《Journal of African Earth Sciences》：Geology of the Kakula copper deposit, Democratic Republic of Congo: basin architecture and ore distribution
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本文系统研究刚果（金）Kakula铜矿床的层状构造与氧化带分布特征，揭示矿体主要赋存于Nguba群底部硅质泥岩单元，并受NE向穹隆构造控制。通过地层厚度等值图与构造解析，确认同沉积断裂系统及红化作用对铜硫矿物分带（赤铁矿-方铅矿-黄铜矿-黄铁矿-闪锌矿）的时空控制作用。
作者：Franck Twite | Philippe Muchez
研究机构：比利时鲁汶大学（KU Leuven）地球与环境科学系，地址：Celestijnenlaan 200E, 3001 Heverlee
摘要
本文详细记录了位于刚果民主共和国Kolwezi铜钴矿区以西25公里的Kamoa-Kakula铜矿复合体中的顶级Kakula铜矿床的地质特征。Kakula矿床含有5.85亿吨矿石，铜含量为2.92%（最低开采品位为1%）。该矿床形成于Mwashya亚群（Roan群）与Mwale组（Nguba群）的接触带之上，这一接触带被解释为地层氧化还原边界。Kakula矿体主要分布在Mwale组底部的粉砂岩-泥岩层中。矿石矿物随深度的变化规律为：从底部到顶部依次为赤铁矿、辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿和闪锌矿。辉铜矿是主要的铜硫化物矿物，占总铜硫化物的约85%，黄铜矿和黄铁矿的含量大致相同，各占约7.5%。在Kakula的Nguba群底部区域，观察到明显的赤铁矿蚀变现象（以铁离子Fe3+形式存在），这种蚀变导致矿化带上方的混杂岩呈现红色。赤铁矿蚀变的空间分布表明其与热液矿化过程有关，铜元素通过氧化流体进行迁移。类似的现象也在Kupferschiefer矿床中得到证实，那里的铜矿化与Rote F?ule赤铁矿蚀变现象相关。
在Kakula矿床的中心区域，由于构造下沉作用强烈，沉积了厚层的粉砂岩和泥岩。地表钻探和地下测绘揭示了由地层厚度突变、陡峭的层理和滑塌构造形成的同沉积断层，这些断层与高铜品位带呈NW-WS方向分布。这些断层可能在热流增加的时期为富含金属的流体提供了进入矿盆的通道，类似情况也见于赞比亚铜带的Katangan超群矿床。
引言
Kamoa-Kakula铜矿复合体（含铜量2.72%，储量13.4亿吨）位于刚果民主共和国，是全球最重要的沉积型铜矿床之一。该矿床位于刚果中部铜带（CACB）的Kolwezi铜钴矿区以西约25公里处（Broughton和Rogers，2010；Schmandt等，2013；Twite等，2019）。Kakula矿床距离Kamoa矿床约10.5公里，含有5.85亿吨矿石，铜含量为2.92%（最低开采品位为1%）。其矿化带覆盖面积达19.4平方公里，并且具有横向延伸性（图1B）。Kakula矿床属于Nguba群，而大多数刚果民主共和国的铜矿床通常形成于Roan群的基底地层中（Fran?ois，1974；Cailteux，1994；Cailteux等，2005）。矿床位于Nguba群的底部，处于Mwashya亚群与Mwale组的接触带（图2）（Broughton和Rogers，2010；Schmandt等，2013；Twite，2016）。虽然CACB地区的许多矿床与同沉积断层有关（Selley等，2005；Hitzman等，2012；Hendrickson等，2015；Twite等，2019），但也有研究指出矿床与盆地反转构造有关（McGowan等，2006；Sillitoe等，2010）。CACB矿床中的铜矿化主要为原生（深成）类型，同时存在少量次生（表生）氧化铜矿物。Kamoa-Kakula铜矿复合体的矿化特征表现为明显的矿物分带现象，从氧化还原边界开始依次为辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿、黄铁矿和闪锌矿，这种分带模式与赞比亚和刚果铜带的矿化特征高度相似。CACB矿床还普遍存在钾质、镁质、硅质和/或钠质蚀变矿物（Hitzman等，2012），这些蚀变现象也在Kakula矿床中得到验证。地质学家和其他研究者对矿床形成机制进行了深入探讨，包括金属来源、矿化流体的地球化学成分、硫化物沉淀机制及矿化年龄（Cailteux等，2005；Hitzman等，2005；Selley等，2005；Muchez等，2010）。尽管已有许多关于Kamoa矿床的研究，但目前尚缺乏对顶级Kakula矿床的详细研究。
本文目的
本文旨在（1）描述Kakula矿床中Nguba群的岩性地层特征；（2）分析盆地结构，以阐明地质因素对矿石分布和品位的影响。通过构建Mwale组各地层单元的厚度等值图，揭示该矿床的盆地构造。这是首次系统记录这个世界级沉积型铜矿床的岩性地层特征及其控制因素的研究。
区域地质
刚果中部铜带（CACB）是全球最重要的铜资源产地之一，其铜矿主要赋存于新元古代Katanga超群的变质沉积岩中（Mendelsohn，1961；Unrug，1988；Batumike等，2007；Hitzman等，2012），该区域位于向北凸出的泛非Lufilian弧构造带内（图1），该构造带介于南部的Kalahari克拉通和北部的刚果克拉通之间（Unrug，1988；Porada和Berhorst，2000；Kampunzu等，1999）。Katanga超群由多个地质单元组成...
局部地质
Kakula矿床属于Kamoa-Kakula铜矿复合体，位于CACB的西部边缘（图1B）。矿床呈NW-WS方向，北部毗邻Muvunda穹隆，南部毗邻Maseka穹隆（图1B）。在Nguba组被侵蚀的区域，这些穹隆暴露出Mwashya砂岩和粉砂岩。研究区域内缺乏露头，地表覆盖着Kalahari砂岩、残余土壤和风化壳。
研究方法
本研究全面详细地探讨了Kakula矿床的地质特征，包括其地层、盆地构造、矿化作用及蚀变过程。数据来源于钻探岩芯、地下测绘和岩芯照片。这些信息用于构建矿床的详细地质剖面，以揭示矿化过程的控制机制。Nguba组各单元的厚度等值图...
地层与岩性
通过详细的地质记录、钻探岩芯分析及采矿作业区的地下测绘，明确了Kakula矿床中Nguba群的岩性地层划分。该矿床主要包含两个岩性地层单元：Mwashya亚群的长石砂岩和粉砂岩（R4.2），其上方覆盖着Mwale组的混杂岩和粉砂岩-砂岩（Ng.1）（图2、图3、图4、图5、图6、图7）。矿化作用与蚀变
Kakula矿床规模庞大，矿体延伸长度达13公里。矿体的层状分布特征十分明显，矿化带的走向和宽度都相当显著（图6）。铜矿化主要发生在Mwale组的底部（图2）（Broughton和Rogers，2010；Schmandt等，2013；Twite等，2019；2020；Turner等，2023）。根据岩芯观察和薄片分析结果，辉铜矿是主要铜矿物...构造与矿体分布
Kakula矿床位于褶皱区域，其中心部分位于一个NE向的背斜之上（图1、图3）。Mwashya组和Nguba组相对于背斜有4°至10°的倾斜角度。矿区内还存在一个NW-NW向的向斜构造，其走向与刚果铜带的Monwezi断层带相似（Selley等，2018）。本研究构建的厚度等值图显示，不同地层单元的厚度存在差异...
铜矿化与铁蚀变
Kakula矿床中的下部层状粉砂岩-砂岩单元（Unit 8）含有高浓度的球状黄铁矿（图9A-B），这种黄铁矿通常由细菌作用将硫酸盐还原为硫化物形成（Schmandt等，2013；Kaemba，2020；其他CACB矿床也有类似现象）。矿体主要分布在Mwale组的底部粉砂岩-泥岩层中（图4和图5）。结论
利用钻探岩芯数据、地下测绘资料、岩石学分析及铁含量测定技术，研究了Kakula矿床中Katanga超群Mwale组的岩石特征。Kakula矿床的演化经历了多个阶段，包括Nguba组中的混杂岩、粉砂岩和砂岩的沉积过程，这些沉积作用受NW-WS向同沉积断层的控制。矿体的分布、形态和规模主要受...
作者贡献声明
Franck Banza Twite：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、软件使用、项目管理、方法学设计、数据分析及概念框架构建。Philippe Muchez：负责撰写、审稿与编辑、数据验证、项目监督、方法学设计、资金筹措及概念框架制定。
未引用的参考文献
Azeuda等，2005；El Desouky等，2009；Kaemba，2024；Kennedy等，2019；Muchez等，2015；Oszczepalski等，2002；Parker等，2013；Peters等，2020；Saintilan等，2017。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。
致谢
我们感谢Kamoa Copper SA提供的财政支持以及开展这项研究的许可。感谢T. Williams和T. Dunnett在研究中的协助。同时感谢鲁汶大学（KU Leuven）特别研究基金（项目编号C14/21/056）的资助。H. Nijs协助准备了薄片样品和抛光块。E. Vassilieva、N. Weyns和Q. Liu在XRD分析及单元素溶解技术研究方面提供了重要帮助。
