坦桑尼亞石墨礦地質特征及找礦前景

羅清威, 張克川, 秦德雨, 權 成

(河南省有色金屬地質礦產局 第七地質大隊,河南 鄭州 450018)

坦桑尼亞位于非洲板塊的東部,屬東非克拉通南段的多多馬克拉通地塊,該克拉通是東部非洲幾個高度成礦的克拉通之一,與贊比亞克拉通、津巴布韋克拉通和南非克拉通很多地方十分相似。尤其是坦桑尼亞克拉通因含有黃金、金剛石、鎳、鈷、銅等礦產而備受全球關注,具有發現世界級礦藏的巨大潛力[1]。

此外,坦桑尼亞政局相對比較穩定,與礦業相關的各項法律法規制度也相對較完善,同時政府部門也為礦產資源勘查及礦業開發提供了較多的優惠政策,吸引了全球眾多的國際礦業公司投入大量資金進行相關的礦產資源勘查開發研究工作。為進一步推動該國石墨礦資源勘查、開發及研究工作,結合相關地質勘查工作的實踐,對該國石墨礦的地質特征和找礦前景進行分析論述。

1 坦桑尼亞地質概況

1.1 地質構造背景[2]

坦桑尼亞的地質歷史豐富多樣,太古宙以來經歷了長期復雜的塊體拼貼和造陸運動。坦桑尼亞高原主要由前寒武紀火成巖和變質巖組成(圖1)。太古宙克拉通分布在坦桑尼亞的中部和北部,向北延伸至肯尼亞南部及烏干達西南部。基底巖石分布超過40%的陸地面積,包含各種不同時代和成因的巖石,是非洲大陸早期陸殼演化歷史的重要組成部分。

新太古代以來,坦桑尼亞一直保持穩定的克拉通,此后的構造作用僅限于古元古代烏薩迦蘭活動帶,分布于克拉通南東側、烏賓迪活動帶;中元古代契巴拉活動帶,分布于克拉通的北西側和新元古代泛非莫桑比克活動帶;元古代活動帶呈帶狀環繞克拉通分布。泛非運動后,坦桑尼亞境內經歷了相對平靜的時期,廣泛的準平原化階段持續了近300 Ma。晚石炭紀—早二疊紀,岡瓦納大陸發生裂解,整個東非處于伸展機制下,沿坦桑尼亞東—東南部海岸沉積盆地沉積了古生代—新近紀的陸相和海相沉積物。

第三紀以來,長約4 000 km的東非大裂谷分成東、西兩支橫斷坦桑尼亞元古代活動帶,少量新生代火山巖沿裂谷分布。坦桑尼亞北部,非洲第一高山——乞力馬扎羅山分布于東非大裂谷東支的末端,位于肯尼亞和坦桑尼亞邊境地帶;坦桑尼亞西南部沿東非裂谷系西支分布一系列火山巖系。

1.2 地質礦產特征及分布[3]

坦桑尼亞克拉通是非洲大陸重要的太古宙克拉通之一,以盛產金、金剛石等礦產而聞名于世,其中維多利亞湖東、南側綠巖帶中的金礦、希尼安加地區含金剛石金伯利巖管等是重要的礦床類型。

坦桑尼亞礦產資源豐富,現已查明礦產有50余種。金屬礦產主要有金、銅、鐵、錫、鎢、錳、鎳、鉻、鈷、鈦、鉑族元素等;非金屬礦產有金剛石、鋁土礦、螢石、石墨、石膏、石鹽、云母、石棉、大理巖、花崗巖以及各類寶玉石等;能源礦產有鈾、煤、天然氣等(圖2),其中金、金剛石和寶石是坦桑尼亞相對重要的優勢礦種。

圖1 坦桑尼亞大地構造圖(據參考文獻[2]修改)Fig.1 Tectonic map of the Tanzania1.第四系沉積;2.新生界沉積;3.新生界變質火山沉積;4.中—新生界變質沉積;5.巖系;6.第三系變質火山沉積;7.河流;8.地質界線。

然而坦桑尼亞礦產資源調查工作相對薄弱,相當部分的國土尚未進行過比較系統的地質礦產資源勘查工作。根據已有資料來看,坦桑尼亞的礦產資源的潛力非常巨大,已知礦產的埋藏深度多為200 m左右,露天礦床多,開采條件較為優越。目前,除黃金、金剛石、天然氣等礦產開發規模較大外,其余多數礦產仍未得到有效開發利用。

2 坦桑尼亞石墨礦地質特征

2.1 成礦條件分析

在自然條件下,石墨礦床的形成不僅需要成礦物質,而且還需要一個特定的成礦環境。石墨礦一般賦存在經過中深區域變質作用達到角閃巖相—麻粒巖相的地層中,如分布在坦桑尼亞克拉通南部和東部的烏薩迦蘭超群,該超群主要由變質巖組成,其原巖為泥質巖經深變質形成的麻粒巖和黑云母片麻巖。

從大地構造背景來看,石墨礦多出現在古陸邊緣活動帶上、古大陸陸核發育區和構造隆起區,而位于坦桑尼亞東南部的莫桑比克活動帶內出現的大理巖、石英巖、片巖、變泥質巖等大陸架型沉積巖石組合表明伴隨著莫桑比克洋的閉合,新元古代變質變形作用之前曾存在有古老的大陸邊緣[4-5]。

另外,隨著東、西岡瓦納大陸的碰撞以及莫桑比克洋閉合引起了大量變質變形事件,主要分為3個階段:①730-760 Ma,以擠壓作用為主,使巖石由角閃巖相變為麻粒巖相;②610-660 Ma,以剪切應力為主,產生了南北向和北北西向的剪切帶,并伴有角閃巖相變質以及混合巖化;③530-570 Ma,以剪切應力為主,使得早期構造再活化并形成北西向的剪切帶。多期次的變質變形事件不僅使區內變質巖發育,而且形成了大量與變質巖伴生的礦產資源。

圖2 坦桑尼亞主要礦產資源分布圖(據參考文獻[2]修改)Fig.2 Distribution of main mineral resources in Tanzania1.第四紀、第三紀—第四紀盆地、蒸發巖、自生礦物、煤等區域熱液活動帶;2.金伯利巖和金剛石成礦省;3.標識的其他礦點;4.碳酸鹽巖(磷、稀土、鈮等);5.礦山。

2.2 礦床地質特征及找礦前景

坦桑尼亞石墨礦床多數位于該國的中部和東南部地區。2015年底,由于境內發現了豐富的石墨礦產資源,坦桑尼亞能源和礦產部(MEM)宣布,其將很快成為世界上最大的石墨生產國之一。目前正在開采的礦床有很多,例如馬瑞拉尼礦床和乞力噶里山礦床。此外,坦桑尼亞還有很多正在勘查階段的石墨礦床,如納丘(Nachu)石墨項目、奇拉洛(Chilalo)石墨項目、納曼加勒(Namangale)石墨項目、馬亨蓋(Mahenge)石墨項目等。

2.2.1 馬瑞拉尼礦床

根據已有的資料顯示,馬瑞拉尼礦床的巖石序列可以分為上、下兩層,其中主要含石墨的層位有:①藍晶石—硅線石石墨片麻巖(藍晶石石墨片麻巖),晶質石墨鱗片呈六角形薄片,直徑為0.5～2.5 mm(平均0.8 mm),屬中—大鱗片晶質石墨,礦石中固定碳含量5%～12%。偉晶巖透鏡體中晶質石墨鱗片直徑可達5 mm,礦石中固定碳含量5%～10%。經壓碎、研磨浮選后,石墨片徑>300 μm,精礦中固定碳含量達98.5%(>80%),為一級品;②熱液蝕變石墨片麻巖(主蝕變帶),晶質石墨礦物含量8%～20%,晶質石墨呈浸染狀和集合體產出,鱗片大小為0.5～2 mm(平均0.7 mm),屬中—大鱗片晶質石墨,礦石固定碳含量平均11.2%。分選后可獲得粒徑>300 μm,含量達30%～40%;③板狀黑云母石墨片麻巖,是該區最常見的含石墨層位。礦石中石墨含量4%～6%,鱗片大小 0.5～1.5 mm,大部分直徑<1 mm,屬中鱗片晶質石墨,與藍晶石石墨片麻巖相比,晶質石墨鱗片更小,呈團塊狀或集合體產出。礦石固定碳平均品位為4.5%。馬瑞拉尼礦床已查明的石墨礦石儲量為760萬t,固定碳品位5.5%～11.2%,晶質石墨礦物儲量53萬t。馬瑞拉尼礦床C塊區,計算的石墨礦石資源量為880萬t,固定碳平均品位為8.3%,晶質石墨礦物資源量為73萬t,具大型礦床規模。

2.2.2 乞力噶里山礦床

據資料顯示,該礦床含石墨的片麻巖和片巖露頭屬于前寒武紀烏薩迦蘭超群。其中,Ⅰ區中含石墨片麻巖露頭平均厚度0.5 m,寬10～50 m,長約1 000 m,石墨礦體積3 750 m3,礦石固定碳平均品位為13%,全巖樣品分析燒失量為11.4%～27.8%;Ⅱ區中含石墨片麻巖平均厚0.6 m,石墨礦體積61 875 m3,全巖樣品分析燒失量為31.2%、揮發分為0.3%、礦石固定碳為30.9%,已查明晶質石墨礦物資源量約8 500 t。厚度<1 m,低于最小可采厚度,屬“小而富”礦點。

此外,在坦桑尼亞東南部,如林迪和姆特瓦拉地區,有數百個不同厚度和質量的含石墨片麻巖和片巖露頭,均屬于前寒武紀烏薩迦蘭超群,但地質調查程度低,僅對小部分露頭進行了調查,因此該地區找礦前景巨大。

3 坦桑尼亞石墨礦找礦思路及方法

3.1 找礦思路

根據不同的成因,石墨礦床可以分為三種類型,分別是區域變質型、接觸變質型和巖漿熱液型[6]。其中,區域變質型和巖漿熱液型石墨礦床主要發育為鱗片狀晶質石墨,接觸變質型石墨礦床主要發育為隱晶質石墨。此外,按照石墨礦石的巖性不同,可以將石墨礦石劃分為多種類型,區域變質型石墨礦床主要發育有片麻巖型、片巖型、大理巖型、變粒巖型;接觸變質型石墨礦床主要發育有板巖型和千枚巖型礦石;而巖漿熱液型石墨礦床主要發育有花崗巖型、閃長巖型和長英質巖型礦石。

坦桑尼亞石墨礦床多分布在中部和東南部地區,該地區地層主要以屬于前寒武紀烏薩迦蘭超群為主,烏薩迦蘭超群主要由泥質巖變成的麻粒巖和黑云母片麻巖等組成,屬新太古代—早寒武世的中—深變質巖系,其中角閃巖相、麻粒巖相是尋找晶質石墨礦床的重要標志;在巖性上,包括各類含石墨的片巖、片麻巖、變粒巖、麻粒巖、大理巖等也可以起到很好的指示作用;此外,由于石墨屬良性導電礦物,礦化體與圍巖的電性差異特征、低阻高極化異常能夠有效幫助尋找石墨礦[7]。

3.2 物探方法在石墨找礦中的應用

坦桑尼亞石墨礦床多屬于區域性變質礦床,同時石墨含礦層多被第四系覆蓋。該類型的石墨礦床多賦存于新太古代—早寒武世的中深變質巖系中,礦床受褶皺、斷裂等構造影響較大,混合巖化作用較為普遍,并受到多期變質作用的疊加影響。礦體主要受到沉積變質作用的控制,有一定的賦礦層位。

石墨的化學成分為碳。天然產出的石墨很少是純凈的,常含有10%～20%的雜質。石墨是電子型導電體,含石墨的巖石具有較高的極化率,當巖石中石墨含量不是很高時,巖石的極化率與石墨含量具有正相關關系。因此,根據石墨礦特殊的低阻高極化特點,分析認為應用激電法、磁法及TEM等物探方法在石墨礦床勘查過程中應該可以取得很好的效果,達到間接或直接找礦目的[8-10]。

但由于目前情況下很多礦區受到了很多人為因素的影響和干擾,只是單純的物探方法已經不能夠滿足石墨礦床的勘查需求,需要結合鉆探等工程,排查一些物探方法的多解性、不確定性干擾,以便為石墨礦床資源的評價提供更為可靠的依據。

4 結論

石墨是一種具有重要戰略意義和經濟意義的礦產資源,對太陽能開發、電池制造等有著非常重要作用。本文分析了坦桑尼亞石墨礦床的地質特征以及境內石墨礦床的找礦前景以及思路和方法,認為該國石墨礦產資源潛力巨大,并且具有良好的投資環境和工業開發前景。

[1] 袁楊森,魏振國,杜學良.淺議坦桑尼亞礦業開發機遇與挑戰[J].世界有色金屬,2016,2(1):134-136.

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[4] 姜繼圣,劉祥.中國早前寒武紀沉積變質型晶質石墨礦床[J].建材地質,1992,63(5):18-22.

[5] 梁帥.華北典型晶質石墨礦床成因研究[D].沈陽:遼寧工程技術大學,2015.

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[7] 王家昌,張家英,朱艷.我國石墨成礦特征及找礦標志[J].中國非金屬礦工業導刊,2013,103(3):49-51.

[8] 張海珠,李永年,劉學清.綜合物探方法在尋找非金屬礦中的應用[J].西部探礦工程,2011(9):104-106.

[9] 丁子建.物探方法在石墨找礦中的應用[J].中國非金屬礦工業導刊,2015,117(4):26-28.

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