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非洲大陆金矿分布特征与勘查建议

 昵称阿龙 2023-03-02 发布于北京

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摘 要


非洲是全球最为重要的金矿产区,也是吸引金矿勘查投资的热点地区之一。文章对非洲大陆金矿床的时空分布特点进行了简要总结。非洲大陆的矿床类型众多,包括砾岩型、造山型、VMS 型、侵入岩型、斑岩型、浅成低温热液型和 IOCG 型等,且以前 2 种类型为主。金矿床主要分布在古老的克拉通,尤其是非洲南部的卡拉哈里克拉通和西北部的西非克拉通,这 2个地区都是世界著名的金矿产区。少部分金矿产出于新元古代造山带上,如努比亚地盾,在其他泛非期的造山带上也有金矿床零星产出。非洲大陆上金矿的形成时代主要集中在3个时期,即太古宙、古元古代和新元古代。南非兰德盆地砾岩型金矿形成规模大,可能主要与其古沉积环境有关,即处于冲积的辫状河平原;而西非克拉通作为全球最重要的古元古代金矿产区,金的富集可能主要与地层中含有大量的碳质有关。尽管在非洲大陆已经发现了很多世界级的金矿床,但是其找矿潜力仍然很大,尤其是造山型金矿床,因为无论是非洲古老的克拉通还是克拉通周边产出的新元古代造山带都是造山型金矿床形成的有利构造环境。对于在非洲大陆开展金矿找矿勘查,建议在加强已有金矿床深部找矿的基础上,进一步关注半隐伏—隐伏矿床的寻找,尤其是在西非克拉通和刚果克拉通上的浅覆盖区,利用先进的物化遥手段,有望取得金矿找矿的突破。

关键词:金矿床;造山型;砾岩型;分布特征;勘查建议;非洲

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引言

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金是一种重要的战略性金属,具有重要的货币属性和日益增长的商品和金融价值,因此一直是矿业资本追逐的主要对象,每年全球投入金矿勘查的资金约占找矿勘查投资总额的 40%,足见其重要性。非洲是全球最为重要的金矿产区,采金历史悠久,例如埃及的采金史最早可以追溯到法老时期,距今已有 6 000 年。公元前 4 000 年,古埃及在其东部沙漠地区发现了金矿,并开采了这些金矿最上部的矿石,在埃及所有大型金矿山中,均发现了法老时期用于金矿选矿和提炼的简单工具。非洲大陆不仅具有占全球黄金资源储量近 1/3的南非兰德砾岩型金矿,而且还具有西非克拉通上众多的前寒武纪造山型(或绿岩带型)金矿,这些金矿一直都是全球矿业的投资热点。

对非洲大陆金矿床的研究已有很长的历史,相关研究主要集中在南非兰德砾岩型金矿和西非克拉通的造山型金矿床。近年来,针对非洲大陆其他地区的金矿床研究工作也在逐渐增多,如坦桑尼亚克拉通和努比亚地盾等,非洲金矿床成矿规律的研究工作一直方兴未艾。纵观近年来非洲大陆金矿床的研究,其所取得的成果或进展主要表现在以下4个方面:(1)对兰德砾岩型金矿的成因探索研究还在持续进行,提出了砂矿改造成因、热液成因、微生物成因和造山成因等观点,深化了对兰德砾岩型金矿成因的认识;(2)在西非克拉通和坦桑尼亚克拉通新获得了一批成矿年代学数据,确定了金矿床的成矿与前寒武纪构造演化之间的关系;(3)对非洲大陆主要金矿床开展了解剖研究,包括稳定同位素和流体包裹体分析,为矿床成因类型(尤其是造山型金矿床)的厘定提供了科学证据;(4)在非洲大陆部分地区开展了金矿床区域成矿规律研究,并指出了找矿方向,提升了区域金矿成矿规律的认识水平,对在非洲大陆开展金矿找矿勘查具有重要的指导意义。值得一提的是,中国学者近年来也对非洲地区的金矿床开展了典型矿床研究、局部地区区域金矿成矿规律总结与资源潜力分析,以及金矿找矿技术方法研究,并取得了较好的找矿效果,但是总体研究深度有限。

随着近年来我国矿业企业“走出去”的步伐不断加快,在非洲地区进行黄金资源投资与勘查的公司也越来越多。但是,除了少数地区以外,非洲大陆总体地质与找矿勘查工作程度不高,给我国矿业企业“走出去”进行矿业投资增加了难度。但是,从另外一个角度来说,这也给我国矿业企业带来了很大的机会,机遇与挑战并存。为了配合境内中资企业“走出去”在非洲大陆开展黄金资源的勘查与开发,本文对非洲地区金矿床的成矿规律进行了简要总结,并对找矿勘查工作提出了建议。

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非洲大陆的地质演化特征

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非洲大陆主要由 4 个古老克拉通和在这些克拉通周边发育的新元古代造山带(图 1),以及在克拉通上发育的一些中新生代盆地所组成。这 4 个克拉通包括卡拉哈里(Kalahari)克拉通、刚果克拉通、西非克拉通和撒哈拉准克拉通。其中,由于撒哈拉大沙漠的覆盖,撒哈拉准克拉通出露并不好,所以相对于其他 3 个克拉通,目前该准克拉通的研究程度是最低的。 

卡拉哈里克拉通由南部的南非 Kaapvaal 克拉通和北部的津巴布韦克拉通组成。在 Kaapvaal 克拉通东部的花岗—绿岩地体中获得的最老年龄为3.66 Ga,这也是目前非洲大陆上获得的最古老岩石年龄。

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图1 非洲大陆的主要构造单元

DM-Damara造山带;GP-Gariep造山带;LF-卢菲里安褶皱带;MA-Mauretanides造山带;NS-努比亚地盾;MB-Mozambique造山带;RB-Rokelides造山带;SD-Saldania造山带;WC-West Congo造山带;ZB-Zambezi造山带

西 非 克 拉 通 由 南 部 的 Man-Leo(或 称 为Kénéma-Man)地盾和北部的 Reguibat 地盾所构成,它们中间被更年轻的 Taoudeni 盆地沉积岩所分开。这 2 个地盾主要由西部的太古宙岩石和东部的古元古代岩石所组成,其中 Man-Leo 地盾含有 3.26~2.85 Ga 的 TTG 片 麻 岩。西 非 克 拉 通 上 的Birimian 造山带形成于 2.27~1.96 Ga 的增生和碰撞作用,其形成的板块构造背景类似于现在的东南亚,造山带形成于一个复杂的楔形板块边界,其南北均为陆块,向外张开,面对一个大型洋盆。西非克拉通与撒哈拉准克拉通之间是跨撒哈拉造山带(Trans-Sahara orogen),从西非海岸的加纳东部、多哥、贝宁、尼日利亚和喀麦隆,穿过乍得、尼日尔、马里,一直延伸到北非的阿尔及利亚。

通常将非洲东部的坦桑尼亚克拉通包括在刚果克拉通内,而乌本迪带被认为是刚果与坦桑尼亚这 2 个太古宙克拉通在 2 100~2 025 Ma 碰撞的产物。总的来说,刚果克拉通整体出露并不好,尤其是其中西部地区多为中新生代盆地覆盖,因此,刚果克拉通与撒哈拉准克拉通之间一直没有准确的界线。

上述 4 个克拉通都有各自不同的独立演化历史,均发育有花岗—绿岩地体,构成了绿岩型(造山型)金矿的主要赋矿围岩。直到新元古代,这 4 个古老克拉通才拼贴在一起,形成了统一的冈瓦纳大陆,并在中生代随着大西洋的打开,逐渐演化形成现如今的构造格局。
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 非洲金矿床的主要类型与时空分布特征

非洲大陆的金矿床类型众多,包括砾岩型、造山型、(古)砂矿型、矽卡岩型、VMS型、侵入岩型、斑岩型、浅成低温热液型和 IOCG 型等,从矿床规模和总的金资源量上来看,以砾岩型和造山型金矿床为主。

非洲大陆上原生金矿的形成时代主要集中在3 个时期,即太古宙、古元古代和新元古代,砂金矿的形成时代主要集中在新太古代、古元古代和新生代。

从非洲金矿的分布来看,主要集中在南部的卡拉哈里克拉通和西北部的西非克拉通,这 2 个地区都是世界著名的金矿产区。刚果克拉通的金矿主要集中在其东部的坦桑利亚克拉通,而撒哈拉准克拉通由于出露差,尚未有成型的金矿产出。努比亚地盾也有不少金矿产出,但是在非洲的其他泛非期(新元古代)造山带,目前只发现了零星的造山型金矿床产出。

 下面对非洲主要金矿集中区的金矿特征做一简单总结。

2.1 南非兰德盆地砾岩型金矿

兰德盆地靠近 Kaapvaal 克拉通的中部,是目前已知世界上黄金产出最多的地区,前人曾报道兰德盆地的金资源量为 96 703 t。兰德盆地内的金矿由 9 个金矿田组成(图 2),已生产黄金约 53 000 t,约占全球已产黄金的 1/3,其剩余的资源量也接近全球现有黄金资源量的 30%。在很长一段时间内,该区都是世界上主要的黄金产区,直到 20 世纪70 年代,其产量才逐渐下降。此外,兰德盆地也是全球铀资源的主要富集区之一,其 U3O8资源量达135×104t,还有大约 20×104t U3O8资源尚未开采,但是绝大多数的铀都在尾矿坝中,尚未被利用,其U3O8总量达 100×104t,当然这也产生了严重的环境问题。

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图2 兰德盆地地质简图和金矿田分布图

1.金矿田(①-Evander;②-East Rand;③-Central Rand;④-WestRand;⑤-South Deep;⑥-Western Areas;⑦-Carletonville;⑧-Klerksdorp;⑨-Welkom);2.断层;3.Central Rand群(属兰德超群);4.West Rand群(属兰德超群);5.Dominion群;6.太古宙花岗岩;7.太古宙绿岩

兰德盆地的基底为古—中太古代花岗—绿岩地体,盆地沉积岩由 Dominion 群和兰德超群组成。Dominion 群是兰德盆地最早的沉积岩,沉积时间大约在 3.1 Ga,发育双峰式火山岩,在其底部含有一套硅质碎屑岩,包括含黄铁矿的石英—卵石砾岩(quartz-pebble conglomerate)层,可能代表了最早的兰德砾岩型矿化(称为 Dominion 矿脉)。但是其金品位很低,平均只有 0.6×10-6,局部铀矿化具有经济价值,U3O8资源量达10×104t,品位为0.4 kg/t。

兰 德 超 群 又 细 分 为 West Rand 群 和 CentralRand 群,是兰德砾岩型金矿的主要赋矿岩层。其中 West Rand 群形成于大约 3.0 Ga,主要岩性为石英岩和页岩,并有全球已知的最古老的冰川沉积岩。砾岩层并不是主要岩性,并且主要产在该群的上部,只在 Klerksdorp西部的金矿化具有经济价值。很多石英岩层被认为形成于浅海大陆架,页岩层也是海相沉积岩且富含铁,以大量磁铁矿的形式产出,而粗粒的河流相到浅海相砾岩和石英岩层中的含铁矿物则是以黄铁矿为主。West Rand 群仅在其顶部产出有一层玄武质安山岩层。

 Central Rand 群主要由河流相—三角洲相的砂岩和砾岩组成,形成于 2.9~2.8 Ga。在 Central Rand群的下部,主要沉积环境为冲积的辫状河平原,而该群上部则主要是冲积扇。与 West Rand 群相比,Central Rand 群中的很多砾岩层特别富含金,到目前为止兰德盆地所生产的黄金 93% 来自 CentralRand 群,且靠近盆地边缘产出,矿田产出位置主要受古河道的控制。

在兰德型金矿中,大部分金是作为重矿物沉积在砾岩中,部分与微生物作用有关,也有少数金是在后期由热液/变质热液活化沉积形成的。至于这些砾岩中金的来源,一直存在争议,有学者认为这些巨量金极有可能是来自于受剥蚀的中太古代造山型金矿。

2.2 西非克拉通造山型金矿

在全球范围内,古元古代金矿主要产于澳大利亚的北领地、芬诺斯堪迪亚地盾、跨哈德逊造山带、坦桑尼亚乌本迪带、南非的德兰士瓦盆地、圭亚那克拉通和西非克拉通。从公元 500 年至公元 1500年的 1 000 年时间里,西非都是世界上最重要的黄金产地,大部分黄金被销往撒哈拉沙漠以东实行金本位制度的阿拉伯国家。西非克拉通大多数金矿床类型都是造山型,但也有侵入岩型、矽卡岩型和古砂矿型。值得一提的是,在加纳,形成于古元古代的古砂矿的规模仅次于造山型金矿,如加纳Tarkwa 砾岩型金矿的资源量达 2 000 t(也有报道称该金矿的储量为 550 t)。造山型金矿床产量最大的地区集中在加纳、马里、塞内加尔、布基纳法索、科特迪瓦和几内亚,年产黄金约为 200 t,从2007年起就已经超过了澳大利亚的伊尔岗克拉通,其年产量仅次于中国、澳大利亚和俄罗斯,表明该地区的金矿在全球范围内具有重要意义。其中,资源量超过 2 500 t的加纳 Obuasi金矿,是除了兰德砾岩型金矿之外,全球已发现的规模最大的前寒武纪金矿床,产于西非地区古元古代比里米安地体(Birimian terranes)的 Ashanti 金矿带上。加纳是西非第一大黄金生产国,而马里是仅次于加纳的西非第二大黄金生产国,产有一系列的世界级金矿床,包括其南部的 Morila和 Syama金矿床,西南部的Sadiola、Yatela和Loulo金矿床。

西非目前仍有约 10 000 t 的金资源尚未被开采,是全球最大的金矿省之一,也是最大的古元古代金产区(图 3)。金矿主要集中在西非克拉通南部的 Man-Leo 地盾(有时也被称为 Baoulé-Mossi 地区)中形成于 2.25~2.00 Ga 的绿岩带上,有超过25 个金矿床的金资源量均大于 100 t(表 1),在一个克拉通上大规模富集如此众多的世界级矿床在全球范围来说是十分罕见的。绿岩带主要分布在加纳西南部、布基纳法索的最西部和塞内加尔—马里边境地区。其他产在古元古代的金矿区零星分布在象牙海岸、尼日尔西北角和利比里亚最南端。金矿 的 形 成 与 2 160~2 060 Ma 的 象 牙 造 山 运 动(Eburnean Orogeny)有关,并主要形成于该造山运动的晚期。

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图3 西非克拉通主要金矿床分布简图

①-Eglab构造单元;②-Yetti构造单元;③-Daomeyan构造单元;④-Baoulé-Mossi构造单元;⑤-Kenema-Man构造单元;⑥-Kédougou-Kénébia Inlier构造单元;⑦-Rokelides构造单元;⑧-Bassarides构造单元;⑨-Mauritanides构造单元;1.晚于古元古代岩石;2.泛非/华力西期构造带;3.古元古代岩石;4.太古宙岩石;5.西非克拉通推测界线;6.金矿床

金矿化呈脉状、网脉状、角砾状和浸染状靠近主要断裂产出,尤其是在大型断裂的二级构造,包括剪切带、扩容构造和区域性的褶皱带。矿物组合、蚀变特征、控矿构造、稳定同位素地球化学和金沉淀的 P-T 条件与全球其他地区的典型造山型金矿床特征一致。尽管大多数金矿床的成矿年龄尚不明确,但是根据已获得的年龄数据,成矿似乎与2.1 Ga 开始的转换/走滑和抬升剥蚀有关。就整个地盾而言,金矿床的成矿年代可能跨越了大约130 Ma,如 Wassa 金矿的成矿年龄为 2 160 Ma,而Damang 金 矿 的 成 矿 时 代 不 会 早 于 2 030 Ma。Obuasi 金矿发育有 2 种不同类型的金矿化,分别是浸染状和石英脉型金矿化,其中浸染状金矿化发生的时间为2.1 Ga。

目前尚不清楚为什么西非形成了如此庞大的黄金储量,尽管金矿床的形成可能是区域上多种因素联合作用的结果,但是这些金矿床的形成都与Man-Leo 地盾的比里米地层(Birimian sequences)密切相关。相对于其他古元古代的造山带,比里米玄武岩上覆的大量碳质海洋沉积物可能是流体和成矿物质异常富集的主要来源。

表1西非克拉通金资源量大于100t的主要金矿床

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西非许多造山型金矿床的成矿流体都含有至少 70%~80%(摩尔百分含量)的 CO2,这与世界上其他地区造山型金矿床中成矿流体的 CO2<H2O 特征有很大的不同,表明在变质脱挥发分期间有大量的碳被释放出来,这也可能是西非克拉通金如此富集的主要原因。

2.3 努比亚地盾造山型金矿

阿拉伯—努比亚地盾金矿资源丰富,矿床(点)众多(图 4),21 世纪以来已发现了多个大型金矿,典型的金矿床有苏丹的 Hassai、Gebeit、Hamadi 和Rida 金矿,埃塞俄比亚的 Tulu Capi、Dul 金矿,埃及的 Barramiya、Atud、Hangaliya、Umm Rus、Sukari 和El-Sid 金矿。矿床类型有造山型、VMS 型、浅成低温热液型和侵入岩型,其中以造山型最为重要。Sukari 金矿(矿石量为 1 880×104t,金品位为 2.14×10-6)位于埃及东部沙漠的中南部地区,是泛非运动形成的造山型金矿。在埃及东部沙漠地区,已发现了 110 多处金矿床和矿点。在埃塞俄比亚南部也有泛非运动时期形成的造山型金矿,如 LegaDembi 金矿(金资源量为 60 t,金品位为 6×10-6),该金矿曾经是埃塞俄比亚产量最大的金矿,位于阿拉伯—努比亚地盾的最南端。其他金矿,如苏丹的Jebel Ohier 新元古代斑岩型铜—金矿床中,伴生的金资源量达0.93×106盎司。

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图4 阿拉伯—努比亚地盾金矿床(点)分布图

1.金矿床(点)(包括造山型绘图 VMS型金矿);2.正在开采的金矿山;3.湖泊;4.古生界—新生界;5.阿拉伯—努比亚地盾新元古代年轻地壳;6.莫桑比克带;7.新元古代之前的岩石;8阿拉伯—努比亚地盾界线

阿拉伯—努比亚地盾是在东西冈瓦纳大陆之间的莫桑比克洋的闭合期间形成的,大洋闭合导致了众多 870~625 Ma 的年轻弧和弧后火成岩和沉积岩汇聚在一起,并由此产生许多以镁铁质—超镁铁质蛇绿岩组合和碎片为标志的地体缝合线。始于650 Ma 的造山运动持续了 100 Ma,包括地壳缩短、岩石圈活化、逃逸构造和最终的造山带垮塌。620~585 Ma,在造山带的不同部位和深度达到了峰期变质作用,广泛的岩浆活动发生在 650~580 Ma,变质岩和来自中地壳的侵入岩的快速隆升剥蚀发生在600~580 Ma。控制大部分金矿的区域断层与弧之间的斜向汇聚的初始转换有关,并随后伴有左行剪切。

造山型金矿床形成于阿拉伯—努比亚地盾上的弧—地体停止增生后,地盾上大部分地区的地壳厚度达到了 30~40 km,并经历了从挤压/扭压的地体增生向汇聚后的转换伸展剪切的过渡。同时,受到广泛的含碳质地壳流体的影响,特别是在贯通性好、延伸大的走滑剪切带上。随着流体化学和压力的变化,以及石英脉的多期沉淀,金和硫化物沉淀在东部沙漠中上地壳范围内,同时伴随着地体的快速隆升剥蚀。金矿床主要产在与大型走滑断裂和逆冲断层有关的剪切带和裂隙中,赋矿围岩为800~640 Ma 绿片岩相的弧岩石和造山晚期 650~600 Ma 形成于东部沙漠地壳上部的花岗岩类。如在埃及,大量的金矿与 NW 向的 Najd 断裂有关,该断裂在埃及东部沙漠的中部地区有很多分支,并在 640~570 Ma 经历了多期的剪切活动。在埃及东部沙漠以南的 Allaqi-Sol Hamed 地块还有不少金矿床分布,这与 EW 向逆冲断层的活化有关,并在610~580 Ma发生了显著剪切活动。

努比亚地盾造山型金矿床含金矿脉中的硫化物矿物以黄铁矿、毒砂和(或)磁黄铁矿为主,此外还有少量的黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和黝铜矿,以及包括白云母、绿泥石和碳酸盐在内的蚀变矿物,这些都是造山型金矿的典型矿物。成矿流体一般为低盐度的含碳流体,金的沉淀温度一般在 250~370 ℃之间。从东部沙漠中部少数金矿(Fawakhir和 Atalla矿床)获得的成矿年龄数据来看,金矿化发生在大约600 Ma。

2.4 坦桑尼亚克拉通造山型金矿

坦桑尼亚太古宙克拉通产有很多世界级的金矿床,如 Geita、Bulyanhulu、North Mara 和 Buzwagi,使其成为非洲大陆上一个重要的产金地区,已探明的金资源量大约为 3 400 t。

坦桑尼亚克拉通的太古宙地层由 3 个单元组成,其中最老的单元是 Dodoman 超群,主要由变质程度高的镁铁质和长英质麻粒岩组成,含有少量变质程度低的片岩和绿岩,其上伏为 Nyanzian 超群,是金矿的主要赋矿围岩。Nyanzian 超群下部主要是镁铁质火山岩(包括角闪岩、枕状玄武岩和少量辉长岩),上部主要是长英质火山岩和火山碎屑岩,夹有条带状铁岩、火山碎屑岩和不成熟的浊积岩。Kavirondian 超群不整合覆盖在 Nyanzian 超群之上,主要由粗粒的砾岩、细砂岩和石英岩组成,被认为与绿岩带内的磨拉石相当。

坦桑尼亚克拉通由 7 个超级地体组成(图 5),从北向南分别是维多利亚湖区的 East Lake Victoria超 级 地 体(ELVST)、Mwanza-Eyasi 湖 超 级 地 体(MLEST)和 Nyanza 湖超级地体(LNST),以及坦桑利 亚 中 部 地 区 的 Moyowosi-Manyoni 超 级 地 体(MMST)、Dodoma 片岩超级地体(DSST)、Dodoma 基底超级地体(DBST)和乌本迪东-Mtera 超级地体(EUMST)。其中,绿岩带主要分布在维多利亚湖区的 East Lake Victoria 超级地体(ELVST)和 Nyanza湖超级地体(LNST),主要的金矿床便产在这 2个超级地体里。这 2 个含有大量绿岩带的超级地体由2.85~0.60 Ga 的花岗—绿岩地体组成,这些花岗—绿岩地体包括表壳岩和同期的火山岩以及造山期的花岗岩,至少部分形成于裂解年龄大于 3.11 Ga的 陆 壳 上。而 夹 在 这 2 个 超 级 地 体 中 间 的Mwanza-Eyasi 湖超级地体由角闪岩相—麻粒岩相变质的火成岩—沉积岩和花岗质片麻岩组成,并被众多晚期或后期的花岗岩体侵入。

根据花岗绿岩带的分布特征,坦桑尼亚克拉通可以进一步圈出 6个主要绿岩带(图 5),分别是 Su-kumaland、Nzega、Iramba-Sekenke、Shynianga-Malita、Kilimafedha 和 North Mara 绿岩带,总体走向 EW。在这些绿岩带中,Sukumaland 绿岩带产出的黄金最多 ,并 拥 有 最 大 的 金 矿 和 最 多 的 金 矿 床 。Sukumaland 绿岩带也是由几个局部相连的绿岩碎块组成,其中北部较大的一块被称为 Geita 绿岩带,产有众多的金矿床,年产金近 0.5×106盎司。GeitaHill金矿就产在塔桑尼亚 Geita绿岩带内,其金资源量大于 3×106盎司,该金矿早在 1936 年就已经开采,是东非最大的金矿床之一。研究表明,GeitaHill 金矿床形成于绿岩带构造演化历史的晚期,在韧性变形之后,与叠加在早期构造的脆—韧性剪切带同期。主要矿化作用包括硫化物交代富磁铁矿层,局部交代闪长岩中的铁镁矿物和磁铁矿。脆—韧性的Geita Hill剪切带与不同构造元素(如褶皱枢纽)的交会部位,以及条带状含铁岩石与褶皱的闪长岩脉和岩席的接触带,为金矿化提供了最佳的富集场所。

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图5 坦桑尼亚克拉通金矿床分布

超级地体(由北向南):ELVST-East Lake Victoria;MLEST-Mwanza-Lake Eyasi;LNST-Lake Nyanza;MMST-Moyowosi-Manyoni;绿岩带:SU-Sukumaland绿岩带;NZ-Nzega绿岩带;SM-Shynianga-Malita绿岩带;IS-Iramba-Sekenke绿岩带;KF-Kilimafedha绿岩带;MM-Musoma-Mara绿岩带;1.现代火山岩;2.新近纪火山岩;3.元古宙活动带;4.太古宙花岗岩和片麻岩;5.太古宙绿岩带;6.超级地体界线;7.金矿床(年产金约0.5×106盎司);8.金矿点

坦桑尼亚克拉通上的金矿化发生在新太古代,在 Sukumaland 省,金矿形成于 2 673~2 660 Ma,发生在地壳的快速生长之后(2 747~2 690 Ma);在坦桑尼亚中部地区的 Undewa-Ilangali 省,情况类似,金矿形成于2 701~2 660 Ma,发生在2 740~2 691 Ma的地壳快速生长阶段。其金矿床的成矿特点与世界上其他地区产于太古宙花岗—绿岩地体中的造山型金矿床特征基本一致,在此不再赘述。

2.5 其他地区金矿床

在非洲大陆的其他地区,也分布有一些金矿床,有些规模很大,甚至达到世界级金矿床的规模。

在 Kaapvaal 克拉通北部的 Giyani 金矿田产有新太古代的造山型金矿床;在 Kaapvaal 克拉通的东南部,产有以沉积岩为容矿围岩的造山型金矿,成 矿 时 代 为 新 太 古 代。Kaapvaal 克 拉 通 上Amalia 绿岩带以 BIF 为容矿围岩的 Amalia 造山型金矿床形成于新太古代。Freda-Rebecca 金矿曾经是津巴布韦产量最大的金矿山,年产金近 1.5 t,形成于新太古代,与剪切带有关,产于花岗岩中。

泛非时期形成的 Damara 造山带也产有一些金矿床。位于纳米比亚中部 Damara 带的 Navachab金矿床发现于 20 世纪 80 年代中期,其金资源量为4.5×106盎司,矿石中的 Au 平均品位为 1.6×1010-6~2.0×1010-6。该矿是南部非洲地区仅次于兰德金矿的第二大金矿,也是一个造山型金矿。

在 刚 果(金)东 部 的 Kibara 造 山 带 产 有Twangiza-Namoya 金矿带,金资源量超过 12×106盎司,成矿年龄为 677 Ma,形成于泛非早期。

20 世纪 90 年代初,在津巴布韦 Midland 绿岩带中部新发现了产于花岗岩中的 Ford金矿床(矿石量为 600×104t,金品位为 2.5×1010-6),金矿的形成被认为与斑岩体有关。

在跨撒哈拉(Trans-Sahara)造山带也有造山型金矿床产出,已发现的金资源量达 160 t,多数矿床规模不大,代表性金矿床为 Amesmessa,其金储量达 44 t,品位为 9×10-6~18×10-6,矿化受剪切带控制,产于糜棱岩内,成矿年龄为 525 Ma,形成于泛非运动晚期。

尽管上述金矿床零星产出,但是在其周边还有很大的找矿潜力。

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找矿勘查建议

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3.1 找矿勘查史简述

非洲大陆上具有现代意义的金矿找矿勘查工作始于 19 世纪末期。如南非兰德砾岩型金矿是由乔治·沃克和乔治·哈里逊在 1886 年首先发现的,他们在 Central Rand 的兰勒格特农场的美恩主矿层中发现了金矿层,这直接导致了 Central Rand 金矿田的发现。随后在 1887 年又发现了 West Rand 和South Rand 金矿田,直到 1950 年 Evander 金矿田的发现,历时 65 年发现了目前在兰德盆地中看到的所有 9 个金矿田。最早在 Central Rand 地区发现的金矿床与 Central Rand 群的含金砾岩有关,所以在早期的找矿中主要是寻找这个特定含矿层位的露头,或者用钻探进行揭露。1930 年,在下部 WestRand 群中发现有一层磁性标志层,这为在兰德盆地应用物探方法寻找这个磁性标志层从而发现含矿层拉开了序幕,并取得了成功。1937 年,利用重力方法圈定重力低异常带并进行钻探验证,结果也发现了金矿。总的来说,特定层位加物探方法(磁法和重力)是发现兰德砾岩型金矿的主要有效找矿方法组合。

西非克拉通、坦桑尼亚克拉通和努比亚地盾上金矿床的勘查发现历史相对比较复杂,大致可以划分为3类。

第一类是利用前人废弃的古采坑在深部和外围新发现了储量,如埃及的 Sukari 金矿,在闭坑几十年后又重新勘探,进而有了重大发现。另一个例子是坦桑尼亚克拉通的 Geita Hill 金矿,该金矿1898 年由一个德国探矿者发现,1934 年开始开发,直到 1966 年闭坑,Geita Hill 金矿曾是东非地区最大的金矿山,生产出 100万盎司的黄金。在 20世纪 90 年代中期,该区又重新进行了探矿活动并获得重大发现,Geita Hill 金矿于 2002 年开始进行露天开采。

第二类是很早就发现,边采边探,不断增加矿山储量,如加纳南部 Ashanti 金矿带上的 Obuasi 金矿,早在 1900 年就开展了金矿勘查与开发,直到现在矿山仍然在开采。

第三类是勘探时间比较晚,采用地物化遥等方法,寻找半隐伏和隐伏金矿床,并一直延续到现在。西非地区(如马里和加纳西北部地区)在 20 世纪 60年代广泛开展了基础地质填图工作,部分地区还开展了大面积的化探扫面(网度为 1 000 m×200 m),圈定了大量的矿化点和异常,但是直到 20 世纪 90年代才有矿业公司大规模介入开展找矿勘查,投入钻探验证,探矿工作一直延续到 21 世纪初,发现了一批大中型金矿床,如马里的 Syama 金矿和加纳的Julie 金矿等。布基纳法索的 Wona-Kona 世界级金矿,发现于 2000 年,是通过区域土壤化探发现了一些孤立的弱异常(金含量大于 20×10-9,异常峰值为 64×10-9),并于 2001 年开展了详查,投入的探矿工作包括激电测量、槽探和钻探,结果发现了矿化长度为1 600 m,最终探明的金资源量达113.4 t(表 1),矿山在 2008 年初正式开始生产。由此可见,详细的地质填图、化探扫面(土壤测量为主,还有水系沉积物测量等)、物探测量(主要是激电)、槽探和钻探等手段的结合在西非地区多个金矿床的发现中起了重要作用,被认为是控制构造和发现矿化的有效方法组合,当然这些也是国内金矿找矿中经常用到的方法。

3.2 找矿勘查建议

根据现有的资料,对在非洲大陆开展金矿找矿勘查工作提出如下几点建议:

(1)主攻矿床类型:选择造山型金矿。尽管南非的兰德盆地拥有世界上最大的黄金资源储量,但是毕竟其面积小,而且已有的资源都被矿业公司占有,到目前为止在全球其他地区很难找到类似这么大规模的兰德砾岩型金矿床。而从整个非洲大陆来看,从克拉通到新元古代造山带都是造山型金矿床形成的有利地质背景,且已发现的金矿床无论是在数量还是在资源量规模上在全球范围内都具有重要影响,因此在非洲大陆开展造山型金矿床的找矿工作易取得突破。

(2)地区选择:在非洲大陆首选的金矿找矿勘查区域是西非克拉通,其次是坦桑尼亚克拉通和努比亚地盾,其他有潜力的地区还包括刚果克拉通的浅覆盖区和新元古代造山带,这些地区都有零星金矿床的发现,也将是未来重要的找矿方向。西非可以说是非洲金矿开采和勘探的最佳场所,在最近的黄金勘探和发现方面都要领先于非洲大陆其他地区,在过去 10 年中开发了一些新的矿山,并且在该地区的一些国家中开展了许多高级找矿勘查与开发项目。这些项目要么正在建设中,要么接近完成,并将在未来 3~5 年内每年新增黄金产量 1×106盎司。目前在该区域经营的公司公布的黄金储量为 125×106盎司。同时,与全球其他金矿省相比,这里尽管已经发现了大量世界级的金矿床,但是该地区还有很大一部分尚未勘探开发,所以找矿潜力依然很大,尤其是在浅覆盖区。在该区不仅要寻找古元古代的金矿床,而且还要注意寻找太古宙的金矿床。过去,该区域大部分地区被厚的红土覆盖且露头不好,阻碍了勘探工作的开展,然而,高分辨率航空物探数据采集和反循环钻探等工具的使用为勘探开辟了新的地区。如近年来在 Reguibat 地盾新发现的 Tasiast巨型金矿床,表明该区在寻找隐伏造山型金矿床方面还有很大潜力,热液锆石年龄为(2 839±36)Ma,表明矿化发生在新太古代,说明西非克拉通在太古宙时期也有重要的金矿化,将成为未来的重要找矿靶区。最近在马里西部新发现的 Gounkoto 金矿床,就是通过航空电磁调查发现的。在加纳 Sefwi 带的许多绿地项目都是通过详细的地球化学和地球物理调查发现的。

另外值得注意的是就矿找矿问题。非洲大陆不少金矿床的找矿勘查深度较浅,因此在其深部和外围还有很大潜力。如在努比亚地盾,该区尽管已经发现了大量的金矿床和矿(化)点,但是总体上勘探深度一般只有 200 m 左右,埃及现在唯一一个正在开采的金矿是 Sukari,这个矿山也曾被废弃了几十年,但是近年来的深部找矿使其金资源量达到15×106盎司,现在年产黄金大约 0.5×106盎司,这说明在努比亚地盾乃至非洲的其他地区,深部的黄金资源潜力仍然很大。

(3)找矿方法选择:以地质为主,沿着已有的大型韧性剪切带(尤其是已发现金矿床的大型构造)的延伸方向,尤其是向覆盖区的延伸方向进行寻找,是一个很好的找矿方向。另外,造山型金矿床产出与区域构造之间的密切关系,表明在露头不好的地区重力、磁法和电法等地球物理方法是发现这些金矿床的主要手段,当然也有一些例外,即有些金矿床的地球物理特征并不明显。

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结论

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(1)非洲是全球最为重要的金矿产区,金矿床类型众多,包括砾岩型、造山型、VMS型、侵入岩型、斑岩型、浅成低温热液型和 IOCG 型等,但主要类型为砾岩型和造山型,且主要产在古老的克拉通内。金矿的形成时代主要集中在 3 个时期,即太古宙、古元古代和新元古代。金矿床主要分布在非洲南部的卡拉哈里克拉通和西北部的西非克拉通。

(2)无论是非洲古老的克拉通还是克拉通周边产出的新元古代造山带都是造山型金矿床形成的有利构造环境,因此未来在非洲的金矿找矿勘查工作的主攻矿床类型应该是造山型金矿。勘查地区建议主要集中在古老克拉通的浅覆盖区,尤其是西非克拉通和刚果克拉通。采用先进的物化遥技术开展找矿,有望在非洲地区取得进一步的金矿找矿突破。

原文详见:江思宏,张莉莉,刘翼飞,李高峰,季根源.非洲大陆金矿分布特征与勘查建议[J].黄金科学技术,2020,28(04):465-478.

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