新疆香山铜镍硫化物矿床岩浆深部过程与找矿方向探讨

尹 希 文

(新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队，新疆 哈密 839000)

新疆香山铜镍硫化物矿床岩浆深部过程与找矿方向探讨

尹 希 文

(新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队，新疆 哈密 839000)

香山铜镍矿体主要赋存于香山中岩体,与东天山地区其他典型铜镍矿床形成时代、岩浆源区性质、部分熔融程度及构造背景一致，香山铜镍矿床中镁铁-超镁铁岩在岩体中所占比例小于20%,明显低于图拉尔根矿床超镁铁岩比例(约90%),暗示与图拉尔根矿床相比香山地区铜镍矿剥蚀深度较小，深部具有继续寻找超镁铁质含矿岩体的潜力。香山矿床3个主要矿体(Ⅰ-1、Ⅰ和Ⅱ号矿体)由西向东Cu含量逐渐降低，Ni/Cu平均值分别为1.49、1.74和2.25，呈逐渐增加的趋势，且由西向东超镁铁岩比例变大，这都表明含硫化物珠滴的岩浆流动为由东向西。高精度重力和磁法测量表明香山东和香山中岩体深部应该是相连的，二者结合部位是深部含矿岩浆上升的通道。可控源音频大地电磁测深(CSAMT)揭示深部存在低阻异常体，结合已施工的ZK4401和ZK5202地质资料，认为该低阻异常体为含矿超镁铁岩的主体，是下一步深部找矿的重点勘查对象。

香山铜镍矿；成矿规律；控矿因素；找矿方向；新疆东天山

香山镁铁-超镁铁质岩体由西向东划分为香山西、香山中和香山东岩体，其中香山西岩体中具有钛铁氧化物与铜镍矿共生的特征，而铜镍矿体主要赋存于香山中岩体。近年来，不同学者对香山西和香山中岩体开展了系统的年代学、矿物晶体化学、岩石地球化学等方面的研究工作，认为整个香山镁铁-超镁铁质岩体为同期同源岩浆结晶分异演化的产物，岩浆源区由受俯冲流体改造的岩石圈地幔和软流圈物质组成，岩浆演化过程中地壳物质混染导致了硫化物的熔离和钛铁氧化物的沉淀(王玉往等，2009；肖庆华等，2010；李德东等，2012；秦克章等，2012；Tang et al，2013)。近年来，在香山矿床持续开展深部找矿工作，在香山中岩体东段深部发现了新的矿体，赋矿岩石类型为辉石橄榄岩，为了进一步查明矿床深部是否存在厚大矿体，笔者在系统总结前人研究成果的基础上，通过香山铜镍矿床与东天山铜镍成矿带内其他典型矿床(图拉尔根、黄山、黄山东)的对比，总结了该矿床的典型特征，同时从香山矿床岩相分布规律、成矿元素变化规律和岩体深部产状变化特征出发，结合最新物探和钻探资料对香山铜镍矿床的深部找矿方向进行了深入探讨。这一工作的开展也有利于对该区其他典型矿床的深部找矿工作提供借鉴。

1 区域地质特征

香山镁铁-超镁铁质岩体是新疆东天山地区土墩-黄山-镜儿泉镁铁-超镁铁质岩带的一部分，这些岩体沿康古尔-黄山深大断裂分布，主要产于深大断裂的次级断裂中。该带自西向东分布有土墩、二红洼、香山、黄山南、黄山、黄山东、葫芦、马蹄、图拉尔根、四顶黑山等30余个岩体(秦克章等，2012；三金柱等，2012)(图1)，其中黄山、黄山东和图拉尔根岩体中赋存有大型铜镍矿床，香山为一中型铜镍矿。这些岩体侵入于石炭系，其形成时代为265～298Ma(韩宝福等，2004；孙涛等，2010；三金柱等，2012；肖庆华等，2010a；Qin et al.，2011；肖凡等，2013)。目前，趋向于认为这些岩体为早二叠纪碰撞后伸展与塔里木地幔柱叠加作用的产物(Qin et al，2012；李文渊等，2012)。

香山岩体位于土墩-镜儿泉北韧性剪切带(F8)与黄山韧性剪切带夹角锐角处，总体走向为北东58°。岩体边界受控于北东与近东西向两组韧性剪切带，平面上呈节藕状，形成3个地表和深部形态都各异的膨大体，由西向东分别为香山西、香山中和香山东岩体，其中铜镍矿主要产在香山中岩体内。

2 矿床地质特征

2.1 岩体地质特征

香山中赋矿岩体受两侧香山断裂派生的次级断裂控制，走向北东，沿走向长约2.4 km，宽100～400 m，面积约0.55 km2。平面上岩体呈中部膨大，两端狭缩的不规则菱形状，膨大部位与围岩呈断层接触，横剖面上岩体总体向北倾，在700 m标高附近逐渐转为南倾，倾角50°～80°，为一漏斗状；纵剖面上岩体东部和西部抬升，中部下沉呈漏斗状，前人认为一部位可能是岩浆上升的通道部位(王玉往等，2009)。依据各岩相之间的接触关系，香山中岩体主要可以划分为3个侵入期次：第一次侵入为辉长岩相、辉石岩相和橄榄岩相，由东向西贯穿整个岩体(图2a)。其中辉长岩相占岩体总面积的83.5%，主要岩石类型为角闪辉长岩和角闪橄榄辉长岩；辉石岩相和橄榄岩相占岩体总面积的10%，主要岩石类型为角闪辉石岩和角闪单辉橄榄岩，这部分岩石多呈透镜状产于辉长岩相中，可能为流动分异作用下密度较大矿物聚集的形成的*聂永，申茂德，丁玉学，等.新疆哈密市香山岩体普查找矿总结报告，哈密：新疆有色地质勘探公司七〇四大队，1993.。

图1 香山铜镍矿床区域地质图(据秦克章等，2007修改)Fig.1 Geological map of Cu-Ni bearing intrusion and tectonic location of Xiangshan deposit

第二侵入阶段主体为橄榄岩相，占岩体总面积的5%，主要岩石类型为橄榄辉石岩、角闪单辉橄榄岩、角闪二辉橄榄岩和辉橄岩；第三侵入期次为钛铁辉长岩和细晶辉长岩，均呈脉状产出。从勘探线剖面上可以看出，岩相呈由中心向两侧基性程度逐渐降低的对称结构(图2b)。

2.2 矿体地质特征

香山铜镍矿体主要赋存在香山中岩体内，目前已圈定矿体约30余个，其中有2个主矿体(Ⅰ号和Ⅱ号)和2个次要矿体(Ⅰ-1号和Ⅱ-2号)，其余均为小矿体。Ⅱ号矿体呈透镜状分布，长约300 m，矿体厚1.14～48.40 m，矿体Ni品位为0.3%～2.68%，平均品位为0.64%，Cu品位为0.2%～2.17%，平均品位为0.52%，该矿体向南西方向侧伏。Ⅰ号矿体主要赋存在辉石岩和辉长苏长岩的接触部位，矿体呈似层状，长约200 m，厚1.84～57.81 m，矿体Ni品位为0.2%～5.36%，平均品位为0.57%，Cu品位为0.2%～2.54%，平均品位为0.49%，矿体中上部倾向南东，倾角50°～75°，呈上缓下陡，上薄下厚，上贫下富的特征，且沿走向具有膨胀狭缩的特征。

已开采的矿体主要赋存于辉石岩和辉长苏长岩中，通常位于辉长岩与辉石岩的接触部位。主要矿石类型为浸染状，局部有少量块状矿石，目前深部找矿结果表明辉石橄榄岩中矿化现象也较好，是深部找矿的重点找矿目标。从空间分布特征上看，由西向东可依次划分为Ⅱ-1号、Ⅱ号、Ⅰ号和Ⅰ-1号矿体。

图2 香山中铜镍矿床地质图Fig 2 The geology map of Xiangshangzhong Ni-Cu deposit

3 对岩体空间形态的认识

图3 香山及东天山典型铜镍矿床Sr-Nd同位素图解Fig.3 The diagram of Sr-Nd isoplote of Xiangshan and the typical Ni-Cu deposits

由于地幔中具有较高的Ni含量，通常认为形成铜镍硫化物矿床的岩浆为地幔部分熔融的产物(Maier et al，2011，张照伟等，2012)。已有研究表明东天山地区与洋壳俯冲相关的岩浆活动均早于320Ma(朱永峰等，2005，2007；顾连兴等，2006；周涛发等，2010)，洋盆至石炭纪末已完全碰撞闭合(秦克章等，2012)。从早二叠纪开始，东天山地区进入碰撞后伸展环境，发育大规模幔源岩浆底侵及花岗岩岩浆活动(Zhang et al.，2003；李锦轶等，2006；周涛发等，2010)。香山铜镍矿床形成时代恰好与碰撞后伸展及地幔柱活动时代相吻合，可能是二者叠加的产物(Tang et al，2013)。与东天山地区其他二叠纪镁铁-超镁铁岩相比较，香山铜镍矿床与这些矿床具有相似的Sr-Nd同位素特征(图3)，表明其岩浆源区均为亏损地幔(Zhou et al，2004；夏明哲等，2010；李彤泰等，2011；邓宇峰等，2011；焦建刚等，2012)，且岩浆源区主体为软流圈地幔。在微量元素蛛网图上，绝大多数样品都具有明显的Nb、Ta的明显亏损和弱的Ti的负异常，暗示其岩浆源区可能混合了富集岩石圈地幔的组分(Saunders et al，1992)。研究表明Ba和U的地球化学性质相似，都倾向富集于俯冲流体中，Th则主要源于沉积物，利用U/Th-Th/Zr及Ba/Th-Th/Yb图解可以很好区分流体交代作用和沉积物加入作用(Hawkesworth et al.，1997)，图4a、图4b显示香山岩体与东天山典型含铜镍岩体相似，其岩浆源区遭受了明显的俯冲流体交代作用。由于La、Ba、Th、Zr和Nb具有相似的分配系数，分离结晶作用不会影响岩浆中La/Nb、La/Ba和Ba/Nb的值，且岩浆演化过程中同化混染作用较弱(Tang et al，2013)，故利用这些元素的比值可以指示其岩浆源区性质(Woodhead et al.，2001；夏明哲等，2010)，图4c、图4d也表明岩体岩浆源区存在俯冲流体交代作用。

Sr-Nd同位素、微量元素特征等均表明香山铜镍矿床岩浆源区性质与东天山典型铜镍矿床相似，且这些岩体橄榄石Fo最大值(香山为85.66，黄山为85.9，图拉尔根为84.3，黄山东为83.7)相似(Tang et al，2013；邓宇峰等，2012；毛亚晶等，2014)，表明其岩浆源区部分熔融程度大致相似(孙赫等，2008)，从目前岩体的出露特征看，东天山铜镍成矿带中图拉尔根铜镍矿床超镁铁岩所占比例大于80%，而香山铜镍矿床镁铁-超镁铁岩所占比例仅约20%左右，与其附近的黄山和黄山南矿床相似，这可能暗示香山地区岩体的剥蚀深度低于图拉尔根岩体，同时也暗示香山岩体深部可能仍存在隐伏的超镁铁岩，这在最近施工的钻孔中已得到验证。

4 成矿元素分布特征及成矿过程

铜镍硫化物矿床是典型的岩浆矿床，其成矿作用过程与岩浆演化过程密切相关，该类矿床的成矿模型主要有“通道成矿”和“深部熔离-多期贯入成矿”2种模型(汤中立等，2012；Li et al，2009)，且关于这2种模型目前仍存在一定的争议，正确理解一个典型矿床的成矿作用过程有利于指导深部找矿。香山铜镍矿床地表广泛发育球状风化，且这些“球体”为无根的，基性程度高于其周围岩体，前人推测这是岩浆流动分异的结果，且这种现象在东天山铜镍成矿带中其他典型矿床中(黄山、黄山东)也广泛发育，笔者也认为这是岩浆流动分异的产物，因为在有悬浮质点的流体在流动时，质点向高速带(轴区)移动，这使岩浆中早期结晶的橄榄石等矿物向中心聚集(解广轰等，1998)。成矿作用过程中流动分异对岩相及成矿元素及相关比值都产生一定的影响。通过系统收集香山铜镍矿床各矿体成矿元素的资料，将香山矿床中Ⅱ号及其以西矿体统称为Ⅱ号矿体，Ⅰ-1号矿体及其以东矿体统称为Ⅰ号以东矿体。从图5中可以看出，由西向东矿体中Cu含量呈逐渐降低的趋势，而Ni/Cu值呈逐渐增高的趋势(由西向东3个矿体的Ni/Cu平均值分别为1.49、1.74和2.25)，表明沿岩体走向矿体存在明显的成矿元素的分异，暗示含硫化物岩浆是由东向西流动的，且这一变化趋势与岩体由西向东基性程度越来越高的特征相一致，这进一步表明含矿岩浆通道应该在香山中岩体的东段。

香山铜镍矿床围岩为贫S地层，其δ34S变化范围为-0.5‰～2.5‰，具有典型的幔源S的特征(肖庆华等，2010b)，表明导致硫化物熔离的主要因素不是地壳S的加入，而是橄榄石等镁铁质矿物的分离结晶(Tang et al，2013)。通过对东天山典型矿床的研究,表明其硫化物熔离主要发生在深部岩浆房内(秦克章等，2012)，但是在深部岩浆房内发生硫化物熔离后并未在重力作用下发生明显的矿质分层，其硫化物的聚集受岩浆通道形态控制明显，在通道的膨大部位由于含硫化物岩浆的流速降低，导致其内的硫化物和橄榄石发生沉降聚集形成矿体，因此在深部找矿过程中应重点关注岩浆通道的转弯及膨大部位。

图4 香山岩浆源区性质判别图解Fig.4 Discrimination diagrams for the magma source region

图5 香山中铜镍矿床各矿体Ni-Cu及Ni-Ni/Cu图解Fig.5 The diagram of Ni-Cu and Ni-Ni/Cu of Xiangshan deposit

5 物探特征、深部钻探验证及深部找矿方向探讨

从矿区以往开采、勘探经验来看，矿体多富集在不同岩石类型接触转折部位，深部岩体产状发生反转或尖灭，且在已有钻孔中发现了深部超镁铁质岩体，推测发现的这些超镁铁质岩体仅为深部一个岩枝，为了进一步验证这一推测，在香山中和香山东岩体开展了高精度地面重力和磁法测量工作，重力值按照0.5毫伽，磁力值按照200 nT圈定，发现这2个岩体处于同一个重、磁异常范围内，通过对不同岩石及矿石类型进行准确的物性参数测量，认为2个岩体在深部相连。对香山中岩体(40线)至香山东岩体(52线)之间开展了可控源音频大地电磁测深测量(CSAMT)，发现在高重力、高磁力背景下，深部存在一个低阻异常体，该异常产状总体南倾(图6)，推测可能为含矿超镁铁质岩体引起的。通过ZK4401和ZK5202的验证，确定该异常为超基性岩体，主要岩石类型为辉石橄榄岩，且伴有弱的铜镍矿化。ZK4401孔自407m进入辉橄岩相至880 m仍在辉橄岩相中，其中在529.75～535.75 m，见视厚度6 m的铜镍矿体，Ni平均品位为0.24%，Cu平均品位为0.18%。该孔所见超基性岩体总厚度大于367.51 m；ZK5202孔在780 m进入辉橄岩相，至800 m以下未控制到底板界限。

图6 香山中铜镍矿52号勘探线地物综合剖面图图Fig 6 Line 52 profile map of geological and geophysical prospecting of Xiangshanzhong Ni-Cu deposit

综上所述，利用重力和磁法确定超基性岩体的边界，利用电法确定岩(矿)体的有利富集地段的方法在该区是有效的。下一步应重点对香山岩体中段和东段之间深部隐伏的含矿超镁铁岩进行验证，验证过程中除了依据物探资料外，应依据已有地质资料寻找岩体的转折或膨大部位。香山矿区断裂发育，后期构造对矿体的赋存具有较强的控制作用，在构造的转折部位也往往是矿体增厚或矿化再次聚集的有利地段。区域性大断裂(香山断裂)的次级断裂对岩(矿)体定位有明显的控制作用，进一步研究断裂对矿体的改造，有利于对深部找矿工作的开展。

6 结论

(1)香山铜镍矿床与东天山地区其他典型铜镍矿床形成于相同的构造背景，其岩浆源区性质及部分熔融程度相似，基于此推测该岩体深部具有继续寻找超镁铁岩的潜力；相对于东天山铜镍成矿带东段，香山地区地层剥蚀深度相对较浅，导致超镁铁岩出露比例相对较小。

(2)依据空间分布特征，香山铜镍矿床不同矿体由西向东，矿体中金属元素Cu含量呈逐渐减低的趋势，Ni/Cu值逐渐变大，表明深部含硫化物珠滴的岩浆的流动方向为由东向西，且流动过程中由于流动分异导致岩相和成矿元素的分异。

(3)岩体向深部出现产状反转的现象，向东超镁铁岩所占的比例变大，且含矿性较好，物探资料及钻探验证表明香山中和香山东岩体应为深部相连的，二者结合部位可能为深部含矿岩浆上侵的通道，已施工的钻孔ZK4401和ZK5202均在深部发现了铜镍矿化辉石橄榄岩，52号勘探线施工的高精度重力、磁法测量及可控源音频大地电磁测深反演出深部存在一个大的低阻异常体，应为深部已发现含矿辉石橄榄岩的主体部分。

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Magma Deep Process and Prospecting Direction of Xiangshan Ni-Cu deposit,Eastern Tianshan, Xinjiang

YIN Xiwen

(No.704 Geological Party, Xinjiang Geological Exploration Bureau for Nonferrous Metals, Hami 839000, Xinjiang, China)

Xiangshan Ni-Cu orebody mainly occurred in the middle of Xiangshan intrusion. The tectonic setting, age of formation, nature and partial melting of magma source are consistent with those of other typical Ni-Cu deposits of eastern Tianshan. The proportion of mafic-ultramafic rocks in Xiangshan Ni-Cu deposit is less than 20%, obviously lower than that of Tulaergen deposit, which is about 90%, implying that the erosion depth of intrusion located in the west of Tulergen-Huanshandong-Tudun belt is smaller than the Tulargen deposit, and the deep of Xiangshan deposit has a great exploration potential. The Cu metallic elements and ratio of Ni/Cu have regular variation along the strike of intrusion. Throughout the tree major intrusions of Xiangshan deposit, the Cu content decreases from west to east while the Ni/Cu ratios gradually increases, with an average of 1.49, 1.74 and 2.25 respectively, suggesting that the sulfide droplets-containing magma lava flows from east to west. The high precision gravity and magnetic result indicate that intrusions in east and middle Xiangshang are connected in the deep. The binding site of the two intrusions may be the rising channel of sulfide-bearing magma. The CSAMT reveals that there is a large low resistivity in the deep, which may be the main ultramafic rocks according to geological data of ZK4401 and ZK5202, and would be the major focus of further deep ore prospecting.

Xiangshan Ni-Cu deposit; metallogenic regularity; ore-controlling factors; prospecting direction; east Tianshan of Xinjiang

2015-01-07；

2015-04-14

新疆哈密市香山铜镍矿接替资源勘查项目(121201140449001)

尹希文(1985-)，男，新疆维吾尔自治区哈密市人，工程师，本科，主要从事地质勘查工作。E-mail: 545020536@qq.com

P578.2

A

1009-6248(2015)03-0022-09