贊比亞銅礦床類型及地質(zhì)特征

張道俊，冷瑩瑩

(中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東正元勘查院，山東濟(jì)南 250000)

1 概況

贊比亞－剛果(金)銅成礦帶是世界著名銅成礦帶之一，位于贊比亞境內(nèi)的銅礦石資源儲(chǔ)量約16億噸，伴生鈷金屬近100萬噸(Watts et al.，1991)。該成礦帶上發(fā)現(xiàn)了很多世界級(jí)砂頁(yè)巖型銅礦床，如恩昌加(Nchanga)、穆富里納(Muflira)等，其銅礦資源僅次于南美洲安底斯山脈(智利、秘魯、阿根廷)和北美洲美國(guó)西南部－墨西哥兩個(gè)銅礦帶，位居第三，其伴生鈷資源量則居世界第一(周應(yīng)華等，2010)。

從北向南，盧弗里安弧可分為外褶皺帶(銅帶或卡弗背斜)、穹頂區(qū)域、復(fù)向斜帶、上加丹加(Kantaga)巖層;贊比亞－剛國(guó)(金)銅成礦帶位于盧弗里安(Lufulian)構(gòu)造弧的外褶皺帶(李向前等，2010)，其內(nèi)側(cè)穹頂區(qū)域自20世紀(jì)50年代以來，相繼發(fā)現(xiàn)了盧姆瓦娜(Lumwana)、東巴山(Dumbwa hill)等銅礦床(點(diǎn))，屬層控型銅礦。穹頂區(qū)域內(nèi)側(cè)為復(fù)向斜帶，其典型礦床為康桑西(Kansanshi)，屬變質(zhì)改造型銅礦。在復(fù)向斜帶內(nèi)側(cè)，為上加丹加(Kantaga)巖層，其典型礦床為卡隆瓜(Kalengwa)，在晚期硅質(zhì)脈體內(nèi)具銅礦化，屬熱液型銅礦。

2 區(qū)域地質(zhì)

贊比亞位于非洲板塊的中南部，四周被剛果(Congo)、班格韋魯(Bangwulu)、坦桑尼亞(Tanzania)、津巴布韋(Zimbabwe)、卡普瓦爾(Kaapvaal)克拉通所包圍，這些地塊之間的相互作用和演化控制著贊比亞的地質(zhì)演化，在穩(wěn)定的克拉通之間形成了規(guī)模巨大的活動(dòng)帶，活動(dòng)帶內(nèi)巖漿活動(dòng)復(fù)雜多樣，形成了贊比亞豐富的礦產(chǎn)和能源資源(引自《全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)》之八)(圖1)。

贊比亞境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造帶可劃分為盧弗里安弧(Lufilian)、伊魯米德帶(Irumide)和莫桑比克帶(Mozambique)。

2.1 盧弗里安弧(Lufilian)

盧弗里安弧控制贊比亞－剛果(金)銅礦帶的分布，該構(gòu)造帶在晚寒武世受南北向的擠壓形成了近東西向的復(fù)式褶皺構(gòu)造(圖2)。由于西北側(cè)剛果(Congo)克拉通地塊和東北側(cè)的班格韋魯(Bangwulu)地塊的影響，該構(gòu)造帶呈弧形彎曲，致使褶皺呈弓形向兩個(gè)地塊的前沿間彎曲，褶皺的巖層主要由加丹加群組成，基底古地形特征控制巖層分布的空間位置。盧弗里安弧由北向南，自外側(cè)向內(nèi)可分為外褶皺帶(銅帶或卡弗背斜)、穹頂區(qū)域、復(fù)向斜帶、上加丹加(Kantaga)巖層。贊比亞銅帶省的卡弗背斜和西北省的穹窿代表了盧弗里安運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的主要構(gòu)造型式。

圖1 中南部非洲地質(zhì)克拉通分布圖(引自《全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)之八》修編)Fig.1 Major cratons and fold belts in central and southern Africa(modified from The Eighth Global Mineral Resource Information System Database)

2.1.1 地層

弧內(nèi)地層主要由基巖超群、莫瓦(Muva)超群、加丹加超群(Katanga)和卡拉哈里(Kalahari)組及第四紀(jì)沖積物構(gòu)成。各超群及群內(nèi)各巖石地層之間均為不整合接觸。區(qū)內(nèi)出露的地層特征見表1。

2.1.2 構(gòu)造

在850～750Ma前，區(qū)域范圍內(nèi)的盧弗里安(Lufilian)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得包括基巖超群在內(nèi)的地層發(fā)生了強(qiáng)烈的褶皺作用，在加丹加超群下羅安組下部發(fā)生了滑脫構(gòu)造，基巖超群、莫瓦超群強(qiáng)烈隆升形成了褶皺和穹窿，巖石變形以韌性變形為主;在后期的泛非洲構(gòu)造運(yùn)動(dòng)(690～450Ma，相當(dāng)于晚加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng))，近地表的地層發(fā)生了寬緩褶皺，深部地層也發(fā)生了不同程度的褶曲，疊加了晚期的褶皺。構(gòu)造以褶皺和穹窿構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造至少有三期，最早期是以韌性為主導(dǎo)變形機(jī)制的無根鉤狀、腸狀，頂厚不協(xié)調(diào)褶皺，較早期是盧弗里安(Lufilian)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的穹窿構(gòu)造，較晚期是規(guī)模較大、寬緩的等厚褶皺，層間褶皺則較發(fā)育。

褶皺以銅帶省的卡弗(Kafue)背斜為代表，它把出露在其東北翼的深槽狀穆富里納(Muflira)向斜和出露在其西南翼的淺槽狀羅安(Roan)、恩卡納(Nkana)－謙比西(Chanbishi)向斜盆地分隔開來。西南翼的構(gòu)造盆地呈雁列狀展布，這些向斜(盆地)一般均為不對(duì)稱形。北東翼為陡傾斜，時(shí)有倒轉(zhuǎn)，常有復(fù)合拖曳褶皺出現(xiàn);受地殼應(yīng)力的作用，常造成緊閉束狀翻卷褶曲，有時(shí)甚至連基底巖層也卷入其中，倒轉(zhuǎn)、等斜褶皺隨處可見。

穹窿區(qū)主要分布在西北省，包括Luswishi、Solwezi、Mwombehzi、Kabompo 4 個(gè)穹窿，穹窿的內(nèi)核是基底雜巖和莫瓦超群地層，四周被加丹加超群地層依次環(huán)繞。

圖2 贊比亞地質(zhì)構(gòu)造略圖(引自《全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)之八》修編)Fig.2 Simplified geological map of Zambia(modified from The Eighth Global Mineral Resource Information System Database)

表1 盧弗里安弧地層序列一覽表Table 1 Stratigraphical column for the Lufilian strata

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造至少有三期，最早期為韌性為主導(dǎo)變形機(jī)制的韌性剪切帶，較早期是近東西和北東向的斷裂，較晚期是北西－南東向的斷裂，該期切割較早期斷裂。其它斷裂均為層間滑動(dòng)斷裂，對(duì)巖層無明顯的錯(cuò)動(dòng)。

2.1.3 巖漿巖

主要有花崗巖和輝長(zhǎng)巖，花崗巖主要分布在背斜和穹窿內(nèi)，其時(shí)代晚于莫瓦系巖層。輝長(zhǎng)巖呈巖床產(chǎn)出，主要發(fā)育在上羅安 (Roan)組等巖層和下孔德龍古(Kundelungu)組巖層中，在接觸帶可見冷凝邊和較窄的變質(zhì)帶。主要變質(zhì)礦物有透閃石、陽(yáng)起石及不純白云石等。此外，在圍巖中可見平行層面的重力層現(xiàn)象，表明巖體是在盧弗里安運(yùn)動(dòng)前侵入的，輝石一般蝕變?yōu)榻情W石，并常伴有方柱石。另外局部地區(qū)可見煌斑巖脈切穿巖層的現(xiàn)象。

2.1.4 變質(zhì)作用

組成卡弗(Kafue)等背斜的加丹加(Katanga)群巖層，具有區(qū)域淺變質(zhì)特點(diǎn)。不同區(qū)域的變質(zhì)程度各不相同，東部為淺變質(zhì)綠片巖相，南部為中－淺變質(zhì)綠簾石－角閃巖相。基底雜巖遭受退變質(zhì)作用。藍(lán)晶石、方柱石礦物少見，粘土質(zhì)巖石中白云母和絹云母礦物發(fā)育。

2.2 伊魯米德帶(Irumide)

圖3 贊比亞地質(zhì)礦產(chǎn)圖(修編)Fig.3 Map showing geology and mineral resources in Zambia

伊魯米德(Irumide)帶從博茨瓦納(Botswana)延伸到馬拉維(Malawi)北部邊界，全長(zhǎng)約900km，形成了一套很明顯的北東－南西向地層單元和變形組構(gòu)。贊比亞東部和南部基底雜巖和姆瓦(Muva)超群地層被大范圍地折疊和剪切。該帶南部有紫蘇花崗巖侵入，帶內(nèi)大部分巖石的變質(zhì)程度都屬于角閃巖相。

2.3 莫桑比克帶(Mozambique)

位于贊比亞東南部，由許多收斂性剪切構(gòu)造組成。帶內(nèi)的巖石主要為基底雜巖和姆瓦(Muva)超群。

3 銅礦床類型

贊比亞礦產(chǎn)以銅為主，鈷常與銅伴生，占較重要的地位，金、鈾、寶石等資源有較好的找礦前景。銅礦床主要分布在盧弗里安(Lufulian)弧，金礦等資源主要分布在伊魯米德(Irumide)帶和莫桑比克(Mozambique)帶。

銅礦床有四種類型:層控型銅礦、沉積型銅礦、變質(zhì)改造型銅礦及熱液型銅礦(李向前等，2009)。

贊比亞銅帶主要位于盧弗里安(Lufulian)弧外褶皺帶－卡弗(Kafue)背斜(贊比亞境內(nèi))，其主要典型礦床為恩昌加(Nchanga)、謙比希(Chambishi)、恩卡納(Nkana)、穆富里納(Mufulira)等。穹窿帶典型礦床以Mwombezhi穹窿的盧姆瓦娜(Lumwana)礦床為代表(圖3)。

據(jù)《1991年贊比亞礦產(chǎn)勘查機(jī)會(huì)評(píng)估》資料，對(duì)贊比亞大中型銅礦資源量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(Watts et al.，1991)，各銅礦床類型銅礦資源量及所占比例見表2。

贊比亞主要成礦類型為沉積型銅礦，其資源量占贊比亞銅總資源量的79%;層控型、變質(zhì)改造型和熱液型銅礦資源量占贊比亞銅總資源量的21%。

3.1 層控型銅礦

位于背斜和穹窿構(gòu)造的核部邊緣，含礦巖系為莫瓦(Muva)超群的黑云石英片巖、二云石英片巖。礦石礦物為黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦、輝銅礦，多呈條帶狀、透鏡狀、無根不協(xié)調(diào)褶皺狀等形態(tài)，平行于黑云母片巖的片理展布，含礦層上部巖層為石英巖，下部巖層為大理巖或硅質(zhì)大理巖。該類型銅礦是最早期成礦作用形成的，Solwezi穹窿的東巴山(Donbwa Hill)礦點(diǎn)、Mwombizhi穹窿的盧姆瓦納(Lumwana)銅礦床都屬于該種類型。

表2 贊比亞銅礦床類型銅礦資源量一覽表Table 2 Copper ore resources of different types of copper deposits in Zambia

盧姆瓦娜(Lumwana)銅礦床主要的銅礦化受石英云母片巖控制，以粗粒黃銅礦－斑銅礦－磁黃鐵礦的形式出現(xiàn)，在氧化帶和過渡帶伴生有輝銅礦和其它次生銅礦物。該礦床礦石資源量74900萬t，銅金屬資源量629萬t，銅品位0.84%;另外該礦體含鈾4000t(含量為0.65%的238U礦56萬t)(Watts et al.，1991)。

層控型礦床與沉積型礦床相比，品位較低(銅品位一般0.8% ～1%)，但它們具有埋藏淺、層控不間斷性和冶金工藝簡(jiǎn)單等特征，便于露天開采。

3.2 沉積型銅礦

主要分布在卡弗(Kafue)背斜的外緣周圍，含礦巖系主要是加丹加(Katanga)超群下羅安(Roan)組的含礦砂頁(yè)巖建造，含礦建造可分為上盤石英巖、含礦砂頁(yè)巖及下盤礫巖建造(杜菊民等，2010);其中含礦砂頁(yè)巖中，銅礦物富集地段即為銅礦體(銅品位一般2% ～3%)。

上部石英巖建造:由長(zhǎng)石石英巖、長(zhǎng)石砂巖、粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成，厚度4～6m。

含礦砂頁(yè)巖建造:由砂巖、頁(yè)巖和細(xì)粒黑云母、石英質(zhì)泥板巖組成，由于巖石中含有白云石的含量不同而具有明顯的條帶狀，厚度一般20～30m，局部厚度變化較大;大部分地區(qū)其上部為3～6m的長(zhǎng)石砂巖，伴有白云石、硬石膏、石英、硫化物等，局部具交錯(cuò)層理。

主要銅礦物為黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦及常見的硫鈷銅礦，多呈星散狀、浸染狀、斑雜狀、團(tuán)塊狀等分布在含礦頁(yè)巖、砂巖中。地表氧化帶礦體銅礦物為水膽石、孔雀石、藍(lán)銅礦。礦體呈層狀、透鏡狀、板塊狀分布。因處于背斜構(gòu)造周邊地帶，礦層拖拽褶皺較發(fā)育，遭受了低級(jí)區(qū)域變質(zhì)作用。

下盤礫巖建造由粗粒含卵石和少量粗粒長(zhǎng)石砂巖、花崗巖及片巖的巖屑組成，厚度1～10m。該層在成分和厚度上均有較大差異，因其獨(dú)特的礦物成分成為良好的標(biāo)志層(趙興國(guó)，2010)。

沉積型銅礦是贊比亞的主要成礦類型，銅帶省的大部分礦床屬于此類型。其典型代表為恩昌加(Nchanga)礦床，銅鈷礦石儲(chǔ)量5356.3萬t，銅金屬量200萬t、鈷金屬量3.59萬t，銅品位3.73%，鈷品位 0.45%((Watts et al，1991)。

成巖成礦是同時(shí)發(fā)生的，成巖作用使礦化元素活化遷移，對(duì)成礦元素的遷移起著重要作用;其形成的古地理環(huán)境為:由于海底厭氧生物產(chǎn)生必要的硫，金屬硫化物隨著濃度的變化而沉積下來。河流中攜帶的呈溶解狀態(tài)或懸浮的粘土顆粒上的金屬元素，流入加丹加海。重的金屬碎屑及少量呈溶解狀態(tài)的金屬硫化物首先沉淀下來，而后是含量較高的鈷硫化物及鐵硫化物沉淀下來。

與上述礦物分帶相對(duì)應(yīng)，在垂向上分帶很明顯。在垂直礦層的方向上，底部為斑銅礦帶，向上為斑銅礦、黃銅礦混合帶，再向上以黃銅礦為主的礦化帶，有些礦床可能含有部分硫鈷礦。礦石礦物多為浸染狀，粒度與脈石礦物相似，脈狀和細(xì)脈狀富礦脈少見。

同生沉積作用生成的成礦元素原始分布狀態(tài)，在經(jīng)受后來的褶皺作用及區(qū)域變質(zhì)作用，會(huì)發(fā)生很大的變化。

3.3 變質(zhì)改造型銅礦

自姆瓦(Muva)超群到孔德龍古(Kundelungu)組均有分布，以含黃銅礦、黝銅礦等銅硫化物方解石石英脈的形式產(chǎn)出，顯著穿切原有片理，可見到透鏡狀黃銅礦集合體;該類型礦床與其它類型礦床相疊加時(shí)，可形成富礦段(閆艷玲等，2011)。

代表性礦床有Solwezi穹隆北側(cè)的康桑西(Kansanshi)礦床。康桑西(Kansanshi)礦床礦石資源量2.67億t，銅品位為1.28%、金品位為0.16g/t，銅金屬量為 340萬 t，金屬量 42.72噸(Assessment of Mineral Exploration Opportunities in Zambia，1991)。

3.4 熱液型銅礦

充填在加丹加超群及其更老的地層中，以含黃銅礦、黃鐵礦石英脈的形式產(chǎn)出。代表性礦床有卡森帕(Kasempa)－姆豐貝(Mufumbwe)地區(qū)的卡隆瓜(Kalengwa)礦床。該類型礦化及變質(zhì)熱液與巖漿活動(dòng)相關(guān)(孫燕等，2012)。

4 銅礦床控礦層位

各類型銅礦床總體受盧弗里安(Luflian)弧控制，層控型銅礦主要分布在穹窿核部邊緣，含礦巖系為莫瓦(Muva)超群的黑云母片巖、二云石英片巖;沉積型銅礦主要分布在背斜或穹窿外緣周圍，含礦巖系主要是加丹加(Katanga)超群下部的砂頁(yè)巖層。

Du Ju-min，Zhao Xue-zhang.2010.Geologic features and spatial distribution regularities of Cu-Co deposition in Democratic Republic of Congo［J］.Geology and Exploration，46(1):165 －174(in Chinese with English abstract)

Li Xiang-qian，Jiang Yu-ping，Zhao Xi-yan，Xu Xian-li，Zhou Ya-tao，Yan Yan-ling.2010.Geology and genesis of Kansuki copper-cobalt deposit in Katanga province，D.R.Congo［J］.Geology and Exploration，46(1):175－182(in Chinese with English abstract)

Li Xiang-qian，Mao Jing-wen，Yan Yan-ling，Gao Hong-shan，Li Mengwen，Xu Xian-li.2010.Regional geology and characteristics of ore deposits in Katangan copper-cobalt belt within Congo(Kinshasa)，Central Africa［J］.Mineral Deposits，28(3):366 － 380(in Chinese with English abstract)

Offshore mineral resource strategic research center of China Geological Survey.2007.The eighth global mineral resource information system database［R］.1 －101(in Chinese)

Sun Yan，Liu Jian-ming，Zeng Qing-dong.2012.An approach to the metallogenic mechanism of porphyry copper(molybdenum)deposits and porphyry molybdenum(copper)deposits:Influence of evolving processes of ore-forming fluids and tectonic settings［J］.Earth Science Frontiers，19(6):179－193(in Chinese with English abstract)

Wang Ping-hu，Zhang Guo-cheng，Xie Xin-guo.2009.Genesis of sandstones-conglomerates type copper deposits at Kumukuli basin，Xinjiang［J］.Geology and Exploration，45(1):18 －22(in Chinese with English abstract)

Watts，Griffis and Mcouat.1991.Assessment of mineral exploration opportunities in Zambia［M］.Limited consult geologists and engineer:241－288

Yan Yan-ling，Li Xiang-qian，Jiang Yu-ping，Zhou Ya-tao，Liu Xian.2011.Geological characteristics and prospecting direction of the elluvium-deluvian cobalt deposits in the Central African copper belt［J］.Geology and Exploration，47(3):512 －517(in Chinese with English abstract)

Zhao Xing-guo.2010.Geological characteristics of Chambishi copper deposit in Zambia［J］.Geology and Exploration，46(1):183 －190(in Chinese with English abstract)

Zhou Ying-hua，Jiang Shao-qing.2010.Situation of copper-cobalt mine development in Congo(DRC)［J］.Geology and Exploration，46(3):525－530(in Chinese with English abstract)

［附中文參考文獻(xiàn)］

地調(diào)局境外礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究室.2007.全球礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)之八［R］.1－101

杜菊民，趙學(xué)章.2010.剛果(金)銅－鈷礦床地質(zhì)特征及分布規(guī)律［J］.地質(zhì)與勘探，46(1):165 －174

李向前，姜玉平，趙錫巖，徐憲立，周亞濤，閆艷玲.2010.剛果(金)堪蘇祁銅鈷礦床地質(zhì)特征及成因分析［J］.地質(zhì)與勘探，46(1):175－182

李向前，毛景文，閆艷玲，高洪山，李蒙文，徐憲立.2009.中非剛果(金)加丹加銅鈷礦帶主要礦化類型及特征［J］.礦床地質(zhì)，28(3):366－380

孫 燕，劉建明，曾慶棟.2012.斑巖型銅(鉬)礦床和斑巖型鉬(銅)礦床的形成機(jī)制探討:流體演化及構(gòu)造背景的影響［J］.地學(xué)前緣，19(6):179－193

王平戶，張國(guó)成，謝新國(guó).2009.新疆庫(kù)木庫(kù)里盆地砂礫巖型銅礦成因分析［J］.地質(zhì)與勘探，45(1):18－22

閆艷玲，李向前，姜玉平，周亞濤，劉 顯.2011.中非銅帶殘坡積鈷礦床地質(zhì)特征及找礦方向［J］.地質(zhì)與勘探，47(3):512－517

趙興國(guó).2010.贊比亞謙比希銅礦床地質(zhì)特征［J］.地質(zhì)與勘探，46(1):183－190

周應(yīng)華，江少卿.2010.剛果(金)銅鈷礦業(yè)開發(fā)形勢(shì)［J］.地質(zhì)與勘探，46(3):525－530