津巴布韋古魯韋地區(qū)鎳礦床地質(zhì)特征及成因探討

王慶文

遼寧省地質(zhì)勘查局第五地質(zhì)大隊， 遼寧 大石橋 115100

津巴布韋位于非洲東南部，礦產(chǎn)資源豐富，屬內(nèi)陸國家，享有“非洲明珠”之稱。礦區(qū)位于津巴布韋中馬紹納蘭省古魯韋境內(nèi)，南東距津巴布韋首都哈拉雷150 km，西距古魯韋13 km，礦區(qū)內(nèi)海拔高度在1 500m左右，區(qū)內(nèi)地勢起伏較大，最大高差100m，北部及南部較高，其他地區(qū)相對較低。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

津巴布韋大巖墻為一長達(dá)530多公里，寬2～10 km的墻狀鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)的侵入體，其侵入時間為25.754億年，也就是太古代晚期，沿斷裂脈動式侵入到津巴布韋克拉通太古界花崗巖綠巖帶內(nèi)，總體走向北北東—南南西。古魯韋鎳礦床，位于津巴布韋大巖墻北段呈“S” 型產(chǎn)出部位（見圖1）。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)地層除在山前平地和沿溝谷分布的第四系外，沒有其它地層出露，第四系主要由沖洪積、坡積和殘積物等所組成。

2.1.1 沖積層（Qapt）

分布于大巖墻的外側(cè)，礦區(qū)的西側(cè)，山前平地為其地貌特征。由砂土、粉土和粉質(zhì)粘土等組成。分布廣、面積大、覆蓋厚、分選好、植被發(fā)育等為其主要特點。

2.1.2 坡積層（Qdpv）

分布于巖墻內(nèi)山間盆地、坡腳和山前緩坡地帶上，呈不規(guī)則條帶狀展布，位于礦區(qū)內(nèi)及西側(cè)。顏色呈紅色、紅褐色、褐色、黃褐色，由鐵質(zhì)赭土、松散的砂土、碎石土及少量的礫石所組成，含鉻尖晶石顆粒。礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～20%，直徑1～10 cm不等，呈次棱角狀和次園狀。地表沖溝內(nèi)可見黑色鉻鐵礦顆粒聚集，該層的紅土中鉻鐵礦富集，是坡積型鉻砂礦的主要賦礦層位。

2.1.3 殘積層（Qepl）

分布于巖墻內(nèi)的溝谷和巖墻外的坡角地帶。在巖墻內(nèi)由風(fēng)化的蛇紋巖碎屑和硅質(zhì)的燧石、蛋白石碎屑組成，該層鉻鐵礦較少，含鎳稍高，鎳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%左右。在巖墻外的坡角地帶，則由風(fēng)化的花崗巖碎屑組成。

圖1 津巴布韋大巖墻北部“S”型部位Fig.1 The "S" type parts of north Zimbabwe big dike

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，有近東西向和南北向兩組斷裂，其中以近東西向斷裂最為發(fā)育。

2.2.1 近東西斷裂

在礦區(qū)形成較早，數(shù)量較多，多為壓扭性斷裂，陡傾，斷裂帶寬約1～2m，帶內(nèi)巖石被強烈糜棱巖化，形成糜棱巖和糜棱片巖。該期斷裂主要造成巖體的平移錯斷，形成于風(fēng)化殼型鎳礦床之前，對鎳礦體沒有形成破壞作用。

2.2.2 近南北向斷裂

晚于近東西向斷裂，在礦區(qū)內(nèi)只發(fā)現(xiàn)一條為一張性正斷層，走向近南北，東傾，傾角50°～70°，該斷層形成溝谷和斷崖，地形起伏很大，巖石破碎，為角礫狀。該斷層生成于風(fēng)化殼型鎳礦床形成之前，對鎳礦床無破壞作用。

2.3 巖漿巖

2.3.1 花崗巖

出露于礦區(qū)的西北部?；野咨?，中—粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀或弱片麻狀構(gòu)造。礦物成分以鉀長石和斜長石為主，約占65%，石英次之，約占25%。暗色礦物主要為黑云母和角閃石，共約占5%以上。另有微量的副礦物。暗色礦物呈條帶狀，花崗巖普遍遭受片理化作用。

2.3.2 基性超基性巖類

即津巴布韋大巖墻，呈北北東向展布，總長約530 km，大巖墻具有層狀特征，韻律構(gòu)造。本區(qū)位于巖墻北段，巖類有：（x）蛇紋巖及蛋白石蛇紋巖、斜方輝橄巖及輝石橄欖巖，（P6）輝巖—橄欖巖輝巖帶。

2.4 變質(zhì)作用

勘查區(qū)的巖性為蛇紋巖，它是由大巖墻的巖性，即基性—超基性（富鎂質(zhì)）巖石，經(jīng)過汽液交代作用，使其中的橄欖石和輝石轉(zhuǎn)化而形成蛇紋巖。蛇紋巖的礦物成分簡單,主要由各種蛇紋石組成,包括蛇紋石、纖維蛇紋石、膠蛇紋石和石綿等。

蛇紋巖的結(jié)構(gòu)，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，鏡下呈顯微或鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)，變余自形粒狀結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造多為塊狀、帶狀及片狀等。

4 礦床地質(zhì)

4.1 分帶特征

在勘查區(qū)，含鎳的基性、超基性巖體即為著名的津巴布韋大巖墻，出露面積很大，風(fēng)化后形成層狀風(fēng)化殼，其中鎳的次生礦物亦呈層狀分布，形成層狀礦體，這種含鎳風(fēng)化殼常常具有明顯的垂直分帶現(xiàn)象。一般自上而下可分為以下幾帶：

（1）殘坡積層∶由殘積物、坡積物及巖石的碎屑組成厚度小于0.5m。

（2）赭石帶∶由蛇紋巖經(jīng)強烈風(fēng)化形成的鐵質(zhì)赭土、松散砂土及小礫石組成，含有鉻尖晶石顆粒，單質(zhì)鉻品位在6.0%左右，具有工業(yè)價值，厚度0.2～2.0m。已評價并開始開采。

（3）綠高嶺石帶：即含鎳的硅酸鹽礦物帶。主要礦物有綠高嶺石、硅鎂鎳礦、鎳蛇紋石等。常有石髓和蛋白石，呈網(wǎng)格狀、細(xì)脈狀、皮殼狀等。硅酸鹽礦物常呈土狀、松散塊狀、膠狀或微晶狀等。Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%～2%，厚度1.0～8.2m。分布面積較小，是本礦區(qū)的一個含礦帶。

（4）淋濾蛇紋巖帶：蛇紋巖已部分分解，質(zhì)地松軟，裂隙發(fā)育，常有方解石、菱鎂礦及白云石細(xì)脈充填于裂隙中，向下逐漸過渡到未受風(fēng)化的巖石。Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～2.5%，厚度1.0～6.7m，分布廣泛，為本礦區(qū)的主要含礦帶。

（5）未受風(fēng)化的蛇紋巖帶：位于風(fēng)化殼的下部，巖石完整、致密、堅硬，含鎳0.25%左右?？傮w來說，風(fēng)化礦床的特點是：埋藏淺，多呈面型分布，結(jié)構(gòu)疏松，分布廣泛，適于露天開采。

鎳礦體賦存于風(fēng)化殼的（3）、（4）兩帶之中，鎳的品位比較穩(wěn)定，一般為0.8%～1.5%，個別可達(dá)2%～4%，含鎳硅酸鹽礦物分布范圍及厚度的變化等與風(fēng)化殼基本一致。

含鎳的硅酸鹽礦物帶，礦區(qū)分布面積小。主要礦物有綠高嶺石、硅鎂鎳礦、鎳蛇紋石等。常有石髓和蛋白石細(xì)脈，呈網(wǎng)格狀，皮殼狀和不規(guī)則塊狀分布。硅酸鹽礦物呈土狀、塊狀、膠狀等。

淋濾蛇紋巖帶，礦區(qū)分布最廣，位于風(fēng)化殼的下部，蛇紋巖已部分分解，質(zhì)地松軟，體密小。向下則逐漸過渡到未受風(fēng)化的蛇紋巖。

4.2 礦體特征

4.2.1 礦體規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀

在勘查區(qū)，四個礦體沿大巖墻的北東走向由北向南依次分布，編號依次為①、②、③、④。

①號礦體形狀不規(guī)則，平面北東向展布，長900m，平均寬為250m，面積約0.22 km2。

②號礦體為形狀較規(guī)則的長條形，走向北西，長度約886m，寬度平均260m。面積約0.22 km2。

③號礦體為主礦體，面積最大，形狀不規(guī)則，平面呈“丁”字，總面積約0.77 km2。

④號礦體形狀較規(guī)則，北東向展布，長1 206m，寬約440m，總面積約0.50 km2。礦體分布特征見圖2。

4.2.2 礦石礦物成分

有用礦物為硅酸鹽的鎳礦物，主要為暗鎳蛇紋石、鎳鎂綠泥石和含鎳綠高嶺石。

脈石礦物以蛇紋石、橄欖石、輝石為主，其他為方解石、白云石、菱鎂礦、滑石。

礦物的生成順序為：橄欖石、輝石、鉻鐵礦→蛇紋石→硅鎂鎳礦、鎳鎂綠泥石等→方解石、白云石、菱鎂礦、滑石、石英等。

4.2.3 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

蛇紋巖的結(jié)構(gòu)，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，鏡下呈顯微或鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)，變余自形粒狀結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造多為塊狀、帶狀及片狀等。

4.2.4 礦石類型

礦石的自然類型為綠高嶺石-鎳蛇紋石型。

根據(jù)鎳礦石的全分析結(jié)果，氧化鎂的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.31%，大于20%，所以礦石按氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為鎂質(zhì)礦石。

礦石的工業(yè)類型為含鎳的硅酸鹽型。

4.3 礦體圍巖蝕變及特征

鎳礦體圍巖蝕變主要為綠泥石化、硅化。

綠泥石化：蛇紋巖在其形成過程中和形成以后，受到熱液的影響，可發(fā)生進(jìn)一步的變化，特別是含鉻鐵礦的蛇紋巖，常具明顯的綠泥石化現(xiàn)象，生成多種次生的含鎳綠泥石，如鎳鎂綠泥石，鎳鋁綠泥石、鎳鋁英石等。呈不規(guī)則條帶狀分布于巖石裂隙中。

硅化：在地表和構(gòu)造帶，呈不規(guī)則的網(wǎng)格狀、細(xì)脈狀，由燧石和蛋白石組成。網(wǎng)格狀硅質(zhì)細(xì)脈較發(fā)育，網(wǎng)格內(nèi)包裹蛇紋巖，含鎳在2%左右。蛋白石脈的表層或內(nèi)部裂隙中含有綠色的硅酸鎳礦物細(xì)脈，巖石裂隙面上常附有綠色的硅酸鎳礦物被膜。

根據(jù)巖礦鑒定資料，礦物的生成順序為：橄欖石、輝石、鉻鐵礦→蛇紋石→硅鎂鎳礦、鎳鎂綠泥石等→方解石、白云石、菱鎂礦、滑石、石英等。

圖2 古魯韋鎳礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geologicmap of Guluwei nickel deposit

5 成礦地質(zhì)條件

5.1 環(huán)境條件

5.1.1 地形地貌條件

該類型鎳礦床與風(fēng)化作用有關(guān),因此,成礦的地形地脈條件為大巖墻上的山間平原、山間開闊地帶和平緩地帶。因為這些地帶有利于大巖墻在遭受風(fēng)化淋濾作用后含鎳礦物的沉淀和富集。

5.1.2 氣候條件

全求所有的該類型鎳礦，均位于熱帶和亞熱帶氣候區(qū)域內(nèi)，古魯韋鎳礦床即位于熱帶氣候區(qū)內(nèi)。熱帶、亞熱帶氣候，氣溫較高，旱濕交替，有利于巖石的風(fēng)化作用，尤其是化學(xué)風(fēng)化作用的發(fā)生。

5.1.3 水文地質(zhì)條件

熱帶氣候條件下，雨水充沛，各種性質(zhì)的酸雨常有發(fā)生，有利于礦物的分解和化合作用。在水化學(xué)風(fēng)化作用下，鎳以離子狀態(tài)進(jìn)入溶液，并被風(fēng)化殼中的粘土吸附或取代蛇紋石晶格中的鎂，也可以直接從溶液中沉淀形成水硅酸鹽礦物，從而使鎳富集，形成較大規(guī)模的風(fēng)化殼型鎳礦床。

5.1.4 構(gòu)造條件

由于風(fēng)化殼型鎳礦床形成于地表，是由各種風(fēng)化作用所形成，它需要在平靜和平穩(wěn)的狀態(tài)中進(jìn)行，因此，劇烈和頻繁的構(gòu)造運動對風(fēng)化殼型鎳礦床形成不利。

5.1.5 風(fēng)化時限

礦床產(chǎn)于超基性巖、蛇紋石化橄欖巖的風(fēng)化殼中，時限為近代和古老的風(fēng)化殼均可形成。

5.2 成礦物質(zhì)來源

5.2.1 巖墻的基本性質(zhì)

巖墻為鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)的深成侵入體，形成于太古代晚期。物質(zhì)成分來源于地殼或上地幔，具有層狀特征和韻律構(gòu)造。巖墻形成后，遭受多期次不同方向的斷裂活動，其中東西向斷裂對巖墻有錯斷現(xiàn)象。

5.2.2 巖石礦物特征

組成大巖墻的巖性為蛇紋巖及蛋白石蛇紋巖，斜方輝橄巖及輝石橄欖巖、輝巖及橄欖巖輝巖帶。礦物成分有：橄欖石、輝石、鉻鐵礦、蛇紋石、硅鎂鎳礦、鎳鎂綠泥石、方解石、白云石、菱鎂礦、滑石、石英等。

5.2.3 巖石化學(xué)特征

巖石的化學(xué)成分為：SiO2：33.44%～45.62%，平均41.16%；MgO：34.63%～44.52%，平均40.31%; Fe ：5.27%～6.72%，平均5.44%；Ni：0.20%～0.30%，平均0.25%。而鎳在基性和超基性巖中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，在風(fēng)化殼的下部，即在未受風(fēng)化作用影響的蛇紋巖帶內(nèi)，大巖墻的鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均在0.25%，由此可見，成礦物質(zhì)來源于巖墻本身。

照片1 礦區(qū)生長的與鎳礦有關(guān)的小樹“鎳樹”Photo.1 Small trees“Nickel trees” growing in themining area and relating to nickel ore

6 礦床成因探討

津巴布韋大巖墻為鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖石，其內(nèi)富含含鎳的礦物。含鎳的超基性巖，在熱帶和亞熱帶的氣候及準(zhǔn)平原化的地形條件下，在長期的風(fēng)化作用特別是化學(xué)風(fēng)化作用過程中，鎳被解離出來，并經(jīng)化學(xué)作用，形成鎳的硅酸鹽類礦物，堆積在地表風(fēng)化殼中，使原來呈分散狀態(tài)的鎳富集而形成礦床。

總之，含鎳較高的基性—超基性巖，位于熱帶和亞熱帶，地形平緩起伏不大的地貌形態(tài)，是形成風(fēng)化殼型鎳礦的必備條件。

礦床成因類型為風(fēng)化殼型。

7 找礦標(biāo)志

尋找風(fēng)化殼型鎳礦（含鎳硅酸鹽型）的標(biāo)志如下：

（1）含鎳的基性、超基性巖體大面積出露；

（2）巖體經(jīng)過長期的風(fēng)化作用后，形成層狀風(fēng)化殼；

（3）風(fēng)化殼的表層殘坡積物發(fā)育，赭土化強烈；

（4）基性超基性巖體位于熱帶和亞熱帶地區(qū)；

（5）地形起伏不太大，比較平緩，具有一定的匯水區(qū)域；

（6）植物標(biāo)志：礦區(qū)內(nèi)生長一種小樹，高1.0～1.5m,樹干彎曲，脆弱，樹葉長橢圓形，深綠色，渾厚，雨季后期開白花。樹葉常年綠色。此樹與本礦區(qū)的鎳礦關(guān)系緊密。通常把這種樹叫做“鎳”樹。（見照片1）。鎳樹不發(fā)育的區(qū)域，沒有風(fēng)化殼型

8 結(jié)語

古魯韋風(fēng)化殼型鎳礦床的發(fā)現(xiàn)，是含鎳較高的基性、超基性巖體經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用形成的。含鎳的基性、超基性巖體在熱帶和亞熱地帶的氣候及準(zhǔn)平原化的地形條件下，在長期的化學(xué)風(fēng)化作用過程，形成鎳的硅酸鹽類礦物，堆積在地表風(fēng)化殼中而形成鎳礦床。由此可見，礦床的成礦規(guī)律為：一是要有含鎳較高的基性、超基性巖體，二是要位于熱帶和亞熱帶的氣候條件下，三是地形遭受準(zhǔn)平原化，地形平緩，四是基性超基性巖體遭受長期的化學(xué)風(fēng)化作用。

[1] 張 維，吳延之，朱谷昌.津巴布韋霍普韋爾地區(qū)鉑鈀礦床特征及成因分析[J].地質(zhì)學(xué)刊，2010，（3）.

[2] 礦產(chǎn)資源勘查投資指南[Z].2011（津巴布韋）.

[3] WILSON A H.The Great Dyke of Zimbabwe,[J].Developments in Petrology 1996，（15）：365-402.

[4] 津巴布韋古魯韋地區(qū)32036—32040礦區(qū)鎳礦詳查地質(zhì)報告[R].2008.