坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展

何胜飞，孙凯，王杰，任军平，刘晓阳

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展

何胜飞，孙凯，王杰，任军平，刘晓阳

（天津地质矿产研究所，天津 300170）

通过对卡邦加铜镍硫化物矿床近年来研究成果的初步总结，系统分析整理了矿床的地质特征，如矿体分布形态、矿石特征和矿体地球化学特征等。作者认为卡邦加铜镍硫化物矿床是超基性岩体侵入基巴拉带（卡拉圭-安科连）变质沉积岩内形成的贯入式岩浆融离型矿床。其矿体位于超基性岩底部，并与变质沉积岩一同经历后期的碰撞造山作用。矿体中的S主要来源于上地壳变质沉积岩。

卡邦加（Kabanga）；铜镍硫化物；基性-超基性；坦桑尼亚

卡邦加（Kabanga）铜镍硫化物矿床位于坦桑尼亚西北部卡格拉（Kagera）区鲁伦格（Rulenge）镇西南30 km处。该矿床由联合国发展署（UNDP）下的多国联合工作组于1976年发现，施工钻探约20 000 m[1，2]。1991-1995年必和必拓（BHP）公司和萨顿（Sutton）资源公司对卡格拉地区卡邦加镍矿开展了地质勘探工作，主要有地质填图、钻探和地球物理调查，施工钻探约42 000m。卡邦加镍矿资源量有2100万吨，Ni品位为1.66%、Cu品位0.23%、Co品位0.14%。其中Ni品位达2.1%（品位下限1.2%）、Co品位0.16%的矿石量约1270万吨[3～5]。

1 区域地质背景

卡邦加铜镍硫化物矿床大地构造位置位于坦桑尼亚克拉通、刚果克拉通和班韦卢地块之间的中元古代卡拉圭-安科连（Karagwe-Ankolean）构造层内（1.6～1.28 Ga，图1）[6，7]。

1.1 地层

区域上，本区地层主要为卡拉圭-安科连群，系中元古代基巴拉造山带的一部分（坦桑尼亚部分）。卡拉圭-安科连构造层属基巴拉变质沉积岩，主要为变质砂质碎屑岩和变质泥岩，含少量硬砂岩和碳酸盐岩[6-7]。

卡拉圭-安科连构造层具有典型的序列为砾岩、砂岩、砂质碎屑岩和泥岩的沉积旋回，一些杏仁状基性岩赋存于砂质碎屑岩和页岩中[6,8～10]。泥岩中含部分薄层状粉砂岩和相当数量的铁硫化物和石墨透镜体。

1.2 构造

区域地球物理调查表明，区域内主要构造的走向为NE-SW。Rumvergeri（1991）认为卡拉圭-安科连构造区东部是与超基性岩有关的走向NE-SW向NNE-WSW转化的叠瓦状推覆体和褶皱[11]。卡拉圭-安科连构造区重复出现的地层被认为与区域内的推覆构造带相关[7]。

Grey（1967）和Klerkx等（1987）认为卡拉圭-安科连构造层沉积物与地壳增厚时期有关的陆内拉张盆地沉积有关。其固结成岩后，又经受了与基性-超基性岩浆有关的后碰撞造山作用[7]。

1.3 岩浆岩

基性-超基性岩：卡邦加-穆松盖蒂（Kabanga-Musongati）基性-超基性岩体总体上呈北东向串珠状断续分布。卡邦加矿区基性-超基性岩杂乱分布，难以区分；表现为西部主要为橄榄岩，东部主要为辉长岩，表明东部受侵蚀较少。超基性岩主要有橄榄岩、辉石橄榄岩和黑色辉长苏长岩。地球物理数据表明，侵入体呈带状隐伏于盖层之下。Tack等（1994）在穆松盖蒂侵入体获得的单颗粒锆石U-Pb年

龄为1275±11 Ma[10]。

图1 卡邦加矿区区域地质图（据D.M.Evans等，2000）Fig.1 The regional geological map of the Kabanga（after D.M.Evans et.al，2000）

与超基性岩相比，同造山期、晚造山期和后造山期的花岗质岩类分布区更广。早期花岗质岩石如布书必（Bushubi）岩基，全岩Rb-Sr年龄1324±23 Ma。其中大部分花岗岩类是未成层状（叶片状）的后造山期花岗岩，其形成年龄晚于主褶皱期，例如，马勒巴（Maleba）和穆马克拉（Mumakera）花岗岩全岩Rb-Sr年龄分别为1006±44 Ma和1088±59 Ma[12]。

1.4 变质作用

石英岩、白云母-红柱石片岩、黑云母-十字石片岩和二云片岩为常见变质岩，这些岩石中红柱石常见，十字石多见于富黑云母岩石中，铁铝榴石常见于十字石-红柱石云母片岩。十字石-红柱石-铁铝榴石属典型的高温低压矿物，由此可知卡邦加地区变质相主要为角闪岩相[13]。

卡拉圭-安科连构造层沉积物变质变形主要发生在1.3 Ga中元古代基巴拉变质变形期[11，12,14-17]。花岗岩侵入到卡拉圭-安科连构造层内，沉积物受热接触变质作用，在接触带形成Sn矿化。超基性岩中橄榄石内部很好的保留了次要的岩浆后期变质作用和内部的各种结构[13]。

2 矿体地质特征

2.1 矿体地质特征

2.1.1 矿体特征

卡邦加矿区地层主要由变沉积岩和超基性侵入体构成。层序为云母片岩和细密纹理状变泥岩覆盖于粗粒石英岩之上。超基性岩体侵入变沉积岩内

（图1、2、3），贯穿云母片岩，与石英岩接触。

卡邦加矿区卡邦加岩体和卡邦加北岩体是两个较大的超基性岩体，分别产有经济意义的铜镍硫化物矿体[7]：卡邦加主矿体和卡邦加北矿体。矿体位于超基性岩体的底部，上覆粗粒橄榄岩、橄榄岩、辉长苏长岩、云母片岩。

（1）卡邦加主矿体的母岩体是矿区内最大的超基性岩体（全岩MgO含量＞13%，Fo75－Fo85），长约1500 m，宽200～400 m，向北约15°倾伏。卡邦加超基性岩体西部是变沉积岩围岩，其接触边界明显。云母片岩和石英岩倾向西，与区域上地层倾向相反，表明在矿区内地层是倒置的，为倒转褶皱引起[7,18]。矿体位于超基性岩体底部，其上部分别是层状分布的粗粒橄榄岩、细粒橄榄岩和辉长苏长岩。超基性岩体边缘分布有厚约数米，已经蚀变的细粒辉长岩，部分细粒辉长岩有冷凝边[18]。

橄榄岩主要由≥70%的蛇纹石化橄榄石、≤20%的斜方辉石，和5%的他形黑云母和其他外来岩石包体组成。一些橄榄石颗粒含有沉积岩围岩的包体，表明早期形成的硅酸质岩浆混入了围岩。在蛇纹石化橄榄石颗粒间隙内分布有浸染状硫化物。

橄榄岩岩体的组分和构造发生了变化。斜方辉石颗粒增大了2倍至6 mm，橄榄石颗粒变小至0.5 mm。斜方辉石颗粒含量增加了20%，相应的橄榄石颗粒含量减少了20%。橄榄岩具嵌晶构造，橄榄石部分被斜方辉石部分包围。一些样品中，橄榄石全部或部分被硫化物包围。在橄榄岩中可见不同类型的镍矿化[18]。

（2）卡邦加北矿体呈豆荚状，最宽约100 m，长350 m。图2显示超基性岩位于云母片岩东部，地层总体走向NE-NNE，倾向NW-NNW，倾角70°。超基性岩体主要由橄榄石和辉石组成。80%的橄榄石大小约0.2～0.7 mm，骸晶状橄榄石与0.4～0.8mm的斜方辉石有关。长石（约10%）围绕橄榄石，但不是很普遍。多数橄榄石和相关的矿物已经强烈蛇纹石化、绿泥石化。辉石岩80%以上由斜方辉石构成，主要有间粒状结构和包围结构，大小约0.25～＞1 mm；部分斜方辉石颗粒＞1 mm；浸染状硫化物约占10%；超基性岩中的围岩包裹体（含硅酸盐岩浆和围岩混合物）约占5%[18]。

镍硫化物主要产于侵入体西部边缘部分，与围岩有明显的界限[7,13]。

当物料为横观各向同性材料（秸秆类与木质类生物质原料）时，可以认为模孔内物料在同一截面内任意方向上具有相同力学特性，因此 Ey=Ez，νxy=νxz，νyx=νzx，由于弹性模量与泊松比之间存在如下关系：

2.1.2 矿石特征

矿石构造主要有块状、半块状构造、网状、浸染状等。矿石结构主要有堆晶结构、交代结构和出溶结构。矿石为中-粗粒结构，部分矿物呈自形晶。

2.2 矿化类型

卡邦加主矿体和北矿体均可见磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、镍黄铁矿和磁铁矿，砷黄铁矿和红砷黄铁矿含量较少，成矿组合为磁黄铁矿-磁铁矿-黄铜矿-黄铁矿[7]。

卡邦加矿体类型主要有：1）接触变质带内的块状硫化物矿体；2）与侵入体中心区域层状硅酸盐相关的浸染状和脉状矿体；3）发育于变质泥岩中的脉岩型矿体。

图2 卡邦加北矿体11600线剖面图（a）和平面图（b）（据D.M.Evans等，2000，有修改）Fig.2 The cross section and plan views of the Kabanga northern deposit on line 11600（after D.M. Evans et al，2000，modified）

接触变质矿化带最后延伸至变质沉积岩内150 m。接触变质带内的块状硫化物（80%～100%的硫化物和氧化矿）粗粒-巨粒结构，镍品位2.4%～2.8%；半块状镍硫化物中占硫化物和氧化矿总量的40%～

80%。

在侵入体内部，网格状矿化约2～15 m厚。矿化范围在基性-超基性岩体西部边缘处到接触带矿化类型之间，并与接触带矿化类型有明显的接触。网状硫化物中镍品位0.7%～1.1%（10%～40%的硫化物和氧化矿）。

2.3 蚀变特征

橄榄石及其相关的矿物发生强烈的蛇纹石化、绿泥石化。部分硫化物中可见次变边结构，可能是这些硫化物经受了晚-同造山期Bushubi花岗岩类事件中的热和流体作用的结果[18]。

2.4 地球化学特征

（1）在卡邦加主矿体和北矿体中，磁黄铁矿/镍黄铁矿比值和镍品位从矿体中心向超基性岩体逐渐降低（图4A）。这表明，矿体中的镍不仅仅来源于镍矿黄铁，也来源于其它硫化物（镍钴矿？）[18]。

卡邦加主矿体周边的小型矿体中磁黄铁矿/镍黄铁矿比值显示往矿体中心的比值逐渐降低，远离中心逐渐增高；同时，在卡邦加北矿体，磁黄铁矿/镍黄铁矿比值的增加或减少与矿体中的镍品位高低成正相关。卡邦加北矿体的中心这一比值约为25，而远离矿体中心比值超过60。卡邦加北矿体中黄铜矿有相似的特点。钻孔岩芯中的磁铁矿和铬铁矿分析表明靠近矿体上部的品位较高，在其他部位变化不大，近似于常数[18]（图4B）。

卡邦加北矿体镍品位比卡邦加主矿体高。两者可从橄榄岩和辉岩含量区分，但是后者镍硫化物含量较低（橄榄岩中镍含量5000×10-6，辉岩中镍含量可大于20 000×10-6）。这表明，卡邦加北矿体可能因硅化带而相对富集硫化物[18]。

（2）当硫化物从不同的地幔岩浆中结晶分离出来，S/Se比值接近地幔岩浆中的比值（S/Se值3000～4000）[19]。在含水的环境当中，Se与S分离。因此，沉积岩中的硫化物通常强烈亏损Se[20]。S/Se比值变化较大。在品位较高的块状硫化物中，S/Se比值在岩浆岩正常范围内；在围岩中缺乏磁黄铁矿区域的岩石中S/Se比值平均值达100 000，品位较低的硫化物中，S/Se比值接近此值。可能是矿体中大量混入围岩中的S的缘故[13]。

（3）Evans（1999）[13]等对卡邦加矿区不同类型的镍矿化矿石中铂族元素进行了分析，发现在块状和网状、浸染状矿石中均不同程度的亏损铂族元素。发育于层间的块状硫化物中铂族元素强烈亏损。

（4）Macheyeki（2011）[18]通过对各种不同岩性地层的岩石地球化学向量（元素含量比值）进行综合研究，认为Pd/V×1000，[（Pd/V）/（Cu/Cr）]×100和（Ni/Cr）×（Cu/V）×1000等三个向量，尤其是后两个向量可以用来指示寻找相似类型的铜镍硫化物矿床。

3 成矿时代

图3 卡邦加主矿体101100线剖面图（a）和平面图（b）（据D.M.Evans等，2000;有修改）Fig.3 The coss section and plan views of the Kabanga main deposit on line 101100（after D.M. Evans et al，2000，modified）

卡邦加矿区内的卡拉圭-安科连地层倾向与基巴拉带总体倾向相反，地层倒置，为倒转褶皱（碰撞

造山期）。从局部看卡邦加铜镍硫化物矿床两个矿区的超基性含矿岩体侵入基巴拉带变质沉积岩（1800～1330 Ma）中，但其总体延伸方向与基巴拉带一致。在卡邦加南部，与卡邦加超基性岩类似的布隆迪穆松盖蒂（Musongati）侵入体获得的单颗粒锆石U-Pb年龄为1275±11 Ma；在距Gitega-Makebuko-Bukirasazi侵入岩地区的A型花岗岩测得锆石U-Pb年龄1249±8 Ma[10,21]。Maier（2010）[22]对卡邦加北矿体（钻孔KN9566，219.5～220.5 m）的辉长苏长岩样品做了Nd同位素分析，辉长苏长岩形成年龄约1400 Ma（εNd-8.3）；结合矿体中硫、氧同位素证据，认为其混入了地壳物质。以上证据表明卡邦加铜镍硫化物矿床形成时代应晚于基巴拉带沉积岩固结成岩年龄（2050 Ma～1330 Ma）[10]，早于其碰撞造山期（后造山期花岗岩，1088±59 Ma）[12]。

4 矿床成因

4.1 硫同位素

研究表明，大多数玄武质岩浆（MORB除外）在形成之初离开上地幔时硫都是不饱和的[23～26]。卡邦加矿体中变沉积岩的δ34S范围区间为7‰～24‰，火成岩中的δ34S范围区间为8‰～24‰，具有高度一致，这证明火成岩中的S可能来自变沉积岩[22]。

4.2 氧同位素

卡邦加矿体斜方辉橄岩中的橄榄石和辉石δ18O范围分为5.1‰～6.6‰、5.2‰～6.5‰，主要位于上地幔岩浆的δ18O范围内，表明仅混入了极少量的地壳物质；而辉长苏长岩和辉石岩中的辉石、斜长石和全岩的δ18O范围主要在6‰～8‰之间，显示其混入了大量的地壳物质。矿体围岩的全岩δ18O范围主要在8.9‰～12.6‰之间，表明其主要为变质泥岩[22]。

4.3 矿体成因

Evans等（1999）[13]通过对卡邦加镍矿钻孔不同岩性样品中Co/Ni、Cu/Ni、Pt/Ni（MgO=16%）、Ni/S、（S/ Se）/Ni等元素比值点位图综合分析，认为卡邦加铜镍硫化物矿床与Bushveld复合岩体[27]、金川镍矿[28]、Sudbury[29]、Thompson[30]，Talnakh[31]等大型-超大型镍硫化物矿床的成因是相似的。

卡邦加基性-超基性侵入体是高镁质玄武质岩浆（MgO含量12%～15%），沿岩浆通道上涌并上覆在辉长岩岩墙上。火山岩受变质沉积岩控制，呈层状赋存于围岩（未褶皱的卡拉圭-安科连陆内沉积盆地沉积岩）中。铬铁矿和橄榄石最早从高镁玄武质岩浆中结晶分离并堆积起来。橄榄石强烈亏损Ni,暗示其结晶于一个硫过饱和的岩浆。较高水平的不相容微量元素和高La/Sm比值表明高镁质玄武岩浆可能混入了上地壳成分（卡拉圭-安科连地层沉积岩）中的S，导致了硫过饱和，在岩浆通道中引起不混溶的硫化物最终结晶分离形成了卡邦加镍硫化物矿床，并覆盖在辉长岩岩墙上[7]。

5 结论与问题

（1）卡邦加铜镍硫化物矿床是高镁质的玄武质地幔岩浆侵入上地壳基巴拉变沉积岩形成的贯入式岩浆融离型矿床。

（2）卡邦加铜镍硫化物中的硫来源于上地壳的卡拉圭-安科连地层沉积岩。

（3）Pd/V×1000，[（Pd/V）/（Cu/Cr）]×100和（Ni/Cr）×（Cu/V）×1000等三个球化学向量，尤其是后两个向量可以用来指示寻找相似类型的铜镍硫化物矿床。

图4 A卡邦加主矿体与超基性岩体磁黄铁矿/镍黄铁矿比值变化图（据Macheyeki,A.S.，2011）图4 B卡邦加北矿体与超基性岩体元素比值变化图（Po/ Pn:磁黄铁矿/镍黄铁矿）（据Macheyeki,A.S.，2011）Fig.4A Variation patterns of pyrrhotite/pentlandite（Po/Pn）ratio in ores located next to the ultramafic bodies for Kabanga Main deposit.（after Macheyeki,A. S.，2011）Fig.4B Variation patterns of chalcopyrite（Cpy）,magnetite or chromite and pyrrhotite/pentlandite ratio associated in Kabanga North deposit（Macheyeki,A.S.，2011）

（4）卡邦加镍硫化物矿床的成矿年龄介于基巴拉带固结成岩晚期（1330Ma）与基巴拉后造山带时代（1088±59 Ma）之间，但未能获得其准确年龄。

（5）与其他相似类型的铜镍硫化物矿体相比，卡邦加铜镍硫化物矿床亏损Pt、Pd，其原因有待进一步研究。

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New Progress on the Kabanga Cu-Ni Sulphide Deposits Research,Northwestern Tanzania

HE Sheng-fei,SUN Ka,Wang Jie,REN Jun-ping,LIU Xiao-yang
(Tianjin Centre of China Geological survey,Tianjin 300170,China)

The authors summarized previous research results of the Kabanga Ni-Cu sulphide deposits in northwestern part of Tanzania.They analyze its geological characteristic,including the orebody shape,ore characteristics and geochemical characteristics，and suggest that the kabanga Ni-Cu sulphide deposit is a type of intrused-Magmatic segregation deposit.The high MgO mafic-ultramafic magma intruded the metasedimentary rocks of the Kibaran Melt(Karagwe-Ankolean)along conduits and emplaced in the lowest of mafic-ultramafic intrusions and then the deposits folded with the sedimentary rocks of the Kibaran Melt.The S of the kabanga Ni sulphide deposits might be caused from the upper crustal material-the metasedimentary rocks of Karagwe-Ankolean.

Kabanga;Ni-Cu Sulphide;mafic-ultramafic;Tanzania;deposit genesis;geochemical characteristic

P618.41；P618.63

A

1672－4135（2013）04－0006-07

2013-12-19

国家地质科研项目：非洲中南部重要矿床地质背景、成矿作用和找矿潜力研究（1212011220910）

何胜飞（1977-），男，工程师，2007年毕业于桂林工学院资源与环境工程系构造地质学专业，从事地质矿床勘查与研究工作，Email:hesan496112@163.com。