赞比亚铜矿床类型及地质特征

张道俊，冷莹莹

(中国冶金地质总局山东正元勘查院，山东济南 250000)

1 概况

赞比亚－刚果(金)铜成矿带是世界著名铜成矿带之一，位于赞比亚境内的铜矿石资源储量约16亿吨，伴生钴金属近100万吨(Watts et al.，1991)。该成矿带上发现了很多世界级砂页岩型铜矿床，如恩昌加(Nchanga)、穆富里纳(Muflira)等，其铜矿资源仅次于南美洲安底斯山脉(智利、秘鲁、阿根廷)和北美洲美国西南部－墨西哥两个铜矿带，位居第三，其伴生钴资源量则居世界第一(周应华等，2010)。

从北向南，卢弗里安弧可分为外褶皱带(铜带或卡弗背斜)、穹顶区域、复向斜带、上加丹加(Kantaga)岩层;赞比亚－刚国(金)铜成矿带位于卢弗里安(Lufulian)构造弧的外褶皱带(李向前等，2010)，其内侧穹顶区域自20世纪50年代以来，相继发现了卢姆瓦娜(Lumwana)、东巴山(Dumbwa hill)等铜矿床(点)，属层控型铜矿。穹顶区域内侧为复向斜带，其典型矿床为康桑西(Kansanshi)，属变质改造型铜矿。在复向斜带内侧，为上加丹加(Kantaga)岩层，其典型矿床为卡隆瓜(Kalengwa)，在晚期硅质脉体内具铜矿化，属热液型铜矿。

2 区域地质

赞比亚位于非洲板块的中南部，四周被刚果(Congo)、班格韦鲁(Bangwulu)、坦桑尼亚(Tanzania)、津巴布韦(Zimbabwe)、卡普瓦尔(Kaapvaal)克拉通所包围，这些地块之间的相互作用和演化控制着赞比亚的地质演化，在稳定的克拉通之间形成了规模巨大的活动带，活动带内岩浆活动复杂多样，形成了赞比亚丰富的矿产和能源资源(引自《全球矿产资源信息系统数据库建设》之八)(图1)。

赞比亚境内地质构造带可划分为卢弗里安弧(Lufilian)、伊鲁米德带(Irumide)和莫桑比克带(Mozambique)。

2.1 卢弗里安弧(Lufilian)

卢弗里安弧控制赞比亚－刚果(金)铜矿带的分布，该构造带在晚寒武世受南北向的挤压形成了近东西向的复式褶皱构造(图2)。由于西北侧刚果(Congo)克拉通地块和东北侧的班格韦鲁(Bangwulu)地块的影响，该构造带呈弧形弯曲，致使褶皱呈弓形向两个地块的前沿间弯曲，褶皱的岩层主要由加丹加群组成，基底古地形特征控制岩层分布的空间位置。卢弗里安弧由北向南，自外侧向内可分为外褶皱带(铜带或卡弗背斜)、穹顶区域、复向斜带、上加丹加(Kantaga)岩层。赞比亚铜带省的卡弗背斜和西北省的穹窿代表了卢弗里安运动产生的主要构造型式。

图1 中南部非洲地质克拉通分布图(引自《全球矿产资源信息系统数据库建设之八》修编)Fig.1 Major cratons and fold belts in central and southern Africa(modified from The Eighth Global Mineral Resource Information System Database)

2.1.1 地层

弧内地层主要由基岩超群、莫瓦(Muva)超群、加丹加超群(Katanga)和卡拉哈里(Kalahari)组及第四纪冲积物构成。各超群及群内各岩石地层之间均为不整合接触。区内出露的地层特征见表1。

2.1.2 构造

在850～750Ma前，区域范围内的卢弗里安(Lufilian)构造运动，使得包括基岩超群在内的地层发生了强烈的褶皱作用，在加丹加超群下罗安组下部发生了滑脱构造，基岩超群、莫瓦超群强烈隆升形成了褶皱和穹窿，岩石变形以韧性变形为主;在后期的泛非洲构造运动(690～450Ma，相当于晚加里东构造运动)，近地表的地层发生了宽缓褶皱，深部地层也发生了不同程度的褶曲，叠加了晚期的褶皱。构造以褶皱和穹窿构造为主，褶皱构造至少有三期，最早期是以韧性为主导变形机制的无根钩状、肠状，顶厚不协调褶皱，较早期是卢弗里安(Lufilian)构造运动形成的穹窿构造，较晚期是规模较大、宽缓的等厚褶皱，层间褶皱则较发育。

褶皱以铜带省的卡弗(Kafue)背斜为代表，它把出露在其东北翼的深槽状穆富里纳(Muflira)向斜和出露在其西南翼的浅槽状罗安(Roan)、恩卡纳(Nkana)－谦比西(Chanbishi)向斜盆地分隔开来。西南翼的构造盆地呈雁列状展布，这些向斜(盆地)一般均为不对称形。北东翼为陡倾斜，时有倒转，常有复合拖曳褶皱出现;受地壳应力的作用，常造成紧闭束状翻卷褶曲，有时甚至连基底岩层也卷入其中，倒转、等斜褶皱随处可见。

穹窿区主要分布在西北省，包括Luswishi、Solwezi、Mwombehzi、Kabompo 4 个穹窿，穹窿的内核是基底杂岩和莫瓦超群地层，四周被加丹加超群地层依次环绕。

图2 赞比亚地质构造略图(引自《全球矿产资源信息系统数据库建设之八》修编)Fig.2 Simplified geological map of Zambia(modified from The Eighth Global Mineral Resource Information System Database)

表1 卢弗里安弧地层序列一览表Table 1 Stratigraphical column for the Lufilian strata

区内断裂构造至少有三期，最早期为韧性为主导变形机制的韧性剪切带，较早期是近东西和北东向的断裂，较晚期是北西－南东向的断裂，该期切割较早期断裂。其它断裂均为层间滑动断裂，对岩层无明显的错动。

2.1.3 岩浆岩

主要有花岗岩和辉长岩，花岗岩主要分布在背斜和穹窿内，其时代晚于莫瓦系岩层。辉长岩呈岩床产出，主要发育在上罗安 (Roan)组等岩层和下孔德龙古(Kundelungu)组岩层中，在接触带可见冷凝边和较窄的变质带。主要变质矿物有透闪石、阳起石及不纯白云石等。此外，在围岩中可见平行层面的重力层现象，表明岩体是在卢弗里安运动前侵入的，辉石一般蚀变为角闪石，并常伴有方柱石。另外局部地区可见煌斑岩脉切穿岩层的现象。

2.1.4 变质作用

组成卡弗(Kafue)等背斜的加丹加(Katanga)群岩层，具有区域浅变质特点。不同区域的变质程度各不相同，东部为浅变质绿片岩相，南部为中－浅变质绿帘石－角闪岩相。基底杂岩遭受退变质作用。蓝晶石、方柱石矿物少见，粘土质岩石中白云母和绢云母矿物发育。

2.2 伊鲁米德带(Irumide)

图3 赞比亚地质矿产图(修编)Fig.3 Map showing geology and mineral resources in Zambia

伊鲁米德(Irumide)带从博茨瓦纳(Botswana)延伸到马拉维(Malawi)北部边界，全长约900km，形成了一套很明显的北东－南西向地层单元和变形组构。赞比亚东部和南部基底杂岩和姆瓦(Muva)超群地层被大范围地折叠和剪切。该带南部有紫苏花岗岩侵入，带内大部分岩石的变质程度都属于角闪岩相。

2.3 莫桑比克带(Mozambique)

位于赞比亚东南部，由许多收敛性剪切构造组成。带内的岩石主要为基底杂岩和姆瓦(Muva)超群。

3 铜矿床类型

赞比亚矿产以铜为主，钴常与铜伴生，占较重要的地位，金、铀、宝石等资源有较好的找矿前景。铜矿床主要分布在卢弗里安(Lufulian)弧，金矿等资源主要分布在伊鲁米德(Irumide)带和莫桑比克(Mozambique)带。

铜矿床有四种类型:层控型铜矿、沉积型铜矿、变质改造型铜矿及热液型铜矿(李向前等，2009)。

赞比亚铜带主要位于卢弗里安(Lufulian)弧外褶皱带－卡弗(Kafue)背斜(赞比亚境内)，其主要典型矿床为恩昌加(Nchanga)、谦比希(Chambishi)、恩卡纳(Nkana)、穆富里纳(Mufulira)等。穹窿带典型矿床以Mwombezhi穹窿的卢姆瓦娜(Lumwana)矿床为代表(图3)。

据《1991年赞比亚矿产勘查机会评估》资料，对赞比亚大中型铜矿资源量进行统计(Watts et al.，1991)，各铜矿床类型铜矿资源量及所占比例见表2。

赞比亚主要成矿类型为沉积型铜矿，其资源量占赞比亚铜总资源量的79%;层控型、变质改造型和热液型铜矿资源量占赞比亚铜总资源量的21%。

3.1 层控型铜矿

位于背斜和穹窿构造的核部边缘，含矿岩系为莫瓦(Muva)超群的黑云石英片岩、二云石英片岩。矿石矿物为黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉铜矿，多呈条带状、透镜状、无根不协调褶皱状等形态，平行于黑云母片岩的片理展布，含矿层上部岩层为石英岩，下部岩层为大理岩或硅质大理岩。该类型铜矿是最早期成矿作用形成的，Solwezi穹窿的东巴山(Donbwa Hill)矿点、Mwombizhi穹窿的卢姆瓦纳(Lumwana)铜矿床都属于该种类型。

表2 赞比亚铜矿床类型铜矿资源量一览表Table 2 Copper ore resources of different types of copper deposits in Zambia

卢姆瓦娜(Lumwana)铜矿床主要的铜矿化受石英云母片岩控制，以粗粒黄铜矿－斑铜矿－磁黄铁矿的形式出现，在氧化带和过渡带伴生有辉铜矿和其它次生铜矿物。该矿床矿石资源量74900万t，铜金属资源量629万t，铜品位0.84%;另外该矿体含铀4000t(含量为0.65%的238U矿56万t)(Watts et al.，1991)。

层控型矿床与沉积型矿床相比，品位较低(铜品位一般0.8% ～1%)，但它们具有埋藏浅、层控不间断性和冶金工艺简单等特征，便于露天开采。

3.2 沉积型铜矿

主要分布在卡弗(Kafue)背斜的外缘周围，含矿岩系主要是加丹加(Katanga)超群下罗安(Roan)组的含矿砂页岩建造，含矿建造可分为上盘石英岩、含矿砂页岩及下盘砾岩建造(杜菊民等，2010);其中含矿砂页岩中，铜矿物富集地段即为铜矿体(铜品位一般2% ～3%)。

上部石英岩建造:由长石石英岩、长石砂岩、粉砂质泥岩构成，厚度4～6m。

含矿砂页岩建造:由砂岩、页岩和细粒黑云母、石英质泥板岩组成，由于岩石中含有白云石的含量不同而具有明显的条带状，厚度一般20～30m，局部厚度变化较大;大部分地区其上部为3～6m的长石砂岩，伴有白云石、硬石膏、石英、硫化物等，局部具交错层理。

主要铜矿物为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿及常见的硫钴铜矿，多呈星散状、浸染状、斑杂状、团块状等分布在含矿页岩、砂岩中。地表氧化带矿体铜矿物为水胆石、孔雀石、蓝铜矿。矿体呈层状、透镜状、板块状分布。因处于背斜构造周边地带，矿层拖拽褶皱较发育，遭受了低级区域变质作用。

下盘砾岩建造由粗粒含卵石和少量粗粒长石砂岩、花岗岩及片岩的岩屑组成，厚度1～10m。该层在成分和厚度上均有较大差异，因其独特的矿物成分成为良好的标志层(赵兴国，2010)。

沉积型铜矿是赞比亚的主要成矿类型，铜带省的大部分矿床属于此类型。其典型代表为恩昌加(Nchanga)矿床，铜钴矿石储量5356.3万t，铜金属量200万t、钴金属量3.59万t，铜品位3.73%，钴品位 0.45%((Watts et al，1991)。

成岩成矿是同时发生的，成岩作用使矿化元素活化迁移，对成矿元素的迁移起着重要作用;其形成的古地理环境为:由于海底厌氧生物产生必要的硫，金属硫化物随着浓度的变化而沉积下来。河流中携带的呈溶解状态或悬浮的粘土颗粒上的金属元素，流入加丹加海。重的金属碎屑及少量呈溶解状态的金属硫化物首先沉淀下来，而后是含量较高的钴硫化物及铁硫化物沉淀下来。

与上述矿物分带相对应，在垂向上分带很明显。在垂直矿层的方向上，底部为斑铜矿带，向上为斑铜矿、黄铜矿混合带，再向上以黄铜矿为主的矿化带，有些矿床可能含有部分硫钴矿。矿石矿物多为浸染状，粒度与脉石矿物相似，脉状和细脉状富矿脉少见。

同生沉积作用生成的成矿元素原始分布状态，在经受后来的褶皱作用及区域变质作用，会发生很大的变化。

3.3 变质改造型铜矿

自姆瓦(Muva)超群到孔德龙古(Kundelungu)组均有分布，以含黄铜矿、黝铜矿等铜硫化物方解石石英脉的形式产出，显著穿切原有片理，可见到透镜状黄铜矿集合体;该类型矿床与其它类型矿床相叠加时，可形成富矿段(闫艳玲等，2011)。

代表性矿床有Solwezi穹隆北侧的康桑西(Kansanshi)矿床。康桑西(Kansanshi)矿床矿石资源量2.67亿t，铜品位为1.28%、金品位为0.16g/t，铜金属量为 340万 t，金属量 42.72吨(Assessment of Mineral Exploration Opportunities in Zambia，1991)。

3.4 热液型铜矿

充填在加丹加超群及其更老的地层中，以含黄铜矿、黄铁矿石英脉的形式产出。代表性矿床有卡森帕(Kasempa)－姆丰贝(Mufumbwe)地区的卡隆瓜(Kalengwa)矿床。该类型矿化及变质热液与岩浆活动相关(孙燕等，2012)。

4 铜矿床控矿层位

各类型铜矿床总体受卢弗里安(Luflian)弧控制，层控型铜矿主要分布在穹窿核部边缘，含矿岩系为莫瓦(Muva)超群的黑云母片岩、二云石英片岩;沉积型铜矿主要分布在背斜或穹窿外缘周围，含矿岩系主要是加丹加(Katanga)超群下部的砂页岩层。

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