坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展 · 石量约1270 万吨[3~5] 。...
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第37卷 第1期 地 质 调 查 与 研 究 Vol.37 No.1
2014年3月 GEOLOGICAL SURVEY AND RESEARCH Mar. 2014
收稿日期:2013-12-19
资助项目:国家地质科研项目:非洲中南部重要矿床地质背景、成矿作用和找矿潜力研究(1212011220910)
作者简介:何胜飞(1977-),男,工程师,2007年毕业于桂林工学院资源与环境工程系构造地质学专业,从事地质矿床勘查与
研究工作,Email: [email protected]。
坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展
何胜飞,孙 凯,王 杰,任军平,刘晓阳(天津地质矿产研究所,天津300170)
摘 要:通过对卡邦加铜镍硫化物矿床近年来研究成果的初步总结,系统分析整理了矿床的地质特征,如矿体分布
形态、矿石特征和矿体地球化学特征等。作者认为卡邦加铜镍硫化物矿床是超基性岩体侵入基巴拉带(卡拉圭-安
科连)变质沉积岩内形成的贯入式岩浆融离型矿床。其矿体位于超基性岩底部,并与变质沉积岩一同经历后期的碰
撞造山作用。矿体中的S主要来源于上地壳变质沉积岩。
关键词:卡邦加(Kabanga);铜镍硫化物;基性-超基性;坦桑尼亚
中图分类号:P618.41;P618.63 文献标识码:A 文章编号:1672-4135(2013)04-0006-07
卡邦加(Kabanga)铜镍硫化物矿床位于坦桑尼亚
西北部卡格拉(Kagera)区鲁伦格(Rulenge)镇西南30
km处。该矿床由联合国发展署(UNDP)下的多国联
合工作组于 1976年发现,施工钻探约 20 000 m[1,2]。
1991-1995年必和必拓(BHP)公司和萨顿(Sutton)资
源公司对卡格拉地区卡邦加镍矿开展了地质勘探工
作,主要有地质填图、钻探和地球物理调查,施工钻
探约 42 000m。卡邦加镍矿资源量有 2100万吨,Ni
品位为1.66%、Cu品位0.23%、Co品位0.14%。其中
Ni品位达2.1%(品位下限1.2%)、Co品位0.16%的矿
石量约1270万吨[3~5] 。
1 区域地质背景卡邦加铜镍硫化物矿床大地构造位置位于坦桑
尼亚克拉通、刚果克拉通和班韦卢地块之间的中元
古代卡拉圭-安科连(Karagwe-Ankolean)构造层内
(1.6~1.28 Ga,图1)[6,7] 。
1.1 地层
区域上,本区地层主要为卡拉圭-安科连群,系
中元古代基巴拉造山带的一部分(坦桑尼亚部分)。
卡拉圭-安科连构造层属基巴拉变质沉积岩,主要为
变质砂质碎屑岩和变质泥岩,含少量硬砂岩和碳酸
盐岩[6-7]。
卡拉圭-安科连构造层具有典型的序列为砾岩、
砂岩、砂质碎屑岩和泥岩的沉积旋回,一些杏仁状基
性岩赋存于砂质碎屑岩和页岩中[6,8~10]。泥岩中含部
分薄层状粉砂岩和相当数量的铁硫化物和石墨透
镜体。
1.2 构造
区域地球物理调查表明,区域内主要构造的走
向为NE-SW。Rumvergeri(1991)认为卡拉圭-安科连
构造区东部是与超基性岩有关的走向 NE-SW 向
NNE-WSW转化的叠瓦状推覆体和褶皱[11]。卡拉圭-安
科连构造区重复出现的地层被认为与区域内的推覆
构造带相关[7]。
Grey(1967)和Klerkx等(1987)认为卡拉圭-安
科连构造层沉积物与地壳增厚时期有关的陆内拉张
盆地沉积有关。其固结成岩后,又经受了与基性-超
基性岩浆有关的后碰撞造山作用[7]。
1.3 岩浆岩
基性-超基性岩:卡邦加-穆松盖蒂(Kaban-
ga-Musongati)基性-超基性岩体总体上呈北东向串
珠状断续分布。卡邦加矿区基性-超基性岩杂乱分
布,难以区分;表现为西部主要为橄榄岩,东部主要
为辉长岩,表明东部受侵蚀较少。超基性岩主要有
橄榄岩、辉石橄榄岩和黑色辉长苏长岩。地球物理
数据表明,侵入体呈带状隐伏于盖层之下。Tack等
(1994)在穆松盖蒂侵入体获得的单颗粒锆石U-Pb年
龄为1275±11 Ma[10]。
与超基性岩相比,同造山期、晚造山期和后造山
期的花岗质岩类分布区更广。早期花岗质岩石如布
书必(Bushubi)岩基,全岩 Rb-Sr 年龄 1324±23
Ma。其中大部分花岗岩类是未成层状(叶片状)的后
造山期花岗岩,其形成年龄晚于主褶皱期,例如,马
勒巴(Maleba)和穆马克拉(Mumakera)花岗岩全岩
Rb-Sr年龄分别为1006±44 Ma和1088±59 Ma[12]。
1.4 变质作用
石英岩、白云母-红柱石片岩、黑云母-十字石片
岩和二云片岩为常见变质岩,这些岩石中红柱石常
见,十字石多见于富黑云母岩石中,铁铝榴石常见于
十字石-红柱石云母片岩。十字石-红柱石-铁铝榴
石属典型的高温低压矿物,由此可知卡邦加地区变
质相主要为角闪岩相[13]。
卡拉圭-安科连构造层沉积物变质变形主要发
生在 1.3 Ga中元古代基巴拉变质变形期[11,12,14-17]。
花岗岩侵入到卡拉圭-安科连构造层内,沉积物受热
接触变质作用,在接触带形成Sn矿化。超基性岩中
橄榄石内部很好的保留了次要的岩浆后期变质作用
和内部的各种结构[13]。
2矿体地质特征2.1矿体地质特征
2.1.1矿体特征
卡邦加矿区地层主要由变沉积岩和超基性侵入
体构成。层序为云母片岩和细密纹理状变泥岩覆盖
于粗粒石英岩之上。超基性岩体侵入变沉积岩内
卡邦加北矿体
卡邦加主矿体
鲁博纳山
1 km
花岗岩
石英岩
云母片岩
矿体
超基性岩
负航磁异常
倾向
倒转地层
国界
图1 卡邦加矿区区域地质图(据D.M.Evans等,2000)
Fig.1 The regional geological map of the Kabanga(after D.M.Evans et.al,2000)
第1期 7何胜飞:坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展
(图1、2、3),贯穿云母片岩,与石英岩接触。
卡邦加矿区卡邦加岩体和卡邦加北岩体是两个
较大的超基性岩体,分别产有经济意义的铜镍硫化
物矿体[7]:卡邦加主矿体和卡邦加北矿体。矿体位于
超基性岩体的底部,上覆粗粒橄榄岩、橄榄岩、辉长
苏长岩、云母片岩。
(1)卡邦加主矿体的母岩体是矿区内最大的超
基性岩体(全岩 MgO含量>13%,Fo75-Fo85),长约
1500 m,宽200~400 m,向北约15°倾伏。卡邦加超
基性岩体西部是变沉积岩围岩,其接触边界明显。
云母片岩和石英岩倾向西,与区域上地层倾向相反,
表明在矿区内地层是倒置的,为倒转褶皱引起[7,18]。
矿体位于超基性岩体底部,其上部分别是层状分布
的粗粒橄榄岩、细粒橄榄岩和辉长苏长岩。超基性
岩体边缘分布有厚约数米,已经蚀变的细粒辉长岩,
部分细粒辉长岩有冷凝边[18]。
橄榄岩主要由≥70%的蛇纹石化橄榄石、≤20%
的斜方辉石,和5%的他形黑云母和其他外来岩石包
体组成。一些橄榄石颗粒含有沉积岩围岩的包体,
表明早期形成的硅酸质岩浆混入了围岩。在蛇纹石
化橄榄石颗粒间隙内分布有浸染状硫化物。
橄榄岩岩体的组分和构造发生了变化。斜方辉
石颗粒增大了 2 倍至 6 mm,橄榄石颗粒变小至
0.5 mm。斜方辉石颗粒含量增加了20%,相应的橄榄
石颗粒含量减少了20%。橄榄岩具嵌晶构造,橄榄石
部分被斜方辉石部分包围。一些样品中,橄榄石全
部或部分被硫化物包围。在橄榄岩中可见不同类型
的镍矿化[18]。
(2)卡邦加北矿体呈豆荚状,最宽约 100 m,长
350 m。图2显示超基性岩位于云母片岩东部,地层
总体走向 NE-NNE,倾向 NW-NNW,倾角 70°。超基性
岩体主要由橄榄石和辉石组成。80%的橄榄石大小
约 0.2~0.7 mm,骸晶状橄榄石与 0.4~0.8 mm的
斜方辉石有关。长石(约10%)围绕橄榄石,但不是很
普遍。多数橄榄石和相关的矿物已经强烈蛇纹石
化、绿泥石化。辉石岩80%以上由斜方辉石构成,主
要有间粒状结构和包围结构,大小约0.25~>1 mm;
部分斜方辉石颗粒>1 mm;浸染状硫化物约占10%;
超基性岩中的围岩包裹体(含硅酸盐岩浆和围岩混
合物)约占5%[18]。
镍硫化物主要产于侵入体西部边缘部分,与围
岩有明显的界限[7,13]。
2.1.2 矿石特征
矿石构造主要有块状、半块状构造、网状、浸染
状等。矿石结构主要有堆晶结构、交代结构和出溶
结构。矿石为中-粗粒结构,部分矿物呈自形晶。
2.2矿化类型
卡邦加主矿体和北矿体均可见磁黄铁矿、黄铜
矿、黄铁矿、镍黄铁矿和磁铁矿,砷黄铁矿和红砷黄
铁矿含量较少,成矿组合为磁黄铁矿-磁铁矿-黄铜
矿-黄铁矿[7]。
卡邦加矿体类型主要有:1)接触变质带内的块
状硫化物矿体;2)与侵入体中心区域层状硅酸盐相
关的浸染状和脉状矿体;3)发育于变质泥岩中的脉
岩型矿体。
接触变质矿化带最后延伸至变质沉积岩内150
m。接触变质带内的块状硫化物(80%~100%的硫化
物和氧化矿)粗粒-巨粒结构,镍品位2.4%~2.8%;半
块状镍硫化物中占硫化物和氧化矿总量的 40%~
图2 卡邦加北矿体11600线剖面图(a)和平面图(b)
(据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)
11 600 m N 剖面图
1 400 m ASL 平面图
100 m
100 m
1160
0m
N
1 400 m
8 第37卷地 质 调 查 与 研 究
80%。
在侵入体内部,网格状矿化约2~15 m厚。矿化
范围在基性-超基性岩体西部边缘处到接触带矿化
类型之间,并与接触带矿化类型有明显的接触。网
状硫化物中镍品位0.7%~1.1%(10%~40%的硫化物
和氧化矿)。
位于变质泥岩中的分离出来的小型矿体的镍品
位仅次于接触带型矿体,浸染状硫化物矿化的品位
最低(<10%的硫化物)[18]。
2.3 蚀变特征
橄榄石及其相关的矿物发生强烈的蛇纹石化、
绿泥石化。部分硫化物中可见次变边结构,可能是
这些硫化物经受了晚-同造山期Bushubi花岗岩类事
件中的热和流体作用的结果[18]。
2.4 地球化学特征
(1)在卡邦加主矿体和北矿体中,磁黄铁矿/镍
黄铁矿比值和镍品位从矿体中心向超基性岩体逐渐
降低(图4A)。这表明,矿体中的镍不仅仅来源于镍
矿黄铁,也来源于其它硫化物(镍钴矿?)[18]。
卡邦加主矿体周边的小型矿体中磁黄铁矿/镍
黄铁矿比值显示往矿体中心的比值逐渐降低,远离
中心逐渐增高;同时,在卡邦加北矿体,磁黄铁矿/镍
黄铁矿比值的增加或减少与矿体中的镍品位高低成
正相关。卡邦加北矿体的中心这一比值约为25,而
远离矿体中心比值超过60。卡邦加北矿体中黄铜矿
有相似的特点。钻孔岩芯中的磁铁矿和铬铁矿分析
表明靠近矿体上部的品位较高,在其他部位变化不
大,近似于常数[18](图4B)。
卡邦加北矿体镍品位比卡邦加主矿体高。两者
可从橄榄岩和辉岩含量区分,但是后者镍硫化物含
量较低(橄榄岩中镍含量5000×10-6,辉岩中镍含量
可大于20 000×10-6)。这表明,卡邦加北矿体可能
因硅化带而相对富集硫化物[18]。
(2)当硫化物从不同的地幔岩浆中结晶分离出
来,S/Se比值接近地幔岩浆中的比值(S/Se值3000~
4000)[19]。在含水的环境当中,Se与S分离。因此,沉
积岩中的硫化物通常强烈亏损Se[20]。S/Se比值变化
较大。在品位较高的块状硫化物中,S/Se比值在岩
浆岩正常范围内;在围岩中缺乏磁黄铁矿区域的岩
石中 S/Se比值平均值达 100 000,品位较低的硫化
物中,S/Se比值接近此值。可能是矿体中大量混入
围岩中的S的缘故[13]。
(3)Evans(1999)[13]等对卡邦加矿区不同类型的
镍矿化矿石中铂族元素进行了分析,发现在块状和
网状、浸染状矿石中均不同程度的亏损铂族元素。
发育于层间的块状硫化物中铂族元素强烈亏损。
(4)Macheyeki(2011)[18]通过对各种不同岩性地
层的岩石地球化学向量(元素含量比值)进行综合研
究,认为 Pd/V×1000,[(Pd/V)/(Cu/Cr)]×100 和
(Ni/Cr)×(Cu/V)×1000等三个向量,尤其是后两个
向量可以用来指示寻找相似类型的铜镍硫化物
矿床。
3 成矿时代卡邦加矿区内的卡拉圭-安科连地层倾向与基
巴拉带总体倾向相反,地层倒置,为倒转褶皱(碰撞
图3 卡邦加主矿体101100线剖面图(a)和平面图(b)
(据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)
10 100 m N 剖面图
100 m
1 400 m ASL平面图
100 m 1010
0m
N
图例见图2
地层产状
第1期 9何胜飞:坦桑尼亚西北部卡邦加铜镍硫化物矿床研究进展
造山期)。从局部看卡邦加铜镍硫化物矿床两个矿
区的超基性含矿岩体侵入基巴拉带变质沉积岩
(1800~1330 Ma)中,但其总体延伸方向与基巴拉带
一致。在卡邦加南部,与卡邦加超基性岩类似的布
隆迪穆松盖蒂(Musongati)侵入体获得的单颗粒锆
石 U-Pb年龄为 1275±11 Ma;在距 Gitega-Makebu-
ko-Bukirasazi侵入岩地区的 A型花岗岩测得锆石
U-Pb年龄 1249±8 Ma[10,21]。Maier(2010)[22]对卡邦
加北矿体(钻孔KN9566,219.5~220.5 m)的辉长苏
长岩样品做了Nd同位素分析,辉长苏长岩形成年龄
约1400 Ma(εNd-8.3);结合矿体中硫、氧同位素证
据,认为其混入了地壳物质。以上证据表明卡邦加
铜镍硫化物矿床形成时代应晚于基巴拉带沉积岩固
结成岩年龄(2050 Ma~1330 Ma)[10],早于其碰撞造
山期(后造山期花岗岩,1088±59 Ma)[12]。
4 矿床成因4.1 硫同位素
研究表明,大多数玄武质岩浆(MORB除外)在形
成之初离开上地幔时硫都是不饱和的[23~26]。卡邦加
矿体中变沉积岩的δ34S范围区间为7‰~24‰,火成
岩中的δ34S范围区间为8‰~24‰,具有高度一致,
这证明火成岩中的S可能来自变沉积岩[22]。
4.2 氧同位素
卡邦加矿体斜方辉橄岩中的橄榄石和辉石δ18O
范围分为5.1‰~6.6‰、5.2‰~6.5‰,主要位于上
地幔岩浆的δ18O范围内,表明仅混入了极少量的地
壳物质;而辉长苏长岩和辉石岩中的辉石、斜长石和
全岩的δ18O范围主要在6‰~8‰之间,显示其混入
了大量的地壳物质。矿体围岩的全岩δ18O范围主要
在8.9‰~12.6‰之间,表明其主要为变质泥岩[22]。
4.3矿体成因
Evans等(1999)[13]通过对卡邦加镍矿钻孔不同岩
性样品中 Co/Ni、Cu/Ni、Pt/Ni(MgO=16%)、Ni/S、(S/
Se)/Ni等元素比值点位图综合分析,认为卡邦加铜镍
硫化物矿床与 Bushveld复合岩体[27]、金川镍矿[28]、
Sudbury[29]、Thompson[30],Talnakh[31]等大型-超大型
镍硫化物矿床的成因是相似的。
卡邦加基性-超基性侵入体是高镁质玄武质岩
浆(MgO含量12%~15%),沿岩浆通道上涌并上覆在辉
长岩岩墙上。火山岩受变质沉积岩控制,呈层状赋
存于围岩(未褶皱的卡拉圭-安科连陆内沉积盆地沉
积岩)中。铬铁矿和橄榄石最早从高镁玄武质岩浆
中结晶分离并堆积起来。橄榄石强烈亏损Ni,暗示
其结晶于一个硫过饱和的岩浆。较高水平的不相容
微量元素和高La/Sm比值表明高镁质玄武岩浆可能
混入了上地壳成分(卡拉圭-安科连地层沉积岩)中
的S,导致了硫过饱和,在岩浆通道中引起不混溶的
硫化物最终结晶分离形成了卡邦加镍硫化物矿床,
并覆盖在辉长岩岩墙上[7]。
5 结论与问题(1)卡邦加铜镍硫化物矿床是高镁质的玄武质
地幔岩浆侵入上地壳基巴拉变沉积岩形成的贯入式
岩浆融离型矿床。
(2)卡邦加铜镍硫化物中的硫来源于上地壳的
卡拉圭-安科连地层沉积岩。
(3)Pd/V × 1000,[(Pd/V)/(Cu/Cr)] × 100 和
(Ni/Cr)×(Cu/V)×1000等三个球化学向量,尤其是
后两个向量可以用来指示寻找相似类型的铜镍硫化
物矿床。
图4A 卡邦加主矿体与超基性岩体磁黄铁矿/镍黄铁矿比
值变化图(据Macheyeki,A.S.,2011)
图4B 卡邦加北矿体与超基性岩体元素比值变化图(Po/
Pn:磁黄铁矿/镍黄铁矿)(据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),mag-
netite or chromite and pyrrhotite/pentlandite ratio as-
sociated in Kabanga North deposit(Macheyeki,A.S.,
2011)
Ni(×10-6)
10 第37卷地 质 调 查 与 研 究
(4)卡邦加镍硫化物矿床的成矿年龄介于基巴
拉带固结成岩晚期(1330Ma)与基巴拉后造山带时代
(1088±59 Ma)之间,但未能获得其准确年龄。
(5)与其他相似类型的铜镍硫化物矿体相比,卡
邦加铜镍硫化物矿床亏损Pt、Pd,其原因有待进一步
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)
Abstract: The authors summarized previous research results of the Kabanga Ni-Cu sulphide deposits in north-
western part of Tanzania. They analyze its geological characteristic, including the orebody shape, ore characteris-
tics and geochemical characteristics,and suggest that the kabanga Ni-Cu sulphide deposit is a type of in-
trused-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 in-
trusions and then the deposits folded with the sedimentary rocks of the Kibaran Melt. The S of the kabanga Ni sul-
phide deposits might be caused from the upper crustal material-the metasedimentary rocks of Karagwe-Ankolean.
Key word: Kabanga; Ni-Cu Sulphide; mafic-ultramafic; Tanzania; deposit genesis; geochemical characteristic
12 第37卷地 质 调 查 与 研 究
新书《蒙古地质矿产概况》出版信息天津地质调查中心李俊建研究员主编的《蒙古地质矿产概况》一书近日已由天津科学技术出版社出版,该
书约43万字,反映了作者近年从事蒙古地质矿产研究所取得的新进展、新成果。这是由中国学者主笔完成的
第一本全面介绍蒙古地质矿产概况和矿业投资政策、法律法规的文献资料。书中介绍了蒙古的自然地理特征
和社会、政治、经济状况,蒙古的地质矿产工作程度;较详细阐述了蒙古地层、构造、岩浆岩特征和构造演化;阐
述了蒙古矿产资源概况、主要矿床类型特征及成矿区划,蒙古金、银、铜、铅锌、铁、钨、锡、钼、稀土元素、铀、萤
石、磷、煤矿和石油等矿产资源的时空分布与典型矿床特征。书中还较详尽介绍了蒙古矿产勘查和开发现状及
法律法规,矿业投资政策、矿权登记和矿政管理等信息;分析了蒙古主要矿产资源成矿找矿前景,提出了主要矿
产找矿方向及勘查与开发建议。本书可供从事基础地质研究、矿产勘查的技术人员和大专院校师生阅读,也为
中国投资者在蒙投资矿产勘查开发提供一份重要参考资料。需要者与天津地质调查中心矿产资源调查院的付
超联系,电话:022-84112981。
(付超供稿)