刚果（金）DIMMA铜钴矿床地质特征及成因分析

刘运纪，王纪昆，张 泰

（天津华北地质勘查总院，天津300171）

0 引言

DIMMA铜钴矿区位于刚果（金）加丹加省科卢韦齐市附近，该区矿产资源丰富，勘探开采历史超过40年，于上个世纪90年代停止生产①。本文根据DIMMA铜钴矿区近年的地质勘探工作，并参考附近矿区所做的相关成矿流体测试，试图总结该矿床基本特征及矿床成因。

1 区域地质背景

DIMMA铜钴矿位于刚果（金）加丹加省西部的“外部褶皱推覆构造带”北西缘、卢菲利褶皱弧内（图1），是加丹加—达马拉褶皱带的一部分［1］。该褶皱弧主要由新元古界加丹加超群组成，其下伏岩层为基巴拉（11～13Ga）和埃布尼（18～20Ga）构造相关的变质岩系和火成岩基底［2］。

矿区所在区域经历了长期的构造演化过程。中元古代末，卢菲利造山运动形成了NW向的卡富埃背斜。新元古代末，孔德龙古造山运动产生了一系列逆掩断层和强烈的褶皱。本区东南端有由基底杂岩构成的莫坎博穹窿、康戈拉穹窿等，北西端有科瓦穹窿。最终形成了现存的加丹加弧形构造成矿带［3］。卢菲利造山运动（5．03～6．56Ga）是主要的变形期，卢菲利褶皱弧可分为外带、中带和内带（图2），外带位于刚果（金），同沉积断层及正断层发育，断裂边缘为主要的热液通道，断裂内有直立或向外扩散的紧密褶皱，外带有大型铜矿、铜钴矿和铀矿的层状矿化，其元素组合为 Cu－Co－Ni－U等［4］。

加丹加超群是构成古老基底的较新一组地层，为前寒武系，由孔德龙古群（Ks＋Ki）和罗安群（R）构成（表1）。由于无生物化石，这套地层的地质时代难于厘定。其中的矿山组（R2）为矿带内主要的含矿层位，厚200～400m，主要为浅海－滨海相沉积，富含铜、钴元素［3］。

2 矿区地质特征

2．1 地层及岩石特征

矿区地层主要有罗安群（R）和孔德龙古群（Ku），其中以罗安群（R）为主。

罗安群为一套浅海相细碎屑岩和化学岩，原岩为白云岩、页岩、黏土岩、砂岩等，厚度大于500m，岩层已经构造破碎，后被胶结；孔德龙古群为一套陆源碎屑岩建造，在矿区地表未见出露，仅在少数边缘深孔（300～500m处）中见及，岩石破碎强烈，主要为白云岩、砂岩、泥岩等，受逆冲推覆构造作用而逆转位于罗安群底部。

罗安群可分为R1组、R2组和R3组。

R1组岩石由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩组成，紫红、浅绿色，含有少量的赤铁矿，与上部R2组呈角度不整合接触①，接触面附近多为砾石层，含有弱的裂隙充填型孔雀石矿化。

图1 加丹加—谦比西带地质简图Fig．1 The generalized geologic map of African Katanga and Chambishi belt

图2 卢菲利褶皱分带和流体运动模式（据文献［2］）Fig．2 Model of fold zonation and fluid movement in Luffilian fold belt

R2组，又名矿山组，在本区地层较为完整，自下而上分为R12（RSF，RSC）、R22（SDB，BOMZ和SDS）和R32（CMN）。RSF层厚10～30m，主要为层状硅化白云岩，浅灰色，层理清晰，底部为砂岩和泥岩，铁镁质含量较高。RSC层厚15～30m，主要为块状硅化白云岩及蜂窝状硅化白云岩，受后期构造作用、热液作用明显，形成直径5～30cm的构造角砾岩，其中白云质砂岩的角砾受地下水侵蚀作用形成蜂窝状构造及溶蚀裂隙。SDB层厚15～20m，主要为浅白色白云质页岩，层理发育。BOMZ层厚5～15m，主要为灰黑色白云质石英砂岩。SDS层厚50～70m，主要为浅黄色白云质页岩、白云岩，含少量的锰矿物。CMN层厚110～130m，主要为含黏土滑石白云岩、白云质粉砂岩，白云岩含有宽2～10cm的燧石条带或透镜体，分布较稳定；白云质砂岩、粉砂岩位于底部，厚度10～20m，受层间断裂及地下水侵蚀作用固结程度较低，多呈散砂状。R2组层位稳定，层序完整，各层之间整合接触，CMN底部的砂岩、BOMZ的灰黑色白云质石英砂岩、RAT顶部的砾岩层是本区的标志层。

R3迪佩特组出露于西部，主要为RGS层，厚100～200m，浅紫红色，主要为白云质粉砂岩、泥岩，黏土类矿物含量较高，与下伏的R2组地层呈整合接触。

罗安群矿山组（R2）是主要赋矿层位，其中的RSF与SDB为本区的主要含矿地层。

2．2 构造

矿区受区域构造影响明显，孔德龙古群逆转于罗安群的底部，同时形成30°～40°方向的主构造线，在构造的边缘或断裂发育部位矿化富集，矿体厚度增大。本区主要构造为皱褶构造、断裂构造及不整合接触构造等（图3）。

2．2．1 褶皱构造

矿区褶皱轴向为30°，向N倾伏，倾伏角12°～16°。由一个开启背斜和一个开启向斜共同组成的斜歪褶皱。背斜位于东部，长约800m，宽约400m，枢纽倾向近EW，倾角65°±，翼间角108°～122°，西翼陡（38°～48°）、东翼缓（20°±），背斜的轴部断裂发育。向斜位于西部，长约800m，宽约600 m，枢纽倾向近EW，倾角50°±，翼间角110°～130°，西翼倾角10°～15°±，明显缓于东翼。

斜歪褶皱控制着矿区地层的总体产出形态，全区地层整体走向NNE，倾向近EW，矿区的矿体产状与之相似，受其制约，主要的断裂及次级裂隙沿背斜轴部发育，从已有的钻孔资料来看，向斜轴部及两翼受断裂影响较小，地层完整。

表1 刚果（金）加丹加超群岩石地层序列Table 1 Stratigraphy of katangz supergroup，Congo－Kinshasa

2．2．2 断裂构造

矿区的断裂构造发育（图3），主要分为区域性的逆冲推覆断裂、次级逆断层（F1）、褶皱轴部的断裂（F2，F3，F4）、层间断裂等。各组断裂之间相互联系，主构造与次级构造之间具有衍生的关系，对矿体的产出及矿化的富集具有重要的影响。

（1）矿区位于区域性逆冲推覆构造北西缘，属于外带。逆冲构造在本区直接的证据就是孔德龙古群置于罗安群的底部，在两套地层的接触部位岩石破碎强烈，有大量的砂岩与白云岩的互层，可见少量构造角砾岩，砾石以白云岩和砂岩为主，见有弱矿化，主要是孔雀石化，镜铁矿化等，断裂带的产状目前不清楚，初步推测断裂带产状平缓，位于标高1 000m附近，本区褶皱与逆冲推覆构造伴生，可能是形成褶皱的EW向张力的动力来源，其中岩层中的石墨、滑石的成因应是富镁、富碳岩石动力变质作用的结果。

图3 DIMMA矿区地质简图Fig．3 Geological sketch of DIMMA Cu－Co deposit

次级逆断层（F1）位于矿区东部，与区域性的逆冲构造产状具有相似性，在成因上可能具有一定的关联。F1断层走向15°～20°，倾向SE，倾角20°，地表出露长度＞450m，断裂带宽10～20m，可见小褶皱、断层擦痕、片理化带及构造角砾岩，在断层接触面附近地层沿牵引力方向发生弯曲。断层泥常含有弱的钴矿化，断层上盘的RSC层、RSF层富含钴矿化，与下伏对应层位的矿化特征不同。

（2）在开启背斜的轴部断裂发育，F2断层由326°方向逐渐转为355°，倾角65°～70°，破碎带宽约15m，可见构造角砾岩，角砾包括R2组的多数岩性，具有较好的铜矿化（原生矿、氧化矿），属于成矿后期的张性剪切性质，对矿体起着一定的破坏作用。在F2的南侧发育着大量的次一级小断裂，这些断裂的产状不一，以NW走向为主，断层性质多为陡倾的正断层，断距较小（10～20m），角砾岩多呈棱角状；背斜的东翼发育有小型地堑构造，2条正断层产状陡，走向近EW。

图4 DIMMA铜钴矿区600勘探线剖面图Fig．4 Section of line 600in DIMMA Cu－Co deposit

（3）层间断裂发育是本区的重要特征。按节理（裂隙）、蚀变等特征将层间断裂分为2期［2］：①成岩期（6～6．2Ga），由于CMN层中含有大量的砂岩与白云岩交替层，白云岩多呈大透镜体，厚度长度等空间分布特征无一定的规律性，但受限于该层位；CMN层为黏土岩、砂岩和白云岩，不同岩性的物理性质差别明显，黏土岩和砂岩的塑性较强，而白云岩偏脆性，在压实成岩过程中易发生下滑位移，产生滑塌、滑移作用，形成软沉积变形，发育在软沉积中的滑塌和滑移现象常局限于同一层中；②区域性同沉积断裂期，即卢菲利造山运动期（5．03～6．56Ga），该期构造活动强烈，也是岩浆热液运移的重要阶段，不但形成本区主要的断裂构造，也为本区的矿体富集提供了通道及热液来源。比较典型的是RSC层的硅化岩层，原岩为白云岩和砂岩，受层间断裂及热液作用影响，形成构造角砾岩。RSC层与上下层位的接触部位铜、钴矿化较强。在层间接触部位及RSC层发育有0．1～10m的溶蚀裂隙，是典型的层间断裂的反映。

2．2．3 不整合接触面

不整合接触面主要位于矿区的南部，呈“M”型环绕在R2组地层边缘。R1组与R2组地层存在沉积间断，地层接触部位的砾岩层中含有很多RSF层、RSC层及SDB层的角砾岩。该组地层产状不清晰，局部与上覆地层产状呈整合状。在不整合面凸起的位置常出现R2组地层的缺失，甚至导致矿体间断。

3 矿体地质特征

3．1 主要铜钴矿体特征

矿区主要有2层矿体，即Ⅰ号和Ⅱ号（图4），主要赋存于SDB层、RSF层及与RSC层的接触部位，在矿区的西南部存在少量矿体，位于SDS层的底部白云质页岩与下伏的砾岩层不整合接触部位。

Ⅰ号与Ⅱ号矿体近于平行产出，呈似层状、板状，宽600～800m，长1 200m。深部以原生矿（辉铜矿、自然铜、硫铜钴矿等）为主，标高在1 000～1 200m；浅部以氧化矿（孔雀石、蓝铜矿、水钴矿、钴华等）为主，标高在1 200m～1 450m；混合矿的界线不明显，分布范围广，自1 000～1 200m均有混合矿存在，这与矿区的风化深达300m有关。

Ⅰ号矿体平均厚度18．38m，w（Cu）平均为3．38%，w（Co）平均为0．24%，铜金属量109．65×104t，钴金属量12．53×104t，矿体主要赋存在SDB层白云质页岩中，矿体顶板主要为灰黑色石英质砂岩（BOMZ层），底板主要为块状硅化白云岩（RSC层）。Ⅱ号铜矿体平均厚度16．24m，w（Cu）平均为3．52%，w（Co）平均为0．13%，，铜金属量104．86×104t，钴金属量6．28×104t，矿体主要赋存在（RSF层）层状硅化白云岩中，矿体顶板为（RSC层）块状硅化白云岩，底板在不整合面附近，主要岩性为中粗粒长石砂岩、砾岩（RAT层）。RSC层属于夹石层，多含铜钴矿化，但品位较低。

矿区围岩蚀变强烈，主要有硅化、大理岩化、滑石化和黏土化等，主要是在变质作用过程中形成。其中硅化和大理岩化与矿化关系密切。硅化主要发育于SDB层、RSC层和RSF层中，在变质过程中，硅质一般表现为为霏细状玉髓、微粒石英或他形粒状石英，常呈小团块状或条带状分布，有的沿裂隙分布。大理岩化主要发育于CMN层和RSC层中，白云石已重结晶呈他形粒状、镶嵌粒状、半自形菱面 体。滑石化主要分布于RAT层及CMN层中，系区域动力变质作用所致［7］。黏土化主要发育与RGS层和CMN层中，黏土类矿物主要为长石及白云石。

3．2 矿石特征

矿石结构以他形粒状结构为主，少量半自形－他形粒状结构、包含结构、纤柱状、纤维状、胶状结构、交代假象结构、周边结构等，其中纤维状、隐晶、胶状结构和纤柱状结构是氧化带矿石特有结构；矿石构造以层状、浸染状、脉状、蜂窝状构造为主，其次为条带状、细脉状、角砾状构造，少量皮壳状和稀疏浸染状构造［7］。

矿石矿物以孔雀石、辉铜矿、硅孔雀石、钴华、水钴矿、硫铜钴矿为主，次为少量的斑铜矿、蓝铜矿、赤铜矿、自然铜、铜蓝等；其他有赤铁矿、针铁矿、纤铁矿等，偶见黄铜矿、黄铁矿。脉石矿物有石英、白云石、绢云母、白云母、绿泥石、方解石及电气石等。

综上所述，矿石矿物为孔雀石、辉铜矿、硫铜钴矿、钴土矿、钴华为主，常见少量自然铜和赤铜矿等，极少见黄铜矿及黄铁矿。以贫硫为特征，与卢菲利铜钴矿带其他矿床的富硫特征有较大区别，揭示了其特殊的成矿环境及成矿流体来源有所不同。

4 矿床成因

关于刚果（金）—赞比亚铜钴矿带层状铜钴矿床的成因。上世纪初，调查者认为矿化与岩浆热液作用有关；但后来发现加丹加含矿岩系与花岗岩体呈不整合关系，而且矿化层沿走向和倾向稳定延伸，据此有学者提出同沉积观点，认为铜、铁、钴等金属是由碎屑或化学沉积形成的；20世纪80年代，裂谷成矿模式所持的是同成岩观点，金属的来源既可以是上部地层的火山物质，也可来自和基性侵入岩同源的地壳深处，由同沉积断层勾通，造成盆地矿化卤水循环并交代而成［1］。各种学术观点所持角度和倾向性不同，对于元素的迁移和矿质来源有不同的认识，但所共同持有的是同沉积过程是铜钴等元素的重要富集阶段，后期的热液改造使得矿化进一步富集。

DIMMA矿区在经过卢菲利造山运动后较好地保存了罗安群的完整岩系，包括RAT组（R1）、矿山组（R2）和迪佩特组（R3）地层，缺失木瓦夏组（R4）。完整的矿山组地层为矿床成因研究提供了有利的直接证据。综合多方面资料，本矿区应属于早期沉积富集、晚期热液改造富集、表生富集，受区域性逆冲推覆构造和层间断裂等控制的多阶段、多重控制的复成因铜钴矿床。

4．1 矿床成矿机制

4．1．1 早期成岩成矿期

（1）初始成矿期：中、新元古代（即罗安期—孔德龙古期的同沉积期），主要形成了大面积的砂岩、白云质页岩及富铁镁的白云岩沉积。在成岩初期，最早沉淀的硫化物是微球粒状和自形状黄铁矿，这些早于主矿化阶段的微球粒状黄铁矿是早期成岩阶段同沉积作用的特征。在20～60℃的温度条件下和由细菌作用造成的pH值近中性的环境中，上述硫化物发生沉淀［1］。成岩初期也是矿化的初始阶段，但矿化程度较弱，有益的铜钴元素富集较少。

（2）主成矿期：铜钴矿化大多是在裂谷盆地的火山活动和同生断裂活动过程中发生的，矿化始于孔德龙古期，在富含火山碎屑的下孔德龙古群的压实脱水成岩过程中为盆地提供了大量金属卤水，卤水温度200～250℃，其中的金属可能呈有机质和氯的络合物交代成岩早期的黄铁矿，形成层状铜钴硫化物矿化［1］。届时本区以还原环境为主导，裂谷盆地中的同沉积断裂是成矿元素迁移的有利通道，出现大量辉铜矿和少量的黄铜矿、黄铁矿，是成岩期的层状铜钴硫化物主要富集阶段。

4．1．2 晚期造山运动及热液改造富集期

卢菲利弧造山运动（550～560Ma）以推覆作用为主，形成加丹加盖层中的褶皱和推覆，部分基底岩系也被卷入其中。卢菲利弧成矿带主要向NE方向推移，并被推覆到前陆北部，位移距离约150km，造成孔德龙古盆地的闭合和推覆堆积［8］。早期沉积的矿化地层被强烈的构造切割破坏，岩层发生褶皱倾斜及构造破碎，动能转化的热能形成了变质热背景场。造山热动力产生的热液使原有矿化（胚）层受到改造，岩石中散布的硫化物活化迁移，在构造裂隙中再次沉淀富集。矿化与岩层的破碎带、裂隙有密切的关系。石英的矿物流体包裹体测温结果最高值可达400℃，说明成矿的温度条件为中高温环境，推测成矿深度较大。金红石的U－Pb测年资料表明，这期热液活动的时代为514Ma［1］，是卢菲利造山运动的期后变质热液促成了铜钴等元素的再次富集。

4．1．3 表生富集期

因剥蚀、风化和长期的氧化淋滤，使地表及近地表的铜钴硫化物变为氧化物（或氢氧化物），并出现次生富集。目前矿区已开采的矿体主要位于背斜的轴部（图4），矿体出露地表易于露天开采，主要以氧 化矿、孔雀石、蓝铜矿、水钴矿和钴华等为主，矿体的品位高，易于冶炼。

矿区的风化－氧化带深度＞300m，自地表至深部的Ⅰ号和Ⅱ号矿体内均含有氧化矿，主要以孔雀石化、蓝铜矿为主。这种矿化蚀变主要是在后期的表生富集阶段产生的，辉铜矿在氧化环境及硫酸溶液的溶蚀作用下易于分解而转变为铜的氧化物和铜的碳酸盐，包括赤铜矿、孔雀石和蓝铜矿等，在不完全的氧化下，可转变为自然铜，在矿区的西南部及西北部发现有自然铜的局部富集地段，呈似层状、细脉枝及浸染状，主要赋存砂页岩层，围岩具有较强的绿泥石化、绿帘石化，原子吸收分析结果显示，品位w（Cu）＝3%～5%，未发现高品位的样品。

4．2 主要控矿因素

4．2．1 层控因素

层控性是刚果（金）—赞比亚铜钴矿带的主要特征之一。DIMMA矿区的层控性也很明显：Ⅰ号矿体主要赋存在SDB层的白云质页岩中，Ⅱ号矿体主要赋存在RSF层的白云质页岩中，矿体的形态与赋矿地层的形态基本一致，铜钴元素的富集成矿主要集中在这2个层位中。

成矿的过程也能表现出层控的特点，早期沉积成岩时伴随着金属元素的不断富集，后期在造山运动中沿层间断裂有热液流体贯入，萃取赋矿层位中的有益元素，并在同层位的有利空间中富集成矿。这2期成矿作用都受到沉积层位的严格控制，表明虽有后期的热液改造富集作用，但赋矿层位依然对矿化范围具有宏观上的控制效应。

4．2．2 构造控矿因素

本区的构造活动强烈，主要的构造期为卢菲利弧造山运动期。区内几个重要的地质构造的形成都与这期运动有关。区域性逆冲推覆构造、褶皱构造、开启背斜的轴部断裂群和层间断裂等直接或间接的控制赋矿层位和铜钴矿体的产出。

4．3 矿床类型

根据矿床地质特征及成矿因素、控矿因素、矿化富集等因素的分析，DIMMA铜钴矿床经历了早期沉积富集、晚期热液改造富集和表生淋滤次生富集等多个成矿期，受特定沉积层位、区域性逆冲推覆构造和层间断裂多重控制，成因类型属于沉积－叠加改造－次生富集型层状铜钴矿床［9－10］。

4．4 相关问题的讨论

目前对于刚果（金）—赞比亚铜钴矿带矿床成因存在不同的观点。S．Dewaele等［1］（2006）提出了“a first dolomite generation”和 “a second dolomite generation”的概念，通过地质时代、矿物形成过程及矿化特征等的对比，笔者认为这2个概念与本文中早期成岩成矿期的2个成矿阶段相对应。

（1）早期成岩过程中矿物富集规律。S．Dewaele认为硫化物体系是由早期成岩阶段的初始成矿期硫铜钴矿、斑铜矿、蓝辉铜矿和辉铜矿组成，与原生的石英相关，并没有黄铜矿出现在“主要的含矿层位”（即矿山组R2）。黄铜矿只出现在矿体的上部，它取代了原生黄铁矿。主要含矿层位缺失黄铜矿是因为充足的铜元素形成了辉铜矿、斑铜矿和硫铜钴矿等，只见很少的黄铜矿。在早期成岩阶段的主成矿期是辉铜矿富集的重要阶段，此时含矿热液在沉积断裂内的流动及在碳酸盐岩原生孔隙内沉淀有利于铜矿的原始富集。这些特征都与本矿区十分相似，DIMMA矿区主要的矿物类型为孔雀石、辉铜矿、赤铜矿、硫铜钴矿、自然铜、蓝铜矿等，在已施工的400多个钻孔中，只在白云岩内发现了少量的黄铜矿、黄铁矿的颗粒，多呈浸染状，与主要金属矿物之间未发现穿插和交代残留的迹象，这说明在矿床的形成阶段黄铜矿含量非常低。

（2）钴矿物的富集问题。在含矿页岩中，铜和钴的富集区在横向上具有相关性，在铜矿富集区域，钴的矿化一般较强，Ⅰ号矿体中w（Co）平均值0．24%，Ⅱ号矿体中w（Co）的平均值0．13%，均达到工业矿体指标（w（Co）＝0．1%）的要求；在Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体以外，没有单独的钴矿体存在，Co元素与Cu元素具有良好的线性相关关系［11－12］，所以DIMMA矿区的铜钴矿化具有紧密的时间、空间的联系，矿物来源具有同源性。需要注意的是在F1断层的上盘存在一层钴高、铜低的钴矿体，其成因与本区的主要矿体差异较大，目前尚没有很好的解释，笔者认为可能是F1断层上下盘的地质体在形成的过程中沉积环境相差较大，空间距离远，受低角度远距离逆冲推覆作用而叠置在一起。

DIMMA矿区目前还存在很多需要研究解决的问题，比如在不整合接触部位、矿体的顶底板部位、RSC层内存在着大小不等的溶蚀裂隙（这点是笔者根据施工钻孔的情况进行的推测），纵向长度0．5～16m，横向长度尚不清楚，但在相邻钻孔（网度100 m×100m）所发现的裂隙之间不具有很好的空间连接，如何解释这种溶蚀裂隙的成因对于矿床地质研究、矿体的圈定及后期矿山开采都具有重要意义；再如在CMN层中存在白云岩与未固结的砂岩交互的 情况，砂岩厚度最大可达140m，笔者在断裂构造一节中提出了“软沉积”的论述，这种解释并不十分完善，值得进一步的研究讨论。

5 结论

DIMMA铜钴矿体可以分成3个不同的类型：层状、脉状和浸染状。主要矿体赋存在罗安群矿山组（R2）中。其演化史是一个漫长而多期次的过程，早期矿化阶段是在卢菲利造山运动发生前的成岩作用中，在富含金属卤水的环境下形成重要的层状硫化物铜钴矿化，出现辉铜矿、硫铜钴矿和蓝铜矿等的富集［13］，成矿作用开始于沉积成岩的过程中，并形成重要的铜钴矿化层。卢菲利造山运动的晚期，深大断裂切割了早期的矿（化）层，富含铜、钴的流体沿着断层和裂隙贯入［14］，使得成岩期形成的铜钴矿物伴随着流体的循环而活化、迁移，在有利部位再次富集，完成了铜钴矿床的再次富集和叠加成矿过程，该期是铜钴矿床形成的重要时期。表生的淋滤作用导致氧化矿的富集，形成次生的氧化矿物、碳酸盐矿物和硅酸盐矿物。DIMMA铜钴矿床类型为沉积－叠加改造－次生富集型层状铜钴矿床。

注释：

① 阿尔芒·弗朗索瓦．刚果（金）铜钴矿带西部地区地质研究．北京奥盛蒂投资咨询有限公司（编译），2006．

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