摘要
万丈沟镍钴矿床为柞水—山阳矿集区内目前唯一一个与基性—超基性岩密切相关的小型镍钴矿床。该矿床位于区域性山阳—凤镇大断裂北侧，已圈定了8条镍钴矿体，矿体赋存于泥盆系细碎屑岩-碳酸盐岩地层中的断裂构造带中。本文通过对万丈沟镍矿的地质特征、矿体特征及矿石质量特征研究，分析了该矿床的控矿因素，总结了找矿标志；通过对已有的矿床地球化学资料进行分析研究，认为万丈沟镍钴矿化成因上为与基性—超基性岩浆有关的碳酸角砾岩型矿化。在上述研究的基础上，总结了该矿床的成矿模式，认为万丈沟镍钴矿床浅部为受构造控制的与岩浆活动有关的岩浆热液型矿床，深部仍具有寻找与基性—超基性岩有关的岩浆熔离型铜镍钴硫化物矿床的潜力。
Abstract
Wanzhanggou Ni-Co deposit is the only small-scale Ni-Co deposit, which is closely related to the basite-ultramafic rocks in the Zhashui-Shanyang ore concentration area. The deposit is located on the north side of the regional Shanyang-Fengzhen fault, and 8 nickel-cobalt ore bodies have been delineated, which are located in the fault structure zone of the Devonian fine clastic-carbonate rock strata.By studies the geological characteristics, ore body characteristics and ore quality characteristics of Wanzhanggou nickel cobalt deposit, this paper analyzes the ore control factors of the deposit, and summarizes the prospecting markers; By analyzing the previous geochemi‐cal data of this deposit, it is concluded that the nickel and cobalt mineralization in Wanzhanggou is of carbonate breccia type related to basite-ultramafic magma. Based on the above studies, summarized the mineralization mode of the deposit. It is concluded that the shallow of Wanzhanggou nickel-cobalt deposit is a magmatic hydrothermal deposit controlled by tectonics and related to magmatic activity, while the deep still has the potential to find a magmatic Cu-Ni-Co sulfide deposit.
Keywords
0 引言
随着科技的日新月异，镍和钴在航空航天、军事、芯片、新能源等领域日益凸显出其重要性，具有重要的战略意义，许多国家已将镍、钴列为关键金属矿产（毛景文等，2019a，2019b；王登红，2019；王岩等，2020）。中国的镍矿床成因类型主要有岩浆型、风化壳型（红土型）和海相沉积型 3 种（蔡鹏捷等， 2018；徐颖和孟万涛，2018；缪君等，2019；陈振兴等，2022；于晓飞等，2022）。钴主要为其他类型矿产的共伴生矿产，主要有沉积岩赋矿层控型、风化型和岩浆型伴生矿（赵俊兴等，2019），随着近年来勘查力度加大，已发现了众多独立钴矿床（朱华平， 2005；施科等，2017；徐海文，2017；颜志强等，2018； 闫楠，2019；颜志强等，2020）。一直以来，对于钴矿床类型的划分标准不一，分类多样，主要以含钴的矿床类型进行划分（Smith，2001；丰成友等，2004； Zou et al.，2014；张伟波等，2018；Zou et al.，2018； Petavratzi et al.，2019①；王辉等，2019；赵俊兴等， 2019），张洪瑞等（2020）根据钴富集方式和成矿过程，将钴矿床划分出岩浆型、风化型、热液型和化学沉积型 4 种基本矿床类型，又将热液型细分为岩浆热液矿床和盆地流体有关矿床2个亚类型。其中与基性—超基性有关的岩浆型镍钴矿具有品位高、易选冶的特点，且伴生铜等多种矿产，综合利用价值高，其储量及开采在中国占主导地位（娄德波等， 2014；孔令湖等，2021）。因此对与基性—超基性岩相关的铜、镍、钴矿床的研究具有重要的地质意义、经济价值及战略意义。
万丈沟镍钴矿床位于陕西省柞水县城东南方向122°方位、直距31 km处，隶属陕西省柞水县凤凰镇管辖，矿区中心地理坐标：109°24'，33°32'。截止目前，该矿床为柞水—山阳矿集区内唯一一个具有规模的镍、钴矿床，矿床规模为小型，累计探获镍资源量矿石量86.45×104 t，镍金属量1.66×104 t，平均品位 1.92%，未对钴、金开展过相关勘查研究工作，以往的勘查深度一般不大于 200 m。笔者通过对该矿床的矿产调查研究，发现该以镍为主的矿床中伴有铜、钴、金矿化，通过研究该矿床的地质特征、矿体特征、矿石质量特征，对比分析区域地质资料及已有的地球化学研究资料，认为该矿床为一与基性— 超基性岩浆岩有关的碳酸角砾岩型镍钴（金）矿床，浅部为受构造控制的与基性—超基性岩浆活动有关的岩浆热液型矿床，深部具有寻找与基性—超基性岩有关的岩浆熔离型铜镍钴硫化物矿床的潜力。本文总结了该矿床的成矿模式，以期对区内的镍、钴（金）矿的找矿工作提供借鉴。
1 区域地质概况
柞水—山阳热水沉积盆地夹持于商丹缝合带和山凤断裂之间，两条断裂均为长期活动的幔型断裂，控制了盆地的基底、沉积及其形成与演化，同时也控制了区内矿产的分布（方维萱，1999）。柞山盆地的基底地层有耀岭河群变质基性火山岩系、震旦系—奥陶系碳酸盐岩建造、碎屑岩建造，寒武系— 志留系形成的陆棚边缘盆地碳硅泥质岩建造，富含 Au、Ag、Cu、Zn、Ni、V、Mo、Hg、As、Sb等成矿元素，局部矿化（方维萱，1999；方维萱和刘家军，2013）。盖层主要为泥盆系一套浅海—半深海浊流沉积碎屑岩、碳酸盐岩复理石建造，为区内金、银、铜、铁、镍、钴矿产的主要含矿建造。
区域上主要出露中上泥盆统，断裂构造发育，以东西向、北西向区域性断裂构造为主要特征，并伴有北东向与北西向两组断裂，区域性断裂带与北东向、近南北向断裂带的交汇部位控制区域内中生代晚期岩浆岩侵位和相关矿床的分布（张国伟等， 1995）。
区域内岩浆活动广泛而强烈，具有多期次活动的特点，根据目前获得的岩体年龄数据，区内发育有新元古代、古生代、中生代3期岩浆活动。主要为新元古代板板山岩体、冷水沟复式岩体、李家砭辉长岩体，小磨岭复式岩体（牛宝贵等，2006；王涛等， 2009；吴发富等，2012；郭现轻等，2014；刘仁燕等， 2018），紧贴山阳—凤镇大断裂分布（图1）；三叠纪柞水复式岩体、曹坪复式岩体、沙河湾复式岩体（胡健民等，2004；弓虎军等，2009；张成立等，2009；阎明等，2014），基本沿商丹断裂分布（图1）；晚侏罗世—早白垩世中酸性小岩体分布于柞水—山阳盆地泥盆系中（谢桂青等，2012；郑俊等，2015；图1）。岩体岩石地球化学特征显示从酸性—中酸性—基性岩—超基性岩—碱性岩具有专属性，其中亲铜成矿元素主要为燕山期中—酸性小岩体，Au、Mo、Cu、 Sb 呈富集型，是 Au、Mo、Cu 主要含矿岩体和形成时代；二是加里东期闪长岩小岩体，Ag、Cu、Pb、Mo 呈富集型，为本区多金属含矿岩体和形成时代（陕西省地质调查中心，2013②）。钨钼族元素和稀有稀土类元素主要富集于碱性岩和中酸性岩类，形成时代以燕山期为主，次为印支期和加里东期（陕西省地质调查中心，2013②）。
区域上经历了新元古代、古生代和中生代构造-岩浆热事件和造山作用（张国伟等，2001），形成了复杂多样的多期构造变形，强烈而广泛的岩浆活动和丰富的矿产资源，成矿时代以燕山期为主，其次为印支期（王瑞廷等，2008；王东生等，2009；王宗起等，2012）。按成因类型可划分为 4 类：第一类为热水沉积（改造）型，该类型分布于凤镇—山阳断裂以北泥盆系青石垭组中，主要有穆家庄铜矿床、大西沟铁矿床、银洞子银多金属矿床、黑沟铅锌矿床、桐木沟锌矿床等（苏瑞侠和刘平，2001；朱华平等，2004； 任涛等，2009；图1）；第二类为与岩浆岩有关的矿床，主要有李家砭岩浆分异型钒钛磁铁矿床、色（河铺）—冷（水沟）—池（沟）斑岩型-矽卡岩型-热液脉型铜（银、金、钴）矿床等（张西社等，2012；郭现轻等， 2014；刘凯等，2020；图1）；第三类为热液角砾岩型，主要有二台子铜金矿床（方维萱等，2001）、东干沟铜金矿点（图1）；第四类为与超基性岩有关的热液脉型矿床，主要有万丈沟镍钴（金）矿床（图1）。
1—古近系—新近系；2—三叠系；3—二叠系；4—石炭系；5—刘岭分区泥盆系；6—迭部—旬阳地层分区泥盆系；7—志留系；8—基底地层；9— 元古宙岩浆岩；10—志留纪岩浆岩；11—三叠纪岩浆岩；12—侏罗纪岩浆岩；13—燕山期小岩体；14—断层；15—铁矿；16—铜矿；17—铅锌矿； 18—金矿；19—银矿；20—钒矿；21—银锑矿；22—镍钴矿；23—矿点；24—中小型矿床；25—大型矿床；26—研究区位置
图2万丈沟镍钴矿床地质简图
1—第四系；2—上泥盆统星红铺组灰绿色板岩，局部夹灰岩；3—中泥盆统牛耳川组上段粉砂岩、粉砂质板岩；4—中泥盆统牛耳川组粉砂质板岩、泥质板岩、钙质板岩；5—郑家沟基性—超基性岩；6—碳酸角砾岩；7—煌斑岩；8—石英铁碳酸盐脉；9—断层及编号；10—破碎带及碎裂岩； 11—镍钴（金）矿体及编号；12—钴矿体
2 矿区地质特征
2.1 地层
矿区主要出露泥盆系牛耳川组、星红铺组及第四系（图2）。第四系主要分布于山阳—凤镇断裂两侧，其余地方则零星分布，沉积物以砂、砾岩和黏土为主，厚度不等，皆未固结成岩。
（1）中泥盆统牛耳川组（D2n）：为矿区内出露的主要地层，分布于山阳—凤镇区域性深大断裂以北，隶属板房子—山阳地层小区，岩性以石英二云千枚岩、粉砂质板岩为主夹粉砂岩和少量细砂岩，下部夹（互）泥灰岩。按岩性可分为上、下 2 个岩性段。底界为凤镇—山阳断裂所断失，总厚度大于 1049 m。
下段（D2n1）：为灰—深灰色角岩化粉砂质板岩与灰色泥灰岩、片理化黑云石英大理岩不等厚互层夹角岩化变质粉砂岩、灰—深灰色钙泥质板岩、角岩化石英二云千枚岩。从下向上角岩化减弱，厚度大于501 m。
上段（D2n2）：下部以灰色角岩化石英二云千枚岩为主，中、上部粉砂质板岩为主，夹粉砂岩、角岩化含长石石英粉砂岩和细砂岩，顶部富含灰质，厚度548 m。
上、下段区分的主要标志是下段（D2n1）中泥灰岩多，而上段（D2n2）中只有很少泥砂质灰岩，两段地层间渐变过渡。
牛耳川组岩石中 Zn、Cu、Co、Ni 含量上、下段相近，而下段Pb含量高，可能与地层中富含灰质有关。
（2）上泥盆统星红铺组（D3x）：主要分布于矿区西南角，位于山阳—凤镇区域性深大断裂以南，隶属凤县—镇安地层小区。区内主要出露该组上段 （D3x2）地层，呈北西—近东西向展布，主要岩性为灰绿色粉砂岩、绢云母粉砂质板岩，纹层状灰岩。受区域构造影响，岩石碳酸盐化、钠长石化、褐铁矿化蚀变较为发育。
2.2 构造
区内断裂构造较为发育，山阳—凤镇断裂为第四系冲洪积物所覆盖，断裂构造基本与区域性山凤断裂平行展布，走向北西西、倾向北北东，为一系列高角度脆—韧性断裂，断裂带内糜棱岩、角砾岩发育。该组断裂多数规模较小，为区内镍、钴、铜矿控矿构造（图2）。
F1断裂：长度 15 km，向东延伸出矿区，宽 0.2～10 m，内充填有断层角砾岩、斜辉橄榄岩脉等，并有不同程度的糜棱岩化。带内蚀变强烈，发育黄铁矿化、黄铜矿化、毒砂化等。构造倾向南西，属正断层，倾角55°～80°，该构造控制K1、K2、K3矿体的空间分布。
F2断裂：东部被北东向断裂错断，长 230 m，宽 0.2～2.3 m，带内角砾岩发育，黄铁矿化、黄铜矿化等蚀变发育，上、下断层面较清楚。构造带倾向北东，倾角55°～75°。该构造带控制了K4矿体的空间分布。
F3断裂：分布于干沟—万丈沟地段，矿区范围内长约250 m，宽0.1～20 m，带内糜棱岩及构造角砾岩发育，局部充填有斜辉橄榄岩脉，黄铁矿化、毒砂化及黄铜矿化蚀变在干沟东沟口南及西沟地段较发育，局部形成黄铁矿团块。该断裂构造上、下断层面较清楚，倾向北东，倾角 32°～78°，其控制 K5、K6 矿体空间展布，为区内主要控矿断裂带之一。
2.3 岩浆岩
区内岩浆岩较发育。在万丈沟西沟和纸房沟口见有斜辉橄榄岩，呈角砾产于断裂带中；在矿区西南角分布有郑家沟基性—超基性岩体。此外发育有石英脉、石英铁碳酸盐脉、碳酸岩脉、石英重晶石脉和煌斑岩脉等（图2），与镍、钴矿化关系密切。
郑家沟基性—超基性杂岩体以中细粒辉长岩为主，分布于南北两侧，中部为斜方辉橄岩和二辉橄榄岩，局部有细小的碳酸角砾岩脉，北侧边部为碎裂斑状二长花岗岩、黑云二长花岗岩等异离体，东北侧发育有糜棱岩化辉绿岩，灰绿岩脉中见一条浅红色长英质岩脉。其中中细粒辉长岩常发生纤闪石化、绿帘石化、绿泥石化及碳酸盐化热液蚀变，热液碳酸盐脉中分布有镜铁矿；二辉橄榄岩主要发育绿泥石化、蛇纹石化、滑石化蚀变。岩体两侧地层强烈碳酸盐化，顶部为钠长碳酸角砾岩，岩体具同造山阶段和造山后阶段辉长岩质侵入体的特征，岩体形成时代与秦岭造山带主造山期同期或稍晚，为印支期或燕山早期（胡西顺，1998）。该岩体与区内的镍钴矿化关系密切。
3 矿床地质特征
3.1 矿体地质特征
万丈沟镍钴矿床在纸房沟—万丈沟一带共圈定了 8 条镍（钴）矿体，矿体产于碳酸角砾岩（脉）中或其顶（边）部，并为牛耳川组的断裂构造破碎带所限，矿体受断裂构造控制明显。主要矿体特征分述如下：
（1）K1 号矿体位于干沟与东沟间，矿体长 271 m，控制斜深 40 m，厚度 0.94～1.90 m，平均厚度 1.43 m，Ni 品位 1.34%～2.25%，平均 1.58%，矿体由北西向南东，厚度逐渐变薄，但镍矿化逐渐变富。受F1断裂构造控制，产状22°～34°∠66°～77°。
（2）K2号矿体为矿区主矿体之一。位于干沟与东沟间，K1 号矿体南侧，与 K1 矿体基本平行产出。矿体长 636 m，控制斜深 40～135 m，厚度 0.79～2.85 m，平均厚度2.39 m。Ni品位1.76%～2.97%，平均品位1.58%。矿体产状22°～35°∠75°～83°。
（3）K3 号矿体位于西沟两侧（图3）。矿体长度 496 m，控制斜深 27～230 m。矿体厚度 0.92～1.89 m，平均厚度 1.63 m。Ni 品位 0.79%～2.88%，平均 1.97%，伴生Co品位0.023%～0.720%，Au品位0.1～1.5 g/t。矿体走向北西，倾向南东，产状 210°～220° ∠75°～82°。
（4）K5 号矿体位于干沟两侧，是矿区主矿体之一。矿体长 622 m，厚 0.92～4.73 m，平均厚 2.57 m。 Ni品位1.86%～3.39%，平均品位2.23%，伴生Co品位 0.607%，Au品位1.21 g/t。产状8°～17°∠65°～73°。
（5）K6 号矿体位于西沟西侧，矿体长 306 m，厚度 0.74～2.81 m，平均 1.35 m，Ni 品位 1.24%～3.89%，平均2.16%。伴生Co品位0.027%～0.717%， Au品位1.4 g/t。由地表向深部，矿体厚度变大，但镍品位有降低趋势。矿体呈透镜状产出，矿体产状 13°～20°∠65～73°。
（6）K7 号矿体位于西沟东侧，万丈沟西侧。矿体长 120 m，厚度 0.80～1.97 m，平均厚度 1.60 m。 Ni 品位 1.96%～2.13%，平均 2.10%。伴生 Co 品位 1.22%，Au品位2.2 g/t。
（7）K8矿体位于纸房沟沟口。矿体长215 m，厚 0.2～1.6 m。Ni 品位 0.10%～16.68%，伴生 Co 品位 0.011%～0.023%。
3.2 矿石质量特征
（1）矿石结构构造：矿石结构主要为压碎结构、环带结构等，矿石构造主要有块状构造（图4a）、浸染状构造（图4a、f）、角砾状构造（图4b）、细脉状构造（图4c、e）等。
（2）矿石矿物成分：万丈沟镍钴矿矿石矿物成分复杂，主要金属矿物有红砷镍矿（图4d、e）、辉砷镍矿（图4a）、针镍矿、镍华（图4a）、镍绿泥石、黄铁矿、方钴矿、钴黄铁矿，偶见毒砂、黄铜矿（图4e、f）、辉铜矿（图4f）、银金矿；脉石矿物有（含铁）方解石、 （铁）白云石（图4d）、石英（图4d）、钠长石、绿泥石，偶见蛇纹石、透闪石及滑石。
图3万丈沟镍矿K3矿体勘探线剖面图
1—中泥盆统牛耳川组上段；2—石英砂岩；3—板岩；4—产状；5—断层；6—矿体及编号；7—矿化体及编号；8—探槽及编号；9—平硐及编号；10—单工程
图4万丈沟镍钴矿典型矿石特征
a—块状、浸染状镍钴矿石，含辉砷镍矿、镍化；b—角砾状镍钴矿石，角砾主要为板岩、硅化蚀变岩；c—细脉状镍钴矿石，红砷镍矿呈不规则状、断续脉状分布；d—镍钴矿石镜下特征（单偏光），脉石矿物主要为白云石、石英；e—含黄铜矿镍钴矿石镜下特征（光片），黄铜矿分布于红砷镍矿边部；f—含黄铜矿镍钴矿石镜下特征（光片），金属矿物黄铁矿、辉铜矿、黄铜矿等呈浸染状分布；Do—白云石；Qz—石英；Anb—镍华；Gs—辉砷镍矿；Nk—红砷镍矿；Cp—黄铜矿；Py—黄铁矿；Cc—辉铜矿
3.3 围岩蚀变特征
矿体主要产于泥盆系牛耳川组砂板岩、变砂岩中，受钠长碳酸角砾岩脉影响，主要发育的围岩蚀变有硅化、（铁）碳酸盐化、白云母化、黑云母化、绿泥石化、方柱石化及褪色化，局部发育钠长石化、重晶石化、蛇纹石化、透闪石化及滑石化。方柱石化蚀变常分布于矿（化）体5~50 m范围内，（铁）碳酸盐化、硅化、蛇纹石化、透闪石化、滑石化则常与镍、钴、金矿化相伴产出。
3.4 控矿因素分析
（1）碳酸角砾岩控矿：已发现的镍钴矿化均分布在碳酸角砾岩中或其边部（顶部），与碳酸角砾岩密切共生，碳酸角砾岩既是容矿岩石，又是矿化载体。
（2）构造控矿：山阳—凤镇区域性深大断裂控制了岩浆岩带和碳酸角砾岩的展布，其旁侧的次级断裂控制了碳酸角砾岩的分布，更次级的张性断裂 （裂隙）及层间滑动断裂控制了碳酸角砾岩脉在地表的分布及矿脉的分布。
（3）屏蔽层控矿：已发现的镍钴（金）矿脉均产于泥质板岩之下，钙泥质板岩作为良好的屏蔽层使成矿物质在其下聚集成矿。
3.5 找矿标志
（1）层位标志：牛耳川组地层紧贴山凤大断裂产出，岩性以砂板岩为主，钙泥质板岩对含矿热液的富集沉淀成矿极为有利，为成矿的有利层位。
（2）岩相标志：万丈沟镍钴矿体总体是位于碳酸角砾岩（脉）的顶部或旁侧呈脉状产出，因此碳酸角砾岩相是找矿的直接标志。
（3）构造标志：万丈沟镍钴矿体受山凤大断裂的次级断裂控制，矿体常产出于近东西向断裂构造的转换部位，且断裂构造两侧有钠长碳酸角砾岩分布时为最有利的含矿地段。
（4）围岩蚀变标志：牛耳川组砂板岩发育明显褪色化、方柱石化、（铁）碳酸盐化、钠长石化蚀变为找矿的围岩蚀变标志，当伴有蛇纹石化、透闪石化、滑石化时，为直接的找矿标志。
（5）化探标志：万丈沟镍钴（金）矿床的矿石矿物为辉砷镍矿、红砷镍矿、毒砂、黄铜矿、辉铜矿银金矿等，表明 As异常与 NiCo（Au）矿化关系密切，当发育以 As异常为主的 As-Au-Cu-Sb 等元素组合异常伴有 Ni、Co 高值区存在时，是寻找万丈沟式 NiCo （Au）矿床的地球化学异常标志。
4 矿床地球化学特征
以往开展的凤镇—山阳断裂两侧镍钴铜金银找矿预测工作（西北有色地质研究所，1995③）对郑家沟基性—超基性岩、碳酸角砾岩及镍钴矿石的地球化学特征进行了研究。
4.1 郑家沟基性—超基性岩地球化学特征
由表1可知，郑家沟基性—超基性岩镁铁比值为1.03～4.87，属铁质基性—超基性岩。
在郑家沟蚀变辉绿岩和蚀变斜方辉橄岩的稀土元素组成（表2）和球粒陨石标准化型式图（图5） 中，前者具有缓右倾、轻稀土富集型（LREE/HREE= 2.97），微弱的 Ce、Eu 异常；后者具有平缓的配分型式，负Ce、负Eu异常。二者具有稀土总量低（∑REE =45.00×10-6～71.70×10-6）、Nd 富集的特点。这是由于该辉绿岩系超基性岩的分异产物，经绿泥石化、碳酸盐化、钠长石化后出现的Ce、Eu弱正异常，但仍保留了斜方辉橄岩富Nb的特征。
4.2 碳酸角砾岩地球化学特征
胡西顺（1998）对本区的碳酸角砾岩进行了分析研究，认为本区碳酸角砾岩和岩浆成因碳酸岩的岩石化学特征基本一致，以 SiO2、Al2O3、FeO、K2O、 Na2O 含量明显偏高，CaO、CO2明显偏低，TiO2、P2O5 略高区别于沉积碳酸岩，可能与本区碳酸角砾岩在演化形成过程中同化了基底地层的岩石成分以及包含围岩角砾有关。
由表3可知，碳酸角砾岩的矿化样品与正常样品相比，微量元素中 Ni、Co、Au、As、Sb 显著增高， Ag、Hg、Pb、Zn也较高，Cr、Mn略高，V、Ti略低。
万丈沟镍钴矿床的碳酸角砾岩稀土元素分析结果表明（表2），稀土总量 ∑ REE=50.09×10-6～144.03×10-6，变化范围较大，∑Ce/∑Y=4.06～1.25，富集轻稀土，δEu=0.35～0.66，亏损 Eu；在稀土元素配分模式图中（图5）其型式基本一致。
胡西顺（1998）对碳酸角砾岩及镍钴矿石的 C-O 同位素分析研究结果表明：纸房沟—万丈沟一带碳酸角砾岩的碳来源为海相碳酸岩的深源碳，镍钴矿石则为热液混合碳，C、O 同位素组成与蚀变超基性岩型金矿及基性火山沉积-岩浆热液再造型金矿的氧、碳同位素组成相近，反映其物质组成一部分来自深源岩浆，一部分来自基底碳酸盐岩地层。
碳酸角砾岩中黄铁矿的 δ34S 值为 +9.4‰～+12.6‰，高于岩浆硫而低于泥盆系海水硫酸盐硫 （δ34S为+17‰～+25‰），且富集重硫，表明碳酸角砾岩中黄铁矿的硫为岩浆硫和海水硫的混合硫（胡西顺，1998）。
4.3 矿石地球化学特征
从万丈沟镍钴矿石的组成和球粒陨石标准化模式图中可以看出（表2，图5），镍钴矿石的稀土总量低（∑REE=41.10×10-6～62.29×10-6），具负 Ce、负 Eu 异常，LREE/HREE（1.58～7.25）比值变化较大，缓右倾，在稀土组成和球粒陨石标准化模式图上与容矿岩石角砾碳酸盐相似，表明二者为同源演化产物。
万丈沟镍钴矿床矿石中辉砷镍矿的 δ34S 值为-1.4‰～+4.0‰，平均+1.025‰，变化小且靠近 0值，与岩浆热液的 δ34S 值相近，表明辉砷镍矿中硫主要来自岩浆源（胡西顺，1998）。
5 矿床成因及成矿模式
研究结果表明万丈沟一带的钠长碳酸角砾岩及与之对应的镍钴矿化与郑家沟基性—超基性杂岩体同期或稍晚形成，时代为印支期或燕山早期 （胡西顺，1998）。从万丈沟镍矿的空间赋存状态来看，镍钴矿体与碳酸角砾岩密切共生，二者产状基本一致，矿体总体是位于碳酸角砾岩（脉）的顶部或旁侧呈脉状产出，深灰色块状矿石以辉砷镍矿、砷钴矿及镍华为主，含少量方解石、铁白云石。局部地段碳酸角砾岩中存在镍钴矿化，含镍矿物为镍华、镍绿泥石、红砷镍矿、红锑镍矿和辉砷镍矿。表明镍钴金成矿物质是富含碳酸质和挥发分的流体搬运来的，镍钴矿是在隐爆角砾岩定位的同时或稍晚分异形成的富矿质热液贯入到构造裂隙中形成的。
万丈沟镍钴矿床碳酸角砾岩旁侧的镍钴富矿石主要由蛇纹石、滑石、透辉石、透闪石及辉砷镍矿组成，可见蛇纹石呈橄榄石假象，并见有粉尘状磁铁矿，而且辉砷镍矿细粒集合体也呈柱状假象（西北有色地质研究所，1995③），表明镍钴矿石和碳酸角砾岩均与基性—超基性岩浆活动关系密切。碳酸角砾岩的 C-O 同位素研究结果也表明其与基性—超基性岩浆活动有关。辉橄岩已强烈蛇纹石化、滑石化、绿泥石化；辉长岩发生绿泥石化、碳酸盐化及钠长石化，强烈的蚀变作用可能为 Ni、Co 的析出提供了条件。综上所述，Ni、Co 成矿元素是来自于超基性岩。
表1郑家沟基性—超基性岩平均化学成分（%）
注：数据资料据西北有色地质研究所，1995③。
表2万丈沟镍钴矿区不同岩石和矿石稀土元素含量对比
注：数据资料据西北有色地质研究所，1995③。
表3万丈沟碳酸角砾岩微量元素特征对比
注：Au单位为10-9，其他元素为10-6；数据资料据西北有色地质研究所，1995③。
图6万丈沟镍钴（金）矿成矿模式图
镍钴矿化中的金元素来自于基底地层（青白口系耀岭河群变质基性火山岩Au最高含量7×10-9，震旦系陡山陀组石英底砾岩 Au 最高含量 39×10-9）。与镍钴矿化有关的碳酸角砾岩主要组成为（铁）白云石、钠长石、石英等，其物质来源于基底地层（如基性火山岩、灰岩、白云岩等）被基性—超基性杂岩体同化混染而分异形成的富含挥发分的碳酸质流体（或熔浆）。在基性—超基性杂岩体中产出的长英质脉由石英和钠长石组成也从侧面表明碳酸角砾岩是基性—超基性岩的演化产物。
万丈沟镍钴矿化成因上为与基性—超基性岩浆有关的碳酸角砾岩型矿化。其成矿模式可以概括为：山阳—凤镇深大断裂引起基性—超基性岩浆上侵，超基性岩浆带来Ni、Co成矿物质，岩浆上侵过程中同化混染泥盆系基底地层，萃取基底地层中的 Au元素，并在熔蚀碳酸盐岩地层基础上分异形成富含挥发份的碳酸岩岩浆或流体，搬运Ni、Co、Au等成矿物质，在基性—超基性岩浆上侵的前缘向上迁移，在近地表断裂构造发育地带减压隐爆，形成碳酸角砾岩。在碳酸角砾岩定位形成的同时或稍晚，分异出来的富矿质流体运移至碳酸角砾岩顶部或旁侧的断裂裂隙中成矿。牛耳川组的泥质板岩则起着良好的屏蔽层作用。该成矿模式图如图6所示。
6 结论
（1）万丈沟一带的镍钴矿化和角砾碳酸盐岩均与郑家沟基性—超基性岩浆活动关系密切，镍钴矿体与碳酸角砾岩密切共生，矿体总体是位于碳酸角砾岩（脉）的顶部或旁侧呈脉状产出，结合岩（矿）石的地质、地球化学特征，表明万丈沟镍钴矿床为一与基性—超基性岩浆岩有关的碳酸角砾岩型镍钴 （金）矿床。
（2）从矿体的空间赋存状态来看，万丈沟镍钴矿床浅部为受构造控制的与岩浆活动有关的岩浆热液型矿床，目前该矿床的勘查深度基本位于 200 m 以浅，深部仍具有寻找与基性—超基性岩有关的岩浆熔离型铜镍钴硫化物矿床的潜力。
注释
① Petavratzi E, Gunn G, Kresse C.2019. Commodity review: Cobalt [R]. Keyworth: British Geological Survey.
② 陕西省地质调查中心 .2013. 陕西省矿产资源潜力评价成果报告[R].
③ 西北有色地质研究所 .1995. 凤镇—山阳断裂两侧镍钴铜银金找矿预测报告[R].
