刚果(金)上加丹加省坎博韦地区KZ铜钴矿控矿因素和找矿前景

陈浦浦, 杨懿全, 代俊成, 郭其林, 陈天浩

(北方矿业有限责任公司,北京 100053)

0 引言

KZ铜钴矿区位于刚果(金)上加丹加省利卡西市北西约30 km,大地构造位置处于加丹加多金属成矿带的北西段,该成矿带是区域上著名的铜钴成矿带[1-4]。前人在矿区内开展多种勘探工作,基本查明矿体的形态展布和品位信息[5-6]。该矿床达中型铜钴矿床规模,经济价值较大,有一定的研究意义。本文通过对野外地质勘查资料进行整理,结合前期地质研究成果和区域其他铜钴矿床的成矿规律,对KZ矿体地质特征、控矿因素和成矿模式进行研究,并分析得出矿区的找矿前景区,以期为后续找矿工作提供方向。

1 区域地质

KZ矿区位于加丹加弧形铜钴成矿带内由NW向近EW转折的部位,属非洲中部卢菲利安(Lufilian)弧构造带外部褶皱推覆带的一部分,区域地层构造展布以NW—SE向为主。

区域出露地层由老至新为中新元古界加丹加超群、第四系。其中加丹加超群,厚度约5～10 km,自下而上分为:罗安群(Roan)、恩古巴群(Nguba)和孔德龙古群(Kundelungu),该超群在KZ矿区所在的坎博韦地区大面积出露。矿区与邻近的塞萨、坎丰达铜矿均赋存于“塞萨挤压构造成矿带”内[7]。该构造带总体呈NW—SE向展布,长约26 km,宽为0.2～0.6 km,带内多个矿床呈串珠状分布,KZ矿区位于该构造带的中部。区域构造运动较为强烈,褶皱、断层十分发育,构造展布与外褶带基本一致[8]。

2 矿区地质

矿区出露地层由老到新为中新元古界加丹加超群罗安群、孔德龙古群和第四系(图2)。罗安群为一套碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组成的沉积建造,是矿区最主要的含矿地层,在矿区的中部沿NW向呈带状出露。区内罗安群地层由老到新为R1和R2,R3、R4地层缺失。其中R1(R.A.T)常受构造作用破碎而呈角砾状;R2(Mines)为矿区主要的含矿层位,主要包括R2.1.2-Kamoto段中层(RSF+D.Strat)、R2.1.3-Kamoto段上层(RSC)、R2.2-SD段(SD)和R2.3-Kambove段(CMN)。孔德龙古群为区内主要地层单元,在矿区内推覆体的北东、南西两侧大面积出露,受逆冲推覆构造作用而伏于罗安群下。矿区内仅出露孔德龙古群Kalue组Ku1.3段地层,厚度一般超过200 m,岩性为浅紫红色、灰绿色条带状粉砂岩,岩石中见有少量镜铁矿呈条带状定向分布。区内地层岩石普遍受到不同程度的区域浅变质作用,主要表现为矿区内的白云岩变质为结晶白云岩、硅化结晶白云岩和滑石化白云岩等。矿体及其附近的绢云母化、绿泥石化等蚀变现象也与区域变质作用有关。在断裂带附近有一定程度动力变质作用,主要表现为糜棱岩化。

受推覆逆冲作用影响,矿区内构造活动较为强烈,断裂发育。其中位于逆冲推覆体边缘的NW向F1、F2断层为主断层,基本控制区域构造格局。F1断层长约1.5 km,产状为30°∠60°～80°,F1断层在矿区西段向下延深约150 m,在东段向下延深可超过300 m。断层下盘为Ku1.3,上盘为R1-R2,走向呈NW—SE向,纵贯整个矿区。区内北东侧的F2断层沿Ku1.3与R2.3接触界线展布,与F1断层近似平行,长约1.6 km,在矿区西段产状为210°∠60°,向下延深约140 m,断层下盘为Ku1.3,上盘为R2.3;在东段产状为30°∠60°～80°,向下延深超过300 m,断层下盘为R2.3,上盘为Ku1.3地层。其他断裂为发育在逆冲推覆体内的次级断裂,多以层间滑动断裂形式出现,主要包括F3、F4、F5、F6断裂。该类型断裂造成推覆体内层位突然增厚或变薄,并使各层位内部节理裂隙的发育,为后期交代作用提供空间(图2)。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

KZ矿区已查明铜钴矿化带长约660 m,宽约80 m(图3),倾向NE 30°,倾角约70°,为陡倾斜矿体。矿床由一个主矿体及数个较小的透镜状矿体群构成,矿床受地层控制,同时与裂隙构造及碳酸盐脉发育情况关系密切。

矿体主要赋存于R2地层内,埋藏较浅,赋存高程在1 120～1 380 m之间,矿石的主要有用元素为Cu和Co。矿区共圈定出铜钴矿体(带)4条,分别为KZ1、KZ2、KZ3、KZ4。其中KZ1矿体规模最大,约占总资源量的98%;其他3个矿体均由小矿体群组成,分散分布于KZ1矿体周围,约占总资源量的2%。

图3 KZ铜钴矿区工程布置图

KZ1矿体为一个独立的连续矿体,几乎贯穿R2所有层位,目前揭露矿体范围位于5600—6310号勘探线间,控制矿体的工程为58个,控制网度整体达30 m×50 m～50 m×50 m。矿体呈层状、似层状,走向为120°～300°,倾向为NE 30°,矿体倾角60°～80°,局部达85°,矿体连续性较好,沿走向控制长约660 m,倾向延深124～255 m,平均厚度约15.15 m,厚度变化系数为91.1%。矿体埋藏深度0～247 m,控制高程在1 124～1 371 m之间。铜的平均品位为1.80%,铜品位变化系数为139.6%;钴的平均品位为0.30%,品位变化系数为156.3%,主要有用组分分布总体较均匀。通过对矿体的综合分析发现,KZ矿床内矿体厚度与矿石品位相对稳定。矿体西北端较薄,各矿体间互相独立;东南端较厚,各矿体因后期地质作用合并为同一矿体。

图4 KZ矿区6150号勘探线地质剖面图

3.2 矿石特征

矿区矿石类型分为氧化型和硫化型2种,其中氧化矿石占比较高,占资源量的80%以上,硫化矿石占比小于20%,矿石整体氧化率为82.44%。根据前期勘探及历史生产数据,氧化矿石位于上部,硫化矿石位于下部,在断裂发育部位氧化还原面较深,氧化还原面分布在地表以下100～200 m之间。

3.2.1 矿物组成

(1)氧化矿石

氧化型矿石矿物主要为孔雀石(图5a-5c)、水钴矿(图5d)、钴华,少量为硅孔雀石、蓝铜矿。孔雀石主要分布在层理面和裂隙中,多呈不规则粒状、放射状集合体产出,少量呈脉状产出。

氧化带的脉石矿物主要是石英和白云石,其次为方解石、白云母和绿泥石,另有少量黑云母、重晶石、磷灰石、稀土矿物等。

(2)硫化矿石

硫化型矿石矿物主要为黄铜矿(图6a)、硫钴矿及少量斑铜矿、辉铜矿、蓝辉铜矿(图6b、6c)。另外见有黄铁矿、少量赤铁矿等金属矿物(图6a)。原生硫化矿中,常见有呈星点状分布自形硫钴矿及生长在硫钴矿边缘的斑铜矿、蓝辉铜矿(图6d)等。

图5 氧化铜钴矿石照片

图6 金属矿物典型交代特征显微照片

原生带矿石中的脉石矿物与氧化带基本一致。

3.2.2 结构构造

(1)氧化矿石

由于受构造活动的影响,矿区岩矿层完整性较差,加之后期风化淋滤作用,部分含矿层多裂隙溶蚀空洞。氧化矿石主要结构有:粒状结构、针状结构、交代溶蚀结构、假象结构等。

氧化矿石构造主要有:鲕状、树枝状、葡萄状(图5c)、钟乳状、蜂窝状(图5d)、柱状、针状、同心圆状、薄膜状等构造。

(2)硫化矿石

硫化矿石结构主要有:自形粒状结构、他形粒状结构、交代溶蚀结构(图6b)。

硫化矿石构造主要有浸染状构造。

3.2.3 化学成分

根据11件矿石样品化学全分析结果(表1)可知:矿石分为硅质型、泥质型和碳酸盐型3种类型。硅质型分布于CMN、RSF和RSC层位中,SiO2含量大于75%,LOI较低;泥质型分布于SDS层位中,以高Al2O3和MgO为特点;碳酸盐型多见于SDB层位中,以高CaO和MgO为特点。矿石中CaO+MgO+LOI含量变化范围较大,反应出矿区沉积环境变化较大。铜钴品位与层位亦无明显相关关系。结合现场矿石具备溶蚀空洞等特点,认为该区域受后期淋滤作用等影响,部分地层碳酸盐矿物流失比较明显。

3.3 围岩蚀变特征

矿区发育不同程度的围岩蚀变现象,其中与成矿相关的蚀变主要为碳酸盐化和硅化等。碳酸岩化主要分布在CMN、SD、RSF等层位内白云岩裂隙内,其最明显标志为呈小晶簇状、脉状出现,方解石及白云石粒度1～50 mm。脉状碳酸岩化常伴随着黄铜矿化、孔雀石化的出现,脉幅宽度较小,长度几十至几百米不等。硅化主要发育与RSF和RSC层位中,其中RSF层位中以条带状分布于白云岩中,部分以燧石结核状分布,在RSC层位中以溶蚀空洞形式存在。硅化常伴随着黄铜矿、硫钴矿及孔雀石化的出现,贯穿于RSF和RSC全层位中。

4 控矿因素

通过对KZ铜钴矿床地质特征的研究分析,并结合区域矿化特征,初步得出其成矿控制因素主要为地层因素和构造因素。

4.1 地层岩性因素

(1)KZ矿体主要赋存于罗安群碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组成的沉积建造中,其中R2.1.1—R2.2.1和R2.3为本区的主要含矿层位,且矿体形态与R2层位形态基本一致,表明矿体受地层层位控制。矿区R2层位中硅化白云岩(RSF+RSC)和白云质粉砂岩(SD)中均有不同程度矿化,表明矿区矿化与岩性有密切关系。

(2)上述地层和岩性对矿化的控制作用有2种可能,一种是区域罗安群矿山组(R2)层位在沉积之初即含有较高的铜钴元素,是区域性的矿源层,即同生沉积成岩成矿;另一种是在成矿时,成矿热液将成矿元素带入了赋矿地。区域罗安群矿山组(R2)层位在沉积之初含有较高的铜钴元素,是区域铜钴矿源层[6,11]。结合矿区矿体仅赋存于R2层位中,且围岩蚀变多以石英细脉和碳酸盐细脉形式穿插于R2层位内,其作用为活化改造矿床,并非带入成矿元素,因此矿区铜钴矿化与R2层位为同生沉积成岩成矿。

4.2 构造因素

(1)KZ矿区主要成矿活动发生于推覆作用之前,矿体因推覆作用而赋存于现在位置,属于一个来自异地的“飞来峰”矿床。受推覆逆冲作用的影响,推覆体碎片以零星块体的形式展布,各个矿体分布于这些块体中,因而其形态、规模和空间位置严格受主断层F1和F2限制。

(2)矿体主要分布于推覆体内发育的层间滑动断裂中(图2)。由于岩石的能干性不同,Ku1.3段粉砂岩与R2层位白云岩之间在区域变质构造活动中发生层间滑动,使得层间滑动断裂带内岩石破碎,兼之岩石活性不同,Ku1.3段粉砂岩与R2层位白云岩之间的滑动带成为成矿结构面,控制矿体的富集和产出形态。

(3)断裂构造对矿体的影响表现在两个方面:一是矿源层内裂隙较发育,为热液活动提供通道;二是含矿层内岩石破碎,使得热液与R2层位白云岩的接触面积增大,有利于含矿热液的沉淀,并为其提供容矿空间。

(4)另外,在次生富集阶段,因地块抬升造成的氧化作用使硫化矿石变为氧化矿石,同时构造裂隙为氧化富集阶段含铜离子溶液的下渗提供通道,并为含矿溶液的沉淀提供空间。如6210线的KZS-01钻孔的下部195.04～215.05 m间,原本矿化较弱的R.A.T层位,经过后期淋滤富集形成一段品位高、厚度大的氧化矿体。

表1 矿石化学全分析结果

5 矿床成因与成矿模式

5.1 矿床成因

关于区域铜钴矿成因,大部分学者认为加丹加铜钴成矿带铜钴矿化与赋矿地层为同生沉积成岩成矿,即同沉积观点。随着矿带内矿床地球化学、成矿年代学及同位素等方面的深入研究,总结出矿带内铜钴矿床主要经历新元古代罗安时期的同生沉积成岩成矿作用,并受卢菲利安造山运动末期及区域变质作用引起的热液改造作用影响[12-14]。结合KZ矿床地质特征和控矿因素分析,认为矿区成矿物质来源于罗安群矿山组(R2),铜钴矿化与R2层位为同生沉积成岩成矿,成矿作用除早期的同生沉积成岩成矿外,还叠加有造山期的构造变质成矿作用以及后期因地块抬升造成的氧化作用,因此矿床成因类型为沉积-改造层控型铜钴矿床。

5.2 成矿模式

KZ矿区成矿过程经历4个阶段:罗安至孔德龙古时期的同沉积阶段,形成大面积含有黄铁矿等早期硫化物的白云岩、泥砂岩等沉积岩,即早期成岩阶段[15-16];在成岩过程后期受裂谷盆地火山活动和同生断裂、层间滑脱断裂的影响为铜钴矿形成提供热源和通道,在还原环境下热液交代早期的黄铁矿形成层状铜钴硫化物[17],即主成矿阶段;晚期卢菲利安造山运动以推覆逆冲形式将含矿地质体运移至北部区域,同时与造山运动有关的热液活动改造早期形成的矿床,表现为岩石中分散的硫化物活化迁移,沿构造裂隙充填成矿,造成铜钴矿二次富集[18],即晚期造山运动及热液改造富集期;最后在地表及近地表或断层附近等氧化环境下,部分硫化铜钴矿转变为氧化铜钴矿,并次生富集[19],即表生富集期。

6 找矿前景

因矿体严格受地层及构造控制,可从以下方面进行找矿突破:

罗安群矿山组(R2)地层为赋矿层位,岩性为条带状白云岩、条带状硅质白云岩、硅化结晶白云岩、含碳质白云岩、含碳质白云质页岩及块状硅化白云岩夹含碳质白云岩等。在矿区西北部罗安群层位分布区仍有成矿潜力。

主要矿体KZ1形态为一近直立楔形矿体,上部宽、下部窄并逐渐尖灭。但矿区东侧部分钻孔至500 m深度仍然为CMN地层,例如6150号勘探线深部层位仍为R2,仍具备一定的含矿性,根据周边区域Kamoya、Kambove等矿山多具备多层楼成矿模式[6],推断矿区深部仍有发现隐伏矿体的潜力。

位于逆冲推覆体边缘的NW向F1、F2主断层,基本控制区域构造格局,矿体严格受断层控制,由于推覆逆冲过程中应力影响及岩石性质区别,易造成矿化体错动,使矿体呈碎片状杂乱分布。因此断层分布区域可能存在不同规模的矿化。

7 结论

(1)KZ铜钴矿体以推覆体碎片形式赋存于R2层位中,呈层状,陡倾斜,东南端厚,西北端薄;矿化类型为氧化矿和硫化矿并存,氧化矿石矿物为孔雀石、水钴矿,硫化矿石矿物为黄铜矿和硫钴矿等。

(2)矿床严格受地层和构造控制,其中R2为矿区唯一含矿层位;主断层F1和F2严格限定矿床的形态、规模和空间位置;断裂构造为后期热液活动及次生富集提供容矿空间。

(3)KZ铜钴矿床成因类型为沉积-改造层控型铜钴矿床。

(4)矿区西北部罗安群地层,断层分布区和深部仍有较好的成矿潜力。