東天山地區銅鎳礦找礦評價指標探討

劉 歡，焦建剛，2，張國鵬，高 棟，邵樂奇

（1.長安大學地球科學與資源學院，西安710054；2.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室，西安710054）

東天山地區銅鎳礦找礦評價指標探討

劉 歡1，焦建剛1，2，張國鵬1，高 棟1，邵樂奇1

（1.長安大學地球科學與資源學院，西安710054；2.西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室，西安710054）

巖漿銅鎳硫化物礦床主要賦存在鎂鐵-超鎂鐵質巖體中，賦礦巖體規模一般較小，礦體主要賦存在巖體的下盤，形成了很多小巖體大礦床的現象。世界上鎂鐵-超鎂鐵質巖體很多，如何判定巖體深部是否具有成礦潛力一直是大家關注的焦點。本文在前人大量研究的基礎上，以東天山地區為例，對比剖析了成礦與不成礦鎂鐵-超鎂鐵質巖體的地質、地球化學特征，試圖從理論上判別巖體的成礦潛力。提出成礦的超鎂鐵質巖體一般具有明顯右傾的稀土配分曲線，巖體屬于多期巖漿侵入形成，巖石中含一定量的斜方輝石，造巖礦物顆粒大小具有明顯變化等找礦評價指標。

銅鎳硫化物礦床；找礦評價指標；東天山

1 前言

東天山地區產出了十多個大中型銅鎳硫化物巖漿礦床（大型3個：黃山、黃山東、圖拉爾根），已經成為我國第二大銅鎳硫化物礦床成礦帶，目前發現的銅鎳資源儲量大于1×106t，僅次于金川銅鎳硫化物礦床[1]。東天山地區斷裂構造十分發育，三條主干斷裂多為近東西走向，從北往南依次為康古爾塔格-黃山深斷裂、秋格明塔什-苦水斷裂、阿齊克庫都克-沙泉子斷裂，是巖漿活動的通道?？倒艩査裆顢嗔褞菛|疆規模最大的深斷裂帶之一，具有剪切和擠壓交替作用而呈多期變形特征，鎂鐵-超鎂鐵雜巖體沿康古爾塔格斷裂帶不連續分布。在主干斷裂兩側派生出一系列次級斷裂構造，為本區重要的控巖控礦構造，而更次級的斷裂構造是鎂鐵-超鎂鐵質巖體直接的容巖容礦構造[2]。此外，區內褶皺構造較為發育，多為線狀緊閉褶皺。

東天山地區地層除中生界白堊系、三疊系缺失外，中元古界至新生界皆有出露。中元古界主要出露于研究區南部，為一套深變質巖系；奧陶系分布零星且面積較小，為一套海相凝灰巖夾安山巖及細碧角斑巖建造；泥盆系出露于研究區西北部，巖性為中酸-中基性火山巖、火山碎屑巖；石炭系為本區出露最廣的地層，巖性為中酸-中基性火山巖、火山碎屑巖夾硅質巖、板巖和結晶灰巖、變粒巖、淺粒巖、片巖等。

東天山地區目前發現大小鎂鐵-超鎂鐵質巖體數十處，各巖體的基本巖石類型主要為橄欖巖、輝石巖、蘇長巖、輝長巖以及它們之間的過渡類型，部分巖體還有閃長巖。但是，不同巖體之間各種巖石所占的比例存在明顯差異。各巖體巖石主要發生了蛇紋石化、滑石化、碳酸鹽化、綠泥石化、鈉黝簾石化、透閃石化、纖閃石化等。目前在有些巖體中發現礦化較好，有些巖體中只有少量的礦化或沒有礦化，大量的勘探工程實施之后，仍然無法分辨巖體是否具有成礦潛力。本文總結了東天山地區成礦巖體與不成礦巖體（或貧礦化巖體）的地質與地球化學特征，試圖從理論上區分二者之間的差異，初步建立找礦評價指標，進一步指導勘查找礦。

2 找礦評價指標體系

2.1 小巖體對成礦有利

研究區鎂鐵-超鎂鐵質巖體的規模都較小，巖體面積多集中于0～6.3 km2之間，具有小巖體成礦的特征。其中圖拉爾根、天宇、馬蹄巖體面積小于0.1 km2，香山中、葫蘆、白石泉、土墩巖體面積不足1 km2，黃山、黃山東、香山西、白鑫灘、紅石崗、二紅洼北巖體面積小于3 km2，二紅洼南、黃山南、大草灘、峽東等巖體面積在4～6.3 km2之間，四頂黑山巖體面積最大（＞35 km2），屬大巖體?？傮w來看，小巖體對成礦有利（見表1）。

表1 東天山巖體形態與規模一覽表Table 1 The shape and scale of Eastern Tianshan intrusions

2.2 巖體分異充分且富含斜方輝石，巖漿具有多期侵入特征對成礦有利

各巖體間巖相分帶關系主要有兩種，一種為從內到外基性程度增加，比如黃山、黃山東、土墩、馬蹄、疙瘩山口巖體，從中心到邊部依次為（閃長巖）→輝長巖→輝石巖→橄欖巖；另一種為從內到外基性程度降低，如圖拉爾根、葫蘆巖體，從中心到邊部依次為橄欖巖→輝石巖→輝長巖（→閃長巖）。各巖相之間為侵入接觸或漸變過渡關系，顯示出多期侵入的特征。

總體來看，黃山、黃山東等巖體均是正序侵位，侵位順序為：閃長巖-輝長巖（蘇長巖）-輝石巖-橄欖巖，不含礦的巖相先侵位，含礦巖相后侵位，含礦巖體未遭受到破壞；白石泉、天宇巖體是反序侵位，侵位順序為：橄欖巖-輝石巖-輝長巖（蘇長巖）-閃長巖，含礦巖相先侵位，不含礦巖相后侵位。

2.3 礦物粒度之間的變化范圍較大對成礦有利

各巖體的主要造巖礦物組合為橄欖石、單斜輝石、斜方輝石、斜長石、角閃石，其中黃山、黃山東、圖拉爾根、四頂黑山巖體含有少量黑云母；馬蹄、串珠巖體含有少量金云母；葫蘆、天宇、白石泉巖體含有少量黑云母和金云母。礦物粒度之間的變化范圍較大對成礦有利（見表2）。

表2 礦物粒度變化統計表Table 2 Statistics table of mineral grains mm

2.4 橄欖石Fo值太大，橄欖石中鎳含量太高對成礦不利

各巖體中橄欖石Fo牌號在70～90之間，屬貴橄欖石，隨著橄欖石Fo值的降低，Ni含量有降低的趨勢，橄欖石中出現了Ni的虧損（Ni一般小于2 500 ppm，1 ppm=10-6），表明在橄欖石大量結晶之前發生了硫化物的熔離，對成礦有利；而峽東巖體橄欖石Fo牌號在90左右（見表3），屬鎂橄欖石，其Ni含量一般大于2 000 ppm，Ni含量較高，對形成銅鎳礦不利。

2.5 巖體中鎂鐵比值（m/f）介于2～6.5對成礦有利

巖體的主量元素分析顯示，各類巖石具有高鎂、低鈣、低鋁、低堿、低鈦、低磷的特征。各巖體的鎂鐵-超鎂鐵質巖體的m/f主要（＞70%）集中于2～6.5之間，Mg#在0.7～0.9之間，屬鐵質超基性巖，少部分樣品m/f在0.5～2之間，Mg#在0.4～0.7之間，屬富鐵質超基性巖或鐵質基性巖。

大型礦床（圖拉爾根、黃山、黃山東）79%以上樣品的m/f在2～6.5之間，Mg#在0.7～0.84之間，其余樣品m/f在0.5～2之間，相應的Mg#在0.5～0.7之間；中型礦床（香山中、葫蘆、土墩、白石泉、天宇）70%以上樣品的m/f在2～6.5之間，Mg#在0.7～0.85之間，其余樣品m/f在0.5～2之間，相應的Mg#在0.4～0.7之間；小型銅鎳礦床（點）74%以上樣品m/f在2～6.5之間，相應的Mg#在0.7～0.9之間，其余樣品m/f在0.5～2之間，相應的Mg#在0.4～0.7之間。

表3 東天山各巖體橄欖石成分一覽表Table 3 Olivine compositions of Eastern Tiansan intrusions

峽東巖體純橄巖樣品的m/f在10～13之間，Mg#大于0.9，而輝長巖樣品的m/f在1～2之間，Mg#在0.5～0.6之間。

在SiO2-Na2O+K2O圖解中，東天山各樣品點主要落入亞堿性巖區，僅有少部分落入堿性巖區；在FeOT-Na2O+K2O-MgO圖解中，各樣品點大部分落入拉斑玄武巖區?？傮w顯示為亞堿性拉斑玄武巖系列。

2.6 稀土元素配分曲線圖右傾（（La/Sm）N與（La/Yb）N大于1）對成礦有利

含礦巖體的微量元素分析顯示相對富集大離子親石元素（Rb、Ba、Sr、Th、U），虧損高場強元素（Zr、Hf、Nb、Ta）。含礦巖體稀土元素分析顯示稀土總量較高，配分模式圖總體顯示為右傾形式，輕稀土富集，重稀土相對虧損。主體表現平坦型稀土元素分布特征的巖體一般不成礦或成貧礦，主體表現輕稀土元素虧損的巖體一般不成礦。

在稀土元素配分曲線圖上（見圖1），大、中型銅鎳礦床的稀土元素配分圖均顯示右傾，輕稀土富集，重稀土相對虧損，輕重稀土元素分餾程度相似，微量元素配分圖顯示Nb、Ta虧損，大離子親石元素U富集。串珠、白鑫灘、疙瘩山口巖體稀土元素配分圖也顯示右傾，暗示其可能有利于成礦。四頂黑山、峽東、馬蹄巖體稀土元素配分圖均顯示平坦型，可能不成礦或成貧礦。利用各巖體（La/Yb）N及Cu/Ni比值的平均值作圖（見表4和圖2）。從圖中可以大致劃分出不成礦區和成礦區以及它們中間的過渡帶。

圖1 東天山巖體稀土元素配分圖解（標準化數據據Taylor等，1985）Fig.1 Chondrite normalized REE pattern diagrams of Eastern Tiansan intrusions（normalization values after Taylor et al，1985）

表4 東天山各巖體微量元素分析數據Table 4 The characteristic data of trace elements from Eastern Tiansan intrusion

圖2 鎂鐵-超鎂鐵質巖體（La/Yb）N-Cu/Ni圖解Fig.2（La/Yb）N-Cu/Ni diagram of mafic-ultramafic intrusions

2.7 高Cu/Zr值對成礦有利

前人測試樣品中，除葫蘆、白石泉巖體有個別樣品Cu/Zr＜1外，其余樣品Cu/Zr＞1；總體來看，從超基性巖→基性巖→中性巖，Cu/Zr值逐漸降低，Ni含量也逐漸降低；各巖體的大多數樣品Cu/Zr＞1，僅少部分樣品Cu/Zr＜1；隨著Cu/Zr值的增加，大多數樣品的Ni含量逐漸增加，顯示出硫化物熔離的趨勢。

2.8 區域上的Cu、Ni、Co、Cr綜合化探異常對找礦有利

1∶200000區域地球化學測量結果表明，黃山-鏡兒泉鎂鐵-超鎂鐵巖帶表現為Ni、Co、Cr高背景和高相關性的組合異常，同時還有Cu、Mo等元素的高異常背景。區內綜合異常與有利賦礦巖體及斷裂構造關系密切，并呈明顯帶狀展布，與鎂鐵-超鎂鐵巖帶分布范圍相一致，特別是規模大、濃度高的異常，多沿斷裂構造及其兩側分布。異常帶內的銅鎳礦床往往位于1∶50 000化探掃面發現的Cu、Ni、Co、Cr組合異常區內，異常中心常與超基性巖體相對應。

2.9 高磁、高重力、高極化、低阻組合物探異常有利于成礦

含礦鎂鐵-超鎂鐵質巖體的地球物理標志主要為“三高一低”：a.相對較高的磁異常：相對于周圍地層，各巖體均具有較強的磁異常，ΔT在-2 080～2 383 nT之間，幅值達4 400 nT以上；各巖體ΔT值跳躍較大，巖體磁性不均勻；b.相對較高的重力異常，幅值1×10-5m/s2；c.相對較高的極化率異常：ηa最大可達16.8%；d.相對較低的電阻率異常：ρa最小為17 Ω·m，最大為500 Ω·m，變化范圍較大。

3 結語

對東天山與銅鎳成礦有關的鎂鐵-超鎂鐵質巖體進行了系統總結，通過對比東天山各巖體宏觀地質、巖石化學、地球化學及地球物理特征，總結得出有關東天山地區鎂鐵-超鎂鐵質巖體的找礦評價指標如下。

1）地質找礦評價指標：a.區域上的深大斷裂帶是巖漿活動的通道，對成礦有利；b.圍巖含硫對成礦有利；c.小巖體對成礦有利；d.巖體分異充分，巖相分帶明顯，巖石類型多樣，對成礦有利；e.主要造巖礦物組合為橄欖石、單斜輝石、斜方輝石、斜長石、角閃石、橄欖石與斜方輝石密切共生。

2）地球化學找礦評價指標：a.巖體的主量元素分析顯示，各類巖石具有高鎂、低鈣、低鋁、低堿、低鈦、低磷的特征，巖體的鎂鐵摩爾比值（m/f）大多數在2～6.5之間對形成銅鎳礦有利；b.稀土元素配分模式圖總體為右傾形式一般對成礦有利，主體表現平坦型稀土元素分布特征的巖體一般不成礦或成貧礦，主體表現輕稀土元素虧損的巖體一般不成礦；c.橄欖石牌號Fo太高對成礦不利，橄欖石中出現Ni虧損（Ni含量一般＜2 500 ppm）對成礦有利；d.巖石中Cu/Zr值較大對成礦有利；e.區域上的Cu、Ni、Co、Cr綜合化探異常對找礦有利。

3）地球物理找礦評價指標：高磁、高重力、高極化、低阻組合物探異常對找礦有利。

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Discussion on Cu-Ni prospecting evaluation index at eastern Tianshan

Liu Huan1，Jiao Jiangang1，2，Zhang Guopeng1，Gao Dong1，Shao Leqi1
（1.College of Earth Sciences and Recourses，Chang’an University，Xi’an 710054，China；2.Key Laboratory of Western China Mineral Resources and Geological Engineering，Xi’an 710054，China）

The magmatic Cu-Ni sulfide deposit is mainly hosted in mafic-ultramafic intrusions which are generally small scales.The ore body is mainly hosted in the base of the intrusion.This forms a large number of deposits which we call“mall intrusion forming large deposit”.In the world，there are many mafic-ultramafic intrusions，but how to determine the metallogenic potential of intrusion has been concerned all the time.In this paper，based on previous studies，we take eastern Tianshan as an example，compare and analyze the geological and geochemical characteristics of the economic mineralized mafic-ultramafic intrusions and the uneconomic mineralized mafic-ultramafic intrusions，in order to distinguish the metallogenic potential from theory.The prospecting evaluation indexes are gained from this study，mineralized maficultramafic intrusions are generally characteristic by right incline in Chondrite normalized REE pattern diagrams；several stages of magma intruding are important；a certain amount of orthopyroxene is contained in the rock；the mineral grains are obviously different，et al.

Cu-Ni sulfide deposit；prospecting evaluation index；eastern Tianshan

P612

A

1009-1742（2015）02-0106-07

2014-12-13

中國地質調查局地質大調查項目（12120114044401，1212011085061）；國家自然科學基金項目（41372101）；長安大學科技創新研究項目（2013G2273009）

劉 歡，1989年出生，女，陜西西安市人，長安大學碩士研究生，研究方向為礦床學；E-mail：liuhuan14521@126.com