模型十九 红土型镍矿床找矿模型
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发布时间：2022-04-23 23:02
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时间：2023-10-13 00:50
一、概 述
红土型镍矿是含镍基性 － 超基性岩体风化 － 淋滤 － 沉积的产物，属于现代地表风化壳型矿床，风化的原岩通常是产在蛇绿岩杂岩中的纯橄榄岩、方辉橄榄岩和橄榄岩，少数是克拉通环境中的科马提岩和层状镁铁质 － 超镁铁质侵入岩，它们的原始 Ni 含量只有 0. 2% ～ 0. 4%，红土化作用导致 Ni 和Co 的含量增高 3 ～ 30 倍。
陆地上约 70%镍资源量集中在红土中。大多数红土型镍矿床产在赤道两侧到纬度大约 22°的地带，如印度尼西亚、菲律宾、新喀里多尼亚、古巴、西非和巴西等地，也有少数矿床产在纬度比较高的地区，如巴尔干的希腊、阿尔巴尼亚和前南斯拉夫，以及西澳 ( 图 1) 。
图 1 全球红土型镍矿分布示意图( 引自 N. W. Brand 等，1998，修编)
含镍的红土化剖面按发育的主要矿物成分分成氧化物红土、黏土红土和硅酸盐红土 3 类。氧化物红土镍矿的典型代表是新喀里多尼亚的戈罗 ( Goro) 、印度尼西亚的桑帕拉 ( Sampala) ; 黏土红土镍矿有澳大利亚的穆林穆林 ( Murrin Murrin) 、古巴的卡马圭 ( Camaguey) ; 硅酸盐红土镍矿的代表矿床是印度尼西亚的梭罗瓦科 ( Sorowako) 、巴霍多皮 ( Bahodopi) 和东波马拉 ( Pomalaa East) 等。这些矿床的规模和品位见图 2 和表 1。
表 1 某些大型红土型镍矿的规模和品位
资料来源: M. Elias，2002
图 2 红土型镍矿床吨位 － 品位图( 引自 M. Elias，2002)
二、地 质 特 征
1. 区域地质环境
红土型镍矿床常见于两种构造环境: 增生地体和克拉通地体。
增生地体: 这是构造活动的地带，常与大洋或*板块的边界和碰撞带相伴随。板块碰撞时逆掩断裂作用使上地幔的橄榄岩和构成蛇绿岩杂岩的岩片逆冲到地表并广泛出露。原生超镁铁质岩的时代和发生红土化的时间从白垩纪直到晚第三纪。在印度尼西亚、菲律宾和新喀里多尼亚的活动和不活动的岛弧环境中这种地体是很有代表性的。
克拉通地体: 在这种构造环境下，红土发育在太古宙到古生代各个时期的科马提岩和超镁铁质岩上面。构造相对稳定有利于均夷作用，红土发育在中等到平缓的地形上。红土建造可以延伸到比较冷且不太潮湿的气候带中。西澳耶尔冈克拉通的含镍红土，以及巴西和西非的部分地区就有这样的实例。
2. 局部地质环境
就局部范围来说，红土型镍矿可以按照它们的地形环境分成高原、山坡和阶地 3 种类型的矿床。
高原矿床受排水的影响比较大，受侵蚀的影响比较小，容易发育有完整的剖面，形成较厚的腐岩带。
山坡矿床则受侵蚀影响比较大，氧化物带不太发育或者缺失。由于地下水向下坡方向运动，硅酸盐红土的发育可以比高原矿床还要薄，但是地下水向下流动可能形成较高品位的镍矿床。
阶地矿床是早先均夷作用或侵蚀面的残余物，它表明构造上升一度暂停，所以剖面发育也比较完整，腐岩带比较厚。阶地矿床可能含有来自周围高地的红土侵蚀产物，多旋回的红土化有可能提高镍品位。新喀里多尼亚的戈罗矿床是最著名的实例。
3. 影响风化作用和剖面发育的主要因素
影响超镁铁质岩红土化和红土剖面发育的因素很多，其中最主要的包括以下方面:
气候: 降雨的数量控制着岩石和土壤中可溶组分淋滤和移动的强度，降水穿过剖面范围的效力影响着剖面的发育。地表温度高有助于增强风化作用。
地形: 地势起伏和斜坡形态特征影响着排水、地下水水位和穿过土壤的程度。
排水: 影响着可溶性组分的淋滤和移动。
大地构造: 构造稳定有利于均夷作用、减慢地下水运动。构造上升会增大剖面顶层的侵蚀，增强地形起伏，降低地下水水位。
母岩类型: 母岩矿物成分决定着岩石风化的敏感程度，以及提供形成新矿物的元素。
构造: 断层和剪切作用有助于形成不连续的基岩渗液带，节理和解理提高了岩石广泛蚀变的潜力。
需要强调的是，这些因素是彼此联系、相互作用的，任何一个剖面的发育是各种因素综合作用的结果，它们影响着剖面的类型和剖面发育的完整程度。
4. 红土型镍矿剖面的划分及特征
如前所述，红土型镍矿剖面分为 3 类，各类剖面矿床代表如图 3 所示。
图 3 主要红土型镍矿剖面对比图( 引自 M. Elias，2002)
氧化物红土型: 剖面上部大部分是铁的氢氧化物和氧化物，它是潮湿热带环境中超镁铁质岩红土化常见的最终产物。原生的造岩矿物 ( 主要是橄榄石和/或蛇纹石、斜方辉石，以及少见的单斜辉石) 被水解破坏，Mg2 +完全被淋滤，Si 大部分被淋滤，Fe2 +也被释放出来，但被氧化成铁的氢氧化物沉淀下来。释放出的 Ni 和 Co 离子由于对铁的氢氧化物的亲和性而富集在铁的氢氧化物的结构中。原始的橄榄石含 Ni 和 Co 分别只有 0. 3%和 0. 02%，而由橄榄石发育而成的块状针铁矿中含 Ni 和 Co分别达到 1. 5%和 0. 1%。Ni 和 Co 还大量进入锰的氧化物 ( 锰钴土) 中。
黏土质红土型: 剖面上部大部分是蒙脱石黏土，它是在比较冷和比较干旱的气候环境、风化作用不太剧烈的条件下产生的。氧化硅没有像在潮湿热带环境那样被淋滤，Fe 和少量的 Al 结合构成以蒙脱石黏土为主的带，蒙脱石起着针铁矿在其晶格中固定 Ni 离子的相似的作用。
硅酸盐红土型: 由含水的 Mg － Ni 硅酸盐 ( 蛇纹石、暗镍蛇纹石) 组成，它是在缓慢而连续的构造上升并且剖面中水位较低的情况下，由长期风化作用形成的一个很厚的腐岩带。镍通过取代次生蛇纹石中的 Mg 和暗镍蛇纹石中的 Mg 而聚集在腐岩中。通常硅酸盐红土中 Ni 的平均含量为 2. 0% ～3. 0% 。这是经济上最为重要的红土，集中了世界红土型镍资源量的很大一部分。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
富含镍的基性 － 超基性岩体在适宜的构造、地形、气候和水文地质条件下风化形成红土型风化壳，基性 － 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，在风化壳中，上部的褐铁矿化黏土层和下部的半风化土层中镍被针铁矿、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。这些风化、淋滤的产物通常完好地保存在原地。在个别情况下，部分成矿组分 ( 从风化壳上部淋滤出来) 可在地势较低部位堆积，进而形成黏土质团块及镁质、硅质和钙质硬壳，局部地段形成红土型镍矿床。图 4 为王瑞江等 ( 2008) 根据澳大利亚红土型镍矿特征所建立的红土型镍矿成矿模式。
图 4 红土型镍矿床成矿模式( 引自王瑞江等，2008)
2. 找矿标志
( 1) 区域地质找矿标志
1) 出露富含橄榄石的超镁铁质岩 ( 特别是纯橄榄岩和方辉橄榄岩) 的大面积地区。
2) 稳定的克拉通地体和增生地体。
3) 在侵蚀速度和风化锋面向下推进速度以及构造上升速度之间保持平衡的地区。
4) 断裂和剪切作用有利于形成不连续的基岩渗透带，节理和解理发育有助于弥漫性蚀变。
5) 富 Mg 岩石上褐铁矿沉积发育 ( 即高 MgO、低 Al2O3) 。
( 2) 气候和地貌找矿标志
1) 超过上百万年的温暖潮湿的热带气候。
2) 地势平缓到中等，离冲积系统近。
3) 形成稳定的次生矿物 ( Fe 和 Al 的氧化物、黏土) 、在超镁铁质岩石上形成针铁矿、蒙脱石，并从溶液中吸取 Ni。
4) 稳定矿物 ( 锆石、铬铁矿、石英) 残留并富集，在超镁铁质岩石上残留富集有铬铁矿。
( 3) 地球物理找矿标志
1) 区域航空磁法可以用来确定高 Mg 的堆积岩地层、有利的构造和起不透水层作用的侵入体。
2) 由于含镍红土在风化过程中失去了磁铁矿而呈无磁性或弱磁性，而基性和超基性岩含有磁铁矿呈强磁性，围岩如石灰岩、泥质岩等具有弱磁性，故地面高精度磁测可确定矿化有利中心，甚至还可将含镍红土和超基性岩与其他岩石区分开来。
3) 电磁法可以查明有利的地貌特征。
( 4) 地球化学找矿标志
1) 沿走向和上覆纯橄榄岩的风化层中发育有广泛分布的 Ni( ＞ 0. 5% ) ± Co － Mn 的风化层异常，根据镍的次生晕可确定风化超镁铁质岩含镍 ( Ni ＞0. 5%) 最有远景的地段。
2) 含镍红土的 Fe 含量增高 ( ＞ 40% ) ，Si / Mg 比值高 ( ＞ 200) ，Ni / Cu 比值高 ( ＞ 40) 。
( 项仁杰 金庆花)
