摘要
针对喀喇昆仑黑石梁一带新发现的科马提岩进行了岩石学、岩石矿物学研究和高精度地球物理探测。结果显示，黑石梁科马提岩可划分出5个火山旋回、2个火山韵律、4个火山岩相，主体由玻基辉橄岩、玄武岩和玄武质火山碎屑岩组成，在多层玻基辉橄岩见黄铜矿、镍黄铁矿、斑铜矿等典型铜镍矿成矿矿物，成矿潜力较好。玻基辉橄岩中斑晶橄榄石，MgO 含量为 43.34%～46.15%，平均值 44.78%；TFeO 含量为 12.21%～14.42%，平均值 13.27%；Fo 值为 84.24～86.73，平均值 86.59；属于贵橄榄石；橄榄石 Ni 含量为 699×10-6 ~2381×10-6 ，呈现显著的 Ni亏损，经历了结晶熔离过程，利于铜镍成矿。玻基辉橄岩具有更高的磁化率和极化率，可以实现同围岩地层的有效区分。1∶1万高精度磁法测量划分出磁异常3处，认为M-1 异常由地下隐伏岩体引起，局部富集磁性体，是铜镍矿成矿有利地段；推断隐伏断裂4处，可能是岩浆运移的通道。以典型科马提岩型铜镍矿矿床研究为基础，结合研究区科马提岩矿化特征，建立了“三位一体” 找矿预测地质模型，提出了针对性技术方法组合，以期为该地区下一步勘查提供一定支撑。
Abstract
Petrological and petrographic studies, as well as high-precision geophysical exploration, were conducted on the newly discovered komatiites in the Heishiliang area of the Karakoram. The results show that the Heishiliang komatiites can be divided into 5 volcanic cycles, 2 volcanic rhythms, and 4 volcanic facies. The main lithologies consist of glassy peridotite, basalt, and basaltic volcanic clastic rocks. In the multilayered glassy peridotite, typical copper-nickel ore-forming minerals such as chalcopyrite, pentlandite, and bornite are observed, indicating good metallogenic potential. The spot olivine in the glassy peridotite has an MgO content of 43.34%-46.15%, with an average of 44.78%; TFeO content of 12.21%-14.42%, with an average of 13.27%; and a Fo value of 84.24- 86.73, with an average of 86.59, belonging to the precious olivine. The Ni content in the olivine is 699×10-6 -2381× 10-6 , showing significant Ni loss and having undergone crystallization and melting separation processes, which is conducive to copper-nickel mineralization. The glassy peridotite has higher magnetization and polarization rates, allowing for effective differentiation from the surrounding rock formations. A 1∶10000 high-precision magnetic survey identified three magnetic anomalies, with the M-1 anomaly considered to be caused by a concealed rock body beneath the ground, locally enriching magnetic bodies and being a favorable area for copper-nickel mineralization. Four concealed faults are inferred, which may be channels for magma migration. Based on the study of typical Komatiite-type copper-nickel ore deposits and combined with the mineralization characteristics of Komatiite in the study area, a "trinity" prospecting prediction geological model has been established, and targeted technical method combinations have been proposed, providing support for the next exploration phase in the region.
Keywords
0 引言
1955 年新疆地质局伊犁地质大队对菁布拉克铜镍矿普查的开展（唐萍芝等，2010），标志着建国以来新疆镍矿勘查拉开了序幕。20 世纪 70 年代末喀拉通克镍铜矿床（薛国强等，2023）和土墩铜镍矿床（王敏芳等，2014）的相继发现，象征着新疆镍矿勘查进入新阶段，在铜镍矿的主攻类型和主攻地区认识上均有了突破，在中天山地块北缘发现和评价出白石泉（陈斌等，2013）和天宇镍矿（韩伟等， 2019），在新疆北山成矿带重新评价了中坡北—笔架山镍矿带。2010 年以后在东天山西段先后发现白鑫滩（李鑫等，2014）、路北（杨万志等，2017）、云海（刘超等，2020）等多个中型以上矿床。近几年来，在铜镍矿勘查方面陆续有新的找矿线索发现，但并未取得大的突破。
科马提岩（Sossi et al.，2016）最早在南非卡普瓦尔克拉通巴伯顿绿岩带发现，具有典型的鬣刺结构，属于镁铁质-超镁铁质的喷出岩，对于研究地幔性质和演化、地壳生长以及相应的地球动力学机制具有重要意义（李鹏涛，2018）。与科玛提岩有关的矿产资源主要有铂族元素、金、铬、镍等矿床，其中硫化物镍矿床具有规模大、品位高、易处理、分布集中的特点，是世界主要镍矿工业类型之一，也是当今利用最广泛的镍资源类型。科马提岩型铜镍矿床成矿地质体为科马提岩熔岩流，具矿化作用的科马提岩流通常比非矿化的科马提岩流厚度大，矿化岩流含较高 MgO 含量（＞40%）；在下盘玄武岩与上盘超镁铁质岩序列的接触部位或其附近，受通道相底部超镁铁岩-玄武岩接触部位的槽状凹陷构造控制，偶尔也产于接触带中的沉积物上层或层内，或者是超镁铁质岩序列的下部。世界级的科马提岩有关的硫化物镍矿床分布于西澳伊尔岗镍矿矿集区，以澳大利亚卡姆巴尔达、芒特基斯（毛亚晶等， 2018）、Perseverance（刘金龙等，2023）等镍矿床为代表，澳大利亚82%的镍产量来自于该类型铜镍矿床 （关志红等，2014）。新疆具有工业价值的镍矿床均为基性-超基性岩型，长久以来未见科马提岩型镍矿相关报道。以往的勘查和研究工作表明，地球物理勘探对于在铜镍矿的找矿和深部研究具有重要意义（梁光河等，2007；杨瑞亭和李志杰，2009；邵行来等，2010；杨庆华等，2010；惠卫东等，2011；朱天伦，2013）。
最近田江涛等（2021a）首次在在喀喇昆仑黑石梁一带发现和报道了科马提岩，展现了良好铜镍矿勘查前景。但目前黑石梁科马提岩工作和研究程度很低，本文在系统总结分析其岩石学、矿物学特征的基础上，开展了1∶1万高精度磁法、电法测量工作，初步建立了综合勘查模型（刘源和江思宏， 2013），以期为西昆仑科玛提岩型的铜镍矿下一步的勘查工作提供一定依据。
1 成矿地质条件
1.1 地质概况
研究区位于新疆西南喀喇昆仑（菅坤坤等， 2018；黄理善等，2023）腹地，处于印度板块与欧亚大陆的不均挤压碰撞带之西构造结（WHS）（罗照华等，2003；钱俊峰等，2009；刘栋梁等，2011）（图1a）。东构造结（丁林和钟大赉，2013）发育有著名的峨眉山大火成岩省，并产出一系列大型及超大型钒-钛-铁-铂族、铜-镍-铂族、锡多金属、铅锌、金、稀有金属矿床。研究区与其一西一东遥相呼应，目前区内已发现大型—超大型铅锌、稀有金属矿床。近年来，随着喀喇昆仑地区基础地质工作程度不断提高，在研究区不断识别出基性—超基性火山熔岩 （魏永峰等，2018；田江涛等，2021a），主要分布于团结峰—兴山隆起带（田江涛等，2021b）。田江涛等 （2021a）、田江涛和杨万志（2023）在黑石梁一带野外实地调查过程中首次发现了超基性火山岩熔岩——科马提岩，并于2022年开展了针对性普查工作，取得了系列重要成果，对于团结峰—兴山一带的地质背景研究、矿产勘查实施乃至整个西昆仑地区构造演化过程探讨更加起到了重要的更正和补充作用。
黑石梁地区处于“团兴隆起”中部“鱼钩状”火山岩分布区的鱼钩位置（图1b），出露地层为下二叠统神仙湾组粉砂岩、板岩夹糜棱岩化玄武岩、硅质岩透镜体，上白垩统铁龙滩群砾岩和泥晶-泥晶粒屑灰岩（图1c），喀拉昆仑区域断裂位于其东北十余千米处。
1—第四系；2—上白垩统铁笼滩组；3—中侏罗统龙山组；4—中生代地层；5—下二叠统神仙湾组；6—二叠系；7—前寒武系；8—基性熔岩；9— 超基性熔岩；10—玄武岩；11—玻基辉橄岩；12—集块岩；13—火山角砾岩；14—区域性断裂
综合分析黑石梁地区的地质剖面、钻孔和探槽成果，将黑石梁地区的基性—超基性火山岩划分为两大旋回，五大韵律，爆发相-溢流相-爆发沉积相-沉积相4个岩相（图2），为一套基性—超基性火山熔岩、火山碎屑岩、火山-沉积碎屑岩组合。超基性熔岩为玻基辉橄岩，也即科马提岩，主要分布于第三和第四韵律，厚度 16.72~32.2 m。基性熔岩为玄武岩，分为块状、枕状和杏仁体状，主要分布于第一、第五韵律，受钻孔工作量限制，底部玄武岩并未穿透。火山碎屑岩和火山-沉积碎屑岩较为发育，岩性主要有玄武质集块岩、火山角砾岩、晶屑凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩、沉凝灰岩和细晶灰岩。
图2黑石梁科马提岩柱状图
1—科马提岩；2—玄武岩；3—杏仁状玄武岩；4—集块岩；5—角砾岩；6—岩屑玻屑凝灰岩；7—晶屑岩屑凝灰岩；8—晶屑凝灰岩；9—沉凝灰岩； 10—凝灰质砂岩；11—灰岩；12—黄铜矿；13—镍黄铁矿；14—斑铜矿
1.2 岩石学特征
本文重点对玻基辉橄岩、玄武岩和火山角砾岩进行岩石学特征分析。
玻基辉橄岩：地表为缓倾层状展布，灰黑色、黑色，风化面见典型鬣刺结构（图3a），具玻基斑状结构，块状构造，由斑晶（74%）、基质（24%）和副矿物 （2%）组成。斑晶为普通辉石（32%）和橄榄石（42%） （图3b），辉石，自形—半自形，短柱，部分为放射状排列，粒径0.28~1.58 mm，解理｛110｝完全，多具环带结构，横切面近八边形和六边形，具有微弱多色性，正高突起，干涉色可达二级橙，因在垂直光轴的切面上色散明显，而显示一级暗灰干涉色，中心常为透辉石质普通辉石，边部为粉红色、红紫色钛辉石；橄榄石，自形，属于贵橄榄石，沿c轴呈短柱状，集合体为粒状，粒径 0.25~1.24 mm，干涉色二级顶至三级底，平行消光。纵切面呈两端尖锐的长六边形，见断续的｛110｝解理缝，横切面近菱形，常被熔蚀和蚀变，有时呈骸晶，常见蛇纹石化。基质为火山玻璃组成。副矿物见大量不透明金属矿物，多为磁铁矿。
图3黑石梁矿区典型岩石野外和镜下特征
a、b—玻基辉橄岩；c、d—玄武岩；e、f—火山角砾岩；Ol—橄榄石；Aug—辉石；Di—透辉石；Pl—斜长石；Vb—角砾
玄武岩：灰绿色，玻基斑状结构，杏仁状构造、枕状构造（图3c），由斑晶（36%）、玻质（52%）和杏仁体（12%）组成。斑晶为辉石（16%）和斜长石 （20%），辉石，不规则柱状，粒径 0.18～0.41 mm，普遍发育晶内裂纹，并沿裂纹发育次生蚀变；斜长石，自形—半自形，板状，镜下以不能准确区分其种属，全部发生绢云母化，粒径 0.12～1.72 mm。玻基，发生轻微的重结晶，呈球颗结构。杏仁体，长轴呈弱定向展布，暗示岩浆流动方向，未见其他充填物，含微量金属矿物（图3d）。
火山角砾岩：灰绿色，火山角砾结构，块状构造 （图3e），由角砾（60%）、晶屑（16%）、玻璃质（12%）、方解石（10%）和副矿物（2%）组成。角砾，粒径 2.00～3.80 mm，最大者约 5.00 mm，主要由安山岩、玻璃质团块及石英岩及石英片岩组成；安山岩，安山结构，块状构造，岩石内部强烈碳酸盐化，主要由斜长石微晶及细小磁铁矿组成，微晶斜长石定向排列明显；玻璃质团块局部发育脱玻化作用，向长英质微晶过渡；石英岩呈次圆状，具粒状变晶结构，石英发育波状消光；石英片岩为变质作用转变而来，石英整体定向排列，石英片岩角砾呈次棱角状展布。晶屑为碎屑石英（10%）和碎屑（6%）组成；石英碎屑，次圆状，粒径 0.10~0.30 mm，具波状消光；长石，基本黏土化完全，仅保留长石的板状外形。方解石均为后期蚀变产物，以类似胶结物的形式充填于各碎屑角砾周围，整体具高级白干涉色。副矿物为磁铁矿，呈他形粒状展布（图3f）。
1.3 矿物学特征
科马提岩中斑晶以橄榄石为主，含量约65%，粒径0.1～2.7 mm，半自形柱粒状，裂理发育，沿边缘及裂理被蛇纹石交代，少量已完全被蛇纹石取代，保留其外形。橄榄石斑晶电子探针SiO2含量为39.41%～4 0.28%，平均值 39.86%；MgO 含量为 43.34%～46.15%，平均值 44.78%；TFeO 含量为 12.21%～14.42%，平均值 13.27%；Fo 值为 84.24～86.73，平均值 86.59；属于镁含量较高的贵橄榄石。Ni 含量为 699×10-6~2381×10-6，呈现较大的变化区间。研究认为，未分异的含饱和硫化物的岩浆中，橄榄石含 Ni 正常量为 2500×10-6，只有当橄榄石中的 Ni 贫化至 2200×10-6 以下时，才显示出该岩体曾发生过不同程度的分异。一般而言，橄榄石中低的镍含量对成矿更加有利。由此可知研究区超基性熔岩中呈现显著的Ni亏损，经历了结晶熔离过程，利于铜镍成矿。
1.4 矿化特征
玻基辉橄岩（即科马提岩）中见硫化物聚集体，即可存在于基质中，也可以赋存于橄榄石或辉石斑晶中，硫化物为黄铜矿、镍黄铁矿、斑铜矿等典型铜镍矿成矿矿物（图4）。从黑石梁火山岩柱状图上看，多层科玛提岩中均见到了金属硫化物，自下而上，硫化物呈现逐渐增加的趋势，在中部最为富集，粒度较大，为矿化的主要层位（图2）。根据科马提岩成矿特征，笔者推测认为，黑石梁潜在的铜镍主矿体位于玻基辉橄岩底部的凹陷带中（受工作量的限制，钻孔并未穿透）。
图4科马提岩中硫化物赋存状态
Bn—斑铜矿；Ccp—黄铜矿；Pn—镍黄铁矿；Chr—铬铁矿；Mag—磁铁矿
2 区域地球物理特征
研究区布格重力场以陡变重力梯级带及其局部扭曲变化为基本特征，布格重力值北东侧高，向南及西降低，剩余重力异常有较密集的局部高重力和低间隔显示，呈现基底凸起和凹陷异常相间分布特征（新疆地质矿产勘查开发局，2013①）。航磁显示总体为低缓磁场，叠加了少量高磁异常；低缓的正磁异常区可能是中生代沉积盆地的反应，呈岛链状产出团块状正磁异常和串珠状高磁异常，可能为基性岩体（王德发等，2013）。大地电磁断面显示，在甜水海—泉水湖之间的等值线密集带，视电阻率变化梯度大，地壳内低阻层和上地幔低阻层都有从南向北不断加深的趋势，在南昆仑缝合带以北则相反（徐义刚，2002）。大地电磁测深证实在西昆仑地体和喀喇昆仑地体下20 km深处，有一高导层（低密度层）存在，热模拟结果表明，莫霍面温度偏高（秦国卿等，1994；贺日政等，2001）；对西昆仑及临区的重力和地形数据反演推算认为岩石圈有效弹性厚度小，强度低，有利于均衡调整和快速隆升（周辉等，2000）。地震层析显示上地幔物质活动剧烈，有上地幔熔融物质上升到 22 km 附近或更浅的深度，与第一低阻层埋深一致，80 km、110 km、220 km 深度图像显示低速区可能与上地幔物质上涌有关（李强等，1994）。现今昆仑造山带下的深部物质过程与作用仍在强烈进行（贺日政等，2006）。基于最新编制的 1∶100 万全国航陆域磁异常图数据，采用功率谱法对中国陆域的居里点深度进行了估算（熊盛青等，2016），在大红柳滩—团结峰—兴山—温泉一带，为一大片居里面隆起区；在该区域内发育有谷顶雪山穹隆构造、团结峰—兴山穹隆构造，中新生代岩浆活动剧烈，使该区域地温升高而发生消磁，磁性层变薄；西昆仑呈现为隆坳的团块状，隆起区埋深为 20～25 km。反映出这些地区构造活动性大、岩浆活动剧烈，热流值高，在地壳内存在低阻、低速层，为深部地幔热点作用影响的结果。
3 矿区物性特征
3.1 磁性特征
基性—超基性岩体具有相对较强的磁性，利用基性—超基性与其他围岩磁性和电学性质差异，是发现隐伏岩体最直接有效的方法。本文采集的岩 （矿）石标本涵盖了大部分岩（矿）石，具有普遍性、代表性。标本磁性测试采用 GSM-19T 质子磁力仪进行测试，测定方式选用总场高斯第二位置，主要参数为磁化率和剩余磁化强度。分析发现（表1），玻基辉橄岩磁化率最高；橄榄辉长岩、石英砂岩、杏仁状玄武岩较高；蚀变玄武岩、安山质玄武岩、闪长岩、玄武岩次之；微晶灰岩、亮晶灰岩最低。
3.2 电性特征
电性测试采用 DJS-8A 接收机进行测试，主要参数为极化率和电阻率。结果显示（表2），极化率最高的为橄榄辉长岩、玻基辉橄岩和安山质玄武岩；电阻率最低的是安山质玄武岩和玄武岩。
表1岩（矿）石标本磁性参数统计
表2岩（矿）石标本电性参数统计
4 综合物探解释
4.1 高精度磁法解释
研究区 1∶1 万 ΔT 磁异常值范围为-1351~1947 nT，圈定磁异常 3 处，划分推断隐伏断裂 4 条（图5b）。
异常 M1 位于研究区西侧，北东向展布，面积 0.5 km2，呈椭圆状，磁异常值最高达1947 nT，正负异常伴生，整体值较高，规模较小，地表对应出露主要岩性为火山角砾岩，推断该异常由地下隐伏岩体引起，局部富集磁性体。M2位于研究区中部，北东向展布，东西长约0.4 km，南北宽约0.25 km，异常区域呈椭圆状，正负异常伴生，磁异常极大值为1088 nT，强度较大，地表对应岩性为火山角砾岩和玄武岩。 M3位于研究区东南侧，呈不规则状，近东西向带状展布，长约 0.4 km，宽约 0.4 km，异常极大值为 1048 nT，地表对应岩性为火山角砾岩。
M1 和 M3 异常区及其之间的相对高值区域，存在明显的异常梯度变化，大体呈西北—东南走向，长约3.4 km；该位置是砂岩与火山角砾岩、灰岩的分界线，推断此处为隐伏断裂构造F1。M1和M2异常区之间存在宽约0.3 km、长约1.5 km的低值区域，此区域和相邻高值异常区边界明显，等值线密集，推断此处为隐伏断裂构造 F2。M2 和 M3 异常区所辐射的相对高值区域与东北侧的高值区域之间夹有低值异常带，该低值区域边界梯度变化剧烈程度自西向东逐渐减弱，但连续性较好，在此推断出大体走向为西北—东南的断裂构造F3、F4。
为更进一步分析磁异常产生原因，反映深部异常情况，削弱局部干扰异常（压制浅部异常的影响），对观测到的磁异常进行空间域解析延拓（图5）。ΔT 异常向上延拓 200 m，M2 磁异常几乎消失，推测 M2 磁异常为浅部隐伏岩体引起，规模不大。向上延拓50 m（图5c）、100 m、200 m后M1磁异常可以看出在 100~200 m 范围内异常极大值迅速衰减，同时 M3磁异常减小幅度最小，初步推断 M3异常的埋深最大。
4.2 高精度电法解释
视极化率异常的分布基本反映了该区矿化带分布，矿区激电异常主要分布在西端和中部（图6）。西端的高极化区域面积较大，中间的高极化区域呈串珠状分布，有继续延伸的趋势。视电阻率等值线存在一处明显的高值区域，西侧和南侧也存在相对的高异常。中间的高电阻率异常边界和高精度磁法异常区域相对应，推断此边界可能存在断层。
5 找矿预测地质模型及勘查技术方法组合
根据黑石梁地质特征和科马提岩型铜镍矿成矿特征，初步建立了研究区科马提岩型铜镍矿“三位一体”找矿预测地质模型（表3）。
通过全球科马提岩型铜镍矿典型矿床研究，结合研究区具体地质特征，提出如下技术方法组合：
（1）地球物理。通过区域航空磁测和重力调查界定潜在的科马提岩和熔岩通道，运用地面大比例高精度磁法测量识别岩性接触带及凹槽结构等小型结构，界定具有导电性的镍铜硫化物。
图5黑石梁矿区1∶1万高精度磁法剖析图
a—矿区地质图；b—磁法ΔT等值线图；c—磁法ΔT向上延拓50 m等值线图；d—磁法ΔT向上延拓100 m等值线图；e—磁法ΔT向上延拓200 m 等值线图；1—第四系；2—上白垩统铁笼滩组；3—中侏罗统龙山组；4—下二叠统神仙湾组；5—集块岩；6—玄武岩；7—玻基辉橄岩；8—火山角砾岩；9—地质界线；10—断裂；11—磁法测量范围；12—磁法推断断裂；13—磁异常范围
图6黑石梁矿区1∶1万高精度电法剖析图
a—矿区地质图；b—极化率；c—电阻率；1—第四系；2—中侏罗统龙山组；3—下二叠统神仙湾组；4—集块岩；5—玄武岩；6—玻基辉橄岩；7— 火山角砾岩；8—地质界线；9—断裂；10—激电测量范围；11—激电推测断层
表3科马提岩型铜镍矿找矿预测地质模型
（2）识别范围远大于矿体化学晕。块状硫化物铁帽同时具有较高的镍、铜和 PGSs 含量；大部分矿床被冲积层覆盖，因此可以通过风化层及地表植物填图研究地下地质和表生地球化学特征。
（3）确定岩浆的形成环境（火山岩、次火山岩和侵入岩）和岩相划分（溢流席状岩流、复合岩流）。
（4）根据沿岩流底部亲铜元素比值的降低趋势 （Pd/S，Cu/Pd）指示硫饱和及成矿部位。
（5）对科马提岩岩系的大多数原始地层进行封闭式岩心钻。
6 结论
（1）黑石梁基性—超基性火山岩划分出多个火山旋回和火山韵律，主体由火山角砾岩、玻基辉橄岩（科马提岩）和玄武岩组成。科马提岩与玄武岩互层状产出，呈现多期次喷发的特征，多个层位见到黄铜矿、镍黄铁矿等典型铜镍矿成矿矿物，成矿潜力较好。科马提岩中斑晶橄榄石，MgO 含量为 43.34%～46.15%，平均值 44.78%；TFeO 含量为 12.21%～14.42%，平均值 13.27%；Fo 值为 84.24～86.73，平均值 86.59；属于贵橄榄石；橄石石中 Ni 含量主要为 699×10-6~2381×10-6，呈现显著的 Ni亏损，经历了结晶熔离过程，利于铜镍成矿。
（2）玻基辉橄岩具有更高的磁化率和极化率，可以实现同围岩地层的有效区分。黑石梁地区高精度磁法测量划分处磁异常3处，认为M1异常由地下隐伏岩体引起，局部富集磁性体，是铜镍矿成矿有利地段。推断隐伏断裂 4 处，可能是岩浆运移的通道。
（3）以典型科马提岩型铜镍矿矿床研究为基础，结合研究区玻基辉橄岩具体地质特征，建立了 “三位一体”找矿预测地质模型，提出地球物理-地球化学-地质-工程验证技术方法组合。
注释
① 新疆地质矿产勘查开发局 .2013. 新疆维吾尔自治区矿产资源潜力评价重力资料应用研究成果报告[R].
