博茨瓦納塞萊比-皮奎鎳銅礦地質(zhì)特征及成因

李 飛，施澤明，裴云婧，李朗田，陳廣義，黃小東

（1．成都理工大學(xué) 地球化學(xué)系，成都 610059；2．四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072；3．四川省地學(xué)核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；4．四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇五地質(zhì)隊(duì)，四川 都江堰 611830；5．中國冶金地質(zhì)總局中南局，武漢 430081）

博茨瓦納塞萊比-皮奎鎳銅礦地質(zhì)特征及成因

李 飛1，2，施澤明1，3，裴云婧4，李朗田5，陳廣義5，黃小東1，2

（1．成都理工大學(xué) 地球化學(xué)系，成都 610059；2．四川省地質(zhì)工程勘察院，成都 610072；3．四川省地學(xué)核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；4．四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇五地質(zhì)隊(duì)，四川 都江堰 611830；5．中國冶金地質(zhì)總局中南局，武漢 430081）

塞萊比-皮奎鎳銅礦床是博茨瓦納最大的鎳銅礦床，位于博茨瓦納東部。在收集整理、系統(tǒng)總結(jié)區(qū)域成礦地質(zhì)背景、鎳銅礦床的地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，探討了礦床的成因。認(rèn)為在巖漿演化的早期，當(dāng)巖漿中的硫達(dá)到飽和，便結(jié)晶形成富鎳的塊狀硫化物，而在巖漿演化的后期，結(jié)晶出富銅的浸染狀硫化物。在重力作用的影響下，這兩種硫化物堆積于巖漿房，后來，由于構(gòu)造作用，含有這兩種硫化物的巖漿被擠壓出巖漿房，侵入塞萊比-皮奎序列地層，形成了塞萊比-皮奎礦床。最后，文章認(rèn)為該礦床屬于與基性超基性巖有關(guān)的構(gòu)造變質(zhì)改造的巖漿Ni-Cu硫化物礦床。

鎳銅礦；地質(zhì)特征；礦床成因；塞萊比-皮奎

塞萊比-皮奎（Selebi-Phikwe）礦床位于博茨瓦納（Botswana）東部，西南距首都哈博羅內(nèi)（Garborone）約400km，西北至第二大城市弗朗西斯敦（Francistown）約110km。其地理坐標(biāo)為南緯21°56′58″，東經(jīng)27°51′18″。該礦床是博茨瓦納最為重要的鎳銅礦床，處于博茨瓦納著名的鎳銅礦成礦區(qū)—塞萊比-皮奎（Selebi-Phikwe）礦集區(qū)，在該礦區(qū)已先后發(fā)現(xiàn)和圈定鎳銅礦床（點(diǎn)）19個(gè)，塞萊比-皮奎是其中最大者，其儲量為鎳53.1萬噸、銅55.7萬噸，平均品位分別為Ni 1.45%和Cu 1.14%[1]，另外，其中含有的鈷也具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 成礦地質(zhì)背景

博茨瓦納所處大地構(gòu)造位置屬南非地臺，次一級構(gòu)造單元為卡普瓦爾克拉通(Kaapvaal Craton)、津巴布韋克拉通（Zimbabwe Craton）及兩個(gè)克拉通相互擠壓形成的林波波活動帶（Limpopo Belt）等[2][3]。塞萊比-皮奎礦區(qū)便位于林波波活動帶內(nèi)（圖1），該活動帶呈線性或帶狀展布，由多期變形高壓變質(zhì)的巖石組成，構(gòu)造及巖漿活動強(qiáng)烈[4][5]。

在博茨瓦納境內(nèi)出露的林波波活動帶分為4個(gè)巖石類型的雜巖體，它們是賽莫拉雷(Semolale)雜巖體（SC）、皮奎(Phikwe)雜巖體(PC)、貝恩斯渡口(Baines Drift)雜巖體(BDC）以及馬哈拉佩(Mahalapye)雜巖體(MC）。

賽莫拉雷(Semolale)雜巖體(SC)：該雜巖體是林波波活動帶在博茨瓦納境內(nèi)的北部邊緣區(qū)，主要由各種類型的細(xì)粒角閃巖、蛇紋巖、變質(zhì)輝石巖和超基性麻粒巖、副片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、片麻狀花崗巖組成，在花崗質(zhì)片麻巖中發(fā)育糜棱巖化和破裂作用[6]。

皮奎(Phikwe)雜巖體（PC）：屬于林波波活動帶中部區(qū)域的一部分。主要由條帶狀片麻巖（由長英質(zhì)片麻巖、角閃巖、基性麻粒巖、石英巖、大理巖和鈣質(zhì)碳酸鹽巖組成）、斜長片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖組成，在條帶狀片麻巖和花崗質(zhì)片麻巖中還含有輝石巖、蘇長巖、輝長巖、蛇紋巖以及超基性麻粒巖的透鏡體和交錯(cuò)層。巖體含有鉻鐵礦或鎳-銅塊狀硫化物。

貝恩斯渡口（Baines Drift）雜巖體（BDC）：該雜巖體的主要構(gòu)成為一套獨(dú)特的副片麻巖、角閃巖、石英巖、碳酸鹽以及泥質(zhì)巖、各種類型的花崗質(zhì)片麻巖和花崗巖以及局部斜長石片麻巖。還有少量的超鎂鐵質(zhì)侵入體[7]。在皮奎雜巖體中廣泛分布的含Ni-Cu超鐵鎂質(zhì)巖體在貝恩斯渡口(Baines Drift)雜巖體中出露極少，片麻狀花崗巖同樣出露極其有限。

馬哈拉佩（Mahalapye）雜巖體（MC）：主要由馬哈拉佩混合巖、莫克瓦雷(Mokgware)花崗巖以及馬哈拉佩花崗巖組成。這些花崗巖類形成了林波波帶的西南部邊緣。

2 礦床地質(zhì)特征

塞萊比-皮奎礦區(qū)的兩個(gè)主要礦體呈透鏡狀產(chǎn)于薄的香腸狀角閃巖（變橄長巖或蘇長巖）中，礦體與角閃巖呈整合接觸，而容礦的角閃巖又被一系列片麻巖所包裹。礦體和片麻巖的年齡一致，均為太古宙（>26億年），它們被林波波活動帶麻粒巖相多期變形變質(zhì)作用所改造。

礦體的圍巖由片麻巖組成，可分為兩個(gè)主要部分。第一部分是條帶狀片麻巖，為一套有明顯條帶的角閃片麻巖、灰色石英長石片麻巖、斜長巖、少量的含磁鐵礦石英巖（磁鐵石英巖）和大理巖。第二部分為花崗片麻巖。

2.1 條帶狀片麻巖

條帶狀片麻巖由角閃片麻巖、灰色石英長石片麻巖和斜長片麻巖組成，該三種巖石的比例大致為6∶3∶2。

角閃片麻巖既有全部為普通角閃石組成的角閃巖，也有條帶明顯、含50%普通角閃石的角閃斜長（培長石）巖石。在塞萊比-皮奎地層序列中通常有灰色石英長石片麻巖的夾層，夾層厚度從幾厘米到10m不等，兩個(gè)單元間的接觸界線很明顯。角閃片麻巖中也有少量富含石英的條帶和透輝石片麻巖。

灰色石英長石片麻巖由石英、斜長石（中長石）和黑云母以及石榴石、堇青石、夕線石等組成。該巖石單元內(nèi)的條帶從幾厘米到一米不等，在其中也發(fā)現(xiàn)有不含石英的條帶或透輝片麻巖。

斜長片麻巖，為中粒到粗?；◢弶渚ЫY(jié)構(gòu)，由斜長石（培長石到拉長石）、不等量的角閃石、單斜輝石（次透輝石）和石英組成。斜長石的含量100%（斜長巖）到60%（變輝長巖），但是主要集中在80%到90%之間。在皮奎地區(qū)，斜長片麻巖產(chǎn)出于一個(gè)厚達(dá)200m的條帶中，該條帶的基底便是皮奎礦體頂板。但是，這個(gè)地區(qū)其他地方出現(xiàn)的斜長巖，是由于褶皺作用和逆斷層而使這一層位重復(fù)出現(xiàn)，還是本來就有多層該種巖石，目前尚無定論。

塞萊比-皮奎的片麻巖中，只含有很少一部分磁鐵礦石英巖和大理巖，厚度較薄，從0.5～2m不等，連續(xù)產(chǎn)出。

圖1 博茨瓦納津巴布韋克拉通和林波波活動帶太古宇主要巖石單元分布圖（修編自J N Carney，1994）

2.2 花崗片麻巖

在塞萊比-皮奎地區(qū)，超過40%的巖石均為花崗片麻巖。三種主要的巖石類型為：粗粒斑狀変晶結(jié)構(gòu)的深粉色黑云母花崗片麻巖（65%）；粉紅色黑云母花崗片麻巖（15%）和有明顯條帶的粉紅和灰色混合巖化花崗片麻巖，通常有較大程度的變形（20%），它們的礦物學(xué)特征相似，都含有微斜長石、石英、斜長石（中長石到奧長石）和黑云母。花崗片麻巖偶爾也包含漂浮捕擄體或條帶狀片麻巖層或高度變形老巖石的析離體。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

前已述及，皮奎礦體的主巖為薄的香腸狀角閃巖，平均厚度11m。礦化帶走向長2 000m，且僅在角閃巖內(nèi)才有礦化，角閃巖已被褶皺。穿過該礦體的一些井表明，該礦體逐漸延伸到365m深處，然后變窄。最深見礦點(diǎn)的垂直深度為地下780m，該礦體自地面向下延伸了1 600m，礦體厚度為1～38m。礦體分為北翼和東翼兩部分。北翼有塊狀硫化物，與角閃巖共生在一起，北翼產(chǎn)狀較陡為240°∠30°～60°，延深300m。東翼由純硫化物組成，產(chǎn)狀為205°∠10°（圖2）。

在皮奎礦體的局部可以明顯地看到礦體頂板局部交切片麻巖條帶。而在這些交切位置的普遍存在黃鐵礦條帶，厚度為1～10cm，反映了后期硫化物在局部受到剪切作用的影響。同樣，也有塊狀硫化物侵入片麻巖中，這些硫化物侵入體較小且有順著片麻巖葉理侵入的特征。

3.2 圍巖特征

圍巖由大量富含普通角閃石的角閃巖（鎂鈣閃石到鐵韭閃石）組成，也含有不等量的斜長石（拉長石到培長石）、鋁直閃石、金云母、黑云母、石榴石（鐵鋁榴石）和硫化物。通常磁鐵礦和硫化物一起出現(xiàn)。角閃巖中也含有少量的綠尖晶石（鐵鎂尖晶石）、橄欖石和斜方輝石（古銅輝石）等。

3.3 礦石特征

皮奎礦體的硫化物礦石以塊狀硫化物的形式產(chǎn)出（70%～100%的硫化物），也含大量硅酸鹽礦物的半塊狀硫化物和浸染狀的硫化物（含0～30%的硫化物）。

塊狀硫化物礦石，主要為一系列自由交生的六邊形和單斜晶系的磁黃鐵礦組成的不規(guī)則集合體，還含有較少量的鎳黃鐵礦、黃銅礦和黃鐵礦。磁黃鐵礦的顆粒大小為0.1～10mm，含鎳0.3%～0.7%。鎳黃鐵礦作為磁黃鐵礦顆粒和磁鐵礦/硅酸鹽包裹體的邊出現(xiàn)。黃鐵礦以粒狀集合體形式出現(xiàn)在磁黃鐵礦中，構(gòu)成了硅酸鹽和磁鐵礦包裹體的邊緣。黃鐵礦侵蝕和交代磁黃鐵礦的現(xiàn)象很常見。黃鐵礦是最不常見的硫化物礦物，偶爾以自形変晶出現(xiàn)在塊狀硫化物中，呈薄的交切細(xì)脈，或者出現(xiàn)在礦體的邊緣。塊狀硫化物中的磁鐵礦分為兩期，早期為圓化的港灣狀晶體，后期的呈自形変晶的八面體。

浸染狀礦石以如下形式出現(xiàn)：硅酸鹽顆粒邊界的集合體、硅酸鹽內(nèi)小的包裹體、以及沿著硅酸鹽內(nèi)的裂隙平面充填。黃銅礦趨向于圍繞硅酸鹽（通常為普通角閃石）侵蝕并交代硅酸鹽，而磁黃鐵礦和鎳黃鐵礦產(chǎn)出于間隙中黃銅礦侵蝕交代硅酸鹽形成的邊緣。鎳黃鐵礦以粒狀集合體的形式出現(xiàn)在浸染狀硫化物中。

圖2 皮奎鎳銅礦床平面圖和剖面圖(修編自P.S.L.Gordon,1971）

4 礦床成因及成礦作用探討

4.1 礦床成因

塞萊比-皮奎礦區(qū)礦體的圍巖富含鎂鐵質(zhì)和普通角閃石，巖石中含有豐富的鎳銅礦化，為此有學(xué)者認(rèn)為，這些特征都是火成巖成因的證據(jù)，因此該礦床應(yīng)歸為火山巖成因[8]。

但是，圍巖的地球化學(xué)特征顯示角閃巖原巖為橄長蘇長輝長巖，分布較少的超鎂鐵質(zhì)巖源于斜方輝石巖；微量元素地球化學(xué)特征表明原巖為拉斑玄武質(zhì)巖石，可能是輝長巖侵入體而不是噴出的玄武巖。角閃巖的廣泛分布及其局部含Cr量較高也說明其原巖為晶堆巖而不是噴出巖。地球化學(xué)模型進(jìn)一步指示母巖很可能是堆積礦物（鈣斜長石、橄欖石、斜方輝石、單斜輝石和鉻尖晶石），充填于堆晶間隙的玄武質(zhì)巖漿和不混溶的硫化物都證明了原巖的拉斑玄武質(zhì)組分[9]。

主量元素和微量元素的地球化學(xué)特征表明，容礦巖石原巖的組成可被解釋為堆晶間隙玄武巖漿加上堆積的角閃石、橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、鉻鐵礦和不混熔的硫化物等的混合物。硫化物中Cu/（Cu+Ni）的比值同樣指示了其起源于拉斑玄武巖母巖漿。

4.2 成礦作用

在巖漿演化過程中，硫達(dá)到飽和便使硫化物熔體與硅酸鹽巖漿發(fā)生熔離[10][11][12]。當(dāng)溶入拉斑玄武質(zhì)巖漿中的硫達(dá)到飽和時(shí)，硫就會與鎳、銅、鈷、鐵甚至鉑族元素結(jié)合而形成一種不混熔的硫化物熔體，這種不混熔的硫化物將從硅酸鹽熔體中熔離出來而聚集在一起而呈“珠滴”狀。在拉斑玄武質(zhì)巖漿演化的早期，巖漿黏度較小而且溫度下降較慢，由于重力作用，硫化物“珠滴”便沉降于巖漿底部，形成富含鎳的塊狀構(gòu)造的礦石。而在巖漿演化的晚期，巖漿黏度變大且溫度下降較快，硫化物“珠滴”來不及沉降到巖漿底部，而懸浮于巖漿中形成富含銅的浸染狀構(gòu)造的礦石。包含這兩種主要類型硫化物礦化的“硫化物珠滴和硅酸鹽巖漿的混合物”，后來由于構(gòu)造作用被擠壓出巖漿房并形成塞萊比-皮奎礦區(qū)的礦床。

因此，基于上述分析，我們認(rèn)為是由于單獨(dú)的侵入作用和重力影響而使硫化物礦化在局部富集而形成了這些礦體。該礦床是與基性超基性巖有關(guān)的構(gòu)造變質(zhì)改造的巖漿Ni-Cu硫化物礦床。

5 結(jié)論

塞萊比-皮奎銅鎳礦床產(chǎn)于皮奎雜巖體中，礦床中早期形成的礦石為富鎳塊狀硫化物礦石，晚期形成礦石為富銅浸染狀礦石。該礦床為一典型的與基性超基性巖有關(guān)的構(gòu)造變質(zhì)改造的巖漿型Ni-Cu硫化物礦床。

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Geological Features and Genesis of the Selebi-Phikwe Ni-Cu Deposit in Botswana

LI Fei1,2SHI Ze-ming1,3PEI Yun-qian4LI Lang-tian5CHEN Guang-yi5HUANG Xiao-dong1,2
（1-Department of Geochemistry, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2-Sichuan Institute of Geological Engineering Investigation, Chengdu 610072; 3-Key Laboratory of Nuclear Techniques in Geosciences of Sichuan Province, Chengdu 610059; 4-No.405Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611830; 5-Centralsouth Bureau of China Metallurgical Geology Bureau, Wuhan 430081）

The Selebi-Phikwe deposit is located in east Botswana, being the biggest Ni-Cu deposit in Botswana. This paper deals with genesis of the deposit based on its regional geological background and geological features. The nickel-rich massive sulfide ore was formed in the early stage of magma evolution, while copper-rich disseminated sulfide ore was formed in the later stage of magma evolution. Then, the two kinds of ores accumulated in magma chamber by gravity. Finally, they were expelled from the magma chamber into the Selebi-Phikwe sequence to form Selebi-Phikwe deposit by means of tectonism.

Botswana; Selebi-Phikwe; geological feature; ore genesis; magmatic Ni-Cu sulfide deposit

P618.41；63

A

1006-0995（2014）04-529-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.012

2013-10-28

李飛（1986-），男，四川鹽亭人，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)楣腆w礦產(chǎn)勘查、勘查地球化學(xué)、礦床地球化學(xué)