剛果(金)上加丹加省坎博韋地區(qū)KZ銅鈷礦控礦因素和找礦前景

陳浦浦, 楊懿全, 代俊成, 郭其林, 陳天浩

(北方礦業(yè)有限責(zé)任公司,北京 100053)

0 引言

KZ銅鈷礦區(qū)位于剛果(金)上加丹加省利卡西市北西約30 km,大地構(gòu)造位置處于加丹加多金屬成礦帶的北西段,該成礦帶是區(qū)域上著名的銅鈷成礦帶[1-4]。前人在礦區(qū)內(nèi)開展多種勘探工作,基本查明礦體的形態(tài)展布和品位信息[5-6]。該礦床達(dá)中型銅鈷礦床規(guī)模,經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大,有一定的研究意義。本文通過(guò)對(duì)野外地質(zhì)勘查資料進(jìn)行整理,結(jié)合前期地質(zhì)研究成果和區(qū)域其他銅鈷礦床的成礦規(guī)律,對(duì)KZ礦體地質(zhì)特征、控礦因素和成礦模式進(jìn)行研究,并分析得出礦區(qū)的找礦前景區(qū),以期為后續(xù)找礦工作提供方向。

1 區(qū)域地質(zhì)

KZ礦區(qū)位于加丹加弧形銅鈷成礦帶內(nèi)由NW向近EW轉(zhuǎn)折的部位,屬非洲中部盧菲利安(Lufilian)弧構(gòu)造帶外部褶皺推覆帶的一部分,區(qū)域地層構(gòu)造展布以NW—SE向?yàn)橹鳌?/p>

區(qū)域出露地層由老至新為中新元古界加丹加超群、第四系。其中加丹加超群,厚度約5～10 km,自下而上分為:羅安群(Roan)、恩古巴群(Nguba)和孔德龍古群(Kundelungu),該超群在KZ礦區(qū)所在的坎博韋地區(qū)大面積出露。礦區(qū)與鄰近的塞薩、坎豐達(dá)銅礦均賦存于“塞薩擠壓構(gòu)造成礦帶”內(nèi)[7]。該構(gòu)造帶總體呈NW—SE向展布,長(zhǎng)約26 km,寬為0.2～0.6 km,帶內(nèi)多個(gè)礦床呈串珠狀分布,KZ礦區(qū)位于該構(gòu)造帶的中部。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈,褶皺、斷層十分發(fā)育,構(gòu)造展布與外褶帶基本一致[8]。

2 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層由老到新為中新元古界加丹加超群羅安群、孔德龍古群和第四系(圖2)。羅安群為一套碎屑巖-泥質(zhì)巖-碳酸鹽巖組成的沉積建造,是礦區(qū)最主要的含礦地層,在礦區(qū)的中部沿NW向呈帶狀出露。區(qū)內(nèi)羅安群地層由老到新為R1和R2,R3、R4地層缺失。其中R1(R.A.T)常受構(gòu)造作用破碎而呈角礫狀;R2(Mines)為礦區(qū)主要的含礦層位,主要包括R2.1.2-Kamoto段中層(RSF+D.Strat)、R2.1.3-Kamoto段上層(RSC)、R2.2-SD段(SD)和R2.3-Kambove段(CMN)?？椎慢埞湃簽閰^(qū)內(nèi)主要地層單元,在礦區(qū)內(nèi)推覆體的北東、南西兩側(cè)大面積出露,受逆沖推覆構(gòu)造作用而伏于羅安群下。礦區(qū)內(nèi)僅出露孔德龍古群Kalue組Ku1.3段地層,厚度一般超過(guò)200 m,巖性為淺紫紅色、灰綠色條帶狀粉砂巖,巖石中見有少量鏡鐵礦呈條帶狀定向分布。區(qū)內(nèi)地層巖石普遍受到不同程度的區(qū)域淺變質(zhì)作用,主要表現(xiàn)為礦區(qū)內(nèi)的白云巖變質(zhì)為結(jié)晶白云巖、硅化結(jié)晶白云巖和滑石化白云巖等。礦體及其附近的絹云母化、綠泥石化等蝕變現(xiàn)象也與區(qū)域變質(zhì)作用有關(guān)。在斷裂帶附近有一定程度動(dòng)力變質(zhì)作用,主要表現(xiàn)為糜棱巖化。

受推覆逆沖作用影響,礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈,斷裂發(fā)育。其中位于逆沖推覆體邊緣的NW向F1、F2斷層為主斷層,基本控制區(qū)域構(gòu)造格局。F1斷層長(zhǎng)約1.5 km,產(chǎn)狀為30°∠60°～80°,F1斷層在礦區(qū)西段向下延深約150 m,在東段向下延深可超過(guò)300 m。斷層下盤為Ku1.3,上盤為R1-R2,走向呈NW—SE向,縱貫整個(gè)礦區(qū)。區(qū)內(nèi)北東側(cè)的F2斷層沿Ku1.3與R2.3接觸界線展布,與F1斷層近似平行,長(zhǎng)約1.6 km,在礦區(qū)西段產(chǎn)狀為210°∠60°,向下延深約140 m,斷層下盤為Ku1.3,上盤為R2.3;在東段產(chǎn)狀為30°∠60°～80°,向下延深超過(guò)300 m,斷層下盤為R2.3,上盤為Ku1.3地層。其他斷裂為發(fā)育在逆沖推覆體內(nèi)的次級(jí)斷裂,多以層間滑動(dòng)斷裂形式出現(xiàn),主要包括F3、F4、F5、F6斷裂。該類型斷裂造成推覆體內(nèi)層位突然增厚或變薄,并使各層位內(nèi)部節(jié)理裂隙的發(fā)育,為后期交代作用提供空間(圖2)。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

KZ礦區(qū)已查明銅鈷礦化帶長(zhǎng)約660 m,寬約80 m(圖3),傾向NE 30°,傾角約70°,為陡傾斜礦體。礦床由一個(gè)主礦體及數(shù)個(gè)較小的透鏡狀礦體群構(gòu)成,礦床受地層控制,同時(shí)與裂隙構(gòu)造及碳酸鹽脈發(fā)育情況關(guān)系密切。

礦體主要賦存于R2地層內(nèi),埋藏較淺,賦存高程在1 120～1 380 m之間,礦石的主要有用元素為Cu和Co。礦區(qū)共圈定出銅鈷礦體(帶)4條,分別為KZ1、KZ2、KZ3、KZ4。其中KZ1礦體規(guī)模最大,約占總資源量的98%;其他3個(gè)礦體均由小礦體群組成,分散分布于KZ1礦體周圍,約占總資源量的2%。

圖3 KZ銅鈷礦區(qū)工程布置圖

KZ1礦體為一個(gè)獨(dú)立的連續(xù)礦體,幾乎貫穿R2所有層位,目前揭露礦體范圍位于5600—6310號(hào)勘探線間,控制礦體的工程為58個(gè),控制網(wǎng)度整體達(dá)30 m×50 m～50 m×50 m。礦體呈層狀、似層狀,走向?yàn)?20°～300°,傾向?yàn)镹E 30°,礦體傾角60°～80°,局部達(dá)85°,礦體連續(xù)性較好,沿走向控制長(zhǎng)約660 m,傾向延深124～255 m,平均厚度約15.15 m,厚度變化系數(shù)為91.1%。礦體埋藏深度0～247 m,控制高程在1 124～1 371 m之間。銅的平均品位為1.80%,銅品位變化系數(shù)為139.6%;鈷的平均品位為0.30%,品位變化系數(shù)為156.3%,主要有用組分分布總體較均勻。通過(guò)對(duì)礦體的綜合分析發(fā)現(xiàn),KZ礦床內(nèi)礦體厚度與礦石品位相對(duì)穩(wěn)定。礦體西北端較薄,各礦體間互相獨(dú)立;東南端較厚,各礦體因后期地質(zhì)作用合并為同一礦體。

圖4 KZ礦區(qū)6150號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖

3.2 礦石特征

礦區(qū)礦石類型分為氧化型和硫化型2種,其中氧化礦石占比較高,占資源量的80%以上,硫化礦石占比小于20%,礦石整體氧化率為82.44%。根據(jù)前期勘探及歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù),氧化礦石位于上部,硫化礦石位于下部,在斷裂發(fā)育部位氧化還原面較深,氧化還原面分布在地表以下100～200 m之間。

3.2.1 礦物組成

(1)氧化礦石

氧化型礦石礦物主要為孔雀石(圖5a-5c)、水鈷礦(圖5d)、鈷華,少量為硅孔雀石、藍(lán)銅礦?？兹甘饕植荚趯永砻婧土严吨?多呈不規(guī)則粒狀、放射狀集合體產(chǎn)出,少量呈脈狀產(chǎn)出。

氧化帶的脈石礦物主要是石英和白云石,其次為方解石、白云母和綠泥石,另有少量黑云母、重晶石、磷灰石、稀土礦物等。

(2)硫化礦石

硫化型礦石礦物主要為黃銅礦(圖6a)、硫鈷礦及少量斑銅礦、輝銅礦、藍(lán)輝銅礦(圖6b、6c)。另外見有黃鐵礦、少量赤鐵礦等金屬礦物(圖6a)。原生硫化礦中,常見有呈星點(diǎn)狀分布自形硫鈷礦及生長(zhǎng)在硫鈷礦邊緣的斑銅礦、藍(lán)輝銅礦(圖6d)等。

圖5 氧化銅鈷礦石照片

圖6 金屬礦物典型交代特征顯微照片

原生帶礦石中的脈石礦物與氧化帶基本一致。

3.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

(1)氧化礦石

由于受構(gòu)造活動(dòng)的影響,礦區(qū)巖礦層完整性較差,加之后期風(fēng)化淋濾作用,部分含礦層多裂隙溶蝕空洞。氧化礦石主要結(jié)構(gòu)有:粒狀結(jié)構(gòu)、針狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、假象結(jié)構(gòu)等。

氧化礦石構(gòu)造主要有:鮞狀、樹枝狀、葡萄狀(圖5c)、鐘乳狀、蜂窩狀(圖5d)、柱狀、針狀、同心圓狀、薄膜狀等構(gòu)造。

(2)硫化礦石

硫化礦石結(jié)構(gòu)主要有:自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)(圖6b)。

硫化礦石構(gòu)造主要有浸染狀構(gòu)造。

3.2.3 化學(xué)成分

根據(jù)11件礦石樣品化學(xué)全分析結(jié)果(表1)可知:礦石分為硅質(zhì)型、泥質(zhì)型和碳酸鹽型3種類型。硅質(zhì)型分布于CMN、RSF和RSC層位中,SiO2含量大于75%,LOI較低;泥質(zhì)型分布于SDS層位中,以高Al2O3和MgO為特點(diǎn);碳酸鹽型多見于SDB層位中,以高CaO和MgO為特點(diǎn)。礦石中CaO+MgO+LOI含量變化范圍較大,反應(yīng)出礦區(qū)沉積環(huán)境變化較大。銅鈷品位與層位亦無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)礦石具備溶蝕空洞等特點(diǎn),認(rèn)為該區(qū)域受后期淋濾作用等影響,部分地層碳酸鹽礦物流失比較明顯。

3.3 圍巖蝕變特征

礦區(qū)發(fā)育不同程度的圍巖蝕變現(xiàn)象,其中與成礦相關(guān)的蝕變主要為碳酸鹽化和硅化等。碳酸巖化主要分布在CMN、SD、RSF等層位內(nèi)白云巖裂隙內(nèi),其最明顯標(biāo)志為呈小晶簇狀、脈狀出現(xiàn),方解石及白云石粒度1～50 mm。脈狀碳酸巖化常伴隨著黃銅礦化、孔雀石化的出現(xiàn),脈幅寬度較小,長(zhǎng)度幾十至幾百米不等。硅化主要發(fā)育與RSF和RSC層位中,其中RSF層位中以條帶狀分布于白云巖中,部分以燧石結(jié)核狀分布,在RSC層位中以溶蝕空洞形式存在。硅化常伴隨著黃銅礦、硫鈷礦及孔雀石化的出現(xiàn),貫穿于RSF和RSC全層位中。

4 控礦因素

通過(guò)對(duì)KZ銅鈷礦床地質(zhì)特征的研究分析,并結(jié)合區(qū)域礦化特征,初步得出其成礦控制因素主要為地層因素和構(gòu)造因素。

4.1 地層巖性因素

(1)KZ礦體主要賦存于羅安群碎屑巖-泥質(zhì)巖-碳酸鹽巖組成的沉積建造中,其中R2.1.1—R2.2.1和R2.3為本區(qū)的主要含礦層位,且礦體形態(tài)與R2層位形態(tài)基本一致,表明礦體受地層層位控制。礦區(qū)R2層位中硅化白云巖(RSF+RSC)和白云質(zhì)粉砂巖(SD)中均有不同程度礦化,表明礦區(qū)礦化與巖性有密切關(guān)系。

(2)上述地層和巖性對(duì)礦化的控制作用有2種可能,一種是區(qū)域羅安群礦山組(R2)層位在沉積之初即含有較高的銅鈷元素,是區(qū)域性的礦源層,即同生沉積成巖成礦;另一種是在成礦時(shí),成礦熱液將成礦元素帶入了賦礦地。區(qū)域羅安群礦山組(R2)層位在沉積之初含有較高的銅鈷元素,是區(qū)域銅鈷礦源層[6,11]。結(jié)合礦區(qū)礦體僅賦存于R2層位中,且圍巖蝕變多以石英細(xì)脈和碳酸鹽細(xì)脈形式穿插于R2層位內(nèi),其作用為活化改造礦床,并非帶入成礦元素,因此礦區(qū)銅鈷礦化與R2層位為同生沉積成巖成礦。

4.2 構(gòu)造因素

(1)KZ礦區(qū)主要成礦活動(dòng)發(fā)生于推覆作用之前,礦體因推覆作用而賦存于現(xiàn)在位置,屬于一個(gè)來(lái)自異地的“飛來(lái)峰”礦床。受推覆逆沖作用的影響,推覆體碎片以零星塊體的形式展布,各個(gè)礦體分布于這些塊體中,因而其形態(tài)、規(guī)模和空間位置嚴(yán)格受主斷層F1和F2限制。

(2)礦體主要分布于推覆體內(nèi)發(fā)育的層間滑動(dòng)斷裂中(圖2)。由于巖石的能干性不同,Ku1.3段粉砂巖與R2層位白云巖之間在區(qū)域變質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)中發(fā)生層間滑動(dòng),使得層間滑動(dòng)斷裂帶內(nèi)巖石破碎,兼之巖石活性不同,Ku1.3段粉砂巖與R2層位白云巖之間的滑動(dòng)帶成為成礦結(jié)構(gòu)面,控制礦體的富集和產(chǎn)出形態(tài)。

(3)斷裂構(gòu)造對(duì)礦體的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是礦源層內(nèi)裂隙較發(fā)育,為熱液活動(dòng)提供通道;二是含礦層內(nèi)巖石破碎,使得熱液與R2層位白云巖的接觸面積增大,有利于含礦熱液的沉淀,并為其提供容礦空間。

(4)另外,在次生富集階段,因地塊抬升造成的氧化作用使硫化礦石變?yōu)檠趸V石,同時(shí)構(gòu)造裂隙為氧化富集階段含銅離子溶液的下滲提供通道,并為含礦溶液的沉淀提供空間。如6210線的KZS-01鉆孔的下部195.04～215.05 m間,原本礦化較弱的R.A.T層位,經(jīng)過(guò)后期淋濾富集形成一段品位高、厚度大的氧化礦體。

表1 礦石化學(xué)全分析結(jié)果

5 礦床成因與成礦模式

5.1 礦床成因

關(guān)于區(qū)域銅鈷礦成因,大部分學(xué)者認(rèn)為加丹加銅鈷成礦帶銅鈷礦化與賦礦地層為同生沉積成巖成礦,即同沉積觀點(diǎn)。隨著礦帶內(nèi)礦床地球化學(xué)、成礦年代學(xué)及同位素等方面的深入研究,總結(jié)出礦帶內(nèi)銅鈷礦床主要經(jīng)歷新元古代羅安時(shí)期的同生沉積成巖成礦作用,并受盧菲利安造山運(yùn)動(dòng)末期及區(qū)域變質(zhì)作用引起的熱液改造作用影響[12-14]。結(jié)合KZ礦床地質(zhì)特征和控礦因素分析,認(rèn)為礦區(qū)成礦物質(zhì)來(lái)源于羅安群礦山組(R2),銅鈷礦化與R2層位為同生沉積成巖成礦,成礦作用除早期的同生沉積成巖成礦外,還疊加有造山期的構(gòu)造變質(zhì)成礦作用以及后期因地塊抬升造成的氧化作用,因此礦床成因類型為沉積-改造層控型銅鈷礦床。

5.2 成礦模式

KZ礦區(qū)成礦過(guò)程經(jīng)歷4個(gè)階段:羅安至孔德龍古時(shí)期的同沉積階段,形成大面積含有黃鐵礦等早期硫化物的白云巖、泥砂巖等沉積巖,即早期成巖階段[15-16];在成巖過(guò)程后期受裂谷盆地火山活動(dòng)和同生斷裂、層間滑脫斷裂的影響為銅鈷礦形成提供熱源和通道,在還原環(huán)境下熱液交代早期的黃鐵礦形成層狀銅鈷硫化物[17],即主成礦階段;晚期盧菲利安造山運(yùn)動(dòng)以推覆逆沖形式將含礦地質(zhì)體運(yùn)移至北部區(qū)域,同時(shí)與造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)的熱液活動(dòng)改造早期形成的礦床,表現(xiàn)為巖石中分散的硫化物活化遷移,沿構(gòu)造裂隙充填成礦,造成銅鈷礦二次富集[18],即晚期造山運(yùn)動(dòng)及熱液改造富集期;最后在地表及近地表或斷層附近等氧化環(huán)境下,部分硫化銅鈷礦轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸~鈷礦,并次生富集[19],即表生富集期。

6 找礦前景

因礦體嚴(yán)格受地層及構(gòu)造控制,可從以下方面進(jìn)行找礦突破:

羅安群礦山組(R2)地層為賦礦層位,巖性為條帶狀白云巖、條帶狀硅質(zhì)白云巖、硅化結(jié)晶白云巖、含碳質(zhì)白云巖、含碳質(zhì)白云質(zhì)頁(yè)巖及塊狀硅化白云巖夾含碳質(zhì)白云巖等。在礦區(qū)西北部羅安群層位分布區(qū)仍有成礦潛力。

主要礦體KZ1形態(tài)為一近直立楔形礦體,上部寬、下部窄并逐漸尖滅。但礦區(qū)東側(cè)部分鉆孔至500 m深度仍然為CMN地層,例如6150號(hào)勘探線深部層位仍為R2,仍具備一定的含礦性,根據(jù)周邊區(qū)域Kamoya、Kambove等礦山多具備多層樓成礦模式[6],推斷礦區(qū)深部仍有發(fā)現(xiàn)隱伏礦體的潛力。

位于逆沖推覆體邊緣的NW向F1、F2主斷層,基本控制區(qū)域構(gòu)造格局,礦體嚴(yán)格受斷層控制,由于推覆逆沖過(guò)程中應(yīng)力影響及巖石性質(zhì)區(qū)別,易造成礦化體錯(cuò)動(dòng),使礦體呈碎片狀雜亂分布。因此斷層分布區(qū)域可能存在不同規(guī)模的礦化。

7 結(jié)論

(1)KZ銅鈷礦體以推覆體碎片形式賦存于R2層位中,呈層狀,陡傾斜,東南端厚,西北端薄;礦化類型為氧化礦和硫化礦并存,氧化礦石礦物為孔雀石、水鈷礦,硫化礦石礦物為黃銅礦和硫鈷礦等。

(2)礦床嚴(yán)格受地層和構(gòu)造控制,其中R2為礦區(qū)唯一含礦層位;主斷層F1和F2嚴(yán)格限定礦床的形態(tài)、規(guī)模和空間位置;斷裂構(gòu)造為后期熱液活動(dòng)及次生富集提供容礦空間。

(3)KZ銅鈷礦床成因類型為沉積-改造層控型銅鈷礦床。

(4)礦區(qū)西北部羅安群地層,斷層分布區(qū)和深部仍有較好的成礦潛力。