印尼威拉砾岩型红土镍矿地质特征及找矿思路

2019-02-10闫奕璞祁书亮魏向涛叶存勇蒲继红

世界地质 2019年4期

闫奕璞, 祁书亮, 魏向涛, 叶存勇, 蒲继红

河北省地矿局第五地质大队，河北唐山063004

0 引言

以往红土型镍矿的研究主要侧重于：①矿床的分布区域、大地构造背景；②矿床(风化壳)结构分带及含矿性、矿体特征和矿石类型；③Ni元素从超基性岩内析出、淋滤到次生富集所经历的复杂的物理、化学和生物等风化过程；④研究对象的成矿母岩均为超基性侵入岩[1-3]。而对砾岩型红土镍矿的研究则较少[4]，也只是对结构分带、含矿性及形成过程进行了研究；对该型矿床规模及勘查工作思路方面的研究尚未见及。笔者从成矿母岩的成因、形成时间及对矿床规模、矿体厚度、品位和品级等的制约上进行探讨进而提出勘查思路，为“走出去”进行红土型镍矿勘查提供借鉴。

印度尼西亚红土型镍矿资源丰富[5-6]，是中国相关企业“走出去”的首选地之一。威拉砾岩型红土镍矿(以下简称威拉镍矿)(1)河北省地矿局第五地质大队.印度尼西亚东南苏拉威西省北部哥那威县威拉地区红土型镍矿普查地质报告.唐山：河北省地矿局，2018.位于印尼东南苏拉威西省北部哥那威县(Konawe Utara)(北距中苏拉威西省省界12 km)。矿区地处中低山系构造剥蚀区。当地气候属热带雨林气候，炎热湿润，雨量充足。自然环境有利于风化壳型红土镍矿床的形成[7-8]。

1 区域地质

威拉镍矿位于苏拉威西岛中偏南部的东侧近海一带，大地构造位置处于印太海沟岛弧带的东端南部边缘、澳大利亚板块北部，属海沟岛弧带交汇部位(图1)。由于澳大利亚板块向北俯冲、挤压，岛弧式造山作用在该区域表现较为突出，导致苏拉威西岛一带构造岩浆活动频繁而强烈，广泛分布超基性-基性岩和蛇绿岩套，该蛇绿岩套称东苏拉威西蛇绿岩套，其从哥伦打洛湾经过中苏拉威西省、苏拉威西岛东南分支到布通岛和卡巴那岛全长700 km，主要岩性为辉长岩、橄榄岩和蛇绿岩，侵入时代为中生代末期(2)中国地质调查局发展研究中心.全球矿产资源信息系统数据库建设之三十七(亚洲卷)：印度尼西亚.北京：中国地质调查局发展研究中心境外地质矿产研究部, 2015.。其出露面积大者上千km2至万余km2，小者几km2。是区域红土型镍矿床的成矿母岩。

图1 威拉镍矿大地构造位置图Fig.1 Geotectonic location of Weila nickel mine

图2 威拉镍矿区域地质图(据印尼地质调查研究中心1∶25万LASUSUA-KENDARI幅区域地质图，1993)②Fig.2 Regional geological map of Weila nickel mine area

威拉镍矿位于太平洋板块与欧亚板块过渡带地层区西棉兰老岛—苏拉威西地层分区东苏拉威西地层小区内(3)中国地质调查局发展研究中心.全球矿产资源信息系统数据库建设之三十七(亚洲卷)：印度尼西亚.北京：中国地质调查局发展研究中心境外地质矿产研究部, 2015.② 印尼地质调查研究中心.1∶25万LASUSUA-KENDARI幅区域地质图.万隆：印尼地质调查研究中心，1993.，以发育蛇绿岩套和古近系—新近系构造混杂岩为特征(图2)。中生界发育较全，为三叠系—侏罗系托卡拉组(TRJt)：主要岩性为碳质泥岩、砂岩、页岩和板岩，为浅海相沉积；麋鹿湖组(TRJm)：主要岩性为粉砂岩、砂岩、石英岩、黑色页岩、红色页岩、千枚岩和板岩，为海相碎屑岩类沉积。白垩系马塔诺组(Km)：主要岩性为含燧石夹层钙质泥岩、砂岩和灰岩，为海相沉积。其覆盖在早白垩纪蛇绿岩套之上，与下伏其他地层为断层接触。古近系始新—渐新统萨各迪克组(Tems)：主要岩性为泥灰岩、鲕状灰岩,为海相沉积,与下伏地层为断层接触。新近系上新统潘多亚组(Tmpp)：以砾岩、砂岩为主的粗碎屑岩，属构造混杂岩,称“苏拉威西磨拉石”，不整合于下伏地层之上。第四系主要为珊瑚礁沉积及冲积物沉积。

本区域断裂构造比较发育，主要有NW向、NE向两组，长度多数在数km以上。上新世以后地壳差异升降运动显著，珊瑚礁高出海面400～700 m。上新世的上升运动伴随强烈的风化作用，超镁铁质岩经风化淋滤，富集成红土型镍矿[9-10]。

本区的蛇绿岩套(Ku)属苏拉威西岛东南分支的一部分，威拉镍矿区外围呈近环状分布，岩石组合为方辉橄榄岩、斜辉橄榄岩、二辉橄榄岩夹纯橄榄岩、辉石岩和辉长岩等。部分岩石具蛇纹石化。

2 矿区地质

2.1 地层

威拉镍矿区及周边出露地层主要为白垩系上统马塔诺组、新近系上新统潘多亚组、第四系下统冲积物及全新统残坡积物、冲洪积物(图3)。

2.1.1 白垩系、新近系地层

(1)白垩系上统马塔诺组(Km)

分布于矿区西、北、东部，以古山间盆地的基底形式出现，基岩裸露、地形较陡峻。主要岩性以灰岩为主，岩石呈灰色-深灰色，泥晶结构，中层-厚层状产出。矿物成分以方解石为主，含量>95%；常见方解石细脉。

图3 威拉镍矿矿区地质图Fig.3 Geological map of Weila nickel mine

(2)新近系上新统潘多亚组(Tmpp)

南部以泥岩、粉砂岩和砂岩为主夹有粉砂质粉晶含灰质白云岩，地形低缓；中部北东向山脊地形陡峻，露头良好，岩石基岩裸露以砾岩为主，岩石呈杂色，砾状结构，厚层状构造，地表岩块状分布。砾石成分复杂，以灰岩质为主，次见石英脉岩等，砾石呈次圆状-圆状，大小不一，直径2～200 mm，分选性差，含量>70%。砂质成分以长石、石英为主，粒度0.5～2 mm，呈填隙物分布，含量>20%。胶结物为泥质、钙质，岩石坚硬，不整合在马塔诺组灰岩之上。

2.1.2 第四系地层

矿区内分布较广，主要以下更新统冲积物,残坡积物及全新统冲洪积物为主。

(1)下更新统冲积物(Qp1al)

下更新统冲积物为本次工作新发现的地层，呈一斜歪的倒U字型分布于矿区中部古山间盆地中，主要岩性为砾岩、巨砾岩，砾石成分以超基性岩的橄榄岩为主，含量>99%，偶见灰岩形成的砾石(图4)；砾径粗大，以巨砾为主，少部分粗砾状。厚度一般在数米至二三十米间，矿区中部沟谷中野外调查发现最大厚度在百米左右。该砾岩是威拉砾岩型红土镍矿的成矿母岩。与下伏地层为不整合接触(图5)。

橄榄岩质砾岩砾石成分为含尖晶辉石橄榄岩(岩矿鉴定由河北省区域地质调查院实验室完成，下同)：岩石新鲜面呈深灰色，半自形粒状结构、网状结构，块状构造。成分由橄榄石和辉石、尖晶石组成。

橄榄石：呈自形-半自形粒状，部分颗粒边界不清楚，少部分粒度0.2～2 mm，杂乱分布，不具定向特征，构成岩石主体，具网状结构，沿网格具蛇纹石化，少量具褐铁矿化。含量75%±。

辉石：主要为斜方辉石，粒度部分0.6～2 mm，部分2～5 mm，杂乱分布，表面可见裂纹，少量沿边缘及裂纹具皂石化、绢云母化。含量20%～25%。

图4 橄榄岩质砾岩中的一个灰岩砾石照片Fig.4 Limestone gravel in a peridotite conglomerate

图5 橄榄岩质砾岩不整合在砂岩之上的照片Fig.5 Peridotite conglomerate unconformably overlying sandstone

尖晶石：黄褐色，呈他形粒状，大小0.1～0.5 mm，零散分布。含量1～5%。副矿物为不透明矿物-磁铁矿和铬铁矿等。次生矿物为蛇纹石、皂石、绢云母和褐铁矿。

时代探讨：①该套地层不整合在新近系上新统潘多亚组各种碎屑岩及白垩系上统马塔诺组灰岩之上，其形成时代为第四纪；②其出露高于当地侵蚀面数十至200余米，部分已构成山脊，表面经风化淋滤已形成最厚达26 m的风化壳，短时间内的风化难于达到这样的程度；③该套地层的岩石已固结成岩，据此将其时代定为早更新世是恰当的。

(2)残坡积物(Qedl)

地表残坡积物按颜色又可以划分为黄色和红色两种，后者俗称红土风化壳，多构成红土型镍矿体。

黄色残坡积物：多分布在灰岩、砾岩之上，以黄色、黄褐灰色为主，成分为基岩风化后形成的黏土、砂土及转石，厚度各地不一，向下渐变为基岩。因区内分布较少，未单独划出。

红土风化壳：区内红土风化壳分布面积相对较大，垂向剖面上有明显的岩相分带性，为区内红土型镍矿主要赋矿层位。

(3)冲洪积物(Qal)

分布在河流及沟谷中，主要由卵石、砾石、砂土和黏土组成。

2.2 矿区构造

上新世后的上升运动使得呈环状分布于矿区外围的蛇绿岩套被抬升掀斜，遭受剥蚀搬运，在矿区中部山间盆地中沉积，形成下更新统以橄榄岩质砾石为主要成分的巨砾岩、粗砾岩。之后伴随强烈的风化、淋滤作用，镍质富集成红土型镍矿。

区内马塔诺组、潘多亚组地层以掀斜为主，褶皱构造不发育，未发现断层构造，也未发现岩浆岩出露。

3 红土风化壳垂向分带及区域岩性对比

3.1 红土风化壳垂向分带

风化壳在垂向剖面上有明显的岩相分带，根据其颜色、结构、构造及物质组成划分为3个岩性段，各岩性段之间界线为渐变关系，自上而下岩性序列为：红土带、腐岩带及基岩带[11-13]。

红土带上部以褐红色黏土为主。

褐红色黏土呈褐红色、紫红色，泥质结构，土状构造，由黏土质矿物、铁质矿物(占95%～97%)及少量原岩残留、硅质矿物(3%～5%)组成。薄片鉴定为铁质黏土，黏土质由隐晶状、显微鳞片状黏土矿物组成，铁质呈褐红-褐黄色隐晶状，二者混杂，略显定向分布。少量黏土质集合体碎屑状外形，零散分布，有的呈残留网格结构。部分铁质相对呈聚集状分布。原岩残留矿物、碎块及不透明矿物颗粒零散状分布。硅质矿物由隐晶状玉髓、微粒状石英构成，集合体显碎屑状或细脉状等，零星可见，为晚期次生矿物。

褐红色黏土层主要分布在山坡、山前开阔地带及低山顶部，由橄榄岩质砾岩风化而成。

该岩性段为边界品位镍矿体主要赋矿层位。

红土带下部以浅褐红色、黄色和黄褐色黏土为主，泥质结构，多呈疏松多孔的土状构造，局部呈粒状构造，与红色黏土层相比，颗粒变粗，主要为风化残留的碎、小颗粒。主要矿物有针铁矿、褐铁矿，由橄榄岩质砾岩经长期强烈风化形成，与上层红色黏土层呈渐变过渡，铁含量较上层低。该岩性段在本区内不发育。

腐岩带为强风化的橄榄岩质砾岩。主要为黄绿色、黄褐色风化土状颗粒、碎块，泥质结构，块状构造。薄片鉴定为强风化辉石橄榄岩，岩石由橄榄石假像(75%)、辉石(20%)组成。橄榄石呈粒状，杂乱分布，被蛇纹石、黏土质和铁质等交代明显，单偏光显微镜下残留网格结构，网眼内有橄榄石残留。蛇纹石呈纤状、鳞片状等；黏土质呈隐晶状、微细鳞片状，铁质呈黄褐色粉状，黏土质、铁质呈混杂状交代蛇纹石、橄榄石，少量黏土质集合体似斜长石假像。辉石呈柱状，零散分布，轻微黏土化等。该层位常见未风化或弱风化的橄榄岩残块，残块中心通常风化较弱，边部风化相对较强。该层上部风化程度较高，多呈黏土状，松散易碎，间夹少量的团块状原岩；底部靠近基岩位置，混杂的基岩风化物逐渐增多，变为碎块状、块状，岩石硬度增加，沿裂隙多见次生石英细脉偶见翠绿色薄膜状镍化细脉。该岩性段为本区边界品位镍矿体主要赋矿层位及主要的工业矿体含矿层位。

红土带至腐岩带有不同程度的镍矿化，在腐岩带的中下部(土块状)达到最大富集，少数在较深的腐岩底部才出现最大富集。

基岩带腐岩带向下随着风化程度的减弱，岩性逐渐过渡为基岩-橄榄岩质砾岩。

3.2 区域岩性对比

区域上，在本省的科拉卡县(Kolaka)也曾发现并研究过砾岩型红土镍矿，其砾岩主要分布在该研究区的中部，直接覆盖在超基性岩和混杂片岩之上，与二者为沉积接触关系。砾岩成分北部以橄榄岩、纯橄榄岩等超基性岩为主，含量>95%，局部见少量杂砂岩砾石，该区镍矿体主要产出于该类以超基性岩为主要成分的砾岩中。向南超基性岩砾石含量逐渐减少，杂砾岩、泥岩砾石含量增多，局部夹少量钙质泥岩、杂砂岩，该类砾岩中仅局部见零星的镍矿化。向中南渐变为砂岩，成分复杂，局部夹少量含砾粗砂岩、泥岩。该套地层形成于始新世—渐新世时期[14]。由上述可见，两地虽同为砾岩型红土镍矿，但原岩地层形成时间上科拉卡县的砾岩型红土镍矿形成于始新世—渐新世时期，明显早于本区的早更新世，那么相应的地层层位便也不同。更加明显的是基岩岩性的不同：科拉卡县的砾岩型红土镍矿由超基性岩质砾岩渐变为砂岩，而本区则全为橄榄岩质砾岩。

4 见矿情况、区域对比及开采经济效益

威拉镍矿形成基岩为橄榄岩质砾岩，分布面积<5.5 km2，本次普查工作施工钻孔74个，见矿孔51个，圈定边界品位矿体4个，矿体厚度3.10～4.13 m，平均厚度3.62 m；21个孔中见工业品位矿，除分两处的7个孔可圈定3个块段的333资源量外，其他14孔为单孔或相邻两孔见矿，矿体厚度2.17～3.67 m，平均厚度2.92 m；获得的333资源量情况见表1。利用见矿孔中571件样品(由本队测试,下同)统计了风化壳(红土带+腐岩带)厚度、红土带及腐岩带厚度和品位等(表2、3)。

位于北西方向160 km且同处于苏拉威西东部蛇绿岩套中的中苏拉威西省莫罗瓦利县(Morowali)哈萨红土型镍矿(4)河北省地矿局第五地质大队.印度尼西亚中苏拉威西省Morowali县Kolonodale镇哈萨红土镍矿A、C区普查地质报告.唐山：河北省地矿局，2014.,矿区面积>25 km2，区内及周边基岩全为橄榄岩，普查工作施工钻孔239个，见矿孔210个，圈定边界品位矿体7个，矿体厚度3.85～6.84 m，平均厚度4.96 m；圈定工业品位矿体7个，矿体厚度4.23～8.20 m，平均厚度5.84 m；获得的推断内蕴经济资源量(333)(表1)。利用见矿孔中3 001件样品统计了风化壳(红土带+腐岩带)厚度、红土带及腐岩带厚度和品位等(表2、3)。

科拉卡县砾岩型红土镍矿同样划分为红土带(包括腐殖土层、红土层)、腐岩带(包括强风化砾岩层、半风化砾岩层)和基岩。各层品位和厚度见表4。其强风化砾岩层内局部可形成工业矿体，一般规模不大；半风化砾岩层为主要含矿层。

表1 矿区Ni 333资源量统计表(单位：矿石量、金属量，万t；Ni品位：%)

*：边界品位矿1.40%>ω(Ni)≥1.00%，工业品位矿：ω(Ni)≥1.40%，高品位矿ω(Ni)≥1.80%。

**：高品位矿在工业矿体内再次圈定。

表2 矿区风化壳厚度统计表

表3 矿区风化壳品位统计表

表4 科拉卡县(Kolaka)镍矿风化壳品位、厚度统计表

威拉镍矿成矿基岩为橄榄岩质砾岩，自早更新世成岩之后经风化淋滤、富集成矿。哈萨镍矿成矿基岩为橄榄岩，自上新世开始经强烈风化作用淋滤、富集成矿。威拉镍矿成矿物质(基岩)分布范围明显不足；成矿时间上远远短于哈萨镍矿；其矿床规模上威拉镍矿明显低于哈萨镍矿，前者工业品位矿石量占比仅为5.23%，后者为47.16%并具有20%的高品位矿；后者的边界品位矿体厚度是前者的1.37倍，工业品位矿体为2倍，品位也明显高于前者。

由表2、3中数据可以看出，由于风化作用的时间较短，威拉镍矿红土带厚度明显小于腐岩带厚度，而哈萨镍矿却恰恰相反。风化壳平均厚度后者高出前者3 m。红土带、腐岩带的Ni、TFe品位，后者明显大于前者，反映了后者的风化程度明显高于前者。

科拉卡县镍矿成矿时间与哈萨镍矿相近。但其红土带、腐岩带厚度、Ni品位与威拉镍矿相近，TFe品位却与哈萨镍矿相近，仅在腐岩带中含矿。

印度尼西亚苏拉威西岛等地有数十家中外企业开采红土型镍矿，其经济适用的冶炼方法为湿法冶炼HPAL(高压酸浸)工艺。HPAL工艺的经济性主要取决于矿石品位、生产规模和转化成本等因素。年产3×104t金属镍，矿石边界品位1.4%，且拥有20年寿命期的项目才是经济的[15]。相关企业遵循上述指标进行生产，经济效益将十分可观。