东天山恰特卡尔-海豹滩铜镍矿带特征及资源潜力

2018-11-10田江涛李大海张小军唐毅

新疆地质 2018年3期

田江涛，李大海，张小军，唐毅

(新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐 830000)

东天山是中国重要的铜、镍、金、铁、铅锌等大型矿床集中区[1]。长期以来，众多学者将黄山铜镍矿带等同于东天山铜镍矿带，部分学者认为库姆塔格沙垄以西的恰特卡尔具寻找铜镍矿的前景[2-4]。白鑫滩、路北铜镍矿的发现改变了东天山寻找铜镍矿的格局[5-7]。随着云海、海豹滩铜镍矿的进一步发现，与黄山铜镍矿带相应的恰特卡尔-海豹滩铜镍逐渐明朗，二者构成长达500 km的东天山铜镍矿带(图1)。通过资料分析研究和野外调查成果，结合对调查区内资料的分析及众多学者有关铜镍矿的论述，提出了恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩带，并对岩带产出特征、岩体特征进行了叙述，建立了基性-超基性岩型铜镍矿找矿评价模型，开展镍资源量定量预测工作，为区内进一步矿产勘查提供参考。

1 构造背景

恰特卡尔-海豹滩铜镍矿带位于觉罗塔格Cu-Ni-Fe-Mn-V-Ti-Au-Ag-Mo-W成矿带西段[9]，针对其形成的构造背景及成因机制，有阿拉斯加型岩体、蛇绿岩、碰撞后伸展环境、地幔柱、活动陆缘等不同的认识[10-26]。近年来，岩体的精确定年表明：东天山基性-超基性岩体多形成于晚石炭—早二叠世，应为碰撞后时期的产物[27]，早二叠世碰撞后弛张构造阶段，大量镁铁-超镁铁岩沿深大断裂带上侵，形成了一系列铜镍岩浆硫化物矿床。与东天山镁铁-超镁铁岩有关的研究，主要集中于东部的黄山-镜儿泉一带。李锦轶通过对恰特卡尔岩体群、海豹滩岩体群同位素年代学、岩石学和岩石化学研究[28]，认为其中的镁铁质-超镁铁质杂岩体不同岩石类型均来自亏损地幔并受到地壳物质混染的岩浆活动影响，肯定了沙垄以西热侵位基性-超基性杂岩体的存在，具备寻找铜镍矿的地质背景。

图1 东天山地区构造简图Fig.1 The geology-mineral sketch map of East Tianshan region

图2 路北铜镍矿区地质简图及剖面图Fig.2 Geological sketch map and profile of Lubei copper nickel deposit

2 典型矿床特征

2.1 路北铜镍矿

通过评价相继发现了路北铜镍矿和云海铜镍矿。路北岩体群总体以中基性为主，次为超基性岩，岩体侵入时代为早二叠世，主要侵入于下石炭统小热泉子组中，总体呈NEE走向不规则状复式杂岩体(图2-A)，岩体总体产出方向与区域构造线方向基本一致，岩体形态呈卧倒的“Y”字型，岩群总体长度6 500 m，宽700～1 600 m，面积3.47 km2，其中超基性岩体面积0.33 km2，占9.51%，基性岩出露面积3.13 km2。路北Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号岩体及弓形山、墨玉岭岩体走向与地层走向基本一致，云海岩体与地层斜交，夹角为35°。从岩体基性程度来看，自东向西、自北向南，岩体基性程度呈增高趋势。

按杂岩体分布区域和岩石矿物组成、矿化蚀变特征可分为2个侵入阶段，6个侵入期次。第一侵入阶段两个侵入期次是中性岩体顺层侵位形成早期石英闪长岩相→基性岩浆活动，主体基性岩体就位，本期次岩石使围岩地层发育明显的热接触变质和接触交代变质作用，形成角岩、角岩化及各类矽卡岩，受康古尔韧性剪切带作用，本期岩体具明显的变形作用，石英闪长岩具明显的重结晶现象，辉长岩具强烈的蚀变及糜棱岩化特征；第二阶段四个侵入期次，形成早期角闪辉长岩相→橄榄岩相(矿化期)→辉石岩相-橄榄苏长岩相-辉长岩相(主成矿期)→残余岩浆活动，矿液贯入活动为主(特富矿体成矿期)，本阶段为路北铜镍矿最重要的成岩、成矿阶段。辉长岩为主要含矿岩相，次为橄榄苏长岩、含角闪方辉橄榄岩、二辉辉石岩等岩相。含矿岩相中富含角闪石、黑云母等含水矿物，与此同时富含铜镍的金属硫化物也明显增加。对矿区角闪辉长岩锆石进行U-Pb年龄测定，为(283.4±2.9)Ma，成岩时代为早二叠世中期，与东天山地区黄山东、黄山、图拉尔根等铜镍矿床形成时代一致[23，29，30]。

矿体的宏观特征可分为就地熔离型、深部熔离-贯入型和热液型。从路北Ⅰ、Ⅲ号及云海岩体中所产矿体特征来看(图2-A)，具一定差异。在路北铜镍矿区Ni1号为主矿体，就现有勘查程度来看，路北铜镍矿体以就地熔离型矿体为主，主要产出于岩体中下部，在0号勘查线岩体底部就地熔离型矿体中叠加有热液型矿化，呈裂隙脉状。在15号勘查线岩矿体下部见深部熔离-贯入型准块状、角砾状矿体。路北Ⅲ号岩矿体呈透镜状产出，总体呈“鸡窝”状，矿体穿插岩体及地层中均有出露，地表所见也以氧化矿为主，未见原生矿体，由此推断该岩体所产矿体为热液型矿体。云海矿区矿体产出于岩体南侧边部，矿体形态随地表岩体形态转折而发生变化，地表所见矿体也以氧化矿为主，风化成粉末状，并在围岩地层中亦有铜镍矿化特征。在岩体中部产出于岩体产状相垂直的矿体，并在TC07号探槽见呈风化呈炉渣状，形态呈圆筒状，据此推测该云海矿体可能为深部熔离-贯入型矿体。

矿床中主要金属硫化物有镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿，在后期矿体中还普遍存在紫硫镍矿，热液叠加作用明显时会出现方黄铜矿。镍黄铁矿常与黄铜矿、磁黄铁矿共生，呈浸染状及微裂隙脉状、团块状分布。镍黄铁矿呈他形-半自形粒状结构，粒度0.25～1.25 mm，多与磁黄铁矿连生，有时被磁黄铁矿包裹，表明镍黄铁矿形成略早于磁黄铁矿。早期镍黄铁矿裂纹发育，热液期镍黄铁矿沿着磁铁矿裂隙交代磁铁矿，并在早期黄铁矿微裂隙中分布有镍黄铁矿。

2.2 白鑫滩铜镍矿

白鑫滩岩体位于恰特卡尔-海豹滩岩带东段，新疆地矿局第一区域地质调查大队于2012年1∶25万化探异常查证发现。岩体位于大草滩断裂以北，岩体走向受区域构造线方向控制。岩体平面上呈葫芦状，沿走向长约3.1 km，最宽约760 m，平均宽约600 m，出露面积为2.1 km2。岩体地表呈负地形，局部发育球状风化，地表出露的主要岩石类型为辉长岩，经钻探及探槽工程验证，沿岩体走向，向SW方向岩石基性程度变大，主要岩石类型为辉石岩相和橄榄岩相，其中主要赋矿岩性为辉石橄榄岩，赋矿岩体锆石U-Pb年龄为(277.9±2.6)Ma，与东天山地区铜镍矿成矿时代一致。矿区围岩为中奥陶统恰干布拉克组，岩体直接围岩为英安岩和火山角砾凝灰岩，局部由于热接触变质作用发育角岩化，在西段含矿岩体侵入于二长花岗岩中(图3-A)。

地表共圈定11条矿体，较大矿体为Ⅳ号、Ⅵ号、Ⅺ号，位于岩体南侧与围岩接触处，矿体长200～800 m，宽2～31.6 m，走向60°，矿体形态呈大透镜状，矿石风化破碎强烈，呈粉末状、松散状分布，可见强孔雀石化。钻探资料表明，深部隐伏矿体与地表矿体相连，矿体多呈似层状或透镜状，产状平缓(图3-B)，岩体底部矿体呈似层状、稀疏-稠密浸染状。在接触带围岩裂隙中，为块状、大斑状(或团块状)、脉状贯入式矿体。镍平均品位0.14%～0.83%，单个样品最高2.16%，铜平均品位0.20%～0.73%，单个样品最高1.36%。主要赋矿岩石为辉石橄榄岩。岩体上部含矿岩相产出矿体，矿石以浸染状构造为主，形态为似层状或透镜状，镍品位低于底部矿体。

金属矿物主要为黄铜矿、方黄铜矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿、磁黄铁矿、磁铁矿、钛铁矿、闪锌矿、白铁矿。辉石橄榄岩相中矿石构造主要为稀疏-稠密浸染状，辉长岩相主要呈星点状，岩体边部、底部与地层接触带上主要为团块状、大斑状。经初步钻探工作验证，推测岩体呈岩盆状分布，主要含矿部位为岩体下部的辉石橄榄岩相。

总体而言，白鑫滩、路北铜镍矿均为地表出露矿体，虽然二者围岩地层年龄相差很大，但成矿岩体的侵入时代一致，均为早二叠世，并与东天山黄山-镜儿泉一带铜镍矿成矿时代一致，并在岩体底板的围岩中普遍发育“红化带”和角岩化、矽卡岩化等热接触变质作用。从赋矿岩体及矿体产状特征来看，总体呈缓倾特征，倾角小于45°，与东天山东段黄山铜镍矿带铜镍矿体陡倾特征具明显差异。从矿石中Ni/Cu含量比值来看[32]，路北、白鑫滩含量偏低，说明矿石中Ni、Cu含量相差不大，Cu含量偏高。从矿石类型来看，在两个矿区均发育岩浆熔离-贯入型矿石，为Cu，Ni富矿体，多产出于岩体底部，具较高的经济价值。

图3 白鑫滩铜镍矿区地质简图及剖面图[31]Fig.3 Geological sketch map and profile of Baixintan copper nickel deposit.

3 基性-超基性岩带特征

3.1 岩带组成

恰特卡尔-海豹滩岩带位于大南湖岛弧带南缘，东起沙垄西侧乱石滩岩体，西至雅勒伯克，东西长240 km，南北宽10～24 km，带内岩体分段集中，依据各岩体空间分布特点及区域构造位置，提出了在沙垄以西存在一条与铜镍矿成矿作用密切相关的岩带，即恰特卡尔-海豹滩岩基性-超基性岩带，该岩带主体位于大南湖构造带中，自西向东可分为7个岩群：①雅勒伯克岩体群；②路北岩体群；③恰特卡尔岩体群；④康东岩体群；⑤平顶包岩体群；⑥海豹滩岩体群；⑦乱石滩岩体群。该岩带向东过库姆塔格沙垄、经雅满苏北山到土墩，便是著名的黄山-镜儿泉岩带。本次除岩带岩群外，还对主要岩体进行了命名(图4)。

目前，在7个岩体群中有超基性单元成份(纯橄岩、橄榄岩、辉橄岩、橄辉岩、辉石岩)岩体26个，基性岩体15个，26个有超基性单元成份岩体，集中分布在6个岩群中，以恰特卡尔岩群最为集中。

26个有超基性单元成份岩体面积(面积均不计闪长岩)为 0.1～6.54 km2，平均 1.74 km2，累计面积45.25 km2，规模较大的几个岩体分别是海豹滩、白梁山、乱石岭、环形山和路北Ⅱ号岩体，面积都大于3 km2。15个基性岩体面积在0.01～6.88 km2之间，平均1.66 km2，累计面积24.9 km2。因此，东天山成矿带中段基性-超基性岩规模符合面积0.0 n～n km2要求，具中国典型小岩体特征[33]。

3.2 岩体成矿特征分析

恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩带普遍伴随闪长岩、石英闪长岩及少量闪长玢岩，超出基性-超基性岩分布范围，整体规模大于基性-超基性岩。工作程度高的岩体均具多个岩相，如海豹滩岩体由橄榄辉长岩-角闪辉长岩-苏长岩相、橄长岩相、斜长岩相、辉橄岩相等组成；沟权山岩体由辉长岩-橄榄辉长岩相、橄长岩相、橄榄岩相、纯橄岩相组成。已知铜镍矿体主要产于辉橄岩、辉石岩和苏长岩相中。

图4 东天山恰特卡尔——海豹滩一带基性——超基性岩体分布图Fig.4 Basic—ultrabasic distribution of Qiatekaer—Haibaotanin East Tianshan

斜方辉石主要存在于恰特卡尔-海豹滩和帯形山-乱石条基性-超基性岩带中。恰特卡尔-海豹滩岩带中的雅勒伯克、路北Ⅰ号、路北Ⅱ号、环形山、乱石岭、海豹滩、沟权山、乱石岭均有斜方辉石存在。除含矿岩体外，镍黄铁矿还发现于路北Ⅱ号、黄羊沟、环形山、狮驼岭、月岭、乱石岭、海岭、孤包、雁荡山、黑石岭和西岭，除路北Ⅱ号外，均是恰特卡尔岩群超基性岩体，与该岩群岩体普遍高硫一致。

岩带含矿岩体(白鑫滩、海豹滩、云海)样品的Mg#为 51.51～82.13，平均值 68.07；m/f为1.04～4.54，平均值2.50。2件超基性岩样品的Mg#为79.88、82.13，平均值81.05，m/f为3.94、4.54，平均值4.24，Mg#低于黄山和香山岩体；苏长岩样品的Mg#为81.10，m/f为4.24，与超基性岩平均值一致；基性岩样品的 Mg#为 51.51～78.01，平均值 63.20，m/f为1.04～3.49，平均值1.85，高值、低值均高于黄山东、香山岩体辉长岩对应值，含量区间明显小于黄山东、香山岩体辉长岩。与黄山、黄山东比，苏长岩的m/f以东天山成矿带中段含矿岩体最大，超基性岩和基性岩中段则介于黄山和黄山东之间。可见，岩带内超基性岩均为铁质超基性岩，基性岩同为铁质基性岩，属吴利仁所定义的铁质基性-超基性岩，对形成铜镍硫化物矿床有利。

岩带内6个岩体的橄榄石探针分析结果显示，镍含量为0～3 458×10-6，平均值1 080×10-6。中位数1 006×10-6，与平均值一致。最大值和最小值均来自成矿条件最为有利的路北岩体，相应岩性为橄榄角闪辉长岩和伊丁石化蛇纹石化碳酸盐化橄榄岩。也有专家提出若同一岩体中正常镍含量橄榄石与低镍含量橄榄石并存，则对铜镍矿的成矿更加有利。岩带内已显示这一特征，含矿的路北岩体橄榄石镍含量为0～3 458×10-6就是很好的例子。

通过对岩带内主要基性-超基性岩体采集岩石地球化学样进行硫的分析，从而获得含矿岩体、矿化岩体及含矿性未知岩体的硫含量。路北Ⅰ号岩体3件样品硫含量为958～2 863×10-6，相差近3倍；白鑫滩岩体硫含量为258×10-6和2 420×10-6，相差近10倍；路北Ⅱ号岩体3件样品的硫含量为134×10-6～927×10-6，相差近7倍。由此可见：①含矿岩体和矿化岩体差异明显；②含矿岩体可出现低含量；③矿化岩体可出现高含量；④借助有限的8件样品硫含量区分含矿与矿化岩体时，可选指标在400×10-6～800×10-6之间(参考未知样品硫含量)。

综合岩带内各岩体地质、岩石化学、物探、化探特征，认为恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩带普遍对成铜镍矿有利。

4 镍资源量定量预测

4.1 定量预测方法

从新一轮全国重要矿产资源潜力评价(2007～2012年)的技术体系所倡导的成矿分析方法入手，探索了资源量估算的成矿地质体体积法[34]。地质体体积法通过典型矿床参数确定、模型区预测资源量及其估算参数求出模型区含矿系数，确定每个预测区含矿地质体面积、预测深度、相似系数，采用地质体积法计算公式对每个预测区进行资源量估算。计算公式如下：

Z体——模型区中含矿地质体预测资源量；S体——含矿地质体面积；H体：含矿地质体延深(指矿化范围的最大延深)；K——模型区含矿地质体含矿系数；α——相似系数。鉴于一个铜镍成矿系统内，岩相出露齐全，中性-基性-超基性均有出露，处于同一个成矿体系中，因此以岩体群为预测单元，开展定量预测，求得资源潜力，单个岩体则为镍资源量的突破点。

4.2 找矿评价模型

通过野外调查、样品分析及前人成果资料分析，从岩体地质评价标志、岩体剥蚀程度评价标志、矿物学岩石化学评价标志、地球物理标志和地球化学标志等5方面建立了研究区铜镍矿找矿评价模型(表1)。

表1 铜镍矿找矿评价模型Table1 The prospecting evaluation model of Cu-Ni Metallogenic

4.3 资源量定量预测

4.3.1 估算参数确定

新疆矿产资源潜力评价项目已计算出黄山东、白石泉等模型区单位体积的含矿率，分别为17.49×104t/km3，28.52×104t/km3，平均22.953×104t/km3；成矿地质体为与成矿有关的热侵位基性-超基性杂岩体，岩体边界即是成矿地质体的边界。根据各个基性-超基性岩体特征，采用模型区类比法、磁重异常二维半定量反演法确定每个岩体的预测深度，雅勒伯克岩体群、康东岩群、平顶包岩群、乱石滩岩群通过相似类比法确定预测深度，路北岩体群、恰特卡尔岩体群、海豹滩采用磁重二维半定量反演集合CSAMT测深确定预测深度。通过岩体群与建立的铜镍矿找矿评价模型对比，采用相似类比趋同法对比各岩体与预测模型的相似系数(表2)[35]，据相似系数对各岩体群进行分级，相似系数在0.8以上的为A类岩体群，0.5～0.8之间的为B类岩体群，小于0.5的为C类岩体群。

4.3.2 资源量估算

根据公式(1)，引入各岩体群含矿地质体面积、预测深度、含矿系数、相似系数等相关参数，对恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩型铜镍矿带镍矿资源潜力进行定量预测(表2)，预测镍资源量731×104t，其中A类岩群预测资源量650×104t、B类岩群预测资源量50×104t、C类岩群预测资源量31×104t。

5 找矿潜力分析

恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩带与东部黄山-镜儿泉及白石泉地区的基性-超基性一样，同属东天山含矿基性-超基性岩带。岩带内圈定铜镍矿类异常50个，大部分与已知基性-超基性岩出露区对应，是已知岩体的反映，少数位于基性-超基性岩群之外，有望发现新岩体。区内多数岩体与磁异常对应，恰特卡尔岩群地表出露的超基性岩镍黄铁矿普遍可见。岩带自西向东发现了路北、云海黑石岭、红岭、海豹滩、白鑫滩西、白鑫滩等铜镍矿产地，其中白鑫滩、路北、海豹滩均在钻孔中见到熔离-贯入型富矿。因此，该带找矿潜力巨大。

从石英滩金矿西部的北川岩体算起，向东经雅勒伯克、路北、恰特卡尔、康东、平顶包、海豹滩、乱石滩越过沙垄，经雅满苏北山、土墩、黄山、镜儿泉、到图拉尔根，在长达500 km几乎连续的岩带上，发育大小近20个矿床竟无超大型矿床，而与之相邻的甘肃龙首山、青海柴达木南缘及距离最近的北山，均有超大型铜镍矿产出，这是不可思议的。采用全国矿产资源潜力评价推荐的地质体积法，对区内7个岩体群进行镍资源量预测，预测镍潜在资源量731×104t。基于以上分析，认为长达500 km的东天山铜镍矿带，具寻找1～2个超大型铜镍矿的潜力，恰特卡尔-海豹滩基性-超基性岩带均有寻找超大型铜镍矿的条件，以路北、恰特卡尔、海豹滩3个岩体群最有利。