張新國(guó) 何新榮

（新疆有色金屬工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830000）

印尼蘇拉威西島紅土型鎳礦的地質(zhì)特征及成因分析

張新國(guó) 何新榮

（新疆有色金屬工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830000）

TONTOWEA礦床位于印尼蘇拉威西島東部，礦床賦存于超基性巖之上的紅土風(fēng)化殼中。礦化剖面自上而下出現(xiàn)紅土帶→腐巖帶→基巖帶垂向分帶，紅土化剖面底部多見(jiàn)淡綠色的硅鎂鎳礦。富鎂超基性巖、島嶼型熱帶雨林氣候、密集發(fā)育的節(jié)理裂隙帶和構(gòu)造斷裂帶、平緩的斜坡、臺(tái)地和丘陵地貌、透水性好、排水通暢、地下水位長(zhǎng)期低下的水文地質(zhì)環(huán)境是成礦不可或缺的有利條件。

紅土型鎳礦 地質(zhì)特征 印度尼西尼

近年來(lái)，由于國(guó)際上大多數(shù)硫化鎳礦山面臨資源危機(jī)，紅土型鎳礦取代硫化型鎳礦成為未來(lái)鎳資源開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)。筆者有幸參與印度尼西亞蘇拉威西島紅土型鎳礦勘查項(xiàng)目，以中蘇拉威西省莫羅瓦利縣（Bahoue，Petasia）旦都衛(wèi)（TONTOWEA）礦床為例，介紹印尼紅土型鎳礦的地質(zhì)特征及成因，以饗讀者。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

Tontowea紅土鎳礦區(qū)位于印度尼西亞蘇拉威西島，中蘇拉威西省東部沿海。大地構(gòu)造位置處于太平洋海溝島弧帶呈K字形構(gòu)造的大陸殘塊增生體的蛇綠巖帶中（圖1）。礦床賦存于該蛇綠巖帶中部超基性巖相之上的紅土風(fēng)化殼中。礦區(qū)內(nèi)超基性巖廣泛分布，主要巖性為蛇紋石化的橄欖巖。

紅土鎳礦體產(chǎn)在熱帶雨林覆蓋下的橄欖巖風(fēng)化形成的紅土剖面中，賦存標(biāo)高集中在20～380 m范圍內(nèi)，沿山脊與山坡分布，礦體平面形態(tài)呈不規(guī)則狀，受地形和剝蝕程度控制，礦體的厚度變化則受紅土風(fēng)化殼發(fā)育深度的控制。

礦區(qū)內(nèi)由橄欖巖風(fēng)化形成的紅土風(fēng)化殼，屬自然風(fēng)化結(jié)構(gòu)，未見(jiàn)有異地遷移的堆積相組分，礦床應(yīng)屬原地自生的由蛇紋石化橄欖巖風(fēng)化淋濾形成的硅酸鹽型紅土鎳礦床。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)通過(guò)探礦工程揭露在紅土風(fēng)化殼內(nèi)出現(xiàn)明顯的垂向分帶，自上而下依次為紅土帶→腐巖帶→基巖帶，見(jiàn)圖1。

圖1 TONTOWEA礦區(qū)位置及典型礦化剖面柱狀圖

紅土帶是富鎂超基性巖強(qiáng)風(fēng)化作用的產(chǎn)物，其中又分為2個(gè)亞層，上層為紫紅色、紅褐色粘土層，細(xì)粒-粘粒結(jié)構(gòu)，土狀構(gòu)造，近地表可見(jiàn)植物根系，局部膠結(jié)呈粘粒狀構(gòu)造，主要成分是褐鐵礦、赤鐵礦、高嶺土等；下層由紅色夾黃色疏松粘土組成，多呈疏松多孔的土狀構(gòu)造，局部呈粘粒狀構(gòu)造，與上層相比，顆粒變化不明顯，主要是顏色變黃，主要成分為風(fēng)化殘積的細(xì)小顆粒，是由橄欖巖經(jīng)長(zhǎng)期強(qiáng)烈風(fēng)化形成，主要礦物有殘余的蛇紋石、橄欖石及少量的褐鐵礦和針鐵礦等，與上層多呈漸變過(guò)渡。上層礦化效果一般，下層普遍含礦，采樣分析可出現(xiàn)較高品位的樣品，該層是礦區(qū)主要的含礦層。

腐巖帶是超基性巖風(fēng)化剖面下部處于半風(fēng)化狀態(tài)的產(chǎn)物，以其礦物組分和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造部分保留原巖特性而與全風(fēng)化產(chǎn)物相區(qū)別。由黃綠色、灰褐色風(fēng)化土狀顆粒組成，含少量的粘土成分，局部見(jiàn)有少量的碎塊狀橄欖巖、蛇紋巖等，可見(jiàn)原巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。上部風(fēng)化程度較高，土質(zhì)組分明顯高于巖質(zhì)組分，以顆粒狀為主，間夾少量的團(tuán)塊狀蛇紋石化橄欖巖，疏松多孔，比重明顯變輕；下部多呈灰綠色，底部靠近基巖位置，混雜的基巖風(fēng)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(jiàn)淡綠色硅鎂鎳礦①薄膜附著在節(jié)理面上。該層厚度一般在2～6 m，最厚＞11 m。與上覆的粘土層及下伏的超基性巖之間的過(guò)渡特征較為明顯，是礦區(qū)主要的含礦層，采樣分析高品位樣品明顯增多。

基巖帶處在腐巖帶之下，與上層呈漸變過(guò)渡關(guān)系，主要由蛇紋石化的橄欖巖組成，暗綠色－灰黑色，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石節(jié)理發(fā)育，靠近腐巖帶部分沿節(jié)理面可見(jiàn)到淡綠色硅酸鎳礦薄膜。

綜上所述，采樣分析紅土風(fēng)化殼各層都有不同程度的鎳、鈷礦化。從上至下,鎳在紅褐色土層到腐巖層的轉(zhuǎn)變過(guò)程中逐步富集,在腐巖層的中上部（土狀-土塊狀）達(dá)到最大富集,且品位會(huì)增高到工業(yè)品位以上而形成富礦體,少數(shù)亦可在較深的腐巖底部才出現(xiàn)最大富集。鎳含量與巖石的蝕變、風(fēng)化程度有關(guān),在硅酸鎳細(xì)脈發(fā)育部位含鎳可達(dá)工業(yè)品位以上。

3 礦床成因探討

紅土鎳礦床是特殊地質(zhì)和特定地表環(huán)境共同耦合作用的產(chǎn)物，它的形成條件與巖性基礎(chǔ)、大地構(gòu)造環(huán)境、氣候背景、地形地貌、地下水條件等內(nèi)外生因素密切相關(guān)。

從世界范圍內(nèi)來(lái)看，表生紅土型鎳礦床無(wú)一例外的全部產(chǎn)在超基性巖的風(fēng)化殼內(nèi)，有資料研究表明，鎳在超基性巖內(nèi)是以類質(zhì)同象混入物的形式代替鎂而進(jìn)入硅酸鹽礦物的晶格中，部分進(jìn)入斜方輝石和角閃石晶格，按照鮑文反應(yīng)序列，從早到晚，ω（Ni）由純橄欖石（0.4%）-斜方輝石（0.09%～0.04%）-單斜輝石（0.05%～0.02%）的順序依次降低（劉英俊等，1984）。因此富鎂的超基性母巖為后期的風(fēng)化過(guò)程中鎳的次生富集提供了充足的物質(zhì)來(lái)源。橄欖石和輝石在風(fēng)化作用或熱液作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y石，而在蛇紋石分解時(shí)鎳即被釋放出來(lái)，隨后從風(fēng)化殼上部逐漸遷移到風(fēng)化殼下部，以次生鎳礦物和次生含鎳礦物再沉淀下來(lái)，并導(dǎo)致鎳的富集。

氣候因素是紅土化作用的表生營(yíng)力，它可促生Ni離子從母巖礦物中活化釋放和遷移。Tontowea礦區(qū)全年高溫多雨，且瀕臨海岸線，降水中鹽度較高，更有利于對(duì)基巖的腐蝕和破壞，有利于該地區(qū)可能發(fā)生的充分、持久、強(qiáng)烈的紅土化。在這種情況下，Ni元素被大量活化淋濾并次生富集，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)發(fā)育有厚大的富鎳紅土風(fēng)化殼，它的形成時(shí)限與全球范圍內(nèi)上新世和早更新世的濕熱氣候時(shí)段相對(duì)應(yīng)。

構(gòu)造體系為Ni元素遷移、淋濾、次生富集提供了良好的通道系統(tǒng)。超基性巖內(nèi)的密集節(jié)理帶和同風(fēng)化期活動(dòng)的構(gòu)造斷裂帶是Ni元素活化后遷移的主要通道。

地形地貌是影響鎳礦體有效堆積的重要因素，山前丘陵、矮山平臺(tái)、寬闊平緩的山脊等地貌利于礦體堆積，反之坡度過(guò)大的高山陡坡和溝谷地貌由于強(qiáng)烈剝蝕不利于礦體堆積。地形地貌也決定了地表片流和溝谷水系的發(fā)育格局，溝谷過(guò)度發(fā)育的區(qū)域不利于礦體的保存。大地構(gòu)造環(huán)境最終促使礦床的形成和保留，Tontowea礦床地處印尼蘇拉威西島東部蛇綠巖帶，該區(qū)域長(zhǎng)期處于抬升背景的風(fēng)化剖面中，地貌發(fā)展和地形起伏變化不大，地下水位線低于風(fēng)化剖面，風(fēng)化產(chǎn)物的堆積速率大于被剝蝕速率，保障了紅土化和淋濾富集作用的長(zhǎng)期持續(xù)進(jìn)行，并使得礦床保存至今。

3.1 成礦作用分析

Ni元素從超基性巖內(nèi)析出、淋濾、到次生富集經(jīng)歷了復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物等風(fēng)化過(guò)程。氧化作用、水解作用、碳酸化作用是主要的成礦作用。

橄欖巖中造巖元素在內(nèi)生作用下緊密共生，暴露在表生環(huán)境后，受氧化作用、水解作用、碳酸化作用等表生作用的影響，造成紅土化過(guò)程中元素遷移行為產(chǎn)生差異（圖2）。Co、Ni高值區(qū)間分布在礦化剖面中下部，剖面頂部和底部均為低值點(diǎn)，Ni在腐巖層達(dá)到最大富集；MgO、SiO2高值區(qū)間分布在礦化剖面中下部，頂部含量極低，顯示自上而下增高的趨勢(shì)；Al2O3和Fe高值區(qū)間分布在礦化剖面上部紅土層，往下Fe元素含量急劇降低，見(jiàn)圖2。

圖2 紅土鎳礦成礦圖

氧化作用促使變價(jià)元素氧化（如Fe2+→Fe3+）形成在表生條件下穩(wěn)定的較高價(jià)次的氧化物（例如褐鐵礦）；水解作用引起礦物分解，水中的OH-離子和礦物中的金屬陽(yáng)離子一道溶解于水而被帶出，部分金屬陽(yáng)離子可被膠體吸附。水中的H+與鋁酸絡(luò)陰離子結(jié)合形成難溶的粘土礦物而殘留在風(fēng)化殼中；碳酸化作用是大氣中的二氧化碳溶于水形成碳酸，對(duì)硅酸鹽礦物的分解起著重要的作用，致使礦物中的陽(yáng)離子及SiO2被帶出，從而導(dǎo)致礦物的徹底分解。生物風(fēng)化作用也是重要的影響因素，微生物的生理活動(dòng)和有機(jī)體的分解，還能生成大量的二氧化碳、硫化氫和有機(jī)酸等。生物的催化作用是許多化學(xué)反應(yīng)得以加速進(jìn)行的根本原因，化學(xué)風(fēng)化作用很可能都有生物參加,它改變紅土剖面的物理化學(xué)環(huán)境，還可能參與元素的遷移。

3.2 成礦機(jī)理分析

在富含CO2和腐植酸的水作用下，超基性巖中橄欖石等礦物分解，鐵、鎂、鎳等離子進(jìn)入溶液，而硅則形成SiO2膠體下滲，F(xiàn)e則發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)（可與酸反應(yīng)形成赤鐵礦Fe2O3，亦可與氧氣、二氧化碳等發(fā)生反應(yīng)形成水合Fe（OH）3膠體，亦可再次發(fā)生反應(yīng)形成針鐵礦α-FeO（OH）、褐鐵礦α-FeO（OH）·nH2O）因?yàn)殍F形成氧化物后很穩(wěn)定，故保留在原地而形成地表紅土帶，而針鐵礦則可又與滲濾流體發(fā)生水化作用，選擇性的吸附流體中的鎳離子，而形成局部富集。

此后，由于風(fēng)化作用繼續(xù)發(fā)展，全部可移動(dòng)的元素都被帶走，地表更多的鎂、鎳、硅進(jìn)入溶液，并隨溶液向下滲透，由于腐巖層比紅土層具有高的pH環(huán)境，非常有利于層狀硅酸鹽礦物發(fā)生離子交換反應(yīng)，鎳離子置換鐵、鎂離子，形成硅酸鹽和含鎳硅酸鹽礦物（如硅鎂鎳礦、鎳鐵綠泥石、暗鎳蛇紋石、含鎳綠高嶺石）而沉淀，形成硅酸鹽型礦石。由于鎳的溶解度比鎂小，因此，沉淀的Ni/Mg高于溶液中的Ni/Mg比值，于是形成了鎳的富集。含Ni的流體向下滲透，而蛇紋石化的基巖較為破碎，則對(duì)其有利，就容易形成較厚的風(fēng)化殼，同時(shí)蛇紋石的層狀硅酸鹽礦物晶格容易與表生淋濾流體中的鎳離子發(fā)生置換（Freyssinet et al.,2005），導(dǎo)致成礦元素富集。

以上特征與“濕型”紅土鎳礦床和水鎂硅酸鹽型紅土鎳礦床類似。

[1]王瑞江，聶風(fēng)軍，嚴(yán)鐵雄,江思宏,王海北,李巖.紅土型鎳礦床找礦勘查與開(kāi)發(fā)利用新進(jìn)展.地質(zhì)論評(píng).2008，54(2):215-224.

[2]冶金工業(yè)部.菲律賓紅土鎳礦的生成及找礦勘探.地質(zhì)與勘探,1980(1):126-29.

[3]何燦，肖述剛，譚木昌.印度尼西亞紅土型鎳礦.云南地質(zhì)，2008，27(1)：20-26．

[4]印尼中蘇拉威西省紅土鎳礦4號(hào)礦區(qū)普查報(bào)告.2013，12，5.

收稿：2014-01-06