新疆东准噶尔托吐喀腊铜镍矿的发现及地质意义

2022-02-03王君良赵玉京肖艳东孟贵祥汤贺军邓震范侥

新疆地质 2022年3期

王君良 ,赵玉京 ,肖艳东 ,孟贵祥 ,汤贺军 ,邓震 ,范侥

（1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐 830000；2.中国地质科学院，北京 100037）

世界上已发现的超大型岩浆硫化物矿床多产于大火成岩省或大陆裂谷中，但在全球若干造山带中也发现了大量中大型岩浆硫化物矿床。我国天山造山带北部发现的黄山-镜儿泉成矿带及东昆仑造山带发现的夏日哈木超大型镍矿，指示造山带也是岩浆型铜镍硫化矿床形成的有利构造背景[1,2]。新疆天山北部晚古生代造山带分布两个重要的基性-超基性杂岩体带，分别是土墩-黄山-镜儿泉-图拉尔根镁铁质杂岩带、科克别克提-喀拉通克-锡泊渡铁镁质杂岩带。前者已发现黄山、黄山东、土墩、香山等多个大中型铜镍矿，后者仅有喀拉通克大型铜镍矿[3]。近年来，在喀拉通克一带相继发现默色克奥依、科克别克提[4]、库拉比也铜镍矿点,但找矿效果并不理想。托吐喀腊铜镍矿位于东准噶尔北塔山一带，矿化产于中基性杂岩体中，具早期岩浆熔离分异、后期热液叠加两期成矿作用，显示较好的铜镍成矿潜力。本文详细介绍了托吐喀腊铜镍矿床地质特征，初步探讨该矿的发现及地质意义，为准噶尔东北缘铜镍勘查工作提供新的思路。

1 区域大地构造背景

东准噶尔位于新疆东北部，北部为阿尔曼太蛇绿混杂带，南部为卡拉麦里复合俯冲增生杂岩带（图1）。属赛米斯台-三塘湖复合岛弧带三级构造单元[5]。在构造上包括了额尔齐斯-玛因鄂博大断裂以南的准噶尔东北缘褶皱带，阿尔曼泰断裂以南，卡拉麦里-塔克扎勒缝合带以北的岛弧区古洋壳。

图1 东准噶尔北缘地质简图Fig.1 Geological sketch map of the northern margin of East Junggar

区域内褶皱、断裂构造发育，构造线总体为NW向展布，北部受阿尔曼太深大断裂控制，区内加里东期、海西期构造活动强烈；南部发育库布苏断裂、清水-苏吉泉断裂及卡拉麦里等深大断裂，为一个构造背景极为复杂、岩浆活动极为强烈的地区。区域地层以晚古生代地层为主，早古生代地层在北部和中部少量分布，由老到新有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、古近—新近系及第四系。区域岩浆活动强烈，包括与板块俯冲有关的岛弧钙碱性系列中酸性侵入岩、后碰撞伸展阶段形成的镁铁-超镁铁杂岩及后造山阶段形成的碱性侵入岩。以中酸性侵入岩分布范围最广，侵入时代以石炭纪和二叠纪为主。

2 矿区地质特征

2.1 地层建造及构造

托吐喀腊铜镍矿在成矿单元上属古亚洲成矿域，属北塔山Au-Cu-Fe-石墨矿带。出露地层主要为上志留统红柳沟组第二岩性段，为一套浅变质火山岩、碎屑岩建造，出露岩性主要为变质砂岩夹凝灰质砂岩、粉砂岩、凝灰岩、玄武岩等（图2）。岩石普遍具弱变质现象，与侵入岩接触部位具角岩化。区内地层产状总体倾向为NW向，倾角55°～78°，地层产状受后期构造、岩浆活动影响较强，地层倾向既有NW向也有SE向。

图2 托吐喀腊矿区地质图Fig.2 Geological map of Tuotukala deposit

区内主要发育断裂构造，按走向分为NW 向、NE 向、近EW 向断裂。其中NW 向断裂为库普区域性深大断裂，分布于矿区南部，沿库普断裂带北侧相继发现野马泉金矿、托吐喀腊铜镍矿、阿克塔斯阔腊金矿。NE 向断裂为区内控岩、控矿断裂，表现为中基性杂岩体、矿体沿NE 向分布，沿断裂带发育EW向褐铁矿化蚀变带。近EW向断裂为区域断裂派生的次级断裂，区内表现为大量分布的近EW 向中酸性脉岩。另外，区内广泛发育NW向劈理，含矿岩石中磁黄铁矿多呈透镜状，揭示剪切应力作用于成岩成矿过程。

2.2 岩体地质特征

托吐喀腊铜镍矿区中基性杂岩体分布于库普深大断裂北侧，由于基岩多未出露，风化面颜色与地层相似，以往1∶5 万区域地质调查工作未识别出杂岩体。杂岩体受NE向断裂控制，呈NE向展布，侵位于晚志留统红柳沟组角岩化凝灰岩、砂岩中，岩体具一定岩相分带，主要岩石类型有闪长岩、角闪辉长岩、辉长岩、橄榄辉长岩、角闪石岩。其中辉长岩、橄榄辉长岩、角闪石岩是区内含矿岩体，总体分布于杂岩体下部、边部。岩体在面积约0.3 km2的范围内密集出露，地表形态呈椭圆状，长轴走向229°，剖面形态呈漏斗状，地表出露宽60～150 m，长350 m。岩体出露地区呈现明显负地形，总体破碎、蚀变发育。

闪长岩为灰黑色，中细粒结构，块状构造。主要分布在矿区西部及杂岩体外侧，由斜长石（70%±）、角闪石（20%±），少量黑云母（5%±），微量金属矿物组成（图3-e,f）。斜长石呈自形板状，具强泥化，局部绢云母化。角闪石多已蚀变，呈残留状分布。

辉长岩为灰黑色，半自形中细粒粒状结构，块状构造。主要由斜长石（45%±）、辉石（35%±）、白云母（5%±）、碳酸盐（10%±）及少量金属矿物（小于3%）组成（图3-c,d）。其中斜长石呈半自形板状，聚片双晶发育，帘石化轻度，碳酸盐化发育。辉石为褐黄色，柱状，均匀分布于斜长石间。

图3 矿区典型岩石正交偏光、单偏光显微特征Fig.3 Microscopic characteristics of crossed polars and monopolarization of typical rocks in mining area

角闪石岩为灰色，他形-半自形粒状结构，块状构造。主要分布在矿区中部、西南部，主要由角闪石（99%）、少量金属矿物组成。角闪石呈他形粒状、柱状杂乱分布，纤闪石化发育。地表透闪石化、绢云母化、碳酸盐化、褐铁矿化、滑石化发育，破碎强烈，岩石受构造作用影响，具明显定向拉伸现象，揭示成岩成矿后受构造改造作用。

橄榄辉长岩为灰黑色，中粗粒结构，为隐伏岩体，是区内主要含矿岩体，主要分布在辉长岩下部。主要由辉石（35%±）、斜长石（50%±）、橄榄石（10%±）及少量金属矿物（小于5%）组成（图3-a,b）。其中辉石绿泥石化、滑石化发育。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

托吐喀腊铜镍矿区共圈定3条矿体。

Ⅰ-1 矿体分布在杂岩体南部，含矿岩石为强蚀变角闪石岩，控制长约100 m，厚2.0 m，矿体呈透镜状，NW向分布，倾向SW 向。矿体中Ni 品位0.40%～0.56%，平均品位0.48% ；Co品位0.03%～0.05%，平均品位0.04%。

Ⅰ-2-1、Ⅰ-2-2铜镍矿体分布在杂岩体东北部，含矿岩石为辉长岩、橄榄辉长岩。由Ⅰ-TC24、Ⅰ-ZK1601、Ⅰ-ZK2402控制，目前控制矿体长约300 m，矿体总体走向276°，倾向SW向。Ni 品位0.20%～0.33%，Cu 品位0.20%～1.54%，伴生Co品位0.01%～0.03%。

3.2 矿石结构构造

矿石结构主要为他形粒状结构。矿石构造主要为浸染状、团斑状、块状构造，局部为细脉状构造。

团斑状矿石在ZK2402钻孔浅部辉长岩中发育，矿石以富硫化物为特征，硫化物含量大于15%。硫化物以含孔洞黄铁矿为主（图4-a,b），其次为黄铜矿，镍黄铁矿较少。

浸染状矿石为区内主要矿石类型，主要发育于岩体下部的橄榄辉长岩中（图4-c），金属硫化物呈不等粒集合体分布于硅酸盐矿物之间，粒度、含量变化较大，主要金属硫化物有磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿等。

块状矿石近期施工的ZK1201钻孔在橄榄辉长岩中发现厚度约25 cm的块状矿石（图4-d）。硫化物含量大于50%，以磁黄铁矿、镍黄铁、黄铜矿、黄铁矿为主，为贯入式成矿作用形成。

图4 钻孔矿石照片Fig.4 Borehole ore photos

细脉状矿石少量，地表见孔雀石、镍华等沿岩石节理或裂隙分布。钻孔内分布细脉浸染状铜镍硫化物。

3.3 矿石矿物组成

据岩矿鉴定及矿物成分微区分析（图5，6，表1），矿石主要金属矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿，次要金属矿物为黄铁矿、含镍辉砷钴矿、铁闪锌矿、磁铁矿等。非金属矿物为孔雀石、镍华、纤闪石、透闪石、滑石等蚀变矿物。

图5 矿石显微照片Fig.5 Ore micrograph

磁黄铁矿为矿石中主要金属硫化物，具磁性，在角闪石岩、橄榄辉长岩、辉长岩中均见发育。矿物主要呈他型粒状集合体，粒径0.1～30 mm，具明显定向拉伸特征，呈透镜体平行分布，显示韧性剪切构造改造特征。据矿物能谱分析结果（表1），磁黄铁矿中Fe原子百分比为44.08%～46.02%，属单斜磁黄铁矿低温相[6]。

表1 矿物成分微区分析测试结果Table 1 Microanalysis and test results of mineral composition 单位：%

黄铜矿为矿石中主要金属硫化物，为主要含铜矿物，多与磁黄铁矿连晶状分布。主要在橄榄辉长岩和辉长岩中发育，在角闪石岩中少量发育。矿石中分布不均，局部富集呈团块状，粒径0.02～40 mm，通常呈不规则集合体，局部呈脉状分布。

镍黄铁矿为矿石中主要含镍矿物，在橄榄辉长岩、辉长岩、角闪石岩中发育。矿石中含量一般，多与磁黄铁矿共生，沿磁黄铁矿裂隙呈碎裂脉状、粒状发育。

黄铁矿为矿石中主要硫化物。在辉长岩、角闪石岩中发育，与黄铜矿共生。ZK2402钻孔内黄铁矿发育较为特殊的气孔构造。

辉砷钴矿为矿石中主要含钴矿物。矿石中含量较少，与磁黄铁矿共生，呈粒状分布。镜下可见典型的五角十二面体晶型，银灰色，亮度明显高于其他硫化物。

矿石中除岩浆硫化物矿床常见的磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿外，还发现了辉砷钴矿、铁闪锌矿，且改造矿岩体受后期韧性剪切变形明显，可能存在晚期剪切作用的叠加成矿。ZK2402 中出现较罕见的含气孔构造黄铁矿，可能为深部含矿岩浆沿断裂通道快速上涌，温压急剧下降条件下形成。

4 矿床成因及意义

托吐喀腊一带中基性杂岩体由幔源岩浆演化形成，受断裂构造控制明显，呈小岩体产出，出露面积小。杂岩体主要由角闪石岩、橄榄辉长岩、辉长岩、角闪辉长岩、闪长岩构成。矿（化）体主要赋存在杂岩体中下部位的辉长岩、橄榄辉长岩相内。矿化具有两类形式：①稀疏浸染状、星点状、团斑状，为熔离分异成因，铜镍矿化品位为0.2%～0.5%；②块状、细脉状，12 线新发现块状矿石，证实矿区存在贯入式成矿作用，这一成矿作用可能形成特富矿体。初步研究认为，托吐喀腊铜镍矿属岩浆型铜镍硫化物矿床。铜镍成矿作用包括早期分异作用和后期热液叠加作用，前者形成硫化物组合为磁黄铁矿+镍黄铁矿+黄铜矿，后者形成硫化物组合为含孔洞黄铁矿+黄铜矿+镍黄铁矿。

图6 矿物扫描电镜能谱图Fig.6 Energy spectrum of mineral scanning electron microscope

2017 年1∶5 万地球化学异常查证工作中首次发现托吐喀腊一带中基性杂岩体，2018—2020年在杂岩体中先后发现多处铜镍矿化线索，2021年开展系统的评价工作。通过初步工作，明确了杂岩体为幔源岩浆活动形成，经岩浆熔离分异作用及后期含矿热液叠加，在杂岩体下部橄榄辉长岩、辉长岩中形成铜镍矿体。目前矿区发现的杂岩体总体沿区域性NW 向深大断裂北侧分布，具体展布形态受NE向次级断裂控制，成岩成矿过程受剪切应力作用控制，局部岩石、硫化物变形强烈，呈透镜状定向排列。

托吐喀腊铜镍矿的发现是继喀拉通克铜镍矿发现之后，准噶尔东北缘岩浆型铜镍矿的找矿新突破。这一发现增加了北塔山Cu-Au 成矿带成矿类型，揭示了自喀拉通克至北塔山一带，仍有基性-超基性岩型铜镍找矿潜力。NW向、NE向深大断裂附近，中基性杂岩体叠加Cu-Ni-Co地球化学异常区域是找矿的有利地段。