甘肃金川铜镍矿床实验报告

甘肃金川铜镍矿床地质报告 一、矿区自然统况

（一）矿区所处行政区划位置：甘肃省金昌市（龙首山北麓） （二）矿区交通简况：矿区与兰新铁路线相连，铁路、公路运输便利。 （三）矿床地质研究史及研究：

上世纪五十年代末，汤中立院士根据群众探矿，带领普查分队找到了金川铜镍矿，随后对矿区进行了近10年的勘探，同时在外围开展了以岩浆型硫化铜镍矿床的大量普查工作，发现了东大山铁矿等矿产地。

上世纪七十年代开始进行1:20万区域地质矿产调查，完成区调图6幅。随后对矿区进行了近10年的勘探，同时在外围开展了以岩浆型硫化铜镍矿床的大量普查工作，发现了东大山铁矿等矿产地。随后对地层、基性一超基性岩进行了专题研究，初步建立了区域地层格架。 上世纪八十到九十年代，区内开展了1:5万区域地质调查工作，完成1:5万区调图14幅;同时完成了l:5万原生晕测量6幅，以及1:20万分散流测量(基岩出露区已完成)。矿产地质工作相对较少，以铜镍矿总量预测、m级成矿区划、查证航磁异常为主，发现了一些矿产地，如窑泉铁锰铅锌矿床等。

本区自上世纪八十年代后期以来，以汤中立院士为首的科研人员对金川铜镍矿床的形成地质背景、成矿机制、成矿时代等进行了大量的研究工作，取得了丰硕的成果，使金川铜镍矿床的成矿理论在国际上有了一席之地。

2001年一2004年，中南大学先后承担了已知矿区深边部地质找矿研究工作，项目组经多年的努力，对金川铜镍矿田成矿地质条件、地质构造演化、矿床地质特征、含矿超基性岩体空间展布规律、矿床成因、成矿模式、控矿因素和成矿规律等方面进行了全面的研究，取得了多方面的新认识。

2002年英国力拓矿业公司与甘肃省秦祁矿业公司共同对龙首山中东段进行铜镍矿的找矿工作，利用的方法主要是围绕基性一超基性岩体开展中、大比例尺的电法、磁法、化探、地质填图，圈定了一批远景区。近期金川公司和澳大利亚西澳公司共同合作，开始对龙首山东段进行找矿工作。

2006年，中南大学再次承担对金川矿床构造体系研究项目，在控岩控矿构造、成矿后构造、构造序次划分、构造应力场分析等方面，有了新的突破。 研究意义与经济价值

金川铜镍矿床是世界著名的多金属共生大型硫化铜镍矿床之一，发现于1958年，集中分布在龙首山下长6.5公里、宽500米的范围内，已探明的矿石储量为5.2亿吨，镍金属储量550万吨，列世界同类矿床第三位，铜金属储量343万吨，居中国第二位，近年来的地质勘探成果表明金川铜镍矿床的深边部及外围具有良好的找矿前景。金川铜镍矿床矿石中还伴生有钻、铂、把、金、银、饿、铱、钉、锗、硒、磅、硫、铬、铁、嫁、锢、锗、铭、锅等元素，其中可供回收利用的有价元素有14种。矿床之大、矿体之集中、可供利用金属之多，在国内外

都是罕见的。该矿床镍和铂族金属产量约占中国的90%以上，是中国最大的镍钻生产基地，因此被誉为中国的“镍都”。 二、矿区地质概况 （一）地层

龙首山地区地层由基底构造层和盖层构造层两部分组成〔?”。其沉积建造自下而上分为如下四种:前长城纪变质碳酸盐一火山岩建造;中、新元古代富铁镁质碳酸盐一火山碎屑岩建造;古生代磨拉石一浅海相碳酸盐建造;中、新生代陆相碎屑岩建造。金川含矿超基性岩的成岩前建造为前长城纪沉积建造;成岩期建造则为中、古元古代沉积建造。而晚古生代和中、新生代的沉积建造反映了对金川含矿岩体改造时期的构造环境。 地层由老到新分述如下:

1)前震旦系地层，前人在区域作1:10000地质填图时，将前震旦自下而上划分为五个岩性段: (1)花岗片麻岩(APt1)

(2)黑云母片麻岩夹石英云母片岩(Apt2） (3)白云质大理岩（Apt3） (4)肉红色花岗片麻岩(Apt4） (5)灰黑色黑云母片麻岩（Apt5） 2)第四系

按堆积先后分为三段:

(1)砾石层（2)冲积层（3）坡积物

（二）区域构造格架

本区区域构造发育，龙首山隆起南北两边产有北西西向的深大断裂川。整体上分为三期，据汤中立等研究认为，龙首山地区表现的脆性破裂剪切构造特征、叠瓦式逆冲断层系和正断层的切错是晚近构造运动的产物，对于金川岩体而言，是成岩成矿后构造，是岩体、矿床的改造、破坏构造。龙首山群的构造变形主要为强塑性压扁、透入型流劈理(结晶片理)、流褶皱为主要特征，反映了基底形成的强烈造山作用。由于基底经历多期次构造变形叠加，展示的构造形迹己颇为复杂。龙首山群混合岩化、花岗岩化作用，形成花岗伟晶岩中的褐帘石 年龄为1984Ma(中国科学院地质所所测)，表明其构造变形期结束于早元古代末的吕梁运动。为金川岩体上侵提供了封闭的环境。龙首山区中元古代早期的镁铁一超镁铁岩，均大致呈北西西向似墙状、透镜状分布，为区域不均匀张裂构造空间部位的反映。岩体在空间上延伸不一，形态多变的特征也表现了张性裂隙的特点。沉积建造与火山演化说明成矿岩体形成时期属于大陆裂谷前断裂拱曲阶段的张裂环境。 由此认为，金川含矿岩体的形成构造背景为大陆裂谷萌芽前断裂拱曲阶段的局部隆起拉张构造环境。在龙首山地区晚加里东期及以后的构造活动，使金川岩体从较深的形成部位，推移上升到达地表。 （三）区域岩浆岩

区域中岩浆岩发育，岩浆活动时间长，岩石类型多样，除印支期外，各构造时期运动均伴随有岩浆活动。其主要的侵位时代集中在吕梁期和加里东期，海西期和燕山期也有活动。

根据沉积建造分析，结合岩浆岩同位素年龄资料，该地区的岩浆活动及演化可分为四个阶段:

(1)早元古代基底演化花岗岩作用阶段;

(2)中、晚元古代大陆拉张镁铁质一超基性岩浆作用阶段; (3)古生代构造成水平挤压花岗岩类作用阶段; (4)中生代断块升降局部中基性火山作用阶段。

以(2)、(3)两阶段岩浆作用为主。花岗岩类分为早、晚两期。早元古代的花岗岩分布于前震旦系地层中，多成岩枝、岩瘤或岩脉状产出，岩性相对单一，主要有花岗质伟晶岩、白岗岩及石英正长伟晶岩，岩石经受长期地质作用而破碎;古生代的花岗岩类为龙首山地区的主要中一酸性侵入体，分布面积广，岩石类型多(闪长岩一花岗闪长岩一花岗岩均有)，与早期花岗岩相比。除岩石类型外，稀土配分模型曲线亦有区别，反映两者成因的不同。古生代花岗岩类的同位素数据 主要集中在早古生代中、晚期和晚古生代早、中期。岩石类型为二长花岗岩和闪长花岗岩，其次是钾长花岗岩，少数为斜长花岗岩、石英闪长岩，石英二长岩。成因判别，岩石化学成分多落入岩浆型花岗岩区，部分投点落入交代型花岗岩区。由此分析，古生代花岗岩主要为地壳重熔形成。 （三）矿床地质特征 1、矿体外部形态特征 l)矿体的形态

从现有的开采程度来看，金川铜镍硫化物矿床中的矿体形态主要有以

下几种: (l)似层状矿体

由于岩浆结晶分异作用形成的星点状贫矿体、海绵陨铁状富矿体，或超基性岩底盘围岩中的接触交代型矿体，具这种形态，其中贫矿体基本上沿超基性岩带呈层状连续分布，海绵陨铁状富矿体则呈似层状连续分布。 (2)透镜状矿体

交代型矿体呈透镜状分布。海绵陨铁状富矿体也有呈透镜状连续分布的。

(3)脉状、囊状矿体

由岩浆熔离出的金属硫化物矿浆或构造变质成矿热液沿构造裂隙(原生破碎构造、后期裂隙构造)充填(交代)形成的矿体，多呈不规则脉状、小的囊状，规模不大。 (4)柱状矿体

在I矿目前仅发现一个，位于6行，矿体呈向南倾斜的柱状，柱高约300m下端与似层状主矿体相连，矿柱断面呈不规则多边形，断面直径在各中段变化较大，大的约80m左右，小的20~30m。矿体北西侧与断层(F6)相接。矿化呈海绵陨铁状和细脉浸染状，铜含量较高，伴生的金、银含量也高。 (5)58号矿体

矿体沿走向不连续，是由多个小矿体组成，矿体的外部形态极不规则，规模大小相差悬殊，呈不规则扁豆状、囊状、透镜状、脉状等，矿体

规模也比原先确定的小的多。 2、矿体规模

矿床中，主要矿体大小相差较大，最大矿体沿走向长IOO0m左右，小的仅百余米。矿体的厚度变化也很大，最厚处达数十米，薄的地段仅数米。

3、矿体内部结构特点 1)矿石的矿物成分

金川矿床各类原生矿石成分除造岩矿物外，金属矿物以硫化物为主，含少量氧化物、微量自然元素等。按工业类型来分，可以分为原生矿石和氧化矿石两种。原生矿石又主要包括浸染状矿石、星点状矿石、海绵陨铁状矿石和块状矿石侧。在与大理石的接触带还发现有变质矿石。氧化矿石中的矿物组分分布较多的是氧化物、氢氧化物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、硅酸盐矿物。而氧化物及氢氧化物主要有:褐铁矿、针铁矿、石英、石髓。 2)矿石的组构特征

金川硫化物矿床的矿石结构常见有他形晶粒状结构、碎裂结构、自形晶粒状结构、半自形晶粒状结构、溶蚀结构、板状结构、交代文象结构、交代残余结构、交代网脉状、交代格状结构、揉皱结构等，此外，矿石中还要一些不发育的结构，如树枝状结构、乳滴状结构、环带状结构等。

海绵陨铁构造:镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等以胶结物的形式充填在硅酸盐矿物颗粒间隙中，呈胶结状。

斑杂状构造:金属硫化物集合体大小不一，稀疏地散布在脉石矿物颗粒之间，是超基性岩中贫矿石尤其是颗粒较粗的贫矿石中的一种矿石构造。

星点状构造:镍黄铁矿在橄榄石中呈星点状分布，少量黄铜矿呈星点状散布在脉石矿物中。

细脉状构造:晚期金属硫化物呈细脉穿插早期金属矿物和非金属矿物。

3)成矿元素富集规律

金川铜镍硫化物矿床中主成矿元素为Cu、Ni，伴生有益元素有Co、Pt、Pd、Ru、Rh、Au、Ag等，这些成矿元素化学性质相差较大，但它们却能富集到同一矿体中，只是在矿体的不同部位，富集程度不同，反映成矿具有多期多阶段的特点。 4、围岩蚀变特征

金川铜镍矿床岩体的直接围岩是大理岩、片岩和混合岩等。围岩发生过不同程度的蚀变作用，主要有蛇纹石化、绿泥石化、透闪石化、滑石碳酸盐化等。但以蛇纹石化最为发育，且与成矿关系极为密切。 蛇纹石化石是一种中、低温热液蚀变，为矿区最主要、最广泛的蚀变之一。研究表明，蛇纹石化过程中随着HZO、C02、S、C1等成分的加入可导致硅酸盐中近30%的镍重新分配形成硫化物(Donaldson，1981)，同时蛇纹石化也可导致部分镍的淋滤。

该区遭受蛇纹石化的矿物主要是橄榄石、辉石，其次是蚀变矿物透闪石。橄榄石的蛇纹石化强弱不一，在蚀变较弱的地方，蛇纹石沿

橄榄石不规则网状裂纹交代，将橄榄石切割成碎块，形成网状结构，并保持橄榄石的原始外形。当蚀变强烈时，整个橄榄石颗粒被蛇纹石完全交代，并析出大量尘状磁铁矿分布于蛇纹石表面，个别颗粒会进一步蚀变为碳酸盐。辉石也会被蛇纹石交代，主要是沿辉石解理或边缘进行交代。

金川含矿岩体一般是与围岩大理石的内接触带即岩体边缘发生蚀变发育主要由透闪石、绿泥石、蛇纹石所组成的片岩带。在矿体中，尤其是在海绵陨铁状富矿体的某些局部地段，由于晚期叠加的热液蚀变，导致原生硅酸盐矿物蚀变为菱镁矿、方解石、滑石等，蚀变强烈时，形成滑石菱镁岩，金属硫化物常呈云雾状或定向分布。 （四）矿床成因 1、成矿物质来源

金川铜镍硫化物矿床矿体产在超基性岩中，部分产在含矿超基性岩底板与围岩接触界面附近，矿体中的主要有用矿物成分有镍黄铁矿、紫硫铁镍矿、针镍矿、黄铜矿、方黄铜矿、墨铜矿、辉铜矿、斑铜矿。主要有益元素和伴生有益元素有Ni、Cu·Pt·Pd、05、Ru、Rh、Au、Ag、Co、Te、S等，这些矿石矿物和有用元素的富集都与超基性岩体的侵入有关，即成矿物质来自于深源超基性岩浆。 2、矿物包体成分分析

在矿区的致密块状金属硫化物中选取了5个样品做了包体气、液相成分分析，分析结果包体中H2O含量较高，表明成矿流体富含水;包体中CH4含量低，说明成矿过程中几乎无有机质加入;液相成份中，N

a+>K+，C1->F-，表明成矿流体中有岩浆以外的流体加入，这与氢氧同位素分析结果相吻合;PH值介入5、40--5、60之间，反映成矿过程是在弱酸性环境下进行。 3、同位素地质分析

前人对金川铜镍硫化物矿床不同矿石类型中的金属硫化物作过硫 同位素分析，其结论是金川铜镍硫化物矿床与世界其它超铁镁质、铁镁质岩石有关的铜镍矿床一样，矿物的硫同位素组成变化范围很小，硫同位素分馏效应不显著，平均硫同位素组成接近陨石硫，但其变化范围大(一 2.60~+3.07)，表明其成矿物质可能来源于地下深处的上地慢，也不排除有地壳硫的带入。 4、矿物包体测温

对单矿物样品进行爆裂法包体测温，从测温资料可以看出，矿物的起爆温度在332一356℃，这个温度代表变质热液能促使成矿物质活化迁移的温度，这也是流体包裹体形成的温度，最高爆裂在466一488℃，这代表成矿的最高温度。这个结果与前人金川矿床热液叠加作 用发生的温度基本一致。 附：实验手标本鉴定 甘肃金川铜镍矿床成矿矿物 铜镍矿

一、黑绿色，海绵陨铁结构，块状构造，比重大。 二、橄榄石30%，黑绿色，粒状，玻璃光泽；

辉石60%，黑色，粒状、短柱状，玻璃光泽，两组节理；

铜镍硫化物9%，铜红色，表面被氧化； 其他矿物金属矿物1%，黑色，金属光泽。

海绵陨铁结构：由于硅酸盐矿物结晶较早，晶型比较完整，金属矿物大多充填于硅酸盐矿物晶粒间，呈他型胶结状产出，形成海绵陨铁结构。

四川攀枝花钒钛磁铁矿成矿矿物 钒钛磁铁矿

一、黑色，堆晶结构，致密块状构造，比重大。 二、辉石40%，黑色，短柱状，玻璃光泽，两组节理；

长石40%，灰白色，粒状，玻璃光泽； 橄榄石10%，黑绿色，粒状，玻璃光泽； 钒铁矿物硫化物8%，浅铜黄色； 其他金属氧化物2%，黑色，金属光泽。

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