閆奕璞, 祁書亮, 魏向濤, 葉存勇, 蒲繼紅

河北省地礦局第五地質(zhì)大隊， 河北唐山063004

0 引言

以往紅土型鎳礦的研究主要側(cè)重于：①礦床的分布區(qū)域、大地構(gòu)造背景；②礦床(風化殼)結(jié)構(gòu)分帶及含礦性、礦體特征和礦石類型；③Ni元素從超基性巖內(nèi)析出、淋濾到次生富集所經(jīng)歷的復雜的物理、化學和生物等風化過程；④研究對象的成礦母巖均為超基性侵入巖[1-3]。而對礫巖型紅土鎳礦的研究則較少[4]，也只是對結(jié)構(gòu)分帶、含礦性及形成過程進行了研究；對該型礦床規(guī)模及勘查工作思路方面的研究尚未見及。筆者從成礦母巖的成因、形成時間及對礦床規(guī)模、礦體厚度、品位和品級等的制約上進行探討進而提出勘查思路，為“走出去”進行紅土型鎳礦勘查提供借鑒。

印度尼西亞紅土型鎳礦資源豐富[5-6]，是中國相關(guān)企業(yè)“走出去”的首選地之一。威拉礫巖型紅土鎳礦(以下簡稱威拉鎳礦)(1)河北省地礦局第五地質(zhì)大隊.印度尼西亞東南蘇拉威西省北部哥那威縣威拉地區(qū)紅土型鎳礦普查地質(zhì)報告.唐山：河北省地礦局，2018.位于印尼東南蘇拉威西省北部哥那威縣(Konawe Utara)(北距中蘇拉威西省省界12 km)。礦區(qū)地處中低山系構(gòu)造剝蝕區(qū)。當?shù)貧夂驅(qū)贌釒в炅謿夂?，炎熱濕潤，雨量充足。自然環(huán)境有利于風化殼型紅土鎳礦床的形成[7-8]。

1 區(qū)域地質(zhì)

威拉鎳礦位于蘇拉威西島中偏南部的東側(cè)近海一帶，大地構(gòu)造位置處于印太海溝島弧帶的東端南部邊緣、澳大利亞板塊北部，屬海溝島弧帶交匯部位(圖1)。由于澳大利亞板塊向北俯沖、擠壓，島弧式造山作用在該區(qū)域表現(xiàn)較為突出，導致蘇拉威西島一帶構(gòu)造巖漿活動頻繁而強烈，廣泛分布超基性-基性巖和蛇綠巖套，該蛇綠巖套稱東蘇拉威西蛇綠巖套，其從哥倫打洛灣經(jīng)過中蘇拉威西省、蘇拉威西島東南分支到布通島和卡巴那島全長700 km，主要巖性為輝長巖、橄欖巖和蛇綠巖，侵入時代為中生代末期(2)中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心.全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)之三十七(亞洲卷)：印度尼西亞.北京：中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心境外地質(zhì)礦產(chǎn)研究部, 2015.。其出露面積大者上千km2至萬余km2，小者幾km2。是區(qū)域紅土型鎳礦床的成礦母巖。

圖1 威拉鎳礦大地構(gòu)造位置圖Fig.1 Geotectonic location of Weila nickel mine

圖2 威拉鎳礦區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)印尼地質(zhì)調(diào)查研究中心1∶25萬LASUSUA-KENDARI幅區(qū)域地質(zhì)圖，1993)②Fig.2 Regional geological map of Weila nickel mine area

威拉鎳礦位于太平洋板塊與歐亞板塊過渡帶地層區(qū)西棉蘭老島—蘇拉威西地層分區(qū)東蘇拉威西地層小區(qū)內(nèi)(3)中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心.全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)之三十七(亞洲卷)：印度尼西亞.北京：中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心境外地質(zhì)礦產(chǎn)研究部, 2015.② 印尼地質(zhì)調(diào)查研究中心.1∶25萬LASUSUA-KENDARI幅區(qū)域地質(zhì)圖.萬?。河∧岬刭|(zhì)調(diào)查研究中心，1993.，以發(fā)育蛇綠巖套和古近系—新近系構(gòu)造混雜巖為特征(圖2)。中生界發(fā)育較全，為三疊系—侏羅系托卡拉組(TRJt)：主要巖性為碳質(zhì)泥巖、砂巖、頁巖和板巖，為淺海相沉積；麋鹿湖組(TRJm)：主要巖性為粉砂巖、砂巖、石英巖、黑色頁巖、紅色頁巖、千枚巖和板巖，為海相碎屑巖類沉積。白堊系馬塔諾組(Km)：主要巖性為含燧石夾層鈣質(zhì)泥巖、砂巖和灰?guī)r，為海相沉積。其覆蓋在早白堊紀蛇綠巖套之上，與下伏其他地層為斷層接觸。古近系始新—漸新統(tǒng)薩各迪克組(Tems)：主要巖性為泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r,為海相沉積,與下伏地層為斷層接觸。新近系上新統(tǒng)潘多亞組(Tmpp)：以礫巖、砂巖為主的粗碎屑巖，屬構(gòu)造混雜巖,稱“蘇拉威西磨拉石”，不整合于下伏地層之上。第四系主要為珊瑚礁沉積及沖積物沉積。

本區(qū)域斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要有NW向、NE向兩組，長度多數(shù)在數(shù)km以上。上新世以后地殼差異升降運動顯著，珊瑚礁高出海面400～700 m。上新世的上升運動伴隨強烈的風化作用，超鎂鐵質(zhì)巖經(jīng)風化淋濾，富集成紅土型鎳礦[9-10]。

本區(qū)的蛇綠巖套(Ku)屬蘇拉威西島東南分支的一部分，威拉鎳礦區(qū)外圍呈近環(huán)狀分布，巖石組合為方輝橄欖巖、斜輝橄欖巖、二輝橄欖巖夾純橄欖巖、輝石巖和輝長巖等。部分巖石具蛇紋石化。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

威拉鎳礦區(qū)及周邊出露地層主要為白堊系上統(tǒng)馬塔諾組、新近系上新統(tǒng)潘多亞組、第四系下統(tǒng)沖積物及全新統(tǒng)殘坡積物、沖洪積物(圖3)。

2.1.1 白堊系、新近系地層

(1)白堊系上統(tǒng)馬塔諾組(Km)

分布于礦區(qū)西、北、東部，以古山間盆地的基底形式出現(xiàn)，基巖裸露、地形較陡峻。主要巖性以灰?guī)r為主，巖石呈灰色-深灰色，泥晶結(jié)構(gòu)，中層-厚層狀產(chǎn)出。礦物成分以方解石為主，含量>95%；常見方解石細脈。

圖3 威拉鎳礦礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.3 Geological map of Weila nickel mine

(2)新近系上新統(tǒng)潘多亞組(Tmpp)

南部以泥巖、粉砂巖和砂巖為主夾有粉砂質(zhì)粉晶含灰質(zhì)白云巖，地形低緩；中部北東向山脊地形陡峻，露頭良好，巖石基巖裸露以礫巖為主，巖石呈雜色，礫狀結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，地表巖塊狀分布。礫石成分復雜，以灰?guī)r質(zhì)為主，次見石英脈巖等，礫石呈次圓狀-圓狀，大小不一，直徑2～200 mm，分選性差，含量>70%。砂質(zhì)成分以長石、石英為主，粒度0.5～2 mm，呈填隙物分布，含量>20%。膠結(jié)物為泥質(zhì)、鈣質(zhì)，巖石堅硬，不整合在馬塔諾組灰?guī)r之上。

2.1.2 第四系地層

礦區(qū)內(nèi)分布較廣，主要以下更新統(tǒng)沖積物,殘坡積物及全新統(tǒng)沖洪積物為主。

(1)下更新統(tǒng)沖積物(Qp1al)

下更新統(tǒng)沖積物為本次工作新發(fā)現(xiàn)的地層，呈一斜歪的倒U字型分布于礦區(qū)中部古山間盆地中，主要巖性為礫巖、巨礫巖，礫石成分以超基性巖的橄欖巖為主，含量>99%，偶見灰?guī)r形成的礫石(圖4)；礫徑粗大，以巨礫為主，少部分粗礫狀。厚度一般在數(shù)米至二三十米間，礦區(qū)中部溝谷中野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)最大厚度在百米左右。該礫巖是威拉礫巖型紅土鎳礦的成礦母巖。與下伏地層為不整合接觸(圖5)。

橄欖巖質(zhì)礫巖礫石成分為含尖晶輝石橄欖巖(巖礦鑒定由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實驗室完成，下同)：巖石新鮮面呈深灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。成分由橄欖石和輝石、尖晶石組成。

橄欖石：呈自形-半自形粒狀，部分顆粒邊界不清楚，少部分粒度0.2～2 mm，雜亂分布，不具定向特征，構(gòu)成巖石主體，具網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，沿網(wǎng)格具蛇紋石化，少量具褐鐵礦化。含量75%±。

輝石：主要為斜方輝石，粒度部分0.6～2 mm，部分2～5 mm，雜亂分布，表面可見裂紋，少量沿邊緣及裂紋具皂石化、絹云母化。含量20%～25%。

圖4 橄欖巖質(zhì)礫巖中的一個灰?guī)r礫石照片F(xiàn)ig.4 Limestone gravel in a peridotite conglomerate

圖5 橄欖巖質(zhì)礫巖不整合在砂巖之上的照片F(xiàn)ig.5 Peridotite conglomerate unconformably overlying sandstone

尖晶石：黃褐色，呈他形粒狀，大小0.1～0.5 mm，零散分布。含量1～5%。副礦物為不透明礦物-磁鐵礦和鉻鐵礦等。次生礦物為蛇紋石、皂石、絹云母和褐鐵礦。

時代探討：①該套地層不整合在新近系上新統(tǒng)潘多亞組各種碎屑巖及白堊系上統(tǒng)馬塔諾組灰?guī)r之上，其形成時代為第四紀；②其出露高于當?shù)厍治g面數(shù)十至200余米，部分已構(gòu)成山脊，表面經(jīng)風化淋濾已形成最厚達26 m的風化殼，短時間內(nèi)的風化難于達到這樣的程度；③該套地層的巖石已固結(jié)成巖，據(jù)此將其時代定為早更新世是恰當?shù)摹?/p>

(2)殘坡積物(Qedl)

地表殘坡積物按顏色又可以劃分為黃色和紅色兩種，后者俗稱紅土風化殼，多構(gòu)成紅土型鎳礦體。

黃色殘坡積物：多分布在灰?guī)r、礫巖之上，以黃色、黃褐灰色為主，成分為基巖風化后形成的黏土、砂土及轉(zhuǎn)石，厚度各地不一，向下漸變?yōu)榛鶐r。因區(qū)內(nèi)分布較少，未單獨劃出。

紅土風化殼：區(qū)內(nèi)紅土風化殼分布面積相對較大，垂向剖面上有明顯的巖相分帶性，為區(qū)內(nèi)紅土型鎳礦主要賦礦層位。

(3)沖洪積物(Qal)

分布在河流及溝谷中，主要由卵石、礫石、砂土和黏土組成。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

上新世后的上升運動使得呈環(huán)狀分布于礦區(qū)外圍的蛇綠巖套被抬升掀斜，遭受剝蝕搬運，在礦區(qū)中部山間盆地中沉積，形成下更新統(tǒng)以橄欖巖質(zhì)礫石為主要成分的巨礫巖、粗礫巖。之后伴隨強烈的風化、淋濾作用，鎳質(zhì)富集成紅土型鎳礦。

區(qū)內(nèi)馬塔諾組、潘多亞組地層以掀斜為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)斷層構(gòu)造，也未發(fā)現(xiàn)巖漿巖出露。

3 紅土風化殼垂向分帶及區(qū)域巖性對比

3.1 紅土風化殼垂向分帶

風化殼在垂向剖面上有明顯的巖相分帶，根據(jù)其顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及物質(zhì)組成劃分為3個巖性段，各巖性段之間界線為漸變關(guān)系，自上而下巖性序列為：紅土帶、腐巖帶及基巖帶[11-13]。

紅土帶上部以褐紅色黏土為主。

褐紅色黏土呈褐紅色、紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，土狀構(gòu)造，由黏土質(zhì)礦物、鐵質(zhì)礦物(占95%～97%)及少量原巖殘留、硅質(zhì)礦物(3%～5%)組成。薄片鑒定為鐵質(zhì)黏土，黏土質(zhì)由隱晶狀、顯微鱗片狀黏土礦物組成，鐵質(zhì)呈褐紅-褐黃色隱晶狀，二者混雜，略顯定向分布。少量黏土質(zhì)集合體碎屑狀外形，零散分布，有的呈殘留網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。部分鐵質(zhì)相對呈聚集狀分布。原巖殘留礦物、碎塊及不透明礦物顆粒零散狀分布。硅質(zhì)礦物由隱晶狀玉髓、微粒狀石英構(gòu)成，集合體顯碎屑狀或細脈狀等，零星可見，為晚期次生礦物。

褐紅色黏土層主要分布在山坡、山前開闊地帶及低山頂部，由橄欖巖質(zhì)礫巖風化而成。

該巖性段為邊界品位鎳礦體主要賦礦層位。

紅土帶下部以淺褐紅色、黃色和黃褐色黏土為主，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，多呈疏松多孔的土狀構(gòu)造，局部呈粒狀構(gòu)造，與紅色黏土層相比，顆粒變粗，主要為風化殘留的碎、小顆粒。主要礦物有針鐵礦、褐鐵礦，由橄欖巖質(zhì)礫巖經(jīng)長期強烈風化形成，與上層紅色黏土層呈漸變過渡，鐵含量較上層低。該巖性段在本區(qū)內(nèi)不發(fā)育。

腐巖帶為強風化的橄欖巖質(zhì)礫巖。主要為黃綠色、黃褐色風化土狀顆粒、碎塊，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。薄片鑒定為強風化輝石橄欖巖，巖石由橄欖石假像(75%)、輝石(20%)組成。橄欖石呈粒狀，雜亂分布，被蛇紋石、黏土質(zhì)和鐵質(zhì)等交代明顯，單偏光顯微鏡下殘留網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)眼內(nèi)有橄欖石殘留。蛇紋石呈纖狀、鱗片狀等；黏土質(zhì)呈隱晶狀、微細鱗片狀，鐵質(zhì)呈黃褐色粉狀，黏土質(zhì)、鐵質(zhì)呈混雜狀交代蛇紋石、橄欖石，少量黏土質(zhì)集合體似斜長石假像。輝石呈柱狀，零散分布，輕微黏土化等。該層位常見未風化或弱風化的橄欖巖殘塊，殘塊中心通常風化較弱，邊部風化相對較強。該層上部風化程度較高，多呈黏土狀，松散易碎，間夾少量的團塊狀原巖；底部靠近基巖位置，混雜的基巖風化物逐漸增多，變?yōu)樗閴K狀、塊狀，巖石硬度增加，沿裂隙多見次生石英細脈偶見翠綠色薄膜狀鎳化細脈。該巖性段為本區(qū)邊界品位鎳礦體主要賦礦層位及主要的工業(yè)礦體含礦層位。

紅土帶至腐巖帶有不同程度的鎳礦化，在腐巖帶的中下部(土塊狀)達到最大富集，少數(shù)在較深的腐巖底部才出現(xiàn)最大富集。

基巖帶腐巖帶向下隨著風化程度的減弱，巖性逐漸過渡為基巖-橄欖巖質(zhì)礫巖。

3.2 區(qū)域巖性對比

區(qū)域上，在本省的科拉卡縣(Kolaka)也曾發(fā)現(xiàn)并研究過礫巖型紅土鎳礦，其礫巖主要分布在該研究區(qū)的中部，直接覆蓋在超基性巖和混雜片巖之上，與二者為沉積接觸關(guān)系。礫巖成分北部以橄欖巖、純橄欖巖等超基性巖為主，含量>95%，局部見少量雜砂巖礫石，該區(qū)鎳礦體主要產(chǎn)出于該類以超基性巖為主要成分的礫巖中。向南超基性巖礫石含量逐漸減少，雜礫巖、泥巖礫石含量增多，局部夾少量鈣質(zhì)泥巖、雜砂巖，該類礫巖中僅局部見零星的鎳礦化。向中南漸變?yōu)樯皫r，成分復雜，局部夾少量含礫粗砂巖、泥巖。該套地層形成于始新世—漸新世時期[14]。由上述可見，兩地雖同為礫巖型紅土鎳礦，但原巖地層形成時間上科拉卡縣的礫巖型紅土鎳礦形成于始新世—漸新世時期，明顯早于本區(qū)的早更新世，那么相應的地層層位便也不同。更加明顯的是基巖巖性的不同：科拉卡縣的礫巖型紅土鎳礦由超基性巖質(zhì)礫巖漸變?yōu)樯皫r，而本區(qū)則全為橄欖巖質(zhì)礫巖。

4 見礦情況、區(qū)域?qū)Ρ燃伴_采經(jīng)濟效益

威拉鎳礦形成基巖為橄欖巖質(zhì)礫巖，分布面積<5.5 km2，本次普查工作施工鉆孔74個，見礦孔51個，圈定邊界品位礦體4個，礦體厚度3.10～4.13 m，平均厚度3.62 m；21個孔中見工業(yè)品位礦，除分兩處的7個孔可圈定3個塊段的333資源量外，其他14孔為單孔或相鄰兩孔見礦，礦體厚度2.17～3.67 m，平均厚度2.92 m；獲得的333資源量情況見表1。利用見礦孔中571件樣品(由本隊測試,下同)統(tǒng)計了風化殼(紅土帶+腐巖帶)厚度、紅土帶及腐巖帶厚度和品位等(表2、3)。

位于北西方向160 km且同處于蘇拉威西東部蛇綠巖套中的中蘇拉威西省莫羅瓦利縣(Morowali)哈薩紅土型鎳礦(4)河北省地礦局第五地質(zhì)大隊.印度尼西亞中蘇拉威西省Morowali縣Kolonodale鎮(zhèn)哈薩紅土鎳礦A、C區(qū)普查地質(zhì)報告.唐山：河北省地礦局，2014.,礦區(qū)面積>25 km2，區(qū)內(nèi)及周邊基巖全為橄欖巖，普查工作施工鉆孔239個，見礦孔210個，圈定邊界品位礦體7個，礦體厚度3.85～6.84 m，平均厚度4.96 m；圈定工業(yè)品位礦體7個，礦體厚度4.23～8.20 m，平均厚度5.84 m；獲得的推斷內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量(333)(表1)。利用見礦孔中3 001件樣品統(tǒng)計了風化殼(紅土帶+腐巖帶)厚度、紅土帶及腐巖帶厚度和品位等(表2、3)。

科拉卡縣礫巖型紅土鎳礦同樣劃分為紅土帶(包括腐殖土層、紅土層)、腐巖帶(包括強風化礫巖層、半風化礫巖層)和基巖。各層品位和厚度見表4。其強風化礫巖層內(nèi)局部可形成工業(yè)礦體，一般規(guī)模不大；半風化礫巖層為主要含礦層。

表1 礦區(qū)Ni 333資源量統(tǒng)計表(單位：礦石量、金屬量，萬t；Ni品位：%)

*：邊界品位礦1.40%>ω(Ni)≥1.00%，工業(yè)品位礦：ω(Ni)≥1.40%，高品位礦ω(Ni)≥1.80%。

**：高品位礦在工業(yè)礦體內(nèi)再次圈定。

表2 礦區(qū)風化殼厚度統(tǒng)計表

表3 礦區(qū)風化殼品位統(tǒng)計表

表4 科拉卡縣(Kolaka)鎳礦風化殼品位、厚度統(tǒng)計表

威拉鎳礦成礦基巖為橄欖巖質(zhì)礫巖，自早更新世成巖之后經(jīng)風化淋濾、富集成礦。哈薩鎳礦成礦基巖為橄欖巖，自上新世開始經(jīng)強烈風化作用淋濾、富集成礦。威拉鎳礦成礦物質(zhì)(基巖)分布范圍明顯不足；成礦時間上遠遠短于哈薩鎳礦；其礦床規(guī)模上威拉鎳礦明顯低于哈薩鎳礦，前者工業(yè)品位礦石量占比僅為5.23%，后者為47.16%并具有20%的高品位礦；后者的邊界品位礦體厚度是前者的1.37倍，工業(yè)品位礦體為2倍，品位也明顯高于前者。

由表2、3中數(shù)據(jù)可以看出，由于風化作用的時間較短，威拉鎳礦紅土帶厚度明顯小于腐巖帶厚度，而哈薩鎳礦卻恰恰相反。風化殼平均厚度后者高出前者3 m。紅土帶、腐巖帶的Ni、TFe品位，后者明顯大于前者，反映了后者的風化程度明顯高于前者。

科拉卡縣鎳礦成礦時間與哈薩鎳礦相近。但其紅土帶、腐巖帶厚度、Ni品位與威拉鎳礦相近，TFe品位卻與哈薩鎳礦相近，僅在腐巖帶中含礦。

印度尼西亞蘇拉威西島等地有數(shù)十家中外企業(yè)開采紅土型鎳礦，其經(jīng)濟適用的冶煉方法為濕法冶煉HPAL(高壓酸浸)工藝。HPAL工藝的經(jīng)濟性主要取決于礦石品位、生產(chǎn)規(guī)模和轉(zhuǎn)化成本等因素。年產(chǎn)3×104t金屬鎳，礦石邊界品位1.4%，且擁有20年壽命期的項目才是經(jīng)濟的[15]。相關(guān)企業(yè)遵循上述指標進行生產(chǎn)，經(jīng)濟效益將十分可觀。

5 結(jié)論

(1)由超基性巖經(jīng)剝蝕、搬運和沉積形成礫巖之后再經(jīng)風化淋濾富集形成的礫巖型紅土鎳礦，其成礦時間短，礦床規(guī)模、厚度、品位和品級等明顯低于直接由超基性巖經(jīng)風化淋濾富集形成的紅土型鎳礦。

(2)礫巖型紅土鎳礦床品位低，難以達到礦石邊界品位最低1.4%的標準且礦床規(guī)模小，無法滿足大于20年開采期限且年產(chǎn)不低于3×104t金屬鎳的要求；當前經(jīng)濟狀況下開采利用將處于虧損狀態(tài)。

(3)“走出去”進行紅土型鎳礦找礦勘查時，應首先確定其成礦母巖巖性，優(yōu)先尋找成礦母巖為超基性巖者并可進一步開展工作；對礫巖型紅土型鎳礦，在踏勘階段完全能夠確定其為礫巖型的，即可終止下一步工作；成礦母巖巖性確定困難的，其勘查程度不宜超越預查階段。