何勝飛，孫凱，王杰，任軍平，劉曉陽

（天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170）

坦桑尼亞西北部卡邦加銅鎳硫化物礦床研究進(jìn)展

何勝飛，孫凱，王杰，任軍平，劉曉陽

（天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 300170）

通過對卡邦加銅鎳硫化物礦床近年來研究成果的初步總結(jié)，系統(tǒng)分析整理了礦床的地質(zhì)特征，如礦體分布形態(tài)、礦石特征和礦體地球化學(xué)特征等。作者認(rèn)為卡邦加銅鎳硫化物礦床是超基性巖體侵入基巴拉帶（卡拉圭-安科連）變質(zhì)沉積巖內(nèi)形成的貫入式巖漿融離型礦床。其礦體位于超基性巖底部，并與變質(zhì)沉積巖一同經(jīng)歷后期的碰撞造山作用。礦體中的S主要來源于上地殼變質(zhì)沉積巖。

卡邦加（Kabanga）；銅鎳硫化物；基性-超基性；坦桑尼亞

卡邦加（Kabanga）銅鎳硫化物礦床位于坦桑尼亞西北部卡格拉（Kagera）區(qū)魯倫格（Rulenge）鎮(zhèn)西南30 km處。該礦床由聯(lián)合國發(fā)展署（UNDP）下的多國聯(lián)合工作組于1976年發(fā)現(xiàn)，施工鉆探約20 000 m[1，2]。1991-1995年必和必拓（BHP）公司和薩頓（Sutton）資源公司對卡格拉地區(qū)卡邦加鎳礦開展了地質(zhì)勘探工作，主要有地質(zhì)填圖、鉆探和地球物理調(diào)查，施工鉆探約42 000m。卡邦加鎳礦資源量有2100萬噸，Ni品位為1.66%、Cu品位0.23%、Co品位0.14%。其中Ni品位達(dá)2.1%（品位下限1.2%）、Co品位0.16%的礦石量約1270萬噸[3～5]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

卡邦加銅鎳硫化物礦床大地構(gòu)造位置位于坦桑尼亞克拉通、剛果克拉通和班韋盧地塊之間的中元古代卡拉圭-安科連（Karagwe-Ankolean）構(gòu)造層內(nèi)（1.6～1.28 Ga，圖1）[6，7]。

1.1 地層

區(qū)域上，本區(qū)地層主要為卡拉圭-安科連群，系中元古代基巴拉造山帶的一部分（坦桑尼亞部分）。卡拉圭-安科連構(gòu)造層屬基巴拉變質(zhì)沉積巖，主要為變質(zhì)砂質(zhì)碎屑巖和變質(zhì)泥巖，含少量硬砂巖和碳酸鹽巖[6-7]。

卡拉圭-安科連構(gòu)造層具有典型的序列為礫巖、砂巖、砂質(zhì)碎屑巖和泥巖的沉積旋回，一些杏仁狀基性巖賦存于砂質(zhì)碎屑巖和頁巖中[6,8～10]。泥巖中含部分薄層狀粉砂巖和相當(dāng)數(shù)量的鐵硫化物和石墨透鏡體。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域地球物理調(diào)查表明，區(qū)域內(nèi)主要構(gòu)造的走向?yàn)镹E-SW。Rumvergeri（1991）認(rèn)為卡拉圭-安科連構(gòu)造區(qū)東部是與超基性巖有關(guān)的走向NE-SW向NNE-WSW轉(zhuǎn)化的疊瓦狀推覆體和褶皺[11]?？ɡ?安科連構(gòu)造區(qū)重復(fù)出現(xiàn)的地層被認(rèn)為與區(qū)域內(nèi)的推覆構(gòu)造帶相關(guān)[7]。

Grey（1967）和Klerkx等（1987）認(rèn)為卡拉圭-安科連構(gòu)造層沉積物與地殼增厚時(shí)期有關(guān)的陸內(nèi)拉張盆地沉積有關(guān)。其固結(jié)成巖后，又經(jīng)受了與基性-超基性巖漿有關(guān)的后碰撞造山作用[7]。

1.3 巖漿巖

基性-超基性巖：卡邦加-穆松蓋蒂（Kabanga-Musongati）基性-超基性巖體總體上呈北東向串珠狀斷續(xù)分布。卡邦加礦區(qū)基性-超基性巖雜亂分布，難以區(qū)分；表現(xiàn)為西部主要為橄欖巖，東部主要為輝長巖，表明東部受侵蝕較少。超基性巖主要有橄欖巖、輝石橄欖巖和黑色輝長蘇長巖。地球物理數(shù)據(jù)表明，侵入體呈帶狀隱伏于蓋層之下。Tack等（1994）在穆松蓋蒂侵入體獲得的單顆粒鋯石U-Pb年

齡為1275±11 Ma[10]。

圖1 卡邦加礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖（據(jù)D.M.Evans等，2000）Fig.1 The regional geological map of the Kabanga（after D.M.Evans et.al，2000）

與超基性巖相比，同造山期、晚造山期和后造山期的花崗質(zhì)巖類分布區(qū)更廣。早期花崗質(zhì)巖石如布書必（Bushubi）巖基，全巖Rb-Sr年齡1324±23 Ma。其中大部分花崗巖類是未成層狀（葉片狀）的后造山期花崗巖，其形成年齡晚于主褶皺期，例如，馬勒巴（Maleba）和穆馬克拉（Mumakera）花崗巖全巖Rb-Sr年齡分別為1006±44 Ma和1088±59 Ma[12]。

1.4 變質(zhì)作用

石英巖、白云母-紅柱石片巖、黑云母-十字石片巖和二云片巖為常見變質(zhì)巖，這些巖石中紅柱石常見，十字石多見于富黑云母巖石中，鐵鋁榴石常見于十字石-紅柱石云母片巖。十字石-紅柱石-鐵鋁榴石屬典型的高溫低壓礦物，由此可知卡邦加地區(qū)變質(zhì)相主要為角閃巖相[13]。

卡拉圭-安科連構(gòu)造層沉積物變質(zhì)變形主要發(fā)生在1.3 Ga中元古代基巴拉變質(zhì)變形期[11，12,14-17]。花崗巖侵入到卡拉圭-安科連構(gòu)造層內(nèi)，沉積物受熱接觸變質(zhì)作用，在接觸帶形成Sn礦化。超基性巖中橄欖石內(nèi)部很好的保留了次要的巖漿后期變質(zhì)作用和內(nèi)部的各種結(jié)構(gòu)[13]。

2 礦體地質(zhì)特征

2.1 礦體地質(zhì)特征

2.1.1 礦體特征

卡邦加礦區(qū)地層主要由變沉積巖和超基性侵入體構(gòu)成。層序?yàn)樵颇钙瑤r和細(xì)密紋理狀變泥巖覆蓋于粗粒石英巖之上。超基性巖體侵入變沉積巖內(nèi)

（圖1、2、3），貫穿云母片巖，與石英巖接觸。

卡邦加礦區(qū)卡邦加巖體和卡邦加北巖體是兩個(gè)較大的超基性巖體，分別產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)意義的銅鎳硫化物礦體[7]：卡邦加主礦體和卡邦加北礦體。礦體位于超基性巖體的底部，上覆粗粒橄欖巖、橄欖巖、輝長蘇長巖、云母片巖。

（1）卡邦加主礦體的母巖體是礦區(qū)內(nèi)最大的超基性巖體（全巖MgO含量＞13%，F(xiàn)o75－Fo85），長約1500 m，寬200～400 m，向北約15°傾伏?？ò罴映詭r體西部是變沉積巖圍巖，其接觸邊界明顯。云母片巖和石英巖傾向西，與區(qū)域上地層傾向相反，表明在礦區(qū)內(nèi)地層是倒置的，為倒轉(zhuǎn)褶皺引起[7,18]。礦體位于超基性巖體底部，其上部分別是層狀分布的粗粒橄欖巖、細(xì)粒橄欖巖和輝長蘇長巖。超基性巖體邊緣分布有厚約數(shù)米，已經(jīng)蝕變的細(xì)粒輝長巖，部分細(xì)粒輝長巖有冷凝邊[18]。

橄欖巖主要由≥70%的蛇紋石化橄欖石、≤20%的斜方輝石，和5%的他形黑云母和其他外來巖石包體組成。一些橄欖石顆粒含有沉積巖圍巖的包體，表明早期形成的硅酸質(zhì)巖漿混入了圍巖。在蛇紋石化橄欖石顆粒間隙內(nèi)分布有浸染狀硫化物。

橄欖巖巖體的組分和構(gòu)造發(fā)生了變化。斜方輝石顆粒增大了2倍至6 mm，橄欖石顆粒變小至0.5 mm。斜方輝石顆粒含量增加了20%，相應(yīng)的橄欖石顆粒含量減少了20%。橄欖巖具嵌晶構(gòu)造，橄欖石部分被斜方輝石部分包圍。一些樣品中，橄欖石全部或部分被硫化物包圍。在橄欖巖中可見不同類型的鎳礦化[18]。

（2）卡邦加北礦體呈豆莢狀，最寬約100 m，長350 m。圖2顯示超基性巖位于云母片巖東部，地層總體走向NE-NNE，傾向NW-NNW，傾角70°。超基性巖體主要由橄欖石和輝石組成。80%的橄欖石大小約0.2～0.7 mm，骸晶狀橄欖石與0.4～0.8mm的斜方輝石有關(guān)。長石（約10%）圍繞橄欖石，但不是很普遍。多數(shù)橄欖石和相關(guān)的礦物已經(jīng)強(qiáng)烈蛇紋石化、綠泥石化。輝石巖80%以上由斜方輝石構(gòu)成，主要有間粒狀結(jié)構(gòu)和包圍結(jié)構(gòu)，大小約0.25～＞1 mm；部分斜方輝石顆粒＞1 mm；浸染狀硫化物約占10%；超基性巖中的圍巖包裹體（含硅酸鹽巖漿和圍巖混合物）約占5%[18]。

鎳硫化物主要產(chǎn)于侵入體西部邊緣部分，與圍巖有明顯的界限[7,13]。

當(dāng)物料為橫觀各向同性材料（秸稈類與木質(zhì)類生物質(zhì)原料）時(shí)，可以認(rèn)為?？變?nèi)物料在同一截面內(nèi)任意方向上具有相同力學(xué)特性，因此 Ey=Ez，νxy=νxz，νyx=νzx，由于彈性模量與泊松比之間存在如下關(guān)系：

2.1.2 礦石特征

礦石構(gòu)造主要有塊狀、半塊狀構(gòu)造、網(wǎng)狀、浸染狀等。礦石結(jié)構(gòu)主要有堆晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和出溶結(jié)構(gòu)。礦石為中-粗粒結(jié)構(gòu)，部分礦物呈自形晶。

2.2 礦化類型

卡邦加主礦體和北礦體均可見磁黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、鎳黃鐵礦和磁鐵礦，砷黃鐵礦和紅砷黃鐵礦含量較少，成礦組合為磁黃鐵礦-磁鐵礦-黃銅礦-黃鐵礦[7]。

卡邦加礦體類型主要有：1）接觸變質(zhì)帶內(nèi)的塊狀硫化物礦體；2）與侵入體中心區(qū)域?qū)訝罟杷猁}相關(guān)的浸染狀和脈狀礦體；3）發(fā)育于變質(zhì)泥巖中的脈巖型礦體。

圖2 卡邦加北礦體11600線剖面圖（a）和平面圖（b）（據(jù)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）

接觸變質(zhì)礦化帶最后延伸至變質(zhì)沉積巖內(nèi)150 m。接觸變質(zhì)帶內(nèi)的塊狀硫化物（80%～100%的硫化物和氧化礦）粗粒-巨粒結(jié)構(gòu)，鎳品位2.4%～2.8%；半塊狀鎳硫化物中占硫化物和氧化礦總量的40%～

80%。

在侵入體內(nèi)部，網(wǎng)格狀礦化約2～15 m厚。礦化范圍在基性-超基性巖體西部邊緣處到接觸帶礦化類型之間，并與接觸帶礦化類型有明顯的接觸。網(wǎng)狀硫化物中鎳品位0.7%～1.1%（10%～40%的硫化物和氧化礦）。

2.3 蝕變特征

橄欖石及其相關(guān)的礦物發(fā)生強(qiáng)烈的蛇紋石化、綠泥石化。部分硫化物中可見次變邊結(jié)構(gòu)，可能是這些硫化物經(jīng)受了晚-同造山期Bushubi花崗巖類事件中的熱和流體作用的結(jié)果[18]。

2.4 地球化學(xué)特征

（1）在卡邦加主礦體和北礦體中，磁黃鐵礦/鎳黃鐵礦比值和鎳品位從礦體中心向超基性巖體逐漸降低（圖4A）。這表明，礦體中的鎳不僅僅來源于鎳礦黃鐵，也來源于其它硫化物（鎳鈷礦？）[18]。

卡邦加主礦體周邊的小型礦體中磁黃鐵礦/鎳黃鐵礦比值顯示往礦體中心的比值逐漸降低，遠(yuǎn)離中心逐漸增高；同時(shí)，在卡邦加北礦體，磁黃鐵礦/鎳黃鐵礦比值的增加或減少與礦體中的鎳品位高低成正相關(guān)?？ò罴颖钡V體的中心這一比值約為25，而遠(yuǎn)離礦體中心比值超過60。卡邦加北礦體中黃銅礦有相似的特點(diǎn)。鉆孔巖芯中的磁鐵礦和鉻鐵礦分析表明靠近礦體上部的品位較高，在其他部位變化不大，近似于常數(shù)[18]（圖4B）。

卡邦加北礦體鎳品位比卡邦加主礦體高。兩者可從橄欖巖和輝巖含量區(qū)分，但是后者鎳硫化物含量較低（橄欖巖中鎳含量5000×10-6，輝巖中鎳含量可大于20 000×10-6）。這表明，卡邦加北礦體可能因硅化帶而相對富集硫化物[18]。

（2）當(dāng)硫化物從不同的地幔巖漿中結(jié)晶分離出來，S/Se比值接近地幔巖漿中的比值（S/Se值3000～4000）[19]。在含水的環(huán)境當(dāng)中，Se與S分離。因此，沉積巖中的硫化物通常強(qiáng)烈虧損Se[20]。S/Se比值變化較大。在品位較高的塊狀硫化物中，S/Se比值在巖漿巖正常范圍內(nèi)；在圍巖中缺乏磁黃鐵礦區(qū)域的巖石中S/Se比值平均值達(dá)100 000，品位較低的硫化物中，S/Se比值接近此值?？赡苁堑V體中大量混入圍巖中的S的緣故[13]。

（3）Evans（1999）[13]等對卡邦加礦區(qū)不同類型的鎳礦化礦石中鉑族元素進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在塊狀和網(wǎng)狀、浸染狀礦石中均不同程度的虧損鉑族元素。發(fā)育于層間的塊狀硫化物中鉑族元素強(qiáng)烈虧損。

（4）Macheyeki（2011）[18]通過對各種不同巖性地層的巖石地球化學(xué)向量（元素含量比值）進(jìn)行綜合研究，認(rèn)為Pd/V×1000，[（Pd/V）/（Cu/Cr）]×100和（Ni/Cr）×（Cu/V）×1000等三個(gè)向量，尤其是后兩個(gè)向量可以用來指示尋找相似類型的銅鎳硫化物礦床。

3 成礦時(shí)代

圖3 卡邦加主礦體101100線剖面圖（a）和平面圖（b）（據(jù)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）

卡邦加礦區(qū)內(nèi)的卡拉圭-安科連地層傾向與基巴拉帶總體傾向相反，地層倒置，為倒轉(zhuǎn)褶皺（碰撞

造山期）。從局部看卡邦加銅鎳硫化物礦床兩個(gè)礦區(qū)的超基性含礦巖體侵入基巴拉帶變質(zhì)沉積巖（1800～1330 Ma）中，但其總體延伸方向與基巴拉帶一致。在卡邦加南部，與卡邦加超基性巖類似的布隆迪穆松蓋蒂（Musongati）侵入體獲得的單顆粒鋯石U-Pb年齡為1275±11 Ma；在距Gitega-Makebuko-Bukirasazi侵入巖地區(qū)的A型花崗巖測得鋯石U-Pb年齡1249±8 Ma[10,21]。Maier（2010）[22]對卡邦加北礦體（鉆孔KN9566，219.5～220.5 m）的輝長蘇長巖樣品做了Nd同位素分析，輝長蘇長巖形成年齡約1400 Ma（εNd-8.3）；結(jié)合礦體中硫、氧同位素證據(jù)，認(rèn)為其混入了地殼物質(zhì)。以上證據(jù)表明卡邦加銅鎳硫化物礦床形成時(shí)代應(yīng)晚于基巴拉帶沉積巖固結(jié)成巖年齡（2050 Ma～1330 Ma）[10]，早于其碰撞造山期（后造山期花崗巖，1088±59 Ma）[12]。

4 礦床成因

4.1 硫同位素

研究表明，大多數(shù)玄武質(zhì)巖漿（MORB除外）在形成之初離開上地幔時(shí)硫都是不飽和的[23～26]。卡邦加礦體中變沉積巖的δ34S范圍區(qū)間為7‰～24‰，火成巖中的δ34S范圍區(qū)間為8‰～24‰，具有高度一致，這證明火成巖中的S可能來自變沉積巖[22]。

4.2 氧同位素

卡邦加礦體斜方輝橄巖中的橄欖石和輝石δ18O范圍分為5.1‰～6.6‰、5.2‰～6.5‰，主要位于上地幔巖漿的δ18O范圍內(nèi)，表明僅混入了極少量的地殼物質(zhì)；而輝長蘇長巖和輝石巖中的輝石、斜長石和全巖的δ18O范圍主要在6‰～8‰之間，顯示其混入了大量的地殼物質(zhì)。礦體圍巖的全巖δ18O范圍主要在8.9‰～12.6‰之間，表明其主要為變質(zhì)泥巖[22]。

4.3 礦體成因

Evans等（1999）[13]通過對卡邦加鎳礦鉆孔不同巖性樣品中Co/Ni、Cu/Ni、Pt/Ni（MgO=16%）、Ni/S、（S/ Se）/Ni等元素比值點(diǎn)位圖綜合分析，認(rèn)為卡邦加銅鎳硫化物礦床與Bushveld復(fù)合巖體[27]、金川鎳礦[28]、Sudbury[29]、Thompson[30]，Talnakh[31]等大型-超大型鎳硫化物礦床的成因是相似的。

卡邦加基性-超基性侵入體是高鎂質(zhì)玄武質(zhì)巖漿（MgO含量12%～15%），沿巖漿通道上涌并上覆在輝長巖巖墻上?；鹕綆r受變質(zhì)沉積巖控制，呈層狀賦存于圍巖（未褶皺的卡拉圭-安科連陸內(nèi)沉積盆地沉積巖）中。鉻鐵礦和橄欖石最早從高鎂玄武質(zhì)巖漿中結(jié)晶分離并堆積起來。橄欖石強(qiáng)烈虧損Ni,暗示其結(jié)晶于一個(gè)硫過飽和的巖漿。較高水平的不相容微量元素和高La/Sm比值表明高鎂質(zhì)玄武巖漿可能混入了上地殼成分（卡拉圭-安科連地層沉積巖）中的S，導(dǎo)致了硫過飽和，在巖漿通道中引起不混溶的硫化物最終結(jié)晶分離形成了卡邦加鎳硫化物礦床，并覆蓋在輝長巖巖墻上[7]。

5 結(jié)論與問題

（1）卡邦加銅鎳硫化物礦床是高鎂質(zhì)的玄武質(zhì)地幔巖漿侵入上地殼基巴拉變沉積巖形成的貫入式巖漿融離型礦床。

（2）卡邦加銅鎳硫化物中的硫來源于上地殼的卡拉圭-安科連地層沉積巖。

（3）Pd/V×1000，[（Pd/V）/（Cu/Cr）]×100和（Ni/Cr）×（Cu/V）×1000等三個(gè)球化學(xué)向量，尤其是后兩個(gè)向量可以用來指示尋找相似類型的銅鎳硫化物礦床。

圖4 A卡邦加主礦體與超基性巖體磁黃鐵礦/鎳黃鐵礦比值變化圖（據(jù)Macheyeki,A.S.，2011）圖4 B卡邦加北礦體與超基性巖體元素比值變化圖（Po/ Pn:磁黃鐵礦/鎳黃鐵礦）（據(jù)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）卡邦加鎳硫化物礦床的成礦年齡介于基巴拉帶固結(jié)成巖晚期（1330Ma）與基巴拉后造山帶時(shí)代（1088±59 Ma）之間，但未能獲得其準(zhǔn)確年齡。

（5）與其他相似類型的銅鎳硫化物礦體相比，卡邦加銅鎳硫化物礦床虧損Pt、Pd，其原因有待進(jìn)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

國家地質(zhì)科研項(xiàng)目：非洲中南部重要礦床地質(zhì)背景、成礦作用和找礦潛力研究（1212011220910）

何勝飛（1977-），男，工程師，2007年畢業(yè)于桂林工學(xué)院資源與環(huán)境工程系構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，從事地質(zhì)礦床勘查與研究工作，Email:hesan496112@163.com。