東疆黃山銅鎳礦床硫化物聚集過程和硅酸鎳含量及對銅鎳礦勘查的指示

郭鼎民，毛亞晶，謝軍輝，田翱齊，寇利杰，談雄，牛艷杰,3(.新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司,新疆 哈密 839000;.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 0009;3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 00049)

東疆黃山銅鎳礦床硫化物聚集過程和硅酸鎳含量及對銅鎳礦勘查的指示

郭鼎民1，毛亞晶2，謝軍輝1，田翱齊1，寇利杰1，談雄1，牛艷杰2,3
(1.新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司,新疆 哈密 839000;2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029;3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

由黃山銅鎳礦床浸染狀礦化橄欖巖中Ni的賦存狀態(tài)分析得到其硅酸鎳含量為4%~20%，且硅酸鎳含量和全巖Ni含量呈負(fù)相關(guān)，主要受橄欖石比例和橄欖石Ni含量控制。當(dāng)全巖Ni大于0.4%時(shí)，黃山礦床浸染狀礦化橄欖巖中硅酸鎳比例常小于10%。450中段坑內(nèi)鉆KZK1475中硫化物從礦體下盤至上盤呈逐漸減少趨勢，結(jié)合黃山巖體從淺部至深部基性程度逐漸增高的巖相分帶特征，認(rèn)為巖漿結(jié)晶過程中主要受重力分異控制。礦體中硫化物呈多段富集，可能與新鮮巖漿注入有關(guān)。本文還對東疆地區(qū)其他超基性巖相賦礦的礦床(黃山南礦床和坡北地區(qū)銅鎳礦床)進(jìn)行了硅酸鎳含量模擬，得到兩個(gè)礦床浸染狀礦化橄欖巖中硅酸鎳比例多為10%~20%，大部分大于20%，而礦化純橄巖中硅酸鎳比例都大于20%。因此，東疆地區(qū)在橄欖巖賦礦的銅鎳礦床(礦點(diǎn))勘探和開采過程中，應(yīng)考慮礦體中硅酸鎳的含量。

東天山；黃山銅鎳礦床；基性-超基性巖；硅酸鎳；硫化物聚集過程

東疆銅鎳礦床因產(chǎn)于造山帶背景而頗具成礦特色，受到國內(nèi)外銅鎳礦研究學(xué)者的關(guān)注[1-3]，并在巖石演化、成礦機(jī)制和構(gòu)造背景等方面取得了諸多成果[4-16]，受到了地勘單位的高度重視[17-20]。東疆銅鎳礦床均屬小巖體成礦[2]，據(jù)賦礦巖石類型可分為基性巖含礦和超基性巖含礦兩類，多數(shù)礦床以超基性巖含礦為主[13]，如黃山、圖拉爾根、天宇、黃山南、葫蘆礦床的礦體和黃山東、香山、白石泉的部分礦體。超基性巖含大量硅酸鎳，目前的選礦工藝無法提取礦石中的硅酸鎳。因此，超基性巖中的硅酸鎳含量對礦石中鎳的回收、礦體圈定及礦床評價(jià)具重要影響。黃山銅鎳礦床是東疆最大的超基性巖賦礦的銅鎳礦床，是研究礦石中硅酸鎳比例及控制因素的理想對象。近年采礦過程中發(fā)現(xiàn)部分浸染狀礦化橄欖巖中硅酸鎳比例過高而影響選礦回收率，如何剔除硅酸鎳含量過高的礦石也成為礦山工作急需解決的實(shí)際問題。前人針對黃山礦床的源區(qū)特征、硫飽和過程、地殼混染過程等方面開展了微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素等研究[4,14,16]，得到黃山礦床原始巖漿來源于被俯沖流體交代的虧損地幔的部分熔融，巖漿上升過程中經(jīng)歷少量地殼混染和硫加入使巖漿達(dá)到硫飽和，最終硫化物通過重力分異和流動(dòng)分異作用聚集。據(jù)橄欖石、輝石成分和硫化物鉑族元素成分從礦體底部至淺部的系統(tǒng)變化，發(fā)現(xiàn)黃山礦床形成過程可分為巖漿通道階段和重力分異階段[14]，但硫化物的聚集方式及控制因素有待進(jìn)一步精細(xì)研究。

針對上述問題，本文據(jù)黃山礦床礦體從下盤至上盤的Cu，Ni品位變化討論其硫化物聚集過程，通過硅酸鎳含量分析，明確硅酸鎳與硫化鎳的相互關(guān)系，結(jié)合區(qū)域上坡北、黃山南等礦床的發(fā)表數(shù)據(jù)，限定這些礦床的硅酸鎳含量，為區(qū)域銅鎳礦勘查工作提供參考依據(jù)。

1　黃山銅鎳礦床地質(zhì)背景和礦床特征

東疆地處中亞造山帶南緣，為典型的造山帶背景(圖1-a)，也是中國重要的銅鎳礦產(chǎn)地[2]，主要礦床有東天山的黃山、黃山東、香山、黃山南、葫蘆、圖拉爾根，中天山的天宇、白石泉，北山的坡一、坡十等銅鎳礦床(圖1-b)。東疆大部分銅鎳礦的成礦時(shí)代為早二疊世[9,21-23]。東天山還產(chǎn)出二疊紀(jì)造山型金礦和泥盆—石炭紀(jì)富金斑巖銅礦[24-26]。東天山巖體分布主要受康古爾塔格-黃山深斷裂及其次級斷裂控制[27]，巖體長軸方向與斷層、節(jié)理方向一致，指示巖漿就位于區(qū)域走滑斷層(圖1-c)。巖體侵位于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組、中石炭統(tǒng)梧桐窩子組或泥盆系頭蘇泉組中，與圍巖呈侵入接觸關(guān)系。

圖1　中亞造山帶簡圖（a），東疆基性-超基性巖和銅鎳礦床分布簡圖（b）和東天山黃山-圖拉爾根成礦帶銅鎳礦床分布與地質(zhì)特征簡圖（c）Fig.1 Simplified geological map of the Central Asian Orogenic Belt(a),Distribution of the mafic-ultramafic intrusions and related magmatic sulfide deposits(b)and Distribution of magmatic sulfide deposits and simplified geological map of the Huangshan-Tulaergen region in the Eastern Tianshan(c)

黃山巖體地表近EW向，呈彗星狀或蝌蚪狀，長約3.9 km，最寬0.84 km(圖2-a)[28-32]。巖體向東翹起，西部最深，往下延伸超過1.5 km。巖體中部及東部北界南傾，南界北傾，傾角50°~70°，西部淺部南傾，深部約500 m向北反傾，傾角較陡(約80°)(圖2-b)。黃山巖體分為3個(gè)侵入期次:第一侵入期主體巖相為斜長角閃橄欖巖，邊部橄長巖，兩者呈不規(guī)則彎鉤狀分布于第二侵入期次巖相中；第二期次巖相由西向東依次為輝長蘇長巖和輝長巖，寬度向東逐漸減小，最寬250 m;第三期次為超基性巖相(圖2-a)，其中，橄欖巖為隱伏巖相，位于黃山巖體西側(cè)底部，由深部至淺部依次為橄欖巖、橄輝巖和輝石巖，礦體主要賦存于橄欖巖中。30號礦體(包括30-2)是礦區(qū)最大礦體，位于橄欖巖底部或靠近底部(圖2-b)，以中等浸染狀礦石為主，少量塊狀和半塊狀礦石呈不規(guī)則脈狀穿插于浸染狀礦石中。450~600 m，含礦巖相多為輝橄巖和橄輝巖，礦石儲(chǔ)量6 447 173×104t，Ni平均品位為0.43%，Cu平均品位0.28%。32號礦體位于黃山巖體西南部，礦石類型與30號礦體相似。在450~600 m標(biāo)高間，含礦巖性為蝕變輝橄巖，礦石儲(chǔ)量2 331 740×104t；Ni平均品位0.60%，Cu平均品位0.42%。

圖2　黃山礦床地質(zhì)平面圖（a）與聯(lián)合剖面圖（b）Fig.2 Plan view(a)and cross sections(b)of the Huanghsan magmatic sulfide Ni-Cu deposit

2　分析方法

礦石的Cu，Ni品位和硅酸鎳含量由新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司質(zhì)檢部測試。用于Cu，Ni含量測試的礦石采自近年施工的530和450中段坑內(nèi)鉆和坑道刻槽，每個(gè)樣品長度為1.5 m。用于測試的樣品先粉碎至200目，Cu品位由碘量法測定，具體實(shí)驗(yàn)步驟嚴(yán)格按照國標(biāo)GB/T3884.1-2012施行，Ni品位采用丁二酮肟光度法測定。

在鎳的物相分析中，先稱取試樣0.5~1.0 g于250 ml燒杯中，加入50 ml水溶液，在常溫浸取0.45~1小時(shí)，用抽濾法過濾，用熱水洗滌3~5次，殘?jiān)呕卦瓱?。向殘?jiān)屑尤?0 ml飽和溴水和1 ml溴，冷浸60分鐘，加熱煮沸除溴，用抽濾法過濾，殘?jiān)呕卦瓱斜Ａ?。濾液移入300 ml燒杯中，體積20~30 ml、10 ml硝酸、硝硫混合酸10 ml，蒸干，以少量水溶解鹽類，稀釋至10 ml、吸取10 ml液體，以下同比色法測硫化鎳含量。將分離硫化鎳后盛殘?jiān)嫩釄逵?00°灰化，放入205 ml燒杯中，加入氯化銨0.5~1 g，鹽酸20 ml，加熱溶解數(shù)分鐘后，加入10 ml硝酸，5 ml高氯酸，加熱分解礦樣，加熱溶解蒸干冷卻，原礦稀釋至100 ml，吸取25 ml，尾礦稀釋至100 ml，吸取25 ml，以下同比色法測硅酸鎳含量。

3　分析結(jié)果

3.1黃山礦床硫化物Cu/Ni比值和Cu、Ni品位變化

為避免銅鎳含量過低造成分析誤差，本文只討論Ni品位大于0.1%，且Cu品位大于0.05%的樣品，符合以上條件的樣品共988個(gè)。其中，Cu與Ni呈較強(qiáng)的正相關(guān)(圖3-a)，Cu/Ni值多為0.33~1，部分樣品相對富集銅(Cu/Ni比值大于1)，部分樣品相對富集鎳(Cu/Ni比值小于0.33)(圖3-b)。Cu和Ni的相對富集由硫化物結(jié)晶分異作用造成。在硫化物冷卻過程中，先結(jié)晶的單硫化物固溶體(MSS)富集Ni，殘余硫化物熔體(ISS)相對虧損Ni卻富集Cu，隨溫度下降，ISS結(jié)晶形成富銅硫化物[33]。經(jīng)分異作用的硫化物成分不能代表硫化物熔離出時(shí)的原始成分。對Ni品位在0.33%~1%的樣品進(jìn)行趨勢分析，得到Cu，Ni趨勢方程為Cu%=0.61×Ni%(R2=0.86)，指示黃山礦床的Cu/Ni比值約為0.62。

圖3　黃山銅鎳礦床Ni-Cu品位相關(guān)性圖（a）和Cu/Ni-Ni品位相關(guān)性圖（b）Fig.3 Plot of Ni versus Cu(a)and Cu/Ni versus Ni(b)for ores form the Huangshan deposit MSS——單硫化物固溶體；ISS——?dú)堄嗔蚧锶垠w

圖4　530中段坑內(nèi)鉆KZK117(a)和450中段坑內(nèi)鉆KZK120(b)、KZK1475(c)的Ni，Cu品位變化圖Fig.4 Variations of Ni and Cu grade of drilling core KZK117 at 530 elevation(a)and KZK120(b)、KZK1475(c) drilling cores at 450 elevation of the Huangshan deposit

KZK120鉆孔揭示30號礦體在450中段由下盤至上盤，Cu，Ni品位呈多段升高和降低，二者在剖面上具很好的相關(guān)性(圖4-a)。同樣，530中段坑內(nèi)鉆KZK117揭示30號礦體中浸染狀礦化橄欖巖的Ni品位變化較大，在礦體底部最高，由下盤至上盤，Ni品位先呈弱下降趨勢，往上盤略增加，Cu品位具相似趨勢(圖4-b)。以上兩個(gè)鉆孔Cu，Ni品位變化指示硫化物在礦體中有多段富集，但450中段坑內(nèi)鉆KZK1475揭示32號礦體底部Cu和Ni品位最高，由下盤至上盤Ni和Cu品位呈逐漸下降趨勢(圖4-c)。

3.2浸染狀礦化橄輝巖中硅酸鎳含量

黃山銅鎳礦床浸染狀礦化橄欖巖礦石的硅酸鎳含量見表1。不含礦橄欖巖含Ni小于0.1%，硅酸鎳占鎳總量的43%，指示該樣品硫化物少，且橄欖石比例較高。浸染狀礦化橄欖巖(Ni品位為0.2%~ 1%)，硅酸鎳所占比例約4%~20%，30號和32號礦體硅酸鎳含量相近。在硅酸鎳和全巖Ni品位相關(guān)性圖中(圖5-a)，隨著Ni品位增加，硅酸鎳含量逐漸下降，且當(dāng)全巖Ni品位大于0.4%時(shí)，硅酸鎳比例往往小于10%。

4　討論

4.1黃山礦床硫化物聚集過程

巖漿礦床硫化物聚集過程主要有兩種：相對穩(wěn)定環(huán)境下的就地分異作用和相對動(dòng)蕩環(huán)境下的流動(dòng)分異作用[34]。黃山礦床從淺部至深部，基性程度逐漸增加，且硫化物賦存于巖體底部基性程度最高的巖相。以上巖相分帶和硫化物賦存部位表明巖漿在冷卻結(jié)晶過程中，重力分異起控制作用。更重要的是，450KZK1475剖面自下而上，Ni，Cu品位逐漸減少(圖4-c)，指示硫化物在礦體(巖體)底部最為富集，硫化物含量向上逐漸減少，很好地佐證了硫化物聚集過程主要受重力分異作用控制。

并非所有礦體剖面都具硫化物從下盤至上盤逐漸減少趨勢，450中段坑內(nèi)鉆KZK120和530中段坑內(nèi)鉆KZK117中硫化物含量由下盤至上盤呈多段富集(圖4-a，b)。礦體中硫化物含量變化可能由巖漿中熔離出的硫化物量控制[4]，也可能由新鮮巖漿補(bǔ)給引起巖漿擾動(dòng)造成，毛亞晶等對黃山礦床ZK06-18鉆孔中從巖體底部至頂部的橄欖石、斜方輝石粒度和成分進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)橄欖石粒度和成分呈多段變化，認(rèn)為橄欖石和輝石結(jié)晶過程中曾有多次新鮮巖漿補(bǔ)給[14]。值得注意的是，巖漿演化過程中硫化物飽和程度難以解釋同一礦體在不同部位的硫化物不均勻富集(圖4-a，b)。因此，本文認(rèn)為黃山巖體形成過程中，硫化物和橄欖石主要受重力分異作用控制，但是在巖漿分異過程中曾有巖漿補(bǔ)給并造成巖漿體系的擾動(dòng)，使硫化物在巖漿底部呈不均勻分布。

4.2黃山礦床礦體中硅酸鎳比例的控制因素

表1　黃山礦床浸染狀礦石Ni，Cu品位和硅酸鎳含量Table 1 The grade of Ni,Cu and silicate nickel content in disseminated ores from the Huangshan deposit　單位：%

黃山礦床礦體中硅酸鎳多賦存于橄欖石中(大于1 000×10-6)，鎳以類質(zhì)同相形式替代橄欖石中的鐵，此外，很少量鎳(小于100×10-6)存在于斜方輝石和單斜輝石中[14]。因此，橄欖巖類(橄欖石大于40%)中的硅酸鎳含量最高，次為橄輝巖相(10%<橄欖石< 40%)，而輝石巖中硅酸鎳含量最低。黃山礦床礦石中，除硅酸鎳，其余均為硫化鎳。因此，礦石中硅酸鎳和硫化鎳的比例反映樣品中橄欖石和硫化物含量的關(guān)系。

橄欖巖相是黃山礦床主要的含礦巖相，橄欖石含量約40%[35]，假設(shè)含礦巖相中橄欖石含量為40%，橄欖石中Ni含量為1 000×10-6[14]，則橄欖巖中硅酸鎳含量為400×10-6(0.04%)，將硅酸鎳和硫化鎳按1:1~ 1:30的比例進(jìn)行混合模擬，得到黃山礦床硅酸鎳和硫化鎳的混合曲線(圖5-a)，所有礦石樣品都位于曲線附近，表明黃山礦床浸染狀礦石的硅酸鎳和硫化鎳比例為1:5~1:25，且Ni品位大于0.4%的樣品，其硅酸鎳比例幾乎都在10%以下。

4.3區(qū)域勘查意義

不同類型超基性巖中橄欖石含量不同，橄欖巖類中的橄欖石最多，硅酸鎳含量高。東疆的坡一、坡十、黃山南、二紅洼等礦區(qū)(點(diǎn))的硫化物往往賦存于橄欖巖中，且橄欖石含Ni高[23,36-38]。因此，浸染狀礦化橄欖巖中硅酸鎳含量會(huì)造成礦石貧化，從而影響礦體圈定、開采和回收等。

黃山礦床浸染狀礦化橄輝巖中橄欖石Ni含量為1 000×10-6[14]，橄欖石和硫化物按1:5~1:25的比例混合，發(fā)現(xiàn)Ni含量大于0.4%的礦石含硅酸鎳比例往往小于10%。若假設(shè)橄欖石含Ni為3 000×10-6，且橄欖巖類橄欖石含量為40%(類似于坡北巖體和黃山南礦床橄欖巖Ni含量和橄欖石比例[38]，則橄欖巖中賦存于橄欖石的Ni為0.12%，那么硅酸鎳比例在10%以下樣品全巖Ni品位需大于1.2%(圖5-b)。若純橄巖賦礦(橄欖石中Ni含量仍為3 000×10-6，純橄巖中橄欖石為90%)，其硅酸鎳含量0.27%，僅全巖的Ni品位大于2.7%的樣品才含硅酸鎳比例小于10%(圖5-b)。因此，若坡北單輝橄欖巖全巖Ni品位為0.5%~1%，礦石硅酸鎳比例應(yīng)為10%~20%，但坡北多數(shù)礦石Ni品位小于0.5%[37]，該類礦石中硅酸鎳比例應(yīng)大于20%。相同Ni品位的純橄巖，硅酸鎳比例更高。同樣，黃山南礦床的橄欖石中Ni含量大于3 000×10-6，該礦床浸染狀礦化橄欖巖中硅酸鎳在礦體圈定及開采過程中也要引起重視。綜上所述，東疆地區(qū)以橄欖巖賦礦為主的礦床，若賦礦巖相的橄欖石Ni含量較高，則礦石中的硅酸鎳在礦體圈定和開采中應(yīng)給予考慮。

圖5　黃山礦床浸染狀礦化橄欖巖Ni品位與硅酸鎳比例（NiSiO4）相關(guān)性圖（a）和區(qū)域上超基性巖硅酸鎳與Ni品位關(guān)系模擬圖（b）Fig.5 Plots of Ni in whole rock and Ni in silicate for the ores from the Huangshan deposit(a)and ores hosted by ultramafic rocks regionally(b)

5　結(jié)論

(1)東天山黃山銅鎳礦床的Cu/Ni比值集中在0.33~1，平均0.62；硫化物經(jīng)歷結(jié)晶分異作用，單硫化物固溶體聚集使部分礦石相對富集Ni(Cu/Ni< 0.3)，而殘余硫化物熔體聚集使部分礦體富集Cu (Cu/Ni>1.5)。

(2)黃山銅鎳礦床主要礦體Ni，Cu品位由下盤至上盤，逐漸減少，結(jié)合巖相分帶特征，指示巖漿結(jié)晶過程主要受重力分異作用控制，但在硫化物聚集過程中曾有新鮮巖漿補(bǔ)給，造成硫化物在橄欖巖中呈多段富集。

(3)黃山礦體硅酸鎳比例主要受橄欖石比例及橄欖石的鎳含量控制，浸染狀礦化輝橄巖的硅酸鎳和硫化鎳比例為1:5~1:25。

(4)模擬計(jì)算得到坡北和黃山南礦床的賦礦橄欖巖硅酸鎳比例多大于20%，且坡北純橄巖的硅酸鎳含量更高。此外，東疆多個(gè)礦床(點(diǎn))也為橄欖巖相賦礦，該類礦床(點(diǎn))在勘查、評價(jià)、開采過程中，應(yīng)注意礦石中硅酸鎳的比例。

致謝:衷心感謝新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司地測科全體成員在工作中給予的支持與幫助，秦克章研究員和唐冬梅副研究員為本文提供建設(shè)性建議以及審稿人為論文提出寶貴的修改意見。

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SulfideEnrichment Processand SilicateNickel Contentsof the Huangshan Magmatic Ni-Cu Deposit and Implications for Regional Ni-Cu Exploration

Guo Dingmin1,Mao Yajing2,Xie Junhui1,Tian Aoqi1,Kou Lijie1,Tan Xiong1,Niu Yanjie2,3
(1.Xinjiang Yakesi resource develepment Ltd.,Hami,Xinjiang,839000,China;2.Institute of Geology and geophysics, Chinese Academy of Sciences,Beijing,100029,China;3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100049,China)

Silicate Ni content analysis results reveal that silicate Ni contents of the Huangshan deposit vary from 4%to 20%and it is negative correlated with Ni content in whole rock.Both modelling and analysis results suggest that the proportion of silicate nickel are less than 10%when Ni in whole rock are more than 0.4%in the Huangshan deposit.The sulfide amount in drilling core KZK1475 decreases from the lower zone to the upper zone.This,together with the lithological distribution,indicates that gravitational diffusion played a key role during magma fractional crystallization.The disorder of the sulfide in the ore-bodies can be explained by fresh magma injection.In addition,this study also model the silicate Ni content in the Huangshannan and Pobei deposits regionally,whose sulfide are hosted by olivine rich rocks.It is indicated that disseminated lherzolite in these deposits mainly consist 10%to 20%silicate Ni and disseminated dunite in the Pobei deposits have silicate Ni more than 20%.Consequently,we proposed that the silicate Ni content should be taken into account during exploration if the host rocks are both rich in olivine and olivine in them are rich in Ni in the Eastern Xinjiang.

Eastern Tianshan;Huangshan Ni-Cu deposit;Mafic-ultramafic rocks;Nickel silicate/Ni in silicate minerals; Sulfide enrichment process

1000-8845(2016)03-367-08

P578.2；P578.94

A

項(xiàng)目資助:國家自然科學(xué)基金（41502095）、黃山銅鎳礦30號礦體NiSiO4含量分析研究項(xiàng)目（YKSDCBQC-02）和中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2015M570146）聯(lián)合資助

2015-11-25;

2015-12-25;作者E-mail:136720024@qq.com

郭鼎民（1986-），男，甘肅會(huì)寧人，助理工程師，2013年畢業(yè)于長安大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)從事礦山地質(zhì)工作

毛亞晶（1985-），男，浙江溫嶺人，博士，主要從事巖漿銅鎳礦床成礦作用研究，E-mail:maoyajing@mail.iggcas.ac.cn