唐文龍，孫宏偉，劉曉陽(yáng)，王 杰，左立波，吳興源

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170

0 引言

鎳是銀白色鐵磁性金屬，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和延展性，其以難熔耐高溫、高化學(xué)穩(wěn)定性和在空氣中難氧化等特征，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、電子設(shè)備制造以及建筑工業(yè)等，是國(guó)家國(guó)防工業(yè)和航空工業(yè)不可或缺的戰(zhàn)略物資。自然界中已知的鎳礦床有巖漿型、風(fēng)化殼型(紅土型)、海相沉積型和熱液型4種類型，其中巖漿型和風(fēng)化殼型(紅土礦)是目前鎳礦床最主要的利用類型。我國(guó)從2010年精煉鎳產(chǎn)量超過(guò)俄羅斯后，一直處于世界精煉鎳產(chǎn)量國(guó)之首，同時(shí)也是世界精煉鎳消費(fèi)大國(guó)[1-2]。而在此背景下，我國(guó)鎳礦產(chǎn)品的對(duì)外依存度卻持續(xù)升高，話語(yǔ)權(quán)逐漸變小，鎳價(jià)格完全由外國(guó)主導(dǎo)。造成該局面的因素很多，其中重要因素之一是國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)勘查成效不佳，鎳礦資源自給率逐年下降[3-4]。2015年全球鎳需求相對(duì)2014年增加了11.98%，達(dá)215萬(wàn)t，但2015年供應(yīng)量?jī)H增長(zhǎng)2.44%，達(dá)210萬(wàn)t，導(dǎo)致2015年供應(yīng)短缺5萬(wàn)t，是近年來(lái)首次出現(xiàn)短缺的年份[5]。

中南部非洲國(guó)家鎳礦資源豐富、潛力巨大，近年來(lái)鎳礦產(chǎn)量也不斷提高[6]；但其勘查水平低下，因此，加強(qiáng)中南部非洲鎳礦資源的開發(fā)利用，對(duì)解決當(dāng)前鎳礦資源短缺問(wèn)題具有重要意義。由天津地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)的海上絲綢之路中東部非洲7國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)及東南非低密度地球化學(xué)填圖兩項(xiàng)目，對(duì)中南部非洲重要成礦帶、大宗緊缺礦產(chǎn)的成礦地質(zhì)背景和成礦條件開展了資料收集整理和信息集成工作，對(duì)其成礦環(huán)境、時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行了初步總結(jié)，并試圖開展重要礦產(chǎn)資源潛力分析。本文以此項(xiàng)目為依托，系統(tǒng)總結(jié)中南部非洲鎳礦資源特征，探討鎳礦時(shí)空分布規(guī)律，分析中南部非洲國(guó)家鎳礦資源潛力，劃分主要戰(zhàn)略遠(yuǎn)景區(qū)，使我國(guó)地勘單位更加深入地了解中南部非洲鎳礦的開發(fā)利用現(xiàn)狀及前景，從而開展相應(yīng)的礦產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目，以期為尋找鎳礦在該區(qū)進(jìn)一步勘查部署提供依據(jù)及技術(shù)支撐。

1 中南部非洲鎳礦資源概況

中南部非洲國(guó)家鎳礦資源具有成群分布、產(chǎn)地集中、大中型礦床廣泛發(fā)育、綜合利用價(jià)值高等特點(diǎn)，但受地質(zhì)工作程度影響，部分國(guó)家對(duì)本國(guó)鎳礦資源分布、儲(chǔ)量尚不清楚。在中南部非洲國(guó)家已發(fā)現(xiàn)的鎳礦床中，以巖漿型和風(fēng)化殼型(紅土型)2種類型為主，其主要分布在南非、博茨瓦納、津巴布韋、坦桑尼亞、布隆迪5個(gè)國(guó)家，在贊比亞、安哥拉、剛果(金)等國(guó)也有一定的分布。本次研究收集和整理了中南部非洲14個(gè)國(guó)家的243處鎳礦產(chǎn)地信息資料，并將這些礦產(chǎn)地坐標(biāo)投影到海上絲綢之路中東部非洲7國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目成果圖件上，形成了中南部非洲鎳礦資源分布圖(圖1)。在這些鎳礦床中，不乏世界級(jí)超大型Ni-Cu (PGE)礦床(表1)。如：南非布什維爾德(Bushveld)Ni-Cu (PGE)硫化物礦集區(qū)(表1中序號(hào)15—27)PGE儲(chǔ)量為65 473 t[7]，其中Pt儲(chǔ)量占全球75.0%、Pd占54.0%、Rh占82.0%[8]，此外，Ni 儲(chǔ)量為1 528萬(wàn)t(占全球的16.0%，平均品位為0.13%)、Cu 儲(chǔ)量為688萬(wàn)t(占全球的5.5%，平均品位為0.06%)、Cr 40億t、Au 1 152 t、V 1 680萬(wàn)t和磁鐵礦10萬(wàn)t等[7,9]；博茨瓦納超大型賽萊比—皮奎(Selebi-Phikwe)Cu-Ni硫化物礦床，其Ni儲(chǔ)量為53.1萬(wàn)t、Cu儲(chǔ)量為 55.7萬(wàn)t，平均品位分別為1.45%和1.14%；津巴布韋大巖墻Ni-Cr (PGE)硫化物礦集區(qū)，總PGE儲(chǔ)量達(dá)28億t，Ni儲(chǔ)量超過(guò)24萬(wàn)t；坦桑尼亞西北部地區(qū)的卡邦加(Kabanga) Ni-Cu礦床，礦石資源量達(dá)2 100萬(wàn)t，Ni平均品位為1.66%、Cu平均品位為0.23%、Co平均品位為0.14%，其中Ni平均品位達(dá)2.10%、Co平均品位達(dá)0.16%的礦石量約1 270萬(wàn)t。

表1 中南部非洲部分典型鎳礦床特征和礦產(chǎn)地一覽表

圖1 中南部非洲鎳礦資源分布示意圖Fig.1 Distribution map of nickel resources in Mid-Southern Africa

相對(duì)于廣泛出露的巖漿型Cu-Ni硫化物礦床，風(fēng)化殼型(紅土型)鎳礦床在中南部非洲國(guó)家出露相對(duì)較少，主要產(chǎn)于各種基性火成巖的古風(fēng)化面上，如在津巴布韋、布隆迪和坦桑尼亞等國(guó)有所產(chǎn)出。其中，以津巴布韋古魯韋(Guruve)鎳礦床、坦桑尼亞Mibango Co-Cu-Ni (PGE)礦床和布隆迪穆松加迪(Musongati)Ni-Cu-Co礦床最為典型。近年來(lái)，隨著勘查程度的不斷提高，中南部非洲風(fēng)化殼型鎳礦床不斷被發(fā)現(xiàn)，其以規(guī)模大、埋藏淺、綜合利用價(jià)值高(常共/伴生Fe、Co、Cr、Mn、V等有益元素)及易勘探和開采等特點(diǎn)越來(lái)越受到廣泛的重視。

在中南部非洲國(guó)家已發(fā)現(xiàn)的鎳礦床(點(diǎn))中，礦石品位在1.0%以下的鎳礦床多數(shù)未開采或小規(guī)模開采利用。目前，中南部非洲鎳礦山生產(chǎn)利用的礦石以富礦石為主，此外，開發(fā)的鎳礦資源單一組分較少，95%以上的鎳礦床都是多元素復(fù)合礦床，綜合利用價(jià)值較高。

2 中南部非洲鎳礦床類型

按照礦床成因分類，鎳礦床大體可分為巖漿型、風(fēng)化殼型、海相沉積型和熱液型4種類型。在中南部非洲已發(fā)現(xiàn)的鎳礦床中，絕大部分屬于巖漿型，少數(shù)為風(fēng)化殼型，海相沉積型和熱液型尚未被發(fā)現(xiàn)。已發(fā)現(xiàn)的鎳礦床主要集中于6個(gè)成礦帶內(nèi)：南非卡普瓦爾克拉通(Kaapvaal Craton)北緣古元古代Cr-Ni-Cu (PGE)成礦帶、博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎(Francistown-Selebi-Phikwe)新太古代Ni-Cu-Au成礦帶、津巴布韋大巖墻(Great Dyke)新太古代Ni-Cr (PGE)成礦帶、坦桑尼亞烏本迪—烏薩嘎仁(Wubendi-Usagar Jin)古元古代Ni-Cu成礦帶、贊比亞贊比西津巴—盧薩卡(Zimba-Lusaka)新元古代Au-Ni-Cu成礦帶和坦桑尼亞—布隆迪基巴拉(Kibara)中元古代Ni-Cu-Co成礦帶。近年來(lái)，有報(bào)道稱在贊比亞和剛果(金)的加丹加沉積型Cu-Co礦帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)有鎳礦出露。本次研究發(fā)現(xiàn)，在該帶內(nèi)的部分地區(qū)，侵位到迪佩特亞群中的鎂鐵質(zhì)侵入巖(765～735 Ma)[10-11]中有鎳的找礦線索[12]，且常與Co伴生產(chǎn)出，由于品位較低，不構(gòu)成獨(dú)立礦床，其成因類型為巖漿型。

前述礦床類型是對(duì)已知礦床的分類，對(duì)于不同區(qū)域內(nèi)待發(fā)現(xiàn)的礦床也可以進(jìn)行分類，即礦產(chǎn)預(yù)測(cè)類型[13]。依據(jù)鎳礦預(yù)測(cè)類型劃分原則[13-15]以及已發(fā)現(xiàn)礦床的成礦類型，本次初步將中南部非洲國(guó)家鎳礦資源預(yù)測(cè)類型劃分為2類：基性—超基性Cu-Ni硫化物型(巖漿型)和風(fēng)化殼型。基性—超基性Cu-Ni硫化物型礦床Ni、Cu常常共生，并伴有Co、PGE等多種有用元素，礦體主要產(chǎn)于基性—超基性巖體內(nèi)部，該類型礦床主要產(chǎn)出于大陸邊緣裂谷、地幔柱和造山帶后碰撞伸展的3種構(gòu)造環(huán)境中。風(fēng)化殼型鎳礦床受巖性、大地構(gòu)造背景、氣候環(huán)境、地形地貌、地下水條件等內(nèi)外生因素影響明顯，是特殊地質(zhì)和特定地表環(huán)境共同耦合作用的產(chǎn)物[16]。以上二者主要預(yù)測(cè)要素見表2。

3 中南部非洲鎳礦床時(shí)空分布規(guī)律

通過(guò)對(duì)中南部非洲鎳礦資料的系統(tǒng)收集與整理，結(jié)合項(xiàng)目研究成果，本文對(duì)中南部非洲鎳礦資源時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行了初步總結(jié)：研究區(qū)鎳礦空間分布規(guī)律明顯；不同時(shí)代在礦床形成強(qiáng)度、儲(chǔ)量和地域分布上存在明顯差異。受大地構(gòu)造背景控制，礦床分布相對(duì)集中，具有成群分布的特征，絕大部分鎳礦床呈北東向產(chǎn)出于卡普瓦爾克拉通、坦桑尼亞克拉通、津巴布韋克拉通邊緣及相關(guān)造山帶等相對(duì)活動(dòng)的構(gòu)造單元內(nèi)。研究區(qū)鎳礦由南非卡普瓦爾北緣布什維爾德向北東向伸展，經(jīng)博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎進(jìn)入津巴布韋，在大巖墻形成鎳礦集區(qū)，然后繼續(xù)向北東向延伸，在贊比亞津巴—盧薩卡形成鎳礦帶，進(jìn)而延伸至坦桑尼亞和布隆迪交界地區(qū)，形成巨大的北東向中南部非洲鎳礦帶(圖2)。成礦時(shí)代研究是礦床研究的重要內(nèi)容，對(duì)研究成礦地質(zhì)條件、控礦因素和探討區(qū)域成礦規(guī)律及創(chuàng)新成礦理論都具有重要意義。從已有的資料來(lái)看，研究區(qū)鎳礦成礦時(shí)代大致可以劃分為4個(gè)成礦高峰期：新太古代、古元古代、中元古代和新元古代，而每一成礦期都嚴(yán)格受中南部非洲構(gòu)造演化控制。

表2 中南部非洲不同鎳礦床預(yù)測(cè)類型預(yù)測(cè)要素及典型礦床

已有資料表明，中南部非洲太古宙有Kaapvaal、津巴布韋、坦桑尼亞、安哥拉、剛果等5個(gè)克拉通。在2.70～2.59 Ga，卡普瓦爾克拉通與津巴布韋克拉通沿林波波帶發(fā)生了碰撞拼合[18-19]，形成了卡拉哈里(Kalahari)克拉通[20-22]，隨后發(fā)生了伸展裂解，津巴布韋的大巖墻(2 575 Ma)即是裂解事件的標(biāo)志[23-24]。該時(shí)期鎳礦主要分布在津巴布韋基性—超基性大巖墻和博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎基性—超基性巖帶內(nèi)，大部分為巖漿分異型Cr-Ni-Cu (PGE)礦床，如津巴布韋Bindura Ni-Cu礦床、津巴布韋Mimosa Ni-Cu-Au (PGE)礦床、博茨瓦納賽萊比—皮奎 Ni-Cu礦床等。R. Armstrong等[25]對(duì)津巴布韋巖墻進(jìn)行了鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)年，結(jié)果為 (2 579±3)～(2 574±7) Ma。博茨瓦納基性—超基性巖帶位于林波波活動(dòng)帶內(nèi)，其形成時(shí)代被認(rèn)為是太古宙(3.0～2.5 Ga)[26]。對(duì)該類型礦床而言，成巖年齡即代表成礦年齡，表明兩成礦帶內(nèi)的鎳礦床成礦時(shí)代為新太古代。在津巴布韋大巖墻北部Guruve、Mvurwi 地區(qū)以及南部Gweru 地區(qū)，紅土型鎳礦集中產(chǎn)出，礦體大部分被紅土覆蓋，受蛇紋巖控制及地貌條件控制明顯。

中南部非洲地區(qū)古元古代晚期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，形成了坦桑尼亞克拉通南側(cè)的烏本迪—烏薩嘎仁帶、南非與博茨瓦納之間的林波波中部帶、安哥拉西北的Kimezian帶、Magondi-Kheis帶(津巴布韋西部—南非西部)以及納米比亞南部的Richtersvald地塊等，顯示中南部非洲在古元古代晚期發(fā)生了一次強(qiáng)烈的板塊拼合作用[19,27]，這一構(gòu)造熱事件與全球哥倫比亞(Columbia)超大陸匯聚事件相對(duì)應(yīng)。在這次大規(guī)模的構(gòu)造拼貼事件中，基性—超基性巖在研究區(qū)內(nèi)沿板塊拼貼帶大面積產(chǎn)出，并形成了南非卡普瓦爾北緣古元古代Ni-Cu-Cr (PGE)成礦帶[28]、安哥拉基米吉古元古代Ni-Cu成礦帶、坦桑尼亞烏本迪-烏薩嘎仁Ni-Cu成礦帶。該時(shí)期各成礦帶內(nèi)大型—超大型Ni-Cr-Fe-Cu (PGE)礦床成群產(chǎn)出，如南非布什維爾德 Cu-Ni (PGE)礦田、安哥拉Chilovangua鎳礦床、坦桑尼亞Lundu鎳礦床等，以巖漿熔離型礦床為主。

中元古代晚期至新元古代，中南部非洲經(jīng)歷了格林維爾(Greeneville)造山旋回(Rodinia超大陸匯聚事件)，1.38～1.00 Ga的造山帶主要分布于坦桑尼亞克拉通、卡拉哈里克拉通和剛果克拉通之間。著名的基巴拉造山帶、伊魯米德造山帶等就是在這個(gè)時(shí)期形成的。在0.90～0.73 Ga，新元古代早期統(tǒng)一的中南部非洲克拉通發(fā)生了裂解作用，分解成剛果—坦桑尼亞陸塊和東南部的卡拉哈里陸塊，形成了大量的雙峰式火山巖、正長(zhǎng)巖、碳酸巖以及基性巖墻群；0.65～0.50 Ga的泛非造山帶(岡瓦納超大陸匯聚)主要展布于上述分離的兩個(gè)陸塊之間，包括莫桑比克帶、贊比西(Zambezi)帶和納米比亞的Damara帶。復(fù)雜的構(gòu)造格局為成礦提供了良好的地質(zhì)條件，在坦桑尼亞與布隆迪交界地區(qū)、贊比亞津巴—盧薩卡地區(qū)都形成了巨型Ni-Cu成礦帶，布隆迪世界級(jí)超大型穆松加迪、尼亞比克(Nyabikere)和瓦加(Waga) Ni-Cu (PGE)礦床以及坦桑尼亞卡邦加Cu-Ni-Co硫化物礦床即產(chǎn)出于基巴拉造山帶內(nèi)。Tack 等[29]對(duì)穆松加迪基性巖侵入體進(jìn)行單顆粒鋯石U-Pb測(cè)年，結(jié)果為(1 275±11) Ma。Maier等[30]對(duì)坦桑尼亞卡邦加北礦體(鉆孔KN9566，219.5～220.5 m)的輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖樣品做了Nd 同位素測(cè)年，結(jié)果表明其形成年齡晚于1 400 Ma[31-32]。以上數(shù)據(jù)表明該成礦帶內(nèi)與基性—超基性巖密切相關(guān)的Ni-Cu-Co (PGE)礦床形成于中元古代。值得一提的是，該區(qū)紅土型鎳礦也非常發(fā)育，主要分布于布隆迪南部的馬班達(dá) (Mabanda) 至尚庫(kù)佐省(Cankuzo)的北部，穿越布隆迪中部地區(qū)，礦帶寬度為20～40 km，成礦與該區(qū)蛇紋石化純橄欖巖風(fēng)化作用產(chǎn)物密切相關(guān)，成礦元素除含有Ni外，還含有Cu、Co、PGE等。津巴—盧薩卡Ni-Cu成礦帶位于贊比西帶內(nèi)，為贊比亞最主要的Ni-Cu (Au)成礦帶，其成礦類型主要為巖漿型，并伴生有Au和PGE，主要產(chǎn)于贊比亞南部侵入于古老基底(花崗片麻巖和花崗質(zhì)混合巖)的輝長(zhǎng)巖體中，其中以穆納利鎳礦最為典型。

4 典型礦床特征

4.1 大陸邊緣裂解型Ni-Cu(PGE)礦床

該類型礦床主要分布在中南部非洲古大陸邊緣，在大陸裂解時(shí)，幔源基性巖漿上侵，F(xiàn)e、Ni、Cu、Pt等含礦硫化物巖漿發(fā)生熔離作用，當(dāng)巖漿中硫達(dá)到飽和時(shí)，F(xiàn)e、Ni、Cu、Pt等元素與S結(jié)合，形成硫化物熔體，并不斷濃集，在構(gòu)造有利地段的不同空間富集成礦[1,33]。該類型礦床常成群分布于古大陸邊緣，形成一個(gè)或多個(gè)礦集區(qū)，資源潛力巨大，是Ni-Cu (PGE)礦床的重要成礦類型，在中南部非洲此類礦床以博茨瓦納賽萊比—皮奎Cu-Ni礦床最為典型。下面以賽萊比—皮奎Cu-Ni礦床為例對(duì)該類型礦床進(jìn)行介紹。

賽萊比—皮奎Cu-Ni礦床位于博茨瓦納東部的賽萊比—皮奎市，距首都哈博羅內(nèi)(Gaborone)約410 km，大地構(gòu)造位置位于卡普瓦爾克拉通和津巴布韋克拉通之間的林波波活動(dòng)帶。礦床Ni儲(chǔ)量為53.1萬(wàn)t，平均品位為0.61%，Cu儲(chǔ)量為55.7萬(wàn)t，平均品位為0.68%，由皮奎、皮奎中、皮奎東南、賽萊比北和賽萊比5個(gè)礦體組成。礦床含礦母巖主要為角閃巖，圍巖由花崗片麻巖、片麻巖組成。

賽萊比—皮奎礦床南北寬約14 km，東西寬約8 km。礦體與角閃巖有關(guān)，含礦侵入體通常較薄，呈層狀產(chǎn)出，局部呈香腸狀透鏡體[34-38](圖3)。礦石以自形、半自形及他形粒狀為主，呈塊狀、浸染狀、細(xì)脈狀、偉晶巖狀和不混溶氣泡狀等構(gòu)造。主要礦石礦物為磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦，還可見有少量磁鐵礦、紫硫鎳鐵礦、白鐵礦及硫鎳礦等[39]。

到目前為止，該礦床基性—超基性侵入體的成巖時(shí)代尚無(wú)定論，只有一些年齡對(duì)其進(jìn)行限定。區(qū)內(nèi)片麻巖鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)年結(jié)果為2.60～2.65 Ga[40]。Wright[41]和Brown[38]認(rèn)為，片麻巖侵入于表殼巖中，表明后者成巖時(shí)代應(yīng)老于2.60 Ga。由于巖石接觸關(guān)系多為構(gòu)造接觸，推測(cè)該區(qū)基性—超基性侵入體成巖時(shí)代大于2.0 Ga[42]。

4.2 造山型Ni-Cu礦床

該類型礦床主要分布于中南部非洲東部地區(qū)，以坦桑尼亞—布隆迪基巴拉帶、贊比亞贊比西帶為代表，形成了一系列大型—超大型Ni-Cu硫化物礦床。該類型礦床主要是在造山帶后碰撞拉張的構(gòu)造環(huán)境下，巖石圈伸展減薄，軟流圈地幔物質(zhì)發(fā)生減壓部分熔融，當(dāng)產(chǎn)生的大規(guī)模幔源巖漿沿深斷裂上侵到一定深度后，由于物理化學(xué)條件的變化，原始巖漿中的硫達(dá)到飽和而使硫化物在深部發(fā)生預(yù)富集，隨后一次或多次上侵貫入到已固結(jié)巖體的構(gòu)造薄弱帶，形成Ni-Cu硫化物礦床[43-44]。例如坦桑尼亞卡邦加Cu-Ni-Co硫化物礦床、贊比亞Munali Ni礦田、布隆迪穆雷梅拉(Muremera)Ni-Cu(PGE)礦床等，在這些礦床中，以坦桑尼亞卡邦加Cu-Ni硫化物礦床最為典型。

卡邦加Cu-Ni-Co硫化物礦床(圖4)位于坦桑尼亞西北部卡格拉(Kagera)區(qū)魯倫格(Rulenge)鎮(zhèn)西南30 km[45-46]，大地構(gòu)造位置位于坦桑尼亞克拉通、剛果克拉通和班韋盧地塊之間的中元古代卡拉圭—安科連(Karagwe-Ankolean)構(gòu)造層內(nèi)(1.60～1.28 Ga)[47-48]。該構(gòu)造層具有典型的礫巖、砂巖、砂質(zhì)碎屑巖和泥巖夾基性火山巖的沉積旋回[29,49-50]，Grey[47]和Klerkx等[50]認(rèn)為卡拉圭—安科連構(gòu)造層沉積物與地殼增厚時(shí)期有關(guān)的陸內(nèi)拉張盆地沉積有關(guān)，其固結(jié)成巖后，又經(jīng)受了與基性—超基性巖漿有關(guān)的后碰撞造山作用?？ò罴覥u-Ni-Co礦床Ni礦資源量有2 100萬(wàn)t，Ni品位為1.66%、Cu品位0.23%、Co品位0.14%。其中，Ni品位達(dá)2.10%、Co品位達(dá)0.16%的礦石量約1 270萬(wàn)t[51]。礦區(qū)內(nèi)基性—超基性巖雜亂分布，西部主要為橄欖巖，東部為輝長(zhǎng)巖。地球物理數(shù)據(jù)表明，超基性巖侵入體呈帶狀隱伏于蓋層之下，單顆粒鋯石U-Pb年齡為(1 275±11)Ma[29]。

圖4 卡邦加礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖[48]Fig.4 Regional geological map of the Kabanga deposit [48]

卡邦加礦區(qū)內(nèi)含有卡邦加礦體(圖5)和卡邦加北礦體(圖6)兩個(gè)較大的超基性巖體，均產(chǎn)有Cu-Ni硫化物礦體[48]?？ò罴拥V體的母巖體是礦區(qū)內(nèi)最大的超基性巖體，長(zhǎng)約1 500 m，寬200～400 m，向北約15°傾伏；礦體位于超基性巖體底部，其上部分別是層狀分布的粗粒橄欖巖、細(xì)粒橄欖巖和輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖?？ò罴颖钡V體呈豆莢狀，最寬約100 m，長(zhǎng)350 m，Ni硫化物主要產(chǎn)于侵入體西部邊緣部分，與圍巖界限明顯[52]。區(qū)內(nèi)所見礦石主要為磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、鎳黃鐵礦和磁鐵礦，塊狀、網(wǎng)狀、浸染狀構(gòu)造，堆晶、交代和出溶結(jié)構(gòu)。塊狀硫化物礦石(80%～100%的硫化物和氧化礦)Ni品位2.4%～2.8%，網(wǎng)狀硫化物礦石中Ni品位0.7%～1.1%(10%～40%的硫化物和氧化礦)。

圖5 卡邦加礦體11 600勘探線剖面圖[48]Fig.5 Cross section of the Kabanga deposit on line 11 600[48]

其他圖例見圖5。圖6 卡邦加北礦體10 100勘探線剖面圖[48]Fig.6 Cross section of the Kabanga North deposit on line 10 100[48]

Evans等[52]通過(guò)對(duì)卡邦加Ni礦鉆孔不同巖性樣品中Co/Ni、Cu/Ni、Pt/Ni、Ni/S、(S/Se)/Ni等元素比值Harker圖解綜合分析，認(rèn)為卡邦加Cu-Ni硫化物礦床與布什維爾德 Ni-Cu (PEG)[52]、金川Ni-Cu (PGE)[53]等超大型Ni硫化物礦床的成因是相似的：高鎂玄武質(zhì)地幔巖漿在基巴拉造山作用后期，在拉張的構(gòu)造環(huán)境下沿巖漿通道上涌，在其上涌過(guò)程中混入了Karagwe-Ankolean 超群等地殼物質(zhì)，隨著物理化學(xué)條件的變化，巖漿中硫化物不斷結(jié)晶、熔離、沉降，并在構(gòu)造有利部位富集形成了卡邦加Ni硫化物礦床，覆蓋在輝長(zhǎng)巖巖墻上[48]。

4.3 與地幔柱活動(dòng)有關(guān)的Ni-Cu(PGE)礦床

地幔柱活動(dòng)是大陸垂向增生的重要方式之一，其還可能導(dǎo)致巖石圈大規(guī)模的隆升、伸展，甚至大陸裂解，形成大量鎂鐵—超鎂鐵巖侵入體、巖墻和大面積連續(xù)的溢流玄武巖噴發(fā)，構(gòu)成巨大的火成巖省[54-57]，如新元古代Rodinia超級(jí)大陸裂解。地幔柱活動(dòng)中大量連續(xù)供給的巖漿，為成礦作用帶來(lái)了豐富的物源、熱源和動(dòng)力學(xué)條件，使得形成大型—超大型礦床成為可能。南非布什維爾德超大型Cu-Ni (PGE)礦床和津巴布韋大巖墻Cr-Ni (PGE)礦床都被認(rèn)為是地幔柱巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物[58]。

布什維爾德巖漿型Cu-Ni (PGE) 硫化物礦床位于南非東北部，東起普馬蘭加省(Mpumalanga)和林波波省，西到與博茨瓦納接壤的西北省(North West)[59]，大地構(gòu)造位置位于卡普瓦爾克拉通的北部邊緣，為津巴布韋克拉通與卡普瓦爾克拉通北西—南東向碰撞擠壓時(shí)期的產(chǎn)物。該礦床是世界上最為豐富的鉑族元素礦床、鉻鐵礦礦床、低品位Cu-Ni硫化物礦床及與鎂鐵—超鎂鐵巖伴生的釩鈦磁鐵礦礦床。

布什維爾德巖漿型Cu-Ni (PGE) 硫化物礦床主要產(chǎn)在與基性—超基性巖有關(guān)的Rustonburg層狀巖套(RLS)內(nèi)(圖7)，礦體產(chǎn)出于4個(gè)層位：梅林斯基礦層(Merensky Reef ，簡(jiǎn)稱MR)，UG2鉻鐵礦巖層(Upper Group2)，普拉特接觸帶(Platreef，簡(jiǎn)稱PR)和Onverwacht、Mooihoek、Driekopde等純橄巖巖筒中。Rustonburg層狀巖套規(guī)模巨大，東西長(zhǎng)450 km，南北寬250 km[8]，出露面積約65 000 km2，從底部富鎂的超鎂鐵巖到頂部富硅的閃長(zhǎng)巖，堆晶層厚度為7～9 km，體積推測(cè)可達(dá)380 000 km3，是世界上已知最大的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)層狀侵入巖體[60-61]。

UG2鉻鐵礦巖層位于RLS關(guān)鍵帶上部，MR礦層下15～400 m，在布什維爾德雜巖東部帶和西部帶沿走向延伸約400 km[62]，厚0.5～2.5 m，多數(shù)0.5～1.0 m，鉻鐵礦與橄欖巖和古銅輝石巖堆晶體共生，PGE以硫化物和合金的形式賦存于UG2的中—底部。該礦層中Cu、Ni品位都很低，PGE+Au品位為10×10-6 [62]，Pt+Pd平均品位為6×10-6[63]。

MR礦層在布什維爾德雜巖中延伸超過(guò)280 km，位于RLS中關(guān)鍵帶上部，厚度為2 cm～4 m，平均為30～80 cm[64]。層內(nèi)賦存有巨量鉻鐵礦和PGE資源[61]，低品位Cu-Ni儲(chǔ)量也非常大[8,65]，賦礦巖石為偉晶狀輝石巖，鉻鐵礦層常出現(xiàn)在輝石偉晶巖的頂部和底部[62]，PGE+Au品位為4×10-6～6×10-6，Cu-Ni硫化物以磁黃鐵礦、黃銅礦和鎳黃鐵礦為主， Ni、Cu品位分別為0.30 %和0.15 %[61,65]。礦層厚度超過(guò)1.0 m，一般不到1.5 m[63]。與整個(gè)旋回單元的其他層位相比，MR礦層的硫化物富Ni和Pt，Barnes等[67]描述了Merensky礦層中所有PGE與Ni、Cu和S的相關(guān)性。

1.太古宙綠巖；2.太古宙花崗巖；3.Dominion群；4.Chunniespoort群；5.Pretoria群；6.Rcoiberg群；7.布什維爾德鎂鐵質(zhì)巖；8.布什維爾德花崗巖；9.布什維爾德花斑巖；10.Waterberg群；11.Alkalineine雜巖體群；12.Karco超群；13.正在開采礦床；14.推測(cè)礦床；15.斷裂；16.地名。據(jù)文獻(xiàn)[7,9]修編。圖7 南非布什維爾德雜巖體地質(zhì)圖及其巖漿型Cu-Ni (PGE)硫化物礦床分布圖 Fig.7 Geological map of the Bushveld igneous complex，showing the distribution of Cu-Ni (PGE) sulfide deposits in South Africa

PR接觸帶礦層位于布什維爾德雜巖的北翼，將Potgietersrus北延60 km的下帶中可能是關(guān)鍵帶中10～400 m的礦化帶，稱Platreef礦層，由含PGE和賤金屬硫化物(BMS)礦化的輝巖序列組成[68]。賦礦巖石以粗粒輝石巖和含長(zhǎng)輝石巖為主，硫化物主要是磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦或黃銅礦[69-70]，PR南段礦化帶Cu、Ni品位分別為0.10%～0.25%和0.15%～0.36%。Pt/Pd值為1，PGE品位隨著S和BMS豐度的升高而降低[65]。

布什維爾德礦區(qū)基性—超基性含礦巖體的形成，經(jīng)歷了幔源巖漿的深源分異和就地分異的過(guò)程。在成巖成礦作用過(guò)程中，隨著溫度、壓力、氧逸度等物理化學(xué)條件的變化，在巖漿結(jié)晶分異和重力作用的影響下，于構(gòu)造有利部位富集成礦。關(guān)于該區(qū)成礦模型，到目前為止仍然存在多種說(shuō)法[71-76]，總的來(lái)說(shuō)，幔源巖漿在張性的構(gòu)造環(huán)境下沿深大斷裂上升，在上升途中的臨時(shí)巖漿房?jī)?nèi)巖漿發(fā)生結(jié)晶分異作用，并沉淀了大量的鉻鐵礦和PGE硫化物；后期巖漿脈動(dòng)性進(jìn)入臨時(shí)巖漿房后，與前者混溶，隨之注入主巖漿房并熔離出硫化物或富PGE相，從而形成了UG2、MR和PR鉑族礦層及堆積巖。

4.4 風(fēng)化殼型鎳礦床

風(fēng)化殼型鎳礦床又稱紅土型鎳礦，是由超鎂鐵巖(純橄欖巖、橄欖巖、蛇紋巖)在熱帶或亞熱帶氣候條件下，經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，使鎳從含鎳的硅酸鹽礦物(橄欖石、頑火輝石等)中淋濾出來(lái)，隨地表水往下滲透到風(fēng)化殼的下部，形成富含鎳的次生礦物，使原來(lái)呈分散狀態(tài)的鎳得到富集，在地下水面以上及其附近形成一定規(guī)模的風(fēng)化殼，從而形成可供工業(yè)利用的富鎳風(fēng)化殼，一般形成上部的紅土氧化鎳礦層和下部的硅酸鎳礦層[16]。該類型礦床是特殊地質(zhì)和特定地表環(huán)境共同耦合作用的產(chǎn)物，與巖石巖性、構(gòu)造環(huán)境、氣候特征、地形地貌及地下水條件等內(nèi)外生因素密切相關(guān)，在中南部非洲的津巴布韋大巖墻附近、布隆迪穆松加迪均有產(chǎn)出。典型代表礦床為津巴布韋古魯韋鎳礦床。

津巴布韋古魯韋鎳礦床位于津巴布韋中馬紹納蘭省古魯韋鎮(zhèn)東13 km，南東距津巴布韋首都哈拉雷約150 km，大地構(gòu)造位置位于津巴布韋新太古代裂谷帶北段。礦體受津巴布韋基性巖墻蝕變的蛇紋巖及地貌條件控制，大部分被紅土覆蓋[77]。區(qū)內(nèi)紅土型鎳礦嚴(yán)格受蛇紋巖控制，Ni品位為0.25%～0.30%，其中呈層狀產(chǎn)出的鉻鐵礦分布廣泛，是形成紅土型鎳礦和鉻砂礦的礦源層[77]。

古魯韋鎳礦床4個(gè)礦體沿大巖墻NE向依次產(chǎn)出，垂直分帶現(xiàn)象明顯，自上而下可分為[79-80]：1)殘坡積層，由殘積物、坡積物及巖石的碎屑組成；2)赭石層，巖石呈紅褐色，主要由鐵質(zhì)赭土、松散沙土及小礫石組成，含有鉻尖晶石顆粒，單質(zhì)Cr品位為6.0% 左右，具有工業(yè)價(jià)值，厚度0.2～2.0 m；3)綠高嶺石化蛇紋巖帶，巖石呈淺綠或黃綠色，粒狀及塊狀，松散易碎，主要由綠高嶺石、硅鎂鎳礦、鎳蛇紋石等組成，亦常見有石髓和蛋白石，該層是本礦床鎳礦體主要產(chǎn)出的層位之一，鎳礦石品位為1%～2%，厚度為1.0～8.2 m；4)淋濾蛇紋巖帶，常有方解石、菱鎂礦及白云石細(xì)脈充填于裂隙中，向下逐漸過(guò)渡到未受風(fēng)化的巖石，Ni礦石品位為0.5%～2.5%，厚度1.0～6.7 m，其為本礦區(qū)的主要含礦帶；新鮮蛇紋巖帶巖石堅(jiān)硬、致密，含Ni 0.25%左右。

5 中南部非洲鎳礦重點(diǎn)礦集區(qū)資源潛力分析

中南部非洲鎳礦成礦歷史悠久，構(gòu)造-巖漿活動(dòng)頻繁，成礦條件有利，礦床類型以巖漿型為主，風(fēng)化殼型較少，海相沉積型和熱液型鎳礦床尚未發(fā)現(xiàn)。本次研究的中南部非洲國(guó)家中，南非鎳礦勘查程度相對(duì)較高，而其他國(guó)家，尤其是津巴布韋、坦桑尼亞、布隆迪、博茨瓦納、贊比亞等Ni-Cu-(Co) (PGE)資源豐富的國(guó)家，僅在礦集區(qū)開展過(guò)重點(diǎn)勘查工作，在相鄰及其他地區(qū)找礦勘查程度仍然較低。近些年來(lái)，中南部非洲鎳礦找勘查工作不斷取得突破，不論是在傳統(tǒng)的鎳礦成礦帶內(nèi)還是其他新發(fā)現(xiàn)地區(qū)，均有大型—超大型鎳礦床產(chǎn)出，資源潛力巨大。例如：贊比亞新發(fā)現(xiàn)的Munali 鎳礦，已控制鎳礦石儲(chǔ)量達(dá)800萬(wàn)t，Ni品位為1.4%；2014年，IMX公司宣布在坦桑尼亞新發(fā)現(xiàn)的Ntaka Hill Ni-Cu 礦床探明儲(chǔ)量為2 030萬(wàn)t，Ni平均品位為0.58%，Cu 0.13%；推測(cè)資源量達(dá)3 590萬(wàn)t，Ni平均品位為0.66%，Cu 0.14%。

在前述劃分討論的鎳礦成礦區(qū)帶中，已探明鎳礦資源儲(chǔ)量主要集中于南非卡普瓦爾克拉通北緣成礦帶、博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎成礦帶、津巴布韋大巖墻成礦帶、坦桑尼亞—博茨瓦納基巴拉成礦帶和贊比亞贊比西成礦帶等幾個(gè)為數(shù)不多的成礦帶內(nèi)；其構(gòu)成了區(qū)內(nèi)鎳礦資源重點(diǎn)礦集區(qū)，同時(shí)也是研究區(qū)資源潛力最大的地區(qū)。下面將對(duì)這些重點(diǎn)礦集區(qū)的鎳礦資源潛力進(jìn)行初步分析。

1)布什維爾德礦集區(qū)

該礦集區(qū)位于南非卡普瓦爾克拉通北緣成礦帶內(nèi)，位于南非東北部，從東部的Mpumalanga 和Limpopo省延伸到西部的與博茨瓦納接壤的西北省[59]，是中南部非洲最為重要的Ni-Cr-Cu (PGE)礦集區(qū)，以含有世界上最為豐富的鉑族元素礦床、鉻鐵礦礦床、低品位銅鎳硫化物礦床及與鎂鐵—超鎂鐵巖伴生的釩鈦磁鐵礦礦床而著稱。礦集區(qū)內(nèi)含礦層位為與Rustonburg鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)層狀巖套有關(guān)的梅林斯基礦層、UG2鉻鐵巖礦層和普拉特接觸帶，產(chǎn)出有Akanani、Mokopane、Morokweng、Mototolo、Mphahlele、Nkomati、Palabora、Marula、Rooipoort等幾十個(gè)Cu-Ni-Au (PGE)礦床，2014年Ni金屬儲(chǔ)量達(dá)53 709 t，占全球的2.148%。Rustonburg鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)層狀巖套內(nèi)已知礦體均呈層狀產(chǎn)出，嚴(yán)格受層位控制，是重要的找礦標(biāo)志，具有良好的成礦條件和資源潛力，近年來(lái)在該帶推測(cè)礦床4個(gè)[71]。因此，該區(qū)資源潛力巨大，主攻礦床類型為巖漿型。

2)津巴布韋大巖墻礦集區(qū)

津巴布韋大巖墻是一個(gè)侵位于津巴布韋克拉通中部花崗巖和花崗綠巖帶中、且延伸很長(zhǎng)的墻狀鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖漿侵入體。該巖墻走向近南北，總長(zhǎng)530 km，寬2～10 km，北段受贊比西褶皺帶擠壓牽引向東彎曲呈“S”型[80]。受津巴布韋克拉通與卡布維爾克拉通碰撞作用影響[23,81-83]，津巴布韋克拉通于2 580 Ma拉張，形成陸內(nèi)裂谷，巖漿于2 530 Ma呈層狀沿裂谷侵入津巴布韋克拉通內(nèi)[84]。大巖墻周圍鉻鐵礦、鉑礦、鎳礦遍布，Hartley、Mhondoro、Mimosa、Unki、Zimplats、Perseverance、Hunters Road等大型—超大型Ni-Cu (PGE)礦床均產(chǎn)于其周圍，其中鉻鐵礦產(chǎn)在大巖墻內(nèi)及兩側(cè)的小巖墻群內(nèi)，控礦巖石以純橄欖巖為主，部分為輝石橄欖巖。鉑礦主要分布在大巖墻內(nèi)部的輝石巖中。鎳礦主要受大巖墻兩側(cè)的基性雜巖控制。在大巖墻北部的純橄欖巖及部分輝石橄欖巖出露的溝谷及緩坡地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有氧化鎳礦。到2013年為止，在大巖墻共查明Ni-Cu-Cr (PGE)大型礦床12處，Ni金屬總量達(dá)14 139 t，占全球總量的0.566%。2009年，天津地質(zhì)調(diào)查中心對(duì)津巴布韋全國(guó)開展了低密度地球化學(xué)填圖工作，在地球化學(xué)圖(圖略)中顯示，圍繞大巖墻，Pt-Pd-Cr-Ni-Cu-Au成礦元素異常連續(xù)性好、強(qiáng)度高、規(guī)模大；航磁異常圖圍繞大巖墻呈明顯的波峰，表明該區(qū)進(jìn)一步找礦潛力很大，其主攻礦床類型為巖漿型和紅土型。

3)博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎礦集區(qū)

該區(qū)位于博茨瓦納東部，受卡普瓦爾克拉通、津巴布韋克拉通及兩個(gè)克拉通相互擠壓形成的林波波活動(dòng)帶控制[85]，區(qū)內(nèi)構(gòu)造及巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，由多期變形高壓變質(zhì)的巖石組成[86-87]。目前，該區(qū)已探明銅鎳礦儲(chǔ)量約4 600萬(wàn)t，已發(fā)現(xiàn)包括賽萊比—皮奎、塔蒂(Tati)、迪科羅蒂(Dikoloti)、弗巨濟(jì)(Phokoje)等大型—超大型礦床37處，賦礦巖體主要為薄的香腸狀角閃巖(原巖為橄長(zhǎng)巖或蘇長(zhǎng)巖)，圍巖由條帶狀片麻巖和花崗片麻巖組成，礦體呈似層狀、透鏡狀整合產(chǎn)出于巖體當(dāng)中[34-35,37]。礦床形成于大型構(gòu)造帶中，后期受到褶皺及剪切作用的影響明顯。該區(qū)地質(zhì)工作程度較低，并被大面積的基性—超基性巖覆蓋，部分地區(qū)化探結(jié)果顯示找礦前景良好[88]，主攻類型為巖漿型鎳礦，加大該區(qū)工作力度有望實(shí)現(xiàn)找礦突破。

4)坦桑尼亞—布隆迪穆松加迪—卡邦加礦集區(qū)

該區(qū)位于坦桑尼亞西北部與布隆迪接壤的狹長(zhǎng)地區(qū)，向北東延伸至坦桑尼亞Kagera地區(qū)，大地構(gòu)造位置位于坦桑尼亞克拉通、剛果克拉通和班韋盧地塊之間的中元古代卡拉圭—安科連構(gòu)造層內(nèi)(1.60～1.28 Ga)[47-48]，屬于中元古代基巴拉造山帶的一部分。卡邦加鎳穆松蓋蒂基性—超基性巖體總體上呈北東向串珠狀斷續(xù)分布，西部主要為橄欖巖，東部主要為輝長(zhǎng)巖，屬于造山后伸展作用的產(chǎn)物[89]。超基性巖主要有橄欖巖、輝石橄欖巖和黑色輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖。賦礦巖石主要為該區(qū)出露的超基性侵入體，礦體多產(chǎn)于超基性巖體底部，上覆粗粒橄欖巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、云母片巖等，圍巖以云母片巖、石英巖、變泥巖為主，而該區(qū)NE向NNE轉(zhuǎn)化的疊瓦狀推覆體和褶皺構(gòu)造與基性—超基性巖產(chǎn)出關(guān)系密切[90]。該區(qū)鎳礦床的預(yù)測(cè)類型有2種：一種是與超基性巖風(fēng)化產(chǎn)物有關(guān)的風(fēng)化殼型(紅土型)，以布隆迪穆松加迪(大型)礦床為代表；另一種是造山后碰撞伸張環(huán)境下的巖漿融離型礦床，以坦桑尼亞卡邦加 Cu-Ni硫化物礦床為代表。該區(qū)基性—超基性巖分布廣泛，地表航磁具有明顯的高磁異常，可能預(yù)示有層狀輝長(zhǎng)巖和蘇長(zhǎng)巖體與Cu-Ni礦的賦存[91]，取得找礦突破前景良好。

6 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)南部非洲243處鎳礦產(chǎn)地資料的總結(jié)可知，鎳礦絕大部分屬于巖漿型，少數(shù)為風(fēng)化殼型，尚未發(fā)現(xiàn)海相沉積型和熱液型。鎳礦預(yù)測(cè)類型為基性—超基性Cu-Ni硫化物型(巖漿型)和風(fēng)化殼型。

2)中南部非洲鎳礦床呈北東向成群分布，具有產(chǎn)地集中、綜合利用價(jià)值大等特征，初步劃分出4個(gè)大的Ni礦成礦期：新太古代、古元古代、中元古代和新元古代；6個(gè)成礦帶：南非卡普瓦爾克拉通北緣古元古代Cr-Ni-Cu (PGE)成礦帶、津巴布韋大巖墻新太古代Cr-Ni (PGE)成礦帶、博茨瓦納弗朗西斯敦—賽萊比—皮奎新太古代Ni-Cu-Au成礦帶、贊比亞贊比西津巴—盧薩卡新元古代Au-Ni-Cu成礦帶、坦桑尼亞烏本迪—烏薩嘎仁古元古代Ni-Cu成礦帶以及坦桑尼亞—布隆迪基巴拉中元古代Ni-Cu-Co成礦帶，礦床的形成嚴(yán)格受構(gòu)造演化控制。

3)中南部非洲鎳礦成礦地質(zhì)條件有利，總體找礦勘查工作程度低，資源潛力巨大。初步劃分出的4個(gè)礦集區(qū)找礦工作雖然已取得重大成果，但仍具有巨大找礦潛力，可進(jìn)一步加大該區(qū)鎳礦成礦規(guī)律研究和找礦勘查工作。

致謝：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心沈?qū)毞逖芯繂T、付超高級(jí)工程師、黨智財(cái)工程師在成文過(guò)程中提供了大量的幫助，在此表示衷心的感謝！

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