剛果(金)加丹加省科盧韋齊銅礦床地質(zhì)特征及礦床成因

王洪亮

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

科盧韋齊(Kolwezi)銅礦位于剛果(金)加丹加省科盧韋齊市區(qū)西南部邊緣，礦權(quán)區(qū)面積3.37 km2。礦區(qū)位于加丹加高原，地勢(shì)南高北低，海拔1 375～1 520 m。該礦自1940年開始開采，至1963年結(jié)束，最大開采深度約90 m。分析與探討該礦床的地質(zhì)特征及礦床成因，對(duì)擴(kuò)大該礦床的找礦遠(yuǎn)景和找礦方向具有重要指導(dǎo)意義，且有利于區(qū)域內(nèi)類似礦床的研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

剛果(金)地處中非剛果盆地內(nèi)，大地構(gòu)造位置處于剛果克拉通東北部。繼石炭世古老基底形成后，開始了大陸侵蝕和堆積過程，至古近紀(jì)出現(xiàn)造山運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)一步導(dǎo)致剛果河周圍地殼的隆起，形成了中非剛果盆地(圖1)。

區(qū)域出露地層主要為前寒武紀(jì)加丹加沉積巖相地層，不整合于下伏的古老基底之上，主要為一套巨厚的海相淺水富鎂碳酸鹽巖、碎屑巖沉積，區(qū)域變質(zhì)程度較低，以綠片巖相為主，自下而上分為羅安群、恩古巴群、孔德龍古群3個(gè)群，其中羅安群是主要賦礦地層。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，褶皺和斷裂發(fā)育。剛果(金)一側(cè)未見有巖漿巖出露(Cailteux，2003)。

贊比亞—?jiǎng)偣?金)銅(鈷)礦帶聞名于世，斜貫于贊比亞、剛果(金)南部，是僅次于南美洲安第斯山和北美洲美國西南部—墨西哥的世界第三大銅礦帶。在剛果(金)境內(nèi)加丹加銅礦帶上的銅礦按伴生有用組分分成兩大類：一類是與鈷、鈾及其他金屬伴生的銅礦，稱銅－鈷－鈾礦床;另一類是與鉛鋅伴生的銅礦，稱銅－鉛－鋅礦床(宋小軍等，2009;辛建偉等，2009)。

Kolwezi銅礦床所在區(qū)域的構(gòu)造主要由加丹加褶皺－推覆構(gòu)造帶組成，屬非洲中部盧菲利(Lufilian)弧形構(gòu)造帶的一部分(趙英福，2011)。盧菲利弧形構(gòu)造帶總體呈NW—SE走向，在剛果(金)境內(nèi)，主要構(gòu)造線在Kolwezi—Likasi地區(qū)為EW向，然后從Likasi—Lubumbashi轉(zhuǎn)為SE向延伸入贊比亞境內(nèi)。構(gòu)造帶內(nèi)次級(jí)構(gòu)造極其復(fù)雜，穹隆、殘丘、背向斜、推覆構(gòu)造和斷裂極其發(fā)育。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)出露地層比較簡單，主要為羅安群及第四系覆蓋物。羅安群是該區(qū)的主要地層，為一套淺海相的細(xì)碎屑巖和變質(zhì)巖，原巖為白云巖、頁巖、黏土巖、砂巖等。羅安群上部(RGS、CMN、部分 SDS、BOMZ)常受構(gòu)造作用破碎呈沙狀、次棱角、渾圓狀、角礫狀，中下部(部分SDS、BOMZ以及大部分SDB、RSC、RSF、RAT)較為完整。第四系、新近系在近地表廣泛發(fā)育(圖2)。

圖1 非洲加丹加和謙比希帶地質(zhì)簡圖(據(jù) Kampunzu et al，2005)Fig.1 Simplified geological map of the Katanga and Chambishi belts in Africa(after Kampunzu et al，2005)

圖2 加丹加省Kolwezi銅礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the Kolwezi copper area in Katanga Province

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)位于盧菲利弧形構(gòu)造帶之外部褶皺和推覆帶的西北端Kolwezi推覆體的南中部，受推覆構(gòu)造影響顯著，主要構(gòu)造由褶皺以及斷裂帶組成(圖3)。礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有近EW及近SN向2組主要斷裂帶。近SN向斷裂帶劃分礦區(qū)為2個(gè)礦區(qū);Nioka Ouest及Kolwezi。兩者的礦化強(qiáng)度明顯不同，Kolwezi礦區(qū)銅礦富且延深大，為主要礦體。近EW向斷裂主要由 F1、F2、F3組成，近 SN向斷裂主要是F4、F5、F6等。其中F3斷裂控制了主礦體的南部邊界，出露在X=700線以東，長度＞1 500 m，北傾60°～ 80°。

圖3 Kolwezi礦區(qū)構(gòu)造綱要簡圖(據(jù)GCM 1∶5 000地形地質(zhì)圖改編)Fig.3 Sketch showing structure outline of the Kolwezi ore district(modified from GCM topographic and geological map at a scale of 1∶5 000)

2.3 礦體地質(zhì)

2.3.1 礦體特征 礦區(qū)礦體呈層狀產(chǎn)出，主要賦存于羅安群 BOMZ、SDB、RSC、RSF 及部分 CMN、RAT以及SDS中，總體形態(tài)為南部較平緩、北部近直立。圈定出主銅礦體1條，其他較小銅礦體18條。其中Cu1礦體是主礦體，其規(guī)模大、形態(tài)規(guī)整、賦礦層位較穩(wěn)定。Cu1銅資源量約占總資源量的79.4%。

礦化主要呈細(xì)脈、浸染狀產(chǎn)出。局部有成礦晚期輝銅礦、成礦后期孔雀石脈疊加。全區(qū)礦體可分為2個(gè)礦段：Nioka Ouest和Kolwezi礦段，Kolwezi礦段為該區(qū)主礦體的主要礦段，礦體總體走向近EW向，傾角較陡，多近于直立。1號(hào)礦體由前人采坑及109個(gè)見礦鉆孔控制，走向長1 450 m，西部出露地表，東部隱伏于地下，賦礦標(biāo)高：1 399～1 014 m，礦體產(chǎn)狀：走向近EW向，東部礦體南翼較平緩北翼較陡，西部變陡近于直立，礦體東部和西部具有分支復(fù)合現(xiàn)象。礦體厚度變化不大，平均厚度為75.58 m，厚度變化系數(shù)為65%，礦體平均品位為4.13%，品位變化系數(shù)為102%，屬于較均勻。

2.3.2 巖礦特征 (1)礦石礦物。礦石成分較簡單，礦石礦物主要為孔雀石、自然銅、斑銅礦、赤銅礦、水鈷礦、水鈷銅礦、鈷白云石，少量硅鈷礦、黑銅礦、黃銅礦，微量硫銅雀石、輝銅礦等;其他金屬礦物主要為赤鐵礦、鏡鐵礦，偶見黃鐵礦。脈石礦物有鉀長石、石英、絹云母、綠泥石、綠簾石、斜長石、黑云母等。各礦石礦物特征如下。

孔雀石：為翠綠色—深綠色，晶體呈纖維狀、針狀、放射狀，粉末狀、皮殼狀結(jié)構(gòu)，常呈小團(tuán)塊狀、似層狀、脈狀構(gòu)造出現(xiàn)，脈體可穿切層理，分布不均勻?？兹甘７植荚诿}石礦物的顆粒表面或者是充填在脈石礦物的顆粒間隙或裂隙中。能譜分析孔雀石平均含銅55.34%。

硅孔雀石：呈淺綠色，硅孔雀石也是礦石中重要的銅礦物，該礦物多呈膠狀、皮殼狀、鐘乳狀、脈狀產(chǎn)出。硅孔雀石的X射線衍射圖顯示，礦石中的硅孔雀石結(jié)晶較差，衍射線弱而不清晰，衍射線較少。硅孔雀石常分布在褐鐵礦、脈石礦物表面或顆粒間隙、裂隙空洞中。能譜分析，硅孔雀石平均含銅46.55%，鈷0.11%，鋁1.60%，硅23.34%，氧28.13%。

輝銅礦：鉛灰色，風(fēng)化表面灰黑色;多呈他形粒狀、脈狀。常沿層理產(chǎn)出而呈似層狀、細(xì)脈帶狀構(gòu)造，同時(shí)常見穿切層理的脈狀輝銅礦。巖石中的輝銅礦有2種存在形式：一種呈微粒狀，粒徑一般為0.01～2.6 mm，平行層理斷續(xù)定向分布;另一種呈脈狀，脈中的輝銅礦顆粒相對(duì)較粗，粒徑為0.2～0.5 mm。輝銅礦形成分2期，早期呈層狀產(chǎn)出，晚期呈脈狀產(chǎn)出。

自然銅：呈新鮮紅銅色，氧化后表面形成氧化膜而呈棕褐色，他形粒狀、片狀、細(xì)脈狀。

赤銅礦：呈致密塊狀、粒狀或土狀。常與自然銅、孔雀石、藍(lán)銅礦、硅孔雀石、褐鐵礦共生。

斑銅礦：鏡下鑒定呈渾圓狀、水滴狀，粒徑一般為0.05～0.1 mm，斑銅礦反射色為粉紅褐色，顯均質(zhì)性，中硬度，斑銅礦與輝銅礦共生在一起，零星分布在非金屬礦物的間隙中。

(2)賦礦圍巖。對(duì)50件賦礦巖石進(jìn)行了全巖分析，主要成分以 SiO2、Al2O3、MgO、CaO、CO2為主(表1)，并且各組分間有一定的相關(guān)性(表2)。

表1 巖石全分析各組分統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of different components by whole-rock analysis

表2 巖石全分析中各組分相關(guān)關(guān)系表Table 2 Correlation of different components by whole-rock analysis

由表1可知，研究區(qū)主要有害成分為SiO2，均值達(dá)40.58%，CaO均值為 6.42%，MgO均值為10.57%。由表2可知，巖石中主要成分SiO2、Al2O3與CaO、CO2呈負(fù)相關(guān)，MgO與各組分間相關(guān)關(guān)系不明顯。

2.4 圍巖蝕變

由于區(qū)內(nèi)銅鈷礦體的形成與區(qū)域變質(zhì)作用、熱液改造等有關(guān)，因此產(chǎn)生一系列與之相關(guān)的圍巖蝕變，主要有石墨化、滑石化、硅化、白云巖化、絹云母化、碳酸鹽化等，其中硅化、白云巖化、碳酸鹽化與礦化關(guān)系密切。

2.5 礦物世代

根據(jù)野外觀察、巖礦鑒定，建立了主要成礦期次及主要礦物的生成順序(圖4)。成礦世代可劃分為早期成巖階段的初始成礦期、早期成巖階段的主成礦期、熱液改造富集期和表生富集期4個(gè)階段。

(1)早期成巖階段的初始成礦期：中晚元古時(shí)期即羅安時(shí)期至孔德龍古時(shí)期的同沉積。早期的成巖階段是礦化初始階段，但礦化程度較弱，有益的Cu、Co元素富集較少。

(2)早期成巖階段的主成礦期：銅鈷礦化都在隨后的裂谷盆地的火山活動(dòng)和同生斷裂活動(dòng)的成巖過程中繼續(xù)沉淀，是成巖階段的主成礦期。礦區(qū)在此階段地質(zhì)環(huán)境以還原環(huán)境為主，裂谷盆地中的同沉積斷裂是主成礦期Cu元素遷移的有利通道，形成了大量的輝銅礦和少量的黃銅礦、黃鐵礦，是重要的層狀銅鈷硫化物富集階段。

圖4 礦物形成世代Fig.4 Sequence of mineral formation

(3)晚期造山運(yùn)動(dòng)及熱液改造富集期：早期沉積的礦化地層被多期次的構(gòu)造切割破壞。與造山熱動(dòng)力有關(guān)的熱液活動(dòng)，使原有礦床受到改造，可使巖石中分散的硫化物活化遷移，沿一些構(gòu)造裂隙充填成礦，礦化階段和破碎以及裂隙有密切關(guān)系。從柱狀石英脈礦物的流體包裹體測試獲得的溫度記錄最高達(dá)到400℃，它們代表主要的成礦環(huán)境是高溫，并且埋藏深度大。從相關(guān)資料獲得金紅石的U－Pb測年，確定了晚期的熱液運(yùn)動(dòng)時(shí)間是514 Ma，此次活動(dòng)與盧菲利造山運(yùn)動(dòng)造成的變質(zhì)有關(guān)，熱液的活動(dòng)使得銅礦物再次活躍和富集，并且含有Cu、Co等重要的成礦元素。

(4)表生富集期：地表及近地表的銅鈷硫化物礦物，因長期氧化淋濾作用，使銅鈷硫化物變?yōu)檠趸?或氫氧化物)的同時(shí)次生富集。目前礦區(qū)已開采的礦體主要位于背斜的軸部，礦體出露地表易于露天開采，以氧化礦，孔雀石、藍(lán)銅礦、水鈷礦和鈷華等為主，少量赤銅礦、自然銅出現(xiàn)在氧化帶下部;礦體的品位高，易于冶煉。

3 礦床成因、控礦因素及找礦標(biāo)志

3.1 控礦因素

Kolwezi礦區(qū)礦體具有明顯的層控特征。Cu1號(hào)銅礦體主要賦存于BOMZ、SDB的白云質(zhì)頁巖以及RSF的硅化白云巖中，礦體的形態(tài)整體與SDB及RSF的形態(tài)一致，證明有益的Cu、Co元素最后富集沉淀的位置主要集中在這2個(gè)層位中。層控的過程主要存在于成礦的2個(gè)階段：一是早期成巖過程中金屬元素的富集;二是在后期的造山運(yùn)動(dòng)過程中沿層間斷裂熱液流體的侵入，萃取有益元素沉淀富集。2個(gè)過程與同沉積斷裂及層間斷裂有密切的關(guān)系，這也是礦體層狀特征的形成過程。

礦區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，主要階段是在盧菲利弧造山運(yùn)動(dòng)期。礦區(qū)幾個(gè)重要的地質(zhì)構(gòu)造都與之相關(guān)：區(qū)域性逆沖推覆構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、開啟背斜的軸部斷裂群和層間斷裂等。各種構(gòu)造共同控制著礦體的產(chǎn)出形態(tài)。

3.2 礦床成因

關(guān)于剛果(金)—贊比亞銅鈷礦帶成因，早期學(xué)者一般認(rèn)為與巖漿侵入熱液活動(dòng)有關(guān)，然而隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)礦化層沿走向與傾向方向穩(wěn)定延伸。據(jù)此，部分專家提出同沉積觀點(diǎn)，提出鐵、鈷、銅等金屬是由化學(xué)沉積或碎屑形成的。20世紀(jì)80年代，有的學(xué)者持有裂谷成礦模式的觀點(diǎn)，即成礦物質(zhì)既可能源自上部的火山沉積物質(zhì)，也可能源自基性侵入巖的地殼深處，由同沉積斷層溝通，造成盆地的礦化鹵水循環(huán)并發(fā)生交代作用而成。雖然各學(xué)術(shù)觀點(diǎn)論述的偏向性和角度存在差異，對(duì)于成礦流體和成礦物質(zhì)來源及遷移途徑有不同的認(rèn)識(shí)，但均認(rèn)為同沉積過程是該區(qū)Cu、Co等元素最重要的富集階段(劉運(yùn)紀(jì)等，2011;陳興海等，2012)，后期的熱液活動(dòng)使得礦化得到進(jìn)一步的富集。

Kolwezi礦區(qū)在經(jīng)過盧菲利造山運(yùn)動(dòng)后較好地保存了羅安群的完整巖系，包括礦山組(R2)和迪佩特組(R3)，缺失RAT組(R1)、木瓦夏組(R4)，木瓦夏組在礦帶上不存在大礦床。完整的礦山組為礦床成因研究提供了有利的直接證據(jù)。綜合多方面的資料，礦區(qū)應(yīng)屬于早期沉積富集、晚期熱液改造富集、表生富集，受區(qū)域性逆沖推覆構(gòu)造和層間斷裂等控制的多成因多重控制的銅鈷礦床，即屬于熱液改造沉積型砂頁巖銅(鈷)礦床。

3.3 找礦標(biāo)志

Kolwezi銅礦床具有與剛果金—贊比亞銅鈷礦帶層狀砂頁巖銅鈷礦床相似的特征。羅安群的礦山組(R2)為主要標(biāo)志層，其中RSC(礦山組下段上部)蜂窩狀硅化、白云石化地層由于抗風(fēng)化能力強(qiáng)，常常形成正突起而成為最好的標(biāo)志層，并且常因?yàn)镽SC層位中含有一定的鈷礦化而鈷筍生長旺盛，是研究區(qū)良好的植物找礦標(biāo)志。

礦區(qū)西部(Nioka Ouest)大部分地段存在礦山組，預(yù)測有礦體延伸并有少量鉆孔驗(yàn)證見到有礦(化)體存在，深部構(gòu)造復(fù)雜，埋藏深度大，已知部分含礦層位礦化強(qiáng)度較弱，探礦工程較少。因此，建議加強(qiáng)綜合研究，開展普查工程，初步查明礦體的賦存規(guī)律及礦化特征，進(jìn)一步探明礦床的規(guī)模。

4 結(jié)論

剛果(金)加丹加省Kolwezi銅礦床礦區(qū)出露地層為羅安群及第四系覆蓋物，主要構(gòu)造由褶皺以及斷裂帶組成。礦體呈層狀產(chǎn)出，銅礦化與地層層位密切相關(guān)，主要賦存于羅安群中。地層中化學(xué)成分以 SiO2、Al2O3、MgO、CaO、CO2為主，各組分間有一定的相關(guān)性。礦石礦物主要為黃銅礦、孔雀石、自然銅及斑銅礦;脈石礦物有長石、石英、綠泥石、綠簾石、黑云母等。礦石以他形粒狀結(jié)構(gòu)，層狀、浸染狀構(gòu)造為主。銅鈷礦體的形成與區(qū)域變質(zhì)作用、熱液改造有關(guān)，進(jìn)而產(chǎn)生了一系列與之相關(guān)的硅化、白云巖化等圍巖蝕變。其成礦世代可劃分為早期成巖階段的初始成礦期、早期成巖階段的主成礦期、熱液改造富集期和表生富集期4個(gè)階段。Kolwezi銅礦床礦體具有層控特征，礦區(qū)地層及構(gòu)造起到強(qiáng)烈的控礦作用。結(jié)合前人的研究成果，得出Kolwezi銅礦床屬于熱液改造沉積型砂頁巖銅(鈷)礦床，并具有良好的找礦前景。

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