0 引言
在国际铜等有色金属价格大幅下跌的背景下，国家实施矿产资源勘查开发“走出去”战略和“一带一路”战略。近年来, 中国海外矿业直接投资迅猛增长，商务部发布的数据显示：2004年中国对外直接矿业投资18亿美元(含石油和天然气开采)[1]；2013年中国企业在南部非洲的固体矿产投资达10.91亿美元，2014年达13.39亿美元[2]。世界银行拟筹资10亿美元绘制非洲矿产地质图[3]，可见非洲是世界各国矿产资源投资的热土。16世纪开始，欧洲等西方国家就相继走进非洲，目前非洲大型—超大型的矿山多被进驻非洲较早的欧美矿业公司等控制。中国矿业企业走进非洲多是从20世纪90年代才开始的。由于收购国外矿山面临的风险较大，因此，笔者认为基础地质研究工作对国家实施的“走出去”战略和“一带一路”战略非常重要，并且是一个长期性的工作。
我们在执行中国地质调查局项目《非洲中南部重要矿床地质背景、成矿作用和找矿潜力研究》、商务部技术援外项目《援赞比亚北部省卡萨马地区区域地质与地球化学调查》和中央地勘基金国外矿产资源风险勘查专项《中南部非洲重要成矿带成矿规律研究与资源潜力分析》期间，对非洲中南部地区有关矿床的研究资料进行了系统收集和整理[4-7]，对非洲中南部地区成矿区(带)划分、代表性铜矿床特征及该地区铜多金属矿的找矿潜力等进行了系统的总结，这不仅提高了我们对该地区成矿条件的认识，也为国内企业在该地区的找矿勘查提供基础信息和理论指导。
1 铜资源的分布本文中的非洲中南部地区主要指非洲大陆赤道以南的地区，笔者仅对收集到的铜矿床资料地区进行了较系统的总结。中南部非洲国家不仅具有优势的矿产资源，包括金、铜、铁、铬、金刚石等，而且锰、铀、镍、钒、钴、铂、锑等资源储量也居世界前列。其中，铜是非洲最主要的矿产品之一，拥有铜矿资源的国家见表 1。
| 序号 | 国家 | 优势矿种 |
| 1 | 赞比亚 | 铜、钴、锌、铅、金、银、铀、煤、祖母绿 |
| 2 | 刚果(金) | 铜、石油、碳酸钾、铅、锌、磷酸盐、天然气 |
| 3 | 南非 | 金、铬、锑、铁、锰、镍、磷酸盐、锡、铀、金刚石、铂、铜、钒、钾盐、天然气 |
| 4 | 刚果(布) | 钴、铜、镉、石油、金、银、锌、锰、锡、锗、铀、镭、铝土矿、铁、煤 |
| 5 | 津巴布韦 | 煤、铬铁矿、石棉、金、镍、铜、铁、钒、锂、锡、铂 |
| 6 | 坦桑尼亚 | 锡、磷酸盐、铁、煤、金刚石、宝石、金、天然气、镍 |
| 7 | 博茨瓦纳 | 金刚石、铜、镍、盐、碳酸钾、煤、铁、银 |
| 8 | 纳米比亚 | 金刚石、铜、铀、金、铅、锡、锂、镉、锌、盐、钒、天然气 |
| 9 | 安哥拉 | 石油、金刚石、铁、磷酸盐、铜、长石、金、矾土 |
| 10 | 布隆迪 | 镍、铀、稀有氧化物、钴、铜、铝土矿 |
| 11 | 索马里 | 铀、铁、锡、石膏、铝土矿、铜、天然气、石油 |
| 12 | 乌干达 | 铜、钴、石灰石、盐 |
介于非洲陆壳的形成、后期新元古代泛非运动及古生代—新生代的沉积作用等影响，笔者将除非洲大陆西北缘外，从摩洛哥到突尼斯的阿特拉斯山脉以外的大陆划分为Ⅰ级构造单元，以新元古代泛非运动作为标志将非洲陆块划分为5个Ⅱ级构造单元：Ⅱ-1西非克拉通、Ⅱ-2东北非克拉通、Ⅱ-3中非克拉通、Ⅱ-4南非克拉通和Ⅱ-5泛非构造带(图 1a)。在此基础上，将非洲中南部地区的Ⅱ级构造单元进一步细划为28个Ⅲ级构造单元(图 1b)：9个太古宙地块(卡普瓦尔克拉通、津巴布韦克拉通、坦桑尼亚克拉通、班韦乌卢地块(已被改造主体年龄为古元古代，局部可能有太古宙残留)、卡塞地块、安哥拉地块、北东刚果地块、加蓬地块和乌干达地块)，7条古元古代活动带(林波波活动带、乌本迪—乌萨嘎仁活动带、Rusizian活动带、马刚迪带、基米吉—卡奥科带、鲁文佐里活动带和海斯带)，7条中元古代活动带(加蓬变质带、基巴拉带、伊鲁米德变质带、卢里奥前陆带、那马奎活动带、纳塔尔活动带和开普褶皱带)和5条新元古代活动带(卢弗里安弧褶皱带、达马拉带、莫桑比克带、西刚果带和赞比西带)。
3 成矿区带的划分
非洲中南部大部分国家地质研究程度较低，且不同国家之间地质研究程度差异较大，部分构造边界至今还未明确，地层划分缺乏系统的对比。项目组对研究区内地层、岩浆岩、构造进行了综合整理、汇总和对比，基本明确了中南部非洲地质构造演化格架。根据构造特征等资料将非洲大陆划分为Ⅰ级成矿域，中南部非洲地区划分为南非克拉通金-铁-锰-铬-镍-铀-金刚石成矿省、中非克拉通金-铜-铁-钨-锡-铌-钽-金刚石成矿省和泛非构造带成矿省3个Ⅱ级成矿省以及32个Ⅲ级成矿区(带)(表 2、图 2)。其中，中南部非洲地区主要与铜矿床有关的成矿区(带)包括12个：津巴布韦地盾太古宙金-钨、锡-铜成矿区(Ⅲ-2)，南非古元古代林波波金-铜-铁成矿带(Ⅲ-4)，津巴布韦古元古代马刚迪铜-钨-锰-宝石成矿带(Ⅲ-7)，南非中元古代那马奎铜-铅-锌多金属成矿带(Ⅲ-8)，赞比亚中元古代伊鲁米德金-铜-铁-宝石成矿带(Ⅲ-18)，中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带(Ⅲ-20)，刚果(金)新元古代Kibarienne铜-钴成矿带(Ⅲ-21)，中非新元古代Bas Congo铜-钴成矿带(Ⅲ-22)，坦桑尼亚古元古代乌本迪乌萨嘎仁金-铜-铁多金属成矿带(Ⅲ-26)，纳米比亚新元古代达马拉铜-金-铀多金属成矿带(Ⅲ-28)，赞比亚新元古代赞比西铜-稀有多金属成矿带(Ⅲ-29) 和中东非新元古代莫桑比克铜-铁-钨多金属成矿带(Ⅲ-30)。
| 成矿域 (Ⅰ级成矿单元) |
成矿省 (Ⅱ级成矿单元) |
成矿区(带) (Ⅲ级成矿单元) |
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| 名称 | 名称 | 构造背景 | 矿带编号 | 名称 |
| 非洲陆块 | Ⅱ-1南非克拉通金、铁锰、铬镍、铀、金刚石成矿省 | 克拉通 | Ⅲ-1 | 南非地盾太古宙金-铁、锰-金刚石成矿区 |
| Ⅲ-2 | 津巴布韦地盾太古宙金-钨、锡-铜成矿区 | |||
| Ⅲ-3 | 津巴布韦大岩墙铬-铂-镍成矿带 | |||
| Ⅲ-4 | 南非古元古代林波波金-铜-铁成矿带 | |||
| Ⅲ-5 | 南非古元古代海斯铁-锰成矿带 | |||
| Ⅲ-6 | 南非古元古代德兰士瓦盆地铁-锰-铬-镍-铂成矿区 | |||
| Ⅲ-7 | 津巴布韦古元古代马刚迪铜-钨-锰-宝石成矿带 | |||
| Ⅲ-8 | 南非中元古代那马奎铜-铅-锌多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-9 | 南非中新生代卡鲁盆地铀-金刚石-砂金成矿区 | |||
| Ⅲ-10 | 南非古生代开普褶皱带锰-铁多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-11 | 津巴布韦北部中生代卡鲁岩系锰-金刚石成矿带 | |||
| Ⅲ-12 | 南非中新生代卡拉哈里煤-磷-宝石-非金属矿产成矿区 | |||
| Ⅱ-2中非克拉通金、铜、铁、钨锡铌钽、金刚石成矿省 | 克拉通 | Ⅲ-13 | 刚果克拉通太古宙上扎伊尔金-铁多金属成矿带 | |
| Ⅲ-14 | 刚果克拉通太古宙卡赛金-铁多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-15 | 安哥拉古元古代基米吉金-铁-镍多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-16 | 赞比亚古元古代班韦卢金-铁-锰多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-17 | 刚果(金)中元古代基巴拉锡-铌-钽-镍多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-18 | 赞比亚中元古代伊鲁米德金-铜-铁-宝石成矿带 | |||
| Ⅲ-19 | 刚果(金)西北部中元古代锡-铌-钽多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-20 | 中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带 | |||
| Ⅲ-21 | 刚果(金)新元古代Kibarienne铜-钴成矿带 | |||
| Ⅲ-22 | 中非新元古代Bas Congo铜-钴成矿带 | |||
| Ⅲ-23 | 刚果(金)中新生代煤-金刚石成矿区 | |||
| Ⅲ-24 | 安哥拉中新生代卡拉哈里煤-磷-宝石-非金属矿产成矿区 | |||
| Ⅲ-25 | 坦桑尼亚地盾太古宙金-金刚石成矿区 | |||
| Ⅲ-26 | 坦桑尼亚古元古代乌本迪－乌萨嘎仁金-铜-铁多金属成矿带 | |||
| Ⅱ-3泛非构造带成矿省 | 泛非构造拼合带 | Ⅲ-27 | 博茨瓦纳中新生代卡拉哈里煤-磷-宝石-非金属矿产成矿区 | |
| Ⅲ-28 | 纳米比亚新元古代达马拉铜-金-铀多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-29 | 赞比亚新元古代赞比西铜-稀有多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-30 | 中东非新元古代莫桑比克铜-铁-钨多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-31 | 中东部非洲中—新元古代卢里奥地块金-铁多金属成矿带 | |||
| Ⅲ-32 | 中东部非洲中—新生代煤-金刚石-非金属成矿带 | |||
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| 图 2 非洲中南部成矿区(带)划分及铜多金属矿床(点)分布图 Figure 2 Distribution of metallogenic regions(belts) and copper polymetallic deposits (occurrences) in Central-Southern Africa |
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沉积-改造型铜钴矿床(也称同沉积型砂页岩矿床)位于赞比亚—刚果(金)边境地区，属于中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带。该成矿带延伸近700 km, 宽超过150 km，在20世纪60年代就闻名于世[9]，带内矿床在区域内分布广泛，许多矿床都经历了不同程度的氧化和剥蚀作用[10-12]。成矿条件主要受地层控制，钴矿主要是与铜矿伴生，但是品位不高。据统计, 带内已知矿床共含1.4亿t铜和600万t钴金属量[13], 矿石中铜钴的平均品位分别2.9%和0.12%[14]。因此，卢弗里安弧地区成为众多矿业公司所关注的地区。在赞比亚境内的铜钴成矿带长220~250 km，宽10~100 km，带内矿床总数达200个，典型矿床包括恩昌加(Nchanga)、谦比西(Chambishi)、孔科拉(Konkola)及坎桑希(Kansanshi)等铜钴矿。在刚果(金)境内典型矿床包括科卢韦齐(Kolwezi)、卢斯维希(Luiswishi)和坎莫托(Kamoto)等铜钴矿床(图 3)。该类型矿床发现过程中所采用的技术方法不仅包括传统的地质填图方法，还利用了高精度磁法[16]、瞬变电磁法[16]、地球化学[17]和遥感解译[16, 18]。
卢弗里安弧成矿带上赋存铜钴矿床主要产于罗安群中，主要受地层和构造控制，因此矿体赋存形态主要呈层状-似层状、脉状，局部褶皱的转折端呈透镜状[19-20]。矿石结构以他形粒状结构为主，少量半自形粒状结构、交代假象结构、变晶结构、变余结构等[21]。矿石构造主要有层状、浸染状、角砾状、致密块状等[22]。矿石矿物主要有孔雀石、辉铜矿、黄铜矿和斑铜矿[21-22]。脉石矿物主要有白云石、石英、方解石、绢云母和白云母等[21-22]。矿石自然类型主要有两种：氧化矿石和原生矿石[21]。围岩蚀变类型比较复杂，主要有滑石化、褐铁矿化、赤(镜)铁矿化、高岭土化、碳酸盐化等[23]。蚀变矿物包括金红石、石英、金云母、白云石、绢云母和电气石等[21-22]。
在赞比亚谦比西铜矿床中铜与银、钒、钴、锌、砷、硒、镉、铟等元素存在正相关关系，其中与铟接近完全相关，铜与其他元素相关性差[24]。
赞比亚恩昌加矿床中样品的稀有元素模式特征与海相起源的碳酸盐不一致[25]，特别是不能显示出明显的负Ce/CeSN*异常或重稀土富集[26], 这可能是由于裂谷演化的时间和宽度的影响。
通过对赞比亚的恩昌加矿床[15, 27]和刚果(金)的堪苏祁[28]和坎博韦—卡莫亚矿床[13]研究，表明该成矿带矿床中流体包裹体的均一温度为70.0~324.2 ℃，并且这些流体包裹体被封闭后可能经历了退变质作用时期。
在稳定同位素特征方面：硫同位素比值的宽幅变化(-17‰~23‰)[13, 27]表明硫为成岩硫化物与海水硫酸盐的混合硫。其中，成矿最晚期石英脉中黄铁矿δ34S值为22‰~23‰，也许由封闭系统中分馏作用所引起，在成矿作用最晚期硫化物可利用的海水硫酸盐实际上已是重硫物质。通过对刚果(金)加丹加省堪苏祁(δ18O为22.30‰~26.45‰)[28]和赞比亚恩昌加矿床(石英脉δ18O值为11.3‰~21.2‰, 白云石δ18O值为22.4‰~23.0‰，白云石δ13C值为1.4‰~2.5‰, 硬石膏的小结核δ18O值为-15.5‰，碳酸盐的δ13C值为-25‰~-15‰)[27]中样品分析，认为在氧化流体发生热化学还原作用期间，流体携带足够的成矿物质Cu和Co，有机碳和局部围岩中再活化的碳也加入到成矿系统中。Ph Muchez等[15]和Barra等[29]整理了恩昌加矿床中样品的Sr同位素特征，认为基岩或者是源于它的沉积岩之间有流体间的相互作用。Stephen Roberts等[25]对恩昌加矿床中白云石片岩、矿化样品以及孔雀石样品中的Sr同位素也进行了分析。白云石片岩的87Sr/86Sr值为0.711 1~0.711 6, 与源于矿化样品的碳酸盐的0.713 6~0.746 9相比, 发现越深部的样品越具放射性, 这也印证了Ph Muchez等[15]和Barra等[29]在恩昌加矿床中样品Sr同位素特征的认识。
在Mindola露天矿坑中，Porada等[30]发现微生物(可能是蓝藻类和硫酸盐还原菌)成因的沉积构造，如干裂缝、皱纹结构、垫变形结构、米级同心的微断层和微生物垫(microbial mat)残片中均有含铜硫化物的出现。因此，他们认为该矿床成矿与微生物有密切关系，并且在卢弗里安弧铜-钴成矿带的主要矿床中出现了典型的硫化物分带演化，即潮上带沉积—较低的潮上带辉铜矿—潮间带黄铜矿和斑铜矿—潮下带和厌氧泻湖中心的黄铁矿[30]。
卢弗里安成矿带经历了一段漫长而复杂的变形和变质史，众多学者对于含矿的罗安群成岩年龄和其中的成矿年龄研究较多。通过前人同位素测年资料，笔者认为含矿的罗安群成岩年龄为765~735 Ma[31-32]，这也是同生沉积层状铜钴矿的形成年龄，后期多阶段改造的主要成矿年龄为510~500 Ma[33]。
4.1.2 矿床成因对于铜钴矿床成因主要有热液-成岩假说和同生-成岩假说。20世纪80年代，以Unrug[34]为代表的裂谷成矿模式认为，金属的来源既可以是上部地层的火山物质，也可以是和基性侵入岩同源的地壳深处，由同沉积断层沟通，造成盆地矿化卤水循环并交代而成[35]。以上观点表明，该矿带铜钴矿床是由同生沉积作用形成的，但受到后期活动的改造，属沉积变质-(多阶段热液)改造型铜钴矿床[5, 16, 19, 22, 27, 32, 34]。
综合各种资料，显示成矿带中的大部分矿床经历了以下4个连续的矿化或再活化演化阶段(图 4)[15]：在起初的裂谷中，早期成岩的黄铁矿和可能的铜-钴硫化物进行沉淀阶段(图 4a)；盆地反转和层状平行脉中矿化作用的开始阶段(图 4b)；在进一步增压下, 岩石和层状平行脉发生褶皱, 并且在褶皱枢纽区域有一个矿化中心以及硫化物可能经历再活化或矿化作用阶段(图 4c)；在大量的褶皱演化后期，在高流体压力条件下大量极不规则的脉剪切所有前期阶段(图 4d)。
塞莱比皮奎铜镍矿床位于博茨瓦纳东部的塞莱比皮奎市，矿床中心位置的地理坐标为21°57′07″S，27°51′41″E。矿床隶属于巴邝皖图特许有限公司，该公司成立于1956年8月，现由博茨瓦纳政府(占94%股权)和诺里尔斯克镍业(Norilsk Nickel)公司(占6%股权)共同拥有。该矿床1974年投产，年产矿产品约4万t，主要出口津巴布韦和挪威。矿体于1963—1966年由巴邝皖图特许有限公司运用区域土壤化探的方法发现。赛莱比—皮奎铜镍矿床是博茨瓦纳东部地区最大的矿床，仅皮奎一个矿体就具有31百万t的矿石规模。据公司网站最新公布(2011年6月31日)的镍铜金属资源量(mineral resources)分别为334 043 t和369 900 t，矿床镍铜品位分别为1%~3%和0.14%~4.00%[36]，目前开采最大深度在地下1 380 m。
赛莱比—皮奎铜镍矿床位于基性一超基性侵入体内，含矿母岩为角闪岩。其主要由角闪石、长石、铝直闪石及云母组成，含有少量的变质斜方辉石及橄榄石[36]。Brown[37]认为该侵入体的含矿母岩岩浆为拉斑玄武岩(约8% MgO)，其主要由橄榄石(Fo85)、辉石(En85)和斜长石(An83)组成。围岩包括中粗粒块状至微弱片理化的、花岗变晶状花岗片麻岩，各种条带状表壳片麻岩和未分的副片麻岩及正片麻岩(图 5)。
赛莱比—皮奎铜镍矿床位于卡普瓦尔克拉通和津巴布韦克拉通之间的林波波变质带(主要包括南部边缘带、中部带和北部边缘带)的中部带中，该变质带包含许多形成于不同时期(3.20~2.60 Ga)的地质体，并且具有复杂的构造变形历史(2.70~2.04 Ga)[38]。
4.2.1 矿床特征矿体与夹有多种片麻岩薄层的层状细—中粒角闪岩有关，含矿侵入体通常较薄呈层状(皮奎矿体平均厚度为11 m)[39]，后期受到强烈的褶皱及剪切作用的影响，局部矿体呈香肠状透镜体[37, 40-41]，褶皱的转折端矿体加厚特征明显。矿石结构以自形、半自形及他形颗粒状为主，矿石构造包括伟晶岩状、块状、半块状、浸染状、细脉状和不混溶气泡状等[41]。矿床内主要的硫化物为磁黄铁矿、黄铜矿和镍黄铁矿，其中黄铜矿主要集中在硅酸盐包体内或周围[41]，还有少量的磁铁矿、紫硫镍铁矿及白铁矿等，以及形成于后期热液或表生蚀变作用时期的镍黄铁矿、白铁矿、黄铁矿及硫镍矿等[39]。
在地球化学特征方面：Maier等[36]认为赛莱比—皮奎地区的样品显示K、U、Ba和Cs元素具有正异常特征，大部分样品也相对富集轻稀土元素和Th元素((Th/Yb)N=4.22), 并且这些特征与陆壳组分特征相似。赛莱比—皮奎矿集区内岩石的微量元素特征表明，这些岩石属于堆晶岩(如分析的斜长角闪岩Hf质量分数小于0.5×10-6)[36]，然而典型的大洋和大陆拉斑玄武岩的Hf质量分数为(1~7)×10-6[42]。Brown[37]认为常量元素含量与所研究的侵入体母岩体特征基本一致，角闪片麻岩就是变质了的玄武岩。赛莱比—皮奎样品的特征类似于陆内玄武岩特征和平均上地壳值特征(上地壳质量分数为10%~20%)[36]。矿区内的辉长苏长岩、辉石岩和橄榄岩含有50%~75%的斜长石并且促使其形成中浅色辉长苏长岩[36]。笔者利用Wakefield[41]对赛莱比—皮奎铜镍矿床含矿岩体的全岩分析数据和Jensen[43]的CaO-MgO-Al2O3图解投图，含矿岩体基本落入玄武岩质科马提岩区范围。
Maier等[36]通过对该地区多数矿床的研究发现，岩石中亲铜金属元素与硫含量呈正比，说明在岩石结晶过程中或后期金属元素和硫的运移均受到限制。与菲尼克斯和塔克旺矿床相比，赛莱比—皮奎矿床中铂族元素与硫的比值有逐渐降低的趋势。特别是浸染状硫化物矿石相对富集铜元素，导致Cu/Ni值较高，也富集Pt，导致较高的Pt/Pd。Maier等[36]发现赛莱比—皮奎样品的(Cu/Pd)N＞1，表明该矿体中的硫化物是从铂族元素耗尽以后的岩浆分离出来的。
在稳定同位素方面：赛莱比—皮奎矿集区中δ34S值为-3.1‰~0.3‰，这种δ34S变化区间较小的特征可能是受到幔源硫体(δ33S值为-0.89‰~-0.27‰)的影响，进而呈现出明显的负δ33S异常，或许也有壳源流体等加入[44]。赛莱比—皮奎矿集区中的铁同位素结果显示为负异常值(-0.61‰~-0.04‰)[44]，低于高温岩浆分异值(-0.3‰~0.2‰)[45]，矿集区中的铁同位素值与富含有机质页岩中的热液硫化物矿物或者黄铁矿结核的铁元素同化作用一致，其也通常显示负δ56Fe值[46]。
Mc Court等[47]通过U-Pb锆石SHRIMP方法测得花岗片麻岩年龄为2.65~2.60 Ga。Wright[48]和Brown[37]认为该花岗片麻岩与表壳岩存在侵入关系，因此推测表壳岩的年龄要大于2.60 Ga。Maier等[36]认为该地区岩石接触关系多为构造接触，推测基性—超基性岩体的年龄可能大于2.0 Ga。
4.2.2 矿床成因世界范围内的超大型铜镍硫化物矿床, 深大断裂及其诱发的次级断裂控制着含矿岩体的形态和产状, 并在一定程度上制约着矿床的热液叠加、后期改造及再富集作用[49-50]。前人[49, 51]普遍认为超大型铜镍硫化物矿床是从岩浆硫化物-硅酸岩熔体中熔离而形成, 是富集亲铜元素的结果。Maier等[36]认为赛莱比—皮奎矿床的成矿物质来源复杂，既有幔源物质特征，又有类似于陆内玄武岩特征及上地壳岩石特征，矿体中的硫化物是从铂族元素耗尽以后的岩浆分离出来。李文渊[52]认为赛莱比—皮奎矿床形成于太古宙，岩石类型属于镁铁—超镁铁岩侵入体，并且认为尽管硫同位素δ34S值变化很小，接近于0，为幔源岩浆硫的特点，但地壳中硅的加入可能使岩浆中已有的硫发生过饱和，从而出现大规模的硫化物液相不混溶成矿。Brown[37]认为该矿床经历了多期强烈的构造作用。
综合以上各种资料，笔者认为赛莱比—皮奎矿集区中的铜镍矿床经历了以下演化阶段：地幔熔融分异出大量基性—超基性岩浆；2.0 Ga左右在构造作用影响下侵入到上地壳，并且中途与地壳围岩发生同化混染作用，同时大量的含硫地壳流体进入岩浆，与岩浆中的Cu、Ni等发生反应，形成铜镍硫化物堆积体进而形成矿床；硫化物矿体受到后期强烈的褶皱和剪切作用的影响, 薄层状矿体呈现香肠状透镜体，褶皱的转折端矿体有加厚的特征。
4.3 马奇塔马(Matsitama)铜矿床马奇塔马铜矿床位于博茨瓦纳东部，距离东南部弗朗西斯敦约80 km，矿床中心地理坐标：21°05′ S，26°45′E(图 6)，主要包括Dukwe矿区和Thakadu-Makala矿区。该矿床隶属于非洲铜矿业公司(原名Afrinewco公司)，具有丰富的铜矿储量，2002年北部的Dukwe矿区平均铜品位1.76%的矿石约660.8万t, 南部的Thakadu-Makala矿区中平均品位2.71%的铜储量485万t[54]。矿床发现所采用的技术方法不仅包括传统的地质填图方法，还利用了地球物理和土壤地球化学[54]。
马奇塔马铜矿床位于津巴布韦克拉通西南端，为博茨瓦纳东北部的一绿片岩相带，区域范围内出露的地质情况见图 6。
4.3.1 矿床特征由于马奇塔马矿床包括“层控型(Thakadu-Makala矿区)”和“裂隙型(Dukwe矿区)”两种控矿类型，因此矿体赋存形态主要呈层状-似层状、脉状等[54]。Dukwe矿床中主要的矿石构造为粗粒石英-方解石脉和具有粗粒浸染状和透镜状黄铁矿、黄铜矿斑块的热液角砾；而Thakadu-Makala矿床中主要的矿石构造为浸染状和块状构造[54]。Dukwe矿区硫化物主要为黄铜矿、黄铁矿和辉铜矿[54]。Thakadu-Makala矿区主要的硫化物矿物为黄铜矿和斑铜矿，上部约50 m的深度同样为次生氧化带[54]。围岩蚀变强烈，主要的蚀变类型有与花岗片麻岩/花岗岩类有关的正长岩化、绿泥石化和绢云母化等, 沿着与东部花岗岩接触带附近还可见绿帘石-透辉石-石榴子石矽卡岩化蚀变[54]。
在地球化学特征方面：Majaule等[53]对马奇塔马带内典型的变质火山岩主量和微量元素进行了研究，认为该地区主要的变质火山岩原岩包括基性火山岩和超基性火山岩两种，缺乏中性和酸性岩类。大部分的基性火山岩MgO质量分数为5.5%~10.5%，SiO2质量分数为50%~55%，碱值(Na2O+ K2O)质量分数较低(2%~5%)，Ca、Fe和K在少量镁样品中质量分数略高，而Ni和Cr质量分数随MgO的降低而降低。这表明基性岩来自一个低压力的岩浆演化环境，即低钙含镁相(可能为斜方辉石)及相关的铬铁矿分异环境。然而基性变质火山岩中Ti、P、Zr和Y质量分数均随着MgO的降低而稳定增加，这反映了母岩浆中高场强元素的不兼容性及不同变质火山岩样品的地球化学连续性。超基性岩为富镁(MgO质量分数为17%~20%)的透闪石-阳起石-绿泥石片岩组合，其具有高Ni((500~600)×10-6)和低碱、Al、大离子亲石元素及高场强元素组分。考虑到其超基性特征，Majaule等[53]认为超基性岩可能与蚀变的科马提玄武岩有关。
通过分析，Majaule等[53]认为马奇塔马绿岩带形成于与俯冲有关的盆地边缘，根据原始弧和大陆之间的弧后伸展形成，超基性片岩代表盆地开始形成时初始科马提玄武岩，变质玄武岩则来自伸展后期阶段次大陆岩石圈地幔，花岗岩类和片麻岩则代表一系列盆地前缘的同期次火山岩和深部岩体。
在稳定同位素方面：来自石英-方解石-萤石裂隙内的共存方铅矿、闪锌矿和黄铁矿硫同位素具有不同的特征，仅一个来自Mapanipani北的样品显示组分平衡，表明温度约为360 ℃。该温度与矿化带内石英和方解石氧同位素组分确定的温度值一致[55]。来自Mapanipani北矿床含黄铜矿、黄铁矿的裂隙角砾岩内的石英-方解石和石英-方解石-碱性长石的碳氧同位素具有明显的分散性，且石英、方解石和碱性长石氧同位素未达到平衡状态，从而计算温度和流体组分具有一定的不确定性。然而，石英-方解石组合的氧同位素组分具有明显的一致性，从而推测成矿温度为300~400 ℃。石英氧同位素值为8.4‰~10.0‰, 表明其结晶于高温变化的流体或组分变化的流体。碳同位素值为1.1‰~2.6‰, 表明其与大气或海洋为主的流体内结晶体一致[55]。来自变质沉积岩内石墨片岩中石墨的碳同位素与方解石中的碳同位素具有明显的不同，表明两者不可能达到平衡[56-57]，因此石墨也不可能通过方解石的碳化合价降低形成。另外，方解石碳氧同位素组分值(1.5‰)位于Bushman矿床铜矿化带裂隙内方解石的碳氧同位素组分范围之内，从而表明石英-方解石裂隙内的方解石来源于碳酸盐岩石[55]。
前人[58-59]获得马奇塔马花岗-绿岩地体的锆石U-Pb年龄为(2 710±19)~(2 646±3) Ma。Dihudi和Thakadu的矿化铅同位素模式年龄为(2 200±150) Ma[60]；Dukwe矿床内的Mapanipani北带东部花岗片麻岩内白云母及同成因的裂隙型黄铜矿的Rb-Sr年龄分别为(1 928±14) 和(1 924±14) Ma[55]。由此可见，该成矿带至少经历了2个成矿阶段，且Dukwe矿床要晚于Dihudi和Thakadu矿床的成矿年龄。
4.3.2 矿床成因Groves等[61]认为该地区存在＞2.6 Ga的老地壳，并认为马奇塔马绿岩带岩石代表着最古老的津巴布韦克拉通核，其带中基性和超基性火山岩发育，且通过与周围成矿带内含矿岩体对比发现该地区火山岩含铜量较高。
马奇塔马铜矿床主要为火山作用喷发出的大量含铜物质，伴随着地层的沉积作用而形成以Thakadu-Makala矿区为代表的“层控型”矿床。在后期约1.9 Ga时期受到变质作用和构造作用(可能与Magodi活动带有关)[62]的影响，又促使成矿物质的迁移和富集，形成浸染状和块状含铜矿体，进而形成以Dukwe矿区为代表的“裂隙型”矿床。
4.4 南非帕拉博拉(Phalabora)铜矿床南非帕拉博拉铜矿床位于德兰士瓦东北部的勒柯普(Loolekop)山地区，海拔为478 m，是南非著名的铜矿床，地理坐标：23.9°S，31.1°E，也是世界特大型露天矿床之一。帕拉博拉矿业有限公司于1956年由力拓(Rio Tinto)和英美资源(Anglo American)共同组建，1962年通过钻探等工作该公司认为矿床铜矿石储量为2.86亿t，铜的平均品位是0.69%，而边界品位是0.3%，另外铁、金、银、铀、镍、铂族和稀土元素亦可作为伴生组分回收，矿山于1965年投产。在过去的近50年间, 该矿床铜精粉总产量超过450万t。自2006年起, 该矿床转入地下开采, 预计矿山寿命可到2026年[63]。
帕拉博拉杂岩体位于南非克拉通内，为超镁铁质岩体，由辉石岩组成，周边为花岗岩所包围。杂岩体南北走向长6.5 km，宽2.5 km。重力数据表明，辉石岩岩体呈管状，倾角为76°~80°，向东侵入深度可达5 km[64]。辉石岩岩体在北部、中部和南部呈伟晶岩状(图 7)[65-66]。
帕拉博拉铜矿床赋存在帕拉博拉火成岩杂岩体直立火山管中，整体呈管状，局部呈似层状、脉状、条带状和透镜体状等[63]。矿石结构主要为中—粗粒结构和交代结构[69]。矿石构造主要为脉状，网脉状和浸染状构造[63]。矿石矿物主要为黄铜矿和斑铜矿，其次为辉铜矿、墨铜矿、方黄铜矿和黝铜矿等[70]。脉石矿物主要为方解石、白云石、霓石、萤石、蛇纹石等[63]。
在地球化学特征方面：Hornig-Kjaarsgaard[71]认为碳酸岩中通常含有高浓度的REE并且相对富集LREE。Dawson和Hinton[72]对帕拉博拉矿床碳酸岩中白云石、方解石和磷灰石中的稀土元素进行了研究，结果显示磷灰石和方解石相对白云石更富集REE。对帕拉博拉矿床碳酸岩中白云石、方解石和磷灰石的Fe、Mn、Na、Si、Y、稀土元素、Pb、Th和U进行了离子探针原位分析，认为磷灰石和白云石中的元素含量具有相似性，而方解石的元素含量则多变[72]。
Richard[69]认为帕拉博拉矿床与附近的Guide铜矿床辉石岩中的包裹体特征类似，帕拉博拉矿床的一些包裹体中有小的不透明的含铜子矿物出现，并且这两个铜矿床都与高钾岩浆岩有关，因此矿床中存在大量K/Na值高的包裹体。
在稳定同位素方面：Goff等[73]获得帕拉博拉矿床中方解石的δ18O值变化范围为9.3‰~10.2‰，δ13C值变化范围为-4.0‰~-3.3‰；方解石及磷灰石的87Sr/86Sr值范围为0.704 94~0.706 16，143Nd/ 144Nd值范围为0.509 542~0.509 885, εNd(t)值范围为1.67~8.39。其中，87Sr/86Sr值特征类似于南非Vergenoeg管状杂岩体中萤石的87Sr/86Sr值特征。
4.4.2 矿床成因Groves等[67]认为帕拉博拉矿床是深大断裂与岩浆活动的产物，类似于典型的铁-氧铜金矿床(IOCG), 并且其是全球唯一产于碳酸岩体中的具有工业价值的铜矿体。研究表明，该矿床受岩石圈地幔交代作用影响，2 060 Ma左右[74]富含挥发性组分的碱性熔浆沿构造薄弱部位向地壳上部运移, 并且与围岩发生强烈水-岩反应, 形成大面积分布的热液蚀变带。碳酸岩和超镁铁质侵入岩所构成的大规模岩管是勒柯普矿体的主要容矿围岩, 并且发育有钠化(钠长石、方柱石)和钾化(钾长石、绢云母)蚀变带。
在碱性岩体的晚期碳酸岩内部网脉状含矿细脉十分发育，说明该矿床是多期次岩浆热液活动的产物[68]。成矿流体在沿破碎带运移过程中，水-岩反应导致大量含铜硫化物沉淀, 并且在细微破碎带形成一系列含铜(金)矿脉。一般情况下，矿体的中心部位以富含铜硫化物为特征, 周缘磁铁矿含量明显增加。尽管铁氧化物(以磁铁矿为主)出现在杂岩体的周缘, 但是其形成时间明显晚于铜硫化物[68]。
4.5 纳米比亚Khusib Springs铜多金属矿床奥塔维山地区发现的铜多金属矿床(矿点)超过600处，高品位Khusib Springs矿床于20世纪90年代早期通过地质填图和钻孔发现，并在1995年投产。该地区的新元古代达马拉超群从下到上被划分为诺西布群(Nosib Group)、奥塔维群(Otavi Group)和Mulden群。奥塔维群可以细分为阿贝纳布(Abenab)亚群和楚梅布(Tsumeb)亚群，其中楚梅布亚群可以分为8个岩性段[75]。Khusib Springs矿床位于楚梅布亚群Maieberg组纹层状灰岩中(T2岩性段，图 8)。根据1997年楚梅布有限公司对Khusib Springs矿床的统计，该矿床已开采107 000 t矿石，生产了21 473 t铜，品位为26%~28%[76]。在2000年10月到2002年8月期间，该矿山所有者变更为翁戈波罗矿业与加工有限公司，期间共生产了45 000 t矿石。2000年，探明储量为119 000 t矿石，铜品位为10%，铅品位为1.82%，银品位为584×10-6[77]。Khusib Springs矿床被认为是楚梅布型铜矿床[78-79]。
4.5.1 矿床特征
矿体呈透镜状、似层状，围岩为白云岩[80]。矿床中硫化物矿石结构以自形、半自形及他形颗粒状为主，如黄铁矿呈自形晶或单矿物集合体存在于块状硫化物矿中或呈自形—半自形晶包裹体分布在矿石中，砷黝铜矿和砷黝铜矿-硫砷铜矿共生多形成镶嵌结构以及含锗的硫锡砷铜矿呈他形—半自形晶[80]。矿石构造主要呈浸染状构造和块状构造[80]。矿石矿物主要包括硫砷铜矿、孔雀石、蓝铜矿、砷铜铅矿、白铅矿、钼铅矿、自然铜、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、砷黝铜矿、蓝辉铜矿、辉铜矿、硫锡砷铜矿、硫锗铜矿、锑硫砷铜银矿-硫锑铜银矿、黝铜矿、黄铜矿、似黄锡矿、硫铜银矿和W-Mo硫化物、含银硫盐，偶可见黄铁矿[78, 80]。脉石矿物包括碳酸盐岩、石英、白云母、方解石、钾长石、电气石、磷灰石、金红石和锆石[80]。
在地球化学特征方面：Khusib Springs硫化物矿石中金属元素质量分数异常高，包含20%~45%的复合Cu+Pb+Zn。铜元素质量分数为7.5%~41.3%，是浓度最高的金属元素，块状硫化物矿石中Cu/(Cu+Zn+Pb)值为0.73~0.94。铅元素质量分数为0.2%~5.1%，锌元素质量分数为0.7%~6.9%[80]。碳酸盐主要由白云石和少量方解石组成，矿化相当不均匀。白云石发光为亮红色，贫Fe(w(FeO)＜0.5%)，含Mn较高(w(MnO)为0.5%~1.5%)[81]。粗粒白云石晶体核部及碎片中w(FeO)为5.0%。在成矿带，富Mn发冷光白云石共生形成角砾状富Fe白云石碎片边缘。方解石以发黄光为特征。硅酸盐主要由白云母和少量高岭石组成。通过扫描电镜分析, 白云母呈薄片(＜20 Am)状，其中在矿石边缘的薄片长轴方向可达80 Am，然而在矿石和围岩中呈线状分布。通常多硅白云母富含Mg、Si和F，Cu质量分数可达1%，在含硫锡砷铜矿矿石中，多硅白云母含微量Ge(通常质量分数为(40~160)×10-6，极个别质量分数可达(600~1 100)×10-6[80]。
Chetty和Frimmel[79]获得Khusib Springs矿床Ⅱ型白云石的流体包裹体均一温度为291 ℃，盐度(w(NaCl))为(20±4)%。Frimmel等[82]推测如果楚梅布和Khusib Springs为同变质变形矿化作用，则矿化作用阶段静岩压力应该为2.5 kPa，温度超过300 ℃。因此，Chetty和Frimmel[79]认为Khusib Springs矿床中Ⅱ型白云石流体包裹体形成温度可达370 ℃。
在稳定同位素方面：Khusib Springs矿床中矿石的全岩样品硫同位素比值范围为20.8‰~27.8‰，全岩较重硫同位素比值与高Zn-Cd-Mn-(Ag)相关，与闪锌矿的含量呈正相关关系，与方铅矿正好反之。该特征表明，矿床中的重硫可能来源于同生海水中沉淀出来的硫酸盐矿物[80]。Misra[83]认为δ34S的变化范围不大，表明非生物还原过程。Khusib Springs矿床中含矿Ⅱ型白云石的δ13C、δ18O同位素特征表明，矿化流体为变质来源，碳酸盐中高浓度REE特征验证了矿化流体与奥塔维群下伏岩石发生了广泛的相互作用[79]。
铅同位素与硫同位素不同，硫化物中铅同位素比值变化与深度无关。Khusib Springs矿床与楚梅布矿床的矿石样品铅同位素相比，206Pb/204Pb值较低，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb则相近[84-86]。奥塔维山地区矿床矿石中铅同位素线性特征代表了两种或多种成分的铅同位素特征，然而Khusib Springs矿石样品铅同位素具有其独立性[80]。
在成矿物质来源方面：Hughes[85]认为孔巴特(Kombat)组泥质岩类、Hüttenberg组富含金属的T8带白云岩和含磷白云岩是贱金属和其他元素的来源。诺西布群火山岩和不纯的砂岩通过沿着不同含水系统运移的流动卤水为矿床提供了贱金属。Chetty等[79]认为奥塔维山地区基底中的赫鲁特方丹(Grootfontein)超基性—基性岩体是贱金属的额外来源。Khusib Springs矿床硫化物铅同位素比表明热液混合来源，与楚梅布型和Berg Aukas型矿床设想来源类似。该来源可能与Khusib Springs矿床矿体底板Maieberg组受到碎屑影响的纹层状灰岩(T2带)不完全相同，灰岩中可见层状次经济的黄铁矿和磁黄铁矿及少量的黄铜矿和闪锌矿，以较高的206Pb/204Pb值和轻硫同位素值(δ34S值为-24‰~0‰)为特征[80]。
4.5.2 矿床成因许多学者认为Khusib Springs矿床属于楚梅布型矿床[79-80]。根据目前资料分析，在D2区域变形期(约545 Ma)的成矿热液从孔巴特组、诺西布群和奥塔维山地区基底岩石中析出了铜铅锌等成矿元素，同时变形阶段促使楚梅布亚群Maieberg组纹层状灰岩发生角砾岩化，进而含矿流体在发生破碎的灰岩中形成矿体。后期随着含矿热液对灰岩地层的溶蚀，进而形成了透镜状或似层状的矿体。
5 找矿潜力分析中南部非洲铜矿资源主要形成于古元古代和新元古代，少量形成于太古宙。在缺乏重点地区物化探资料的条件下，笔者根据非洲中南部铜资源分布的国家、构造单元的划分、成矿区(带)的划分及代表性矿床特征，将研究区初步划分为5个铜多金属矿找矿潜力区(图 9)。
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| 图 9 非洲中南部铜多金属矿找矿潜力分布图 Figure 9 Distribution of copper polymetallic ore prospecting potential deposits in Central-Southern Africa |
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该区位于刚果(金)和赞比亚边境地区，属于中非克拉通金、铜、铁、钨锡铌钽、金刚石成矿省的中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带内。构造位置上本区位于卢弗里安弧外部褶皱带内，其北西部位于刚果(金)境内，区内矿床(点)星罗棋布，较著名的有坎莫托、卢斯维希大型铜钴矿床。矿床为层控砂页岩型矿床，矿体主要产于加丹加群下罗安群(新元古代)的沉积砂页岩中。因而，下罗安群分布区与构造活动叠加区是找寻此类矿床的有利地区。该地区工作程度一般，有望获得优质矿产。远景区南东部位于赞比亚基特韦西北一带，区内大型矿床甚多，包括恩昌加、谦比西等诸多大型或超大型铜钴矿床。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和孔雀石，容矿围岩主要为砂岩或长石砂岩，也有一些矿化短距离延伸至上覆的页岩帽中。矿化作用与沉积和热液有关。尽管本区已有许多大型矿床，但因当地的覆盖极为严重，其整个地质工作程度并不高，故该区如果有未登记的地区或购买探矿权，仍是找铜的重点靶区，具有巨大的成矿资源潜力。
5.2 Ⅱ铜多金属矿找矿潜力区该区位于纳米比亚北部地区，属于泛非活动带成矿省的新元古代达马拉铜-金-铀多金属成矿带。带内已探明有上百个铜矿区，储量约20亿t。区内主要成矿元素为铜、铅、锌和银等多金属，成矿类型为热液型。代表性矿床有楚梅布管状沉积多金属矿(储量200万t，品位为1.58%)、Khusib Springs铜多金属矿床和奥麦提斯(Oamites)铜矿。此成矿带成矿地质背景类似于中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带，是寻找与沉积有关的热液型铜矿的潜力区。本区可以通过合资或购买等方式获得矿权。
5.3 Ⅲ铜多金属矿找矿潜力区该区主要位于津巴布韦克拉通西南部的林波波金-铜-铁成矿带及津巴布韦克拉通太古宙金-钨、锡-铜成矿带。该带内的铜矿床类型属于铜-镍-硫化物型，代表性矿床有博茨瓦纳境内的赛莱比皮奎铜镍矿床(镍铜的金属资源量分别为334 043 t和369 900 t；巴邝皖图特许有限公司2011年6月31日网站公布资料)和马奇塔马铜矿床(北部的Dukwe矿区有平均铜品位1.76%的矿石约660.8万t, 南部的Thakadu-Makala矿区中平均品位2.71%的铜储量485万t)[53]，而且在多伦多证券交易所上市的Tsodilo资源公司在2009年4月23日宣布，在博茨瓦纳境内发现了地质和矿产特征类似于中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带中的铜钴矿床[87]。
5.4 Ⅳ铜多金属矿找矿潜力区该区位于刚果(金)北部地区, 属于中非克拉通金、铜、铁、钨锡铌钽、金刚石矿成矿省的刚果(金)新元古代Kibarienne铜-钴成矿带内。该成矿带所处地区政治条件及自然环境较差，现有资料较少，但是该成矿带成矿条件与中非铜-钴成矿带成矿条件相似，并且目前带内已发现多个铜钴矿矿点，具有较好的找矿潜力。
5.5 Ⅴ铜多金属矿找矿潜力区该区位于刚果(金)西南部地区，属于中非克拉通金、铜、铁、钨锡铌钽、金刚石矿成矿省的中非新元古代Bas Congo铜-钴成矿带内。该带内成矿元素和成矿类型与中非新元古代卢弗里安弧铜-钴成矿带特征类似，该带可能是中非铜-钴成矿带北西部分的延伸，目前区内已发现多个铜钴矿矿点。
6 结论1) 中南部非洲地区铜多金属矿床主要为5种类型，包括沉积变质-改造型铜钴矿床、与镁铁超镁铁岩侵入体有关的铜镍矿床、与绿岩带有关的铜矿床、与碳酸岩体有关的铜矿床和与灰岩有关的铜多金属矿床。从目前资料来看，这5种类型的矿床均与大的断裂构造有关，呈现出成矿物质来源的多样性，并且经历了多个成矿演化阶段。
2) 中南部非洲地区基础地质研究程度整体较弱，在缺乏重点地区物化遥资料的基础上，笔者较为全面地搜集与分析了前人的大量资料，对初步划分为5个铜多金属找矿潜力区进行了分析。
3) 在国家实施“走出去”、“两种资源，两个市场”和“一带一路”战略的大背景下，中国企业应借助这个机会更好地梳理所收集的各类资料，创新思路和工作手段, 有目的地开展野外勘查, 提高工作效率及找矿效果。
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