新聞動(dòng)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(duì)于珠滴狀構(gòu)造礦石的成因，目前存在主要兩種觀點(diǎn)：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(yùn)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(dòng)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(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖漿作用與成礦團(tuán)隊(duì)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(guó)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(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室搭建的微米CT實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（天津三英nanoVoxel 4000），開(kāi)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(xì)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(jìn)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(duì)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(dá)1厘米，并包裹溶蝕狀橄欖石，粒間礦物主要為斜長(zhǎng)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(xì)粒珠滴狀硫化物被包裹在斜方輝石中。同時(shí)，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(diǎn)和動(dòng)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(shí)包裹少量細(xì)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(gè)硫化物的粒度大小可以用等效球體直徑來(lái)表示（equivalent sphere diameter，ESD），最大的一個(gè)硫化物ESD超過(guò)了1個(gè)厘米（圖3b），ESD大于4個(gè)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(xì)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(diǎn)可能指示了細(xì)粒硫化物的聚集過(guò)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(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)珠滴狀礦石進(jìn)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(kāi)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(duì)粒度大小不同的三個(gè)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?？紫毒W(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(gè)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(gè)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(gè)孔隙（圖5f）。因此，硫化物珠滴形態(tài)的演化可能指示了細(xì)粒硫化物珠滴隨晶粥粒間熔體向下運(yùn)移并聚集形成粗粒硫化物珠滴的過(guò)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(jìn)一步克服堆晶粒間的毛細(xì)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(gè)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(duì)比（d，e，f）
這項(xiàng)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(guò)統(tǒng)計(jì)硫化物珠滴的形態(tài)特點(diǎn)來(lái)指示巖漿流動(dòng)的方向，這類工作的假設(shè)是巖漿裹挾著硫化物珠滴進(jìn)行運(yùn)移。本次研究表明，在開(kāi)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(guò)程，則硫化物珠滴的形態(tài)特點(diǎn)不能指示巖漿流動(dòng)的方向。
該研究受中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（編號(hào)XDA0430303）和青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目（2022358），以及國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)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).
