甘肃北山大山头-黑山一带基性超基性岩成矿条件与找矿前景

谢燮，杨建国，王小红，王磊，姜安定

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西　西安 710054；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安　710064))



谢燮1，杨建国1，王小红1，王磊1，姜安定2

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710064))

甘肃北山大山头—黑山一带位于塔里木板块北缘北山裂谷带，区内与基性-超基性岩有关的铜镍矿化较为普遍，含矿岩体多受庙庙井-西双鹰山及其次级断裂控制，成岩时代集中在358～397Ma，岩体的形成和演化与裂谷作用密切相关。区内与铜镍矿化有关的基性-超基性岩体规模较小，多期侵位且分异较好，具高Mg、低碱、低Ca和低Ti的特征，含矿岩相具有较高的Mg#，稀土元素配分形式较为平坦，LREE略富集，大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr、U)相对富集，高场强元素(Nb、Zr、Hf)相对亏损。矿化岩体发育强度不高，但规模较大的Cu、Ni成矿元素异常，并有套合较好的磁、电异常。通过对区内已知及新发现的几处铜镍矿化基性-超基性岩体地质特征、岩石学特征及岩石地球化学特征等进行研究，结合近年来的地质找矿实践，认为该地区与铁质基性-超基性岩有关的铜镍成矿条件较好，具有进一步寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的前景。

成矿条件；找矿前景；基性-超基性岩；大山头-黑山；北山

①中国地质调查局西安地质调查中心.甘肃省营毛沱-玉石山地区铁铜多金属矿调查报告，2014.

北山裂谷带位于塔里木板块东北缘, 由新疆东部延伸至甘肃西部，是早古生代古亚洲洋俯冲-消减-碰撞造山后，裂谷伸展形成的天山(中亚)大火成岩省的组成部分(夏林圻等，2006)。近年来，随着新疆坡北、红石山、罗东、笔架山、漩窝岭等一系列含铜镍硫化物基性-超基性岩体的发现，甘肃北山地区显示出了较大的铜镍矿找矿潜力，有望成为东天山—北山地区岩浆型铜镍矿潜在的资源远景基地。大山头—黑山一带地处甘新交界北山山系中部，区内沿布特-黄草滩微地块及其南北两侧裂谷发育近百千米长的基性-超基性岩带。通过开展区内异常检查工作，在该基性-超基性岩带先后新发现怪石山、拾金滩、红柳沟和三个井岩体等多处铜镍矿化基性-超基性岩体。在各岩体与同一构造成矿带内，近年来勘查发现的黑山含铜镍岩体具有较强的相似性或可比性，找矿潜力较好。笔者通过对各铜镍矿化岩体的地质特征、岩石学特征、岩石地球化学特征及成矿条件、找矿标志等方面进行研究，分析其找矿前景，对指导该地区的铜镍找矿工作具有重要意义。

1　区域地质背景

甘肃北山地区位于哈萨克斯坦板块与塔里木板块的结合部位，地质构造极为复杂，总体上是古亚洲构造域的组成部分，其大地构造格局和归属一直存在诸多看法和认识(赵茹石等，1994；聂凤军等，2002；左国朝等，2003；龚全胜等，2003；何世平等，2005；杨合群等，2008)。该地区的地史演化基本可归属一种古陆裂解、增生和向成熟陆壳发展演化模型，主体由东天山和塔里木两大板块构成(杨建国等，2015)。大山头—黑山一带位于塔里木板块北缘北山裂谷带，南北横跨玉石山-牛圈子裂谷、营毛沱-白湖裂谷、布特-黄草滩微地块和花牛山-黑山裂谷带4个三级构造单元①(图1)。区内出露地层有晚太古宇—早元古代敦煌岩群，为一套深变质岩建造，岩性主要有花岗(闪长)质片麻岩、云母石英片岩、变粒岩夹斜长角闪岩、大理岩和石英岩等；长城系古硐井岩群为一套中浅变质陆源碎屑岩夹火山岩、火山碎屑岩和碳酸盐岩建造，岩性主要有灰绿色绢云石英片岩、二云石英片岩、中薄层状大理岩、磁铁石英岩；蓟县系平头山组，为一套浅变质滨海相大陆边缘潮坪沉积环境的富镁碳酸盐岩夹凝灰质细碎屑岩及少量火山岩建造；青白口系大豁落山组为一套为滨海潮坪和潮下浅水内源碎屑岩相富镁富硅质中厚层碳酸盐岩建造。

区内侵入岩发育，中酸性侵入岩以前寒武纪花岗质片麻岩基为主，古生代侵入体多呈小岩株及脉岩，主要形成于华力西晚期，岩石类型常见有石英闪长岩、花岗闪长岩、斜长花岗岩、花岗斑岩、黑云母花岗岩、石英斑岩、长英质脉岩等。基性-超基性岩分布较广，基性岩多呈岩基和岩株，岩性主要有辉长岩、辉长辉绿岩、苏长岩、橄榄辉长苏长岩等。超基性岩多呈小岩珠和岩脉，岩相分异明显，岩性有角闪橄榄岩、辉石岩、二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、纯橄岩和蛇纹岩等。其中铜镍矿化通常与分异较好的基性-超基性杂岩体密切相关。区内断裂构造极发育，除庙庙井-双鹰山近东西向深大断裂外，近东西向次级断裂带及北东、北西向断裂构造亦较发育，控制不同时代侵入体的空间展布。

2　岩体地质特征

与基性-超基性岩有关铜镍矿化在区内较为普遍，成矿信息条件较好。铜镍矿化基性-超基性岩体侵位于布特-黄草滩微地块及其南北两侧的裂谷裂陷带中，岩体多受庙庙井-西双鹰山及其次级断裂控制，由西至东依次出露有红柳沟、三个井、黑山、怪石山、拾金滩岩体。岩体出露规模均较小，位于西侧的红柳沟和三个井岩体规模相对较大，出露面积可达3.5～20km2，东侧怪石山和拾金滩岩体与黑山岩体相似，规模相对较小，单个岩体多数长几十至百余米，宽仅十余米至几十米，岩体形态各不相同，平面上主要呈岩株状、脉状及不规则状等，岩体展布方向以北西向为主。

1.构造单元分界断裂;2. 推测构造单元界线; 3. 基性-超基性岩体图1　甘肃北山大山头-黑山一带区域构造与基性-超基性岩体分布图Fig.1　The regional structure and basic-ultrabasic distribution of Dashantou-Heishan

岩体类型总体属基性-超基性杂岩类(表1)，具体可分为镁质和铁质2类。镁质系列基性-超基性杂岩以拾金滩岩体为代表，岩体主要由蛇纹石化纯橄岩、辉长岩等组成，被大片第四系覆盖，仅见少量超基性岩小露头，岩石蚀变强烈，岩相分带不清。铁质系列基性-超基性杂岩以黑山、怪石山、红柳沟、三个井等岩体为代表，包括黑山岩体在内的诸多含矿岩体，岩石类型主要由辉长岩、辉石岩、橄榄岩组成，岩类组合复杂多样，岩相十分发育，具有明显的分异特征，岩体具多期次侵位特点，超基性岩相和辉长岩相之间呈明显的侵入接触关系。

西侧红柳沟和三个井岩体主体以辉长岩为主，其中分异出辉石岩、橄榄辉石岩、橄榄辉长岩、二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、橄榄岩和蛇纹岩等岩相；东侧怪石山岩体主要由橄榄辉石岩、橄榄二辉岩及辉长岩等组成，自北西向南东可划分为细粒辉长岩、伟晶角闪辉长岩、中粒角闪辉长岩、橄榄二辉岩、橄榄辉石岩、橄榄二辉岩6个岩相带。

表1　甘肃北山大山头—黑山一带基性-超基性岩体特征表

2类岩体岩石学特征与黑山岩体相似，它们共同的特点是岩石具块状构造，常见粒状变晶结构、辉长结构、包橄结构等；岩体中主要矿物包括橄榄石、辉石、斜长石等，成矿岩体岩石普遍发生了不同程度的蛇纹石化、纤闪石化、绿泥石化等蚀变作用；各岩体成矿类型一致，主要的金属矿物均为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿等。铁质系列岩体中各类岩石以斜长石为特征，普遍含有较多的褐色普通角闪石、金云母等富水矿物。与其他岩体不同的是在镁质系列的拾金滩岩体中还见微层状构造、条带状构造，碎裂状结构等特征，其超基性岩中未见斜长石、角闪石、金云母等矿物的出现，该岩体主要为一含镍矿化岩体，岩石中虽见磁黄铁矿、镍黄铁矿等原生金属硫化物，但金属矿物含量约2%。

3　岩体地球化学特征

对区内5个含矿岩体的24件样品进行了岩石化学分析，主量元素地球化学数据(表2)显示各岩体SiO2平均含量为39.18×10-2～47.35×10-2，均属超基性-基性岩类。黑山、怪石山、红柳沟和三个井4个岩体MgO平均含量为16.98×10-2～25.83×10-2，Na2O+K2O平均含量为0.80×10-2～2.31×10-2，CaO平均含量为3.70×10-2～8.32×10-2，TiO2平均含量为0.34×10-2～0.74×10-2，Al2O3平均含量为6.70×10-2～12.83×10-2。岩体m/f值为2.25～5.87，均属于铁质超基性岩类，有利于形成铜镍硫化物矿床(吴利仁，1963)。拾金滩岩体具有相对较低的Al2O3(0.46×10-2～0.56×10-2)含量和较高的MgO(32.84×10-2～35.09×10-2)含量，m/f值为8.93～9.84，属镁质超基性岩类。2类岩体SI值为45.56～83.66，均大于原生玄武质岩浆值(40左右)，表明岩体分异程度较高，Mg#值为0.71～0.91，略大于原始岩浆的Mg#值(0.68～0.73)，这可能与早期橄榄石堆晶作用有关。各岩体整体都具有高Mg、低碱、低Ca、低Ti特征, 含矿岩相具有较高的Mg#，这些特征与东天山地区含矿岩体相似(孙赫等，2007)。

表2　甘肃北山大山头—黑山一带基性-超基性岩体主量元素分析结果表(%)

稀土元素分析结果显示(表3、表4)，铁质系列岩体ΣREE平均含量为18.30×10-6～39.77×10-6，δEu为0.84～2.05，δCe为0.94～1.04，LREE/HREE为1.71～4.29，LaN/YbN为0.89～3.98，除红柳沟岩体表现出明显正Eu异常，其他岩体大部分样品Eu异常不明显，球粒陨石标准化REE配分曲线图中(图2)，各岩体稀土配分曲线较为一致，轻稀土配分曲线略微右倾，重稀土配分曲线相对平坦，整体显示出LREE略富集的特征。镁质系列的拾金滩岩体ΣREE相对较低，平均含量为1.30×10-6，δEu为0.94～1.92，δCe为0.81～1.02，LREE/HREE为4.22～6.43，LaN/YbN为4.56～7.00，具有明显的正Eu异常，岩体稀土配分曲线同样显示出LREE略富集的特征。微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图3)，2类岩体均显示出强不相容元素配分曲线整体呈不规则波动, 大离子亲石元素 ( LILE)Rb、Ba、Sr、U富集,但富集程度明显不同,相对亏损Th和高场强元素(HFSE)Nb、Zr、Hf。

图2　稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(球粒陨石和原始地幔标准化数据据SUN and MCDONOUGH，1989)Fig.2　The REE chondrite-normalized distribution patterns

图3　微量元素原始地幔标准化蛛网图(球粒陨石和原始地幔标准化数据据SUN and MCDON-OUGH，1989)Fig.3　The trace elements primitive mantle normalized spider diagram

表3　甘肃北山大山头—黑山一带基性-超基性岩体稀土元素分析结果表(10-6)

续表3

表4　甘肃北山大山头—黑山一带基性-超基性岩体微量元素分析结果表(10-6)

4　成矿条件分析

岩浆型铜镍硫化物矿床通常赋存于大陆内部裂谷、克拉通边缘裂谷、前寒武纪绿岩带及活动造山带中。大山头—黑山一带属北山中部铜镍成矿带，晚志留世北山古生代洋盆已经俯冲消亡，并开始碰撞造山，晚古生代北山及相邻地区进入板内伸展阶段，北山地区的岩浆型铜镍矿形成于一种伸展地球动力学背景的大陆裂谷环境(白云来等，2002；杨合群等，2006，2008；李向民，2011)。通过对区内几个基性-超基性岩体的年代学研究，获得黑山铜镍矿区矿化角闪辉长岩中锆石的U-Pb年龄为(374.6±5.2)Ma(杨建国等，2012)，怪石山铜镍矿点矿化中粒辉长岩中锆石的U-Pb年龄为(358.6±3.9)Ma①，据大山头杂岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄为(359.3±5.7)Ma(闫海卿等，2012)，红柳沟橄榄角闪辉长苏长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(396.7±3.8)Ma(谢燮等，2015)，三个井辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(374.3±3.0)Ma①，可知各岩体成岩时代均集中于358～397Ma，属中—晚泥盆世，各岩体岩石地球化学数据也都显示出板内环境特征。由此表明甘肃北山地区在中—晚泥盆世一直处于陆缘裂谷拉张环境，岩体的形成和演化与裂谷作用密切相关，具有形成铜镍硫化物矿床有利的构造背景。

基性-超基性岩是幔源岩浆结晶分异的产物必须存在超壳深大断裂作为导岩、导矿构造，区域性深断裂为地幔岩浆上升提供了通道，不同大地构造单元结合部位又是构造-岩浆活动区，次级断裂是岩体赋存的重要部位。除拾金滩岩体产出受火石山-牛圈子大断裂带控制外，包括黑山在内的已知铜镍矿化基性-超基性岩体大地构造位置位于布特-荒草滩微地块与花牛山-黑山裂谷带接合部位，岩体侵位受控于分隔微地块与裂谷带的庙庙井-西双鹰山深大断裂，西侧以红柳沟、三个井岩体为代表，东侧以黑山、怪石山岩体为代表，区域性的深断裂为基性-超基性岩体活动提供了通道。

与基性-超基性岩有关的铜镍硫化物矿床，岩体既是铜镍硫化物的母岩，又是矿体的直接围岩。在大山头—黑山一带，向西可延至布特，沿微地块两侧深大断裂带发育一条近百千米长的基性-超基性岩带，其为铜镍硫化物矿床产出提供了必要条件。区内铜镍矿化基性-超基性岩体岩体类型总体属基性-超基性杂岩类，除镁质系列的拾金滩岩体外，其他岩体m/f值为2.2～6.5，属铁质超基性岩范畴，与国内外同类成矿岩体可对比，m/f值属于铁质超镁铁岩岩体，与铜镍矿化关系密切。

5　找矿潜力分析

目前，大山头-黑山基性-超基性岩带勘查评价有黑山大型铜镍矿床1处，近年新发现怪石山、拾金滩、红柳沟Ⅲ号、Ⅳ号和三个井铜镍矿点，以及红柳沟Ⅰ号、Ⅱ号、大泉东和布特南等含铜镍矿化岩体。区内基性-超基性杂岩体总体可分为镁质和铁质2类，镁质系列的拾金滩岩体，受火石山-牛圈子大断裂带控制，相对其他几处岩体，其具强烈的碳酸盐化、蛇纹石化和滑石化蚀变，岩石类型相对较少，岩相分带不清，矿化岩石中原生金属硫化物(磁黄铁矿和镍黄铁矿)含量较少，岩体相对具低铝、高镁及ΣREE低的特征。区内已发现的铁质系列岩体与黑山铜镍矿床处于同一构造带上，岩体出露面积较小，具多期侵位特点；岩石类型丰富，从辉长岩相到橄榄岩相，再到辉石岩相均有出现，岩浆演化过程中主要发生了橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和斜长石的分离结晶作用，且分离结晶在岩浆演化过程中占主导地位，说明岩浆分异充分，有利于成矿物质的富集；各类岩石以产出斜长石为特征，岩体辉长岩相、苏长岩相、橄榄岩相及辉石岩相中普遍含有较多的褐色普通角闪石、金云母等富水矿物，这一特征与东天山地区所有赋含铜镍硫化物矿床的镁铁-超镁铁岩相似，富水的岩浆体系以及蚀变反应可能有利于铜镍硫化物的富集和沉淀(ZHOU MF et al.,2004；孙赫等，2007；苏本勋等，2011)；岩体地球化学数据显示出高Mg、低碱、低Ca和低Ti的特征，整体具拉斑系列向钙碱系列演化的趋势，含矿岩相具有较高的Mg#，稀土元素配分形式较为平坦，LREE略富集，大离子亲石元素相对富集，高场强元素(Nb、Zr、Hf)的相对亏损，并显示强烈的Nb负异常。无论从构造背景、岩体特征、岩石学特征还是地球化学特征，都与新疆北山、东天山地区含矿岩体都具有相似性或可比性(姜常义等, 2006；PIRAJNO F et al.,2008；Ao SJ et al.,2010；QIN KZ et al.,2011；SU BX et al.,2012)。

通过对1∶5万和1∶20万水系沉积物测量，已发现的含矿岩体上均发育强度不高、但规模较大的Cu、Ni成矿元素异常；1∶5万高精度磁法测量，在矿化岩体上及外围均发育局部磁异常，ΔT最大值为300～1 500nT，伴有面型羟基蚀变异常和局部铁染蚀变异常。经对怪石山、红柳沟、三个井等矿化岩体进行初步地表评价，在地表均圈定出具一定规模的铜镍矿(化)体，经钻探验证，含矿岩相及矿(化)体向深部延伸稳定；激电测深显示，铜镍矿(化)体及矿化岩体深部均对应有较强的中低阻、高极化率异常体。综合地、物、化、遥信息，该地区与铜镍矿化有关的铁质基性-超基性杂岩体，整体剥蚀较浅，深部具有良好的找矿潜力，有望形成铜镍矿床。

6　找矿标志与找矿模型

通过区内开展与基性-超基性岩有关的铜镍矿找矿工作的实践，在前人对铜镍硫化物矿床研究的基础上，建立了区内岩浆熔离型铜镍矿“构造背景+杂岩体+蚀变+异常”的初步找矿模型(表5)。

岩浆硫化物矿床受岩浆分异程度严格控制，分异较好的基性-超基性岩体有利于硫化物相的分熔和熔离富集，因此，铁质系列和分异良好的基性-超基性杂岩体是寻找硫化铜镍矿床的首要条件和重要标志。

超基性岩体耐风化，易铁染，常呈正地形或地表形成大小不等的球状风化暗色岩石堆积体，与其他地质体易区别和被发现，具铁染遥感蚀变信息，此乃发现含矿性超基性杂岩体的宏观标志。区内大部分属于裸露区，与铜镍硫化物矿床有关的基性-超基性岩体通常在地表已经强烈的蚀变，但不均匀，主要蚀变类型有蛇纹石化、滑石化、绿泥石化、碳酸盐化、次闪石化等。在地表的岩体有磁黄铁矿和黄铜矿等硫化物或矿化，尤其是因氧化形成的褐铁矿化、铜矿化(孔雀石化)、黄钾铁矾化等均是该类矿床找矿的直接标志。

基性-超基性岩体物性特征与围岩通常存在明显的差异，尤其表现在磁异常和激电异常特征上。因此，磁异常、激电异常是寻找该类矿床的间接标志。在调查区内与铜镍硫化物矿床有关的基性-超基性岩体的发现、勘查过程中，航磁和地磁异常为寻找超基性小岩体和隐伏岩体提供了主要信息依据，高极化、中低电阻率激电异常区反映了铜镍硫化物矿床的地球物理场信息。

此外， Ni、Cu、Co、Cr等综合地球化学异常或浓集区亦是寻找该类矿床的重要信息之一。

表5　甘肃北山地区岩浆熔离型铜镍矿综合信息找矿模型表

7　结论

(1)大山头-黑山基性-超基性岩带位于塔里木板块北缘北山裂谷带，属北山中部铜镍成矿带，是东天山成矿带的重要组成部分，区内与铜镍矿化有关的铁质基性-超基性岩体与东天山成矿带含矿岩体同样具有岩体规模较小、多阶段侵入、岩相分带清楚、成群成带产出的特点。

(2)区内铜镍矿化基性-超基性岩体具高Mg、低碱、低Ca和低Ti的特征，含矿岩相具有较高的Mg#，稀土元素配分形式较为平坦，LREE略富集，大离子亲石元素相对富集，高场强元素(Nb、Zr、Hf)的相对亏损，并显示强烈的Nb负异常，与新疆北山、东天山地区含矿岩体都具有相似性或可比性。

(3)通过分析认为，大山头—黑山一带是甘肃北山地区寻找岩浆型铜镍硫化物矿床的重要地区，区内铁质铜镍矿化基性-超基性岩体无论从构造地质背景、岩体地质特征、岩石学特征、岩石地球化学特征，还是物、化探异常特征等方面均显示出了较好的铜镍成矿条件，岩体整体剥蚀较浅，深部具有进一步寻找铜镍硫化物矿床的潜力。

(4)大山头—黑山一带已知的各铜镍含矿岩体成岩时代集中于358～397Ma，属中—晚泥盆世，明显不同于东天山和新疆北山地区的铜镍硫化物成矿时期。结合近年来柴周缘新发现的夏日哈木、牛鼻子梁等成矿岩体时代(367～394Ma), 从而揭示出晚古生代中—晚泥盆世存在一个重要的岩浆铜镍硫化物成矿期,它不同于以往岩浆型铜镍硫化物矿床的形成时代, 在今后的铜镍找矿工作中值得关注。

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Metallogenic Conditions and Prospecting Potential of Mafic-ultramafic Rocks along Dashantou-Heishan Area in Beishan, Gansu Province

XIE Xie1，YANG Jianguo1，WANG Xiaohong1，WANG Lei1，JIANG Anding2

(1.Xi’an Center of China Geological Survey, Xi’an 710054, Shaanxi, China;2.School of Earth Science and Resources，Chang’an University, Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The Dahantou-Heishan area is located in northern margin of the Tarim plate, where mafic-ultramafic rocks related to mineralization are more widespread. The ore-bearing rock is more controlled by Miaomiaojing-Xishuangyingshan fracture and secondary faults, with the diagenetic age concentrated in the age of 358～397Ma. The formation and evolution of these rocks is closely related rifting. In this area, the copper-nickel mineralized mafic-ultramafic rock is small in scale, with multi-stage emplacement and good differentiation, as well as the features of high magnesium, low alkali, low calcium and low titanium. The ore-bearing facies have high Mg# values, and their REEs show relatively flat features in distribution patterns, with the slight enrichment of LREE, relative enrichment of LILE (Rb,Ba,Sr,U) and relative depletion of high field strength elements (Nb,Zr,Hf). The development degree of mineralized rock strength is not high, but large-scale copper and nickel mineralization anomalies are well developed, which can fit the magnetic and electrical abnormalities well. After carrying out the research on geological characteristics, petrological characteristics and rock geochemistry of several copper-nickel mineralized mafic-ultramafic rocks, and combining with the geological prospecting practices in recent years, it’s considered that the ore-forming conditions for copper-nickel mineralization associated with ferruginous mafic-ultramafic rocks are very well, which has a potential to further search for copper-nickel magmatic deposits.

mineralization conditions; prospecting potential; mafic-ultramafic rocks;Dashantou-Heishan; Beishan

2015-02-15；

2015-06-29

中国地质调查局地质矿产调查专项“甘肃北山营毛沱-玉石山地区铁铜多金属矿调查”(1212011085090)、“甘肃北山狼山-罗雅楚山地区铁镍多金属矿调查”(12120113046700)

谢燮(1982-)，男，工程师，硕士，从事于地质找矿与矿床学研究。E-mail:77867876@qq,com

P588.12

A

1008-6248(2016)01-0015-11