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岩浆铜镍硫化物矿床是我国铜、镍、钴、铂族元素等战略性关键金属矿产的主要来源之一，在中国具有较大的找矿潜力和重要的经济价值，在新一轮找矿突破战略行动中需要特别关注该类型矿床的找矿勘查工作（李文渊，2022）。中亚造山带作为岩浆型铜镍硫化物矿床发育的重要成矿带之一，一直以来备受地学界广泛关注。北山造山带位于中亚造山带南缘（图1a），按地理位置可分为甘肃北山和新疆北山。众所周知，北山造山带内二叠纪镁铁质—超镁铁质岩体广泛出露，在新疆北山地区，陆续发现了坡一、坡十、笔架山、红石山、启鑫等岩浆铜镍硫化物矿床（图1b），镍总储量超过百万吨，在我国已探明镍资源中占有重要地位（ Song Xieyan et al.，2016; 焦建刚等，2018）。然而，在东部的甘肃北山地区，虽然有二叠纪镁铁—超镁铁质岩体和基性岩墙广泛分布，但与二叠纪基性—超基性岩体有关的铜镍硫化物矿床的找矿勘查工作一直未取得突破。 2019 年，甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院在北山造山带南缘实施 1:5 万矿产远景调查工作时，在敦煌市成宣地区首次发现了含铜镍硫化物矿化的二叠纪基性—超基性岩体，该发现填补了甘肃北山地区此类矿化的空白，为在该地区寻找与二叠纪基性—超基性岩体有关的 Cu、Ni 等我国紧缺矿种提供了重要线索，也为北山造山带南缘寻找岩浆熔离型铜镍矿提供了新的找矿方向。本文基于详细的野外地质调查工作，对此处矿物组合、地球化学特征、资源量等最新勘探成果进行简要的描述，为该地区铜镍硫化物矿床的后续研究奠定基础。
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图1 北山造山带构造与镁铁质—超镁铁质岩体分布图（据卜鹏等，2018 修改）
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Fig.1 Simplified tectonic geology and distribution of mafic—ultramafic intrusion belts in Beishan Mountains area (modified from Bu Peng et al., 2018&)
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1 成宣矿区地质特征
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成宣地区位于敦煌市北西 300°方向约 80 km 处，大地构造上处于塔里木陆块区敦煌陆块之柳园裂谷（图1b），地层属塔里木—南疆地层大区，中天山—北山地层分区之红柳园地层小区，勘查区出露地层主要为太古宇—古元古界敦煌岩群二岩组（ArPt2D2）、上石炭统干泉组下段（C2g1）和第四系。敦煌岩群二岩组岩性主要为深灰色—灰色黑云斜长片麻岩、斜长片麻岩和石英片岩，上石炭统干泉组下段岩性为灰褐色流纹岩和浅绿色安山岩。主要分布于勘查区东南部和沟谷中。岩性为冲—洪积砂砾石层、砂、亚砂土等。区内侵入岩较为发育，主要分布在中泥盆统三个井组及下二叠统双堡塘组中，多呈岩墙、岩枝状产出，岩性主要为橄榄二辉岩、角闪辉长岩、辉长岩、闪长岩、斜长花岗岩和二长花岗岩等。
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研究区位于疏勒河隐伏大断裂的北侧。受疏勒河隐伏大断裂和明舒井西走滑断裂的影响，区内断裂构造较为发育，产出的类型主要是近东西向的断裂构造，为岩浆岩型铜镍硫化物矿床的形成提供了良好的地质条件。
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图2 北山造山带南缘甘肃成宣地区地质简图
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Fig.2 Simplified geological map of Chengxuan area, Gansu Province, southern margin of the Beishan Orogenic Belt
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图3 甘肃北山造山带成宣铜镍矿岩体手标本及显微岩相学照片
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Fig.3 Ore characteristics of Chengxuan Cu—Ni deposit, Gansu Province, southern margin of the Beishan Orogenic Belt
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Ccp—黄铜矿; po—磁黄铁矿; Pn—镍黄铁矿
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Ccp—chalcopyrite; Po—pyrrhotite; Pn—pentlandite
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2 研究方法
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2019~2023 年，甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院先后开展了 1 ∶ 50000 矿产地质填图、1 ∶ 50000 土壤地球化学测量、1 ∶ 50000 遥感蚀变异常提取、1 ∶ 2000~1 ∶ 10000 的土壤测量、磁法测量、重力测量、激电中梯剖面测量、槽探、钻探等工作; 基于大量的野外地质调查资料，对成宣地区含矿基性—超基性岩体进行细致岩相学和矿相学观察、同位素地质年代学、资源量估算等，以揭示该地区铜镍矿的地质特征、矿床类型，初步评价区域成矿潜力。其中锆石 U-Pb 定年测试分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。锆石定年分析所用仪器为 Finnigan Neptune 型 MC-ICP-MS 及与之配套的 Newwave UP 213 激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为 25 μm，频率为 10 Hz，能量密度约为 2.5 J/ cm2，以 He 为载气。
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3 研究结果
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3.1 矿体特征
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成宣铜镍矿化镁铁—超镁铁质岩体走向北西—南东，长约 1 km，宽约 0.3 km，地表面积约为 0.29 km2。岩体呈岩墙状侵入太古宇—古元古界敦煌岩群片麻岩中，地表呈椭圆状，长轴方向近东西向布展，长约 800 m，宽约 100~350 m，整体北倾，倾向上延伸稳定。成宣岩相分异较好，主要由角闪辉长岩、辉长岩、橄榄二辉岩等组成（图2），岩石组合依次为橄榄二辉岩 →角闪辉长岩 →辉长岩 →闪长岩。橄榄二辉岩和角闪辉长岩之间渐变接触，其余各岩相之间多数为侵入接触。
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通过探槽揭露和钻孔验证，截止目前，成宣地区共施工钻孔 15 个，结合地表探槽揭露情况，目前共圈定 29 条镍矿体，其中工业矿体 13 条（图2）。矿体受近东西向断裂的控制、矿体走向与超基性岩体的展布方向基本一致，平面上整体近东西向分布（图2），倾向北倾，倾角为 65°~78°，平均倾角为 74°。铜镍矿体呈脉状、透镜状、局部具有分支复合现象。矿体长 50~373 m，厚度 1.11~6. 08 m，Ni 品位 0.22%~0.53%，最高品位 1.41%; 伴生 Cu 品位 0.11%~0.35%; 伴生 Co 品位 0. 01%~0. 032%。采用地质块段法和算术平均法初步估算镍推断资源量为 10.559 kt，其中镍金属量为 8.699 kt，平均品位 0.36%。伴生铜推断资源量 8.130 kt，伴生钴推断资源量 497 t。含矿岩石为蚀变角闪辉长岩和橄榄二辉岩，金属矿物主要为镍黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿，矿石结构有自形—半自形粒状结构，海绵陨铁结构、交代结构等（图3b、d），矿石构造有浸染状构造、星点状构造、脉状构造、团块状构造、斑杂状构造等（图3a、c）。通过对含矿岩石进行细致的岩石学及岩相学观察，初步认为矿化类型具有岩浆熔离型铜镍硫化物矿床的特征。地表发现褐铁矿化、孔雀石化、镍华等蚀变都是铜镍硫化物氧化所形成，这些均是寻找原生铜镍硫化物矿床的直接标志。
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图4 北山造山带南缘甘肃成宣镁铁—超镁铁质岩体辉长岩代表性锆石的阴极发光（CL）图像和 U-Pb 年龄谐和图
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Fig.4 Cathodoluminescence images and U-Pb concordant diagram of zircons from gabbro in mafic—ultramafic intrusions, Chengxuan area, Gansu, southern margin of the Beishan Orogenic Belt
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3.2 岩体年代学特征
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成宣镁铁—超镁铁质岩体锆石测年样品（CX21-15）为角闪辉长岩，有轻微蚀变。辉长岩中锆石呈无色透明、半自形粒状或柱状，长 80~200 μm，长宽轴之比 1 ∶ 1~2 ∶ 1。阴极发光图像中，锆石颗粒晶面平直，发育较弱振荡环带或者无环带发育（图4a）。锆石 U-Pb 年龄数据见表1，所测锆石206Pb / 238U 年龄值集中分布于 292.2~299.8 Ma，谐和年龄为 295.6±1.4 Ma（MSWD= 1. 02）（图4b）。结合区域资料，成宣含铜镍矿化岩体侵位于上石炭统甘泉组石英片岩、黑云斜长片麻岩中，部分围岩为海西期闪长岩。成宣镁铁—超镁铁质岩体成岩年龄为早二叠世（295.6±1.4 Ma），与西北方向同一带中紧邻的启鑫含铜镍矿化岩体形成时代一致，均属于北山造山带碰撞后伸展背景下基性岩浆事件的产物。
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3.3 地球物理特征
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在地球物理特征方面，成宣地区基性—超基性杂岩体高重力（-201~-198 mGal 布格重力异常）、强磁性（ 1500~3000× 10-5 SI 磁化率）、高极化率（ηS:3%~9%）、中低电阻率（ρS:≤800 Ω·m）的分布地区为找矿有利地段。
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3.4 地球化学特征
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在地球化学特征方面，成宣地区圈定了综合异常 2 处（AP-1、 AP-2），异常元素组合为 Cu—Ni—Co，异常整体呈北西—南东向展布，且 Cu、Ni 普遍异常套合好、强度高、规模大，具内—中—外分带特征，且综合异常区与地质现象相互耦合应证，显示了良好的铜镍矿成矿专属性地球化学特征。
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4 结论
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北山造山带南缘成宣地区基性—超基性岩体岩相分异较好，赋矿岩相主要为橄榄二辉岩和角闪辉长岩，岩石具有海绵陨铁结构、浸染状构造等典型岩浆熔离型硫化物矿床的特征。研究区基性—超基性岩体具有高重、高磁、高极化和中低电阻的地球物理特征。成宣地区含矿岩体和启鑫铜镍矿含矿岩体的形成年龄均为早二叠世，属于北山造山带碰撞后伸展背景下基性岩浆事件的产物，也是东天山—北山地区铜镍成矿时间峰值。总之，根据上述地—物—化等成果综合分析，显示出该区具有较好的找矿潜力。目前该区勘查程度还在继续，深部矿化有待进一步验证，已具备成为小型铜镍硫化物矿床的潜力。该矿化的发现对拓展该区找矿思路和找矿方向具有重要指示意义。
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参考文献
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卜鹏, 徐思超, 刘孜. 2018. 新疆东天山坡一铜镍矿地质特征及找矿远景分析. 世界有色金属, (20): 93~96+98.
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焦建刚, 冷馨, 段少帅, 夏明哲, 芮会超, 谭磊. 2018. 塔里木东北缘早二叠世坡东铜镍硫化物矿床成矿特征与岩石成因. 岩石学报, 34(8): 2211~2222.
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李文渊. 2022. 中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论创新和找矿突破. 地质力学学报, 28(5): 793~820.
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Song Xieyan, Wang Kaiyuan, Barnes S J, Yi Junnian, Chen Liemeng, Schoneveld L E. 2020. Petrogenetic insights from chromite in ultramafic cumulates of the Xiarihamu intrusion, northern Tibet Plateau, China. American Mineralogist, 105 (4): 479~497.
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摘要
成宣是近年在甘肃北山发现的在成矿时代、矿化特征、赋矿岩相等方面都与新疆北山一系列岩浆矿床有高度相似性和可比性的赋矿镁铁—超镁铁岩体。该矿床的发现及系统研究将为甘肃北山造山带岩浆铜镍矿的勘探和研究拉开序幕。物化探结果显示含矿基性—超基性岩体具有高重力异常、高磁力异常、高极化、中低电阻以及 Cu、Ni 异常套合较好等特征,同时结合成矿年代、赋矿岩相、矿化类型、蚀变特征等,证明成宣矿床为典型的形成于二叠纪(295. 6 Ma)的铜镍岩浆硫化物矿床。
Abstract
Cheng Xuan area is an ore-endowed mafic—ultramafic intrusions discovered in recent years in Gansu Province in the Beishan Orogenic Belt, which is highly similar and comparable to a series of magmatic deposits in the Beishan Mountains of Xinjiang in terms of the age of mineralisation, mineralisation characteristics, and ore-endowed rock phases. The discovery and systematic study of this deposit will kick off the exploration and study of magmatic copper—nickel ores in the Beishan Orogenic Belt of Gansu. The results of physical and chemical exploration show that the ore-bearing basic—ultra-basic rock body has the characteristics of high weight, high magnetism, high polarisation, medium—low resistance, and good Cu and Ni anomalies, etc. At the same time, combined with the age of metallogenicity, mineralised rock phases, types of mineralisation, and alteration characteristics, it proves that Chengxuan deposit is a typical Cu—Ni magmatic sulphide deposit formed in the Permian Period (295. 6 Ma).
