坦桑尼亚盖塔绿岩带成矿地质特征和成矿时代
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Geological Characteristics and Mineralization Era of Geita Greenstone Belt in Tanzania
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收稿日期: 2022-11-12 修回日期: 2023-03-08
基金资助: |
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Received: 2022-11-12 Revised: 2023-03-08
作者简介 About authors
司建涛(1981-),男,河南新郑人,高级工程师,从事非洲固体矿产资源勘查和区域资源潜力评价工作
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司建涛, 白德胜, 肖尊群, 李水平, 祁东, 孙进.
SI Jiantao, BAI Desheng, XIAO Zunqun, LI Shuiping, QI Dong, SUN Jin.
坦桑尼亚克拉通大地构造位置处于东非克拉通南段,与赞比亚克拉通、津巴布韦克拉通和南非克拉通较为相似,是东非高度成矿的克拉通之一,富含金、金刚石、镍、石墨和宝石等重要矿产资源。坦桑尼亚克拉通蕴含金资源量超过2 000 t,2018年坦桑尼亚黄金产量为39.3 t,为非洲第五大产金国。盖塔绿岩带位于坦桑尼亚克拉通西北部,维多利亚湖南部,带内发育世界级大型金矿床——盖塔金矿。盖塔金矿距离盖塔主城区约4 km,距离坦桑尼亚第二大城市姆万扎约120 km。盖塔金矿自20世纪30年代开始开采,其中1939—1966年共生产黄金27.2 t,金矿石品位为4×10-6~6×10-6,曾为当时非洲东部最大的金矿山(Thomas,2022)。从2000年开始,盖塔金矿开始进行大规模开采,其开采方式包括露天开采和地下开采2个部分,年黄金产量稳定在15 t左右,截至2020年底,盖塔金矿山保有金资源量约246 t。
关于盖塔绿岩带,国内外学者已开展了诸多研究工作。如:Borg et al.(1994,1999)系统研究了盖塔金矿的地质、岩石学、地球化学和成矿期次特征,认为盖塔金矿床最早成矿年龄为(2 644±3)Ma;程华等(2020)研究了环维多利亚湖绿岩带的航磁异常特征,认为区域内多条NE-SW向线性磁异常带具有平行分布的特征,这一特征与区域性深大断裂有关;白德胜等(2021)指出坦桑尼亚环维多利亚湖绿岩带具有较大的找矿空间和潜力,并建立了条带状铁建造型和构造蚀变岩型金矿的地球物理找矿模型;Dirks et al.(2021)研究了盖塔金矿的矿床地质特征和成矿作用,认为盖塔金矿的成矿热液和构造活动具有多期次叠加的特点;龚鹏辉等(2015)对盖塔金矿的矿床地质特征和成矿时代进行了研究,认为盖塔金矿床的成矿时代为2 680~2 644 Ma;郭景会等(2021)研究了盖塔金矿的地质特征和矿床成因,认为其成因属于大陆地壳变质流体成因模式,成矿时代为2 699~2 620 Ma;还有部分学者对盖塔绿岩带内出露的太古宇岩性进行了测年分析,总结了岩石形成时代(Manya et al.,2003;Chamberlain et al.,2007;Sanislav et al.,2014,2016,2018a,2018b;Cook et al.,2016;Kwelwa et al.,2018)。
然而,对于盖塔绿岩带的成矿时代和演化历史,国内外学者目前并未开展系统性的研究工作,也缺少相应的资料。笔者通过收集盖塔绿岩带及其周边绿岩带的文献资料,结合实际工作,分析和总结了盖塔绿岩带的成矿特征和演化历史,为研究盖塔地区及其周边绿岩带的地质特征、矿床成因和资源禀赋提供借鉴。
1 区域地质背景
坦桑尼亚环维多利亚湖太古宙绿岩带按分布区域可划分为3个部分、8个绿岩带(Semkiwa et al.,2005):维多利亚湖东部分布有马拉—姆索马(Mara-Musoma)绿岩带和乞力马非扎(Kilimafedha)绿岩带;维多利亚湖南部分布有盖塔(Geita)绿岩带、卢马加萨(Rwamagaza)绿岩带、卡哈马(Kahama)绿岩带和马巴莱—布洪古基拉(Mabale-Buhungukira)绿岩带;维多利亚湖东南部分布有恩泽加(Nzega)绿岩带和伊兰巴—塞肯克(Iramba-Sekenke)绿岩带。
图1
图1
坦桑尼亚主要绿岩带金矿床分布图
①-马拉—姆索马绿岩带;②-乞力马非扎绿岩带;③-盖塔绿岩带;④-卢马加萨绿岩带;⑤-卡哈马绿岩带;⑥-马巴莱—布洪古基拉绿岩带;⑦-恩泽加绿岩带;⑧-伊兰巴—塞肯克绿岩带;TU-图拉瓦卡金矿床;GT-盖塔金矿床;BU-布利杨胡鲁金矿床;BR-巴克利夫金矿床;NY-尼亚卡夫鲁金矿床;BZ-布兹瓦吉金矿床;GP-高登普莱德金矿床;NM-北马拉金矿床;1.绿岩带;2.金矿;3.城镇;4.研究区
Fig.1
Distribution diagram of gold deposits in main greenstone belts of Tanzania
1.1 地层
盖塔绿岩带出露地层主要有太古宇下尼安萨群、上尼安萨群和卡维隆多群,其岩性简述如下:
(1)下尼安萨群:并未在盖塔绿岩带出露,岩性主要为拉斑玄武岩和安山岩(图2),呈枕状构造,其他岩性为石英斑岩和长石石英斑岩,部分为长英质火山碎屑岩。
图2
图2
盖塔绿岩带太古界绿岩带地层柱状图(修改自Borg et al.,1999)
Fig.2
Histogram of Archean stratigraphy Geita greenstone belt(modified after Borg et al.,1999)
(2)上尼安萨群:主要为条带状铁建造和凝灰岩。其中,条带状铁建造表现为磁铁矿和燧石呈中细条带状互层,从底部到顶部Fe/Si比值逐渐降低(Borg et al.,1999);凝灰岩产于条带状铁建造单元之上,呈整合接触,颜色为白色、灰绿色和黑色,未硅化凝灰岩表现为明显的高岭土化特征。
(3)卡维隆多群:不整合于尼安萨群之上,包含中粒磨圆的氧化条带状铁建造、石英脉、粗砂岩和石英岩等,呈NNE向展布,在区内延伸约7 km。
1.2 构造
图3
图3
盖塔绿岩带构造简图
1.绿岩;2.花岗岩;3.条带状铁建造;4.剪切带;5.民采点;6.金矿床
Fig.3
Structural diagram of Geita greenstone belt
盖塔绿岩带内盖塔金矿的主要构造为一斜卧背斜,轴面走向近40°,呈NW向60°倾角斜卧,并发育多个次级褶皱(图4)。在其矿化带内显示强烈的剪切和糜棱岩化,表明条带状铁建造内剪切较为发育。
图4
根据盖塔绿岩带的构造形态,将其构造演化划分为6个期次:(1)沉积—变质阶段,发育顺层剪切带;(2)发育直立水平褶皱,轴面近直立,枢纽接近于水平;(3)发育大型倾竖褶皱,轴面和枢纽均近直立;(4)2期褶皱叠加形成复杂的褶皱样式;(5)发育韧—脆性剪切带,剪切带走向为NW-SE向,应为成矿期主要构造活动;(6)后期发育多期次断层活动,走滑特征较为明显。
1.3 岩浆岩
盖塔绿岩带出露的岩浆岩主要为粗面安山岩、煌斑岩脉和花岗岩。其中,粗面安山岩和条带状铁建造呈褶皱形态,被煌斑岩脉侵入。粗面安山岩—条带状铁建造接触带平行于条带状铁建造内部的沉积层,该接触带呈角砾岩化,与条带状铁建造呈不整合接触。矿石发育煌斑岩脉,一般产出于黑色富黑云母岩性或暗棕色含黑云母化角闪石斑晶岩中,该岩性围绕条带状铁建造产出,并沿接触带存在剪切现象,厚度一般不超过3 m。盖塔绿岩带内花岗岩主要为角闪花岗闪长岩和同造山期黑云花岗闪长岩,该类岩性广泛分布于盖塔绿岩带中,其次为同造山期火山岩—红色(粉红色)粗粒花岗岩。
1.4 地球物理特征
图5
1.5 地球化学异常特征
盖塔绿岩带内已发现的金矿床主要产出Au元素,仅在盖塔金矿中伴生Ag元素,其他基本金属(如Cu、Pb和Zn等元素)在矿石中的品位一般为12×10-6~225×10-6(Borg et al.,1999),品位相对较低,显示盖塔绿岩带内含矿热液的来源相对单一,同时也是盖塔绿岩带的重要矿化特征之一。
盖塔绿岩带的条带状铁建造中K/Rb和K/Ba比值与形成于海底环境的火山块状硫化物矿床中的K-Rb和K-Ba比值明显不同,其更接近于典型的地壳丰度值(Borg et al.,1999)(表1),显示其可能为从岩浆分异出来的富含Rb的含矿热液流体,其富集导致矿体的形成。
表1 不同区域的K/Rb和K/Ba比值对比
Table 1
区域 | K/Rb比值 | K/Ba比值 |
---|---|---|
海水 | 3 300 | 19 900 |
地壳 | 286 | 37 |
矿化条带状铁建造(盖塔金矿) | 221 | 25 |
未矿化条带状铁建造(盖塔金矿) | 133 | 41 |
2 矿床地质特征
图6
图6
盖塔绿岩带内金矿床矿物共生组合关系
Fig.6
Mineral assemblage relationship of gold deposits in Geita greenstone belt
2.1 矿体特征
金矿体一般有2种形态:一种呈大致的椭圆形,赋存于下部粗面安山岩褶皱之下;另一种为扁平状,次平行于粗面安山岩褶皱的一翼,且出现于上盘。
2.2 矿石特征
盖塔金矿床的金矿化一般发育于条带状铁建造和石英脉中,金矿石多见粒状—片状变晶、自形—半自形粒状、交代和碎裂等结构。
根据矿石中矿物集合体的形态、相对大小及其空间结合关系,可将原生矿石构造划分为条带状、块状、浸染状、细脉状和脉状等,氧化矿石以蜂窝状和块状构造为主。
盖塔绿岩带内金矿床的矿化蚀变类型主要有硅化、黑云母化、正长石化、黄铁矿化、独居石化和方解石化。其中,与金矿化关系最密切的是硅化和黄铁矿化,Au元素以颗粒金和金—碲化物形式赋存于黄铁矿中。
金矿床内原生矿石的共生组合以游离金—石英—黄铁矿—磁黄铁矿—方解石—铁白云岩为主,毒砂较为少见,氧化矿石以游离金—石英—绿泥石—赤铁矿为主。
在含金硅化带内的蚀变矿物主要为黑云母、石英、正长石和少量的黄铜矿—方铅矿(图4),磁黄铁矿局限于变质条带状铁建造内,并被黄铁矿和早期硫化物包裹。
2.3 成矿时代
关于盖塔绿岩带的主成矿时代,学者们提出了不同的观点:Borg et al.(1999)认为盖塔绿岩带金矿的形成与热液活动有关,粗面安山岩起始喷出、条带状铁建造沉积和煌斑岩侵入基本为同一时期,而煌斑岩的产出年龄为(2 644±3)Ma,所以盖塔金矿黄铁矿—金矿化的最早年龄为(2 644±3)Ma;龚鹏辉等(2015)研究认为盖塔金矿床的成矿时代为2 680~2 644 Ma;郭景会等(2021)认为盖塔金矿床的成矿时代为(2 699±9)~2 620 Ma。
笔者在系统总结前人测年资料的基础上,初步认为盖塔金矿的主要金成矿期应根据侵入体的测年资料来确定上下限(表2)。依据如下:(1)尼安萨群的形成时间范围为(2 821±30)~(2 687±16)Ma;造山期时间范围为(2 699±9)~(2 667±19)Ma。(2)金矿体与侵入体的形成关系较为密切,认为含金成矿流体起源于深部岩浆,分异出来后,在构造发育部位形成金矿体,表现为明显的太古宙晚期绿岩带型金矿床特征。(3)太古宙最早期的侵入岩体为闪长岩,年龄为(2 699±9)Ma,最晚的侵入体为富钾花岗岩,年龄为(2 617±17)Ma。(4)后期叠加多次含金热液活动。
表2 坦桑尼亚盖塔绿岩带侵入体测年数据统计
Table 2
地层 | 岩性 | 测年数据/Ma | 测年 方法 | 测年矿物 | 数据来源 | 样品位置 | 构造期 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
下尼 安萨群 | 玄武岩 | 2 821±30;2 819±18 | Sm-Nd; U-Pb | 全岩;锆石 | Manya et al.,2003;Cook et al.,2016 | 库库鲁马;思达—康姆特 | 太古宙 |
火山碎屑岩 | 2 771±15 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007 | 尼亚坎加—盖塔山 | ||
上尼 安萨群 | 硅质岩 | 2 737±11 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007 | 思达—康姆特 | 前造 山期 |
条带状铁建造 | 2 702±8;2 699±8;2 687±16 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007 | 尼亚坎加—盖塔山 | ||
凝灰岩 | 2 724±12;2 717±9;2 707±12 | U-Pb | 锆石 | Kwelwa et al.,2018 | 库库鲁马 | ||
侵入岩 | 闪长岩 | 2 699±9;2 698±14 | U-Pb | 锆石 | Borg et al.,1999;Chamberlain et al.,2007 | 尼亚坎加—盖塔山 | 同造 山期 |
花岗斑岩 | 2 695±18;2 693±19;2 689±11 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007 | 尼亚坎加—盖塔山 | ||
煌斑岩 | 2 686±13 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007 | 尼亚坎加—盖塔山 | ||
花岗岩 | 2 680±13;2 671±182 667±19 | Lu-Hf | 锆石 | Sanislav et al.,2014 | 盖塔金矿南部 | ||
花岗闪长岩 | 2 660±8;2 651±14;2 667±17 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007;Kwelwa et al.,2018;Sanislav et al.,2018a; | 库库鲁马 | 后造 山期 | |
富钾花岗岩 | 2 653±35;2 658±14;2 648±16;2 633±19;2 617±17;2 638±16;2 632±12 | U-Pb | 锆石 | Chamberlain et al.,2007;Sanislav et al.,2018a,2018b | 尼亚坎加—盖塔山;盖塔金矿北部 | ||
煌斑岩 | 2 644±3 | U-Pb | 锆石 | Borg et al.,1999 | 尼亚坎加—盖塔山 |
由此认为盖塔绿岩带的主成矿期上限为同造山期第一期次闪长岩侵入时代,为(2 699±9)Ma,下限为后造山期最后一期次富钾花岗岩的入侵,为(2 617±17)Ma。因此可以确定盖塔金矿的主成矿期为(2 699±9)~(2 617±17)Ma,时间跨度至少为56 Ma。
2.4 矿床成因类型
关于金矿床类型,按围岩特征可划分为绿岩带型、爆破角砾岩型和接触交代(矽卡岩)型;按矿化特征可划分为石英脉型、蚀变岩型和角砾岩型;按矿床地质特征及成矿作用、控矿因素特征可命名为剪切带型金矿床,尚无统一的分类(王庆飞等,2019)。
Manya(2016)按矿化类型将坦桑尼亚金矿床总结为4种类型:(1)剪切带石英脉型金矿床(布利杨胡鲁、图拉瓦卡);(2)与剪切带有关的条带状剪切带型金矿床(盖塔);(3)与剪切带有关的岩浆岩型金矿床(北马拉、布兹瓦吉);(4)与剪切带有关的碎屑沉积岩型金矿床(高登普莱德)。Kerrich et al.(2000)将坦桑尼亚金矿床类型划分为造山型、卡林型、低温热液型、斑岩型、VMS型和SEDEX型等6种。
根据前人研究成果,结合坦桑尼亚绿岩带型金矿床的特征和勘查工作实践,将金矿床划分为石英脉型、条带状铁建造(剪切带)型、构造蚀变岩型和碎屑沉积岩型4种类型。将这4种类型的金矿床特征分别与造山带型金矿床的典型特征进行对比,发现其特征较吻合,因此推断坦桑尼亚绿岩带金矿床属于造山带型金矿床,其成因模式为幔源流体模式,而非大陆地壳变质流体成因模式。原因是盖塔绿岩带内发育大量的煌斑岩脉,煌斑岩具富含S-CO2-K等深源流体特征,因此认为成矿物质是来源于深部的幔源物质(Borg et al.,1999)。
前人对盖塔绿岩带内金矿床成因类型进行了诸多研究,并取得了若干成果。如Borg et al.(1999)和龚鹏辉等(2015)认为该绿岩带金矿床成因类型为后生成矿模式;Kwelwa et al.(2018)认为坦桑尼亚绿岩带金矿床形成于伸展构造晚期阶段,不具备造山带型金矿的典型特征;郭景会等(2021)认为坦桑尼亚绿岩带金矿床均是造山带型金矿床。
盖塔绿岩带内的金矿体主要呈椭圆状或扁平状,金矿化主要发育在条带状铁建造中,金矿石多见粒状—片状变晶和碎裂结构等。按上述特征,认为盖塔绿岩带内的金矿床属于条带状铁建造型(剪切带)金矿床。
3 盖塔绿岩带的演化历史
根据区域地质背景、矿体及矿石特征、矿物共生组合关系、成矿时代和矿床成因类型,建立了盖塔绿岩带的形成演化历史,主要划分为以下阶段:
(1)前寒武纪时期,拉斑玄武岩随海底火山喷发堆积于厚层铁镁质火山岩之上,火山活动强烈且持续时间长。
(2)似泥状的氢氧化铁和来自于混合高温流体中的硅质凝胶体伴随太古宙海水沉积,形成早期的条带状铁建造。该建造表现为铁质/泥质或铁质/硅质互层,同时中性—长英质凝灰岩和细粒富碳泥质等次级沉积与条带状铁建造同时期沉积,并伴随粗面安山岩的间歇喷出。
(3)在太古宙绿岩带中持续活动的韧性变形形成了盖塔主褶皱,并发育走向与主褶皱轴面平行的剪切带,同时深部地幔物质在地壳薄弱处发育NNE走向的煌斑岩,煌斑岩围绕条带状铁建造产出,黑云母化较为普遍。
(4)火山口喷出并伴随着一定的断层活动。断层活动特征表现为韧—脆性,同时提供了热液活动的空间,高温矿化热液流体的活动受构造控制,并与围岩相互作用产生硫化、硅化和碳酸盐蚀变,形成了盖塔金矿的主要金矿体。
(5)后期多期次的次级金矿化发育在石英脉的角砾岩化区域,并局限于该区域,经过多次含金热液活动叠加,形成了盖塔金矿床。
4 结论
(1)盖塔绿岩带内产出的金矿床严格局限于绿岩带内,在周边岩浆岩体中并未产出。
(2)盖塔绿岩带内金矿床的矿化母岩为碎裂化和角砾岩化条带状铁建造,角砾化石英和次角砾岩化粗面安山岩,富黄铁矿—金矿化岩性接触带剪切非常强烈。
(3)盖塔绿岩带内的金成矿热液为深部幔源岩浆分异的流体,该流体在碎裂化和角砾岩化条带状铁建造内形成脉状金矿体,与坦桑尼亚克拉通内其他绿岩带金成矿特征较一致,也符合造山带型金矿床的特征。
(4)盖塔绿岩带的主要金成矿期为(2 699±9)~(2 617±17) Ma,时间跨度至少为56 Ma,后期经过多次含金热液活动的叠加,最终形成这一世界级大型金矿床。
http://www.goldsci.ac.cn/article/2023/1005-2518/1005-2518-2023-31-3-387.shtml
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