Question

典型矿床实例

Answer 1

一、格林维尔(Greenvale)镍矿床

格林维尔(Greenvale)镍矿床位于澳大利亚热带的北昆士兰，南纬19°，东经145°，距汤斯维尔(Townsville)市以西175km。

(一)地质背景

格林维尔地区最主要的构造单元是布罗肯河断层带(Fletcher et al.，1975)。这是一条长达200km的北东向构造带，是西面乔治敦前寒武纪变质地层与东面布罗肯河盆地古生代沉积岩之间的接触界线。该断层带一方面促进了蚀变带的可渗透带的发育;另一方面又成为蚀变溶解物质排出的主要通道。断层带对于矿床的形成起了重要作用。在矿体底面等高线平面显示出这些断层带控制了地堑的展布，其走向与区域构造方向平行。另外，在有些断层很深的部位仍发育镍矿化。

格林维尔地区，出露三大超基性杂岩体，即产于乔治敦地层的前寒武纪桑杜尔伍德蛇纹岩，泥盆纪的波伊勒格利杂岩和布罗肯河裂谷沉积内的格瑞伊克利克杂岩。其中波伊勒格利杂岩与红土型镍矿床的形成关系密切。

波伊勒格利杂岩内的蛇纹石化橄榄岩构成了格林维尔矿体的基底。岩体面积约5.5km²，呈核状产于辉长质岩石的壳层内。矿物分布均匀，岩石内没有层理或分带的迹象。蛇纹岩呈暗绿色到灰色，粒细而松软。岩石几乎全部由蛇纹石矿物组成，其次含少量绿泥石和贵橄榄石，主要为浸染状的自形颗粒。

新鲜的蛇纹岩化学成分平均为SiO₂37.1%，TiO₂＜0.02%，Al₂O₃0.63%，Cr₂O₃0.39%，Fe₂O₃6.7%，FeO0.47%，MnO0.11%，MgO39.2%，H₂O12.9%，NiO0.28%。显示出较高的镍含量。

(二)格林维尔矿体

红土残余物遍布全区(Fletcher et al.，1975)，并覆盖在所有类型的基底岩石之上。从新鲜的岩石向上逐渐由不同性质的带过渡到地表的土壤带，形成一个成熟的具有化学和矿物学特性的风化剖面。这种剖面在格林维尔蛇纹岩上面约1/3的面积内广为分布。其余地区，有的已部分或全部被侵蚀掉。推测全区有5.5km²的蛇纹岩曾被含镍红土所覆盖，但由于侵蚀作用，目前残留下来的只有3.3km²。图12-3表示矿床地表地质情况和达到工业品位的矿化分布轮廓。

格林维尔矿床具典型红土剖面，一般由下而上分为4个带，最下面的为直接盖在基岩之上的风化蛇纹岩带，向上依次为褐铁矿带、豆状红土带，最上面为土壤带(陈浩琉等，1993)。

1.蛇纹岩红土带

从新鲜岩石变为风化蛇纹岩，岩石的密度从2.7t/m³降到1.4t/m³。然而基底母岩矿物结构和岩石构造却被保存下来。在显微镜下岩石由多孔网状蛇纹石矿物组成，这些蛇纹石围绕粘土矿物分布，沿裂隙发育着菱镁矿和针铁矿细脉。在该带的上部风化蛇纹岩的蚀变强烈，铁更为富集，母岩的原生结构逐渐消失。风化蛇纹岩的底部为灰绿色或橄榄灰色，向上黄色及棕色增多，过渡到上覆褐铁矿带则以黄色及棕色占优势。在风化蛇纹岩带，镍的富集高达母岩含镍值的10倍，一般在该带的边部达到最高值。蛇纹岩红土带厚10m，其中矿石层厚5m。

2.褐铁矿红土带

褐铁矿红土带以缺乏母岩的结构和矿物组合为特征。它主要由针铁矿组成，一般为块状、棕黄色。岩石往往被垂直的空隙和管状体所切割，这些空隙和管状体向上延续到上覆的豆石带。该带内镍的富集通常低于风化蛇纹岩带，但钴的富集达到高峰，比原生岩高25倍，含量达到0.5%，Cr₂O₃和MnO也很富集。

3.豆状红土带

该带含有铁质结核，这种结核有的分散在土壤内，有的部分被胶结形成条带，或者露出地面形成铁壳。其颜色为红棕色到棕色，下部与下伏褐铁矿红土带过渡的地方渐变为黄棕色。结核为豆粒状、鲕状或不规则板状体。结核的大小和含量一般向上增加，到该带顶部大小可达4.5cm。该带内从下向上，镍和钴的含量递减，在顶部则下降到背景值，A1₂O₃含量向上明显增加。

4.土壤带

矿床上面大部分发育着薄层红棕色疏松的残留土壤。在中部低洼地区，红棕色土壤和粘土层深度可达10m，平均3m。

图12-3 格林维尔蛇纹岩体地质图及剖面图

(三)矿石类型与分布

矿石分为风化蛇纹岩矿石、褐铁矿矿石和硅质矿石3种类型。

1.风化蛇纹岩矿石

风化蛇纹岩矿石几乎构成矿石储量的一半。该类矿石主要为硅酸盐矿物，镍的品位为1.5%～1.7%，钴的品位低(0.05%)，铁较低(15%～20%)，镁较高(15%)，硅为30%～40%。风化蛇纹岩矿石在中部地区产于豆状红土和褐铁矿红土之下，在矿体的南缘和北缘出露于地表，平均厚度为5m。

2.褐铁矿矿石

褐铁矿矿石占矿石储量的1/4，以氧化矿物为主，镍含量一般低于平均值(1.2%～1.4%)，钴主要在这种类型矿石中富集，平均为0.25%，多数大于0.5%;铁含量较高(40%～50%)，镁低(1%～5%)，硅低(15%～20%)。褐铁矿矿石主要赋存于矿床中部低洼地区，矿体平均厚3m。

3.硅质矿石

硅质矿石占矿石储量的25%。按照构造可分为块状和壳状两种。块状硅质矿石呈不规则体产于风化蛇纹岩上部，或者呈水平条带或团块交代褐铁矿红土。块状硅质矿石遍布整个矿体，呈透镜体或条带状，宽可达几十米。镍含量一般较低(3.2%～1.2%)，钴低于平均值(0.05%～0.08%)，铁低(15%～20%)，镁的含量变化较大，二氧化硅的含量很高(50%～60%)。壳状矿石一般与强破碎带相伴出现，宽度变化大，从10cm到5m以上。壳状矿石一般呈线状带分布于整个矿体。矿石由薄壁的玉髓壳组成，壳宽10～50cm，其中充填或部分充填有强蚀变的蛇纹石或褐铁矿。壳状带含有矿体中含镍最高的矿石(达6%)，钴的含量一般在平均值以上(0.15%～0.20%)，铁较低(15%)，镁低(5%～10%)，氧化硅较高(40%～50%)。

(四)矿床成因

镍的富集以橄榄石晶体从岩浆中吸取金属开始，接着是含镍橄榄石分凝成橄榄石岩浆。在泥盆纪，沿布罗肯断层带的构造活动，导致波伊勒格利(BoilerGully)超镁铁质岩体的侵入。该超镁铁质岩含有约0.2%的镍。蛇纹石化作用把这些岩石矿物蚀变为含水硅酸盐，而后的构造作用把地块抬升，侵蚀作用使这些岩石暴露在第三纪的地表和气候环境下。这些在地下深部地质条件下形成的矿物化学平衡遭到破坏后，在近地表环境的物理化学作用下被破碎。新的条件有利于红土化，从分解的蛇纹石类矿物中释出的金属依照它们相对的溶解度进入到红土系统之中，镍得到富集，形成了格林维尔矿体。

格林维尔红土型镍矿富集的主要因素可能是:

(1)广泛分布的含镍达0.2%、矿化均匀的、高度破裂的蛇纹岩。

(2)循环性的降雨一方面引起地下水位的变动，使岩石处于饱和和通气相交替状态，有助于氧化;另一方面，酸性水通过氧化的岩层做周期性的向下垂直运动，由于淋漓和沉淀引起金属的重新分布。

(3)陡的地下水梯度和侧向的水运动造成可溶性元素的迁移。

(4)适当的温度，以便有效地进行反应。

(五)勘查历史

格林维尔地区的含镍红土是在1957年由澳大利亚矿产资源局和格林维尔地质调查所联合进行区域地质填图过程中发现的。当时对格林维尔红土上部含铁带进行勘查，发现了其中镍的丰度超过1%。1966年，澳大利亚北方金属勘探公司把镍作为勘探项目之—，格林维尔被列为重点找矿靶区，并把该区与新喀里多尼亚的镍矿进行对比，提出了铁帽下面存在富镍硅酸盐带的可能性。该公司的地质人员经野外验证证实了镍矿带的存在。地质人员在该带一个露头上捡取样一块样品，经化验，镍品位超过3%。随后进行了5000多米的钻探、探井和大量探槽取样。1969年获得矿石储量4000万t，矿石平均含Ni1.57%，含Co0.12%;1990年获得保有资源量为800万t，Ni1.357%，Co0.11%。

二、新喀里多尼亚(NewCaledonia)镍矿床

(一)地质背景

新喀里多尼亚是位于大洋洲东北部的一个岛国，北西长400km，北东48km，面积1.9万km²。该岛为中生代以后由于太平洋板块向澳大利亚板块俯冲而逐步形成的一个岛弧。区内岩层主要为新生代的蛇绿岩套、火山岩及碎屑沉积物。全岛75%的面积为超镁铁质-镁铁质岩系。镍矿产地不计其数，比较集中地分布于东海岸及西海岸。较重要的有西海岸的Nepoui、Poum，东海岸的Poro、Kouaoua、Thio和首府Noumea附近的镍矿床。镍资源量达4500万t以上。

新喀里多尼亚的镍矿床发现于1864年。在加拿大萨德伯里镍矿被开发利用之前，新喀里多尼亚是世界镍矿生产最主要的地区。目前世界上由于硫化镍大量开采，红土型镍矿已退居次要地位，但新喀里多尼亚的镍产量仍然居世界第四位。

新喀里多尼亚的镍矿绝大部分是在超镁铁质岩之上发育起来的红土型镍矿。基岩的岩石类型以纯橄榄岩及方辉橄榄岩为主，这些岩石多侵位于白垩系和较老的沉积岩之中，时代为古近纪。岩石普遍蛇纹石化，蛇纹石化主要是在岩体侵位期间岩石中超镁铁质矿物水化的结果，与现代的地形和风化作用无关。

(二)红土化剖面

新喀里多尼亚地区露出地表的蛇纹岩从古近纪以后，遭受强烈的风化作用，形成类似其他热带地区的红土剖面。镍矿床发育较理想的红土化剖面(陈浩琉等，1993)，由上而下可分为5个带(图12-4)。含矿溶液由邻近地区向下和侧向的流动使镍含量提高，镍的迁移富集如图12-5所示。

(1)铁帽带:经过长期强烈的风化，硅、镁、碱和碱土物质大量流失，残存下来的物质以铁氧化物为主，粘接成一层较坚硬的外壳，形成铁帽或铁质结核。

(2)豆状红土带或铁质结核带:由较松软的暗红色红土组成，含分散的豆状或结核状铁氧化物，红土的主要成分为粉末状褐铁矿，缺少粘土矿物，镍钴的含量接近背景值。

(3)褐铁矿红土带:由松软多孔的铁氧化物及少量的粘土矿物组成，矿石品位低。

(4)蛇纹岩带:主要为蛇纹岩风化而成的腐泥土，由叶蛇纹石和绿脱石组成，含原岩的残核。蛇纹岩带为主要的含矿层位，镍呈镁铁类质同象赋存于叶蛇纹石、绿脱石(或蒙脱石)中。由风化蛇纹岩带向上镍的含量逐渐降低，钴的含量逐渐增高。

(5)基岩带:主要由新鲜的蛇纹岩组成，在近风化蛇纹岩带裂隙发育地段常有大量的次生硅酸镍矿细脉，含矿较少。

(三)矿石类型

新喀里多尼亚的红土型镍矿开采的矿石有两种类型(胡品美，1980;陈浩琉等，1993):一种为硅酸镍矿石，由大量的绿色含镍蛇纹石变种———硅镁镍矿和少量的含镍皂石组成。矿石为深绿色、苹果绿色到灰色，呈松软的腐泥状，主要产于风化带的下部。硅镁镍矿呈细脉状充填于蛇纹岩的裂缝中或呈细粒凝聚在母岩的孔隙中，最厚可达几米。硅酸镍矿石又可分两种亚类型，在镍交代硅酸盐中的铁的地方，矿石含镁高而呈绿色(或称绿矿石);在镍交代硅酸盐中镁的地方，矿石中保留的铁氧化物较高而呈棕色(或称“巧克力”矿石)。绿矿石赋存于风化蛇纹岩带的下部及基岩的裂隙中;“巧克力”矿石分布于腐泥土带上部及红土带的下部。另一种为氧化镍矿石，赋存于褐铁矿红土带内。不少褐铁矿红土带含有丰富的钴，形成一种含镍钴土矿石，钴的含量最高达10%，很有工业价值。红土中常见的脉石矿物为滑石、海泡石和少量玉髓。

图12-4 新喀里多尼亚含镍红土矿床剖面示意图

图12-5 新喀里多尼亚镍矿床镍的迁移富集图

新喀里多尼亚的镍矿主要为硅酸镍，矿石平均含Ni约1%～3.5%，最高可达10%，是世界上红土型镍矿品位最高的地区。镍富集于红土剖面下部形成近水平的矿体。最好的矿石一般赋存于山体较平缓的斜坡和从主山脊伸出的山嘴鞍部。高山及平原区镍矿较少，这可能因为高山区剥蚀速度太快，岩石不能得到充分的氧化; 而平原区则由于地下水位高，地表堆积物太厚，含镍岩石不易分解氧化的缘故。

红土镍矿主要与蛇纹岩有关，未发生蛇纹石化的超镁铁质岩成矿机会较小。这可能因为蛇纹岩比起其他未蚀变的超镁铁质岩渗透性差，可以阻止含矿水的循环和向下迁移，为镍的富集创造了有利条件。

参考文献

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陈浩琉，吴水波，傅德彬等.1993.镍矿床.北京:地质出版社，1～199.

胡品美.1980.世界镍资源概况.钢铁，15(1):65～70.

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