刚果(金)加丹加铜矿带地质特征及成矿前景

陶则熙

(北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871)



刚果(金)加丹加铜矿带地质特征及成矿前景

陶则熙

(北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871)

刚果(金)加丹加是非洲板块克拉通的一部分，在该地区有世界上最著名的加丹加弧形铜成矿带，科卢韦齐(Klowezi)铜矿就产生在该成矿带上，含矿地层主要为罗安组，由泥质石英岩、长石石英砂岩、泥质岩等组成，多呈正地形，出露面积较大。科卢韦齐铜矿总体走向80°，倾向170°，矿体长1300m，平均厚度13.34m，最大厚度50.79m。孔雀石是找铜矿的主要标志。

刚果(金) 科卢韦齐 铜矿带 地质特征 成矿前景

1 概述

刚果(金)加丹加位于非洲板块的中南部刚果克拉通的一部分,其经历了新太古代褶皱、基底杂岩褶皱、基巴拉褶皱、孔德龙古褶皱等一系列大规模的构造运动,发生了不同程度的变质作用和岩浆作用及改造变形(刘焕然，2010)。世界最著名的铜成矿带-加丹加铜成矿带处于近南北向的东非大裂谷中段西侧北西向分支裂谷内的加丹加弧形构造成矿带内。加丹加弧形构造成矿带总体上呈弧形，自西北端的刚果金科卢韦齐地区，经卢安夏、隆希、至南东端赞比亚境内的Mwembeshi断裂带，长逾700km，宽逾150km(李向前等，2009)，在科卢韦齐区域到利卡西区域之间呈近东西向，利卡西往东南经卢本巴希进入赞比亚境内，呈NW-SE向，在赞比亚境内长约150km,宽约50km(赵兴国，2010),该弧形成矿带几乎控制了区域内铜矿床的产出，铜矿主要产在新元古代加丹加超群的罗安组地层内，由于后期碰撞造山作用，形成著名的卢富里安弧形构造带(张东红等，2013)，这个成矿带在刚果金通常叫加丹加弧形构造带，也叫加丹加弧形铜成矿带(图1)。

2 区域地质

加丹加超群下覆岩层为基巴拉和埃布尼构造作用有关的变质岩系和火成岩基底(李志峰，1992)，加丹加弧形构造成矿带的地层主要为太古代时期的片岩、片麻岩；元古代时期的加丹加超群群泥质石英岩、长石石英砂岩、泥质板岩；新生代第三系及第四系盖层。其中太古代时期片岩、片麻岩(GSG)为区内最老的基底杂岩，木瓦系变质沉积岩在区内没有出露，元古代时期的加丹加超群泥质石英岩、长石石英砂岩、泥质板岩，分布较广，是主要的含矿地层；加丹加超群又分为三个组，分别是罗安组、木瓦下组和孔德龙古组，罗安组由泥质石英岩、长石石英砂岩、泥质岩等组成，主要分布在堪苏祁-蓬皮-腾凯-丰古鲁梅一带，多呈正地形产出，出露面积较大，铜矿大多赋存在罗安组,木瓦下组的特点是以碳酸盐岩和泥质页岩为主，在区域上不发育，孔德龙古组的岩性通常为冰碛砾岩，该地层在区域内出露面积最大，多以正地形产出；新生代第三系岩性为砾岩，砾石以泥沙质胶结，经蚂蚁改造，往往呈蜂窝状，多分布在地形较平坦的山坡处；新生代第四系主要为泥砂质土壤及残坡层；加丹加弧形构造成矿带是多期地质构造作用迭加复合的结果。加丹加超群中的罗安组，发生于中元古代初期。在早元古代末基巴拉褶皱造山运动之后，由于西北面、南面和东北面都是古地盾区，所以形成一个宽阔、长轴呈NEE向并微向南面突出的边缘拗陷带，由此形成了含矿岩系罗安组的滨海—浅海—深海相的沉积。中元古代末期卢菲利运动，使罗安组及其上部的木瓦夏组一齐褶皱廻返，形成了一个总体方向为NEE向的褶皱束，随后再遭受剥蚀，至晚元古代形成地台型的孔德龙古组盖层。晚元古代末期孔德龙古构造运动形成北西向的叠加褶皱，并使原来的罗安组褶皱系发生改造和叠加，形成向北、向北东和北西弯曲的弧形褶皱；区内岩浆岩非常不发育，局部见有侵入基底杂岩的花岗岩，同时偶见有侵入加丹加超群的辉长岩岩床及煌斑岩岩墙(李向前等，2010)，区内变质作用较大，变质岩主要是沉积岩经过变质作用形成砂岩、泥质板岩、鲕粒灰岩和白云岩等，白云质粉砂岩、白云质板岩等经过变质后形成滑石片岩。

图1 加丹加弧形铜成矿带构造纲要图Fig.1 Structural outline of the arc-shaped copper mineralization belt in Kadanga 1-基底花岗岩；2-向斜轴；3-罗安组；4-湖泊；5-主要成矿带范围1-basement granite; 2-synclinal axis; 3-Luoan Formation; 4-lake; 5-main metallogenic belt

3 矿产及成矿系列

3.1 矿产情况

刚果(金)加丹加地区有色金属资源丰富，据中国商务部2009年发布的《对外投资合作国别(地区)指南》披露,刚果(金)铜资源量占世界铜资源总量的10%,居世界第二位(周应华，2010)。主要矿种有铜、钴、镍、锡、铅、锌等，尤其铜、钴矿产储量大、品位高。据统计，刚果(金)铜金属量约5800万t，钴金属量约460万t，矿石平均品位分别为2.9%和0.12%左右(杜菊民等，2010；侯晓阳等，2013)，刚果(金)加丹加地区原生矿的表现形式有辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿、硫铜钴矿等；氧化矿多以硅孔雀石、孔雀石、菱钴矿、羟氧钴矿、钴华等为主，矿石品位高，易于冶炼(刘运纪等，2011)，氧化深度50m～100m不等，部分矿床中尚含有沥青铀矿、铅锌矿。脉石矿物为长石、石英、绢云母、绿泥石、绿帘石、斜长石、黑云母等(王洪亮，2015)，矿层一般稳定性较好，连续性也较好，因此规模大，品位高，最高品位可达16%，中等品位6%，低品位也在2%～3%，有些地段因构造翘起，埋藏不深，可以露天开采。

3.2 成矿系列

加丹加区域上矿化分三大系列，即与基底花岗岩有关的钨锡金矿床；与罗安组碎屑—碳酸盐沉积岩有关的层控型铜多金属矿床和产于花岗岩与砂泥质围岩接触带及花岗岩体中的石英脉型金矿(图2)。其中与罗安组碎屑—碳酸盐沉积岩有关的层控型铜多金属矿床大部分为层状矿，通常被限定在一定的层位内，主要赋存于加丹加群下部的罗安组碎屑岩中，并显示有原始沉积的特点，矿床在不同的地段，含矿层数并不一样，一般为单层至多层，大多数矿主要有三层，分别产于三个海进至海退的层序之中。矿体主要受潮间带与潮下带形成的灰色砂岩、钙质砂岩以及生物礁(藻礁)所控制，原生矿以辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿、硫铜钴矿为主；氧化矿以孔雀石、硅孔雀石、假孔雀石、羟氧钴矿(heterogenite CoO(OH))、钴华、菱钴矿为主，氧化深度50m～100m不等，部分矿床中尚含有沥青铀矿、铅锌的氧化矿和硫化矿，脉石矿物为长石、石英、泥质及少量细岩屑，矿层一般稳定性较好，连续性也较好，因此规模大，品位高，最高品位可达16%，中等品位6%，低品位也在2%～3%，含矿岩层为一套(粉)砂岩、板岩、炭质板岩、长石砂岩、白云岩组合，海侵沉积特征明显，铜矿床的产出除受罗安组地层的严格控制外，与构造关系也十分密切。

图2 加丹加成矿带控矿层位示意图Fig.2 Sketch of ore-controlling strata of the metallogenic belt in Kadanga

4 科卢韦齐铜矿地质特征

4.1 地层

科卢韦齐铜矿位于加丹加科卢韦齐复向斜与复背斜的近核部，矿区以罗安组地层为主，分别是R1和R2岩段，其中R1岩段以R.A.T为主；R2岩段含有R.A.T.gr、D.str、R.S.F、R.S.C、S.D.B、B.O.M.Z、S.D.sup、C.M.N.in、fC.M.N.sup等岩性。其中R1(R.A.T)位于矿区北部及南部，构成向斜的核部，主要岩性为紫红色含泥质滑石片岩，靠近矿化体呈泥状，具滑腻感，构成采坑边坡，局部发生滑坡，工程稳定性较差；R2主要包括R.A.T.gr、D.str、R.S.F、R.S.C、S.D.B、S.D.sup、C.M.N.inf、C.M.N.sup等岩性段，R.A.T.gr位于矿区北部及南部，构成向斜的近核部，主要岩性为灰色含泥质滑石片岩，呈鳞片状结构，片状构造，岩石十分滑腻，矿化较弱，在采坑边坡出露。工程稳定性较差，上部是R.S.F，R.S.F为硅质页岩，和R.A.T相邻，呈灰白色、暗灰色，是构成底部矿化带的重要组成部分，通常伴有条带状、层状孔雀石化、浸染状孔雀石化，是重要的含矿层。上部为R.S.C，R.S.C为硅化白云岩，灰白色、暗灰色，岩石被浸蚀后多呈蜂窝状、不规则棱角状、粒状等，岩石抗风化能力较强。R.S.C和R.S.F的接触部位通常被矿化，是矿体的过渡标志层。上部为S.D.B，D.str为薄层状灰岩，主要发育在矿体上盘，R.S.F为硅质页岩，R.S.C为硅化白云岩，该三个岩性段受采矿影响，仅在采坑西壁出露，该三个岩性段控制矿体的产出，是主要的赋矿层位之一，S.D.B岩性为灰白色白云质片岩，层理发育，沿层面见薄膜状孔雀石化，B.O.M.Z为黑色矿化带，仅在采坑西壁出露，该两个岩性段控制矿体的产出，是主要的赋矿层位之一，S.D.sup为片状白云质页岩(上段)，C.M.N.inf为白云岩(下段)， C.M.N.sup为白云岩(上段)，在矿区北部、南部大面积出露，位背斜的两翼，是矿体的间接顶板，C.M.N为白云岩,灰白色,为该矿区的最新岩层,下覆白云质页岩(陶则熙，2008)，详见表1。

表1 科卢韦齐铜矿区地层层序表Table 1 Stratigraphic sequence in Kolwezi copper mine

4.2 构造

矿区构造十分发育，以复式褶皱构造为主，紫红色含泥质滑石片岩(RAT)和灰色含泥质滑石片岩(RAT.gr)构成复式背斜的核部，R.A.T.gr、D.str、R.S.F、R.S.C、S.D.B、B.O.M.Z、S.D.sup、C.M.N.inf、C.M.N.sup多构成背斜的两翼，小型背斜、向斜发育(图3)。

图3 科卢韦齐铜矿区A-A′剖面地质图Fig.3 Geological map A-A′profile of Kolwezi copper mining

另外矿区内断裂构造发育，在550线(F1)、100线(F2)发育断层，F1向西陡倾，挫断矿体，错距约30m；F2向东缓倾，倾角约35°，挫断矿体，挫距约10m。在剖面上，显示有性质不明断层，表现位碎裂泥质粉砂岩(RAT)与D.str、R.S.F、R.S.C、S.D.B、B.O.M.Z地层接触，地层不连续，具有地层缺失。

4.3 围岩蚀变

矿区内围岩蚀变主要为硅化和孔雀石化，并伴有白云岩化、绢云母化、碳酸盐化、滑石化等(陈兴海等，2012)，这些蚀变和成矿有直接关系。硅化主要表现为含矿层位的白云岩，均形成了硅化白云岩；孔雀石化是找矿的直接标志，分为钙孔雀石和硅孔雀石，普遍存在于含矿层内，局部可形成很漂亮的工艺孔雀石。

4.4 矿化特征

矿区主要赋存层位为RSC和RSF两层，矿化层主要岩性为硅化和孔雀石化较强的白云岩组层。该层由于受区域构造和矿区构造的影响和破坏，地层普遍发生褶皱，形成了一系列次级的褶皱和褶曲，使含矿层形态及产状变的更加复杂。含矿层总体走向近EW向展布，倾向和倾角变化不定，厚度不稳定，在向斜的核部厚度变大，矿化带长大于1300m。

4.5 科卢韦齐铜矿矿体特征

矿区内共有两个矿体，由上向下分别编号为Ⅰ、Ⅱ号矿体，矿体呈近EW向展布，相互平行排列。地表出露长750m，控制长度大于1300m，最大延深约400m，平均厚度13m，矿体形态随着地层褶皱变化而变化，形态复杂，总体形态呈一个背斜和一个向斜(图4)。背斜部由于受采矿的影响，面目全非。向斜部分保存完整，由东向西逐渐扬起，矿体头部埋深，由-150号勘探线向东逐渐加大，随着矿体埋深的加大，矿体延深也逐渐加深(图5a)。

图4 科卢韦齐铜矿区地质剖面立体示意图Fig.4 Geological profile three-dimensional diagram of Kolwezi Copper mining

Ⅰ号矿体赋存于硅质白云岩内，在空间上受RSF地层层位控制，总体形态呈背斜，背斜在-150号勘探线以东较完整(图5a)，随着矿体向东延伸，埋深逐渐增大，延至-500号勘探线，埋深已大于140m(图5b)；-150勘探线以西矿体逐渐扬起出露地表，由于浅层矿已被采空，无法见到完整的背斜形态，但从钻孔工程控制情况，矿体最大限度度明显加厚。向斜构造保留的较完整，由东向西逐渐扬起，矿体埋藏由深到浅，东部矿体延深大于300m(图5c)，西部矿体延深仅有200多米(图5d)。从已有工程控制，矿体厚度变化不大。

矿体总体产状：走向N80°E，总体倾向170°，仅在残留的背斜局部倾向350°，倾角80°～90°，矿体长1300m，厚度变化系数63.70%，矿体最大厚度50.79m(-100号勘探线)，平均厚度13.34m。

在350～450号勘探线，1200m标高，经工程控制有一向东缓倾的断裂，走向约近SN，西倾，倾角10°～30°，明显措断了矿体，反映为上盘矿体下降，下盘矿体上升，认识为一张扭性断裂。

Ⅱ号矿体：属Ⅰ号矿体内层矿体，空间位置、形态特征及产状与Ⅰ号矿体相同。矿体长1300m，厚度变化系数54.78%，最大厚度41.72m，平均厚度12.77m。

5 结论

(1)罗安组地层为主要的含矿地层，含矿岩层以硅质页岩、硅化白云岩为主，地质特征明显。

(2)科卢韦齐铜矿总体走向80°，倾向170°，矿体长1300m，平均厚度13.34m，最大厚度50.79m。

(3)孔雀石是找铜矿的主要标志。

图5 科卢韦齐铜矿区-150勘探线地质剖面图Fig.5 Geological profile exploration line of Kolwezi copper mining a- -150勘探线；b- -500勘探线；c- -100勘探线；d-650勘探线a- -150 exploration line; b- -500 exploration line; c- -100 exploration line; d-650 exploration line

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Geological Characteristics and Metallogenic Prospect of the Copper Mineralization Belt in

the Kadanga Area of the Democratic Republic of Congo

TAO Ze-xi

(SchoolofEarthandSpaceSciences,Pekinguniversity，Beijing100871)

The Kadanga of the Democratic Republic of Congo is a part of the African craton, which hosts the world’s most famous Katanga arc-like copper metallogenic belt. The Klowezi copper mine lies in this copper metallogenic belt. Its ore-bearing formation is mainly the Ro’an Formation, consisting of argillaceous quartzose sandstone, feldspar quartzose sandstone and argillaceous rock. They crop extensively, mostly in positive topography. The Klowezi cooper mine tends in 80°, dipping in 170°, with orebody length 1300m, average thickness 13.34m and maximum thickness 50.79m. Malachite is the primary indicator for ore-search in this area.

The Democratic Republic of Congo, Klowezi, copper mineralization belt , geological feature, metallogenic prospect

2015-11-17；

2016-01-29；[责任编辑]陈伟军。

陶则熙(1978年-)，男，工程师,从事地质找矿、投融资工作。E-mail:taozexis@163.com。

P618.41

A

0495-5331(2016)02-0392-07

Tao Ze-xi. Geological characteristics and metallogenic prospect of the copper mineralization belt in the Kadanga area of the Democratic Republic of Congo[J]. Geology and Exploration, 2016, 52(2):0392-0398