甘肅省西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶鈷礦找礦前景分析

吳建福，張 圓

1 國際國內(nèi)鈷礦形式

鈷是支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要金屬資源，主要應(yīng)用于軍事、航空、冶金等領(lǐng)域，近年來隨著科技進步成為充電電池的必要材料，在新能源行業(yè)中應(yīng)用范圍越來越廣。長期以來中國鈷礦資源缺乏，95%的鈷礦原料需要進口，國內(nèi)鈷市場嚴(yán)重受制于國外的鈷礦資源。中國2016年制定的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016-2020年）》首次將鈷列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。我國現(xiàn)有儲量約占全球儲量的1.07%。我國絕大多數(shù)的鈷礦資源來自伴生礦，其主要共生在銅、鎳、鐵礦中，現(xiàn)已知鈷礦產(chǎn)地150處，以甘肅省儲量最多，約占全國總儲量的30%。故對甘肅省鈷礦成礦系統(tǒng)的梳理及找礦思路和找礦方向的研究十分必要。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

本文研究對象為西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶志留紀(jì)地層鈷礦找礦前景，該區(qū)地層分區(qū)屬秦祁昆地層大區(qū)—秦嶺地層區(qū)—南秦嶺地層分區(qū)。大地構(gòu)造位置屬秦?fù)P子板塊—西秦嶺褶皺帶—西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶。

梳理西傾山-南秦嶺地區(qū)鈷礦線索，我們發(fā)現(xiàn)該區(qū)鈷礦具有明顯的層控特征，西傾山-南秦嶺地區(qū)鈷礦含礦地層為志留紀(jì)迭部組、舟曲組、卓烏闊組，志留系為一套封閉淺海還原相泥（炭）質(zhì)巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，經(jīng)多次構(gòu)造運動，形成低溫低氯片巖相區(qū)域變質(zhì)巖，反映了陸緣裂陷沉積特點。

2.1 地層

本區(qū)志留系地層發(fā)育完整，層序清楚，為具有復(fù)理石特征的碎屑巖建造，根據(jù)發(fā)育及研究程度又可分為迭部和武都兩個小區(qū)。

迭部小區(qū)的下志留統(tǒng)為迭部組：

迭部組巖性有炭質(zhì)千枚巖、炭質(zhì)板巖及硅質(zhì)板巖、黑色硅質(zhì)巖等，是一套在還原環(huán)境下形成的淺海相碎屑巖建造，為一套含炭質(zhì)碎屑巖及硅質(zhì)巖建造。

中志留統(tǒng)舟曲組上部巖性含碳板巖、粉砂質(zhì)千枚巖夾硅質(zhì)巖、灰?guī)r，下部為中厚層變砂巖夾板巖、粉砂質(zhì)千枚巖。為一套碎屑巖夾碳酸鹽巖建造。該組在南秦嶺自西向東砂巖組分減少，千枚巖、板巖增多，但厚度差異不大。

上志留統(tǒng)卓烏闊組巖性為粉砂質(zhì)板巖、灰?guī)r夾少量變砂巖及硅質(zhì)條帶、硅質(zhì)絹云板巖、團塊灰?guī)r、微晶灰?guī)r夾硅質(zhì)及含碳板巖。為淺海相碎屑巖及硅質(zhì)巖及碳酸鹽巖建造。

武都小區(qū)的志留系分布雖廣，但構(gòu)造復(fù)雜、化石稀少，巖性與建造特征除變質(zhì)較深外與迭部小區(qū)無重大差異。

晚古生界以泥盆系為主，是一套淺海相碎屑巖逐漸過渡為瀉湖相白云巖的典型海退型沉積，屬碎屑巖-鎂質(zhì)碳酸鹽巖建造，該套地層在迭部以西變?yōu)橐惶纂s色碎屑巖建造，是以紅色砂礫巖、礫巖及黃色、綠色砂巖為主的濱海-三角洲相沉積。

泥盆系中統(tǒng)為淺海-海灣相沉積，屬碎屑巖-碳酸鹽巖建造。泥盆系中下部含有鐵礦層多為含鐵砂巖及含鐵灰?guī)r成鱺狀赤鐵礦，有海綠石和部分薄層菱鐵礦分布。另在鐵礦層的下部巖性段中有不穩(wěn)定的含磷碳酸鹽巖出現(xiàn)，屬海浸初期的淺海相碎屑巖及碳酸鹽巖。

上泥盆統(tǒng)鐵山群則主要是淺海相的鈣泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、砂巖、礫巖。

2.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于揚子板塊—西秦嶺褶皺帶—西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶，即迭山-成縣大斷裂以南，瑪曲-略陽-勉縣古縫合帶以北的區(qū)域。其構(gòu)造演化大致經(jīng)歷了早古生代末、晚古生代、早白堊世-新近紀(jì)等幾個階段，其中早古生代的加里東期以逆沖、擠壓變形為主；晚古生代至早中生代的海西-印支期，主要為脆性推覆，印支后期伴隨大規(guī)模巖漿侵入；燕山期-喜山期主要為陸內(nèi)調(diào)整。形成了區(qū)內(nèi)多序次、多體制、多類型及多尺度的不同力學(xué)性質(zhì)構(gòu)造形跡及建造體系下相互限制、聯(lián)合、疊加與改造的近東西向總體構(gòu)造格局，包括迭部-武都逆沖推覆構(gòu)造帶和瑪曲-文縣逆沖推覆構(gòu)造帶。

2.2.1 迭部-武都逆沖推覆構(gòu)造帶

該帶出露地層主要為志留紀(jì)舟曲組和少量卓烏闊組的淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖建造、泥盆紀(jì)下吾那組和古道嶺組碳酸鹽巖夾碎屑巖建造。主要礦產(chǎn)為沉積疊加淋積型鐵、錳、磷礦，同時該帶也是尋找砂頁巖型銅礦的有利地段。

2.2.2 瑪曲-文縣逆沖推覆構(gòu)造帶

該帶西南部以三疊紀(jì)隆務(wù)河群為主，中東部以志留紀(jì)迭部組、舟曲組和卓烏闊組為主，南部以泥盆紀(jì)地層為主。中東部逆沖推覆于泥盆系三河口群之上。代表性礦床有大橋、陽山、石雞壩大型金礦等。

3 鈷礦的地質(zhì)特征、成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志

3.1 鈷礦成礦地質(zhì)特征

本區(qū)鈷礦往往以伴生礦種產(chǎn)于錳鐵銅礦中，故該區(qū)鈷礦成礦地質(zhì)特征與該區(qū)錳礦等礦種成礦地質(zhì)背景基本一致。

該區(qū)礦產(chǎn)種類繁多，有金、鐵、錳、鎢、銅、汞、鈷、鎳、銀、鋅、鉬等。與鈷礦相關(guān)的主要為志留紀(jì)地層，為一套淺海相泥（炭）質(zhì)巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，其中卓烏闊組的封閉淺海還原相黑色巖系中富含Au、Cu、U、Fe、Mo、Co、Ni、Pt、Pd、P等成礦元素，是區(qū)內(nèi)與黑色巖系有關(guān)的鐵、錳、金、鈾、鈷、鎳等多金屬礦的容礦地層，在志留紀(jì)地層上部巖石建造中，發(fā)現(xiàn)有沉積-淋積型鐵、錳礦、磷礦、釩礦，尤其是沉積-淋積型褐鐵礦、錳礦在該區(qū)星羅棋布，往往伴生有鈷礦，雖然單個礦體規(guī)模小，但礦點多，總資源量很大，具有較大的工業(yè)價值。

其次該套地層中的硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖是膠體化學(xué)沉積的鎳、鈷、鉬、鈾、銅的富集巖石，是尋找沉積型鎳、鈷、鉬、鈾、銅礦的重要靶區(qū)。志留紀(jì)地層中以往已發(fā)現(xiàn)了金家坪鐵錳鈷礦礦床、包家溝鐵礦、徽縣大河店一帶銅礦、大石碑鐵礦、余家灣金礦、黑火石溝金礦等。

該區(qū)成礦類型主要有三種：一是與中酸性侵入巖有關(guān)的斑巖型鎢銅礦床，主要分布在印支期迷壩巖體與志留紀(jì)舟曲組外接觸帶上；二是與海相黑色巖系及硅質(zhì)巖等有關(guān)的沉積型鐵錳鈷及多金屬礦，主要分布于該區(qū)東部南康-關(guān)家溝-梁家溝一帶、南部張家坪一帶及西部迭部-武都一帶，礦點星羅棋布，屬沉積—淋積改造型。代表性礦床有金家坪鐵錳鈷礦；三是與淺海相細(xì)碎屑巖類有關(guān)的中低溫?zé)嵋盒徒痄R汞礦床，多分布于北帶泥盆系、石炭系中，主要為中低溫?zé)嵋盒?。礦體一般產(chǎn)于北東向與東西向斷裂交匯處，礦化與中酸性脈巖關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)主要有楊家山金礦、趙家灣金礦、頭灘子-金灘子金礦、馬家山汞礦等。

總結(jié)其規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)本區(qū)鈷礦往往與錳礦、鐵礦伴生產(chǎn)出，區(qū)內(nèi)志留紀(jì)淋積式鐵礦含鐵建造主要見于南秦嶺白龍江背斜核部的志留紀(jì)迭部組、舟曲組及卓烏闊組中，主要含鐵巖石組合為富鐵石英砂巖、細(xì)砂巖、富鐵泥質(zhì)巖、含碳石英砂巖等。該類礦床屬層控型礦床，據(jù)區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)分布可以發(fā)現(xiàn)自瑪曲-迭部-舟曲-武都區(qū)域沿著志留紀(jì)地層分布有大量鐵礦（點）床、武都-康縣云臺-嘉陵江鎮(zhèn)區(qū)域沿著志留紀(jì)地層分布有大量錳礦（點）床和鐵礦（點）床，這些礦（點）床大多由于工作目的及經(jīng)費等原因未做Co元素分析，是否有伴生鈷礦有待進一步勘查驗證。

3.2 區(qū)內(nèi)鐵錳鈷礦相關(guān)的找礦標(biāo)志

（1）成礦構(gòu)造背景：西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶之白龍江復(fù)背斜。

（2）含礦建造：志留紀(jì)白龍江群，主要含礦建造為卓烏闊組的碳酸鹽巖、含炭細(xì)碎屑巖、硅質(zhì)巖建造。此外，舟曲組局部碳酸鹽巖及含炭細(xì)碎屑巖建造也為含礦建造。地層：據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)背景及成礦特征，認(rèn)為該區(qū)地層標(biāo)志為志留紀(jì)地層碳酸鹽巖、硅質(zhì)細(xì)碎屑巖建造，區(qū)內(nèi)鈷礦往往與沉積淋濾型鐵錳礦伴生。

（3）成礦時代：本區(qū)典型鈷、鐵、錳礦礦床為沉積-淋積改造型，其沉積成礦時代為加里東晚期，淋積改造時代主要在燕山-喜山期。

（4）礦石礦物：鐵礦以褐鐵礦為主，次為赤鐵礦；錳礦以軟錳礦為主，次為菱錳礦。

（5）化探異常：卓烏闊組含礦建造中水系沉積物異常分布數(shù)量多、范圍廣，異常元素組合為Co、Mn、U、Mo、Cu、Ni、Zn、V、Ag、Ba、As，屬親鐵的元素組合，是尋找鈷、錳等多金屬礦的有利部位。

（6）遙感異常：Crosta法遙感異常以三價鐵染為主，團塊狀、密集麻點狀分布于晚志留世卓烏闊組。遙感異?？商峁┵x礦地層分布信息。

（7）蝕變特征：近礦圍巖主要為灰?guī)r、炭質(zhì)板巖，硅質(zhì)巖，礦化蝕變主要有褐鐵礦化蝕變帶及退色帶（鐵帽）、硅化、方解石化、粘土化等。褐鐵礦化蝕變帶及退色帶、褐鐵礦露頭和采礦遺跡。

4 典型礦床

4.1 金家坪淋積型錳鈷礦特征

金家坪錳鈷礦位于南秦嶺東段，成礦區(qū)劃屬甘肅瑪曲-陜西略陽區(qū)域成礦帶亞爾碼-舟曲金、銅、鐵、錳、磷成礦亞帶。礦區(qū)主要出露晚志留紀(jì)卓烏闊組（S3zw）。錳礦體多產(chǎn)于第四巖性段的灰?guī)r、硅質(zhì)巖組合中，多在二者界線附近，受層間斷裂控制，頂、底板主要巖石為結(jié)晶灰?guī)r、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)角礫巖和硅質(zhì)灰?guī)r，少數(shù)見有板巖。礦體呈似層狀、扁豆?fàn)?、透鏡狀或不規(guī)則狀等。礦體因淋積和地表風(fēng)化作用使形態(tài)趨于復(fù)雜化，個別礦體具分枝狀、多層狀。礦體長度數(shù)十米至820m不等，厚0.83m～6.91m。金家坪礦區(qū)錳平均品位22.39%，主要伴生有用組分為鈷，多數(shù)錳礦體鈷含量達(dá)到綜合評價指標(biāo)要求（0.02%～0.06%）。礦體傾向多向南，傾角45°～80°。礦區(qū)目前共圈定錳礦體23個，其中20個礦體中均伴生鈷，品位在0.03%～0.21%。

4.2 金家坪成礦模式

按成礦作用及礦物共生組合特征，該礦床可劃分為2個成礦階段。

4.2.1 沉積階段

在晚志留紀(jì)（加里東晚期）西傾山-南秦嶺陸緣裂谷環(huán)境下，本區(qū)接受了半深水-深水陸架斜坡碳酸鹽巖、含炭細(xì)碎屑巖、硅質(zhì)巖沉積建造，形成卓烏闊組主要由硅質(zhì)條帶、團塊灰?guī)r、砂屑砂巖夾含炭板巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖組成的巖石組合，其中硅質(zhì)巖、灰?guī)r富集Fe、Mn、Co、Ni、Au、Cu、Pb、Zn等成礦元素。沉積階段可分為陸相搬運、海相沉積、成礦物質(zhì)固化失水結(jié)晶三個過程。

陸相搬運過程，石英微砂、水云母、泥鈣質(zhì)和以離子、膠體狀態(tài)存在的錳、鈷、鎳、硅質(zhì)等物質(zhì)，由碧口古陸向南秦嶺海槽運移。

海相沉積過程，遠(yuǎn)距離搬運的成礦物質(zhì)在海底洼地形成化學(xué)（碳酸鹽巖）、膠體狀（硅質(zhì)巖）沉淀物和褐錳礦、水錳礦、軟錳礦等，共（伴）生的鈷也隨之沉淀。

成礦物質(zhì)固化失水結(jié)晶過程，隨著沉積層的加厚，在重力或構(gòu)造營力作用下成礦物質(zhì)失水-結(jié)晶-固化，形成礦體或礦胚層。

4.2.2 淋積改造階段

自燕山期以來，該區(qū)抬升進入陸地造山演化，已褶皺造山處于陸相環(huán)境的卓烏闊組碳酸鹽巖、硅質(zhì)細(xì)碎屑巖建造中，包括張性順層斷裂在內(nèi)的不同方向、不同類型、不同時代的斷裂十分發(fā)育，為金家坪淋積型錳鈷礦床的形成提供了良好的成礦流體通道和沉淀成礦的空間。在炎熱潮濕的氧化條件下，充足的大氣降水和地下水不斷汲取含礦建造中的錳質(zhì)，在硅質(zhì)板巖為頂板，灰?guī)r為底板的成礦有利空間沉淀。經(jīng)這種長期循環(huán)的淋積作用，最終形成金家坪淋積型錳鈷礦礦床。

5 找礦遠(yuǎn)景分析

5.1 區(qū)域礦產(chǎn)

研究區(qū)成礦帶屬秦祁昆成礦域—秦嶺-大別成礦省—西秦嶺Pb-Zn-Cu（Fe）-Au-Hg-Sb成礦帶（III-28）和東秦嶺Au-Ag-Mo-Cu-Pb-Zn-Sb非金屬成礦帶（III-66）。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)主要有金、銅、鐵、錳、鈷、鉛、鉬、煤礦等。南康縣一帶主要為金礦（如近年取得較大突破的大橋金礦等），康縣-迷壩一帶主要為多金屬礦（如金家坪錳鈷礦、廣金壩金礦等）。

5.2 區(qū)域化探及其解釋

據(jù)西秦嶺1：20萬地球化學(xué)數(shù)據(jù)成圖可以看出Co元素在研究區(qū)志留紀(jì)地層明顯沿著地層分布而展布，具有明顯的異常帶。

在研究區(qū)東部已發(fā)現(xiàn)有金家坪錳鈷礦，在其周邊大量的錳礦（點）床、褐鐵礦（點）床大部分存在伴生鈷礦。在武都東側(cè)異常區(qū)已發(fā)現(xiàn)張家坪一帶鈷礦點3處。其中金家坪錳鈷礦以錳礦為主伴生鈷礦。張坪一帶鈷礦包括張坪鈷礦、潘家山鈷礦及寺楞干鈷礦，該區(qū)鈷礦與原有鐵礦體呈異體伴生，鈷礦體中有鎳、鋅、銅伴生。

本文對南秦嶺1：20萬水系沉積物測量19種元素15637個數(shù)據(jù)進行了分析。

通過因子分析可以看出F1因子組合為Co、Cr、Cu、Mn、Ni。從元素組合上看主要為親鐵元素的組合，是南秦嶺主要成礦系列之一；另一方面該因子指示南秦嶺鈷錳礦的成礦物質(zhì)來源可能來自于志留系內(nèi)部的基性超基性沉積物質(zhì)；F2因子組合為Ag、Pb、Zn，為一組親硫元素組合，代表南秦嶺中溫?zé)嵋撼傻V系列；F3因子組合為Sb、Hg、As，為低溫?zé)嵋撼傻V元素組合。

通過聚類分析可以看出南秦嶺地區(qū)元素組合可分為5組，分別 為Ag、Cd、Bi組 合；Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B組 合；Au元素；F、W組合；As、Sb、Hg、Ba、Pb、Zn組合，與Co元素密切相關(guān)的元素組合為Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B，通過元素組合可以看出其中與Co元素密切相關(guān)的元素組合為Cr、Mn、Fe、Co、Ni，其為與超基性巖相關(guān)的親鐵元素組合，同時也印證了因子分析中的F1因子關(guān)于對志留紀(jì)沉積地層的部分物質(zhì)來源為與超基性巖相關(guān)的推論（前人對南秦嶺南緣陜西紫陽-嵐皋-平利和湖北竹溪等地的早古生代地層中發(fā)育一套超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)巖脈和堿性火山雜巖及其幔源捕擄體的巖石學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)開展了大量研究，并提出它們是早古生代晚期南秦嶺被動陸緣裂陷拉張幔源巖漿活動的產(chǎn)物；年代學(xué)研究顯示這套超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)巖脈和堿性火山雜巖的年齡為430Ma左右）。而地球化學(xué)性質(zhì)較活潑的元素如：B、Cu，可能是在同生期、成巖期以吸附或化學(xué)沉淀方式富集的，其濃度記錄了沉積成巖過程中環(huán)境的特征，同時也指示了元素富集是伴隨著構(gòu)造通道富集的特征。同時Fe、Mn是熱液流體的主要組成元素，因此也是該區(qū)找沉積淋濾型鐵錳鈷礦的重要標(biāo)志。

對比區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)鈷礦，該區(qū)在舟曲-武都一線異常教好，是有利的鈷礦找礦靶區(qū)。

6 結(jié)論

（1）本區(qū)鈷礦往往與錳礦、鐵礦伴生產(chǎn)出，區(qū)內(nèi)志留紀(jì)淋積式鐵錳礦含鐵建造主要見于南秦嶺白龍江背斜核部的志留紀(jì)迭部組、舟曲組及卓烏闊組中，沿著志留紀(jì)地層分布有大量錳礦（點）床和鐵礦（點）床，這些礦（點）床大多未做Co元素分析，是否有伴生鈷礦有待進一步勘查驗證。

（2）西秦嶺存在沉積型鈷、鐵、錳礦帶，有必要進一步部署勘查。尤其已發(fā)現(xiàn)的鐵錳礦床（點）進行二次開發(fā)利用，查明其鈷礦含礦性。

（3）近東西向脆韌性破碎帶，層間張性斷層是區(qū)內(nèi)重要的找礦標(biāo)志。

（4）褐鐵礦化及硅化蝕變褪色帶是區(qū)內(nèi)重要找礦標(biāo)志。