華北地區(qū)鎳礦床特征及資源潛力

黨智財(cái)，李俊建，付超，宋立軍，彭翼，張彤

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津 300170； 3.河北省地質(zhì)調(diào)查院，石家莊 050081； 4.河南省地質(zhì)調(diào)查院，鄭州 450007； 5.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，呼和浩特 010020)

0 引言

鎳金屬因其可塑性強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定及抗氧化能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被譽(yù)為“鋼鐵工業(yè)的維生素”[1]，在鋼鐵、鎳基合金、電鍍及電池等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。同時(shí)，鎳也是戰(zhàn)略金屬礦種之一，廣泛應(yīng)用于軍工、航天、通訊器材、醫(yī)療、化工和天體化學(xué)等領(lǐng)域。然而，我國(guó)鎳礦富礦資源量少，埋藏較深，鎳礦資源消耗量大，國(guó)外依存度居高不下，資源形勢(shì)不容樂(lè)觀[2]。鑒于我國(guó)鎳資源緊缺的形勢(shì)，查明鎳礦資源家底，加強(qiáng)典型礦床和成礦規(guī)律研究，為找礦勘查部署提供依據(jù)，做好戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備將是一項(xiàng)十分重要的工作內(nèi)容。

華北地區(qū)鎳礦床(點(diǎn))多而規(guī)模小，鎳礦資源相對(duì)匱乏。近年來(lái)，隨著礦產(chǎn)勘查工作的深入推進(jìn)，華北地區(qū)先后新發(fā)現(xiàn)/勘查了多處鎳礦(點(diǎn))，顯示較大的成礦潛力。本文在全面分析華北地區(qū)已有鎳礦基礎(chǔ)地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，初步對(duì)華北地區(qū)鎳礦資源概況、礦床類(lèi)型與典型礦床、鎳礦成礦規(guī)律方面進(jìn)行總結(jié)和探討，以期為華北地區(qū)鎳礦找礦勘查工作部署提供參考。

1 資源概況

1.1 世界鎳礦資源概況

世界鎳礦資源儲(chǔ)量豐富，截止2018年，全球探明鎳礦基礎(chǔ)儲(chǔ)量約8900×104t，主要分布在印度尼西亞、澳大利亞、巴西、俄羅斯、古巴、菲律賓、南非、中國(guó)等[3-6]。鎳礦類(lèi)型以風(fēng)化殼型為主，主要分布在赤道附近的古巴、新喀里多尼加等國(guó)[7-8]；巖漿型硫化物鎳礦主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、中國(guó)、南非、美國(guó)等。此外，在太平洋深海的錳結(jié)核中也蘊(yùn)藏著豐富的海相沉積型鎳礦資源。

圖1 華北地區(qū)鎳礦分布圖(據(jù)注釋②，修改)Fig.1 Map showing distribution of nickel ore in North China

1.2 我國(guó)鎳礦資源概況

我國(guó)鎳礦資源相對(duì)匱乏，約占世界總量的3%。自2004年以來(lái)，我國(guó)鎳礦查明資源儲(chǔ)量基本在800×104～1000×104t。截止2018 年底，鎳查明資源儲(chǔ)量1187.88×104t，大約全國(guó)勘查新增查明資源儲(chǔ)量47.20×104t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量280×104t，占鎳礦查明資源儲(chǔ)量的23.6%①。我國(guó)鎳礦資源分布高度集中，查明的資源儲(chǔ)量主要分布在甘肅、新疆、青海、內(nèi)蒙古4省，以上4省鎳儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的70%，其中甘肅省探明儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的1/3。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)有鎳礦產(chǎn)地400余處(包括礦化點(diǎn))，其中超大型3處、大型14處、中型31處、小型93處[2]。我國(guó)鎳礦類(lèi)型以巖漿型鎳礦為主，其無(wú)論是儲(chǔ)量還是開(kāi)采量都占明顯的優(yōu)勢(shì)，約占全國(guó)總量的90%，并且伴生礦產(chǎn)多、綜合利用價(jià)值高；次為風(fēng)化殼型和海相沉積型[9]。

1.3 華北地區(qū)鎳礦資源概況

華北地區(qū)鎳礦相對(duì)較少，但分布較為集中，主要分布在內(nèi)蒙古、河北及河南等地。華北地區(qū)已發(fā)現(xiàn)鎳礦床(點(diǎn))19處，其中大型礦床1處、中型3處、小型8處，其余為礦點(diǎn)(圖1)；已查明鎳礦資源儲(chǔ)量為89.44×104t，各鎳礦產(chǎn)地及其特征詳情見(jiàn)表1。

華北地區(qū)鎳礦數(shù)量分布最多的省份是內(nèi)蒙，其中有中型鎳礦床3處、小型礦床6處、礦點(diǎn)6處，多數(shù)為共生和伴生礦床，獨(dú)立鎳礦床較少。在河北省境內(nèi)有2處小型鎳礦，其中遷安銅硐子礦區(qū)已閉坑多年，內(nèi)邱縣杏樹(shù)臺(tái)鈷鎳礦作為硫鐵礦共生礦床正在開(kāi)采中。河南省已發(fā)現(xiàn)1處大型鎳礦(周庵鎳礦床)和1處鎳礦點(diǎn)，其中周庵大型鎳礦發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末，已累計(jì)查明鎳金屬量為65.68×104t。

表1 華北地區(qū)鎳礦產(chǎn)地及特征Table 1 The productive areas of nickel mineral resources in North China and their characteristics

華北地區(qū)鎳礦床類(lèi)型以巖漿型鎳礦為主，約占華北地區(qū)鎳礦總量73%以上，次為風(fēng)化殼型和沉積變質(zhì)型②。

2 主要礦床類(lèi)型

按照礦床成因類(lèi)型，可將華北地區(qū)鎳礦分為巖漿型、風(fēng)化殼型和沉積變質(zhì)型3種。巖漿型鎳礦床在內(nèi)蒙古、河南和河北等地均有分布，其無(wú)論是在礦床數(shù)量還是儲(chǔ)量上都占有明顯的優(yōu)勢(shì)，其中大型1處、中型2處、小型5處、礦點(diǎn)6處，約占華北地區(qū)鎳礦總量73%以上。風(fēng)化殼型鎳礦床主要在內(nèi)蒙古產(chǎn)出，已發(fā)現(xiàn)有中型礦床1處、小型礦床1處和礦點(diǎn)1處。沉積變質(zhì)型鎳礦床主要分布在內(nèi)蒙古和河北等地，已發(fā)現(xiàn)有小型礦床2處。

2.1 巖漿型鎳礦

華北地區(qū)巖漿型鎳礦形成時(shí)代為新元古代和晚古生代，主要分布在華北陸塊北緣深大斷裂帶邊緣及南秦嶺構(gòu)造帶北緣，多與基性程度較高的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖密切相關(guān)。主要典型礦床有額布圖、克布、黃花灘、小南山、達(dá)布遜、哈拉圖廟、亞干及周庵等鎳礦床。礦體呈皮殼狀分布在巖體與圍巖接觸帶的蝕變橄欖輝石巖相帶中。礦石礦物主要為硅酸鎳、硫化鎳、黃鐵礦等。由此可劃分出硅酸鎳礦石、硫化鎳礦石兩種自然類(lèi)型。礦石結(jié)構(gòu)主要為致密塊狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造有層狀(似層狀)構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造。圍巖蝕變主要發(fā)育次閃石化、綠泥石化、鈉簾石化、絹云母化等。

2.2 風(fēng)化殼型鎳礦床

華北地區(qū)風(fēng)化殼型鎳礦主要發(fā)育有西烏珠穆沁旗白音胡碩蘇木胡碩鎳礦、珠爾很溝鎳礦及柴達(dá)木蘇木烏斯尼黑鎳礦點(diǎn)。該類(lèi)鎳礦床以白音胡碩鎳礦較為典型，與中晚泥盆紀(jì)超基性巖關(guān)系密切。礦體賦存在斜輝、二輝輝橄巖中，呈不規(guī)則狀巖株產(chǎn)出。礦石結(jié)構(gòu)主要為土狀結(jié)構(gòu)、粉土狀結(jié)構(gòu)、粉砂土狀結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造、網(wǎng)格狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、結(jié)核狀構(gòu)造等。礦石中含鎳物相由硅酸鎳、硫酸鎳、硫化鎳等組成，其中硅酸鎳占主體，其含量占全鎳94.86%～96.17%。巖石蝕變強(qiáng)烈，主要為碳酸鹽礦物，次為綠泥石化、絹云母化、泥化等。

長(zhǎng)期來(lái)看，現(xiàn)有參與者對(duì)于區(qū)塊鏈技術(shù)的適應(yīng)和整合程度，是區(qū)塊鏈能否成為平臺(tái)、會(huì)成為多大平臺(tái)的決定性因素。

2.3 沉積變質(zhì)型鎳礦床

華北地區(qū)沉積變質(zhì)型鎳礦床礦主要有阿拉善左旗元山子鎳礦、內(nèi)邱縣杏樹(shù)臺(tái)鎳礦等。礦體的產(chǎn)出受地層控制，同時(shí)受后期構(gòu)造及熱液活動(dòng)影響。礦體主要賦存于黑色硅質(zhì)巖、碳質(zhì)巖、磷質(zhì)巖等黑色巖系和千枚巖、石英片巖、黑云母片麻巖等變質(zhì)巖系地層中，礦體呈似層狀和透鏡狀產(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀基本一致。礦石結(jié)構(gòu)以粒狀結(jié)構(gòu)為主，同時(shí)具交代結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造有細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造。圍巖蝕變主要發(fā)育有綠泥石化、碳酸鹽化、硅化等。

3 華北地區(qū)鎳礦成礦規(guī)律

太古宙至元古宙，華北地區(qū)為克拉通基底固化與邊緣裂陷期，古生代轉(zhuǎn)入活動(dòng)大陸邊緣弧-盆體系。元古代以來(lái)，研究區(qū)經(jīng)歷了多期次構(gòu)造變動(dòng)和頻繁的巖漿活動(dòng)，特別是華北陸塊北緣近東西向深大斷裂長(zhǎng)期活躍，導(dǎo)致上地幔含金屬硫化物鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿在該期形成了鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿巖帶，并形成了一系列的鎳礦床，同時(shí)也為后期改造型鎳礦床的形成提供了直接的物質(zhì)來(lái)源。

3.1 時(shí)間分布規(guī)律

華北地區(qū)鎳礦成巖成礦時(shí)代資料相對(duì)陳舊、匱乏，大多沿用20世紀(jì)80—90年代Rb-Sr和K-Rr法獲得的年齡數(shù)據(jù)。近年來(lái)，隨著SHRIPM和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年方法的應(yīng)用，很多學(xué)者對(duì)研究區(qū)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖進(jìn)行了精確的年齡測(cè)定(表2)，這為厘定華北地區(qū)鎳礦成巖成礦時(shí)代及區(qū)域成礦規(guī)律研究提供了很好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有同位素年齡數(shù)據(jù)表明，華北地區(qū)鎳礦床形成時(shí)代從新元古代到古生代、中生代均有發(fā)育，其中新元古代和晚古生代為華北地區(qū)鎳礦床形成的2個(gè)高峰期，無(wú)論是在數(shù)量上還是在規(guī)模上都占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。不同類(lèi)型的鎳礦床形成時(shí)代存在一定的差異，其中巖漿型鎳礦主要形成于新元古代和晚古生代，風(fēng)化殼型鎳礦主要形成于泥盆紀(jì)，沉積變質(zhì)型鎳礦主要形成于寒武紀(jì)。

新元古代，揚(yáng)子陸塊北緣發(fā)生強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，來(lái)自上地幔含銅鎳等金屬元素的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖漿侵位至上地殼的古老地層中，由于受巖漿分異作用及接觸交代作用影響，成礦元素在有利地段逐漸富集，從而形成了周庵巖漿型銅鎳硫化物礦床。在全國(guó)范圍內(nèi)，新元古代也是鎳礦床形成的高峰期，其形成與大陸邊緣裂解作用密切相關(guān)[2]。

表2 華北地區(qū)鎳礦成礦年齡Table 2 Ore-forming age of nickel deposit in North China

早古生代(寒武紀(jì))是華北地區(qū)沉積變質(zhì)型鎳礦成礦期，該時(shí)期在內(nèi)蒙古南部和河北等地逐漸沉積了一套含鎳等成礦元素的黑色巖系和火山巖系，此后這套黑色巖系和火山巖系受后期巖漿熱液活動(dòng)的疊加改造，鎳元素在局部地段逐漸富集，形成了元山子和杏樹(shù)臺(tái)沉積變質(zhì)型鎳礦。

中生代時(shí)期華北地區(qū)鎳礦形成極少，僅在河北省發(fā)現(xiàn)1處銅硐子小型鎳礦床。

3.2 空間分布規(guī)律

在空間上，華北地區(qū)鎳礦床分布具有成群分布特征，但不同地區(qū)在疏密程度上有區(qū)別。在地理位置上，已探明的鎳礦床(點(diǎn))主要分布在內(nèi)蒙古，少量分布在河南和河北。在大地構(gòu)造位置上，沉積變質(zhì)型鎳礦床產(chǎn)在華北陸塊區(qū)內(nèi)，分布范圍有限，受地層控制明顯，代表性礦床有元山子和杏樹(shù)臺(tái)鎳礦，形成環(huán)境主要與裂陷盆地有關(guān)；巖漿型鎳礦床主要產(chǎn)于構(gòu)造活動(dòng)比較強(qiáng)烈的地區(qū)，如克拉通邊緣或造山帶，受區(qū)內(nèi)深大斷裂的控制和影響，如額布圖、克布、黃花灘、小南山和周庵鎳礦床分布在華北陸塊和揚(yáng)子陸塊邊緣，亞干和達(dá)布遜礦床產(chǎn)于天山—興蒙造山帶內(nèi)，該類(lèi)型礦床的形成主要與后碰撞伸展或大陸邊緣裂谷有關(guān)；風(fēng)化殼型鎳礦床主要產(chǎn)在天山—興蒙造山帶內(nèi)，其賦礦鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖應(yīng)形成于后碰撞伸展環(huán)境，成礦作用主要受后期表生風(fēng)化和淋濾作用影響，代表性礦床有白音胡碩和珠爾很溝風(fēng)化殼型鎳礦。

4 鎳成礦作用與構(gòu)造演化

華北地區(qū)發(fā)育有多期次強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)，客觀上為銅鎳礦床的形成提供了有利的地質(zhì)構(gòu)造條件。華北地區(qū)鎳礦床(點(diǎn))成礦時(shí)代主要集中在新元古代和晚古生代兩個(gè)時(shí)期，這兩個(gè)成礦期依次發(fā)生于揚(yáng)子陸塊大陸邊緣裂陷和華北陸塊北緣陸緣俯沖—碰撞后造山作用階段。

新元古代時(shí)期是全球Rodinia超大陸開(kāi)始裂解時(shí)期，由一個(gè)超級(jí)大陸變成多個(gè)古大陸，由于大陸邊緣發(fā)生裂解作用，導(dǎo)致深部地幔的超鎂鐵質(zhì)巖漿活動(dòng)在大陸邊緣廣泛發(fā)生[9,17-18]，形成了諸如在揚(yáng)子陸塊北緣的周庵大型鎳礦床，其賦礦巖體形成年齡為637 Ma—621 Ma[16,19]。該年齡與周庵礦床處于同一構(gòu)造-巖漿巖帶的隨州—棗陽(yáng)地區(qū)635 Ma的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖以及形成于大陸裂谷環(huán)境的耀嶺河群雙峰式火山巖年齡一致[20-21]，這可能代表Rodinia超大陸是揚(yáng)子陸塊北緣裂解過(guò)程最晚期產(chǎn)物[16,19]。因此，周庵大型鎳礦床可能是揚(yáng)子陸塊北緣大陸裂解晚期階段巖石圈伸展環(huán)境的記錄。

晚古生代時(shí)期，華北陸塊北緣以陸緣俯沖—碰撞造山作用為主，經(jīng)歷了多期洋殼擴(kuò)張與俯沖、碰撞造山過(guò)程，同期伴隨大規(guī)模鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿活動(dòng)，并形成了諸如亞干、達(dá)布遜、額布圖、克布、黃花灘、小南山和哈拉圖廟等典型鎳礦床，其賦礦巖體形成時(shí)代主要為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)(見(jiàn)表1)。同期巖體還見(jiàn)有烏拉特中旗紅旗店輝長(zhǎng)巖(273 Ma)、溫更斜長(zhǎng)巖(285 Ma±2 Ma)和輝長(zhǎng)巖(269 Ma±8 Ma)以及克布閃長(zhǎng)巖(291.0 Ma±4.0 Ma)[11,22-24]。這一時(shí)期花崗巖也較發(fā)育，且類(lèi)型復(fù)雜，既有四子王旗烏爾塔高勒廟(271 Ma—256 Ma)、烏拉特中旗北七哥陶、塔拉布基、阿格如和保爾汗圖廟等(260 Ma—258 Ma)高鉀—中鉀鈣堿性Ⅰ型花崗巖[25-26]，也有四子王旗烏梁斯太(277 Ma±3 Ma)等堿性A型花崗巖[25]。

以上表明，華北地區(qū)鎳礦床的形成可能為造山作用晚期或造山作用后巖石圈伸展環(huán)境的巖漿熱事件記錄[10-11,13-14,22-23,27-29]。

5 成礦潛力分析

華北陸塊橫跨古亞洲成礦域、秦祁昆成礦域、濱太平洋成礦域三大成礦域。由于多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，巖石變形、變質(zhì)作用多次疊加，指示深部地殼重熔和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的實(shí)質(zhì)，它們?yōu)閰^(qū)內(nèi)銅、鎳礦床的形成提供了有利的地質(zhì)構(gòu)造條件[30-32]。

華北地區(qū)出露有規(guī)模較大的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖，主要沿華北陸塊北緣深大斷裂帶兩側(cè)斷續(xù)分布，東西向長(zhǎng)約400 km，寬約30 km。該巖帶成礦地質(zhì)條件較好，局部地表礦化及Cu、Ni異常明顯，具有較好的找礦前景[33]。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的多處銅鎳礦床(點(diǎn))均分布在該區(qū)域。如已探明有一定地質(zhì)儲(chǔ)量的額布圖、達(dá)布遜、克布、黃花灘、小南山銅鎳礦床等。最新鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，該巖帶內(nèi)的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石的形成時(shí)代為二疊紀(jì)(294 Ma—258 Ma)[10-11,23-24]，接近于新疆東天山和北山地區(qū)銅鎳硫化物礦床(喀拉通克、圖拉爾根、白石泉、黃山東、黃山和香山等)的成巖成礦時(shí)代(298 Ma—282 Ma)[34-37]；進(jìn)一步對(duì)比研究表明，二者在賦礦巖體的巖石地球化學(xué)特征、形成構(gòu)造背景及成礦地質(zhì)條件方面均具有較強(qiáng)的可比性[38-39]。這說(shuō)明二疊紀(jì)時(shí)期中亞造山帶南緣較大范圍內(nèi)均發(fā)育較為活躍的幔源巖漿活動(dòng)，該時(shí)期的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石可能具有很好的成礦潛力[38]。

二連—賀根山蛇綠混雜巖帶成礦地質(zhì)條件也十分優(yōu)越。區(qū)內(nèi)鎳元素地球化學(xué)特征具有高背景異常特征，且已發(fā)現(xiàn)有白音胡碩、珠爾很溝和烏斯尼黑等風(fēng)化殼型鎳礦床，顯示該區(qū)具有風(fēng)化殼型鎳礦找礦空間。另外，在內(nèi)蒙古南端一隅的秦祁昆造山系內(nèi)發(fā)育有較大面積含有黑色巖系的寒武系地層，具有尋找沉積變質(zhì)型鎳礦的找礦潛力。

6 結(jié)論

(1)華北地區(qū)鎳礦主要分布在內(nèi)蒙古、河北及河南等地，已發(fā)現(xiàn)鎳礦床(點(diǎn))19處，其中大型礦床1處、中型3處、小型8處、礦點(diǎn)7處；礦床類(lèi)型以巖漿型為主，其次為風(fēng)化殼型和沉積變質(zhì)型。

(2)新元古代和晚古生代是華北地區(qū)鎳礦床形成的2個(gè)高峰期。不同類(lèi)型的鎳礦床形成時(shí)代存在一定的差異，巖漿型鎳礦主要形成于新元古代和晚古生代，風(fēng)化殼型鎳礦主要形成于泥盆紀(jì)，沉積變質(zhì)型鎳礦主要形成于寒武紀(jì)。

(3)沉積變質(zhì)型鎳礦床產(chǎn)在華北陸塊區(qū)內(nèi)，形成環(huán)境主要與裂陷盆地有關(guān)；巖漿型鎳礦床主要產(chǎn)在克拉通邊緣或造山帶，形成環(huán)境與大陸邊緣裂解或后碰撞伸展環(huán)境有關(guān)；風(fēng)化殼型鎳礦床主要產(chǎn)在天山—興蒙造山帶內(nèi)，其賦礦鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖形成于后碰撞伸展環(huán)境，成礦作用主要受后期表生風(fēng)化和淋濾作用影響。

(4)華北陸塊北緣出露的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖、二連—賀根山地區(qū)蛇綠混雜巖及內(nèi)蒙古南端秦祁昆造山系黑色巖系的寒武系地層，均具有較好的鎳礦找礦潛力。

注釋?zhuān)?/p>

① 自然資源部. 中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告[R], 2019.

② 李俊建. 華北地區(qū)重要礦種區(qū)域成礦規(guī)律研究[R]. 天津: 天津地質(zhì)調(diào)查中心, 2013.