刚果（金）Kipushi铜多金属矿床地质特征及成因

孙宁 詹勇 曾旭 郑长友 刘洋

摘 要：刚果（金）上加丹加省Kipushi铜多金属矿床产于中非铜钴矿带。通过对矿床地质特征以及Pb、Rb-Sr和Re-Os同位素、Nchanga花岗岩侵入年龄等进行综合分析可知，该矿床是在新元古界730～760Ma期间恩古巴地层完成初始沉积，伴随卢菲利安构造运动发生褶皱作用，在下古生界奥陶纪450Ma期间受卢菲利安后期构造运动完成矿体定位，后期主要为次生氧化作用。因此，该矿床应为受地层、构造、褶皱改造、次生氧化富集作用形成的沉积改造型矿床。

关键词：铜多金属矿床;地质特征;成因

中图分类号：P618.41文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）04-0075-06

Abstract： The Kipushi copper polymetallic deposit locate in the cu-co ore belt of Central Africa， which be longs to Congo （DRC）. Based on the comprehensive analysis of the geological characteristics of the deposit， Pb， Rb Sr and Re Os isotopes， and the intrusive age of nchanga granite， it can be concluded that the deposit completed the initial deposition of the EMBA formation during 730～760Ma of Neoproterozoic. The ore body was located during 450Ma of Ordovician in the lower Paleozoic by the structural movement in the later stage of lufilian， and the later stage was mainly secondary oxidation. Therefore， the deposit should be a sedimentary modified deposit formed by strata， structure， fold transformation and secondary oxidation enrichment.

Keywords： Cu-polymetallic deposit;geological characteristics;genesis

Kipushi铜多金属矿床是刚果（金）铜钴矿带上最主要的铜、锌、铅等多金属矿床，位于上加丹加省卢本巴希市南部约30 km处。前人关于该矿床成因的观点有岩浆熱液成矿、沉积成矿等。本文通过对该矿床地质特征、同位素-流体包裹体、Nchanga花岗岩等方面进行综合研究分析，得出该矿床是形成于早古生代的沉积改造型矿床，并对“大锌带”进行分析得出其深部仍有扩大资源储量的潜力，以期对矿区开展下一步勘查或开发工作提供一定的基础资料。

1 区域地质背景

刚果（金）东南部的新元古代加丹加超群沉积岩层中蕴藏着丰富的铜钴矿床，又被称为“中非铜矿带”，向南东方向延伸到赞比亚境内（见图1）。矿带整体长700 km，宽150 km，北东自Kamoa-Kakula、Kolwezi、Tenke-Fungurume、Kambove、Likasi、Lukuni、Lubumbashi、Kipushi至赞比亚Kitwe地区的Lonshi。

本区铜多金属矿床位于中非铜矿带北部延伸带南东方向，即横跨赞比亚和刚果（金）边界的北西西向Kipushi背斜的北翼边缘位置[1-3]（见图1），Kipushi铜多金属矿床是目前铜矿带众多Cu-Zn-Pb矿床中最大的一个。

区域地层主要以前寒武系基底、加丹加超群为主。加丹加超群主要由罗安群、恩古巴群、昆德龙古群组成，是一套陆源碎屑岩-碳酸盐岩经变质作用改造的沉积-变质建造，在区内分布广泛。

本区区域构造经历了多期构造运动，主要分为区域性逆冲推覆断裂、地质块体边缘断裂等。各组断裂构造之间相互联系，主构造与次级构造之间具有衍生关系，对矿体产出及表生富集具有重要影响。

2 矿区地质

2.1 矿区地层

本矿区内出露地层以恩古巴群、罗安群木瓦夏亚群为主，昆德龙古群次之[2-3]（见图2）。矿区内的地层岩性主要由白云岩、白云质页岩、（粉）砂岩和灰岩等组成（见图3）。在该背斜褶皱、断裂带内可见有角砾岩。

2.2 矿区构造

在本地区，元古生代岩石被褶皱成NW-SE向背斜，该背斜在一系列断裂构造作用下发生了位移。其中Kipushi断层（“断裂带”）位于该背斜北翼，背斜北翼在北北东方向75°～85°，南翼在南南西方向60°～70°（见图2）。该断层以近直角形态穿过背斜[2-3]，走向北西方向，角度为50°～70°（见图4）。矿体主要产于该断裂带附近，断裂带内主要为角砾岩。

2.3 岩浆岩

矿区内未发现有岩浆岩。

2.4 围岩蚀变

由于矿区内矿体的形成与区域变质作用、热液改造等有关，相应围岩蚀变主要表现为与之相关的蚀变，主要蚀变有白云石化、硅化、绿泥石化、高岭土化、方解石化和碳酸盐化。

3 矿床地质特征

本区铜多金属矿床主要赋存于加丹加超群恩古巴群地层、Kipushi断层与恩古巴群Ng1.3katontwe组地层的交汇位置，岩性主要为白云岩、页岩、砂岩和角砾岩等。矿区内恩古巴群和罗安群木瓦夏亚群地层均被Kipushi断层截断。

3.1 矿体特征

矿体主要产于Kipushi背斜北翼，其中该背斜核部以北的角砾岩中亦存在矿体。矿体由一条长约600 m、宽15～75 m的细脉状、块状硫化物带组成。矿体向北东方向突起，向北西方向倾斜约70°。Kipushi断层内的角砾岩是由不同岩石组成的非常大的岩块（直径可达百米）。角砾岩内主要由恩古巴群、罗安群内的岩石碎块组成，亦被称为坍塌角砾岩。

在1 272 m标高施工的钻孔发现了高品位锌矿体，被称为“大锌带”（见图5），其中伴生有Cu、Pb、Ag、Ge等。“大锌带”产于恩古巴群Ng1.3katontwe组地层中，含矿岩性主要为白云岩。从图5可以看出，Zn的平均品位非常高，达到44.25%，矿体厚度在41～95 m。该矿体紧邻断裂带北部，向南倾斜，倾角约70°，在走向上存在不确定性，矿体倾向上亦可能不规则。

在钻孔中还可见有其他金属元素，如在KPU040钻孔中可见34.5 m矿体[2-3]，其中Zn为35.1%，Cu为10.7%，Ag为479 g/t，Ge为77g/t和Au为0.30 g/t。

3.2 矿石类型

矿区内的矿石类型主要有两种：浅部氧化矿体和1 272 m标高以下的原生矿体。原生矿体主要为恩古巴群Ng1.3katontwe组白云岩中的Zn矿体、白云岩和白云质页岩裂隙充填、沿断层内坍塌角砾岩中的Cu、Cu+Zn+Pb矿体[2-3]（见图6）。

矿体矿石矿物主要为闪锌矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铜矿、方铅矿、辉钼矿、毒砂及少量的硫化物。

3.3 矿石结构构造

矿石结构以半自形-它形粒状结构为主，其次为包含结构、交代假象结构等。矿石构造主要以层状、条带状构造为主，其次为（细）脉状、块状、角砾状、浸染状构造。

3.4 矿石矿物特征

矿床中按硫化物矿物丰度排序为：闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、辉铜矿、砷黃铁矿、砷铜矿、方铅矿、硫铜锗矿，以及灰锗矿、硫镓铜矿、硫铜钴矿、硫化铜矿、辉钼矿和硫铜银矿。

4 成矿年代及成矿环境

通过同位素、流体包裹体成分、Nchanga花岗岩和正长岩三大主要方面讨论Kipushi矿体形成的年代以及成矿环境。

4.1 成矿年代

4.1.1 Pb同位素。通过对数据[8-9]进行系统分析总结可知：硫化物Pb同位素206Pb/204Pb=17.72～18.10，207Pb/204Pb=15.50～15.72，208Pb/204Pb=37.25～37.96;方铅矿、闪锌矿和硫铜锗矿矿石Pb同位素206Pb/204Pb=17.90～19.92，207Pb/204Pb=15.56～15.71，208Pb/204Pb=37.39～37.96，以上数据显示具有混合铅特征，与参与造山带的地壳铅同位素组成特征相似[10]。硫化物及方铅矿、闪锌矿和硫铜锗矿具有不同的成矿物质来源，成矿物质来源主要来自参与造山带的上地壳，混有下地壳或地幔部分物质，形成的构造背景主要为克拉通化环境，这与本区铜多金属矿床当时所处的地域环境等吻合。

根据206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb的比值来分析，其模式年龄与模式年龄及同位素比值表[11]相比较，对应的模式年龄在750～400 Ma，这与测试得出的模式年龄（454±14） Ma[8]和456 Ma[9]相对吻合，这个年龄要比沉积地层的成岩年代年轻，可能与卢菲利安弧后期构造活动有关。

4.1.2 Rb-Sr和Re-Os同位素。

Re-Os主要用于测定辉钼矿的年代。闪锌矿在1990年被证明了利用Rb-Sr同位素进行年代测定的适用性。通过对矿区1270号钻孔中的硫化物进行分析得出：Rb-Sr和Re-Os的等时线（MSWD=1.4和1.1）在误差范围内，得到一致的地层年龄，地层年龄分别为（451.1±6.0） Ma和（450.5±3.4） Ma，属于晚奥陶世时期。等时线初始87Sr/86Sr比值（0.708 97±2）略高于晚奥陶世同期海水的公布值，反映了Sr的整体地壳来源[12]。

Re-Os等时线所定义的初始187Os/188Os比值为0.74±0.23，尽管其不确定度很高，但与450Ma时约0.125的187Os/188Os比值相比，前者更具有放射性。由此判断本区铜多金属矿床中铜锗硫化物所含的Os为地壳成因。

4.1.3 流体包裹体。利用流体包裹体方法分析本区铜多金属矿床不同样品1 300余个，采用常规和阴极发光显微镜对其进行研究[7]。流体包裹体化学成分的研究常用于块状硫化物的矿石和脉石矿物中，本区的矿化作用对中非铜矿带这类矿床的形成具有重要的制约作用。

使用大块压碎浸出法分析出白云石II、III、IV和石英II的四种样品，Wh（S）型流体的K、Mn、Fe、Zn、Pb含量相对较高，特别是Ba含量较高，这些元素与岩浆系统相关的流体更为相近。与沉积、变质和岩浆环境中的其他高盐度流体相比，石英II包裹体中元素的浓度进一步说明了流体的高金属含量、K和Ba含量。

由于本区铜多金属矿床形成较晚，与该地区的卢菲利弧变形和变质峰值相比[12]，流体来源可能是造山运动后期排出的地层水或变质流体，从而使它们在地下迁移。

本区铜多金属矿床形成于造山变形主要阶段之后约100 Ma，比罗安群中的层状、同生期铜矿要年轻得多。在造山后的隆升和侵蚀过程中，导致一些晚期的、轻微的矿石再活化。

4.1.4 Nchanga花岗岩和正长岩。Nchanga花岗岩是加丹加基底形成以前最年轻的侵入体[13]。它是一种高铝质、强碱性的片麻状黑云母花岗岩，具有A型花岗岩特征[13-14]。来自Nchanga花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb测定产生的年龄为（883±10） Ma，被认为是入侵时代，加丹加超群不整合叠加在它上面[15]。

Nchanga花岗岩为罗安群地层的沉积提供了基石，并为加丹加超群的年龄设置了一个固定的880 Ma的上限。

本区铜多金属矿床的成因可能与穹窿地区构造作用发生后正长岩的侵入有关[16]，该正长岩侵入的年代为458～427 Ma，这极可能与卢菲利安后期构造活动有关。

4.2 成矿环境

加丹加基底是由一种古元古代岩浆弧序列组成，形成于1994～1873 Ma[8]。沉积型层状铜矿床的发现年代为古元古代中期，Nchanga花岗岩作为最年轻的侵入体，形成年代在880 Ma左右，加丹加超群不整合叠加在它上面，这为后面沉积铜钴多金属矿体提供了一个时代限定。

通过整理地层年代数据发现（见表1），地层时代与成岩成矿年龄基本相匹配，其中恩古巴群地层中的冰川混积岩“大砾岩”成岩年龄存在变化，通过上下地层限制，其成岩年龄被围限在760 Ma左右[17]，因此，恩古巴群冰川混积岩“大砾岩”只能得到最大的成岩年龄（760±5） Ma，目前测试得到的为（729±50） Ma，在一定程度上与恩古巴群冰川混积岩的成岩年龄一致。

从表1可知，自加丹加基底沉积开始至罗安群木瓦夏时期，其成岩年龄在880～760 Ma。恩古巴群地层沉积在760～600 Ma，刚果克拉通和卡拉哈里克拉通的板块发生会聚及俯冲，加丹加盆地发生倒转，并开始了昆德龙古群地层的沉积[18-19]。

根据加丹加超群沉积演化与地球动力、年代学等数据[20]可知（见图7），在罗安群内发育一套含Cu、Co矿（化）体，其Cu、Co金属含量较低，此时期为沉积成岩期。自罗安群地层沉积开始至昆德龙古群地层沉积开始期间经历了三次冰川作用时期，分别为凯加斯冰期、斯图特冰期、马林诺冰期。其中，以斯图特冰期和马林诺冰期影响较大，分别对应恩古巴群的冰川混积岩“大砾岩”和昆德龙古群的冰川混积岩“小砾岩”形成时期。

泛非运动期间，卢菲利安弧经历了3个不同模式的构造演化阶段[18-20]。三次冰川作用期間主要经历了第一构造演化阶段（D1），该阶段发生于750—600 Ma，与全球经历冰川作用时期相吻合。此时期大型褶皱及（逆掩）推覆构造形成，正常褶皱轴面及断层面倾向南，这与该背斜形态相同。构造演化阶段后期，产生的变质热液使得U、REE等元素活化，沉积地层内的K、Mn、Fe、Zn、Pb、Ba等元素含量较高，局部形成Cu-Zn-Pb多金属矿（化）体，此时期原生层状铜矿体的形态受褶皱形态控制。

第二构造演化阶段（D2）发生于600—512 Ma（昆德龙古群中后期至Biano群初始沉积阶段），此时期处于造山运动阶段，也是变质作用高峰期，在昆德龙古群地层局部可发现有Cu-Ag-Au矿（化）体。此时期主要表现为大规模左旋平移断层，发育一系列大型断裂带，如距离本矿区最近的lupoto断裂带。随着加丹加基底的旋转，卢菲利安弧形态发生变化，东段走向为NW向，西段走向为近EW向，此时期该背斜形态发生变化。

第三阶段（D3）发生于512Ma之后（Biano群主要沉积时期），断裂走向在160°～170°，褶皱通常为开放的大型直立状，为矿体的深度氧化创造了条件。

通过对成矿环境进行分析可知，本区铜多金属矿床在元古界初始沉积，经过泛非运动之后，矿体最终在下古生界定位并开始接受长期氧化淋滤作用。

5 矿床成因

通过对本区矿床地质特征及成矿地质环境进行分析可知，该铜多金属矿床主要产于恩古巴群N1.3katontwe组内的白云岩中，经历泛非运动之后，Kipushi背斜褶皱发生变化，断层提供热液来源，形成现在的矿体形态，后期长期接受氧化淋滤作用。综合分析认为：该铜多金属矿床应属于沉积改造型矿床。

6 找矿方向

通过对本区矿床的相关资料进行分析可知，找矿工作应从以下几点进行：①在该断层相关的角砾岩区域;②恩古巴群N1.3katontwe组白云岩出露的其他地区;③恩古巴群反复出现的白云岩、砂岩、页岩区域;④在“大锌带”附近，沿该断层走向及倾向方向进行勘探，可扩大矿体规模;⑤昆德龙古群地层内亦可进行找矿。

7 结语

对本区区域地质、矿区地质、矿床地质特征等进行分析，矿体主要以Cu、Zn、Pb等多金属矿种为主，并对“大锌带”沿走向、倾向方向做出预测。通过对成矿年代和成矿环境分析，从Pb同位素、Rb-Sr和Re-Os同位素进行了矿床构造环境分析，确定了其成矿年龄;流体包裹体体现了其造山运动后期的流体来源;以Nchanga花岗岩及加丹加超群内各地层岩性的成岩成矿年龄进行了成矿环境解析，最终确定了该铜多金属矿床属于沉积改造型矿床。

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