和橄榄石计算的初始温度1303〜1412℃明显高于软流圈地幔温度（1280〜1350℃；Mc Kenzie and B1ckle，1988），应该是同时期地幔柱高热动力的贡献。同时，（87Sr/86Sr）i比值和εNd（t）值落入OIB区域的特点，反映了地幔柱成因的信息（图10）。图9 东天山-北山含铜镍钴镁铁-超镁铁岩Nb/Yb-Th/Yb和Nb/Yb-TiO2/Yb图解图10 东天山-北山含铜镍钴镁铁-超镁铁岩Sr-Nd同位素对比图解当然俯冲板片流体的贡献是显著的，且越向北东越有增大的趋势，这或许与远离地幔柱中心有关。总之，东天山-北山所代表的中亚造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床的岩浆源区，显然为天山洋壳自北而南的俯冲板片流体改造的软流圈，但具有塔里木早二叠世大火成岩省的地幔柱的贡献，成矿的强度应该与地幔柱的贡献大小有关。2.4 岩浆铜镍钴硫化物矿床中的钴和铂族元素的富集机制由于钴在能源电池中的关键作用，钴的需求在全球大幅增加并被广泛重视。Co2+聚集于地幔的橄榄石中，高程度的地幔部分熔融，能使它进入科马提质和玄武质岩浆之中，与镍一样主要通过不混溶（熔离）作用而富集于硫化物液相中。岩浆铜镍钴硫化物矿床的平均钴品位为0.03%，镁铁质岩浆矿床可达0.06%，超镁铁质岩浆矿床的钴品位可更高一些。尽管目前世界上钴的供给，岩浆铜镍钴硫化物矿床仅占约23%，其余由沉积岩容矿型铜钴矿(60%)、红土型镍钴矿(15%)和热液脉型钴矿床(2%)提供(Slack et al.，2017)，但岩浆铜镍钴硫化物矿床或者镁铁-超镁铁岩是沉积岩容矿型、红土型和热液脉型钴矿床的母岩或成矿物质来源，而且沉积岩容矿型钴矿主要产于非洲的刚果(金)民主共和国，由于政权的不稳定，很难保证它的持续有效供给(Williams-Jones and Vasyukova，2022)。因此，岩浆铜镍钴硫化物矿床仍是世界钴的重要来源。尽管钴很早就被利用，据说可以追溯到古埃及，但作为一个新元素，它是于1735年由瑞典化学家格奥尔格•勃兰特(Georg Brandt)从钴-镍砷化物矿石中加热而分离出来的。钴在自然界以硫化物、硫酸盐和砷化物形式存在，多与镍、铁共生，有时也与铜共生，硫铜钴矿(Cu(Co，Ni)2S4)、钴镍黄铁矿((Co，Ni，Fe)9S8)、方硫钴矿(CoS2)、块硫镍钴矿(CoNi2S4)、硫钴矿(Co2+Co3+2S4)、辉钴矿(CoAsS)、杂硫铋砷钴矿((Co1-xFex)AsS)、方钴矿(CoAs3)和斜方砷钴矿((Co,Ni,Fe)As2)是常见钴矿物，表生矿物主要为水钴矿(HCoO2)，刚果(金)的沉积岩容矿型钴矿就是以水钴矿形式产出。钴在地幔中的平均含量是1.02x10-4(Palme and O'Neill，2014)，在陆壳中只有2.7x10-5，下地壳为3.8x10-5，上地壳仅约1.7x10-5(Rudnick and Gao，2014)，洋壳约为4.4x10-5(White and Klein，2014)。岩浆铜镍钴硫化物矿床钴的富集机制主要是部分熔融作用、分离结晶作用和液相不混溶(熔离)作用。橄榄岩中的钴最高，辉长岩约为橄榄岩的一半，花岗岩仅为橄榄岩的5%。因此，只有高程度的部分熔融形成的镁铁质和超镁铁质(科马提质岩)岩浆才可能有足够量的钴，高程度部分熔融的地幔岩是岩浆硫化物矿床钴得以富集的岩浆源区。这是由于钴的离子半径(0.75A)介于镁(0.72A)和铁(0.78A)之间，倾向集中于橄榄石、辉石等铁镁矿物中，并相容于超镁铁质和镁铁质岩浆的结晶作用所决定的。钴在橄榄石、斜方辉石和单斜辉石中的分配系数依次是37、13和9(Bedard，2005，2007，2014)，分配系数决定了钴倾向到橄榄石要超过斜方辉石，到斜方辉石要超过单斜辉石。因而，单纯的分离结晶作用不可能使岩浆硫化物矿床中的钴得以富集，岩浆硫化物矿床中钴要得到富集，主要依靠的仍然是硫化物液相-硅酸盐熔体的不混溶作用。硫饱和是促使硫化物液相-硅酸盐熔体不混溶的关键，要使幔源的玄武质岩浆达到硫饱和，硫的浓度须达到4×10-4(Mavrogenes and O'Neill，1999)，而地幔的硫含量才2x10-4(Palme and O'Neill，2014)，即使地幔全部熔融也不可能达到硫饱和。因此要使幔源岩浆达到硫饱和，要么改变温度、压力、化学成分和氧逸度(fO2)，要么获取外来的硫。岩浆中fO2突然增加，溶解硫从S2-到S4+和S6+的转变，对硫的饱和度特别重要(Carroll and Rutherford，1988；Jugo et al.，2005)，从而实现硫化物液相中钴的富集。硫化物液相-硅酸盐熔体的钴分配系数与硅酸盐岩浆的fS2、fO2和FeO总的丰度有关，当然同样也与温度相关(Li and Audńtat，2015)，而且与硅酸盐熔体初始钴的丰度和硅酸盐/硫化物质量比相关。因为：式中，Yisul是元素i在硫化物液相中的最终富集；Xisul畀是元素i在硅酸盐液相中的初始富集，D是硫化物液相-硅酸盐熔体的分配系数；R和N是硅酸盐/硫化物的质量比值(Naldrett，2004)。R和N指示岩浆的硫化物过饱和的程度，小值反映了非常高的过饱和，大值则反映了相对有限的过饱和。式(1)中的参数R被用于估算封闭体系硫化物液相与单批次岩浆的平衡反应，式(2)中的参数"被用于估算开放体系硫化物液相与持续不断的新批次的岩浆的平衡反应。在封闭体系，玄武质岩浆R因子等于1时，Co的丰度值是87x10-6，当R因子提高到100和1000时，Co丰度值上升到1799X10-6和2804x10-6，但R因子达到10000时，Co丰度值并没有大的上升，仅提升了168x10-6 (表2)。这反映了不混溶作用对钴富集的极限。
表2 玄武质岩浆人和N因子估算与Co的丰度值
总之，硫化物液相-硅酸盐熔体的熔离作用，可以使钴得到有效的富集，当硫化物液相的浓度达到能够从硅酸盐熔体中有效地萃取钴，然后由于重力沉降而堆积，从而使钴得以富集。因此，钴与镍一样，基本依靠硫化物液相-硅酸盐熔体的不混溶作用得以富集。由于它比镍的丰度值更低，不混溶前是否发生了橄榄石的结晶作用至关重要。东天山-北山岩浆铜镍硫化物矿床与金川矿床相比基本上是贫钴的，其主要原因：一是部分熔融程度远低于金川的岩浆源区；二是深部熔离作用发生前就已经发生了2%的橄榄石结晶，钴优先进入橄榄石，而使硫化物液相中钴亏损。此外钴不像铜，铜可以在硫化物液相冷却过程中得到进一步富集，因为硫化物固溶体（MSS）的分离结晶作用使铜更多的保留在残余液相中，而钴在两相之间的初始分配几乎相等，不会再增加富集（LiandAud et at，2015）。铂族元素根据地球化学行为可划分为Ir亚族（Ru、Rh、Os、Ir）和Pt亚族（Pt、Pd），或根据岩浆作用过程中元素共生特征分为IPGE（Os、Ir和Ru）和PPGE（Rh、Pt和Pd）两类（Barnes et al.，2015）。岩浆铜镍钴硫化物矿床是PGE的主要来源，全球约90%的PGE资源蕴藏在岩浆硫化物矿床中（宋谢炎，2019），但主要集中在少数几个古老的层状杂岩中的超大型PGE矿床和岩浆铜镍钴硫化物矿床之中，它们分别是南非的Bushveld（PGE金属量65473t）、津巴布韦的Great Dyke（13946t）、俄罗斯的Noril'sk-Talnakh（12438t）、美国的Stilwater（2621t）、加拿大的Sudbury（1933t）。中国的PGE矿床数量少、品位低，除与峨眉大火成岩省有关的金宝山、杨柳坪为以PGE为主的岩浆硫化物矿床外，其余均作为伴生元素存在于岩浆铜镍钴硫化物矿床中。但作为伴生元素，不同的岩浆铜镍钴硫化物矿床贫富差别很大，其中两大超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床-金川和夏日哈木，差别最为显著。前者相对富集PGE，获得约200t资源量；后者PGE明显亏损，基本上没有富集到可工业利用程度。因此，加强该两超大型矿床PGE特征的对比研究，将有助于揭示中国岩浆铜镍钴硫化物矿床PGE的富集机制。PGE在地球中的分布，以地核中最高，其次下地幔，再次上地幔，地壳中明显降低（表3）。可见岩浆铜镍钴硫化物矿床中的PGE源于地幔。
表3 地球不同圈层中的PGE丰度（10-9）
实验研究表明，PGE倾向于进入砷化物、硫化物中，在硫化物中IPGE倾向于进入单硫化物固溶体（MSS），PPGE倾向于进入残余硫化物液相。在自然界中往往以自然金属、金属互化物、半金属互化物、硫化物和硫砷化物、类质同象（或固溶体）、离子吸附形式存在。其中，金属互化物（合金，如Pt-Pd、Os-Ir-Ru-Pt、Pt-Fe-Cu、Pt-Ni等）、半金属互化物（如PdBi、PdBiTe、PdTe2等）、硫化物（如RuS2）和硫砷化物（如PtAs2、IrAsS等）是铂族元素重要的矿物类型。PGE与Co—样，从地幔迁移进入地壳主要通过地幔部分熔融形成的镁铁质岩浆侵入地壳。另外则是蛇绿岩铬铁矿中PGE的富集，可能与洋中脊和俯冲消减折返有关，文章不予讨论。地幔部分熔融形成的成矿岩浆要获得PGE的富集，可能存在两种机制：硫化物液相-硅酸盐熔体的熔离作用和岩浆期后的热液作用。部分熔融和熔离作用仍然是造成岩浆铜镍钴硫化物矿床PGE能否成矿的关键，岩浆期后的热液作用尽可能造成局部再富集而成矿。金川矿床的PGE资源储量占据全国的近60%，产出大量铂族矿物，局部形成铂钯富集体，铂族元素含量整体较高，铂族矿物主要有砷铂矿、碲铂矿、碲钯矿、黄碲钯矿、方铋钯矿、斜铋钯矿等。韩一筱（2021）对金川矿床I矿区、Ⅱ矿区和Ⅳ矿区三个钴孔采样进行PGE测试研究显示，金川含矿岩体岩石的PGE含量较为均一，显示出Ru、Rh、Ir、Pt亏损，Pd较为富集的特征，但矿石中PGE含量变化很大，Pt、Pd的富集程度远高于Ir、Ru、Rh。硫化物矿石相比岩石PGE含量有显著的富集（图11）。
图11 金川和夏日哈木矿床PGE配分曲线
但遗憾的是没有采集到东段漏斗状岩体2号矿体的样品，I矿区、Ⅱ矿区的两个钴孔矿石样品应为24号矿体和1号矿体矿石样品，均为金川西段板状岩体及其中所赋矿体的样品（图11a、11b），表现为矿石的PGE含量显著高于岩石，且PPGE（Rh、Pt、Pd）含量相对较高，IPGE（Os、Ir、Ru）含量相对较低，Ru、Rh、Ir与Pd无相关性，表明PGE富集过程中曾发生IPGE与PPGE的分离。值得指出的是，矿床东段东侧Ⅳ矿区隐伏岩体和矿体钴孔样品PGE测试分析结果显示，岩石和矿石PGE配分几乎没有分异的特点（图11c），是否代表了东段漏斗状岩体所蕴含的2号矿体的特征，需进一步深入对比研究。以往研究，2号矿体似乎确实没有PGE显著富集（李文渊，1996）。夏日哈木矿床的PGE呈明显亏损的特征，未发现铂族矿物。两个钴孔样品PGE测试分析结果显示（韩一筱，2021），矿石与岩石PGE组成均一且含量低，没有PGE的富集（图11d）。除Pt外，其他PGE之间极差很小。与金川含矿岩体的岩石相比，PGE含量相近，但Ru、Ir、Pt含量较高、Rh和Pd含量较低且组成更为均一，可能指示了部分熔融程度未能使PGE有效进入岩浆，而硫化物液相-硅酸盐熔体之间的熔离作用，更未能使Ru、Ir、Pt进入硫化物液相，而是分散在硅酸盐矿物中。金川矿床和夏日哈木矿床PGE富集特征的显著差异，可能反映了两者岩浆源区地幔部分熔融程度的差异。前已述及，金川原始岩浆大致为上地幔20%〜30%高程度的部分熔融产物，并具有高fO2而导致硫化物液相-硅酸盐熔体在橄榄石结晶前即发生不混溶作用，而夏日哈木只有15%〜25%的部分熔融程度和相对低的fO2，地幔中的PGE未能足够进入成矿的硅酸盐岩浆，加之橄榄石结晶后或结晶过程中才发生硫化物液相-硅酸盐熔体的不混溶作用，所以夏日哈木就难有PGE的经济富集。金川矿床硫化物矿体较多富集的是PPGE（Rh、Pt、Pd），IPGE（Os、Ir、Ru）与硅酸盐结晶的岩体分异不大，说明金川原始岩浆也并未使地幔中全部PGE进入岩浆。特别是大家比较关注的东段和西段PGE配分上的明显差异（图5），可能是不同批次部分熔融形成的岩浆或不同阶段硫化物液相-硅酸盐熔体不混溶形成的含矿岩浆所致。西段岩体可能是先期深部熔离上侵-贯入的岩浆房，硫化物液相中含有更多的PPGE，而东段岩体是经过熔离后的岩浆再次发生熔离作用后上侵-贯入的岩浆房，硫化物液相中PPGE亏损。另外，岩浆期后的热液作用，可能导致西段矿体热液叠加使PGE再次富集，形成较多铂族矿物，而与东段相别。最近，金川矿床的Ⅲ矿区，即西段含矿岩体（I矿区）西侧隐伏岩体（图4，图12），钻探发现了富而厚大的新矿体，估算镍金属资源量近5x106t，相当于又发现了一个超大型矿床。这是自20世纪60年代发现及勘探金川矿床以来，又一突破性的找矿发现，意义重大。同时，在矿床东段：Ⅱ矿区的东侧隐伏的Ⅳ矿区（图4，图12），深部钻探亦有重要发现。这些突破性的找矿发现，表明金川矿床深边部仍有重要的找矿潜力，亟待加强进一步深边部勘查研究。
图12 金川岩体磁异常及深边部隐伏岩矿体地质解释图
前已述及，金川含矿岩体是新元古宙形成于地壳10km深处的近乎水平分布的“岩床”，中新生代的陆内造山运动，使其通过推覆构造F1和F2，连同龙首山群变质基底作为岩片，推覆至地表风化剥蚀而出露（图2c；汤中立和李文渊，1995；李文渊，1995，1996，1999，2006a，2007）。既然是剥蚀的岩床，其当时上侵-贯入的岩浆房的产出，就存在分支、尖灭和再现等特点，甚至不排除在推覆上升的“岩片”内有未裸露的“隐伏岩床”的存在（图2b）。最近，对金川矿床进行三维重建、磁数据反演处理发现，隐伏的Ⅲ矿区和Ⅳ矿区深部重磁异常较已探明的含矿岩体范围要大，同时在周边还有新的重磁异常存在。这些重要发现，无不反映了金川含矿岩体的“分支”或“再现”，甚至“隐伏岩床”的存在（图12），因此，亟待深入研究开展深边部勘查，争取实现更大的勘查突破。同时，开展金川含矿岩体从“岩床”到“岩墙”的构造机理和动力学研究，实现1500m以浅透明化，为准确定位隐伏矿体提供精准指导。3.2 特提斯造山带中岩浆铜镍硫化物矿床的找矿靶区东昆仑夏日哈木超大型岩浆硫化物矿床的发现，激起了寻找特提斯型岩浆铜镍钴硫化物矿床的热情。特别是东昆仑及邻区，除夏日哈木矿床外，已发现10余处新矿床（点）。包括石头坑德大型矿床，以及裕龙沟、浪木日、冰沟南和牛鼻子梁等矿床（点）（图13），展示了良好的找矿前景。同时，在祁漫塔格地区新发现了与夏日哈木同时代的玉古萨依等镁铁-超镁铁质岩体，亟待投入勘查研究。
图13 东昆仑及其邻区古特提斯构造带岩浆铜镍钴硫化物矿床找矿靶区分布图
从特提斯型岩浆硫化物矿床形成于地质历史消失的古特提斯裂解环境认识出发，由于处于原特提斯和新特提斯构造之间的构造事件，其不仅叠加于原特提斯构造之上，还被新特提斯构造所改造，故早、晚古生代之交的古特提斯裂解地质建造的追溯是一项复杂的地质研究工作，但紧紧抓住特提斯造山带中420Ma以后镁铁-超镁铁质岩体进行含矿性评价，是加快实现找矿突破的重要捷径。以往调查研究中被划归蛇绿岩组合的镁铁-超镁铁质岩体应是今后小心甄别研究的重点，并非产于缝合带内的镁铁-超镁铁岩就是蛇绿岩的组成，准确定年是重要方法，同时与蛇绿岩区别开来，判断其深部成矿的可能性（李文渊等，2021，2022）。现在划分的构造单元，并非是古特提斯裂解时的地质建造，因此地质历史上古特提斯延伸是很长的，凡是古特提斯构造建造存在的地区，理论上都有寻找类似夏日哈木矿床的可能，除东昆仑，秦岭、祁连、阿尔金、西昆仑直至穿过帕米尔构造结到境外，均有找寻特提斯型夏日哈木类型矿床的潜力。岩浆铜镍钴硫化物矿床仍是中国镍、钴关键金属矿产的重要来源，且仍具有重要的找矿潜力。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的找矿发现历史，总结起来经历了三期大的找矿热潮，每一期都是伴随着一个或两个重要矿床的发现而开始的，且持续10到20年，这是地质工作的规律所决定的。而每一期找矿热潮也需要相当长时间的孕育，需要地质理论认识上的突破。第一期是20世纪60年代金川超大型矿床的找矿突破，找矿高峰期持续了近20年，直至70年代末；第二期是20世纪80年代喀拉通克、黄山东等大型矿床的突破，找矿工作一直延续到21世纪初；第三期是近10年来夏日哈木超大型矿床的重大发现，找矿突破工作至今方兴未艾，但近年来由于遭遇国际国内经济下行形势的影响，勘查研究萎缩。现在亟待加强成矿理论认识上的突破，带动找矿勘查工作的重大突破。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床基本上分布于塔里木、华北和扬子克拉通的边缘及其造山带中（图1，图14）。成矿时代以新元古代、晚古生代初期和晚古生代晚期三期为特征，对应于中国大地构造在全球大地构造演化中罗迪尼亚超大陆的裂解、冈瓦纳大陆裂解和潘吉亚超大陆裂解三期地质事件（李文渊，2018；李文渊等，2022）。与全球岩浆铜镍钴硫化物矿床的分布相比，缺少地球形成初期新太古代—古元古代地幔柱事件相关的铜镍成矿事件，未发现科马提岩型的镍钴硫化物矿点，也缺乏有巨大工业价值的层状杂岩型PGE矿床（李文渊，1996），中国最早的具有工业价值的岩浆铜镍钴硫化物矿床形成于新元古代-金川超大型矿床，其余主要产于晚古生代的早、晚期。成矿背景也有独特之处，形成于大陆裂谷和造山带的伸展环境两种环境，且产于造山带中的矿床数量较多，而与世界不同。造山带中的矿床以特提斯型和中亚型为典型代表，分别以特提斯造山带中的夏日哈木超大型矿床和中亚造山带中的喀拉通克、黄山东等大中型矿床为重要实例。所有具有工业价值的岩浆铜镍钴硫化物矿床，都是幔源岩浆经深部熔离作用上侵-贯入造就的小的镁铁-超美铁质侵入体成矿，即“小岩体成大矿”，且所有的矿床均遭受过中新生代陆内造山作用的重新空间位移或改变（李文渊，2012，2013）。唯一不同的是，造山带中的矿床，都有俯冲消减洋壳流体对地幔源区的改造，使其部分熔融产生的岩浆形成岩浆铜镍钴硫化物矿床成为可能。与大陆裂谷环境所不同的是形成于造山后的伸展环境或新生陆壳的裂解背景。若要形成较大规模的矿床，必然是大规模高程度部分熔融和大规模硫化物液相-硅酸盐熔体深部熔离（不混溶）作用的结果，而这需要大的岩石圈裂解事件的发生才有可能，地幔柱仍然是大规模成矿的必要条件。因此，中国的岩浆铜镍钴硫化物矿床找矿远景区，主要有塔里木东南缘（龙首山、东昆仑-南祁连）、塔里木北缘（东天山-北山（塔里木大火成岩省）、阿尔泰山）、扬子西缘（峨眉大火成岩省）、华北东北缘（吉黑）、华北北缘（内蒙北山）和扬子北缘（周庵）等重点区（图14）。需要分层次，加强成矿研究，国家投入和社会资金相结合，开展不同类型的找矿调查和勘查评价工作，以期找矿实现重大突破。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床的勘查研究已经历了70多年的艰苦探索，形成了以汤中立院士提出的“小岩体成大矿”具有重要国际影响力的成矿理论，取得了金川、夏日哈木等可改变世界矿业格局的找矿成果。现在正面临镍、钴等关键金属矿产国家重大战略需求的新形势，实现岩浆铜镍钴硫化物矿床的重大找矿突破，是地质工作者面临的重大任务。要实现找矿重大突破，必须首先在成矿和勘查理论认识上实现重大突破。（1）金川超大型矿床形成于新元古代（831〜827Ma）Rodina超大陆裂解环境，阿拉善、塔里木、扬子和澳大利亚等古老陆块裂解的边缘是寻找金川型岩浆铜镍钴硫化物矿床的有利位置。塔里木陆块北缘的兴地矿床和扬子陆块北缘的周庵矿床的发现，表明在这些地区寻找金川型矿床的可能性。（2）夏日哈木超大型矿床作为特提斯造山带中发现的唯一一例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床，形成于古特提斯的裂解环境，具有重要科学意义和找矿实用价值的。目前，特提斯造山带还缺乏对离散裂解洋盆打开构造环节的系统研究，特别是处于原特提斯和新特提斯之间的古特提斯构造开启的研究，重塑古特提斯构造的演化和成矿历史，对指导找矿实践具有重要意义。（3）中亚东天山-北山造山带中众多早二叠世的岩浆铜镍钴硫化物矿床与早二叠世塔里木大火成岩省有成生关系。塔里木、峨眉、西伯利亚三大火成岩省分布于亚欧大陆的东部，时代分别为早二叠世（〜280Ma）、早三叠世（〜250Ma）和晚三叠世（〜220Ma），暗示成因上可能存在密切关系，分别产出全球最大的Noril'sk岩浆铜镍钴硫化物矿床、攀枝花超大型钒钛磁铁矿床及同时代众多岩浆铜镍钴硫化物矿床。它们之间的对比研究，对判别塔里木、峨眉大火成岩省形成重要岩浆铜镍钴硫化物矿床的成矿潜力具有重要意义。（4）中国岩浆铜镍钴硫化物矿床形成于新元古代、晚古生代早期和晚期，三叠纪之后世界上没再形成岩浆硫化物矿床，但中亚造山带东段五星矿床成矿非常年轻（37.79±0.76Ma），很可能是一种新的类型，与古太平洋板块向东俯冲洋壳消减物质有关。致谢：笔者跟随汤中立院士浸淫岩浆铜镍硫化物矿床勘查研究近30年，试图对先生在勘查实践中形成并为广大野外勘查者和国内外同行所接受的成矿理论进行进一步解读，特作此拙文，以期对当下岩浆硫化物矿床勘查部署实践和深入研究有所裨益！蒙李四光地质科学奖基金会授予我第十七届李四光地质科技奖(野外奖)，分外感谢和深受激励！《地质力学学报》主编邢树文研究员和特邀主编胡健民研究员为此邀笔者撰写此文，特表示感谢！同时，感谢审稿人百忙中的付出和所提的中肯意见！感谢责任编辑的辛劳！李文渊，中国地质调查局西安地质调查中心二级研究员、中国地质科学院博士生导师。2021年获得第17次李四光地质科学奖野外奖。现任自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室主任、中国-上海合作组织地学合作研究中心首席科学家。长期从事岩浆铜镍硫化物矿床和区域成矿学研究。出版专著15部（第一作者或独著9部），发表论文139篇（第一作者或独著48篇）。荣获国家科技进步奖二等奖1项（R6），新疆自治区人社厅、新疆自治区国土厅优秀成果特等奖1项（R1），部省一等奖4项（R4、R5、R7、R8）、二、三等奖各1项（R2、R1）。享受国务院政府特殊津贴，入选国家百千万人才工程、自然资源部国土资源科技领军人才计划，自然资源部岩浆作用成矿与找矿科技创新团队带头人，陕西省有突出贡献专家。
