西澳州Cattle Creek地区铜镍硫化物矿床成矿潜力探讨①

王 凡李 健 胡中国 邓小林

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州 072754

西澳州Cattle Creek地区铜镍硫化物矿床成矿潜力探讨①

王 凡*李 健 胡中国 邓小林

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州 072754

西澳州Catlle Creek地区位于金伯利地块西缘霍尔斯克里克(Halls Creek)活动带上，附近发育有深大断裂。研究区内发现多处基性-超基性小岩体及岩脉且存在两处矿化点（带），存在两处1∶5万土壤地球化学甲类综合异常区，二者均主要由Cu、Ni、Au、Mo、Co等元素组成，多个浓集中心，异常套合较好，Cu、Ni的极大值均超过或接近边界品位，甚至工业品位，二者与矿化等信息套合良好。岩体中岩石样品主量元素特征显示其具有辉长岩-苏长岩的成矿专属性特征；在AFM图解上，岩石样品显示原始岩浆为高MgO拉斑玄武岩系列。微量元素原始地幔标准化蛛网图表明岩体岩浆演化过程中发生过明显的陆壳物质同化混染作用。稀土元素配分图反映出成岩过程中有相似的分异演化过程，并表明岩浆在演化过程中存在明显橄榄石分离结晶作用。研究区与萨凡纳矿床具有很高的可对比性，同时符合古大陆内小岩体成矿系统理论。表明研究区具较高的成矿潜力。

西澳州 铜镍硫化物矿床 土壤地球化学 岩石地球化学

铜镍硫化物矿床是镍矿的最主要工业类型，约占世界镍开采量的60%以上；同时也是铜矿的主要工业类型，约占世界铜储量的5.5%；此外，该类型矿床伴生的铂族元素也具有很高的经济价值【1～3】。因此，其倍受国内外矿业界和学术界的关注，世界对该类型矿床的研究也有约80年的历史，对其成矿模式及找矿标志的研究已相对成熟。本文将要运用已有的铜镍硫化物矿床成矿理论，与可能的同类型矿床做对比，从而对澳大利亚西澳州Cattle Creek地区的成矿潜力进行探讨，为进一步的找矿工作提供指导。

1 区域地质背景

澳大利亚西澳州Cattle Creek地区位于北澳大利亚克拉通内金伯利地块东缘，霍尔斯克里克(Halls Creek)活动带上(图1)，该活动带形成于古元古代(约1860～1830Ma），发育有多条区域性深大断裂，距离研究区最近的为霍尔斯克里克(Halls Creek)断裂带。活动带缘于前金伯利(proto-Kimberley)克拉通与塔纳米 (Tanami)克拉通的碰撞，而前碰撞-同碰撞-后碰撞过程中火山活动强烈并发育有大量的酸性-超基性侵入岩体。

Gaal等【5】认为元古宙曾发生过三次大的构造旋回，每个旋回均伴随着裂谷作用的发生，这导致了与裂谷作用有关的基性-超基性岩浆活动的多次发生；胡受奚【6】等认为古元古代造山纪(2050～1800Ma)为一范围极广，强度极强的全球性构造-岩浆期，及造山期，世界上几乎所有的克拉通区均有显示，而霍尔斯克里克(Halls Creek)活动带就是在此构造背景下形成的。这就为幔源基性-超基性岩浆侵入活动提供了条件，从而有利于铜镍硫化物矿床的形成。

图1 西澳州北部大地构造背景图(据A. L. Jaques等【4】)Fig.1 The map of plate geotectonic background, north of Western Australia (after A. L. Jaques et al.【4】)

霍尔斯克里克(Halls Creek)活动带中的区域性深大断裂可将其分为西带、中带、东带三个次级构造带，其中中带又是一条受构造线控制的北东向展布的Ni-Cu-Co-PGE-Cr成矿带。迄今为止，在该活动带上已发现多个铜镍硫化物矿床，其中萨凡纳(Savannh)铜镍矿床仅距离研究区向西约十几公里（图2）。

图2 西澳州北部Halls Creek成矿带铜、镍矿产分布图Fig.2 The distribution plan of Cu，Ni minerals in Halls Creek metallogenic belt，north of Western Australia

萨凡纳铜镍矿床与研究区基本处于相同的大地构造背景，二者含有相同的基性-超基性岩体，围岩及构造特征亦基本相同，故从区域地质背景角度二者具有很好的成矿对比性。而已知萨凡纳铜镍矿床为典型的岩浆岩型铜镍硫化物矿床，目前探明铜矿石储量约为500万t，铜平均品位约0.79%，铜金属量约3.7万t，镍矿石储量为200万t，镍平均品位约1.3%，镍金属量约3.79万t。萨凡纳铜镍矿床周边的基性-超基性岩体上也一直进行着找矿勘查工作，并不断有新的发现。由此可见，研究区具有良好的铜镍硫化物成矿潜力。

2 地质特征

研究区内发现多处基性-超基性岩体及岩脉。岩体面积不大，不超过0.5km2，主要岩性为角闪辉石岩、角闪石岩、斜长闪辉岩等，局部可见岩相分带，显示了岩浆的分离结晶作用；岩脉规模差异较大，走向以北东为主，主要包括角闪辉石岩脉、辉石岩脉斜长闪辉岩脉等。基性-超基性岩体及岩脉的围岩主要为麻粒岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、混合片麻岩等（图3）。基性-超基性岩体/脉的地表圈定表明了研究区存在寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的物质前提。

图3 研究区地质图Fig.3 The geological map of study area

研究区内中北部和中西部各发现一处Cu、Ni矿化点（带）。

中北部Cu、Ni矿化带内见厚度约0.9m孔雀石化变基性岩，可见延伸约几米，局部见孔雀石成细脉状，显示其受热液活动改造的特征，Cu含量为16.77%，Ni含量为0.93%，Co含量为532×10-6。孔雀石矿化北西侧与褐铁矿化带毗邻，其厚约4～9m，延伸总长约600m，Fe(T) 可达约50%～60%，且Cu（高值可达约0.2%～0.3%）、Ni（高值可达约0.08%～0.16%）含量高，显示出与基性-超基性岩体有关的特征，应为金属硫化物氧化形成的铁帽。此外，褐铁矿矿化带中局部可见云英岩化和小规模镜面擦痕，显示其受热液活动和断层活动的影响。矿化带总体产状为305～310°∠55～70°。

中西部Cu、Ni矿化带内见约2～7m厚孔雀石化斜长闪辉岩，延伸约60m，总体产状约为310°∠70～75°。主要矿物为辉石（占约40%），角闪石（占约30%），斜长石（占约30%），矿物粒径约1mm，岩石经受了麻粒岩相变质，孔雀石主要分布于矿物颗粒之间，分布较均匀，局部可见褐铁矿化（Cu、Ni相对更为富集）。Cu可达约0.56%～5.06%，Ni可达约0.16%～1%。该矿化带局部南东侧见有褐铁矿化带，出露宽度约5～10m，延伸约20m，产状为310°∠60°，其Cu、Ni含量很低（分别为13×10-6和16×10-6），不具金属硫化物形成的铁帽的特征。

对比矿化类型、矿化位置和产状等特征，上述两处矿化点（带）具有空间及成因上的联系，为在研究区内寻找铜镍硫化物矿床提供了重要的矿化线索。

对比萨凡纳矿床，其在勘查之初地表也有延伸约250m的铁帽及辉长岩类岩石的发现。

3 地球化学特征

通过1:5万土壤地球化学测量，在研究区内圈定两处甲类综合异常区AP1和AP2，见图4。其中AP1异常位于工作区最北部，呈不规则状，总体呈NE向展布，主要由Cu、Ni、Au、Mo、Co、Cr、Zn等元素组成，多个浓集中心，异常套合较好，面积为4.93km2。

图4 研究区土壤地球化学特征Fig.4 The pedogeochemical characteristics of study area

衬度较高的元素为Au、Cu、Ni，规模较大的元素是Cu、Ni、Au、Mo。其中Cu的极大值为24 910×10-6，均值为2 510.618×10-6，Ni的极大值为18 420×10-6，均值为1 764.500×10-6，Au的极大值为272×10-9，均值为72.326×10-9，Cu、Ni均超过工业品位。Cu、Ni、Au、Mo、Co元素均达到3级浓度带， Cr、Zn、Ag元素为2级浓度带，Pb为1级浓度带。AP2异常紧邻AP1异常，在其南侧，呈条带状，总体呈NS向展布，主要由Ni、Cu、Cr、Au、Co等元素组成，多个浓集中心，异常套合较好，面积为5.43km2。衬度较高的元素为Cu、Ni、Cr、Au，规模较大的元素是Ni、Cu、Cr、Au。其中Cu的极大值为3 406×10-6，均值为1 743.350×10-6，超过边界品位；Ni的极大值为1 934×10-6，均值为624.2×10-6，接近边界品位。Cu、Ni元素均达到3级浓度带，Cr、Au、Co元素为2级浓度带，其余元素为1级浓度带。这两个异常与地质上Cu、Ni矿化套合良好，并指示出多处未见矿化区域的Cu、Ni等元素的异常，Cu、Ni、Co、Cr等元素组成显示其与基性-超基性岩有关的成矿特征，从地球化学角度表明了研究区内具有良好的铜镍硫化物矿床成矿潜力。

4 岩石地球化学特征

本文对TC05-HQ13、TC08-HQ06、HQ537、HQ1四个样品进行了主微量及稀土元素的分析，分析结果见表1。其中样品TC05-HQ13取自研究区中北部铜镍矿化点，为孔雀石化变基性岩，显示一定程度的热液改造特征，变质作用及蚀变作用发育；TC08-HQ06、HQ537取自研究区中西部铜镍矿化带，前者可见明显孔雀石化，后者不具明显矿化，采样位置见图3；HQ1取自萨凡纳矿床的成矿母岩，不具明显矿化。

与铜镍硫化物矿床相关岩体的岩石类型主要为辉长岩-苏长岩，少量为橄榄辉石岩-二辉橄榄岩-橄榄岩及与溢流玄武岩相当的侵入体、科马提岩等。据统计，在橄榄岩和二辉橄榄岩中，其MgO平均含量为20.0%～32.0%，TFe2O3含量为11.0% ～ 15.5%，m/f值为2.3～5.0，属于铁质超基性岩；辉长岩-苏长岩中，MgO平均含量为8.0%～21.0%，TFe2O3含量为6.0%～18.0%，m/f值为0.6～2.4，基本属于富铁质超基性岩[7]。在AFM图解上，上述两种岩石类型主要落入拉斑系列中，并趋向于M端元，为高MgO拉斑玄武岩系列【8】。

研究区所采的样品（表1）MgO含量为9.21%～13.98%（TC05-HQ13蚀变严重，烧失量大，在此不做统计，下同），萨凡纳所采样品MgO含量为15.78%；研究区所采的样品TFe2O3含量为12.95%～16.85%，萨凡纳所采样品TFe2O3含量为25.08%；研究区所采的样品m/f值为1.11～2.12，萨凡纳所采样品m/f值为1.24。综上，研究区样品和萨凡纳样品整体属于与辉长岩-苏长岩相关成矿的统计范畴。这与萨凡纳铜镍矿床中铜镍硫化物与辉长岩类岩石密切相关的特征相吻合。

在AFM图解上（图5）亦投在近M端元的拉斑系列中。此外，研究区样品和萨凡纳样品都具有高Mg#(64.98～ 85.88)，低CaO(<8%)、TiO2(<0.8%)、K2O(<0.7%)等基本一致的主量元素特征。

表1 研究区及萨凡纳矿床样品主量、微量、稀土元素分析结果Table 1 Analysis results of major and trace elements from the study area and Savann deposit

续表1

图5 岩石样品AFM图解Fig.5 AFM diagrams

无论是在在微量元素原始地幔标准化蛛网图中，还是在稀土元素配分图中，四个样品具有基本相同的微量元素特征和稀土配分模式，表明研究区内两个矿化带（点）之间具有相同的成因和岩浆演化特征，这二者又与萨凡纳成矿母岩岩石地球化学特征一致，说明岩浆形成与演化过程极为相似。所以，在对研究区进行铜镍硫化物成矿潜力分析的时候，可以与萨凡纳铜镍矿床进行类比，进而指导找矿。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图（图6）中可以看出，样品总体富LILE（Cs、Rb、Ba）而贫HFSE（Nb、Ta、Zr、Hf、Y），整体呈右倾趋势，同时表现出Rb、Nb、Ta负异常，Ba、U、Pb 、Th正异常，这与未受地壳物质混染的洋岛玄武岩和洋中脊玄武岩具Nb、Ta正异常的特征相反【9】，而和陆壳具有Nb-Ta的负异常，U、Pb 、Th正异常特征相吻合【10】，表明岩体岩浆演化过程中发生过明显的陆壳物质同化混染作用，这与大多数铜镍硫化物矿床受到地壳物质影响的特征一致。

从稀土元素配分图（图7）看，具有微弱右倾特征，轻稀土富集，曲线总体较平滑，研究区内各样品稀土配分曲线相似，近于平行，说明成岩过程中有相似的分异演化过程，各样品之间稀土元素总量的差距表明岩石主要受橄榄石控制的分异过程【11】，这说明岩浆在演化过程中存在明显橄榄石分离结晶作用，进而说明了岩体应存在岩体分带现象，在深部应有更为基性的辉石橄榄岩甚至橄榄岩的同源岩体。岩体的分异现象是铜镍硫化物矿床形成的有利标志。样品TC05-HQ13负Eu异常比较明显，应与后期变质、蚀变过程中长英质析出有关。

图6 微量元素蛛网图Fig.6 Trace elements spider diagrams

图7 稀土元素配分图Fig.7 Rare earth elements patterns

5 成矿理论选择

通过对全球已知铜镍硫化物矿床成矿类型及成矿模式的分析与对比【12～15】，研究区应运用古大陆内小岩体成矿系统理论进行成矿潜力的探讨。

小岩体矿床是指那些经过深部预富集的含矿岩浆上侵形成的“岩体规模相对小”，而在岩体的内部和（或）附近的围岩中形成的矿体却“相对大而富”的岩浆矿床。岩浆岩体的面积可以大到10km2，小到零点零几平方千米。该成矿模式的核心内容为深部熔离预富集→分期贯人→终端岩浆房聚集成矿【12】。

古大陆内小岩体矿床形成于大陆陆内或边缘裂解的地质背景下，一般都邻近深大断裂，这种断裂有时耦合于重要的地壳缝合带。由于深断裂的减压作用，高镁拉斑玄武岩浆或科马提岩浆[16]在深部岩浆房分异出的不含矿岩浆、贫矿岩浆、富矿岩浆和矿浆脉动式快速上侵，大量的不含矿岩浆喷出地表或侵入浅部空间，先侵入的硅酸盐岩浆比较分散，形成由几个至几十个岩体组成的岩体群或岩体带，范围比较大；贫矿岩浆、富矿岩浆和矿浆可能由于相对较重沿着深大断裂的次级裂隙侵入到终端岩浆房成岩成矿，聚集成一个或几个矿集区【12～15】。

研究区位于金伯利地块西缘霍尔斯克里克(Halls Creek)活动带上，附近发育有深大断裂。研究区内发现多个小岩体，出露面积小，均不超多0.5 km2。在AFM图解上，岩体样品显示原始岩浆为高MgO拉斑玄武岩系列。这些均符合古大陆内小岩体成矿系统理论。而萨凡纳铜镍矿床具有和研究区相同的地质背景与特征，其成矿岩体出露面积小于2 km2，并显示出多岩浆房演化的特征，岩性除了和成矿有关的辉长-苏长岩外，还有橄榄岩、辉石橄榄岩、橄长岩等，说明了岩浆的分异过程。其主矿体的形态模型见图8，显示出含矿岩浆顺断裂侵入到终端岩浆房成岩成矿的特征。这说明研究区和萨凡纳矿床均符合有古大陆内小岩体成矿理论特征，而研究区很有可能存在与成矿直接相关的终端岩浆房。

图8 萨凡纳铜镍矿床主矿体模型Fig.8 The main ore body model of Savann deposit

此外，有些岩体内部具明显岩相分带，局部发育有超基性岩淋滤型铁帽；主量元素特征(MgO含量为19.44%-28.36%，TFe2O3含量为13.00%～14.06%，m/f值为2.69～4.16)，显示其具有橄榄辉石岩-二辉橄榄岩-橄榄岩的成矿专属性特征；MgO与主量元素的相关关系表明岩浆中铬铁矿、橄榄石已基本完成分离结晶作用，并开始受辉石及斜长石的分离结晶作用的影响。这些特征说明原始岩浆形成研究区岩体时，已经基本完成了早期演化，岩体所在位置为次级岩浆房，而深部应存在岩浆早期演化的初始岩浆房，并存在大量岩浆，为小岩体成矿提供物质来源。个别样品MgO与主量元素的异常相关性说明岩浆可能存在多期次侵入。岩体附近发现的含钛磁铁矿转石，应与岩浆晚期演化形成的岩浆热液相关。

综上所述，研究区内基性-超基性岩可以运用古大陆内小岩体成矿系统理论做指导，且形成区内岩体时，岩浆已发生了有利于成矿的岩浆演化及侵入活动，说明研究区具有较好的成矿潜力。

6 结论

综上所述，研究区所处地质背景有利于铜镍硫化物矿床的形成；研究区内发现多处基性-超基性小岩体，同时发现两处与岩体有关的铜镍矿化点（带），矿化岩石的铜镍品位较高；1:5万土壤地球化学测量所圈定的异常不仅与矿化信息及已发现的基性-超基性岩体套合良好，并且可以提供更多的与铜镍硫化物矿床相关的元素富集信息；研究区样品主量元素特征表明其属于与辉长岩-苏长岩相关成矿的统计范畴，微量元素特征表明岩体岩浆演化过程中发生过明显的陆壳物质同化混染作用，稀土元素特征显示其深部存在岩浆分异作用过程；研究区的地质及岩石地球化学特征基本与西部不远处已发现开采的萨凡纳铜镍矿床一致，具有很强的可对比性；二者均符合古大陆内小岩体成矿理论特征。因此，研究区具有较高的铜镍硫化物矿床的成矿潜力。

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THE METALLOGENIC POTENTIAL OF COPPER-NICKEL SULFIDE DEPOSIT OF CATTLE CREEK AREA, WESTERN AUSTRALIA

Wang Fan Li Jian Hu Zhongguo Deng Xiaolin
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau , Zhuozhou, Hebei, 072754, China

The Cattle Creek Area is located in Halls Creek Mobile Zone, which arose from the orogeny of western margin of Kimberley block, adjacent to deep faults. There are multiple small basic-ultrabasic intrusive bodies and dikes, two mineralized spot(belt), and two Class-A 1∶50000 synthetical pedogeochemical anomalies in the study area. Both of the two anomalies consist of Cu, Ni, Au, Mo, Co and other elements, and have multiple concentration centers. The single element anomaly nests well with each other. The maximum values of Cu, Ni are more than or close to the cutoff grades, or even minimum mining grade. Both of the two anomalies nest well with the mineralization. Analysis results of the major elements show that the mineralized intrusive bodies have the characteristics of metallogenic specialization of gabbro- norite. In the AFM diagram, the samples show that the primitive magma of the intrusive bodies belongs to high-MgO tholeiite series. The PM-normalized trace element spiderdiagrams show that there is assimilation and contamination of continental crust during magmatic evolvement of the intrusive bodies. Chondrite-normalized REE patterns show that the magmatic evolvement processes of the intrusive bodies are similar, with the fractional crystallization of olivines. There is a high correlation between the study area and Savann deposit, both of which accord with the metallogenic theory of small intrusions forming large deposits. There is high mineralization potential in the study area.

Western Australia, copper-nickel sulfide deposit, pedogeochemistry, petrogeochemistry

P618.41+P618.63

A

1006–5296（2014）02–0085–09

① 此文获中化地质矿山总局地质研究院、地质调查总院“第三届青年学术研讨会”论文三等奖* 第一作者简介：王凡（1981～），男，矿物学、岩石学、矿床学专业，助理工程师

2014-03-24；改回日期：2014-04-14