吴建福，张 圆

1 国际国内钴矿形式

钴是支撑战略性新兴产业发展的重要金属资源，主要应用于军事、航空、冶金等领域，近年来随着科技进步成为充电电池的必要材料，在新能源行业中应用范围越来越广。长期以来中国钴矿资源缺乏，95%的钴矿原料需要进口，国内钴市场严重受制于国外的钴矿资源。中国2016年制定的《全国矿产资源规划（2016-2020年）》首次将钴列入战略性矿产目录。我国现有储量约占全球储量的1.07%。我国绝大多数的钴矿资源来自伴生矿，其主要共生在铜、镍、铁矿中，现已知钴矿产地150处，以甘肃省储量最多，约占全国总储量的30%。故对甘肃省钴矿成矿系统的梳理及找矿思路和找矿方向的研究十分必要。

2 区域地质背景

本文研究对象为西倾山-南秦岭陆缘裂谷带志留纪地层钴矿找矿前景，该区地层分区属秦祁昆地层大区—秦岭地层区—南秦岭地层分区。大地构造位置属秦扬子板块—西秦岭褶皱带—西倾山-南秦岭陆缘裂谷带。

梳理西倾山-南秦岭地区钴矿线索，我们发现该区钴矿具有明显的层控特征，西倾山-南秦岭地区钴矿含矿地层为志留纪迭部组、舟曲组、卓乌阔组，志留系为一套封闭浅海还原相泥（炭）质岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，经多次构造运动，形成低温低氯片岩相区域变质岩，反映了陆缘裂陷沉积特点。

2.1 地层

本区志留系地层发育完整，层序清楚，为具有复理石特征的碎屑岩建造，根据发育及研究程度又可分为迭部和武都两个小区。

迭部小区的下志留统为迭部组：

迭部组岩性有炭质千枚岩、炭质板岩及硅质板岩、黑色硅质岩等，是一套在还原环境下形成的浅海相碎屑岩建造，为一套含炭质碎屑岩及硅质岩建造。

中志留统舟曲组上部岩性含碳板岩、粉砂质千枚岩夹硅质岩、灰岩，下部为中厚层变砂岩夹板岩、粉砂质千枚岩。为一套碎屑岩夹碳酸盐岩建造。该组在南秦岭自西向东砂岩组分减少，千枚岩、板岩增多，但厚度差异不大。

上志留统卓乌阔组岩性为粉砂质板岩、灰岩夹少量变砂岩及硅质条带、硅质绢云板岩、团块灰岩、微晶灰岩夹硅质及含碳板岩。为浅海相碎屑岩及硅质岩及碳酸盐岩建造。

武都小区的志留系分布虽广，但构造复杂、化石稀少，岩性与建造特征除变质较深外与迭部小区无重大差异。

晚古生界以泥盆系为主，是一套浅海相碎屑岩逐渐过渡为泻湖相白云岩的典型海退型沉积，属碎屑岩-镁质碳酸盐岩建造，该套地层在迭部以西变为一套杂色碎屑岩建造，是以红色砂砾岩、砾岩及黄色、绿色砂岩为主的滨海-三角洲相沉积。

泥盆系中统为浅海-海湾相沉积，属碎屑岩-碳酸盐岩建造。泥盆系中下部含有铁矿层多为含铁砂岩及含铁灰岩成鲡状赤铁矿，有海绿石和部分薄层菱铁矿分布。另在铁矿层的下部岩性段中有不稳定的含磷碳酸盐岩出现，属海浸初期的浅海相碎屑岩及碳酸盐岩。

上泥盆统铁山群则主要是浅海相的钙泥质灰岩、灰岩、砂岩、砾岩。

2.2 构造

研究区位于扬子板块—西秦岭褶皱带—西倾山-南秦岭陆缘裂谷带，即迭山-成县大断裂以南，玛曲-略阳-勉县古缝合带以北的区域。其构造演化大致经历了早古生代末、晚古生代、早白垩世-新近纪等几个阶段，其中早古生代的加里东期以逆冲、挤压变形为主；晚古生代至早中生代的海西-印支期，主要为脆性推覆，印支后期伴随大规模岩浆侵入；燕山期-喜山期主要为陆内调整。形成了区内多序次、多体制、多类型及多尺度的不同力学性质构造形迹及建造体系下相互限制、联合、叠加与改造的近东西向总体构造格局，包括迭部-武都逆冲推覆构造带和玛曲-文县逆冲推覆构造带。

2.2.1 迭部-武都逆冲推覆构造带

该带出露地层主要为志留纪舟曲组和少量卓乌阔组的浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩建造、泥盆纪下吾那组和古道岭组碳酸盐岩夹碎屑岩建造。主要矿产为沉积叠加淋积型铁、锰、磷矿，同时该带也是寻找砂页岩型铜矿的有利地段。

2.2.2 玛曲-文县逆冲推覆构造带

该带西南部以三叠纪隆务河群为主，中东部以志留纪迭部组、舟曲组和卓乌阔组为主，南部以泥盆纪地层为主。中东部逆冲推覆于泥盆系三河口群之上。代表性矿床有大桥、阳山、石鸡坝大型金矿等。

3 钴矿的地质特征、成矿规律及找矿标志

3.1 钴矿成矿地质特征

本区钴矿往往以伴生矿种产于锰铁铜矿中，故该区钴矿成矿地质特征与该区锰矿等矿种成矿地质背景基本一致。

该区矿产种类繁多，有金、铁、锰、钨、铜、汞、钴、镍、银、锌、钼等。与钴矿相关的主要为志留纪地层，为一套浅海相泥（炭）质岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，其中卓乌阔组的封闭浅海还原相黑色岩系中富含Au、Cu、U、Fe、Mo、Co、Ni、Pt、Pd、P等成矿元素，是区内与黑色岩系有关的铁、锰、金、铀、钴、镍等多金属矿的容矿地层，在志留纪地层上部岩石建造中，发现有沉积-淋积型铁、锰矿、磷矿、钒矿，尤其是沉积-淋积型褐铁矿、锰矿在该区星罗棋布，往往伴生有钴矿，虽然单个矿体规模小，但矿点多，总资源量很大，具有较大的工业价值。

其次该套地层中的硅质岩、泥质岩是胶体化学沉积的镍、钴、钼、铀、铜的富集岩石，是寻找沉积型镍、钴、钼、铀、铜矿的重要靶区。志留纪地层中以往已发现了金家坪铁锰钴矿矿床、包家沟铁矿、徽县大河店一带铜矿、大石碑铁矿、余家湾金矿、黑火石沟金矿等。

该区成矿类型主要有三种：一是与中酸性侵入岩有关的斑岩型钨铜矿床，主要分布在印支期迷坝岩体与志留纪舟曲组外接触带上；二是与海相黑色岩系及硅质岩等有关的沉积型铁锰钴及多金属矿，主要分布于该区东部南康-关家沟-梁家沟一带、南部张家坪一带及西部迭部-武都一带，矿点星罗棋布，属沉积—淋积改造型。代表性矿床有金家坪铁锰钴矿；三是与浅海相细碎屑岩类有关的中低温热液型金锑汞矿床，多分布于北带泥盆系、石炭系中，主要为中低温热液型。矿体一般产于北东向与东西向断裂交汇处，矿化与中酸性脉岩关系密切。区内主要有杨家山金矿、赵家湾金矿、头滩子-金滩子金矿、马家山汞矿等。

总结其规律可以发现本区钴矿往往与锰矿、铁矿伴生产出，区内志留纪淋积式铁矿含铁建造主要见于南秦岭白龙江背斜核部的志留纪迭部组、舟曲组及卓乌阔组中，主要含铁岩石组合为富铁石英砂岩、细砂岩、富铁泥质岩、含碳石英砂岩等。该类矿床属层控型矿床，据区内已发现矿产分布可以发现自玛曲-迭部-舟曲-武都区域沿着志留纪地层分布有大量铁矿（点）床、武都-康县云台-嘉陵江镇区域沿着志留纪地层分布有大量锰矿（点）床和铁矿（点）床，这些矿（点）床大多由于工作目的及经费等原因未做Co元素分析，是否有伴生钴矿有待进一步勘查验证。

3.2 区内铁锰钴矿相关的找矿标志

（1）成矿构造背景：西倾山-南秦岭陆缘裂谷带之白龙江复背斜。

（2）含矿建造：志留纪白龙江群，主要含矿建造为卓乌阔组的碳酸盐岩、含炭细碎屑岩、硅质岩建造。此外，舟曲组局部碳酸盐岩及含炭细碎屑岩建造也为含矿建造。地层：据区内地质背景及成矿特征，认为该区地层标志为志留纪地层碳酸盐岩、硅质细碎屑岩建造，区内钴矿往往与沉积淋滤型铁锰矿伴生。

（3）成矿时代：本区典型钴、铁、锰矿矿床为沉积-淋积改造型，其沉积成矿时代为加里东晚期，淋积改造时代主要在燕山-喜山期。

（4）矿石矿物：铁矿以褐铁矿为主，次为赤铁矿；锰矿以软锰矿为主，次为菱锰矿。

（5）化探异常：卓乌阔组含矿建造中水系沉积物异常分布数量多、范围广，异常元素组合为Co、Mn、U、Mo、Cu、Ni、Zn、V、Ag、Ba、As，属亲铁的元素组合，是寻找钴、锰等多金属矿的有利部位。

（6）遥感异常：Crosta法遥感异常以三价铁染为主，团块状、密集麻点状分布于晚志留世卓乌阔组。遥感异常可提供赋矿地层分布信息。

（7）蚀变特征：近矿围岩主要为灰岩、炭质板岩，硅质岩，矿化蚀变主要有褐铁矿化蚀变带及退色带（铁帽）、硅化、方解石化、粘土化等。褐铁矿化蚀变带及退色带、褐铁矿露头和采矿遗迹。

4 典型矿床

4.1 金家坪淋积型锰钴矿特征

金家坪锰钴矿位于南秦岭东段，成矿区划属甘肃玛曲-陕西略阳区域成矿带亚尔码-舟曲金、铜、铁、锰、磷成矿亚带。矿区主要出露晚志留纪卓乌阔组（S3zw）。锰矿体多产于第四岩性段的灰岩、硅质岩组合中，多在二者界线附近，受层间断裂控制，顶、底板主要岩石为结晶灰岩、硅质岩、硅质角砾岩和硅质灰岩，少数见有板岩。矿体呈似层状、扁豆状、透镜状或不规则状等。矿体因淋积和地表风化作用使形态趋于复杂化，个别矿体具分枝状、多层状。矿体长度数十米至820m不等，厚0.83m～6.91m。金家坪矿区锰平均品位22.39%，主要伴生有用组分为钴，多数锰矿体钴含量达到综合评价指标要求（0.02%～0.06%）。矿体倾向多向南，倾角45°～80°。矿区目前共圈定锰矿体23个，其中20个矿体中均伴生钴，品位在0.03%～0.21%。

4.2 金家坪成矿模式

按成矿作用及矿物共生组合特征，该矿床可划分为2个成矿阶段。

4.2.1 沉积阶段

在晚志留纪（加里东晚期）西倾山-南秦岭陆缘裂谷环境下，本区接受了半深水-深水陆架斜坡碳酸盐岩、含炭细碎屑岩、硅质岩沉积建造，形成卓乌阔组主要由硅质条带、团块灰岩、砂屑砂岩夹含炭板岩、硅质岩、硅质板岩组成的岩石组合，其中硅质岩、灰岩富集Fe、Mn、Co、Ni、Au、Cu、Pb、Zn等成矿元素。沉积阶段可分为陆相搬运、海相沉积、成矿物质固化失水结晶三个过程。

陆相搬运过程，石英微砂、水云母、泥钙质和以离子、胶体状态存在的锰、钴、镍、硅质等物质，由碧口古陆向南秦岭海槽运移。

海相沉积过程，远距离搬运的成矿物质在海底洼地形成化学（碳酸盐岩）、胶体状（硅质岩）沉淀物和褐锰矿、水锰矿、软锰矿等，共（伴）生的钴也随之沉淀。

成矿物质固化失水结晶过程，随着沉积层的加厚，在重力或构造营力作用下成矿物质失水-结晶-固化，形成矿体或矿胚层。

4.2.2 淋积改造阶段

自燕山期以来，该区抬升进入陆地造山演化，已褶皱造山处于陆相环境的卓乌阔组碳酸盐岩、硅质细碎屑岩建造中，包括张性顺层断裂在内的不同方向、不同类型、不同时代的断裂十分发育，为金家坪淋积型锰钴矿床的形成提供了良好的成矿流体通道和沉淀成矿的空间。在炎热潮湿的氧化条件下，充足的大气降水和地下水不断汲取含矿建造中的锰质，在硅质板岩为顶板，灰岩为底板的成矿有利空间沉淀。经这种长期循环的淋积作用，最终形成金家坪淋积型锰钴矿矿床。

5 找矿远景分析

5.1 区域矿产

研究区成矿带属秦祁昆成矿域—秦岭-大别成矿省—西秦岭Pb-Zn-Cu（Fe）-Au-Hg-Sb成矿带（III-28）和东秦岭Au-Ag-Mo-Cu-Pb-Zn-Sb非金属成矿带（III-66）。该区已发现矿产主要有金、铜、铁、锰、钴、铅、钼、煤矿等。南康县一带主要为金矿（如近年取得较大突破的大桥金矿等），康县-迷坝一带主要为多金属矿（如金家坪锰钴矿、广金坝金矿等）。

5.2 区域化探及其解释

据西秦岭1：20万地球化学数据成图可以看出Co元素在研究区志留纪地层明显沿着地层分布而展布，具有明显的异常带。

在研究区东部已发现有金家坪锰钴矿，在其周边大量的锰矿（点）床、褐铁矿（点）床大部分存在伴生钴矿。在武都东侧异常区已发现张家坪一带钴矿点3处。其中金家坪锰钴矿以锰矿为主伴生钴矿。张坪一带钴矿包括张坪钴矿、潘家山钴矿及寺楞干钴矿，该区钴矿与原有铁矿体呈异体伴生，钴矿体中有镍、锌、铜伴生。

本文对南秦岭1：20万水系沉积物测量19种元素15637个数据进行了分析。

通过因子分析可以看出F1因子组合为Co、Cr、Cu、Mn、Ni。从元素组合上看主要为亲铁元素的组合，是南秦岭主要成矿系列之一；另一方面该因子指示南秦岭钴锰矿的成矿物质来源可能来自于志留系内部的基性超基性沉积物质；F2因子组合为Ag、Pb、Zn，为一组亲硫元素组合，代表南秦岭中温热液成矿系列；F3因子组合为Sb、Hg、As，为低温热液成矿元素组合。

通过聚类分析可以看出南秦岭地区元素组合可分为5组，分别 为Ag、Cd、Bi组 合；Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B组 合；Au元素；F、W组合；As、Sb、Hg、Ba、Pb、Zn组合，与Co元素密切相关的元素组合为Co、Cr、Mn、Cu、Mo、Ni、B，通过元素组合可以看出其中与Co元素密切相关的元素组合为Cr、Mn、Fe、Co、Ni，其为与超基性岩相关的亲铁元素组合，同时也印证了因子分析中的F1因子关于对志留纪沉积地层的部分物质来源为与超基性岩相关的推论（前人对南秦岭南缘陕西紫阳-岚皋-平利和湖北竹溪等地的早古生代地层中发育一套超镁铁质-镁铁质岩脉和碱性火山杂岩及其幔源捕掳体的岩石学、矿物学及地球化学开展了大量研究，并提出它们是早古生代晚期南秦岭被动陆缘裂陷拉张幔源岩浆活动的产物；年代学研究显示这套超镁铁质-镁铁质岩脉和碱性火山杂岩的年龄为430Ma左右）。而地球化学性质较活泼的元素如：B、Cu，可能是在同生期、成岩期以吸附或化学沉淀方式富集的，其浓度记录了沉积成岩过程中环境的特征，同时也指示了元素富集是伴随着构造通道富集的特征。同时Fe、Mn是热液流体的主要组成元素，因此也是该区找沉积淋滤型铁锰钴矿的重要标志。

对比区内已发现钴矿，该区在舟曲-武都一线异常教好，是有利的钴矿找矿靶区。

6 结论

（1）本区钴矿往往与锰矿、铁矿伴生产出，区内志留纪淋积式铁锰矿含铁建造主要见于南秦岭白龙江背斜核部的志留纪迭部组、舟曲组及卓乌阔组中，沿着志留纪地层分布有大量锰矿（点）床和铁矿（点）床，这些矿（点）床大多未做Co元素分析，是否有伴生钴矿有待进一步勘查验证。

（2）西秦岭存在沉积型钴、铁、锰矿带，有必要进一步部署勘查。尤其已发现的铁锰矿床（点）进行二次开发利用，查明其钴矿含矿性。

（3）近东西向脆韧性破碎带，层间张性断层是区内重要的找矿标志。

（4）褐铁矿化及硅化蚀变褪色带是区内重要找矿标志。