剛果(金)上加丹加省坎博韋地區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

(北方礦業有限責任公司,北京 100053)

0 引言

KZ銅鈷礦區位于剛果(金)上加丹加省利卡西市北西約30 km,大地構造位置處于加丹加多金屬成礦帶的北西段,該成礦帶是區域上著名的銅鈷成礦帶[1-4]。前人在礦區內開展多種勘探工作,基本查明礦體的形態展布和品位信息[5-6]。該礦床達中型銅鈷礦床規模,經濟價值較大,有一定的研究意義。本文通過對野外地質勘查資料進行整理,結合前期地質研究成果和區域其他銅鈷礦床的成礦規律,對KZ礦體地質特征、控礦因素和成礦模式進行研究,并分析得出礦區的找礦前景區,以期為后續找礦工作提供方向。

1 區域地質

KZ礦區位于加丹加弧形銅鈷成礦帶內由NW向近EW轉折的部位,屬非洲中部盧菲利安(Lufilian)弧構造帶外部褶皺推覆帶的一部分,區域地層構造展布以NW—SE向為主。

區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礦區所在的坎博韋地區大面積出露。礦區與鄰近的塞薩、坎豐達銅礦均賦存于“塞薩擠壓構造成礦帶”內[7]。該構造帶總體呈NW—SE向展布,長約26 km,寬為0.2～0.6 km,帶內多個礦床呈串珠狀分布,KZ礦區位于該構造帶的中部。區域構造運動較為強烈,褶皺、斷層十分發育,構造展布與外褶帶基本一致[8]。

2 礦區地質

礦區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-泥質巖-碳酸鹽巖組成的沉積建造,是礦區最主要的含礦地層,在礦區的中部沿NW向呈帶狀出露。區內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)常受構造作用破碎而呈角礫狀;R2(Mines)為礦區主要的含礦層位,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^內主要地層單元,在礦區內推覆體的北東、南西兩側大面積出露,受逆沖推覆構造作用而伏于羅安群下。礦區內僅出露孔德龍古群Kalue組Ku1.3段地層,厚度一般超過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。區內地層巖石普遍受到不同程度的區域淺變質作用,主要表現為礦區內的白云巖變質為結晶白云巖、硅化結晶白云巖和滑石化白云巖等。礦體及其附近的絹云母化、綠泥石化等蝕變現象也與區域變質作用有關。在斷裂帶附近有一定程度動力變質作用,主要表現為糜棱巖化。

受推覆逆沖作用影響,礦區內構造活動較為強烈,斷裂發育。其中位于逆沖推覆體邊緣的NW向F1、F2斷層為主斷層,基本控制區域構造格局。F1斷層長約1.5 km,產狀為30°∠60°～80°,F1斷層在礦區西段向下延深約150 m,在東段向下延深可超過300 m。斷層下盤為Ku1.3,上盤為R1-R2,走向呈NW—SE向,縱貫整個礦區。區內北東側的F2斷層沿Ku1.3與R2.3接觸界線展布,與F1斷層近似平行,長約1.6 km,在礦區西段產狀為210°∠60°,向下延深約140 m,斷層下盤為Ku1.3,上盤為R2.3;在東段產狀為30°∠60°～80°,向下延深超過300 m,斷層下盤為R2.3,上盤為Ku1.3地層。其他斷裂為發育在逆沖推覆體內的次級斷裂,多以層間滑動斷裂形式出現,主要包括F3、F4、F5、F6斷裂。該類型斷裂造成推覆體內層位突然增厚或變薄,并使各層位內部節理裂隙的發育,為后期交代作用提供空間(圖2)。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

KZ礦區已查明銅鈷礦化帶長約660 m,寬約80 m(圖3),傾向NE 30°,傾角約70°,為陡傾斜礦體。礦床由一個主礦體及數個較小的透鏡狀礦體群構成,礦床受地層控制,同時與裂隙構造及碳酸鹽脈發育情況關系密切。

礦體主要賦存于R2地層內,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。礦區共圈定出銅鈷礦體(帶)4條,分別為KZ1、KZ2、KZ3、KZ4。其中KZ1礦體規模最大,約占總資源量的98%;其他3個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銅鈷礦區工程布置圖

KZ1礦體為一個獨立的連續礦體,幾乎貫穿R2所有層位,目前揭露礦體范圍位于5600—6310號勘探線間,控制礦體的工程為58個,控制網度整體達30 m×50 m～50 m×50 m。礦體呈層狀、似層狀,走向為120°～300°,傾向為NE 30°,礦體傾角60°～80°,局部達85°,礦體連續性較好,沿走向控制長約660 m,傾向延深124～255 m,平均厚度約15.15 m,厚度變化系數為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%,銅品位變化系數為139.6%;鈷的平均品位為0.30%,品位變化系數為156.3%,主要有用組分分布總體較均勻。通過對礦體的綜合分析發現,KZ礦床內礦體厚度與礦石品位相對穩定。礦體西北端較薄,各礦體間互相獨立;東南端較厚,各礦體因后期地質作用合并為同一礦體。

圖4 KZ礦區6150號勘探線地質剖面圖

3.2 礦石特征

礦區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%。根據前期勘探及歷史生產數據,氧化礦石位于上部,硫化礦石位于下部,在斷裂發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、藍銅礦?？兹甘饕植荚趯永砻婧土严吨?多呈不規則粒狀、放射狀集合體產出,少量呈脈狀產出。

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,常見有呈星點狀分布自形硫鈷礦及生長在硫鈷礦邊緣的斑銅礦、藍輝銅礦(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 結構構造

(1)氧化礦石

由于受構造活動的影響,礦區巖礦層完整性較差,加之后期風化淋濾作用,部分含礦層多裂隙溶蝕空洞。氧化礦石主要結構有:粒狀結構、針狀結構、交代溶蝕結構、假象結構等。

氧化礦石構造主要有: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、薄膜狀等構造。

(2)硫化礦石

硫化礦石結構主要有:自形粒狀結構、他形粒狀結構、交代溶蝕結構(圖6b)。

硫化礦石構造主要有浸染狀構造。

3.2.3 化學成分

根據11件礦石樣品化學全分析結果(表1)可知:礦石分為硅質型、泥質型和碳酸鹽型3種類型。硅質型分布于CMN、RSF和RSC層位中,SiO2含量大于75%,LOI較低;泥質型分布于SDS層位中,以高Al2O3和MgO為特點;碳酸鹽型多見于SDB層位中,以高CaO和MgO為特點。礦石中CaO+MgO+LOI含量變化范圍較大,反應出礦區沉積環境變化較大。銅鈷品位與層位亦無明顯相關關系。結合現場礦石具備溶蝕空洞等特點,認為該區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

礦區發育不同程度的圍巖蝕變現象,其中與成礦相關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等層位內白云巖裂隙內,其最明顯標志為呈小晶簇狀、脈狀出現,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,脈幅寬度較小,長度幾十至幾百米不等。硅化主要發育與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,貫穿于RSF和RSC全層位中。

4 控礦因素

通過對KZ銅鈷礦床地質特征的研究分析,并結合區域礦化特征,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為本區的主要含礦層位,且礦體形態與R2層位形態基本一致,表明礦體受地層層位控制。礦區R2層位中硅化白云巖(RSF+RSC)和白云質粉砂巖(SD)中均有不同程度礦化,表明礦區礦化與巖性有密切關系。

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

4.2 構造因素

(1)KZ礦區主要成礦活動發生于推覆作用之前,礦體因推覆作用而賦存于現在位置,屬于一個來自異地的“飛來峰”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,各個礦體分布于這些塊體中,因而其形態、規模和空間位置嚴格受主斷層F1和F2限制。

(2)礦體主要分布于推覆體內發育的層間滑動斷裂中(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域變質構造活動中發生層間滑動,使得層間滑動斷裂帶內巖石破碎,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帶成為成礦結構面,控制礦體的富集和產出形態。

(3)斷裂構造對礦體的影響表現在兩個方面:一是礦源層內裂隙較發育,為熱液活動提供通道;二是含礦層內巖石破碎,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為氧化礦石,同時構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,經過后期淋濾富集形成一段品位高、厚度大的氧化礦體。

表1 礦石化學全分析結果

5 礦床成因與成礦模式

5.1 礦床成因

關于區域銅鈷礦成因,大部分學者認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。隨著礦帶內礦床地球化學、成礦年代學及同位素等方面的深入研究,總結出礦帶內銅鈷礦床主要經歷新元古代羅安時期的同生沉積成巖成礦作用,并受盧菲利安造山運動末期及區域變質作用引起的熱液改造作用影響[12-14]。結合KZ礦床地質特征和控礦因素分析,認為礦區成礦物質來源于羅安群礦山組(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造變質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礦區成礦過程經歷4個階段:羅安至孔德龍古時期的同沉積階段,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];在成巖過程后期受裂谷盆地火山活動和同生斷裂、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動以推覆逆沖形式將含礦地質體運移至北部區域,同時與造山運動有關的熱液活動改造早期形成的礦床,表現為巖石中分散的硫化物活化遷移,沿構造裂隙充填成礦,造成銅鈷礦二次富集[18],即晚期造山運動及熱液改造富集期;最后在地表及近地表或斷層附近等氧化環境下,部分硫化銅鈷礦轉變為氧化銅鈷礦,并次生富集[19],即表生富集期。

6 找礦前景

因礦體嚴格受地層及構造控制,可從以下方面進行找礦突破:

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

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

位于逆沖推覆體邊緣的NW向F1、F2主斷層,基本控制區域構造格局,礦體嚴格受斷層控制,由于推覆逆沖過程中應力影響及巖石性質區別,易造成礦化體錯動,使礦體呈碎片狀雜亂分布。因此斷層分布區域可能存在不同規模的礦化。

7 結論

(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)礦床嚴格受地層和構造控制,其中R2為礦區唯一含礦層位;主斷層F1和F2嚴格限定礦床的形態、規模和空間位置;斷裂構造為后期熱液活動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)礦區西北部羅安群地層,斷層分布區和深部仍有較好的成礦潛力。