Question

模型十八 科马提岩型铜镍硫化物矿床找矿模型

Answer 1

一、概 述

含在科马提岩中的铜镍硫化物矿床具有重要的经济意义，据统计，其所含的镍的总资源量为1923. 3 × 104t，占世界陆地上镍硫化物资源总量的 18. 7% 。该类矿床不仅是镍的重要来源，而且对Cu、Co 和 PGE 也有重要意义。此外，Au、Ag、Cr 和 Pb 有可能成为次要的伴生金属。

科马提岩型铜镍硫化物矿床主要分布在澳大利亚，镍总量 ( 产量加剩余储量和/或资源量) 大于100 × 104t 的世界级矿床有 5 个: 基思山 ( Mt. Keith，341. 1 × 104t，Ni 0. 57% ) ，佩塞维兰斯 ( Perse-verance，248. 1 × 104t，Ni 1. 05% ) ，雅卡宾迪 ( Yakabidie，168. 2 × 104t，Ni 0. 58% ) ，卡姆巴尔达( Kambalda，138. 9 × 104t，Ni 3. 30% ) ，霍尼蒙井 ( Honeymoon Well，101. 1 × 104t，Ni 0. 75% ) ，此外还有许多中、小型矿床。加拿大最大的科马提岩型铜镍硫化物矿床托普逊 ( Thompson) 也达到了世界级 ( 348. 7 × 104t， Ni 2. 32% ) ， 其 次 是 杜 蒙 特 ( Dumont，75 × 104t， Ni 0. 50% ) 、 拉 格 兰( Raglan，67. 18 ×104t，Ni 2. 72% ) 和博登 ( Bowden，48 × 104t，Ni 0. 60% ) 。津巴布韦均为中、小型矿床，最大的为亨特罗德 ( Hunter's Road，21 × 104t，Ni 0. 70% ) 。巴西和芬兰也有不多的科马提岩型铜镍硫化物矿床 ( 图 1) 。

图 1 世界主要铜镍硫化物矿床镍品位与镍矿石总资源量的对数图( 引自 D. M. Hoatson 等，2006)

二、地 质 特 征

1. 区域地质背景

澳大利亚科马提岩型铜镍硫化物矿床主要集中在西澳大利亚地盾耶尔冈克拉通的 “东金田”、“南克罗斯”和 “东北金田”3 个地区 ( 图 2) ，这 3 个地区含矿科马提岩的年龄分别为约 2710 ～2700Ma、约 3030 ～ 2720Ma 和约 2710 至 ＞ 2900Ma ( ?) 。其次是皮尔巴拉克拉通，其弱矿化的科马提岩层通常比耶尔冈克拉通矿化的科马提岩层要更老 ( 约 3460 ～2880Ma) 和更薄一些。加拿大这类矿床主要产在 “托普逊镍带”( 图 3) 和 “阿比提比绿岩带”，这两个带的矿化年龄分别约为 1900Ma 和2700Ma。托普逊镍带由片麻岩、变沉积岩和变火山岩组成，其中含有超镁铁质岩体和霏细岩体。变沉积岩、变火山岩和超镁铁质岩集中在带的西部，重点的镍矿床都集中在这里。津巴布韦的科马提岩型镍矿产于 “津巴布韦克拉通”、“桑加尼绿岩带”和 “马佐埃绿岩带”，矿化年龄约为 2700Ma。上述这些科马提岩区的大地构造环境都是太古宙克拉通花岗岩 － 绿岩带中与地幔柱有关的裂谷或张性盆地。

图 2 西澳大利亚镍矿床地质和分布图( 引自 Л. П. Лихачев，2006)

图 3 加拿大托普逊矿床平面图 ( a) 剖面图 ( b)( 引自 Л. П. Лихачев，2006)1—石英岩; 2—铁质石英岩; 3—黑云母片岩; 4—矽卡岩类; 5—黑云母副片麻岩;6—角闪副片麻岩; 7—花岗片麻岩; 8—橄榄岩; 9—硫化物矿石

2. 矿床地质特征

( 1) 赋矿岩石

澳大利亚科马提岩型铜镍硫化物矿床分为两类: 一类是产在火山橄榄岩中的矿床 ( 以卡姆巴尔达矿床为代表，本文下称卡姆巴尔达式矿床) ，另一类是产在侵入的纯橄榄岩中的矿床 ( 以基思山矿床为代表，本文下称基思山式矿床) 。前者矿化产于橄榄岩 － 纯橄榄岩岩流里，岩流体长几百米，厚25 ～ 200m，含 MgO 38% ～ 45% ( 质量分数) ，矿体位于超镁铁质火山建造的底部。后一类矿化产于次整合的纯橄榄 － 橄榄岩透镜体中，透镜体长 500 ～1000m，厚 50 ～1100m，含 MgO 45% ～51% ( 质量分数) ，大多数矿体位于中部橄榄石补堆积岩 － 中堆积岩岩带里。

加拿大托普逊镍带的镍铜矿化主要产于呈岩床侵入的蛇纹岩中 ( 镍资源量占镍带总资源量的75% ) ，蛇纹岩原岩可能是辉石岩、橄榄岩、纯橄榄岩、苦橄岩。还有少部分镍铜矿化产在变沉积岩和片麻岩中 ( 镍资源量占镍带总资源量的 25%) 。

加拿大阿比提比绿岩带中的镍铜矿化产于规模不大的辉石岩 － 橄榄岩成分的超基性岩体中及岩体与围岩的接触带里。这些岩体被看作是熔岩流，其与沉积 － 火山成因的围岩呈整合产出。

( 2) 矿石类型

科马提岩型的铜镍硫化物矿床的矿石类型虽然多样，但主要还是以块状和浸染状为主。澳大利亚这类矿床中的卡姆巴尔达式镍铜矿化大约 90%是产在超镁铁质岩层中橄榄岩层底部的接触带型矿石，其典型剖面是由薄的不连续的块状硫化物层和上覆的基质 ( 网状) 和浸染状硫化物层组成。块状硫化物矿石层的厚度通常小于 1m，在构造复杂地段矿层可能增厚。基质 ( 网脉) 和浸染状的硫化物呈细粒到中粒，矿石中经常出现硫化物与非金属矿物连生的变质结构。基思山式铜镍硫化物矿化主要是浸染状矿化，以贫矿石 ( Ni 0. 4% ～ 1. 0%) 为主，富矿石 ( Ni 1% ～ 4%) 很少。硫化物浸染带长500 ～ 2000m，厚 25 ～ 320m，浸染状硫化物呈细粒到中粒，集中产在厚达 800m 的橄榄石堆积岩的纯橄榄岩透镜体中。

加拿大托普逊镍带中的硫化物矿化有 6 种类型: ①原生填隙状; ②脉状; ③角砾状; ④块状;⑤粉末浸染状; ⑥填隙鬣刺状。而阿比提比绿岩带中的硫化物矿化主要有两种，一种是产在超基性岩体中的浸染状矿化，另一种是产在超基性岩和围岩接触带中的块状和细脉状矿石。

( 3) 矿石组分

澳大利亚卡姆巴尔达式镍铜矿床块状和浸染状矿石的主要金属矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿和铬铁矿。金属组合为 Ni － Cu ± Au ± PGE ± Co。矿石品位富但变化大，块状矿石含 Ni 2% ～20%，基质矿石平均含 Ni 2. 5%，少量浸染状矿石含 Ni 小于 1%，平均含 Cu 0. 1% ～0. 4% ，Ni / Cu 为 7 ～ 20。基思山式矿床硫化物通常呈浸染状和层状，镍品位低，为 0. 1% ～ 1. 0% ，平均为 0. 6%。磁黄铁矿、镍黄铁矿、磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿是镍品位大于 1% 的矿石中的主相，而针镍矿、赫硫镍矿、斜方硫镍矿和硫镍矿出现在镍含量小于1%的矿石中。硫化物中 PGE 含量偏高( 块状硫化物中的 PGE 总含量为 ( 500 ～ 3000) × 10－ 9) ，Se 和 As 的含量也略有异常。矿石中 S 同位素与基层中的 S 同位素相匹配。表生矿物通常包括紫硫镍矿、黄铁矿和白铁矿。矿物的多样性是原始岩浆作用、次生热液作用和风化作用的结果。

加拿大托普逊镍矿床硫化物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿，其次是黄铜矿、方黄铜矿，有少量闪锌矿混入物。次生蚀变的矿物有黄铁矿、淡红辉镍铁矿、四方硫铁镍矿、羟镁硫铁矿和铁的氧化物。阿比提比绿岩带中的铜镍硫化物矿床，对大多数原生矿石来说矿物组合比较简单: 磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿和磁铁矿。而在变质矿石中，原生矿物常常还有淡红辉镍矿、白铁矿和黄铁矿。

三、矿床成因和找矿标志

1. 矿床成因

岩浆型的铜镍硫化物矿化与镁铁质和超镁铁质岩浆有关。高镁和超镁的科马提岩建造的岩浆是在岩浆演化的早期阶段 ( 高温阶段) 借助地幔上层物质的熔融并在含水流体的作用下形成的，含矿岩浆和矿床的形成主要依靠的是地幔原始物质中的硫化物。如图 4 所示，形成基思山的岩体相当于一个巨大的熔岩通道或熔岩岩管，其经历了一个长时间的科马提岩熔岩的连续喷发和流动 ( 图 4 中 A － B剖面) ，矿石矿物在很大的透镜状熔岩通道中结晶而成，硫化物比例和镍含量在硫饱和情况下随熔岩中含硫化物的流体分凝的共结比例变化而变化。卡姆巴尔达矿床是在岩流进一步流动过程中形成的，熔岩通道底部的含硫化物基层受到热侵蚀和/或物理侵蚀，不混溶的硫化物被流体带走，流体同时还从科马提岩中提取了 Ni、Cu 和 PGE，最后由于流变、流动坡度的变化和熔岩流动通道方向的改变等使硫化物流体聚集在底部接触带上 ( 图 4 中 C － D 剖面) 。加拿大托普逊镍铜矿床的形成被认为是岩浆最初呈岩床侵入沉积 － 火山岩层。在侵入的岩浆发生分异时析出了硫化物馏分，在重力作用下，硫化物馏分下沉在岩床底部形成硫化物层，在岩床上部，硫化物也可以作为填隙矿物而保留下来。后来由于构造运动，整个岩层发生了褶皱变形，超镁铁质岩遭受了强烈蛇纹石化。在像拖拽褶曲这样一些压力降低的地区，硫化物发生活化、重结晶和富集，最终形成了铜镍硫化物矿床。

图 4 科马提岩持续喷发而发育成膨胀的岩流田的剖面示意图( 引自 D. M. Hoatson 等，2006)

2. 找矿标志

( 1) 区域地质找矿标志

1) 在西澳大利亚地盾耶尔冈克拉通和皮尔巴拉克拉通的太古宙绿岩带内，张性裂谷环境。

2) 有区域分布的科马提岩岩系，含很厚的橄榄石堆积岩岩流层。

3) 大多数重要的矿化与铝未亏损的科马提岩岩层有关 ( Al2O3/ TiO2= 15 ～ 25) ; 只有铝亏损的科马提岩岩层 ( Al2O3/ TiO2＜ 15) 地区，通常矿化很差，或不含矿。

( 2) 局部地质找矿标志

1) 科马提岩岩流层含有可辨认的熔岩通道，现已被富含橄榄石的堆积岩所充填。

2) 存在有含硫化物的中酸性火山岩、化学 － 喷气沉积岩，这些岩层的熔融点较低，有利于热侵蚀。

3) 在有矿化的熔岩通道底部有热侵蚀现象，证明基层受到热侵蚀和 / 或捕获硫化物的地点受到热侵蚀。

4) 沿熔岩通道底部接触带存在有聚集块状硫化物的构造凹入处和构造圈闭。

( 3) 岩石学找矿标志

1) 在科马提岩质玄武岩和低镁的科马提岩 ( 全岩 MgO 为 15% ～ 30% ) 中具鬣刺结构、冷却结构、角砾结构和无斑隐晶结构，比较原始的科马提岩岩层 ( 全岩 MgO 为 32% ～50%，橄榄石成分 ＞Fo85) 具有堆积岩 ( 正堆积岩、中堆积岩和补堆积岩) 结构。

2) 科马提岩容矿岩石中有 MgO ( 无水的) 存在。卡姆巴尔达式矿床中 MgO 为 30% ～ 50% ( 质量分数) ，基思山式矿床中 MgO 为 45% ～53% ( 质量分数) ，这种差别反映了橄榄石含量的变化。

3) Ni、Cu、S 和 PGE 元素组合是科马提岩熔岩中硫化物流体富集的标志。

4) Ni、Mg、Fe、Cr 和 Ti 是成矿有利的火山相和火山环境的标志，也是复合岩流田中熔岩通道的指引标志。

5) 亲石的痕量元素 ( REE、Zr、Th) 在熔岩通道中，或熔岩通道补给的周边席状岩流舌中大量出现是地壳混染的标志。

( 4) 地球物理找矿标志

1) 块状硫化物矿体具有磁性，含矿科马提岩通常也有磁性，但并不总是强磁性。开展区域航磁和重力调查，可以确定含矿的科马提岩和熔岩通道。

2) 科马提岩蛇纹石化能提高磁化率，滑石 － 碳酸盐蚀变可产生变化不定的低磁化率，以橄榄石为主的岩性一般可产生较高的磁化率; 进行地面磁法测量以确定岩性接触带和小型构造。

3) 硫化物矿石为良导电体。进行航空和地面电磁法测量，可圈出导电的 Fe － Ni － Cu 硫化物矿石。

( 5) 地球化学找矿标志

1) 在母熔岩上升期间或喷出之后，硫化物吸收了亲铜元素，包括 PGE，从而使其中的 Ni 亏损。

2) 土壤 / 河流冲积层 / 露头的 Ni、Cr、Co、Mn 地球化学异常表明有橄榄石堆积岩存在。

3) 土壤 / 河流冲积层 / 露头的 Ni、Cu、PGE、Cr 重合地球化学异常表明有硫化物矿化存在。

4) 土壤 / 河流冲积层 / 露头的 Cu、As、Zn 地球化学异常表明有含硫化物的层间岩流 / 底板沉积物存在。

5) 借助 Ni、Cu 和 PGE 的地球化学异常组合查明块状硫化物的铁帽。

( 周 平 项仁杰)