吳德文, 王如濤, 張 恒, 朱谷昌, 張道俊

(1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012;2.中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司,北京 100012;3.中輝礦業(yè)贊比亞有限公司,北京 100025)

0 引言

伊謙比(Ichimpe)銅鈷礦位于贊比亞銅帶省基特韋市北西方向約12 km處,北鄰謙比希東南礦(Chambishi SE),南抵明多拉礦(Mindola),是近年探獲的一處大型銅(鈷)礦床(圖1)。20世紀70—90年代,前人在伊謙比礦區(qū)北部相繼進行過地質(zhì)調(diào)查和初步勘查,對該區(qū)的地質(zhì)特征及礦化規(guī)律有了基本的認識,并大致圈定銅、鈷礦(化)體的分布范圍[1]。而對伊謙比礦區(qū)的全面勘查工作始于2008年,歷經(jīng)預(yù)查—普查—詳查—補充詳查的勘查過程。由于該礦埋藏深度大,前期預(yù)查以物探工作為主要手段,包括地面高精度磁測、激電中梯剖面測量和Eh4測深剖面測量等,初步確定基底和含礦層位的空間展布特征,并對物探異常區(qū)進行深部鉆探驗證,證實銅鈷礦體的存在。隨后在該區(qū)相繼開展普查和詳查,基本查明勘查區(qū)礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀、厚度、品位以及礦體圍巖和夾石等特征。2010年提交Ichimpe銅鈷礦區(qū)地質(zhì)詳查報告①,探獲的銅、鈷資源量均達到大型規(guī)模。2020—2022年又對伊謙比礦區(qū)進行補充詳查,主要是在原詳查區(qū)實施加密工程,在外圍新擴區(qū)進行地質(zhì)詳查。本次勘查提交的銅、鈷資源量分別增加60%以上,礦產(chǎn)資源量及其可靠程度得到顯著提升②。本文利用礦區(qū)各勘查階段獲取的勘查資料,總結(jié)和分析該礦床的地質(zhì)特征,并參考前人的區(qū)域地質(zhì)研究成果,對礦床成因進行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

伊謙比礦區(qū)地處贊比亞銅礦帶,該帶在大地構(gòu)造上位于盧菲利安(Lufilian)構(gòu)造帶中帶的東端(圖1)。新元古代早期,中非剛果克拉通開始裂解并持續(xù)擴張[2],形成介于北部班格烏盧(Bangweulu)地塊與南部贊比亞地塊之間的裂谷帶,在裂谷中沉積一套濱海相、淺海相沉積巖系。元古代未期發(fā)生橫跨非洲大陸的盧菲利安造山運動(泛非構(gòu)造運動后期),該運動除南北相向擠壓之外,還伴有北盤向北東斜移,南盤向南西斜移,使裂谷帶內(nèi)沉積地層褶皺回返,形成盧菲利安弧形構(gòu)造帶[3],以及其中的中非銅礦帶(包含贊比亞銅礦帶和剛果的沙巴銅礦帶)[4-5]。經(jīng)盧菲利安造山運動之后,在弧形構(gòu)造帶的中部形成贊比亞銅礦帶的主要構(gòu)造—卡富埃(Kafue)背斜,背斜軸走向NW,其東北翼為穆富利拉(Mufulira)向斜,而西南翼形成恩昌加(Nchanga)盆地、謙比希(Chambishi)盆地和盧安夏(Luanshya)盆地3個由北西向南東側(cè)列的次級向斜盆地。背斜兩翼構(gòu)成2個次級成礦帶[8-9],其中西南翼為贊比亞銅礦帶主體,已知銅礦床均產(chǎn)于盆地邊部,伊謙比銅鈷礦位于謙比希盆地的北東緣。

圖1 贊比亞銅礦帶構(gòu)造位置(a)與區(qū)域地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)文獻[6-7]修編)

贊比亞銅礦帶地層主要由基底雜巖和沉積蓋層2套地層組成。基底雜巖包括新太古代盧富布群(Lufubu)片巖、片麻巖、石英巖、花崗質(zhì)混合巖和中元古代穆瓦群(Muva)石英巖、片巖。盧富布群是該區(qū)出露的時代最老、分布較廣的巖層,原巖年齡約為2 650 Ma[10]。穆瓦群不整合于盧富布群之上,各地厚度不一,有些地段缺失,原巖年齡為1 400～1 200 Ma[11]。蓋層為加丹加超群(Katangan),原巖形成于距今880～570 Ma的新元古代[12-13],與下伏的基底雜巖呈不整合接觸。加丹加超群自下而上劃分為3個巖組,即羅安組(Roan)、木瓦夏組(Mwashia)和孔德龍古組(Kundelungu),羅安組又分為下羅安組(Lower Roan)和上羅安組(Upper Roan),各組地層之間呈整合接觸。下羅安組以碎屑巖為主,由下部的陸相粗粒碎屑巖向上變?yōu)闉I海相的泥質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r和砂巖,其中含礦頁巖段出現(xiàn)藻類化石、硫酸鹽和碳酸鹽礦物,該組是本區(qū)最主要的銅鈷礦賦礦層位。上羅安組以白云巖為主,夾細碎屑巖,含硫酸鹽礦物,該組頂部或中上部侵入有輝長巖巖床、巖脈[14]。木瓦夏組主要由頁巖和白云巖互層組成?？椎慢埞沤M以底部廣泛出露的冰磧礫巖層為標志,上部為灰?guī)r和板巖。

區(qū)域主要構(gòu)造為卡富埃復(fù)式背斜,背斜核部出露大面積基底雜巖和花崗巖,使發(fā)育在其東北翼的深槽狀穆富利拉向斜和發(fā)育在其西南翼的3個淺槽狀向斜盆地等分隔開來。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜,主要表現(xiàn)為蓋層地層原始沉積受到基底潛山的影響,形成早期的同生褶皺,后期構(gòu)造運動使盆地內(nèi)蓋層發(fā)生構(gòu)造疊加,地層進一步褶皺,時有倒轉(zhuǎn)、拖曳現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)斷層主要為走向滑動斷層和逆斷層,穹窿區(qū)內(nèi)走向滑動斷層主要發(fā)育在基底內(nèi)部,常形成剪切帶;逆斷層發(fā)育在穹窿區(qū)與復(fù)向斜交界部位,多為小型斷層,對礦層影響程度較小。

區(qū)域巖漿活動主要為花崗巖和輝長巖的侵入。早期花崗巖侵入到基底盧富布群和穆瓦群中,構(gòu)成基底巖系的一部分,主要分布在謙比希盆地周邊。根據(jù)前人研究,花崗巖漿侵入活動集中在2 050～1 850 Ma[15],基底花崗巖為礦床的沉積提供了物質(zhì)來源[16]。晚期輝長巖巖床普遍發(fā)育在上羅安組中,侵入時代約為(760±5)Ma[17]。

區(qū)域內(nèi)地層普遍遭受區(qū)域性變質(zhì)作用。加丹加超群的區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生在盧菲利安造山運動期間,主要為淺變質(zhì)綠片巖相,變質(zhì)礦物為石英、黑云母、綠泥石、電氣石、絹云母和微斜長石、白云石、硬石膏;部分地區(qū)變質(zhì)程度較高,達到中-淺變質(zhì)綠簾-角閃巖相[18],其特征礦物為透閃石、黑云母、綠簾石、陽起石和方柱石、斜黝簾石?；纂s巖遭受變質(zhì)作用程度高于加丹加超群,在盧菲利安造山運動期間經(jīng)歷退變質(zhì)作用。盧富布群變質(zhì)礦物主要為黑云母和絹云母,見少量石榴子石、綠簾石、斜黝簾石和藍晶石;穆瓦群變質(zhì)作用程度低于盧富布群,主要變質(zhì)礦物為絹云母、綠泥石。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)地層與區(qū)域地層基本一致,由基底和蓋層組成(圖2)。圖3為根據(jù)鉆孔編錄資料確立的地層層序,主要對下羅安組和上羅安組的各巖性段進行劃分和厘定。

基底出露于礦區(qū)東部,鉆孔中見于礦區(qū)深部。從鉆孔揭露情況看,基底主要是盧富布群,巖性為花崗片麻巖夾片巖,局部地段見石英巖;穆瓦群在大部分地段缺失,僅局部可見,巖性主要為石英云母片巖。

蓋層在礦區(qū)由北東向南西(由盆地邊部向盆地內(nèi)部)依次出露下羅安組、上羅安組、木瓦夏組和孔德龍古組,上羅安組中大部分地段有輝長巖床或巖脈侵入。

下羅安組由下至上大體可劃分為9個巖性段:①底礫巖;②下部石英巖夾長石石英砂巖;③中(粗)礫巖;④下盤石英(砂)巖;⑤下盤礫巖;⑥礦化板巖(無礦化地段相變?yōu)榘自茙r);⑦上盤石英巖夾泥巖;⑧砂質(zhì)泥巖、石英(砂)巖互層;⑨上部石英巖。局部夾有白云巖和少量絹云母石英片巖。巖層間呈整合接觸,各巖性段厚度不等,局部有缺失。下羅安組與下伏基底呈角度不整合接觸,與上覆上羅安組整合接觸。下羅安組有3個重要的巖性段:

(1)上部石英巖(LUQ),呈白色、灰白色,部分略顯淺肉紅色,中細粒變晶結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,主要由石英(約占90%)、長石(約占5%)組成,含少量黑云母、泥質(zhì)礦物及白云質(zhì)礦物,夾少量泥質(zhì)條帶和砂質(zhì)泥巖薄層,偶見浸染狀黃鐵礦化。該巖性段厚10～15 m,作為劃分上、下羅安組的標志層。

(2)礦化板巖(LQS),為礦區(qū)賦礦層位,詳述見3.1節(jié)。

(3)下盤礫巖(LFQ),呈灰白色-青灰色,局部地段出現(xiàn)鉀化而呈肉紅色,礫石成分較復(fù)雜,主要有石英巖、砂巖、泥質(zhì)巖、黑云母片巖和花崗片麻巖,少量硬石膏、燧石等,礫石含量30%～70%,多呈次圓狀-次凌角狀,礫徑0.5～6 cm,一般1～2 cm,泥質(zhì)、鈣質(zhì)、硅質(zhì)膠結(jié)。巖石普遍硅化,見弱綠泥石化,金屬礦化不明顯,偶見浸染狀、星點狀黃鐵礦化。該巖性段厚2～5 m,作為鉆孔穿過主礦層的標志層。

上羅安組分布廣,厚度大。根據(jù)巖性(組合)特征,大致可劃分為5個巖性段,自下而上分別為:①泥質(zhì)砂巖、石英(砂)巖、白云巖互層;②燧石白云巖;③含硬石膏砂巖、鐵染砂巖、泥巖夾白云巖;④含礫砂巖、互層狀砂巖、白云巖;⑤石英砂巖、互層狀白云質(zhì)泥巖、白云巖。上部巖層中侵入有輝長巖。各巖性段厚度不等,巖相變化較大。

木瓦夏組和孔德龍古組分布于礦區(qū)的西側(cè),前者巖性主要為頁巖、泥巖,后者主要為冰川沉積的冰磧礫巖等。

礦區(qū)內(nèi)地層走向整體為NW—SE向,傾向SW,但在深部基底出現(xiàn)的隆起和凹陷部位,地層傾向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)折。地層傾角一般為20°～80°,盆地邊部較陡,內(nèi)部較緩。

從沉積環(huán)境分析,蓋層地層為陸緣淺海相沉積,平面上表現(xiàn)為帶狀分布。下羅安組直接與基底呈不整合接觸,從下往上大體呈現(xiàn)粗礫巖→砂巖→礫巖→泥巖→砂泥互層的巖性變化特征,為一套多韻律組合的海進層序,表明下羅安組形成在加丹加海孕育初期,其沉積環(huán)境從早到晚可能經(jīng)歷陸緣→濱?！鸀I淺海→淺海的變化,海水逐漸變深;之后的沉積環(huán)境趨于穩(wěn)定,沉積的上羅安組為一套以碳酸鹽巖與細碎屑巖互層為主的沉積建造,其中出現(xiàn)大量的蒸發(fā)鹽礦物(硬石膏和石膏),代表典型的咸化瀉湖環(huán)境,表明加丹加海發(fā)展到了成熟期;之后的加丹加海進一步擴張,木瓦夏組發(fā)生沉積;木瓦夏組沉積后,出現(xiàn)全球范圍內(nèi)的“前寒武紀晚期大冰期”,形成孔德龍古組底部的冰磧巖。

圖3 伊謙比礦區(qū)綜合地層柱狀圖

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造以褶皺構(gòu)造為主,斷裂構(gòu)造不發(fā)育。主體構(gòu)造為受基底地形控制的同生褶皺,后期構(gòu)造運動又使盆地內(nèi)蓋層發(fā)生進一步褶曲,強烈部位常形成疊瓦狀褶皺,發(fā)生在含礦層位則往往導(dǎo)致礦層的疊置,使礦層厚度增大、品位增富。此外,由于層間滑動,部分軟弱巖層產(chǎn)生強烈的揉皺現(xiàn)象。斷裂構(gòu)造主要是層間滑動斷裂,滑動距離較小,對礦體基本上不構(gòu)成影響。

從勘探線剖面圖和礦區(qū)縱剖面圖(圖4)可以看到,基底地形起伏,形成一系列次級隆起和凹陷,控制礦區(qū)的褶皺構(gòu)造形態(tài)。在走向上,巖層波狀起伏,整體上構(gòu)成一復(fù)式向斜,核部處在礦區(qū)中部的次級凹陷處(圖4b中IC2101鉆孔穿礦部位),巖層往北西和南東方向逐漸上揚;在傾向上,礦區(qū)北部沿盆地邊緣存在一條基底凹陷帶,其上覆地層形成較為緊閉的次級向斜,兩翼巖層產(chǎn)狀較陡,傾角50°～80°,往盆地內(nèi)逐漸平緩。

圖4 伊謙比礦區(qū)65勘探線剖面圖(a)和中、南段縱剖面圖(b)

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖僅見侵入于上羅安組上部的(變質(zhì))輝長巖(圖5),呈巖脈或巖床產(chǎn)出。輝長巖呈灰綠色-灰黑色,中、細粒結(jié)構(gòu),致密塊狀構(gòu)造,主要成分為輝石和斜長石,次為黑云母、角閃石等,見有少量的黃鐵礦晶粒,呈星點狀分布。蝕變主要有綠泥石化、硅化、碳酸鹽化、絹云母化、方柱石化等。巖石裂隙發(fā)育,沿裂隙充填有重晶石、碳酸鹽和石英脈,主要為重晶石脈,局部含有砂巖捕擄體。

2.4 圍巖蝕變

礦區(qū)近礦圍巖主要為砂巖、泥沙質(zhì)板巖、石英巖、礫巖等。圍巖蝕變主要有硅化、綠泥石化、硬石膏化、碳酸鹽化、黑云母化、絹云母化、鈉長石化、鉀長石化等。根據(jù)巖(礦)芯觀察可以發(fā)現(xiàn),硅化、硬石膏化明顯有利于礦化富集,表現(xiàn)為礦化層中金屬硫化物與硬石膏(細脈、結(jié)核等)緊密共生;石英脈中集聚含銅、鈷硫化物礦物集合體。

3 礦體特征

3.1 賦礦層位及其巖性特征

礦體賦存于下羅安組的礦化板巖段,根據(jù)其巖性、礦化特征和礦化程度等的變化,該巖性段可大致劃分為下盤礦化板巖和上盤礦化板巖(圖6),前者為銅鈷共生礦體的主要賦存部位,是礦區(qū)內(nèi)最具有經(jīng)濟價值的含礦層;后者下段可圈出工業(yè)鈷礦體(伴生低品位銅),為礦區(qū)鈷礦體賦存的重要部位。下盤礦化板巖和上盤礦化板巖之間沒有明顯的界限,呈漸變過渡關(guān)系,礦化連續(xù),圈定的礦體亦上下相連。在無礦地段,該層位相變?yōu)榘自茙r,主要是覆蓋于基底古潛山之上的生物礁白云巖。

下盤礦化板巖的巖性主要為泥質(zhì)板巖和砂質(zhì)板巖,其次為長石石英砂巖,底部常見有白云質(zhì)砂巖、白云質(zhì)砂質(zhì)板巖和云母石英片巖等,偶見白云巖。巖石多呈灰白色-深灰色,少量灰黑色,變余泥質(zhì)、中細粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu),條帶狀、薄-中厚層板狀構(gòu)造。礦物成分主要為長石、石英及少量黑云母、白云質(zhì)和泥質(zhì),局部含有薄層狀、團塊狀硬石膏和眼球狀硬石膏結(jié)核,蝕變主要為硅化、綠泥石化、絹云母化和高嶺土化,局部見有裂隙充填的方解石脈。

圖6 上盤礦化板巖(a)與下盤礦化板巖(b)典型巖心照片

上盤礦化板巖的巖性主要為長石石英砂巖和泥砂質(zhì)板巖,含淺紫色硬石膏結(jié)核和少量硬石膏夾層。巖石主要呈灰白色-青灰色,中細粒砂質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀、條帶狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英、長石及少量黑云母和泥質(zhì)等,結(jié)構(gòu)均勻致密,具硅化和弱綠泥石化。結(jié)核含量5%～10%,呈次圓-圓狀,長徑多為0.2～3 cm,長徑順層理面定向排列。

上、下盤礦化板巖之間的顯著區(qū)別在于:①上盤的硬石膏結(jié)核含量高,下盤含量較少;②上盤條帶狀構(gòu)造不甚顯著,而下盤灰、白相間的條帶狀、薄層狀構(gòu)造顯著;③上盤礦化較弱,主要為硬石膏結(jié)核邊部的黃鐵礦-黃銅礦化,其次為浸染狀黃鐵礦化,而下盤礦化強,發(fā)育星點狀、細脈狀、網(wǎng)脈狀、團塊狀黃鐵礦化和黃銅礦化,金屬礦物中見少量斑銅礦和磁黃鐵礦,偶見輝銅礦和黝銅礦。兩者在巖性和礦化程度上均呈漸變過渡,中間過渡段的硬石膏結(jié)核含量逐漸減少,但礦化逐漸增強,并出現(xiàn)細脈狀礦化。

3.2 礦體空間分布及規(guī)模

礦區(qū)鉆探控制范圍為NW—SE向的長條狀區(qū)域,其北西向長5 700 m,北東向?qū)? 800 m?？辈閰^(qū)僅發(fā)現(xiàn)1個含礦層,即下羅安組的礦化板巖段,按照w(Cu)≥0.5%、w(Co)≥0.03%的指標圈定礦體,可圈出1層銅鈷礦體及其上部鈷礦體和下部鈷礦體(圖7),銅鈷礦體中銅共(伴)生鈷,鈷礦體伴生銅。銅礦體與上、下部鈷礦體基本連為一體,它們之間沒有明顯的界限,呈漸變過渡,僅僅是根據(jù)品位人為劃分開來。其整體形態(tài)、產(chǎn)狀也基本一致,但平面上的分布范圍存在一定的差異?？刂频你~鈷礦體水平投影長約5 300 m,寬150～2 900 m不等,水平投影面積約5.54 km2。礦體連續(xù)性較好,按照邊界品位銅當量CuEq*≥0.8%(1 CuEq*=1 Cu+4 Co)圈定礦體,沒有出現(xiàn)無礦天窗,也沒有連片的夾石,僅在局部地段因銅品位達不到開采要求而可能出現(xiàn)可采礦體的間斷。

由鉆孔揭露的含礦層及其礦化情況可見,礦化體呈連續(xù)穩(wěn)定的層狀,NE—SW向展布,礦化范圍由北向南逐漸變窄直至尖滅,圈定的礦體亦大體如此。在勘查區(qū)北側(cè)中部存在無礦地段(為生物礁白云巖帶),礦體呈“V”字形分支向北西和北東延伸至勘查區(qū)外。礦體北部向東側(cè)(盆地邊部)上揚尖滅,西側(cè)尚未完全控邊,但向盆地內(nèi)部存在明顯變薄、變貧的趨勢。

圖7 伊謙比礦區(qū)銅、鈷礦體水平投影圖

3.3 礦體形態(tài)與產(chǎn)狀

本礦區(qū)僅存在1個主礦體(按品級可劃分為銅鈷礦體及其上、下部鈷礦體),賦存于下羅安組的含礦板巖中,呈層狀產(chǎn)出,與圍巖整合接觸。控礦構(gòu)造主要為受基底地形控制的同生褶皺,礦體與圍巖一起經(jīng)受褶皺,其產(chǎn)狀完全受控于賦礦層位的產(chǎn)狀變化。從整體上看,礦體形似一喇叭狀,呈NW—SE向展布;礦層呈波狀起伏,一般在盆地邊部產(chǎn)狀較陡,在盆地內(nèi)部或次級盆地間隆起部位產(chǎn)狀較平緩(圖4、圖7)。

3.4 礦體埋深、厚度及品位變化

對礦區(qū)穿礦鉆孔的單工程礦體埋深、厚度、平均品位進行統(tǒng)計(表1)。從各統(tǒng)計項的變化系數(shù)看,礦體厚度較穩(wěn)定,銅、鈷品位分布均勻,它們在空間上存在如下變化規(guī)律:

(1)礦區(qū)揭露礦體最大埋深約1 339 m,處于礦區(qū)中部的基底凹陷部位,最小埋深約435 m,處于礦區(qū)北側(cè)。從最大埋深處沿走向往NW和SE方向,礦體上揚,埋深逐漸變淺。在礦區(qū)北側(cè)中部存在1處基底古潛山,其上礦體尖滅,為無礦地段,而環(huán)繞古潛山邊部的礦體埋深最淺。在傾向上,往盆地邊部礦體上揚逐漸尖滅,向盆地內(nèi)部延伸時,礦體埋深隨基底地形的起伏發(fā)生相應(yīng)變化。

表1 單工程礦體埋深、厚度、品位統(tǒng)計

(2)等值線平面圖(圖8和圖9)顯示礦體的厚度大小和品位高低在平面上的變化趨勢是基本一致的,反映出它們之間的相關(guān)性。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,在平面空間上,銅礦體厚度與鈷礦體厚度(單工程垂直厚度)之間、銅品位與鈷品位(單工程平均品位)之間、礦體厚度與品位之間均存在一定的線性正相關(guān)關(guān)系,其中銅、鈷礦體厚度之間表現(xiàn)得最為明顯。

(3)礦區(qū)內(nèi)的富厚礦體主要分布于中部的基底凹陷部位和北側(cè)的基底古潛山周邊地帶,前者埋深大,后者埋深淺。另外,在北部鉆孔揭露到局部厚層礦體,但銅品位相對較低,根據(jù)巖心觀察和編錄資料推測,是礦層因褶皺作用發(fā)生疊置的結(jié)果。

(4)沿走向由北向南,礦化范圍逐漸變窄;向東側(cè)的盆地邊部礦體上揚尖滅,往西側(cè)的盆地內(nèi)部礦化逐漸減弱,礦體厚度變小,品位變貧,直至尖滅。

(5)上部鈷礦體較下部鈷礦體的厚度大、品位低。礦區(qū)南部基本上無工業(yè)鈷礦體存在。

(6)用單樣品數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,則發(fā)現(xiàn)銅、鈷品位之間基本上不存在相關(guān)性。反映出礦化體中Fe-Co-Cu硫化物具有一定的垂直分帶性,黃銅礦、斑銅礦主要在礦化板巖的下部富集,而黃鐵礦作為鈷的載體礦物,與鈷品位密切相關(guān),黃鐵礦化較強的地段,鈷的含量往往較高,如上盤礦化板巖中黃鐵礦化普遍,其下部常形成鈷礦體。

(7)礦體底板與圍巖之間界限清楚,肉眼可判別,銅、鈷品位從圍巖進入礦體底板呈現(xiàn)突變;礦體頂板與圍巖則呈漸變過渡,界線不清,肉眼難以辨別,需要通過取樣分析來劃分。圖10比較清楚地反映出這一特征。

4 礦石特征

4.1 礦石礦物組成

根據(jù)物相分析(表2),礦石中金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦,少量磁黃鐵礦、硫鈷礦、斑銅礦,微量硫銅鈷礦、輝銅礦、輝鉬礦、赤鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、鋯石、菱鐵礦、銅藍等。硫化銅中黃銅礦占銅礦物總量的85.40%,其他銅礦物占13.48%,另有1.12%的銅以類質(zhì)同象形式存在于硫鈷礦中。

非金屬礦物主要為白云石、金云母,其次為白云母、石英,少量鉀長石、方解石、鈉長石、綠泥石,微量金紅石、石膏、磷灰石、滑石、透輝石、蛇紋石等。

4.2 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

通過鉆孔巖心觀察可以看到,本礦區(qū)礦石中Cu-Fe-Co硫化物的產(chǎn)出形式多樣(圖11),主要呈細脈狀、網(wǎng)脈狀、不規(guī)則膨大脈狀等沿層理面和裂隙面充填,其次為星散浸染狀、稀疏-中等浸染狀順層理面分布,局部呈團塊狀嵌布于裂隙中,或呈團塊狀、條帶狀產(chǎn)出于硬石膏夾層、硬石膏團塊和石英-方解石脈中,少量呈星點狀、環(huán)帶狀圍繞硬石膏結(jié)核邊部分布,偶見分布于白云巖孔隙中。細脈脈幅一般為1～5 mm,最大的可達5 cm,團塊的長徑多在3～5 cm之間?？偟膩砜?銅鈷礦石以細脈狀、團塊狀、斑狀構(gòu)造為主,鈷礦石以浸染狀、微細脈狀、環(huán)帶狀構(gòu)造為主。

在顯微鏡下觀察,根據(jù)礦石中礦物集合體形態(tài)、大小及其空間結(jié)合關(guān)系等特征,礦石的構(gòu)造類型主要為團塊狀構(gòu)造、細脈狀構(gòu)造、條紋-條帶狀構(gòu)造,其次是斑雜狀構(gòu)造、條痕狀構(gòu)造、星點狀構(gòu)造、星散-稠密浸染狀構(gòu)造等。礦石的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,礦石礦物主要呈他形粒狀及不規(guī)則狀結(jié)構(gòu),其次呈自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu),并可見交代結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、包含狀結(jié)構(gòu)和共結(jié)邊結(jié)構(gòu)等(圖12)。

4.3 銅和鈷元素的賦存狀態(tài)

銅主要以獨立礦物的形式存在,含銅礦物主要為黃銅礦,其次是斑銅礦、輝銅礦、黝銅礦。此外,硫鈷礦和硫銅鈷礦也是重要的含銅礦物。黃銅礦的粒度相對較粗,除少量黃銅礦與硫鈷礦緊密共生之外,與黃鐵礦、磁黃鐵礦的共生關(guān)系則比較簡單;而斑銅礦、輝銅礦、黝銅礦的礦物含量比較低。

圖8 銅礦體垂直厚度(a)和銅品位(b)等值線平面圖

圖9 鈷礦體垂直厚度(a)和鈷品位(b)等值線平面圖

圖10 幾個代表性鉆孔的銅、鈷品位變化曲線

表2 礦石中礦物組成及含量

礦石中鈷大部分以獨立礦物的形式存在,其次是以類質(zhì)同象替代的形式賦存在載體礦物中,硫鈷礦、硫銅鈷礦為鈷的獨立礦物,黃鐵礦為鈷的載體礦物。硫鈷礦主要與磁黃鐵礦、黃銅礦和硫銅鈷礦共生,常見硫鈷礦與磁黃鐵礦所組成的固溶體分離結(jié)構(gòu),少量硫鈷礦獨立嵌布在脈石礦物中。從總體上看,硫鈷礦的粒度細,而黃鐵礦在礦石中的粒度不均勻,但與黃銅礦的共生關(guān)系相對比較簡單。

4.4 主要金屬礦物的嵌布特征

黃銅礦(CuFeS2):黃銅礦是礦石中礦物含量最高的銅礦物。黃銅礦在礦石中的嵌布特征比較復(fù)雜,主要呈不規(guī)則狀或半自形晶粒狀嵌布于脈石礦物中,少數(shù)黃銅礦的嵌布粒度比較粗,多數(shù)嵌布粒度中等,部分呈微細粒狀被包裹在脈石礦物中;常見黃銅礦與硫鈷礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦等連生,另外有部分黃銅礦以單體形式產(chǎn)出,粗粒黃銅礦中?？梢姷搅蜮挼V的包裹體。

圖11 不同礦化形式的巖(礦)心照片

斑銅礦(Cu5FeS4)、輝銅礦(Cu2S)和黝銅礦(Cu12Sb4S13):斑銅礦在礦石中的含量較少,輝銅礦和黝銅礦均微量。斑銅礦主要以不規(guī)則狀嵌布在脈石礦物中,部分與黃銅礦、輝銅礦、硫鈷礦等連生。輝銅礦主要嵌布在脈石礦物中,部分與斑銅礦連生,另可見與硫鈷礦連生。黝銅礦主要嵌布在脈石礦物中。它們的嵌布粒度多在0.01～0.3 mm之間。

硫鈷礦(Co3S4)、硫銅鈷礦(CuCo2S4):硫鈷礦是礦石中主要的獨立鈷礦物,且普遍含有銅,少量含有鐵。硫鈷礦常與磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦緊密共生,還可見硫鈷礦被包裹在斑銅礦中,偶見硫鈷礦獨立嵌布在脈石礦物中。礦石中硫鈷礦嵌布粒度比較細,多數(shù)粒度分布在0.01～0.06 mm之間,最大粒度0.25 mm。硫銅鈷礦是礦石中重要的獨立鈷礦物,常與黃銅礦、硫鈷礦、斑銅礦連生。

黃鐵礦(FeS2):黃鐵礦是礦石中主要的硫化物礦物,也是礦石中鈷的重要載體礦物。對黃鐵礦進行掃描電鏡能譜分析,在96個測點中,有68個測點含鈷,鈷含量為0.04%～10.91%,平均含量4.09%,說明礦石中黃鐵礦普遍含鈷,并且鈷的含量變化較大。黃鐵礦主要以不規(guī)則狀、半自形晶粒狀嵌布在脈石礦物中,少量與黃銅礦、硫鈷礦等連生,另外有部分黃鐵礦以單體形式產(chǎn)出。黃鐵礦的嵌布粒度分布不均勻,多數(shù)分布在0.02～0.2 mm之間。

磁黃鐵礦(Fe1-xS):磁黃鐵礦主要以不規(guī)則狀嵌布在脈石礦物中,部分與黃銅礦連生,少量與硫鈷礦連生。另外,有部分磁黃鐵礦以細粒單體形式產(chǎn)出。

圖12 主要金屬礦物的嵌布特征(反光鏡下)

根據(jù)掃描電鏡能譜數(shù)據(jù),磁黃鐵礦中硫和鐵的含量較穩(wěn)定,不含鈷。礦石中磁黃鐵礦的粒度多數(shù)分布在0.02～0.25 mm 之間。

5 礦床成因探討

根據(jù)上述礦床地質(zhì)特征分析可知:

(1)該礦床具有典型的同生沉積特征,主要表現(xiàn)在:①礦床嚴格受層位控制,礦體與圍巖之間呈整合接觸關(guān)系,兩者同時經(jīng)受褶皺,產(chǎn)狀一致,且連續(xù)性較好;②礦石多呈層狀、條帶狀,并且發(fā)育薄層沖刷結(jié)構(gòu),銅、鈷含量在大范圍內(nèi)保持穩(wěn)定;③不同類型的礦化,如浸染狀、細脈狀、團塊狀礦化等,其金屬礦物(集合體)均有沿層理面分布的特點,具礦化的硬石膏結(jié)核同樣沿層理面定向排列;④含礦建造中,礦化板巖的巖性、礦物組成與頂、底板圍巖呈漸變規(guī)律,說明含礦層位初始沉積環(huán)境在長時期內(nèi)較穩(wěn)定;⑤礦床具有明顯的垂向和水平分帶性,在剖面上,下羅安組礦化板巖中的黃銅礦、斑銅礦含量隨深度的增加而增加,在平面上,由北西向南東隨著基底的隆起,礦化逐漸減弱,并呈現(xiàn)黃銅礦、斑銅礦→黃銅礦、黃鐵礦→貧礦帶的分帶趨勢,這種分帶性與沉積環(huán)境有密切關(guān)系,在海進過程中,成巖-成礦環(huán)境經(jīng)歷半氧化→還原的變化,硫化物和含礦地層集中沉淀在淺海、低動能、還原條件下。此外,有研究表明,中非銅礦帶中大量的成礦金屬最有可能源自加丹加超群之前的陸殼巖石[19-20],特別是剛果班格烏盧(Bangweulu)地塊中古元古代低品位斑巖銅礦以及津巴布韋(Zimbabwe)克拉通太古代巖石中的銅-鈷-鎳礦床/礦化體[21],并且已有地質(zhì)工作在贊比亞境內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處基底花崗巖、片麻巖中發(fā)育明顯的銅礦化[22-23]。這些低品位礦床和礦化體共同賦予加丹加超群沉積型礦床的特殊元素組合(Cu,Co,Ni,U,Cr,Au,Ag,PGE),地表徑流攜帶大量呈溶解離子狀態(tài)或附著在懸浮的黏土顆粒上的陸源成礦金屬元素進入盆地[24],通過碎屑或化學(xué)沉積成礦。

(2)該礦床明顯經(jīng)歷成巖后期和變質(zhì)作用的改造,主要表現(xiàn)在:①礦石的顯微結(jié)構(gòu)可見顯著的交代、固溶體分離特征,表明礦化具有典型的變質(zhì)熱液作用;②礦化板巖中?？梢娛⒚},脈體中還含碳酸鹽、硬石膏和硫化物等礦物,金屬硫化物主要為黃銅礦和斑銅礦集合體,呈團塊狀、斑塊狀或星點狀產(chǎn)出,局部地段可見脈狀輝鉬礦化,這種現(xiàn)象為后期熱液作用的結(jié)果;③礦區(qū)地層普遍經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用,變質(zhì)程度達到綠片巖相,變質(zhì)作用提供熱液流體,使原巖和原生礦物發(fā)生重結(jié)晶,并促使含礦地層中含銅、鈷硫化物的進一步富集。此外,近年來礦相學(xué)、硫化物S同位素、Re-Os年代學(xué)、瀝青鈾礦U-Pb年代學(xué)等方面的研究也越來越清楚地表明[25-30],中非銅礦帶中的礦床具有長時間多期次的成礦過程,絕大數(shù)礦床中金屬硫化物與含礦巖石是同時形成的,少量硫化物形成于后期變質(zhì)作用時期。如Mcgowan等[31]應(yīng)用原位微區(qū)S同位素,揭示某些同類礦床(如恩昌加銅礦)中共生的硫化物之間具有明顯差異的、不平衡的S同位素組成,反映礦床中硫化物的形成具有多期次特征,以及存在不同性質(zhì)含礦流體的混合作用。

綜上所述,認為伊謙比礦為沉積-改造型銅鈷礦床。

6 結(jié)論

根據(jù)伊謙比銅鈷礦床的地質(zhì)特征,并依據(jù)一些學(xué)者對中非銅礦帶成礦物質(zhì)來源的研究以及對贊比亞銅礦帶某些銅礦床中硫化物S同位素的測定與分析,認為該礦床的初始成礦作用發(fā)生在早期成巖階段,成礦物質(zhì)主要來源于同生沉積,成巖后期經(jīng)多期次含礦流體的改造,特別是變質(zhì)作用熱液流體的改造,使含礦地層中含銅、鈷硫化物進一步富集,因此屬于沉積改造型銅鈷礦床。

結(jié)合區(qū)域成礦地質(zhì)背景分析,伊謙比銅鈷礦床的控礦地質(zhì)因素為“盆、層、構(gòu)”三位一體,其中“盆”是指成礦的聚礦盆地,卡富埃背斜南西翼存在三大盆地,即恩昌加盆地、謙比西盆地和盧安夏盆地,礦化帶主要分布于盆地邊緣向盆地中心延伸的1～2 km范圍內(nèi),伊謙比礦位于謙比希盆地的北東緣;“層”是指礦區(qū)含礦層位—下羅安組;“構(gòu)”是指有利于礦質(zhì)富集的次級向斜盆地或基底凹陷。這也是整個贊比亞銅礦帶沉積型銅(鈷)礦床的成礦模式,依據(jù)巖相古地理條件的變化,不同礦區(qū)的含礦層的層數(shù)、厚度和穩(wěn)定性及巖性都有差異,特別是古地理穹起帶的凸凹風(fēng)化剝蝕面與淺海濱古海底的平坦起伏變化程度影響礦層的厚度和穩(wěn)定性。

注釋：

① 吳德文,王如濤,邢斌,等．2011．贊比亞銅帶省ICHIMPE銅鈷礦區(qū)地質(zhì)詳查報告[R]．北京:中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司,2011.

② 吳德文,張恒,楊香奴,等．贊比亞銅帶省伊謙比銅鈷礦補充詳查報告[R]．北京:中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司,2022.