坦桑尼亞蓋塔地區(qū)Nyankanga金礦床地質(zhì)特征及成礦模式

張超，白德勝，彭俊，梁永安，黃達(dá)

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院， 河南 鄭州 450001)

0 引言

太古代金礦床是世界上最重要的金礦資源之一(Goldfarb et al.，2001)，如西澳的Yilgarn克拉通、加拿大的大不列顛省、印度的Dharwar克拉通、巴西的Quadrilatero Ferrifero及非洲的Kaapvaal、津巴布韋和坦桑尼亞克拉通都發(fā)現(xiàn)了重要的金礦產(chǎn)地(崔小軍等，2014；王建光等，2017)。除了金礦床位于克拉通內(nèi)盆地中，與綠巖帶密切相關(guān)外，太古代金礦床通常與造山型金礦有諸多相似特征，如強(qiáng)烈的構(gòu)造控礦、與綠片巖相到角閃巖相單元中的剪切帶密切相關(guān)、硫化物礦石的熱液成因及伴生的硅化和碳酸鹽巖蝕變、主成礦構(gòu)造事件是同構(gòu)造期或構(gòu)造后期等。太古代金礦床對(duì)圍巖的選擇性不強(qiáng)(Laznicka，2014)，但是大多數(shù)特大型金礦床是在火山—沉積巖的綠巖帶序列中發(fā)現(xiàn)的，如澳大利亞的Kalgoorlie金礦床、加拿大的Timmins金礦床、印度的Kolar金礦田及坦桑尼亞的Bulyanhulu金礦床均賦存在鎂鐵質(zhì)變質(zhì)火山巖單元中(彭俊等，2018)。

太古代條帶狀鐵建造(BIF)也是世界范圍內(nèi)著名的金礦床賦礦巖性單元。坦桑尼亞西北部蓋塔礦山是東非地區(qū)歷史悠久的金礦山，包含六座大型BIF金礦床，分別為Geita Hill、Nyankanga、Lone Cone、Matandani、Kukuluma及Star and Comet，其中Nyanknaga金礦床是資源量最大的一座，該礦床于1995年被Ashanti公司發(fā)現(xiàn)，沿北東向近3 km長(zhǎng)的礦化剪切帶分布，提交金資源量220 t，平均品位5.8×10-6。本文通過(guò)對(duì)蓋塔綠巖帶典型金礦床成礦地質(zhì)特征、控礦因素進(jìn)行歸納研究，建立成礦模式，以期對(duì)該地區(qū)尋找同類(lèi)型礦床提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)

坦桑尼亞克拉通北部包含一系列近EW走向的太古界綠巖帶，其被花崗質(zhì)侵入體和片麻巖分割和環(huán)繞。綠巖帶地層劃分為兩個(gè)主要單元，即尼安薩(Nyanzian)超群和卡維隆多(Kavirondian)超群(Gabert，1990；趙志強(qiáng)等，2020)。尼安薩超群進(jìn)一步細(xì)分為下尼安薩組和上尼安薩組。下尼安薩組主要為鎂鐵質(zhì)火山巖單元(角閃巖、枕狀玄武巖及輝長(zhǎng)巖等)；上尼安薩組以長(zhǎng)英質(zhì)火山巖、輝長(zhǎng)巖為主，夾火山碎屑巖、條帶狀鐵建造及濁積沉積巖互層(Borg and Krogh，1999)?？ňS隆多超群不整合上覆于尼安薩超群之上，主要由粗粒礫巖、砂礫和石英巖組成。

圖1 坦桑尼亞克拉通北部地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Goldfarb et al.，2001)

受區(qū)域巖漿侵入作用和NW—SE及近SN向構(gòu)造變形作用影響，坦桑尼亞維多利亞湖綠巖帶位于坦桑尼亞克拉通西北部(圖1)，形成數(shù)個(gè)獨(dú)立的花崗—綠巖地體單元(姜高珍等，2015)。蓋塔綠巖帶位于維多利亞湖正南方，呈近EW走向，被花崗巖侵入形成一個(gè)不連續(xù)殘余的綠巖序列(圖2)，主要巖性為條帶狀鐵建造夾火山碎屑巖，區(qū)域構(gòu)造呈NW、NE及近EW向展布，全巖Sm-Nd測(cè)年分析表明成巖年齡為2823 Ma(Manya and Maboko，2003)。

圖2 蓋塔綠巖帶地質(zhì)圖(據(jù)Goldfarb et al.，2001)

區(qū)域巖漿作用除了綠巖帶兩側(cè)的花崗巖外，后期的閃長(zhǎng)巖脈、煌斑巖脈、輝綠巖脈、粗面安山巖脈侵入橫切蓋塔綠巖帶沉積層序，為成礦作用帶來(lái)豐富的能量和流體。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

Nyankanga金礦區(qū)出露地層主要為條帶狀鐵建造，局部夾薄層狀變長(zhǎng)英質(zhì)凝灰?guī)r、頁(yè)巖和粉砂巖。條帶狀鐵建造巖為深灰色的磁鐵礦層和紋層狀凝灰?guī)r及燧石交替組成，代表著不同的沉積環(huán)境和物源特征。磁鐵礦層呈細(xì)密紋理狀，厚0.2～1.5 cm，整個(gè)條帶狀鐵建造巖含鐵量在18%～25%。受區(qū)域巖漿作用和變質(zhì)作用的影響，條帶狀鐵建造變質(zhì)程度達(dá)到綠片巖相，并發(fā)育各種脆性和韌性變形，各種規(guī)模的同心褶皺、對(duì)稱褶皺、剪褶皺發(fā)育，與金礦化關(guān)系密切。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和褶皺發(fā)育。受區(qū)域巖漿侵入作用和區(qū)域變形作用影響，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NEE、NE、NW向剪切構(gòu)造帶(圖3)，多呈平行分布。其中Nyankanga剪切帶是區(qū)內(nèi)主控礦構(gòu)造，長(zhǎng)約3 km，寬10～100 m，總體走向NEE-SWW,在中段偏轉(zhuǎn)呈NNW產(chǎn)出，與綠巖帶走向基本吻合，傾向NW，傾角32°～45°，剪切帶穿切閃長(zhǎng)巖和條帶狀鐵建造，帶內(nèi)碎裂巖、角礫巖較發(fā)育，裂隙膠結(jié)物主要為硅質(zhì)膠結(jié)；在剪切構(gòu)造帶上部與頂板巖層接觸處，可見(jiàn)一層碎裂巖帶，具有弱糜棱巖化特征，剪切變形特征明顯，常見(jiàn)S-C組構(gòu)特征(圖4)；蝕變礦化主要集中在剪切構(gòu)造中下部的角礫巖帶中，頂板附近的碎裂巖帶無(wú)礦化。

根據(jù)條帶狀鐵建造巖變形特征，區(qū)內(nèi)褶皺可分為三期變形。第一期變形為褶皺軸平行于層理的等軸褶皺；第二期變形為褶皺軸近垂直于層理的同心褶皺、等斜褶皺；第三期變形為褶皺軸近平行層理的寬緩褶皺。受多期變形作用影響，形成復(fù)雜強(qiáng)烈的應(yīng)變區(qū)，伴隨大量的各種規(guī)模的剪切裂隙、斷裂，為成礦流體運(yùn)移和礦體定位創(chuàng)造了有利條件。

圖3 Nyankanga金礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Borg and Krogh，1999修改)

圖4 屯嘎金礦床主要蝕變類(lèi)型及礦石類(lèi)型a—含礦剪切構(gòu)造帶；b—剪切構(gòu)造帶頂板糜棱巖帶；c—D1等軸褶皺，D2等斜褶皺；d—D3開(kāi)闊褶皺

2.3 礦區(qū)巖漿巖

礦區(qū)地層單元被后期不同期次的閃長(zhǎng)巖、長(zhǎng)石斑巖和石英斑巖脈侵入，其分布受斷裂構(gòu)造影響，走向與區(qū)內(nèi)構(gòu)造帶走向基本一致，呈巖脈、巖墻狀產(chǎn)出。閃長(zhǎng)巖在礦區(qū)分布面積最大，占比約75%，侵入到條帶狀鐵建造巖中，湮沒(méi)條帶狀鐵建造單元使其局部呈透鏡狀分布，后期分異的角閃石閃長(zhǎng)巖脈呈層狀侵入到條帶狀鐵建造中，接觸帶與條帶狀鐵建造層理近平行；長(zhǎng)石斑巖脈寬2～15 m，部分與Nyankanga剪切帶平行分布，部分位于剪切帶內(nèi)，在淺部橫切剪切帶；石英斑巖脈是后期淺成侵入作用的產(chǎn)物，侵入到閃長(zhǎng)巖體、條帶狀鐵建造、長(zhǎng)石斑巖脈及Nyankanga剪切帶中。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 金礦體特征

礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的金礦體基本位于Nyankanga剪切帶下部與條帶狀鐵建造巖接觸帶附近的角礫巖帶中(圖5)，長(zhǎng)約2.3 km，寬2～40 m，總體走向NEE，傾向NW，傾角20°～30°，中段局部偏轉(zhuǎn)為走向NW，傾向NE，金品位集中在0.5×10-6～8×10-6，最高可達(dá)125×10-6。金礦體總體呈脈狀分布，沿走向具有分支復(fù)合、波狀延伸特征，沿傾向具有上陡下緩、上厚下薄特征。剪切構(gòu)造帶內(nèi)閃長(zhǎng)巖角礫巖帶和條帶狀鐵建造角礫巖帶均有金礦化，但條帶狀鐵建造巖角礫巖帶金礦化作用強(qiáng)烈，保留有巖體侵入前的復(fù)雜褶皺形態(tài)，金品位普遍較高；角礫巖帶內(nèi)發(fā)育的白云石—黃鐵礦—石英細(xì)脈，走向NNW，與角礫巖帶大角度陡傾斜交，寬1～30 cm，最寬可達(dá) 1 m，其組成的密集脈網(wǎng)區(qū)是金礦化最好的部位。

圖5 Nyankanga金礦床中部剖面圖

3.2 礦石特征

區(qū)內(nèi)礦石類(lèi)型為含金—黃鐵礦蝕變巖型及含金—石英—黃鐵礦蝕變巖型，礦石主要結(jié)構(gòu)為裂隙充填結(jié)構(gòu)、半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造。

礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦、雌黃鐵礦、毒砂、自然金等，局部有黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦，脈石礦物主要為石英、綠泥石、綠簾石、白云石、方解石、黑云母、陽(yáng)起石等。自然金一般呈他形粒狀、片狀，粒徑多在0.01～0.07 mm之間，主要呈粒間金和裂隙金嵌布。

3.3 熱液蝕變特征

礦區(qū)內(nèi)熱液蝕變發(fā)育，主要沿Nyankanga剪切構(gòu)造帶分布，蝕變寬度一般20～300 m，具有上寬下窄的特點(diǎn)，主要有黃鐵礦化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽巖化、絹云母化等，其中硅化、黃鐵礦化與金礦化作用關(guān)系密切。蝕變分帶特征明顯，根據(jù)蝕變礦物空間分布特征和組合特征，可分為內(nèi)帶、過(guò)渡帶和外帶。內(nèi)蝕變帶主要礦物組合為石英—方解石—白云石—赤鐵礦—黃鐵礦—黑云母，是成礦熱液蝕變；過(guò)渡帶主要礦物組合為黑云母—綠泥石—方解石—黃鐵礦；外蝕變帶主要礦物組合為綠泥石—綠簾石—方解石—陽(yáng)起石—黃鐵礦—磁黃鐵礦，在閃長(zhǎng)巖體中該組合普遍發(fā)育。

4 控礦地質(zhì)因素

4.1 地層與巖性因素

Nyankanga金礦體主要賦存在剪切構(gòu)造帶中的角礫巖帶，并且條帶狀鐵建造角礫巖含金品位通常高于閃長(zhǎng)巖角礫巖帶，這表明條帶狀鐵建造是一種較為理想的賦金圍巖。首先，條帶狀鐵建造易脆性變形，形成大量的斷裂和裂隙，為成礦流體運(yùn)移和沉淀提供空間；其次，條帶狀鐵建造富含鐵，為載金硫化物的沉淀提供元素；特別是條帶狀鐵建造中的磁鐵礦層是一個(gè)有利的地球化學(xué)障，黃鐵礦交代磁鐵礦釋放氧，改變流體Eh值，促使含礦流體中金的沉淀。由于閃長(zhǎng)巖角礫巖帶和條帶狀鐵建造角礫巖帶均存在熱液礦化蝕變，因此不排除其他有助于含礦硫化物沉淀的因素，例如流體壓力變化等。

4.2 構(gòu)造因素

構(gòu)造變形因素不僅是巖漿、成礦流體的運(yùn)移通道和驅(qū)動(dòng)力，還為成礦元素的富集、沉淀提供場(chǎng)所(高太忠等，1999；劉軍和朱谷昌，2012；張傳昱等，2015)。區(qū)域性NW向斷裂和NEE向斷裂是深部含礦熱液和巖漿流體運(yùn)移通道，是區(qū)內(nèi)控巖和導(dǎo)礦構(gòu)造。區(qū)內(nèi)NEE向的Nyankanga剪切帶是主要容礦構(gòu)造，其下部的角礫巖帶疊加早期褶皺變形形成的裂隙區(qū)是成礦流體運(yùn)移的主要通道，受壓力、Eh值變化等影響，成礦流體在此沉淀、定位，形成金礦體。

4.3 巖漿巖因素

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，Nyankanga金礦床本身就是一個(gè)復(fù)雜的侵入體成礦系統(tǒng)，剪切構(gòu)造帶通過(guò)閃長(zhǎng)巖體和綠巖地層單元均廣泛發(fā)育金礦化作用。多期次的淺成侵入體(石英斑巖和長(zhǎng)石斑巖)為成礦活動(dòng)帶來(lái)豐富的流體來(lái)源，并且提供熱驅(qū)動(dòng)(趙曉霞等，2013)，特別是控礦構(gòu)造帶附近長(zhǎng)石斑巖脈、石英斑巖脈的侵入作用進(jìn)一步促進(jìn)了構(gòu)造帶裂隙的發(fā)育，為金礦體的形成提供了多重積極因素。

5 成礦模式

關(guān)于蓋塔地區(qū)金礦床成礦時(shí)代問(wèn)題，前人做了大量的研究工作。通過(guò)對(duì)礦化的條帶狀鐵建造巖進(jìn)行鉛同位素測(cè)試，其年齡大約為2721 Ma(Walraven et al.，1994；郭鴻軍等，2009；龔鵬輝等，2015)；通過(guò)對(duì)穿切金礦脈的煌斑巖脈中鋯石U-Pb測(cè)年，其年齡為(2644±3) Ma(Borg and Krogh，1999；Kabete et al.，2012),而煌斑巖脈侵入作用在金礦化形成之后，其測(cè)年數(shù)據(jù)代表了金礦化作用形成的最晚年齡。因此，坦桑尼亞蓋塔地區(qū)金礦床成礦年齡為2644～2721 Ma，為新太古代時(shí)期。

通過(guò)對(duì)Nyankanga金礦床區(qū)域成礦地質(zhì)條件、礦床特征及控礦因素研究，該礦床類(lèi)型為與剪切構(gòu)造帶密切相關(guān)的破碎帶蝕變巖型金礦床，其成礦機(jī)制如下(表1)。

首先，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，蓋塔綠巖帶南北兩側(cè)的花崗巖侵入擠壓作用及綠巖帶內(nèi)閃長(zhǎng)巖體的侵入使綠巖帶內(nèi)條帶狀鐵建造單元產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形、變質(zhì)作用，產(chǎn)生各種規(guī)模的同斜褶皺、同心褶皺、剪褶皺等，伴生大量的剪切裂隙、斷裂；伴隨著巖體侵入擠壓作用和區(qū)域變質(zhì)變形作用的加強(qiáng)，產(chǎn)生了大量平行分布的NEE、NE、NW向剪切構(gòu)造帶，其中Nyankanga剪切構(gòu)造帶規(guī)模最大，穿切了條帶狀鐵建造單元和閃長(zhǎng)巖體，使構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育碎裂巖化、角礫巖化；隨著深部巖漿的上侵和演化，各期次淺成侵入體侵入到閃長(zhǎng)巖體和綠巖帶地層單元中，深部的含礦流體沿?cái)嗔淹ǖ老蛏线\(yùn)移，隨著溫度、壓力、Eh值等物理化學(xué)環(huán)境變化(鄭翻身等，2005；楊澤強(qiáng)，2006)，在有利空間富集沉淀，特別是成礦流體在構(gòu)造帶條帶狀鐵建造角礫巖中遇到了有利的地球化學(xué)障——磁鐵礦層，磁鐵礦被交代成黃鐵礦釋放氧，導(dǎo)致成礦流體的Eh值急劇升高，促使金和黃鐵礦一起沉淀，形成浸染狀硫化物礦石，這也解釋了同一剪切構(gòu)造帶內(nèi)淺部的條帶狀鐵建造角礫巖中的金礦石品位遠(yuǎn)高于閃長(zhǎng)巖角礫巖中的金礦石品位。

表1 Nyankanga金礦床成礦要素特征表

圖5 Nyankanga金礦床成礦模式示意圖

6 結(jié)論

(1)Nyankanga金礦床是坦桑尼亞蓋塔綠巖帶規(guī)模最大的一座金礦床，作為一個(gè)復(fù)雜的侵入體—綠巖成礦系統(tǒng)，與巖漿活動(dòng)有密切的時(shí)空聯(lián)系。

(2)金礦體基本位于Nyankanga剪切帶下部的角礫巖帶中，構(gòu)造帶內(nèi)閃長(zhǎng)巖角礫巖帶和條帶狀鐵建造角礫巖帶均有金礦化，但條帶狀鐵建造巖角礫巖帶金礦化作用強(qiáng)烈，金品位更高；礦石類(lèi)型為含金—黃鐵礦蝕變巖型及含金—石英—黃鐵礦—蝕變巖型。

(3)條帶狀鐵建造單元是一個(gè)理想的賦金圍巖；穿切條帶狀鐵建造單元和閃長(zhǎng)巖體的剪切構(gòu)造帶控制著本區(qū)金礦體的空間分布；不同期次的巖漿侵入活動(dòng)與成礦作用關(guān)系密切，為金礦床的形態(tài)提供了成礦流體、成礦物質(zhì)和熱能，為金礦體的形成提供了多重有利條件。

(4)本次研究建立的與侵入體密切相關(guān)的成礦模式可推廣至坦桑尼亞維多利亞湖綠巖帶同類(lèi)型金礦(化)點(diǎn)，對(duì)尋找同類(lèi)型礦床提供借鑒思路。