Metallogenic model and prospecting direction of the Xiarihamu Ni-Cu sulfide deposit in East Kunlun area
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摘要:
通过对夏日哈木铜镍矿成矿地质背景、矿床地质特征的研究，总结了夏日哈木铜镍矿床成矿模式。认为夏日哈木岩体群处于昆中岩浆弧带，晚志留世-早泥盆世处于陆-陆碰撞阶段伸展环境，是夏日哈木超大型镍-钴硫化物矿形成的先决条件；幔源岩浆深部熔离和向上贯入是成矿关键，熔离成矿过程中地壳混染也是一个必须条件，后期构造控制了矿体的定位以及形态。该区成矿经历了橄榄石和斜方辉石成矿期、黄铜矿和镍黄铁矿成矿期和镍华和孔雀石表生氧化期三期。据此提出下一步找矿方向，区域上昆中岩浆弧带是主要的成矿区带，矿区Ⅰ和Ⅲ号岩体中间是深部最有利的验证位置，外围拉宁灶火异常是验证的重要靶区。
Abstract:Based on a study of the metallogenic characteristics and condition as well as mechanism of the Xiarihamu Cu-Ni sulfide deposit, the authors summed up the metallogenic model of the Xiarihamu Ni-Cu sulfide deposit. The authors hold that Xiarihamu magma group was located in eastern Kunlun island arc magma zone, and that the collisional extension environment constituted the basic con-dition for the formation of the Xiarihamu superlarge Cu-Ni sulfide deposit during the Late Silurian-Early Devonian period. That constituted the prerequisite for the formation of the deposit and the key to the mineralization and the separation of sulfides as well as ore pulp injection. The crustal contamination of S played a very important role in forming Ni orebody. The orebodies are spatially controlled by faults. The metallogenic process of the Xiarihamu deposit can be divided into three stages, i.e., olivine and orthopyroxene metallogenic period, chalcopyrite and pentlandite metallogenic period, annabergite malachite and supergene oxidation stage. It is also pointed out that the regional key prospecting target is the central Kunlun magma arc zone, the area between Ⅰand Ⅲ rock bodies is the most favorable places for deep verification, and the Laningzaohuo anomaly in the periphery is an important target area for verification.
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Keywords:
- Xiarihamu /
- Ni-Cu sulfide deposit /
- metallogenic model /
- prospecting direction
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鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区，为中国第二大沉积盆地，跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，盆地面积达到25×104km2。鄂尔多斯盆地的中上三叠统—下白垩统发育，发现有多门类的动植物化石[1]，盆地沉积了巨厚的白垩系。含恐龙等脊椎动物足迹的地层属于下白垩统志丹群，自下而上包含宜君组、洛河组、华池组、环河组、罗汉洞组、泾川组，以及仅分布于东北部的喇嘛湾组[2]。在鄂尔多斯盆地西北部，恐龙足迹主要产于罗汉洞组和泾川组[3]。在鄂尔多斯盆地南部边缘旬邑县洛河组也发现过恐龙足迹[1]。
2017年9—11月，陕西省地质调查中心承担的“陕北丹霞地貌地质遗迹调查项目”及神木市公格沟丹霞地质公园申报项目，在鄂尔多斯盆地东北缘神木市中鸡一带的下白垩统洛河组(K1l)上部紫红色砂岩中发现恐龙与其他四足类足迹多处，该组合的发现在中国尚属首次。
1. 地质背景
洛河组由“洛河砂岩”演变而来，区域上平行不整合在中侏罗统安定组之上[4]。研究区，即鄂尔多斯东北部一带，洛河组厚度63.79m，以紫红色-暗紫红色厚-块状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与薄层中-粗粒长石石英砂岩、石英砂岩为主，构成典型的丹霞地貌景观。
鄂尔多斯盆地在中侏罗统安定组沉积末期，受晚侏罗世燕山运动末期的隆升影响，盆地抬升掀斜遭受剥蚀[5]。到早白垩世初期，鄂尔多斯盆地伸展，洛河组开始沉积。前人研究与1：5万区域地质调查资料①指出，洛河组的沉积环境属河流、湖泊相[6]，而近年来不少学者则认为其属于沙漠相[7-8]，在洛河期，鄂尔多斯盆地进入白垩纪第一个沙漠沉积发育的鼎盛期[8]。综合区调等资料，洛河组早期沉积时盆地具准平原性质，河流宽阔，河漫滩较发育，沉积了紫红色、棕红色、砖红色厚层砂岩，并夹有灰白色高岭石质细砂岩，砂岩体中发育以大-巨型槽状交错层、交错层理为特征的中粒长石砂岩夹少量粉砂岩沉积组合，属河流及冲积扇沉积；中期沉积形成紫红色、棕红色、砖红色厚层中粗粒砂岩，砂岩体中发育以大-巨型风成板状交错层、风成斜层理为特征的中粗粒长石砂岩，明显具有沙漠相沙丘、丘间亚相；晚期沉积则形成一套紫红色块状泥岩、粉砂质泥岩夹薄层泥质粉砂岩组合，发育水平层理、低角度斜层理、泥裂、雨痕等，指示了浅水沙漠湖泊相沉积沙丘砂岩发育的低角度斜层理方向，可能反映了以西北风为主，局部有东南暖风作用。
现将研究区含恐龙等脊椎动物足迹地层岩性描述如下。
上覆地层：第四纪全新世风成沙、黄土层
~~~~~~~~~~~~~~~~~不整合接触~~~~~~~~~~~~~~~~~
早白垩世洛河组(K1l) ＞18.74m
6.紫红色薄层状细粒长石石英砂岩 0.51m
5.紫红色薄层中-粗粒长石石英砂岩，发育板状斜层理，有三趾型恐龙足迹 4.74m
4.紫红色薄层细粒石英砂岩，发育平行层理 5.20m
3.紫红色中厚层中粒长石石英砂岩，具平行层理 5.80m
2.紫红色薄层细粒长石石英砂岩，发育水平层理 1.53m
1.紫红色薄层中粒石英砂岩，有二趾型恐龙足迹与小型四足类足迹，未见底 0.96m
~~~~~~~~~~~~~~~~~不整合接触~~~~~~~~~~~~~~~~~
下伏地层：中侏罗统安定组(J2a)深灰色微-薄层粉砂质泥岩
2. 足迹点与足迹形态
2.1 足迹点概貌
神木市中鸡镇脊椎动物足迹化石分布在宝刀石梨村公格沟水库东岸边，在30km2红色丹霞景观范围内，目前已发现3处恐龙足迹点及2处小型四足类足迹点(图 1)。
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图 1 神木市中鸡镇恐龙等脊椎动物足迹化石分布Figure 1. Distribution map of footprint fossil from dinosaurs and other vertebrate in Zhongji town, Shenmu city1号足迹点目前发现两枚足迹，产于洛河组上部紫红色块状泥岩、粉砂质泥岩与微–薄层泥质粉砂岩中的湖泊相近底部薄层泥质粉砂岩层面上，层面发育泥裂。2~5号足迹点分布在洛河组上部滨岸相紫红色薄层中细粒石英砂岩中岩层面上。其中2号足迹点发现21枚三趾型足迹，层面发育雹痕、雨痕。3、5号足迹点为小型四足类所留。4号足迹点，目前发现16枚二趾型脚印，层面发育浅水流水波痕、雹痕、雨痕、虫迹。
2.2 小型四足类足迹
小型四足类足迹约200个，至少组成5道行迹。其中保存最好的行迹长约1.5m(图版Ⅰ-A)，由前足迹与后足迹组成，都呈扁椭圆形。前足迹平均长1.0cm，宽1.3cm；后足迹平均长1.1cm，宽1.6cm，前足迹位于后足迹的前内侧。因保存或后期风化的原因，绝大部分足迹的趾痕不清，保存最好的后足迹能观察到至少4个趾痕。这些小型四足类足迹的形态与尺寸都与巴西足迹(Brasilichnium) [9]非常相似。巴西足迹最初发现于巴西上侏罗统—下白垩统博图卡图组，传统上被归于哺乳形类(Mammaliamorpha)或衍生的兽孔类(Therapsida)。此类足迹为中国首次发现。
2.3 三趾型兽脚类足迹
三趾型兽脚类分布于1号和2号足迹点。1号足迹点仅1个足迹保存较好(图版Ⅰ-B)，长14.5cm，宽15.8cm，长宽比为0.9，三趾较纤细，第Ⅱ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角约为110°。2号足迹点的21枚三趾型足迹形成一道拐弯的行迹(图版Ⅰ-C)。拐弯的行迹相对罕见。其中保存最好的足迹长12.5cm，宽10.0cm，长宽比为1.3，第Ⅱ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角为69°，其趾垫不清，跖趾垫较发育。从整体形态看，2号足迹点的三趾型足迹与实雷龙足迹类(Eubrontidae) [10]较相似。实雷龙足迹类最初发现于北美的下侏罗统，但衍生的足迹形态广泛出现在中国的侏罗系—白垩系[11-12]，鄂尔多斯盆地的白垩系也有类似发现[13]。1号足迹点的孤立足迹的形态特征与实雷龙足迹类完全不同，但其较尖锐的爪痕与宽的趾间角表明其属于兽脚类足迹。
2.4 两趾型兽脚类足迹
2号足迹点的一道行迹揭示了有趣的受沉积物影响的保存现象。大多数足迹只留下明显的一个趾痕(图版Ⅰ-D)，但在一处沉积物条件适宜区，该造迹者留下了一个保存良好的两趾型足迹(图版Ⅰ-E)。该足迹长14.5cm，宽5.0cm，长宽比为2.9，第Ⅲ趾至第Ⅳ趾之间的趾间角为20°。这是二趾型足迹在陕西省的首次记录，与该区相邻的内蒙古鄂托克旗查布地区也曾有报道[3]。
由于与鸟类系统发育学上的紧密联系，近年来，恐爪龙类(deinonychosaurian)演化支得到学者们的充分研究。恐爪龙类包括驰龙类(dromaeosaurids)和伤齿龙类(troodontids)，该类群最具代表性的特征是其第Ⅱ趾上有一个高度发育的大爪，这个大爪可以伸出并高度延展[14]。恐爪龙类运动时，该特化的第Ⅱ趾处于扬起状态，因此留下足迹为两趾，仅由第Ⅲ趾和第Ⅳ趾的印迹组成[11]。因此，两趾型足迹对应恐爪龙类造迹者，是迄今为止特征最鲜明的兽脚类足迹之一。自1994年在中国首次发现以来[15]，现在至少发现了十余个足迹点[11]，均来自白垩系，分布于四川盆地与攀西地区的多个点，以及山东莒南与岌山、河北赤城、北京延庆、甘肃盐锅峡等。中鸡恐爪龙类足迹的尺寸与甘肃盐锅峡标本类似，该记录增加了该类造迹者的古地理分布范围。
3. 结论
在鄂尔多斯盆地东北缘神木市中鸡白垩系丹霞地貌中发现的恐龙与其他四足类的足迹化石，展示了一个非常独特的组合类型：哺乳形类/兽孔类足迹-实雷龙足迹类-恐爪龙类足迹。这种多样性的兽脚类行迹与小型四足类足迹的组合，在中国属首次发现。虽然其详细分类还有待进一步研究，但这无疑对中国白垩纪沙漠相恐龙动物群的类型与分布，乃至该地区的古气候、古地理和地层对比都具有重要的意义。
致谢: 在成文过程中，青海省第五地质矿产勘查院夏日哈木项目组工程师杨启安、工程师张金玲在野外资料提供、采样方面给予帮助，青海省地质研究所高级工程师舒树兰完成图件制作，在此一并表示感谢。 -
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图 1 夏日哈木矿区地质略图③
1—第四系；2—下元古界金水口群白沙河岩组；3—辉石岩；4—辉长岩；5—似斑状二长花岗岩；6—花岗岩；7—黑云母闪长岩脉；8—1: 5水系异常位置；9—岩体编号；10—矿体；11—逆断层；12—性质不明断层；13—推测断层；14—脉动接触界线；15—超动接触界线；16—9号勘探线位置
Figure 1. Sketch geological map of the Xiarihamu ore district
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图 2 夏日哈木矿区岩相学显微特征
a—交代网环结构；b—海绵陨铁结构；c—稀疏星点状构造；d—反应边结构；Pyr—镁铝榴石；Mc—微斜长石；Py—黄铁矿；Pn—镍黄铁矿；Cp—黄铜矿；En—顽火辉石；Hb—角闪石
Figure 2. Petrographic characteristics of the Xiarihamu ore district
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图 3 夏日哈木矿区9号勘探线剖面图③
1—橄榄岩；2—辉石岩；3—辉长岩；4—苏长岩；5—金水口群片麻岩；6—第四系；7—铜矿体；8—镍矿体；9—钻孔编号
Figure 3. Geological section along No. 9 exploration line of the Xiarihamu ore district
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图 4 夏日哈木矿石结构构造特征
a—斑杂状构造；b—带状海绵晶铁构造；c—星点状构造；d—细脉状构造
Figure 4. Photographs of ores characteristics in the Xiarihamu ore district
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图 5 夏日哈木铜镍矿化特征
a—浅蓝色镍矿化；b—地表翠绿色镍华
Figure 5. Photographs of copper and nickel mineralization characteristics in Xiarihamu ore district
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图 6 夏日哈木矿区MgO-CaO/Na2O图解
Figure 6. MgO-CaO/Na2O diagram for representative magmatic rock samples in Xiarihamu ore district
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图 7 夏日哈木矿区MgO-TFeO成分图解
Figure 7. MgO-TFeO diagram for representative magmatic rock samples in Xiarihamu ore district
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图 10 夏日哈木铜镍矿成矿模式
1—中上地壳；2—下地壳；3—岩石圈地幔；4—洋壳；5—磨拉石建造；6—昆北断裂；7—断层；8—酸性岩浆；9—基性岩浆；10—岩体编号
Figure 10. Model for the formation of copper and nickel ore in Xiarihamu
表 1 夏日哈木矿区主要岩体特征
Table 1 Characteristics of main intrusions in the Xiarihamu ore district
岩体特征 Ⅰ号岩体 Ⅱ号岩体 Ⅲ号岩体 Ⅳ号岩体 岩体规模 1个岩体，控制长约1.76km，宽约700m，面积约1.23km2，长条状近东西向展布 2个岩体，长400~550m，宽50~350m，岩体出露面积约0.15km2；东岩体北东东向、西岩体东西向展布 1个岩体，出露面积约0.45km2，岩体形态呈椭圆形展布 1个岩体，长约0.7km，宽80~ 600m，面积约为0.3km2，呈长条状近东西向展布 岩石类型 橄榄岩、辉石岩和辉长岩 辉长岩，少量辉石岩 蛇纹岩、石榴子石辉石岩 蛇纹岩、辉长岩，局部为辉石岩 矿化蚀变 普遍具有绿泥石化、碳酸盐化、透闪石化、蛇纹石化 普遍具有碳酸盐化、褐铁矿化、蛇纹石化，局部孔雀石化、镍华、褐铁矿化 蛇纹岩普遍具有弱镍矿化，偶见辉石岩铜镍矿化 岩体偶见镍黄铁矿和黄铁矿 1:5万水系异常 HS26Cr（Ni、Co、Cu） HS27Ni（Cr、Cu） HS25Ni（Cr、pb、Zn、Sn） HS28Ni（Cr、Cu） 
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表 2 夏日哈木地区岩石主量、稀土和微量元素含量
Table 2 Major element, REE and trace element composition of rocks in Xiarihamu
样品号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O+ Total DYSZK11E04-1 镍黄铁矿化辉石岩 61.65 0.41 6.01 3.71 16.35 0.17 4.71 3.52 0.65 0.25 0.03 2.53 100.00 DYSZK5E09S 镍黄铁矿化辉石岩 38.35 0.18 3.10 5.58 45.06 0.13 3.92 2.05 0.38 0.07 0.02 1.16 100.00 DYSZK9E04-1 弱镍黄铁矿化辉石岩 55.90 0.49 15.93 1.47 5.97 0.12 5.99 7.18 2.80 1.43 0.11 2.63 100.00 DYSZK1502S 弱镍黄铁矿化辉石岩 59.74 0.38 5.74 8.33 8.88 0.14 3.57 3.70 0.73 0.26 0.06 8.48 100.00 LDNTK2015-1 弱镍黄铁矿化辉石岩 51.31 0.64 14.96 4.97 0.70 0.21 8.17 8.90 2.61 2.56 0.21 4.75 100.00 LDNTK2015-2 弱镍黄铁矿化辉石岩 53.04 0.70 22.16 3.68 2.56 0.07 3.41 3.69 1.23 4.21 0.12 5.14 100.00 样品号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y DYSZK11E04-1 7.62 14.9 1.59 6.05 1.23 0.36 1.11 0.20 1.13 0.26 0.68 0.13 0.81 0.14 6.29 DYSZK5E09S 5.14 8.17 1.08 4.01 0.82 0.22 0.71 0.13 0.67 0.15 0.39 0.08 0.50 0.09 3.79 DYSZK9E04-1 25.3 44.8 5.82 21.8 4.67 1.23 4.03 0.76 4.08 0.87 2.12 0.37 2.26 0.35 22.9 DYSZK1502S 13.9 26.0 3.15 11.8 2.34 0.62 2.01 0.35 1.78 0.37 0.93 0.16 1.01 0.16 9.22 LDNTK2015-1 47.8 88.8 10.7 37.8 7.35 1.61 6.38 1.05 5.22 1.11 2.78 0.48 3.12 0.50 29.2 LDNTK2015-2 46.4 88.8 10.4 35.2 6.53 1.50 5.34 0.87 4.53 0.97 2.57 0.48 3.27 0.50 24.8 样品号 Rb Ba Th U K Ta Nb La Ce Pb Pr Sr P Nd Zr Hf Sm Eu Ti DYSZK11E04-1 14.6 0.0058 5.27 0.73 1576.6 0.09 0.89 7.62 14.9 11 1.59 28 85 6.05 31.9 3.10 1.23 0.36 2325 DYSZK5E09S 7.80 0.0062 2.58 0.33 423.191 0.06 0.99 5.14 8.17 19 1.08 17 59 4.01 19.2 2.40 0.82 0.22 1050 DYSZK9E04-1 76.1 0.051 7.54 1.46 10704.3 0.14 1.84 25.3 44.8 25 5.82 310 420 21.8 60.1 2.80 4.67 1.23 3300 DYSZK1502S 12.7 0.0067 5.45 0.82 1493.62 0.20 2.75 13.9 26.0 7 3.15 46 170 11.8 37.5 2.50 2.34 0.62 1950 LDNTK2015-1 120 0.090 15.7 5.41 21159.6 0.86 12.8 47.8 88.8 22 10.7 210 930 37.8 154 5.00 7.35 1.61 4800 LDNTK2015-2 188 0.089 15.4 4.10 35431.9 1.04 14.6 46.4 88.8 19 10.4 170 510 35.2 153 4.40 6.53 1.50 5325 注：主量元素含量单位为%，稀土和微量元素含量为10-6
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