东天山铜镍矿找矿潜力地球化学分析

田江涛 杨万志 周军

摘  要：通过对东天山地区野外地质调查、化探补缺采样及对不同时期1∶20万、1∶5万化探数据的收集，对东天山地区元素分布特征及与镍矿有关的Cu，Ni，Cr，Co元素在不同时期、不同岩石中的分布特征进行总结，并对图拉尔根、白鑫滩、路北铜镍矿床与不同尺度化探中的异常特征进行总结。区域化探圈定找矿远景区，化探普查寻找基性-超基性杂岩体，并对其含矿性进行评价，化探详查可直接圈定矿体。通过化探成果数据集成，对东天山地区开展了定量预测，镍预测资源量987×104 t。指出东天山铜镍矿带具有寻找超大型铜镍矿的潜力。

关键词：东天山;找矿潜力;地球化学;铜镍

东天山地区以铜镍矿著称，主要集中在东部的黄山地区。以新疆地矿局第六地质大队1976 年参与查证航磁异常发现土墩超基性岩体、1979 年发现产于土墩岩体中的铜镍矿为标志，黄山一带铜镍矿地质找矿工作全面展开[1]。1979年新疆地质局第六地质大队发现哈密土墩铜镍矿床，在铜镍矿的主攻类型和主攻地区的认识上有了突破，相继发现了黄山东（1981）、黄山（1982）、香山、黄山南、二红洼（1983）、葫芦（1988）等大中型铜镍矿床，使新疆镍矿地质工作进入了一个崭新时期[2]。2001年，新疆有色地勘局 704 队通过检查铜镍异常发现了图拉尔根铜镍矿[3]，之后又发现圪塔山口镍铜床[4]，进一步证实了黄山铜镍成矿带仍具找矿潜力[5]。2012年五堡幅区域化探发现白鑫滩铜镍矿[6];2014年，化探普查又发现路北铜镍矿[7]。铜镍找矿的连续突破，打破了东天山铜镍矿西不过土墩的格局，展示了东天山铜镍矿巨大的找矿前景。

1  大地构造背景

对东天山地区与铜镍硫化物矿床有关的镁铁质-超镁铁质岩体形成的构造背景及成因机制，有阿拉斯加型岩体[8，9]、陆内裂谷[10]、蛇绿岩[11-13]、碰撞后伸展环境[14-22]、地幔柱[23，24]、活动陆缘[25]等不同认识。根据多年来对主要岩带和典型矿区的宏观地质特征及地球化学研究，冯延清总结归纳东天山镁铁质-超镁铁质岩具如下共性特点[26]：①岩浆沿着区域线性  （构造）分布;②发育造山期后A型花岗岩[27];③石炭纪存在拉张背景下形成的海相双峰式火山岩建造、弧后盆地及弧内盆地[28];④堆晶结构及层状相带仅局部断续发育[29];⑤超镁铁岩的m/f 值为2.20～4.90，均属铁质超基性岩[30]，⑥岩浆演化所涉及的是以岩石圈运动为主导的、限于地幔浅部的构造-岩浆活动，尚未发现涉及下地幔的岩浆活动[31]。岩体的精确定年表明，东天山镁铁质-超镁铁质岩体大多形成于晚石炭—早二叠世，应为碰撞后期产物[32]，对后碰撞阶段开始于何时，还存在不同认识[22，33]，但对于该区二叠纪地壳演化以及属于后碰撞阶段则无异议。早二叠世碰撞后驰张构造阶段，大量镁铁-超镁铁岩沿深大断裂带上侵，形成了一系列铜镍岩浆硫化物矿床。从镁铁质岩石和铜镍硫化物矿床的分布来看，东天山成矿带是新疆东北部碰撞后伸展环境成矿的主要地区[34]。李锦轶通过对西部恰特卡尔（黄羊沟）岩体、海豹滩（沟权山）岩体及侵入大南湖泥盆纪活动陆缘型花岗岩的基性岩墙研究[35]，认为其均是来自亏损地幔并受地壳物质混染的岩浆活动影响，属于东天山吐哈盆地南缘幔源岩浆杂岩带的一部分（图1）[36]。

2  区域地球化学特征

2.1  元素组合特征

对东天山17 463个样品39种元素分析结果，采用R型聚类分析，以研究各元素之间的相关性，选择相关系数0.25为临界值，可获得如下6种组合：     ①Cr，Ni，Ti，V，Fe2O3，Co，Cu，Mn，P，Zn，Li组;      ②La，Nb，Y，Zr组;③As，Sb组;④CaO，MgO，Cd，Ag组; ⑤SiO2，K2O组;⑥Al2O3，Na2O组。基本都是与成岩作用密切相关的元素组合：第一组以铁族元素为主，与区内中基性火山岩广泛分布相联系，部分可能与基性杂岩体、超基性岩有关;第二组稀土分散元素，推测与区内广泛分布的花岗质岩石有关;第四组钙镁及多金属矿床中常见的镉银，可能是区内较多碳酸盐岩的显示，这些碳酸盐岩是多金属矿的成矿母岩。成矿元素组合不明显，上述组合中仅第三组砷锑组合，是通常意义上的低温热液成矿指示元素组合。

采用因子分析方法，Fe2O3，Mn，V，Ti，Co，Cu，Zn，P同在第一因子，Cr，Ni，Co，MgO构成第五因子，CaO，MgO构成第二因子，La，Nb，Zr构成第三因子，Cd，Ag同属第四因子，其它如金、钼、钨、汞都是独立因子。铁族元素（特别是铬镍钴）特征极为明显，其它元素的组合特征都不甚清楚。铜异常经常与铁族元素异常出现在同一空间，显示某种基性度元素同源产出特征。

2.2  侵入岩元素含量特征

选取东天山中段的侵入岩进行地球化学信息分析，从超基性、基性到中性、中酸性、酸性乃至碱性均有分布，以中性、中酸性、酸性为主。对不同岩石类型中Cu，Ni，Co，Cr的含量统计分析见表1。

根据侵入岩类型和时代分布，对其地球化学参数进行统计，随着岩石基性程度降低、酸性程度增高， Cu，Cr，Ni，Co含量呈顯著降低趋势，在不同岩石类型中的含量变化大，最大值与最小值相差在10倍以上。值得强调的是，Cu的最大值出现在超基性岩中，高达60.8×10-6，说明区内超基性岩整体富铜，对铜镍矿成矿有利。

3  典型矿床化探特征

多年来众多科研、地勘单位在东天山地区投入了大量地质工作，取得显著找矿成果。对图拉尔根、白石泉、天宇及白鑫滩、路北等铜镍矿床的发现，区域化探起到了重要作用。覆盖全区的 1∶20 万化探成果为找矿提供了丰富信息，1∶5万化探大大缩减了找矿区域，路北铜镍矿即是1∶5万化探的直接找矿成果[7]。通过对典型铜镍矿区不同尺度的化探异常特征分析，将有助于东天山地区铜镍化探异常区的地质找矿突破。

3.1  图拉尔根铜镍矿床

该矿系新疆有色地勘局704队于2002年在检查化探异常时发现的岩浆铜镍矿床[3]。矿床位于黄山-图拉尔根基性-超基性岩带东端，康古尔塔格韧性剪切带从矿区北部通过。侵入岩发育，单辉橄榄岩，角闪橄榄岩，辉长岩等，呈透镜状产出，具带状分布。围岩地层为中—上石炭统一套海相火山碎屑岩建造。目前已知岩体有5个，其中1号岩体为主要含矿岩体，呈NE向展布，控制长1 200 m，具全岩矿化特征，基性岩相矿化更为集中，铜镍矿体多产出于岩体的膨大部位。地表氧化矿石以孔雀石、褐铁矿、黄钾铁矾等次生矿物出现。原生矿石可分为稀疏浸染状-稠密浸染状和块状2种类型，一般Ni品位为0.2%～0.6%，最高品位0.7%。矿石中有益元素以Ni为主，共生元素Cu，Co与其呈明显的正相关关系，此外伴生有益元素还有Au，Ag，Pt，Pd等，有害元素含量较低。主要组成矿物，金属矿物有磁黄铁矿，镍黄铁矿，黄铜矿，黄铁矿，紫硫镍矿和辉砷钴矿，脉石矿物有贵橄榄石，普通角闪石，透辉石，绿带石，纤闪石，蛇纹石，绿泥石，滑石等。

在1∶5 万水系沉积物地球化学测量异常图上，图拉尔根铜镍矿区位于 1∶5 万 Cu，Ni，Co 综合异常区内，异常形态长轴呈NEE向，面积近2.5 km2 。异常连续性好，具明显分带，各元素浓集中心基本吻合，浓集中心明显，异常强度高，其中 Ni异常峰值 133×10-6 ，Cu 异常峰值 83×10-6 ，Co元素峰值为 18.2×10-6，异常处于负地形当中。

3.2  白鑫滩铜镍矿

白鑫滩铜镍矿是新疆地矿局第一区域地质调查大队在2012年开展五堡幅区域化探发现，经评价，矿床规模已达中型。该矿是东天山库姆塔格沙垄以西地区第一个成型铜镍矿。矿区位于大草滩断裂北侧，平面上呈葫芦状，沿走向长约3.1 km，最宽约760 m，平均宽约600 m，出露面积为2.1 km2           （图2）。岩体地表呈负地形，局部发育球状风化，出露的主要岩石类型为辉长岩、辉石岩相和橄榄岩相，其中主要赋矿岩性为辉石橄榄岩。围岩地层为中奥陶统恰干布拉克组英安岩和火山角砾凝灰岩。地表见褐铁矿化、黄钾铁钒化和孔雀石化，地表圈定11 个矿体，其中较大的3 条分别为Ⅳ、Ⅵ和Ⅺ号矿体，矿体多呈似层状或透镜状，产状平缓[37]。矿床主要矿石类型为浸染状矿石，局部见块状矿石，矿石矿物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，有少量的紫硫镍矿和方黄铜矿。矿体Ni 品位为0.2%～5.45%，平均为0.51%，Cu品位为0.2%～1.54%，平均0.55%。矿石矿物主要为黄铜矿、方黄铜矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿、磁黄铁矿、磁铁矿、钛铁矿、闪锌矿、白铁矿。矿石构造主要为浸染状构造、斑点状构造等。

区域化探资料显示，矿区呈现典型铜镍矿铜-镍-铬-钴元素组合，钼、锌、砷、锑也相对富集，与找矿目标对应关系清楚。区域化探圈定的Cu-Ni-Cr-Co组合异常，面积155.2 km2，其中Cu异常面积71.37 km2、Ni异常面积98.17 km2、Cr异常面积187.89 km2;各元素最大值Cu为86.9×10-6、Ni为118.3×10-6、Cr为251.3×10-6，平均值Cu为68.94×10-6、Ni为63.89×10-6、Cr为112.31×10-6。

化探普查成果显示，白鑫滩铜镍矿异常清晰，呈现完整的铜镍矿异常Cu-Ni-Cr-Co组合。1∶5万土壤测量圈定的异常以强度高、规模中等且与杂岩体出露范围相适应、元素组合全、形态规整、同位性好、周边出现W，Mo，As异常为特征。异常呈NE向延伸，面积3.09 km2（图2）。元素组合为Ni-Cr-Co-（Cu- Ag，Zn）周边出现Mo，As，W等。异常中心位于西南，相关元素的最高值均出现在异常中心。Ni，Cr、Co异常面积基本相当，在1.17～2.28 km2之间，是异常主要元素。Ni，Cr出现特高含量，为850×10-6和1 162×10-6，具三级浓度带。Cu，Ag，Zn异常仅出现在异常中心，最大值分别为Cu 337×10-6、Ag 383      ×10-6、Zn 386×10-6，是相对次要元素，但有重要指示意义。

3.3  路北铜镍矿

2014年由新疆地调院通过检查铜、镍高值点发现，经后续项目评价，矿床规模已达中型，有大型远景。矿区位于康古尔大断裂北侧，围岩地层为下石炭统小热泉子组的一套中基性火山碎屑岩夹陆源碎屑岩、火山熔岩建造，在接触部位发育角岩化，形成黑云母长英质角岩、长英质角岩，岩体中见地层捕掳体。岩体总体产出方向与区域构造线方向基本一致，岩体形态呈卧倒的“Y”字型，岩群总体长度  6 500 m，宽700～1 600 m，面积3.47 km2，其中超基性岩体面积0.33 km2，占9.51%，岩体岩性复杂，并呈现多期次侵入特征[38]。辉长岩为主要含矿岩相，其次为橄榄苏长岩、含角闪方辉橄榄岩、二辉辉石岩等岩相。矿区圈定南北两条矿带，南矿带圈定矿体6条，北礦带圈定矿体8条，其中南矿带Ni1号为主矿体，呈大肚长梭状，地表控制长800 m，矿体厚1.49～39.62 m，镍品位为0.3%～0.72%，局部较富，最高达1.92%;Cu品位为0.2%～0.74%，最高达1.61%，Co品位0.014%～0.041%，最高0.14%。矿石类型以浸染状矿石为主，准块状矿石次之。矿床中主要金属硫化物有镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿。

区域化探显示，路北铜镍矿处于高铜镍铬钴银汞锂氟硼、低钾钍的地球化学环境，不仅呈典型铜镍矿铜-镍-铬-钴元素组合，银、汞也相对富集，是铜镍成矿的有利因素，地球化学环境简单，与找矿目标对应关系清楚，后期评价在北部又发现了云海铜镍矿。

化探普查成果显示，路北铜镍矿呈现完整的铜镍矿异常Cu-Ni-Cr-Sb-Co组合（图3）。化探普查采样网度500 m×250 m、采样粒级为-4～+20目的1∶5万土壤测量，圈定的异常形态简单，指示杂岩体存在的Cr，Ni，Co 3种元素，由规模不大近等轴状异常构成，面积4.4 km2、形态近EW向的Cu异常连成一个整体。Cu，Ni，Cr异常均具三级浓度带。Cu极值点713×10-6与Ni第二高值点1 236×10-6对应，且叠加有明显的Sb异常。此外， As局部异常明显，叠加在Cu二级浓度带内，异常含量值为51.4×10-6;Mo最大值6.4×10-6，与Cu最大值同点，外围局部存在异常点。因此，路北异常元素组合为Cu-Ni-Cr-Co-Sb-As-Mo。

化探详查（网度200 m×40 m），Cu，Ni，Cr 3元素以100×10-6为下限圈定的异常，形态和规模与岩体出露范围一致，以400×10-6为临界值圈定的Cu异常中带，能较好的限定地表矿体范围。极大值分别为Cu：8 969×10-6、Ni：6 709×10-6、Cr：2 785×10-6，异常平均值是Cu：616×10-6、Ni：891×10-6、Cr：1 050×10-6。在主体特征一致的前提下，Cu，Ni，Cr的异常又存在差异。Ni，Cr 异常中带与外带范围基本接近，表明处于岩体与围岩接触部位，Ni、Cr的含量急剧变化，是岩体与围岩的反映;Cu异常中带规模远小于外带，差异性主要体现在内部，侧重矿与非矿的表现。同时Ni、Cr内带位置发生分离，Ni位于北部，与矿体相联系，Cr处于南部非矿地段，与基性程度高的橄榄岩对应。因此，矿体处于Cu、Ni高值区，相应的Cr则为低异常值或中等含量异常值。

从图拉尔根、白鑫滩、路北铜镍矿床的地球化学特征可知，在区域化探上呈现Cu-Ni-Co-Cr元素的高背景特征，在1∶5万化探普查中，含矿基性-超基性杂岩体均有Cu，Ni异常显示，不同方法，异常极大值具较大差异，1∶5万水系沉积物测量异常极大值偏低，Ni，Cu元素极大值为80×10-6～150×10-6，1∶5万岩屑测量结果显示在含矿基性-超基性岩体中异常极大值显著大于其他方法，在白鑫滩和路北矿区Ni元素极大值均大于500×10-6，Cu含量在500×10-6以上。在路北矿区的化探详查，以400×10-6为临界值圈定的Cu异常中带，能较好的限定地表矿体范围。因此，采用区域化探可圈定找矿远景区，化探普查可寻找基性-超基性杂岩体，并可对其含矿性进行评价，化探详查则能直接圈定矿体。

4  异常在铜镍找矿中地球化学分析

在东天山地区，有众多学者展开了各种各样的化探方法研究工作[39-43]，并针对区域化探，化探普查及化探详查与铜镍矿之间的关系开展了一些分析研究[7，44，45]。在黄山东矿区含矿岩体中原生晕迁移距离试验表明，0～500 m范围内有异常，因此表明用次生晕沉积物化探异常可发现原生矿床的异常，进而找到Cu，Ni矿体[44]。在路北铜镍矿区，按网度      200 m×40 m的土壤地球化学测量数据，Cu，Ni，Cr 3元素以100×10-6为下限圈定的异常，形态和规模与岩体出露范围一致，以400×10-6为临界值圈定的Cu异常中带，能较好的限定地表矿体范围[7]。说明化探工作能够快速把握全区，有效缩小找矿靶区。

通过对东天山地区成型铜镍矿发现史的总结分析，化探与铜镍矿的发现形影不离，随着工作程度升高，化探在铜镍矿发现过程中起的作用反而越大。尤其是在2000年以后新发现的铜镍矿床，多是对化探异常查证的直接成果。通过典型铜镍元素异常组合，可发现一些新的岩体，圈定新的找矿远景区。通过一些化探项目及矿产项目的实施，尤其是对 1∶5万Cu-Ni-Co-Cr元素化探异常查证，在原区调中的闪长岩、石英闪长岩及辉绿岩中识别出一批基性-超基性岩体。诸如白鑫滩铜镍矿即产出于区调报告中的辉绿岩，云海铜镍矿产出于区调报告中的石英闪长岩中，路北铜矿也偏离原1∶5万区调报告所定基性-超基性岩体1 km有余。1996年出版的《中国矿床史》新疆卷中，在总结黄山东铜镍矿床的发现的几点启示中提到，要重新检查与研究过去区调报告中的闪长岩，他们可能是超基性杂岩体，结果导致了黄山、黄山北（香山）、二红洼、黄山南等杂岩体的发    现[1]。现今东天山西段的找矿事實，与地质前辈的经验启示，不谋而合。

5  矿产预测及潜力评价

5.1  矿产预测

在东天山中段（沙垄以西）圈定铜镍矿类综合异常63个，有继续发现基性-超基性岩体潜力的基性度元素类异常161个。依据1∶5万化探数据及本区典型矿床，开展矿产预测。采取人与计算机互动的方式，利用GIS软件进行数据、异常、地质区块的空间叠加，根据评价指标编制程序进行预测单元的评级（表2）。通过选择地球化学参数，建立典型矿床地球化学预测指标，并结合地质背景对预测单元进行可信度分级，采用类比法和面金属量法两种方法进行预测，镍预测资源量660.63×104 t（表3），其中A级61.46×104 t，B级207.9×104 t，C级391.27×104 t。

5.2  潜力评价

新疆矿产资源潜力评价项目于2011年完成全疆镍资源量预测工作，其中在黄山-图拉尔根一带采用地质体积法预测镍资源量326×104 t，目前已发现岩体27个，面积70.1 km2。新疆东天山成矿带中段1∶5万区域地质综合调查项目对沙垄以西至路北铜镍矿150余个岩体，采用地球化学定量预测镍资源量660.63×104 t。以区内及东邻区成矿事实为基础，按常规思路、方法进行类比、判断和预测，区内至少还能发现12～15个铜镍矿。东天山铜镍矿带长达500 km，大小近20个矿床（含白石泉等），却没有一个超大型矿床，与之相邻的甘肃龙首山、青海柴达木南缘及距离最近的北山，都有超大型铜镍矿产出。基于类似的分析，认为长达500 km长的东天山铜镍矿带，具寻找1-2个特大型铜镍矿的潜力，产出部位最大可能是东天山成矿带中段，以路北、恰特卡尔、海豹滩三个找矿预测区最为有利。

6  结论

（1） 在东天山成矿带中段近2×104 km2范围，开展以1∶5万化探为主体的成果集成，完成成矿带      1∶10万系列图件，实践证明十分必要，而且成效显著。以补充实际资料为基础的成果集成是提升成矿区带综合研究水平、实现找矿突破的有效途径。

（2） 从超基性、基性到中性、中酸性、酸性乃至碱性，随着岩石基性程度降低、酸性程度增高， Cu，Cr，Ni，Co含量呈显著降低趋势， Cu的最大值出现在超基性岩中，说明区内超基性岩整体富铜，对铜镍矿成矿有利。

（3） 东天山地区，采用区域化探可以圈定找矿远景区，化探普查可以寻找基性-超基性杂岩体，并可对其含矿性进行评价，化探详查则能直接圈定矿体。

（4） 结合新疆矿产资源潜力评价成果，通过东天山地区化探成果数据集成，开展了铜镍地球化学定量预测，获得了大型超大型远景的资源量，东天山地区镍预测资源量987×104 t（其中沙垄以西661×104 t，沙垄以东黄山一带326×104 t），具有寻找1～2个超大型铜镍矿的潜力。

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Abstract：Through the east tianshan mountain region field geological investigation，Geochemical exploration sample fill a vacancy and the different period of 1：200000，1：50000 geochemical data collection，the east tianshan mountain area element points distribution characteristics and associated with Ni deposit of Cu，Ni，Cr，Co，element distribution characteristics in different periods of different rock are summarized. And the Tulaergen，Baixintan，Lubei Cu-Ni deposits with different scale geochemical exploration，the summary of characteristics of regional geochemical prospecting prospect is delineated area，geochemical survey to find basic-ultrabasic complex rock mass，and to evaluate its ore，geochemical characterization can direct ore bodies.Data integration by geochemical exploration achievements，the east tianshan mountain area has carried out quantitative forecast，nickel forecasts 9.87 million tons of resources.Points out that the obtained Cu-Ni ore belt is looking for super large Cu-Ni deposit potential.

Key words：East Tianshan;Prospecting potential;Geochemistry;Cu-Ni deposit