东疆黄山铜镍矿床硫化物聚集过程和硅酸镍含量及对铜镍矿勘查的指示

郭鼎民，毛亚晶，谢军辉，田翱齐，寇利杰，谈雄，牛艳杰,3(.新疆亚克斯资源开发股份有限公司,新疆 哈密 839000;.中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京 0009;3.中国科学院大学，北京 00049)

东疆黄山铜镍矿床硫化物聚集过程和硅酸镍含量及对铜镍矿勘查的指示

郭鼎民1，毛亚晶2，谢军辉1，田翱齐1，寇利杰1，谈雄1，牛艳杰2,3
(1.新疆亚克斯资源开发股份有限公司,新疆 哈密 839000;2.中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院矿产资源研究重点实验室，北京 100029;3.中国科学院大学，北京 100049)

由黄山铜镍矿床浸染状矿化橄榄岩中Ni的赋存状态分析得到其硅酸镍含量为4%~20%，且硅酸镍含量和全岩Ni含量呈负相关，主要受橄榄石比例和橄榄石Ni含量控制。当全岩Ni大于0.4%时，黄山矿床浸染状矿化橄榄岩中硅酸镍比例常小于10%。450中段坑内钻KZK1475中硫化物从矿体下盘至上盘呈逐渐减少趋势，结合黄山岩体从浅部至深部基性程度逐渐增高的岩相分带特征，认为岩浆结晶过程中主要受重力分异控制。矿体中硫化物呈多段富集，可能与新鲜岩浆注入有关。本文还对东疆地区其他超基性岩相赋矿的矿床(黄山南矿床和坡北地区铜镍矿床)进行了硅酸镍含量模拟，得到两个矿床浸染状矿化橄榄岩中硅酸镍比例多为10%~20%，大部分大于20%，而矿化纯橄岩中硅酸镍比例都大于20%。因此，东疆地区在橄榄岩赋矿的铜镍矿床(矿点)勘探和开采过程中，应考虑矿体中硅酸镍的含量。

东天山；黄山铜镍矿床；基性-超基性岩；硅酸镍；硫化物聚集过程

东疆铜镍矿床因产于造山带背景而颇具成矿特色，受到国内外铜镍矿研究学者的关注[1-3]，并在岩石演化、成矿机制和构造背景等方面取得了诸多成果[4-16]，受到了地勘单位的高度重视[17-20]。东疆铜镍矿床均属小岩体成矿[2]，据赋矿岩石类型可分为基性岩含矿和超基性岩含矿两类，多数矿床以超基性岩含矿为主[13]，如黄山、图拉尔根、天宇、黄山南、葫芦矿床的矿体和黄山东、香山、白石泉的部分矿体。超基性岩含大量硅酸镍，目前的选矿工艺无法提取矿石中的硅酸镍。因此，超基性岩中的硅酸镍含量对矿石中镍的回收、矿体圈定及矿床评价具重要影响。黄山铜镍矿床是东疆最大的超基性岩赋矿的铜镍矿床，是研究矿石中硅酸镍比例及控制因素的理想对象。近年采矿过程中发现部分浸染状矿化橄榄岩中硅酸镍比例过高而影响选矿回收率，如何剔除硅酸镍含量过高的矿石也成为矿山工作急需解决的实际问题。前人针对黄山矿床的源区特征、硫饱和过程、地壳混染过程等方面开展了微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素等研究[4,14,16]，得到黄山矿床原始岩浆来源于被俯冲流体交代的亏损地幔的部分熔融，岩浆上升过程中经历少量地壳混染和硫加入使岩浆达到硫饱和，最终硫化物通过重力分异和流动分异作用聚集。据橄榄石、辉石成分和硫化物铂族元素成分从矿体底部至浅部的系统变化，发现黄山矿床形成过程可分为岩浆通道阶段和重力分异阶段[14]，但硫化物的聚集方式及控制因素有待进一步精细研究。

针对上述问题，本文据黄山矿床矿体从下盘至上盘的Cu，Ni品位变化讨论其硫化物聚集过程，通过硅酸镍含量分析，明确硅酸镍与硫化镍的相互关系，结合区域上坡北、黄山南等矿床的发表数据，限定这些矿床的硅酸镍含量，为区域铜镍矿勘查工作提供参考依据。

1　黄山铜镍矿床地质背景和矿床特征

东疆地处中亚造山带南缘，为典型的造山带背景(图1-a)，也是中国重要的铜镍矿产地[2]，主要矿床有东天山的黄山、黄山东、香山、黄山南、葫芦、图拉尔根，中天山的天宇、白石泉，北山的坡一、坡十等铜镍矿床(图1-b)。东疆大部分铜镍矿的成矿时代为早二叠世[9,21-23]。东天山还产出二叠纪造山型金矿和泥盆—石炭纪富金斑岩铜矿[24-26]。东天山岩体分布主要受康古尔塔格-黄山深断裂及其次级断裂控制[27]，岩体长轴方向与断层、节理方向一致，指示岩浆就位于区域走滑断层(图1-c)。岩体侵位于下石炭统雅满苏组、中石炭统梧桐窝子组或泥盆系头苏泉组中，与围岩呈侵入接触关系。

图1　中亚造山带简图（a），东疆基性-超基性岩和铜镍矿床分布简图（b）和东天山黄山-图拉尔根成矿带铜镍矿床分布与地质特征简图（c）Fig.1 Simplified geological map of the Central Asian Orogenic Belt(a),Distribution of the mafic-ultramafic intrusions and related magmatic sulfide deposits(b)and Distribution of magmatic sulfide deposits and simplified geological map of the Huangshan-Tulaergen region in the Eastern Tianshan(c)

黄山岩体地表近EW向，呈彗星状或蝌蚪状，长约3.9 km，最宽0.84 km(图2-a)[28-32]。岩体向东翘起，西部最深，往下延伸超过1.5 km。岩体中部及东部北界南倾，南界北倾，倾角50°~70°，西部浅部南倾，深部约500 m向北反倾，倾角较陡(约80°)(图2-b)。黄山岩体分为3个侵入期次:第一侵入期主体岩相为斜长角闪橄榄岩，边部橄长岩，两者呈不规则弯钩状分布于第二侵入期次岩相中；第二期次岩相由西向东依次为辉长苏长岩和辉长岩，宽度向东逐渐减小，最宽250 m;第三期次为超基性岩相(图2-a)，其中，橄榄岩为隐伏岩相，位于黄山岩体西侧底部，由深部至浅部依次为橄榄岩、橄辉岩和辉石岩，矿体主要赋存于橄榄岩中。30号矿体(包括30-2)是矿区最大矿体，位于橄榄岩底部或靠近底部(图2-b)，以中等浸染状矿石为主，少量块状和半块状矿石呈不规则脉状穿插于浸染状矿石中。450~600 m，含矿岩相多为辉橄岩和橄辉岩，矿石储量6 447 173×104t，Ni平均品位为0.43%，Cu平均品位0.28%。32号矿体位于黄山岩体西南部，矿石类型与30号矿体相似。在450~600 m标高间，含矿岩性为蚀变辉橄岩，矿石储量2 331 740×104t；Ni平均品位0.60%，Cu平均品位0.42%。

图2　黄山矿床地质平面图（a）与联合剖面图（b）Fig.2 Plan view(a)and cross sections(b)of the Huanghsan magmatic sulfide Ni-Cu deposit

2　分析方法

矿石的Cu，Ni品位和硅酸镍含量由新疆亚克斯资源开发股份有限公司质检部测试。用于Cu，Ni含量测试的矿石采自近年施工的530和450中段坑内钻和坑道刻槽，每个样品长度为1.5 m。用于测试的样品先粉碎至200目，Cu品位由碘量法测定，具体实验步骤严格按照国标GB/T3884.1-2012施行，Ni品位采用丁二酮肟光度法测定。

在镍的物相分析中，先称取试样0.5~1.0 g于250 ml烧杯中，加入50 ml水溶液，在常温浸取0.45~1小时，用抽滤法过滤，用热水洗涤3~5次，残渣放回原烧杯中。向残渣中加入30 ml饱和溴水和1 ml溴，冷浸60分钟，加热煮沸除溴，用抽滤法过滤，残渣放回原烧杯中保留。滤液移入300 ml烧杯中，体积20~30 ml、10 ml硝酸、硝硫混合酸10 ml，蒸干，以少量水溶解盐类，稀释至10 ml、吸取10 ml液体，以下同比色法测硫化镍含量。将分离硫化镍后盛残渣的坩埚于600°灰化，放入205 ml烧杯中，加入氯化铵0.5~1 g，盐酸20 ml，加热溶解数分钟后，加入10 ml硝酸，5 ml高氯酸，加热分解矿样，加热溶解蒸干冷却，原矿稀释至100 ml，吸取25 ml，尾矿稀释至100 ml，吸取25 ml，以下同比色法测硅酸镍含量。

3　分析结果

3.1黄山矿床硫化物Cu/Ni比值和Cu、Ni品位变化

为避免铜镍含量过低造成分析误差，本文只讨论Ni品位大于0.1%，且Cu品位大于0.05%的样品，符合以上条件的样品共988个。其中，Cu与Ni呈较强的正相关(图3-a)，Cu/Ni值多为0.33~1，部分样品相对富集铜(Cu/Ni比值大于1)，部分样品相对富集镍(Cu/Ni比值小于0.33)(图3-b)。Cu和Ni的相对富集由硫化物结晶分异作用造成。在硫化物冷却过程中，先结晶的单硫化物固溶体(MSS)富集Ni，残余硫化物熔体(ISS)相对亏损Ni却富集Cu，随温度下降，ISS结晶形成富铜硫化物[33]。经分异作用的硫化物成分不能代表硫化物熔离出时的原始成分。对Ni品位在0.33%~1%的样品进行趋势分析，得到Cu，Ni趋势方程为Cu%=0.61×Ni%(R2=0.86)，指示黄山矿床的Cu/Ni比值约为0.62。

图3　黄山铜镍矿床Ni-Cu品位相关性图（a）和Cu/Ni-Ni品位相关性图（b）Fig.3 Plot of Ni versus Cu(a)and Cu/Ni versus Ni(b)for ores form the Huangshan deposit MSS——单硫化物固溶体；ISS——残余硫化物熔体

图4　530中段坑内钻KZK117(a)和450中段坑内钻KZK120(b)、KZK1475(c)的Ni，Cu品位变化图Fig.4 Variations of Ni and Cu grade of drilling core KZK117 at 530 elevation(a)and KZK120(b)、KZK1475(c) drilling cores at 450 elevation of the Huangshan deposit

KZK120钻孔揭示30号矿体在450中段由下盘至上盘，Cu，Ni品位呈多段升高和降低，二者在剖面上具很好的相关性(图4-a)。同样，530中段坑内钻KZK117揭示30号矿体中浸染状矿化橄榄岩的Ni品位变化较大，在矿体底部最高，由下盘至上盘，Ni品位先呈弱下降趋势，往上盘略增加，Cu品位具相似趋势(图4-b)。以上两个钻孔Cu，Ni品位变化指示硫化物在矿体中有多段富集，但450中段坑内钻KZK1475揭示32号矿体底部Cu和Ni品位最高，由下盘至上盘Ni和Cu品位呈逐渐下降趋势(图4-c)。

3.2浸染状矿化橄辉岩中硅酸镍含量

黄山铜镍矿床浸染状矿化橄榄岩矿石的硅酸镍含量见表1。不含矿橄榄岩含Ni小于0.1%，硅酸镍占镍总量的43%，指示该样品硫化物少，且橄榄石比例较高。浸染状矿化橄榄岩(Ni品位为0.2%~ 1%)，硅酸镍所占比例约4%~20%，30号和32号矿体硅酸镍含量相近。在硅酸镍和全岩Ni品位相关性图中(图5-a)，随着Ni品位增加，硅酸镍含量逐渐下降，且当全岩Ni品位大于0.4%时，硅酸镍比例往往小于10%。

4　讨论

4.1黄山矿床硫化物聚集过程

岩浆矿床硫化物聚集过程主要有两种：相对稳定环境下的就地分异作用和相对动荡环境下的流动分异作用[34]。黄山矿床从浅部至深部，基性程度逐渐增加，且硫化物赋存于岩体底部基性程度最高的岩相。以上岩相分带和硫化物赋存部位表明岩浆在冷却结晶过程中，重力分异起控制作用。更重要的是，450KZK1475剖面自下而上，Ni，Cu品位逐渐减少(图4-c)，指示硫化物在矿体(岩体)底部最为富集，硫化物含量向上逐渐减少，很好地佐证了硫化物聚集过程主要受重力分异作用控制。

并非所有矿体剖面都具硫化物从下盘至上盘逐渐减少趋势，450中段坑内钻KZK120和530中段坑内钻KZK117中硫化物含量由下盘至上盘呈多段富集(图4-a，b)。矿体中硫化物含量变化可能由岩浆中熔离出的硫化物量控制[4]，也可能由新鲜岩浆补给引起岩浆扰动造成，毛亚晶等对黄山矿床ZK06-18钻孔中从岩体底部至顶部的橄榄石、斜方辉石粒度和成分进行了系统分析，发现橄榄石粒度和成分呈多段变化，认为橄榄石和辉石结晶过程中曾有多次新鲜岩浆补给[14]。值得注意的是，岩浆演化过程中硫化物饱和程度难以解释同一矿体在不同部位的硫化物不均匀富集(图4-a，b)。因此，本文认为黄山岩体形成过程中，硫化物和橄榄石主要受重力分异作用控制，但是在岩浆分异过程中曾有岩浆补给并造成岩浆体系的扰动，使硫化物在岩浆底部呈不均匀分布。

4.2黄山矿床矿体中硅酸镍比例的控制因素

表1　黄山矿床浸染状矿石Ni，Cu品位和硅酸镍含量Table 1 The grade of Ni,Cu and silicate nickel content in disseminated ores from the Huangshan deposit　单位：%

黄山矿床矿体中硅酸镍多赋存于橄榄石中(大于1 000×10-6)，镍以类质同相形式替代橄榄石中的铁，此外，很少量镍(小于100×10-6)存在于斜方辉石和单斜辉石中[14]。因此，橄榄岩类(橄榄石大于40%)中的硅酸镍含量最高，次为橄辉岩相(10%<橄榄石< 40%)，而辉石岩中硅酸镍含量最低。黄山矿床矿石中，除硅酸镍，其余均为硫化镍。因此，矿石中硅酸镍和硫化镍的比例反映样品中橄榄石和硫化物含量的关系。

橄榄岩相是黄山矿床主要的含矿岩相，橄榄石含量约40%[35]，假设含矿岩相中橄榄石含量为40%，橄榄石中Ni含量为1 000×10-6[14]，则橄榄岩中硅酸镍含量为400×10-6(0.04%)，将硅酸镍和硫化镍按1:1~ 1:30的比例进行混合模拟，得到黄山矿床硅酸镍和硫化镍的混合曲线(图5-a)，所有矿石样品都位于曲线附近，表明黄山矿床浸染状矿石的硅酸镍和硫化镍比例为1:5~1:25，且Ni品位大于0.4%的样品，其硅酸镍比例几乎都在10%以下。

4.3区域勘查意义

不同类型超基性岩中橄榄石含量不同，橄榄岩类中的橄榄石最多，硅酸镍含量高。东疆的坡一、坡十、黄山南、二红洼等矿区(点)的硫化物往往赋存于橄榄岩中，且橄榄石含Ni高[23,36-38]。因此，浸染状矿化橄榄岩中硅酸镍含量会造成矿石贫化，从而影响矿体圈定、开采和回收等。

黄山矿床浸染状矿化橄辉岩中橄榄石Ni含量为1 000×10-6[14]，橄榄石和硫化物按1:5~1:25的比例混合，发现Ni含量大于0.4%的矿石含硅酸镍比例往往小于10%。若假设橄榄石含Ni为3 000×10-6，且橄榄岩类橄榄石含量为40%(类似于坡北岩体和黄山南矿床橄榄岩Ni含量和橄榄石比例[38]，则橄榄岩中赋存于橄榄石的Ni为0.12%，那么硅酸镍比例在10%以下样品全岩Ni品位需大于1.2%(图5-b)。若纯橄岩赋矿(橄榄石中Ni含量仍为3 000×10-6，纯橄岩中橄榄石为90%)，其硅酸镍含量0.27%，仅全岩的Ni品位大于2.7%的样品才含硅酸镍比例小于10%(图5-b)。因此，若坡北单辉橄榄岩全岩Ni品位为0.5%~1%，矿石硅酸镍比例应为10%~20%，但坡北多数矿石Ni品位小于0.5%[37]，该类矿石中硅酸镍比例应大于20%。相同Ni品位的纯橄岩，硅酸镍比例更高。同样，黄山南矿床的橄榄石中Ni含量大于3 000×10-6，该矿床浸染状矿化橄榄岩中硅酸镍在矿体圈定及开采过程中也要引起重视。综上所述，东疆地区以橄榄岩赋矿为主的矿床，若赋矿岩相的橄榄石Ni含量较高，则矿石中的硅酸镍在矿体圈定和开采中应给予考虑。

图5　黄山矿床浸染状矿化橄榄岩Ni品位与硅酸镍比例（NiSiO4）相关性图（a）和区域上超基性岩硅酸镍与Ni品位关系模拟图（b）Fig.5 Plots of Ni in whole rock and Ni in silicate for the ores from the Huangshan deposit(a)and ores hosted by ultramafic rocks regionally(b)

5　结论

(1)东天山黄山铜镍矿床的Cu/Ni比值集中在0.33~1，平均0.62；硫化物经历结晶分异作用，单硫化物固溶体聚集使部分矿石相对富集Ni(Cu/Ni< 0.3)，而残余硫化物熔体聚集使部分矿体富集Cu (Cu/Ni>1.5)。

(2)黄山铜镍矿床主要矿体Ni，Cu品位由下盘至上盘，逐渐减少，结合岩相分带特征，指示岩浆结晶过程主要受重力分异作用控制，但在硫化物聚集过程中曾有新鲜岩浆补给，造成硫化物在橄榄岩中呈多段富集。

(3)黄山矿体硅酸镍比例主要受橄榄石比例及橄榄石的镍含量控制，浸染状矿化辉橄岩的硅酸镍和硫化镍比例为1:5~1:25。

(4)模拟计算得到坡北和黄山南矿床的赋矿橄榄岩硅酸镍比例多大于20%，且坡北纯橄岩的硅酸镍含量更高。此外，东疆多个矿床(点)也为橄榄岩相赋矿，该类矿床(点)在勘查、评价、开采过程中，应注意矿石中硅酸镍的比例。

致谢:衷心感谢新疆亚克斯资源开发股份有限公司地测科全体成员在工作中给予的支持与帮助，秦克章研究员和唐冬梅副研究员为本文提供建设性建议以及审稿人为论文提出宝贵的修改意见。

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SulfideEnrichment Processand SilicateNickel Contentsof the Huangshan Magmatic Ni-Cu Deposit and Implications for Regional Ni-Cu Exploration

Guo Dingmin1,Mao Yajing2,Xie Junhui1,Tian Aoqi1,Kou Lijie1,Tan Xiong1,Niu Yanjie2,3
(1.Xinjiang Yakesi resource develepment Ltd.,Hami,Xinjiang,839000,China;2.Institute of Geology and geophysics, Chinese Academy of Sciences,Beijing,100029,China;3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing,100049,China)

Silicate Ni content analysis results reveal that silicate Ni contents of the Huangshan deposit vary from 4%to 20%and it is negative correlated with Ni content in whole rock.Both modelling and analysis results suggest that the proportion of silicate nickel are less than 10%when Ni in whole rock are more than 0.4%in the Huangshan deposit.The sulfide amount in drilling core KZK1475 decreases from the lower zone to the upper zone.This,together with the lithological distribution,indicates that gravitational diffusion played a key role during magma fractional crystallization.The disorder of the sulfide in the ore-bodies can be explained by fresh magma injection.In addition,this study also model the silicate Ni content in the Huangshannan and Pobei deposits regionally,whose sulfide are hosted by olivine rich rocks.It is indicated that disseminated lherzolite in these deposits mainly consist 10%to 20%silicate Ni and disseminated dunite in the Pobei deposits have silicate Ni more than 20%.Consequently,we proposed that the silicate Ni content should be taken into account during exploration if the host rocks are both rich in olivine and olivine in them are rich in Ni in the Eastern Xinjiang.

Eastern Tianshan;Huangshan Ni-Cu deposit;Mafic-ultramafic rocks;Nickel silicate/Ni in silicate minerals; Sulfide enrichment process

1000-8845(2016)03-367-08

P578.2；P578.94

A

项目资助:国家自然科学基金（41502095）、黄山铜镍矿30号矿体NiSiO4含量分析研究项目（YKSDCBQC-02）和中国博士后科学基金资助项目（2015M570146）联合资助

2015-11-25;

2015-12-25;作者E-mail:136720024@qq.com

郭鼎民（1986-），男，甘肃会宁人，助理工程师，2013年毕业于长安大学资源勘查工程专业，现从事矿山地质工作

毛亚晶（1985-），男，浙江温岭人，博士，主要从事岩浆铜镍矿床成矿作用研究，E-mail:maoyajing@mail.iggcas.ac.cn