新疆富蕴县喀拉通克铜镍矿床

一、大地构造位置

矿区位于准噶尔褶皱系，东准噶尔优地槽褶皱带北缘。按板块构造观点（刘德权，1996）将本区列入西伯利亚板块，北准噶尔洋内弧。

二、区域地质

（一）地层

区内出露的地层以泥盆系、石炭系为主，奥陶系次之，侏罗系、二叠系及第三系零星分布，第四系松散堆积物广布。

中上奥陶统：加普萨尔群（O₂₊₃jb）为一套浅海-滨海相陆源碎屑-海底火山喷发-碳酸盐建造组合。

泥盆系：由下泥盆统托让格库都克组（D₁t）和中泥盆统北塔山组（D₂b）、蕴都卡拉组（D₂y）组成，为一套滨海-浅海相陆源碎屑-海底中性火山岩-碳酸盐建造、海陆交互相中基性-中性火山岩-火山碎屑岩-碳酸盐建造、海陆交互相火山岩-火山碎屑岩组合组成。

石炭系：由下石炭统黑山砂组（C₁h）海相-海陆交互相的中性火山岩及碎屑岩和南明水组（C₁n）滨海-浅海相、海陆交互相的火山熔岩、火山碎屑岩及陆缘碎屑岩组合组成。喀拉通克铜镍矿、萨尔布拉克金矿和乔夏哈拉含铜磁铁矿均赋存于南明水组地层中。

第三系：由红砾山组和乌伦古河组及新第三系上新统昌吉河组成，主要分布于一些小盆地内。

（二）构造

该区位于加普萨尔复背斜内，背斜内由次级的莫勒迪尔巴斯复向斜、喀拉古拉复背斜、蕴都卡拉复向斜组成，呈北西向展布。断裂构造主要有NW、NNW和近EW向三组。本区的主要构造特征为：以NW向褶皱和断裂构成主要格架，其配套构造也很发育。

（三）岩浆岩

1.侵入岩

区内已知岩体133个，划为三个侵入期。

华里西中期：是本区主要侵入期，分为五个侵入次。第一侵人次是以中基性岩为主，构成锡泊渡—喀拉通克中基性岩带。主要有：单斜辉石岩、单辉闪辉岩、橄榄辉长岩、辉长岩、闪长岩等。岩石多属钙碱系列。喀拉通克铜镍矿即产于该侵入期的基性岩体中。第二侵入次主要沿乌伦古河大断裂分布，以铁质超基性岩为主，其纯橄榄岩中产有铬铁矿。第三侵入次以花岗闪长岩、黑云母花岗岩为主，主要沿EW向断裂和NWW向断裂分布。第四、五侵入次的岩体很小，仅见有斜长花岗岩和钾质花岗岩。上述各侵入次有其相应的浅成岩及其脉岩，脉岩中石英脉部分含金、铜。

华里西晚期：主要为黑云母花岗岩，岩体很小。

燕山期：仅见花岗岩株和苦橄玢岩分布。

2.喷出岩

以中性喷出岩为主，酸性及基性喷出岩较少。其主要特点是：随地层时代由老—新，岩石成分由基性—中性—酸性呈有规律的变化。

3.火成岩的含矿性

对含铜镍有利的岩石是：华里西中期第一次侵入的含斜方辉石的各类中基性岩体为主，含橄榄石而不含斜方辉石的岩体次之。华里西中期第二侵入次纯橄榄岩中含铬铁矿。

华里西中期火山岩与铜金矿化关系密切，如乔夏哈拉含铜磁铁矿（含金）、索尔库都克铜（钼）矿等。

三、矿床地质特征

（一）成矿地质条件

1.地层

出露地层以下石炭统南明水组为主，中泥盆统蕴都卡拉组仅见于南部边缘（图2-6）。

下石炭统南明水组分为下、中、上三个岩性段。下段（C₁n¹）底部为紫红色岩屑砾岩，与下部中泥盆统蕴都卡拉组呈角度不整合。中部为紫色、杂色凝灰质粉砂岩、泥板岩，水平层理。上部为灰绿色泥板岩、粉砂质泥板岩夹硅质岩，水平层理。中段（C₁n²）碎屑沉凝灰岩和沉火山砾岩，夹少量安山玄武岩。喀拉通克含矿中基性岩体即侵位于中上段中。研究表明：中、上段的沉积环境属“冒地槽”性质的以火山碎屑为主的浊积扇沉积环境或为远离火山岛弧或弧后盆地的一个拉张环境；沉凝灰岩Rb-Sr等时线年龄为311Ma±16Ma。

中泥盆统蕴都卡拉组（D₂y）：下部为安山岩、辉石安山岩、安山质角砾岩；上部为炭质、硅质泥板岩夹少量火山角砾岩。

2.矿区构造

矿区位于莫勒迪尔巴斯复向斜东段，发育有次级褶皱和断裂。

褶皱构造：以NW向为主，次为NNW向。NW向褶皱在矿区内有三个向斜、两个背斜。两翼对称，轴面近直立。NNW向褶皱，为宽缓褶曲，由西向东有两个背斜、两个向斜，成斜列展布。NNW向褶皱带斜跨NW向褶皱。

断裂构造：主要为EW向和NNW向，次为近EW向和NE向。NW向断裂为主要控岩构造，基性岩体呈带状沿断裂分布。

3.岩浆岩及其含矿性

矿区内主要发育有海西晚期以辉长—苏长岩为主体的中性—超基性岩体，少量燕山期侵入岩及脉岩。

目前已发现中基性—超基性岩体10个，分为南北两个岩带，两带相距400～600m，其展布方向为3100与区域构造线一致。南岩带位于矿区南部背斜近轴部，由Y₁、Y₂、Y₃三个岩体组成（图2-6）。该带岩体规模大，形态较规则，半隐伏，基性程度高，含矿性好；除此在南岩带尚有Y₁₁。北岩带位于矿区北部背斜内，由Y₄～Y₉组成。岩体较小，形态复杂，分异不明显，含矿性较差。

区内其他侵入岩主要为酸性浅成脉岩，有石英斑岩、钠长斑岩、花岗斑岩和少量石英脉。

4.蚀变作用

含矿基性岩体侵位于南明水组中上段，致使围岩发生微弱的热接触变质作用。

（二）一号岩体特征

1.形态规模产状

一号岩体沿NW向和NNW向两组断裂交汇处侵位。平面上为一中部膨大的不规则透镜体（图2-7）。沿走向上盘面较平直，下盘面有较大弯曲。横剖面上，岩体呈向北东偏斜的漏斗状（图2-8）。岩体地表出露长695m，最宽289m，向下延伸由西向东增大；西部42线深150m，中东部28线深570m。岩体总走向3300,40线以东倾向陡缓交替变化，致使岩体下盘出现台阶；40线以西倾向SW，倾角700～900。

图2-6　喀拉通克铜镍矿区地质略图　Fig.2-6　Geological sketch of Kalatongke Cu-Ni ore district

Q₄—残坡积层和冲洪积层；E_1-2—红铁粘土和砂质粘土层；C₁n^3-2—凝灰质泥板岩和沉凝灰岩；C₁n^3-1—沉凝灰岩、含炭凝灰质板岩；C₁n²—沉火山砾岩、沉凝灰岩；C₁n¹—泥板岩、粉砂岩夹灰岩；D₂y²—泥板岩夹火山角砾岩；D₁y¹—安山岩、安山质角砾岩；Q—石英脉；Φπ—钠长斑岩；λπ—石英斑岩；γπ—花岗斑岩；δμ—闪长玢岩；βμ—辉绿玢岩；v₁—基性岩体及编号；αβ—安山玄武岩；1—地质界线；2—不整合界线；3—地层产状；4—背斜轴；5—向斜：6—逆断层；7—正断层

2.岩相和主要造岩矿物

岩体垂直分异良好，自下而上分为黑云辉石闪长岩相、黑云角闪苏长岩相、黑云角闪橄榄苏长岩和黑云角闪辉绿辉长岩相四个岩相带。各相带间呈渐变过渡关系，各岩相基本特征如表2-3。

3.岩石化学成分特点

一号岩体岩石的平均化学成分与诺科斯（1954年）的基性化学成分平均值和黎彤等（1962年）中国基性岩化学成分平均值比较，其主要特点是：富镁贫钙、碱值略高，硅、铝、钛均低于同类岩石平均值。与国内同类矿床相比，较白家嘴子、力马河、红旗岭等岩体偏酸性；与赤柏松、黄山东等岩体的岩化特征近似，但仍具贫钙富镁的特点。

岩石化学成分在各类变异图上的投影点都落于贫钙低铝富碱质富镁铁区，形成环境为造山带或岛弧火山岩区。

图2-7　喀拉通克一号矿床地质图　Fig.2-7　Compound section of deposit No.1 in Kalatongke ore district

C₁n^3-2—灰白色泥板岩、含砾中粗屑-粉屑凝灰岩；C₁n^3-1—含粒中粗屑—粉屑沉凝灰岩、含炭质凝灰质泥板岩；1—黑云闪长岩相；2—黑云角闪苏长岩相；3—矿体；4—地质界线；5—岩相界线；6—背斜轴；7—向斜轴；8—逆断层及编号；9—地层产状；10—钻孔及编号；11—勘探线及编号；βμ—辉绿玢岩；δx—闪斜煌岩；λπ—石英斑岩

岩石平均化学成分的m/f值为2.20，主要含矿岩石橄榄苏长岩、苏长岩的m/f值均大于2.45，属铁质基性岩，平均成分的酸度（ASI）为45.1、钙碱富集度为55.2，属偏镁系列。一号岩体全岩矿化，主要成矿元素丰度w（S）=1.68%、w（Cu）=0.30%、w（Ni）=0.21%。

岩体化学成分特征表明：岩体属正常类型的铁镁质侵入体，铜镍硫丰度高，各种化学成分变化呈现良好的规律性，反映成岩过程进行了较好的分异演化；化学成分投影点说明岩体形成于较为活动的构造环境。

图2-8　喀拉通克一号矿床地质联合剖面图　Fig.2-8　Cross sections of No.1ore body in Kalatongke deposit

C₁n^3-2—灰白色泥板岩、含砾中粗屑—粉屑沉凝灰岩；C₁n^3-1—含砾中粗屑沉凝灰岩、含炭质凝灰质泥板岩；1—黑云闪长岩相；2—黑云角闪苏长岩相；3—黑云角闪橄榄苏长岩相；4—黑云角闪辉绿辉长岩相；5—辉绿玢岩；6—石英斑岩；7—深熔-贯入型特富铜镍矿体；8—中等—稠密浸染状、胶结状富铜贫镍矿体；9—稀疏浸染状贫铜贫镍矿体；10—稀疏浸染—脉状贫铜矿体；11—氧化矿体；12—实测及推测地质界线；13—相变界线；14—断层及编号

表2-3　岩相特征一览表　Table 2-3　Character istics of petrographical facies

4.岩石中微量元素、稀土元素丰度及配分型式

岩体中微量无素丰度随岩石基性程度升高Cr、Ni、Cu含量增加，Ti、V则相对降低，稀土元素配分形式呈“W”型，有两种情况：

一种是各类岩石稀土元素皆出现富集型配分模式，分馏现象明显，形态基本一致，但稀土元素总量却按橄榄苏长岩、辉绿辉长岩、苏长岩、闪长岩的顺序依次增加，表现出同一初始岩浆结晶分异中，轻稀土元素随岩石碱质增加、基性程度降低而递增的特点。另一种是致密块状特富矿石与矿区外围苦橄榄玢岩稀土总量低，基本上呈平坦配分模式，接近地幔岩或球粒陨石的丰度特征。

5.岩体同位素组成特征

岩体Rb-Sr同位素等时线年龄为285～298Ma；氧同位素组成变化为5.47‰～9.62‰，其中橄榄苏长岩具有幔源玄武岩的正常值，其余岩石随基性程度降低而升高，表明岩浆结晶分异的成因特征。

（三）矿体特征

1.矿体形态与矿石类型

一号岩体为全岩矿化，矿体占岩体体积的60%，主要分布于岩体中下部的黑云角闪橄榄苏长岩相、黑云角闪苏长岩相内。在辉绿辉长岩相中的黑云角闪橄榄辉绿辉长岩中也有少量矿体分布。矿体形态、产状基本与岩体一致（图2-8）。矿体由氧化矿和原生矿两部分组成。原生矿体由浸染状和致密块状矿体组成。浸染状矿体的矿石量占矿床矿石总量的92.4%，金属量占总量的61.8%，致密块状特富矿体的矿石量占总量的7.6%，金属量却占总量的38.14%。

矿床内共圈出矿体73个，主要为隐伏矿体，分为4种类型：

深熔贯入型矿体：分布于23区西南部埋深500m以下。赋存于主岩体中，两个板状矿体向北陡倾。分别长350m和700m。厚5～52m，延深466～1253m。两个矿体的Cu平均品位0.31%和0.29%,Ni平均品位8.48%和0.48%,Co平均0.029%和0.34%。含矿岩石为方辉橄榄岩、方辉辉石岩和辉橄岩。

就地熔离型矿体：共27个，最大者长150m，厚1.7～11.29m，平均6.98m，埋深429.5～627.5m，为贫矿体，产于角闪二辉橄榄岩中。

熔蚀改造型矿体：是主矿体深延部分，受后期辉长闪长岩体侵蚀改造的矿体。

后期热液作用叠加-贯入型矿体：沿新破碎带或辉长闪长岩体内部构造裂隙分布，多呈似层状、脉状和透镜体状。矿体长100～400m、倾斜延伸53～237m，厚1.51～6.1m为硫化物型贫矿。

按矿石构造和工业类型划分的矿石类型有：稀疏浸染状贫铜贫镍矿石、细脉-浸染状贫铜矿石，中等—稠密浸染状富铜贫镍矿石（含斑杂状、网脉状、胶结状富矿石等过渡类型）、致密块状矿石（致密块状特富铜镍矿石，致密块状富镍高铜矿石）。上述矿石类型，无论在平面上还是在剖面上，都呈环带状分布，以致密块状特富矿石居中，向外依次为稠密—中等浸染状富铜贫镍矿石—稀疏浸染状贫铜贫镍矿石（图2-9）。

图2-9　一号矿床28线地质剖面简图　Fig.2-9　Geological section of line 26 of deposit No.1

δ—黑云闪长岩相；vo—黑云角闪苏长岩相；δνο—黑云角闪橄榄苏长岩相；βμ—辉绿辉长岩相；Ⅰ—致密块状特富铜镍矿；Ⅱ—中等稠浸染状富铜贫镍矿；Ⅲ—稀疏浸染状贫铜贫镍矿；1—富镍高铜特富铜镍矿；2—岩相界线；3—矿体界线

2.矿石构造和结构

矿石构造按成因分为4种类型：

岩浆熔离作用形成的构造：包括珠滴状、浸染状、浸染条带状、短脉状、斑点状、海绵陨铁状等构造；

深熔矿浆贯入作用形成的构造：块状、胶结状等构造；

岩浆后期和矿浆后期热液作用形成的构造：细脉—浸染状、细脉网脉状、马尾丝状、脉状、富铜块状等构造；

次生风化作用形成的构造：土状、粉末状等构造。

矿石结构主要为自形-半自形、他形粒状、斑状等，还有固溶体分离和交代结构。

3.矿石矿物成分

矿石矿物成分比较复杂，已发现有60余种。金属矿物有50余种，主要矿石矿物有：磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、黄铁矿、紫硫镍矿和磁铁矿等。贵金属矿物有：碲镍铂钯矿、铋碲钯矿、砷铂矿、碲银矿、银金矿、银镍黄铁矿、碲铋银矿等。少见矿物有：富镍硫铁铜钾矿等。

脉石矿物主要有：贵橄榄石、古铜辉石、单斜辉石、角闪石及其各类蚀变矿物。

4.矿石化学成分及其特征

矿石中所含化学元素常见近40种，主要有用元素为Cu、Ni，伴生有用元素有Co、Au、Ag、Pt、Pd、Se、Te、S等。各类矿石有用成分相同，表现地球化学场的一致性。三种矿石类型（贫铜贫镍、富铜贫镍、特富铜镍）中主要有用组分都是w（Cu）＞w（Ni），但含量有明显差别。致密块状与中等—稠密浸染状，中等—稠密浸染状与稀疏浸染状矿石之间相对含量之差大致为4倍和2倍。说明成矿流体分异较为充分，矿化富集程度高。三种矿石类型的w（Cu）/w（Cu+Ni）值为0.632～0.573、w（Cu）/w（Ni）为1.342～1.714，说明成矿过程中Cu、Ni之间消长关系正常，按近似比例分配。

矿石中有用元素的分配特点为w（Cu）/w（Cu+Ni）＞0.5、w（Ag）/w（Au）＞1、w（Pd）/w（Pt）≥1、w（S）/w（Se）＞1、w（Se）/w（Te）＞1、w（Co）/w（Ni）＞0.0n，这些特征与相对较中性的基性-超基性岩含矿特征是一致的。

成矿元素空间分布规律：矿体中有用元素在水平和垂直方向上总的分配特点是：高含量在岩体中下部，由内向外含量依次降低，综合利用组分主要富集于高品位铜镍矿石中。成矿元素在不同水平上的富集中心，具有由东向西渐次向上迁移的规律，这与推断的岩浆和矿浆侵位通道在东面是一致的。

5.矿石中稀土元素配分模式

各类矿石中稀土总量不高，为略具富集型的配分模式。其中块状特富矿石与网脉状矿石稀土配分模式为平坦型，不显稀土分异，与球粒陨石很接近，表明成矿物质是地幔来源，在一定物化条件下直接结晶形成的。矿化橄榄苏长岩略具富集型的平滑配分模式，与同处活动区的黄山东、红旗岭浸染状矿石相一致，说明它们具有相同或相似来源和形成条件。富镍高铜矿石稀土总量较高，出现正铕异常，这是矿浆结晶演化，局部热液性质更为明显的成矿溶液结晶形成的。

6.矿石同位素组成及其意义

浸染状矿石和块状特富矿石的铅同位素组成都很稳定，几乎没有差别，同属正常铅范围，成分点都落在大洋火山岩铅的同位素范围内，说明都来自于地幔的玄武岩浆，未受地壳铅的污染。

一号矿床矿石的δ³⁴S变化为—3.49‰～＋3.00‰，平均值为0.44‰，有明显的塔式特点，峰值在0‰附近，具陨石硫特征，说明硫源来自地幔。

碳、氢、氧同位素研究表明：形成方解石的流体是岩浆水，方解石中的碳质来自岩浆的无机碳。

四、成岩成矿过程和成岩成矿模式

（一）成岩成矿过程

综前所述，起源于上地幔的亚碱性拉斑玄武岩浆，沿深大断裂上升到岩浆房，在重力作用下，形成液态层状分异。上层基性程度较低的岩浆在构造应力的驱动下，沿北西向断裂侵位，经结晶分异和熔离作用，形成二号、三号岩体和底部矿体。下层基性程度较高的基性含矿岩浆，沿北西向和北北西向断裂交会部位侵位，在相对封闭的较好环境中，基性含矿岩浆进行了较为充分的结晶分异作用和熔离成矿作用，形成了垂直分异良好的一号岩体和浸染状矿体（原生矿体）。

底层矿浆，沿一号岩体侵位和构造贯入于一号岩体中下部，形成致密块状特富矿体（后生矿体），二者共同形成叠生矿床。不难看出，组成矿区南岩带的一、二、三号岩体和矿体，是同源岩浆结晶分异并以三、二、一的顺序次侵位形成的，其侵位高程依次升高，基性程度依次增加，含矿性程度依次增强。

图2-10　喀拉通克铜镍矿床成矿模式图解　Fig.2-10　Metallogenic model diagram of Kalatongke Cu-Ni deposit

v₁—一号岩体；v₂—二号岩体；v₃—三号岩体

（二）成岩成矿模式

概括一号岩体和矿床的成矿地质背景，矿床地质特征和成岩成矿过程，说明该矿床是起源于上地幔的亚碱性拉斑玄武岩浆，经中间岩浆房液态层状分异后，侵位于活动区的含矿基性岩浆就地熔离成矿和同源矿浆贯入成矿、并复合定位形成的岩浆熔离型叠生矿床。岩石的化学成分具有富镁富碱贫钙低硅铝、富硫铜镍的特点。岩体Rb-Sr同位素年龄285～298Ma；矿浆贯入的同位素模式年龄为279～278Ma。初始锶比值0.7033～0.70443。δ³⁴S为—1.5‰～＋1.84‰。成岩成矿温度1400～＜300℃，成岩深度为深-中深。氧逸度（fo₂）为10^-10.12。其成岩成矿综合模式如图2-10。