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以下内容来源于：苏本勋,蒋少涌,崔梦萌,袁庆晗,闫立志.钴镍成矿规律与勘查技术研究进展：前言[J].岩石学报,2023,39(04):963-967. 钴镍成矿规律与勘查技术研究进展：前言 苏本勋，蒋少涌，崔梦萌，袁庆晗，闫立志 摘要 钴和镍为我国紧缺战略矿产资源，消耗量位居世界第一，对外依存度分别达95%和85%。我国现有钴矿规模小，类型多，赋存状态不清，成矿过程复杂，富集机理不明，针对性勘查技术缺失，亟待开展成矿规律研究，查明有效示矿信息与找矿标志，建立高效勘查技术体系，提升钴镍资源保障能力。本专辑以国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”为依托，收录的17篇学术论文对我国主要的钴镍矿床类型进行了梳理，揭示了钴镍地球化学行为与成矿规律，系统总结了钴镍矿床勘查技术和分析测试技术的研究进展。 陆地上的钴镍矿床主要有四类：沉积岩-变沉积岩容矿型、岩浆型、热液型和红土型（赵俊兴等，2019；张洪瑞等，2020）。我国已探明的钴资源则以岩浆型（45%）和热液型（40%）为主，沉积岩-变沉积岩容矿型和红土型较少（赵俊兴等，2019；苏本勋等，2023）。苏本勋等（2023）通过对矿床中金属共生关系和元素地球化学的剖析，认为钴镍成矿的关键科学问题为：不同地质过程（岩浆、热液、表生）钴镍共生分离和钴超常富集条件与成矿机制；针对我国主要类型钴镍矿床的特点，指出钴镍矿床勘查的关键技术问题为：含碳岩层、隐伏小岩体和陡倾斜钴镍矿体的精细探测和高效辨识。作者提出了“纽带矿床”的概念，即指兼具多种不同类型或不同成矿元素组合的矿床，是不同矿床类型之间连接以及与成矿理论连接的结合点，也是成矿模型与找矿模型之间的纽带；认为钴镍成矿理论体系的建立需对四种类型典型矿床和纽带矿床进行剖析，并与实验岩石学及数值模拟计算相结合；厘清钴镍成矿规律则应将钴镍成矿和重大地质事件的耦合关系、镁铁-超镁铁岩体成因与构造背景、热液改造与钴超常富集作为研究重点；高效勘查技术体系的研发和集成应优先考虑岩浆型钴镍矿，借鉴同成因矿床或主矿种矿床的勘查方法开展沉积岩-变沉积岩容矿型和热液型钴镍矿床的找矿勘查。 1 沉积岩-变沉积岩容矿型钴矿床 沉积岩-变沉积岩容矿型钴矿床占全球超过50%的钴资源储量，产量约占全球的60%（Slack et al.，2017；苏本勋等，2023），因而广受关注。我国该类型矿床广泛分布，但总体品位较低，潜力有待查明（苏本勋等，2023）。张连昌等（2023）总结了该类型矿床的基本特征与时空分布，对比了中非赞比亚-刚果（金）新元古代铜钴成矿带、美国爱达荷中元古代铜钴金成矿带及我国辽东-吉南古元古代变沉积岩型铜钴成矿带、中条山古元古代变沉积岩型铜钴成矿带、青海东昆仑早古生代沉积岩型驼路沟-肯德可克钴成矿带、卫宁北山晚古生代砂岩型铁钴多金属成矿带等的主要成矿条件与成矿规律，分析了各矿带成矿流体和成矿物质的来源、富矿控制要素和成矿机制。作者提出控制钴沉积成矿的制约因素主要是大陆裂解、海洋氧化还原条件、沉积相与沉积环境等，而要形成富矿的关键是后期变质作用或热液活动的改造叠加。 我国古元古代变沉积岩型铜钴成矿带主要分布在辽东吉南和中条山地区。王慧宁等（2023）对辽东-吉南大横路铜钴矿床开展了钴赋存状态的研究工作，发现富钴黄铁矿和硫镍钴矿为钴的最主要赋存形式，钴的独立矿物还有辉砷钴矿。作者认为大横路铜钴矿床经历了多期多阶段复杂的沉积-变质变形-热液作用，沉积阶段以黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿呈极细粒包体零星分布为特点；变质变形阶段以硫镍钴矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合沿绢云母-黑云母-石英变质千枚理定向分布为特点，变质程度高达绿片岩相；早期热液作用主要沉淀粗大脉状磁黄铁矿及其钴镍黄铁矿出溶体中；中期热液成矿以条带状自形富钴黄铁矿和硫镍钴矿为标志，该阶段为钴的主成矿期；网脉状黄铜矿沉淀对应于最晚期热液作用，同时发育极少量细粒辉砷钴矿。不同的变质变形-热液演化阶段均存在富钴硫化物的沉淀，钴的赋存形式也存在明显差异。这些研究成果表明原始的沉积作用为钴矿的预富集提供了重要的成矿条件，古元古代造山过程及其伴随的区域变质变形事件对钴的初始活化-迁移起着关键的控制作用，后期热液叠加改造事件主导了钴的迁移-超常富集成矿过程。 我国中条山变沉积岩型铜钴矿床赋存在石墨片岩和大理岩内，矿化类型为细脉浸染状和热液脉状，与中非铜钴矿带中的钴矿床非常相似。邱正杰等（2023）的研究工作揭示中条山变沉积岩型铜钴矿床的钴富集于热液脉状矿化期，发生在造山抬升阶段，时代为～1.82 Ga；黄铁矿原位铁和硫同位素指示硫化海洋环境下形成的有机质页岩是钴成矿的重要矿源层；蒸发岩在造山变质作用过程中形成的强氧化性高温高盐流体促使钴从沉积黄铁矿中释放出来并富集成矿；热液白云石化导致流体ｐＨ升高和石墨片岩“褪色”反应导致流体氧逸度降低促进含钴硫化物的沉淀。基于此，作者建立了沉积-变质两阶段钴富集模型，有别于经典的沉积岩型层状铜钴矿床成矿模型。 2 岩浆型钴镍矿床 我国绝大部分镍和钴资源来源于岩浆硫化物矿床，除位于华北克拉通的金川矿床外，大量分布于中亚造山带和东昆仑造山带，并且近二十年新发现的矿床均产于造山带，因而我国岩浆型钴镍矿在全球独具特色且潜力巨大（苏本勋等，2023）。金川超大型铜镍硫化物矿床是我国最大的镍和钴产地，其构造背景与克拉通关系密切，但岩石组合、矿石类型却与造山带内同类型矿床高度相似，因此是认识幔源岩浆过程中成矿元素聚集机制的重要窗口。袁庆晗和苏本勋（2023）通过总结、对比该矿床中主要矿物相的镍和钴含量，发现硫化物熔离、堆晶矿物结晶均可导致镍钴解耦，硫化物熔体固结、填隙矿物结晶则有利于镍钴配分进入同种矿物，亚固相元素交换对于镍钴迁移的影响与结晶作用则完全相反。此外，作者提出镍黄铁矿、磁黄铁矿共同继承了硫化物熔体镍钴含量特征，因而具有指示硫化物熔体演化的潜力。 东昆仑造山带发现的夏日哈木超大型岩浆铜镍硫化物矿床，打破了造山带岩浆活动难以形成超大型岩浆硫化物矿床的传统认识。李华等（2023）通过对东昆仑地区夏日哈木、石头坑德及浪木日等多个矿床的主要含矿岩相（橄榄岩相）和辉石岩相杂岩体中锆石U-Pb年代学及岩石地球化学的详细研究，揭示该矿区成矿母岩浆来源于岩石圈地幔，并且在岩浆演化过程中经历了硅酸盐矿物的分离结晶作用及地壳混染作用；指出矿区内橄榄石成分特征、矿化特征及蚀变作用特征均可作为重要的找矿标志；结合地球物理手段，发现该区含矿超基性岩体具有相互套合的镍、铜、钴异常富集中心，是重要的物化探找矿标志。 夏日哈木铜镍硫化物矿床中伴生有可观的钴资源，其富集机制备受关注。包亚文等（2023）对夏日哈木Ⅰ号镁铁-超镁铁质岩体中不同类型矿物的研究工作，揭示钴镍的赋存状态与矿物类型、岩浆结晶阶段有关。镁铁质岩浆硫不饱和时，早期结晶橄榄石中镍含量较高，中期结晶辉石岩的辉石晶体结构中钴发生晶体化学分散。岩浆硫饱和-硫化物熔离过程中钴镍优先进入硫化物熔体而富集，单硫化物固溶体早期结晶的磁黄铁矿中钴含量大于镍含量；中期结晶的镍黄铁矿优先富集钴，钴与镍含量负相关，钴可能与镍类质同像替换进入镍黄铁矿而优先富集；晚期钴与砷形成辉砷钴矿等钴的独立矿物，钴富集程度高但总量有限。基于此，作者指出岩浆镍钴硫化物矿床硫（砷）化物的钴含量高于硅酸盐矿物，辉砷钴矿等砷化物钴独立矿物具有最高的钴含量，并且硫化物熔离作用是钴富集的主要机制。 我国中亚造山带南缘广泛分布二叠纪镁铁-超镁铁质岩体，赋存丰富的铜镍硫化物矿床，并集中分布在新疆和甘肃地区。马博骋等（2023）对甘肃北山柳园地区骆驼山和西南山矿化岩体中的主要造岩矿物进行详细的矿物化学成分分析、矿物成分计算、矿物压力计算及母岩浆含水量反演计算，并将其与新疆北山坡北地区岩体进行对比。结果表明骆驼山和西南山岩体母岩浆结晶温度（1132～1323℃）和形成压力（0.23～0.25 GPa）比坡北略低，而其岩浆氧逸度范围略高于坡北地区岩体。结合区域地质资料，作者认为柳园地区二叠纪岩体形成于碰撞后伸展构造环境，母岩浆具有岛弧岩浆特征，地幔源区受到俯冲板片熔／流体的改造作用。 位于中亚造山带中段的内蒙古中部地区亦发育有多个岩浆铜镍硫化物矿床，其中克布矿床是近年来新发现的品位较高的铜镍硫化物矿床。焦建刚等（2023）的研究工作揭示克布岩体形成于古亚洲洋闭合后的碰撞后伸展环境，时代为268 Ma；铪、锶、钕同位素结果及铂族元素组成研究结果表明岩浆源区为经历了俯冲交代作用的富集岩石圈地幔，初始岩浆主要为高镁玄武质岩浆。在幔源岩浆侵位过程中经历了一定程度的地壳物质混染，其中地壳硫的加入是硫化物熔离并最终富集成矿的关键因素。作者指出，克布矿床铂族元素成矿潜力有限而深部铜镍成矿潜力较高，未来的研究工作应将晚期超镁铁质岩及深部岩浆通道找矿作为重点。 造山带铜镍硫化物矿床具有富水母岩浆性质，但是一直以来对于这类矿床的研究主要集中于岩浆结晶分异、岩浆混合及地壳混染等，而忽略水（流体）在成矿中的作用以及其岩石的改造作用。郑旭阳等（2023）通过对黄山南铜镍硫化物矿床中超镁铁岩的蚀变矿物组合进行研究，发现岩体分别经历了高温蚀变阶段（＞700℃）、中温蚀变阶段（700～550℃）和低温蚀变阶段（＜550℃），但以中低温蚀变为主。氢氧同位素指示岩浆水主导了蚀变过程，并且在岩浆结晶分异过程中经历了不同程度的去气作用。作者指出黄山南矿床中蚀变特征来自于岩浆阶段的“自蚀变”作用，并且这种作用在造山带铜镍硫化物矿床中普遍存在且蚀变程度较高。这项工作进一步证实了Cui et al.（2022）和Yuan et al.（2023）提出岩浆铜镍硫化物矿床中的“选择性蚀变”以及流体在成矿中的重要作用。 3 热液型钴矿床 热液型钴矿在我国的主要特点是小而分散，关注度较低，潜力不明（苏本勋等，2023），但该类型矿床占我国已探明钴资源的40%左右，主要以伴生形式产出。石磊等（2023）收集整理了近年来长江中下游成矿带的相关研究资料，系统总结了成矿带不同类型矿床中钴的赋存状态，以及钴在各类矿床中的富集特征。作者发现该地区铁矿床和硫铁矿床中主要载钴矿物为黄铁矿，少量为磁黄铁矿、磁铁矿等；铜矿床中载钴矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，少量为磁黄铁矿、斑铜矿等。钴在铁、铜和硫铁矿床中发生了不同程度富集，其中矽卡岩型铁矿床中钴较为富集，总体达到了伴生钴边界品位；矽卡岩型铜矿床中的钴多数接近或达到伴生钴边界品位；玢岩型铁矿床、斑岩型铜矿床、矽卡岩型和玢岩型硫铁矿床中钴的富集程度低，普遍未达到伴生钴边界品位。总体而言，长江中下游成矿带伴生钴资源丰富，具有良好的综合利用前景。 斑岩型矿床作为典型的岩浆热液型矿床，其钴资源尚未引起重视。黑龙江金厂斑岩型金矿，含有显著的角砾岩型矿化伴生钴的富集。单鹏飞等（2023）对该矿床开展了钴赋存状态分析，发现钴主要以类质同象形式在黄铁矿中富集，其次赋存在硫镍钴矿和辉砷钴矿中。根据黄铁矿产状与共生矿物组合，将黄铁矿分为三种不同的类型。黄铁矿Ⅰ为早期生成的自形黄铁矿，与磁铁矿共生；黄铁矿Ⅱ为晚期生成的半自形-自形黄铁矿，多被黄铜矿、石英、碳酸盐矿物包裹；黄铁矿Ⅲ为晚期石英-黄铁矿脉中的半自形-自形黄铁矿，内含石英或硅酸盐矿物包裹体。含Ⅰ型黄铁矿的样品钴含量最高，Ⅱ型次之，Ⅲ型最低，且早期形成的样品具有较高的钴含量。因此，钴的富集可能主要发生在矿床形成的早期。作者总结前人发表的金厂矿床硫、氢-氧、铅、铼-锇和氦同位素数据，提出金厂矿床中的钴极有可能来源于深部的幔源岩浆。 4 钴镍地球化学行为与测试分析 了解钴镍元素在不同类型镁铁-超镁铁岩体中的赋存状态、分布规律，进而揭示其地球化学行为是研究钴镍成矿的基础工作。白洋等（2023）分析了北美Stillwater大型镁铁-超镁铁侵入体底部基底岩系、超镁铁岩系和条带状岩系中主要硅酸盐矿物、铬铁矿及全岩的钴-镍含量及变化特征。结果显示，铬铁矿和橄榄石对岩浆中的钴镍元素分布具有明显的控制作用。底部基底岩系中由于橄榄石及铬铁矿并未大量结晶，有利于形成块状的硫化物矿石；超镁铁岩系中由于铬铁矿及橄榄石的堆晶作用，导致岩浆中钴镍元素含量迅速降低，该岩系内岩石类型几乎均不含有硫化物；条带状岩系中钴-镍元素主要进入辉石相，因而辉石中相应元素含量相比下部层位略有增加，但铬铁矿及橄榄石在超镁铁岩系的大规模堆晶，已经导致了熔体中钴镍含量亏损，无法发生具规模的硫化物矿化，而少量硫化物的出溶对于铂族元素的聚集形成具有重要意义。 毕机沟层状岩体是扬子地块北缘汉南杂岩中最重要的镁铁-超镁铁质侵入体之一，主要由下部带超镁铁质岩、中部带辉长岩和上部带闪长岩组成。栾燕等（2023）对该岩体下部带橄长岩、橄榄辉长岩和橄榄辉长苏长岩以及中部带粗粒辉长岩、磁铁辉长岩和角闪辉长岩进行全岩主微量元素及亲铜元素分析。全岩（La／Sm）N（0.43～2.89）和（Tb／Yb）N（1.08～1.52）比值以及La/Yb-Sm/Yb图解均表明毕机沟层状岩体源区属于尖晶石二辉橄榄岩。Ni/Cu-Pd/Ir图解显示毕机沟层状岩体母岩浆主要为高镁玄武岩，模拟计算及高的S/Se比值显示其母岩浆经历了～5%的地壳混染并引进了外源硫，导致毕机沟母岩浆在深部发生早期硫化物熔离，造成其极高的Cu/Pd比值（5.21×103～1.67×106）和低的铂族元素含量。毕机沟母岩浆侵位到浅部岩浆房后，下部带极少量的硫化物熔离进一步导致残余岩浆亏损铂族元素，但硫和铜含量相对升高；中部带从下部带残余岩浆中结晶分异，具有更低的铂族元素含量和相对较高的硫及铜含量。 俯冲带是壳幔元素循环的枢纽，查明钴镍在俯冲过程中的迁移和富集特征有利于理解再循环物质对岩浆源区的钴镍贡献。闫立志等（2023）对中国西南天山高压-超高压变质带中蛇纹岩、辉石岩、绿片岩、蓝片岩和榴辉岩内各硅酸盐矿物进行了主量元素及铜、钴、镍含量分析，发现硅酸盐矿物的铜含量均较低（1×10-6～76.9×10-6），钴和镍在不同岩性及不同矿物之间显示较大的含量差异。绿片岩、蓝片岩和榴辉岩中石榴子石的钴、镍含量总体呈升高趋势，蓝片岩和榴辉岩的石榴子石中钴含量由核至边明显增加，镍含量无变化。这种分布特征可能与蛇纹岩的参与程度有关，也显示钴具有较强的熔流体活动性和可迁移性。三种元素的迁移特征表明俯冲板片对产于俯冲带的富铜矿床中金属铜的贡献可能主要来自于其中的硫化物而非硅酸盐矿物，残余板片中硅酸盐矿物的熔融可能对俯冲结束后形成的岩浆铜镍硫化物矿床提供镍和钴元素的贡献。结合西南天山高压-超高压变质带所揭示的俯冲熔/流体的还原性特征，上述推论可为解释中亚造山带南缘古生代斑岩铜矿，尤其是还原性斑岩铜矿的发现，并对岩浆铜镍硫化物矿床的时空分布和成矿特征提供重要制约。 “工欲善其事，必先利其器”。钴镍地球化学行为的研究，钴镍矿床的地质勘探及开发利用都离不开相关各类分析测试技术的发展。薛丁帅等（2023）系统整理了近百年来地质样品钴镍分析方法的演变与突破，对比了各类方法的优缺点，并给出了地质样品钴镍分析的简易指导流程。文中详细回顾了地质样品中钴镍分析的前处理技术（酸溶、碱熔），全岩样品仪器分析技术（比色法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体光/质谱、Ｘ射线荧光光谱）、原位微区分析技术（电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）和同位素分析技术（多接收等离子体质谱）。通过对比前人的研究工作，总结各类方法的优缺点，以期未来遇到复杂样品时，能针对不同类型岩石和不同类型矿物，建立相关或专属的分析方法。分析技术方法的建立和发展也必将为我国战略性矿产资源的开发利用提供良好的技术支撑。 |
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