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0 引言
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北山造山带是中亚造山带重要组成部分，横跨甘肃和新疆，岩浆活动频繁，不同规模、类型以及成因的岩浆岩广泛分布，是研究中亚造山带构造演化的重要区带（图1）（白荣龙等，2022; 吕志成等，2022； 张银定和陈海云，2022；常旺等，2024），同时也是铜、镍、金等金属重要的成矿区带（白云来等，2002； Safonova et al.，2011；王红杰等，2024）。黑山铜镍多金属矿床位于甘肃北山造山带（图1），距离柳园镇 65 km 处，中心坐标为东经 95° 59'58″，北纬 41° 23'03″，是截止目前该地区发现的唯一一个与基性—超基性岩浆作用有关以镍为主，共生铜，伴生钴、PGE 元素，具有规模的中型硫化铜镍多金属矿床，也是近20年来国内继夏日哈木镍钴矿床后新发现的为数不多的具有规模的硫化铜镍多金属矿床。前人在成岩成矿年代、岩相学和矿相学特征、矿床成因等方面取得了大量的成果（颉炜，2012；徐刚， 2013；俞军真，2014），但在前期勘查过程中，对成矿规律和矿床地质特征研究不足，一直未取得明显的找矿突破（图1）。本文在梳理前人研究成果的基础上，以勘查区找矿预测理论和方法为指导（叶天竺等，2007，2014；薛建玲等，2018，2020；庞振山等， 2021，2023；陈振兴等，2022；严光生等，2023；王欣等，2024），结合矿床勘查实践，系统分析了黑山铜镍多金属矿床地质特征，构建勘查区成矿地质体、成矿构造与成矿结构面和成矿作用特征标志“三位一体”的勘查预测模型，并开展深部找矿预测，圈定深部勘查靶区，经钻探验证实现找矿突破，新圈定矿体 48 条，探获镍金属量规模达中型，同时为矿区深部及外围铜镍矿点的勘查工作提供示范和指导。
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1 地质背景
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黑山铜镍多金属矿床位于北山造山带东南缘 （图1c）。矿区地层主要为青白口系大豁落山组 （Qnd1-2）和上寒武统西双鹰山组（Єx），其次为第四系全新统冲洪积砂砾石层。其中，青白口系大豁落山组（Qnd1-2）由上、下两个岩组组成，其中上岩组 （Qnd2）主要由白云岩、硅至条带白云岩和方解石白云大理岩组成，下岩组（Qnd1）主要由千枚岩、绢云硅质板岩，炭质硅质板岩，石英方解石大理岩组成。寒武系上统西双鹰山组（Єx）分布在岩体的北部，岩石类型主要有硅质板岩、玄武岩、泥质板岩、变砂岩等，其次分布有少量薄层大理岩夹硅质板岩和重晶石岩。
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矿区断裂和褶皱构造发育。断裂构造主要有7 条（F1～F7），走向近 EW，规模较大，多期活动特点，其中，F1和 F7为区域性断层，规模较大， F1为逆断层，位于矿区北部，宽 2～5 m，断层面倾向北，倾角 45°~60°。F7为正断层，位于矿区东南部，断层面倾向北，倾角 65°。F4为正断层，断层面倾向南，倾角 35°~75°。F5和F6为逆断层，断层面倾向北，倾角45°~70°。F2和F3被第四系覆盖，性质不明；褶皱构造分布在矿区中部，以倒转背斜为主，轴线近 EW，与断裂构造走向基本一致，轴面南倾，北翼倾角 50°，南翼倾角 70°，轴部岩性为大豁落山下岩组千枚岩、硅质板岩，两翼岩性为豁落山上岩组千枚方解石白云大理岩。
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矿区岩浆岩单一，主要以基性—超基性岩为主，岩性主要为辉长岩、橄榄岩系列，出露面积约 0.3 km2（图2）。此外，在矿区西部和北部，分布有少量的闪斜煌斑岩脉（χ）、闪长玢岩脉（δμ）和石英脉 （q）。
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矿床主要赋存在基性—超基性杂岩体中，岩体出露地表，呈 NW-SE方向展布，东西长约 800 m，南北宽约470 m，呈现“鸭梨”形态，岩体侵位于青白口系大豁落山组（Qnd1-2），其北侧围岩为下岩组硅质板岩，南侧围岩为上岩组白云岩，矿床位于褶皱构造南翼，受断裂构造影响小（图2和图3）。
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图1 中亚造山带和北山地区构造格架（a）及主要铜镍矿床点分布图（b、c，据徐刚，2013）
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1 —含矿镁铁-超镁铁质岩体；2—北山主镍铜矿床（点）；3—断裂/隐伏断裂
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图2 黑山铜镍多金属矿床地质简图（据颉伟，2012修改）
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1—第四系；2—硅质板岩；3—玄武岩；4—变砂岩；5—白云岩；6—硅质条带白云岩；7—方解石白云大理岩；8—千枚岩；9—绢云母硅质板岩； 10—炭质硅质板岩；11—石英方解石大理岩；12—辉长岩；13—斜长方辉橄榄岩；14—铜镍矿体；15—断层；16—地质界线；17—背斜；18—钻孔；19—探槽
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2 矿体特征
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黑山矿床共圈定矿体 48 条，主矿体为①和② 号。矿体主要赋存在橄榄岩相斜长方辉橄榄岩和斜长二辉橄榄岩中，矿体形态和产状严格受岩体控制，并随岩体及其与围岩的接触带形态变化而发生变化，呈似层状、层状或透镜状，少量呈透镜状分布在辉长岩相带岩石中。矿体长约 800 m，深部延深达600 m，单工程控制厚度为2～58.5 m，单工程镍品位变化范围为 0.30%～2.76%，铜品位变化范围为 0.13%～3.68%，伴生有钴、铂、钯等元素（俞军真和马波，2010①）。由于详查工程有限，未对深部矿体进行进一步控制，从已控制工程显示，岩矿体无尖灭或封闭迹象，有继续向深部延伸趋势，根据地球物理成果显示，岩体向深部延伸达 1000 m，未来深部还有一定的找矿潜力（图3）。
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3 “三位一体”勘查模型
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黑山铜镍多金属矿床产出于基性—超基性杂岩体，受地层围限。区域上受大山头—黑山—碱泉子大断裂构造南侧次级断裂控制。在矿区范围，受褶皱构造控制。从矿体的空间分布特征与变化规律上看，具有“成矿地质体、成矿结构面、成矿作用标志”三位一体的成矿规律。
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3.1 成矿地质体
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成矿地质体指与矿床形成时间相同或相近，在空间分布上相依，在成因上有密切联系的岩体或岩石类型，能够对矿床进行空间定位，是成矿地质作用的实物载体（薛建玲等，2020）。黑山含矿成矿地质体为基性—超基性杂岩体属富铁质岩体，岩石m/ Fe比值变化范围为4.25~5.86，平均为4.79。岩体形成于晚泥盆世（ID-TIMS U-Pb 年龄（366.6±0.6） Ma，SHRIMP U-Pb 年龄（374.6±5.2） Ma，SHRIMP U-Pb 年龄（358±5） Ma、（357±4） Ma，颉伟，2012；杨建国等，2012；徐刚，2013）。岩石类型主要由辉长岩相带和橄榄岩相带岩石组成，其中，橄榄岩相带是主矿体赋存岩相带，岩石类型主要为蚀变中细粒斜长方辉橄榄岩和蚀变中细粒—中粒角闪斜长辉橄岩，橄榄岩相带中岩石Cu、Ni及PGE含量最高，围岩∑PGE 含量为 1.87×10-9~12.05×10-9，矿石∑PGE 含量为 1017×10-9~4173×10-9，明显高于围岩（徐刚， 2013），随着基性程度的降低，Cu、Ni 及 PGE 含量也随之降低。辉长岩相带岩石类型主要有橄榄角闪辉长岩、角闪辉长岩、橄榄辉长岩等。
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图3 黑山铜镍多金属矿床联合地质剖面图
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1—橄榄岩相；2—辉长岩相；3—贫矿体；4—富矿体；5—第四系覆盖层；6—硅质板岩；7—白云岩；8—施工钻孔；9—主矿体编号；10—岩相界线；11—岩体推测界线
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矿体主要呈层状或似层状赋存橄榄岩相斜长方辉橄榄岩和斜长二辉橄榄岩中，其次为辉长岩相岩石中，矿体产状与岩体产状一致，走向NE-SW，倾向 SW。在倾向方向，辉长岩相逐渐向橄榄岩相带岩石逐渐过渡，且随着向深部岩相过渡，矿石类型、矿体的品位、形态、规模等均发生变化。其中，在辉长岩相带中，矿体主要呈透镜状分布，不连续，矿石类型主要以星点状低品位矿石为主（0.2%＜Ni@＜ 0.3%），其次为少量浸染状贫矿石（0.3%＜Ni@＜ 1%）。在橄榄岩相中，矿石类型主要为浸染状、稠密浸染状和半海绵陨铁状贫矿（0.3%＜Ni@＜1%）和富矿石（Ni@＞1%）。沿走向方向，岩体由中间向两侧赋存深度逐渐变浅，规模随之减小，并发生分支。岩体由地表延伸至深部1600 m水平以下，规模逐渐变小，但继续延深，无尖灭或封闭迹象（图3）。
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在地球物理方面，黑山岩体总体表现出高重力、高磁异常、高极化、异常延深深等特征（李百祥等，1999；徐刚，2013），尤其磁异常与岩石基性程度和矿化程度具有很好的对应和套合。磁异常东西长约 650 m，南北宽 250~500 m，与岩体分布范围基本一致，向深部延伸达 1000 m。磁异常受矿体分布、岩石基性程度影响，呈现明显的分带和不均匀性，表现出中间低南北两侧高的特征，其中，南侧磁异常峰值达 1037 nT，北侧磁异常峰值达 843 nT，这与矿体主要分布在岩体南侧深部以及岩体由北向南沿倾向和垂深方向基性程度由辉长岩相岩石向含矿橄榄岩相岩石过渡具有很好的套合和对应有关（图3）。
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在元素地球化学方面，沿区域东西向断裂构造分布的基性—超基性岩体具有明显的 Cr、Ni、Co 异常，且异常规模大，分别为 110×10-9～130×10-9，54× 10-9～95×10-9 、20×10-9～22×10-9、109×10-9 （俞军真和马波，2010①）。
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3.2 成矿构造和成矿结构面
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成矿构造是指在形成上与岩体、矿体具有密切的成生联系，控制岩矿体空间位置、形态、规模、产状及其内部结构的构造（叶天竺等，2007，2014；严光生等，2023），黑山矿床主矿体主要受橄榄岩相带构造和岩体与围岩接触带构造控制。
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成矿结构面是指成矿作用过程中赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理及化学性质不连续面，既赋存矿体的各类界面（叶天竺等，2007，2014）。黑山铜镍矿体成矿结构面主要有岩性结构面、岩体深边部结构面和岩体与围岩接触带结构面。岩性结构面主要为岩浆侵位冷却过程中的原始结晶分异结构面，矿体主要呈透镜状或似层状分布在岩体的深边部、中部以及岩体与围岩接触带上盘，硫化物经过熔离作用后分布在脉石矿物粒间，呈星点状、浸染状或半海绵—海绵陨铁状，其中，岩体深边部结构面位于岩体的底部和岩体与围岩接触带上盘，是矿体主要集中部位，矿石类型主要以浸染状或半海绵—海绵陨铁状矿石为主（图3）；接触带为基性—超基性岩体与围岩（硅质板岩 Qnd1）侵入接触带并被后期NE-NW 向褶皱构造挤压形成的构造破碎带，有少量的块状矿体贯入，仅个别钻孔出现，且规模小。因此，岩体深边部和岩体与围岩接触带上盘构成黑山矿床最主要的标志性成矿结构面。
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3.3 成矿作用标志
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矿床成矿与岩体、岩矿体赋存特征、成矿深度、蚀变类型及强度等具有明显的关系，并且沿走向和倾向方面具有明显的变化规律。
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（1）岩矿体赋存特征
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岩矿体赋存特征及其在倾向和走向方向上的变化规律研究和总结是黑山矿床深部突破的最关键因素。首先，矿体的分布、形态和产状变化与岩体具有密切的联系，主矿体赋存在基性程度高的橄榄岩相带岩石深边部，尽管矿体在浅部呈尖灭态势，但是岩体未发生尖灭，继续向深部延深，为深部找矿奠定基础。其次，岩矿体具有明显的产状变化特征，矿体产状随岩体产状发生变化，倾向南西，呈现上陡下缓趋势，近地表倾角 70°~80°，向深部逐渐变缓，倾角42°~53°，并且在14～16勘探线产状转折处贫矿体中发现富矿体，预示深部岩体形态产状变化处为成矿有利地段，有寻找规模较大矿体的可能性。最后，矿体形态、品位、厚度、规模沿倾向和走向方向呈现明显的特征和变化规律，尤其在产状变化处，通过剖面图显示（图3），在倾向方向，随垂深变化，矿体呈现以近地表低品位（0.2%＜Ni\Cu@＜ 0.3%）、薄层（1～2 m）透镜状向深边部高品位 （Ni\Cu@＞0.3%）、厚层（＞3 m）似层状或层状过渡特征，在走向方向，岩矿体由东西两段 7 线和 21 线向中段 9～18 线呈现由分散向中间汇聚侧伏特征，表现出东西两段岩矿体规模小、分散、埋深浅、品位低（0.2%＜Ni\Cu@＜0.3%），向中段逐渐演变为规模大、品位高、连续集中、延深深的特征。综合分析认为，主矿体可能赋存在岩体深边部和岩体与围岩接触带上盘产状由陡变缓处，且在矿区中段 9～18 勘探线之间继续向深部延伸，形成找矿中心（图3），这在后期的勘探过程中得到强有力的证实。
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（2）矿石类型及矿物组成
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矿石类型按矿石的构造和矿物含量，划分为星点状矿石、稀疏浸染状矿石、浸染状或稠密浸染状矿石（图4）。脉石矿物主要有橄榄石、斜长石、普通角闪石、黑云母、斜方辉石、单斜辉石、紫苏辉石；矿石矿物主要有镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿（图5）； 矿石结构主要有他形粒状结构、海绵状结构、网状结构、侵蚀结构、反应边结构、蠕虫状结构、交代假象结构、压碎结构等。矿石构造主要有星点状、浸染构造、半海绵—海绵陨铁构造、脉状构造、块状构造等（俞军真，2014）。
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图4 黑山铜镍多金属矿主要矿石类型（据俞军真，2014）
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a—星点状矿石；b—稀疏浸染状矿石；c—稠密浸染状矿石；d—半海绵—海绵陨铁构造
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图5 黑山铜镍多金属矿主要含矿岩石和矿石类型镜下特征（据俞军真，2014）
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a—蚀变中细粒斜长辉闪橄榄岩；b—蚀变中细粒斜长方辉橄榄岩；c—中细粒含长辉橄岩；d—含黄铜矿镍黄铁矿矿石；e—含黄铜矿镍黄铁矿矿石； f—黄铜矿镍黄铁矿矿石；PI—斜长石；O1—橄榄石；Sep—蛇纹石；Cp—黄铜矿；Pyr—磁黄铁矿；Pn—镍黄铁矿
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（3）赋矿深度
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赋矿深度的认识是黑山矿床后期勘查突破的又一关键因素。通过普查发现，矿体主要分布在近地表300 m以浅范围内，并且通过钻孔揭露显示，矿体向深部不连续呈尖灭态势，且矿体分布分散，主要以低品位、不连续、厚度小的薄层状低品位矿体 （0.2%＜Ni\Cu@ ＜0.3%）和贫矿体（0.3%＜Ni\Cu@ ＜1%）为主，认为找矿潜力有限（图3）。但通过对岩矿体赋存特征及变化规律分析发现，矿体品位、规模、厚度、连续性等向深边部沿走向和倾向均呈现增加趋势，并且结合区域构造背景和接触带构造研究分析认为，矿床后期经历了强烈的 NE-SW 构造热事件，且含矿基性—超基性岩属脆性域岩石系列，深部岩矿体在接触带可能遭受强烈的构造应力作用，从而发生透镜体化，可能产生不连续分布。此外，参考金川铜镍矿富矿体和块状矿体分布在岩体的边部或贯入至岩体与围岩的接触带，受构造控制明显，呈断续分布特征。综合分析认为黑山矿体在深部300 m以下沿岩体深边部仍具有很好的找矿潜力，这在后期的钻探验证过程中在岩体的深边部发现富矿体及接触带发现贯入性块状矿体有力的验证了这一点（图3）。
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（4）蚀变带特征
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与基性—超基性岩浆作用有关的铜镍多金属矿床勘查或找矿预测过程中，围岩蚀变是指示成矿和找矿预测的重要标志，根据蚀变类型和蚀变强度以及与矿化的关系，在一定程度上可以示踪矿体的规模和大致位置，为找矿预测提供依据。铜镍矿成矿过程中矿体一般分布在岩体底部，并且伴随成矿多期活动，蚀变在空间上具有明显的分带和强度变化，一般情况下，沿倾向或垂深方向随岩性变化，蚀变类型会发生变化，并且随矿化程度的增强，蚀变程度相应增强。黑山矿床围岩蚀变类型简单，主要为蛇纹石化和绿泥石化蚀变，蚀变类型与岩性变化、矿化程度和矿体的规模具有明显的联系，由近地表至深边部随着矿石品位和矿体的规模的增加，蚀变在空间上具分带性和强度变化，在浅部主要以辉长岩相岩石为主，矿化较弱，蚀变主要以轻微绿泥石化为主，向深部逐渐过渡为橄榄岩相岩石，矿化逐渐增强，矿体规模增加，蚀变强度随之增强，主要以蛇纹石化为主，伴有绿泥石化。至后期热液叠加，在接触带以及岩体的边部形成蛇纹石化+绿泥石化+滑石化+碳酸盐化蚀变带（图6）。
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4 “三位一体”勘查预测模型构建及验证示范
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黑山铜镍多金属矿床主矿体分布主要受岩体控制，岩矿体特征、成矿结构面、成矿作用标志在走向和倾向方面呈现规律变化。岩体+岩体深边部与围岩接触带上盘+绿泥石化和蛇纹石化蚀变带是黑山矿床的找矿标志。据此，笔者确立了“岩体、岩体深边部及接触带上盘联合控矿”勘查思路和成矿地质体、成矿结构面、成矿作用标志“三位一体”三阶段勘查模型：（1）分析矿体与岩体成矿联系以及岩体延深特征，明确黑山矿床深部具有较好的成矿远景和找矿潜力；（2）根据岩矿体的侧伏规律、矿体的赋存特征以及成矿结构面特征、蚀变类型及程度与矿化分带结构、物探测量成果，推测矿体沿岩体深边部及岩体与围岩接触带向南侧深部继续延伸，预测成矿中心和验证靶区在矿区中段9～18勘探线之间深部 300 m 以下（图3）；（3）根据预测模型及矿体的分布、规模等特征，圈定首选勘查靶区，并提交隐伏铜镍矿体的验证工程设计（表1和图6）。
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在后期详查和勘探阶段，在勘查预测模型基础上，进一步优化钻孔，在矿床中段9～18勘探线之间优先选择 14 和 16 勘探线开展深孔验证，并取得找矿突破，发现规模较大的层状贫矿体和富矿体，并以14和16勘探线为中心向两侧勘探线辐射，在300 m 以下布设多个深孔进行钻探验证，实现见矿率达 90% 以上，实现了深部找矿重大突破，探获镍金属量达中型，矿体规模及资源品质实现大幅度质的提升。新发现岩矿体长约 400 m，延深达 600 m 以上，走向呈 NW-SE，倾向 SW，岩矿体沿倾向继续延伸，向深部品位升高，形态连续完整（图7），矿体单工程控制厚度为 2～58.5 m，单工程镍品位变化范围为 0.3%～2.76%，铜品位变化范围 0.13%～3.68%。找矿突破使黑山矿床成为甘肃北山地区现今发现的最大的硫化铜镍多金属矿床，改变了甘肃北山地区铜镍不成规模的局面，并为矿区深部及外围铜镍矿床（点）的勘查工作提供示范和指导。
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5 结论
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（1）黑山硫化铜镍多金属矿床成矿地质体为晚泥盆世辉长岩相和橄榄岩相铁质基性—超基性杂岩体，矿体主要分布在橄榄岩相斜长方辉橄榄岩和斜长二辉橄榄岩。
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图6 黑山铜镍多金属矿床深部勘查预测图
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图7 黑山铜镍多金属矿床深部钻孔验证纵投影及典型钻孔柱状图
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1 —岩体；2—①号矿体；3—②号矿体；4—前期/验证钻孔；5—早期勘查发现矿体；6—验证发现矿体
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（2）成矿构造主要为橄榄岩相带构造和岩体与围岩接触带构造，成矿结构面主要为原始结晶分异结构面，主矿体主要分布在岩体深边部产状由陡变缓处和岩体与围岩接触带上盘。矿石类型主要为浸染状、稠密浸染状和半海绵陨铁状贫矿。主要蚀变类型有蛇纹石化和绿泥石化蚀变。
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（3）通过构建“三位一体”勘查预测信息模型显示，预测成矿作用中心和验证靶区在矿区中段 9～18勘探线300 m以下，通过钻探工程验证，实现找矿突破，探获镍金属量规模达中型。
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（4）深部找矿突破使黑山矿床成为甘肃北山地区现今发现的最大的硫化铜镍多金属矿床，并为矿区深部及外围铜镍矿床（点）的勘查工作提供示范和指导。
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致谢 作者在野外负责项目勘查工作期间，得到金川集团矿山工程分公司索文德、尹茂红、陈建华、马波等同事的大力支持和帮助。在审稿期间得到3位审稿专家及编辑部的悉心指导和意见，在此，表示衷心感谢！
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注释
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① 俞军真和马波 .2010. 甘肃北山黑山铜镍矿床详查报告[R]. 金昌: 金川集团地质勘查院，1-150.
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摘要
黑山铜镍多金属矿床是截止目前在甘肃北山地区发现的唯一一个与基性—超基性岩浆作用有关具有规模的中型硫化铜镍多金属矿床。本文全面整理和研究分析矿床地质特征，构筑了成矿地质体、成矿结构面、成矿作用标志“三位一体”勘查预测信息模型，指导矿床深部找矿预测及勘查工作。结果显示成矿地质体主要为晚泥盆世辉长岩相和橄榄岩相铁质基性—超基性杂岩体，矿体主要分布在橄榄岩相斜长方辉橄榄岩和斜长二辉橄榄岩。成矿构造主要为橄榄岩相带构造和岩体与围岩接触带构造，成矿结构面主要为原始结晶分异结构面，矿体主要分布在岩体深边部产状由陡变缓处和岩体与围岩接触带上盘，矿石类型主要为浸染状、稠密浸染状和半海绵陨铁状贫矿石；蚀变类型主要为蛇纹石化和绿泥石化蚀变。勘查预测模型显示预测成矿中心和验证靶区在矿区中段300 m以下，经钻探工程验证实现找矿增储突破，探获镍金属量规模达中型。找矿突破使黑山矿床成为甘肃北山地区现今发现的最大的硫化铜镍多金属矿床，并为矿区深部及外围铜镍矿床（点）的勘查工作提供示范和指导。
Abstract
The Heishan copper-nickel polymetallic deposit is the only medium copper-nickel sulfide polymetallic deposit related to basic-ultrabasic magmatism found in Beishan area of Gansu Province up to now. In this paper, we comprehensively sorted out and studied the characteristics of deposit, constructed a “Trinity” comprehensive prospecting and prediction geological model of ore-forming geological body, ore-forming structural plane, ore-forming markers and carried out the prediction and exploration work of deep deposit. The results show that the ore-forming geological bodies are mainly Late Devonian gabbro facies and peridotite facies ferruginous basic-ultrabasic complex, and the ore bodies are mainly distributed in peridotite facies plagiozonite pyroxene and plagiozonite dipyroxene peridotite. The metallogenic structures are mainly peridotite facies zone structure and rock mass and surrounding rock contact zone structure, the metallogenic structural plane is the original crystal differentiation structural plane, and the main ore body is mainly distributed in the deep edge of the rock mass and the contact zone between the rock mass and the surrounding rock. The ore types are mainly disseminated, dense disseminated and semi-spongy iron lean ores. The main types of alteration are serpentinization and chlorite alteration. The exploration prediction model shows that the mineralization center is less than 300 meters in the middle section of the mining area, and the drilling engineering verification has achieved a breakthrough in prospecting and storage, and the scale of nickel metal has reached medium, which makes the Heishan deposit the largest copper-nickel sulfide polymetallic deposit found in Beishan area of Gansu Province, and provides a demonstration and guidance for copper-nickel prospecting and exploration in this area.
