刚果(金)SICOMINES铜钴矿床地质特征及成因探讨

刚果(金)SICOMINES铜钴矿床地质特征及成因探讨
陈兴海;刘运纪;杨焱;王纪昆;贺云;李天奇
【摘要】刚果(金)SICOMINES铜钴矿处于非洲著名的赞比亚—刚果(金)铜钴成矿带西端,是一个铜金属量达千万吨的特大型铜钴矿床.结合区域成矿地质背景,以SICOMINES铜钴矿地质勘查成果资料为依据,对矿区地层、构造、矿体特征、矿石特征等进行了论述,并对矿床成因进行了探讨.结果表明,SICOMINES铜钴矿床受层位控制,新元古代Katanga(加丹加)系Roan(罗安)群为初始矿源层.卢菲利(Lufilian)造山运动(距今560～550Ma)过程中的构造活动和变质作用对矿床进行了改造,使矿化叠加和局部富集；此外近地表环境下的表生富集作用,导致了表生矿体的形成.该矿床成因类型属于沉积—改造型层状矿床.
【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》
【年(卷),期】2012(064)006
【总页数】7页(P31-37)
【关键词】铜钴矿床;地质特征;矿床成因;刚果(金)
【作者】陈兴海;刘运纪;杨焱;王纪昆;贺云;李天奇
【作者单位】华刚矿业股份有限公司,北京100039;天津华北地质勘查总院,天津300170;华刚矿业股份有限公司,北京100039;天津华北地质勘查总院,天津300170;华刚矿业股份有限公司,北京100039;华刚矿业股份有限公司,北京100039
【正文语种】中文
【中图分类】TD15
SICOMINES铜钴矿为中国企业集团和刚果(金)政府合股组建的投资数十亿美元的
世界级特大型矿产资源项目，也是我国海外投资最具影响力的采选冶联合项目。

该矿区位于刚果(金)加丹加省南部科卢韦齐(Kolwezi)市南西252°方位，直线距离约11 km，矿区面积10.91 km2，中心地理坐标：东经25°22′11″，南纬10°44′42″。

2009—2011年天津华北地质勘查局对该矿区进行了详查地质工作，探获铜金属
量881万t，钴金属量61.6万t，铜平均品位3.12%，钴平均品位0.22%。

通过对该矿床地质特征及矿床成因的分析与探讨，对刚果(金)类似矿床的研究以及扩大矿区找矿远景和找矿方向具有重要指导意义。

1 区域地质背景
矿区所在的加丹加高原位于非洲大陆核心扎伊尔克拉通的东北部，具有特别明显的两大地层系统古老基底和盖层[1]。

太古代基底杂岩和前寒武纪加丹加系为构成古
老基底的主要地层，区域上又以加丹加系为代表，该岩系是铜、钴、铀、铅、锌等金属矿产的主要赋矿层位，主要由变质程度不同的砾岩、长石砂岩、白云岩、灰岩及页岩等组成。

盖层为中石炭纪以后的一组很厚的陆相地层。

矿区所在区域构造主要由加丹加褶皱—推覆构造带组成，属非洲中部卢菲利(Lufilian)弧形构造带的一部分。

卢菲利弧形构造带总体呈NW—SE走向，举世闻名的加丹加—赞比亚铜(钴)矿带就赋存其间，具体到刚果(金)境内，主要构造线在
科卢韦齐(KOLWEZI)—利卡西(LIKASI)地区为东西向，然后从利卡西(LIKASI)—卢本巴西( LUBUMBASHI)转为南东向延入赞比亚境内。

矿区处于科卢韦齐复式推覆体成矿带上，位于加丹加西部的外部褶皱和推覆构造带北缘(图1)、赞比亚-刚果(金)铜钴成矿带的西端[2]。

1—古生代至以后的岩石；2—花岗质岩，加丹加超群内部分侵入岩体；3—具构
造方向的加丹加超群；4—卢菲利带内的镁铁质熔岩；5—卢菲利带的基底岩石；6—谦比西带变质岩和剪切基底；7—受基巴拉构造热液旋回影响的岩石地区；8—巴克维普地块的基底与盖层；9—太古宙至以下元古基底岩石；10—推覆面；11—走滑断层；12—分带界线；13—岩性界线；14—湖泊图1 非洲加丹加和谦比西成矿带地质简图(Kampanzu et al,2005)Fig.1 Simplified geological map of Katanga and Chambishi Metallogenic belt, Africa
2 矿区地质特征
2.1 矿区地层
矿区出露地层较简单，主要为罗安群地层。

地表分布大面积废石堆、尾矿库，地层露头很少。

区内第四系、新近系地层在近地表广泛发育，主要是灰黑色、土黄色、红褐色的腐殖层、泥砂质及残坡积物，底部常见黄褐色—赭红色含鲕状赤铁矿的泥砂岩层。

罗安群作为本区的主要地层，为一套浅海相的细碎屑岩和化学沉积岩，原岩为白云岩、页岩、黏土岩、砂岩等，分为R1(RAT)组、R2(矿山)组和R3(RGS)组，R4组在本区缺失。

本区罗安群层厚度>500 m。

上部岩层(RGS、CMN、部分SDS、BOMZ)常受构造作用破碎呈砂状、次棱角状、浑圆状角砾状，中下部岩层(部分SDS、BOMZ以及大部分SDB、RSC、RSF、RAT)较为完整(图2)。

加丹加系上部孔德龙古群地层在本区没有出露，该层主要受逆冲推覆构造作用而逆转位于罗安群底部。

图2 SICOMINES铜钴矿区地层柱状图Fig.2 Stratigraphic column of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit
2.2 矿区构造
矿区受区域构造影响明显，处于近东西向科卢韦齐构造盆地西段，本区主构造线方向为北北东10°～30°，在构造、断裂发育部位矿化富集。

主要构造为褶皱构造、
断裂构造，以及层间断裂、次级节理、裂隙(图3)。

1—白云质粉砂岩；2—含黏土滑石白云岩、粉砂岩、白云质页岩、硅化白云岩；3—粗粒长石砂岩、砾岩；4—地质界线；5—断层及编号；6—向斜构造；7—背
斜构造图3 SICOMINES铜钴矿区地质构造简图Fig.3 Geological structure diagram of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit
2.2.1 褶皱构造
矿区处于一个近东西向复式向斜的西段，在向斜内部又存在一个次级复式褶皱，总体为轴向30°走向，向南偏向35°方位，向北偏向25°方位，向北倾伏，枢纽倾伏
角12°～16°。

由一个开启背斜和一个开启向斜共同组成的斜歪褶皱，轴部位于矿
区中心位置，相距500～600 m。

斜歪褶皱控制着矿区地层的总体产出形态，全
区地层整体走向北北东，倾向近南东或北西，矿区矿体产状与之相似，受其制约，主要的断裂及次级裂隙沿背斜轴部及向斜陡倾的东翼发育，向斜轴部及西翼受断裂影响较小，地层完整。

2.2.2 断裂构造
矿区断裂构造发育，主要分为区域性的逆冲推覆断裂、次级逆断层(F1、F2)、位于次级褶皱的背斜轴部、向斜轴部及其之间的陡倾翼的断裂构造(F3至F8)、边部叠
瓦式断裂(F9至F15)、层间断裂等。

主构造与次级构造之间具有衍生的关系，对矿体的产出及矿化的表生富集具有重要影响。

2.3 围岩蚀变
矿区内铜钴矿体的形成与区域变质作用有关，矿区围岩蚀变主要有硅化、白云岩化、绢云母化、碳酸盐化、滑石化等，主要在变质作用过程中形成，其中硅化、白云岩化、碳酸盐化与矿化关系密切。

3 矿床(体)地质特征
3.1 矿体特征
SICOMINES矿区矿体层状特征明显，主要赋存于矿山组BOMZ、SDB、RSC、RSF地层及部分RAT地层层位中，主矿体产状随地层变化而变化，矿体呈层状产出；在构造发育、岩石破碎强烈部位，存在少量表生富集的小铜、钴矿体，一般产出于近地表的SDS、RAT甚至CMN层位中，产状较陡。

目前矿区工程控制的矿
化范围超过3 km2，主铜矿体2条，其他小铜矿体83条、钴矿体117条。

其中Cu1、Cu2号矿体是主矿体，表现为矿体规模大、形态规整、赋矿层位稳定(图4)。

矿区矿体矿化特征为细脉状、浸染状，且以浸染状为主，局部有成矿矿脉叠加。

3.2 矿石特征
3.2.1 矿石组分
矿区矿石组分较简单，矿石矿物主要为孔雀石、辉铜矿，少量硅孔雀石、自然铜、斑铜矿、赤铜矿、水钴矿、钴白云石，微量硫铜钴矿、黑铜矿、黄铜矿等；其它金属矿物主要为赤铁矿、镜铁矿，偶见黄铁矿。

脉石矿物主要有钾长石、石英、绢云母、绿泥石、绿帘石、斜长石、黑云母等。

3.2.2 矿石结构与构造
矿石结构以他形粒状结构为主(图5)，少量半自形-他形粒状结构，包含结构(图6)，镶边结构(图7)，残余结构，纤柱状、纤维状、胶状结构(图8)，交代假象结构等。

矿石构造以层状、浸染状构造为主，其次为条带状、细脉状构造和角砾状构造，少量皮壳状和稀疏浸染状构造。

1—表土、残坡积物；2—白云质、泥质粉砂岩；3—含黏土滑石白云岩；4—长石白云质砂岩；5—上部白云质页岩；6—灰黑色石英质白云岩；7—下部白云质页岩；8—块状、蜂窝状硅化白云岩；9—层状硅化白云岩；10—泥岩、粉砂岩、砾岩；11—水面线；12—地层界线；13—铜矿体及编号；14—钴矿体及编号；15—钻
孔及编号图4 SICOMINES铜钴矿区X200S勘探线剖面图Fig.4 X200S exploration line profile map of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit
图5 他形粒状结构Fig.5 Allotriomorphic granular texture
图6 包含结构Fig.6 Poikilitic texture
图7 镶边结构Fig.7 Corona texture
图8 胶状结构Fig.8 Colloidal texture
3.2.3 成矿阶段
根据矿石结构、构造、矿物共生组合关系，工艺矿物学以及国内外对加丹加省卢菲利褶皱-逆冲带西部铜钴矿床的分析与研究，结合现场野外观察，本文将SICOMINES铜钴矿成矿过程划分为早期成岩、成岩主成矿、热液改造富集和表生富集四个阶段(图9)。

图9 成矿阶段及矿物生成顺序Fig.9 Mineralization stages and mineral generation order
1)早期成岩阶段：主要形成微球粒状黄铁矿、黄铜矿、硫铜钴矿。

2)成岩主成矿阶段：形成黄铜矿、硫铜钴矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、斑铜矿。

3)热液改造富集阶段：形成辉铜矿、蓝辉铜矿、赤铁矿。

4)表生富集阶段：形成孔雀石、硅孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、水钴矿、褐铁矿。

3.2.4 矿石类型与分带
矿区矿石主要类型为氧化矿、混合矿和硫化矿。

根据该矿区TCu、Co、S、CuO、CuS、氧化率和S的物相分析结果(图10)，氧化物中的Cu与S存在高度相关关系，通过相关性分析，利用单工程单矿体的S加权平均值可计算出矿体氧化率，按照
氧化率<10%、10%～30%、>30%为界，确定原生带、混合带、氧化带。

但由于硫化矿、混合矿在空间上分布零散、规律性差，矿区矿石总体以氧化矿为主，虽然存在硫化矿、混合矿，但分带并不明显。

表1 SICOMINES铜钴矿区物相分析结果Table 1 Results of phase analysis of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit序号样品编号化验编号分析结果/%CuCoS
氧化物中的Cu含量/%氧化物中的Cu含量占总金属量
/%1ZK001043G28841.730.003 70.025 01.5891.33
2ZK002010G24933.090.040 00.022 03.0799.35 3ZK00420G38455.810.013 00.320 04.5878.83 4ZK00519G25494.500.018 00.610 02.1648.00
5ZK00808G34635.000.025 50.013 54.9599.00 6ZK00903G22834.120.764 00.014 03.8092.23 7ZK01014G24613.340.676 00.017 03.2998.50
8ZK012020G41003.001.440 00.505 01.6856.00 9ZK804078G16284.300.011 00.860 00.9221.40 10ZK806036G21941.360.018 00.039 01.1987.50
11ZK80814G52381.990.100 0 0.017 01.9497.49
12ZK809006G51573.620.021 0 0.015 03.3291.71 小计平均3.48 0.260 0
0.200 0 2.71 77.59
3.3 矿体围岩和夹石
矿区主矿体为Cu1、Cu2号矿体。

Cu1号矿体主要赋存在下部白云质页岩中(SDB)，矿体顶板主要为灰黑色石英质砂岩(BOMZ)及上部白云质页岩(SDS)，底板主要为
块状、蜂窝状硅化白云岩(RSC)。

Cu2号铜矿体主要赋存在层状硅化白云岩中(RSF)，矿体顶板主要为块状、蜂窝状硅化白云岩(RSC)，底板主要为中粗粒长石砂岩、砾岩。

RSC组属于夹石层，该层多含铜钴矿化，但总体品位较低。

4 矿床地球化学特征
4.1 常量元素
本矿区针对主矿体含矿化白云质页岩与硅化白云岩进行了常量元素分析，主要成分有Fe、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、CuO、Au和Ag等。

从分析结果看，矿石中富含CaO、MgO，表明沉积作用主要发生于静态、蒸发环境[3-4]。

表2 SICOMINES铜钴矿区常量元素分析结果Table 2 Major elements analysis results of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit矿体分析项目
Fe/%CaO/%MgO/%SiO2/%Al2O3/%CuO/%Au/(g·t-1)Ag/(g·t-1)平均
1.855.947.5853.408.60
2.690.030.45Cu 1号最小值
0.740.281.8226.743.330.48<0.01<0.50最大值
4.0818.0713.6280.0613.329.840.091.50平均
1.109.328.8253.254.05
2.070.040.51Cu 2号最小值
0.620.141.6022.881.770.46<0.01<0.50最大值
3.4120.4415.1883.807.215.920.091.50
注：表中CuO/%表示氧化态铜的百分含量
4.2 微量元素
本矿区采用光谱全分析方法对矿石中微量元素含量进行了测定(表3)，与地壳中微
量元素标准值对比[5]，Pb、Zn、Sn、Au、Ag、Cd、Ge、Bi、Se、Te、In共11种元素高于标准值。

矿石中与Cu同步变化的元素有Pb、Zn、Sn、Ni、Se、Te，主成矿元素Cu与Se、Te相关性较好。

表3 SICOMINES铜钴矿区微量元素分析结果Table 3 Trace elements analysis results of SICOMINES Copper-Cobalt Deposit /10-6样品号检验号CuCoPbZnMoWO3SnAuAgCdGeTlNiBiSeTeGaInGPZK9040022G466066 80016033320<1110.030.8918<119<12219<1ZK806024G466734 900975522<1<139<0.011.1162<1951<1<1<15ZK602074G467548 5004508160<1<1130.070.9154<113561<1<113ZK502006G467730 40025018100<1<1200.020.31019<142<1<1317<1YK211026G468611 4001 500163259140.500.6113<11421<1<1885ZK002043G46946 40024068393<1330.110.4276<12139<1<1<17ZK111N017G46966 8007501291331480.151.01416<13911<1<1<1110ZK201N008G470462 6001 2002982<1<1450.030.9<16<143224<1<148全区平均29 7551
37332.780.41.830.430.40.10.88.67.25.523.945.04.21.87.666.1
4.3 硫同位素
Hoy、Ohomto(1989)测试的同位素数据和Greyling(2002)等获得的流体包裹体
数据表明，中非铜矿带早期硫化物(含硫化物50%～70%)与早期成岩作用同生形成，晚期硫化物(含硫化物25%～50%)形成于卢菲利造山运动期间，由变质流体
改造同生成岩矿物而成(Caliteux and Campunzu，1995；Caliteux，1997)[3-6]。

4.4 流体包裹体[7]
根据Pirmolin(1970)和Ngongo(1975)对SICOMINES矿区相邻的Kamoto矿体所做含矿化白云岩显微测温研究，上部矿体(BOMZ)包裹体均一温度为127～
192 ℃，下部矿体(RSF)与夹石带(RSC)的均一温度为105～188 ℃和80～168 ℃。

此外，结合Brown对包裹体盐度、密度的计算和分析表明，上下矿体中发现的流体包裹体具有相似的盐度和均一温度分布，说明在铜钴矿化的主要形成阶段是单一流体作用[8]。

5 成因探讨
5.1 成矿作用机制
新元古代罗安至孔德龙古时期的同沉积阶段，主要形成了大面积的砂岩、白云质页岩及富含铁镁白云岩沉积层。

在成岩初期，最早沉淀的硫化物是微球粒状和自形状黄铁矿，均早于铜的主矿化期(Osterbosch，1951；Bartholome，1974；Cailteux，1994)，这些早于主矿化阶段的微球粒状黄铁矿是早期成岩阶段同沉积
作用的特征，在20～60℃和细菌作用引起的近中性pH环境下这种硫化物发生沉
淀[7]。

孔德龙古时期，伴随铜钴矿化与成岩矿物(白云石)的进一步沉淀(Bartholome，1974；Cailteux等，2005；Dimanche，1974；Unrug，1988)，在富含火山碎屑的下孔德龙古群的压实脱水成岩过程中为盆地提供了富含金属卤水，卤水温度约
200～250 ℃。

其中的金属可能呈有机质和氯的络合物交代成岩早期的黄铁矿形成层状铜钴硫化物矿化。

此阶段地质环境以还原环境为主，裂谷盆地中的同沉积断裂是主成矿期铜元素迁移的有利通道，带来了大量的铜钴等成矿元素，是重要的层状铜钴硫化物富集阶段[7]。

卢菲利造山运动(550～560 Ma)使早期沉积的矿化地层被多期次的构造切割破坏，构造运动不仅使岩层发生褶皱倾斜及断裂破碎等，与造山热动力有关的热液活动，使原有矿化岩层受到活化改造，热液使岩石中铜钴等含矿硫化物活化迁移，并沿一些构造裂隙充填成矿。

成矿后的新构造活动及区域性隆起抬升，使矿区的矿体出露或靠近地表，这些地表及近地表矿体的铜钴硫化物，因长期的氧化淋滤作用，使铜钴硫化物变为氧化物(或氢氧化物)的同时，形成了大量的次生矿物，并导致铜含量大规模提高，形成表生富集矿体[8]。

5.2 矿床成因
20世纪初，一般认为赞比亚—刚果(金)铜钴矿带层状铜钴矿床的成因与岩浆侵入
热液作用有关，但后来发现加丹加含矿岩系与花岗岩体呈不整合关系，而且矿化层沿走向和倾向稳定延伸。

据此，有学者提出同沉积观点，认为铜、铁、钴等由碎屑或化学沉积形成。

20世纪80年代裂谷成矿模式所持的同成岩观点认为，成矿元
素来源既可以是上部地层的火山物质，也可来自和基性侵入岩同源的地壳深处，由同沉积断层沟通，造成盆地矿化卤水循环并交代而成[9]。

各学说观点所论述的角
度和偏向性不同，对于元素的迁移和矿源有不同的认识，但其共同点是罗安群地层沉积过程为铜钴等元素的重要初始富集阶段，后期的构造热液活动改造使得矿化进一步富集[10-11]。

综合以上分析，结合SICOMINES铜钴矿区地质特征及成矿规律，本文认为该矿
床为“沉积—改造型层状铜钴矿床”。

5.3 找矿标志
罗安群矿山组地层作为赞比亚—刚果(金)铜钴矿带层状铜钴矿床含矿标志层，其也是SICOMINES矿区的主要找矿标志。

此外，RSC层蜂窝状硅化、白云石化白云岩由于抗风化能力强而成为本区最好的地表找矿标志。

参考文献
[1]Rainaud C, Master S, Armstrong R A, et al.Geochronology and nature of the Palaeoproterozoic basement in the central African copper belt (Zambia and the Democratic Republic of Congo), with regional implications [J].Journal of African Earth Sciences, 2005, 42:1-31.
[2]Kampunzu A B, Cailteux J L H.Tectonic evolution of the Lufilian arc (Central Africa Copper Belt) during Neoproterozoic Pan African orogenesis [J].Gondwana Research, 1999, 2(3):401-421.
[3]李向前,姜玉平,赵锡岩,等.刚果(金)堪苏祁铜钴矿床地质特征与成因分析[J].地质与勘探, 2010(1):175-181.
[4]Kampunzu A B, Cailteux J L H, Moine B, et al.Geochemical characterisation, provenance, source and depositional environment of
'Roches Argilo-Talqueuses' (RAT) and Mines Subgroups sedimentary rocks in the Neoproterozoic Katangan Belt (Congo): Lithostratigraphic implications [J].Journal of African Earth Sciences, 2005, 42:119-133.
[5]王崇云.地球化学找矿[M].北京:地质出版社, 1996.
[6]Lerouge C, Cailteux J L H, Kampunzu A B, et al.Sulphur isotope constraints on formation condition of the Luiswishi ore deposit, Democratic Republic of Congo (DRC) [J].Journal of African Earth Sciences, 2005, 42:173-182.
[7]Stijn Dewaele, Philippe Muchez, Vets J, et al.Multiphase origin of the Cu-Co ore deposits in the western part of the Lufilian fold and thrust belt, Katanga (Democratic Republic of Congo) [J].2006, 46:455-469.
[8]燕长海, 李彩霞, 张明云,等.中非铜矿带地质译文集[C].郑州:河南省地质调查院, 2009.
[9]Cailteux J L H, Kampunzu A B, Lerouge C, et al.Genesis of sediment-hosted stratiform copper - cobalt deposits, central African copper belt [J].Journal of African Earth Sciences, 2005, 42:134-158.
[10]李向前,毛景文,闫艳玲,等.中非刚果(金)加丹加铜钴矿带主要矿化类型及特征[J].矿床地质，2009(3):366-380.
[11]杜菊民,赵学章.刚果(金)铜—钴矿床地质特征及分布规律[J].地质与勘探, 2010(1):164-174.。