坦桑尼亞蓋塔地區Nyankanga金礦床地質特征及成礦模式

張超，白德勝，彭俊，梁永安，黃達

(河南省地質礦產勘查開發局第二地質礦產調查院， 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現了重要的金礦產地(崔小軍等，2014；王建光等，2017)。除了金礦床位于克拉通內盆地中，與綠巖帶密切相關外，太古代金礦床通常與造山型金礦有諸多相似特征，如強烈的構造控礦、與綠片巖相到角閃巖相單元中的剪切帶密切相關、硫化物礦石的熱液成因及伴生的硅化和碳酸鹽巖蝕變、主成礦構造事件是同構造期或構造后期等。太古代金礦床對圍巖的選擇性不強(Laznicka，2014)，但是大多數特大型金礦床是在火山—沉積巖的綠巖帶序列中發現的，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變質火山巖單元中(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公司發現，沿北東向近3 km長的礦化剪切帶分布，提交金資源量220 t，平均品位5.8×10-6。本文通過對蓋塔綠巖帶典型金礦床成礦地質特征、控礦因素進行歸納研究，建立成礦模式，以期對該地區尋找同類型礦床提供參考。

1 區域地質

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，其被花崗質侵入體和片麻巖分割和環繞。綠巖帶地層劃分為兩個主要單元，即尼安薩(Nyanzian)超群和卡維隆多(Kavirondian)超群(Gabert，1990；趙志強等，2020)。尼安薩超群進一步細分為下尼安薩組和上尼安薩組。下尼安薩組主要為鎂鐵質火山巖單元(角閃巖、枕狀玄武巖及輝長巖等)；上尼安薩組以長英質火山巖、輝長巖為主，夾火山碎屑巖、條帶狀鐵建造及濁積沉積巖互層(Borg and Krogh，1999)。卡維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簡圖(據Goldfarb et al.，2001)

受區域巖漿侵入作用和NW—SE及近SN向構造變形作用影響，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)，形成數個獨立的花崗—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不連續殘余的綠巖序列(圖2)，主要巖性為條帶狀鐵建造夾火山碎屑巖，區域構造呈NW、NE及近EW向展布，全巖Sm-Nd測年分析表明成巖年齡為2823 Ma(Manya and Maboko，2003)。

圖2 蓋塔綠巖帶地質圖(據Goldfarb et al.，2001)

區域巖漿作用除了綠巖帶兩側的花崗巖外，后期的閃長巖脈、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，為成礦作用帶來豐富的能量和流體。

2 礦區地質

2.1 礦區地層

Nyankanga金礦區出露地層主要為條帶狀鐵建造，局部夾薄層狀變長英質凝灰巖、頁巖和粉砂巖。條帶狀鐵建造巖為深灰色的磁鐵礦層和紋層狀凝灰巖及燧石交替組成，代表著不同的沉積環境和物源特征。磁鐵礦層呈細密紋理狀，厚0.2～1.5 cm，整個條帶狀鐵建造巖含鐵量在18%～25%。受區域巖漿作用和變質作用的影響，條帶狀鐵建造變質程度達到綠片巖相，并發育各種脆性和韌性變形，各種規模的同心褶皺、對稱褶皺、剪褶皺發育，與金礦化關系密切。

2.2 礦區構造

礦區內斷裂構造和褶皺發育。受區域巖漿侵入作用和區域變形作用影響，區內主要發育NEE、NE、NW向剪切構造帶(圖3)，多呈平行分布。其中Nyankanga剪切帶是區內主控礦構造，長約3 km，寬10～100 m，總體走向NEE-SWW,在中段偏轉呈NNW產出，與綠巖帶走向基本吻合，傾向NW，傾角32°～45°，剪切帶穿切閃長巖和條帶狀鐵建造，帶內碎裂巖、角礫巖較發育，裂隙膠結物主要為硅質膠結；在剪切構造帶上部與頂板巖層接觸處，可見一層碎裂巖帶，具有弱糜棱巖化特征，剪切變形特征明顯，常見S-C組構特征(圖4)；蝕變礦化主要集中在剪切構造中下部的角礫巖帶中，頂板附近的碎裂巖帶無礦化。

根據條帶狀鐵建造巖變形特征，區內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，形成復雜強烈的應變區，伴隨大量的各種規模的剪切裂隙、斷裂，為成礦流體運移和礦體定位創造了有利條件。

圖3 Nyankanga金礦床地質簡圖(據Borg and Krogh，1999修改)

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

2.3 礦區巖漿巖

礦區地層單元被后期不同期次的閃長巖、長石斑巖和石英斑巖脈侵入，其分布受斷裂構造影響，走向與區內構造帶走向基本一致，呈巖脈、巖墻狀產出。閃長巖在礦區分布面積最大，占比約75%，侵入到條帶狀鐵建造巖中，湮沒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，在淺部橫切剪切帶；石英斑巖脈是后期淺成侵入作用的產物，侵入到閃長巖體、條帶狀鐵建造、長石斑巖脈及Nyankanga剪切帶中。

3 礦床地質特征

3.1 金礦體特征

礦區發現的金礦體基本位于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°，中段局部偏轉為走向NW，傾向NE，金品位集中在0.5×10-6～8×10-6，最高可達125×10-6。金礦體總體呈脈狀分布，沿走向具有分支復合、波狀延伸特征，沿傾向具有上陡下緩、上厚下薄特征。剪切構造帶內閃長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烈，保留有巖體侵入前的復雜褶皺形態，金品位普遍較高；角礫巖帶內發育的白云石—黃鐵礦—石英細脈，走向NNW，與角礫巖帶大角度陡傾斜交，寬1～30 cm，最寬可達 1 m，其組成的密集脈網區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

區內礦石類型為含金—黃鐵礦蝕變巖型及含金—石英—黃鐵礦蝕變巖型，礦石主要結構為裂隙充填結構、半自形—他形粒狀結構，構造主要為塊狀構造、細脈浸染狀構造。

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

礦區內熱液蝕變發育，主要沿Nyankanga剪切構造帶分布，蝕變寬度一般20～300 m，具有上寬下窄的特點，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系密切。蝕變分帶特征明顯，根據蝕變礦物空間分布特征和組合特征，可分為內帶、過渡帶和外帶。內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—陽起石—黃鐵礦—磁黃鐵礦，在閃長巖體中該組合普遍發育。

4 控礦地質因素

4.1 地層與巖性因素

Nyankanga金礦體主要賦存在剪切構造帶中的角礫巖帶，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有利的地球化學障，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 構造因素

構造變形因素不僅是巖漿、成礦流體的運移通道和驅動力，還為成礦元素的富集、沉淀提供場所(高太忠等，1999；劉軍和朱谷昌，2012；張傳昱等，2015)。區域性NW向斷裂和NEE向斷裂是深部含礦熱液和巖漿流體運移通道，是區內控巖和導礦構造。區內NEE向的Nyankanga剪切帶是主要容礦構造，其下部的角礫巖帶疊加早期褶皺變形形成的裂隙區是成礦流體運移的主要通道，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

區內巖漿活動強烈，Nyankanga金礦床本身就是一個復雜的侵入體成礦系統，剪切構造帶通過閃長巖體和綠巖地層單元均廣泛發育金礦化作用。多期次的淺成侵入體(石英斑巖和長石斑巖)為成礦活動帶來豐富的流體來源，并且提供熱驅動(趙曉霞等，2013)，特別是控礦構造帶附近長石斑巖脈、石英斑巖脈的侵入作用進一步促進了構造帶裂隙的發育，為金礦體的形成提供了多重積極因素。

5 成礦模式

關于蓋塔地區金礦床成礦時代問題，前人做了大量的研究工作。通過對礦化的條帶狀鐵建造巖進行鉛同位素測試，其年齡大約為2721 Ma(Walraven et al.，1994；郭鴻軍等，2009；龔鵬輝等，2015)；通過對穿切金礦脈的煌斑巖脈中鋯石U-Pb測年，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，其測年數據代表了金礦化作用形成的最晚年齡。因此，坦桑尼亞蓋塔地區金礦床成礦年齡為2644～2721 Ma，為新太古代時期。

通過對Nyankanga金礦床區域成礦地質條件、礦床特征及控礦因素研究，該礦床類型為與剪切構造帶密切相關的破碎帶蝕變巖型金礦床，其成礦機制如下(表1)。

首先，區內巖漿活動強烈，蓋塔綠巖帶南北兩側的花崗巖侵入擠壓作用及綠巖帶內閃長巖體的侵入使綠巖帶內條帶狀鐵建造單元產生強烈的變形、變質作用，產生各種規模的同斜褶皺、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域變質變形作用的加強，產生了大量平行分布的NEE、NE、NW向剪切構造帶，其中Nyankanga剪切構造帶規模最大，穿切了條帶狀鐵建造單元和閃長巖體，使構造帶內發育碎裂巖化、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巖體和綠巖帶地層單元中，深部的含礦流體沿斷裂通道向上運移，隨著溫度、壓力、Eh值等物理化學環境變化(鄭翻身等，2005；楊澤強，2006)，在有利空間富集沉淀，特別是成礦流體在構造帶條帶狀鐵建造角礫巖中遇到了有利的地球化學障——磁鐵礦層，磁鐵礦被交代成黃鐵礦釋放氧，導致成礦流體的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造帶內淺部的條帶狀鐵建造角礫巖中的金礦石品位遠高于閃長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 結論

(1)Nyankanga金礦床是坦桑尼亞蓋塔綠巖帶規模最大的一座金礦床，作為一個復雜的侵入體—綠巖成礦系統，與巖漿活動有密切的時空聯系。

(2)金礦體基本位于Nyankanga剪切帶下部的角礫巖帶中，構造帶內閃長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烈，金品位更高；礦石類型為含金—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理想的賦金圍巖；穿切條帶狀鐵建造單元和閃長巖體的剪切構造帶控制著本區金礦體的空間分布；不同期次的巖漿侵入活動與成礦作用關系密切，為金礦床的形態提供了成礦流體、成礦物質和熱能，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的成礦模式可推廣至坦桑尼亞維多利亞湖綠巖帶同類型金礦(化)點，對尋找同類型礦床提供借鑒思路。