Distribution of Co-Ni in mafic-ultramafic layered intrusion and implications for formation of magmatic deposits: A case study of the Stillwater Complex

Abstract

美国Stillwater岩体是全球典型的大型层状岩体之一,由底部基底岩系、超镁铁岩系和条带状岩系组成。本文分析了该岩体不同岩石类型中橄榄石、辉石、铬铁矿及全岩的镍(Ni)、钴(Co)含量变化并揭示其控制因素。在超镁铁岩系内,橄榄石的Ni、Co含量分别为2070×10^-6~3019×10^-6和105×10^-6~205×10^-6,铬铁矿的Ni、Co含量分别为434×10^-6~1843×10^-6和221×10^-6~737×10^-6,均高于共生的斜方辉石(Ni:464×10^-6~678×10^-6;Co:31×10^-6~95×10^-6)及单斜辉石(Ni:237×10^-6~378×10^-6;Co:15×10^-6~45×10^-6)。从岩体剖面上来看,最底层岩性旋回由于尚未发生铬铁矿的堆晶,橄榄石具有较高的Co含量(173×10^-6~193×10^-6),而相应G-H岩性旋回中铬铁岩所含橄榄石的Co含量由于铬铁矿的堆晶而明显降低(125×10^-6~141×10^-6)。橄榄石的大规模结晶导致最底层岩性旋回层中的铬铁矿Ni含量(434×10^-6~558×10^-6)明显低于其它含铬铁岩的岩性旋回层(B岩性旋回层:700×10^-6~1843×10^-6;G-H岩性旋回层:641×10^-6~1206×10^-6;J-K岩性旋回层:1046×10^-6~1135×10^-6)。此外,橄榄石及铬铁矿二者的矿物比例与超镁铁岩带全岩的Co/Ni含量比值具有明显的负相关性,表明这两种矿物对熔体中Ni、Co元素的控制作用。在条带状岩系中,由于橄榄岩及铬铁矿仅在局部出现而未发生大规模堆晶作用,斜方辉石(Ni:375×10^-6~652×10^-6;Co:101×10^-6~112×10^-6)与单斜辉石(Ni:278×10^-6~384×10^-6;Co:41×10^-6~56×10^-6)的Ni、Co含量与下部岩系相比均略有增加,但全岩的Ni、Co含量(Ni:88×10^-6~947×10^-6;Co:21×10^-6~53×10^-6)相比于超镁铁岩系的Ni、Co含量(Ni:698×10^-6~1755×10^-6;Co:99×10^-6~207×10^-6)明显降低,暗示橄榄石及铬铁矿在超镁铁岩系的大规模结晶已经导致了熔体的Ni、Co亏损,从而无法发生大规模的Ni-Co硫化物矿化。而硫化物的缺失使得铂族元素(PGE)更多由铬铁矿结晶所释放出的流体汇聚并向上迁移,最终被岩体的下、中部条带状岩系中橄榄岩亚带OB-I和OB-V内饱和熔离的硫化物所捕获,形成世界级的J-M Reef和Picket Pin PGE矿化层。