柴周缘地质构造复杂, 成矿地质条件优越, 矿床成因以喷流-沉积型多金属矿、岩浆熔离型镍-铜矿、沉积型铁矿、层控型铅锌矿及热液型多金属矿为主。

(1)地层。柴周缘含矿的基性— 超基性岩体主要侵入于元古宇地层。元古宇地层主要分布在南祁连南缘及柴达木盆地北缘, 西起阿尔金山南坡的阿卡腾能山、青新界山、俄博梁北山, 折向东南的赛什腾山、达肯达坂、绿梁山、锡铁山、全吉山、欧龙布鲁克, 东至布赫特山、鄂拉山一带。另外, 柴达木南缘昆仑山北坡凯木都、白沙河、金水口及都兰一带也有分布, 东昆仑山南坡也有出露。包括古元古界金水口群和达肯大坂群中— 高级变质岩系, 发育大量变质基性火山岩(斜长角闪岩)、陆源碎屑岩(片麻岩类)和镁质碳酸盐岩, 以及中— 新元古界小庙组、狼牙山组、丘吉东沟组、万宝沟群和全吉群高绿片岩相变质岩系^{[1, 9]}。其中尤其是古元古界金水口群和蓟县系狼牙山群地层与金属成矿关系密切, 为重要的赋矿围岩和矿源层之一, 在侵入岩发育的构造岩浆带区域常以剥蚀残留体形式零星分布于侵入岩体中。

(2)构造。柴周缘断裂构造十分发育, 多密集成束分布(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 柴周缘构造分区及镍矿床(点)分布略图Fig.1 Sketch of structure division and distribution of nickel deposits(points)in the periphery of Qaidam Basin

柴周缘地区主要断裂有阿尔金走滑断裂、宗务隆山— 青海南山断裂、丁字口— 乌兰断裂、柴北缘断裂、昆北断裂及分支断裂以及昆中断裂等, 主断裂(带)控制了构造和地层区划, 而且对岩带(岩区)和矿带划分也起重要控制作用。上述断裂多数是显生宙以来、特别是中生代的构造活动形迹, 大多具有长期的发育历史, 既有继承性和复活性, 又有改造性和新生性, 因此同一断裂的产状、性质和所处构造层次等在三维空间上都有较大的变化^{[1, 9]}。

(3)岩浆岩。柴周缘地区岩浆岩广泛发育, 从基性— 超基性岩到中酸性岩均有出露。其中基性— 超基性岩体从古元古代到晚古生代广泛发育, 属于铁质系列的基性— 超基性岩体, 主要分布于柴达木地块边缘、欧龙布鲁克微陆块和昆中构造岩浆带3个地质单元中, 即使在昆中构造岩浆带中, 这类岩体也产出于显生宙褶皱带所夹持的老地块中, 其围岩为古元古界金水口群。换言之, 在柴达木地块及周缘地域内, 铁质系列的基性— 超基性岩体与古元古代地块具有明显的亲缘性。

柴北缘基性— 超基性岩主要出露于西部的绿梁山和东部的沙柳河地区, 阿尔金地区的大通沟南山— 盐场北山、呼德生和查汗郭勒一带零星分布, 主要为古元古代基性— 超基性岩。岩体多与金水口群变质地层呈韧性断层接触, 主要岩石类型有变质纯橄岩、蛇纹石化单辉橄榄岩、蛇纹岩和辉长岩, 亦见少量的辉石岩。早古生代到晚古生代早期基性— 超基性岩主要分布于胜利口一带, 岩性有蛇纹岩, 少量蛇纹石化石榴石橄榄岩、纯榄岩和石榴石辉石岩。

柴南缘基性— 超基性岩主要分布于昆北裂陷槽昆北断裂附近, 以奥陶纪— 志留纪岩体为主; 另外, 昆中岩浆弧带西段莫斯图以东一带和拉陵高里河— 夏日哈木等一带, 东昆北中段昆中断裂以北的白日其利、跃进山和金水口一带, 以及昆中东段吐木勒克、诺木洪郭勒、乌妥、清水泉和阿尼玛卿等地亦有少量分布, 以古元古代和中元古代岩体为主。古元古代岩性主要为角闪辉长岩和斜长岩, 少量苏长岩、橄榄辉长岩及蚀变橄榄岩; 中元古代岩性主要为角闪辉长岩、橄榄辉长岩及蚀变橄榄岩; 早古生代— 晚古生代早期正好对应于区域加里东岩浆旋回时期, 该时期基性— 超基性岩体主要形成于奥陶纪及泥盆纪(奥陶纪以辉长岩和辉绿岩为主, 泥盆纪以辉长岩、辉石岩和辉橄岩等为主^{[1, 9]})。昆南复合拼贴带主要分布有与万宝沟玄武岩伴生的中元古代晚期基性岩和印支早期基性— 超基性岩。

综上所述, 基性— 超基性岩在柴南缘的昆中岩浆弧带、柴北缘高压变质岩带以及欧龙布鲁克陆块中尤为发育。以往认为在柴北缘高压— 超高压碰撞造山带内的镁质橄榄岩及其伴生的层状杂岩基体, 都是蛇绿岩套的组成部分, 不具备形成镍铜硫化物岩浆矿床的地质条件。但2009年青海省核工业地质局在柴达木地块西北缘首次发现了含镍矿的牛鼻子梁基性— 超基性层状岩体, 改变了以往的这种成矿认识, 之后在柴周缘又相继发现了含超大型镍矿床的夏日哈木岩体以及含镍的盐场北山岩体、石头坑德岩体、冰沟南岩体和尕秀雅平东岩体等^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}, 这些岩体均属含矿铁质系列超基性岩体, 其围岩多为古元古界金水口岩群或达肯大坂岩群。

柴周缘镍矿产与基性— 超基性岩体在成因和空间上密切相关, 而柴周缘基性— 超基性岩体广泛发育, 其中具备形成镍铜硫化物岩浆矿床的岩体主要集中在柴北缘高压混杂岩带、欧龙布鲁克陆块、柴南缘昆北裂陷槽和柴南缘昆中岩浆弧带。目前发现的镍矿床(点)主要有牛鼻子梁镍铜矿床、夏日哈木镍矿床、盐场北山镍铜矿床、石头坑德镍矿床、冰沟南镍铜矿点以及尕秀雅平东镍矿点等^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}(图1)。镍矿体主要赋存于铁质系列的橄榄岩相与辉石岩相中, 主要成矿期为中晚志留世— 晚泥盆世, 成矿环境为碰撞伸展环境, 成矿类型为岩浆熔离型^[10]。

据区域构造特征和成矿类型组合, 结合目前取得的找矿成果, 可展现出柴周缘地区镍成矿的总体时空分布特征(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 柴周缘基性— 超基性岩体分布及成矿区带划分略图Fig.2 Sketch of distribution of basic-ultrabasic rocks and division of metallogenic belts in the periphery of Qaidam Basin

从图2可以看出, 与区域构造划分一致, 柴周缘地区镍矿产基本形成于大陆边缘或显生宙以来形成的造山带中, 自北至南镍矿的分布大致可划分出4个成矿区带: 柴北缘高压混杂岩带、欧龙布鲁克陆块、柴南缘昆北裂陷槽和柴南缘昆中岩浆弧带。其中, 柴北缘高压混杂岩带和柴南缘昆中岩浆弧带工作程度相对较高, 发现的镍矿床(点)数量也较多^{[9, 10]}。

柴周缘地区4个成矿区带有各自的成矿特征, 不同成矿区带内的镍矿成矿类型和时间, 可反映其区域成矿时空分布特点(图2和表1)。4个成矿区带的成矿特征简述如下。

(1)柴北缘高压混杂岩带。柴北缘位于青藏高原北缘, 西起阿尔金山, 东至鄂拉山, 北临南祁连山, 南接柴达木盆地。地质意义上的柴北缘通常指柴达木盆地北侧边缘断裂带与南祁连南缘断裂带之间的地质体(图1), 其东西两端分别被哇洪山断裂和阿尔金断裂切断, NW— SE向延伸近750 km, 宽约50 km。在大地构造上, 柴北缘位于塔里木、华北和扬子等陆块之间, 处于祁连陆块与柴达木陆块拼合部位, 可进一步划分为南阿尔金俯冲-碰撞杂岩带和柴达木北缘俯冲-碰撞杂岩带。对该区带内基性— 超基性岩, 前人主要开展了以铬铁矿为主的矿产勘查工作及成矿特征与找矿方向研究, 前人将柴北缘一带基性— 超基性岩多归为蛇绿岩带, 但根据近年来取得的硫化物镍铜矿找矿成果, 认为此划分不妥。同时随着牛鼻子梁铜镍矿^{[3, 11, 12]}和盐场北山镍铜矿床等的相继发现^{[5, 13]}, 笔者认为应该重新评价和认识柴北缘的基性— 超基性岩体及成矿条件, 进一步开展勘查工作和综合研究。

(2)欧龙布鲁克陆块。欧龙布鲁克— 乌兰元古宙古陆块体呈NW— SE方向分布, 西起嗷唠河脑, 东到茶卡盐湖西侧, 长约450 km, 北界为宗务隆山南缘分布的大柴旦— 宗务隆断裂(鱼卡以西被苏干湖海— 青海湖断裂带截断), 南界为嗷唠河— 小柴旦断裂及其东延的尕海— 乌兰一线(为时显时没的隐伏断裂), 其出露宽度为20~40 km。块体内的

古元古代构造层中有较多的基性岩体产出(超基性岩体稀少), 欧龙布鲁克微陆块具有古元古代的结晶基底和南华纪— 震旦纪盖层的双层结构, 区内目前发现了尕秀雅平东镍矿点^{[8, 14, 15]}。

(3)柴南缘昆北裂陷槽。位于柴达木盆地南缘, 西起祁漫塔格青新边界, 东至格尔木西, 北临柴达木盆地, 南接东昆中岩浆弧带。其北部构造边界在尕斯库勒湖— 塔尔丁— 托拉海一线, 控制着柴达木盆地成生的南部边缘隐伏断裂带的西段, 比柴达木盆地自然边界偏北, 最大长度约30 km; 南部边界在野马泉— 托拉海一线, 向西延入新疆, 基本上是显露地表的断裂带, 因南界东延在托拉海处被北部边界隐伏断裂斜截, 致使构造东延而尖灭。目前区内西段发现了冰沟南镍铜矿点^{[7, 16]}。

(4)柴南缘昆中岩浆弧带。位于柴达木盆地南缘, 北与昆北裂陷槽和柴达木盆地毗邻, 南界为泛称的昆中断裂。所谓昆中断裂, 其具体位置是在格尔木以南44 km处的石灰厂通过, 向西沿山脊偏北部位西延, 经过塔鹤托坂日与雪山峰之间的地带, 在新青交界的求拉克塔格峰北侧进入新疆; 向东则处于布尔汗布达山北坡, 通过哈图和香日德以南15 km处东延至察汗乌苏河脑而被沟里— 拉玛托洛断裂斜截。该带在省内的长度达780 km, 宽 20~70 km, 呈西宽东窄态势。多方面的证据表明, 东昆中岩浆弧带属拉张型岛弧带, 区内中段目前找矿成果较显著, 已发现超大型夏日哈木镍矿床^{[4, 17, 18, 19]}及石头坑德镍矿床^{[6, 20, 21]}。

由表1可以看出, 在柴周缘地区, 已知的镍矿床和具有形成镍矿潜力的岩体多形成于中晚志留世— 晚泥盆世, 但不同学者获得的夏日哈木镍矿床的年龄各有差异。因此, 欲探索形成这些岩浆矿床或岩体的构造背景, 就应该详细论证柴周缘在中晚志留世— 晚泥盆世期间的构造环境。柴北缘和东昆仑地区在中晚志留世— 晚泥盆世期间应处于后造山伸展时期, 由此而引发幔源岩浆活动, 形成了诸多含镍岩体。已发现各镍矿床(点)的成矿元素也存在差异, 对柴周缘地区镍矿的成矿特征及成因进行对比分析研究, 有利于进一步开展勘查工作。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 柴周缘各镍成矿区带镍矿床(点)成矿特征对比 Tab.1 Comparison of metallogenic characteristics of nickel deposits (dots) between nickel metallogenic zones in the periphery of Qaidam Basin 成矿 区带 典型 矿床(点) 成矿构 造背景 成矿岩体 及围岩 矿体 矿石矿 物组合 主要脉石矿物 矿石结 构构造 地球化学特征 (铂族元素特征) 成岩成 矿时代 成矿环境 矿体成 因类型 柴北缘高压混杂岩带 牛鼻子梁镍铜矿床 柴西北缘俄博梁断隆区 辉橄岩、橄榄岩、辉石岩、辉长岩和闪长岩组成的杂岩体; 围岩为古元古代达肯大坂岩群片麻岩、大理岩 呈楔形、似层状, 一般长80~160 m, 宽2.88~22 m; 镍品位最高1.57%, 平均 0.50%, 钴最高0.079%, 平均 0.03%, 并伴生铂、钯 黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、硫铁镍矿、斑铜矿、钛铁矿、闪锌矿、辰砂、雄黄、尖晶石、褐铁矿等 辉石、橄榄石以及各类蚀变矿物, 如蛇纹石、滑石、绿泥石、次闪石等 块状、海绵陨铁状、浸染状、斑点状、星点状构造; 粒状、交代溶蚀、斑点状、乳滴状、固溶体分离结构 岩(矿)石样品中∑ PGE 丰度很低, 0.65× 10-9~8.65× 10-9之间, 平均 3.21× 10-9, 远低于原始地幔的∑ PGE 值(23.75× 10-9), 岩(矿)石Pt/Pd 变化较大(0.26~4.18), 但大多样品 Pt/Pd> 1, Ni/Cu 比值变化较大, 1.13~8.10不等, 均大于1 (367.2± 2.2)Ma, 属晚泥盆世 古老陆块边缘拉张环境 岩浆熔离型、熔离贯入改造型, 并有后期热液叠加 盐场北山镍铜矿床 柴北缘西端 辉橄岩、辉长岩、闪长岩、角闪石岩等; 围岩为达肯大坂岩群片麻岩 呈脉状、透镜状, 地表以硅酸镍型赋存, 深部以硫化镍为主, 地表圈定镍矿化体26条、镍铜复合矿化体7条, 深部圈定镍铜矿体14条, 长160~320 m, 延深138~210 m, 厚1.30~16.9 m不等, 镍平均品位0.2%~10.62% 黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、紫硫镍矿、含铬磁铁矿等 辉石、橄榄石以及各类蚀变矿物, 如绿泥石、透闪石等 稀疏浸染状、局部具海绵陨铁状构造; 它形微晶-细粒结构等 铂族元素含量总的偏低, 有待进一步分析研究 (254.0± 3.0)Ma, 属晚二叠世 与俯冲消减作用有关的岛弧构造环境 初步认为属岩浆熔离型 欧龙布鲁克陆块 尕秀雅平东镍矿点 柴北缘欧龙布鲁克微陆块东缘 纯橄岩、辉橄岩、辉石岩、辉长岩及斜长岩; 围岩为达肯大坂岩群斜长角闪岩和片麻岩 橄榄辉石岩和辉石岩中发现了镍铜矿化线索, 还有待进一步勘查、查证 磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿, 少量的白铁矿、紫硫镍矿和尖晶石等 橄榄石、辉石以及各类蚀变矿物 星点状、脉状、胶状、稀疏浸染状、海绵陨铁状构造; 粒状、交代结构等 ∑ PGE8.82× 10-9~84.8× 10-9, 为原始地幔的0.01~2倍, 平均50.23× 10-9, 明显高于夏日哈木岩体, 而与金川岩体相近(平均35× 10-9), Pt/Pd值0.89~1.88, Ni/Cu值0.67~6.1 (423.0± 4.95)Ma, 属中-晚志留世的时间点上 大陆边缘伸展或裂谷化环境 初步认为属岩浆熔离型 柴南缘昆北裂陷槽 冰沟南镍铜矿点 昆北带祁漫塔格地区 辉石岩、橄榄辉长岩、辉长岩、闪长岩组成的杂岩体; 围岩为中元古代狼牙山组石英片岩、绢云母硅质板岩和大理岩 呈似层状赋存于辉石岩、橄长岩中, 矿体长约600 m, 厚度4.5~15 m, 镍品位0.3%~0.6%, 铜0.2%~0.32%, 钴0.021%, 工作程度较低, 目前尚未完全控制 黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿, 少量钛铁矿、磁铁矿 辉石、橄榄石以及各类蚀变矿物, 如绿泥石、绿帘石、少量蛇纹石等 浸染状、斑点状、海绵陨铁状构造为主; 半自形粒状、它形粒状及斑状结构等 铂族元素含量总的偏低, 有待于进一步分析研究 (427.4± 7.3)Ma, 属晚志留世 后碰撞阶段伸展构造环境 岩浆熔离型 柴南缘昆中岩浆弧带 夏日哈木镍矿床 柴南缘东昆仑昆中带隆起区 方辉岩、苏长岩、二辉岩、方辉橄榄岩、橄榄二辉岩、辉长岩、橄榄岩; 围岩为古元古代金水口群片麻岩 多呈似层状、透镜状, 一般长100~700 m, 平均宽1.5~80 m, 镍品位0.23%~3.48%, 平均0.7%; 钴0.012%~0.079%, 平均 0.028% 磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿; 少量和微量紫硫镍矿、马季镍矿、辉铋矿、磁铁矿、黄铁矿、自然铋等 古铜辉石、贵橄榄石、拉长石、镁铁闪石、直闪石、金云母、滑石、蛇纹石等 块状、海绵陨铁状、浸染状构造, 斑杂状、角砾状构造; 粒状、交代结构、乳滴状结构等 铂族元素含量偏低, PGE丰度介于0.52× 10-9~18.97× 10-9, 平均6.45× 10-9, 矿石中PGE平均丰度为456.91× 10-9, 比金川低一个数量级, 岩(矿)石的Pt/Pd值0.003~0.69, Ni/Cu值3.5~7.7 (423.79± 0.77~393.5± 3.4)Ma, 属晚志留— 早泥盆世 拉张型岛弧环境 岩浆深部熔离-贯入型叠加少量热液矿化 石头坑德镍矿床 柴南缘东昆仑昆中带隆起区 辉橄岩、纯橄岩、辉石岩、辉长岩及闪长岩; 围岩为金水口群片麻岩 地表控制长度超过240 m, 宽35~190 m, 其地表工程中品位: 铜0.107%~1.12%; 镍0.156%~2.17%; 钴0.022%~0.091%, 目前钻孔237.47~393.84 m见稀疏浸染状镍钴矿化, 品位镍0.14%~0.60%, 钴0.009%~0.017%, 显示向深部品位有变富趋势 磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿; 少量的尖晶石等 辉石、橄榄石以及少量蛇纹石等 星点状、稀疏浸染状、海绵陨铁状构造; 粒状结构、交代结构等 铂族元素含量总的偏低, 有待于进一步分析研究 (423.5± 3.2)Ma, 属中志留世晚期 造山后伸展环境 岩浆熔离型

表1 柴周缘各镍成矿区带镍矿床(点)成矿特征对比 Tab.1 Comparison of metallogenic characteristics of nickel deposits (dots) between nickel metallogenic zones in the periphery of Qaidam Basin

通过对柴周缘地区典型矿床的地质构造环境、主要控矿因素、矿床三维空间分布特征、矿床物质组分、成矿期次、成矿时代以及矿床成因等因素的分析与研究, 认为柴周缘地区铜镍矿床就是在这种岩石圈构造伸展环境下, 大量幔源岩浆深部熔离和上侵贯入形成的产物。由此建立了柴周缘地区典型铜镍矿床理想化成矿模式^{[12, 22, 23, 24]}(图3)。

尽管在岩浆侵位后可能会产生接触交代或热液叠加改造, 但矿床仍属岩浆熔离矿床。铜、镍、钴及铂族元素均来自地幔镁铁质岩浆; 硫多来自地幔, 但一些矿床的硫显然是富硫沉积岩(如裂谷中沉积的蒸发岩)或副变质岩的硫通过同化作用进入岩浆的。熔离成矿可分为就地熔离和深部熔离-贯入2种方式: 前者为含硫化物的镁铁质岩浆侵入就位之后, 因温度降低等原因, 溶解或悬浮分散在岩浆中的硫化物发生熔离而产生不混熔的硫化物小珠滴, 随后这些小珠滴聚合, 并因比重大而下降到岩浆房的中下部富集, 最终冷凝成矿; 后者是岩浆在地幔源上升过程中存在深部中间岩浆房, 含硫化物的岩浆在中间岩浆房中发生熔离形成基性— 超基性岩浆、含硫化物岩浆、富硫化物岩浆和硫化物熔浆(矿浆), 随后这些不同成分的熔浆沿不同的通道侵入不同的部位, 分别形成含矿的和不含矿的岩体, 或沿同一通道多次侵入形成复式岩体, 其中的富硫化物熔浆及矿浆一般在较晚期被贯入到岩体底部及根部等有利部位冷凝成矿, 富矿熔浆及矿浆中的挥发组分及岩浆期后热液引起围岩蚀变, 夏日哈木和牛鼻子梁铜镍矿床即属于后者^[9]。

图3

Fig.3

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	图3 柴周缘地区岩浆型铜镍硫化物矿床成矿模式Fig.3 Metallogenic model of magmatic Cu - Ni sulfide deposits in the periphery of Qaidam Basin

其成矿主要机制是: 该类型矿床δ ³⁴S值变化为2.6‰ ~3.07‰ , 硫同位素分馏微弱, 属于深源硫。其岩浆分异过程大致如下: 来自地幔的岩浆注入岩浆房, 由于温度很高(达1 400 ℃), 围压也很大, 致使具有较高基性和较富镍、铁、铜、硫等矿物质组分的岩浆发生熔离作用, 先分离出来的硫化物熔融体汇聚下沉于岩浆房底部, 形成矿浆。由于岩浆与围岩之间的温差, 诱发岩浆中基性离子团(或基性分子)沿边界流向下部, 而中心部位的岩浆则向上流动, 从而使大量晶出的橄榄石或斜方辉石沉聚于底部硫化物层上; 较后熔离的硫化物熔融体下沉封存于橄榄石或斜长石与辉石晶体间, 形成海锦陨铁富矿岩浆; 还有一部分更后熔离出来的硫化物散染于较上部基性— 超基性岩浆中, 形成了含矿岩浆。于是在岩浆房中自上而下出现基性— 超基性岩浆、含矿岩浆、富矿岩浆和矿浆等4个层次的格局。但是当岩浆房条件变化时, 这种格局也可能会发生变化: 如当岩浆房处于长期稳定条件下, 熔离作用十分充分, 则可能只出现矿浆与岩浆2层结构; 若岩浆基性程度较低, 温度大致在1 100~1 200 ℃以上时, 则可能出现矿浆、富矿岩浆与岩浆3层结构^{[9, 12, 25]}。

通过综合分析, 对柴周缘地区岩浆熔离型铜镍硫化物矿床初步建立如下找矿标志。

(1)矿化体严格受基性— 超基性杂岩体控制, 矿化体无一例外地产于基性— 超基性杂岩体中, 岩体分异越好, 成矿越有利。含矿岩石为橄榄岩和辉石岩, 主要矿化为孔雀石化、镍华、镍黄铁矿化、黄铜矿化和黄铁矿化, 风化后往往形成氧化带, 氧化带颜色为褐色、砖红色、孔雀绿或翠绿色(镍华)等, 是寻找铜镍硫化物矿的主要风化露头标志。

(2)以铜、镍、钴、铬为组合的水系沉积物测量所圈定的综合异常中, 如异常面积大、峰值高、浓度分带梯度大、浓集中心明显且分带规律性强, 则找矿意义较大。

(3)磁法和重力测量结果基本能反映岩体的形态, 而低阻率高激化的激电异常基本能反映矿体的形态。因此, 岩体磁、重异常及激电异常叠合好的地段是寻找矿体的有利部位。