西澳州Cattle Creek地區(qū)銅鎳硫化物礦床成礦潛力探討①

王 凡李 健 胡中國 鄧小林

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072754

西澳州Cattle Creek地區(qū)銅鎳硫化物礦床成礦潛力探討①

王 凡*李 健 胡中國 鄧小林

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072754

西澳州Catlle Creek地區(qū)位于金伯利地塊西緣霍爾斯克里克(Halls Creek)活動帶上，附近發(fā)育有深大斷裂。研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處基性-超基性小巖體及巖脈且存在兩處礦化點（帶），存在兩處1∶5萬土壤地球化學(xué)甲類綜合異常區(qū)，二者均主要由Cu、Ni、Au、Mo、Co等元素組成，多個濃集中心，異常套合較好，Cu、Ni的極大值均超過或接近邊界品位，甚至工業(yè)品位，二者與礦化等信息套合良好。巖體中巖石樣品主量元素特征顯示其具有輝長巖-蘇長巖的成礦專屬性特征；在AFM圖解上，巖石樣品顯示原始巖漿為高MgO拉斑玄武巖系列。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖表明巖體巖漿演化過程中發(fā)生過明顯的陸殼物質(zhì)同化混染作用。稀土元素配分圖反映出成巖過程中有相似的分異演化過程，并表明巖漿在演化過程中存在明顯橄欖石分離結(jié)晶作用。研究區(qū)與薩凡納礦床具有很高的可對比性，同時符合古大陸內(nèi)小巖體成礦系統(tǒng)理論。表明研究區(qū)具較高的成礦潛力。

西澳州 銅鎳硫化物礦床 土壤地球化學(xué) 巖石地球化學(xué)

銅鎳硫化物礦床是鎳礦的最主要工業(yè)類型，約占世界鎳開采量的60%以上；同時也是銅礦的主要工業(yè)類型，約占世界銅儲量的5.5%；此外，該類型礦床伴生的鉑族元素也具有很高的經(jīng)濟價值【1～3】。因此，其倍受國內(nèi)外礦業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注，世界對該類型礦床的研究也有約80年的歷史，對其成礦模式及找礦標(biāo)志的研究已相對成熟。本文將要運用已有的銅鎳硫化物礦床成礦理論，與可能的同類型礦床做對比，從而對澳大利亞西澳州Cattle Creek地區(qū)的成礦潛力進行探討，為進一步的找礦工作提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

澳大利亞西澳州Cattle Creek地區(qū)位于北澳大利亞克拉通內(nèi)金伯利地塊東緣，霍爾斯克里克(Halls Creek)活動帶上(圖1)，該活動帶形成于古元古代(約1860～1830Ma），發(fā)育有多條區(qū)域性深大斷裂，距離研究區(qū)最近的為霍爾斯克里克(Halls Creek)斷裂帶。活動帶緣于前金伯利(proto-Kimberley)克拉通與塔納米 (Tanami)克拉通的碰撞，而前碰撞-同碰撞-后碰撞過程中火山活動強烈并發(fā)育有大量的酸性-超基性侵入巖體。

Gaal等【5】認為元古宙曾發(fā)生過三次大的構(gòu)造旋回，每個旋回均伴隨著裂谷作用的發(fā)生，這導(dǎo)致了與裂谷作用有關(guān)的基性-超基性巖漿活動的多次發(fā)生；胡受奚【6】等認為古元古代造山紀(jì)(2050～1800Ma)為一范圍極廣，強度極強的全球性構(gòu)造-巖漿期，及造山期，世界上幾乎所有的克拉通區(qū)均有顯示，而霍爾斯克里克(Halls Creek)活動帶就是在此構(gòu)造背景下形成的。這就為幔源基性-超基性巖漿侵入活動提供了條件，從而有利于銅鎳硫化物礦床的形成。

圖1 西澳州北部大地構(gòu)造背景圖(據(jù)A. L. Jaques等【4】)Fig.1 The map of plate geotectonic background, north of Western Australia (after A. L. Jaques et al.【4】)

霍爾斯克里克(Halls Creek)活動帶中的區(qū)域性深大斷裂可將其分為西帶、中帶、東帶三個次級構(gòu)造帶，其中中帶又是一條受構(gòu)造線控制的北東向展布的Ni-Cu-Co-PGE-Cr成礦帶。迄今為止，在該活動帶上已發(fā)現(xiàn)多個銅鎳硫化物礦床，其中薩凡納(Savannh)銅鎳礦床僅距離研究區(qū)向西約十幾公里（圖2）。

圖2 西澳州北部Halls Creek成礦帶銅、鎳礦產(chǎn)分布圖Fig.2 The distribution plan of Cu，Ni minerals in Halls Creek metallogenic belt，north of Western Australia

薩凡納銅鎳礦床與研究區(qū)基本處于相同的大地構(gòu)造背景，二者含有相同的基性-超基性巖體，圍巖及構(gòu)造特征亦基本相同，故從區(qū)域地質(zhì)背景角度二者具有很好的成礦對比性。而已知薩凡納銅鎳礦床為典型的巖漿巖型銅鎳硫化物礦床，目前探明銅礦石儲量約為500萬t，銅平均品位約0.79%，銅金屬量約3.7萬t，鎳礦石儲量為200萬t，鎳平均品位約1.3%，鎳金屬量約3.79萬t。薩凡納銅鎳礦床周邊的基性-超基性巖體上也一直進行著找礦勘查工作，并不斷有新的發(fā)現(xiàn)。由此可見，研究區(qū)具有良好的銅鎳硫化物成礦潛力。

2 地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處基性-超基性巖體及巖脈。巖體面積不大，不超過0.5km2，主要巖性為角閃輝石巖、角閃石巖、斜長閃輝巖等，局部可見巖相分帶，顯示了巖漿的分離結(jié)晶作用；巖脈規(guī)模差異較大，走向以北東為主，主要包括角閃輝石巖脈、輝石巖脈斜長閃輝巖脈等?；?超基性巖體及巖脈的圍巖主要為麻粒巖、黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、混合片麻巖等（圖3）?；?超基性巖體/脈的地表圈定表明了研究區(qū)存在尋找?guī)r漿型銅鎳硫化物礦床的物質(zhì)前提。

圖3 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.3 The geological map of study area

研究區(qū)內(nèi)中北部和中西部各發(fā)現(xiàn)一處Cu、Ni礦化點（帶）。

中北部Cu、Ni礦化帶內(nèi)見厚度約0.9m孔雀石化變基性巖，可見延伸約幾米，局部見孔雀石成細脈狀，顯示其受熱液活動改造的特征，Cu含量為16.77%，Ni含量為0.93%，Co含量為532×10-6?？兹甘V化北西側(cè)與褐鐵礦化帶毗鄰，其厚約4～9m，延伸總長約600m，F(xiàn)e(T) 可達約50%～60%，且Cu（高值可達約0.2%～0.3%）、Ni（高值可達約0.08%～0.16%）含量高，顯示出與基性-超基性巖體有關(guān)的特征，應(yīng)為金屬硫化物氧化形成的鐵帽。此外，褐鐵礦礦化帶中局部可見云英巖化和小規(guī)模鏡面擦痕，顯示其受熱液活動和斷層活動的影響。礦化帶總體產(chǎn)狀為305～310°∠55～70°。

中西部Cu、Ni礦化帶內(nèi)見約2～7m厚孔雀石化斜長閃輝巖，延伸約60m，總體產(chǎn)狀約為310°∠70～75°。主要礦物為輝石（占約40%），角閃石（占約30%），斜長石（占約30%），礦物粒徑約1mm，巖石經(jīng)受了麻粒巖相變質(zhì)，孔雀石主要分布于礦物顆粒之間，分布較均勻，局部可見褐鐵礦化（Cu、Ni相對更為富集）。Cu可達約0.56%～5.06%，Ni可達約0.16%～1%。該礦化帶局部南東側(cè)見有褐鐵礦化帶，出露寬度約5～10m，延伸約20m，產(chǎn)狀為310°∠60°，其Cu、Ni含量很低（分別為13×10-6和16×10-6），不具金屬硫化物形成的鐵帽的特征。

對比礦化類型、礦化位置和產(chǎn)狀等特征，上述兩處礦化點（帶）具有空間及成因上的聯(lián)系，為在研究區(qū)內(nèi)尋找銅鎳硫化物礦床提供了重要的礦化線索。

對比薩凡納礦床，其在勘查之初地表也有延伸約250m的鐵帽及輝長巖類巖石的發(fā)現(xiàn)。

3 地球化學(xué)特征

通過1:5萬土壤地球化學(xué)測量，在研究區(qū)內(nèi)圈定兩處甲類綜合異常區(qū)AP1和AP2，見圖4。其中AP1異常位于工作區(qū)最北部，呈不規(guī)則狀，總體呈NE向展布，主要由Cu、Ni、Au、Mo、Co、Cr、Zn等元素組成，多個濃集中心，異常套合較好，面積為4.93km2。

圖4 研究區(qū)土壤地球化學(xué)特征Fig.4 The pedogeochemical characteristics of study area

襯度較高的元素為Au、Cu、Ni，規(guī)模較大的元素是Cu、Ni、Au、Mo。其中Cu的極大值為24 910×10-6，均值為2 510.618×10-6，Ni的極大值為18 420×10-6，均值為1 764.500×10-6，Au的極大值為272×10-9，均值為72.326×10-9，Cu、Ni均超過工業(yè)品位。Cu、Ni、Au、Mo、Co元素均達到3級濃度帶， Cr、Zn、Ag元素為2級濃度帶，Pb為1級濃度帶。AP2異常緊鄰AP1異常，在其南側(cè)，呈條帶狀，總體呈NS向展布，主要由Ni、Cu、Cr、Au、Co等元素組成，多個濃集中心，異常套合較好，面積為5.43km2。襯度較高的元素為Cu、Ni、Cr、Au，規(guī)模較大的元素是Ni、Cu、Cr、Au。其中Cu的極大值為3 406×10-6，均值為1 743.350×10-6，超過邊界品位；Ni的極大值為1 934×10-6，均值為624.2×10-6，接近邊界品位。Cu、Ni元素均達到3級濃度帶，Cr、Au、Co元素為2級濃度帶，其余元素為1級濃度帶。這兩個異常與地質(zhì)上Cu、Ni礦化套合良好，并指示出多處未見礦化區(qū)域的Cu、Ni等元素的異常，Cu、Ni、Co、Cr等元素組成顯示其與基性-超基性巖有關(guān)的成礦特征，從地球化學(xué)角度表明了研究區(qū)內(nèi)具有良好的銅鎳硫化物礦床成礦潛力。

4 巖石地球化學(xué)特征

本文對TC05-HQ13、TC08-HQ06、HQ537、HQ1四個樣品進行了主微量及稀土元素的分析，分析結(jié)果見表1。其中樣品TC05-HQ13取自研究區(qū)中北部銅鎳礦化點，為孔雀石化變基性巖，顯示一定程度的熱液改造特征，變質(zhì)作用及蝕變作用發(fā)育；TC08-HQ06、HQ537取自研究區(qū)中西部銅鎳礦化帶，前者可見明顯孔雀石化，后者不具明顯礦化，采樣位置見圖3；HQ1取自薩凡納礦床的成礦母巖，不具明顯礦化。

與銅鎳硫化物礦床相關(guān)巖體的巖石類型主要為輝長巖-蘇長巖，少量為橄欖輝石巖-二輝橄欖巖-橄欖巖及與溢流玄武巖相當(dāng)?shù)那秩塍w、科馬提巖等。據(jù)統(tǒng)計，在橄欖巖和二輝橄欖巖中，其MgO平均含量為20.0%～32.0%，TFe2O3含量為11.0% ～ 15.5%，m/f值為2.3～5.0，屬于鐵質(zhì)超基性巖；輝長巖-蘇長巖中，MgO平均含量為8.0%～21.0%，TFe2O3含量為6.0%～18.0%，m/f值為0.6～2.4，基本屬于富鐵質(zhì)超基性巖[7]。在AFM圖解上，上述兩種巖石類型主要落入拉斑系列中，并趨向于M端元，為高MgO拉斑玄武巖系列【8】。

研究區(qū)所采的樣品（表1）MgO含量為9.21%～13.98%（TC05-HQ13蝕變嚴重，燒失量大，在此不做統(tǒng)計，下同），薩凡納所采樣品MgO含量為15.78%；研究區(qū)所采的樣品TFe2O3含量為12.95%～16.85%，薩凡納所采樣品TFe2O3含量為25.08%；研究區(qū)所采的樣品m/f值為1.11～2.12，薩凡納所采樣品m/f值為1.24。綜上，研究區(qū)樣品和薩凡納樣品整體屬于與輝長巖-蘇長巖相關(guān)成礦的統(tǒng)計范疇。這與薩凡納銅鎳礦床中銅鎳硫化物與輝長巖類巖石密切相關(guān)的特征相吻合。

在AFM圖解上（圖5）亦投在近M端元的拉斑系列中。此外，研究區(qū)樣品和薩凡納樣品都具有高Mg#(64.98～ 85.88)，低CaO(<8%)、TiO2(<0.8%)、K2O(<0.7%)等基本一致的主量元素特征。

表1 研究區(qū)及薩凡納礦床樣品主量、微量、稀土元素分析結(jié)果Table 1 Analysis results of major and trace elements from the study area and Savann deposit

續(xù)表1

圖5 巖石樣品AFM圖解Fig.5 AFM diagrams

無論是在在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，還是在稀土元素配分圖中，四個樣品具有基本相同的微量元素特征和稀土配分模式，表明研究區(qū)內(nèi)兩個礦化帶（點）之間具有相同的成因和巖漿演化特征，這二者又與薩凡納成礦母巖巖石地球化學(xué)特征一致，說明巖漿形成與演化過程極為相似。所以，在對研究區(qū)進行銅鎳硫化物成礦潛力分析的時候，可以與薩凡納銅鎳礦床進行類比，進而指導(dǎo)找礦。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖6）中可以看出，樣品總體富LILE（Cs、Rb、Ba）而貧HFSE（Nb、Ta、Zr、Hf、Y），整體呈右傾趨勢，同時表現(xiàn)出Rb、Nb、Ta負異常，Ba、U、Pb 、Th正異常，這與未受地殼物質(zhì)混染的洋島玄武巖和洋中脊玄武巖具Nb、Ta正異常的特征相反【9】，而和陸殼具有Nb-Ta的負異常，U、Pb 、Th正異常特征相吻合【10】，表明巖體巖漿演化過程中發(fā)生過明顯的陸殼物質(zhì)同化混染作用，這與大多數(shù)銅鎳硫化物礦床受到地殼物質(zhì)影響的特征一致。

從稀土元素配分圖（圖7）看，具有微弱右傾特征，輕稀土富集，曲線總體較平滑，研究區(qū)內(nèi)各樣品稀土配分曲線相似，近于平行，說明成巖過程中有相似的分異演化過程，各樣品之間稀土元素總量的差距表明巖石主要受橄欖石控制的分異過程【11】，這說明巖漿在演化過程中存在明顯橄欖石分離結(jié)晶作用，進而說明了巖體應(yīng)存在巖體分帶現(xiàn)象，在深部應(yīng)有更為基性的輝石橄欖巖甚至橄欖巖的同源巖體。巖體的分異現(xiàn)象是銅鎳硫化物礦床形成的有利標(biāo)志。樣品TC05-HQ13負Eu異常比較明顯，應(yīng)與后期變質(zhì)、蝕變過程中長英質(zhì)析出有關(guān)。

圖6 微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Trace elements spider diagrams

圖7 稀土元素配分圖Fig.7 Rare earth elements patterns

5 成礦理論選擇

通過對全球已知銅鎳硫化物礦床成礦類型及成礦模式的分析與對比【12～15】，研究區(qū)應(yīng)運用古大陸內(nèi)小巖體成礦系統(tǒng)理論進行成礦潛力的探討。

小巖體礦床是指那些經(jīng)過深部預(yù)富集的含礦巖漿上侵形成的“巖體規(guī)模相對小”，而在巖體的內(nèi)部和（或）附近的圍巖中形成的礦體卻“相對大而富”的巖漿礦床。巖漿巖體的面積可以大到10km2，小到零點零幾平方千米。該成礦模式的核心內(nèi)容為深部熔離預(yù)富集→分期貫人→終端巖漿房聚集成礦【12】。

古大陸內(nèi)小巖體礦床形成于大陸陸內(nèi)或邊緣裂解的地質(zhì)背景下，一般都鄰近深大斷裂，這種斷裂有時耦合于重要的地殼縫合帶。由于深斷裂的減壓作用，高鎂拉斑玄武巖漿或科馬提巖漿[16]在深部巖漿房分異出的不含礦巖漿、貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿脈動式快速上侵，大量的不含礦巖漿噴出地表或侵入淺部空間，先侵入的硅酸鹽巖漿比較分散，形成由幾個至幾十個巖體組成的巖體群或巖體帶，范圍比較大；貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿可能由于相對較重沿著深大斷裂的次級裂隙侵入到終端巖漿房成巖成礦，聚集成一個或幾個礦集區(qū)【12～15】。

研究區(qū)位于金伯利地塊西緣霍爾斯克里克(Halls Creek)活動帶上，附近發(fā)育有深大斷裂。研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多個小巖體，出露面積小，均不超多0.5 km2。在AFM圖解上，巖體樣品顯示原始巖漿為高MgO拉斑玄武巖系列。這些均符合古大陸內(nèi)小巖體成礦系統(tǒng)理論。而薩凡納銅鎳礦床具有和研究區(qū)相同的地質(zhì)背景與特征，其成礦巖體出露面積小于2 km2，并顯示出多巖漿房演化的特征，巖性除了和成礦有關(guān)的輝長-蘇長巖外，還有橄欖巖、輝石橄欖巖、橄長巖等，說明了巖漿的分異過程。其主礦體的形態(tài)模型見圖8，顯示出含礦巖漿順斷裂侵入到終端巖漿房成巖成礦的特征。這說明研究區(qū)和薩凡納礦床均符合有古大陸內(nèi)小巖體成礦理論特征，而研究區(qū)很有可能存在與成礦直接相關(guān)的終端巖漿房。

圖8 薩凡納銅鎳礦床主礦體模型Fig.8 The main ore body model of Savann deposit

此外，有些巖體內(nèi)部具明顯巖相分帶，局部發(fā)育有超基性巖淋濾型鐵帽；主量元素特征(MgO含量為19.44%-28.36%，TFe2O3含量為13.00%～14.06%，m/f值為2.69～4.16)，顯示其具有橄欖輝石巖-二輝橄欖巖-橄欖巖的成礦專屬性特征；MgO與主量元素的相關(guān)關(guān)系表明巖漿中鉻鐵礦、橄欖石已基本完成分離結(jié)晶作用，并開始受輝石及斜長石的分離結(jié)晶作用的影響。這些特征說明原始巖漿形成研究區(qū)巖體時，已經(jīng)基本完成了早期演化，巖體所在位置為次級巖漿房，而深部應(yīng)存在巖漿早期演化的初始巖漿房，并存在大量巖漿，為小巖體成礦提供物質(zhì)來源。個別樣品MgO與主量元素的異常相關(guān)性說明巖漿可能存在多期次侵入。巖體附近發(fā)現(xiàn)的含鈦磁鐵礦轉(zhuǎn)石，應(yīng)與巖漿晚期演化形成的巖漿熱液相關(guān)。

綜上所述，研究區(qū)內(nèi)基性-超基性巖可以運用古大陸內(nèi)小巖體成礦系統(tǒng)理論做指導(dǎo)，且形成區(qū)內(nèi)巖體時，巖漿已發(fā)生了有利于成礦的巖漿演化及侵入活動，說明研究區(qū)具有較好的成礦潛力。

6 結(jié)論

綜上所述，研究區(qū)所處地質(zhì)背景有利于銅鎳硫化物礦床的形成；研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處基性-超基性小巖體，同時發(fā)現(xiàn)兩處與巖體有關(guān)的銅鎳礦化點（帶），礦化巖石的銅鎳品位較高；1:5萬土壤地球化學(xué)測量所圈定的異常不僅與礦化信息及已發(fā)現(xiàn)的基性-超基性巖體套合良好，并且可以提供更多的與銅鎳硫化物礦床相關(guān)的元素富集信息；研究區(qū)樣品主量元素特征表明其屬于與輝長巖-蘇長巖相關(guān)成礦的統(tǒng)計范疇，微量元素特征表明巖體巖漿演化過程中發(fā)生過明顯的陸殼物質(zhì)同化混染作用，稀土元素特征顯示其深部存在巖漿分異作用過程；研究區(qū)的地質(zhì)及巖石地球化學(xué)特征基本與西部不遠處已發(fā)現(xiàn)開采的薩凡納銅鎳礦床一致，具有很強的可對比性；二者均符合古大陸內(nèi)小巖體成礦理論特征。因此，研究區(qū)具有較高的銅鎳硫化物礦床的成礦潛力。

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THE METALLOGENIC POTENTIAL OF COPPER-NICKEL SULFIDE DEPOSIT OF CATTLE CREEK AREA, WESTERN AUSTRALIA

Wang Fan Li Jian Hu Zhongguo Deng Xiaolin
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau , Zhuozhou, Hebei, 072754, China

The Cattle Creek Area is located in Halls Creek Mobile Zone, which arose from the orogeny of western margin of Kimberley block, adjacent to deep faults. There are multiple small basic-ultrabasic intrusive bodies and dikes, two mineralized spot(belt), and two Class-A 1∶50000 synthetical pedogeochemical anomalies in the study area. Both of the two anomalies consist of Cu, Ni, Au, Mo, Co and other elements, and have multiple concentration centers. The single element anomaly nests well with each other. The maximum values of Cu, Ni are more than or close to the cutoff grades, or even minimum mining grade. Both of the two anomalies nest well with the mineralization. Analysis results of the major elements show that the mineralized intrusive bodies have the characteristics of metallogenic specialization of gabbro- norite. In the AFM diagram, the samples show that the primitive magma of the intrusive bodies belongs to high-MgO tholeiite series. The PM-normalized trace element spiderdiagrams show that there is assimilation and contamination of continental crust during magmatic evolvement of the intrusive bodies. Chondrite-normalized REE patterns show that the magmatic evolvement processes of the intrusive bodies are similar, with the fractional crystallization of olivines. There is a high correlation between the study area and Savann deposit, both of which accord with the metallogenic theory of small intrusions forming large deposits. There is high mineralization potential in the study area.

Western Australia, copper-nickel sulfide deposit, pedogeochemistry, petrogeochemistry

P618.41+P618.63

A

1006–5296（2014）02–0085–09

① 此文獲中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院、地質(zhì)調(diào)查總院“第三屆青年學(xué)術(shù)研討會”論文三等獎* 第一作者簡介：王凡（1981～），男，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，助理工程師

2014-03-24；改回日期：2014-04-14