印尼威拉礫巖型紅土鎳礦地質特征及找礦思路

閆奕璞, 祁書亮, 魏向濤, 葉存勇, 蒲繼紅

河北省地礦局第五地質大隊， 河北唐山063004

0 引言

以往紅土型鎳礦的研究主要側重于：①礦床的分布區域、大地構造背景；②礦床(風化殼)結構分帶及含礦性、礦體特征和礦石類型；③Ni元素從超基性巖內析出、淋濾到次生富集所經歷的復雜的物理、化學和生物等風化過程；④研究對象的成礦母巖均為超基性侵入巖[1-3]。而對礫巖型紅土鎳礦的研究則較少[4]，也只是對結構分帶、含礦性及形成過程進行了研究；對該型礦床規模及勘查工作思路方面的研究尚未見及。筆者從成礦母巖的成因、形成時間及對礦床規模、礦體厚度、品位和品級等的制約上進行探討進而提出勘查思路，為“走出去”進行紅土型鎳礦勘查提供借鑒。

印度尼西亞紅土型鎳礦資源豐富[5-6]，是中國相關企業“走出去”的首選地之一。威拉礫巖型紅土鎳礦(以下簡稱威拉鎳礦)(1)河北省地礦局第五地質大隊.印度尼西亞東南蘇拉威西省北部哥那威縣威拉地區紅土型鎳礦普查地質報告.唐山：河北省地礦局，2018.位于印尼東南蘇拉威西省北部哥那威縣(Konawe Utara)(北距中蘇拉威西省省界12 km)。礦區地處中低山系構造剝蝕區。當地氣候屬熱帶雨林氣候，炎熱濕潤，雨量充足。自然環境有利于風化殼型紅土鎳礦床的形成[7-8]。

1 區域地質

威拉鎳礦位于蘇拉威西島中偏南部的東側近海一帶，大地構造位置處于印太海溝島弧帶的東端南部邊緣、澳大利亞板塊北部，屬海溝島弧帶交匯部位(圖1)。由于澳大利亞板塊向北俯沖、擠壓，島弧式造山作用在該區域表現較為突出，導致蘇拉威西島一帶構造巖漿活動頻繁而強烈，廣泛分布超基性-基性巖和蛇綠巖套，該蛇綠巖套稱東蘇拉威西蛇綠巖套，其從哥倫打洛灣經過中蘇拉威西省、蘇拉威西島東南分支到布通島和卡巴那島全長700 km，主要巖性為輝長巖、橄欖巖和蛇綠巖，侵入時代為中生代末期(2)中國地質調查局發展研究中心.全球礦產資源信息系統數據庫建設之三十七(亞洲卷)：印度尼西亞.北京：中國地質調查局發展研究中心境外地質礦產研究部, 2015.。其出露面積大者上千km2至萬余km2，小者幾km2。是區域紅土型鎳礦床的成礦母巖。

圖1 威拉鎳礦大地構造位置圖Fig.1 Geotectonic location of Weila nickel mine

圖2 威拉鎳礦區域地質圖(據印尼地質調查研究中心1∶25萬LASUSUA-KENDARI幅區域地質圖，1993)②Fig.2 Regional geological map of Weila nickel mine area

威拉鎳礦位于太平洋板塊與歐亞板塊過渡帶地層區西棉蘭老島—蘇拉威西地層分區東蘇拉威西地層小區內(3)中國地質調查局發展研究中心.全球礦產資源信息系統數據庫建設之三十七(亞洲卷)：印度尼西亞.北京：中國地質調查局發展研究中心境外地質礦產研究部, 2015.② 印尼地質調查研究中心.1∶25萬LASUSUA-KENDARI幅區域地質圖.萬隆：印尼地質調查研究中心，1993.，以發育蛇綠巖套和古近系—新近系構造混雜巖為特征(圖2)。中生界發育較全，為三疊系—侏羅系托卡拉組(TRJt)：主要巖性為碳質泥巖、砂巖、頁巖和板巖，為淺海相沉積；麋鹿湖組(TRJm)：主要巖性為粉砂巖、砂巖、石英巖、黑色頁巖、紅色頁巖、千枚巖和板巖，為海相碎屑巖類沉積。白堊系馬塔諾組(Km)：主要巖性為含燧石夾層鈣質泥巖、砂巖和灰巖，為海相沉積。其覆蓋在早白堊紀蛇綠巖套之上，與下伏其他地層為斷層接觸。古近系始新—漸新統薩各迪克組(Tems)：主要巖性為泥灰巖、鮞狀灰巖,為海相沉積,與下伏地層為斷層接觸。新近系上新統潘多亞組(Tmpp)：以礫巖、砂巖為主的粗碎屑巖，屬構造混雜巖,稱“蘇拉威西磨拉石”，不整合于下伏地層之上。第四系主要為珊瑚礁沉積及沖積物沉積。

本區域斷裂構造比較發育，主要有NW向、NE向兩組，長度多數在數km以上。上新世以后地殼差異升降運動顯著，珊瑚礁高出海面400～700 m。上新世的上升運動伴隨強烈的風化作用，超鎂鐵質巖經風化淋濾，富集成紅土型鎳礦[9-10]。

本區的蛇綠巖套(Ku)屬蘇拉威西島東南分支的一部分，威拉鎳礦區外圍呈近環狀分布，巖石組合為方輝橄欖巖、斜輝橄欖巖、二輝橄欖巖夾純橄欖巖、輝石巖和輝長巖等。部分巖石具蛇紋石化。

2 礦區地質

2.1 地層

威拉鎳礦區及周邊出露地層主要為白堊系上統馬塔諾組、新近系上新統潘多亞組、第四系下統沖積物及全新統殘坡積物、沖洪積物(圖3)。

2.1.1 白堊系、新近系地層

(1)白堊系上統馬塔諾組(Km)

分布于礦區西、北、東部，以古山間盆地的基底形式出現，基巖裸露、地形較陡峻。主要巖性以灰巖為主，巖石呈灰色-深灰色，泥晶結構，中層-厚層狀產出。礦物成分以方解石為主，含量>95%；常見方解石細脈。

圖3 威拉鎳礦礦區地質圖Fig.3 Geological map of Weila nickel mine

(2)新近系上新統潘多亞組(Tmpp)

南部以泥巖、粉砂巖和砂巖為主夾有粉砂質粉晶含灰質白云巖，地形低緩；中部北東向山脊地形陡峻，露頭良好，巖石基巖裸露以礫巖為主，巖石呈雜色，礫狀結構，厚層狀構造，地表巖塊狀分布。礫石成分復雜，以灰巖質為主，次見石英脈巖等，礫石呈次圓狀-圓狀，大小不一，直徑2～200 mm，分選性差，含量>70%。砂質成分以長石、石英為主，粒度0.5～2 mm，呈填隙物分布，含量>20%。膠結物為泥質、鈣質，巖石堅硬，不整合在馬塔諾組灰巖之上。

2.1.2 第四系地層

礦區內分布較廣，主要以下更新統沖積物,殘坡積物及全新統沖洪積物為主。

(1)下更新統沖積物(Qp1al)

下更新統沖積物為本次工作新發現的地層，呈一斜歪的倒U字型分布于礦區中部古山間盆地中，主要巖性為礫巖、巨礫巖，礫石成分以超基性巖的橄欖巖為主，含量>99%，偶見灰巖形成的礫石(圖4)；礫徑粗大，以巨礫為主，少部分粗礫狀。厚度一般在數米至二三十米間，礦區中部溝谷中野外調查發現最大厚度在百米左右。該礫巖是威拉礫巖型紅土鎳礦的成礦母巖。與下伏地層為不整合接觸(圖5)。

橄欖巖質礫巖礫石成分為含尖晶輝石橄欖巖(巖礦鑒定由河北省區域地質調查院實驗室完成，下同)：巖石新鮮面呈深灰色，半自形粒狀結構、網狀結構，塊狀構造。成分由橄欖石和輝石、尖晶石組成。

橄欖石：呈自形-半自形粒狀，部分顆粒邊界不清楚，少部分粒度0.2～2 mm，雜亂分布，不具定向特征，構成巖石主體，具網狀結構，沿網格具蛇紋石化，少量具褐鐵礦化。含量75%±。

輝石：主要為斜方輝石，粒度部分0.6～2 mm，部分2～5 mm，雜亂分布，表面可見裂紋，少量沿邊緣及裂紋具皂石化、絹云母化。含量20%～25%。

圖4 橄欖巖質礫巖中的一個灰巖礫石照片Fig.4 Limestone gravel in a peridotite conglomerate

圖5 橄欖巖質礫巖不整合在砂巖之上的照片Fig.5 Peridotite conglomerate unconformably overlying sandstone

尖晶石：黃褐色，呈他形粒狀，大小0.1～0.5 mm，零散分布。含量1～5%。副礦物為不透明礦物-磁鐵礦和鉻鐵礦等。次生礦物為蛇紋石、皂石、絹云母和褐鐵礦。

時代探討：①該套地層不整合在新近系上新統潘多亞組各種碎屑巖及白堊系上統馬塔諾組灰巖之上，其形成時代為第四紀；②其出露高于當地侵蝕面數十至200余米，部分已構成山脊，表面經風化淋濾已形成最厚達26 m的風化殼，短時間內的風化難于達到這樣的程度；③該套地層的巖石已固結成巖，據此將其時代定為早更新世是恰當的。

(2)殘坡積物(Qedl)

地表殘坡積物按顏色又可以劃分為黃色和紅色兩種，后者俗稱紅土風化殼，多構成紅土型鎳礦體。

黃色殘坡積物：多分布在灰巖、礫巖之上，以黃色、黃褐灰色為主，成分為基巖風化后形成的黏土、砂土及轉石，厚度各地不一，向下漸變為基巖。因區內分布較少，未單獨劃出。

紅土風化殼：區內紅土風化殼分布面積相對較大，垂向剖面上有明顯的巖相分帶性，為區內紅土型鎳礦主要賦礦層位。

(3)沖洪積物(Qal)

分布在河流及溝谷中，主要由卵石、礫石、砂土和黏土組成。

2.2 礦區構造

上新世后的上升運動使得呈環狀分布于礦區外圍的蛇綠巖套被抬升掀斜，遭受剝蝕搬運，在礦區中部山間盆地中沉積，形成下更新統以橄欖巖質礫石為主要成分的巨礫巖、粗礫巖。之后伴隨強烈的風化、淋濾作用，鎳質富集成紅土型鎳礦。

區內馬塔諾組、潘多亞組地層以掀斜為主，褶皺構造不發育，未發現斷層構造，也未發現巖漿巖出露。

3 紅土風化殼垂向分帶及區域巖性對比

3.1 紅土風化殼垂向分帶

風化殼在垂向剖面上有明顯的巖相分帶，根據其顏色、結構、構造及物質組成劃分為3個巖性段，各巖性段之間界線為漸變關系，自上而下巖性序列為：紅土帶、腐巖帶及基巖帶[11-13]。

紅土帶上部以褐紅色黏土為主。

褐紅色黏土呈褐紅色、紫紅色，泥質結構，土狀構造，由黏土質礦物、鐵質礦物(占95%～97%)及少量原巖殘留、硅質礦物(3%～5%)組成。薄片鑒定為鐵質黏土，黏土質由隱晶狀、顯微鱗片狀黏土礦物組成，鐵質呈褐紅-褐黃色隱晶狀，二者混雜，略顯定向分布。少量黏土質集合體碎屑狀外形，零散分布，有的呈殘留網格結構。部分鐵質相對呈聚集狀分布。原巖殘留礦物、碎塊及不透明礦物顆粒零散狀分布。硅質礦物由隱晶狀玉髓、微粒狀石英構成，集合體顯碎屑狀或細脈狀等，零星可見，為晚期次生礦物。

褐紅色黏土層主要分布在山坡、山前開闊地帶及低山頂部，由橄欖巖質礫巖風化而成。

該巖性段為邊界品位鎳礦體主要賦礦層位。

紅土帶下部以淺褐紅色、黃色和黃褐色黏土為主，泥質結構，多呈疏松多孔的土狀構造，局部呈粒狀構造，與紅色黏土層相比，顆粒變粗，主要為風化殘留的碎、小顆粒。主要礦物有針鐵礦、褐鐵礦，由橄欖巖質礫巖經長期強烈風化形成，與上層紅色黏土層呈漸變過渡，鐵含量較上層低。該巖性段在本區內不發育。

腐巖帶為強風化的橄欖巖質礫巖。主要為黃綠色、黃褐色風化土狀顆粒、碎塊，泥質結構，塊狀構造。薄片鑒定為強風化輝石橄欖巖，巖石由橄欖石假像(75%)、輝石(20%)組成。橄欖石呈粒狀，雜亂分布，被蛇紋石、黏土質和鐵質等交代明顯，單偏光顯微鏡下殘留網格結構，網眼內有橄欖石殘留。蛇紋石呈纖狀、鱗片狀等；黏土質呈隱晶狀、微細鱗片狀，鐵質呈黃褐色粉狀，黏土質、鐵質呈混雜狀交代蛇紋石、橄欖石，少量黏土質集合體似斜長石假像。輝石呈柱狀，零散分布，輕微黏土化等。該層位常見未風化或弱風化的橄欖巖殘塊，殘塊中心通常風化較弱，邊部風化相對較強。該層上部風化程度較高，多呈黏土狀，松散易碎，間夾少量的團塊狀原巖；底部靠近基巖位置，混雜的基巖風化物逐漸增多，變為碎塊狀、塊狀，巖石硬度增加，沿裂隙多見次生石英細脈偶見翠綠色薄膜狀鎳化細脈。該巖性段為本區邊界品位鎳礦體主要賦礦層位及主要的工業礦體含礦層位。

紅土帶至腐巖帶有不同程度的鎳礦化，在腐巖帶的中下部(土塊狀)達到最大富集，少數在較深的腐巖底部才出現最大富集。

基巖帶腐巖帶向下隨著風化程度的減弱，巖性逐漸過渡為基巖-橄欖巖質礫巖。

3.2 區域巖性對比

區域上，在本省的科拉卡縣(Kolaka)也曾發現并研究過礫巖型紅土鎳礦，其礫巖主要分布在該研究區的中部，直接覆蓋在超基性巖和混雜片巖之上，與二者為沉積接觸關系。礫巖成分北部以橄欖巖、純橄欖巖等超基性巖為主，含量>95%，局部見少量雜砂巖礫石，該區鎳礦體主要產出于該類以超基性巖為主要成分的礫巖中。向南超基性巖礫石含量逐漸減少，雜礫巖、泥巖礫石含量增多，局部夾少量鈣質泥巖、雜砂巖，該類礫巖中僅局部見零星的鎳礦化。向中南漸變為砂巖，成分復雜，局部夾少量含礫粗砂巖、泥巖。該套地層形成于始新世—漸新世時期[14]。由上述可見，兩地雖同為礫巖型紅土鎳礦，但原巖地層形成時間上科拉卡縣的礫巖型紅土鎳礦形成于始新世—漸新世時期，明顯早于本區的早更新世，那么相應的地層層位便也不同。更加明顯的是基巖巖性的不同：科拉卡縣的礫巖型紅土鎳礦由超基性巖質礫巖漸變為砂巖，而本區則全為橄欖巖質礫巖。

4 見礦情況、區域對比及開采經濟效益

威拉鎳礦形成基巖為橄欖巖質礫巖，分布面積<5.5 km2，本次普查工作施工鉆孔74個，見礦孔51個，圈定邊界品位礦體4個，礦體厚度3.10～4.13 m，平均厚度3.62 m；21個孔中見工業品位礦，除分兩處的7個孔可圈定3個塊段的333資源量外，其他14孔為單孔或相鄰兩孔見礦，礦體厚度2.17～3.67 m，平均厚度2.92 m；獲得的333資源量情況見表1。利用見礦孔中571件樣品(由本隊測試,下同)統計了風化殼(紅土帶+腐巖帶)厚度、紅土帶及腐巖帶厚度和品位等(表2、3)。

位于北西方向160 km且同處于蘇拉威西東部蛇綠巖套中的中蘇拉威西省莫羅瓦利縣(Morowali)哈薩紅土型鎳礦(4)河北省地礦局第五地質大隊.印度尼西亞中蘇拉威西省Morowali縣Kolonodale鎮哈薩紅土鎳礦A、C區普查地質報告.唐山：河北省地礦局，2014.,礦區面積>25 km2，區內及周邊基巖全為橄欖巖，普查工作施工鉆孔239個，見礦孔210個，圈定邊界品位礦體7個，礦體厚度3.85～6.84 m，平均厚度4.96 m；圈定工業品位礦體7個，礦體厚度4.23～8.20 m，平均厚度5.84 m；獲得的推斷內蘊經濟資源量(333)(表1)。利用見礦孔中3 001件樣品統計了風化殼(紅土帶+腐巖帶)厚度、紅土帶及腐巖帶厚度和品位等(表2、3)。

科拉卡縣礫巖型紅土鎳礦同樣劃分為紅土帶(包括腐殖土層、紅土層)、腐巖帶(包括強風化礫巖層、半風化礫巖層)和基巖。各層品位和厚度見表4。其強風化礫巖層內局部可形成工業礦體，一般規模不大；半風化礫巖層為主要含礦層。

表1 礦區Ni 333資源量統計表(單位：礦石量、金屬量，萬t；Ni品位：%)

*：邊界品位礦1.40%>ω(Ni)≥1.00%，工業品位礦：ω(Ni)≥1.40%，高品位礦ω(Ni)≥1.80%。

**：高品位礦在工業礦體內再次圈定。

表2 礦區風化殼厚度統計表

表3 礦區風化殼品位統計表

表4 科拉卡縣(Kolaka)鎳礦風化殼品位、厚度統計表

威拉鎳礦成礦基巖為橄欖巖質礫巖，自早更新世成巖之后經風化淋濾、富集成礦。哈薩鎳礦成礦基巖為橄欖巖，自上新世開始經強烈風化作用淋濾、富集成礦。威拉鎳礦成礦物質(基巖)分布范圍明顯不足；成礦時間上遠遠短于哈薩鎳礦；其礦床規模上威拉鎳礦明顯低于哈薩鎳礦，前者工業品位礦石量占比僅為5.23%，后者為47.16%并具有20%的高品位礦；后者的邊界品位礦體厚度是前者的1.37倍，工業品位礦體為2倍，品位也明顯高于前者。

由表2、3中數據可以看出，由于風化作用的時間較短，威拉鎳礦紅土帶厚度明顯小于腐巖帶厚度，而哈薩鎳礦卻恰恰相反。風化殼平均厚度后者高出前者3 m。紅土帶、腐巖帶的Ni、TFe品位，后者明顯大于前者，反映了后者的風化程度明顯高于前者。

科拉卡縣鎳礦成礦時間與哈薩鎳礦相近。但其紅土帶、腐巖帶厚度、Ni品位與威拉鎳礦相近，TFe品位卻與哈薩鎳礦相近，僅在腐巖帶中含礦。

印度尼西亞蘇拉威西島等地有數十家中外企業開采紅土型鎳礦，其經濟適用的冶煉方法為濕法冶煉HPAL(高壓酸浸)工藝。HPAL工藝的經濟性主要取決于礦石品位、生產規模和轉化成本等因素。年產3×104t金屬鎳，礦石邊界品位1.4%，且擁有20年壽命期的項目才是經濟的[15]。相關企業遵循上述指標進行生產，經濟效益將十分可觀。

5 結論

(1)由超基性巖經剝蝕、搬運和沉積形成礫巖之后再經風化淋濾富集形成的礫巖型紅土鎳礦，其成礦時間短，礦床規模、厚度、品位和品級等明顯低于直接由超基性巖經風化淋濾富集形成的紅土型鎳礦。

(2)礫巖型紅土鎳礦床品位低，難以達到礦石邊界品位最低1.4%的標準且礦床規模小，無法滿足大于20年開采期限且年產不低于3×104t金屬鎳的要求；當前經濟狀況下開采利用將處于虧損狀態。

(3)“走出去”進行紅土型鎳礦找礦勘查時，應首先確定其成礦母巖巖性，優先尋找成礦母巖為超基性巖者并可進一步開展工作；對礫巖型紅土型鎳礦，在踏勘階段完全能夠確定其為礫巖型的，即可終止下一步工作；成礦母巖巖性確定困難的，其勘查程度不宜超越預查階段。