刚果（金）Luben铜钴矿区地质特征及找矿勘查实践

行英弟，叶胜

（有色金属矿产地质调查中心，北京 100012）

0 引言

钴主要分布在刚果（金）、澳大利亚、古巴、赞比亚、俄罗斯等国（张伟波等，2018），铜主要分布在智利、美国、印度尼西亚、秘鲁、波兰、赞比亚、中国、俄罗斯等国（江少卿，2018）。钴矿床主要有岩浆型、热液型、风化型和化学沉积型4种基本矿床类型（张洪瑞等，2020）。钴大部分伴生在红土镍矿中，另一部分伴生在岩浆型铜镍硫化物矿床中（张福良等，2014），而其中伴生在砂岩铜矿中的矿床则主要分布在刚果（金）和赞比亚（刘洪微，2018）。

刚果（金）卢菲利安铜钴成矿带闻名于世，亦称卢菲利弧（Lufilian Arc）（甘会春和殷德永，2013；余金杰等，2015），矿床呈层状产于砂岩、页岩、砾岩及碳酸盐类岩石中，有硫钴矿、硫铜钴矿及黄铜矿等（陈志国和刘文杰，2015），在氧化带中有次生的铜和钴矿物，如孔雀石、赤铜矿、水钴矿、钴土等（周应华和江少卿，2010）。

刚果（金）Luben铜钴矿勘查区，位于卢本巴西市北东26 km，面积为54.45 km2，地理坐标为：东经27°35′00″～27°38′30″，南纬11°20′00″～11°25′30″。该区地质工作程度较低，除了收集到了法文版的1∶20万区域地质图外，基本上没有其余资料可供利用。

勘探工作主要利用1∶1万高精度磁法测量和土壤地球化学测量方法，发现异常，确定铜钴矿成矿有利地段，通过矿区地质测量及槽探圈定地表矿（化）体，利用钻探了解控制矿体延伸情况，为矿区勘查提供依据。

1 区域地质背景

在非洲中南部地区，围绕刚果克拉通以及刚果克拉通和卡拉哈瑞克拉通之间，是一个巨大的元古代褶皱逆冲构造带（图1）。自西向东分别是西刚果带、卡奥科带、达马拉带、杭济乔贝带、加丹加带、赞比亚带和莫桑比克带。这个绵延四千多公里、横亘于两大地块间的构造带，是一个巨大的铜钴矿成矿带，为“中非铜钴矿带”，其中的加丹加褶皱逆冲构造带（Katanka Belt）亦被称为卢菲利弧（Lufilian Arc）。它自西北向南东延伸于刚果（金）与赞比亚两国接壤部位。

图1 非洲中南部主要地块及其间的构造带（康云骥等，2017①）

Luben矿区位于沿刚果（金）和赞比亚国境线展布的布卢菲利弧（Lufilian Arc）元古代褶皱逆冲构造带的中部。卢菲利弧构造带，总体呈弧形，在科卢韦齐到利卡西之间呈东西向展布，利卡西往东南经卢本巴希进入赞比亚境内，在南东端转为南北向（李向前等，2009）。加丹加弧形构造带控制了区域内铜钴多金属矿床的产出，为加丹加弧形铜钴多金属成矿带（杨法强等，2011；王鹏飞，2018）。

1.1 区域地层

区内主要发育元古界加丹加超群及新生代盖层，缺失古生界和中生界（图2）。

图2 刚果（金）加丹加地区区域矿产地质简图（康云骥等，2017①）

加丹加超群的地层总厚达5～10 km（李向前等，2009）。根据区域上广泛分布的两层混杂陆源沉积岩（冰碛岩）将该群自上至下分为孔德龙古群（Kundelungu）、恩古巴群（Nguba）和罗安群（Roan），见表1。孔德龙古群沉积系列代表同造山期到造山期后的沉积物，板状类型的孔德龙古群是一延伸到下古生代的大陆碎屑磨拉石系列。恩古巴群由硅质碎屑岩和碳酸盐岩组成，包含有侵位于类似红海的初始大洋裂谷的铁镁质火成岩。罗安群由硅质碎屑岩和碳酸盐岩组成，代表在大陆裂谷相沉积岩层内侵位有火山岩和深成铁镁质岩石。

表1 加丹加超群地层简表

在区域上，罗安群的底砾岩不整合地覆盖在前加丹加基底之上，与上覆的恩古巴群被“大砾岩”（Grand Conglome R.A.T.）层的冰川沉积物所隔开。推断该冰碛岩是750 Ma前的Sturtian冰川沉积物的一部分。恩古巴群与上覆的孔德龙古群被一层推断为冰成，且可能与大约620 Ma前的Marinoan冰川作用有关的混杂陆源沉积岩“小砾岩”（Petit Conglome R.A.T.）隔开（甘会春和殷德永，2013）。这样看来，孔德龙古群的沉积岩是与泛非卢菲利运动有关的造山期到晚造山期的产物。卢菲利弧北部的加丹加推覆体残留在丘波组粉砂岩和砂岩之上。“大砾岩”和罗安群沉积单元形成于卢菲利造山运动之前，为一砾岩-砂岩-粉砂岩-页岩-碳酸盐组合。恩古巴群沉积期间发生从离散到汇聚的构造转变（杜菊民和赵学章，2010；李向前等，2009）。

1.2 区域岩浆岩

区域内极少有岩浆岩出露，也未见岩浆岩对成矿有较大的影响。比较有规模的岩浆活动是顺层侵入到罗安群上部的中基性脉岩，偶尔可在钻孔中见到，主要分布于利卡西以西的卢菲利构造弧外带东段。这类脉岩通常伴有0.1%左右的铜矿化（黄铜矿或斑铜矿，及少量孔雀石），有工业经济意义的矿体未见报道。

1.3 区域构造特征

加丹加超群遭受加丹加构造运动的影响。加丹加构造运动大致可分3个构造期：洛马米尔期（约950 Ma）、卢萨卡期（850～950 Ma）、卢菲利期（600～650 Ma）。其中卢菲利期（Lufilian）构造活动最为显著，根据其变形程度可分为两个主要的地质构造阶段：科洛维兹阶段（Kolwezienne）和孔德龙古阶段（Kundelunguienne）。在这些构造期中，加丹加超群主要受卢萨卡期和卢菲利期的改造，遭受构造变形及变质。

卢菲利造山期是加丹加褶皱构造带的主要构造变形期，变形始于南部向北挤压位移。某些推覆体就位时伴有孔德龙古晚期的沉积事件的发生。褶皱带可细分为外部、中部和内部三个构造单元，尽管每个单元都由众多坚固的褶皱推覆体组成，但每个构造单元之间的差异却非常明显。

外部单元是堆叠在错断了罗安群基底的滑脱面上的薄层推覆体，其内部明显存在着垂直或向外倾斜的紧闭褶皱，可识别出早期发生过低绿片岩相的变质作用。

中部单元由厚层推覆体组成。在这个单元内，卷入推覆体的基底片岩构成的捕虏体，在钻孔岩心中发现叠置的基底片岩被加丹加变质岩分离的现象。加丹加沉积岩变质程度可达角闪岩相。在褶皱带东端，由于退变质作用变质程度退变为绿片岩相。外部单元尖灭于褶皱带的东端，而中部单元则继续向前延伸。

内部单元，即卢菲利褶皱带的南部单元由绿泥石相的加丹加变质岩组成，向南与中部单元之间以逆冲断层接触。再向南，出露由推覆基底组成的捕虏体、小的非层状造山晚期或造山期后花岗岩及正长岩侵入体。

2 矿床地质特征

Luben矿区地层以元古宇加丹加超群为主体，上覆新生代盖层。加丹加超群由老到新包括罗安群（Roan）、恩古巴群（Nguba）、孔德龙古群（Kundelungu），矿区未见岩浆岩发育，有一定程度的区域变质（杜菊民和赵学章，2010）。构造总体轮廓由两个北西向复式背斜及北西和北东向断裂组成（图3）。

图3 Luben矿区地质简图（自测）

2.1 矿区地质特征

罗安群为区域内主要含矿层位，该群由R.A.T组、矿山组、迪佩特组和木瓦夏组组成，分别以代号R1、R2、R3和R4代表（侯晓阳等，2013；张学良等，2016）。

R1、R2、R3分布于矿区南部，由北西向转南北向再转北西向，长约5 km，宽1 km左右。层内横向张裂隙较发育，与上覆地层恩古巴群的关系未能找到地质依据。R4分布于矿区北部，出露于背斜的核部，走向北西向。

主要岩性：砂质白云岩、白云质页岩、硅质白云岩、灰质泥砂岩、石英岩夹层、砂岩、赤铁矿夹层、含铜钴泥砂质页岩（赵英福，2011）。

构造总体为轴向北西向的复式褶皱，主背斜位于矿区北部，翼部由木瓦夏组R4、恩古巴群Ng、孔德龙古群Kl组成，核部为迪佩特组R3，向北西扬起。南部出现地层重现，罗安群地层推覆到与北部孔德龙古群地层接触。

矿区断层按照性质、走向，将断层分成两组：NW向逆断层组、NE向与NW向剪性断层组。

铜钴矿体主要赋存于罗安群矿山组（R2）的白云岩和白云质页岩中，受褶皱和断层控制，断层控制了脉状矿体的产状及其规模。

2.2 矿体和矿石特征

本矿区的矿体主要赋存于加丹加超群罗安群矿山组砂质白云岩、泥质粉砂岩、白云岩等岩性段中，以层状、似层状、囊状为主，与地层产状基本一致。少量矿体呈透镜状与脉状产出。

在矿体产出部位，往往数条矿（化）体平行产出，组成一个矿体组。每个矿体组由若干个矿体组成。

据野外观察和室内镜下鉴定，初步查明矿石中的矿物有35种，其中金属矿物21种，非金属矿物14种。矿石的矿物组成见表2。

表2 矿石矿物组成情况表

矿石结构：最常见的结构有自形晶、半自形晶结构、他形粒状结构、交代结构、乳滴状结构、皮壳状结构、压碎结构等（图4）。

矿石构造：常见的矿石构造有浸染状构造、条带状构造、脉状、网脉状构造和块状构造（图4）。

图4 Luben矿区矿石显微照片

3 勘查技术方法组合

3.1 地球物理特征

在区内进行了标本系统采集和岩石磁性参数测定（表3），共采集各类岩矿石标本71块，进行磁参数测定和统计。

表3 矿区主要岩石磁性统计表

砂岩磁化率最高1247.8（4π×10-6），最低4.61（4π×10-6），平均为 311.9（4π×10-6），白云岩磁化率最高774.6（4π×10-6），最低0.028（4π×10-6），平均为 146.5（4π×10-6），砂岩和页岩均呈弱磁性，断层由于伴生热液导致其附近岩层磁性增高，可根据高磁异常推断构造。

3.2 土壤地球化学特征

通过对全区1∶10000土壤地球化学测量分析结果（XRF快速分析仪）进行数理统计，结合地壳丰度分析，得到主要元素含量特征见表4。

根据表4，相对于地壳丰度，矿区土壤地球化学测量中元素含量偏高的是As（Kk＞=1.2）；与地壳丰度相当的元素是Cu、Pb、Mo、Co、Ni（Kk值在1.2～0.8间），其余元素含量偏低（Kk＜0.8）。

表4 Luben矿区1∶10000土壤地球化学测量元素含量特征表

通过土壤地球化学测量元素变异系数分析，变异系数相对较大、具有一定分异能力（Cv＞0.5）的元素是Cu、Co，其余元素变异系数相对较小，分布相对均匀（Cv＜0.5）。

综合分析，本区土壤地球化学测量中Cu、Co具有一定的分异能力，存在局部富集成矿趋势。因此，本区应重点开展与铜钴有关的找矿评价工作。

3.3 勘查方法

根据本区的地质特征、成矿条件和物化探条件，选择了高精度磁测和土壤地球化学作为主要的勘测方法。

高精度磁测是通过在地面观察测量地下岩石磁性的差异，及其引起的磁场变化的地球物理勘查方法，具有经济、快速、轻便的特点，适合于大面积普查找矿的应用（管志宁，2005）。

在本区高精度磁测用于地层划分，推测构造，确定成矿有利部位，达到间接找矿的目的。野外观测采用G856型质子磁力仪5 台，进行总场观测，实测精度±1.43 nT。网度100 m×20 m，测量面积54.45 km2。

土壤地球化学（化探）是通过了解土壤中元素的分布，总结元素的分散与集中的规律，研究其与基岩中矿体的联系，也就是通过发现土壤中的异常来进行找矿。

在本区主要是通过化探，确定成矿元素Cu、Co的异常分布，进而找到Cu、Co矿体。

化探网度100 m×40 m，取得的样品用便携式X荧光分析仪进行测试，共投入2台，测试时间为60秒，每个样品在不同位置测试3次，取其平均值作为测试结果（詹勇等，2015）。

4 物化探异常特征

4.1 磁异常特征

高精度磁测△T异常图见图5，本区高磁异常整个处于低背景中，且变化平稳，从东向西，磁场由高变低，最高值约为50 nT,最低值约为-45 nT,与地层分布不相关，判断为背景场的反映。

矿区高精度磁测异常图（图5），划分出一个高背景区和5个线状高磁异常带。高背景区（编号C-1）与区域地质的穹隆构造对应，穹隆构造中心位于矿区东侧外围，完整形态应该近似椭圆形，异常直径可能达10余公里。推测5个线状断续分布的小规模较高磁异常为构造断层，断层编号为F1、F2、F3、F4、F5。

图5 Luben矿区高精度磁测异常图（自测）

F1、F2、F3、F4、F5断层位于矿区中南部推覆地层北部区域，F1断层走向北西—南东，长约2.16 km，由两条小断层组成；F2断层走向北西—南东，长约2.09 km，由两条小断层组成；F3断层走向北东—南西，长约1.16 km，切断F1、F2断层。F4、F5断层位于矿区中南部推覆地层南部转折区，F4断层走向北东—南西，长约2.98 km；F5断层走向北东—南西转北西—南东，长约1.71 km。

综合地质资料分析，矿区北部主要受背斜构造控制，地层变化平稳、构造不发育；南部主要受推覆构造控制，断裂发育其北部，罗安群迪佩特组和矿山组地层存在F1、F2、F3断层，其南部地层转折部位罗安群、恩古巴群、孔德龙古群地层存在F4、F5断层，成矿有利，推测这些断层控制了主要脉状矿体的产状及其规模。

4.2 土壤地球化学异常特征

土壤地球化学主要有Cu、Co、Pb、Zn异常，各元素异常特征如下：

Cu异常以100×10-6异常下限确定，近带状分布，轴向呈北西向转近南北向，长约5.05 km，宽约1.14 km，异常面积5.75 km2，异常极大值（Cmax）297×10-6。

Co异常以45×10-6异常下限确定，分两处：Co-1异常近带状分布，轴向呈南西—北东转南东—北西向，长约4.6 km，宽0.7 km，异常面积3.22 km2，异常极大值（Cmax）71×10-6；Co-2异常近带状分布，轴向呈南北向转南西—北东向，长约2.8 km，宽0.85 km，异常面积2.38 km2，异常极大值（Cmax）91×10-6。

Pb异常以20×10-6异常下限确定，狭长状分布，轴向呈北西向转近南北向，长约4.6 km，宽0.194 km，异常面积0.89 km2，异常极大值（Cmax）45×10-6。

Zn异常以45×10-6异常下限确定，分三处：Zn-1异常近圆状，异常面积0.68 km2，异常极大值（Cmax）62×10-6；Zn-2异常串珠状分布，轴向呈北西—南东转近北东向，长约2.8 km，宽0.51 km，异常面积1.4 km2，异常极大值（Cmax）85×10-6；Zn-3异常狭长状分布，轴向呈北东-南西向转近东西向，长约4.3 km，宽0.49 km，异常面积2.1 km2，异常极大值（Cmax）7×10-6。

本区化探异常有较明显的分带特征，元素组合特征可以分为三个异常区（见图6）：

Ⅰ异常区位于中北部，形成以Co元素为主，Zn为辅的综合类异常，异常主要位于罗安群和孔德龙古群，Co异常面积较大，Zn异常面积较小。

Ⅱ异常区位于矿区中南部，大致呈北西—南东向，长5.98 km，宽度不等，面积约6.21 km2，该异常强度高，以Cu、Co、Pb、Zn为主，处于有利成矿的罗安群中。

Ⅲ异常区位于矿区西南部，主要以Zn元素为主，走向近北西—南东向，长1.96 km，宽度不等，面积约2.096 km2。位于孔德龙古群中，Zn元素异常强度高，有浓集中心，但异常单一。

5 找矿预测及实践

5.1 地物化综合分析确定重点找矿区

本区控矿因素是地层和构造，大多数原生铜钴矿床和主要的原生铜矿化,受罗安群矿山组（R2）Kamoto岩段的白云岩和白云质页岩地层控制（刘焕然，2010）。

构造控矿包括两种形式：第一种，褶皱和区域性断层控制了罗安群的分布，而这些地层的浅部或深部多数赋存有可采的层状矿体。它不仅控制了矿床的分布，还控制了矿床中矿体的产状乃至延伸的情况；第二种，断层控制了主要脉状矿体的产状及其规模。

以化探圈出的三个异常区为基础，结合物探推测断层构造对化探圈出的3个异常区进行评价，确定找矿下一步重点工作区。

Ⅰ异常区Co异常总体面积较大，但较分散，而Zn异常面积较小，成矿条件不理想。结合磁法异常进行分析，穹窿构造大部处于恩古巴群和孔德龙古群中，局部处在罗安群中，穹窿构造区无规模性Cu、Co化探异常。

Ⅱ异常区形成了Cu、Co、Pb、Zn为主的综合异常带，异常面积大，Cu、Co异常强度高，多位于罗安群矿山组（R2）Kamoto岩段的白云岩和白云质页岩中，属于有利成矿的地层，并且根据高精度磁测在本异常区推断出了5个断层，因此本异常区找矿前景较好。

Ⅲ异常区只有Zn异常，位于孔德龙古群，无Cu、Co异常，成矿条件不利。

综上所述，将Ⅱ异常区确定为本矿区的成矿有利地段。

5.2 重点找矿区圈定矿体、矿化体

根据物化探圈定的异常范围，进行了矿区地质测量，地表地质填图和探槽工程共发现49条矿体，按分布空间位置关系，将其分为KT1、KT2、KT3号三个矿化体组（图6）。

图6 Luben矿区地质物化探综合推断成果图（自测）

KT1号矿化体由三个小矿化体组成，编号KT1-1、KT1-2、KT1-3，其中KT1-1矿化体长约384 m，走向北东—南西；KT1-2矿化体长约486 m，走向北西—南东；KT1-3矿化体长约776米，走向北西—南东。

KT2号矿化体长约472 m，走向北西—南东转北东—南西；KT3号矿化体长约1244 m，走向北西—南东。

5.3 钻探验证取得找矿突破

根据地表地质工程控制的矿化体采用钻探对其深部情况进行了勘探，首批共施工10个钻孔，分别布置在KT1-1、KT1-2、KT1-3、KT2、KT3号矿化体上，结果9个钻孔见矿、1个钻孔未见矿，矿体平均品位Cu 1.642%，Co 0.128%。

其中ZK41300-1钻孔控制矿体深约114 m，真厚度平均约17 m；ZK40800-1钻孔验证的矿体深约411 m，真厚度平均约2.37 m；ZK40700-3钻孔验证的矿体深度约501 m，真厚度平均约3.39 m；ZK39700-4钻孔验证的矿体深约503 m，真厚度平均约3.39 m；ZK1801钻孔验证的矿体深约114 m，真厚度平均约6.47 m。

该矿区在上述找矿的基础上，随后进行了大规模的勘探工作，共探获（332+333）类矿石量1431.24万t，金属量铜23.36万t，钴18068 t，矿床平均品位Cu 1.632%，Co 0.126%。另外还估算了32条低品位矿体中蕴藏的金属量铜1.65万t，钴1659 t，其平均品位为Cu 0.361%，Co 0.036%。

6 总结

（1）刚果（金）Luben 铜钴矿矿区勘查面积54.45 km2，采用高精度磁法和土壤地球化学面积性测量分级别推测构造断层5 个（F1～F5）和圈定化探异常区3 个（Ⅰ～Ⅲ），结合成矿地质条件，综合确定Ⅱ异常区为成矿有利地段，通过矿区地质测量及槽探进一步发现地表矿（化）体3 个，最终经钻探控制圈定铜钴矿体3 个，矿体控制长度分别为1646 m、472 m、1244 m，厚度分别为17 m、3.05 m、6.47 m；控制金属储量铜23.36 万t，钴18068 t。

（2）此次找矿方法可简单概述为采用高精度磁法和土壤地球化学面积性测量发现异常，确定铜钴矿成矿有利地段；通过矿区地质测量及槽探圈定地表矿（化）体；利用钻探控制圈定铜钴矿体。

（3）矿区为刚果金较为典型的铜钴矿床成矿类型，矿体主要赋存于罗安群矿山组（R2）Kamoto岩段的白云岩和白云质页岩中，而罗安群主要受断层控制，高精度磁测用于地层划分、推测构造，确定成矿有利地块，化探直接指示其成矿元素Cu、Co的异常分布，结合高磁成果确定成矿有利部位。勘探工作显示，物化探的成果快速、准确地锁定了找矿靶区。

（4）与以往同类型矿区勘探采用的单一地质加钻探方法相比，前期采用物化探方法可快速有效的确定找矿靶区，节约大量的地表地质工作和钻探工作量，缩短勘查周期、节约勘探成本。

注 释

①康云骥,李举平,牛真茹,黄明伟.2017.刚果（金）加丹加省Luben矿区铜鈷矿详查地质报告[R].北京中色泰格地质资源勘查科技有限公司,1-35.