新聞動態(tài)魏博等_MD 微米CT三維成像技術(shù)揭示巖漿銅鎳硫化物礦床珠滴狀構(gòu)造礦石成因
珠滴狀構(gòu)造是指礦石中毫米-厘米尺寸的硫化物，其二維形態(tài)呈近圓形珠滴狀，在全球巖漿銅鎳硫化物礦床中偶有發(fā)育。對于珠滴狀構(gòu)造礦石的成因，目前存在主要兩種觀點：一種是在珠滴狀硫化物周圍發(fā)育含水的硅酸鹽礦物組合（即硅酸鹽“帽”）或者孔洞，這種可能與巖漿中的氣泡攜帶硫化物運移有關(guān)，典型的例子為俄羅斯的Noril’sk礦床和西澳Black Swan地區(qū)科馬提巖相關(guān)的礦床；第二種是硫化物雖然整體呈現(xiàn)珠滴狀，但局部發(fā)育自形的六邊形晶面且硫化物整體富Ni貧Cu，這種可能與半固結(jié)的硫化物熔體池被后續(xù)巖漿攪動有關(guān)，典型的例子為加拿大Sudbury礦集區(qū)中的Copper Cliff礦床。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖漿作用與成礦團隊的魏博副研究員、王焰研究員、曹永華工程師和博士生王江澤，在我國東昆侖造山帶石頭坑德巖漿銅鎳硫化物礦床也發(fā)現(xiàn)了類似的珠滴狀構(gòu)造礦石，并利用中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室搭建的微米CT實驗平臺（天津三英nanoVoxel 4000），開展了三維成像表征和定量分析。研究結(jié)果表明，這類珠滴狀構(gòu)造礦石并非上述兩種成因，而是與微細的硫化物珠滴在堆晶粒間向下聚集形成粗粒的硫化物珠滴有關(guān)。進一步研究還發(fā)現(xiàn)，在粗粒堆晶巖中易于形成珠滴狀構(gòu)造礦石，而珠滴狀硫化物的形態(tài)則受控硫化物和所在粒間位置孔隙/吼道粒徑的相對大小。
石頭坑德礦床粗粒斜方輝石巖呈典型的中堆晶結(jié)構(gòu)，斜方輝石粒度可達1厘米，并包裹溶蝕狀橄欖石，粒間礦物主要為斜長石，少量為單斜輝石。珠滴狀硫化物的大小從幾毫米到幾厘米不等，賦存在斜方輝石粒間（圖1），少量細粒珠滴狀硫化物被包裹在斜方輝石中。同時，斜方輝石普遍發(fā)育Al-Cr扇形環(huán)帶和震蕩環(huán)帶（圖2），指示了快速結(jié)晶的特點和動蕩的巖漿物理化學(xué)體系。因此，斜方輝石可在快速結(jié)晶時包裹少量細粒硫化物珠滴。
圖1? (a) 石頭坑德礦床的粗粒斜方輝石巖；（b）粗粒斜方輝石巖的微區(qū)XRF掃面圖解
圖2?粗粒斜方輝石的高精度電子探針Al（a）和Cr（b）掃面
微米CT三維成像結(jié)果表明，礦石含有7.94 vol.%的硫化物，這些硫化物珠滴在三維形態(tài)呈現(xiàn)近球形（圖3a）。單個硫化物的粒度大小可以用等效球體直徑來表示（equivalent sphere diameter，ESD），最大的一個硫化物ESD超過了1個厘米（圖3b），ESD大于4個毫米的硫化物體積占所有硫化物體積的60%以上（圖3b）。硫化物珠滴的粒度分布曲線（圖3c）呈扭折狀，約以ESD為1毫米為界，指示了粗細不同的兩類硫化物；ESD大于1毫米硫化物珠滴的粒度分布特點可能指示了細粒硫化物的聚集過程。
圖3?珠滴狀礦石硫化物的微米CT三維成像（a）、累積頻數(shù)和體積（b）、粒度分布曲線（c）
研究團隊進一步對珠滴狀礦石進行了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型分析，提取了粒間硅酸鹽礦物的三維空間分布，并開展了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的模擬（圖4），表明粒間硫化物的形態(tài)主要受控于硫化物粒徑的大小和所在粒間位置孔隙/吼道的大小。對粒度大小不同的三個硫化物（No.1，No.2，No.3，圖5a）三維表征結(jié)果表明，隨粒度增加，硫化物珠滴的球形度（越接近球體的形態(tài)，球形度越接近1）發(fā)生明顯降低（圖5b），其形態(tài)可從球狀、近球狀、再變成不規(guī)則狀。孔隙網(wǎng)絡(luò)的三維模型結(jié)果表明（圖5c），球狀的No.1硫化物珠滴粒度小于孔隙粒度，占據(jù)了粒間1個孔隙（圖5d）；近球狀的No.2硫化物珠滴粒度略大于孔隙粒度，占據(jù)了粒間1個孔隙（圖5e）；不規(guī)則狀的No.3硫化物珠滴粒度大于所有孔隙和吼道的粒度，占據(jù)了粒間11個孔隙（圖5f）。因此，硫化物珠滴形態(tài)的演化可能指示了細粒硫化物珠滴隨晶粥粒間熔體向下運移并聚集形成粗粒硫化物珠滴的過程，粗粒硫化物珠滴滯留于堆晶孔隙即可形成珠滴狀構(gòu)造礦石；更大的硫化物珠滴也可以進一步克服堆晶粒間的毛細阻力，向下遷移擠出孔隙而變得不規(guī)則。
圖4?珠滴狀礦石的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型分析流程：區(qū)分堆晶相斜方輝石（a）、硫化物（b），粒間硅酸鹽礦物相（c），最后建立粒間相的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型（d）
圖5?珠滴狀礦石（a）中三個代表性硫化物的三維形態(tài)（b）、孔隙網(wǎng)絡(luò)模型分析（c），硫化物半徑和所占孔隙-喉道半徑的對比（d，e，f）
這項研究表明了石頭坑德礦床珠滴狀礦石的形成，主要是發(fā)生在堆晶后階段，是硫化物珠滴在堆晶粒間向下匯聚所形成，在粗粒堆晶巖中易于形成珠滴狀構(gòu)造礦石。前人研究經(jīng)常通過統(tǒng)計硫化物珠滴的形態(tài)特點來指示巖漿流動的方向，這類工作的假設(shè)是巖漿裹挾著硫化物珠滴進行運移。本次研究表明，在開展此類工作前，必須首先查明珠滴狀礦石的成因，如果硫化物珠滴形成于堆晶后的匯聚過程，則硫化物珠滴的形態(tài)特點不能指示巖漿流動的方向。
該研究受中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（編號XDA0430303）和青年創(chuàng)新促進會項目（2022358），以及國家自然科學(xué)基金委面上項目（42372117）的資助，研究成果表于Mineralium Deposita上：
Wei Bo*, Wang Christina Yan, Cao Yonghua, Wang Jiang-Ze, 2024, 2D and 3D textures of sulfide ores from the Shitoukengde Ni-Cu sulfide deposit, East Kunlun Orogenic Belt, NW China: implications for the growth of orthopyroxene oikocrysts and formation of globular ores, Mineralium Deposita, (https://doi.org/10.1007/s00126-024-01296-x).
