全 文 ：书2016 年 8 月
August，2016
矿 床 地 质
MINEＲAL DEPOSITS
第 35 卷 第 4 期
35 (4):724 ～ 736
文章编号:0258-7106 (2016)04-0724-13 Doi:10． 16111 / j． 0258-7106． 2016． 04． 007
山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因
的指示
*
孙 涛1，2，李 超3，张增奇4，孙 斌4，程 伟4，王登红2
(1 云南大学资源环境与地球科学学院，云南 昆明 650091;2 中国地质科学院矿产资源研究所 国土资源部成矿作用与资源
评价重点实验室，北京 100037;3 国家地质实验测试中心 中国地质科学院 Ｒe-Os重点实验室，北京 100037;4 山东省地
质科学实验研究院 国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室 山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，
山东 济南 250013)
摘 要 桃科铜镍矿床是山东目前发现的仅有的 2 处铜镍矿床之一，也是中国最早开采的铜镍矿床之一，同时
也可能是中国形成时代最老的铜镍矿床。含矿岩体主要由橄榄辉长苏长岩、蚀变辉长苏长岩、变辉长岩、角闪岩组
成，主要矿物为贵橄榄石、古铜辉石、普通辉石、角闪石和中基性斜长石(培长石、中长石、拉长石)，岩石常发生强烈
的绿泥石化、钠黝帘石化、纤闪石化;矿石中黄铜矿 +镍黄铁矿 +磁黄铁矿的矿物组合，为典型的岩浆型铜镍硫化物
矿床的矿物组合;岩石及矿物特征表明矿床为岩浆作用的产物。通过矿物显微结构特征以及计算得出:桃科岩体橄
榄石开始结晶温度大约在 1421℃左右，古铜辉石和普通辉石的结晶温度在 1030 ～ 1230℃之间，两矿物相在岩石中可
以共存。矿石中大量镍黄铁矿蚀变为针镍矿，黄铜矿在边部蚀变为斑铜矿，以及黄铁矿较高的 Co /Ni 比值(0. 1 ～
12. 9，平均 4. 1)，都表明矿床在后期遭受了强烈的热液叠加改造作用。
关键词 地球化学;矿物学特征;矿床成因;铜镍硫化物矿床;桃科;山东
中图分类号:P618． 41;P 618． 63 文献标志码:A
Mineralogical characteristics of Taoke Cu-Ni sulfide deposit in Shandong Province
and its indications for metallogenic genesis
SUN Tao1，2， LI Chao3， ZHANG ZengQi4， SUN Bin4， CHENG Wei4 and WANG DengHong2
( 1 School of Ｒesource Environment and Earth Sciences， Yunnan University， Kunming 650091， Yunnan， China; 2 MＲL Key Laborato-
ry of Metallogeny and Mineral Assessment， Institute of Mineral Ｒesources， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing 100037，
China; 3 National Ｒesearch Center for Geoanalysis， Key Laboratory of Ｒe-Os Isotope Geochemistry， CAGS， Beijing 100037， China; 4
Shandong Institute of Geological Sciences， Shandong Key Laboratory of Geological Processes and Ｒesource Utilization in Metallic Min-
erals， Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Ｒesources Utilization Subordinated to the Ministry of
Land and Ｒesources， Jinan 250013， Shandong， China)
Abstract
The Taoke Cu-Ni sulfide deposit， one of the two recently discovered Cu-Ni deposits in Shandong Province， is
also one of the earliest exploited deposits in China and probably the oldest Cu-Ni deposit in China． The ore-forming
intrusion is mainly composed of olivine gabbronorite， altered gabbronorite， altered gabbro and amphibolite， and the
mainly minerals consist of chrysolite， bronzite， pyroxene， hornblende and plagioclase ( including bytownite，
* 本文得到“国家自然科学青年基金”项目(编号:41402070)和“中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务”项目(编号:DD20160346)联
合资助
第一作者简介 孙 涛，男，1983 年生，副教授，主要从事矿床地质的教学与科研工作。Email:suntao06@ 126． com
收稿日期 2015-06-08;改回日期 2016-06-15。苏 杭编辑。
andesine and labrador) ， with chloritization， saussuritization and uralitization occurring in the rocks． Chalcopyrite +
pentlandite + pyrrhotine is the typical ore mineral assemblage of the magmatic Cu-Ni sulfide deposit． The mineral
microstructure features and calculated crystallization temperature of the silicate minerals ( about 1421℃ for olivine
and between 1030℃ to 1230℃ for pyroxenes) suggest that the two mineral phases could coexist in the magma． A
large quantity of pentlandite was altered to millerite， the bornite is distributed at the edge of the chalcopyrite， and
the Co /Ni ratios of the pyrite are relatively high ( from 0. 1 to 12. 9， averagely 4. 1) ． These characteristics show that
there existed strong hydrothermal alteration in the later magma process of the Taoke Cu-Ni sulfide deposit．
Key words: geochemistry， mineralogical characteristics，metallogenic genesis， Cu-Ni sulfide deposit， Taoke，
Shandong
山东桃科铜镍矿床位于济南市南东约 17 km
处，赋存于桃科镁铁-超镁铁质岩体中;大地构造位
置位于华北克拉通东部陆块，分布于新太古代泰山
岩群变质岩区(图 1)。桃科矿床可能是中国最早开
采的铜镍矿床，1940 年左右日本人就开始掠夺开采，
每日产出镍矿石数吨，持续有 3 年之久(冶金工业局
502 队，1958)。最新数据结果显示，桃科矿床形成于
新太古代(锆石 U-Pb年龄为(2715 ± 16)Ma，内部资
料未发表) ，可能是中国目前已发现的形成时代最老
的铜镍矿床(Sun et al．，2015)。
图 1 桃科岩体大地构造位置(据 Wan et al．，2006 修改)
1—古元古代造山带中出露的古元古代火山-沉积建造;2—古元古代出露的古元古代沉积建造;3—东、西部(阴山、鄂尔多斯)陆块;4—古
元古代造山带中被埋藏基底;5—古元古代造山带中出露的太古代基底;6—主要断裂
Fig． 1 The tectonic location of the Taoke mafic-ultramafic intrusion (modified after Wan et al．，2006)
1—Exposed Paleoproterozoic volcanic-sedimentary unit in the Paleoproterozoic orogens;2—Exposed Paleoproterozoic sedimentary unit in the Paleoprot-
erozoic orogens;3—Eastern and Western (Yinshan and Ordos)Blocks;4—Hidden basement in the Paleoproterozoic orogens;5—Exposed Ar-
chaean basement in the Paleoproterozoic orogens;6—Major fault
527第 35 卷 第 4 期 孙 涛等:山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因的指示
然而，中国学者对桃科矿床的研究也是国内同
类研究最早的，尽管对矿床成因的认识尚未摆脱外
国学者的影响;冶金部前苏联地质顾问彼波奇金从
不同的角度认为是岩浆成因的，前民主德国 A．许勒
院士认为该矿床受岩浆作用与变质作用的综合因素
控制，前苏联科学院巴普洛夫专家以及陪同前往桃
科的李璞和王恒升等专家认为桃科矿床为热液成因
镍矿床(冶金工业局 502 队，1958) ;中国学者陈正等
(1956)通过对紫硫镍铁矿的详细研究，认为桃科矿
床属于后期岩浆至高温热液期的产物。本次在桃科
矿床中发现了针镍矿，并结合其他矿物特征及结构
构造关系，拟对矿床的成因进行探讨。
1 矿床地质特征
桃科铜镍矿区总范围约 40 km2，矿床规模为小
型;矿区地层主要由泰山群的片岩、角闪岩以及片麻
岩组成，岩浆岩主要有花岗岩、英云闪长岩以及少量
脉状岩石;矿区构造主要为 NW向构造，次级构造为
NE向展布。整个岩体群由桃科、黄庄、岱密庵、大错
沟、枣园、石窑、红洞沟、艾庄等多个小的超基性岩体
组成，与围岩呈侵入接触。其中，红洞沟含矿基性岩
体长约 500 m，最宽处约 70 m，呈 NW-SE 向展布。
岩体岩性相对较简单，主要由橄榄辉长苏长岩、蚀变
辉长苏长岩、变辉长岩、角闪岩组成(图 2a) ，具有堆
晶结构、包含结构、辉长结构等;总体基性程度不高;
岩石蚀变较强，常发生较强的绿泥石化、钠黝帘石
化、纤闪石化以及部分蛇纹石化。橄榄苏长辉长岩
主要分布在红洞沟岩体中，长约 500 m，宽一般 20 ～
30 m，其南东部分已变质成角闪岩或含硫化物的阳
起岩或绿泥绿帘阳起岩;变辉长岩从桃科经黄庄、大
错沟、枣园、石窖，直至艾庄呈 NW 向分布，长约 18
km，宽几十至几百米，主要矿物成分为次生角闪石、
斜长石及钠黝帘石;角闪岩在岱密庵至湖太一带
图 2 山东桃科铜镍矿床地质简图(a)和红洞沟矿体中Ⅵ号(b)、Ⅴ号(c)勘探线剖面图(据冶金工业局 502 队，1958 修改)
1—第四系;2—片岩;3—片麻岩;4—细晶岩;5—角闪岩;6—变质玢岩;7—花岗岩;8—闪长岩;9—变辉长岩;10—橄榄苏长辉长岩;
11—褐铁矿化;12—硫化物矿体
Fig． 2 Simplified geological map of the Taoke intrusion(a) ，the Ⅵ (b)and Ⅴ (c)geological section of the Hongdonggou
orebody (modified after the report of No． 502 Geological Party，Metallurgical Industry Bureau，1958)
1—Quaternary;2—Schist;3—Gneiss;4—Aplite;5—Amphibolite;6—Metamorphic porphyrite;7—Granite;8—Diorite;9—Metamorphic
gabbro;10—Olivine gabbro-norite;11—Ferritization;12—Sulfide orebod
627 矿 床 地 质 2016 年
有较大的岩体，长约 5 km，最宽处 700 m，其他如黄
庄前山、黄庄后山、石窖皆有分布，但一般规模不大，
长仅几百米，宽几十米，可能是由橄榄苏长辉长岩蚀
变而来。
桃科矿床共由 5 个矿体组成，其中红洞沟矿体
最大、最具代表性。矿体呈陡倾斜的侧幕状、透镜体
状分布在橄榄苏长辉长岩中(图 2b、c) ，矿体向下延
伸约 100 ～ 200 m，宽约 1 ～ 5 m，与岩石产状一致。
岩石常蚀变成角闪岩，呈细-中粒状、纤维状，并且已
经片理化，硫化物呈细脉状、浸染状分布于岩石片理
或碎块之中;在阳起石化、绿泥石化越强的部位，硫
化物含量越高。矿体厚度自 SE 往 NW 方向逐渐变
厚，品位也逐渐增高。矿石类型主要有珠滴状矿石、
中等浸染状矿石、稀疏浸染状矿石(图 3a)、星点状
矿石;矿石结构有固熔体分离结构、包裹结构、交代
溶蚀结构和交代残余结构;在地表常见有孔雀石化
(图 3b)、铜蓝等。
2 样品及分析方法
本次工作对岩体中主要的岩性和矿石类型均进
行了样品采集，其中在地表采取了橄榄辉长苏长岩、
蚀变辉长苏长岩、变辉长岩、角闪岩样品，在钻孔采
取了橄榄辉长苏长岩和各类矿石样品，包括珠滴状、
中等浸染状、稀疏浸染状、星点状矿石。
对硅酸盐矿物(如橄榄石、辉石、角闪石、斜长
石)和金属矿物(如黄铁矿、黄铜矿、针镍矿、镍黄铁
矿)的电子探针微区分析在国土资源部成矿作用与
资源评价重点实验室采用 JXA-8230 型电子探针进
行。重点开展了:背散射电子像观察和成分定量分
析。采用的工作条件为:电流 2. 0 × 10 －8 A，电压 15
kV，以获得最高的峰背比和最好的空间分辨率，电子
束半径 1 ～ 3 μm。金属硫化物测试中标准样品 Cu
元素采用黄铜矿，Fe、S 元素采用黄铁矿，Ni 元素采
用硫镍矿。
3 矿物学特征
3． 1 硅酸盐矿物
桃科镁铁-超镁铁质岩体矿物成分主要由橄榄
石、辉石、角闪石和斜长石组成。橄榄石呈浑圆状，
主要分布在橄榄辉长苏长岩中;Fo(Mg2 + /(Fe2 + +
Mg2 +) )= 75 ～ 81，相对较集中，均为贵橄榄石(表
1) ，常有蛇纹石化;橄榄石颗粒里见有包含铬铁矿和
早期的硫化物珠滴，以及少量颗粒细小的、自形的斜
长石(图 3c ～ e) ，同时橄榄石本身也常被辉石包裹
形成包橄结构(图 3f)。
辉石主要为古铜辉石和普通辉石(图 4) ，普通
辉石有 2 种:一种 Mg、Fe 含量相对较高、Ca 含量相
对较低;另一种 Ca 含量相对较高，Mg、Fe 含量相对
较低，前者可能较后者结晶早，为与古铜辉石过渡阶
段结晶矿物;辉石常发生绿泥石化和纤闪石化，常包
裹橄榄石及早期自形的斜长石，形成包含结构。斜
长石多发生钠黝帘石化，新鲜的斜长石环带和双晶
均较发育，聚片双晶、卡-钠复合双晶均有;斜长石可
分为 2 期结晶:一类是包含在橄榄石晶体内部(图
3c、e、f) ，呈自形的细小的粒状，多数为培长石;另一
类为与辉石总体上同期结晶，形成较为典型的辉长
结构，多数为培长石、拉长石，少量的中长石和钠长
石(表 1)。角闪石不多，往往发生纤闪石化、阳起石
化。根据矿物之间的接触关系，大体可将矿物结晶
生成顺序划分为如下:斜长石 +橄榄石→斜长石 +
橄榄石 +古铜辉石→古铜辉石 +普通辉石(Ca 含量
相对较低)+斜长石→普通辉石(Ca 含量较高)+斜
长石 +角闪石。
3． 2 金属矿物
金属矿物主要由黄铁矿、黄铜矿、针镍矿，少量
镍黄铁矿、铂族矿物(PGM)、磁黄铁矿、磁铁矿、铬铁
矿、钛铁矿组成。黄铁矿含量较高、较普遍，在各种
类型矿石中均有见到;黄铜矿在矿石中的含量仅次
于黄铁矿，在各种类型矿石中也可见到;针镍矿也是
矿石中主要的金属矿物之一，主要在珠滴状矿石和
中等浸染状矿石中分布。
3． 2． 1 黄铁矿
显微镜下呈黄白色，无(弱)多色性，均质性，双
反射不明显，无内反射，常包裹早期形成的磁铁矿
(图 5a)。可以分为 2 个世代;早期黄铁矿多呈自形-
半自形晶，粒度一般较小，在 0. 1 ～ 0. 2 mm，常被黄
铜矿、针镍矿包裹(图 5b) ，接触边缘一般较规则;另
一期黄铁矿主要呈半自形晶产出，颗粒大小不一，一
般在 0. 2 ～ 0. 6 mm 之间，最大可达 1 mm;常与黄铜
矿、针镍矿呈固溶体分离结构，接触界线较平直，黄
铁矿呈叶片状在黄铜矿中出溶(图 5c、d)。
黄铁矿的 Co、Ni 含量较低(表 2) ，但 Co /Ni 比
值较大，其变化范围也较大，为 0. 1 ～ 12. 9 之间，且
不同世代的黄铁矿其Co、Ni含量及Co / Ni都不同
727第 35 卷 第 4 期 孙 涛等:山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因的指示
图 3 桃科岩体显微镜下照片
a． 橄榄苏长辉长岩中稀疏浸染状硫化物;b． 地表橄榄苏长辉长岩上见有孔雀石化;c． 橄榄苏长辉长岩中橄榄石晶体里包裹铬铁矿，单斜
辉石包裹早期自形斜长石;d． 橄榄石晶体里早期形成的硫化物珠滴;e． 橄榄石发生蛇纹石化，包裹早期形成的斜长石;f． 斜方辉石包裹
橄榄石和斜长石形成包含结构
Ol—橄榄石;Opx—斜方辉石;Cpx—单斜辉石;Pl—斜长石;Hbl—角闪石;Chr—铬铁矿;Serp—蛇纹石;Sulf—硫化物
Fig． 3 Photos of microphotographs of representative rock samples
a． Sparsely disseminated sulfides in the olivine gabbro norite;b． Malachitized alteration on the surface of the olivine gabbro norite;c． Chromite and
plagioclase inclusions within olivine and clinopyroxene crystals，respectively;d． Small sulfide inclusions within olivine crystals，sulfide bearing olivine
gabbro norite;e． Plagioclase inclusions within olivine crystals;f． Poikilitic texture of olivine gabbro norite
Ol—Olivine，Opx—Orthopyroxene，Cpx—Clinopyroxene，Pl—Plagioclase，Hbl—Hornblende，Chr—Chromite，Serp—Serpentine，Sulf—Sulfide
827 矿 床 地 质 2016 年
927第 35 卷 第 4 期 孙 涛等:山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因的指示
图 4 辉石的 Wo-En-Fs图解
Fig． 4 Wo-En-Fs diagram of pyroxenee
(图 6)。其中早期黄铁矿的 Co /Ni比值较低，在 0. 1
～ 9. 3 之间，平均为 3. 7;第二期黄铁矿的 Co /Ni 比
值偏高，在 0. 6 ～ 12. 9 之间，平均为 4. 3。黄铁矿
Co /Ni比值的变化与黄铁矿形成时的物化条件及矿
物组合密切相关;在早期黄铁矿形成阶段，成矿温度
较高，且没有镍黄铁矿、磁黄铁矿生成，硫化物体系
中 Ni含量较高，致使进入黄铁矿中的 Ni 相对较高;
在第二期形成阶段，黄铁矿与镍黄铁矿、黄铜矿、磁
黄铁矿几乎同时熔离，Ni优先进入镍黄铁矿、磁黄铁
矿，致使含矿流体中 Ni 含量甚少，其 Co /Ni 比值增
大(李虎杰等，1995)。另外，桃科矿床黄铁矿中 Co /
Ni比值的偏高，表明岩浆期后有热液作用的存在。
3． 2． 2 黄铜矿
矿石中它的含量仅次于黄铁矿的金属矿物，分
布普遍，是最主要的工业铜矿物。显微镜下呈铜黄
色，无(弱)多色性，弱非均质性，双反射不明显，无内
图 5 桃科矿床中黄铁矿与其他硫化物关系
a． 黄铁矿与黄铜矿包裹早期自形的磁铁矿;b． 黄铜矿、针镍矿与早期自形的黄铁矿;c．黄铁矿与黄铜矿接触界线较平直，黄铁矿在黄铜矿中
出溶;d． 黄铁矿呈叶片状在黄铜矿中出溶
Cpx—单斜辉石;Pl—斜长石;Mag—磁铁矿;Py—黄铁矿;Cpy—黄铜矿;Mil—针镍矿
Fig． 5 The relationship between pyrite and other sulfides
a． Pyrite and chalcopyrite enclosing the early formed magnetite;b． Chalcopyrite，millerite and the early formed pyrite;c． Pyrite
and chalcopyrite exhibiting straight contact boundary，and the pyrite exsolved in the chalcopyrtie;d． Laminated pyrite exsolved in the chalcopyrite
Cpx—Clinopyroxene，Pl—Plagioclase，Mag—Magnetite;Py—Pyrite;Cpy—Chalcopyrite;Mil—Millerite
037 矿 床 地 质 2016 年
表 2 桃科矿床硫化物电子探针分析结果(w(B)/%)
Table 2 Electron microprobe analyses of the sulfides from the Taoke deposit(w(B)/%)
编号 矿物 个数 Se S Pb Te Fe Co Cu Ni 总和
TKK1 黄铁矿 2 0． 01 53． 13 0． 09 0． 01 46． 36 0． 20 0． 02 0． 14 99． 96
TKK3 黄铁矿 5 0． 01 53． 38 0． 06 0． 01 46． 22 0． 34 0． 03 0． 21 100． 26
TKK8 黄铁矿 4 0． 05 53． 08 0． 06 0． 01 45． 75 0． 74 0． 01 0． 18 99． 88
TKK4 黄铁矿 4 0． 01 53． 39 0． 04 0． 01 46． 32 0． 25 0． 07 0． 08 100． 17
TKK9 黄铁矿 3 0． 02 53． 66 0． 07 0． 01 46． 43 0． 25 0． 01 0． 08 100． 52
TKK6 黄铁矿 3 0． 03 53． 35 0． 09 0． 01 46． 32 0． 21 0． 04 0． 15 100． 20
TKK10 黄铁矿 3 0． 01 53． 51 0． 05 0． 01 46． 28 0． 35 0． 01 0． 07 100． 29
TKK14 黄铁矿 1 0． 03 53． 31 0． 11 0． 04 46． 93 0． 23 0 0． 04 100． 68
TKK15 黄铁矿 5 0． 02 52． 99 0． 07 0 46． 52 0． 22 0 0． 08 99． 91
TKK1 黄铜矿 3 0． 02 34． 61 0． 06 0 30． 62 0． 05 34． 43 0 99． 78
TKK3 黄铜矿 4 0． 01 34． 38 0． 04 0． 01 30． 41 0． 03 34． 59 0 99． 47
TKK8 黄铜矿 5 0． 03 34． 57 0． 06 0 30． 47 0． 03 34． 49 0． 03 99． 66
TKK4 黄铜矿 5 0． 02 34． 97 0． 05 0． 02 30． 56 0． 05 34． 44 0 100． 10
TKK9 黄铜矿 3 0． 01 35． 10 0． 04 0． 01 30． 27 0． 06 34． 76 0 100． 24
TKK6 黄铜矿 1 0． 01 34． 82 0． 01 0 30． 13 0． 02 34． 32 0 99． 31
TKK10 黄铜矿 3 0． 01 34． 72 0． 09 0 30． 24 0． 04 34． 57 0 99． 66
TKK14 黄铜矿 2 0． 02 34． 83 0． 06 0． 01 30． 43 0． 05 34． 80 0． 05 100． 24
TKK15 黄铜矿 5 0． 01 34． 32 0． 09 0． 01 30． 46 0． 04 34． 66 0 99． 58
TKK1 针镍矿 1 0． 13 35． 42 0． 03 0． 22 0． 68 0． 01 0． 09 63． 73 100． 28
TKK8 针镍矿 9 0． 11 34． 99 0． 04 0． 19 1． 43 0． 05 0． 19 62． 58 99． 57
TKK9 针镍矿 3 0． 12 35． 42 0． 05 0． 24 0． 62 0 0． 10 63． 24 99． 80
TKK6 针镍矿 2 0． 08 35． 92 0 0． 23 0． 62 0 0． 07 62． 78 99． 71
TKK10 针镍矿 4 0． 07 35． 70 0． 05 0． 22 0． 66 0． 01 0． 11 62． 79 99． 62
TKK14 针镍矿 2 0． 15 35． 49 0． 11 0． 25 0． 61 0． 10 0． 15 62． 81 99． 65
TKK15 针镍矿 8 0． 12 34． 56 0． 08 1． 44 0． 46 0． 28 0． 10 62． 69 99． 73
TKK3 镍黄铁矿 3 0． 04 33． 25 0． 15 0． 11 31． 92 0． 06 0． 02 34． 15 99． 70
TKK14 斑铜矿 3 0 26． 11 0． 03 0 5． 98 0． 04 66． 43 0． 72 99． 31
图 6 桃科矿床中黄铁矿 Co-Ni 关系图解(底图据陈殿芬
等，1995;巴西 Sossego铁氧化物铜金矿床数据引自 Mon-
teiro et al．，2008)
Fig． 6 Co versus Ni diagram of the pyrite from the Taoke de-
posit (modified after Chen et al．，1995;data of the Sossego i-
ron oxide copper gold deposit in Brazil after Monteiro
et al．，2008)
反射。半自形-他形，粒度大小不一，一般在 0. 2 ～
1. 0 mm之间，大者可达 5 mm。常呈乳滴状在黄铁
矿中出溶(图 7a、b) ，接触边界规则;也可见黄铜矿
交代溶蚀黄铁矿，使黄铁矿边界呈锯齿状(图 7c) ;
部分黄铜矿发生热液蚀变成斑铜矿(图 7d) ，分布在
黄铜矿边缘。黄铜矿电子探针分析结果表明(表
2) ，Fe /Cu原子比值为 0. 984 ～ 1. 015，平均为 1. 002;
黄铜矿中w(Ni)很低，为 0 ～ 0. 05%，而热液蚀变后
的斑铜矿中w(Ni)较高，为 0. 72%;表明热液蚀变作
用使 Ni元素在斑铜矿中相对富集。
3． 2． 3 镍黄铁矿
矿石中镍黄铁矿相对较少，镍黄铁矿呈较自形
的细小颗粒，分布在黄铁矿中，与磁黄铁矿共生(图
8a) ，大部分都已蚀变成针镍矿，仅在部分样品见有
少量的镍黄铁矿残余。镍黄铁矿、黄铜矿之间接触
界线都较平直，两者相互出溶，具有共生特点。针镍
矿呈浅黄铜色，粒度大小不等，一般在 0. 05 ～ 3. 00
mm之间;针镍矿与黄铜矿共生时呈2种形态出现:
137第 35 卷 第 4 期 孙 涛等:山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因的指示
图 7 桃科矿床中黄铜矿与其他硫化物关系
a＆b． 黄铜矿与黄铁矿接触界线平直，黄铜矿在黄铁矿中出溶;c． 黄铜矿交代溶蚀黄铁矿，使黄铁矿呈锯齿状边界;d． 黄铁矿、黄铜矿、
针镍矿具有平直的接触界线，斑铜矿呈细小的颗粒分布在黄铜矿边缘，具有热液的特征
Opx—斜方辉石;Pl—斜长石;Py—黄铁矿;Cpy—黄铜矿;Mil—针镍矿;Bn—斑铜矿
Fig． 7 The relationship between chalcopyrite and other sulfides
A ＆ b． Chalcopyrite and pyrite exhibiting straight contact boundary，and the chalcopyrite exsolved in the pyrite;c． Chalcopyrite replacing pyrite and
forming the serrated boundary;d． Pyrite，chalcopyrite and millerite exhibiting straight contact boundary，the small bornite distributed at the
edge of the chalcopyrite and reflecting the characteristics of hydrothermal solution
Opx—Orthopyroxene，Pl—Plagioclase，Py—Pyrite;Cpy—Chalcopyrite;Mil—Millerite;Bn—Bornite
一种是分布在黄铜矿边缘，颗粒常细小(图 8b) ;另
一种呈大片的晶体与黄铜矿共生产出，一般颗粒较
大(图 8c)。也可见针镍矿交代黄铜矿呈孤岛状，形
成交代残余结构(图 8d)。
黄铁矿晶体自形程度较高，常被黄铜矿和针镍矿
包裹，可能是早期形成;镍黄铁矿和针镍矿的电子探
针成分分析结果表明(表 2) ，针镍矿中w(Se)为
0. 07% ～0. 15%，镍黄铁矿中w(Se)为 0. 04%;针镍矿
中w(Te)为 0. 19% ～ 1. 44%，镍黄铁矿中w(Te)为
0. 11%;针镍矿中w(Cu)为 0. 07% ～0. 19%，镍黄铁矿
中w(Te)为 0. 02%;镍黄铁矿在受热液蚀变形成针镍
矿后，除了 Ni元素富集之外，Se、Te、Cu元素具有明显
的富集，而 As、Co、Pb元素含量没发生较大变化。
4 矿物形成温度
4． 1 橄榄石结晶温度
组成桃科岩体的各个岩相特征表明，分异演化
最早期形成橄榄辉长苏长岩(TK-7) ，该岩相发育包
橄结构和含长结构，即橄榄石和早期形成的斜长石
被包嵌在辉石等矿物的晶体中，说明橄榄石是岩浆
中早期结晶的矿物;另外，该样品采自钻孔岩芯，样
品新鲜，几乎未有蚀变。部分橄榄石与古铜辉石之
间互相穿插生长，说明古铜辉石与橄榄石经历过一
237 矿 床 地 质 2016 年
图 8 桃科矿床中针镍矿与其他硫化物关系
a． 镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿与黄铁矿，自形的镍黄铁矿未发生热液蚀变，与磁黄铁矿共生;b． 针镍矿在黄铜矿边缘产出;c． 针镍矿与
黄铜矿包裹早期形成的自形的黄铁矿;d． 针镍矿交代黄铜矿呈孤岛状，形成交代残余结构
Opx—斜方辉石;Pl—斜长石;Py—黄铁矿;Cpy—黄铜矿;Po—磁黄铁矿;Pn—镍黄铁矿;Mil—针镍矿
Fig． 8 The relationship between millerite and other sulfides
a． Pentlandite，pyrrhotite，chalcopyrite and pyrite，the euhedral pyrite exhibiting no hydrothermal alteration and coexistent with pyrrhotite;b． the
millerite distributed at the edge of the chalcopyrite;c． Millerite and chalcopyrite enclosing the early formed pyrite;d． Millerite replaceing chalcopy-
rite and forming replacement remnant texture
Opx—Orthopyroxene，Pl—Plagioclase，Py—Pyrite;Cpy—Chalcopyrite;Po—Pyrrhotite;Pn—Pentlandite;Mil—Millerite
表 3 橄榄石的结晶温度
Table 3 The crystal temperature of olivine
序号 样品编号 样品数 XMg XFe XFo XFa 开始结晶温度 /℃
1 TK7-1 6 0． 7704 0． 2296 0． 77 0． 23 1420． 84
2 TK7-2 8 0． 7692 0． 2308 0． 77 0． 23 1421． 03
3 TK7-3 11 0． 7562 0． 2438 0． 76 0． 24 1420． 74
4 TK7-4 11 0． 7820 0． 2180 0． 78 0． 22 1420． 97
5 TK7-5 7 0． 7733 0． 2267 0． 77 0． 23 1420． 95
注:橄榄石结晶温度计算公式据夏林圻(1981) :t =(11． 253 － ln(XFo /XFa)/(XMg /XFe) )× 104 /66． 388
段时间的结晶平衡，所以橄榄石的结晶温度既是岩
浆温度的下限，又是固相开始晶出的上限。由表 3
可以看出，橄榄石的结晶温度较高，而且变化范围很
小，约 1421℃(表 3)。
4． 2 橄榄石与古铜辉石的平衡结晶温度
随着橄榄石的结晶，岩浆温度慢慢下降，当温度
337第 35 卷 第 4 期 孙 涛等:山东桃科铜镍矿床矿物学特征及其对矿床成因的指示
表 4 古铜辉石的结晶温度
Table 4 The crystal temperature of bronzite
序号 样品编号 样品数
橄榄石中
w(Ni)/%
古铜辉石中
w(Ni)/%
结晶温
度 /℃
1 TK7-1 2 0． 16 0． 03 1142． 58
2 TK7-3 1 0． 17 0． 02 1222． 90
3 TK7-4 3 0． 18 0． 05 1037． 69
4 TK7-5 3 0． 18 0． 05 1032． 68
表 5 普通辉石的结晶温度
Table 5 The crystal temperature of clinopyroxene
序号 样品 样品数 矿物
Ca /(Ca + Mg
+ Fe)
结晶温
度 /℃
1 TK7-1 1 普通辉石 39． 09 1194． 77
2 TK7-2 3 普通辉石 37． 75 1230． 99
3 TK7-4 3 普通辉石 39． 66 1179． 19
4 TK7-5 1 普通辉石 39． 27 1189． 79
降至橄榄石与古铜辉石的平衡结晶温度时，古铜辉
石就开始结晶，利用哈克利-瑞特提出的“Ni 在橄榄
石和古铜辉石中分配的地质温度计来计算这时的
温度。温度计算公式为:lnKd = － 16. 8 /1. 987T ×
10 －3 + 7. 65，其中 Kd 为 Ni 在橄榄石和古铜辉石的
分配系数。计算结果(表 4)得出橄榄石与古铜辉石
两相平衡的温度范围是 1223 ～ 1033℃，该温度基本
可以代表橄榄石结晶的下限温度，同时也说明古铜
辉石开始结晶的温度为 1220℃左右。
4． 3 单斜辉石的结晶温度
邓晋福等(1987)通过数理统计得出的辉石形成
温度的回归方程为，t = 2258. 55 － 27. 217(Ca /(Ca +
Mg + Fe) )× 100%，计算出本区单斜辉石的结晶温
度如表 5，单斜辉石的结晶温度为 1231 ～ 1179℃。
由表 4 和表 5 可以看出，不管是斜方辉石还是
单斜辉石，它们的结晶温度范围都较大，说明在更多
温度条件下辉石均可以结晶;并且单斜辉石与斜方
辉石结晶温度互有重叠，温度相近，所以在桃科岩体
中常可以见到 2 种辉石共存的矿物组合，这与实际
在岩石薄片中(橄榄苏长辉长岩)见到的 2 种辉石共
生相一致。
5 矿床成因探讨
岩浆铜镍硫化物矿床是由岩浆在深部熔离-富
集形成硫化物矿体，并上升侵位到地壳浅部。一般
认为热液作用对该类矿床成矿作用的影响不大，后
期构造热液对矿化的改造往往被人们忽视(柴凤梅
等，2005;李文渊，2007)。然而，热液作用在铜镍硫
化物矿床普遍发生，并对成矿元素(特别是 Cu)具有
进一步富集作用;如金川矿床中脉状、网脉状 Cu 高
品位矿石及富 Pt、Pd 矿石均与热液作用密切相关
(汤中立等，1995;高亚林等，2009) ，并认为热液作用
至少有 2 期(Ｒipley et al．，2005) ;拉水峡矿床块状
矿石中 Cu、PGE 元素富集(谢燮等，2014)、喀拉通克
矿床中特富铜矿石及富 PGE 矿石、煎茶岭矿床中强
烈的围岩蚀变以及交代结构细脉状构造的矿石(姜
修道等，2010)、周庵矿床强蚀变矿石中 PGE 的富集
(糜梅等，2009)等特征都可能是热液作用使 Cu、
PGE进一步在矿石中富集的结果。热液流体对铜镍
硫化物矿床中成矿元素的活化、成矿物质的搬运与
沉淀、成矿元素的再富集都起着较为重要的作用，近
年来，铜镍硫化物矿床中的热液作用越来越受到重
视和研究。岩浆成矿期形成的矿石，在后期热液作
用下，使硫化物发生活化并进入热液成矿系统中，对
原来的矿体进行叠加改造，使硫化物进一步富集形
成富矿体;热液作用对 Cu、PGE、As、Te、Sb、Bi 等元
素的活动能力影响较大。
桃科岩体主要由橄榄辉长苏长岩、蚀变辉长苏
长岩、变辉长岩、角闪岩组成(图 2a) ，岩石的矿物组
合为橄榄石 +斜方辉石 +单斜辉石 +角闪石 +斜长
石，为典型的玄武质岩浆矿物组合;矿石矿物中其原
生的黄铜矿 +镍黄铁矿 +磁黄铁矿组合，为典型的
岩浆型铜镍硫化物矿床的矿物组合;以上特征表明
矿床为岩浆成因。
但是，在地表或近地表，岩石发生了强烈的热液
蚀变，如强烈的绿泥石化、钠黝帘石化、纤闪石化等
热液蚀变作用，地表岩石几乎见不到原生矿物组成，
仅在钻孔岩心中尚能见到部分稍微新鲜的岩石样
品。矿区主要的含矿岩石为角闪岩，其原岩可能为
橄榄辉长苏长岩。矿石中针镍矿、斑铜矿等热液矿
物的出现，表明岩浆期后有热液作用的存在;黄铜矿
交代溶蚀黄铁矿(图 7c)以及黄铜矿也被针镍矿交
代残余(图 8d)等特征，表明矿石在形成过程中发生
了热液交代作用。黄铁矿的 Co /Ni 比值(0. 1 ～
12. 9，平均 4. 1)较高，在图 6 中大部分样品落于巴西
Sossego 铁氧化物铜金矿床附近(Monteiro et al．，
2008) ，仅有少部分样品落在岩浆型铜镍矿床的范
围，暗示桃科矿床在形成之后可能遭受了热液作用
的叠加改造。在新疆香山、陕西煎茶岭和西藏古玉
437 矿 床 地 质 2016 年
拉矿床中也都见到针镍矿(肖凡等，2014;王瑞廷等，
2005;刘珂辛等 2013) ，它们为岩浆期后热液作用的
产物。山东桃科矿床可能是来源于地幔的玄武质岩
浆在深部发生硫化物熔离、上升、就位成矿，在地壳
浅部发生较强烈的热液蚀变作用，表现为矿石中针
镍矿、斑铜矿的出现，所以该矿床应该属于岩浆熔
离-热液改造成因。
5 结 论
(1)桃科岩体主要由橄榄辉长苏长岩、蚀变辉
长苏长岩、变辉长岩、角闪岩组成，主要矿物为贵橄
榄石、古铜辉石、普通辉石、角闪石和斜长石，岩石常
发生强烈的绿泥石化、钠黝帘石化、纤闪石化。
(2)岩浆期金属矿物总体生成顺序为:磁铁矿
+铬铁矿 +钛铁矿→磁铁矿 +第一期黄铁矿→第二
期黄铁矿 + 黄铜矿 + 镍黄铁矿 + 磁黄铁矿(极少
量) ;针镍矿和斑铜矿应该为岩浆期后热液作用的产
物。
(3)桃科岩体橄榄石开始结晶温度大约在
1421℃左右，古铜辉石和普通辉石的结晶温度在
1030 ～ 1230℃之间，两矿物相在岩石中可以共存。
(4)岩石学及矿物学特征表明桃科矿床为岩浆
熔离成因，在后期遭受了强烈的热液叠加改造作用。
志 谢 本文在野外工作中得到了山东省地质
科学研究院于学峰院长、李大鹏博士的支持与帮助;
在电子探针分析测试过程中得到了中国地质科学院
矿产资源研究所陈振宇副研究员的帮助;两名审稿
专家提出了非常好的修改意见;在此一并志谢!
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