中非銅礦帶多層位成礦特征及成因分析

王 恒，王洪勇，李生發(fā)

（中色盧安夏銅業(yè)有限公司，北京 100029）

本次研究的中非銅礦帶已探明礦床2×108t銅礦以及8×106t鈷金屬礦產(chǎn)，而主流地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為該區(qū)域成礦模式存在較大差異性，且基礎(chǔ)研究方面存在分歧，大致成因有：同沉積－疊加成礦、沉積－改造成礦、成巖－巖漿熱液成礦等成因模式。所以必須找尋成礦物源，利用硫化物硫以及鉛同位素混合示蹤劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)類驗(yàn)證，為礦床和巖石成因提供直接性金屬元素富集數(shù)據(jù)。本次研究首選業(yè)內(nèi)較為通用的綠紗礦床標(biāo)定數(shù)據(jù)，運(yùn)用黃銅礦、黃鐵礦為特殊示蹤對(duì)象，運(yùn)用現(xiàn)代化儀器手段綜合測(cè)試原礦樣本中的硫、鉛同位素含量，全面研討礦物原石中的綠紗銅鈷礦床成礦物質(zhì)的演化特點(diǎn)以及礦床變化機(jī)制等綜合性問題。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

礦床所在區(qū)域經(jīng)歷了長(zhǎng)期的構(gòu)造演化過程。在泛非運(yùn)動(dòng)期間剛果克拉通和卡拉哈里克拉通合并并壓縮，從而在加丹加的新元古代沉積盆地中形成了魯菲里褶皺拱。魯菲里拱門經(jīng)歷了構(gòu)造演化的三個(gè)階段。不同的模式：（1）Corvitz-造山階段（D1）發(fā)生在750Ma至600Ma之間，表現(xiàn)為板塊的碰撞和俯沖，形成了納帕外褶皺區(qū)和Rufeli拱頂穹頂區(qū)。在這一階段，逆沖墊層斷裂和強(qiáng)烈褶皺對(duì)洛安組層狀同源銅（鈷）礦床的空間分布和礦化體的形態(tài)產(chǎn)生了顯著影響，并為該礦床的氧化創(chuàng)造了條件。銅層表面。蒙維茲期（D2）鈷（2）礦床發(fā)生在603Ma至512Ma之間，其特征是平移斷層的發(fā)展和大規(guī)模的水平褶皺，導(dǎo)致地層倒轉(zhuǎn)和塌陷。包含礦物的部分熱液流體遷移并沿構(gòu)造裂縫沉積，與初始礦化層重疊。（3）Chilatembo階段（D3）發(fā)生在512Ma之后，似乎出現(xiàn)了橫向裂紋，具有垂直的Rufeli弧形趨勢(shì)和褶皺結(jié)構(gòu)。該地區(qū)的多階段結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致洛安集團(tuán)不斷再現(xiàn)，導(dǎo)致該帶中出現(xiàn)了許多大型沉積物。根據(jù)造山運(yùn)動(dòng)從魯菲里到沉積的轉(zhuǎn)變程度，可將帶中的銅鈷礦床分為變形層D2-D3變形變質(zhì)均質(zhì)銅鈷礦床D1和變質(zhì)疊加沉積變質(zhì)法。

2 加丹加銅鈷礦帶分析

加丹加銅礦帶中最典型的分層銅鈷礦體主要發(fā)育在羅恩集團(tuán)的R2.1R2.2礦山群中，形成了上下兩個(gè)主要礦體。它們是分層的和準(zhǔn)分層的。上部?jī)?chǔ)層在SD元素（R2.2）下部的白云質(zhì)頁巖，中粗白云巖（SDB）和粗晶白云巖（BOMZ）中，下部?jī)?chǔ)層在Kamoto元素（R2）中在下硅質(zhì)層狀白云巖（RSF），細(xì)粒白云巖（D.Strat）和白云質(zhì)粉砂巖中，礦物包括黃銅礦，黃銅礦，堇青石和硫銅鈷礦石。石礦物主要包括白云石，石英和云母，其次是透閃石，滑石，綠泥石，方解石，硬石膏，電氣石等。儲(chǔ)層的第三層位于坎波夫斷面（R2.3）的下部，位于上儲(chǔ)層上方60m～100m。羅恩群的米納斯組的礦化序列沿走向非常規(guī)則，橫向巖相從北向南明顯變化，標(biāo)志著從沿海環(huán)境（北部）到礁石（南部）的逐漸演化。北部沿海層序的特征是沒有疊層石，SD段包含白云巖和砂巖，而Kambove段包含砂巖。除Tenke礦床外，這兩個(gè)巖性段通常貧化或輕微礦化。南部層序的特征是層溶性碎屑巖和含RSC疊層巖的地層。SD和Kambove部分中沒有砂巖。該序列具有最重要的銅和鈷礦床，例如Kamoto和Fungurume銅鈷礦床。最南端的多礁巖層序（Etoile）的特征是RSC層和Kambove斷面中的藻礁，通常含有地層巖，其成礦作用弱或未礦化。

3 贊比亞銅礦帶分析

贊比亞的銅礦帶與加丹加銅鈷礦帶基本相同。含礦物質(zhì)的地層主要是羅恩集團(tuán)。它們具有明顯的多級(jí)成礦特征，但含礦物質(zhì)的圍巖存在明顯差異。主要的銅礦床為Roan組中產(chǎn)生的硅質(zhì)碎屑巖地層，大致集中在Ole頁巖（RL6）的礦化頁巖段中。奇特威組。它屬于還原相銅礦床（還原SSC）。包含礦物的巖性主要是夾層的白云質(zhì)粉砂巖，薄層粘土砂質(zhì)巖和頁巖，并且在碳質(zhì)頁巖和粉砂巖中也發(fā)現(xiàn)了礦化作用。礦化頁巖段（RL6）的立壁和吊壁中形成了大量砂巖型銅礦床（Revett-SSC）。趾壁礦體可以直接位于礦化頁巖段的巖石下面，或者可以通過礦化程度較差的砂巖和礫巖與礦化頁巖段分開。含礦物的巖性主要是石英巖，長(zhǎng)石石英砂巖和白云質(zhì)頁巖。贊比亞的許多大型銅礦床，例如Mufulira，Nchanga和Chingola，都包含多個(gè)底部銅礦體和垂懸位置。另外，贊比亞礦帶在Nkana，Chingola和其他銅礦床等基底變質(zhì)巖中也有銅礦床。在贊比亞北部的Mwombezhi穹頂，也有許多銅礦床。

4 礦物分帶特征

中非銅礦帶中的主要硫化物包括菱錳礦，斑銅礦，黃銅礦，黃鐵礦，硫-銅-鈷礦，菱錳礦等。贊比亞銅帶中的許多礦床具有水平和垂直硫化物分區(qū)的特征，特別是在礦化頁巖段中還原相銅礦床。這些礦床通常表現(xiàn)為菱錳礦-斑鐵礦-黃色銅-黃鐵礦的分區(qū)特征。砂巖礦床的硫化銅分區(qū)與礦化頁巖區(qū)的銅礦床基本相同。加丹加銅鈷礦帶中的許多礦床也具有相似的礦物分區(qū)特征。從盆地中心到兩側(cè)，從頂部到深度水平方向上均存在：個(gè)黃鐵礦-黃銅礦。在同一巖石地層單元中，Etoile和Kambove-Ouest礦床顯示出不同的硫化物分區(qū)，這意味著金屬礦物分區(qū)不受含礦物的巖性控制。在Etoile，觀察到了從黃銅礦到斑鐵礦到黃銅礦的兩個(gè)序列，一個(gè)從GrayRAT到DStrat，另一個(gè)從RSF到SDB。在Kambove礦床中，灰色RAT和下部的SDB上部由黃銅礦和硫銅鈷礦為主，而中部的下部則為黃銅礦+黃銅礦+褐鐵礦帶。Kamoa礦床還具有從Mwashya界面到Ng1.1，從菱鐵礦到褐鐵礦，從黃銅礦到黃鐵礦的硫化物礦物的垂直分布。

5 礦床成因分析

據(jù)歷史文獻(xiàn)表明，20世紀(jì)初期的學(xué)者研究普遍認(rèn)得巖漿侵入作用以及相應(yīng)的熱液過程影響是導(dǎo)致中非銅礦脈帶中分層銅礦床的主控成因。但是后期研究通過地質(zhì)化學(xué)和固體礦產(chǎn)研究方面重新定義了atanga含礦巖系列與花崗巖體的不整合面接觸機(jī)理。具體元素分析方面從1930年代到1940年代，一些學(xué)者認(rèn)為金屬是銅，鐵，鈷等。沉積表征方面，認(rèn)定為碎屑或化學(xué)沉積占主導(dǎo)并最終形成主體礦脈，以至于串聯(lián)起金屬沉積體的整個(gè)礦物沉積層的成因。不過需要注意真實(shí)環(huán)境下的水平/垂直礦體分區(qū)間硫化物礦床是沒有明顯直觀聯(lián)系的。所以不能以偏概全的將單個(gè)巖層中礦化程度進(jìn)行不連續(xù)性解釋。

在1980年代，根據(jù)“成礦裂谷模型”的調(diào)查，該地區(qū)被認(rèn)為是同生裂谷成礦作用。然而，火山活動(dòng)僅在羅恩晚期出現(xiàn)，缺乏早期玄武巖火山活動(dòng)。在1990年代，非沉積成礦觀點(diǎn)和沉積重建觀點(diǎn)將中非成礦分為兩個(gè)階段，根據(jù)多元成礦理論，首次階段是通過伴生沉積成巖作用結(jié)合復(fù)合熱作用形成銅鈷礦床，二次階段主要是構(gòu)造活動(dòng)的與Lufilian造山運(yùn)動(dòng)相關(guān)的熱液活動(dòng)。在多維力學(xué)基礎(chǔ)上充分改造了銅鈷礦床。多數(shù)學(xué)者認(rèn)定，不同的地質(zhì)活動(dòng)和大規(guī)模硫化物遷移會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)變階段的礦產(chǎn)構(gòu)型重新分布。在加丹加銅鈷礦帶和贊比亞銅礦帶，鈾，金紅石和獨(dú)居石礦石中硫化物含量較高的Re-Os同位素和U-Pb同位素的年齡表明，過去，規(guī)模成礦作用中部非洲的銅礦床數(shù)量明顯晚于羅恩集團(tuán)的沉積，在多維地質(zhì)情況的變質(zhì)巖中相繼發(fā)現(xiàn)了銅礦體贊比亞銅帶的成因也反映了后成因的特征。

6 結(jié)語

中非銅礦帶屬于典型的沉積變質(zhì)巖層控銅礦床。其中由于多重因素影響在稍晚的成礦時(shí)代與地層時(shí)代下的沉積型銅礦中還富含多重其他元素，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有銅、鈷、銀以外的諸多稀土元素。在還原性砂巖型銅礦床中，典型的多層位控制使得賦存于Roan群Mines組(R2)，部分礦床賦存于Dipeta組(R3)和Mwashya組(R4)，上部的Nguba群地層中發(fā)育有銅礦床和鋅銅礦床;贊比亞銅帶(ZCB)多數(shù)還原相型銅礦床賦存于下Roan群Kitwe組的礦化頁巖段地層內(nèi)(RL7)都含有足夠多的礦化頁巖段的下盤和上盤中發(fā)育砂巖型銅礦床。