贊比亞謙比希礦床(西礦體)成礦規(guī)律控礦因素與成因探討

資桂云,周守余,吳李奇,劉映東,寧心旭,盧見權(quán),劉 峰

(1.中國(guó)十五冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430075;2.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司,廣西 桂林 541004)

0 引言

謙比希銅礦床產(chǎn)于贊比亞銅帶省謙比?！骺{盆地北西緣,該盆地從南到北依次發(fā)育有三個(gè)巨型沉積-改造型銅-鈷礦床:齊布盧瑪?shù)V(Chibuluma)﹑恩卡納銅礦、謙比希銅礦;此外在盆地的西緣發(fā)育有穆旺巴希(Mwambashi)等礦床點(diǎn)。謙比希(Chambishi)銅礦是形成于新元古界砂頁(yè)巖層中的海相沉積型銅礦,是中非銅礦帶上超大型銅礦之一。該礦床由主礦體、西礦體和東南礦體3個(gè)礦體組成,主礦體和東南礦體深邊部基本已經(jīng)有鉆孔控制,而西礦體深邊部尚無工程控制,截至2021年6月,西礦體保有硫化礦石資源量2400萬噸,平均銅品位2.14%,保有銅金屬資源量50萬噸,仍然是一個(gè)大型銅礦床的規(guī)模,盡管西礦體具有中非銅-鈷礦帶沉積(-改造)型礦床的共性特征,其個(gè)性差異所導(dǎo)致的成礦差異仍值得重視,對(duì)進(jìn)一步的深部找礦具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地層

謙比希礦床產(chǎn)于謙比?！骺{盆北西緣,該盆地位于贊比亞銅帶省中北部,卡富埃( Kafue)背斜西翼中部,形態(tài)上呈紡錘狀,NW向展布,西南方向開口;盆地四周為基底花崗巖和穆瓦系片巖和石英巖,內(nèi)部為加丹加超群沉積地層,主要出露地層從盆地邊緣往內(nèi)依次:下羅恩組、上羅恩組、輝長(zhǎng)巖巖床、穆瓦夏組和孔德龍古群(圖1)。

銅帶省是目前贊比亞銅-鈷礦床最集中分布地區(qū),地質(zhì)研究也最為詳細(xì),銅帶省的地層可分為兩大層系,即基底雜巖和上覆沉積蓋層(圖2)?；纂s巖包括強(qiáng)烈褶皺的盧富布群(Lufubu)片巖、石英巖、片麻巖和穆瓦夏群(Mova)石英巖和片巖,其中侵入了年齡為1975 Ma的花崗巖,普遍可見低品位銅礦化現(xiàn)象。加丹加超群呈不整合于基底之上,自下而上劃分為下羅恩亞群(Lower Roan)、上羅恩亞群(Upper Roan)、穆瓦夏亞群(Mwashia)和孔德龍古群(Kundelungu)。下羅恩亞群主要由礫巖、砂巖等碎屑巖組成,含少量碳酸鹽巖和含滑石泥巖,為本區(qū)的主要賦礦層位;上羅恩亞群主要由含硬石膏的白云巖等蒸發(fā)巖組成并含少量的頁(yè)巖,輝長(zhǎng)巖侵入到上羅恩亞群的頂部或中上部[1-3]。

圖2 贊比亞銅帶省區(qū)域地層圖(修改自文獻(xiàn)[2])

主要含礦地層為羅恩群,為一套沉積碎屑巖-碳酸鹽巖系,一般分為下羅恩亞群、上羅恩亞群,下羅恩亞群厚度50～120 m,上羅恩亞群厚度大于150 m。下羅恩亞群以碎屑巖為主,上羅恩亞群以白云巖為主,其中含一些硫酸鹽礦物。下羅恩亞群下部的陸相粗粒碎屑沉積巖向上變?yōu)闉I海相的泥質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r和砂巖。下羅恩亞群頂部分布范圍較廣的石英巖(原巖為石英砂巖),可以視為上、下羅恩亞群之間的界線。上、下羅恩亞群為整合接觸關(guān)系。上羅恩亞群中可見后期侵入的輝長(zhǎng)巖巖床。

下羅恩亞群含礦頁(yè)巖段中出現(xiàn)藻類化石、硫酸鹽和碳酸鹽礦物,表明其沉積環(huán)境為高鹽度的淺海環(huán)境[4-5]。下羅恩亞群是最主要的含銅-鈷巖層,在某些層位發(fā)育藻類生物礁。下羅恩亞群最下部的角礫巖和雜砂巖地層不整合覆于基底盧富布群花崗質(zhì)片麻巖、花崗巖和穆瓦群的石英巖之上。整個(gè)羅恩群自下而上碳酸鹽(方解石、白云石)和硫酸鹽(硬石膏、石膏)礦物含量明顯增加,表明當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為半封閉淺海古地理環(huán)境,伴有較強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用,類似現(xiàn)今的紅海[6]。

1.2 構(gòu)造

盧費(fèi)里安(Lufilian)造山運(yùn)動(dòng)是一次規(guī)模巨大的、橫跨非洲大陸的泛非造山作用(Pan-African orogeny),該運(yùn)動(dòng)形成了橫貫中部非洲的盧費(fèi)里安弧形構(gòu)造。經(jīng)盧費(fèi)里安造山運(yùn)動(dòng)之后,在弧形構(gòu)造帶的中部形成了銅帶省的主干構(gòu)造卡富埃(Kafue)背斜。該背斜把出露在其東翼的深槽狀穆富里拉向斜和出露在其西翼的淺槽狀孔科拉—恩昌加盆地、謙比希盆地和盧安夏向斜盆地等分隔開來,背斜核部出露大面積基底雜巖和花崗巖。謙比希銅礦田位于卡富埃背斜南西翼的謙比希盆地的北緣(圖1),礦體的平面分布和總體產(chǎn)狀皆受盆地構(gòu)造控制。

1.3 巖漿巖

區(qū)域巖漿活動(dòng)主要表現(xiàn)為花崗巖和輝長(zhǎng)巖的侵入。早期花崗巖侵入到基底盧富布群和穆瓦群中,構(gòu)成基底巖系的一部分,其主要分布在謙比希—恩卡納盆地周邊,包括謙比希盆地西北部、東部和恩卡納盆地的南部(圖1)?；◢弾r漿侵入活動(dòng)集中在2050～1850 Ma,其中謙比希東南礦區(qū)NN75鉆孔巖心花崗巖SHRIMP U-Pb法年齡為1983 Ma[7],基底花崗巖為礦床的沉積提供了物質(zhì)來源[1,8]。輝長(zhǎng)巖巖床普遍發(fā)育在上羅恩亞群至穆瓦夏亞群中。由于多次侵入活動(dòng)疊加,齊布盧瑪?shù)V床中輝長(zhǎng)巖巖床厚度達(dá)300 m,輝長(zhǎng)巖的侵入時(shí)代為(760±5) Ma[9]。礦區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)主要為侵入上羅恩亞群白云巖中的輝長(zhǎng)巖。輝長(zhǎng)巖分布廣泛,呈巖床產(chǎn)出。主礦區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入體平均厚度為110 m,主、西礦區(qū)之間的古基底隆起貧礦區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入體厚度逐漸變薄,鉆孔揭露輝長(zhǎng)巖侵入體厚度都小于50 m,甚至缺失;西礦區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入體厚度一般大于80 m。輝長(zhǎng)巖呈深綠色、黑色,輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu),伴有結(jié)構(gòu)和組分分帶現(xiàn)象。輝長(zhǎng)巖礦物組分主要為輝石和斜長(zhǎng)石,次為帶狀和脈狀陽(yáng)起石、角閃石、方柱石、綠泥石、磁鐵礦、白云石和少量黃鐵礦、磁黃鐵礦和黃銅礦等硫化物。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

工作區(qū)主要發(fā)育的地層自下而上依次為盧富布群、下羅恩亞群、上羅恩亞群、穆瓦夏亞群、孔德龍古群地層(圖3),具體特征如下:

圖3 工作區(qū)地質(zhì)及工程分布圖

2.1.1 盧富布群(BBS)

巖性為片巖、石英巖、片麻巖,主要分布于工作區(qū)的東北角,是該區(qū)出露的最老和分布較廣的巖層。

2.1.2 下羅恩亞群(LR)

是主要的含礦地層,工作區(qū)內(nèi)揭露到的下羅恩群地層分別為泥質(zhì)石英巖(LFQ)、下盤礫巖(LFC)、礦化板巖(LOS)、石英巖和泥板巖(LHI)、上部石英巖(LUQ)(圖4)。

圖4 西礦體W18線剖面示意圖

泥質(zhì)石英巖(LFQ):成分復(fù)雜,既有灰色砂礫質(zhì)片狀泥板巖夾小塊白云石結(jié)核,也有具白色交錯(cuò)層理的石英巖和粉色長(zhǎng)石砂巖。其中泥質(zhì)多的巖段中還發(fā)育有反映河道特征的白色交錯(cuò)層和滑塌狀石英巖透鏡體。巖層總厚度一般不超過12 m。

下盤礫巖(LFC):礫石成分主要為長(zhǎng)石砂巖,次為花崗巖和片巖。該層在整個(gè)礦床都產(chǎn)出,為礦層的直接底板。礦床中部該層最為發(fā)育,成分為含礫粗粒長(zhǎng)石砂巖。在古基底隆起周圍,該層上部含礫石較少,礫石主要為長(zhǎng)石砂巖或中粒長(zhǎng)石砂巖。該巖層總厚度一般不超過1 m。

礦化板巖(LOS):可分為三個(gè)巖層單元,分別為底板片巖、礦體泥板巖和頂板泥板巖。底板片巖通常為強(qiáng)扭曲白云質(zhì)泥質(zhì)板巖、片巖,主要礦物為石英、綠泥石、方解石和白云石,含少量斑銅礦和黃銅礦。底板片巖為本巖層中厚度最薄的巖段。主礦區(qū)該巖段厚度自東部的0.2 m到中部的5 m不等,在西部古基底隆起附近該巖段缺失;西礦區(qū)東部也發(fā)育該巖段,厚度僅1～2 m。泥質(zhì)板巖礦體和頂板礦化泥質(zhì)板巖的劃分是根據(jù)巖石中銅的含量來確定的。銅品位大于1.00%時(shí)為泥質(zhì)板巖礦體,銅品位小于1.00%時(shí)為上盤礦化泥質(zhì)板巖。因此并不屬于真實(shí)的地層特征。兩個(gè)地層單元均為細(xì)粒黑云-石英泥板巖,因所含白云石的含量不同而形成條帶。礦物粒度總體沿地層由下至上、由礦床中部向外側(cè)逐漸加大。主礦區(qū)礦體泥板巖厚度在0.15～59.6 m之間,平均厚度為 21.0 m;西礦區(qū)礦體泥板巖厚度在1.2～55.0 m之間,平均厚度為 23.0 m。

石英巖和泥板巖(LHI):石英巖與泥板巖互層為一組韻律巖層,結(jié)構(gòu)由下至上逐漸變細(xì)。由下至上分為六個(gè)單元:下層石英巖、砂質(zhì)泥板巖夾石英巖、中層石英巖、白云質(zhì)和沙礫質(zhì)泥板巖、上層石英巖、白云質(zhì)泥板巖。泥質(zhì)單元為薄互層狀石英巖、泥板巖、白云巖及其混合體。石英巖單元主要為粉色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石質(zhì)石英巖,其中偶見砂礫質(zhì)和礫巖夾層?？傮w而言,石英巖含量由下至上逐漸減少,白云質(zhì)含量則由下至上逐漸增加。上部石英巖以下1 m左右發(fā)育有一個(gè)穩(wěn)定的白云巖單元,厚度30～50 cm,為白云巖標(biāo)志條帶層。

上部石英巖(LUQ):由粉色長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石質(zhì)石英巖組成。巖層厚度在12.5～20 m之間,由西向東逐漸變厚,在謙比希以東3km處與頂板石英巖連成一體。

2.1.3 上羅恩亞群(UR)

主要由以下巖性構(gòu)成:

片巖與石英巖互層(UISQ):主要由細(xì)?；訙\灰色泥板巖、白云質(zhì)泥板巖和石英巖組成,偶見薄層白云巖和少量長(zhǎng)石砂巖產(chǎn)出。

燧石白云巖(UCD):主要為孔隙明顯的砂糖狀白云巖并含有不規(guī)則燧石結(jié)核,巖層風(fēng)化后形成棕到黑色含錳黏土。主、西礦區(qū)該巖層平均厚度均為17 m。

砂質(zhì)滑石片巖:主要為綠灰色泥質(zhì)片巖,次為綠泥石、云母,含少量滑石和不規(guī)則長(zhǎng)石砂巖透鏡體。該層上部常產(chǎn)出10～30 cm厚的白云巖薄層。

白云巖層(UIU):為白色、粉色塊狀白云巖,夾泥質(zhì)板巖、燧石和硬石膏薄層。其中有輝長(zhǎng)巖巖床侵入,輝長(zhǎng)巖巖床將白云巖分為兩部分。

2.1.4 穆瓦夏亞群(MW)

該亞群下部為灰色泥質(zhì)板巖;上部為黑色含黃鐵礦碳質(zhì)頁(yè)巖,偶含少量磁黃鐵礦和黃銅礦。地表鉆孔揭露主礦區(qū)該巖層厚度在78～353 m之間,平均厚度257 m;西礦區(qū)厚度在10～299 m之間,平均厚度135 m,南側(cè)部分地段巖層缺失。

2.1.5 孔德龍古群(KU)

在謙比希盆地,該巖群分為冰磧巖、柯康特韋灰?guī)r和孔德龍古頁(yè)巖三個(gè)部分。

冰磧巖:礫石為粗礫和巨礫級(jí),由石英巖、花崗巖和破碎的白云巖組成,填隙物為灰、棕色砂礫質(zhì),膠結(jié)物為泥質(zhì)。

柯康特韋(Kakontwe)灰?guī)r:由三部分組成,由下往上依次為150 m厚的白云巖和灰?guī)r、120 m厚的頁(yè)巖和120～180 m厚的白云巖和灰?guī)r。

孔德龍古頁(yè)巖:礦區(qū)最上部的巖層,由于近地表風(fēng)化作用,往往為含鐵頁(yè)巖并上覆厚層紅土。該巖層通常出現(xiàn)在淺部向斜內(nèi),厚度大于450 m。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育一條斷裂構(gòu)造,該斷裂發(fā)育于上羅恩白云巖內(nèi)(圖3)。走向南東,傾向SW,傾角30°～50°,寬度10～400 m,傾向延深方向呈舒緩波狀,地表出露長(zhǎng)度超過1500 m。斷裂帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造角礫巖,鈣質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)較好。角礫成分白云巖、輝長(zhǎng)巖,礫經(jīng)0.5～10 cm,含量占比70%～80%,呈棱角—次棱角狀,無定向分布。區(qū)內(nèi)輝長(zhǎng)巖沿該斷裂侵入。礦區(qū)內(nèi)層間褶皺較發(fā)育,特別是主礦區(qū)上部以及西礦區(qū)的中下部礦化泥質(zhì)板巖巖層。礦化泥質(zhì)板巖中發(fā)育強(qiáng)烈的EW向拖拽褶皺,拖拽褶皺向西傾伏,傾伏角度一般為10°～30°,形成一系列軸面傾向南的小褶皺,在褶皺的核部一般形成較為厚大的礦體,厚達(dá)20余米,最厚近40 m(圖4),褶皺的軸面在含礦頁(yè)巖底部向南陡直傾倒,甚至在軸面翻轉(zhuǎn)和拉伸,隨著深度增加,褶皺強(qiáng)度降低。

2.3 巖漿巖

研究區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)主要為侵入上羅恩亞群白云巖中的輝長(zhǎng)巖和基底花崗巖(圖3)。輝長(zhǎng)巖分布廣泛,呈巖床產(chǎn)出。主礦區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入體平均厚度為110 m,西礦區(qū)輝長(zhǎng)巖侵入體厚度一般大于80 m。輝長(zhǎng)巖呈深綠色、黑色,通常為粗晶結(jié)構(gòu),伴有結(jié)構(gòu)和組分分帶現(xiàn)象。輝長(zhǎng)巖礦物組分主要為輝石和斜長(zhǎng)石,次為帶狀和脈狀陽(yáng)起石、角閃石、方柱石、綠泥石、磁鐵礦、白云石和少量黃鐵礦、磁黃鐵礦和黃銅礦等硫化物。局部見蝕變現(xiàn)象,遭受方柱石化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化,輝長(zhǎng)巖與礦化無直接關(guān)系,在基底花崗巖的凹陷部位,含礦地層厚度較大。

3 礦體特征

3.1 礦體形態(tài)規(guī)模

礦體賦存于下羅恩組下部的含礦泥質(zhì)頁(yè)巖、砂巖中,受沉積層位控制,礦體整體連續(xù)性好,分布于12線至24線之間,高程280～1280 m,走向?yàn)镹W—SE約117°,傾向207°,傾角20°～45°。頂端沿走向長(zhǎng)約1800 m,中部約1300 m,從高程580 m (700 m埋深)開始,以下礦體逐漸收縮,底端沿走向長(zhǎng)約65 m;沿傾向最長(zhǎng)延深約1800 m(圖4)。礦體厚度3～40 m,礦化分布均勻,銅平均品位2%,現(xiàn)仍保有銅金屬50萬噸。

礦體部分礦層中部被厚度不等含黃鐵礦夾石分隔開成上層礦與下層礦(圖4)。夾石分布于15線至21線,規(guī)模EW向約800 m,從400 m埋深開始至礦體深部封閉位置均有延深。西礦體22線以西為單層礦。主要礦石類型為硫化礦及氧化礦。硫化礦分布于整個(gè)礦體范圍,為最主要的礦化類型,主要產(chǎn)于礦化板巖內(nèi)。氧化礦相比硫化礦少,分布于整個(gè)礦體較淺部位以及近地表,主要產(chǎn)于礦化板巖底部、下盤礫巖頂部及板巖和礫巖的過渡帶內(nèi),且越往深部氧化礦規(guī)模越小。氧化礦空間位置在硫化礦較淺部位下方,其間部分位置發(fā)育銅低品位夾石過渡帶,其余位置氧化礦和硫化礦貼合。

謙比希主礦體和西礦體賦存于被基底古代山分割的沉積盆地中,地表及淺部?jī)烧咧g被一基底古代山分割。按照地表勘探線劃分,大約間距150 m的勘探線由東向西從3E、2E、1E、0、1～11線區(qū)間為主礦體區(qū)域;12～14線區(qū)間為主礦體向西礦體過渡的古代山貧礦化區(qū)域,古代山向西南方向側(cè)伏,走向長(zhǎng)度200～500 m,傾向延深長(zhǎng)度超過600 m;13～26勘探線區(qū)間為西礦體區(qū)域。1987年停產(chǎn)前,探礦工程表明主礦體與西礦體在淺部是相連的;而200 m埋深以下,礦化被一個(gè)基底隆起區(qū)域“古代山”分隔(圖3)。由于古代山的存在,早期認(rèn)為主礦體和西礦體在深部是兩個(gè)完全獨(dú)立的礦體,但是通過近年探礦成果證明主礦體和西礦體在“古代山”以下的深部是連通的,而“古代山”范圍內(nèi)存在一個(gè)沿地層傾向達(dá)600 m的弱礦化帶。2021年700 m埋深以下普查后證明西礦體700 m埋深以下部位與保有部分礦體連續(xù)且相關(guān)(圖5),但 22線與16線部位礦體變薄,西礦體700 m埋深以下礦體整體向中部18～20勘探線區(qū)間收縮,且16線深部“古代山”隆起部位又出現(xiàn)主礦、西礦分離現(xiàn)象。因此(結(jié)合圖3、圖4可以看出),地表和淺部將西礦體和主礦體分割的基底古代山,其實(shí)是隱伏的基底花崗巖隆起區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域上覆于基底花崗巖的含礦地層厚度變小,礦體變薄甚至尖滅。而西礦體主體則主要發(fā)育在大的基底花崗巖凹陷部位,含礦地層厚度較大,礦體厚度也較大;且品位較好、厚度較大的礦段往往與盆地邊緣(或斜坡)的次級(jí)凹陷有關(guān),例如W18-1與CH20之間(圖4)。

圖5 主、西礦體及其過渡帶—古代山相互關(guān)系正視圖

3.2 西礦體硫化礦體特征

西礦體范圍內(nèi)的硫化礦規(guī)模及產(chǎn)狀與西礦體整體一致。礦體厚度3～40 m,東部和中下部厚度較大,西部厚度相對(duì)較薄,一般為3～4 m。有用組分分布均勻,單工程銅品位1.80%～5.61%,平均品位2.14%。礦體形態(tài)簡(jiǎn)單,呈層狀產(chǎn)出。礦體下部15線至21線之間,存在夾石區(qū),長(zhǎng)15～490 m,夾石最厚處11 m,使400 m埋深以下部分劃分為上、下兩層礦體。300 m埋深至500 m埋深在形態(tài)上雖然整體仍呈單斜形態(tài)產(chǎn)出,但受褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,使得400 m埋深上下,15至20勘探線范圍的礦體發(fā)生了顯著的層間褶皺和滑動(dòng)現(xiàn)象,造成該段礦體厚度顯著變厚,達(dá)到20～40 m(圖4)。600 m埋深至700m埋深礦體東緣與主礦體于古代山位置開始相連。700 m埋深以下礦體向中部逐漸收縮,至高程280 m,礦體于20線位置尖滅,礦體整體為紡錘狀(圖6)。

圖6 西礦體模型正視圖

3.3 西礦體氧化礦體特征

西礦體氧化礦主要分布在14至22勘探線區(qū)間內(nèi),高程600～1280 m。沿走向長(zhǎng)1.4 km,沿傾向延深1.3 km。礦體產(chǎn)狀與西礦整體一致,平均厚度約4 m,最厚10.0 m。平均品位為1.91%。300 m埋深以上氧化率較高,約為70%,300 m埋深以下氧化率降低,約為50%,但比較穩(wěn)定。礦體形態(tài)簡(jiǎn)單,呈層狀產(chǎn)出。氧化礦總體形態(tài)上300 m埋深以上部分沿走向長(zhǎng)度為800～1300 m。300 m埋深以下氧化礦沿走向長(zhǎng)度逐漸變窄,400 m埋深氧化礦長(zhǎng)度482 m,500 m埋深施工的坑內(nèi)鉆未發(fā)現(xiàn)符合經(jīng)濟(jì)可采的氧化礦體,僅通過地表鉆揭露長(zhǎng)度約240 m的氧化礦。500 m埋深以下氧化礦延深至600 m時(shí),長(zhǎng)度約為150 m。根據(jù)近年來及今年施工鉆孔,氧化礦在深部的規(guī)模變小,至700 m埋深已沒有成規(guī)模的氧化礦產(chǎn)出(圖7)。

圖7 西礦體氧化礦石分布范圍正視圖

3.4 礦石特征

3.4.1 硫化物礦石

(1) 礦物組成

主要金屬硫化物有黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦和少量輝銅礦;次要礦石礦物有孔雀石、銅藍(lán)、輝銅礦、磁黃鐵礦等。脈石礦物為白云石、絹云母、石英、長(zhǎng)石、黑云母、方解石、方柱石、硬石膏等。

(2) 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為他形粒狀及不規(guī)則狀,其次為自形—半自形粒狀、交代結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)和共邊結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為細(xì)脈浸染狀構(gòu)造(圖8a)、團(tuán)塊狀構(gòu)造(圖8b)、條帶狀構(gòu)造,其次為斑點(diǎn)狀構(gòu)造,偶見角礫狀構(gòu)造。

圖8 礦石照片

硫化物的主要產(chǎn)出方式:細(xì)粒散布、在碳酸鹽透鏡體中、不規(guī)則氣泡產(chǎn)出、在粗晶透鏡體中產(chǎn)出、在細(xì)脈中產(chǎn)出等。頂板黃銅礦通常形成在巖石碎屑顆?；蛘呗咽牧严吨?與斑銅礦或黃鐵礦伴生。黃銅礦和斑銅礦為主要硫化物,其產(chǎn)出特點(diǎn):呈浸染狀存在于巖石中,或沿層面、節(jié)理面出現(xiàn)(圖8c);有時(shí)與石英、鈉長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物一起形成小的結(jié)核(圖8d);

輝銅礦呈塊狀分布于強(qiáng)烈揉皺的下層礦的底部(圖8e),在礦脈中可見星點(diǎn)狀分布的自然銅。

3.4.2 氧化礦石

(1)礦物組成

氧化銅礦物主要有孔雀石、硅孔雀石、藍(lán)銅礦、黑銅礦,少量赤銅礦,偶爾見自然銅,次生硫化物輝銅礦以及原生硫化物黃銅礦、輝銅礦。脈石礦物組成為以石英、長(zhǎng)石、黑云母為主,含少量電氣石、綠簾石、石膏等。

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造

氧化礦石整體風(fēng)化比較嚴(yán)重,泥化明顯,比較破碎?？兹甘喑始y層狀交代其他原生硫化物(黃銅礦、斑銅礦等),或者交代脈石礦物;或呈不規(guī)則脈狀、條帶狀發(fā)育。比較規(guī)則的脈狀和條帶狀孔雀石,主要是由原生硫化物氧化而成,基本保留了原生硫化物分布特征(圖8f)。

4 礦床成因

包括謙比希銅礦在內(nèi)的中部非洲沉積-改造型銅-鈷礦床,受加丹加超群下羅恩亞群地層的控制,早期成礦作用與圍巖沉積成巖作用是幾乎同時(shí)發(fā)生的,后期成巖作用使成礦元素活化遷移,對(duì)成礦元素的富集也起著一定的作用;前人研究表明[10],地表河流攜帶的大量呈溶解離子狀態(tài)或附著在懸浮的黏土顆粒上的陸源成礦金屬元素,流入“加丹加?！被颉凹拥ぜ恿压扰璧亍敝?裂谷盆地的熱液體系可能也從地殼深部萃取了成礦金屬元素,上升至近地表后也參與了成礦過程。由海底深部厭氧細(xì)菌形成成礦必需的還原性硫,但硫同位素研究表明,部分還原性硫可能來自海水硫酸鹽的熱化學(xué)還原過程,這些還原態(tài)的硫與水體中溶解的金屬陽(yáng)離子結(jié)合形成金屬硫化物;金屬硫化物隨著濃度及沉積環(huán)境中的物理-化學(xué)條件變化而沉淀下來,成巖-成礦作用、巖石特征和硫化物分布都受古沉積環(huán)境的控制。因此,地層中硫化礦物的分布及組合具有帶狀分布特點(diǎn)[11-12]。

在成礦時(shí)間上,中非沉積型銅鈷礦帶含礦地層為新元古代加丹加超群的羅恩群。Armstrong經(jīng)過1999年和2005年的工作,推測(cè)羅恩群地層最早的沉積年齡不應(yīng)早于(883±10) Ma,該年齡值界定了成礦的最早年齡。通過前人的測(cè)年資料,推測(cè)含礦的羅恩群地層的成巖年齡大致為880～735 Ma,其形成可能經(jīng)歷了大于100 Ma的時(shí)間跨度,同時(shí)這也是同生沉積層狀銅鈷礦的形成年齡[9,13-14]。東南礦體輝鉬礦Re-Os同位素測(cè)年顯示,輝鉬礦成礦時(shí)間為(492.1±8.8) Ma至(510.5±7.0) Ma之間,等時(shí)線年齡為(509.3±5.7) Ma[15-16],屬晚寒武世,明顯晚于區(qū)內(nèi)層狀礦石的礦化年齡。成礦作用發(fā)生期與 Kansanshi、Musoshi 等礦床構(gòu)造后期形成的脈體礦化時(shí)間一致,集中發(fā)生在510～490 Ma之間,為新元古代晚期發(fā)生的 Lufilian 造山運(yùn)動(dòng)(595～490 Ma)晚期產(chǎn)物。綜上所述,西礦體的成礦年齡不應(yīng)早于(883±10) Ma,在后期的Lufilian造山運(yùn)動(dòng)中,即在510～490 Ma之間發(fā)生了二次富集[19-22]。

5 成礦規(guī)律及控礦因素

謙比希銅礦(西礦體)為沉積-改造型銅-鈷礦床,其控礦因素與成礦規(guī)律分析如下:

(1)礦化受地層和巖性控制,礦床在下羅恩亞群的含礦建造中產(chǎn)出,礦體呈層狀產(chǎn)出,與圍巖整合接觸,含礦巖性主要為石英巖、板巖、片巖。含礦巖層的厚度和礦化有著密切關(guān)系,含礦巖層厚度越大,礦體厚度越大,反映早期成礦作用與圍巖沉積成巖作用是幾乎同時(shí)發(fā)生的,沉積-成巖作用越長(zhǎng)越穩(wěn)定,成礦作用也越充分。

(2)西礦體和主礦體均主要發(fā)育在大的基底凹陷部位,含礦地層厚度較大,礦體厚度也大。且品位較好、厚度較大的礦段往往與盆地邊緣的次級(jí)凹陷有關(guān)(圖4)。而西礦體和主礦體之間的“古代山”則是比較大的基底花崗巖隆起區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域的含礦地層厚度小,礦體厚度變薄甚至尖滅。反映成礦作用受盆地的基底構(gòu)造形態(tài)控制。

(3)礦體的形態(tài)還與褶皺相關(guān),在褶皺或?qū)娱g滑動(dòng)造成的地層疊加部位,往往出現(xiàn)厚大的礦體(圖4)。反映了后期的構(gòu)造或成巖作用對(duì)成礦作用的影響。

(4)礦化分布與沉積相有關(guān),而沉積相在垂向上和水平方向上具有明顯變化,與之有關(guān)的礦化也表現(xiàn)出具有較明顯的垂向分帶和水平分帶。在垂直礦層的方向上,往往底部為斑銅礦帶;向上為斑銅礦+黃銅礦混合帶;再向上為以黃銅礦為主的礦化帶。水平分帶表現(xiàn)為從海岸無礦化帶開始,向海的方向依次為:含斑銅礦的黃銅礦帶→黃銅礦+黃鐵礦+磁黃鐵礦帶→含少量黃銅礦的黃鐵礦帶→不含黃銅礦的黃鐵礦帶。東南礦區(qū)礦化特征也具有明顯的水平和垂直分帶。顯然,與沉積相變化有關(guān)的礦化分布規(guī)律反映了沉積-成礦作用受盆地內(nèi)古沉積環(huán)境控制。

(5)礦石中鈷的富集因礦而異,相對(duì)復(fù)雜。區(qū)域分布上,銅帶省內(nèi)可采的鈷礦資源僅發(fā)育在卡富埃背斜西翼一條狹長(zhǎng)的帶上,其可采儲(chǔ)量主要來自恩卡納、齊布盧瑪、巴魯巴和恩昌加等礦床的伴生礦量。各礦區(qū)范圍內(nèi),盡管鈷基本與銅伴生,但因賦礦巖石性質(zhì)變化鈷和銅也出現(xiàn)一定的空間分異,砂屑巖型銅礦如齊布盧瑪,鈷與銅礦體存在水平分異,鈷主要分布在銅礦體邊緣或外部,頁(yè)巖型銅礦如謙比希銅礦東南礦體,在垂向上與銅“排斥”,在銅礦體上、下邊緣低品位區(qū)形成品位相對(duì)較低的上鈷帶和品位相對(duì)較高的下鈷帶。謙比希東南礦體含鈷,而西礦體不含鈷。

6 找礦標(biāo)志

(1)地層標(biāo)志:根據(jù)沉積建造序列找礦,當(dāng)鉆孔施工至標(biāo)志層燧石白云巖后,地層層位穩(wěn)定,依據(jù)地層序列和地層厚度,即可推斷出含礦層位的位置,含礦板巖與上層石英巖和下盤石英巖界線清晰,肉眼即可判斷礦層的頂?shù)装錥17-18]。

(2)生物礁標(biāo)志:當(dāng)鉆孔施工揭露到有生物礁出現(xiàn)的位置則表明已到礦體邊界位置,含礦層位的品位較低或無礦[23-25]。

(3)構(gòu)造標(biāo)志:通過歷次勘查工作發(fā)現(xiàn),品位較好、厚度較大的礦段往往與盆地邊緣的次級(jí)凹陷有關(guān)。

7 結(jié)論

(1)已探明的謙比希銅礦西礦體中部長(zhǎng)約1300 m,沿傾向最長(zhǎng)延深約1800 m。礦體厚度3～40 m,平均品位2%,保有銅金屬50萬噸,仍然屬于一個(gè)大型礦山。通過2021年的普查工作,700 m埋深以下獲得資源量礦石量945.10萬噸,銅金屬量18.45萬噸,平均品位1.95%,深部所施工的鉆孔顯示礦體有變薄的趨勢(shì),但是含礦層一直存在,而且礦體并未尖滅,其深部仍具有找礦前景。

(2)西礦體礦石類型主要分為硫化礦和氧化礦,硫化礦分布于整個(gè)礦體范圍,為最主要的礦化類型,主要產(chǎn)于礦化板巖內(nèi)。氧化礦相比硫化礦少,分布于整個(gè)礦體較淺部位以及近地表,主要產(chǎn)于礦化板巖底部、下盤礫巖頂部及板巖和礫巖的過渡帶內(nèi),且越往深部氧化礦規(guī)模越小。氧化礦空間位置在硫化礦較淺部位下方。

(3)礦床屬于沉積-改造型銅-鈷礦床,根據(jù)前人的研究資料,西礦體的成礦年齡不應(yīng)早于883±10 Ma,在后期的Lufilian造山運(yùn)動(dòng)中,即在510～490 Ma之間發(fā)生了二次富集。

(4)礦化受地層巖性、盆地的基底構(gòu)造形態(tài)、古地理環(huán)境等因素控制,其成礦規(guī)律表現(xiàn)為:① 礦體在下羅恩亞群的板巖和片巖中呈層狀產(chǎn)出;② 西礦體主體和主礦體一樣,主要發(fā)育在大的基底凹陷部位,且品位較高、厚度較大的礦段往往與盆地邊緣的次級(jí)凹陷有關(guān),而地表和淺部把西礦體和主礦體分開的“古代山”是隱伏的基底花崗巖隆起區(qū)域,在這個(gè)基底隆起區(qū)域的上覆地層沉積厚度小,礦體變薄甚至尖滅;③ 礦化分布具垂向分帶和水平分帶規(guī)律,并與沉積相變化密切相關(guān)。