津巴布韦古鲁韦地区镍矿床地质特征及成因探讨

王庆文

辽宁省地质勘查局第五地质大队， 辽宁 大石桥 115100

津巴布韦位于非洲东南部，矿产资源丰富，属内陆国家，享有“非洲明珠”之称。矿区位于津巴布韦中马绍纳兰省古鲁韦境内，南东距津巴布韦首都哈拉雷150 km，西距古鲁韦13 km，矿区内海拔高度在1 500m左右，区内地势起伏较大，最大高差100m，北部及南部较高，其他地区相对较低。

1 区域成矿地质背景

津巴布韦大岩墙为一长达530多公里，宽2～10 km的墙状镁铁质—超镁铁质的侵入体，其侵入时间为25.754亿年，也就是太古代晚期，沿断裂脉动式侵入到津巴布韦克拉通太古界花岗岩绿岩带内，总体走向北北东—南南西。古鲁韦镍矿床，位于津巴布韦大岩墙北段呈“S” 型产出部位（见图1）。

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区地层除在山前平地和沿沟谷分布的第四系外，没有其它地层出露，第四系主要由冲洪积、坡积和残积物等所组成。

2.1.1 冲积层（Qapt）

分布于大岩墙的外侧，矿区的西侧，山前平地为其地貌特征。由砂土、粉土和粉质粘土等组成。分布广、面积大、覆盖厚、分选好、植被发育等为其主要特点。

2.1.2 坡积层（Qdpv）

分布于岩墙内山间盆地、坡脚和山前缓坡地带上，呈不规则条带状展布，位于矿区内及西侧。颜色呈红色、红褐色、褐色、黄褐色，由铁质赭土、松散的砂土、碎石土及少量的砾石所组成，含铬尖晶石颗粒。砾石质量分数5%～20%，直径1～10 cm不等，呈次棱角状和次园状。地表冲沟内可见黑色铬铁矿颗粒聚集，该层的红土中铬铁矿富集，是坡积型铬砂矿的主要赋矿层位。

2.1.3 残积层（Qepl）

分布于岩墙内的沟谷和岩墙外的坡角地带。在岩墙内由风化的蛇纹岩碎屑和硅质的燧石、蛋白石碎屑组成，该层铬铁矿较少，含镍稍高，镍平均质量分数在1%左右。在岩墙外的坡角地带，则由风化的花岗岩碎屑组成。

图1 津巴布韦大岩墙北部“S”型部位Fig.1 The "S" type parts of north Zimbabwe big dike

2.2 构造

矿区构造以断裂为主，有近东西向和南北向两组断裂，其中以近东西向断裂最为发育。

2.2.1 近东西断裂

在矿区形成较早，数量较多，多为压扭性断裂，陡倾，断裂带宽约1～2m，带内岩石被强烈糜棱岩化，形成糜棱岩和糜棱片岩。该期断裂主要造成岩体的平移错断，形成于风化壳型镍矿床之前，对镍矿体没有形成破坏作用。

2.2.2 近南北向断裂

晚于近东西向断裂，在矿区内只发现一条为一张性正断层，走向近南北，东倾，倾角50°～70°，该断层形成沟谷和断崖，地形起伏很大，岩石破碎，为角砾状。该断层生成于风化壳型镍矿床形成之前，对镍矿床无破坏作用。

2.3 岩浆岩

2.3.1 花岗岩

出露于矿区的西北部。灰白色，中—粗粒结构，块状或弱片麻状构造。矿物成分以钾长石和斜长石为主，约占65%，石英次之，约占25%。暗色矿物主要为黑云母和角闪石，共约占5%以上。另有微量的副矿物。暗色矿物呈条带状，花岗岩普遍遭受片理化作用。

2.3.2 基性超基性岩类

即津巴布韦大岩墙，呈北北东向展布，总长约530 km，大岩墙具有层状特征，韵律构造。本区位于岩墙北段，岩类有：（x）蛇纹岩及蛋白石蛇纹岩、斜方辉橄岩及辉石橄榄岩，（P6）辉岩—橄榄岩辉岩带。

2.4 变质作用

勘查区的岩性为蛇纹岩，它是由大岩墙的岩性，即基性—超基性（富镁质）岩石，经过汽液交代作用，使其中的橄榄石和辉石转化而形成蛇纹岩。蛇纹岩的矿物成分简单,主要由各种蛇纹石组成,包括蛇纹石、纤维蛇纹石、胶蛇纹石和石绵等。

蛇纹岩的结构，隐晶质结构，镜下呈显微或鳞片状变晶结构，变余自形粒状结构等。构造多为块状、带状及片状等。

4 矿床地质

4.1 分带特征

在勘查区，含镍的基性、超基性岩体即为著名的津巴布韦大岩墙，出露面积很大，风化后形成层状风化壳，其中镍的次生矿物亦呈层状分布，形成层状矿体，这种含镍风化壳常常具有明显的垂直分带现象。一般自上而下可分为以下几带：

（1）残坡积层∶由残积物、坡积物及岩石的碎屑组成厚度小于0.5m。

（2）赭石带∶由蛇纹岩经强烈风化形成的铁质赭土、松散砂土及小砾石组成，含有铬尖晶石颗粒，单质铬品位在6.0%左右，具有工业价值，厚度0.2～2.0m。已评价并开始开采。

（3）绿高岭石带：即含镍的硅酸盐矿物带。主要矿物有绿高岭石、硅镁镍矿、镍蛇纹石等。常有石髓和蛋白石，呈网格状、细脉状、皮壳状等。硅酸盐矿物常呈土状、松散块状、胶状或微晶状等。Ni质量分数1%～2%，厚度1.0～8.2m。分布面积较小，是本矿区的一个含矿带。

（4）淋滤蛇纹岩带：蛇纹岩已部分分解，质地松软，裂隙发育，常有方解石、菱镁矿及白云石细脉充填于裂隙中，向下逐渐过渡到未受风化的岩石。Ni质量分数0.5%～2.5%，厚度1.0～6.7m，分布广泛，为本矿区的主要含矿带。

（5）未受风化的蛇纹岩带：位于风化壳的下部，岩石完整、致密、坚硬，含镍0.25%左右。总体来说，风化矿床的特点是：埋藏浅，多呈面型分布，结构疏松，分布广泛，适于露天开采。

镍矿体赋存于风化壳的（3）、（4）两带之中，镍的品位比较稳定，一般为0.8%～1.5%，个别可达2%～4%，含镍硅酸盐矿物分布范围及厚度的变化等与风化壳基本一致。

含镍的硅酸盐矿物带，矿区分布面积小。主要矿物有绿高岭石、硅镁镍矿、镍蛇纹石等。常有石髓和蛋白石细脉，呈网格状，皮壳状和不规则块状分布。硅酸盐矿物呈土状、块状、胶状等。

淋滤蛇纹岩带，矿区分布最广，位于风化壳的下部，蛇纹岩已部分分解，质地松软，体密小。向下则逐渐过渡到未受风化的蛇纹岩。

4.2 矿体特征

4.2.1 矿体规模、形态、产状

在勘查区，四个矿体沿大岩墙的北东走向由北向南依次分布，编号依次为①、②、③、④。

①号矿体形状不规则，平面北东向展布，长900m，平均宽为250m，面积约0.22 km2。

②号矿体为形状较规则的长条形，走向北西，长度约886m，宽度平均260m。面积约0.22 km2。

③号矿体为主矿体，面积最大，形状不规则，平面呈“丁”字，总面积约0.77 km2。

④号矿体形状较规则，北东向展布，长1 206m，宽约440m，总面积约0.50 km2。矿体分布特征见图2。

4.2.2 矿石矿物成分

有用矿物为硅酸盐的镍矿物，主要为暗镍蛇纹石、镍镁绿泥石和含镍绿高岭石。

脉石矿物以蛇纹石、橄榄石、辉石为主，其他为方解石、白云石、菱镁矿、滑石。

矿物的生成顺序为：橄榄石、辉石、铬铁矿→蛇纹石→硅镁镍矿、镍镁绿泥石等→方解石、白云石、菱镁矿、滑石、石英等。

4.2.3 矿石结构、构造

蛇纹岩的结构，隐晶质结构，镜下呈显微或鳞片状变晶结构，变余自形粒状结构等。构造多为块状、带状及片状等。

4.2.4 矿石类型

矿石的自然类型为绿高岭石-镍蛇纹石型。

根据镍矿石的全分析结果，氧化镁的平均质量分数为40.31%，大于20%，所以矿石按氧化镁质量分数为镁质矿石。

矿石的工业类型为含镍的硅酸盐型。

4.3 矿体围岩蚀变及特征

镍矿体围岩蚀变主要为绿泥石化、硅化。

绿泥石化：蛇纹岩在其形成过程中和形成以后，受到热液的影响，可发生进一步的变化，特别是含铬铁矿的蛇纹岩，常具明显的绿泥石化现象，生成多种次生的含镍绿泥石，如镍镁绿泥石，镍铝绿泥石、镍铝英石等。呈不规则条带状分布于岩石裂隙中。

硅化：在地表和构造带，呈不规则的网格状、细脉状，由燧石和蛋白石组成。网格状硅质细脉较发育，网格内包裹蛇纹岩，含镍在2%左右。蛋白石脉的表层或内部裂隙中含有绿色的硅酸镍矿物细脉，岩石裂隙面上常附有绿色的硅酸镍矿物被膜。

根据岩矿鉴定资料，矿物的生成顺序为：橄榄石、辉石、铬铁矿→蛇纹石→硅镁镍矿、镍镁绿泥石等→方解石、白云石、菱镁矿、滑石、石英等。

图2 古鲁韦镍矿区地质图Fig.2 Geologicmap of Guluwei nickel deposit

5 成矿地质条件

5.1 环境条件

5.1.1 地形地貌条件

该类型镍矿床与风化作用有关,因此,成矿的地形地脉条件为大岩墙上的山间平原、山间开阔地带和平缓地带。因为这些地带有利于大岩墙在遭受风化淋滤作用后含镍矿物的沉淀和富集。

5.1.2 气候条件

全求所有的该类型镍矿，均位于热带和亚热带气候区域内，古鲁韦镍矿床即位于热带气候区内。热带、亚热带气候，气温较高，旱湿交替，有利于岩石的风化作用，尤其是化学风化作用的发生。

5.1.3 水文地质条件

热带气候条件下，雨水充沛，各种性质的酸雨常有发生，有利于矿物的分解和化合作用。在水化学风化作用下，镍以离子状态进入溶液，并被风化壳中的粘土吸附或取代蛇纹石晶格中的镁，也可以直接从溶液中沉淀形成水硅酸盐矿物，从而使镍富集，形成较大规模的风化壳型镍矿床。

5.1.4 构造条件

由于风化壳型镍矿床形成于地表，是由各种风化作用所形成，它需要在平静和平稳的状态中进行，因此，剧烈和频繁的构造运动对风化壳型镍矿床形成不利。

5.1.5 风化时限

矿床产于超基性岩、蛇纹石化橄榄岩的风化壳中，时限为近代和古老的风化壳均可形成。

5.2 成矿物质来源

5.2.1 岩墙的基本性质

岩墙为镁铁质—超镁铁质的深成侵入体，形成于太古代晚期。物质成分来源于地壳或上地幔，具有层状特征和韵律构造。岩墙形成后，遭受多期次不同方向的断裂活动，其中东西向断裂对岩墙有错断现象。

5.2.2 岩石矿物特征

组成大岩墙的岩性为蛇纹岩及蛋白石蛇纹岩，斜方辉橄岩及辉石橄榄岩、辉岩及橄榄岩辉岩带。矿物成分有：橄榄石、辉石、铬铁矿、蛇纹石、硅镁镍矿、镍镁绿泥石、方解石、白云石、菱镁矿、滑石、石英等。

5.2.3 岩石化学特征

岩石的化学成分为：SiO2：33.44%～45.62%，平均41.16%；MgO：34.63%～44.52%，平均40.31%; Fe ：5.27%～6.72%，平均5.44%；Ni：0.20%～0.30%，平均0.25%。而镍在基性和超基性岩中质量分数最高，在风化壳的下部，即在未受风化作用影响的蛇纹岩带内，大岩墙的镍质量分数平均在0.25%，由此可见，成矿物质来源于岩墙本身。

照片1 矿区生长的与镍矿有关的小树“镍树”Photo.1 Small trees“Nickel trees” growing in themining area and relating to nickel ore

6 矿床成因探讨

津巴布韦大岩墙为镁铁质—超镁铁质岩石，其内富含含镍的矿物。含镍的超基性岩，在热带和亚热带的气候及准平原化的地形条件下，在长期的风化作用特别是化学风化作用过程中，镍被解离出来，并经化学作用，形成镍的硅酸盐类矿物，堆积在地表风化壳中，使原来呈分散状态的镍富集而形成矿床。

总之，含镍较高的基性—超基性岩，位于热带和亚热带，地形平缓起伏不大的地貌形态，是形成风化壳型镍矿的必备条件。

矿床成因类型为风化壳型。

7 找矿标志

寻找风化壳型镍矿（含镍硅酸盐型）的标志如下：

（1）含镍的基性、超基性岩体大面积出露；

（2）岩体经过长期的风化作用后，形成层状风化壳；

（3）风化壳的表层残坡积物发育，赭土化强烈；

（4）基性超基性岩体位于热带和亚热带地区；

（5）地形起伏不太大，比较平缓，具有一定的汇水区域；

（6）植物标志：矿区内生长一种小树，高1.0～1.5m,树干弯曲，脆弱，树叶长椭圆形，深绿色，浑厚，雨季后期开白花。树叶常年绿色。此树与本矿区的镍矿关系紧密。通常把这种树叫做“镍”树。（见照片1）。镍树不发育的区域，没有风化壳型

8 结语

古鲁韦风化壳型镍矿床的发现，是含镍较高的基性、超基性岩体经化学风化作用形成的。含镍的基性、超基性岩体在热带和亚热地带的气候及准平原化的地形条件下，在长期的化学风化作用过程，形成镍的硅酸盐类矿物，堆积在地表风化壳中而形成镍矿床。由此可见，矿床的成矿规律为：一是要有含镍较高的基性、超基性岩体，二是要位于热带和亚热带的气候条件下，三是地形遭受准平原化，地形平缓，四是基性超基性岩体遭受长期的化学风化作用。

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