0 引言
镍是银白色铁磁性金属，具有良好的机械强度和延展性，其以难熔耐高温、高化学稳定性和在空气中难氧化等特征，被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、电子设备制造以及建筑工业等，是国家国防工业和航空工业不可或缺的战略物资。自然界中已知的镍矿床有岩浆型、风化壳型(红土型)、海相沉积型和热液型4种类型，其中岩浆型和风化壳型(红土矿)是目前镍矿床最主要的利用类型。我国从2010年精炼镍产量超过俄罗斯后，一直处于世界精炼镍产量国之首，同时也是世界精炼镍消费大国[1-2]。而在此背景下，我国镍矿产品的对外依存度却持续升高，话语权逐渐变小，镍价格完全由外国主导。造成该局面的因素很多，其中重要因素之一是国内矿产勘查成效不佳，镍矿资源自给率逐年下降[3-4]。2015年全球镍需求相对2014年增加了11.98%，达215万t，但2015年供应量仅增长2.44%，达210万t，导致2015年供应短缺5万t，是近年来首次出现短缺的年份[5]。
中南部非洲国家镍矿资源丰富、潜力巨大，近年来镍矿产量也不断提高[6]；但其勘查水平低下，因此，加强中南部非洲镍矿资源的开发利用，对解决当前镍矿资源短缺问题具有重要意义。由天津地质调查中心承担的海上丝绸之路中东部非洲7国矿产资源潜力评价及东南非低密度地球化学填图两项目，对中南部非洲重要成矿带、大宗紧缺矿产的成矿地质背景和成矿条件开展了资料收集整理和信息集成工作，对其成矿环境、时空分布规律进行了初步总结，并试图开展重要矿产资源潜力分析。本文以此项目为依托，系统总结中南部非洲镍矿资源特征，探讨镍矿时空分布规律，分析中南部非洲国家镍矿资源潜力，划分主要战略远景区，使我国地勘单位更加深入地了解中南部非洲镍矿的开发利用现状及前景，从而开展相应的矿产开发项目，以期为寻找镍矿在该区进一步勘查部署提供依据及技术支撑。
1 中南部非洲镍矿资源概况中南部非洲国家镍矿资源具有成群分布、产地集中、大中型矿床广泛发育、综合利用价值高等特点，但受地质工作程度影响，部分国家对本国镍矿资源分布、储量尚不清楚。在中南部非洲国家已发现的镍矿床中，以岩浆型和风化壳型(红土型)2种类型为主，其主要分布在南非、博茨瓦纳、津巴布韦、坦桑尼亚、布隆迪5个国家，在赞比亚、安哥拉、刚果(金)等国也有一定的分布。本次研究收集和整理了中南部非洲14个国家的243处镍矿产地信息资料，并将这些矿产地坐标投影到海上丝绸之路中东部非洲7国矿产资源潜力评价项目成果图件上，形成了中南部非洲镍矿资源分布图(图 1)。在这些镍矿床中，不乏世界级超大型Ni-Cu (PGE)矿床(表 1)。如：南非布什维尔德(Bushveld)Ni-Cu (PGE)硫化物矿集区(表 1中序号15—27)PGE储量为65 473 t[7]，其中Pt储量占全球75.0%、Pd占54.0%、Rh占82.0%[8]，此外，Ni储量为1 528万t(占全球的16.0%，平均品位为0.13%)、Cu储量为688万t(占全球的5.5%，平均品位为0.06%)、Cr 40亿t、Au 1 152 t、V 1 680万t和磁铁矿10万t等[7, 9]；博茨瓦纳超大型赛莱比—皮奎(Selebi-Phikwe)Cu-Ni硫化物矿床，其Ni储量为53.1万t、Cu储量为55.7万t，平均品位分别为1.45%和1.14%；津巴布韦大岩墙Ni-Cr (PGE)硫化物矿集区，总PGE储量达28亿t，Ni储量超过24万t；坦桑尼亚西北部地区的卡邦加(Kabanga) Ni-Cu矿床，矿石资源量达2 100万t，Ni平均品位为1.66%、Cu平均品位为0.23%、Co平均品位为0.14%，其中Ni平均品位达2.10%、Co平均品位达0.16%的矿石量约1 270万t。
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| 图 1 中南部非洲镍矿资源分布示意图 Figure 1 Distribution map of nickel resources in Mid-Southern Africa |
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| 序号 | 矿床名称 | 所属国家 | 主要矿种 | 矿床类型 | 成矿时代 |
| 1 | Bindura | 津巴布韦 | Ni、Cu、Co | 风化壳型 | 新太古代 |
| 2 | Chegutu | 津巴布韦 | Pt、Pd、Ni、Cu、Au、Co | 岩浆型 | 新太古代 |
| 3 | Hunters Road | 津巴布韦 | Ni | 风化壳型 | 新太古代 |
| 4 | Guruve | 津巴布韦 | Ni | 风化壳型 | 新太古代 |
| 5 | Mhondoro | 津巴布韦 | PGE、Ni、Cu、Co | 岩浆型 | 新太古代 |
| 6 | Trojan | 津巴布韦 | Ni、Cu、Co | 岩浆型 | 新太古代 |
| 7 | Zimplats | 津巴布韦 | PGE、Au、Cu、Ni、Co | 岩浆型 | 新太古代 |
| 8 | Munali | 赞比亚 | Ni、Cu、Co、Pt、Pd | 岩浆型 | 新元古代 |
| 9 | Trident | 赞比亚 | Cu、Ni、Co、U | 岩浆型 | 新元古代 |
| 10 | Dutwa | 坦桑尼亚 | Cu、Ni、Co、Fe、Mg | 岩浆型 | 中元古代 |
| 11 | Kabanga | 坦桑尼亚 | Ni、Co、Cu、Pt、Pd | 岩浆型 | 中元古代 |
| 12 | Mibango | 坦桑尼亚 | Ni、Co、Pt、Pd、Cu | 风化壳型 | 中元古代 |
| 13 | Ntaka Hill | 坦桑尼亚 | Ni、Co、Pt、Pd、Cu、Au | 岩浆型 | 古元古代 |
| 14 | Zanzui | 坦桑尼亚 | Ni、Co、Fe、Mg | 岩浆型 | 中元古代 |
| 15 | Aurora | 南非 | Pt、Pd、Ni、Cu、V、Fe | 岩浆型 | 古元古代 |
| 16 | Bakubung | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 17 | Ga-Phasha | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 18 | Grass Valley | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 19 | Jacomynspan | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 20 | Mphahlele’s | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 21 | Nkomati | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 22 | Phosiri | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 23 | Platreef | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 24 | Tjate | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 25 | Waterberg | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 26 | Zebediela | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 27 | Mogalakwena | 南非 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 古元古代 |
| 28 | Phoenix | 博茨瓦纳 | PGE、Au、Cu、Ni | 岩浆型 | 新太古代 |
| 29 | Selkirk | 博茨瓦纳 | Ni、Cu、Co、Pt | 岩浆型 | 新太古代 |
| 30 | Selebi-Phikwe | 博茨瓦纳 | Ni、Cu | 岩浆型 | 新太古代 |
| 31 | Musongati | 布隆迪 | Ni、Cu、Co、Pt | 风化壳型 | 中元古代 |
相对于广泛出露的岩浆型Cu-Ni硫化物矿床，风化壳型(红土型)镍矿床在中南部非洲国家出露相对较少，主要产于各种基性火成岩的古风化面上，如在津巴布韦、布隆迪和坦桑尼亚等国有所产出。其中，以津巴布韦古鲁韦(Guruve)镍矿床、坦桑尼亚Mibango Co-Cu-Ni (PGE)矿床和布隆迪穆松加迪(Musongati)Ni-Cu-Co矿床最为典型。近年来，随着勘查程度的不断提高，中南部非洲风化壳型镍矿床不断被发现，其以规模大、埋藏浅、综合利用价值高(常共/伴生Fe、Co、Cr、Mn、V等有益元素)及易勘探和开采等特点越来越受到广泛的重视。
在中南部非洲国家已发现的镍矿床(点)中，矿石品位在1.0%以下的镍矿床多数未开采或小规模开采利用。目前，中南部非洲镍矿山生产利用的矿石以富矿石为主，此外，开发的镍矿资源单一组分较少，95%以上的镍矿床都是多元素复合矿床，综合利用价值较高。
2 中南部非洲镍矿床类型按照矿床成因分类，镍矿床大体可分为岩浆型、风化壳型、海相沉积型和热液型4种类型。在中南部非洲已发现的镍矿床中，绝大部分属于岩浆型，少数为风化壳型，海相沉积型和热液型尚未被发现。已发现的镍矿床主要集中于6个成矿带内：南非卡普瓦尔克拉通(Kaapvaal Craton)北缘古元古代Cr-Ni-Cu (PGE)成矿带、博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎(Francistown-Selebi-Phikwe)新太古代Ni-Cu-Au成矿带、津巴布韦大岩墙(Great Dyke)新太古代Ni-Cr (PGE)成矿带、坦桑尼亚乌本迪—乌萨嘎仁(Wubendi-Usagar Jin)古元古代Ni-Cu成矿带、赞比亚赞比西津巴—卢萨卡(Zimba-Lusaka)新元古代Au-Ni-Cu成矿带和坦桑尼亚—布隆迪基巴拉(Kibara)中元古代Ni-Cu-Co成矿带。近年来，有报道称在赞比亚和刚果(金)的加丹加沉积型Cu-Co矿带内发现有镍矿出露。本次研究发现，在该带内的部分地区，侵位到迪佩特亚群中的镁铁质侵入岩(765~735 Ma) [10-11]中有镍的找矿线索[12]，且常与Co伴生产出，由于品位较低，不构成独立矿床，其成因类型为岩浆型。
前述矿床类型是对已知矿床的分类，对于不同区域内待发现的矿床也可以进行分类，即矿产预测类型[13]。依据镍矿预测类型划分原则[13-15]以及已发现矿床的成矿类型，本次初步将中南部非洲国家镍矿资源预测类型划分为2类：基性—超基性Cu-Ni硫化物型(岩浆型)和风化壳型。基性—超基性Cu-Ni硫化物型矿床Ni、Cu常常共生，并伴有Co、PGE等多种有用元素，矿体主要产于基性—超基性岩体内部，该类型矿床主要产出于大陆边缘裂谷、地幔柱和造山带后碰撞伸展的3种构造环境中。风化壳型镍矿床受岩性、大地构造背景、气候环境、地形地貌、地下水条件等内外生因素影响明显，是特殊地质和特定地表环境共同耦合作用的产物[16]。以上二者主要预测要素见表 2。
| 矿产预测类型 | 预测要素 | 矿种 | 典型矿床 |
| 岩浆型 | 含矿建造：基性—超基性杂岩 控矿构造：张性深大断裂或韧性剪切带 物探：重磁梯度带及中小规模的重磁异常 化探：Ni、Cu、Co等元素呈串珠状分布的组合异常 |
Ni、Cu、Co、PGE | 赛莱比皮奎Cu-Ni硫化物矿床 卡邦加Ni-Cu矿床 布什维尔德Ni-Cu (PGE)硫化物矿床 |
| 风化壳型 | 含矿建造：基性—超基性杂岩 控矿构造：张性深大断裂或韧性剪切带 |
Ni、Co | 古鲁韦Ni矿床 穆松加迪Ni-Cu-Co矿床 |
通过对中南部非洲镍矿资料的系统收集与整理，结合项目研究成果，本文对中南部非洲镍矿资源时空分布规律进行了初步总结：研究区镍矿空间分布规律明显；不同时代在矿床形成强度、储量和地域分布上存在明显差异。受大地构造背景控制，矿床分布相对集中，具有成群分布的特征，绝大部分镍矿床呈北东向产出于卡普瓦尔克拉通、坦桑尼亚克拉通、津巴布韦克拉通边缘及相关造山带等相对活动的构造单元内。研究区镍矿由南非卡普瓦尔北缘布什维尔德向北东向伸展，经博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎进入津巴布韦，在大岩墙形成镍矿集区，然后继续向北东向延伸，在赞比亚津巴—卢萨卡形成镍矿带，进而延伸至坦桑尼亚和布隆迪交界地区，形成巨大的北东向中南部非洲镍矿带(图 2)。成矿时代研究是矿床研究的重要内容，对研究成矿地质条件、控矿因素和探讨区域成矿规律及创新成矿理论都具有重要意义。从已有的资料来看，研究区镍矿成矿时代大致可以划分为4个成矿高峰期：新太古代、古元古代、中元古代和新元古代，而每一成矿期都严格受中南部非洲构造演化控制。
已有资料表明，中南部非洲太古宙有Kaapvaal、津巴布韦、坦桑尼亚、安哥拉、刚果等5个克拉通。在2.70~2.59 Ga，卡普瓦尔克拉通与津巴布韦克拉通沿林波波带发生了碰撞拼合[18-19]，形成了卡拉哈里(Kalahari)克拉通[20-22]，随后发生了伸展裂解，津巴布韦的大岩墙(2 575 Ma)即是裂解事件的标志[23-24]。该时期镍矿主要分布在津巴布韦基性—超基性大岩墙和博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎基性—超基性岩带内，大部分为岩浆分异型Cr-Ni-Cu (PGE)矿床，如津巴布韦Bindura Ni-Cu矿床、津巴布韦Mimosa Ni-Cu-Au (PGE)矿床、博茨瓦纳赛莱比—皮奎Ni-Cu矿床等。R. Armstrong等[25]对津巴布韦岩墙进行了锆石SHRIMP U-Pb测年，结果为(2 579±3)~(2 574±7) Ma。博茨瓦纳基性—超基性岩带位于林波波活动带内，其形成时代被认为是太古宙(3.0~2.5 Ga)[26]。对该类型矿床而言，成岩年龄即代表成矿年龄，表明两成矿带内的镍矿床成矿时代为新太古代。在津巴布韦大岩墙北部Guruve、Mvurwi地区以及南部Gweru地区，红土型镍矿集中产出，矿体大部分被红土覆盖，受蛇纹岩控制及地貌条件控制明显。
中南部非洲地区古元古代晚期构造-岩浆活动强烈，形成了坦桑尼亚克拉通南侧的乌本迪—乌萨嘎仁带、南非与博茨瓦纳之间的林波波中部带、安哥拉西北的Kimezian带、Magondi-Kheis带(津巴布韦西部—南非西部)以及纳米比亚南部的Richtersvald地块等，显示中南部非洲在古元古代晚期发生了一次强烈的板块拼合作用[19, 27]，这一构造热事件与全球哥伦比亚(Columbia)超大陆汇聚事件相对应。在这次大规模的构造拼贴事件中，基性—超基性岩在研究区内沿板块拼贴带大面积产出，并形成了南非卡普瓦尔北缘古元古代Ni-Cu-Cr (PGE)成矿带[28]、安哥拉基米吉古元古代Ni-Cu成矿带、坦桑尼亚乌本迪-乌萨嘎仁Ni-Cu成矿带。该时期各成矿带内大型—超大型Ni-Cr-Fe-Cu (PGE)矿床成群产出，如南非布什维尔德Cu-Ni (PGE)矿田、安哥拉Chilovangua镍矿床、坦桑尼亚Lundu镍矿床等，以岩浆熔离型矿床为主。
中元古代晚期至新元古代，中南部非洲经历了格林维尔(Greeneville)造山旋回(Rodinia超大陆汇聚事件)，1.38~1.00 Ga的造山带主要分布于坦桑尼亚克拉通、卡拉哈里克拉通和刚果克拉通之间。著名的基巴拉造山带、伊鲁米德造山带等就是在这个时期形成的。在0.90~0.73 Ga，新元古代早期统一的中南部非洲克拉通发生了裂解作用，分解成刚果—坦桑尼亚陆块和东南部的卡拉哈里陆块，形成了大量的双峰式火山岩、正长岩、碳酸岩以及基性岩墙群；0.65~0.50 Ga的泛非造山带(冈瓦纳超大陆汇聚)主要展布于上述分离的两个陆块之间，包括莫桑比克带、赞比西(Zambezi)带和纳米比亚的Damara带。复杂的构造格局为成矿提供了良好的地质条件，在坦桑尼亚与布隆迪交界地区、赞比亚津巴—卢萨卡地区都形成了巨型Ni-Cu成矿带，布隆迪世界级超大型穆松加迪、尼亚比克(Nyabikere)和瓦加(Waga) Ni-Cu (PGE)矿床以及坦桑尼亚卡邦加Cu-Ni-Co硫化物矿床即产出于基巴拉造山带内。Tack等[29]对穆松加迪基性岩侵入体进行单颗粒锆石U-Pb测年，结果为(1 275±11) Ma。Maier等[30]对坦桑尼亚卡邦加北矿体(钻孔KN9566，219.5~220.5 m)的辉长苏长岩样品做了Nd同位素测年，结果表明其形成年龄晚于1 400 Ma[31-32]。以上数据表明该成矿带内与基性—超基性岩密切相关的Ni-Cu-Co (PGE)矿床形成于中元古代。值得一提的是，该区红土型镍矿也非常发育，主要分布于布隆迪南部的马班达(Mabanda)至尚库佐省(Cankuzo)的北部，穿越布隆迪中部地区，矿带宽度为20~40 km，成矿与该区蛇纹石化纯橄榄岩风化作用产物密切相关，成矿元素除含有Ni外，还含有Cu、Co、PGE等。津巴—卢萨卡Ni-Cu成矿带位于赞比西带内，为赞比亚最主要的Ni-Cu (Au)成矿带，其成矿类型主要为岩浆型，并伴生有Au和PGE，主要产于赞比亚南部侵入于古老基底(花岗片麻岩和花岗质混合岩)的辉长岩体中，其中以穆纳利镍矿最为典型。
4 典型矿床特征 4.1 大陆边缘裂解型Ni-Cu(PGE)矿床该类型矿床主要分布在中南部非洲古大陆边缘，在大陆裂解时，幔源基性岩浆上侵，Fe、Ni、Cu、Pt等含矿硫化物岩浆发生熔离作用，当岩浆中硫达到饱和时，Fe、Ni、Cu、Pt等元素与S结合，形成硫化物熔体，并不断浓集，在构造有利地段的不同空间富集成矿[1, 33]。该类型矿床常成群分布于古大陆边缘，形成一个或多个矿集区，资源潜力巨大，是Ni-Cu (PGE)矿床的重要成矿类型，在中南部非洲此类矿床以博茨瓦纳赛莱比—皮奎Cu-Ni矿床最为典型。下面以赛莱比—皮奎Cu-Ni矿床为例对该类型矿床进行介绍。
赛莱比—皮奎Cu-Ni矿床位于博茨瓦纳东部的赛莱比—皮奎市，距首都哈博罗内(Gaborone)约410 km，大地构造位置位于卡普瓦尔克拉通和津巴布韦克拉通之间的林波波活动带。矿床Ni储量为53.1万t，平均品位为0.61%，Cu储量为55.7万t，平均品位为0.68%，由皮奎、皮奎中、皮奎东南、赛莱比北和赛莱比5个矿体组成。矿床含矿母岩主要为角闪岩，围岩由花岗片麻岩、片麻岩组成。
赛莱比—皮奎矿床南北宽约14 km，东西宽约8 km。矿体与角闪岩有关，含矿侵入体通常较薄，呈层状产出，局部呈香肠状透镜体[34-38](图 3)。矿石以自形、半自形及他形粒状为主，呈块状、浸染状、细脉状、伟晶岩状和不混溶气泡状等构造。主要矿石矿物为磁黄铁矿、黄铜矿和镍黄铁矿，还可见有少量磁铁矿、紫硫镍铁矿、白铁矿及硫镍矿等[39]。
到目前为止，该矿床基性—超基性侵入体的成岩时代尚无定论，只有一些年龄对其进行限定。区内片麻岩锆石SHRIMP U-Pb测年结果为2.60~2.65 Ga[40]。Wright[41]和Brown[38]认为，片麻岩侵入于表壳岩中，表明后者成岩时代应老于2.60 Ga。由于岩石接触关系多为构造接触，推测该区基性—超基性侵入体成岩时代大于2.0 Ga[42]。
4.2 造山型Ni-Cu矿床该类型矿床主要分布于中南部非洲东部地区，以坦桑尼亚—布隆迪基巴拉带、赞比亚赞比西带为代表，形成了一系列大型—超大型Ni-Cu硫化物矿床。该类型矿床主要是在造山带后碰撞拉张的构造环境下，岩石圈伸展减薄，软流圈地幔物质发生减压部分熔融，当产生的大规模幔源岩浆沿深断裂上侵到一定深度后，由于物理化学条件的变化，原始岩浆中的硫达到饱和而使硫化物在深部发生预富集，随后一次或多次上侵贯入到已固结岩体的构造薄弱带，形成Ni-Cu硫化物矿床[43-44]。例如坦桑尼亚卡邦加Cu-Ni-Co硫化物矿床、赞比亚Munali Ni矿田、布隆迪穆雷梅拉(Muremera)Ni-Cu(PGE)矿床等，在这些矿床中，以坦桑尼亚卡邦加Cu-Ni硫化物矿床最为典型。
卡邦加Cu-Ni-Co硫化物矿床(图 4)位于坦桑尼亚西北部卡格拉(Kagera)区鲁伦格(Rulenge)镇西南30 km[45-46]，大地构造位置位于坦桑尼亚克拉通、刚果克拉通和班韦卢地块之间的中元古代卡拉圭—安科连(Karagwe-Ankolean)构造层内(1.60~1.28 Ga)[47-48]。该构造层具有典型的砾岩、砂岩、砂质碎屑岩和泥岩夹基性火山岩的沉积旋回[29, 49-50]，Grey[47]和Klerkx等[50]认为卡拉圭—安科连构造层沉积物与地壳增厚时期有关的陆内拉张盆地沉积有关，其固结成岩后，又经受了与基性—超基性岩浆有关的后碰撞造山作用。卡邦加Cu-Ni-Co矿床Ni矿资源量有2 100万t，Ni品位为1.66%、Cu品位0.23%、Co品位0.14%。其中，Ni品位达2.10%、Co品位达0.16%的矿石量约1 270万t[51]。矿区内基性—超基性岩杂乱分布，西部主要为橄榄岩，东部为辉长岩。地球物理数据表明，超基性岩侵入体呈带状隐伏于盖层之下，单颗粒锆石U-Pb年龄为(1 275±11)Ma[29]。
卡邦加矿区内含有卡邦加矿体(图 5)和卡邦加北矿体(图 6)两个较大的超基性岩体，均产有Cu-Ni硫化物矿体[48]。卡邦加矿体的母岩体是矿区内最大的超基性岩体，长约1 500 m，宽200~400 m，向北约15°倾伏；矿体位于超基性岩体底部，其上部分别是层状分布的粗粒橄榄岩、细粒橄榄岩和辉长苏长岩。卡邦加北矿体呈豆荚状，最宽约100 m，长350 m，Ni硫化物主要产于侵入体西部边缘部分，与围岩界限明显[52]。区内所见矿石主要为磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、镍黄铁矿和磁铁矿，块状、网状、浸染状构造，堆晶、交代和出溶结构。块状硫化物矿石(80%~100%的硫化物和氧化矿)Ni品位2.4%~2.8%，网状硫化物矿石中Ni品位0.7%~1.1%(10%~40%的硫化物和氧化矿)。
Evans等[52]通过对卡邦加Ni矿钻孔不同岩性样品中Co/Ni、Cu/Ni、Pt/Ni、Ni/S、(S/Se)/Ni等元素比值Harker图解综合分析，认为卡邦加Cu-Ni硫化物矿床与布什维尔德Ni-Cu (PEG)[52]、金川Ni-Cu (PGE)[53]等超大型Ni硫化物矿床的成因是相似的：高镁玄武质地幔岩浆在基巴拉造山作用后期，在拉张的构造环境下沿岩浆通道上涌，在其上涌过程中混入了Karagwe-Ankolean超群等地壳物质，随着物理化学条件的变化，岩浆中硫化物不断结晶、熔离、沉降，并在构造有利部位富集形成了卡邦加Ni硫化物矿床，覆盖在辉长岩岩墙上[48]。
4.3 与地幔柱活动有关的Ni-Cu(PGE)矿床地幔柱活动是大陆垂向增生的重要方式之一，其还可能导致岩石圈大规模的隆升、伸展，甚至大陆裂解，形成大量镁铁—超镁铁岩侵入体、岩墙和大面积连续的溢流玄武岩喷发，构成巨大的火成岩省[54-57]，如新元古代Rodinia超级大陆裂解。地幔柱活动中大量连续供给的岩浆，为成矿作用带来了丰富的物源、热源和动力学条件，使得形成大型—超大型矿床成为可能。南非布什维尔德超大型Cu-Ni (PGE)矿床和津巴布韦大岩墙Cr-Ni (PGE)矿床都被认为是地幔柱岩浆活动的产物[58]。
布什维尔德岩浆型Cu-Ni (PGE)硫化物矿床位于南非东北部，东起普马兰加省(Mpumalanga)和林波波省，西到与博茨瓦纳接壤的西北省(North West)[59]，大地构造位置位于卡普瓦尔克拉通的北部边缘，为津巴布韦克拉通与卡普瓦尔克拉通北西—南东向碰撞挤压时期的产物。该矿床是世界上最为丰富的铂族元素矿床、铬铁矿矿床、低品位Cu-Ni硫化物矿床及与镁铁—超镁铁岩伴生的钒钛磁铁矿矿床。
布什维尔德岩浆型Cu-Ni (PGE)硫化物矿床主要产在与基性—超基性岩有关的Rustonburg层状岩套(RLS)内(图 7)，矿体产出于4个层位：梅林斯基矿层(Merensky Reef，简称MR)，UG2铬铁矿岩层(Upper Group2)，普拉特接触带(Platreef，简称PR)和Onverwacht、Mooihoek、Driekopde等纯橄岩岩筒中。Rustonburg层状岩套规模巨大，东西长450 km，南北宽250 km[8]，出露面积约65 000 km2，从底部富镁的超镁铁岩到顶部富硅的闪长岩，堆晶层厚度为7~9 km，体积推测可达380 000 km3，是世界上已知最大的镁铁质—超镁铁质层状侵入岩体[60-61]。
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| 1.太古宙绿岩；2.太古宙花岗岩；3.Dominion群；4.Chunniespoort群；5.Pretoria群；6.Rcoiberg群；7.布什维尔德镁铁质岩；8.布什维尔德花岗岩；9.布什维尔德花斑岩；10.Waterberg群；11.Alkalineine杂岩体群；12.Karco超群；13.正在开采矿床；14.推测矿床；15.断裂；16.地名。据文献[7, 9]修编。 图 7 南非布什维尔德杂岩体地质图及其岩浆型Cu-Ni (PGE)硫化物矿床分布图 Figure 7 Geological map of the Bushveld igneous complex, showing the distribution of Cu-Ni (PGE) sulfide deposits in South Africa |
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UG2铬铁矿岩层位于RLS关键带上部，MR矿层下15~400 m，在布什维尔德杂岩东部带和西部带沿走向延伸约400 km[62]，厚0.5~2.5 m，多数0.5~1.0 m，铬铁矿与橄榄岩和古铜辉石岩堆晶体共生，PGE以硫化物和合金的形式赋存于UG2的中—底部。该矿层中Cu、Ni品位都很低，PGE+Au品位为10×10-6 [62]，Pt+Pd平均品位为6×10-6[63]。
MR矿层在布什维尔德杂岩中延伸超过280 km，位于RLS中关键带上部，厚度为2 cm~4 m，平均为30~80 cm[64]。层内赋存有巨量铬铁矿和PGE资源[61]，低品位Cu-Ni储量也非常大[8, 65]，赋矿岩石为伟晶状辉石岩，铬铁矿层常出现在辉石伟晶岩的顶部和底部[62]，PGE+Au品位为4×10-6~6×10-6，Cu-Ni硫化物以磁黄铁矿、黄铜矿和镍黄铁矿为主，Ni、Cu品位分别为0.30 %和0.15 %[61, 65]。矿层厚度超过1.0 m，一般不到1.5 m[63]。与整个旋回单元的其他层位相比，MR矿层的硫化物富Ni和Pt，Barnes等[67]描述了Merensky矿层中所有PGE与Ni、Cu和S的相关性。
PR接触带矿层位于布什维尔德杂岩的北翼，将Potgietersrus北延60 km的下带中可能是关键带中10~400 m的矿化带，称Platreef矿层，由含PGE和贱金属硫化物(BMS)矿化的辉岩序列组成[68]。赋矿岩石以粗粒辉石岩和含长辉石岩为主，硫化物主要是磁黄铁矿、镍黄铁矿或黄铜矿[69-70]，PR南段矿化带Cu、Ni品位分别为0.10%~0.25%和0.15%~0.36%。Pt/Pd值为1，PGE品位随着S和BMS丰度的升高而降低[65]。
布什维尔德矿区基性—超基性含矿岩体的形成，经历了幔源岩浆的深源分异和就地分异的过程。在成岩成矿作用过程中，随着温度、压力、氧逸度等物理化学条件的变化，在岩浆结晶分异和重力作用的影响下，于构造有利部位富集成矿。关于该区成矿模型，到目前为止仍然存在多种说法[71-76]，总的来说，幔源岩浆在张性的构造环境下沿深大断裂上升，在上升途中的临时岩浆房内岩浆发生结晶分异作用，并沉淀了大量的铬铁矿和PGE硫化物；后期岩浆脉动性进入临时岩浆房后，与前者混溶，随之注入主岩浆房并熔离出硫化物或富PGE相，从而形成了UG2、MR和PR铂族矿层及堆积岩。
4.4 风化壳型镍矿床风化壳型镍矿床又称红土型镍矿，是由超镁铁岩(纯橄榄岩、橄榄岩、蛇纹岩)在热带或亚热带气候条件下，经化学风化作用，使镍从含镍的硅酸盐矿物(橄榄石、顽火辉石等)中淋滤出来，随地表水往下渗透到风化壳的下部，形成富含镍的次生矿物，使原来呈分散状态的镍得到富集，在地下水面以上及其附近形成一定规模的风化壳，从而形成可供工业利用的富镍风化壳，一般形成上部的红土氧化镍矿层和下部的硅酸镍矿层[16]。该类型矿床是特殊地质和特定地表环境共同耦合作用的产物，与岩石岩性、构造环境、气候特征、地形地貌及地下水条件等内外生因素密切相关，在中南部非洲的津巴布韦大岩墙附近、布隆迪穆松加迪均有产出。典型代表矿床为津巴布韦古鲁韦镍矿床。
津巴布韦古鲁韦镍矿床位于津巴布韦中马绍纳兰省古鲁韦镇东13 km，南东距津巴布韦首都哈拉雷约150 km，大地构造位置位于津巴布韦新太古代裂谷带北段。矿体受津巴布韦基性岩墙蚀变的蛇纹岩及地貌条件控制，大部分被红土覆盖[77]。区内红土型镍矿严格受蛇纹岩控制，Ni品位为0.25%~0.30%，其中呈层状产出的铬铁矿分布广泛，是形成红土型镍矿和铬砂矿的矿源层[77]。
古鲁韦镍矿床4个矿体沿大岩墙NE向依次产出，垂直分带现象明显，自上而下可分为[79-80]：1)残坡积层，由残积物、坡积物及岩石的碎屑组成；2)赭石层，岩石呈红褐色，主要由铁质赭土、松散沙土及小砾石组成，含有铬尖晶石颗粒，单质Cr品位为6.0%左右，具有工业价值，厚度0.2~2.0 m；3)绿高岭石化蛇纹岩带，岩石呈浅绿或黄绿色，粒状及块状，松散易碎，主要由绿高岭石、硅镁镍矿、镍蛇纹石等组成，亦常见有石髓和蛋白石，该层是本矿床镍矿体主要产出的层位之一，镍矿石品位为1%~2%，厚度为1.0~8.2 m；4)淋滤蛇纹岩带，常有方解石、菱镁矿及白云石细脉充填于裂隙中，向下逐渐过渡到未受风化的岩石，Ni矿石品位为0.5%~2.5%，厚度1.0~6.7 m，其为本矿区的主要含矿带；新鲜蛇纹岩带岩石坚硬、致密，含Ni 0.25%左右。
5 中南部非洲镍矿重点矿集区资源潜力分析中南部非洲镍矿成矿历史悠久，构造-岩浆活动频繁，成矿条件有利，矿床类型以岩浆型为主，风化壳型较少，海相沉积型和热液型镍矿床尚未发现。本次研究的中南部非洲国家中，南非镍矿勘查程度相对较高，而其他国家，尤其是津巴布韦、坦桑尼亚、布隆迪、博茨瓦纳、赞比亚等Ni-Cu-(Co) (PGE)资源丰富的国家，仅在矿集区开展过重点勘查工作，在相邻及其他地区找矿勘查程度仍然较低。近些年来，中南部非洲镍矿找勘查工作不断取得突破，不论是在传统的镍矿成矿带内还是其他新发现地区，均有大型—超大型镍矿床产出，资源潜力巨大。例如：赞比亚新发现的Munali镍矿，已控制镍矿石储量达800万t，Ni品位为1.4%；2014年，IMX公司宣布在坦桑尼亚新发现的Ntaka Hill Ni-Cu矿床探明储量为2 030万t，Ni平均品位为0.58%，Cu 0.13%；推测资源量达3 590万t，Ni平均品位为0.66%，Cu 0.14%。
在前述划分讨论的镍矿成矿区带中，已探明镍矿资源储量主要集中于南非卡普瓦尔克拉通北缘成矿带、博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎成矿带、津巴布韦大岩墙成矿带、坦桑尼亚—博茨瓦纳基巴拉成矿带和赞比亚赞比西成矿带等几个为数不多的成矿带内；其构成了区内镍矿资源重点矿集区，同时也是研究区资源潜力最大的地区。下面将对这些重点矿集区的镍矿资源潜力进行初步分析。
1) 布什维尔德矿集区
该矿集区位于南非卡普瓦尔克拉通北缘成矿带内，位于南非东北部，从东部的Mpumalanga和Limpopo省延伸到西部的与博茨瓦纳接壤的西北省[59]，是中南部非洲最为重要的Ni-Cr-Cu (PGE)矿集区，以含有世界上最为丰富的铂族元素矿床、铬铁矿矿床、低品位铜镍硫化物矿床及与镁铁—超镁铁岩伴生的钒钛磁铁矿矿床而著称。矿集区内含矿层位为与Rustonburg镁铁质—超镁铁质层状岩套有关的梅林斯基矿层、UG2铬铁岩矿层和普拉特接触带，产出有Akanani、Mokopane、Morokweng、Mototolo、Mphahlele、Nkomati、Palabora、Marula、Rooipoort等几十个Cu-Ni-Au (PGE)矿床，2014年Ni金属储量达53 709 t，占全球的2.148%。Rustonburg镁铁质—超镁铁质层状岩套内已知矿体均呈层状产出，严格受层位控制，是重要的找矿标志，具有良好的成矿条件和资源潜力，近年来在该带推测矿床4个[71]。因此，该区资源潜力巨大，主攻矿床类型为岩浆型。
2) 津巴布韦大岩墙矿集区
津巴布韦大岩墙是一个侵位于津巴布韦克拉通中部花岗岩和花岗绿岩带中、且延伸很长的墙状镁铁质—超镁铁质岩浆侵入体。该岩墙走向近南北，总长530 km，宽2~10 km，北段受赞比西褶皱带挤压牵引向东弯曲呈“S”型[80]。受津巴布韦克拉通与卡布维尔克拉通碰撞作用影响[23, 81-83]，津巴布韦克拉通于2 580 Ma拉张，形成陆内裂谷，岩浆于2 530 Ma呈层状沿裂谷侵入津巴布韦克拉通内[84]。大岩墙周围铬铁矿、铂矿、镍矿遍布，Hartley、Mhondoro、Mimosa、Unki、Zimplats、Perseverance、Hunters Road等大型—超大型Ni-Cu (PGE)矿床均产于其周围，其中铬铁矿产在大岩墙内及两侧的小岩墙群内，控矿岩石以纯橄榄岩为主，部分为辉石橄榄岩。铂矿主要分布在大岩墙内部的辉石岩中。镍矿主要受大岩墙两侧的基性杂岩控制。在大岩墙北部的纯橄榄岩及部分辉石橄榄岩出露的沟谷及缓坡地区也发现有氧化镍矿。到2013年为止，在大岩墙共查明Ni-Cu-Cr (PGE)大型矿床12处，Ni金属总量达14 139 t，占全球总量的0.566%。2009年，天津地质调查中心对津巴布韦全国开展了低密度地球化学填图工作，在地球化学图(图略)中显示，围绕大岩墙，Pt-Pd-Cr-Ni-Cu-Au成矿元素异常连续性好、强度高、规模大；航磁异常图围绕大岩墙呈明显的波峰，表明该区进一步找矿潜力很大，其主攻矿床类型为岩浆型和红土型。
3) 博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎矿集区
该区位于博茨瓦纳东部，受卡普瓦尔克拉通、津巴布韦克拉通及两个克拉通相互挤压形成的林波波活动带控制[85]，区内构造及岩浆活动强烈，由多期变形高压变质的岩石组成[86-87]。目前，该区已探明铜镍矿储量约4 600万t，已发现包括赛莱比—皮奎、塔蒂(Tati)、迪科罗蒂(Dikoloti)、弗巨济(Phokoje)等大型—超大型矿床37处，赋矿岩体主要为薄的香肠状角闪岩(原岩为橄长岩或苏长岩)，围岩由条带状片麻岩和花岗片麻岩组成，矿体呈似层状、透镜状整合产出于岩体当中[34-35, 37]。矿床形成于大型构造带中，后期受到褶皱及剪切作用的影响明显。该区地质工作程度较低，并被大面积的基性—超基性岩覆盖，部分地区化探结果显示找矿前景良好[88]，主攻类型为岩浆型镍矿，加大该区工作力度有望实现找矿突破。
4) 坦桑尼亚—布隆迪穆松加迪—卡邦加矿集区
该区位于坦桑尼亚西北部与布隆迪接壤的狭长地区，向北东延伸至坦桑尼亚Kagera地区，大地构造位置位于坦桑尼亚克拉通、刚果克拉通和班韦卢地块之间的中元古代卡拉圭—安科连构造层内(1.60~1.28 Ga)[47-48]，属于中元古代基巴拉造山带的一部分。卡邦加镍穆松盖蒂基性—超基性岩体总体上呈北东向串珠状断续分布，西部主要为橄榄岩，东部主要为辉长岩，属于造山后伸展作用的产物[89]。超基性岩主要有橄榄岩、辉石橄榄岩和黑色辉长苏长岩。赋矿岩石主要为该区出露的超基性侵入体，矿体多产于超基性岩体底部，上覆粗粒橄榄岩、辉长苏长岩、云母片岩等，围岩以云母片岩、石英岩、变泥岩为主，而该区NE向NNE转化的叠瓦状推覆体和褶皱构造与基性—超基性岩产出关系密切[90]。该区镍矿床的预测类型有2种：一种是与超基性岩风化产物有关的风化壳型(红土型)，以布隆迪穆松加迪(大型)矿床为代表；另一种是造山后碰撞伸张环境下的岩浆融离型矿床，以坦桑尼亚卡邦加Cu-Ni硫化物矿床为代表。该区基性—超基性岩分布广泛，地表航磁具有明显的高磁异常，可能预示有层状辉长岩和苏长岩体与Cu-Ni矿的赋存[91]，取得找矿突破前景良好。
6 结论1) 通过对南部非洲243处镍矿产地资料的总结可知，镍矿绝大部分属于岩浆型，少数为风化壳型，尚未发现海相沉积型和热液型。镍矿预测类型为基性—超基性Cu-Ni硫化物型(岩浆型)和风化壳型。
2) 中南部非洲镍矿床呈北东向成群分布，具有产地集中、综合利用价值大等特征，初步划分出4个大的Ni矿成矿期：新太古代、古元古代、中元古代和新元古代；6个成矿带：南非卡普瓦尔克拉通北缘古元古代Cr-Ni-Cu (PGE)成矿带、津巴布韦大岩墙新太古代Cr-Ni (PGE)成矿带、博茨瓦纳弗朗西斯敦—赛莱比—皮奎新太古代Ni-Cu-Au成矿带、赞比亚赞比西津巴—卢萨卡新元古代Au-Ni-Cu成矿带、坦桑尼亚乌本迪—乌萨嘎仁古元古代Ni-Cu成矿带以及坦桑尼亚—布隆迪基巴拉中元古代Ni-Cu-Co成矿带，矿床的形成严格受构造演化控制。
3) 中南部非洲镍矿成矿地质条件有利，总体找矿勘查工作程度低，资源潜力巨大。初步划分出的4个矿集区找矿工作虽然已取得重大成果，但仍具有巨大找矿潜力，可进一步加大该区镍矿成矿规律研究和找矿勘查工作。
致谢: 中国地质调查局天津地质调查中心沈宝峰研究员、付超高级工程师、党智财工程师在成文过程中提供了大量的帮助，在此表示衷心的感谢！| [1] |
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