镍（Ni）和钴（Co）是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金等关键原料，在国防军工（如喷气发动机、火箭发动机、雷达、导弹的部件等）和民用工业（机器制造、永磁材料、电子路线等）等领域的应用无可替代。近年来，随着新能源产业的跳跃式发展，Ni和Co在制造新能源电池方面显示出极其重要的应用前景。在我国，Ni和Co均高度依赖进口，是重要的“资源短缺型战略性关键矿产”（毛景文等，2019）。

我国绝大部分Ni和Co均产自岩浆硫化物矿床。岩浆硫化物矿床赋存于镁铁质—超镁铁质岩体中，是起源于地幔部分熔融的镁铁质岩浆上侵到地壳经历一系列演化过程达到硫饱和、发生硫化物熔离并聚集的产物。传统观点认为大型—超大型岩浆硫化物矿床形成于地幔柱或大陆裂谷等伸展背景，因为这种背景有利于地幔源区在短时间内产生大规模的镁铁质岩浆活动，为硫化物成矿提供充足的物质基础（Nadrett, 2004）。然而，近年来地质学家在全球造山带发现了一些大型—超大型岩浆硫化物矿床，特别是在我国东昆仑造山带发现的夏日哈木超大型岩浆Ni-Co硫化物矿床（Li et al., 2015; Song et al., 2016; Zhang et a., 2017），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。

目前，关于造山带内大规模硫化物成矿的动力学机制存在较大争论，不同学者提出了以下三种可能的机制：（1）地幔柱与造山带的叠置（Qin et al., 2011）或者地幔柱导致古特提斯洋开裂（李文渊，2018）；（2）岩石圈地幔受俯冲流体交代、发生部分熔融产生玻安质岩浆活动（Li et al., 2015）；（3）碰撞—碰撞后伸展过程中发生俯冲板片撕裂、形成板片窗，导致软流圈物质上涌诱发玄武质岩浆活动（Song et al., 2013, 2016）。

最近，我们通过对东昆仑造山带夏日哈木超大型岩浆Ni-Co硫化物矿床钻孔样品详细的岩石地球化学、Sr-Nd同位素、以及Mg同位素综合研究（图1），

图1 夏日哈木矿床两个典型钻孔样品的全岩MgO、Total REE和Sr-Nd同位素、以及斜方辉石Mg同位素组成随深度变化

取得以下新的认识（图2）：

（1）夏日哈木岩体方辉橄榄岩具有低的(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i（0.7067 – 0.7080）和高的ε_Nd(t)（+0.4 ~ +1.8），且其中斜方辉石的δ²⁶Mg在-0.49 ~ -0.34‰之间，明显低于正常地幔的值（-0.25 ± 0.04‰），反映了其地幔源区有俯冲碳酸盐的参与。地幔碳酸盐化将导致地幔岩固相线温度大大降低，在受到外来热扰动时（如软流圈地幔上涌），将更容易在短时间内产生大规模镁铁质岩浆活动，为超大型岩浆Ni-Co硫化物成矿奠定关键的物质基础。

（2）绝大部分斜方辉石岩、二辉辉石岩、辉长苏长岩富集Sr-Nd同位素，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i和ε_Nd(t) 分别在0.7087 ~ 0.7118 和 -4.0 ~ -1.4之间，且其中斜方辉石的δ²⁶Mg在-0.34 ~ -0.21‰之间，相对富集重的Mg同位素，表明这些岩石是幔源原始岩浆在深部岩浆房内经历强烈的地壳物质同化混染形成的。这一结果暗示深部岩浆房地壳同化混染是控制岩浆达到S饱和、发生硫化物熔离的关键因素。

（3）边缘相样品（即图1中与岩体顶/底围岩直接接触的样品，距围岩仅几十厘米到几米不等，包括二辉辉石岩和辉长苏长岩）显示出最为富集的(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i和ε_Nd(t)特征（0.7127 ~ 0.7172 和 -5.4 ~ -4.8），其中斜方辉石的δ²⁶Mg（-0.44 ~ -0.33‰）相对变低。这些同位素异常与样品空间的耦合，表明直接围岩同化混染作用只局限在非常窄的边缘相。

图2 夏日哈木矿床样品全岩Sr-Nd同位素与斜方辉石Mg同位素二元相关图及其定量模拟计算（详见Chen et al., 2021）

结合区域构造演化，我们建立了夏日哈木超大型岩浆Ni-Co硫化物矿床的综合成因模式（图3）：原特提斯洋俯冲阶段板片携带的富Mg碳酸盐经流体进入地幔楔，形成碳酸盐交代；之后，同碰撞—碰撞后阶段发生俯冲板片撕裂、形成板片窗，导致软流圈上涌、加热（碳酸盐和/或流体）交代地幔，诱发大规模地幔部分熔融，短时间内产生大规模岩浆活动。先上侵的低δ²⁶Mg原始岩浆在深部岩浆房经历强烈的地壳物质同化混染，导致δ²⁶Mg值升高，随后上升进入夏日哈木岩浆房形成斜方辉石岩、二辉辉石岩、辉长苏长岩。再次上侵的低δ²⁶Mg原始岩浆经过深部岩浆房（无或经历弱的地壳物质同化混染），并上侵到夏日哈木岩浆房形成方辉橄榄岩。

图3 夏日哈木矿床成因综合模式图（详见Chen et al., 2021）

上述认识的重要科学意义体现在：一、提出了造山带岩浆Ni-Co硫化物大规模成矿新的动力学机制，即“地幔源区碳酸盐化有利于短时间内产生大规模镁铁质岩浆活动，为造山带内（超大型）岩浆Ni-Co硫化物大规模成矿奠定重要的物质基础”。二、厘清了镁铁—超镁铁质岩体成因研究的一些模糊认识，包括：（1）岩体中部分原始的堆晶岩相（如夏日哈木方辉橄榄岩）能够有效记录其地幔源区的地球化学特征，并用来探讨地幔演化过程；（2）岩体的母岩浆受直接围岩同化混染的影响极其有限，相反，同化混染作用主要发生在深部岩浆房。

上述研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究（STEP）（2019QZKK0801）、国家自然科学基金项目（41873026、41630316和41473050）和中国科学院先导战略计划(XDB18000000)联合资助；成果发表在岩石学主流刊物《Journal of Petrology》上。论文链接如下：https://doi.org/10.1093/petrology/egaa113

参考文献

李文渊, (2018). 古亚洲洋与古特提斯洋关系初探. 岩石学报, 34: 2201–2210.

毛景文, 杨宗喜, 谢桂青, 袁顺达, 周振华, (2019). 关键矿产——国际动向与思考. 矿床地质, 38: 689–698.

Chen, L.-M., Song, X.-Y., Hu, R.-Z., et al. (2021). Mg–Sr–Nd isotopic insights into petrogenesis of the Xiarihamu mafic–ultramafic intrusion, northern Tibetan Plateau, China. Journal of Petrology 62, doi.org/10.1093/petrology/egaa113.

Li, C., Zhang, Z., Li, W., et al. (2015). Geochronology, petrology and Hf–S isotope geochemistry of the newly-discovered Xiarihamu magmatic Ni–Cu sulfide deposit in the Qinghai–Tibet plateau, western China. Lithos 216–217, 224–240.

Naldrett, A. J. (2004). Magmatic Sulfide Deposits: Geology, Geochemistry and Exploration: Springer.

Qin, K.-Z., Su, B.-X., Sakyi, P. A., et al. (2011). SIMS zircon U-Pb geochronology and Sr-Nd isotopes of Ni-Cu-bearing mafic-ultramafic intrusions in eastern Tianshan and Beishan in correlation with flood basalts in Tarim Basin (NW China): Constraints on a ca. 280 Ma mantle plume. American Journal of Science 311, 237–260.

Song, X.-Y., Chen, L.-M., Deng, Y.-F. et al. (2013). Syncollisional tholeiitic magmatism induced by asthenosphere upwelling owing to slab detachment at the southern margin of the Central Asian Orogenic Belt. Journal of the Geological Society 170, 941–950.

Song, X.-Y., Yi, J.-N., Chen, L.-M., et al. (2016). The giant Xiarihamu Ni-Co sulfide deposit in the east Kunlun orogenic belt, northern Tibet plateau, China. Economic Geology 111, 29–55.

Zhang, Z., Tang, Q., Li, C., et al. (2017). Sr-Nd-Os-S isotope and PGE geochemistry of the Xiarihamu magmatic sulfide deposit in the Qinghai–Tibet plateau, China. Mineralium Deposita 52, 51–68.