印尼蘇拉威西島紅土型鎳礦的地質(zhì)特征及成因分析

張新國 何新榮

（新疆有色金屬工業(yè)(集團)有限責任公司 烏魯木齊 830000）

印尼蘇拉威西島紅土型鎳礦的地質(zhì)特征及成因分析

張新國 何新榮

（新疆有色金屬工業(yè)(集團)有限責任公司 烏魯木齊 830000）

TONTOWEA礦床位于印尼蘇拉威西島東部，礦床賦存于超基性巖之上的紅土風化殼中。礦化剖面自上而下出現(xiàn)紅土帶→腐巖帶→基巖帶垂向分帶，紅土化剖面底部多見淡綠色的硅鎂鎳礦。富鎂超基性巖、島嶼型熱帶雨林氣候、密集發(fā)育的節(jié)理裂隙帶和構(gòu)造斷裂帶、平緩的斜坡、臺地和丘陵地貌、透水性好、排水通暢、地下水位長期低下的水文地質(zhì)環(huán)境是成礦不可或缺的有利條件。

紅土型鎳礦 地質(zhì)特征 印度尼西尼

近年來，由于國際上大多數(shù)硫化鎳礦山面臨資源危機，紅土型鎳礦取代硫化型鎳礦成為未來鎳資源開發(fā)利用的重點。筆者有幸參與印度尼西亞蘇拉威西島紅土型鎳礦勘查項目，以中蘇拉威西省莫羅瓦利縣（Bahoue，Petasia）旦都衛(wèi)（TONTOWEA）礦床為例，介紹印尼紅土型鎳礦的地質(zhì)特征及成因，以饗讀者。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

Tontowea紅土鎳礦區(qū)位于印度尼西亞蘇拉威西島，中蘇拉威西省東部沿海。大地構(gòu)造位置處于太平洋海溝島弧帶呈K字形構(gòu)造的大陸殘塊增生體的蛇綠巖帶中（圖1）。礦床賦存于該蛇綠巖帶中部超基性巖相之上的紅土風化殼中。礦區(qū)內(nèi)超基性巖廣泛分布，主要巖性為蛇紋石化的橄欖巖。

紅土鎳礦體產(chǎn)在熱帶雨林覆蓋下的橄欖巖風化形成的紅土剖面中，賦存標高集中在20～380 m范圍內(nèi)，沿山脊與山坡分布，礦體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀，受地形和剝蝕程度控制，礦體的厚度變化則受紅土風化殼發(fā)育深度的控制。

礦區(qū)內(nèi)由橄欖巖風化形成的紅土風化殼，屬自然風化結(jié)構(gòu)，未見有異地遷移的堆積相組分，礦床應(yīng)屬原地自生的由蛇紋石化橄欖巖風化淋濾形成的硅酸鹽型紅土鎳礦床。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)通過探礦工程揭露在紅土風化殼內(nèi)出現(xiàn)明顯的垂向分帶，自上而下依次為紅土帶→腐巖帶→基巖帶，見圖1。

圖1 TONTOWEA礦區(qū)位置及典型礦化剖面柱狀圖

紅土帶是富鎂超基性巖強風化作用的產(chǎn)物，其中又分為2個亞層，上層為紫紅色、紅褐色粘土層，細粒-粘粒結(jié)構(gòu)，土狀構(gòu)造，近地表可見植物根系，局部膠結(jié)呈粘粒狀構(gòu)造，主要成分是褐鐵礦、赤鐵礦、高嶺土等；下層由紅色夾黃色疏松粘土組成，多呈疏松多孔的土狀構(gòu)造，局部呈粘粒狀構(gòu)造，與上層相比，顆粒變化不明顯，主要是顏色變黃，主要成分為風化殘積的細小顆粒，是由橄欖巖經(jīng)長期強烈風化形成，主要礦物有殘余的蛇紋石、橄欖石及少量的褐鐵礦和針鐵礦等，與上層多呈漸變過渡。上層礦化效果一般，下層普遍含礦，采樣分析可出現(xiàn)較高品位的樣品，該層是礦區(qū)主要的含礦層。

腐巖帶是超基性巖風化剖面下部處于半風化狀態(tài)的產(chǎn)物，以其礦物組分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造部分保留原巖特性而與全風化產(chǎn)物相區(qū)別。由黃綠色、灰褐色風化土狀顆粒組成，含少量的粘土成分，局部見有少量的碎塊狀橄欖巖、蛇紋巖等，可見原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。上部風化程度較高，土質(zhì)組分明顯高于巖質(zhì)組分，以顆粒狀為主，間夾少量的團塊狀蛇紋石化橄欖巖，疏松多孔，比重明顯變輕；下部多呈灰綠色，底部靠近基巖位置，混雜的基巖風化物逐漸增多，變?yōu)樗閴K狀、塊狀，巖石硬度增加，沿裂隙多見淡綠色硅鎂鎳礦①薄膜附著在節(jié)理面上。該層厚度一般在2～6 m，最厚＞11 m。與上覆的粘土層及下伏的超基性巖之間的過渡特征較為明顯，是礦區(qū)主要的含礦層，采樣分析高品位樣品明顯增多。

基巖帶處在腐巖帶之下，與上層呈漸變過渡關(guān)系，主要由蛇紋石化的橄欖巖組成，暗綠色－灰黑色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石節(jié)理發(fā)育，靠近腐巖帶部分沿節(jié)理面可見到淡綠色硅酸鎳礦薄膜。

綜上所述，采樣分析紅土風化殼各層都有不同程度的鎳、鈷礦化。從上至下,鎳在紅褐色土層到腐巖層的轉(zhuǎn)變過程中逐步富集,在腐巖層的中上部（土狀-土塊狀）達到最大富集,且品位會增高到工業(yè)品位以上而形成富礦體,少數(shù)亦可在較深的腐巖底部才出現(xiàn)最大富集。鎳含量與巖石的蝕變、風化程度有關(guān),在硅酸鎳細脈發(fā)育部位含鎳可達工業(yè)品位以上。

3 礦床成因探討

紅土鎳礦床是特殊地質(zhì)和特定地表環(huán)境共同耦合作用的產(chǎn)物，它的形成條件與巖性基礎(chǔ)、大地構(gòu)造環(huán)境、氣候背景、地形地貌、地下水條件等內(nèi)外生因素密切相關(guān)。

從世界范圍內(nèi)來看，表生紅土型鎳礦床無一例外的全部產(chǎn)在超基性巖的風化殼內(nèi)，有資料研究表明，鎳在超基性巖內(nèi)是以類質(zhì)同象混入物的形式代替鎂而進入硅酸鹽礦物的晶格中，部分進入斜方輝石和角閃石晶格，按照鮑文反應(yīng)序列，從早到晚，ω（Ni）由純橄欖石（0.4%）-斜方輝石（0.09%～0.04%）-單斜輝石（0.05%～0.02%）的順序依次降低（劉英俊等，1984）。因此富鎂的超基性母巖為后期的風化過程中鎳的次生富集提供了充足的物質(zhì)來源。橄欖石和輝石在風化作用或熱液作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y石，而在蛇紋石分解時鎳即被釋放出來，隨后從風化殼上部逐漸遷移到風化殼下部，以次生鎳礦物和次生含鎳礦物再沉淀下來，并導(dǎo)致鎳的富集。

氣候因素是紅土化作用的表生營力，它可促生Ni離子從母巖礦物中活化釋放和遷移。Tontowea礦區(qū)全年高溫多雨，且瀕臨海岸線，降水中鹽度較高，更有利于對基巖的腐蝕和破壞，有利于該地區(qū)可能發(fā)生的充分、持久、強烈的紅土化。在這種情況下，Ni元素被大量活化淋濾并次生富集，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)發(fā)育有厚大的富鎳紅土風化殼，它的形成時限與全球范圍內(nèi)上新世和早更新世的濕熱氣候時段相對應(yīng)。

構(gòu)造體系為Ni元素遷移、淋濾、次生富集提供了良好的通道系統(tǒng)。超基性巖內(nèi)的密集節(jié)理帶和同風化期活動的構(gòu)造斷裂帶是Ni元素活化后遷移的主要通道。

地形地貌是影響鎳礦體有效堆積的重要因素，山前丘陵、矮山平臺、寬闊平緩的山脊等地貌利于礦體堆積，反之坡度過大的高山陡坡和溝谷地貌由于強烈剝蝕不利于礦體堆積。地形地貌也決定了地表片流和溝谷水系的發(fā)育格局，溝谷過度發(fā)育的區(qū)域不利于礦體的保存。大地構(gòu)造環(huán)境最終促使礦床的形成和保留，Tontowea礦床地處印尼蘇拉威西島東部蛇綠巖帶，該區(qū)域長期處于抬升背景的風化剖面中，地貌發(fā)展和地形起伏變化不大，地下水位線低于風化剖面，風化產(chǎn)物的堆積速率大于被剝蝕速率，保障了紅土化和淋濾富集作用的長期持續(xù)進行，并使得礦床保存至今。

3.1 成礦作用分析

Ni元素從超基性巖內(nèi)析出、淋濾、到次生富集經(jīng)歷了復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物等風化過程。氧化作用、水解作用、碳酸化作用是主要的成礦作用。

橄欖巖中造巖元素在內(nèi)生作用下緊密共生，暴露在表生環(huán)境后，受氧化作用、水解作用、碳酸化作用等表生作用的影響，造成紅土化過程中元素遷移行為產(chǎn)生差異（圖2）。Co、Ni高值區(qū)間分布在礦化剖面中下部，剖面頂部和底部均為低值點，Ni在腐巖層達到最大富集；MgO、SiO2高值區(qū)間分布在礦化剖面中下部，頂部含量極低，顯示自上而下增高的趨勢；Al2O3和Fe高值區(qū)間分布在礦化剖面上部紅土層，往下Fe元素含量急劇降低，見圖2。

圖2 紅土鎳礦成礦圖

氧化作用促使變價元素氧化（如Fe2+→Fe3+）形成在表生條件下穩(wěn)定的較高價次的氧化物（例如褐鐵礦）；水解作用引起礦物分解，水中的OH-離子和礦物中的金屬陽離子一道溶解于水而被帶出，部分金屬陽離子可被膠體吸附。水中的H+與鋁酸絡(luò)陰離子結(jié)合形成難溶的粘土礦物而殘留在風化殼中；碳酸化作用是大氣中的二氧化碳溶于水形成碳酸，對硅酸鹽礦物的分解起著重要的作用，致使礦物中的陽離子及SiO2被帶出，從而導(dǎo)致礦物的徹底分解。生物風化作用也是重要的影響因素，微生物的生理活動和有機體的分解，還能生成大量的二氧化碳、硫化氫和有機酸等。生物的催化作用是許多化學(xué)反應(yīng)得以加速進行的根本原因，化學(xué)風化作用很可能都有生物參加,它改變紅土剖面的物理化學(xué)環(huán)境，還可能參與元素的遷移。

3.2 成礦機理分析

在富含CO2和腐植酸的水作用下，超基性巖中橄欖石等礦物分解，鐵、鎂、鎳等離子進入溶液，而硅則形成SiO2膠體下滲，F(xiàn)e則發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)（可與酸反應(yīng)形成赤鐵礦Fe2O3，亦可與氧氣、二氧化碳等發(fā)生反應(yīng)形成水合Fe（OH）3膠體，亦可再次發(fā)生反應(yīng)形成針鐵礦α-FeO（OH）、褐鐵礦α-FeO（OH）·nH2O）因為鐵形成氧化物后很穩(wěn)定，故保留在原地而形成地表紅土帶，而針鐵礦則可又與滲濾流體發(fā)生水化作用，選擇性的吸附流體中的鎳離子，而形成局部富集。

此后，由于風化作用繼續(xù)發(fā)展，全部可移動的元素都被帶走，地表更多的鎂、鎳、硅進入溶液，并隨溶液向下滲透，由于腐巖層比紅土層具有高的pH環(huán)境，非常有利于層狀硅酸鹽礦物發(fā)生離子交換反應(yīng)，鎳離子置換鐵、鎂離子，形成硅酸鹽和含鎳硅酸鹽礦物（如硅鎂鎳礦、鎳鐵綠泥石、暗鎳蛇紋石、含鎳綠高嶺石）而沉淀，形成硅酸鹽型礦石。由于鎳的溶解度比鎂小，因此，沉淀的Ni/Mg高于溶液中的Ni/Mg比值，于是形成了鎳的富集。含Ni的流體向下滲透，而蛇紋石化的基巖較為破碎，則對其有利，就容易形成較厚的風化殼，同時蛇紋石的層狀硅酸鹽礦物晶格容易與表生淋濾流體中的鎳離子發(fā)生置換（Freyssinet et al.,2005），導(dǎo)致成礦元素富集。

以上特征與“濕型”紅土鎳礦床和水鎂硅酸鹽型紅土鎳礦床類似。

[1]王瑞江，聶風軍，嚴鐵雄,江思宏,王海北,李巖.紅土型鎳礦床找礦勘查與開發(fā)利用新進展.地質(zhì)論評.2008，54(2):215-224.

[2]冶金工業(yè)部.菲律賓紅土鎳礦的生成及找礦勘探.地質(zhì)與勘探,1980(1):126-29.

[3]何燦，肖述剛，譚木昌.印度尼西亞紅土型鎳礦.云南地質(zhì)，2008，27(1)：20-26．

[4]印尼中蘇拉威西省紅土鎳礦4號礦區(qū)普查報告.2013，12，5.

收稿：2014-01-06