新疆鄯善縣路北銅鎳礦床成礦元素分布特征及找礦意義

田江濤，李大海，唐毅，王成，張小軍

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000)

在沙壟以東的黃山-鏡兒泉銅鎳成礦帶，前人對黃山東、香山、圖拉爾根、天宇、白石泉等銅鎳礦床主要礦石礦物特征及Ni，PGE元素賦存特征開展了大量研究工作［1-7］。此外，對鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦的礦物學(xué)理論研究具較高的認(rèn)識水平［8-13］。路北銅鎳礦是繼白鑫灘銅鎳礦后，在東天山沙壟以西發(fā)現(xiàn)的又一中型銅鎳礦，但綜合研究較欠缺(圖1)。據(jù)路北銅鎳礦床野外調(diào)查和室內(nèi)研究，從礦石礦物特征及成分方面進(jìn)行詳細(xì)分析，探討其成礦意義，為下一步礦產(chǎn)勘查及外圍找礦提供借鑒(圖1)[21]。

圖1 東天山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡圖Fig.1 The Regional geological sketch map in East Tianshan region

1 成礦地質(zhì)背景

東天山基性-超基性雜巖帶長約380 km，寬8～30 km，巖體分布受康古爾-黃山深斷裂及其次級斷裂控制［14］，其成礦作用與該斷裂構(gòu)造帶的演化密不可分?？倒艩柹畲髷嗔褬?gòu)造帶代表了康古爾塔格古洋盆閉合后的縫合帶［15-16］，并在康古爾塔格一帶出露完整的蛇綠巖建造［16-17］。在石炭紀(jì)以前為一具有較大規(guī)模的洋盆，在早石炭世末伴隨洋殼板塊的向南俯沖消減而消失，并演化為較完整的溝弧盆體系［18-19］。晚石炭世進(jìn)入碰撞造山階段［20］，在康古爾大斷裂南側(cè)，發(fā)生強(qiáng)烈的韌性剪切變形，形成康古爾韌性剪切帶，同時(shí)及稍后有大規(guī)模的中酸性巖體侵位。進(jìn)入二疊紀(jì)開始碰撞造山后的弛張期，康古爾深大斷裂強(qiáng)烈活動，上地幔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿和其派生巖漿上升，一部分以火山的形式噴出地表，一部分沿?cái)嗔焉仙?，并在斷裂中或斷裂附近定位，呈透鏡狀、不規(guī)則狀、等軸狀侵入。

2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)出露地層為下石炭統(tǒng)干墩組和小熱泉子組，分別位于康古爾深大斷裂南北兩側(cè)。小熱泉子組為一套中基性火山碎屑巖夾陸源碎屑巖、火山熔巖建造，是雜巖體的直接侵入圍巖，在接觸部位發(fā)育角巖化，形成黑云母長英質(zhì)角巖、長英質(zhì)角巖，巖體中見地層捕擄體。干墩組巖性組合為糜棱巖、糜棱巖化粉砂巖夾大理巖透鏡體，地層走向近EW，向南陡傾，在糜棱巖化帶中發(fā)育細(xì)小的石英脈，其走向與糜棱線理走向一致(圖2)[22]。

圖2 新疆鄯善縣路北銅鎳礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch map of Lubei copper nickel deposit

礦區(qū)侵入巖極發(fā)育，巖體呈NEE走向，斜臥“S”狀和帶狀，與區(qū)域總體構(gòu)造線方向基本一致，出露面積3.64 km2。巖體巖性復(fù)雜，自酸性至超基性巖均有出露，并呈多期次侵入特征。第一侵入期次為片理化石英閃長巖、蝕變輝石巖、蛇紋巖，發(fā)育黑云母化、綠泥石化、陽起石化蝕變，具定向排列，為區(qū)內(nèi)最早期侵入巖；第二侵入期次為橄欖巖，具伊丁石化、蛇紋石化蝕變，其中伊丁石交織裂理發(fā)育，不含礦；第三侵入期次為橄欖巖、橄輝巖、輝石巖、輝長巖，基性-超基性巖體普遍含角閃石或斜長石，具蛇紋石化、綠泥石化、陽起石化、透閃石化蝕變特征，是礦區(qū)主要的賦礦巖石；第四侵入期次為閃長巖、閃長玢巖、石英閃長巖，分布于基性-超基性外圍及底板，在已施工的4個(gè)鉆孔深部均見有閃長巖侵位，并夾有地層殘留體。

礦區(qū)圈定南北2條礦帶，南礦帶圈定礦體6條，其中工業(yè)礦體2條，低品位礦體4條，北礦帶圈定礦體8條，其中工業(yè)礦體1條，低品位礦體7條。其中南礦帶Ni1號為主礦體，呈大肚長梭狀，地表控制長800 m，剖面上向深部延深大于200 m，礦體厚1.49～39.62 m，平均10.78 m。礦石鎳品位0.3%～0.72%，局部較富，鎳品位1.92%；Cu品位為0.2%～0.74%，最高達(dá)1.61%，Co品位為0.014%～0.041%，最高0.14%。礦石類型以浸染狀礦石為主(圖3-a)，準(zhǔn)塊狀礦石次之(圖3-b)，浸染狀礦石品位Ni品位介于0.2%～2%，多為1%，準(zhǔn)塊狀礦石Ni品位大于5%，主要產(chǎn)出于基性-超基性巖體底部。

圖3 路北銅鎳礦礦石特征Fig.3 Ore characteristics of Lubei copper nickel deposit

3 元素分布特征

3.1 Ni，Cu，Co成礦元素分布特征

Ni，Cu，Co成礦元素?cái)?shù)據(jù)主要引自礦床勘查過程中的分析結(jié)果。在成礦元素垂向變化圖上(圖4)，ZK0004、ZK1501鉆孔中Ni，Cu，Co 具相似的變化趨勢，Ni，Cu相似性更高，在ZK0004、ZK1501孔隨深度增大礦石品位呈升高趨勢，在巖體底部與圍巖接觸部位，礦體品位明顯升高，進(jìn)入圍巖亦有一定的礦化。由表1可見，Ni/Cu比值隨著深度增加呈降低，Ni，Cu品位逐漸升高，但在貫入式礦體中，Ni/Cu比值在2.5～4.8，Ni品位均在5%以上，均為高品位礦石。筆者通過對礦區(qū)內(nèi)單工程平均品位和單礦體平均品位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)，并對Ni/Cu，Ni/Co，Cu/Co比值進(jìn)行分析，在0線Ni/Cu比值為1.22，在各工程中最低，自0線向兩側(cè)呈逐漸升高趨勢，同時(shí)地表出露礦體厚度亦呈逐漸變窄趨勢，Ni/Cu值多為1～2。在15線的鉆孔和探槽中，Ni/Cu比值均為2～3，而所見礦體多與后期礦漿貫入式礦體有關(guān)。原巖為超鎂鐵質(zhì)巖漿的礦床Ni/Cu值大于7，原巖為鎂質(zhì)玄武巖漿的礦床Ni/Cu值一般小于2[23]。因此，路北銅鎳礦含礦巖體推測為鎂質(zhì)玄武巖漿演化所形成的銅鎳礦床。

圖4 路北銅鎳礦床主成礦元素相關(guān)性圖解Fig.4 Correlation diagram of main metallogenic elements of Lubei copper nickel deposit

表1 路北銅鎳礦區(qū)鉆孔化學(xué)樣成果一覽表Table 1 List of drilling chemical results of Lubei copper nickel deposit

由表3可見，礦體Ni/Cu比值為1.26～7.55，多集中于1～3，礦區(qū)Ni/Cu比值平均為1.73，白鑫灘、黃山東、黃山、香山和圖拉爾根礦床Ni/Cu比值分別為1.11、2.20、1.90、1.71 和1.86，路北銅鎳礦床礦石的Ni/Cu比值總體介于東天山銅鎳成礦帶中間，與香山銅鎳礦最接近。根據(jù)Ni品位的高低，對礦區(qū)270個(gè)化學(xué)樣品成果進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)分析(表4)，在0.2%≤Ni＜0.3%內(nèi)，探槽中Ni/Cu平均值為2.00，鉆孔中為2.39；在0.3%≤Ni＜1%內(nèi)，探槽中Ni/Cu平均值為1.51，鉆孔中為1.31；在1%≤Ni＜5%內(nèi)，探槽中的Ni/Cu平均值為1.29，鉆孔中為1.56；在5%≤N內(nèi)，Ni/Cu平均值為3.32。由上面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在低品位礦石中Ni/Cu平均值為2～3，工業(yè)礦體及富礦體中Ni/Cu平均值為1～2，在貫入式特富礦體中Ni/Cu比值大于3。因此，通過Ni/Cu比值可判斷礦體是浸染狀礦體還是貫入式礦體。

表2 路北銅鎳礦區(qū)見礦工程平均品位一覽表Table 2 List of average grade of mineral engineering of Lubei copper nickel deposit

表3 路北銅鎳礦區(qū)礦體平均品位一覽表Table 3 List of average grade of mineral body of Lubei copper nickel deposit

表4 不同品位礦體中Ni/Cu比值一覽表Table 4 Ni/Cu ratio in different grade ore bodies

表5 路北銅鎳礦體有益元素化學(xué)成分表Table 5 Chemical composition of beneficial elements of Lubei copper nickel deposit

3.2 共伴生有益元素分布特征

路北銅鎳鎳礦共生礦為銅，伴生有益元素主要為Co，Au，Ag，Se，Pt，Pd。對路北銅鎳礦區(qū)不同礦石品級、不同礦化類型及不同礦體進(jìn)行組合分析。由表5可知，Ni1號礦體中Au，Ag，Se元素一般可達(dá)伴生組分要求，Au伴生品位0.02～0.15 g/t，平均0.07 g/t；Ag伴生品位0～8.9 g/t，平均2.06 g/t，Se元素伴生品位5～33.6 g/t，平均13.03 g/t。

圖5 伴生有益組分在各主要礦體中平均含量變化曲線圖Fig.5 Graph of average content of associated beneficial components in main deposit bodies

從有益元素在不同礦石類型中的含量來看，Pt、Se元素可分為3個(gè)層次，在貫入式特富礦體中最富集(53.03×10-6、33.6×10-6)，次為富礦體(17.1×10-6、8.9×10-6)和工業(yè)礦體(15.3×10-6、8.2×10-6)，在低品位礦石中含量最低(3.7×10-6、1.5×10-6)(圖5)，由此可知Pt，Se元素地球化學(xué)性質(zhì)具有很高的相似性，與黃山東相比(Pt 11.78×10-6)明顯偏高。Pd，Au，Te元素在礦體中無明顯差異，平均含量分別為14.5×10-6、0.08×10-6、0.22×10-6。Ag元素在特富礦體中含量為8.9×10-6，遠(yuǎn)高于其他類型礦體中的平均值(0.66×10-6)。由此來看，Pt，Ag，Se元素更趨向富集于晚期礦漿中。在鉑族元素元素與主成礦元素的圖解中(圖6)，Pt與Se元素、Pt與Ni/Cu比值均具顯著線性相關(guān)性，Pt與Se元素同步富集，并伴隨Ni元素富集程度增加而同步增高。從Pd與Ni/Cu相關(guān)性圖解中，Ni/Cu比值為1.4～1.6時(shí)，Pd元素最富集，其富集原理有待進(jìn)一步研究。

圖6 路北銅鎳礦不同品級礦體Pd、Pt、Se、Ni/Cu相關(guān)性圖解Fig.6 Correlation diagram of Pd,Pt,Se,Ni/Cu ratio in different grade ore bodies

圖7 路北銅鎳礦鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦電子探針點(diǎn)位圖Fig.7 Electron microprobe map of pyrite,pyrrhotite,chalcopyrite of Lubei copper nickel deposit

4 礦石礦物特征

路北銅鎳礦床礦石成分較簡單，其特點(diǎn)為巖漿期后礦漿貫入作用形成的金屬礦物疊加在早期巖漿作用形成的礦物組合之上。通過大量野外和鏡下實(shí)際工作，結(jié)合礦石礦物電子探針成分分析結(jié)果，對礦區(qū)主要礦石礦物特征進(jìn)行深入分析。文中礦物成分測定由新疆礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所電子探針室(日本電子JXA-8230型)完成測試，電流1.00E-8A，電壓20 kV，電子束束斑大小1～5 μm，標(biāo)樣采用中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)研究所提供的GSB標(biāo)準(zhǔn)樣品，并采用ZAF法進(jìn)行校正，數(shù)據(jù)可信。

4.1 鎳黃鐵礦

表6 鎳黃鐵礦化學(xué)成分及結(jié)晶化學(xué)式Table 6 Chemical composition and crystalline chemical formula of nickel pyrite 單位：%

表7 黃銅礦、磁黃鐵礦化學(xué)成分及結(jié)晶化學(xué)式Table 7 Chemical composition and crystalline chemical formula of chalcopyrite and pyrrhotite 單位：%

鎳黃鐵礦是礦石中最主要的含鎳礦物，主要產(chǎn)出于巖體中，常與黃銅礦、雌黃鐵礦共生(圖7)，呈浸染狀及微裂隙脈狀、團(tuán)塊狀分布。鎳黃鐵礦呈他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，粒度0.25～1.25 mm，多與磁黃鐵礦連生，有時(shí)被磁黃鐵礦包裹，表明鎳黃鐵礦形成略早于磁黃鐵礦。早期鎳黃鐵礦裂紋發(fā)育，裂紋中分布有塵粒狀磁鐵礦，熱液期鎳黃鐵礦沿著磁鐵礦裂隙交代磁鐵礦，并在早期黃鐵礦微裂隙中亦分布有鎳黃鐵礦。經(jīng)電子探針成分分析顯示(表6)，鎳黃鐵礦晶體化學(xué)分子式與標(biāo)準(zhǔn)分子式(Fe、Ni)9S8相似，按徐國風(fēng)劃分標(biāo)準(zhǔn)[9]，Ni/Fe比值在0.903～0.941，Ni+Co/Fe比值為0.957～1.013，接近1∶1，礦物變種類型為鎳黃鐵礦(狹義)，與黃山東銅鎳礦一致。從路北與黃山東鎳黃鐵礦的結(jié)晶化學(xué)式對比來看，黃山東結(jié)晶化學(xué)式為(Fe4.42～4.503Ni4.048～4.225Co0.241～0.319)7.63～8.37S8，黃山東鎳、鐵被鈷置換時(shí)，其原子數(shù)虧損較多[1]，而路北原子數(shù)略有虧損。礦物中主要有益元素有Cu和Ag，其中Cu含量0.056%～0.057%，分布范圍窄，含量穩(wěn)定，Ag僅在15g-LBD2919-13號樣品中出現(xiàn)，含量0.022%。從其主要元素分布規(guī)律來看，Ni元素含量為31.31%～32.46%，Co元素含量為1.875%～2.459%，F(xiàn)e元素含量32.292%～32.981%，其中，Ni，Co元素變化范圍均不大，相對穩(wěn)定，其中Co與Fe元素呈此消彼長趨勢，隨著Fe含量減少，Co含量呈增加趨勢，黃山東銅鎳礦亦呈該種趨勢。

圖8 路北銅鎳礦金屬硫化物顯微照片F(xiàn)ig.8 Micrograph of metal sulfides of Lubei copper nickel deposit

4.2 黃銅礦

黃銅礦是礦石中的主要含銅礦物，在賦礦巖體中常與磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦共生(圖8)，呈浸染狀或脈狀分布，在賦礦巖體的底板圍巖中呈裂隙脈狀分布。黃銅礦(CP)多呈他形規(guī)則-不規(guī)則粒狀、微裂隙脈狀分布，粒徑變化較大，一般為0.01～0.6 mm，多分布于磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦裂隙中，有的分布于白鐵礦化磁鐵礦之間，方黃銅礦邊部，在部分鎳黃鐵礦中分布不規(guī)則狀黃銅礦，微量黃銅礦具銅藍(lán)化；在圍巖中，巖石裂隙內(nèi)有黃銅礦他形粒狀產(chǎn)出，個(gè)別黃銅礦交代黃鐵礦。分別對產(chǎn)出于不同部位的黃銅礦進(jìn)行電子探針分析(表7)，ZK1501-9號樣品位于貫入銅鎳礦體底板的角巖化粉砂巖中充填狀黃銅礦，ZK1501-15號樣品為距離銅鎳礦體下部100 m的角巖化凝灰?guī)r中的星點(diǎn)狀黃銅礦，LBD2861號樣品為地表出露稀疏浸染狀銅鎳礦石。黃銅礦礦晶體化學(xué)分子式與標(biāo)準(zhǔn)分子式CuFeS2相似。Cu含量在不同部位黃銅礦化學(xué)成份略有不同，在圍巖中，黃銅礦成分基本一致，與標(biāo)準(zhǔn)黃 銅 礦 成 分 相 比 Cu(34.56%)、Fe(30.52%)，S(34.92%)，Cu，F(xiàn)e含量偏低，S含量偏高，伴生元素有Ni，Co，Au，Ag，Zn等元素，普遍含Co，Zn元素，局部含Au，Ag，Ni等元素。與超基性巖體中黃銅礦相比，含Zn，Ag元素。從其伴生元素來看，在近礦巖石和遠(yuǎn)礦巖石中，黃銅礦的形成與富含銅鎳硫化物的巖漿期后熱液密切相關(guān)。

在巖體中黃銅礦Cu(35.069%)、S(36.758%)與標(biāo)準(zhǔn)含量相比明顯偏高，相伴有益元素為Ni，Co，Au等，與鎳黃鐵礦中相伴有益元素相比，黃銅礦中Co含量明顯低于鎳黃鐵礦，但在黃銅礦中伴有一定量的Au元素。

綜合路北、黃山東、香山、圖拉爾根、白石泉等銅鎳礦區(qū)黃銅礦S元素含量來看[1，4，5]，與標(biāo)準(zhǔn)含量相比，S元素普遍偏高，在鎳黃鐵礦中亦如此，二者均為成礦過程中早期結(jié)晶產(chǎn)物，間接說明路北巖體富含S元素，極利于Ni，Cu等成礦元素從硅酸鹽中析出，有利于成礦。

4.3 其它硫化物

磁黃鐵礦 在礦石中多見，是礦石中分布較廣的金屬硫化物之一。磁黃鐵礦呈他形粒狀，一般為0.01～1.00 mm，常與鎳黃鐵礦呈連晶狀產(chǎn)出，并被白鐵礦交代、替代，但替代不完全，在微裂隙發(fā)育的磁黃鐵礦中，常有微裂隙脈狀黃銅礦充填。熱液期磁黃鐵礦沿早期的鎳黃鐵礦邊部發(fā)生交代作用。探針分析結(jié)果顯示(表7)，與磁黃鐵礦標(biāo)準(zhǔn)式相比，F(xiàn)e元素顯著虧損。礦物中主要有益元素有Cu，Ni，Co，Ag，與鎳黃鐵礦、黃銅礦相比，Ag元素在磁黃鐵礦中相對富集，Cu，Ni，Co含量為0.044%～0.078%，是主要成礦元素的賦存礦物之一。

紫硫鎳礦 紫硫鎳礦是礦石中主要含鎳礦物之一，在銅鎳硫化礦石中通常呈他形粒狀、短小裂隙狀、團(tuán)塊狀，粒徑0.02～1.6 mm，常與白鐵礦呈鑲嵌狀分布，呈他形粒狀分布于黃鐵礦之間，個(gè)別分布于黃銅礦之間，裂理發(fā)育，在裂理中發(fā)育磁鐵礦。

黃鐵礦 在礦石中較少見，主要分布于礦體邊部。黃鐵礦呈他形粒狀，裂隙脈狀分布，個(gè)別地區(qū)結(jié)晶較粗大，0.1～3.2 mm，裂理發(fā)育，其中充填鎳黃鐵礦，在黃鐵礦之間分布有紫硫鎳礦。

方黃銅礦 是礦石中的主要含銅礦物，呈他形板狀，分布于鎳黃鐵礦之間，在方黃銅礦邊部分布黃銅礦，黃銅礦邊部又分布磁鐵礦。

針鎳礦 礦體頂板橄欖巖中，是巖石中的副礦物之一，含量極微，粒徑0.01～0.02 mm，主要沿橄欖石裂隙分布。

5 找礦意義

(1)對主成礦元素、共伴生有益元素在礦體和礦石的含量及變化特征進(jìn)行研究，路北銅鎳礦區(qū)Ni/Cu平均值為1.73，與白鑫灘、黃山東、黃山、香山和圖拉爾根礦床相比，介于東天山銅鎳成礦帶中間，與香山銅鎳礦最接近，展現(xiàn)了巨大的找礦前景。

(2)對不同品級礦石類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在低品位礦石中Ni/Cu平均值為2～3，工業(yè)礦體及富礦體中Ni/Cu均值為1～2，在特富(貫入式)礦體中Ni/Cu比值大于3，Pt，Se，Ag元素顯著差異，借此可推知礦區(qū)是否存在高品位熔離-貫入式銅鎳礦體。

(3)通過研究查明了礦床中Ni，Cu，Co及鉑族元素、稀有金屬等元素的分布規(guī)律，貫入式特富銅鎳礦體中Ni，Cu，Co極富集，富含Pt，Ag，Se等伴生元素，具極高的開發(fā)利用價(jià)值。

(4)鎳黃鐵礦Ni/Fe比值為 0.903～0.941，(Ni+Co)/Fe比值為0.957～1.013，接近1∶1，礦物變種類型為鎳黃鐵礦，與標(biāo)準(zhǔn)式相比，顯示Ni，F(xiàn)e被Co置換時(shí)原子數(shù)略有虧損，鎳黃鐵礦中Co與Fe元素呈此消彼長趨勢，隨著Fe含量減少，Co含量呈增加的趨勢，黃山東銅鎳礦亦呈該種趨勢。

(5)路北、黃山東、香山、圖拉爾根、白石泉等銅鎳礦區(qū)鎳黃鐵礦、黃銅礦中S元素普遍偏高，表明在主成礦期S元素充足，利于Ni，Cu等成礦元素從硅酸鹽中析出與S結(jié)合熔離成礦。

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