东天山香山铜镍矿“三位一体”地质-地球物理模型及深部预测

吴林楠 陈寿波 刘洋 王毅俊 景勇 刘振远 吴见新 张学文

摘  要：香山铜镍矿是位于东天山觉罗塔格铜镍矿带黄山矿集区内的中型铜镍硫化物矿床，矿床形成受岩浆及构造作用控制，具“小而富”特征。矿山于2013年资源枯竭停产，如何有效实现深部矿体定位预测，为矿山寻找接替资源是亟待解决的问题。本次研究从成矿地质体、成矿构造、成矿结构面、成矿作用特征等因素出发，集成矿床地物信息和深部地球物理探测数据，建立矿床“三位一体”地质-地球物理综合模型，预测深部靶区2处：38～52线间36.9～1号矿体延伸部位400～600 m标高，24～58线间第二次超基性岩相的-300～0 m标高。

关键词：香山;铜镍硫化物;三位一体;地球物理;深部预测

新疆哈密市香山铜镍矿是1982年由新疆有色地勘局704队发现的与基性-超基性岩有关的岩浆熔离-贯入型硫化物矿床[1]。如何实现铜镍硫化矿床深部矿体定位预测、总结有效技术方法是矿山亟待解决的问题[2]。本次研究从成矿地质体、成矿构造和结构面、成矿作用特征“三位一体”出发，重点解剖矿床，总结熔离型低品位矿体成矿规律，开展低空高精度航磁、AMT、SIP、CSAMT等综合物探测量。集成香山铜镍硫化物矿床“三位一体”地质和地球物理综合模型，为后期矿山资源潜力评价提供有力的技术支撑。

1  成矿地质背景

东天山地区发育与铜-镍-钴矿、PGE等紧缺矿产相关的中性-中基性-超基性岩体，分布面积大，为寻找大型铜-镍-钴-金矿床有利地区，是我国最重要的战略接替资源基地之一[3]。香山矿床位于东天山觉罗塔格构造带黄山铜镍矿田内，矿带东西延长约270 km，南北宽20～35 km，自西向东分布有土墩、二红洼、碧玉山、香山、黄山、黄山南、黄山东、葫芦、图拉尔根、圪塔山口等多个铜镍矿产地（图1-A）[4-6]。与同矿带区域性铜镍矿成矿规律相比，香山铜镍矿具“小而富”、“铜镍-钛铁复合型成矿”特点，表现出明显的岩浆贯入、熔离特征，具一定特殊性、复杂性及探索性[7-10]。

香山岩体位于香山断裂（F8）、黄山断裂（F9）岩体所挟持之楔形地块中，总体呈NE58°方向展布的复式岩体，主要由镁铁-超镁铁岩组成。NE向长约10 km，宽100～870 m，平均0.3～0.5 km，地表出露面积约2.8 km2。平面形态呈沿长轴具膨胀狭缩的藕节状岩体，形成3个地表和深部形态各异的膨胀体，分别为香山西段、香山中段、香山东段（图1-B），侵位于下石炭统梧桐窝子组海相基性火山岩和中基性火山碎屑岩中[6]。岩体构造极发育，按大小、展布方向、变形特征、交切关系可划分为4级构造：Ⅰ级构造为黄山-镜儿泉断裂构造综合体，是造成东天山地区岩体变形及破碎的主要诱因，同时也是黄山-镜儿泉镁铁-超镁铁岩带的控岩、控矿构造;Ⅱ级构造为Ⅰ级构造中的近EW向韧性剪切带;Ⅲ级构造为走向60°的强片理化韧性剪切带，控制着香山杂岩体及矿体分布的容岩空间;Ⅳ级构造为杂岩体内脆韧性剪切带和一些脆性断层，为控矿构造[7]。

前人对香山杂岩体年代学、控岩控矿构造、岩石学、岩体成因、岩相学等进行了大量研究，重点主要集中于香山西段和中段。本文主要以香山中、香山东岩体为整体对其特征及深部潜力进行分析。

2  “三位一体”地质特征

2.1  成矿地质体

香山铜镍矿主要成矿地质体为二叠纪基性-超基性杂岩体，平面形态为中部膨大，两端狭缩的不规则菱形，膨大部位与围岩呈断层接触，狭缩部位呈断层-侵入接触。杂岩体主要为辉长岩，约占岩体地表出露面积的50%以上，具同期多次侵位特点，地表分布有8个超基性岩体。杂岩体地表显示铜镍矿化，深部发育有铜镍工业矿体。

香山中岩体平面上出露长2.4 km，宽200～450 m，面积0.55 km2，走向约55°，中岩体东端与东岩体西端地表岩体形态极不协调（图2-A）。地球物理资料表明，香山中岩体和东岩体在深部是相连的。中岩体地表北界南缓倾40°～50°，南界倾角较陡，65°～75°。横剖面总体形态为南倾的歪漏斗状，平面上香山中岩体为菱形体。岩体浅部北倾、深部总体南倾（图2-B），可划分为3个侵入期次：第一侵入期次辉长岩相约占香山中岩体总面积的65%，是香山中Ⅱ号主要矿体的赋矿岩相;第二侵入期次超镁铁岩相约占香山中岩体总面积的30%，是香山中岩体Ⅰ号矿体和36.9～1号矿体赋矿岩相;第三侵入期次为钛铁辉长岩相，在香山中岩体规模很小，呈脉状侵入第一期辉长岩相中。

香山东岩体出露长2.35 km，宽250～420 m，面积0.65 km2，走向约75°～80°。东岩体主体呈梭形，北侧向两端为平行韧性剪切带的细小分叉岩体，明显受韧性剪切带控制。岩体北接触面主要以70°～80°向南陡倾，南接触面以40°～50°向南缓倾。岩体地表规模小，深部变大，横剖面形态呈“汤勺状”（图2-C）。岩石组成以辉长岩为主，靠近韧性剪切带岩体纵剖面东浅西深，向西侧伏。自东向西岩体厚度、基性程度、铜镍矿化强度、富集程度渐增，基性程度高的岩相位于岩体深部。

香山中、東岩体为同源母岩浆经多期、多阶段侵位形成，成岩成矿年龄集中于278～283 Ma[13-14];母岩浆为高镁玄武质岩浆，源区为受俯冲带物质影响的亏损地幔;分离结晶及同化混染作用是导致硫饱和的重要因素。

2.2  成矿构造及成矿结构面

2.2.1  成矿构造

矿区内NEE向、近EW向断裂及裂隙构造非常发育，均为香山断裂体系中的次级构造。从韧性剪切带考虑，香山杂岩体不论是平面形态、还是剖面形态均为透镜体，受NE和EW向两组构造组合形成的58°张扭性构造系控制。沿这些构造通道，深部基性-超基性杂岩体冷凝成岩后，形成透镜状岩体边界断裂带及不同岩相间的接触带构造，为透镜状岩体底部和边部熔离成矿提供场所，创造储矿空间[11-12]。NEE向脆韧性剪切带常见于中岩体中部，地表为强片理化带，风化后呈粉末状，长1～3 km，宽约5 m，无突变界线。带内岩石糜棱岩化强烈，构造透镜体发育，可见铜镍矿化，矿化体与剪切带走向基本一致。近EW向断层主要见于岩体中东段，主要分布于岩体超基性岩相边缘。断层内发育构造角砾岩，呈棱角状，伴有铜镍矿化，显示张性特征，为右旋剪切局部剪胀引起的产物。

2.2.2  成矿结构面

香山铜镍矿成矿结构面主要有3种类型，①岩体产状转弯处界面。如香山中段24～38线750～800 m标高处，岩体由北倾变为南倾，铜镍矿体大多富集于此（图2-B）。产状变化端能形成铜镍矿体，是因为硫化物受重力作用下沉，岩浆硫化物流动受阻、流速变缓，在转折端发生聚集，利于熔离-贯入型铜镍硫化物矿体的赋存;②基性岩相和超基性岩相内外接触界面、岩相底部界面（图2-B，C）。如24线ZK2401中Ⅱ号主矿体、58线ZK5804矿体，中等-稠密浸染状矿石均产于辉长岩及辉橄岩岩性接触带或构造裂隙内;③岩体厚度骤然狭缩或膨胀界面（图2-B，C），如ZK2406、ZK5804钻孔-200～-100 m矿（化）体赋存部位。

2.3  成矿作用特征标志

香山中、东岩体主要发育3种成因类型矿体，即岩浆就地熔离矿体、深部熔离-贯入矿体、晚期贯入矿体[15-16]，香山中岩体以深部熔离-贯入式矿体为主;香山东岩体以岩浆就地熔离矿体为主。岩浆熔离成矿形成的矿物组合为磁黄铁矿-镍黄铁矿-黄铜矿-黄铁矿;岩浆期后热液形成的典型矿物组合为钴镍铜铁硫化物-砷化物-锑化物。矿石构造类型为稀疏（星散）-稠密浸染状构造、细脉浸染状构造、珠滴状构造。熔离-贯入作用形成的矿石构造为角砾状构造、块状构造、团块状构造。热液充填交代作用形成的矿石构造为脉状-斑杂状构造、细脉-浸染状（图3）。熔离结晶作用形成的矿石结构类型有海绵陨铁结构、半自形-他形晶结构;固溶体分离作用形成的矿石结构有火焰状结构、叶片状结构;构造应力形成的矿石结构有碎裂结构、压碎结构。围岩蚀变组合为蛇纹石+富镁滑石+菱镁矿+透闪石+绿泥石+铁白云石。浅部工业矿体地表常氧化成鲜艳的杂色、土黄色、红色粉末状、土状铁帽，贯入式矿体常伴随有较多铜镍硫化物细脉，地表氧化后可见褐铁矿细脉。

3  深部地球物理探测

本次研究通过低空航磁测量获得全区磁场分布特征。三维磁化率反演结果显示，中部异常沿NW向断续出现，贯穿测区多个高磁异常，分别与香山西、中、东段岩体对应，东段岩体在异常幅值和范围上均大于西、中部岩体。深部反演切片显示，香山东岩体较西、中段岩体埋深大（异常深部相连），800 m深部仍有延伸，深部潜力较好，可能为基性-超基性岩浆上倾通道。

据香山矿区已知矿体段音频大地电磁测深（AMT）、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）视电阻率曲线及反演断面对比结果（图4），CSAMT方法的远区场数据可满足深部探测需求，并能有效反映岩体大致形态，特别是在36.9线对750 m标高处，岩体反转及第二期次含矿超基性岩相深部延伸具较好指示作用。36.9线位于香山中段高磁异常间过渡带，磁异常低缓，主要为辉长岩、辉橄岩引起。1 000～1 200号点辉长岩出露段为中高阻异常，铜镍矿体（第二期次超基性岩相中）在700～500 m标高处局部低阻空间断续出现，超基性岩体转折特征明显。延伸至深部低阻异常区，岩体出露段出现明显低阻通道。同线开展的大深度激电测深（SIP）试验剖面，在极化率上也指示深部矿体赋存位置。

综合矿区地质、地球物理特征，香山东段岩体规模大、超基性岩相出露呈岩盆状，磁化率值在幅值、规模及埋深上远大于香山中岩体。据CSAMT反演三维电阻率等值面异常图（图5），36.9线以东至58线，测深反演断面深部异常特征与西侧测线基本一致，低阻异常向东延伸较稳定，规模及埋深逐渐变大，高磁异常与低阻异常位置吻合。判断香山东岩体后期侵入的超基性岩相埋深及规模均大于香山中岩体，香山东岩体深部第二期次超基性岩延伸部位、低阻、高磁异常叠合区为有利成矿靶区。

4  综合找矿模型

结合矿区“三位一体”地质特征及地球物理特征，建立香山矿床“三位一体”找矿预测综合模型（表1）。

5  深部靶区预测

香山成矿模式主要呈通道相特征，矿体主要受岩体产状变化部位控制，主要赋存于岩体各期次岩相中下盘，为岩体产状或厚度变化部位控矿。从香山矿床10～86线纵剖面图可看出，香山中、东段铜镍矿体主要由3部分组成。第一部分为600～800 m标高的第一期次辉长岩相含矿（即图6中II号矿体），位于岩体倾向反转部位（图2-B），矿体厚度及品位较好;第二部分赋存于400～600 m标高第二期次辉石岩相产状反转部位中下盘（图4），多为悬浮矿体，即图6中Ⅰ号、36.9-1号矿体（深部为同一个矿体）;第三部分赋存于24～58线-300～0 m标高第二次橄榄岩相中。据香山中、东岩体“三位一体”地质特征及地球物理探测成果，认为第二部分和第三部分矿体仍具找矿潜力，初步提出2個深部靶区，依据如下：

深部靶区1  位于38～52线400～600 m标高36.9-Ⅰ号矿体延伸部位。该部位从36.9-Ⅰ号矿体走向上看，为同一延伸带，已有ZK36593、ZK3801、ZK4401、ZK5202钻孔见同一铜镍矿体;标高处为第二期次辉石岩相岩体产状变化处（图4），符合香山矿床成矿结构面特征;对应有CSAMT低阻异常头部（反转部位）、磁法高异常及激电测深高极化异常。

深部靶区2  位于24～58线-300～0m标高第二次超基性岩相。目前ZK2406、ZK4401、ZK5801钻孔中均显示深部该岩相具岩浆熔离成矿特征，铜镍矿（化）体厚4～50 m，Ni品位0.1%～0.5%。该处岩体厚度变化较大，突然狭缩或膨胀部位为硫化物熔离聚集提供了较好场所（图2-B，C）。该部位对应图6中深部电阻率低阻+高磁组合异常（宽缓部位），推测以往ZK3801、ZK3401钻孔深部所见地层可能为捕虏体。24～44线深部岩体相连，具寻找第二期次超基性岩相含矿熔离型铜镍矿潜力。

6   结论及认识

（1） 在總结香山矿床成矿地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用特征标志基础上，结合矿区地球物理探测数据，初步建立香山铜镍矿“三位一体”勘查找矿地质-地球物理综合模型。

（2） 总结出香山地区“短平快”外围找矿及深部探测快速有效勘查技术方法组合：低空航磁+地质草测+CSAMT、SIP测量+钻探验证。

（3） 香山地区铜镍矿床以往勘查过程中仅以浅部第一期次基性岩相为主要评价对象，今后不应忽视深部超基性岩相成矿潜力。勘查过程中应注意不同岩相间的接触关系，岩体厚度变化大、局部膨大或狭缩及岩体产状改变部位是该地区铜镍矿有利聚集部位。

（4） 预测深部靶区2处：38～52线间36.9-1号矿体延伸部位400～600 m标高（产状变化、低阻高极化、中高磁异常部位）;24～58线间第二次超基性岩相的-300～0 m标高处（岩体厚度变化大、低阻宽缓异常、高磁异常）。

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Abstract： Xiangshan Cu-Ni deposit is a medium-sized Cu-Ni sulfide deposit located in the Huangshan ore concentration area of the Jueluotage Cu-Ni ore belt in the eastern Tianshan Mountains. The formation of the deposit is controlled by magma and tectonism， which is different from other Cu-Ni deposits in the ore concentration area with the characteristics of "small but rich".In 2013， the mine was exhausted and stopped production. How to effectively realize the positioning and prediction of deep orebody and find replacement resources for the mine is an important problem to be solved.Based on such factors as metallogenic geological body， metallogenic structure， metallogenic structural plane， and metallogenic characteristic indicator， this paper integrates the ground object information of the deposit and deep geophysical detection data， establishes a "trinity" geology-geophysical comprehensive model of the deposit， and predicts 2 deep target areas：The 400-600m elevation of the extension of No. 36.9-1 orebody between lines 38-52， and the -300-0m elevation of the second ultrabasic lithofacies between lines 24-58.

Key words：Xiangshan;Cu-Ni sulfide;Trinity;Geophysical;Deep prediction