坦桑尼亚苏库玛兰德绿岩带金矿地质特征及找矿思路

姜高珍，李以科，王安建，周朝宪，杨 彪

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083)



坦桑尼亚苏库玛兰德绿岩带金矿地质特征及找矿思路

姜高珍1，2，李以科1，王安建1，周朝宪2，杨 彪2

(1. 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083)

东非维多利亚湖绿岩带区是非洲大陆第三大产金区，其南部的Sukumaland绿岩带具有优越的金成矿地质条件和巨大的金成矿潜力，发育Geita、Bulyanhulu等一系列世界级金矿床。该地区金矿工业类型以绿岩带石英脉型和BIF型为主，成矿受构造、岩浆岩与地层等条件的严格控制。本文以Sukumaland绿岩带南部的Kahama地区为实验区，在理清区域金矿成矿规律和控矿要素的基础上，通过GIS加权叠加的方法利用有限的地质、航磁和遥感数据划分了金成矿有利度。

坦桑尼亚 苏库玛兰德绿岩带 BIF型金矿 OLI 成矿有利度

Jiang Gao-zhen, Li Yi-ke, Wang An-jian, Zhou Chao-xian, Yang Biao. Geological characteristics and prospecting methods for gold deposits in the Sukumaland greenstone belt of Tanzania[J]. Geology and Exploration, 2015， 51(6)：1193-1200.

1 引言

位于坦桑尼亚西北部、肯尼亚东南部的维多利亚湖(Lake Victoria)绿岩带是世界典型的绿岩带之一，其地质特征可与非洲南部的津巴布韦(Zimbabwe)、卡普瓦尔(Kaapvaal)、西澳的伊尔岗(Yilgarn)、北美的苏必利尔(Superior)等著名绿岩带地区相类比。该绿岩带富含金矿资源，发育有盖塔(Geita)、布里杨胡鲁(Bulyanhulu)、北马拉(North Mara)等一系列大型超大型金矿床。近几年国际矿业公司对维多利亚湖绿岩带地区的金矿勘查开发活动掀起了热潮，这使得本区成为非洲大陆继南非威特沃特斯兰德(Witwatersrand)金矿田和加纳塔夸(Tarkwa)金矿田之后的第三大产金区。

坦桑尼亚共和国境内的维多利亚湖绿岩带可划分为苏库玛兰德(Sukumaland)、欣延加-玛丽塔(Shinyanga-Malita)、穆索马-马拉(Musoma-Mara)、恩泽加(Nzega)、乞力马费扎(Kilimafedha)、伊兰巴-赛肯克(Iramba-Sekenke)等小型绿岩区带(Kuehnetal., 1990;任军平等, 2013)。其中以南部的苏库玛兰德(Sukumaland)区带规模最大，金矿资源也最为富集(图1a)。本文以苏库玛兰德绿岩带南部的卡哈玛(Kahama)地区为例，通过分析处理区域地质资料及有限的物探、遥感数据，对该地区金矿找矿方法进行尝试，以期对维多利亚湖绿岩带区的海外资源勘查工作有所指导借鉴。

2 苏库玛兰德绿岩带区域地质特征

苏库玛兰德绿岩带区位于维多利亚湖南部，横跨坦桑尼亚共和国姆万扎和欣延加两市。该区属于晚太古宙尼安兹(Nyanzian)超群，由一系列近东西向的绿岩条带及围绕其周围的花岗岩类侵入体组成(图1b)。根据岩石地球化学及矿物学等方面的差异，绿岩带地层在空间上可划分为内外两带，其中内带由富镁铁质的辉长岩、枕状玄武岩及富铁质次火山岩和火山碎屑岩组成，代表了尼安兹超群地层底部；而地层上部分布在外侧弧带，岩性为条带铁建造(BIF)、火山碎屑岩、凝灰岩及碳质页岩(Manyaetal., 2003, 2008)。绿岩沉积之后的岩浆造山活动(2.72～2.53Ga)引起花岗岩类的大规模侵入，其中分布范围较广、影响比较大的有同造山期的花岗闪长岩与花岗岩、造山活动晚期的富钾花岗岩及造山期后的碱性花岗岩、正长岩等(Bonifaceetal., 2012;Kabeteetal., 2012b)。不易风化的含BIF绿岩带仍呈条带状或岛弧状“漂”在稍晚形成的花岗岩“海”中，二者构成典型的花岗岩-绿岩构造序列。除第四系的风化沉积覆盖外，本区鲜见太古宙以后的地层岩体，构造变形活动也较弱，区域变质多为绿片岩相，仅在局部地区可达角闪岩相。

图1 研究区所在地区区域地质简图Fig. 1 Regional geological sketch map of the study areaa-坦桑尼亚维多利亚湖绿岩带分布；绿岩带: SGB-Sukumaland;NZGB-Nzega;SMGB-Shinyanga-Malita;MMGB-Musoma-Mara;KMGB-Kilimafedha;ISGB-Iramba-Sekenke;b-苏库玛兰德绿岩带区区域地质简图;1-湖泊水系；2-第四系沉积物；3-元古界Bukoban群粉砂岩、页岩；4-太古宙花岗岩；5-太古宙Nyanzian群绿岩带(内)；6-太古宙Nyanzian群绿岩带(外)；金矿床：①-Bulyanhulu;②-Geita;③-Nyanzaga;④-Buzwagi;⑤-Buckreef;⑥-Golden Ridge;⑦-Byakafura;⑧-Rwamagaza;⑨-Tulawaka;⑩a-distribution of the Lake Victoria greenstone belt in Tanzania;greenstone belt: SGB-Sukumaland;NZGB-Nzega;SMGB-Shinyanga-Malita;MMGB-Musoma-Mara;KMGB-Kilimafedha;ISGB-Iramba-Sekenke;b-regional geology map of the Sukumaland greenstone belt;1-lake drainage;2-Quaternary sediment;3-Proterozoic Bukoban group siltstone and shale;4-Archean granite;5-Archean Nyanzian group greenstone belt (inner);6-Archean Nyanzian group greenstone belt (outer);gold deposits: ①-Bulyanhulu;②-Geita;③-Nyanzaga;④-Buzwagi;⑤-Buckreef;⑥-Golden Ridge;⑦-Byakafura;⑧-Rwamagaza;⑨-Tulawaka;⑩-Matabe; -Kigosi

3 苏库玛兰德绿岩带金矿床

太古宙克拉通地层是世界金矿的重要赋矿层位，而苏库玛兰德地区的太古宙花岗-绿岩序列中也发育了盖塔、布里杨胡鲁等一系列大型金矿床。这主要得益于本区优越的岩石地层学条件和构造成矿环境：(1)绿岩沉积建造呈近平行弧状与花岗岩体交替分布，二者岩性差异大，接触面积广，增加了规模性成矿的可能性；(2)北东向高倾角深大断裂破坏了克拉通基底，释放出其中的成矿物质，并为热液系统营造了空间环境；(3)规模分布的BIF沉积建造和富铁质花岗闪长岩类一方面提供了充足的含金热液流体，另一方面可凭借其渗透性强、热通量大的特点，保证热液系统的充分反应；(4)绿岩沉积序列上部巨厚的低渗透性火山沉积盖层能够阻碍成矿物质与能量的散失，使矿产得以长期富集保存(Kabeteetal., 2012a;Mshiuetal., 2015)。

苏库玛兰德绿岩带地区的金矿以剪切带石英脉型和BIF型最为发育。其中石英脉型金矿具有品位高、蚀变作用强、规模差异大等特点，主要分布于苏库玛兰德绿岩带内带，典型矿床如布里杨胡鲁、巴克里夫(Buckreef)、图拉瓦卡(Tulawaka)等金矿；BIF型金矿分布在绿岩带外侧的BIF沉积建造及凝灰岩中，包括盖塔、金岭(Golden Ridge)等金矿(Walravenetal., 1994;Kuehnetal., 1990)。布里杨胡鲁与盖塔是本地区发育的两个世界级超大型金矿床，前者金资源储量接近400t，并伴生大量的银铜资源，矿床赋存在高倾角石英脉与铁质、铁镁质围岩接触部位的泥化带中；而盖塔金矿则是典型的以BIF为赋矿围岩的脉状、浸染状金矿，其金资源储量可达570t(Sanislavetal., 2015)。总体来看，本区金矿床具有两方面成矿特征：(1)成矿受地层岩性与构造的严格控制，矿床主要发育在绿岩序列的超镁铁质火成岩和BIF中，其中尼安兹超群底部的富铁质岩层是最有利的赋矿层位，而次级断裂和褶皱的控矿作用明显；(2)矿床多为后生成矿，其中拉斑玄武岩、科马提岩等镁铁质-超镁铁质基底提供了主要的矿源层，而后期的花岗岩类侵入为金的活化再富集提供了流体、能量与空间条件。

4 研究区找矿实验

4.1 实验区概况

找矿实验区位于坦桑尼亚欣延加市(Shinyanga)西部的卡哈玛地区，图幅面积约500km2。地质上，实验区整体属于苏库玛兰德绿岩带东南部的内外带交汇区，成规模出露的绿岩带共有三处，其中西北部绿岩带主要由镁铁质火山碎屑沉积组成，而南部和东部绿岩带含BIF建造。绿岩带外侧大面积侵入有花岗岩类，多含角闪石、黑云母等暗色矿物。区内构造活动复杂，NE向与NW向两组断裂交错共生，并伴有多处剪切褶皱。除少量燧石质、耐风化的绿岩带地体形成的低山外，该区多被薄层第四系风化沉积物所覆盖。目前实验区共勘查发现了三处中小型金矿床：那卡夫如(Nyakafuru)、朱比列(Jubliee)和米亚比(Miyabi)，另有几处金异常点(图2)。

4.2 航磁数据特征与处理

研究区内花岗岩类地体与绿岩地层之间存在明显的磁性差异，小比例尺航磁异常图对区内岩性与构造具有很好的揭示能力(刘焕然, 2011;李水平等, 2013)。从航磁平面图可以看出，绿岩带区因富含玄武岩类、BIF及其它镁铁质成分而呈现出强烈的锯齿状磁异常跳跃场，明显区别于花岗岩平静的磁场背景。其中西北部的绿岩带由于不含BIF整体表现为低缓的高值异常，而其他绿岩带的磁异常则强度很大，且正负异常多对称共生，串珠状展布。另外断裂、破碎带及剪切带等构造在航磁平面图中也显示出清晰的线性形迹。

由于实验所采用航磁异常平面图为纸质扫描版，不适于开展定量化磁异常处理与反演。研究通过ENVI软件对航磁异常平面图开展了快速傅立叶变换(FFT)，将其转换至频率域并完成高通与低通滤波处理。该处理能够定性地实现航磁数据的向上或向下延拓，分离出特定大小与深度的地质体引起的磁异常信息。其中低通滤波对应向下延拓，它能提取区域磁场背景信息，进而揭示地下隐伏宏观地质体(图3a)；而高通滤波对应向上延拓，提取出航磁异常变化梯度较大地区，进而揭露出磁性异常地质体或断裂构造等信息。航磁处理结果显示，研究区内的金矿床及金矿点均分布于航磁梯度变化高值区(图4a)。

图2 实验区原始数据资料Fig. 2 Primary data of the experimental areaa-地质简图;1-金矿床;2-绿岩地层;3-花岗岩;4-黑云母花岗岩;5-未分类花岗岩;6-含磁铁花岗岩;7-英云闪长岩;8-云母 片麻岩;b-航磁平面图;c-真彩色遥感影像a-geological sketch map;1-gold deposit;2-greenstone formation;3-granite;4-biotite granite;5-unclassified granite;6-magnetite granite;7-tonalite;8-biotite gneiss;b-aeromagnetic map;c-natural color remote sensing image

图3 航磁数据快速傅里叶变换结果Fig. 3 FFT results of the aeromagnetic dataa-低通滤波处理结果;b-已知矿床在高通滤波结果的异常环带a-low-pass filter processing result;b-anomalous haloes around known deposits in the high pass filter result

4.3 遥感数据特征与处理

遥感地质研究采用了最新的Landsat8陆地卫星OLI数据，该数据继承并完善了TM、ETM+等经典陆地卫星数据在波段设置、信号精度等方面的优势，可用于进行遥感地质构造解译、岩性及蚀变信息提取等(姜高珍等, 2013)。为减弱植被覆盖、土壤湿度对遥感地质分析的影响，实验选用一景正值坦桑尼亚旱季无云条件下的OLI影像，并通过ENVI遥感软件的FLAASH等相关模块完成了大气校正、几何校正等预处理操作，以提取地表地物反射率、实现图件之间的地理位置配准。

相较于其他地层岩体，绿岩带沉积变质地层更加富含铁镁质矿物，因而研究过程中可利用OLI遥感多光谱数据进行铁氧化物相对丰度特征提取，以获取地表绿岩地层信息。数据处理采用了主成分分析(PCA)法，该方法能够有效消除多光谱遥感影像波段之间的相关性，提取出地表真实独立的特征矿物信息(Sabins, 1999;Cróstaetal., 2003;Liuetal., 2011)。根据磁铁矿、赤铁矿等常见铁氧化物的光谱响应特征，实验选取OLI数据的第2、4、5、6波段进行主成分变换。在变换得到的分量结果中，第一主成分PC1为各波段反射率的加权和，它反映了各岩性地物的总体反射率强度；第二主成分PC2则表征可见光波段与短波红外波段的反射率差异；而PC3和PC4往往能够指示地表岩石矿物信息(张玉君等, 2003)。由于铁氧化物在红蓝两波段的反射率差异明显，因此在PC3和PC4中，第2(蓝)、4(红)波段对应系数绝对值较大且符号相反的主成分(或其负数)即为铁氧化物信息主成分，本实验对应为第四主成分PC4(表1)。在真彩色遥感影像中，富铁镁质成分的绿岩带地层显示出特征的淡红色(图3c)，而在铁氧化物丰度图中，绿岩地层则表现出突出的高值特征(图4b)，明显区别于其他岩性地物。

4.4 成矿有利度评价

鉴于研究区内的勘查数据资料极为有限，成矿有利度评价研究采用了“信息图层权重叠加”的方法，通过ArcGIS平台完成综合分析。评价所用的信息图层包括航磁异常(图4a)、遥感提取的铁氧化物丰度(图4b)和地质构造(图4c)三类，而对应权重系数主要依据已知矿床矿点信息以及对区域地质成矿的认识来确定。其中地质构造要素涉及断裂、褶皱、剪切带、岩浆岩与绿岩地层接触带等线性信息，通过ArcGIS相关空间分析模块完成缓冲区分析、密度统计与网格化等处理，构建地质构造类信息丰度图层，并将其密度分割为0至7八个等级。其中0级表示像元中心周边2km缓冲距离内不含上述几类地质信息，而1级表示含一个构造或接触信息，依次类推。另外，进一步在ENVI软件中对航磁信息图层和铁氧化物丰度信息图层进行了直方图匹配与归一化处理，并将其裁切、格网化至与地质构造类信息图层相同大小，以便进行数据对比与图层运算。

经栅格化与归一化处理后，各信息图层的像元值则代表了金矿化的有利程度。统计已知矿床与矿化点在各信息图层中的归一化值(表2)可发现，多数像元值均接近于1，均值也大于0.5，这表明航磁信息、铁氧化物含量和地质构造丰度与金矿化存在一定的正相关关系，而其均值大小可用以衡量各信息图层对金成矿指示作用的权重。最终的金矿成矿有利度可依据各信息图层的加权和进行评估(如下公式)。

图4 地质、航磁与遥感数据处理结果Fig.4 Processing results of geological, aeromagnetic and remote sensing dataa-航磁数据高通滤波结果；b-铁氧化物丰度遥感提取结果；c-地质构造等要素密度；d-成矿有利度分级结果a-high-pass filtering of aeromagnetic data;b-abundance of iron oxides extracted from OLI image;c-density map of geological and tectonic elements;d-graded metallogenetic favorability

P=W1*X1+W2*X2+W3*X3

式中X与W分别代表证据图层与权重大小。然后在ArcMap中对加权求和结果图进行直方图均衡化与分级处理，即得到金成矿有利度分级结果(图4d)。从图中可以看出，多数金矿床和金矿化点与成矿有利度图的空间吻合度较高。在12个已知矿点中，5处位于成矿有利度最高的地区，其中包括BIF型金矿Jubliee与Miyabi，这表明该处理结果对金成矿潜力具有一定的指示意义。

5 讨论

5.1 处理效果评价与分析

通过与已知矿化点的对比验证可见，地质信息图层加权求和的方法能够实现金成矿有利度的简单定量化评价。该方法较适用于勘查资料匮乏地区的资源潜力分析与靶区凝练工作，其应用效果主要与地区内的岩性构造特征以及对应勘查数据处理方法有关。绿岩带地区的金矿化无论是常见的韧性剪切带石英脉型还是BIF型，都与绿岩地层、断裂构造以及侵入岩三者的关系密切。研究区内基岩裸露程度较高，地表受人类社会活动改造不明显，较适合采用遥感手段提取地表的岩石矿物信息；而小比例尺航磁数据对绿岩带地区的宏观地质体、构造及其他地质景观同样具有很好的揭示效果。通过加权叠加能够对各类信息进行定量化综合，进而可实现绿岩带地区的金矿化有利度评估。但上述方法中，权重系数设置、地质构造等要素密度图生成、处理结果分级等步骤均有人为经验的参与，而且各信息图层之间不是严格独立的，因此该方法应用的前提是需要对研究区内区域地质与金矿控矿要素等有清晰的认识理解。

表1 研究区遥感主成分分析特征向量Table1 Principal component analysis eigenvectors of OLI image in study area

表2 已知矿点在各图层中的归一化值Table 2 Normalized values of mineral occurrences in each layer

注:①此处均值计算剔除了最大值与最小值。

5.2 航磁数据傅里叶变换

能够用于成矿有利度评价研究。而针对非洲地区航磁等勘查数据老旧不全的问题，可通过傅里叶变换与频率域滤波处理实现航磁数据的延拓解析与异常信息提取。在对航磁异常平面图进行高通滤波处理时发现，已知矿床及矿点附近有弧形或环带状的航磁异常晕(图3b)，其形态特征及明显程度与滤波器的设置半径有关。笔者将其理解为构造(或侵入)活动引起的围岩物质与能量的均匀渐变，这种变化能够体现在航磁等勘查数据中，并通过高通滤波形成有规律变化的环带或弧带。异常晕现象在物化探数据中较为常见，并可以作为一种特殊的找矿指示标志，但它仍缺乏理化机制上的理论推导解释。

5.3 BIF型金矿

维多利亚湖绿岩带中独特地发育有BIF型金矿，该型金矿是一种产出在镁铁质-超镁铁质火山活动环境中，以绿岩带条带铁建造、火山碎屑岩、凝灰岩及相关沉积序列为赋矿围岩的层控型金矿，典型矿床有盖塔金矿、美国的霍姆斯特克(Homestake)金矿等(Robertetal., 1997;Poulsenetal., 2000)。矿床学领域就BIF型金矿矿床成因及成矿模型问题产生过火山喷流沉积成因、火山喷流沉积-改造模式、火山沉积-变质模式、后生变质流体成矿等争议。但主流认识依旧是初期沉积矿源层加后期活化富集成矿，如霍姆斯特克金矿的成矿模式为：首先，含金富铁容矿岩石沉积形成金的预富集；然后，上覆碎屑(和火山岩)物质沉积构成封闭圈层；最后是强烈的构造变质变形活动促使金元素活化运移与成矿(沈保丰等, 1988;Caddeyetal., 1992;李碧乐等, 2007)。

BIF型金矿受岩性地层与构造活动的双重控制，其中裂谷期绿岩带中的硫化物相、碳酸盐相和氧化物相的条带铁建造矿化最好，而中小尺度剪切破碎带、交错褶皱等变形构造对成矿最为有利。苏库玛兰德绿岩带的外带区常见BIF建造地层与紧密褶皱断裂，具有较好的BIF型金矿成矿潜力。在缺乏中大比例尺化探数据的情况下，寻找该类金矿应重视对磁法数据、构造数据及遥感数据的分析处理(杨东潮等, 2013)。

6 结论

非洲大陆的金矿资源丰富，而且金矿床多与太古-古元古的克拉通地体密切相关(刘军等, 2012)。东非维多利亚湖南侧的苏库玛兰德绿岩带地区具有优越的金成矿地质条件和成矿潜力，发育了大量剪切带石英脉型和BIF型金矿床。该地区金矿严格受地层与构造条件控制，找矿工作应重点关注绿岩地层与侵入岩体的接触部位以及中小尺度的高倾角断裂、交错断裂、剪切带等。

针对研究区化探及大比例尺地质勘查资料匮乏的情况，本文在摸清区域成矿特征与规律的基础上，合理地利用了已有的遥感数据与航磁数据，从中挖掘出对金矿成矿有利的地层岩性与构造信息，并通过权重叠加运算对多种找矿信息进行综合，提取出研究区的金成矿有利度。该处理思路操作简便，易于实现，尤其适用于绿岩带等古老地层区的金矿成矿潜力评估和靶区优选，能够对非洲、南美等地的海外找矿勘查工作具有一定指导借鉴意义。

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Geological Characteristics and Prospecting Methods for Gold Deposits in the Sukumaland Greenstone Belt of Tanzania

JIANG Gao-zhen1,2,LI Yi-ke1,WANG An-jian1,ZHOU Chao-xian2,YANG Biao2

(1.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037;2.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083)

The Sukumaland greenstone belt is located in the south of the Lake Victoria greenstone belt,where is the third large gold producing area of the African continent.It possesses favorable gold metallogenic conditions and great metallogenic potential,and a serious of world-class gold deposits like Geita and Bulyanhulu.These gold deposits are mainly of the greenstone-hosted quartz-carbonate vein type and iron-formation-hosted vein type,where the gold mineralization is strongly controlled by tectonics,magmatite as well as strata.This paper selects somewhere in Kahama,the southern Sukumaland greenstone belt as an experimental area.After dissecting regional mineralizing regularity and ore-controlling factors,this paper utilizes the weighted superposition method to integrate limited geological,aeromagnetic and remote sensing data,and grades the favorability of gold mineralization.

Tanzania,Sukumaland greenstone belt,BIF-hosted gold ore,OLI,metallogenic favorability

2015-03-03；

2015-07-16；[责任编辑]郝情情。

国家地质大调查项目(编号：1212011220870和12120114077201)资助。

姜高珍(1988年-)，男，在读博士研究生，主要从事地质勘查数据处理与成矿预测研究工作。E-mail：jianggz12@hotmail.com。

P624

A

0495-5331(2015)06-1193-8