甘肅省西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶鈷礦找礦前景分析

吳建福，張 圓

1 國際國內鈷礦形式

鈷是支撐戰略性新興產業發展的重要金屬資源，主要應用于軍事、航空、冶金等領域，近年來隨著科技進步成為充電電池的必要材料，在新能源行業中應用范圍越來越廣。長期以來中國鈷礦資源缺乏，95%的鈷礦原料需要進口，國內鈷市場嚴重受制于國外的鈷礦資源。中國2016年制定的《全國礦產資源規劃（2016-2020年）》首次將鈷列入戰略性礦產目錄。我國現有儲量約占全球儲量的1.07%。我國絕大多數的鈷礦資源來自伴生礦，其主要共生在銅、鎳、鐵礦中，現已知鈷礦產地150處，以甘肅省儲量最多，約占全國總儲量的30%。故對甘肅省鈷礦成礦系統的梳理及找礦思路和找礦方向的研究十分必要。

2 區域地質背景

本文研究對象為西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶志留紀地層鈷礦找礦前景，該區地層分區屬秦祁昆地層大區—秦嶺地層區—南秦嶺地層分區。大地構造位置屬秦揚子板塊—西秦嶺褶皺帶—西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶。

梳理西傾山-南秦嶺地區鈷礦線索，我們發現該區鈷礦具有明顯的層控特征，西傾山-南秦嶺地區鈷礦含礦地層為志留紀迭部組、舟曲組、卓烏闊組，志留系為一套封閉淺海還原相泥（炭）質巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，經多次構造運動，形成低溫低氯片巖相區域變質巖，反映了陸緣裂陷沉積特點。

2.1 地層

本區志留系地層發育完整，層序清楚，為具有復理石特征的碎屑巖建造，根據發育及研究程度又可分為迭部和武都兩個小區。

迭部小區的下志留統為迭部組：

迭部組巖性有炭質千枚巖、炭質板巖及硅質板巖、黑色硅質巖等，是一套在還原環境下形成的淺海相碎屑巖建造，為一套含炭質碎屑巖及硅質巖建造。

中志留統舟曲組上部巖性含碳板巖、粉砂質千枚巖夾硅質巖、灰巖，下部為中厚層變砂巖夾板巖、粉砂質千枚巖。為一套碎屑巖夾碳酸鹽巖建造。該組在南秦嶺自西向東砂巖組分減少，千枚巖、板巖增多，但厚度差異不大。

上志留統卓烏闊組巖性為粉砂質板巖、灰巖夾少量變砂巖及硅質條帶、硅質絹云板巖、團塊灰巖、微晶灰巖夾硅質及含碳板巖。為淺海相碎屑巖及硅質巖及碳酸鹽巖建造。

武都小區的志留系分布雖廣，但構造復雜、化石稀少，巖性與建造特征除變質較深外與迭部小區無重大差異。

晚古生界以泥盆系為主，是一套淺海相碎屑巖逐漸過渡為瀉湖相白云巖的典型海退型沉積，屬碎屑巖-鎂質碳酸鹽巖建造，該套地層在迭部以西變為一套雜色碎屑巖建造，是以紅色砂礫巖、礫巖及黃色、綠色砂巖為主的濱海-三角洲相沉積。

泥盆系中統為淺海-海灣相沉積，屬碎屑巖-碳酸鹽巖建造。泥盆系中下部含有鐵礦層多為含鐵砂巖及含鐵灰巖成鱺狀赤鐵礦，有海綠石和部分薄層菱鐵礦分布。另在鐵礦層的下部巖性段中有不穩定的含磷碳酸鹽巖出現，屬海浸初期的淺海相碎屑巖及碳酸鹽巖。

上泥盆統鐵山群則主要是淺海相的鈣泥質灰巖、灰巖、砂巖、礫巖。

2.2 構造

研究區位于揚子板塊—西秦嶺褶皺帶—西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶，即迭山-成縣大斷裂以南，瑪曲-略陽-勉縣古縫合帶以北的區域。其構造演化大致經歷了早古生代末、晚古生代、早白堊世-新近紀等幾個階段，其中早古生代的加里東期以逆沖、擠壓變形為主；晚古生代至早中生代的海西-印支期，主要為脆性推覆，印支后期伴隨大規模巖漿侵入；燕山期-喜山期主要為陸內調整。形成了區內多序次、多體制、多類型及多尺度的不同力學性質構造形跡及建造體系下相互限制、聯合、疊加與改造的近東西向總體構造格局，包括迭部-武都逆沖推覆構造帶和瑪曲-文縣逆沖推覆構造帶。

2.2.1 迭部-武都逆沖推覆構造帶

該帶出露地層主要為志留紀舟曲組和少量卓烏闊組的淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖建造、泥盆紀下吾那組和古道嶺組碳酸鹽巖夾碎屑巖建造。主要礦產為沉積疊加淋積型鐵、錳、磷礦，同時該帶也是尋找砂頁巖型銅礦的有利地段。

2.2.2 瑪曲-文縣逆沖推覆構造帶

該帶西南部以三疊紀隆務河群為主，中東部以志留紀迭部組、舟曲組和卓烏闊組為主，南部以泥盆紀地層為主。中東部逆沖推覆于泥盆系三河口群之上。代表性礦床有大橋、陽山、石雞壩大型金礦等。

3 鈷礦的地質特征、成礦規律及找礦標志

3.1 鈷礦成礦地質特征

本區鈷礦往往以伴生礦種產于錳鐵銅礦中，故該區鈷礦成礦地質特征與該區錳礦等礦種成礦地質背景基本一致。

該區礦產種類繁多，有金、鐵、錳、鎢、銅、汞、鈷、鎳、銀、鋅、鉬等。與鈷礦相關的主要為志留紀地層，為一套淺海相泥（炭）質巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，其中卓烏闊組的封閉淺海還原相黑色巖系中富含Au、Cu、U、Fe、Mo、Co、Ni、Pt、Pd、P等成礦元素，是區內與黑色巖系有關的鐵、錳、金、鈾、鈷、鎳等多金屬礦的容礦地層，在志留紀地層上部巖石建造中，發現有沉積-淋積型鐵、錳礦、磷礦、釩礦，尤其是沉積-淋積型褐鐵礦、錳礦在該區星羅棋布，往往伴生有鈷礦，雖然單個礦體規模小，但礦點多，總資源量很大，具有較大的工業價值。

其次該套地層中的硅質巖、泥質巖是膠體化學沉積的鎳、鈷、鉬、鈾、銅的富集巖石，是尋找沉積型鎳、鈷、鉬、鈾、銅礦的重要靶區。志留紀地層中以往已發現了金家坪鐵錳鈷礦礦床、包家溝鐵礦、徽縣大河店一帶銅礦、大石碑鐵礦、余家灣金礦、黑火石溝金礦等。

該區成礦類型主要有三種：一是與中酸性侵入巖有關的斑巖型鎢銅礦床，主要分布在印支期迷壩巖體與志留紀舟曲組外接觸帶上；二是與海相黑色巖系及硅質巖等有關的沉積型鐵錳鈷及多金屬礦，主要分布于該區東部南康-關家溝-梁家溝一帶、南部張家坪一帶及西部迭部-武都一帶，礦點星羅棋布，屬沉積—淋積改造型。代表性礦床有金家坪鐵錳鈷礦；三是與淺海相細碎屑巖類有關的中低溫熱液型金銻汞礦床，多分布于北帶泥盆系、石炭系中，主要為中低溫熱液型。礦體一般產于北東向與東西向斷裂交匯處，礦化與中酸性脈巖關系密切。區內主要有楊家山金礦、趙家灣金礦、頭灘子-金灘子金礦、馬家山汞礦等。

總結其規律可以發現本區鈷礦往往與錳礦、鐵礦伴生產出，區內志留紀淋積式鐵礦含鐵建造主要見于南秦嶺白龍江背斜核部的志留紀迭部組、舟曲組及卓烏闊組中，主要含鐵巖石組合為富鐵石英砂巖、細砂巖、富鐵泥質巖、含碳石英砂巖等。該類礦床屬層控型礦床，據區內已發現礦產分布可以發現自瑪曲-迭部-舟曲-武都區域沿著志留紀地層分布有大量鐵礦（點）床、武都-康縣云臺-嘉陵江鎮區域沿著志留紀地層分布有大量錳礦（點）床和鐵礦（點）床，這些礦（點）床大多由于工作目的及經費等原因未做Co元素分析，是否有伴生鈷礦有待進一步勘查驗證。

3.2 區內鐵錳鈷礦相關的找礦標志

（1）成礦構造背景：西傾山-南秦嶺陸緣裂谷帶之白龍江復背斜。

（2）含礦建造：志留紀白龍江群，主要含礦建造為卓烏闊組的碳酸鹽巖、含炭細碎屑巖、硅質巖建造。此外，舟曲組局部碳酸鹽巖及含炭細碎屑巖建造也為含礦建造。地層：據區內地質背景及成礦特征，認為該區地層標志為志留紀地層碳酸鹽巖、硅質細碎屑巖建造，區內鈷礦往往與沉積淋濾型鐵錳礦伴生。

（3）成礦時代：本區典型鈷、鐵、錳礦礦床為沉積-淋積改造型，其沉積成礦時代為加里東晚期，淋積改造時代主要在燕山-喜山期。

（4）礦石礦物：鐵礦以褐鐵礦為主，次為赤鐵礦；錳礦以軟錳礦為主，次為菱錳礦。

（5）化探異常：卓烏闊組含礦建造中水系沉積物異常分布數量多、范圍廣，異常元素組合為Co、Mn、U、Mo、Cu、Ni、Zn、V、Ag、Ba、As，屬親鐵的元素組合，是尋找鈷、錳等多金屬礦的有利部位。

（6）遙感異常：Crosta法遙感異常以三價鐵染為主，團塊狀、密集麻點狀分布于晚志留世卓烏闊組。遙感異常可提供賦礦地層分布信息。

（7）蝕變特征：近礦圍巖主要為灰巖、炭質板巖，硅質巖，礦化蝕變主要有褐鐵礦化蝕變帶及退色帶（鐵帽）、硅化、方解石化、粘土化等。褐鐵礦化蝕變帶及退色帶、褐鐵礦露頭和采礦遺跡。

4 典型礦床

4.1 金家坪淋積型錳鈷礦特征

金家坪錳鈷礦位于南秦嶺東段，成礦區劃屬甘肅瑪曲-陜西略陽區域成礦帶亞爾碼-舟曲金、銅、鐵、錳、磷成礦亞帶。礦區主要出露晚志留紀卓烏闊組（S3zw）。錳礦體多產于第四巖性段的灰巖、硅質巖組合中，多在二者界線附近，受層間斷裂控制，頂、底板主要巖石為結晶灰巖、硅質巖、硅質角礫巖和硅質灰巖，少數見有板巖。礦體呈似層狀、扁豆狀、透鏡狀或不規則狀等。礦體因淋積和地表風化作用使形態趨于復雜化，個別礦體具分枝狀、多層狀。礦體長度數十米至820m不等，厚0.83m～6.91m。金家坪礦區錳平均品位22.39%，主要伴生有用組分為鈷，多數錳礦體鈷含量達到綜合評價指標要求（0.02%～0.06%）。礦體傾向多向南，傾角45°～80°。礦區目前共圈定錳礦體23個，其中20個礦體中均伴生鈷，品位在0.03%～0.21%。

4.2 金家坪成礦模式

按成礦作用及礦物共生組合特征，該礦床可劃分為2個成礦階段。

4.2.1 沉積階段

在晚志留紀（加里東晚期）西傾山-南秦嶺陸緣裂谷環境下，本區接受了半深水-深水陸架斜坡碳酸鹽巖、含炭細碎屑巖、硅質巖沉積建造，形成卓烏闊組主要由硅質條帶、團塊灰巖、砂屑砂巖夾含炭板巖、硅質巖、硅質板巖組成的巖石組合，其中硅質巖、灰巖富集Fe、Mn、Co、Ni、Au、Cu、Pb、Zn等成礦元素。沉積階段可分為陸相搬運、海相沉積、成礦物質固化失水結晶三個過程。

陸相搬運過程，石英微砂、水云母、泥鈣質和以離子、膠體狀態存在的錳、鈷、鎳、硅質等物質，由碧口古陸向南秦嶺海槽運移。

海相沉積過程，遠距離搬運的成礦物質在海底洼地形成化學（碳酸鹽巖）、膠體狀（硅質巖）沉淀物和褐錳礦、水錳礦、軟錳礦等，共（伴）生的鈷也隨之沉淀。

成礦物質固化失水結晶過程，隨著沉積層的加厚，在重力或構造營力作用下成礦物質失水-結晶-固化，形成礦體或礦胚層。

4.2.2 淋積改造階段

自燕山期以來，該區抬升進入陸地造山演化，已褶皺造山處于陸相環境的卓烏闊組碳酸鹽巖、硅質細碎屑巖建造中，包括張性順層斷裂在內的不同方向、不同類型、不同時代的斷裂十分發育，為金家坪淋積型錳鈷礦床的形成提供了良好的成礦流體通道和沉淀成礦的空間。在炎熱潮濕的氧化條件下，充足的大氣降水和地下水不斷汲取含礦建造中的錳質，在硅質板巖為頂板，灰巖為底板的成礦有利空間沉淀。經這種長期循環的淋積作用，最終形成金家坪淋積型錳鈷礦礦床。

5 找礦遠景分析

5.1 區域礦產

研究區成礦帶屬秦祁昆成礦域—秦嶺-大別成礦省—西秦嶺Pb-Zn-Cu（Fe）-Au-Hg-Sb成礦帶（III-28）和東秦嶺Au-Ag-Mo-Cu-Pb-Zn-Sb非金屬成礦帶（III-66）。該區已發現礦產主要有金、銅、鐵、錳、鈷、鉛、鉬、煤礦等。南康縣一帶主要為金礦（如近年取得較大突破的大橋金礦等），康縣-迷壩一帶主要為多金屬礦（如金家坪錳鈷礦、廣金壩金礦等）。

5.2 區域化探及其解釋

據西秦嶺1：20萬地球化學數據成圖可以看出Co元素在研究區志留紀地層明顯沿著地層分布而展布，具有明顯的異常帶。

在研究區東部已發現有金家坪錳鈷礦，在其周邊大量的錳礦（點）床、褐鐵礦（點）床大部分存在伴生鈷礦。在武都東側異常區已發現張家坪一帶鈷礦點3處。其中金家坪錳鈷礦以錳礦為主伴生鈷礦。張坪一帶鈷礦包括張坪鈷礦、潘家山鈷礦及寺楞干鈷礦，該區鈷礦與原有鐵礦體呈異體伴生，鈷礦體中有鎳、鋅、銅伴生。

本文對南秦嶺1：20萬水系沉積物測量19種元素15637個數據進行了分析。

通過因子分析可以看出F1因子組合為Co、Cr、Cu、Mn、Ni。從元素組合上看主要為親鐵元素的組合，是南秦嶺主要成礦系列之一；另一方面該因子指示南秦嶺鈷錳礦的成礦物質來源可能來自于志留系內部的基性超基性沉積物質；F2因子組合為Ag、Pb、Zn，為一組親硫元素組合，代表南秦嶺中溫熱液成礦系列；F3因子組合為Sb、Hg、As，為低溫熱液成礦元素組合。

通過聚類分析可以看出南秦嶺地區元素組合可分為5組，分別 為Ag、Cd、Bi組 合；Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B組 合；Au元素；F、W組合；As、Sb、Hg、Ba、Pb、Zn組合，與Co元素密切相關的元素組合為Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B，通過元素組合可以看出其中與Co元素密切相關的元素組合為Cr、Mn、Fe、Co、Ni，其為與超基性巖相關的親鐵元素組合，同時也印證了因子分析中的F1因子關于對志留紀沉積地層的部分物質來源為與超基性巖相關的推論（前人對南秦嶺南緣陜西紫陽-嵐皋-平利和湖北竹溪等地的早古生代地層中發育一套超鎂鐵質-鎂鐵質巖脈和堿性火山雜巖及其幔源捕擄體的巖石學、礦物學及地球化學開展了大量研究，并提出它們是早古生代晚期南秦嶺被動陸緣裂陷拉張幔源巖漿活動的產物；年代學研究顯示這套超鎂鐵質-鎂鐵質巖脈和堿性火山雜巖的年齡為430Ma左右）。而地球化學性質較活潑的元素如：B、Cu，可能是在同生期、成巖期以吸附或化學沉淀方式富集的，其濃度記錄了沉積成巖過程中環境的特征，同時也指示了元素富集是伴隨著構造通道富集的特征。同時Fe、Mn是熱液流體的主要組成元素，因此也是該區找沉積淋濾型鐵錳鈷礦的重要標志。

對比區內已發現鈷礦，該區在舟曲-武都一線異常教好，是有利的鈷礦找礦靶區。

6 結論

（1）本區鈷礦往往與錳礦、鐵礦伴生產出，區內志留紀淋積式鐵錳礦含鐵建造主要見于南秦嶺白龍江背斜核部的志留紀迭部組、舟曲組及卓烏闊組中，沿著志留紀地層分布有大量錳礦（點）床和鐵礦（點）床，這些礦（點）床大多未做Co元素分析，是否有伴生鈷礦有待進一步勘查驗證。

（2）西秦嶺存在沉積型鈷、鐵、錳礦帶，有必要進一步部署勘查。尤其已發現的鐵錳礦床（點）進行二次開發利用，查明其鈷礦含礦性。

（3）近東西向脆韌性破碎帶，層間張性斷層是區內重要的找礦標志。

（4）褐鐵礦化及硅化蝕變褪色帶是區內重要找礦標志。