鎳礦成礦規(guī)律及預測方法綜述

鎳礦成礦規(guī)律及預測方法綜述

近年來，隨著中國鉻工業(yè)的快速發(fā)展，對銅礦資源的需求也在不斷增加。到2006年，中國已經是世界上最大的銅資源消費大國。在這種背景下，中國銅礦資源的外比持續(xù)增加，其發(fā)表意見逐漸變小。銅的價格由國外直接決定，造成了許多因素。重要因素之一是國內礦產調查的有效性差、銅礦資源自給率逐年下降。因此，提高中國礦產資源的勘探水平，擴大銅礦資源儲量是當務之急。作為一項前瞻性和戰(zhàn)略性任務,開展中國鎳礦資源潛力分析,并在此基礎上提出找礦戰(zhàn)略接續(xù)區(qū),對于立足國內,解決中國鎳礦資源緊缺形勢,改善定價機制,具有重要的實際意義。在此形勢下,2006年啟動了全國礦產資源潛力評價項目,該項目以礦產預測類型為主線,在地質成礦規(guī)律指導下,使用先進的GIS分析技術,對地質調查長期積累的多源勘查數據進行預測要素提取與挖掘,建立了鎳礦的區(qū)域預測模型,在此基礎上圈定了全國鎳礦預測區(qū),并估算了潛在資源量。經過幾年艱苦卓絕的工作,在中國東部地區(qū)完成1:5萬比例尺、西部地區(qū)完成1:20萬比例尺的鎳礦預測工作,共圈定了各類鎳礦最小預測區(qū)近400個,分別估算了500m以淺、1000m以淺和2000m以淺潛在資源量。此次預測成果較全面地反映了當前礦床地質研究和國內鎳礦勘查信息資料水平,是一份非常寶貴的資料數據,如何利用該成果服務于社會,有待政府進一步開發(fā)。本文試圖利用此次研究成果,系統(tǒng)總結鎳礦預測類型的基本特點,分析中國鎳礦資源的潛力,劃分主要戰(zhàn)略接續(xù)區(qū),為進一步找礦工作部署提供依據。1預測礦種的選擇。在自然、人礦產預測類型是從預測的角度對礦產資源的一種分類,其核心是在成礦規(guī)律與礦產預測之間架起一座橋梁,以便于基于成礦規(guī)律的定性分析與基于計算機軟件的定量評價能夠逐漸實現“無縫鏈接”。其理論基礎是成礦系列理論的礦床式,既高于具體礦床,又有一定的地域特色,因此礦產預測類型比一般的礦床類型更具有可操作性,完全可以在同一張中、大比例尺地質礦產圖上實現從地質、礦產到物探、化探和遙感等各類信息的自然整合,從而實現利用綜合信息開展定位和定量預測的目標。鑒于中國鎳礦具有資源豐富且分布集中、探明資源儲量大、礦石品位高,伴生組分穩(wěn)定、綜合利用價值大以及成礦條件優(yōu)越、找礦潛力大等特點,本次潛力評價工作也將鎳礦作為預測礦種之一。根據礦產預測類型的劃分原則,將中國鎳礦預測類型主要劃分為巖漿型鎳-銅硫化物礦、風化殼型鎳礦和海相沉積型鎳-鉬-釩礦3種類型,其基本特征、成礦規(guī)律、利用現狀、預測要素及預測方法分述如下:1.1中性巖群中熱控礦礦床巖漿型鎳-銅硫化物礦又稱基性—超基性鎳-銅(鉑)硫化物型礦,這類礦床與基性-超基性巖有關;鎳、銅常共生,鎳大于銅,常伴有鉑族、鈷等多種有用元素。在中國,該類礦床主要是與深斷裂有關的深部熔離-貫入型礦床,其成礦模式如圖1所示。巖石類型主要有超基性巖類、基性—超基性雜巖類和基性雜巖類,一般為鐵質超基性巖,鐵質基性巖較少。硫化物礦體主要產于巖體內,其中就地熔離型礦體,多呈似層狀和透鏡狀分布于巖體的底部或中下部,與巖體中基性程度較高的巖相關系密切;深部熔離-貫入作用形成的礦體,其形態(tài)相對較復雜,除受巖相控制外,還受構造控制,常呈透鏡狀、板狀、脈狀、扁柱狀和不規(guī)則狀分布于巖體內,或直接產于圍巖中,與圍巖界線清楚。礦石中主要金屬礦物有磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦和黃鐵礦等。圍巖蝕變一般較強烈,有蛇紋石化、滑石化、陽起石化、透閃石化、菱鎂礦化和方解石化等。該類礦床主要產于大陸邊緣裂陷槽區(qū)、大陸裂谷和造山帶后碰撞伸展3種構造環(huán)境;成礦時代主要為元古宙、晚古生代、三疊紀;分布區(qū)域主要有龍首山、東天山、阿勒泰、吉林東部、川西北、云南南部、廣西寶壇等地;主要預測類型(礦床式)有金川式、喀拉通克式、黃山式、興地式、煎茶嶺式,小南山式、杏樹臺式、周庵式、赤柏松式、紅旗嶺式、五星式、向陽式、力馬河式、楊柳坪式、金寶山式、大坡嶺式、長基式。近幾年在中國新疆坡北、青海夏日哈木等地也有重要發(fā)現,礦床級別已經達到超大型。該類礦床是中國鎳礦床的主要類型,由于其所具有的品位高、雜質少和易選冶等特征,所以也是中國鎳礦資源的主要來源。其主要預測要素及預測方法見表1。1.2紅樹莓原礦資源特點風化殼型鎳礦又稱紅土型鎳礦,主要是指出露地表的含鎳超鎂鐵質(超基性)巖石,受異常強烈的機械、化學風化淋濾作用,在地下潛水面以上及其附近,形成一定規(guī)模的風化殼氧化鎳-硅酸鎳礦,其成礦模式可以總結如圖2。該類礦床一般由分布在上部的紅土氧化鎳礦層和下部的硅酸鎳礦層組成。氧化鎳礦層的礦物成分以表生的針鐵礦、赤鐵礦、錳土類、鈷土類、鋁土類以及少量粘土類礦物為主,硅酸鎳礦的礦物成分以淋濾作用生成的綠高嶺石、含鎳的蛇紋石、暗鎳蛇紋石、鎳綠泥石、石英等礦物為主。風化殼礦體的形態(tài)和產狀,受多種地質因素決定,有面型礦體、裂隙型礦體、接觸喀斯特型礦體。在中國,主要分布在云南、廣西、海南等熱帶-亞熱帶地區(qū),成礦時代一般為第四紀。礦產預測類型(礦床式)有墨江式。近年來,隨著全球經濟的快速發(fā)展,鎳的需求量日益劇增,開采深度日益加深、礦山開采難度加大,硫化物型鎳資源日益減少;與此同時,在新喀里多尼亞、巴西、古巴等赤道附近國家發(fā)現了大型、超大型紅土型鎳礦床,全球鎳資源分布格局發(fā)生了較大變化;在此形勢下,全球鎳行業(yè)將資源開發(fā)利用的重點放在紅土型鎳礦資源上面。另外,由于紅土型鎳礦開發(fā)技術的發(fā)展,使人們認識到紅土型礦石中的鎳和鈷是完全可以提取的;其次,隨著一系列大型硫礦床的發(fā)現,硫酸價格大幅度的下跌,紅土型礦石酸浸成本也隨之降低;同時,在礦石冶煉方面,隨著高壓設備技術的改進與提高,部分難熔性金屬礦石不再是冶煉中的難題。因此在中國南方,該類資源的開發(fā)利用具有一定的前景。其主要預測要素及預測方法見表1。1.3礦床預測及預測方案海相沉積型鎳-鉬-釩礦又稱黑色頁巖型鎳-鉬-釩礦,主要是指早寒武世,在揚子地臺與伸展構造背景有關的被動大陸邊緣斜坡上的裂陷盆地,受同沉積斷裂活動影響,使上地幔有關元素被熱水(泉)循環(huán)體系帶入裂陷盆地中,在相對深水的還原條件下,形成由黑色硅質巖、炭質巖、磷質巖等構成黑色巖系中,常富含Ni、Mo、V、As、Se、Re、Au、Ag、Pt、Pd等多元素礦化組合,并往往構成鎳、鉬、釩等礦床,其成礦模式如圖3所示1。礦體呈層狀、似層狀及透鏡狀產出。礦石礦物有:方硫鎳礦、硫鐵鎳礦、輝砷鎳礦、針鎳礦、紫硫鎳鐵礦、硫鉬礦、閃鋅礦、黃鐵礦等,其中鎳品位在0.2%～7.0%,鉬品位在0.2%～8%。該類礦床分布區(qū)域主要在貴州、湖南和湖北;礦產預測礦床式主要有遵義式、天門山式。由于該類礦床是一種多金屬難處理復雜礦,因此長期以來在中國很少被利用(尤其是鎳)。近年來,隨著鎳鉬資源利用程度的加大,以及硫化物礦床保有資源儲量的的迅速減少,鎳鉬資源開發(fā)利用快速發(fā)展,尤其是鎳鉬礦采用加鈣氧化焙燒-低溫硫酸化焙燒-水浸處理工藝的日臻完善,不僅可以有較高的回收率(鎳回收率92%,鉬回收率96%)同時回收鎳和鉬,以及釩等有價元素,而且環(huán)境友好,無污染,成本較低。因此初步展現了一定的應用前景。其預測要素及預測方法見表1。綜上所述,巖漿型礦床仍然是中國鎳礦資源的主要來源,風化殼型和海相沉積型將越來越成為鎳礦資源的有益補充。2分析銅礦資源的潛力2.1中國鎳礦資源潛力中國鎳礦資源豐富,累積查明資源儲量僅次于澳大利亞、新喀里多尼亞、巴西、俄羅斯、古巴、印度尼西亞、南非和加拿大,列世界第9位。中國鎳資源分布廣泛、但儲量高度集中,全國31個省(區(qū)、市)中,19個省(區(qū)、市)查明有鎳礦資源儲量,但主要集中于甘肅、新疆、吉林和青海,合計占全國總量的79%;如果再加上四川、云南、廣西3省(區(qū))總計占全國的近90%。從類型上來看,中國鎳礦類型與世界大致相同,但不同類型資源儲量分布差異卻較大,在世界上,巖漿型礦床占28%,風化殼型占72%,海相沉積型微乎其微;而在中國,巖漿型礦床占89%,風化殼型占8%,海相沉積型占3%(圖4)。通過本次預測,由中國累計查明資源儲量和預測資源量對比(圖5～6),可以看出,中國鎳礦還有很大的資源潛力。另外,從中國已經發(fā)現礦床(點)規(guī)?？梢钥闯?小型和礦化點占81%,隨著勘探程度的加強,部分礦床(點)規(guī)模升級的可能性很大,預示著中國鎳礦資源有著較大的潛力。2.2基于文獻的戰(zhàn)略續(xù)續(xù)區(qū)參數的確定為了更好地展示中國鎳礦資源的空間分布特征,指導找礦工作部署,筆者分別設計了鎳成礦構造背景、地球化學省、礦床密度、成礦強度和資源潛力等5類圖件,通過在全國層面上對它們進行分析和篩選,為戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)的確定提供依據2.2.1指導機構的選擇成礦構造背景是在宏觀上確定該類礦床找礦有利空間的重要依據,也是大地構造成礦學研究的重要內容之一,由于其在找礦工作中卓有成效,因此,總結和劃分鎳礦在中國產出的主要構造背景,對于指導找礦具有宏觀意義。大地構造成礦學研究的目的就是把地質構造單元與成礦物質單元相結合,把構造活動和成礦物質遷移富集作為一個整體來研究成礦的機理和演化規(guī)律,以及所形成礦產的時空分布規(guī)律,以求更好地預測新的含礦區(qū)和選擇靶區(qū),為進行有效的勘查提供科學理論依據。通過以往研究成果以及本次項目的研究,鎳礦形成于以下構造背景,巖漿型主要形成于大陸邊緣裂陷槽(金川式)、大陸裂谷(白馬寨式)和造山帶后碰撞伸展環(huán)境(黃山式),海相沉積型礦床主要形成于裂陷盆地(遵義式),而風化殼型比較特殊,主要形成于南方熱帶-亞熱帶氣候地區(qū)(墨江式)(圖7)。2.2.2樣品采集和分析地球化學省被定義為巖石化學組分與地殼的平均值有顯著的不同的相對較大范圍的區(qū)域,這個省的位置及其范圍可以提供具有相當經濟意義的初始勘查靶區(qū)。本次鎳礦地球化學省編圖,采用1978—2002年,中國在28個省、自治區(qū)、直轄市開展的1:20萬(少數為1:50萬)區(qū)域地球化學調查成果資料。采樣介質以水系沉積物為主,少數水系不發(fā)育地區(qū)采集土壤樣品。1:20萬區(qū)域地球化學調查采樣密度一般為1～2個樣品/km2,按每4km2網格組合為1個樣品送實驗室分析。1:50萬低密度樣品,直接將單點樣送實驗室分析。覆蓋面積650萬km2,1:20萬圖幅1299個,1:50萬圖幅18個,數據點142萬個,近5540萬個數據。在此基礎上,以80km×80km為網格化單元,采用正則化數據處理方式,將數據拉伸保持在0～1,以0.2或0.3作為色階,以0.2作為背景值,繪制鎳地球化學省圖件(圖8),從圖上可以看出,鎳地球化學省主要受深大斷裂以及基性—超基性火山巖和侵入巖有關,如新疆阿勒泰、西準噶爾、東天山、甘肅龍首山、青海東昆侖、西藏班公湖怒江、雅魯藏布江、吉林紅旗嶺、川滇黔地區(qū)、廣西寶壇、內蒙古索倫山等地區(qū),這些地區(qū)的基性-超基性巖漿巖的規(guī)?？刂浦嚨厍蚧瘜W省的規(guī)模和強度。2.2.3礦床密度異常礦床密度是指單位面積內礦床(點)出現的數目,反映了礦床(點)的分布的數量和趨勢。事實上,除少數個別情況(例如,白云鄂博),大多數大型礦床都是與大大小小的同類礦床密切共生的,它們共同組成了礦床分布密集區(qū)。本次數據采用全國19個省份的338個鎳礦床(點)數據,以80km×80km為網格化單元,并且采用正則化數據處理方式,將數據拉伸保持在0～1。在此基礎上以0.2或0.3作為色階,以0.2作為背景值,繪制礦床密度異常如圖9所示。可以看出主要的鎳礦密集區(qū)包括新疆覺羅塔格、北山、甘肅龍首山、吉林紅旗嶺、川滇黔、云南墨江—金平、廣西寶壇、湖南天門山、貴州遵義等地區(qū)。2.2.4成礦強度異常圖的繪制礦床成礦強度是指單位面積內礦床的儲量,反映了相應地區(qū)金屬量的濃集趨勢。本次數據采用全國19個省份的338個鎳礦床(點)數據,以80km×80km為網格化單元,并且采用正則化數據處理方式,將數據拉伸保持在0～1。在此基礎上以0.2或0.3作為色階,也以0.2作為背景值,繪制礦床成礦強度異常圖(圖10)。從中可以看出,成礦強度較大地區(qū)主要分布在:新疆喀拉通克、覺羅塔格、北山、甘肅龍首山、青海祁曼塔格、吉林紅旗嶺、四川楊柳坪、云南墨江—金平、廣西寶壇、陜西煎茶嶺、河南周庵、江西德興等地區(qū)。2.2.5成礦潛力及數據處理礦床成礦潛力是指單位面積估算的潛在資源量的分布圖。以通過地質參數體積法對全國鎳礦預測所圈定各類鎳礦近400個最小預測區(qū)在2000m以淺預測的資源量為基礎,以80km×80km為網格化單元,并且采用正則化數據處理方式,將數據拉伸保持在0～1。在此基礎上以0.2或0.3作為色階,以0.2作為背景值,繪制礦床成礦潛力(圖11)。從中可以看出,中國鎳礦資源潛力主要分布在新疆喀拉通克、覺羅塔格、北山、甘肅龍首山、吉林紅旗嶺、青海祁曼塔格、云南墨江—金平、河南周庵、湖南天門山、廣西寶壇、陜西煎茶嶺等地區(qū)。2.3戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)及其特點綜合鎳礦資源的成礦構造背景、地球化學省、礦床密度、成礦強度以及資源潛力,并結合不同類型礦床的利用現狀,劃分中國鎳礦主要戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)包括:新疆喀拉通克、覺羅塔格、北山、遼吉(紅旗嶺)、甘肅龍首山、青海祁曼塔格、云南墨江—金平、廣西寶壇等8個戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)(圖12)。2.3.1鎂鐵—龍首山戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)該區(qū)大地構造位置位于阿拉善地塊西南緣。北以龍首山北緣斷裂與潮水中新生代斷陷相鄰,南以南緣斷裂與走廊過渡帶分開。鎂鐵-超鎂鐵質巖體成北西向的帶狀展布,受龍首山隆起控制,東、西長約200km,現稱其為龍首山巖帶,該巖帶中鎂鐵—超鎂鐵質巖體分布約20余處,以產出金川超大型Ni-Cu-PGE巖漿硫化物礦床而著名。區(qū)域鎂鐵—超鎂鐵質巖體分布顯然受深大斷裂控制,但深大斷裂本身極少有巖體存在,儲巖場所受深大斷裂附近的次級構造裂隙控制,龍首山地區(qū)鎂鐵—超鎂鐵質巖體無一例外全部侵位于深大斷裂的上盤一側圍巖中。按巖石類型可劃分為2類:一類是以金川巖體為代表的二輝橄欖巖體,包括塔馬子溝巖體和毛草泉巖體等,主要分布于龍首山隆起的中段;另一類是以藏布臺巖體為代表的單輝橄欖巖體,包括青井子等巖體,它們主要分布于龍首山隆起的西段和東端,為不含礦巖體。中段金川超鎂鐵質巖體以二輝橄欖巖為主要特征,常見到橄欖石堆晶巖,其余鎂鐵質巖體以單輝橄欖巖為特征,該區(qū)查明資源儲量占全國查明資源總量的42%。2.3.2軸向、坡向、白地洼深斷裂構造該區(qū)位于新疆塔里木板塊東北部北山裂谷帶內。區(qū)內出露的地層除第四系外僅見下石炭統(tǒng)紅柳園組。紅柳園組下亞組構成了基性超基性巖體的直接圍巖。巖帶內褶皺構造發(fā)育,軸向多為北東和北東東向。但由于大量巖體的侵入,使地層支離破碎或以殘留頂蓋出現,褶皺多被破壞而分辨不清。巖帶內最主要的斷裂構造為北東向白地洼深斷裂,它直接控制著坡北巖帶的分布。坡北巖帶呈北東向分布,主要巖石類型為角閃輝長巖、蘇長輝長巖、橄欖輝長巖、橄欖輝石巖和斜長巖。目前該巖帶內發(fā)現的礦床主要有坡一、坡十、羅東、紅石山、漩渦嶺等礦床(點),尤其是近年來,坡一、坡十進展巨大,資源量已達超大型規(guī)模,該區(qū)查明資源總量占全國查明資源總量的17%,顯示出巨大的找礦潛力。2.3.3巖漿及礦床礦床該區(qū)在大地構造位置上處于覺羅塔格島弧帶和中天山地塊。區(qū)內構造主要包括兩條近北東東向大斷裂帶,即北部的康古爾韌性剪切帶和南部的阿奇克庫都克斷裂帶;區(qū)內地層主要為泥盆—石炭系火山巖,其中梧桐窩子組是一套海相噴發(fā)的基性熔巖,綠色-暗綠色細碧巖;干墩組是一套巨大的火山碎屑沉積巖和含炭硅質巖;雅滿蘇組,主要為一套雙峰式的火山巖;阿奇克庫都克斷裂以南為一套前寒武紀變質巖。區(qū)內巖體主要為鎂鐵超鎂鐵巖類和花崗巖巖類,其中鎂鐵超鎂鐵類巖體主要分布在該兩條大斷裂帶附近,巖石類型有橄欖巖、輝橄巖、橄輝巖、二輝巖、輝長蘇長巖以及輝長巖和閃長巖,巖體規(guī)模較小,最大者不超過10km2,該類巖石中往往產出鎳銅硫化物礦床;目前區(qū)內已經發(fā)現的礦床有黃山和圖拉爾根2個大型礦床和香山、黃山南、二紅洼、葫蘆、土墩和馬蹄、白石泉和天宇等中小型礦床。該區(qū)目前已經是中國第二大鎳礦資源生產基地,查明資源儲量占全國的7%。2.3.4區(qū)域地質及礦種該區(qū)地處東昆侖造山帶西段祁漫塔格地區(qū)。區(qū)域出露地層有下元古界金水口巖群、奧陶—志留系灘間山群,少量上泥盆統(tǒng)牦牛山組、下石炭統(tǒng)石拐子組及大干溝組。區(qū)域構造以北西向、近東西向斷裂為主,北北西向、北東向斷裂次之。巖漿活動強烈是區(qū)內最顯著的一個特征,以華力西、印支期的中酸性巖體為主,多與不同時代的碳酸鹽巖接觸形成矽卡巖型鐵多金屬礦,尚有熱液型、斑巖型銅鉬多金屬礦。華力西早期超鎂鐵質、鎂鐵質巖體出露較少,形成了夏日哈木式的銅鎳硫化物礦床。青海省地礦局第五地質礦產勘查院經過兩年的勘查,在格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)地區(qū)發(fā)現該礦床,已探獲資源量鎳達100萬t以上、品位達0.78%。該礦的發(fā)現,實現了東昆侖地區(qū)及青海地質找礦礦種和類型上的重大突破,改寫了青海無大型鎳礦的歷史,并將進一步帶動東昆侖地區(qū)乃至青海省鎳礦找礦工作。該區(qū)查明資源儲量占全國查明資源儲量的3%,目前夏日哈木銅鎳鈷礦已經發(fā)現異常處有10余處,成帶分布的化探異常顯示了巨大的找礦潛力。2.3.5巖漿巖體及巖性組成該區(qū)大地構造位置位于揚子地臺邊緣哀牢山構造帶東南端的金平基性—超基性巖帶上。區(qū)內構造主要有紅河深大斷裂、哀牢山深大斷裂、九甲—安定深大斷裂和墨江大斷裂帶。區(qū)內出露地層主要有哀牢山變質巖系,二疊系陽新統(tǒng)與樂平統(tǒng),以及三疊系海陸交互相沉積及綠豐統(tǒng)陸相沉積,另有分布不廣的侏羅系、古近—新近系和第四系陸相沉積。區(qū)內已發(fā)現的巖漿巖體有10余個,巖性主要為基性-超基性巖類,主要由輝石巖、輝長巖、橄欖巖、橄欖輝石巖、輝綠巖、苦橄巖、細晶輝石巖等組成,次為中堿性正長巖、正長斑巖、脈巖類煌斑巖等。目前區(qū)內已經發(fā)現多個礦床(點),其中規(guī)模礦床主要有墨江風化殼型鎳礦和白馬寨巖漿型鎳礦,查明資源總量占全國查明資源總量的4.2%。2.3.6喀拉通克單礦礦床該接續(xù)區(qū)位于新疆北部阿勒泰地區(qū)。大地構造位置上位于哈薩克斯坦—準噶爾板塊北緣。區(qū)域構造上處于額爾齊斯構造帶和可可托?！_斷裂交匯部位的南西側。區(qū)內出露地層主要為下石炭統(tǒng)南明水組,其次有中泥盆統(tǒng)蘊都喀拉組、古近系古新—始新統(tǒng)紅礫山組以及第四系全新統(tǒng)。含礦巖體巖石類型主要有輝長巖、橄欖蘇長巖。在該接續(xù)區(qū)內有多個鎳元素異常分布。區(qū)內已經探明喀拉通克大型鎳銅硫化物礦床,該區(qū)雖然已發(fā)現礦床數較少,但是已探明資源儲量和預測資源量規(guī)模都比較大,喀拉通克單礦礦床查明儲量占全國的2%,該