中非铜钴成矿带地质背景及主要矿床特征

1 引言

全球铜矿床类型有很多种，其中最为重要的是斑岩型铜矿床和沉积岩层控型铜矿床。钴通常以副矿物的形式与铜、镍及铂族金属元素共生在一起。全球钴矿床主要集中于沉积岩层控型铜钴矿床、红土型镍钴矿床、岩浆型铜镍钴铂族元素矿床、海底铁锰结核矿床和洋底铁锰结壳矿床等5类，当前钴资源主要来自沉积岩层控型铜钴矿床。

中非铜钴成矿带是世界上最大的沉积岩层控型铜钴矿床富集区，集中了约1.87亿吨铜和1252万吨钴资源。2018年，中非铜钴带产铜约210万吨，占全球总产量的13.4%；产钴约8万吨，占全球总产量的58.7%，已成为全球第三大铜产地和最大的钴来源地。

2 成矿地质背景

2.1 区域地质概况

中非铜钴成矿带是卢菲利安弧形构造带的一部分，位于刚果克拉通和卡拉哈里克拉通之间。卢菲利安弧形构造带从南向北可以分为5个构造单元：加丹加高地、复向斜带、穹隆区、外部逆冲褶皱带和卢菲利安前陆带。后三者构成了中非铜钴成矿带，该成矿带延伸约700 km，宽150 km，向南东延伸至赞比亚Mwenbeshi断裂带，向南西延伸至安哥拉境内并与纳米比亚达马拉带相连。卢菲利安前陆为卢菲利安弧形逆冲褶皱带北侧的三角形区域，是中非铜钴成矿带的北延部分。

中非铜钴成矿带地层主要由基底和沉积盖层组成。西部基底岩石为新太古代刚果克拉通花岗岩和麻粒岩，东南部基底岩石主要为中元古代卢弗布超群（片岩、片麻岩和花岗岩为主）和穆瓦超群（石英岩和变泥质岩）。赞比亚穹隆区为古—中元古代片岩、花岗岩和片麻岩。加丹加超群地层不整合覆盖在基底之上，自下而上分为3个单元：罗安群、恩古巴群、昆德隆古群，顶部被古生代Biano群覆盖。

罗迪尼亚超大陆裂解导致大陆裂谷的形成，在基底岩石上沉积了底砾岩，随后在赞比亚形成敏多拉组砾岩-长石砂岩沉积。最新的碎屑锆石研究表明赞比亚境内加丹加超群的沉积介于840~790 Ma。在刚果（金）一侧，加丹加超群底部为姆索诺伊亚群的陆源粉砂岩，形成于平坦的密闭潟湖环境，并伴随着强烈的蒸发。随着陆内裂谷逐渐演化为原始海洋，形成了大量的伸展构造和正断层。约765 Ma的基性岩墙、基性至酸性岩床和侵入体的出现是伸展构造应力的岩浆响应。在这个广阔的伸展盆地中，沉积了罗安群、恩古巴群和昆德隆古群的Gombela亚群。姆索诺伊、矿山和丰谷鲁梅亚群中，浸染状硫化物的出现为研究Cu-Co矿化提供了重要线索，矿山亚群的白云质页岩组成岩期斑铜矿Re-Os定年获得了821~762 Ma年龄，赞比亚孔科拉铜矿矿体中也获得了（816±62）Ma的年龄。这些表明在整个成矿带范围内，矿床的沉积时代几乎是同时的。 近年来，学者们又陆续获得了更加年轻的年龄：与硫铜钴矿伴生的辉铜矿Re-Os年龄（682±28）Ma；卢斯维希铜钴矿矿山亚群独居石变质环带U-Th-Pb年龄（709±48）Ma；Shinkolobwe、Luishia、Swambo和Kalongwe矿床矿山亚群脉状、囊状和浸染状沥青铀矿SIMIS U-Pb年龄（652.3±7.3）Ma；以及卢斯维希姆索诺伊亚群浸染状沥青铀矿U-Pb年龄（625±5）Ma，这些都与恩古巴裂谷时期，罗安群地层内部的盆地流体环流有关的变质-热液过程所形成的迁移活化或结晶作用有关。

赞比亚与俯冲作用有关的榴辉岩相变质作用的出现（约595 Ma），是卢菲利安造山带第一个主变形期，代表着刚果克拉通和卡拉哈里克拉通汇聚的开始，盆地构造形式由伸展转变为挤压造山，形成了卢菲利安弧外部逆冲褶皱带和穹隆区。卢菲利安造山带第二个主变形期可能介于550~530 Ma，并最终碰撞，表现为挤压期多次流体循环所形成的热液-变质重结晶或活化迁移。形成了大规模左旋平移断层，伴随着加丹加基底的旋转，卢菲利安弧东段走向转为NW向，西段走向则为近EW向，形成弧状构造。

3 主要矿床类型与特点

中非铜钴成矿带内共产出142处铜（钴）矿床（点），这些矿床分为沉积岩中的层控铜（钴）矿床、构造控制脉型铜（钴）矿床和含矿基底型铜矿三大矿床类型，其中沉积岩中的层控矿床又可以分为（碳酸盐岩质）巨型角砾岩型铜（钴）矿、含矿页岩型铜（钴）矿和砂岩型铜（钴）矿3种类型。

3.1 沉积岩中的层控铜（钴）矿床3.1.1 含矿页岩型铜（钴）矿床

该类型的铜（钴）矿床主要包括谦比希铜（钴）矿床、巴鲁巴铜（钴）矿床、孔科拉（Konkola）铜矿床、恩昌加（Nchanga）铜矿床、恩卡纳（Nkana）铜（钴）矿床和穆利亚希（Muliashi）铜（钴）矿床等，主要产出于赞比亚卡富埃背斜的西翼，矿床特征如下：

含矿页岩型铜（钴）矿床主岩为黑色-灰色页岩、黑色-深灰色粉砂岩、深灰色白云岩和粉砂质白云岩，均含有一定量的有机质成分。大多数含矿页岩型铜（钴）矿床形成于形状不规则的盆地边缘，流体迁移至红色砂岩并向上进入主岩。矿体的富集可能与红色砂岩层序粒度的变细，断层以及特定的沉积单元渗透率的变化有关。

关键控矿因素：含矿页岩型铜（钴）矿床发育于赞比亚境内，形成于基特韦组含矿页岩建造中，受到低级绿片岩相至高级角闪岩相变质作用以及区域构造作用的共同影响。赋矿层位通常为红色砂岩之上的海相黑色页岩，在与砂岩的接触带中也含有矿化现象。

3.1.2 碳酸盐岩质巨型角砾岩型铜（钴）矿床

该类型的铜（钴）矿床主要包括坎莫托、卢斯维希铜（钴）矿床和卡莫亚—坎博韦铜（钴）矿床等，其主要产出于卢菲利安弧外部褶皱带，矿床特征如下：

在卢菲利安造山期发育一系列走滑断层，热流沿深断裂上升，萃取早期矿化地层中的铜多金属元素，形成富矿热卤水沿着断裂、裂隙和层隙环流，在化学性质活泼和构造破碎带发生交代、充填，不断改造富集，形成富矿体。铜（钴）成矿作用发生后，含矿地层单元、白云岩地层单元及其他地层单元，在含盐流体的加入下被溶解改造，使形成的角砾岩成为含矿层位。与中非铜（钴）矿床带以外的还原相铜（钴）矿床相比，赋存于矿山亚群角砾岩中的铜（钴）矿床具有更高的品位。

关键控矿因素：成矿阶段矿体主要受断层和矿化地层控制，形成矿体后被盐丘形成的底辟构造破坏、抬升，在更年轻的地层中就位。含矿角砾大多在纵向上定向排列。

3.1.3 砂岩型铜（钴）矿床

该类型的铜（钴）矿床主要包括姆万巴西（Mwambashi）铜矿床、布瓦纳·姆库布瓦（Bwana Mkubwa）铜矿床、齐布卢玛（Chibuluma）铜矿床和穆富里拉（Mufulira）铜矿床等，主要产于赞比亚卡富埃背斜东西两翼，含矿页岩型铜（钴）矿床的外侧，矿床特征如下：

砂岩型铜矿床含矿岩石通常为三角洲顶部分选良好的硅质碎屑砂岩。赋矿层位主要为灰色细粒-粗粒砂岩，具交错层理、平行薄层，碎屑和波痕发育。矿体延伸长度为厚度的20到100倍。对于许多砂岩型铜矿床来说，构造上的圈闭使得碳氢化合物在沉积盆地中得以聚集，这有利于沉积物含铜物质的沉淀。完整的砂岩型铜矿床成矿环境包含了盆地内作为储层的红色岩层、烃源层以及蒸发岩。与世界其他砂岩矿床相比，中非铜钴成矿带中的砂岩铜矿床品位更高。

关键控矿因素：砂岩型铜矿床发育于基特韦组（对应刚果（金）的矿山亚群）含矿页岩建造上部及下部的粗粒硅质碎屑岩以及含矿页岩建造的白云质粉砂岩中。与其他砂岩型铜矿床类似，它们也发育于地层储层中富集石油和天然气的构造圈闭中。

3.2 构造控制脉型铜（钴）矿床

该类型的矿床主要包括坎桑希（Kansanshi）铜金矿、卡楞瓜（Kalengwa）铜（钴）矿床和迪库卢希（Dikulushi）铜银矿等，主要产于构造活动比较发育的地区，如赞比亚索卢韦齐穹隆北侧、刚果（金）与赞比亚边境Lumata地区和刚果（金）Lupoto地区。其矿床特征如下：

该类矿床发育于罗安群下部，穆瓦夏亚群上部，恩古巴群以及昆德隆古群中部，含矿地层跨越了多个地层单元。主要岩性包括千枚岩、片岩、钙质粉砂岩、砂岩、砾岩、薄层大理岩、页岩和白云岩。

关键控矿因素：卢菲利安造山期及之后发育的一系列高角度断层及其他构造切割高渗透率的地层为含铜流体的运移提供了通道。同时，该类型矿床还发育背斜褶皱和走滑断层，这一特征与层控页岩和砂岩铜（钴）矿床形成鲜明对比。

3.3 含矿基底型铜矿

该类型的矿床主要包括卢姆瓦纳铜矿、Chimiwungo铜矿和桑巴（Samba）铜矿等，其矿床特征如下：

矿床通常产于穹隆内，矿体赋存于上罗安亚群之上的基底片岩和片麻岩中，由于后期构造运动造成基底片麻岩被推覆到罗安群地层之上，并在接触带由变质热液交代成矿。主要的铜矿化受强烈叶理化石英云母片岩所控制，硫化物呈浸染状或团块状分布，主要为黄铜矿和斑铜矿，少量磁黄铁矿，在氧化带和过渡带伴生有辉铜矿和其他次生铜矿物。矿区的构造-地层是剪切推覆-挤压下强烈变质和剪切作用下强烈变形的构造-地层运动结果。含矿片岩和底板石英/白云母-石英片岩地层单元是受剪切作用和交代蚀变作用最为强烈的部分。上述特征表明，含矿片岩可能并非是多种不同的岩石，而是在卢菲利安造山期顶板片麻岩强烈的剪切和变质作用下形成的构造混杂岩。

关键控矿因素：880~750 Ma被动大陆边缘发育期间，前加丹加基底发生蚀变并伴随着硫化物矿化。含铜钴富镁盆地卤水沿伸展基底构造运移。这一过程使得长石发生绢云母化，硫化物铜矿化。600~500 Ma，卡拉哈里克拉通和刚果克拉通的汇聚导致了陆陆碰撞，这一过程硫化物重新活化并发生迁移，形成白云母片岩组合。在这之后区域上又经历了快速剥蚀、构造抬升和冷却。

节选自：孙凯, 张航, 卢宜冠, 邱磊, 何胜飞, 任军平, 许康康, 刘晓阳. 2022. 中非铜钴成矿带地质特征与找矿前景分析[J]. 中国地质, 49(1): 103-120.