東天山恰特卡爾-海豹灘銅鎳礦帶特征及資源潛力

田江濤，李大海，張小軍，唐毅

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

東天山是中國重要的銅、鎳、金、鐵、鉛鋅等大型礦床集中區(qū)[1]。長期以來，眾多學者將黃山銅鎳礦帶等同于東天山銅鎳礦帶，部分學者認為庫姆塔格沙壟以西的恰特卡爾具尋找銅鎳礦的前景[2-4]。白鑫灘、路北銅鎳礦的發(fā)現(xiàn)改變了東天山尋找銅鎳礦的格局[5-7]。隨著云海、海豹灘銅鎳礦的進一步發(fā)現(xiàn)，與黃山銅鎳礦帶相應的恰特卡爾-海豹灘銅鎳逐漸明朗，二者構(gòu)成長達500 km的東天山銅鎳礦帶(圖1)。通過資料分析研究和野外調(diào)查成果，結(jié)合對調(diào)查區(qū)內(nèi)資料的分析及眾多學者有關銅鎳礦的論述，提出了恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶，并對巖帶產(chǎn)出特征、巖體特征進行了敘述，建立了基性-超基性巖型銅鎳礦找礦評價模型，開展鎳資源量定量預測工作，為區(qū)內(nèi)進一步礦產(chǎn)勘查提供參考。

1 構(gòu)造背景

恰特卡爾-海豹灘銅鎳礦帶位于覺羅塔格Cu-Ni-Fe-Mn-V-Ti-Au-Ag-Mo-W成礦帶西段[9]，針對其形成的構(gòu)造背景及成因機制，有阿拉斯加型巖體、蛇綠巖、碰撞后伸展環(huán)境、地幔柱、活動陸緣等不同的認識[10-26]。近年來，巖體的精確定年表明：東天山基性-超基性巖體多形成于晚石炭—早二疊世，應為碰撞后時期的產(chǎn)物[27]，早二疊世碰撞后弛張構(gòu)造階段，大量鎂鐵-超鎂鐵巖沿深大斷裂帶上侵，形成了一系列銅鎳巖漿硫化物礦床。與東天山鎂鐵-超鎂鐵巖有關的研究，主要集中于東部的黃山-鏡兒泉一帶。李錦軼通過對恰特卡爾巖體群、海豹灘巖體群同位素年代學、巖石學和巖石化學研究[28]，認為其中的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖體不同巖石類型均來自虧損地幔并受到地殼物質(zhì)混染的巖漿活動影響，肯定了沙壟以西熱侵位基性-超基性雜巖體的存在，具備尋找銅鎳礦的地質(zhì)背景。

圖1 東天山地區(qū)構(gòu)造簡圖Fig.1 The geology-mineral sketch map of East Tianshan region

圖2 路北銅鎳礦區(qū)地質(zhì)簡圖及剖面圖Fig.2 Geological sketch map and profile of Lubei copper nickel deposit

2 典型礦床特征

2.1 路北銅鎳礦

通過評價相繼發(fā)現(xiàn)了路北銅鎳礦和云海銅鎳礦。路北巖體群總體以中基性為主，次為超基性巖，巖體侵入時代為早二疊世，主要侵入于下石炭統(tǒng)小熱泉子組中，總體呈NEE走向不規(guī)則狀復式雜巖體(圖2-A)，巖體總體產(chǎn)出方向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，巖體形態(tài)呈臥倒的“Y”字型，巖群總體長度6 500 m，寬700～1 600 m，面積3.47 km2，其中超基性巖體面積0.33 km2，占9.51%，基性巖出露面積3.13 km2。路北Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號巖體及弓形山、墨玉嶺巖體走向與地層走向基本一致，云海巖體與地層斜交，夾角為35°。從巖體基性程度來看，自東向西、自北向南，巖體基性程度呈增高趨勢。

按雜巖體分布區(qū)域和巖石礦物組成、礦化蝕變特征可分為2個侵入階段，6個侵入期次。第一侵入階段兩個侵入期次是中性巖體順層侵位形成早期石英閃長巖相→基性巖漿活動，主體基性巖體就位，本期次巖石使圍巖地層發(fā)育明顯的熱接觸變質(zhì)和接觸交代變質(zhì)作用，形成角巖、角巖化及各類矽卡巖，受康古爾韌性剪切帶作用，本期巖體具明顯的變形作用，石英閃長巖具明顯的重結(jié)晶現(xiàn)象，輝長巖具強烈的蝕變及糜棱巖化特征；第二階段四個侵入期次，形成早期角閃輝長巖相→橄欖巖相(礦化期)→輝石巖相-橄欖蘇長巖相-輝長巖相(主成礦期)→殘余巖漿活動，礦液貫入活動為主(特富礦體成礦期)，本階段為路北銅鎳礦最重要的成巖、成礦階段。輝長巖為主要含礦巖相，次為橄欖蘇長巖、含角閃方輝橄欖巖、二輝輝石巖等巖相。含礦巖相中富含角閃石、黑云母等含水礦物，與此同時富含銅鎳的金屬硫化物也明顯增加。對礦區(qū)角閃輝長巖鋯石進行U-Pb年齡測定，為(283.4±2.9)Ma，成巖時代為早二疊世中期，與東天山地區(qū)黃山東、黃山、圖拉爾根等銅鎳礦床形成時代一致[23，29，30]。

礦體的宏觀特征可分為就地熔離型、深部熔離-貫入型和熱液型。從路北Ⅰ、Ⅲ號及云海巖體中所產(chǎn)礦體特征來看(圖2-A)，具一定差異。在路北銅鎳礦區(qū)Ni1號為主礦體，就現(xiàn)有勘查程度來看，路北銅鎳礦體以就地熔離型礦體為主，主要產(chǎn)出于巖體中下部，在0號勘查線巖體底部就地熔離型礦體中疊加有熱液型礦化，呈裂隙脈狀。在15號勘查線巖礦體下部見深部熔離-貫入型準塊狀、角礫狀礦體。路北Ⅲ號巖礦體呈透鏡狀產(chǎn)出，總體呈“雞窩”狀，礦體穿插巖體及地層中均有出露，地表所見也以氧化礦為主，未見原生礦體，由此推斷該巖體所產(chǎn)礦體為熱液型礦體。云海礦區(qū)礦體產(chǎn)出于巖體南側(cè)邊部，礦體形態(tài)隨地表巖體形態(tài)轉(zhuǎn)折而發(fā)生變化，地表所見礦體也以氧化礦為主，風化成粉末狀，并在圍巖地層中亦有銅鎳礦化特征。在巖體中部產(chǎn)出于巖體產(chǎn)狀相垂直的礦體，并在TC07號探槽見呈風化呈爐渣狀，形態(tài)呈圓筒狀，據(jù)此推測該云海礦體可能為深部熔離-貫入型礦體。

礦床中主要金屬硫化物有鎳黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦，在后期礦體中還普遍存在紫硫鎳礦，熱液疊加作用明顯時會出現(xiàn)方黃銅礦。鎳黃鐵礦常與黃銅礦、磁黃鐵礦共生，呈浸染狀及微裂隙脈狀、團塊狀分布。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，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分布有鎳黃鐵礦。

2.2 白鑫灘銅鎳礦

白鑫灘巖體位于恰特卡爾-海豹灘巖帶東段，新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊于2012年1∶25萬化探異常查證發(fā)現(xiàn)。巖體位于大草灘斷裂以北，巖體走向受區(qū)域構(gòu)造線方向控制。巖體平面上呈葫蘆狀，沿走向長約3.1 km，最寬約760 m，平均寬約600 m，出露面積為2.1 km2。巖體地表呈負地形，局部發(fā)育球狀風化，地表出露的主要巖石類型為輝長巖，經(jīng)鉆探及探槽工程驗證，沿巖體走向，向SW方向巖石基性程度變大，主要巖石類型為輝石巖相和橄欖巖相，其中主要賦礦巖性為輝石橄欖巖，賦礦巖體鋯石U-Pb年齡為(277.9±2.6)Ma，與東天山地區(qū)銅鎳礦成礦時代一致。礦區(qū)圍巖為中奧陶統(tǒng)恰干布拉克組，巖體直接圍巖為英安巖和火山角礫凝灰?guī)r，局部由于熱接觸變質(zhì)作用發(fā)育角巖化，在西段含礦巖體侵入于二長花崗巖中(圖3-A)。

地表共圈定11條礦體，較大礦體為Ⅳ號、Ⅵ號、Ⅺ號，位于巖體南側(cè)與圍巖接觸處，礦體長200～800 m，寬2～31.6 m，走向60°，礦體形態(tài)呈大透鏡狀，礦石風化破碎強烈，呈粉末狀、松散狀分布，可見強孔雀石化。鉆探資料表明，深部隱伏礦體與地表礦體相連，礦體多呈似層狀或透鏡狀，產(chǎn)狀平緩(圖3-B)，巖體底部礦體呈似層狀、稀疏-稠密浸染狀。在接觸帶圍巖裂隙中，為塊狀、大斑狀(或團塊狀)、脈狀貫入式礦體。鎳平均品位0.14%～0.83%，單個樣品最高2.16%，銅平均品位0.20%～0.73%，單個樣品最高1.36%。主要賦礦巖石為輝石橄欖巖。巖體上部含礦巖相產(chǎn)出礦體，礦石以浸染狀構(gòu)造為主，形態(tài)為似層狀或透鏡狀，鎳品位低于底部礦體。

金屬礦物主要為黃銅礦、方黃銅礦、鎳黃鐵礦、紫硫鎳礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、閃鋅礦、白鐵礦。輝石橄欖巖相中礦石構(gòu)造主要為稀疏-稠密浸染狀，輝長巖相主要呈星點狀，巖體邊部、底部與地層接觸帶上主要為團塊狀、大斑狀。經(jīng)初步鉆探工作驗證，推測巖體呈巖盆狀分布，主要含礦部位為巖體下部的輝石橄欖巖相。

總體而言，白鑫灘、路北銅鎳礦均為地表出露礦體，雖然二者圍巖地層年齡相差很大，但成礦巖體的侵入時代一致，均為早二疊世，并與東天山黃山-鏡兒泉一帶銅鎳礦成礦時代一致，并在巖體底板的圍巖中普遍發(fā)育“紅化帶”和角巖化、矽卡巖化等熱接觸變質(zhì)作用。從賦礦巖體及礦體產(chǎn)狀特征來看，總體呈緩傾特征，傾角小于45°，與東天山東段黃山銅鎳礦帶銅鎳礦體陡傾特征具明顯差異。從礦石中Ni/Cu含量比值來看[32]，路北、白鑫灘含量偏低，說明礦石中Ni、Cu含量相差不大，Cu含量偏高。從礦石類型來看，在兩個礦區(qū)均發(fā)育巖漿熔離-貫入型礦石，為Cu，Ni富礦體，多產(chǎn)出于巖體底部，具較高的經(jīng)濟價值。

圖3 白鑫灘銅鎳礦區(qū)地質(zhì)簡圖及剖面圖[31]Fig.3 Geological sketch map and profile of Baixintan copper nickel deposit.

3 基性-超基性巖帶特征

3.1 巖帶組成

恰特卡爾-海豹灘巖帶位于大南湖島弧帶南緣，東起沙壟西側(cè)亂石灘巖體，西至雅勒伯克，東西長240 km，南北寬10～24 km，帶內(nèi)巖體分段集中，依據(jù)各巖體空間分布特點及區(qū)域構(gòu)造位置，提出了在沙壟以西存在一條與銅鎳礦成礦作用密切相關的巖帶，即恰特卡爾-海豹灘巖基性-超基性巖帶，該巖帶主體位于大南湖構(gòu)造帶中，自西向東可分為7個巖群：①雅勒伯克巖體群；②路北巖體群；③恰特卡爾巖體群；④康東巖體群；⑤平頂包巖體群；⑥海豹灘巖體群；⑦亂石灘巖體群。該巖帶向東過庫姆塔格沙壟、經(jīng)雅滿蘇北山到土墩，便是著名的黃山-鏡兒泉巖帶。本次除巖帶巖群外，還對主要巖體進行了命名(圖4)。

目前，在7個巖體群中有超基性單元成份(純橄巖、橄欖巖、輝橄巖、橄輝巖、輝石巖)巖體26個，基性巖體15個，26個有超基性單元成份巖體，集中分布在6個巖群中，以恰特卡爾巖群最為集中。

26個有超基性單元成份巖體面積(面積均不計閃長巖)為 0.1～6.54 km2，平均 1.74 km2，累計面積45.25 km2，規(guī)模較大的幾個巖體分別是海豹灘、白梁山、亂石嶺、環(huán)形山和路北Ⅱ號巖體，面積都大于3 km2。15個基性巖體面積在0.01～6.88 km2之間，平均1.66 km2，累計面積24.9 km2。因此，東天山成礦帶中段基性-超基性巖規(guī)模符合面積0.0 n～n km2要求，具中國典型小巖體特征[33]。

3.2 巖體成礦特征分析

恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶普遍伴隨閃長巖、石英閃長巖及少量閃長玢巖，超出基性-超基性巖分布范圍，整體規(guī)模大于基性-超基性巖。工作程度高的巖體均具多個巖相，如海豹灘巖體由橄欖輝長巖-角閃輝長巖-蘇長巖相、橄長巖相、斜長巖相、輝橄巖相等組成；溝權(quán)山巖體由輝長巖-橄欖輝長巖相、橄長巖相、橄欖巖相、純橄巖相組成。已知銅鎳礦體主要產(chǎn)于輝橄巖、輝石巖和蘇長巖相中。

圖4 東天山恰特卡爾——海豹灘一帶基性——超基性巖體分布圖Fig.4 Basic—ultrabasic distribution of Qiatekaer—Haibaotanin East Tianshan

斜方輝石主要存在于恰特卡爾-海豹灘和帯形山-亂石條基性-超基性巖帶中。恰特卡爾-海豹灘巖帶中的雅勒伯克、路北Ⅰ號、路北Ⅱ號、環(huán)形山、亂石嶺、海豹灘、溝權(quán)山、亂石嶺均有斜方輝石存在。除含礦巖體外，鎳黃鐵礦還發(fā)現(xiàn)于路北Ⅱ號、黃羊溝、環(huán)形山、獅駝嶺、月嶺、亂石嶺、海嶺、孤包、雁蕩山、黑石嶺和西嶺，除路北Ⅱ號外，均是恰特卡爾巖群超基性巖體，與該巖群巖體普遍高硫一致。

巖帶含礦巖體(白鑫灘、海豹灘、云海)樣品的Mg#為 51.51～82.13，平均值 68.07；m/f為1.04～4.54，平均值2.50。2件超基性巖樣品的Mg#為79.88、82.13，平均值81.05，m/f為3.94、4.54，平均值4.24，Mg#低于黃山和香山巖體；蘇長巖樣品的Mg#為81.10，m/f為4.24，與超基性巖平均值一致；基性巖樣品的 Mg#為 51.51～78.01，平均值 63.20，m/f為1.04～3.49，平均值1.85，高值、低值均高于黃山東、香山巖體輝長巖對應值，含量區(qū)間明顯小于黃山東、香山巖體輝長巖。與黃山、黃山東比，蘇長巖的m/f以東天山成礦帶中段含礦巖體最大，超基性巖和基性巖中段則介于黃山和黃山東之間?？梢?，巖帶內(nèi)超基性巖均為鐵質(zhì)超基性巖，基性巖同為鐵質(zhì)基性巖，屬吳利仁所定義的鐵質(zhì)基性-超基性巖，對形成銅鎳硫化物礦床有利。

巖帶內(nèi)6個巖體的橄欖石探針分析結(jié)果顯示，鎳含量為0～3 458×10-6，平均值1 080×10-6。中位數(shù)1 006×10-6，與平均值一致。最大值和最小值均來自成礦條件最為有利的路北巖體，相應巖性為橄欖角閃輝長巖和伊丁石化蛇紋石化碳酸鹽化橄欖巖。也有專家提出若同一巖體中正常鎳含量橄欖石與低鎳含量橄欖石并存，則對銅鎳礦的成礦更加有利。巖帶內(nèi)已顯示這一特征，含礦的路北巖體橄欖石鎳含量為0～3 458×10-6就是很好的例子。

通過對巖帶內(nèi)主要基性-超基性巖體采集巖石地球化學樣進行硫的分析，從而獲得含礦巖體、礦化巖體及含礦性未知巖體的硫含量。路北Ⅰ號巖體3件樣品硫含量為958～2 863×10-6，相差近3倍；白鑫灘巖體硫含量為258×10-6和2 420×10-6，相差近10倍；路北Ⅱ號巖體3件樣品的硫含量為134×10-6～927×10-6，相差近7倍。由此可見：①含礦巖體和礦化巖體差異明顯；②含礦巖體可出現(xiàn)低含量；③礦化巖體可出現(xiàn)高含量；④借助有限的8件樣品硫含量區(qū)分含礦與礦化巖體時，可選指標在400×10-6～800×10-6之間(參考未知樣品硫含量)。

綜合巖帶內(nèi)各巖體地質(zhì)、巖石化學、物探、化探特征，認為恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶普遍對成銅鎳礦有利。

4 鎳資源量定量預測

4.1 定量預測方法

從新一輪全國重要礦產(chǎn)資源潛力評價(2007～2012年)的技術(shù)體系所倡導的成礦分析方法入手，探索了資源量估算的成礦地質(zhì)體體積法[34]。地質(zhì)體體積法通過典型礦床參數(shù)確定、模型區(qū)預測資源量及其估算參數(shù)求出模型區(qū)含礦系數(shù)，確定每個預測區(qū)含礦地質(zhì)體面積、預測深度、相似系數(shù)，采用地質(zhì)體積法計算公式對每個預測區(qū)進行資源量估算。計算公式如下：

Z體——模型區(qū)中含礦地質(zhì)體預測資源量；S體——含礦地質(zhì)體面積；H體：含礦地質(zhì)體延深(指礦化范圍的最大延深)；K——模型區(qū)含礦地質(zhì)體含礦系數(shù)；α——相似系數(shù)。鑒于一個銅鎳成礦系統(tǒng)內(nèi)，巖相出露齊全，中性-基性-超基性均有出露，處于同一個成礦體系中，因此以巖體群為預測單元，開展定量預測，求得資源潛力，單個巖體則為鎳資源量的突破點。

4.2 找礦評價模型

通過野外調(diào)查、樣品分析及前人成果資料分析，從巖體地質(zhì)評價標志、巖體剝蝕程度評價標志、礦物學巖石化學評價標志、地球物理標志和地球化學標志等5方面建立了研究區(qū)銅鎳礦找礦評價模型(表1)。

表1 銅鎳礦找礦評價模型Table1 The prospecting evaluation model of Cu-Ni Metallogenic

4.3 資源量定量預測

4.3.1 估算參數(shù)確定

新疆礦產(chǎn)資源潛力評價項目已計算出黃山東、白石泉等模型區(qū)單位體積的含礦率，分別為17.49×104t/km3，28.52×104t/km3，平均22.953×104t/km3；成礦地質(zhì)體為與成礦有關的熱侵位基性-超基性雜巖體，巖體邊界即是成礦地質(zhì)體的邊界。根據(jù)各個基性-超基性巖體特征，采用模型區(qū)類比法、磁重異常二維半定量反演法確定每個巖體的預測深度，雅勒伯克巖體群、康東巖群、平頂包巖群、亂石灘巖群通過相似類比法確定預測深度，路北巖體群、恰特卡爾巖體群、海豹灘采用磁重二維半定量反演集合CSAMT測深確定預測深度。通過巖體群與建立的銅鎳礦找礦評價模型對比，采用相似類比趨同法對比各巖體與預測模型的相似系數(shù)(表2)[35]，據(jù)相似系數(shù)對各巖體群進行分級，相似系數(shù)在0.8以上的為A類巖體群，0.5～0.8之間的為B類巖體群，小于0.5的為C類巖體群。

4.3.2 資源量估算

根據(jù)公式(1)，引入各巖體群含礦地質(zhì)體面積、預測深度、含礦系數(shù)、相似系數(shù)等相關參數(shù)，對恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖型銅鎳礦帶鎳礦資源潛力進行定量預測(表2)，預測鎳資源量731×104t，其中A類巖群預測資源量650×104t、B類巖群預測資源量50×104t、C類巖群預測資源量31×104t。

5 找礦潛力分析

恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶與東部黃山-鏡兒泉及白石泉地區(qū)的基性-超基性一樣，同屬東天山含礦基性-超基性巖帶。巖帶內(nèi)圈定銅鎳礦類異常50個，大部分與已知基性-超基性巖出露區(qū)對應，是已知巖體的反映，少數(shù)位于基性-超基性巖群之外，有望發(fā)現(xiàn)新巖體。區(qū)內(nèi)多數(shù)巖體與磁異常對應，恰特卡爾巖群地表出露的超基性巖鎳黃鐵礦普遍可見。巖帶自西向東發(fā)現(xiàn)了路北、云海黑石嶺、紅嶺、海豹灘、白鑫灘西、白鑫灘等銅鎳礦產(chǎn)地，其中白鑫灘、路北、海豹灘均在鉆孔中見到熔離-貫入型富礦。因此，該帶找礦潛力巨大。

從石英灘金礦西部的北川巖體算起，向東經(jīng)雅勒伯克、路北、恰特卡爾、康東、平頂包、海豹灘、亂石灘越過沙壟，經(jīng)雅滿蘇北山、土墩、黃山、鏡兒泉、到圖拉爾根，在長達500 km幾乎連續(xù)的巖帶上，發(fā)育大小近20個礦床竟無超大型礦床，而與之相鄰的甘肅龍首山、青海柴達木南緣及距離最近的北山，均有超大型銅鎳礦產(chǎn)出，這是不可思議的。采用全國礦產(chǎn)資源潛力評價推薦的地質(zhì)體積法，對區(qū)內(nèi)7個巖體群進行鎳資源量預測，預測鎳潛在資源量731×104t。基于以上分析，認為長達500 km的東天山銅鎳礦帶，具尋找1～2個超大型銅鎳礦的潛力，恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶均有尋找超大型銅鎳礦的條件，以路北、恰特卡爾、海豹灘3個巖體群最有利。

6 結(jié)論

(1)恰特卡爾-海豹灘巖帶與東部黃山-鏡兒泉巖帶一樣，同屬東天山含礦基性-超基性巖帶，受康古爾塔格深大斷裂及次級斷裂控制。從巖體巖石學、巖相學、巖石化學、成巖時代、礦化線索、物化探特征可知，該帶具備基本的銅鎳成礦條件和巨大找礦潛力。

(2)恰特卡爾-海豹灘巖帶內(nèi)自西向東可分為雅勒伯克、路北、恰特卡爾、康東、平頂包、海豹灘、亂石灘等7個巖體群。其中有超基性單元成份(純橄巖、橄欖巖、輝橄巖、橄輝巖、輝石巖)巖體26個，基性巖體15個，26個超基性單元成份巖體，分散在6個巖群中，以恰特卡爾巖群最為集中，超基性巖鎳黃鐵礦普遍發(fā)育。

(3)巖帶內(nèi)圈定銅鎳礦類異常大部分與已知基性-超基性巖出露區(qū)對應，是已知巖體的反映，少數(shù)位于基性-超基性巖群之外，隨著進一步地質(zhì)工作，有望發(fā)現(xiàn)新巖體。

(4)巖帶內(nèi)具尋找1～2個超大型銅鎳礦的潛力，產(chǎn)出部位極可能為恰特卡爾-海豹灘基性-超基性巖帶，以路北、恰特卡爾、海豹灘3個巖體群最為有利。

表2 鎳預測資源量一覽表Table 2 The prediction resource of nickel ore