內(nèi)蒙古拾金灘銅鎳礦化巖體地球化學(xué)特征及成因探討

內(nèi)蒙古拾金灘銅鎳礦化巖體地球化學(xué)特征及成因探討

南宋是中國(guó)重要的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備資源。基性和超基性巖石是銅銅硫氧化物的重要來(lái)源。作者在2011年及2006年實(shí)施的地調(diào)局“甘肅北山營(yíng)毛沱-玉石山地區(qū)鐵銅多金屬礦調(diào)查”項(xiàng)目期間,對(duì)該區(qū)的基性、超基性巖體進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn)多處具銅鎳礦化巖體,拾金灘巖體即是在怪石山基性超基性礦化巖體發(fā)現(xiàn)后的又一礦化巖體,對(duì)拾金灘巖體進(jìn)行研究分析后認(rèn)為,具良好成礦潛力,是尋找銅鎳礦有利靶區(qū)。1成礦地質(zhì)條件甘肅北山地區(qū)處于古中亞巨型縫合帶上,位于我國(guó)天山-大興安嶺造山帶中段,是東天山成礦帶的重要組成部分。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜,巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁,具優(yōu)越成礦地質(zhì)構(gòu)造條件。拾金灘基性超基性巖體和火山石西基性超基性巖體位于北山中帶營(yíng)毛沱-白湖裂谷帶北界,即位于火石山深大斷裂帶上,黑山巖體和怪石山巖體位于營(yíng)毛沱-白湖裂谷的南界,即廟廟井-雙鷹山斷裂帶上(圖1)。北山中帶發(fā)育大小不等近20處基性、超基性巖體,其中黑山巖體和怪石山巖體已經(jīng)證實(shí)為含礦巖體,另外大山頭巖體、馬鬃山巖體及紅柳河巖體都有礦化顯示。因此,本區(qū)具形成銅鎳礦有利構(gòu)造地質(zhì)背景。2志留系參數(shù)分析研究區(qū)出露地層主要有薊縣系平頭山組和中—上志留統(tǒng)公婆泉群,有少量二疊系。其中薊縣系平頭山組以構(gòu)造推覆體疊置于公婆泉群之上,呈近EW向的“飛來(lái)峰”斷續(xù)出露,巖性主要為一套白云質(zhì)大理巖;志留系公婆泉群主要為一套中基性、中酸性火山巖、火山碎屑巖建造,區(qū)內(nèi)廣泛分布;二疊系主要為砂礫巖、生物碎屑灰?guī)r,直接覆蓋于志留系公婆泉群上(圖2)。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,褶皺、斷裂發(fā)育,總體呈近EW向和NE向展布。出露地層片理化發(fā)育,揉皺構(gòu)造剪切變形強(qiáng)烈、動(dòng)力變質(zhì)分泌型石英脈發(fā)育。斷裂構(gòu)造主要以NE向脆韌性斷裂為主,NE向斷裂是區(qū)內(nèi)脈巖產(chǎn)出的控制性構(gòu)造,只有極少量后期石英脈呈NW向展布。3巖石特征和組成研究區(qū)內(nèi)出露的基性超基性巖體主要有:蛇紋石化純橄巖、橄欖二輝巖、中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖、輝綠巖等。拾金灘含銅鎳超基性巖體主要為蛇紋石化純橄巖和橄欖二輝巖,分布于大片第四系中,經(jīng)部分探槽揭露,其侵位于中上志留統(tǒng)公婆泉群中。超基性巖體出露面積較小,呈EW向展布,分成東西兩區(qū)。東區(qū)露頭相對(duì)較大,東西長(zhǎng)約100m,寬20~50m,由兩個(gè)小露頭組成,經(jīng)探槽揭露,兩個(gè)小露頭NE向連續(xù)出露(圖3)。西區(qū)超基性巖體由EW向多個(gè)小露頭組成,東西長(zhǎng)約100m,寬20~30m。巖石蝕變以蛇紋石化、滑石化、菱鎂礦化為主,具弱綠泥石化。金屬礦物含量不足1%,主要為磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、磁鐵礦;脈石礦物有葉蛇紋石、膠蛇紋石、菱鎂礦、滑石和少量綠泥石等。礦化巖石具顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)、纖維鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu),塊狀、網(wǎng)脈狀、星點(diǎn)狀構(gòu)造(圖4)。經(jīng)地表?yè)靿K樣分析,鎳含量為0.1%~0.5%?；詭r主要為輝長(zhǎng)巖脈,在研究區(qū)內(nèi)廣泛出露,主要呈NE向或近EW向產(chǎn)出(圖2)。輝長(zhǎng)巖呈深灰色,細(xì)粒輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),半自形晶-它形晶粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要由普通輝石、基性斜長(zhǎng)石組成,次為普通角閃石、黑云母和橄欖石,副礦物有磷灰石、磁鐵礦、磁黃鐵礦、尖晶石、鋯石等。蝕變以斜長(zhǎng)石的鈉黝簾石化和輝石角閃石化、綠泥石化等為主。4心極化率拾金灘東西兩個(gè)超基性巖體均對(duì)應(yīng)有低阻、高極化率異常帶。東部異常強(qiáng)度較大,呈NW向,異常規(guī)模200m×800m,具多個(gè)高值中心,異常中心極化率最大幅值達(dá)17.8%,對(duì)應(yīng)電阻率異常值30~200Ω·m,異常SE向未閉合。西部異常近EW向,異常規(guī)模80m×500m,具2個(gè)高值中心,異常中心極化率幅值約10%,對(duì)應(yīng)電阻率異常值300~500,異常西端未閉合,向東以幾個(gè)微弱異常高值中心與東區(qū)子異常相連.采用小四極測(cè)深對(duì)巖石進(jìn)行物質(zhì)性測(cè)量,鎳礦化超基性巖極化率約為4%,兩側(cè)圍巖極化率在2%以下,因此,推斷該激電異常帶由含硫化物超基性巖體引起。5地球化學(xué)特征5.1巖石化學(xué)成分由表1可看出,5個(gè)基性超基性巖體,SiO2含量變化不大,為43.10%~55.51%,平均含量46.58%。具低Ti含量特征,TiO2含量最高1.01%,平均0.31%。Al2O3含量很低,平均含量為4.38%。K2O和CaO含量很低,分別為0.02%~0.35%和0.17%~14.77%,平均值分別為0.13%和5.05%,具低鉀、貧鈣的特點(diǎn)。MgO含量為10.34%~39.99%,平均值為32.17%,Mg#值為51.89%~81.19%,平均69.80%。從巖石化學(xué)成分上看,這幾處巖體十分相似。利用TiO2-10P2O5-10MnO3項(xiàng)氧化物投圖可判別其大致構(gòu)造環(huán)境(圖5)。樣品大部分落入鈣堿性玄武巖區(qū)內(nèi),少數(shù)落入島弧拉斑玄武巖區(qū),表明這幾處巖體是閉合板塊邊緣巖漿演化的產(chǎn)物,具偏向鈣堿性巖漿演化趨勢(shì)。5.2稀土元素和微量元素?fù)?jù)拾金灘、火石山西、怪石山和黑山巖體樣品稀土元素分析結(jié)果(表1),利用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化作出稀土元素分布曲線(xiàn)(圖6)。稀土元素分布曲線(xiàn)類(lèi)型明顯分成3組,怪石山和黑山巖體分為一組,其它兩組分別為拾金灘巖體、火石山巖體。拾金灘巖體稀土元素含量最低,為0.77×10-6~0.93×10-6,位于最底部,LREE/HREE比值為4.22~5.68,表現(xiàn)為輕稀土明顯富集型特征;(La/Yb)N比值介于4.56~4.95,平均為4.76,表現(xiàn)出巖漿充分分異特征;火石山巖體稀土元素含量為5.80×10-6~12.51×10-6,位于圖的中部,LREE/HREE比值介于8.83~13.89,平均為12.20×10-6,表現(xiàn)為輕稀土明顯富集型特征,(La/Yb)N比值為11.39~26.9,平均17.55;怪石山和黑山巖體稀土元素總量介于20.95×10-6~33.74×10-6,平均為29.49×10-6,LREE/HREE比值為2.07~3.59,平均為3.04,表現(xiàn)為輕稀土略富集型特征,(La/Yb)N比值為1.2~3.14,平均2.24。3個(gè)組巖體Eu異常均不明顯,為0.88~1.94,平均為1.09。由于Eu一般在巖漿演化早期易代替Ca2+進(jìn)入斜長(zhǎng)石導(dǎo)致虧損,所以Eu的分布形式可能預(yù)示著斜長(zhǎng)石未在巖漿演化早期結(jié)晶出來(lái)。由圖7可知,微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖明顯分成3種類(lèi)型,與稀土原始分布曲線(xiàn)區(qū)分的3組巖體相同。拾金灘巖體位于最底部,除了Ta,Sr含量較高外,其它含量均較低;火石山巖體蛛網(wǎng)圖位于中部,各個(gè)微量元素含量中等;怪石山和黑山巖體微量元素蛛網(wǎng)圖位于最上部,微量元素含量相對(duì)最高。與K-Ar,Rb-Sr,U-Pb體系相比,Sm-Nd體系具強(qiáng)抗變質(zhì)和蝕變能力,在地質(zhì)作用過(guò)程中,不易受干擾,即使發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)作用也難以使全巖尺度Sm-Nd體系發(fā)生變化。因此,Sm/Nd值可提供巖石源區(qū)信息。拾金灘兩個(gè)樣品Sm/Nd比值分別為0.161和0.307,平均為0.234;火石山西3個(gè)樣品Sm/Nd比值分別為0.195、0.222和0.233,平均值為0.217;怪石山和黑山巖體Sm/Nd比值介于0.243~0.291,平均為0.27。3個(gè)地區(qū)的Sm/Nd比值平均值普遍高于上地殼(0.173),低于碳質(zhì)球粒隕石(0.328),火石山西和拾金灘巖體與原始地幔值(0.216)接近,怪石山和黑山巖體與下陸殼(0.250)、E-MORB(0.289)和OIB(0.260)值接近。因此,在成巖巖漿運(yùn)移和演化過(guò)程中,怪石山和黑山巖體接受較多陸殼組分貢獻(xiàn)。6石金灘與火石山、奇石山、黑山和銅銅礦火山巖的性質(zhì)進(jìn)行了比較6.1認(rèn)礦作礦巖體調(diào)查區(qū)以紅柳河-火石山-牛圈子縫合帶為界,橫跨哈薩克斯坦板塊南緣早古生代島弧帶和塔里木板塊北緣北山裂谷帶。該帶斷裂發(fā)育,區(qū)內(nèi)主要斷裂有:廟廟井-黑山-雙鷹山大斷裂、火石山大斷裂及與兩個(gè)斷裂有關(guān)的次級(jí)斷裂。本區(qū)所出露巖體與這些深大斷裂有空間上對(duì)應(yīng)關(guān)系。以廟廟井-黑山-雙鷹山斷裂帶為界,其南為黑山-雙鷹山早古生代裂谷帶,其北為營(yíng)毛沱-牛圈子早古生代裂陷帶。怪石山巖體位于該斷裂帶以北的次級(jí)斷裂中,黑山巖體位于該斷裂帶南側(cè)。拾金灘巖體和火石山西巖體位于該斷裂帶以北幾十公里的火石山深大斷裂中。這幾處巖體產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境基本一致,均處于與裂谷有關(guān)的構(gòu)造系統(tǒng)環(huán)境中。黑山含礦巖體成巖時(shí)代為晚泥盆世(鋯石SHRIMPU-Pb年齡=((374.6±5.2)Ma),怪石山銅鎳礦點(diǎn)含礦巖體成巖時(shí)代(355~409Ma),兩者形成時(shí)代基本相近。通過(guò)鋯石U-PbLA-ICP-MS測(cè)試,得出拾金灘含礦巖體成巖時(shí)代為(386±27)Ma(另文發(fā)表),分別與黑山和怪石山巖體成巖時(shí)代一致,目前黑山巖體和怪石山巖體已發(fā)現(xiàn)為成礦巖體,黑山礦床已達(dá)大型規(guī)模,怪石山巖體也已發(fā)現(xiàn)并圈定一定規(guī)模礦體。根據(jù)這幾處巖體形成時(shí)代及所處構(gòu)造環(huán)境基本相同,且拾金灘巖體地表礦化良好,具形成類(lèi)似黑山銅鎳礦類(lèi)型礦床的潛力。6.2拾金灘巖體巖體特征小巖體不僅形成一系列中、小型礦床,且形成超大型(金川)和多個(gè)大型(紅旗嶺、喀拉通、黃山、金寶山等)礦床,中國(guó)鎳、鈷、鉑族金屬的自給,主要來(lái)自小巖體巖漿礦床,因此,小巖體巖漿礦床是中國(guó)巖漿硫化物礦床的主要類(lèi)型。怪石山成礦巖體出露長(zhǎng)約200m,寬約50~60m,面積小于0.02km2;黑山成礦巖體出露面積約0.25km2,長(zhǎng)625m,寬470m,巖枝呈NS向,長(zhǎng)190m,寬6~30m;拾金灘巖體呈東西兩個(gè)部位產(chǎn)出,呈圓包狀,分布于第四系中,總出露面積小于0.02km2;火石山巖體由長(zhǎng)約400m,寬約40~50m的兩個(gè)巖體或巖塊組成,呈近EW向透鏡狀產(chǎn)出。4處基性超基性巖露頭面積均較小。拾金灘巖體主要被第四系覆蓋,相對(duì)于其它幾個(gè)巖體,巖體蝕變更強(qiáng),局部蝕變?yōu)榛瑤r、菱鎂巖等。礦化的拾金灘巖體,金屬硫化物以磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦為主,少量黃銅礦,顆粒普遍細(xì)小,一般小于0.1mm,主要呈細(xì)粒浸染狀,極少呈團(tuán)塊狀,而怪石山和黑山成礦巖體中硫化物顆粒相對(duì)較大,個(gè)別硫化物團(tuán)塊達(dá)5mm,甚至更大?；鹗綆r體中未見(jiàn)礦化現(xiàn)象。結(jié)合地表物探成果,拾金灘出露巖體應(yīng)為深部較大巖體的一小分支,依據(jù)小巖體熔離型硫化物銅鎳礦成礦規(guī)律分析,一般工業(yè)礦體和富礦體多賦存于巖體下部和底部偏基性巖相內(nèi)。因此,應(yīng)注意深部盲礦體找尋工作。7拾金灘巖體出露地環(huán)境特征結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及物化探資料,拾金灘巖體具形成銅鎳礦如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):(1)與黑山和怪石山含礦巖體產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境類(lèi)似,都處于與北山裂谷系統(tǒng)有關(guān)的構(gòu)造環(huán)境中,形成時(shí)代基本一致;(2)在地表超基性巖體露頭幾乎全巖銅鎳礦化,地表?yè)靿K樣分析鎳含量為0.2%~0.5%;(3)1∶5萬(wàn)航空物探測(cè)量在拾