矽卡岩型矿床是多种金属的重要来源，包括Fe、Cu、Pb、Zn、W和Mo。随着对钴Co资源需求的增加，越来越多富钴的矽卡岩型矿床引起了关注，例如意大利的Traversella Fe矽卡岩矿床、印度尼西亚的Ruwai Zn-Pb-Ag矽卡岩矿床、中国东部的朱冲Fe矽卡岩矿床，以及位于中国西部东昆仑地区的尕林格Fe矽卡岩矿床等。前人研究表明，Co的富集受控于成矿流体成分以及各种物理化学条件。但是目前对钴的富集过程及其沉淀机制仍然缺乏研究，对Co的来源缺少地球化学数据支持。
▲图1. (a)中国构造简图；(b)东昆仑成矿带构造分区；(c)祁曼塔格地区地质简图；(d)牛苦头矿区地质图
东昆仑造山带是我国重要的富Co多金属成矿带之一，近年来发现了众多的岩浆型Cu-Ni-Co硫化物矿床。矽卡岩矿床作为东昆仑发育最广泛的矿床类型之一，其与Co矿化关系的相关研究较少。牛苦头矿床位于东昆仑祁漫塔格矿集区，是典型的矽卡岩型Pb-Zn-(Fe)矿床，并具有显著的Co矿化特征，是研究Co赋存状态和富集过程的良好对象。牛苦头矿区已识别出三个磁异常区：M1、M2和M4（图1）。M1和M4矿区探明的资源量包括1.15 Mt Pb+Zn （Pb和Zn的平均品位为1.89%和2.75%）以及1.89 Mt铁矿石（Fe平均品位33.68%）。铁铜硫化物矿体主要出现在下部，而铅锌硫化物矿体主要出现在上部。对深部铁铜矿体的矿石样品进行光谱半定量分析显示其Co含量为0.012%。牛苦头矿床可以划分为六个成矿阶段：（1）进变质矽卡岩阶段；（2）含水矿物-氧化物阶段；（3）磁黄铁矿阶段；（4）黄铜矿阶段；（5）闪锌矿-方铅矿阶段；（6）碳酸盐阶段。根据矿物组合和矿物间的穿插关系，识别出三个世代的石榴子石（Grt1，Grt2和Grt3），四个世代的黄铁矿（Py1，Py2，Py3，Py4a和Py4b），三个世代的毒砂（Apy1，Apy2和Apy3）。
基于系统的矿床学、矿物学和地球化学研究，本次研究对该矽卡岩矿床的成矿年龄，Co赋存状态和富集过程、成矿物质来源等提供了新的认识：
【1】本次研究通过对M1和M4异常区不同世代的石榴子石、绿帘石矽卡岩和硫化物脉中的榍石进行LA-ICP-MS U-Pb定年，得到近乎一致的234-232 Ma的年龄，表明牛苦头矿区主要的矿化事件发生在印支期。。
▲图2. 牛苦头矿床含Co矿物的赋存状态
【2】Co主要在黄铜矿阶段富集，以硫砷化物的形式存在，形成了辉钴矿、富Co毒砂，和铁硫砷钴矿矿物（图2）。少量Co以类质同象替代的形式出现在磁黄铁矿中，而黄铁矿中的Co含量很低。从磁黄铁矿阶段到闪锌矿-方铅矿阶段，各硫化物、硫砷化物的硫同位素组成从3.4变化到7‰，表明了S为岩浆来源。碳酸盐阶段的黄铁矿和白铁矿的硫同位素组成变化很大，可能是岩浆硫与围岩地层硫混合以及成矿流体氧逸度变化的结果（图3）。
▲图3. 牛苦头矿床硫化物和硫砷化物的S同位素特征
【3】从Co的赋存矿物，硫化物和硫砷化的硫同位素数据，以及第一世代石榴子石高As含量等特征推断，来自成矿母岩花岗闪长岩的成矿流体是富Co和富As的。在矽卡岩阶段，成矿流体的氧逸度增高，促进了成矿元素的运输；而从磁黄铁矿阶段到闪锌矿-方铅矿阶段，成矿流体温度、氧逸度的持续降低，导致了含钴矿物的沉淀。钴对还原硫和砷具有很强的亲和性，在自然体系中通常形成硫化物、硫砷化物和砷化物。在许多低砷的矽卡岩体系中，钴最可能并入黄铁矿中，形成含钴硫化物矿物。然而，与黄铁矿相比，硫砷化物的化学晶格更容易容纳钴。牛苦头矿床中热液流体的富砷特性可以解释为何该矿床中的黄铁矿钴含量较低，而大量钴被并入到硫砷化物中，形成了辉钴矿、富Co毒砂，和铁硫砷钴矿等矿物。因此，石榴子石中的砷含量可以作为矽卡岩系统中含钴矿物类型的有效指标。。
▲图4. 牛苦头矿床石榴子石中W、Sn含量特征
【4】在牛苦头矿床中，石榴子石的锡含量范围为1.35至12094 ppm，与W-Sn矿床中石榴子石的Sn含量范围一致（图4）。在氧化物-硫化物阶段观察到大量的含W-Sn的独立矿物（如锡石、黑钨矿，黄锡矿）。这表明牛苦头地区存在锡矿化的潜力，这在未来的勘探中应予以考虑。
论文信息
研究成果2024年发表在国际SCI期刊Ore Geology Reviews上，本研究受科技部国家重点研发计划项目（项目编号：2022YFC2903504）、青海省自然资源厅省级地质勘查专项资金项目（项目编号：2024028ky002）和昆仑人才项目（项目编号：2023）的资助。
论文信息：Che Yu-Ying, Su Hui-Min*, Liu Tong, Li Hua, He Shu-Yue. The occurrence and enrichment of cobalt in skarn Pb-Zn deposits: A case study of the Niukutou Co-rich deposit, East Kunlun metallogenic belt, western China. OGR, 2024, 172: 106210;
Su Hui-Min*, Che Yu-Ying, Liu Tong, Li Hua, Liu Li, Jin Tao, He Shu-Yue. Multiple generations of garnet and their genetic significance in the Niukutou cobalt-rich Pb-Zn-(Fe) skarn deposit, East Kunlun orogenic belt, western China. 2024, 174: 106308.
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