菲律宾吕宋岛红土型镍矿地质特征

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菲律宾吕宋岛红土型镍矿地质特征及勘查开发进展摘要：菲律宾吕宋岛红土型镍矿成矿地质条件优越，该类矿床产于三描礼士超基性岩带顶部红土型风化壳内，矿石多为含镍的褐铁矿化粘土，并普遍伴生钴，其产出规模、分布范围和品位高低与原岩类型、气候变化、地形地貌和构造条件关系密切。成矿物质主要来源于超基性岩体，是镁铁质-超镁铁质岩体风化-淋滤-淀积的产物，矿石的矿物组分与风化土的矿物组分大体一致，属粘土硅酸盐镍矿床。在现有经济技术条件下，红土型镍矿唯一有效的找矿勘查方法就是探矿工程取样。由于湿法冶金技术的逐步完善，矿石冶炼成本也大大降低，红土型镍矿资源的勘查开发具有广阔前景。关键词：红土型镍矿；地质特征；勘查开发；菲律宾吕宋岛是菲律宾群岛中最大的一个岛屿，岛内红土型镍矿资源丰富，主要分布在吕宋中部西侧三描礼士超基性岩带内，矿石多为含镍的褐铁矿化粘土，并普遍伴生钴[1—3]。矿床产于超基性岩体顶部红土型风化壳中，易于开采利用。由于湿法冶金技术的逐步完善，矿石冶炼成本也大大降低[4—5]。本文根据作者多次赴菲律宾实地考察和研究成果，详细研究了该岛红土型镍矿的地质特征、矿床成因、控矿因素和找矿标志，总结了在目前经济技术条件下最有效的找矿勘查方法，对在该岛乃至菲律宾其它地区开展类似矿床的找矿勘查具有重要的理论和现实意义。1区域地质概况该区所处大地构造位置位于太平洋板块与印度板块结合部的岛弧带，属菲律宾-新几内亚火山岛弧-海沟系[6]。吕宋岛位于马尼拉海沟俯冲复合带的北段，岛内三描礼士超基性岩带位于吕宋西部火山岛弧弧前盆地与中部陆相山谷盆地之间，由于板块碰撞俯冲作用，导致该区构造岩浆活动十分强烈，出现了大面积的基性、超基性岩浆岩，为红土型镍矿的形成奠定了充足的物质基础（图1）。-10- 插图1 菲律宾吕宋区域地质图该地位于赤道附近，属热带季风性气候，终年炎热湿润，雨量充沛，生物活动力强，非常有利于化学风化矿床（特别是红土型镍矿）的形成。加上岛内大面积超基性橄榄岩分布，为形成红土风化壳型硅酸镍矿床提供了极为优越条件。2矿区地质特征2.1地层-10- 区内地层岩性可划分为如下几个沉积旋回的沉积岩系：（1）阿克希特罗（Aksiter）沉积岩系：以晚始新世—渐新世时期深海石灰岩为代表，直接覆盖在三描礼士超基性岩体之上，该沉积岩系与三描礼士超基性岩体是沉积接触关系；（2）三描礼士（Zambales）沉积岩系：以中新世中—晚期浅海碎屑岩和石灰岩为主，呈不整合接触覆盖在阿克希特罗（Aksiter）沉积岩系之上；（3）吕宋（Luzon）中部陆相盆地积岩系：以更新世—全新世时期陆相碎屑物和碎石、粉砂、粘土沉积物为主，分布于三描礼士山脉的东、西两侧；（4）巴塔安（Bataan）火山杂岩：以中新世以来，沿马尼拉海沟俯冲复合带分布有大量的火山岩系和次火山岩小岩体为代表。2.2构造区内构造特征主要是北西西向展布的走滑断层，同时北西向和北东向断裂构造也相对发育，北西向和北东向断裂构造与走滑断层关系密切。两条北西西向的走滑断层将南北向展布的三描礼士超基性岩带分割为三个部分。 2.3岩浆岩三描礼士超基性岩带主要由马新洛（Masinloc）、卡班嘎（Cabangan）和三安托尼（Sanantonio）三个超基性岩体组成。根据超基性岩岩石学属性，马新洛岩体又可划分为两个主要单元：阿果赫（Acoje）单元和果托（Coto）单元。阿果赫单元位于马新洛超基性岩体的北半部，其南半部则为果托单元。岩性主要由黑褐色块状强蛇纹石化方辉橄榄岩组成，还有少量橄榄岩、辉长岩、纯橄榄岩等，方辉橄榄岩表现为交叉多代断口，普遍发育蛇纹岩化。常有后期辉长岩体侵入早期方辉橄榄岩中，在方辉橄榄岩与辉长岩之间，纯橄榄岩、方辉橄榄岩和辉长岩组成狭长的过渡带，其中纯橄榄岩-方辉橄榄岩-辉长岩递变为均质辉长岩。-10- 过渡区的纯橄榄岩矿物成分为：92%橄榄石，5%尖晶石，3%斜方辉石。橄榄石主要为等粒状镶嵌结构，普遍蛇纹石化，并含有自形至半自形红棕色鉻铁矿尖晶石，局部地段还含有少量的单斜辉石和含铝绿尖晶石。经蚀变后辉石的边缘相出现纤闪石、阳起石和碳酸盐矿物。2.4矿产区内金属矿产主要有镍矿、铬矿、金矿和铜矿，其中镍矿又以红土型镍矿最为普遍，常产于超基性岩体顶部红土风化壳内，与蛇纹石化方辉橄榄岩关系密切。3矿床地质特征3.1红土风化壳垂向分带区内红土型镍矿均产于超基性岩体顶部，矿体如“云朵状”产于红土型风化壳内的褐铁矿化粘土层、半风化残余土层中。红土型风化壳垂向分带明显（图2），自上而下依次为残余红土盖层→含镍褐铁矿化粘土层→含镍半风化层→蛇纹石化基岩层→新鲜基岩，各带特征分述如下：图2 三描礼士地区红土型镍矿床典型剖面图-10- 1.残余红土盖层；2.含镍褐铁矿化粘土层；2.含镍半风化土；4.蛇纹石化橄榄岩；5.新鲜橄榄岩（1）顶部残余红土盖层：主要为紫红色、红棕色残坡积土，呈粘土状，局部含砾石。矿物成分主要为针铁矿、赤铁矿、石英、白云母、伊利石和高岭土等。该层在区内普遍厚度较小，大部分地区残坡积红土盖层的厚度不超过1米。（2）中上部含镍褐铁矿化粘土层：以桔黄色、黄褐色粘土为主，具褐铁矿化，矿物成分主要为蒙脱石、绿泥石、玉髓、褐铁矿、针铁矿等。原岩矿物全部风化为粘土类矿物和铁氧化物，局部残留有强风化蛇纹石化橄榄岩碎块，其外观保留有蛇纹石化橄榄岩的结构构造特征。在本区褐铁矿化粘土层是最主要含矿层位，矿化强度也普遍较高，厚度比较大且比较稳定。（3）下部含镍半风化残余土层：以化学性质未发生完全改变的基岩风化残留物质，大多数仍保留了基岩的结构构造特征。呈碎块状、块状产出，沿裂隙带或节理带可见绿色镍硅酸盐矿物。矿物成分比较复杂，有蛇纹石、蒙脱石、滑石、绿泥石和未风化基岩矿物组成；可见少量风化作用中形成的针铁矿和石英等，有时还有顽火辉石、橄榄石残余物。在本区半风化土层的矿化强度不高，厚度也不是很大。再往下逐步过渡到氧化基岩层和新鲜基岩。3.2矿体形态、规模、产状及分布矿体大多产于红土风化壳中，总体上受地形控制，平面形态复杂，呈不规则状，边界变化较大，有少量的夹石和无矿天窗。剖面上为缓倾斜似层状，局部为不规则透镜状。厚度变化主要受地形和红土风化壳厚度的控制，总体上与红土风化壳的厚度呈正相关关系。分布则主要受红土风化壳分布范围的控制，矿体分布范围与红土风化壳分布基本吻合。3.3矿石质量-10- 矿石的矿物组合与风化土层的矿物组合大体一致，矿石矿物按其含量多少依次为蛇纹石、蒙脱石、滑石和绿泥石。此外，还有少量以风化矿物形式产出的针铁矿、石英和以风化残余矿物形式产出的蛇纹石化橄榄石。镍矿物主要以镍硅酸盐形式产出，主要有含镍蛇纹石、含镍绿高岭石、镍镁绿泥石、硅镁镍矿等。矿石中多见次生结构构造，部分地段残留了原岩的结构构造特征。矿石的结构主要有粒状结构、假象结构、碎裂结构、交代网格结构。矿石的构造主要有土状、块状、胶状、蜂窝状、网格状构造。矿石中有用组分主要为镍，普遍伴生钴。矿石Ni品位大多数在0.8%－1.4%之间，Ni最高品位2.92%。镍矿石按品位划分为：低品位矿石（Ni品位0.3%－0.8%），中等品位矿石（Ni品位0.8%－1.4%）和高品位矿石（Ni品位1.4%－1.8%），特高品位矿石（Ni品位≥1.8%）。区内中等品位矿石普遍，特高品位矿石少见。矿石自然类型归类为氧化矿石，由超基性岩中的含镍岛状硅酸盐矿物经风化形成的含镍层状硅酸盐矿物。矿石的工业类型归类为硅酸镍矿石，镍主要呈类质同象形式存在于含镍层状硅酸盐矿物中。3.4矿化蚀变在含矿红土风化壳的上部和地表，常出现深棕红色赭石、绿色蛋白石、苹果绿色硅镁镍矿、绿色髓石或玉髓呈细脉状产出；底部常见白色菱镁矿、蛇纹岩或蛇纹石化橄榄岩。3.5矿体与岩体的时间和空间关系区内矿体产于超基性岩体顶部红土风化壳中，随岩体顶界面的起伏而起伏，受岩体顶部红土风化壳的厚度和形态控制，距岩体顶界面一般不超过数十米，表现了矿体与岩体之间的依存关系。化学风化是直接的成矿作用，使超基性岩体顶部红土风化壳中的镍含量普遍增高，在局部富集形成红土型镍矿。成生时序明显晚于超基性岩体，是紧随超基性岩成岩作用之后，是新生代的第三纪、第四纪风化作用的产物。4矿床成因探讨-10- 区内橄榄岩等超基性岩中镍的含量普遍较高，为红土型镍矿的形成奠定了充足的物质基础。在适宜的气候和构造地形条件下，超基性岩风化形成红土型风化壳，超基性岩中的镍从风化壳顶部橄榄石、斜方辉石及蛇纹石中释放出来，随下渗的水迁出，在风化壳的中上部褐铁矿化粘土层和下部的半风化土层中被针铁矿、蒙脱石、蛇纹石等矿物捕获，或被下渗的SiO2-Mg凝胶捕获富集成矿，其产出规模、分布范围和品位高低与原岩类型、气候变化、地形地貌和构造条件关系密切[10]。镍的富集部位和赋存状态取决于地表水的淋滤条件，在淋滤条件较差的情况下，硅的淋滤作用受到限制，风化壳中褐铁矿化粘土层和半风化岩层较发育，向下迁移的镍除少部分被残余粘土层中的针铁矿捕获外，大部分被中上部褐铁矿化粘土层和下部的半风化土层中的层状硅酸盐捕获，因此镍主要富集于褐铁矿化粘土层和半风化岩层中；在淋滤条件较好的情况下，风化壳中褐铁矿化粘土层不发育，向下迁移的镍除少部分被残余粘土层中的针铁矿捕获外，大部分都迁出了风化壳，因此镍主要富集于褐铁矿化粘土层下部的富针铁矿粘土中。4.1成矿物质来源区内超基性岩中含镍较高，大多在0.2-0.4%之间，成矿物质主要来源于超基性岩体。红土风化壳中普遍可见到含镍硅酸盐矿物，矿石的化学成分也与风化岩层的化学成分非常相似，但Al203、Fe203和Cr203在半风化岩层中的平均值稍高。由于Ni在层状硅酸盐中替代了Mg，在褐铁矿化粘土层矿石中Mg0平均含量较超基性母岩低得多。其它微量元素的含量在矿石与基岩之间没有明显的差别。4.2成矿作用在地表水的作用下，上部被高度风化岩石中的镍风化淋滤出来，形成含镍的流体，并向下迁移渗滤，在下覆褐铁矿粘土层和半风化岩层中逐步富集。高度风化和浸出后的铁质粘土或铁帽残留于地表形成残坡积红土层，在褐铁矿粘土层之下的是半风化岩层(或蛇纹岩层)，再往下是原生未风化的基岩。半风化岩层中通常含有较高的镍、氧化镁和硅质成分，但含铁较少。由于风化淋漓作用，超基性岩体中的镍风化淋漓后大部分向下迁移，并在红土风化壳的中上部富集形成镍矿体。4.3矿床类型-10- 红土型镍矿是超基性（镁铁质-超镁铁质）岩体风化—淋滤—沉淀的产物，其产出规模、分布范围和品位高低与母岩类型、气候条件、地形地貌和构造条件具有密切成因联系[7—9]。根据区内红土型镍矿的矿物组分、元素地球化学特征和红土型镍矿分类[11]，认为区内红土型镍矿属粘土硅酸盐镍矿床。5控矿因素和找矿标志5.1控矿因素红土型镍矿的形成除了必须具有良好的母岩条件以外，气候变化、地形地貌、给水排水条件和构造条件也是极为重要的控矿因素[12]：①母岩类型：成矿母岩主要是超基性岩浆岩，其中纯橄榄岩和橄榄岩中的橄榄石易于破坏和分解，有利于镍的重新迁移和富集；②气候条件：高温多雨气候可以有效地提高通过岩（体）层的水流量，有利于可溶性组分的大量带出。另外，从高温多雨到半干旱—干旱的气候条件变化有利于红土型镍矿的形成与保存；③地形地貌：地貌形态和地形陡缓直接控制了给水与排水、通过岩（体）层的水量、潜水面高低。低山丘陵和宽阔山谷有利于红土型镍矿的保存；④排水系统：受低缓地形和地貌形态影响，矿区的排水系统不甚发育，这样的排水条件有利于红土型镍矿的形成与保存；⑤大地构造环境：稳定的大地构造环境有利于加速地势夷平，减缓地下水的运移速度和穿透能力，同时也可以增加红土层的厚度，因此，稳定的大地构造环境有利于红土型镍矿的保存；⑥构造条件：强烈的断裂和剪切构造作用可以极大提高基岩的渗透程度，为基岩的风化、剥蚀和红土型镍矿的形成创造有利条件。5.2找矿标志-10- 区内超基性岩顶部的红土风化壳是红土型镍矿最直接的找矿标志。除此以外，本区红土型镍矿找矿标志还包括：（1）在超基性岩地区出现深棕红色赭石、砖红色粘土及淋滤蚀变的蛇纹岩。（2）地表出现致密状绿色蛋白石、绿色髓石或绿色玉髓呈细脉，或在转石碎块中出现上述细脉。（3）在风化层底部出现致密状白色菱镁矿。（4）在高度风化破碎的蛇纹岩或橄榄岩中出现苹果绿色硅镁镍矿细脉、网脉。（5）地表常出现含有苹果绿色至黄白色硅镁镍矿胶结的蛇纹石化、蛋白石化碎石角砾，呈网脉状构造。6勘查开发进展尽管红土型镍矿是人们早已熟知的一种镍矿床类型，但是找矿勘查方法技术研究长期处在停滞不前状态[11]。在目前经济技术条件下，红土型镍矿的有效勘查方法就是先用化探土壤面积性测量圈定矿化富集区，再用探矿工程取样分析。根据分析结果来确定有用组分、伴生组分和有害组分及其分布规律，准确划定矿体的界线，圈定矿体和计算资源储量。在找矿勘查过程中，人们常常采用地质统计学方法确定勘探网度，优化勘探方案。红土型镍矿大多产于红土风化壳中，镍矿石多为含镍的褐铁矿化粘土，可露天开采，还综合回收利用钴。由于湿法冶金技术的逐步完善，矿石冶炼成本也大大降低，红土型镍矿资源的勘查开发具有广阔前景。7结束语-10- 我国是一个镍资源紧缺的国家，随着我国经济和社会的高速发展，镍的需求量一直保持高位增长趋势。但随着硫化物型镍矿开采量的大量增加，我国镍资源储量快速减少，后备资源地也严重不足，因此，我国不少企业将开发的重点瞄准了菲律宾红土型镍矿。2008年8月7日，中国江西省江钨集团公司与菲律宾镍豪矿物资源国际公司和菲律宾地球魅力资源公司在成都市签订合作协议，共同勘查开发菲律宾三描礼士地区红土型镍矿资源，为企业走出国门到国外（特别是东盟国家）寻找镍矿资源奠定了坚实的基础。-10-