1.1.1 塔里木克拉通东北缘成矿远景区

在东天山镁铁-超镁铁岩带内由西向东分布了土墩、二红洼、香山、黄山、黄山东、黄山南、葫芦、马蹄、图拉尔根及四顶黑山等10多个镁铁-超镁铁岩体, 形成了黄山、黄山东、图拉尔根3个大型铜镍硫化物矿床, 还有葫芦、香山、土墩等多个中小型矿床^[9]。此外, 二红洼和黄山南岩体均发现了不同程度的铜镍矿化, 新发现的白鑫滩矿床表明该岩带在库姆塔格沙垅以西也具有较好的成矿潜力。北山裂谷中呈NEE向分布了一系列镁铁-超镁铁岩体, 发育旋窝岭、红石山、笔架山、坡北和罗东等一系列镁铁-超镁铁质岩体, 形成北山镁铁-超镁铁质岩带(图2)。其中坡北岩体是地表出露面积最大的岩体, 由多个相连的一系列岩体组成。

图2

Fig.2

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	图2 塔里木克拉通东北缘镁铁-超镁铁质岩体地质分布简图[9]Fig.2 Geological distribution of mafic-ultramafic intrusions in northeast of Tarim craton[9]

1.1.2 华北克拉通东北缘成矿远景区

沿华北克拉通与兴蒙造山带分界深大断裂及其两侧的次级断裂, 分布有镁铁-超镁铁质岩体近3 000个, 这些岩体出露面积很小, 呈近EW向狭长带状成群分布。在这些岩体中已发现多个铜镍矿床: 内蒙西部岩带分布有额布图、克布、黄花滩、小南山矿床; 中部河北北部地区分布有红石湾、红石砬、铜硐子矿床; 东段吉林省红旗岭岩带中分布有山门、三道岗、二道沟、茶尖、红旗岭、漂河川、獐项— 长仁以及金斗、新安、赤柏松等矿床(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 华北克拉通东北缘岩浆铜镍硫化物矿床分布简图Fig.3 Distribution of magmatic Ni-Cu deposits in northeast of North China craton

1.1.3 祁连— 龙首山及柴达木克拉通周缘成矿远景区

龙首山岩带以产出金川超大型岩浆铜镍硫化物矿床而著名, 约20余处镁铁-超镁铁岩体(群)分布于龙首山隆起的中东段, 其中金川岩体位于龙首山隆起NW向构造转向EW向构造的转折处^[10]。位于南祁连化隆地块的化隆镁铁-超镁铁质岩带, 岩体均侵位到化隆群中深变质岩系中, 该岩带西起青海湖畔的裕龙沟, 经贵德县的阿什贡, 东到化隆县的塔加, 呈西窄东宽的楔形夹于拉脊山南缘断裂与青海南山深大断裂之间。从北西向南东依次出露裕龙沟、阿什贡、下什堂、亚曲、沙加、乙什春、拉水峡等含矿岩体(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 祁连— 龙首山及柴达木盆地周缘镁铁-超镁铁质岩体地质分布简图Fig.4 Geological distribution of mafic-ultramafic intrusions in margin of Qaidam basin and Qilian-Longshoushan Mountains

柴达木南缘东昆仑造山带继夏日哈木超大型矿床发现以来, 又陆续发现了冰沟南、拉陵高里沟脑、石头坑德、呼德生、尕秀雅平东等一批铜镍矿床(矿化点)。目前除牛鼻子梁矿床以外, 尚发现有大通沟南山、青新界山西、柴达木大门口、盐场北山及盐场北山东等岩体。柴达木克拉通边缘受泥盆纪的伸展作用影响形成了一系列镁铁-超镁铁质侵入岩体, 具有形成铜镍硫化物矿床的有利地质条件。

1.1.4 扬子克拉通西缘成矿远景区

位于扬子克拉通西缘, 包括冷水箐岩带、与峨眉山地幔柱相关岩带。与峨眉山地幔柱有关的包括四川杨柳坪、云南金宝山、朱布、力马河、白马寨等矿床, 成矿时代主要为二叠纪与三叠纪之交, 冷水箐矿床成矿时代为新元古代(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 扬子克拉通西缘岩浆铜镍硫化物矿床地质分布简图[11]Fig.5 Geological distribution of magmatic Ni-Cu sulfide deposits in west Yangtze craton [11]

1.2.1 成矿时代

中国岩浆Ni-Cu矿床主要形成于元古宙和晚古生代。像甘肃金川, 吉林红旗岭, 新疆喀拉通克、黄山东, 四川力马河、杨柳坪, 云南白马寨、金宝山等一系列岩浆Ni-Cu矿床。这些矿床主要产于大陆边缘裂谷(金川等), 造山带(白石泉、黄山、黄山东、图拉尔根等), 大火成岩省(力马河、白马寨、杨柳坪等)和蛇绿岩套中(煎茶岭)。随着勘查与研究的持续进行, 近几年也发现了早古生代的镁铁-超镁铁质岩体及与之密切相关的岩浆Ni-Cu矿床, 如南祁连化隆地区的裕龙沟、拉水峡、亚曲、下什堂, 柴北缘的牛鼻子梁, 柴南缘的夏日哈木等岩浆Ni-Cu硫化物矿床^{[12, 13, 14, 15]}。这些矿床的形成时代和产出背景与上述元古宙和晚古生代Ni-Cu硫化物矿床不同。

根据测年结果, 发现它们的形成时代主要集中于4个时间段(图6): ①850~800 Ma(新元古代早期), 如金川、冷水箐; ②450~402 Ma(古生代早期), 如夏日哈木、牛鼻子梁、裕龙沟、拉水峡等; ③300~250 Ma(古生代晚期), 如东天山地区黄山、图拉尔根、喀拉通克, 北山的坡北、罗东、红石山, 扬子西缘杨柳坪、力马河等; ④225~208 Ma(早中生代), 如红旗岭、漂河川、茶尖等。

图6

Fig.6

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	图6 中国岩浆型Ni-Cu硫化物矿床形成年龄分布图[16]Fig.6 Diagram of ore-foming age of magmatic Ni-Cu sulfide deposits in China [16]

1.2.2 空间分布规律

据不完全统计, 中国已发现约80个岩浆型Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床, 其中2个超大型、14个大型, 其余均为中、小型矿床, 矿点或矿化点呈星罗棋布状。它们主要分布于克拉通边缘(图1), 如塔里木克拉通北缘、华北克拉通东北缘及扬子克拉通西缘, 或镶嵌于陆块边缘的造山带中。另外, 含矿的镁铁-超镁铁质岩体在空间上主要产于拉张构造环境, 并主要受区域性深大断裂控制, 具有线性分布的特征。

塔里木克拉通北缘发育一系列与造山后伸展及塔里木地幔柱作用有关的岩浆型Ni-Cu-(PGE)矿床, 如新疆的黄山、黄山东、图拉尔根、葫芦、香山、土墩等矿床, 新疆北山地区发育坡北矿床, 准噶尔北缘发育喀拉通克矿床等^{[17, 18]}; 华北克拉通北缘的西段内蒙地区分布有额布图、克布、黄花滩、小南山矿床, 中段河北北部地区分布有红石湾、红石砬、铜硐子矿床, 东段吉林分布有山门、三道岗、二道沟、茶尖、红旗岭、漂河川、獐项— 长仁以及金斗、新安、赤柏松等矿床。柴达木克拉通西北缘发育牛鼻子梁矿床, 其南缘的东昆仑地区发育夏日哈木超大型矿床, 龙首山和南祁连分别发育金川超大型矿床和裕龙沟、拉水峡等岩浆型Ni-Cu矿床^[19]; 扬子克拉通西缘沿着SN径向构造带发育一系列与二叠纪峨眉山大火成岩省有关的岩浆Ni-Cu矿床, 如杨柳坪、力马河、金宝山、白马寨等; 盐边地区新元古代的冷水箐矿床等。

1.2.3 形成机理

不同的构造背景, 其地幔部分熔融机制也存有较大差异^[20]。一般认为, 与铜镍矿床相关的原生岩浆系列可分为2类: 一类是科马提质岩浆; 另一类是拉斑玄武质岩浆, 如东天山黄山东岩体、喀拉通克岩体的原生岩浆为高镁拉斑玄武岩浆^{[8, 21, 22]}。硫化物熔离是岩浆铜镍硫化物矿床形成的必要条件, 硫化物熔离的关键在于岩浆中的硫达到饱和, 进而硫化物熔体从硅酸盐岩浆中熔离出来^[23]。

岩浆铜镍硫化物矿床形成的关键是岩浆中的硫达到饱和, 并与亲铜元素结合形成硫化物液滴, 随着硫化物熔体从硅酸盐岩浆中的熔离和富集, 在一定空间内与足够的硅酸盐岩浆混合致使亲铜元素品位不断提高, 于合适的空间得以保存形成矿床^[24]。要形成Ni-Cu硫化物矿床, 富集金属元素的硫不饱和岩浆在一定条件下达到硫化物饱和、硫化物进一步富集金属元素和硫化物熔体在一定部位聚集成矿是其必要条件^[25], 缺一不可。

夏日哈木矿区内主要有5个岩体, 分别称为夏日哈木Ⅲ 号(Hs25号异常)、Ⅰ 号(Hs26号异常, 即夏日哈木矿床)、Ⅱ 号岩体(Hs27号异常)、Ⅳ 号岩体(Hs28号异常)和Ⅴ 号岩体(Hs31号异常)(图7)。这5个岩体的直接围岩均为金水口岩群白沙河岩组。构造呈近EW向展布, 具区域规模的黑山— 那陵格勒断裂带在矿区南侧通过, 在矿区内部有2条近EW向断层, 推测是黑山— 那陵格勒断裂带北侧的次级断层, 在Ⅲ 号和Ⅰ 号岩体之间有一条NE向断层相隔(图7)。

图7

Fig.7

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	图7 青海省夏日哈木铜镍矿床地质简图[26]Fig.7 Geological map of Xiarihamu magmatic Ni-Cu sulfide deposit in Qinghai province[26]

Ⅰ 号岩体于地表可见露头, 长约1.4 km, 宽约0.5 km, 向南西段隐伏于金水口岩群之下。从地表出露到目前深部工程控制看, Ⅰ 号岩体长约1.9 km, 宽约0.7 km, 面积约1.33 km², 呈椭圆状近EW向展布(图7)。110万t镍金属均赋存于Ⅰ 号岩体内, 其余几个岩体尚未发现有经济价值的工业矿体^[26]。研究获得辉长岩²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(431.3 ± 2.1) Ma, 橄榄辉石岩 206Pb/238U加权平均年龄为(411 ± 2.4) Ma ^[26]。所有样品的 Cu/Zr 比值都大于1, 暗示在岩石中存在硫化物的堆积。由于不同量堆积硫化物的出现, 样品中的Cu/Zr 比值与硫(S)含量存在正相关关系^[27]。通过对钻孔中橄榄石Fo值与Ni 含量的空间变化的研究, 发现Fo值与Ni 含量呈正相关和负相关复杂的线性关系。一次岩浆活动一般只表现出单一的相关关系, 揭示夏日哈木岩浆硫化物矿床并非一次岩浆活动的结果, 而是多期次富含硫化物岩浆成矿作用的表现^[13]。不仅如此, 在夏日哈木矿区南部新发现了拉陵高里沟脑Ⅱ — Ⅳ 号岩体, 均侵位于古元古代金水口岩群中, 以辉石岩与辉长岩为主, 辉石岩中见零星镍黄铁矿化。

石头坑德铜镍矿床是继夏日哈木之后在东昆仑地区发现的较大矿床, 镁铁-超镁铁质岩体规模相对较大, 矿体主要赋存于超镁铁质岩相橄榄岩及辉石岩中。通过探槽和采样工程初步圈定铜镍矿化体5个, 长度5~480 m, 厚度0.5~20 m, 品位Ni 0.1%~2.17%, Cu 0.05%~1.12%, Co 0.001%~0.017%, 含矿岩石主要为辉石岩。已经施工钻孔4个(ZK001、ZK002、ZK801和ZK4001), 均见到不同程度黄铁矿化、磁黄铁矿化。其中在ZK002孔593.89~608.79 m、ZK801孔637.56~642.16 m和ZK4001孔297.70~349.68 m等见团块状、浸染状铜镍矿化, 显示矿化向深部有变富趋势。

随着区内与铜镍矿化有关的牛鼻子梁岩体、盐场北山岩体的相继发现, 区内零星分布的镁铁-超镁铁小岩体越来越得到重视。在对区域内镁铁-超镁铁岩体的分布情况及含矿性评价进行了详细研究的基础上, 相继确定了一系列规模不等的含镍矿化岩体, 从西向东依次为牛鼻子梁岩体、大通沟南山岩体、青新界山西岩体、柴达木大门口岩体和盐场北山岩体、盐场北山东岩体等。

牛鼻子梁铜镍矿床的发现对东昆仑地区铜镍矿的找矿突破具有重要指示意义。在牛鼻子梁Ⅱ 、Ⅲ 号岩体中发现铜镍矿体, 矿区内目前共发现铜镍矿(化)体12个, 其中工业矿体3个, 低品位矿体6个, 矿化体3个。Ⅱ 号岩体中共发现铜镍矿体5条; Ⅲ 号岩体中共发现4层铜镍矿体和2层铜镍矿化体。

牛鼻子梁岩体是柴达木西北缘近年新发现的与镍、铜矿化有关的基性-超基性岩群的代表。研究表明, 区内Ⅰ 号岩体闪长岩形成年龄为(388.0± 1.8) Ma、辉长岩形成年龄为367~361 Ma, Ⅱ 号岩体二辉橄榄岩形成年龄为(402.2± 2.8) Ma, Ⅲ 号岩体斜长二辉橄榄岩形成年龄为(402.8± 2.6) Ma^[15](图8), 均形成于泥盆纪, 为晚古生代岩浆活动的产物。

图8

Fig.8

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	图8 牛鼻子梁矿床锆石阴极发光图及锆石U-Pb谐和图[15]Fig.8 Zircon CL images for micro-beam analyzed spots with apparent U-Pb ages and zircon U-Pb concordia diagram of the Niubiziliang deposit[15]

众所周知, 在岩浆铜镍硫化物矿床形成过程中, 大多数含镍、铜等硫化物在发生熔离过程中是与基性程度较高的橄榄岩相或辉石岩相等岩石同时形成。研究牛鼻子梁矿床中的镍黄铁矿、磁黄铁矿等硫化物, 发现都赋存于二辉橄榄岩、角闪橄榄岩或橄榄二辉岩中, 表明成矿与橄榄岩相岩石结晶时间基本相同, Ⅱ 、Ⅲ 号岩体的形成年龄(402 Ma)能够代表矿床形成的准确时间^[15]。而对于区内388~361 Ma时期形成的辉长岩、闪长岩等中-基性岩石, 可能为含矿岩浆演化到后期由硫化物不饱和残余岩浆发生分异作用而形成的产物。

新疆东天山— 北山地区, 已发育有多个铜镍硫化物矿床, 像图拉尔根、葫芦、黄山东、黄山、坡一、坡十、坡东、香山及土墩等铜镍矿床, 其中图拉尔根、黄山东和黄山矿床规模达到大型, 初步测算该区已探明镍金属量超过100万t, 是中国重要的产镍地区之一 ^[18]。近几年不断有新的矿床和含矿岩体被发现, 如位于图拉尔根以东的圪塔山口矿床、红石岗北矿化岩体, 白鑫滩、路北矿床及坡东矿化岩体等。但调查研究进展最大的还是白鑫滩岩浆铜镍硫化物矿床。

白鑫滩铜镍矿床位于大南湖— 头苏泉泥盆纪岛弧内, 大草滩断裂以北(图9), 岩体走向受区域构造线方向控制。岩体平面上呈葫芦状, 沿走向长约3.1 km, 最宽处约0.76 km, 平均宽约0.6 km, 出露面积为2.1 km²。岩体地表呈负地形, 局部发育球状风化, 地表出露的主要岩石类型为辉长岩, 经钻探及探槽工程验证, 沿岩体走向, 向南西方向岩石基性程度变大, 主要岩石类型为辉石岩相和橄榄岩相, 其中主要赋矿岩性为辉石橄榄岩。矿床主要矿石类型为浸染状矿石, 局部见块状矿石, 矿石矿物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿, 有少量的紫硫镍矿和方黄铜矿。矿体Ni品位为0.2%~5.45%, 平均为0.51%, Cu品位为0.2%~1.54%, 平均为0.55%。

图9

Fig.9

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	图9 东天山区域地质简图[18]Fig.9 Regional geological map in East Tianshan Mountains[18]

白鑫滩岩体的锆石多呈短柱状, 长50~100 μ m, 无色透明, 与大多数镁铁-超镁铁岩体中锆石特征一致, 锆石阴极发光显示锆石生长环带不明显。所测定19个有效点的锆石U、Th含量分别介于233× 10^-6~3 011× 10^-6、239× 10^-6~7 704× 10^-6, Th/U比值为0.36~2.56, 多数都大于1, 表明锆石为岩浆成因。锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和年龄为(276.6± 4.4)Ma, ²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(277.9± 2.6)Ma, 与东天山地区黄山东、黄山、香山等典型铜镍矿床及镁铁-超镁铁岩体形成时代一致^[18]。