中国镍地球化学基准值特征及地质背景的影响

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.10.27

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (1): 36-49.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.27

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中国镍地球化学基准值特征及地质背景的影响

李龙雪(), 王学求^*(), 迟清华, 刘东盛, 刘汉粮, 张必敏, 周建, 徐善法, 聂兰仕, 王玮, 柳青青

1.自然资源部地球化学探测重点实验室, 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所, 河北廊坊 065000
2.联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心, 河北廊坊 065000

收稿日期:2024-08-08 修回日期:2024-10-11 出版日期:2025-01-25 发布日期:2025-01-15
通信作者: *王学求(1963—),男,博士,研究员,从事勘查地球化学与全球地球化学基准研究。E-mail: wxueqiu@mail.cgs.gov.cn
作者简介:李龙雪(1989—),女,博士,工程师,从事应用地球化学研究。E-mail: lilongxue@mail.cgs.gov.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目“穿透性地球化学勘查技术”(2016YFC0600600);深部探测专项“深部探测技术与实验研究”(SinoProbe-04);中国地质调查局地质调查项目“化学地球基准与调查评价”(DD20190450)

Geochemical baseline of nickel in China: Characteristics and influence of geological setting

LI Longxue(), WANG Xueqiu^*(), CHI Qinghua, LIU Dongsheng, LIU Hanliang, ZHANG Bimin, ZHOU Jian, XU Shanfa, NIE Lanshi, WANG Wei, LIU Qingqing

1. MNR Key Laboratory of Geochemical Exploration, Institute of Geophysical and Geochemical Exploration (IGGE), Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China
2. UNESCO International Centre on Global-scale Geochemistry (ICGG), Langfang 065000, China

Received:2024-08-08 Revised:2024-10-11 Online:2025-01-25 Published:2025-01-15

摘要/Abstract

摘要：

随着中国新能源产业和新基础设施项目对镍的需求增加,镍的战略价值不断提升,确定镍的含量和分布对于寻找新的镍矿床和缓解镍资源短缺至关重要。中国地球化学基准计划(CGB)通过3 382个表层和3 380个深层汇水域/土壤样品以及11 602个岩石样品建立了镍的地球化学基准。中国岩石镍的基准值为12.1×10^-6,背景值为22.2×10^-6,与中国东部出露地壳丰度一致。超基性岩和基性岩的基准值分别为1 317×10^-6和63.4×10^-6,远高于中性岩基准值(17.5×10^-6)和酸性岩基准值(3.19×10^-6)。中国汇水域沉积物/土壤表层、深层镍基准值分别为23.6×10^-6和22.4×10^-6,略低于其他大陆(国家),与中国区域化探水系沉积物镍中位值一致。母岩类型尤其是超基性-基性岩主要控制汇水域沉积物/土壤镍高值区的分布。镍的高值区(累频>85%)主要出现在蛇绿岩带、大火成岩省等超基性-基性岩区和长江中下游沿岸等黑色岩系区。镍地球化学异常与岩浆型镍矿耦合较好。岩石和汇水域沉积物/土壤中镍基准值主要受地质背景控制,但在化学风化作用强烈和碳酸盐岩发育区域,汇水域沉积物/土壤中镍基准值将发生富集。镍地球化学基准将为后续资源评价和环境基准建立提供定量参照标尺和数据基础。

关键词: 镍, 地球化学基准, 岩石, 汇水域沉积物, 土壤

Abstract:

The strategic value of nickel (Ni) continues to rise with the increase in demand for nickel from China’s new energy industries and infrastructure projects. Quantitative evaluation of nickel content and distribution is critical for nickel prospecting and for alleviating nickel shortage in China. The China Geochemical Baselines project (CGB) has established the geochemical baseline of Ni in China from 3382 top and 3380 deep catchment sediment/alluvial soil samples and 11602 rock samples. The Ni baseline (median value) and background levels in rock were 12.1×10^-6 and 22.2×10^-6, respectively, comparable to the Ni abundance level in exposed crust in eastern China, where ultrabasic and basic rocks had respectively baseline levels of 1317×10^-6 and 63.4×10^-6, much higher than intermediate (17.5×10^-6) and felsic (3.19×10^-6) rocks. In surface and deep layers of catchment sediment/alluvial soil the Ni baseline levels were 23.6×10^-6 and 22.4×10^-6, respectively, slightly lower compared to other continents (countries) and close to the average Ni level obtained from the Regional Geochemistry National Reconnaissance project (RGNR). Parent rock types, especially ultrabasic-basic rocks, predominantly controlled the distribution of Ni-enriched catchment sediments/alluvial soils. Nickel-enrichment areas (> 85th percentile) were mainly in regions with widespread ultrabasic-basic outcrops, such as ophiolite belts, large igneous provinces, and black shales along the middle-lower Yangtze River. Nickel anomalies correlated well with magmatic Ni deposits. The geological setting mainly controlled Ni geochemical baselines in the sampled environments, whereas strong chemical weathering and well developed carbonate rocks could also contribute to Ni enrichment. The geochemical baseline of nickel provide a reference and data basis for further quantitative resource evaluation and establishment of environmental baselines.

Key words: nickel (Ni), geochemical baselines, rocks, catchment sediment, alluvial soil

中图分类号:

P632
P618.63

李龙雪, 王学求, 迟清华, 刘东盛, 刘汉粮, 张必敏, 周建, 徐善法, 聂兰仕, 王玮, 柳青青. 中国镍地球化学基准值特征及地质背景的影响[J]. 地学前缘, 2025, 32(1): 36-49.

LI Longxue, WANG Xueqiu, CHI Qinghua, LIU Dongsheng, LIU Hanliang, ZHANG Bimin, ZHOU Jian, XU Shanfa, NIE Lanshi, WANG Wei, LIU Qingqing. Geochemical baseline of nickel in China: Characteristics and influence of geological setting[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(1): 36-49.

图/表 12

图1 中国地球化学基准计划采样点位图(据文献[6]修改)

Fig.1 CGB sampling map. Modified after[6].

表1 全国各一级大地构造单元和主要岩石类型镍基准值数据特征

Table 1 Characteristics of Ni baselines in rocks of different tectonic units and major rock types

全国一级大地构造单元和主要岩石类型	原始数据								剔除离散值
全国一级大地构造单元和主要岩石类型	样品数/ 个	最小值/ 10^-6	25%下四分位值/10^-6	50%中位数基准值/10^-6	75%上四分位值/10^-6	最大值/ 10^-6	算术平均值/10^-6	几何平均值/10^-6	背景值/ 10^-6
全国	11 602	0.34	5.54	12.1	29.0	2 789	27.8	12.5	22.2
造山带	7 224	0.34	4.52	11.5	28.0	2 349	28.8	11.7	21.9
克拉通	4 378	0.37	6.98	12.9	30.7	2 789	26.1	13.9	22.4
天山—兴蒙造山带	2 749	0.34	3.52	8.94	24.4	2 349	27.3	10.1	21.5
华北克拉通	2 121	0.37	5.47	10.4	26.2	2 789	26.4	11.9	21.6
塔里木克拉通	217	1.49	5.34	12.2	25.0	284	21.0	12.0	17.0
秦祁昆造山带	1 244	1.16	5.40	14.6	31.6	1 932	31.4	13.7	24.2
松潘—甘孜造山带	482	1.08	10.82	23.8	38.1	1 189	36.7	20.1	27.6
西藏—三江造山带	1 026	0.78	7.61	14.9	31.7	2 302	42.0	15.3	23.9
扬子克拉通	2 040	0.98	8.89	16.6	35.7	1 290	26.3	16.7	23.9
华南造山带	1 723	0.69	3.67	10.0	23.7	2 280	19.2	9.73	17.2
超基性岩	48	116	537	1 317	1 976	2 789	1 264	970	1 264
基性岩	611	1.39	35.1	63.4	121	792	88.8	60.1	62.8
中性岩	1 189	1.55	8.06	17.5	36.9	257	29.2	17.5	25.5
酸性岩	2 802	0.34	2.24	3.19	5.48	108	5.55	3.81	4.78
泥质岩	1 347	0.98	29.3	39.4	48.7	456	42.3	37.1	40.3
碎屑岩	3 744	1.16	9.28	17.9	28.2	710	21.7	15.8	20.2
碳酸盐岩	1 861	0.77	7.42	9.03	11.0	197	10.3	9.30	9.89

图2 中国各类型岩石中的镍含量统计

Fig.2 Ni contents in major rock types in China

表2 全国汇水域沉积物/土壤一级大地构造单元镍基准值数据特征

Table 2 Characteristics of Ni baseline levels in catchment sediment/alluvial soil of different tectonic units

全国一级大地构造单元	层位	原始数据								剔除离散值
全国一级大地构造单元	层位	样品数/ 个	最小值/ 10^-6	25%下四分位值/10^-6	50%中位数基准值/10^-6	75%上四分位值/10^-6	最大值/ 10^-6	算术平均值/10^-6	几何平均值/10^-6	背景值/ 10^-6
全国	表层	3 382	1.00	16.3	23.6	31.2	1 404	26.7	22.0	23.7
全国	深层	3 380	1.32	14.9	22.4	30.8	1 439	25.8	20.7	22.7
造山带	表层	2 161	1.40	14.9	22.5	31.0	1 404	26.4	20.9	22.9
造山带	深层	2 259	1.32	13.5	20.8	29.9	1 439	25.2	19.4	21.5
克拉通	表层	1 221	1.00	18.5	25.0	31.5	244	27.1	23.9	24.9
克拉通	深层	1 221	1.68	17.8	24.6	32.1	366	26.9	23.3	24.7
天山—兴蒙造山带	表层	909	1.93	13.9	21.3	29.1	288	22.7	19.4	21.9
天山—兴蒙造山带	深层	907	1.32	11.5	17.8	25.9	257	20.2	16.4	18.9
华北克拉通	表层	613	1.68	17.9	24.2	29.6	63.1	24.0	21.8	23.8
华北克拉通	深层	613	1.68	16.2	23.4	29.8	92.6	23.7	20.8	23.4
塔里木克拉通	表层	209	2.53	17.4	21.2	27.3	133	23.5	21.7	22.7
塔里木克拉通	深层	209	5.88	16.9	20.3	25.2	366	23.1	20.6	20.8
秦祁昆造山带	表层	350	5.98	18.4	24.9	31.4	576	27.7	24.0	25.2
秦祁昆造山带	深层	350	4.42	17.7	24.2	31.3	90.8	25.6	23.0	24.3
松潘—甘孜造山带	表层	202	6.76	22.6	28.2	34.3	244	30.5	27.7	27.9
松潘—甘孜造山带	深层	202	7.09	22.7	28.2	34.2	134	30.0	27.6	27.6
西藏—三江造山带	表层	349	2.16	15.7	23.9	38.9	1 404	37.5	24.4	25.3
西藏—三江造山带	深层	349	2.97	14.1	22.9	34.8	1 439	37.9	22.9	23.5
扬子克拉通	表层	399	1.00	21.9	29.3	38.9	244	33.7	29.1	28.9
扬子克拉通	深层	399	5.43	22.2	30.4	39.1	244	33.8	29.6	30.2
华南造山带	表层	351	1.40	10.0	17.0	26.4	201	21.3	16.3	17.8
华南造山带	深层	351	1.33	10.9	18.2	28.2	215	22.6	17.4	19.8

图3 中国地球化学基准计划汇水域沉积物/土壤表层镍地球化学图

Fig.3 CGB geochemical map for Ni in top layers of catchment sediment/alluvial soil

图4 中国地球化学基准计划汇水域沉积物/土壤深层镍地球化学图

Fig.4 CGB geochemical map for Ni in deep layers of catchment sediment/alluvial soil

图5 汇水域沉积物/土壤中镍的概率分布直方图和箱线图 a—表层样品数为3 382个;b—深层样品数为3 380个。

Fig.5 Histograms and boxplots of Ni in top and deep catchment sediment/alluvial soil samples

表3 中国与其他大陆(国家)镍基准值对比

Table 3 Comparison of Ni baselines between China and other continents (countries)

国家地区	采样层位及镍基准值/10^-6
中国	表层(汇水域沉积物/土壤)	深层(汇水域沉积物/土壤)
中国	23.6	22.4
欧洲	表层土壤	深层土壤	水系沉积物	河漫滩沉积物
欧洲	21.8	18.0	21.0	22.0
北美(大陆剖面)	A层	C层
北美(大陆剖面)	13.8	18.2
澳大利亚	表层沉积物	深层沉积物
澳大利亚	9.8	11.6

图6 中国超基性-基性岩空间分布(构造单元划分据文献[37-38]) Ⅰ—天山—兴蒙造山带,Ⅰ-1—额尔古纳造山带,Ⅰ-2—兴蒙造山带,Ⅰ-3—松辽盆地,Ⅰ-4—吉黑造山带,Ⅰ-5—北山造山带,Ⅰ-6—阿尔泰造山带,Ⅰ-7—准噶尔造山带,Ⅰ-8—天山造山带;Ⅱ—华北克拉通,Ⅱ-1—辽东台隆,Ⅱ-2—胶东台隆,Ⅱ-3—鲁西台隆,Ⅱ-4—华北盆地,Ⅱ-5—华北北缘造山带,Ⅱ-6—内蒙地轴,Ⅱ-7—燕山造山带,Ⅱ-8—山西台隆,Ⅱ-9—豫西台隆,Ⅱ-10—鄂尔多斯盆地,Ⅱ-11—阿拉善台隆;Ⅲ—塔里木克拉通; Ⅳ—秦祁昆造山带,Ⅳ-1—苏鲁造山带,Ⅳ-2—大别造山带,Ⅳ-3—秦岭造山带,Ⅳ-4—祁连造山带,Ⅳ-5—柴达木盆地,Ⅳ-6—昆仑造山带;Ⅴ—松潘—甘孜造山带,Ⅴ-1—松潘—甘孜造山带,Ⅴ-2—雅江残余盆地;Ⅵ—西藏—三江造山带,Ⅵ-1—羌塘—昌都地块,Ⅵ-2—班公湖—怒江缝合带,Ⅵ-3—冈底斯造山带,Ⅵ-4—喜马拉雅造山带,Ⅵ-5—保山地块;Ⅶ—扬子克拉通,Ⅶ-1—上扬子台褶带,Ⅶ-2—江南造山带,Ⅶ-3—下扬子台褶带,Ⅶ-4—康滇地轴;Ⅷ—华南造山带,Ⅷ-1—东南沿海火山岩,Ⅷ-2—湘赣粤造山带,Ⅷ-3—右江造山带。

Fig.6 Spatial distribution of ultrabasic-basic rocks in China. Tectonic units modified after [37-38].

图7 中国不同构造单元岩石镍的分布 Ⅰ—天山—兴蒙造山带;Ⅱ—华北克拉通;Ⅲ—塔里木克拉通;Ⅳ—秦祁昆造山带;Ⅴ—松潘—甘孜造山带;Ⅵ—西藏—三江造山带;Ⅶ—扬子克拉通;Ⅷ—华南造山带。

Fig.7 Statistics of Ni content in rocks of different tectonic units in China

图8 中国不同一级构造单元表层(a)与深层(b)汇水域沉积物/土壤镍含量分布箱线图 Ⅰ—天山—兴蒙造山带;Ⅱ—华北克拉通;Ⅲ—塔里木克拉通;Ⅳ—秦祁昆造山带;Ⅴ—松潘—甘孜造山带;Ⅵ—西藏—三江造山带;Ⅶ—扬子克拉通;Ⅷ—华南造山带。

Fig.8 Boxplots showing variations of Ni (×10-6) content in top (a) and deep (b) layers of catchment sediment/alluvial soil of different tectonic units in China

图9 中国深层土壤镍相对出露地壳富集程度 Ⅰ—天山—兴蒙造山带;Ⅱ—华北克拉通;Ⅳ—秦祁昆造山带;Ⅶ—扬子克拉通;Ⅷ—华南造山带。

Fig.9 Nickel enrichment levels (relative to exposed crust) in deep soil of different tectonic units in China

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中国镍地球化学基准值特征及地质背景的影响

Geochemical baseline of nickel in China: Characteristics and influence of geological setting

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