《Journal of Geochemical Exploration》：Geochemical evaluation of resource potential in mafic-ultramafic intrusions: A case study on Ni and Co in the hongshishan complex of Gansu Province, China
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Ni和Co资源潜力评估在红山丹超镁铁质岩体中的应用研究。采用19LsFC浓度分级法和7LsAn异常分级法，系统分析残积物、土壤和岩石中Ni、Co浓度及异常特征，发现其含量呈岩石>土壤>残积物的递增趋势，且均达到工业品位标准。
吕振东|刘晔|龚青杰|陈海云|严涛涛
中国地质大学地球科学与资源学院，北京，100083，中国
摘要
基性-超基性岩体与镍（Ni）和钴（Co）矿化密切相关。对基性-超基性岩体中资源潜力的地球化学评估在指导镍和钴矿化勘探中起着关键作用。本研究重点探讨了甘肃省洪石山基性-超基性岩体中的镍和钴勘探潜力。通过对洪石山地区河流沉积物-土壤-岩石系统的详细地球化学勘探，展示了评估基性-超基性岩体中镍和钴资源潜力的方法。河流沉积物来源于1:200,000比例尺的区域地球化学调查，土壤样本来自1:50,000比例尺的详细地球化学调查，岩石样本则采集自洪石山岩体及其周边地层。对于元素浓度，采用了19级固定值法（19LsFC）进行分类。在洪石山岩体中，镍和钴的浓度水平普遍高于第10级，甚至达到了第19级的临界值。此外，这些元素的浓度从河流沉积物到土壤再到岩石呈现出系统性升高趋势。对于元素异常值，采用了7级分类法（7LsAn）进行识别。镍和钴的异常水平均高于第3级，甚至达到了第7级（即临界值），并且在洪石山岩体区域内从河流沉积物到岩石呈现出逐渐增加的趋势。本文介绍了钴的19级固定值法，包括分析检测限、中国地表土壤的中位数、临界值等。19LsFC为不同元素和样本之间的浓度比较提供了一种统一的“标准”。7LsAn基于两个“基准”（背景值和临界值）进行构建，同样适用于不同元素和样本的比较。洪石山地区的实例为基性-超基性岩体中的镍和钴资源勘探提供了一种新的地球化学方法。
引言
镍（Ni）和钴（Co）是具有全球战略重要性的金属，在航空航天、新能源汽车、电池材料以及医疗设备等新兴高科技产业中发挥着关键作用（Chang等人，2013；Liu等人，2024a；Xu等人，2024a）。由于这些矿产资源的稀缺性，许多国家和地区已将镍和钴列为战略关键和稀缺矿产（Wang等人，2024a）。尽管中国的镍和钴矿产资源相对有限，但其在多个工业领域的消费需求位居世界首位（Liu等人，2024b；Zhang等人，2025）。因此，加强镍和钴矿产资源的勘探对于缓解供需矛盾至关重要（Liu等人，2024b；Nwaila等人，2024；Li等人，2025）。岩浆镍和钴硫化物矿床是这些金属的主要来源（Naldrett，2010；Li和Ripley，2011；Zhang等人，2025）。在中国，这类矿床主要分布在西北地区，其中北山地区成为重要的镍矿化集中区（Tang等人，2006；Xie等人，2014；Liu等人，2017；Ma等人，2022；Yuan等人，2024）。全球范围内，大多数岩浆镍和钴矿床位于构造环境中的基性-超基性岩体中，如大陆边缘裂谷带和造山带（Naldrett，1999；Naldrett，2011；Zhou等人，2004；Maier和Groves，2011；Lightfoot和Evans-Lamswood，2015；Xue等人，2024），例如中国的金川（Li和Ripley，2011）和西阿里哈穆（Song等人，2016；Liu等人，2018）矿床、加拿大的沃赛湾矿床（Lightfoot等人，2012）、澳大利亚的诺瓦-博林格矿床（Barnes等人，2020）、西班牙的阿瓜布兰卡矿床（Tornos等人，2001）以及博茨瓦纳的菲尼克斯矿床（Maier等人，2008）。塔里木克拉通东北边缘的北山裂谷带拥有著名的基性-超基性岩带（Tang等人，2006；Liu等人，2016；Zhang等人，2025），在该区域发现了晚古生代的岩浆镍和钴矿床，如黑山（Xie等人，2014；Ji等人，2025）、宝义（Xia等人，2013；Liu等人，2017）、坡山（Ma等人，2016）和齐新（Xue等人，2019），这凸显了北山基性-超基性岩带的重大勘探潜力。
位于甘肃省肃北蒙古族自治县的洪石山基性-超基性岩体大致沿北山地区的洪石山深断裂带东西延伸（Huang和Jin，2006；Wang等人，2014；Shi等人，2017；Li等人，2023），属于北山造山带的基性-超基性岩带（Huang和Jin，2006；Wang等人，2014）。最近对洪石山地区的河流沉积物、土壤和岩石样本进行了系统性的地球化学勘探。基于这些地球化学数据，本文阐述了一种评估基性-超基性岩体中资源潜力的典型研究方法。
地球化学图和异常图在地球化学评估中常用（Sadeghi等人，2015；Wang等人，2024b）。地球化学图作为一种分层颜色等高线图，代表了地球化学勘探最基本和最重要的成果（Gao等人，2015；Zuo和Xiong，2020）。传统的地球化学图绘制方法包括累积频率法（DZ/T 0167–2006，2006；Xiang等人，2018；Xu等人，2024b）、对数区间法（DZ/T 0167–2006，2006；Xiang等人，2018；Xu等人，2024b）和平均标准差法（DZ/T 0011–2015，2015；Xu等人，2024b）。然而，这些方法依赖于数据量，难以在不同数据规模的区域或不同元素之间进行比较，本质上只能反映相对的区域结果（An等人，2022；Xu等人，2024b）。为克服这一局限，An等人（2022）提出了一种26级的铬元素固定值法，而Xu等人（2024b）、Li等人（2024）、Jia等人（2025）和Zhu等人（2025）分别将锡（Sn）、锂（Li）、钼（Mo）和镍（Ni）的浓度分为19个等级。19级固定值法（19LsFC）考虑了现有的国家和国际分类标准及统计参数，提供了一种客观的元素浓度分类方法。然而，钴的19LsFC尚未完善。
地球化学异常图是地球化学勘探中的另一种常用工具（Carranza，2011；Sadeghi等人，2024），它通过确定的异常阈值反映了地球化学异常的识别结果（Gong等人，2018；Zuo和Xiong，2018）。异常阈值通常受岩性和元素风化行为的影响（Gong等人，2018）。Gong等人（2015）提出了一种基于主要氧化物含量计算单一样本中27种元素地球化学背景值的经验公式。该方法可以消除岩性和风化对地球化学背景的影响。基于两个“基准”（计算出的地球化学背景值和临界值），Gong等人（2018）开发了一种称为7级元素异常分类法（7LsAn）的方法来确定和分类样本中的元素异常。这种方法客观且消除了岩性和风化的影响，便于比较不同区域和不同元素之间的地球化学异常（Gong等人，2018）。
本研究首次提出了一种用于分类钴浓度的19级固定值法（19LsFC）。基于洪石山地区河流沉积物、土壤和岩石的地球化学数据，我们使用19LsFC方法对其地球化学图或散点图中的镍和钴浓度进行分类，并进一步使用7LsAn方法确定和分类镍和钴的元素异常。这一方法为评估基性-超基性岩体中的镍和钴资源潜力提供了一种新的地球化学途径。
地质背景
中国西北部的洪石山地区（图1a）东西方向长约42.7公里（E96°49′58″–E97°21′45″），南北方向长约40.4公里（N42°15′34″–N42°36′53″），覆盖面积约为1726.8平方公里（图1b）。该地区的地貌以基岩控制的戈壁低山和冲积平原为主，气候为干旱的戈壁沙漠类型，季节性降水量分布不均，年平均降雨量低（约86毫米），蒸发量高，日照时间长（Zhu等人）
用于分类元素浓度的19级固定值法
RGNR（Xie等人，1997；Xie和Cheng，2014）和国家多用途区域地球化学调查（NMPRGS）（Li等人，2014）是中国的大规模地球化学测绘项目，分别分析了39种和54种元素，包括主要氧化物、镍和钴。这些大量的地球化学数据集为编制国家地球化学图和地球化学异常图奠定了基础，促进了资源勘探和环境质量的系统化地球化学研究
元素数据的统计参数
表3列出了从洪石山地区收集的454个河流沉积物样本、1149个土壤样本和43个岩石样本中镍（Ni）、钴（Co）和主要氧化物的浓度统计参数。由于土壤样本中的主要氧化物含量数据不可用，因此未将其统计参数纳入表3。河流沉积物、土壤和岩石中镍的浓度范围分别为2.2–872.8微克/克、4.8–1500微克/克和19.7–2446.5微克/克；而结论
- （1）
提出了一个基于18个固定值的钴（Co）19级固定值法，这些固定值从检测限到临界值不等，用于将其浓度分为19个等级，并进一步用五种颜色表示。
- （2）
在案例研究中，洪石山基性-超基性岩体中的岩-土-河沉积物系统中，钴的浓度水平和异常水平从岩石向河流沉积物逐渐降低，镍是主要的经济金属，钴是其伴生金属
作者贡献声明
吕振东：撰写——初稿、方法论、数据管理、概念构建。刘晔：正式分析、数据管理。龚青杰：撰写——审阅与编辑、方法论、概念构建。陈海云：数据管理。严涛涛：撰写——审阅与编辑、方法论、概念构建。
资助
本研究得到了中央领导地方科技发展基金项目（24ZYQF001）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们非常感谢匿名审稿人和编辑提出的宝贵意见，这些意见有助于提高本文的质量。
