甘肃金昌金川铜镍矿床

金川镍铜矿床位于早前寒武纪中朝克拉通西南部的龙首山隆起带南部(唐仲礼等，1987)，毗邻北祁连山加里东褶皱带。

二、矿区地质

(1)地层

龙首山隆起出露地层主要包括元古界、新元古界、泥盆系、石炭系、二叠系和侏罗系。古元古代在西北部呈带状分布，由白家嘴组()和塔马沟组()组成。前者主要由混合岩、片麻岩和蛇纹石大理岩组成。后者主要由各种片麻岩、片岩和条带状大理岩组成。上述两组岩石为不整合或假整合接触。塔马沟组白色伟晶岩脉的K-Ar同位素年龄为1719Ma。新元古代地层也沿NWW方向分布，主要由墩子沟组和寒木山群组成。前者主要由砾岩、砂岩和结晶灰岩组成；后者主要由绢云母片岩、钙质片岩和钙质角砾岩组成，呈不整合或断层接触。

(2)结构

古元古代由一个倾向南西的单斜构造组成，被形成复背斜的新元古代所覆盖。上古生界和中生代形成向斜褶皱。

龙首山隆起带走向东西，向西转向西北。结构的线性特征非常明显。隆起带两侧都有深大断裂。裂缝倾角60° ~ 70°(图2-2)。与主断层平行的次级断层也很发育，隆起带还有一个NE向的平缓推断层。这种断层在金川侵入体中很常见，侵入体呈切割状。

(3)岩浆岩

该区岩浆活动发育。吕梁期(1700Ma)侵入体为伟晶岩花岗岩和斜长角闪石，常呈透镜状产出，常被加里东期镁铁质岩脉贯穿。含硫化物的超镁铁质岩体由多次岩浆渗入形成，形成时代为中元古代1508 Ma 31Ma+0 Ma。加里东期岩浆作用极为普遍。主要代表岩石为大小不等的花岗质侵入岩，也可见少量超镁铁质岩石、基性辉长岩、闪长岩和花岗闪长岩。

图2-1中国岩浆拆离型铜矿分布图图2-1中国熔离型铜矿分布图。

图2-2金川区域地质图图2-2金川地区区域地质图

1-四元；2-中生代-第三纪；3-古生代；4-前寒武纪；5-龙首山隆起带；6-花岗闪长岩侵入体；7-镁铁质-超镁铁质侵入岩；8-骨折

1.岩体地质学

金川含硫化物超镁铁质深成岩体以100的角度侵入元古界白家嘴组变质岩中。岩体的Nd-Sm同位素年龄为1508 Ma 31 Ma(唐仲礼等，1992)。岩体长6500米，宽数十米至500米，两端均被第四系覆盖。地表出露长度约4500m，出露面积1.34km2，走向N50 W，倾向SW，倾角50° ~ 80°。呈不规则脉状分布，被E-NE向剪切断层切割成四条。

三号矿区侵入体与三号矿区侵入体相距900多米。矿区位于F2断层的西南方向，被厚度为40 ~ 50m的第四纪沉积物覆盖。侵入体长500多米，东宽西尖。尖部东部延伸至600米以下，西端呈楔形，深度约200米，岩体倾向南，倾角60° ~ 70°。

一矿区侵入体出露长度约1500m，西宽东窄。西端宽320米，东端宽约20米。向下延伸超过700米，倾角陡(70° ~ 80°)，倾向西南。

二矿区侵入体长3000多米，东部被第四系覆盖，向西逐渐变宽，在F17附近最大宽度为530米，然后向西变窄。侵入体走向N50 W左右，倾角50° ~ 60°，倾向SW，东部倾角变缓。

四号矿区侵入位置位于整个矿区的最东端，长1300米。除西端位于混合岩下外，其余均被第四系覆盖，覆盖厚度50 ~ 140m。侵入体走向强烈偏转，为N80°W，倾角50° ~ 60°，倾向SW。侵入体形态为不规则透镜状，东部向下分叉尖灭。最大宽度> 230米，向下延伸至400 ~ 600米。综上所述，金川岩体的形态受其周围断层性质的控制。在剪切断层控制明显的区域，侵入体向下延伸较深，呈扁平状(图2-3b)。在张性断层发育的地区，侵入体向下延伸不深，剖面呈漏斗状(图2-3c)。在剪切带中，岩浆分异不明显；而在张性断层发育的地区，岩浆分异十分明显，各岩相发育良好。

图2-3金川岩体地质图平面图(a)和剖面图(b，c)。

1-四元；2——元谷语；3-二辉橄榄岩；4-斜长石二辉橄榄岩；5-橄榄石辉绿岩；6—era dite；7-浸染状矿石；8-网状富矿；9-氧化矿石；10—交代矿；11-块状硫化物矿石；12-悬浮浸染状矿石；13-岩浆岩接触边界；14 ——不同阶段的岩相接触界面；15-故障

2.侵入体的侵入阶段和岩石类型

金川铜镍硫化物岩体是一个复式岩体，可分为三个侵入期。

第一阶段为细-中粒橄榄岩和橄榄石二辉橄榄岩，主要产于ⅰ、ⅲ矿区侵入体的中上部(西南侧)，向东南方向逐渐变窄，止于F16。第二阶段，中粗粒超镁铁质岩分布在ⅰ、ⅲ矿区侵入体的中下部，并向东南逐渐变宽，成为ⅱ、ⅳ矿区侵入体的主要岩相。第三阶段为中粒纯橄榄岩，主要产于ⅰ、ⅱ矿区侵入体下部。

各阶段岩体较基本的部分出现在岩相中心，向外基本程度逐渐降低(图2-3)。同一时期岩石之间的接触边界是逐渐过渡的，而不同时期之间的接触边界是突变的。早期侵入体已被蚀变或严重破碎，一些接触带常被晚期岩脉充填。

金川各类岩石的主要造岩矿物为橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和斜长石。橄榄石一般为半自形-自形短柱，但被其他矿物颗粒包裹时呈圆形，一般FO为77% ~ 90%，极小部分FO为91% ~ 94%。斜方辉石主要以他形晶体形式出现，半自形晶体少见，含80% ~ 87.3% En，成分与青铜辉石相当。辉石中，斜方辉石为紫苏辉石，含氮量为76.5%，含量低于单斜辉石。

所有岩石均已被蚀变，橄榄石一般被蚀变成蛇纹石和温石棉，蚀变矿物一般沿断裂分布，在强烈蚀变区被闪长岩取代。青铜辉石经常侵蚀成绢云母。单斜辉石一般转变为角闪石和透闪石，以单斜辉石假象出现，但转变为绿泥石时，其原有的单斜辉石结构变得模糊不清。斜长石一般被葡萄石代替。菱镁矿、方解石和绿泥石出现在纯橄榄岩蚀变强烈的地方。

3.侵入岩的化学成分

金川侵入岩的平均化学成分与二辉橄榄岩相当(表2-1)，其中Mg、Fe、Ni、Cr含量和w(Mg)/w(Fe) (3.02 ~ 2.2)值随岩石碱度的降低而有规律地降低。Fe2+和Fe3+含量成反比，Fe3+与蚀变强度有关。硅、钙、铝、钠和钾的含量与镁和铁的含量成反比。Na2O含量一般小于0.5%，但在某些含斜长石的岩石或含橄榄石的角闪石中大于1%，w (K2O) < w (Na2O)。约2%的样品中K2O含量大于0.3%。在少数样品中，其含量> 65438±0%。含镍硫化物超镁铁质岩石中Cr含量低于不含矿石的同类岩石，反映了Cr3+对单斜辉石的亲和力。低Cr含量可能与岩石蚀变后期Fe置换铬尖晶石中的Cr形成磁铁矿有关。

表2-1金川岩体岩石成分(WB/%)表2-1金川岩体岩性成分(WB/%)

注:loss烧失量；M/f=Mg2+原子数/[(Fe3+Fe2++Mn2+)原子数]

三。矿床的地质特征

(1)矿体和矿石类型

金川矿床已知有三个主要矿体(24号、1号和2号)，其铜镍金属储量占整个矿床的90%以上，而其余矿体不到10%。

金川矿床矿石可分为三种类型，对应的成矿作用为岩浆、气体热液和热液。岩浆矿石按其拆离(不混溶硫化物分离)的位置和侵位顺序可分为三种类型:原地拆离、深部拆离穿透和晚期穿透。产气-热液成矿主要形成接触交代矿。纯热液矿石主要叠加在深部拆离-穿透矿体上，个别矿体叠加在原地拆离矿体上。

1.原地岩浆熔化了矿石(主要是浸染状硫化物矿石)

这种矿石在金川矿床中居第二位，是一种有经济价值的矿石类型。呈透镜状，分布于侵入体各部位的各相带，长数百米，厚1m至数十米。沿矿体走向和倾向存在分支复合现象，沿矿体倾向分支现象更明显。较大的矿体一般产于富橄榄岩的二辉橄榄岩中，二辉橄榄岩位于岩体的中下部。

矿石主要为浸染型硫化物。矿体中部硫化物最丰富，从矿体到围岩硫化物逐渐减少。主要硫化矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，比例为5.9: 5.6: 1。其他硫化物矿物有黄铜矿、Marquino矿石和黄铜矿。上述硫化物矿物呈不规则布丁状，一般粒度约1 ~ 3 mm，均匀充填在橄榄石、辉石等硅酸盐矿物的间隙中。矿体下缘可见后期热液作用形成的斑岩矿物。这些矿石矿物的特征是骨料破碎度变化大(0.1 ~ 10 cm)。矿体上部的镍黄铁矿和磁黄铁矿大部分已被侵蚀成紫硫镍矿、白铁矿和黄铁矿，但残留构造仍存。

图2-4金川矿床主矿体纵剖面示意图图2-4金川矿床主矿体纵剖面示意图

1-混合岩；2-大理石；3-斜长角闪岩；4-二辉橄榄岩；5-斜长石二辉橄榄岩；6-橄榄石辉绿岩；7-星形矿石:8-海绵状铁矿石；9-块状矿石；10-岩相边界；11-主矿体编号

2.深部岩浆熔融并渗入矿石(主要形成网状硫化物矿石)

这类矿石最为重要，其组成的矿体规模较大，厚达数十至数百米，长数百米至数千米，主要产于侵入体深部或底部(图2-4)。几个矿体位于岩体的上壁，而一个或两个矿体穿入侵入体的下壁。矿体形态通常为扁平状、透镜状，但也有部分呈脉状，矿体突然变薄或变厚，分支较为常见。

矿体倾角有时比侵入体陡，有时比侵入体缓，其间穿插先形成侵入体的岩相。矿体的分布不受早期分异相分布的控制。

矿体的大小和位置与侵入体的分异程度和规模无关。含硫化物的岩石是纯橄榄岩。从岩体中部到边缘，辉石含量增加。硫化物集合体大小约为1 ~ 6 mm，充填在硅酸盐矿物的空隙中形成网状矿石，其含量可占纯橄榄岩的12% ~ 15%。局部动力和热液作用使硫化物呈片麻岩、绒毛和星云状。该类矿石的结构和矿物组合与原地岩浆熔融矿体基本相同，不透明、火焰状、格子状、像状、薄层状构造发育良好，均为熔融产物。交代作用形成的网状结构和环带结构较为常见。主要金属矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿，比例为4.8∶2.6∶1。在某些矿带，铂、钯、金、银相对富集，含量大于1×10-6。该矿带厚度可达数十米，长度可达数百米，向下延伸至100米。

富矿带的主要特征是:构造裂隙较发育，矿石结构、构造和矿物组合变化较大；矿石构造可见网状构造、交代网状构造(矿化物质呈叶状)和片麻岩状、星云状或云状构造；硫化物一般表现为交代侵蚀构造和残留构造；硅酸盐矿物一般被强烈侵蚀成蛇纹石、碳酸盐和滑石，形成温石棉-滑石-菱镁矿集合体。

铜矿物，尤其是黄铜矿，在富矿带中显著增加，甚至达到硫化物总量的一半以上。如图2-4所示，这些富矿带富含铂、钯、金、银、硒等元素，包括铜，主要以砷化合物、天然元素、金属混合物、碲化物、铋化合物和锑化物的形式存在于主要矿物中。Co主要以固溶体形式存在于镍矿物中，w(Ni)/w(Co)值为465，438+0。镍钴矿和铁镍钴矿很少见。硒经常取代硫化物中的硫。

3.晚期穿透矿石(主要是块状硫化物矿石)

这类矿石位于侵入岩的最深处，在此处熔融并渗入矿体底部或与围岩接触带。矿体通常以不规则透镜体或矿脉群的形式出现，长几米至几百米，厚几十厘米至20米，变窄-扩大突变。这类矿石以块状硫化物为主，有时在矿体边缘或端部出现次块状和角砾岩状矿石。角砾岩的成分包括原生网状矿石、辉绿岩和其他围岩。块状硫化物矿石的脉石矿物含量小于2%，主要以绿泥石集合体为主。矿石中的金属矿物为磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿以及少量的磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿-铜-钾矿。磁黄铁矿、硫化镍和黄铜矿的含量比为4.3∶1∶1。该类型矿石中硫化镍的含量低于其他类型矿石。它们形成于岩浆晚期的低温环境。

4.接触交代矿

这些矿石有的产于侵入体的上壁或围岩捕虏体中，但主要产于侵入体的下壁。大型矿体长约几百米，厚几米至几十米，呈层状、透镜状或囊状，靠近含硫化物侵入体，或与围岩成一体。矿体主要由稀疏浸染状-密集浸染状和网状矿石组成。镍含量在侵入体附近最高，远离侵入体逐渐降低。铜和镍的情况相反。矿石中主要硫化矿物为磁黄铁矿(+黄铁矿)、镍黄铁矿(+黄铜矿)和黄铜矿(+黄铜矿和黄铜矿)，它们之间的含量比为1.2:0.7∶1。磁铁矿和赤铁矿少于1%，Marquino矿极少出现。硫化物矿物呈半自形或异形，具罕见的条带状交代结构、交代假结构和出溶结构。交代作用后，围岩也能形成矿体。这些围岩包括大理岩、片麻岩和角闪岩。大理岩常被侵蚀成透辉石、透辉石和含钙铝石榴石的绿泥石片岩。蚀变主要分布在矿体外围。

(2)矿石成分

1.矿石的矿物成分

主要金属矿物有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铜矿、马基诺矿、黄铜矿、紫黄铁矿等。，以及天然金、银、天然铂及其合金，各种碲化物、铋、锑、砷化物矿物和铬尖晶石矿物。脉石矿物主要有橄榄石、青铜辉石、顽辉石、透辉石、蛇纹石和拉布拉多石。

2.矿石的化学成分

金川矿床中，矿体占整个侵入体总体积的43%。整个岩体平均含镍0.42%，铜0.23%，硫1.74%。

金川矿床各种矿石的w(Ni)/w(Cu)值为0.61 ~ 2.97，平均值为1.29。块状矿石中w(Ni)/w(Cu)值最高。热液矿石的最低比值为0.61。

金川矿区铂族元素平均含量高。各矿区铂的平均含量为(0.05 ~ 0.64) × 10-6，铂钯含量高于锇、铱、钌、铑，比值为2.0 ~ 7.45。在斑岩矿石中，个别样品的铂含量高达81.67×10-6(李，2000)

(三)矿石结构和构造

金川铜镍矿矿石结构多样。岩浆原位熔离矿体，矿石结构以半自生至异形粒状结构为主，其次为交代结构和交代残余结构；矿石以稀疏浸染状构造为主。深部岩浆拆离-穿透矿体中的矿石为半自生、异形粒状结构、乳浊结构、格子结构、交代结构和叶片结构。矿石以海绵晶秩结构为主，局部有星云状、云状结构。晚期穿透矿体的矿石结构以半自生粒状结构为主。矿石的常见构造是块状构造。其他类型的矿石以前已经描述过，不是多余的。

(四)围岩蚀变特征

岩浆期形成的矿体主要受后期自变质作用和热液作用的影响，常发生蛇纹石化、碳酸盐化和滑脱石化。西卡矿化和绿泥石化局部出现在接触交代和热液叠加矿体中。当围岩为大理岩时，常见榴辉岩、透辉石和透闪石。

(5)物化探异常特征

在金川岩体所在的构造岩浆岩带上，有一条明显的重力梯度密集带，重力梯度值为25mg/km。这条岩浆带的磁场强度(△T)一般为200 ~ 400 nt，最大值为700nT。铜镍矿体中激电异常明显，ηs值一般大于5%，最高可达12%。

含矿岩体表面土壤地球化学异常明显，内、中、外带明显，以Cu、Ni、Cr为主，伴有Co、Sr等元素异常。

四。成矿条件

(1)同位素特征

矿床不同阶段各种矿石的硫同位素δ34S为1.06 ‰ ~ 2.53 ‰，接近陨石硫。硫可能来自上地幔。

岩体的87Sr/86Sr较高，为0.702547 ~ 0.711761，部分落在大陆地壳演化线上，表明岩浆可能受到地壳中锶的污染。143Nd/144Nd为(0.511800 10)~(0.512064 12)，接近或大于球粒陨石，表明岩浆源区部分熔融。

金川岩体Sm-Nd等时线年龄为1508 Ma 31 Ma。

(2)成矿的物理化学条件

根据造岩矿物的理论估算、造岩矿物的熔融试验和熔融包裹体的测定，橄榄石的液相线温度为1400℃，固相线温度为1200℃；辉石和斜长石在1100℃开始结晶。岩浆侵位深度为10 ~ 15 km，岩浆房深度在30km以下。硫化物的起始熔化温度为1400 ~ 1500℃，硫化物作为单硫化物固溶体的结晶温度为1000℃。温度低于600℃时发生固溶体分解，在414 ~ 488℃左右发生热液叠加。

动词 （verb的缩写）矿床成因模式

(1)成矿阶段

含硫化物岩浆的上升和渗透可分为四个连续阶段，即:硅酸盐岩浆阶段；含硫化物岩浆阶段；富硫化物岩浆阶段和硫化物熔融阶段。每个阶段都有以下特征:

第一阶段，硅酸盐岩浆仅形成少数由稀疏浸染状硫化物组成的矿体，为小型悬挂凸面镜，位于侵入体西段中上部(图2-3b)。

第二阶段，含硫化物岩浆形成由稀疏浸染状硫化物组成的厚层状、透镜状矿体，位于侵入体的中下部(图2-3c)，其镍、铜储量占矿块储量的65，438+00%。

第三期富硫化物岩浆侵入后，形成网状矿体，呈大凸镜状位于侵入体的下侧(图2-3b、图2-3c)，其镍、铜储量占矿段储量的85%。

第四阶段，硫化物熔体主要渗入矿体底部或最底部的裂隙中，呈网状结构(图2-3c)。只有在少数情况下，硫化物熔体才能渗入其顶部、上壁或下壁。该类矿体呈脉状、透镜状、囊状，由块状硫化物组成，其镍铜储量占矿段总储量的1%。

此外，在侵入体底部和上部接触带附近的围岩中，以及侵入体周围的捕虏体中，可见接触交代矿体，占矿段镍铜储量的1% ~ 2%。还可见热液叠加矿体，产于原生网状矿体中，特别是稀疏浸染状矿体，一般以富Cu、Pt、Pa、Au、Ag、se为特征。

各种矿体的w(Cu)/w(Cu+Ni)和w(Pt)/w(Pt+Pd)值见表2-2。

表2-2金川矿石类型相关元素含量比表2-2金川矿床矿石部分元素含量比一览表

(二)综合模式

根据目前获得的金川矿床地质化学特征，提出以下成因模式:

含铁超基性岩浆起源于地幔，侵入地壳10km以上的岩浆房(图2-5a)。原始岩浆的体积至少比现在侵入体的体积大三倍。

图2-5金川镍铜矿床成因模式图2-5金川镍铜矿床冶金模式

1-硅酸盐岩浆；含硫化物的岩浆；3-富硫化物岩浆；4-硫化物熔体；5-接触交代成矿作用；6-热液叠加成矿

地幔岩浆上升至地壳内岩浆房后，在1700 ~ 1400℃范围内，不混溶流体熔体分离，橄榄石结晶分异(图2-5b)。熔融后，硫化物熔体在重力作用下聚集并沉到岩浆房底部，大量橄榄石也结晶出来。然后沉淀在硫化物熔体上，从后续岩浆中分离出来的硫化物熔体沉淀在橄榄石晶体之间，形成网状结构矿层。后来有一些硫化物液滴分离出来，所以停了下来，悬浮在岩浆的上部。从而在岩浆房中形成了无矿岩浆-含硫化物岩浆-富硫化物岩浆-硫化物熔体(递减系列)的层状模式。

当岩浆房温度在1400℃至1200℃之间时，只有橄榄石继续结晶，硫化物仍保持熔融状态。在脉动构造应力的驱动下，无矿岩浆-富硫化物岩浆-硫化物熔体依次上升(图2-5c)，侵入地壳10至10。下地壳岩浆房上部的岩浆侵入一处或多处。然后，上述无矿岩浆-含硫化物岩浆-富硫化物岩浆和硫化物熔体以脉状侵入未固化侵入体的位置。每一次脉动上涌都是沿着较早形成的岩体的下侧进行的，因为这个位置代表了一个薄弱带，有利于岩浆上涌。

无矿岩浆和含硫化物岩浆在低于1200℃的温度下继续原地结晶(Kudo和Weil，1970；哈克利和赖特，1967；中国科学院地球化学研究所，1981)，依次形成青铜辉石、顽辉石、拉布拉多石、来自深部带的稀疏硫化物液滴和橄榄石或晚期结晶矿物之间原位熔融形成的硫化物液滴，在悬浮的板状矿体中形成稀疏浸染状矿物。

四种熔体就位后，随着温度的降低和间歇结晶，其中的挥发分增加，最终挥发分聚集，导致自变质。原生橄榄石和辉石被蚀变形成蚀变矿物集合体，包括蛇纹石、角闪石和绿泥石。硫化物通过渗透扩散和交代作用侵入接触带附近的围岩和捕虏体中(图2-5d)。受影响的围岩(主要是碳酸盐岩)混合交代形成矽卡岩，包括透闪石、绿泥石、少量铁铝榴石、硅菱镁矿等接触交代矿物。上述接触交代作用可在600 ~ 480℃的温度下进行。由于矿石成分来源于侵入岩中的硫化物，接触交代矿石中的岩浆矿和硫化物矿物集合体没有区别，但后者中的铜矿物比例较高。随着挥发性组分的进一步积累，成矿组分在挥发性流体中所占的比例有所增加。在构造应力的驱动下，这种高挥发性流体渗入网状矿体和浸染状矿体中的局部构造薄弱带(图2-5c)，形成具有热液叠加特征的矿体。这种热液成矿作用可使原生网状矿石变成毡状和星云状矿石，也可使稀疏浸染状矿石变成斑岩状矿石。也使硅酸盐矿物经历强烈的蛇纹石化。铜矿物尤其是黄铜矿的比例比总硫化物矿物增加了一半左右，这些矿体中Pt、Pd、Au、Ag、Se的相对丰度也显著增加。其中，Pt和Pd以砷化物、碲化铋和碲化物形式产出，Au和Ag以自然金和银-金固溶体的微观细粒(0.076mm)形式存在。硒主要作为硫化物中硫的替代品出现。总之，该成矿阶段以热液叠加为特征，主要表现为岩浆硫化物矿石中Cu、Pt、Pd、Au、Ag、Se的明显富集。该阶段磁黄铁矿和黄铜矿的平衡温度为189 ~ 339℃。

含矿侵入体的侵位年龄为65438±0500ma。成矿后，该区经历了漫长而复杂的地质演化过程，表现出明显的地壳抬升和剥蚀。到第四纪时，大多数已知的含硫化物侵入体都暴露在地表。侵入体西部矿体较浅，出露部分被氧化，在镍铜硫化物矿床上形成氧化带，而东部侵入体矿体从未出露，最大埋深300米