新疆香山銅鎳硫化物礦床巖漿深部過程與找礦方向探討

尹 希 文

(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊，新疆 哈密 839000)

新疆香山銅鎳硫化物礦床巖漿深部過程與找礦方向探討

尹 希 文

(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊，新疆 哈密 839000)

香山銅鎳礦體主要賦存于香山中巖體,與東天山地區(qū)其他典型銅鎳礦床形成時代、巖漿源區(qū)性質(zhì)、部分熔融程度及構(gòu)造背景一致，香山銅鎳礦床中鎂鐵-超鎂鐵巖在巖體中所占比例小于20%,明顯低于圖拉爾根礦床超鎂鐵巖比例(約90%),暗示與圖拉爾根礦床相比香山地區(qū)銅鎳礦剝蝕深度較小，深部具有繼續(xù)尋找超鎂鐵質(zhì)含礦巖體的潛力。香山礦床3個主要礦體(Ⅰ-1、Ⅰ和Ⅱ號礦體)由西向東Cu含量逐漸降低，Ni/Cu平均值分別為1.49、1.74和2.25，呈逐漸增加的趨勢，且由西向東超鎂鐵巖比例變大，這都表明含硫化物珠滴的巖漿流動為由東向西。高精度重力和磁法測量表明香山東和香山中巖體深部應(yīng)該是相連的，二者結(jié)合部位是深部含礦巖漿上升的通道?？煽卦匆纛l大地電磁測深(CSAMT)揭示深部存在低阻異常體，結(jié)合已施工的ZK4401和ZK5202地質(zhì)資料，認(rèn)為該低阻異常體為含礦超鎂鐵巖的主體，是下一步深部找礦的重點(diǎn)勘查對象。

香山銅鎳礦；成礦規(guī)律；控礦因素；找礦方向；新疆東天山

香山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體由西向東劃分為香山西、香山中和香山東巖體，其中香山西巖體中具有鈦鐵氧化物與銅鎳礦共生的特征，而銅鎳礦體主要賦存于香山中巖體。近年來，不同學(xué)者對香山西和香山中巖體開展了系統(tǒng)的年代學(xué)、礦物晶體化學(xué)、巖石地球化學(xué)等方面的研究工作，認(rèn)為整個香山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體為同期同源巖漿結(jié)晶分異演化的產(chǎn)物，巖漿源區(qū)由受俯沖流體改造的巖石圈地幔和軟流圈物質(zhì)組成，巖漿演化過程中地殼物質(zhì)混染導(dǎo)致了硫化物的熔離和鈦鐵氧化物的沉淀(王玉往等，2009；肖慶華等，2010；李德東等，2012；秦克章等，2012；Tang et al，2013)。近年來，在香山礦床持續(xù)開展深部找礦工作，在香山中巖體東段深部發(fā)現(xiàn)了新的礦體，賦礦巖石類型為輝石橄欖巖，為了進(jìn)一步查明礦床深部是否存在厚大礦體，筆者在系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過香山銅鎳礦床與東天山銅鎳成礦帶內(nèi)其他典型礦床(圖拉爾根、黃山、黃山東)的對比，總結(jié)了該礦床的典型特征，同時從香山礦床巖相分布規(guī)律、成礦元素變化規(guī)律和巖體深部產(chǎn)狀變化特征出發(fā)，結(jié)合最新物探和鉆探資料對香山銅鎳礦床的深部找礦方向進(jìn)行了深入探討。這一工作的開展也有利于對該區(qū)其他典型礦床的深部找礦工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

香山鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體是新疆東天山地區(qū)土墩-黃山-鏡兒泉鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖帶的一部分，這些巖體沿康古爾-黃山深大斷裂分布，主要產(chǎn)于深大斷裂的次級斷裂中。該帶自西向東分布有土墩、二紅洼、香山、黃山南、黃山、黃山東、葫蘆、馬蹄、圖拉爾根、四頂黑山等30余個巖體(秦克章等，2012；三金柱等，2012)(圖1)，其中黃山、黃山東和圖拉爾根巖體中賦存有大型銅鎳礦床，香山為一中型銅鎳礦。這些巖體侵入于石炭系，其形成時代為265～298Ma(韓寶福等，2004；孫濤等，2010；三金柱等，2012；肖慶華等，2010a；Qin et al.，2011；肖凡等，2013)。目前，趨向于認(rèn)為這些巖體為早二疊紀(jì)碰撞后伸展與塔里木地幔柱疊加作用的產(chǎn)物(Qin et al，2012；李文淵等，2012)。

香山巖體位于土墩-鏡兒泉北韌性剪切帶(F8)與黃山韌性剪切帶夾角銳角處，總體走向為北東58°。巖體邊界受控于北東與近東西向兩組韌性剪切帶，平面上呈節(jié)藕狀，形成3個地表和深部形態(tài)都各異的膨大體，由西向東分別為香山西、香山中和香山東巖體，其中銅鎳礦主要產(chǎn)在香山中巖體內(nèi)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 巖體地質(zhì)特征

香山中賦礦巖體受兩側(cè)香山斷裂派生的次級斷裂控制，走向北東，沿走向長約2.4 km，寬100～400 m，面積約0.55 km2。平面上巖體呈中部膨大，兩端狹縮的不規(guī)則菱形狀，膨大部位與圍巖呈斷層接觸，橫剖面上巖體總體向北傾，在700 m標(biāo)高附近逐漸轉(zhuǎn)為南傾，傾角50°～80°，為一漏斗狀；縱剖面上巖體東部和西部抬升，中部下沉呈漏斗狀，前人認(rèn)為一部位可能是巖漿上升的通道部位(王玉往等，2009)。依據(jù)各巖相之間的接觸關(guān)系，香山中巖體主要可以劃分為3個侵入期次：第一次侵入為輝長巖相、輝石巖相和橄欖巖相，由東向西貫穿整個巖體(圖2a)。其中輝長巖相占巖體總面積的83.5%，主要巖石類型為角閃輝長巖和角閃橄欖輝長巖；輝石巖相和橄欖巖相占巖體總面積的10%，主要巖石類型為角閃輝石巖和角閃單輝橄欖巖，這部分巖石多呈透鏡狀產(chǎn)于輝長巖相中，可能為流動分異作用下密度較大礦物聚集的形成的*聶永，申茂德，丁玉學(xué)，等.新疆哈密市香山巖體普查找礦總結(jié)報告，哈密：新疆有色地質(zhì)勘探公司七〇四大隊，1993.。

圖1 香山銅鎳礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)秦克章等，2007修改)Fig.1 Geological map of Cu-Ni bearing intrusion and tectonic location of Xiangshan deposit

第二侵入階段主體為橄欖巖相，占巖體總面積的5%，主要巖石類型為橄欖輝石巖、角閃單輝橄欖巖、角閃二輝橄欖巖和輝橄巖；第三侵入期次為鈦鐵輝長巖和細(xì)晶輝長巖，均呈脈狀產(chǎn)出。從勘探線剖面上可以看出，巖相呈由中心向兩側(cè)基性程度逐漸降低的對稱結(jié)構(gòu)(圖2b)。

2.2 礦體地質(zhì)特征

香山銅鎳礦體主要賦存在香山中巖體內(nèi)，目前已圈定礦體約30余個，其中有2個主礦體(Ⅰ號和Ⅱ號)和2個次要礦體(Ⅰ-1號和Ⅱ-2號)，其余均為小礦體。Ⅱ號礦體呈透鏡狀分布，長約300 m，礦體厚1.14～48.40 m，礦體Ni品位為0.3%～2.68%，平均品位為0.64%，Cu品位為0.2%～2.17%，平均品位為0.52%，該礦體向南西方向側(cè)伏。Ⅰ號礦體主要賦存在輝石巖和輝長蘇長巖的接觸部位，礦體呈似層狀，長約200 m，厚1.84～57.81 m，礦體Ni品位為0.2%～5.36%，平均品位為0.57%，Cu品位為0.2%～2.54%，平均品位為0.49%，礦體中上部傾向南東，傾角50°～75°，呈上緩下陡，上薄下厚，上貧下富的特征，且沿走向具有膨脹狹縮的特征。

已開采的礦體主要賦存于輝石巖和輝長蘇長巖中，通常位于輝長巖與輝石巖的接觸部位。主要礦石類型為浸染狀，局部有少量塊狀礦石，目前深部找礦結(jié)果表明輝石橄欖巖中礦化現(xiàn)象也較好，是深部找礦的重點(diǎn)找礦目標(biāo)。從空間分布特征上看，由西向東可依次劃分為Ⅱ-1號、Ⅱ號、Ⅰ號和Ⅰ-1號礦體。

圖2 香山中銅鎳礦床地質(zhì)圖Fig 2 The geology map of Xiangshangzhong Ni-Cu deposit

3 對巖體空間形態(tài)的認(rèn)識

圖3 香山及東天山典型銅鎳礦床Sr-Nd同位素圖解Fig.3 The diagram of Sr-Nd isoplote of Xiangshan and the typical Ni-Cu deposits

由于地幔中具有較高的Ni含量，通常認(rèn)為形成銅鎳硫化物礦床的巖漿為地幔部分熔融的產(chǎn)物(Maier et al，2011，張照偉等，2012)。已有研究表明東天山地區(qū)與洋殼俯沖相關(guān)的巖漿活動均早于320Ma(朱永峰等，2005，2007；顧連興等，2006；周濤發(fā)等，2010)，洋盆至石炭紀(jì)末已完全碰撞閉合(秦克章等，2012)。從早二疊紀(jì)開始，東天山地區(qū)進(jìn)入碰撞后伸展環(huán)境，發(fā)育大規(guī)模幔源巖漿底侵及花崗巖巖漿活動(Zhang et al.，2003；李錦軼等，2006；周濤發(fā)等，2010)。香山銅鎳礦床形成時代恰好與碰撞后伸展及地幔柱活動時代相吻合，可能是二者疊加的產(chǎn)物(Tang et al，2013)。與東天山地區(qū)其他二疊紀(jì)鎂鐵-超鎂鐵巖相比較，香山銅鎳礦床與這些礦床具有相似的Sr-Nd同位素特征(圖3)，表明其巖漿源區(qū)均為虧損地幔(Zhou et al，2004；夏明哲等，2010；李彤泰等，2011；鄧宇峰等，2011；焦建剛等，2012)，且?guī)r漿源區(qū)主體為軟流圈地幔。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，絕大多數(shù)樣品都具有明顯的Nb、Ta的明顯虧損和弱的Ti的負(fù)異常，暗示其巖漿源區(qū)可能混合了富集巖石圈地幔的組分(Saunders et al，1992)。研究表明Ba和U的地球化學(xué)性質(zhì)相似，都傾向富集于俯沖流體中，Th則主要源于沉積物，利用U/Th-Th/Zr及Ba/Th-Th/Yb圖解可以很好區(qū)分流體交代作用和沉積物加入作用(Hawkesworth et al.，1997)，圖4a、圖4b顯示香山巖體與東天山典型含銅鎳巖體相似，其巖漿源區(qū)遭受了明顯的俯沖流體交代作用。由于La、Ba、Th、Zr和Nb具有相似的分配系數(shù)，分離結(jié)晶作用不會影響巖漿中La/Nb、La/Ba和Ba/Nb的值，且?guī)r漿演化過程中同化混染作用較弱(Tang et al，2013)，故利用這些元素的比值可以指示其巖漿源區(qū)性質(zhì)(Woodhead et al.，2001；夏明哲等，2010)，圖4c、圖4d也表明巖體巖漿源區(qū)存在俯沖流體交代作用。

Sr-Nd同位素、微量元素特征等均表明香山銅鎳礦床巖漿源區(qū)性質(zhì)與東天山典型銅鎳礦床相似，且這些巖體橄欖石Fo最大值(香山為85.66，黃山為85.9，圖拉爾根為84.3，黃山東為83.7)相似(Tang et al，2013；鄧宇峰等，2012；毛亞晶等，2014)，表明其巖漿源區(qū)部分熔融程度大致相似(孫赫等，2008)，從目前巖體的出露特征看，東天山銅鎳成礦帶中圖拉爾根銅鎳礦床超鎂鐵巖所占比例大于80%，而香山銅鎳礦床鎂鐵-超鎂鐵巖所占比例僅約20%左右，與其附近的黃山和黃山南礦床相似，這可能暗示香山地區(qū)巖體的剝蝕深度低于圖拉爾根巖體，同時也暗示香山巖體深部可能仍存在隱伏的超鎂鐵巖，這在最近施工的鉆孔中已得到驗證。

4 成礦元素分布特征及成礦過程

銅鎳硫化物礦床是典型的巖漿礦床，其成礦作用過程與巖漿演化過程密切相關(guān)，該類礦床的成礦模型主要有“通道成礦”和“深部熔離-多期貫入成礦”2種模型(湯中立等，2012；Li et al，2009)，且關(guān)于這2種模型目前仍存在一定的爭議，正確理解一個典型礦床的成礦作用過程有利于指導(dǎo)深部找礦。香山銅鎳礦床地表廣泛發(fā)育球狀風(fēng)化，且這些“球體”為無根的，基性程度高于其周圍巖體，前人推測這是巖漿流動分異的結(jié)果，且這種現(xiàn)象在東天山銅鎳成礦帶中其他典型礦床中(黃山、黃山東)也廣泛發(fā)育，筆者也認(rèn)為這是巖漿流動分異的產(chǎn)物，因為在有懸浮質(zhì)點(diǎn)的流體在流動時，質(zhì)點(diǎn)向高速帶(軸區(qū))移動，這使巖漿中早期結(jié)晶的橄欖石等礦物向中心聚集(解廣轟等，1998)。成礦作用過程中流動分異對巖相及成礦元素及相關(guān)比值都產(chǎn)生一定的影響。通過系統(tǒng)收集香山銅鎳礦床各礦體成礦元素的資料，將香山礦床中Ⅱ號及其以西礦體統(tǒng)稱為Ⅱ號礦體，Ⅰ-1號礦體及其以東礦體統(tǒng)稱為Ⅰ號以東礦體。從圖5中可以看出，由西向東礦體中Cu含量呈逐漸降低的趨勢，而Ni/Cu值呈逐漸增高的趨勢(由西向東3個礦體的Ni/Cu平均值分別為1.49、1.74和2.25)，表明沿巖體走向礦體存在明顯的成礦元素的分異，暗示含硫化物巖漿是由東向西流動的，且這一變化趨勢與巖體由西向東基性程度越來越高的特征相一致，這進(jìn)一步表明含礦巖漿通道應(yīng)該在香山中巖體的東段。

香山銅鎳礦床圍巖為貧S地層，其δ34S變化范圍為-0.5‰～2.5‰，具有典型的幔源S的特征(肖慶華等，2010b)，表明導(dǎo)致硫化物熔離的主要因素不是地殼S的加入，而是橄欖石等鎂鐵質(zhì)礦物的分離結(jié)晶(Tang et al，2013)。通過對東天山典型礦床的研究,表明其硫化物熔離主要發(fā)生在深部巖漿房內(nèi)(秦克章等，2012)，但是在深部巖漿房內(nèi)發(fā)生硫化物熔離后并未在重力作用下發(fā)生明顯的礦質(zhì)分層，其硫化物的聚集受巖漿通道形態(tài)控制明顯，在通道的膨大部位由于含硫化物巖漿的流速降低，導(dǎo)致其內(nèi)的硫化物和橄欖石發(fā)生沉降聚集形成礦體，因此在深部找礦過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注巖漿通道的轉(zhuǎn)彎及膨大部位。

圖4 香山巖漿源區(qū)性質(zhì)判別圖解Fig.4 Discrimination diagrams for the magma source region

圖5 香山中銅鎳礦床各礦體Ni-Cu及Ni-Ni/Cu圖解Fig.5 The diagram of Ni-Cu and Ni-Ni/Cu of Xiangshan deposit

5 物探特征、深部鉆探驗證及深部找礦方向探討

從礦區(qū)以往開采、勘探經(jīng)驗來看，礦體多富集在不同巖石類型接觸轉(zhuǎn)折部位，深部巖體產(chǎn)狀發(fā)生反轉(zhuǎn)或尖滅，且在已有鉆孔中發(fā)現(xiàn)了深部超鎂鐵質(zhì)巖體，推測發(fā)現(xiàn)的這些超鎂鐵質(zhì)巖體僅為深部一個巖枝，為了進(jìn)一步驗證這一推測，在香山中和香山東巖體開展了高精度地面重力和磁法測量工作，重力值按照0.5毫伽，磁力值按照200 nT圈定，發(fā)現(xiàn)這2個巖體處于同一個重、磁異常范圍內(nèi)，通過對不同巖石及礦石類型進(jìn)行準(zhǔn)確的物性參數(shù)測量，認(rèn)為2個巖體在深部相連。對香山中巖體(40線)至香山東巖體(52線)之間開展了可控源音頻大地電磁測深測量(CSAMT)，發(fā)現(xiàn)在高重力、高磁力背景下，深部存在一個低阻異常體，該異常產(chǎn)狀總體南傾(圖6)，推測可能為含礦超鎂鐵質(zhì)巖體引起的。通過ZK4401和ZK5202的驗證，確定該異常為超基性巖體，主要巖石類型為輝石橄欖巖，且伴有弱的銅鎳礦化。ZK4401孔自407m進(jìn)入輝橄巖相至880 m仍在輝橄巖相中，其中在529.75～535.75 m，見視厚度6 m的銅鎳礦體，Ni平均品位為0.24%，Cu平均品位為0.18%。該孔所見超基性巖體總厚度大于367.51 m；ZK5202孔在780 m進(jìn)入輝橄巖相，至800 m以下未控制到底板界限。

圖6 香山中銅鎳礦52號勘探線地物綜合剖面圖圖Fig 6 Line 52 profile map of geological and geophysical prospecting of Xiangshanzhong Ni-Cu deposit

綜上所述，利用重力和磁法確定超基性巖體的邊界，利用電法確定巖(礦)體的有利富集地段的方法在該區(qū)是有效的。下一步應(yīng)重點(diǎn)對香山巖體中段和東段之間深部隱伏的含礦超鎂鐵巖進(jìn)行驗證，驗證過程中除了依據(jù)物探資料外，應(yīng)依據(jù)已有地質(zhì)資料尋找?guī)r體的轉(zhuǎn)折或膨大部位。香山礦區(qū)斷裂發(fā)育，后期構(gòu)造對礦體的賦存具有較強(qiáng)的控制作用，在構(gòu)造的轉(zhuǎn)折部位也往往是礦體增厚或礦化再次聚集的有利地段。區(qū)域性大斷裂(香山斷裂)的次級斷裂對巖(礦)體定位有明顯的控制作用，進(jìn)一步研究斷裂對礦體的改造，有利于對深部找礦工作的開展。

6 結(jié)論

(1)香山銅鎳礦床與東天山地區(qū)其他典型銅鎳礦床形成于相同的構(gòu)造背景，其巖漿源區(qū)性質(zhì)及部分熔融程度相似，基于此推測該巖體深部具有繼續(xù)尋找超鎂鐵巖的潛力；相對于東天山銅鎳成礦帶東段，香山地區(qū)地層剝蝕深度相對較淺，導(dǎo)致超鎂鐵巖出露比例相對較小。

(2)依據(jù)空間分布特征，香山銅鎳礦床不同礦體由西向東，礦體中金屬元素Cu含量呈逐漸減低的趨勢，Ni/Cu值逐漸變大，表明深部含硫化物珠滴的巖漿的流動方向為由東向西，且流動過程中由于流動分異導(dǎo)致巖相和成礦元素的分異。

(3)巖體向深部出現(xiàn)產(chǎn)狀反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，向東超鎂鐵巖所占的比例變大，且含礦性較好，物探資料及鉆探驗證表明香山中和香山東巖體應(yīng)為深部相連的，二者結(jié)合部位可能為深部含礦巖漿上侵的通道，已施工的鉆孔ZK4401和ZK5202均在深部發(fā)現(xiàn)了銅鎳礦化輝石橄欖巖，52號勘探線施工的高精度重力、磁法測量及可控源音頻大地電磁測深反演出深部存在一個大的低阻異常體，應(yīng)為深部已發(fā)現(xiàn)含礦輝石橄欖巖的主體部分。

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Magma Deep Process and Prospecting Direction of Xiangshan Ni-Cu deposit,Eastern Tianshan, Xinjiang

YIN Xiwen

(No.704 Geological Party, Xinjiang Geological Exploration Bureau for Nonferrous Metals, Hami 839000, Xinjiang, China)

Xiangshan Ni-Cu orebody mainly occurred in the middle of Xiangshan intrusion. The tectonic setting, age of formation, nature and partial melting of magma source are consistent with those of other typical Ni-Cu deposits of eastern Tianshan. The proportion of mafic-ultramafic rocks in Xiangshan Ni-Cu deposit is less than 20%, obviously lower than that of Tulaergen deposit, which is about 90%, implying that the erosion depth of intrusion located in the west of Tulergen-Huanshandong-Tudun belt is smaller than the Tulargen deposit, and the deep of Xiangshan deposit has a great exploration potential. The Cu metallic elements and ratio of Ni/Cu have regular variation along the strike of intrusion. Throughout the tree major intrusions of Xiangshan deposit, the Cu content decreases from west to east while the Ni/Cu ratios gradually increases, with an average of 1.49, 1.74 and 2.25 respectively, suggesting that the sulfide droplets-containing magma lava flows from east to west. The high precision gravity and magnetic result indicate that intrusions in east and middle Xiangshang are connected in the deep. The binding site of the two intrusions may be the rising channel of sulfide-bearing magma. The CSAMT reveals that there is a large low resistivity in the deep, which may be the main ultramafic rocks according to geological data of ZK4401 and ZK5202, and would be the major focus of further deep ore prospecting.

Xiangshan Ni-Cu deposit; metallogenic regularity; ore-controlling factors; prospecting direction; east Tianshan of Xinjiang

2015-01-07；

2015-04-14

新疆哈密市香山銅鎳礦接替資源勘查項目(121201140449001)

尹希文(1985-)，男，新疆維吾爾自治區(qū)哈密市人，工程師，本科，主要從事地質(zhì)勘查工作。E-mail: 545020536@qq.com

P578.2

A

1009-6248(2015)03-0022-09