坦桑尼亞Nzega綠巖帶Golden Pride金礦床研究進(jìn)展

任軍平，王 杰，劉曉陽，賀福清，何勝飛

（天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津300170）

1 概述

坦桑尼亞金礦資源豐富，金是坦桑尼亞的主要礦產(chǎn)品。過去十年金產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，1996年金產(chǎn)量?jī)H為318 kg，1999年4.8噸，2005年最高已經(jīng)達(dá)到52.3噸，2007年產(chǎn)量為40.1噸，2008年產(chǎn)量為35.5噸，2010年產(chǎn)量為35.6噸，2011年產(chǎn)量為40.4噸。坦桑尼亞金產(chǎn)量的絕大部分產(chǎn)于維多利亞湖（Lake Victoria）南岸地區(qū)，其余產(chǎn)量則來自于中部和西南部。主要金礦床包括蓋塔（Geita）、布里楊胡魯（Bulyanhulu）和Golden Pride等金礦床（圖1）。

Golden Pride金礦床位于坦桑尼亞首都達(dá)累斯薩拉姆西北750 km，維多利亞湖南200 km。該金礦床是由澳大利亞的Resolute公司1997年11月開始建設(shè)，是坦桑尼亞第一個(gè)現(xiàn)代化金礦，設(shè)計(jì)年產(chǎn)黃金180 000盎司，是一個(gè)露天開采的礦山，經(jīng)過12個(gè)月的建設(shè)才完工。金礦床2000至2012年資源量如表1，從2000年至2012年9月已經(jīng)生產(chǎn)金超過2.09百萬盎司。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

2.1 地層

坦桑尼亞太古宙克拉通主要由花崗質(zhì)巖石和火山—沉積巖層序組成，主要地層單元包括尼安茲超群（Nyanzian）和卡維龍迪超群（Kavirondian)。

尼安茲超群由變質(zhì)火山巖、沉積巖和花崗巖組成的典型綠巖帶組成，綠巖帶寬達(dá)30 km，長(zhǎng)達(dá)幾百千米，從坦桑尼亞中部向北延伸進(jìn)入肯尼亞西南部。綠巖帶內(nèi)的巖石組成相當(dāng)一致，底部原巖為一套鎂鐵質(zhì)火山巖系，上覆含碳和鐵硫化物的沉積巖、凝灰?guī)r、條帶狀鐵建造（BⅠF）和燧石巖，最上部為長(zhǎng)英質(zhì)火山巖。金礦化賦存于條帶狀鐵建造或長(zhǎng)英質(zhì)凝灰?guī)r中。變質(zhì)作用一般僅達(dá)綠片巖相，許多組構(gòu)得以保留。綠巖帶呈透鏡狀分布并且被后期花崗巖類巖石包圍，構(gòu)成典型的花崗-綠巖地體[1-2]。

卡維龍迪超群不整合覆蓋于尼安茲超群之上，由礫巖、石英巖、泥板巖和火成碎屑沉積巖組成，已被后期的花崗巖侵入。

2.2 綠巖帶

太古宙綠巖帶是由以鎂鐵質(zhì)火山巖為主的變火山-沉積巖系組成，呈帶狀到不規(guī)則狀的向形構(gòu)造，分布在花崗巖類或片麻巖內(nèi)，可能屬于火山-沉積盆地的殘留體[3]。綠巖帶型金礦床是指產(chǎn)在綠巖帶地質(zhì)構(gòu)造背景下，在綠巖帶形成、發(fā)展和改造的演化過程中，不同階段形成的一系列金礦床的總稱[4-5]。

坦桑尼亞約90%的黃金產(chǎn)自太古宙坦桑尼亞克拉通綠巖帶中，綠巖帶分布如圖1。維多利亞湖南岸地區(qū)的綠巖帶是坦桑尼亞最大的金礦帶，其中Golden Pride金礦床位于Nzega-Sekenke地體[6]的Nzega綠巖帶中（圖2），Nzega綠巖帶特征如下：

Nzega綠巖帶是維多利亞湖南岸地區(qū)綠巖帶最南端的Nzega-Sekenke地體的一部分，是一條東西走向的綠巖帶，其西端和東端出露較寬而中部出露窄。出露地層包括上尼安茲層序和下尼安茲層序火山巖和沉積巖[2，7]。該帶中也出現(xiàn)一些含鉆石的金伯利巖管，在其東部，流紋質(zhì)至英安質(zhì)變質(zhì)火山巖和變質(zhì)火山沉積巖中出現(xiàn)鎂鐵質(zhì)巖石。在Nzega綠巖帶中最重要的東西走向剪切體系長(zhǎng)約150 km，一般稱為Bulangamirwa剪切帶，也稱為Golden Pride剪切帶。

圖1 坦桑尼亞太古宙綠巖帶金礦分布圖①根據(jù)2004年在第20界非洲地質(zhì)學(xué)術(shù)研討會(huì)上發(fā)表的坦桑尼亞1/200萬地質(zhì)礦產(chǎn)圖修改Fig.1 Archean greenstone belt and gold deposits distribution map in Tanzania

表1 Golden Pride金礦床2000-2012年資源量Table1 Golden Pride gold deposit 2000-2012 ore reserves

2.3 構(gòu)造

坦桑尼亞境內(nèi)的綠巖帶主要位于坦桑尼亞太古宙克拉通內(nèi)，克拉通受到東部新元古代莫桑比克活動(dòng)帶，南部古元古代烏本迪（Ubendian）活動(dòng)帶，西部中元古代基巴拉（Kibaran）活動(dòng)帶，西北部Kibalian活動(dòng)帶的影響。

Golden Pride礦床位于一近東西走向、產(chǎn)狀陡傾的脆性-韌性剪切帶中，剪切帶礦化延伸超過14km，其主要以Golden Pride剪切帶和大尺度的緊閉至等斜褶皺出現(xiàn)。Golden Pride剪切帶總體形成5～20 m寬的一系列剪切構(gòu)造，走向近100°且產(chǎn)狀向南陡傾，上盤剪切帶一般是一個(gè)幾米寬的剪切帶，其相關(guān)的剪切構(gòu)造具獨(dú)特的強(qiáng)烈綠泥石化蝕變和弱礦化，且具強(qiáng)烈香腸構(gòu)造的石英-黃鐵礦-磁黃鐵礦脈。其它構(gòu)造包括一套北西西-南東東走向的連接Golden Pride剪切帶的交叉構(gòu)造。出現(xiàn)的大尺度的緊閉至等斜褶皺在富云母巖石中演化完好且軸向平面特征明顯。在極少的情況下，緊閉褶皺中可觀察到明顯的沉積粒級(jí)層理[8]。

圖2 Golden Pride金礦床區(qū)域地質(zhì)圖[8]Fig.2 Geological map of the Golden Pride gold deposit

2.4 侵入巖

Golden Pride金礦床主要賦存于變質(zhì)沉積巖石組合中，其已經(jīng)被含煌斑巖的基性巖墻侵入，也有英安質(zhì)斑巖。這些斑巖的石英和斜長(zhǎng)石斑晶含量和大小有變化，可達(dá)聚晶斜長(zhǎng)石-黑云母斑巖。斑巖的一般特征是具有中至高的Sr/Y比率，表明是來源于深部地殼熔融[9]。間斷的、窄的(幾十厘米厚)、強(qiáng)烈葉片狀的、碳酸鹽蝕變的、杏仁狀的和含鉻云母的巖墻空間上是與Golden Pride剪切帶密切相關(guān)。源于巖墻的全巖地球化學(xué)分析樣品顯示高的Nb，Ti，P，Ce，Th和Cr值，巖相學(xué)調(diào)查顯示有大量斜長(zhǎng)石斑晶和早期鎂鐵質(zhì)斑晶的出現(xiàn)(一般被綠泥石替代，但是原處可辨認(rèn)出如黑云母，橄欖石和磷灰石)。通過研究可見這些鎂鐵質(zhì)侵入體可能類似于煌斑巖。強(qiáng)烈的和相關(guān)粗顆粒的碳酸鹽蝕變說明源于這些鎂鐵質(zhì)侵入體產(chǎn)生的原始巖漿是富碳酸鹽物質(zhì)的[8]。

圖3 Golden Pride金礦床礦體剖面示意圖[8]Fig.3 Schematic cross-section of the mine stratigraphic sequence at the Golden Pride gold deposit

2.5 變質(zhì)作用

Nzega綠巖帶的變質(zhì)的級(jí)別主要是綠片巖相，幾乎所有巖石類型已經(jīng)經(jīng)過低綠片巖相變質(zhì)作用。更強(qiáng)烈的變質(zhì)作用出現(xiàn)于該帶南部邊緣存在，那里的鎂鐵質(zhì)火山巖變質(zhì)為角閃巖相且沉積巖顯示大量的紅柱石斑狀變晶。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體分布形態(tài)

Golden Pride金礦床礦層主要包括一系列強(qiáng)烈葉片狀，低至中綠片巖相的巖石單元。該層被Golden Pride剪切帶切過，礦床的上下盤均為沉積地層。在相關(guān)Golden Pride剪切帶和結(jié)構(gòu)元素的封閉空間中，各種各樣的侵入體橫切礦層。此外，BⅠF單元出現(xiàn)在上盤和下盤沉積地層中。該金礦床的典型礦層剖面如圖3。

Golden Pride金礦床構(gòu)造控礦特征明顯，其中擴(kuò)張帶沿著南西西-北東東走向構(gòu)造和近東西走向的Golden Pride剪切帶交叉，靠近上盤可能是有利于金礦富集的位置。在礦區(qū)中沿著Golden Pride剪切帶有一條長(zhǎng)3 km的金礦化帶呈豆莢狀分布。氧化剖面深度是30～40 m，應(yīng)用一個(gè)典型的0.5 g/t品位做為礦化界線其寬度是從20 m至95 m。在主礦坑西部地表以下100 m深處，切過礦體剖面暴露出的礦化，水平寬度超出65 m，金品位達(dá)2.6 g/t[8]。

3.2 礦石特征

Golden Pride礦床中有兩種主要的礦石類型：綠泥石化礦石和硅石礦。兩種礦石類型中母巖的硫化作用呈無規(guī)律的出現(xiàn)，在礦帶邊緣的浸染硫化物(主要黃鐵礦)可達(dá)幾米厚。兩種礦石類型特征如下[8]:

(1)綠泥石化礦石

綠泥石化礦石主要是與Golden Pride剪切帶上盤以及上盤周圍的粉砂巖和細(xì)砂巖互層有關(guān)，其中有含磁黃鐵礦和黃鐵礦的綠泥石-黑云母-石英-方解石剪切脈的出現(xiàn)。磁黃鐵礦形成細(xì)粒纖細(xì)的疊加葉理和石英脈的包塊。在綠泥石化礦石中大于10 g/t的金品位是與沿著剪切構(gòu)造、無規(guī)律的石英-綠泥石剪切脈和較高的硫化物含量的毒砂有關(guān)?？梢娊鸷蜕倭奎S銅礦在綠泥石化礦石中也能夠觀察到。

(2)硅石礦

硅石礦是由于原巖發(fā)生強(qiáng)烈硅化作用，而且主要發(fā)育在粗粒砂巖以及在上盤至Golden Pride剪切帶中，一般周圍可見少量的侵入巖。硅化作用強(qiáng)度變化在20%和80%之間，一般呈煙灰色，可見重結(jié)晶的石英夾少量磁黃鐵礦，毒砂和少量可見金。硅石礦包括：a在黑色重結(jié)晶的石英中角礫巖化石英脈；b在強(qiáng)烈的硅化帶中塊狀的脈，剪切脈和角礫巖化石英脈；c晚期無規(guī)律的方解石(±磁黃鐵礦)脈。

3.3 礦物共生組合

圖4 Golden Pride金礦床礦物共生序列[8]Fig.4 Ore paragenetic sequence in the Golden Pride gold deposit

VosⅠMA等(2009)選擇Golden Pride金礦床中44件光薄片經(jīng)過礦相學(xué)鑒定和掃描電鏡(SEM)，以及野外的巖芯觀察工作，建立了該礦的主要礦物共生組合（圖4）。在Golden Pride金礦床中主要的硫化礦物以豐富程度排序有磁黃鐵礦，毒砂，黃鐵礦，黃銅礦，閃鋅礦和方鉛礦。掃描電鏡研究進(jìn)一步揭露了出現(xiàn)相對(duì)少量低Fe(約6%)閃鋅礦和方鉛礦，金和微量輝砷鎳礦，紅銻鎳礦，硫銻鐵礦，鈷銻硫鎳礦，輝碲鉍礦，銻硫鎳礦，銀金礦以及其它未確定的鉍碲化物，金-鉍-銻硫化物和銀-鉍-碲銻化物。在一些礦化光片鑒定中也見形成于次要階段的磁鐵礦，鈦鐵礦，白鎢礦和金紅石[8]。

通過掃描電鏡工作可見毒砂具有十分明顯的分帶特征。在造山型金礦床中，它顯示類似的化學(xué)分帶形式是與毒砂的蝕變有關(guān)系，同時(shí)富集在金和其它方向帶的邊緣元素中[10]。然而，在Golden Pride金礦床中大量毒砂顆粒的掃描電鏡分析顯示出分帶性，其可能與As和替代的Fe中晶格缺陷有關(guān)，而不是金的富集[8]。

3.4 蝕變特征

在Golden Pride礦床的變質(zhì)沉積巖中蝕變集合體基本上可劃分為兩組:①鄰近蝕變集合體一般在Golden Pride剪切帶上盤強(qiáng)烈變形區(qū)域；②遠(yuǎn)端的蝕變集合體主要出現(xiàn)在少量變形礦層中。蝕變的兩個(gè)類型主要是出現(xiàn)絹云母和綠泥石夾少量黑云母，硬綠泥石和磁黃鐵礦。明顯的差異是在綠泥石蝕變方面，在Golden Pride剪切帶附近明顯的標(biāo)志是富鐵綠泥石，相比較富鎂綠泥石更遠(yuǎn)離Golden Pride剪切帶[11]。礦床中的斑巖經(jīng)歷熱液的蝕變，結(jié)果形成絹云母化巖石和鈉長(zhǎng)輝綠巖。然而，注意到出現(xiàn)的白鈦石，其可能是被少量主要巖漿的富Ti黑云母和/或Fe-Ti氧化物替換。在某些情況下，斑巖中可見鈉長(zhǎng)石-赤鐵礦蝕變。

圖5 Golden Pride金礦床鐵硫化物階段的δ34S(‰)值分布圖[8]Fig.5 Distribution of δ34S(‰)values of iron sulphide phases from the Golden Pride gold deposit

4 礦床成因

4.1 流體包裹體特征

VosⅠMA等(2009)研究了礦床中流體包裹體特征。在石英脈中流體包裹體的顯微鏡觀察出現(xiàn)了至少兩種狀態(tài)的包裹體即液態(tài)+氣態(tài)包裹體。最重要的包裹體共同特征是有液相＞氣相比率(FL+V)，然而一個(gè)包裹體的小面積有大量氣泡，其幾乎完全地充滿消極性水晶狀包裹體(V富)。后期包裹體可能代表了高壓富氣相(可能是CO2和/或CH4)包裹體[8]。

4.2 硫同位素特征

VosⅠMA等(2009)利用常規(guī)分析和激光燒蝕分析，對(duì)29件樣品進(jìn)行硫同位素分析，建立δ34S分布直方圖（圖5）。毒砂的δ34S值(激光燒蝕和常規(guī)分析)范圍區(qū)間1.8至6.1‰，磁黃鐵礦的分析結(jié)果展示一個(gè)寬的δ34S值區(qū)間，7個(gè)磁黃鐵礦樣品的激光燒蝕值區(qū)間為-1.9至3.5‰，10個(gè)常規(guī)分析覆蓋一個(gè)較寬范圍-5.8至2.6‰。大多數(shù)顯示正δ34S值的磁黃鐵礦樣品與同期金磁黃鐵礦有關(guān)，然而含較高負(fù)δ34S值的這些樣品與前期金磁黃鐵礦有關(guān)。在一晚期階段脈中的黃鐵礦有一個(gè)非常高的-12.4‰δ34S值，且在砂巖中一個(gè)塊狀的黃鐵礦脈的分析也產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的-3.3‰δ34S的高值[8]。

一些世界級(jí)的(≥30t Au)以鎂鐵質(zhì)為主的金礦床特征具有一個(gè)相對(duì)寬的δ34S黃鐵礦（-10至10‰）區(qū)間[12]。然而，在Golden Pride金礦床中，含金硫化物δ34S組成區(qū)間是類似于源于其它太古宙造山型金礦床的δ34S組成，如Yilgarn克拉通的東部金礦田[13，14]和中國(guó)華北克拉通的五臺(tái)山地區(qū)金礦[15]。

4.3 鉛同位素年代學(xué)特征

Chamberlain和Tosdal(2007)的地球年代學(xué)研究已說明坦桑尼亞綠巖帶的地質(zhì)歷史比以前提出的更加復(fù)雜。它暗示由表殼巖層序組成的尼安茲超群，在不同時(shí)期其演變?yōu)椴煌?dú)立的盆地或弧，隨后在碰撞時(shí)期合并，一個(gè)較好的尼安茲超群地層劃分可能反應(yīng)這些特征[16]。Borg和Krogh(1999)從鄰近的綠巖帶的流紋質(zhì)火成碎屑沉積巖中得到一個(gè)2780±3 Ma的U-Pb年齡[17]，其可能與Nzega綠巖帶東端的流紋質(zhì)火山巖有關(guān)。在Golden Pride礦床中，一個(gè)2716±11 Ma的U-Pb年齡來源于一個(gè)變質(zhì)砂巖夾BⅠF單元。在Nzega綠巖帶中，這些沉積巖的出現(xiàn)一般是與大型剪切系統(tǒng)相關(guān)且源于這些巖石的鋯石U-Pb資料暗示主要的源巖年齡2650至2680 Ma[16]，說明卡維龍迪超群演化小于2650 Ma。

圖6 Golden Pride金礦床與中國(guó)金礦床成礦年代對(duì)比圖對(duì)比[19]（據(jù)李俊建，1998修改）Fig.6 Comparison of metallogenic epoch between the Golden Pride and China’s gold deposits

對(duì)于金礦化的時(shí)代，前人認(rèn)為許多造山型金礦床中的煌斑巖狀的巖墻可能與金礦化時(shí)代類似[17，18]。Kerrich和Wyman(1994)研究了加拿大Superior Province大量礦床中煌斑巖和金礦化屬于同時(shí)代，并且空間關(guān)系上可能暗示其已具有沿著超巖石圈的特征[18]。Chamberlain和Tosdal(2007)從Golden Pride礦床的斑巖樣品中獲得一組斑巖的鋯石U-Pb年齡為2680±15 Ma，因此其認(rèn)為該礦床的成礦時(shí)間約2680 Ma[16]。Golden Pride金礦床礦化年齡與李俊建（1998）提出的中國(guó)金礦床的成礦時(shí)間[19]比較，其綠巖帶型金礦化的時(shí)代稍早于中國(guó)綠巖帶型金礦床時(shí)間（圖6）。

4.4 礦床成因

Golden Pride金礦床地質(zhì)特征包括:①?gòu)?qiáng)烈的變形母巖；②總體上硫化物含量低；③大量石英-碳酸鹽脈；④在綠片巖相巖石中有一個(gè)碳酸鹽-硫化物-綠泥石-絹云母蝕變集合體；⑤空間上存在大尺度擠壓構(gòu)造[8]。該地質(zhì)特征可與華北克拉通的五臺(tái)山-恒山和北緣綠巖帶型金礦特征[20，21]對(duì)比，因此，Golden Pride金礦床能被劃分為一個(gè)造山型金礦床[22]。另一方面相對(duì)高的金銀品位和復(fù)雜的礦物共生組合說明該礦床是一個(gè)非典型的太古宙造山型金礦床并且其可能是受到后期還原巖漿熱液的體系影響[23]。

4.5 成礦階段劃分

綜上所述，Golden Pride金礦床可能經(jīng)歷了以下三個(gè)連續(xù)的礦化或再活化演化階段：1）在起初的洋殼中產(chǎn)生島弧；2）北側(cè)陸塊碰撞島弧形成逆沖剪切帶，同時(shí)形成礦化帶的雛形；3）南北兩個(gè)陸塊的最終拼合，地幔巖漿上涌，深部含礦熱液向上運(yùn)移在剪切帶中靠近上盤位置形成礦體。

5 結(jié)論

(1）Golden Pride金礦床可能屬于太古宙造山型金礦床；

(2）Golden Pride金礦床構(gòu)造控礦特征明顯，同時(shí)可能經(jīng)歷了后期的熱液疊加作用；

(3）Golden Pride金礦床的成礦時(shí)代大約是2680 Ma。

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