Question

模型十四 岩浆型铜镍硫化物矿床找矿模型

Answer 1

一、概 述

岩浆型铜镍硫化物矿床是指与镁铁质 － 超镁铁质岩浆成矿作用有关的以硫化物为主的矿床，是铜、镍和铂族金属的重要来源。据统计，世界上有 50%以上的镍和铂族金属以及 5. 5%的铜来自这类矿床。

这类矿床在世界上分布极不均匀，主要集中在加拿大 ( 萨德伯里、托普逊、沃伊塞湾等) 、美国( 德卢思等) 、俄罗斯 ( 诺里尔斯克 － 塔尔纳赫、贝辰加等) 、中国 ( 金川等) 、澳大利亚 ( 基思山、佩塞维兰斯、卡姆巴尔达等) 、南非 ( 布什维尔德等) 和津巴布韦 ( 大岩墙等) 等少数国家 ( 图 1;表 1) 。

图 1 世界主要岩浆型铜镍硫化物矿床分布示意图( 引自 D. M. Hoatson 等，2006，修改)

这类矿床按其含矿岩石、岩体形态及构造环境可分为 5 个亚类:

1) 与科马提岩质火山岩流及岩床有关的铜镍硫化物矿床 ( 如澳大利亚的基思山、佩塞维兰斯、雅卡宾迪、卡姆巴尔达，加拿大的托普逊等) ;

2) 与陆上溢流玄武岩岩床有关的铜镍硫化物矿床 ( 如俄罗斯的诺里尔斯克，美国的德卢思) ;

3) 与拉斑玄武岩岩浆分异的镁铁质 － 超镁铁质侵入体有关的铜镍硫化物矿床 ( 如加拿大的沃伊塞湾，中国的金川，俄罗斯的贝辰加等) ;

4) 与陨石撞击有关的苏长岩 － 辉长岩型铜镍硫化物矿床 ( 如加拿大的萨德伯里，现世界上仅此一例) ;

表 1 世界主要岩浆型铜镍硫化物矿床

资料来源: D. M. Hoatson 等，2006; P. Laznicka，2006; 李文渊，2007

注: Astro—与陨石撞击有关的铜镍硫化物矿床; Kom—科马提岩中的铜镍硫化物矿床; Basal—拉斑玄武岩质侵入体中底部的铜镍硫化物矿床; FB—与溢流玄武岩有关的侵入体中铜镍硫化物矿床; Strat—大型层状镁铁质 － 超镁铁质侵入体中层控铂族、铜镍硫化物矿床。

5) 与大型层状镁铁质 － 超镁铁质侵入杂岩有关的铂族金属、铜镍硫化物矿床 ( 如南非布什维尔德，津巴布韦大岩墙等) 。

二、地 质 特 征

1. 区域地质背景

岩浆型铜镍硫化物矿床所处的构造环境主要有大陆内部裂谷带 ( 如加拿大萨德伯里和俄罗斯诺里尔斯克等矿床) 、大陆边缘裂谷带 ( 如中国金川矿床等) 以及太古 － 元古宙绿岩带 ( 如澳大利亚卡姆巴尔达和加拿大托普逊等矿床) ，而活动的造山带环境只形成较小的矿床，如美国的莫希 ( Moxie)深成岩体中的矿床。

几乎所有的铜镍硫化物矿床都与镁铁质或超镁铁质岩体密切相关，由地幔中派生的镁铁质和超镁铁质岩浆饱含硫化物。镁铁质和超镁铁质岩体的母岩浆可以分为两个岩浆系列 ( 表 2) : 科马提岩岩浆和拉斑玄武岩岩浆。在 1500 ～1600℃喷发的超镁铁质科马提岩岩浆限于太古 － 元古宙，是一些重要硫化物矿床的母岩浆，形成的矿床有澳大利亚卡姆巴尔达、佩塞维兰斯，加拿大托普逊等大型矿床。拉斑玄武岩岩浆形成的矿床主要发育于克拉通地区，矿化不如科马提岩岩浆形成的矿床那么普遍，但却形成了一些重要矿床，如加拿大沃伊塞湾，俄罗斯贝辰加，中国金川等重要矿床。

含矿岩体规模大小不一，我国金川含矿岩体仅1. 34km2，而俄罗斯诺里尔斯克Ⅰ号岩体达 12km ×2km，加拿大萨德伯里铜镍硫化物矿床岩盆面积在 1000km2以上，南非布什维尔德含矿岩体面积约达 65000km2。

表 2 铜镍硫化物矿床母岩浆系列分类

2. 矿床地质特征

铜镍硫化物矿床主要产出在克拉通地区的陆内裂谷和大陆边缘裂谷，属拉张的构造环境。矿带受古大陆边缘或微陆块之间的拉张裂陷带控制。在拉张力支配下，岩石圈减薄、甚至破裂引起地幔上涌，导致镁铁质 － 超镁铁质岩石在地壳浅成环境侵位。

( 1) 容矿岩石类型

铜镍硫化物矿床在空间上和成因上与镁铁质 － 超镁铁质岩体有密切联系。与矿有关的镁铁质 － 超镁铁质岩石系列主要有拉斑玄武岩和科马提岩。这些岩体和岩流往往侵位于陆源沉积物中或绿岩带中。赋矿岩体主要有: ①由纯橄岩 － 方辉橄榄岩 － 橄榄岩 － 辉石岩 － 苏长岩 － 橄长岩 － 斜长岩 － 闪长岩等岩相组成或由橄长岩 － 苏长岩 － 斜长岩 － 铁闪长岩等岩相组成的大型层状杂岩体; ②苏长岩 － 闪长岩岩体; ③纯橄岩 － 二辉橄榄岩 － 橄榄岩 ( － 辉石岩) 杂岩体; ④橄榄岩 － 辉石岩 － 辉长岩 ( 苏长岩) － ( 闪长岩) 杂岩体; ⑤苦橄岩 － 苦橄粗玄岩 － 苦橄辉长岩 － 苏长岩 － 橄榄辉长岩侵入体等。含矿岩体常见明显的分异现象。

( 2) 矿体产状与矿石构造

铜镍硫化物矿床的含矿岩体产出形态多种多样，分别呈岩墙状 ( 津巴布韦大岩墙) 、岩盆状 ( 加拿大萨德伯里、俄罗斯诺里尔斯克) 、漏斗状 ( 加拿大沃伊塞湾) 、不规则层状 ( 南非布什维尔德)以及岩床、岩株状等。

矿体主要赋存于岩体的底部或接触带附近的裂隙中。产于岩体底部的矿体为似层状 ( 或板状) ，主要由中等—稠密浸染状矿石组成，属熔离分凝式矿体; 而产于接触带附近裂隙中的矿体则是以块状( 或角砾状) 矿石为主的脉状矿体，属贯入式矿体。岩体上部的含矿岩相产出由浸染状矿石组成的矿体，其形态为似层状或透镜状，镍品位一般低于底部矿体。

( 3) 矿石组分

矿石中的金属矿物组分较多，主要矿物有磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，其次是黄铁矿、针镍矿、紫硫镍铁矿、方黄铜矿、斑铜矿、磁铁矿、铬铁矿、铅铋碲矿、碲铂矿、砷铂矿和少量其他镍矿物等。脉石矿物为橄榄石、辉石及斜长石等围岩的造岩矿物。

镍和铜是矿石中的主要有益组分，尚有一些伴生组分，如铂族金属、金、银、钴、硒、碲和铬等，可综合利用。有些矿床中铂族金属是最主要的组分，如南非布什维尔德矿床等。

( 4) 成矿时代

该类矿床大多形成于太古宙、元古宙和晚古生代的二叠纪及中生代的三叠纪。最古老的铜镍硫化物矿床分布于西澳大利亚太古宙绿岩带中。该地区有些矿床产于高镁质火山岩段科马提岩质岩层中，这种岩层上部往往具有特殊的鬣刺结构 ( spinifex texture) ( 图 2) 。大型铜镍硫化物矿床多形成于元古宙以后活化的古老地台和地盾区，矿体赋存于层状镁铁质和超镁铁质岩体中，多为拉斑玄武岩质岩浆形成的岩体，有些与暗色岩的岩浆活动有关，形成溢流玄武岩。

图 2 典型的科马提岩火山沉积岩层剖面图( 表示科马提岩铜镍硫化物矿床的控矿因素)( 引自 D. P. Cox 等，1986)

表 3 和表 4 分别列出了含矿科马提岩区和含矿的拉斑玄武岩区矿床的主要地质特征。

表 3 含矿科马提岩区的主要地质特征

资料来源: D. M. Hoatson 等，2006

a. AUDK ( Al2O3/ TiO2= 15 ～ 25) : 铝未亏损的科马提岩 ( Munro 型) ; ADK( Al2O3/ TiO2＜ 15) : 铝亏损的科马提岩 ( Barberton型) 。表中这两种类型都有，但主要的化学类型还是前一个。

b. TDF: 薄层分异岩流; CSF: 具有内通道的复合席状岩流; DCSF: 纯橄榄岩复合席状岩流; LLLS: 层状熔岩湖和 ( 或) 岩床。

表4 武矿的拉斑玄含岩质镁铁质－区镁铁质侵入岩超的主要地质特征a

资料来源:.M.Hoatsn等，062

a.矿床/矿区，如萨德伯里(与古陨石坑有关)、诺里尔斯克(与流玄武岩有关的次火山岩床)和德卢思(与溢流玄武岩有关)有包括在本表没中，因为它们与“典型”的拉斑玄武岩质镁铁质－超镁铁质侵入体有不同的成因。贝辰加矿床列于本表中，但它与原始的拉斑玄武岩质岩浆系统和科马提岩岩浆系统都有化学亲合性。

b.这些矿床尽管品位低(Ni＜.04%)，但镍的总资源量很大。

c.加拿大其他地区矿化侵入体的大致年龄为01Ma、302Ma、04Ma、101Ma和702Ma。

三、矿床成因和找矿标志

1. 矿床成因

关于岩浆型铜镍硫化物矿床的成因先后有学者提出了岩浆熔离说、热液交代说、变质成矿说，但自从 J. H. I. Vogt 于 1894 年提出岩浆硫化物不混溶机制 ( 即岩浆熔离说) 以来，就一直被广泛接受。只有加拿大的萨德伯里被认为是陨石撞击成因的矿床。

研究岩浆型铜镍硫化物矿床成矿机理实际上就是研究母岩浆如何产生、演化以及成矿元素是如何运移、富集、沉淀形成矿床的。一般认为，岩浆型铜镍硫化物矿床的形成首先是基性 － 超基性岩浆中的硫化物达到饱和而与硅酸盐岩浆发生熔离，在此过程中亲铜元素进入分离出的硫化物熔体。硫化物熔体进而在一定的空间内与足够的硅酸盐岩浆混合导致亲铜元素品位提高。这些高品位的亲铜元素保存在合适的空间内就可以形成岩浆型铜镍硫化物矿床。由此可见，形成岩浆型铜镍硫化物矿床的首要条件是来自地幔的硅酸盐岩浆中的硫达到饱和而使硫化物熔体与硅酸盐岩浆发生熔离。当溶入硅酸盐岩浆中的硫达到饱和时，S 就会与 Ni、Cu、Fe、Co 及 PGE 等元素结合而形成一种不混溶的硫化物熔体。这种不混溶的硫化物将从硅酸盐熔体中熔离出来聚集在一起而呈 “珠滴”状，它们或者由于重力作用而沉淀下来保留在源区，或者呈不混溶的硫化物液滴悬浮于硅酸盐岩浆中随其一起上升，这取决于硫在硅酸盐岩浆中的溶解度、体系的氧化 － 还原状态、硅酸盐岩浆的黏度以及熔体的温度持续的时间。如果岩浆黏度较大而且温度下降较快，硫化物 “珠滴”则来不及沉降到岩浆底部，只能悬浮于硅酸盐岩浆中形成球粒状或浸染状构造的矿石; 如果岩浆黏度较小而且温度下降较慢，硫化物“珠滴”则可以沉降于岩浆底部，形成块状构造的矿石。

通过对世界上许多大型和超大型岩浆型铜镍硫化物矿床 Re － Os 同位素体系的研究，揭示出这类矿床的成矿物质可以完全源于地幔，如卡姆巴尔达矿床，但多数矿床则是壳幔混合源，如诺里尔斯克、萨德伯里、沃伊塞湾、德卢思、布什维尔德等矿床。这表明地壳混染作用对此类矿床的形成具有重要作用。

2. 找矿标志

( 1) 区域地质找矿标志

1) 岩浆型铜镍硫化物矿床产出的大地构造环境是克拉通、大陆内部裂谷、大陆边缘裂谷和绿岩带，因此，寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的目标区首先要选择具有这种构造的地质区。

2) 岩浆型铜镍硫化物矿床多与侵入的或喷出的镁铁质 － 超镁铁质岩体、岩流有关，包括太古 －元古宙绿岩带中的科马提岩和各个年代的拉斑玄武岩质岩浆岩。因此，寻找各类基性 － 超基性侵入岩和在绿岩带中寻找科马提岩是勘查该类矿床的前提。

( 2) 局部地质找矿标志

1) 铜镍硫化物矿床主要形成于裂谷等张性环境中，巨大的张性构造带为岩浆的运移、侵位及期后成分的调整等提供了良好的通道和场所。这些特征在区内显示为深大断裂及其诱发的次级断裂，这些断裂控制着含矿岩体的形状和产状，如俄罗斯诺里尔斯克矿区几个矿床均产在区内的诺里尔斯克 －哈拉耶拉赫等断裂中 ( 图 3) 。因此，查明区内的深大断裂及其次级断裂，对勘查铜镍硫化物矿床具有重要意义。

2) 铜镍硫化物矿床的矿质主要来源于地幔，矿床一般在较深部位，由于含矿岩浆、富矿岩浆比重较大，所以矿体分布在岩体的较下部，或在沿侵入体底部接触带分布的岩浆补给通道和洼地中产出。一般来说，岩体底部和下伏地层中成矿较好，所以要特别重视在岩体下盘和下伏地层中找矿。

3) 在镁铁质 － 超镁铁质岩体中，铜镍硫化物矿床含矿岩相主要有苏长岩、橄长岩、纯橄岩、方辉橄榄岩、辉长岩、橄榄岩、辉石岩、斜长岩、闪长岩、苦橄岩、苦橄粗玄岩、苦橄辉长岩等，所以鉴别出这些岩相和这些岩相的组合就有可能找到赋存在其中的矿床。

图 3 俄罗斯诺里尔斯克矿区区域构造图( 引自 A. J. Naldrett 等，1992，修编)

4) 以科马提岩为容矿岩石的铜镍硫化物矿床，其上部岩石往往具有特殊的岩石结构———鬣刺结构，可以作为很好的找矿标志。

( 3) 地球物理找矿标志

1) 铜镍硫化物矿床中的块状硫化物矿体具有磁性，容易引起磁异常，但并不是强磁性异常。

2) 硫化物矿石为良导体，在矿体上方出现电磁异常，因此，可进行航空和地面电磁法测量，以圈定导电的 Fe － Ni － Cu 硫化物矿石。

3) 进行区域航磁和重力调查，以确定侵入体的范围和有利的矿化环境 ( 岩体底部接触带、岩浆补给通道) ; 地面磁测可确定岩性接触带和小型矿化构造 ( 如构造凹入处) 。

4) 深部钻孔和井中瞬变电磁测量系统 ( UTEM) 可有效勘查深埋的底板型矿体，如加拿大萨德伯里矿区近年在深部发现的许多矿床均应归功于此法的应用。

( 4) 地球化学找矿标志

1) 土壤 / 河流冲积层 / 露头的 Cu、As、Zn 地化异常，有可能指示有硫化物的存在。

2) 土壤 / 河流冲积层 / 露头的 Ni、Cr、Co、Mn 地化异常表明有橄榄石堆积层 ( 有一些科马提岩型铜镍硫化物矿体位于橄榄石堆积层内) 存在。

3) 科马提岩型铜镍硫化物矿化与铝未亏损的科马提岩岩层有关 ( Al2O3/ TiO2= 15 ～ 25) ，而铝亏损的科马提岩岩层 ( Al2O3/ TiO2＜ 15) 中矿化通常较差或不含矿。

( 唐金荣 戴自希)