博茨瓦纳塞莱比-皮奎镍铜矿地质特征及成因

李 飞，施泽明，裴云婧，李朗田，陈广义，黄小东

（1．成都理工大学 地球化学系，成都 610059；2．四川省地质工程勘察院，成都 610072；3．四川省地学核技术重点实验室，成都 610059；4．四川省地质矿产勘查开发局四〇五地质队，四川 都江堰 611830；5．中国冶金地质总局中南局，武汉 430081）

博茨瓦纳塞莱比-皮奎镍铜矿地质特征及成因

李 飞1，2，施泽明1，3，裴云婧4，李朗田5，陈广义5，黄小东1，2

（1．成都理工大学 地球化学系，成都 610059；2．四川省地质工程勘察院，成都 610072；3．四川省地学核技术重点实验室，成都 610059；4．四川省地质矿产勘查开发局四〇五地质队，四川 都江堰 611830；5．中国冶金地质总局中南局，武汉 430081）

塞莱比-皮奎镍铜矿床是博茨瓦纳最大的镍铜矿床，位于博茨瓦纳东部。在收集整理、系统总结区域成矿地质背景、镍铜矿床的地质特征的基础上，探讨了矿床的成因。认为在岩浆演化的早期，当岩浆中的硫达到饱和，便结晶形成富镍的块状硫化物，而在岩浆演化的后期，结晶出富铜的浸染状硫化物。在重力作用的影响下，这两种硫化物堆积于岩浆房，后来，由于构造作用，含有这两种硫化物的岩浆被挤压出岩浆房，侵入塞莱比-皮奎序列地层，形成了塞莱比-皮奎矿床。最后，文章认为该矿床属于与基性超基性岩有关的构造变质改造的岩浆Ni-Cu硫化物矿床。

镍铜矿；地质特征；矿床成因；塞莱比-皮奎

塞莱比-皮奎（Selebi-Phikwe）矿床位于博茨瓦纳（Botswana）东部，西南距首都哈博罗内（Garborone）约400km，西北至第二大城市弗朗西斯敦（Francistown）约110km。其地理坐标为南纬21°56′58″，东经27°51′18″。该矿床是博茨瓦纳最为重要的镍铜矿床，处于博茨瓦纳著名的镍铜矿成矿区—塞莱比-皮奎（Selebi-Phikwe）矿集区，在该矿区已先后发现和圈定镍铜矿床（点）19个，塞莱比-皮奎是其中最大者，其储量为镍53.1万吨、铜55.7万吨，平均品位分别为Ni 1.45%和Cu 1.14%[1]，另外，其中含有的钴也具有一定经济价值。

1 成矿地质背景

博茨瓦纳所处大地构造位置属南非地台，次一级构造单元为卡普瓦尔克拉通(Kaapvaal Craton)、津巴布韦克拉通（Zimbabwe Craton）及两个克拉通相互挤压形成的林波波活动带（Limpopo Belt）等[2][3]。塞莱比-皮奎矿区便位于林波波活动带内（图1），该活动带呈线性或带状展布，由多期变形高压变质的岩石组成，构造及岩浆活动强烈[4][5]。

在博茨瓦纳境内出露的林波波活动带分为4个岩石类型的杂岩体，它们是赛莫拉雷(Semolale)杂岩体（SC）、皮奎(Phikwe)杂岩体(PC)、贝恩斯渡口(Baines Drift)杂岩体(BDC）以及马哈拉佩(Mahalapye)杂岩体(MC）。

赛莫拉雷(Semolale)杂岩体(SC)：该杂岩体是林波波活动带在博茨瓦纳境内的北部边缘区，主要由各种类型的细粒角闪岩、蛇纹岩、变质辉石岩和超基性麻粒岩、副片麻岩、花岗质片麻岩、片麻状花岗岩组成，在花岗质片麻岩中发育糜棱岩化和破裂作用[6]。

皮奎(Phikwe)杂岩体（PC）：属于林波波活动带中部区域的一部分。主要由条带状片麻岩（由长英质片麻岩、角闪岩、基性麻粒岩、石英岩、大理岩和钙质碳酸盐岩组成）、斜长片麻岩、花岗质片麻岩组成，在条带状片麻岩和花岗质片麻岩中还含有辉石岩、苏长岩、辉长岩、蛇纹岩以及超基性麻粒岩的透镜体和交错层。岩体含有铬铁矿或镍-铜块状硫化物。

贝恩斯渡口（Baines Drift）杂岩体（BDC）：该杂岩体的主要构成为一套独特的副片麻岩、角闪岩、石英岩、碳酸盐以及泥质岩、各种类型的花岗质片麻岩和花岗岩以及局部斜长石片麻岩。还有少量的超镁铁质侵入体[7]。在皮奎杂岩体中广泛分布的含Ni-Cu超铁镁质岩体在贝恩斯渡口(Baines Drift)杂岩体中出露极少，片麻状花岗岩同样出露极其有限。

马哈拉佩（Mahalapye）杂岩体（MC）：主要由马哈拉佩混合岩、莫克瓦雷(Mokgware)花岗岩以及马哈拉佩花岗岩组成。这些花岗岩类形成了林波波带的西南部边缘。

2 矿床地质特征

塞莱比-皮奎矿区的两个主要矿体呈透镜状产于薄的香肠状角闪岩（变橄长岩或苏长岩）中，矿体与角闪岩呈整合接触，而容矿的角闪岩又被一系列片麻岩所包裹。矿体和片麻岩的年龄一致，均为太古宙（>26亿年），它们被林波波活动带麻粒岩相多期变形变质作用所改造。

矿体的围岩由片麻岩组成，可分为两个主要部分。第一部分是条带状片麻岩，为一套有明显条带的角闪片麻岩、灰色石英长石片麻岩、斜长岩、少量的含磁铁矿石英岩（磁铁石英岩）和大理岩。第二部分为花岗片麻岩。

2.1 条带状片麻岩

条带状片麻岩由角闪片麻岩、灰色石英长石片麻岩和斜长片麻岩组成，该三种岩石的比例大致为6∶3∶2。

角闪片麻岩既有全部为普通角闪石组成的角闪岩，也有条带明显、含50%普通角闪石的角闪斜长（培长石）岩石。在塞莱比-皮奎地层序列中通常有灰色石英长石片麻岩的夹层，夹层厚度从几厘米到10m不等，两个单元间的接触界线很明显。角闪片麻岩中也有少量富含石英的条带和透辉石片麻岩。

灰色石英长石片麻岩由石英、斜长石（中长石）和黑云母以及石榴石、堇青石、夕线石等组成。该岩石单元内的条带从几厘米到一米不等，在其中也发现有不含石英的条带或透辉片麻岩。

斜长片麻岩，为中粒到粗粒花岗変晶结构，由斜长石（培长石到拉长石）、不等量的角闪石、单斜辉石（次透辉石）和石英组成。斜长石的含量100%（斜长岩）到60%（变辉长岩），但是主要集中在80%到90%之间。在皮奎地区，斜长片麻岩产出于一个厚达200m的条带中，该条带的基底便是皮奎矿体顶板。但是，这个地区其他地方出现的斜长岩，是由于褶皱作用和逆断层而使这一层位重复出现，还是本来就有多层该种岩石，目前尚无定论。

塞莱比-皮奎的片麻岩中，只含有很少一部分磁铁矿石英岩和大理岩，厚度较薄，从0.5～2m不等，连续产出。

图1 博茨瓦纳津巴布韦克拉通和林波波活动带太古宇主要岩石单元分布图（修编自J N Carney，1994）

2.2 花岗片麻岩

在塞莱比-皮奎地区，超过40%的岩石均为花岗片麻岩。三种主要的岩石类型为：粗粒斑状変晶结构的深粉色黑云母花岗片麻岩（65%）；粉红色黑云母花岗片麻岩（15%）和有明显条带的粉红和灰色混合岩化花岗片麻岩，通常有较大程度的变形（20%），它们的矿物学特征相似，都含有微斜长石、石英、斜长石（中长石到奥长石）和黑云母。花岗片麻岩偶尔也包含漂浮捕掳体或条带状片麻岩层或高度变形老岩石的析离体。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

前已述及，皮奎矿体的主岩为薄的香肠状角闪岩，平均厚度11m。矿化带走向长2 000m，且仅在角闪岩内才有矿化，角闪岩已被褶皱。穿过该矿体的一些井表明，该矿体逐渐延伸到365m深处，然后变窄。最深见矿点的垂直深度为地下780m，该矿体自地面向下延伸了1 600m，矿体厚度为1～38m。矿体分为北翼和东翼两部分。北翼有块状硫化物，与角闪岩共生在一起，北翼产状较陡为240°∠30°～60°，延深300m。东翼由纯硫化物组成，产状为205°∠10°（图2）。

在皮奎矿体的局部可以明显地看到矿体顶板局部交切片麻岩条带。而在这些交切位置的普遍存在黄铁矿条带，厚度为1～10cm，反映了后期硫化物在局部受到剪切作用的影响。同样，也有块状硫化物侵入片麻岩中，这些硫化物侵入体较小且有顺着片麻岩叶理侵入的特征。

3.2 围岩特征

围岩由大量富含普通角闪石的角闪岩（镁钙闪石到铁韭闪石）组成，也含有不等量的斜长石（拉长石到培长石）、铝直闪石、金云母、黑云母、石榴石（铁铝榴石）和硫化物。通常磁铁矿和硫化物一起出现。角闪岩中也含有少量的绿尖晶石（铁镁尖晶石）、橄榄石和斜方辉石（古铜辉石）等。

3.3 矿石特征

皮奎矿体的硫化物矿石以块状硫化物的形式产出（70%～100%的硫化物），也含大量硅酸盐矿物的半块状硫化物和浸染状的硫化物（含0～30%的硫化物）。

块状硫化物矿石，主要为一系列自由交生的六边形和单斜晶系的磁黄铁矿组成的不规则集合体，还含有较少量的镍黄铁矿、黄铜矿和黄铁矿。磁黄铁矿的颗粒大小为0.1～10mm，含镍0.3%～0.7%。镍黄铁矿作为磁黄铁矿颗粒和磁铁矿/硅酸盐包裹体的边出现。黄铁矿以粒状集合体形式出现在磁黄铁矿中，构成了硅酸盐和磁铁矿包裹体的边缘。黄铁矿侵蚀和交代磁黄铁矿的现象很常见。黄铁矿是最不常见的硫化物矿物，偶尔以自形変晶出现在块状硫化物中，呈薄的交切细脉，或者出现在矿体的边缘。块状硫化物中的磁铁矿分为两期，早期为圆化的港湾状晶体，后期的呈自形変晶的八面体。

浸染状矿石以如下形式出现：硅酸盐颗粒边界的集合体、硅酸盐内小的包裹体、以及沿着硅酸盐内的裂隙平面充填。黄铜矿趋向于围绕硅酸盐（通常为普通角闪石）侵蚀并交代硅酸盐，而磁黄铁矿和镍黄铁矿产出于间隙中黄铜矿侵蚀交代硅酸盐形成的边缘。镍黄铁矿以粒状集合体的形式出现在浸染状硫化物中。

图2 皮奎镍铜矿床平面图和剖面图(修编自P.S.L.Gordon,1971）

4 矿床成因及成矿作用探讨

4.1 矿床成因

塞莱比-皮奎矿区矿体的围岩富含镁铁质和普通角闪石，岩石中含有丰富的镍铜矿化，为此有学者认为，这些特征都是火成岩成因的证据，因此该矿床应归为火山岩成因[8]。

但是，围岩的地球化学特征显示角闪岩原岩为橄长苏长辉长岩，分布较少的超镁铁质岩源于斜方辉石岩；微量元素地球化学特征表明原岩为拉斑玄武质岩石，可能是辉长岩侵入体而不是喷出的玄武岩。角闪岩的广泛分布及其局部含Cr量较高也说明其原岩为晶堆岩而不是喷出岩。地球化学模型进一步指示母岩很可能是堆积矿物（钙斜长石、橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和铬尖晶石），充填于堆晶间隙的玄武质岩浆和不混溶的硫化物都证明了原岩的拉斑玄武质组分[9]。

主量元素和微量元素的地球化学特征表明，容矿岩石原岩的组成可被解释为堆晶间隙玄武岩浆加上堆积的角闪石、橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、铬铁矿和不混熔的硫化物等的混合物。硫化物中Cu/（Cu+Ni）的比值同样指示了其起源于拉斑玄武岩母岩浆。

4.2 成矿作用

在岩浆演化过程中，硫达到饱和便使硫化物熔体与硅酸盐岩浆发生熔离[10][11][12]。当溶入拉斑玄武质岩浆中的硫达到饱和时，硫就会与镍、铜、钴、铁甚至铂族元素结合而形成一种不混熔的硫化物熔体，这种不混熔的硫化物将从硅酸盐熔体中熔离出来而聚集在一起而呈“珠滴”状。在拉斑玄武质岩浆演化的早期，岩浆黏度较小而且温度下降较慢，由于重力作用，硫化物“珠滴”便沉降于岩浆底部，形成富含镍的块状构造的矿石。而在岩浆演化的晚期，岩浆黏度变大且温度下降较快，硫化物“珠滴”来不及沉降到岩浆底部，而悬浮于岩浆中形成富含铜的浸染状构造的矿石。包含这两种主要类型硫化物矿化的“硫化物珠滴和硅酸盐岩浆的混合物”，后来由于构造作用被挤压出岩浆房并形成塞莱比-皮奎矿区的矿床。

因此，基于上述分析，我们认为是由于单独的侵入作用和重力影响而使硫化物矿化在局部富集而形成了这些矿体。该矿床是与基性超基性岩有关的构造变质改造的岩浆Ni-Cu硫化物矿床。

5 结论

塞莱比-皮奎铜镍矿床产于皮奎杂岩体中，矿床中早期形成的矿石为富镍块状硫化物矿石，晚期形成矿石为富铜浸染状矿石。该矿床为一典型的与基性超基性岩有关的构造变质改造的岩浆型Ni-Cu硫化物矿床。

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Geological Features and Genesis of the Selebi-Phikwe Ni-Cu Deposit in Botswana

LI Fei1,2SHI Ze-ming1,3PEI Yun-qian4LI Lang-tian5CHEN Guang-yi5HUANG Xiao-dong1,2
（1-Department of Geochemistry, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2-Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation, Chengdu 610072; 3-Key Laboratory of Nuclear Techniques in Geosciences of Sichuan Province, Chengdu 610059; 4-No.405Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611830; 5-Centralsouth Bureau of China Metallurgical Geology Bureau, Wuhan 430081）

The Selebi-Phikwe deposit is located in east Botswana, being the biggest Ni-Cu deposit in Botswana. This paper deals with genesis of the deposit based on its regional geological background and geological features. The nickel-rich massive sulfide ore was formed in the early stage of magma evolution, while copper-rich disseminated sulfide ore was formed in the later stage of magma evolution. Then, the two kinds of ores accumulated in magma chamber by gravity. Finally, they were expelled from the magma chamber into the Selebi-Phikwe sequence to form Selebi-Phikwe deposit by means of tectonism.

Botswana; Selebi-Phikwe; geological feature; ore genesis; magmatic Ni-Cu sulfide deposit

P618.41；63

A

1006-0995（2014）04-529-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.012

2013-10-28

李飞（1986-），男，四川盐亭人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为固体矿产勘查、勘查地球化学、矿床地球化学