Precambrian Research | 苏慧敏，蒋少涌等：中非成矿带超大型鲁苏西Cu-Co矿床的形成过程与机理

学术 2024-10-19 00:00 湖北

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来源：地大资勘

沉积层控型铜钴矿床具有重要的经济意义，约占世界铜储量的20%和钴储量的41%，中非铜钴矿带(CACB)拥有这种类型的最重要的钴矿床，近年来其产量高达全球钴资源的68%。然而，中非成矿带上一个极具争议的问题是：这些铜钴矿床是形成于同沉积-成岩阶段，还是由后期造山过程中热液活动形成，或者是二者的叠加成矿作用？

中国地质大学（武汉）资源学院、紧缺战略矿产资源协同创新中心、地质过程与矿产资源国家重点实验室蒋少涌教授团队苏慧敏副教授等，联合中国地质矿业总公司盛涛工程师，加拿大里贾纳大学池国祥教授，选择中非铜钴成矿带内加丹加（Katanga）超群中赋存在变形和变质程度最低的寄主岩石中的鲁苏西矿床为研究对象，通过岩相学和矿物学观察，独居石U-Pb年代学，黄铁矿和黄铜矿的原位微量元素和硫同位素分析，旨在将各个世代的硫化物与成矿期次和成矿阶段相联系，揭示矿床的形成过程与机理，建立中非成矿带中沉积层控Cu-Co矿床的成矿模型。

鲁苏西是加丹加铜钴矿带上典型的高品位沉积层控型铜钴矿床。它位于矿带东部，距卢本巴希（刚果民主共和国）西北约26公里。该矿床位于罗安群的巨角砾岩中，位于北向的等斜向斜中，轴向倾角约为40°SW。几条断层切断了向斜，导致巨角砾岩中出现块体断裂。岩相学观察表明，矿脉的矿物成分与其相应的寄主岩石之间存在一定的相关性。具体而言，研究发现石英脉、白云石脉和菱镁矿（硫化物）脉分别出现在硅质、白云质和菱镁质寄主岩石中，表明这些矿脉的形成受到局部成分的控制 (图1)。根据矿物组合和穿插关系，共识别出三代黄铁矿(Py0、Py2、Py3)和两代黄铜矿(Ccp1、Ccp2)，并确定了四个成矿阶段，即成矿前阶段(Py0)、成岩铜钴阶段(Ccp1)、同造山铜钴阶段(Py2、Ccp2)和成矿后阶段(Py3)。

▲图1. 鲁苏西矿床中的两种矿化类型

与主脉型成矿和成矿后黄铁矿相关的热液独居石的U-Pb定年结果分别为523 Ma和506 Ma (图2)。与Py2和Ccp2有关的独居石的U-Pb年龄为522.5±9.0 Ma，表明脉型成矿发生在523Ma左右，与卢弗里安（Lufilian）造山作用的变质期峰值相吻合；与Py3有关的独居石的U-Pb年龄为505.5±4.6 Ma，代表了铜钴矿化的结束。

▲图2. 鲁苏西矿床中热液独居石的U-Pb定年结果

成矿前阶段(Py0)黄铁矿Co、As含量较高，Cu、Ni含量较低，δ³⁴S值在-9.1‰~ +12.0‰之间。成岩阶段Ccp1的δ³⁴S值分布受寄主岩石岩性的强烈控制(石英粉砂岩平均为-1.3‰；白云质砂岩/白云岩平均为3.6‰；菱镁矿岩平均为5.6‰)。与Ccp1相比，同造山阶段不整合脉中的粗粒Ccp2显示出更高的Sn和In含量，这意味着Ccp2是在温度升高的热液中形成的。同造山阶段黄铁矿(Py2) Co和As含量从Py2a早期到Py2c晚期逐渐降低，这是由于热液中这些元素逐渐耗损所致。同造山阶段脉型硫化物显示出与其相应的成岩阶段浸染状到层状硫化物相似的δ³⁴S值，表明同造山硫化物的硫主要来自成岩硫化物 (图3)。

▲图3. 鲁苏西矿床中S同位素散点图和小提琴图

总体而言，目前的研究支持这样一个模型 (图4)：卢弗里安造山作用的高峰期发生在约530 Ma，在此期间，罗安群的沉积岩在大规模、远距离搬运的逆冲断层内，使用盐作为润滑剂，转化为前陆环境。罗安亚群的变形和变质导致了高温和高盐度的变质热液的形成。值得注意的是，可能由于其密度较高，这种流体主要在层内活动和对流。尽管如此，流体与宿主岩石之间存在强烈的相互作用，从成岩阶段的硫化物中淋滤和重新活化了大量的Cu和Co。强烈的流体-岩石相互作用不仅导致早期结核和地层中脉石矿物的广泛再结晶和置换，而且还通过宿主岩石的局部破碎形成重要的矿脉/网状脉。与成岩阶段硫化物具有相似硫同位素特征的粗粒硫化物在横切脉中相继沉淀。伴随着热液从高温富钴流体（低硫活动）到相对低温贫钴流体（高硫逸度）的演化，不同矿物组合，包括Py2a+Car、Py2b+Bn/Ccp2和Py2c，先后沉淀。在随后约506 Ma的造山隆升和冷却过程中，小规模流体活动持续存在，导致了贫瘠的Py3的形成。

因此，CACB中沉积层控型铜钴矿床是由成岩作用叠加造山成矿事件形成的。矿床中的大部分金属和硫可能是在沉积成岩阶段引入的，同造山成矿过程主要起着成矿再活化和矿体富化的作用。

▲图4. 鲁苏西矿床成矿过程模型示意图

论文信息

研究成果2024年发表在国际SCI期刊PrecambrianResearch上，本研究受科技部国家重点研发项目“钴镍元素地球化学行为与富集成矿的关键地质过程（2022YFC2903504）”项目资助。

Su Hui-Min, Jiang Shao-Yong*, Chi Guoxiang, Sheng Tao, Yin Yanliang, Liu Tong. Formation of the giant Luiswishi Cu-Co deposit in the Central African Copperbelt by Neoproterozoic syn-sedimentary-diagenetic processes overprinted by Pan-African orogenic mineralization events. Precambrian Research, 2024, 402: 107299.

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