东天山地区铜镍矿找矿评价指标探讨.pdf

中国工程科学 东天山地区铜镍矿找矿评价指标 探讨 刘欢 1， 焦建刚1， 2， 张国鹏1， 高 栋 1， 邵乐奇1 （1. 长安大学地球科学与资源学院， 西安710054； 2. 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室， 西安710054） [摘要]岩浆铜镍硫化物矿床主要赋存在镁铁-超镁铁质岩体中， 赋矿岩体规模一般较小， 矿体主要赋存在 岩体的下盘， 形成了很多小岩体大矿床的现象。世界上镁铁-超镁铁质岩体很多， 如何判定岩体深部是否 具有成矿潜力一直是大家关注的焦点。本文在前人大量研究的基础上， 以东天山地区为例， 对比剖析了成 矿与不成矿镁铁-超镁铁质岩体的地质、 地球化学特征， 试图从理论上判别岩体的成矿潜力。提出成矿的 超镁铁质岩体一般具有明显右倾的稀土配分曲线， 岩体属于多期岩浆侵入形成， 岩石中含一定量的斜方辉 石， 造岩矿物颗粒大小具有明显变化等找矿评价指标。 [关键词]铜镍硫化物矿床； 找矿评价指标； 东天山 [中图分类号]P612[文献标识码]A[文章编号]1009-1742 （2015） 02-0106-07 1前言 东天山地区产出了十多个大中型铜镍硫化物 岩浆矿床 （大型3个 黄山、 黄山东、 图拉尔根） ， 已经 成为我国第二大铜镍硫化物矿床成矿带， 目前发现 的铜镍资源储量大于1106t， 仅次于金川铜镍硫化 物矿床[1]。东天山地区断裂构造十分发育， 三条主 干断裂多为近东西走向， 从北往南依次为康古尔塔 格-黄山深断裂、 秋格明塔什-苦水断裂、 阿齐克库 都克-沙泉子断裂， 是岩浆活动的通道。康古尔塔 格深断裂带是东疆规模最大的深断裂带之一， 具有 剪切和挤压交替作用而呈多期变形特征， 镁铁-超 镁铁杂岩体沿康古尔塔格断裂带不连续分布。在 主干断裂两侧派生出一系列次级断裂构造， 为本区 重要的控岩控矿构造， 而更次级的断裂构造是镁 铁-超镁铁质岩体直接的容岩容矿构造[2]。此外， 区 内褶皱构造较为发育， 多为线状紧闭褶皱。 东天山地区地层除中生界白垩系、 三叠系缺失 外， 中元古界至新生界皆有出露。中元古界主要出 露于研究区南部， 为一套深变质岩系； 奥陶系分布 零星且面积较小， 为一套海相凝灰岩夹安山岩及细 碧角斑岩建造； 泥盆系出露于研究区西北部， 岩性 为中酸-中基性火山岩、 火山碎屑岩； 石炭系为本区 出露最广的地层， 岩性为中酸-中基性火山岩、 火山 碎屑岩夹硅质岩、 板岩和结晶灰岩、 变粒岩、 浅粒 岩、 片岩等。 东天山地区目前发现大小镁铁-超镁铁质岩体 数十处， 各岩体的基本岩石类型主要为橄榄岩、 辉 石岩、 苏长岩、 辉长岩以及它们之间的过渡类型， 部 分岩体还有闪长岩。但是， 不同岩体之间各种岩石 所占的比例存在明显差异。各岩体岩石主要发生 了蛇纹石化、 滑石化、 碳酸盐化、 绿泥石化、 钠黝帘 石化、 透闪石化、 纤闪石化等。目前在有些岩体中 发现矿化较好， 有些岩体中只有少量的矿化或没有 [收稿日期]2014-12-13 [基金项目]中国地质调查局地质大调查项目 （12120114044401， 1212011085061） ； 国家自然科学基金项目 （41372101） ； 长安大学科技创新研 究项目 （2013G2273009） [作者简介]刘欢， 1989年出生， 女， 陕西西安市人， 长安大学硕士研究生， 研究方向为矿床学； E-mail liuhuan14521 106 2015年第17卷第2期 矿化， 大量的勘探工程实施之后， 仍然无法分辨岩 体是否具有成矿潜力。本文总结了东天山地区成 矿岩体与不成矿岩体 （或贫矿化岩体） 的地质与地 球化学特征， 试图从理论上区分二者之间的差异， 初步建立找矿评价指标， 进一步指导勘查找矿。 2找矿评价指标体系 2.1小岩体对成矿有利 研究区镁铁-超镁铁质岩体的规模都较小， 岩 体面积多集中于0～6.3 km2之间， 具有小岩体成矿 的特征。其中图拉尔根、 天宇、 马蹄岩体面积小 于 0.1 km2， 香山中、 葫芦、 白石泉、 土墩岩体面积不 足1 km2， 黄山、 黄山东、 香山西、 白鑫滩、 红石岗、 二 红洼北岩体面积小于3 km2， 二红洼南、 黄山南、 大草 滩、 峡东等岩体面积在4～6.3 km2之间， 四顶黑山岩 体面积最大 （＞35 km2） ， 属大岩体。总体来看， 小岩 体对成矿有利 （见表1） 。 表1东天山岩体形态与规模一览表 Table 1The shape and scale of Eastern Tianshan intrusions 岩体 黄山 黄山东 图拉尔根 香山中 香山西 葫芦 土墩 天宇 黄山南 白石泉 疙瘩山口 白鑫滩 二红洼 串珠 马蹄 四顶黑山 红石岗 峡东 大草滩 岩体形态 平面呈似镰刀状、 剖面呈岩盆状 复式岩体 菱形， 复式岩体 透镜状， 脉状 菱形， 杂岩体 菱形 葫芦状， 复式岩体 不规则椭圆状， 复式岩体 带状 透镜状 椭圆状， 不规则状 Ⅰ、 Ⅳ号 透镜状 Ⅱ号 条带状 Ⅲ号 脉状 平面上似葫芦状 北岩体 近似椭圆状 南岩体 透镜状 串珠状 马蹄状 层状， 杂岩体 东岩体 平面呈椭圆形， 剖面形态呈岩盆状； 西岩体 平面呈椭圆形， 剖面上呈漏斗形 带状， 杂岩体 透镜体 岩体规模 长3.8 km， 宽0.07～0.8 km， 出露面积1.71 km2 长5.3 km， 宽1.2 km， 出露面积2.8 km2 长740 m， 宽20～60 m， 出露面积＜0.005 km2 长2.4 km， 宽0.1～0.4 km， 面积约0.55 km2 长4.25 km， 宽100～870 m， 面积1.6 km2 长1 400 m， 宽340～720 m， 出露面积0.62 km2 长1.4 km， 宽0.45～0.7 km， 面积约0.8 km2 长＞112 m， 宽6～70 m， 出露面积0.055 km2 长5.2 km， 最宽1.3 km， 出露面积4 km2 长1.6 km， 最宽0.7 km， 面积约0.8 km2 Ⅰ号 长300 m， 宽100 m； Ⅱ号 长400 m， 宽10～40 m； Ⅲ号 长约700 m， 宽5～36 m； Ⅳ号 长420 m， 宽100 m 东西长3.1 km， 平均宽600 m， 最宽760 m， 面积2.1 km2 北岩体 面积约1.4 km2 南岩体 长3.3 km， 宽2.6 km， 面积约6.3 km2 长约1 600 m 长350 m， 宽150～200 m， 面积0.07 km2 长28 km， 宽0.2～2 km， 面积35 km2 东岩体 东西长1 km， 南北宽0.5 km， 面积0.5 km2 西岩体 东西长1.35 km， 南北宽0.55 km， 面积约 为0.54 km2 长7 km， 宽100～500 m， 面积2.5 km2 一号 面积4 km2； 二号 长1 km、 宽400 m 矿床规模 大型[3， 4] 大型[3] 大型[5， 6] 中型[7] 中型[8] 中型[3] 中型[9， 10] 中型[11] 中型[3] 小型[12， 13] 小型[14] 小型[15] 矿化点[3， 16] 矿化点[17] 矿化点[17] 矿化点[18] 矿化点[19] 矿化点[17] 矿化点[20] 2.2岩体分异充分且富含斜方辉石， 岩浆具有多期 侵入特征对成矿有利 各岩体间岩相分带关系主要有两种， 一种为从 内到外基性程度增加， 比如黄山、 黄山东、 土墩、 马 蹄、 疙瘩山口岩体， 从中心到边部依次为 （闪长 岩） →辉长岩→辉石岩→橄榄岩； 另一种为从内到 外基性程度降低， 如图拉尔根、 葫芦岩体， 从中心到 边部依次为橄榄岩→辉石岩→辉长岩 （→闪长 岩） 。各岩相之间为侵入接触或渐变过渡关系， 显 示出多期侵入的特征。 总体来看， 黄山、 黄山东等岩体均是正序侵位， 侵位顺序为 闪长岩-辉长岩 （苏长岩） -辉石岩-橄 榄岩， 不含矿的岩相先侵位， 含矿岩相后侵位， 含矿 岩体未遭受到破坏； 白石泉、 天宇岩体是反序侵位， 侵位顺序为 橄榄岩-辉石岩-辉长岩 （苏长岩） -闪 长岩， 含矿岩相先侵位， 不含矿岩相后侵位。 2.3矿物粒度之间的变化范围较大对成矿有利 各岩体的主要造岩矿物组合为橄榄石、 单斜辉 107 中国工程科学 石、 斜方辉石、 斜长石、 角闪石， 其中黄山、 黄山东、 图拉尔根、 四顶黑山岩体含有少量黑云母； 马蹄、 串 珠岩体含有少量金云母； 葫芦、 天宇、 白石泉岩体含 有少量黑云母和金云母。矿物粒度之间的变化范 围较大对成矿有利 （见表2） 。 表 2矿物粒度变化统计表 Table 2Statistics table of mineral grains mm 岩体 黄山东 图拉尔根 葫芦 香山 土墩 白石泉 天宇 疙瘩山口 马蹄 橄榄石 0.5～1.2 0.5～1.5 0.3～5.5 0.5～3 0.5～2.5 0.2～2.5 0.1～5 0.1～4 1.5～3.5 单斜 辉石 1～3 2～3 斜方 辉石 0.05～2 0.05～5 角闪石 1～6 0.1～2 长石 1～3 2.4橄榄石Fo值太大， 橄榄石中镍含量太高对 成矿不利 各岩体中橄榄石Fo牌号在70～90之间， 属贵 橄榄石， 随着橄榄石Fo值的降低， Ni含量有降低的 趋势， 橄榄石中出现了 Ni 的亏损 （Ni 一般小于 2 500 ppm， 1 ppm10-6） ， 表明在橄榄石大量结晶之 前发生了硫化物的熔离， 对成矿有利； 而峡东岩体 橄榄石Fo牌号在90左右 （见表3） ， 属镁橄榄石， 其 Ni含量一般大于2 000 ppm， Ni含量较高， 对形成铜 镍矿不利。 2.5岩体中镁铁比值 （m/f） 介于2～6.5对成矿有利 岩体的主量元素分析显示， 各类岩石具有高 镁、 低钙、 低铝、 低碱、 低钛、 低磷的特征。各岩体的 镁铁-超镁铁质岩体的m/f主要 （＞70 ） 集中于2～ 6.5之间， Mg在0.7～0.9之间， 属铁质超基性岩， 少 部分样品m/f在0.5～2之间， Mg在0.4～0.7之间， 属富铁质超基性岩或铁质基性岩。 大型矿床 （图拉尔根、 黄山、 黄山东） 79 以上 样品的m/f在2～6.5之间， Mg在0.7～0.84之间， 其 余样品m/f在0.5～2之间， 相应的Mg在0.5～0.7之 间； 中型矿床 （香山中、 葫芦、 土墩、 白石泉、 天宇） 70 以上样品的 m/f 在 2～6.5 之间， Mg在 0.7～ 0.85之间， 其余样品m/f在0.5～2之间， 相应的Mg 在0.4～0.7之间； 小型铜镍矿床 （点） 74 以上样品 m/f在2～6.5之间， 相应的Mg在0.7～0.9之间， 其余样品 m/f在0.5～2之间， 相应的Mg在0.4～0.7之间。 表 3东天山各岩体橄榄石成分一览表 Table 3Olivine compositions of Eastern Tiansan intrusions 岩体 黄山东 黄山 图拉尔根 香山中 葫芦 天宇 白石泉 香山西 二红洼 黄山南 四顶黑山 马蹄 疙瘩山口 香山东 峡东 Fo （平均值） 69.16～83.07 （78.68） 70.88～85.33 （82.33） 72.11～85.24 （82.7） 74.43～83.56 （79.96） 68.97～85.81 （82.22） 77.68～84.42 （80.41） 78.36～84.82 （82.07） 83.68～85.54 （84.25） 71.44～78.52 （76） 79.61～80.87 （79.99） 74.5～78.55 （76.92） 83.07～83.86 （83.51） 83.06～86.96 （85.24） 79.33～83.72 （82.7） 90.26～96.07 （93.72） NiO/ （平均值） 0～0.13 （0.06） 0.04～0.16 （0.1） 0.04～0.24 （0.14） 0～0.29 （0.1） 0.01～0.17 （0.1） 0.04～0.09 （0.07） 0.1～0.25 （0.15） 0.13～0.18 （0.17） 0.02～0.13 （0.06） 0.03～0.17 （0.09） 0.07～0. 1 （0.08） 0.1～0.2 （0.13） 0.16～0.35 （0.24） 0.08～0.27 （0.15） 0.05～0.44 （0.28） 样品数 11[3] ] 8[3] ] 266[17] ] 16[7] ] 277[17] ] 5[11] ] 14[12] ] 12[7] ] 12[3] ] 7[3] ] 4[18] ] 37[17] ] 52[21] ] 54[7] ] 45[17] ] 峡东岩体纯橄岩样品的 m/f 在 10～13 之间， Mg大于0.9， 而辉长岩样品的m/f在1～2之间， Mg 在0.5～0.6之间。 在SiO2-Na2OK2O图解中， 东天山各样品点主 要落入亚碱性岩区， 仅有少部分落入碱性岩区； 在 FeOT-Na2OK2O-MgO图解中， 各样品点大部分落 入拉斑玄武岩区。总体显示为亚碱性拉斑玄武岩系列。 108 2015年第17卷第2期 2.6稀土元素配分曲线图右倾 （ （La/Sm）N与 （La/Yb）N大于1） 对成矿有利 含矿岩体的微量元素分析显示相对富集大离 子亲石元素 （Rb、 Ba、 Sr、 Th、 U） ， 亏损高场强元素 （Zr、 Hf、 Nb、 Ta） 。含矿岩体稀土元素分析显示稀土 总量较高， 配分模式图总体显示为右倾形式， 轻稀 土富集， 重稀土相对亏损。主体表现平坦型稀土元 素分布特征的岩体一般不成矿或成贫矿， 主体表现 轻稀土元素亏损的岩体一般不成矿。 在稀土元素配分曲线图上 （见图 1） ， 大、 中型铜 镍矿床的稀土元素配分图均显示右倾， 轻稀土富 集， 重稀土相对亏损， 轻重稀土元素分馏程度相似， 微量元素配分图显示Nb、 Ta亏损， 大离子亲石元素 U富集。串珠、 白鑫滩、 疙瘩山口岩体稀土元素配分 图也显示右倾， 暗示其可能有利于成矿。四顶黑 山、 峡东、 马蹄岩体稀土元素配分图均显示平坦型， 可能 不成矿或成贫矿。利用各岩体 （ La/Yb ）N及Cu/Ni比值的 平均值作图 （ 见表4和图2 ） 。从图中可以大致划分出不成 矿区和成矿区以及它们中间的过渡带。 图 1东天山岩体稀土元素配分图解 （标准化数据据Taylor 等， 1985） Fig. 1Chondrite normalized REE pattern diagrams of Eastern Tiansan intrusions （normalization values after Taylor et al， 1985） 109 中国工程科学 表4东天山各岩体微量元素分析数据 Table 4The characteristic data of trace elements from Eastern Tiansan intrusion 岩体名称 黄山东 黄山 图拉尔根 香山中 葫芦 土墩 天宇 白石泉 香山西 香山东 二红洼 黄山南 四顶黑山 马蹄 串珠 峡东 大草滩 疙瘩山口 白鑫滩 （La/Sm）N 0.67～2.6 （1.54） 0.58～1.74 （1.09） 1.28～1.65 （1.44） 0.56～1.62 （1.14） 0.82～2.07 （1.51） 0.88～1.52 （1.08） 1.8～4.94 （2.68） 0.62～3.59 （1.9） 0.52～1.95 （1.22） 0.43～1.84 （0.97） 0.64～1.46 （1.04） 1.04～1.57 （1.21） 0.24～2.08 （0.79） 0.53～0.95 （0.75） 1.35～2.23 （1.79） 0.84～2.57 （1.47） 0.13～2.06 （1.16） 1.3～1.74 （1.49） 1.18～1.81 （1.48） （La/Yb）N 1.22～2.33 （1.14） 0.83～3.04 （1.79） 2.35～2.93 （2.65） 0.88～2.2 （1.75） 1.05～3.1 （2.47） 1.34～2.49 （1.81） 4.07～12.16 （6.93） 1.2～9.41 （4.74） 0.7～3.55 （1.99） 0.93～2.79 （1.86） 0.91～2.39 （1.55） 1.6～2.38 （1.89） 0.42～5.33 （1.56） 1.05～1.9 （1.56） 1.97～9.55 （5.1） 0.4～3.78 （1.81） 0.25～3.63 （2.1） 1.7～2.44 （2.18） 2.42～5.23 （3.33） Cu/Ni 0.12～4.89 （0.93） 0.22～5.41 （1.13） 0.25～2.63 （0.69） 0.07～2.09 （0.49） 0.03～142.81 （25.83） 0.16～1.61 （0.55） 0.02～12.05 （1.45） 0.03～0.91 （0.33） 0.5～35.52 （13.57） 0.13～0.81 （0.32） 0.33～1.49 （0.59） 0.29～0.76 （0.5） 0.02～8.44 （1.13） 0.18～2.28 （1.17） 0.21～2.49 （1.07） 0～18.55 （2.75） 0.02～4.36 （0.54） 0.13～1.44 （0.44） 0.09～0.76 （0.45） Cu/Zr 0.2～19.29 （3.56） 0.28～8.85 （3.9） 2.1～326.65 （70.12） 2.25～10.13 （5.45） 0.34～57.72 （6.75） 2.57～22.53 （9.13） 0.01～48.47 （8.21） 0.03～75.79 （5.39） 1.46～6.98 （5） 1.16～24.8 （8.45） 2.12～4.39 （3.15） 0.34～3.91 （2.23） 2.25～100.96 （20.73） 1.41～9.14 （4.47） 4.24～7.5 （5.82） 0.45～21.96 （8.86） 0.31～27.89 （8.05） 0.23～21.82 （8.16） 0.67～24.8 （8.45） 样品数 10[18] ] 15[3] ] 9[1] ] 8[7] ] 16[3] ] 4[10] ] 12[11] ] 18[12] ] 5[7] ] 12[7] ] 14[3] ] 15[3] ] 24[18] ] 3[17] ] 8[17] ] 7[17] ] 19[20] ] 16[14] ] 4 注 括号内数值为平均值， 标准化数据据Taylor等， 1985 图 2镁铁-超镁铁质岩体 （La/Yb）N-Cu/Ni图解 Fig. 2 （La/Yb）N-Cu/Ni diagram of mafic-ultramafic intrusions 110 2015年第17卷第2期 2.7高Cu/Zr值对成矿有利 前人测试样品中， 除葫芦、 白石泉岩体有个别 样品Cu/Zr＜1外， 其余样品Cu/Zr＞1； 总体来看， 从 超基性岩→基性岩→中性岩， Cu/Zr值逐渐降低， Ni 含量也逐渐降低； 各岩体的大多数样品Cu/Zr＞1， 仅少部分样品Cu/Zr＜1； 随着Cu/Zr值的增加， 大多 数样品的 Ni 含量逐渐增加， 显示出硫化物熔离 的趋势。 2.8区域上的Cu、 Ni、 Co、 Cr综合化探异常对找矿 有利 1 ∶ 200 000区域地球化学测量结果表明， 黄山- 镜儿泉镁铁-超镁铁岩带表现为 Ni、 Co、 Cr 高背景 和高相关性的组合异常， 同时还有 Cu、 Mo等元素的 高异常背景。区内综合异常与有利赋矿岩体及断 裂构造关系密切， 并呈明显带状展布， 与镁铁-超镁 铁岩带分布范围相一致， 特别是规模大、 浓度高的 异常， 多沿断裂构造及其两侧分布。异常带内的铜 镍矿床往往位于1 ∶ 50 000化探扫面发现的Cu、 Ni、 Co、 Cr 组合异常区内， 异常中心常与超基性岩体相 对应。 2.9高磁、 高重力、 高极化、 低阻组合物探异常有利 于成矿 含矿镁铁-超镁铁质岩体的地球物理标志主要 为 “三高一低” a. 相对较高的磁异常 相对于周围地 层， 各岩体均具有较强的磁异常， ΔT 在-2 080～ 2 383 nT之间， 幅值达4 400 nT以上； 各岩体 ΔT值 跳跃较大， 岩体磁性不均匀； b. 相对较高的重力异 常， 幅值 110-5m/s2； c. 相对较高的极化率异常 ηa 最大可达16.8 ； d. 相对较低的电阻率异常 ρa最小 为17 Ωm， 最大为500 Ωm， 变化范围较大。 3结语 对东天山与铜镍成矿有关的镁铁-超镁铁质岩 体进行了系统总结， 通过对比东天山各岩体宏观地 质、 岩石化学、 地球化学及地球物理特征， 总结得出 有关东天山地区镁铁-超镁铁质岩体的找矿评价指 标如下。 1） 地质找矿评价指标 a. 区域上的深大断裂带 是岩浆活动的通道， 对成矿有利； b. 围岩含硫对成 矿有利； c. 小岩体对成矿有利； d. 岩体分异充分， 岩 相分带明显， 岩石类型多样， 对成矿有利； e. 主要造 岩矿物组合为橄榄石、 单斜辉石、 斜方辉石、 斜长 石、 角闪石、 橄榄石与斜方辉石密切共生。 2） 地球化学找矿评价指标 a. 岩体的主量元素 分析显示， 各类岩石具有高镁、 低钙、 低铝、 低碱、 低 钛、 低磷的特征， 岩体的镁铁摩尔比值 （m/f） 大多数 在2～6.5之间对形成铜镍矿有利； b. 稀土元素配分 模式图总体为右倾形式一般对成矿有利， 主体表现 平坦型稀土元素分布特征的岩体一般不成矿或成 贫矿， 主体表现轻稀土元素亏损的岩体一般不成 矿； c. 橄榄石牌号Fo太高对成矿不利， 橄榄石中出 现Ni亏损 （Ni含量一般＜2 500 ppm） 对成矿有利； d. 岩石中Cu/Zr值较大对成矿有利； e. 区域上的Cu、 Ni、 Co、 Cr综合化探异常对找矿有利。 3） 地球物理找矿评价指标 高磁、 高重力、 高极 化、 低阻组合物探异常对找矿有利。 参考文献 [1]焦建刚， 汤中立， 钱壮志， 等. 新疆东天山地区图拉尔根铜镍硫 化物矿床的成因及成矿过程[J]. 岩石学报， 2012， 28 （11） 3772- 3786. 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The ore body is mainly hosted in the base of the intru- sion. This s a large number of deposits which we call“mall intrusion ing large depos- it” . In the world， there are many mafic-ultramafic intrusions， but how to determine the metallo- genic potential of intrusion has been concerned all the time. In this paper， based on previous studies， we take eastern Tianshan as an example， compare and analyze the geological and geo- chemical characteristics of the economic mineralized mafic-ultramafic intrusions and the uneco- nomic mineralized mafic-ultramafic intrusions， in order to distinguish the metallogenic potential from theory. The prospecting uation inds are gained from this study， mineralized mafic- ultramafic intrusions are generally characteristic by right incline in Chondrite normalized REE pattern diagrams； several stages of magma intruding are important； a certain amount of orthopy- roxene is contained in the rock； the mineral grains are obviously different， et al. [Key words]Cu-Ni sulfide deposit； prospecting uation index； eastern Tianshan 112