馬達加斯加Tsaratanana綠巖帶地質組成和主要礦產特征

趙院冬，吳大天，趙 君，許逢明，王奎良，周永恒

(中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110034)

馬達加斯加島位于印度洋西海岸，是世界第四大島，具有豐富的自然資源和獨特的地理優勢，是“一帶一路”沿線的關鍵地區。該島經歷太古宙古陸核形成、羅迪尼亞超大陸、岡瓦納超大陸形成、裂解等多期次的構造作用，三分之二地區發育前寒武紀變質巖，并形成了種類齊全的固體礦產資源。在其中北部地區發育三條南北向相間分布的太古宙綠巖帶，統稱為Tsaratanana綠巖帶(圖1)，是世界少有的太古代綠巖帶之一，具有重要的基礎地質研究價值，且該綠巖帶內蘊藏豐富的金、鐵、鉻、鎳礦產，是馬島重要的礦產資源地，對其認識和開發，對于踐行“一帶一路”倡議具有重要的意義。

1 馬達加斯加Tsaratanana綠巖帶地質特征

1.1 整體特征和研究現狀

馬達加斯加Tsaratanana綠巖帶又稱Tsaratanana巖席、雜巖[1-2]，自西向東由Maevatanana帶、Andriamena帶和Beforona帶三條分帶組成(圖1)。該綠巖帶主要組成巖石包括混合巖、麻粒巖、斜長角閃巖、角閃石片麻巖、黑云母片麻巖、磁鐵石英巖、英云閃長質片麻巖、紫蘇花崗巖以及皂石巖和滑石片巖等巖石組成。測定的變質巖原巖侵位時間主要為2.5 Ga左右，并有大量2.7 Ga殘余鋯石年齡，另外有鋯石補擄晶達3.26 Ga和中太古宙Nd同位素特征的報道[3-5]。三條綠巖帶整體上均呈向斜構造，但由于構造位置的不同，遭受后期變形變質作用的影響存在差異。西部的Maevatanana地區主要為綠片巖相-角閃巖相，巖層產狀圍繞晚太古宙混合花崗巖變化，中部的Andriamena帶2.7～2.5 Ga發生超高溫變質作用，發生高角閃巖相-麻粒巖相變質作用，形成峰值條件為850 ℃，6～7 kbar，而Beforona帶變質程度為角閃巖相。

圖1 馬達加斯加中北部地區及綠巖帶地質簡圖(資料來源：文獻[5]，略修改)

新元古宙成冰期(Cryogenian)，隨著羅迪尼亞大陸的裂解和岡瓦納大陸的逐漸形成，綠巖帶同馬島其他地區發生強烈的變質變形作用，形成產狀陡立的條帶狀、網狀的強應變帶和產狀平緩的塊狀低應變帶相間分布[6-7]或形成寬緩的向斜構造[8]，并遭受著大面積的鎂鐵質-超鎂鐵質和長英質巖漿侵入[2-3,9-10]。

對于該綠巖帶的認識，隨著對馬島區域地質特征的了解程度不斷加深而逐漸清晰。首先Besairie(1964～1971年)將其歸于前寒武紀角閃質混合變質雜巖上段——Vohibory系。Hottin等稱其為“Series calco-ferromagnesiennes(鈣-磁鐵巖系)”。直到1997年Rambeloson才首次用“綠巖帶”這一詞定義其巖石組成特征，而Ashwall等[11]因為構造背景研究程度低而將其稱之為“鎂鐵質片麻巖和片巖帶”。De Wit[12]在綜述馬島地質演化和地理環境時接受“綠巖帶”的稱謂，并認為馬達加斯加綠巖帶是研究太古宙綠巖帶中地殼環境的獨特地區。Collins[1]系統總結了三條帶的特征，將其歸并為一個構造單元，用“Tsaratanana sheet”一詞作為三條帶的統稱，并提出該單元與底部Antananarivo塊體不同源，是外來地體，在泛非期通過巨型逆沖推覆或滑脫構造就位到Antananarivo塊體之上，源區可能為東非地區。Tucker等[2]稱三條帶為Tsaratanana雜巖，認為它同Antananarivo同源，共同構成晚太古宙花崗巖-綠巖體，并且是印度達瓦爾克拉通的一部分。此外多位學者從形成時代、變質變形作用、后期巖漿作用、構造演化等方面進行了研究[3,6-7,9,13-14]。

1.2 分帶地質組成特征

1.2.1 Maevatanana綠巖帶

Maevatanana綠巖帶主要由混合巖、黑云角閃片麻巖、斜長角閃巖、富磁鐵礦石英巖以及皂石巖、云母片巖組成。按照巖石組合特征分為上、中、下三個亞群，其中下群巖石為條帶-條紋狀混合巖、眼球狀混合巖，中部亞群為鎂鐵質片麻巖(包括黑云角閃片麻巖、角閃片麻巖和黑云母片麻巖)、斜長角閃巖和少量富磁鐵礦石英巖，上部亞群為黑云斜長片麻巖、富磁鐵石英巖、皂石巖、滑石片巖、綠泥石片巖和斜長角閃巖等，上部亞群中發育大量偉晶巖脈、石英脈，石英脈穿切或平行片麻巖層理產出。

1.2.2 Andriamena綠巖帶

Andriamena綠巖帶呈不整合接觸疊加在Antananarivo塊體之上，其西部發育糜楞巖化帶，而在東部發育穹窿-盆地構造。主要巖石單元是長英質片麻巖(角閃黑云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、黑云二長片麻巖)、變粒巖、斜長角閃巖、麻粒巖(富鎂麻粒巖、含堇青石-直閃石麻粒巖)、混合巖(包括條帶狀混合巖、混合花崗巖、變泥質混合巖等)、富磁鐵礦石英巖，后期構造改造作用強烈。

Andriamena帶內變質巖分為三個組，按照上下關系依次為Andriamena下段，主要由混合巖、角閃輝石斜長變粒巖和輝石變粒巖等組成，其原巖為形成于島弧環境的拉斑玄武巖；中段由混合巖、斜長角閃巖、黑云母斜長片麻巖組成，其原巖為島弧陸緣和同碰撞造山環境的基性火山巖和中酸性火山巖；上段主要由黑云母片麻巖、矽線石石榴石片麻巖、含堇青石-石榴石麻粒巖和磁鐵石英巖組成，代表了火山-沉積環境形成的一套陸緣碎屑巖系。

1.2.3 Beforona綠巖帶

Beforona綠巖帶是三條綠巖帶中最東側的一條，也是最為狹長的一條，南北長500多千米，寬70多千米，主要包括混合巖、麻粒巖、各類片麻巖、磁鐵石英巖和大理巖，其地質組成與Andriamena相似，但整體變質程度相對低。

2 綠巖帶主要礦產資源

Tsaratanana綠巖帶是馬島重要礦產資源產地，其中Maevatanana地區是重要的產金區，Andriamena和Beforona地區是金、鉻鐵礦及鎳金屬集中產地，與綠巖帶變質巖系有關的礦床有金礦(原生)和BIF鐵礦，而鉻鐵礦、鎳(鈷)、釩鈦磁鐵礦等與晚元古界鎂鐵質-超鎂鐵質侵入巖有關。

2.1 金礦

自1845年Jean Laborde在塔納納里佛西北部的河谷中發現了馬達加斯加第一個金礦，經歷了一個半多世紀，馬達加斯加已經發現了幾百個可供開采的巖金、砂金礦床，特別是綠巖帶內，當地人用“遍地是黃金”來形容金礦之多。但由于歷史原因，馬國目前金礦開采仍處于手工開采階段，沒有一個現代金礦礦山，因此典型礦床資料不多，關于馬國金礦研究的文獻和資料較少，目前僅有Rambeloson[15]和Nawaratne等[16]對該國金礦進行了簡單的總結，Andrianjakavah等[17]對位于Maevatanana綠巖帶內的與磁鐵石英巖有關的含金石英脈特征進行了研究。國內團隊在Maveatanana發現大型石英脈型金礦，并開展典型礦床和成礦規律研究[18-19]。

現有調查表明，Tsaratanana綠巖帶原生金礦類型為石英脈型金礦，次生金礦主要為沖積型-殘積型砂金礦。

2.1.1 原生金礦

原生金礦類型為石英脈型金礦，含礦圍巖主要有鎂鐵質片麻巖和條帶磁鐵石英巖，因此有人將原生金礦分為與鎂鐵質片麻巖有關的和與條帶狀含鐵建造有關的兩種類型[17]。金富集在石英顆粒或包裹在石英、長石、黑云母礦物內，主要的還是富集在與片麻巖層理相平行的石英脈內(圖2(a)和圖2(b))。含金石英脈一般較薄，富含有硫化物，硫化物主要為黃鐵礦、方鉛礦和黃銅礦，受鐵氧化物影響一般呈灰白色或灰黃色，脈體越薄，金礦化越強。硫化物氧化分解使石英脈發生鐵染，成為直接的找礦標志(圖2(c))。礦石礦物組合為石英+方鉛礦+黃鐵礦±金±褐鐵礦±次生赤鐵礦。含金石英脈主要以薄脈、細脈及網脈產出，在富鐵石英巖建造含金石英脈一般穿切BIF地層，同巖層平行的脈體較為少見，而產在鎂鐵質片麻巖內的石英脈體產狀正與此相反。

流體包裹體結構和顯微測溫學研究結果表明不同來源的低鹽度(NaCl含量～3.6wt.%)H2O-CO2流體，流體包裹體被捕獲的條件:溫度220～380 ℃，平均溫度250 ℃，壓力1～2 kbar，屬中低溫熱液礦床[17]。

Tsaratanana綠巖帶內石英脈型金礦特征是脈體形成受構造控制和成礦流體來源于變質作用。流體的高CO2含量和低鹽度特征，以及在流體包裹體內少量的CH4和N2，表明含金流體來源于區域變質作用。綠巖帶內大量的基性和超基性巖體很可能向熱液流體提供金的來源，BIF流變學特征和高Fe含量可能是金成礦的首要原因。

根據現有研究，本區綠巖帶中石英脈型金礦主要成礦時代為新元古宙[18-20]。

該類型金礦在Maevatanana綠巖帶發育，但當地沒有工業開采礦山，基本處于人工加工淘選狀態(圖2(d))。

2.1.2 沖積型-殘積型砂金礦

馬達加斯加地處低緯度地區，炎熱的氣候和充沛的降水使大量原生金礦受強烈的風化、剝蝕、搬運至河流中，在現代河流、古河床底部和沉積間斷面上幾乎都有大量殘積-沖積型砂金礦產出，因此砂金資源豐富，開發潛力巨大。目前對砂金礦的開采同樣以人工為主，缺少機械化淘選(圖2(e)和圖2(f))。

對Andriamena綠巖帶內砂金礦調查發現，該類型砂金礦體均在沖洪積層中，且多位于現代河床兩側。主谷中的砂金偏下部富集，尤其基巖表面含金較多，但未形成穩定的含金層位。河床相砂礫石層中普遍含金，漫灘相沉積物亞黏土層含金較少。砂金礦體呈層狀、似層狀，沿現代河床與古河床分布。

砂金粒度變化較大，對Andriamena地區的調查表明一般在0.3～0.1 mm。砂金按外形形態，可分為片狀金、板狀金、粒狀金、復雜狀金、柱棒狀金等。伴生礦物組合：重砂礦物組合主要為磁鐵礦、鈦鐵礦、綠簾石、褐鐵礦、石榴石、角閃石、電氣石、黑云母、絹云母、金紅石、板鈦礦、長石、石英等。

圖2 綠巖帶金礦

2.2 條帶狀含鐵建造(BIF)鐵礦

根據有關的統計，世界上70%的鐵礦資源分布在前寒武紀綠巖帶內，以BIF型鐵礦為主，在馬達加斯加Tsaratanana綠巖帶內，發育有大量的磁鐵石英巖，其中大部分磁鐵礦含量達30%以上，TFe 30%～50%，礦層穩定，延長可達十幾千米，鐵資源量及其豐富。馬達加斯加綠巖帶含鐵建造為阿爾戈馬型，主要代表是位于西部的Soalala鐵礦。

Soalala鐵礦位于馬達加斯加島西北部馬任家地區的Ambohipaky地區，是Maevatanana帶向西延伸部分。主要由Kizombivavy、Kizombilahy和Malainolo三個礦體組成，礦體一般呈透鏡狀夾于前寒武紀變質巖系中，斷續延伸幾十千米，礦體寬100 m，礦體主要為條帶狀磁鐵斜長片麻巖、磁鐵石英巖，主要由磁鐵礦、長石、石英、角閃石組成，還有少量的石榴石、黑云母和磷灰石，磁鐵礦和脈石礦物呈條帶狀相間分布。礦石品位TFe為35%左右。遠景資源量8億t。

中國地質調查局沈陽地質調查中心在對Andriamena和Beforona兩條帶調查時，發現了多處該類型礦床，其中在Beforona帶中北部的阿巴通德拉扎卡地區發現一處大型富錳沉積變質鐵礦，鐵礦石遠景資源量1.8億t[21]。在Andriamena中部發現一處沉積變質鐵礦，主礦體沿走向斷續出露6.5 km，礦體出露寬一般5～20 m，全鐵品位30%～40%，最高可達42.38%。

2.3 與晚元古界侵入巖有關的鉻、鐵、鎳礦床

從820 Ma開始馬達加斯加古陸處于活動陸緣構造環境，形成了大面積的巖漿巖侵入階段，其中在成冰期(Cryogenian，820～750 Ma)在北部綠巖帶也遭受大規模的鎂鐵質-超鎂鐵質巖漿巖的侵入[2-3,9-10]，并形成了鉻鐵礦、銅鎳硫化物礦床和釩鈦磁鐵礦礦床。

2.3.1 鉻鐵礦

馬達加斯加是世界上重要的鉻鐵礦產地之一，長期以來我國是其主要的鉻鐵礦進口國。根據現有資料預測，馬國鉻鐵礦礦石總儲量1 500萬t左右。馬達加斯加鉻鐵礦產區主要位于Andriamena綠巖帶內，賦礦巖體為新元古宙鎂鐵質-超鎂鐵質雜巖，已有三處礦區進行開采，分別為Bemanevika礦區、Ankazotaolana礦區和Ambatomint礦區，目前前兩個礦區已經閉坑，只有第三個礦區正在開采。

馬達加斯加鉻鐵礦成因類型為阿爾卑斯型豆莢狀鉻鐵礦。礦體形態類型大致分兩種：一種為層狀、似層狀鉻鐵礦，礦體產在巖體內部，規模較大且與母巖界線清晰，礦體一般厚2～100 m，長100～200 m；還有一種靠近構造帶或卷入構造帶中，由于受強烈擠壓作用和礦體就位方式共同影響，礦體一般呈豆莢狀、透鏡狀、囊狀、呈巖脈(或巖墻)，且斷續分布，特別是在強應變帶內，形成斷續條帶狀(圖3)。

圖3 Bemanevika鉻鐵礦礦體剖面圖

鉻鐵礦礦石呈半自形等粒結構、稠密浸染狀，致密塊狀構造，礦石品位Cr2O3含量25%～55%，Cr/Fe≥2.2。Kraoma公司對該礦入選品位要求≥39%，Cr/Fe≥2。

馬達加斯加政府對本區鉻鐵礦的勘查工作最早開始于1921年，先后進行地表填圖、磁測、重測和鉆探等工作，然而勘探程度淺，最大鉆探深度僅340 m，對于更深位置的超鎂鐵質巖體和礦體變化情況一直未有更多驗證工作。到20世紀80年代，查明Bemanevika礦區礦石資源量344萬t，Ankazotaolana礦區礦石資源量450萬t，其他礦區礦石資源量60多萬噸。

2.3.2 釩鈦磁鐵礦

以前馬達加斯加并沒有將與巖漿型釩鈦磁鐵礦作為一種資源進行評價。但隨著調查不斷深入逐漸認識到，該類型礦床規模巨大、分布較廣，其中蘊含的鐵、鈦、釩等金屬資源具有巨大的經濟價值，因此越來越受到重視。中國地質調查局沈陽地質調查中心在2006～2008年通過調查評價工作，在Beforona綠巖帶北部阿巴通德拉扎卡地區發現一處具有超大型遠景的釩鈦磁鐵礦[21]。該礦含礦巖體為含橄欖石輝石輝長巖，礦石結構主要有海綿隕鐵結構、半自形粒狀結構，礦石構造主要有塊狀構造、浸染狀構造、條帶狀構造。礦石礦物主要由磁鐵礦、鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、少量鈦鐵晶石和黃鐵礦。屬巖漿結晶分凝性鐵礦床。礦床規模大、有用組分含量高，特征與我國攀枝花釩鈦磁鐵礦相似。現有工作將該礦劃分2個礦帶，6個礦段，其中1號主礦體長2 800 m，寬12～27 m。礦石中的Fe、Ti、V主要賦存于磁鐵礦、鈦鐵礦中，TFe平均品位為29.37%，TiO2平均品位為13.63%，V平均品位為0.16%。目前工作估算的推斷鐵內蘊經濟資源量(333)為1.6億t，伴生鈦金屬量1 000萬t，釩金屬量46萬t；礦區遠景資源量(334)8億t(含333)；伴生鈦金屬量6 000萬t；伴生釩金屬量230萬t[21-22]。

2.3.3 紅土型鎳礦

馬達加斯加綠巖帶內鎳礦資源豐富，主要分為紅土型鎳(鈷)礦和銅鎳硫化物型鎳礦，以紅土型鎳礦為主。銅鎳硫化物型鎳礦多為礦點，規模有限。

紅土型鎳礦典型礦床是位于Beforona綠巖帶南部的Ambatovy鎳(鈷)礦。Ambatovy鎳鈷礦位于首都塔納那利佛與東部港口城市塔瑪塔夫之間的Moramanga城北部，含礦原巖為鎂鐵質-超鎂鐵質雜巖體，包括正長巖、輝長巖、輝石巖和橄欖巖(圖4)。蛇紋石化橄欖巖、輝石巖經蝕變產生了礦床內的含鎳紅土，再經過地表氧化、淋濾、次生富集可形成規模較大的紅土型鎳鈷礦床。礦區地表紅土層礦體厚度5～40 m，金屬鎳見于整個紅土層內，鎳含量變化在0.5%～2.5%，有時達到3%，甚至3.5%。已探明該礦鎳金屬工業儲量140余萬噸，平均品位鎳1.04%,伴生鈷0.06%。目前，該礦由加拿大、韓國、日本公司聯合開發，每年生產金屬鎳60 000 t，鈷5 600 t。該礦除鎳鈷外，還發育鐵質風化殼，厚1～2 m，Fe含量46%、Ti含量1.37%，礦石量接近4 000萬t。

Beforona綠巖帶內其他紅土型鎳礦點主要位于Alaotra湖地區的Bemainty礦和鎳城(Nickelville)礦，其中Bemainty鎳礦鎳品位為1.3%，保有儲量21 000 t(金屬鎳)，鎳城(Nickelville)礦床鎳金屬儲量6 300 t(礦石的鎳品位為1.3%)。此外在Andilamena、Antsevabe、Mandritsara西部等地區均發現有蛇紋石化的超基性巖透鏡體，具有進一步的找礦潛力[23]。

圖4 Ambatovy鎳鈷礦礦區地質簡圖

3 結 語

本文初步介紹了出露于馬達加斯加中北部地區的Tsaratanana綠巖帶成礦地質背景和主要礦產資源特征。該綠巖帶形成于晚太古宙，包括Maevatanana帶、Andriamena帶和Beforona帶三條綠巖帶，主要由角閃巖相-麻粒巖相富鎂鐵質-長英質變質巖組成，同Antananarivo塊體構成“花崗-綠巖建造”，在晚元古宙遭受大規模的巖漿侵入作用。綠巖帶內發育豐富的礦產資源，主要由與太古宙變質地層有關的石英脈型金礦、BIF鐵礦和與晚元古界鎂鐵質-超鎂鐵質侵入巖有關的鉻鐵礦、釩鈦磁鐵礦和紅土型鎳(鈷)礦以及殘積型-沖積型砂金礦。雖然資源種類豐富，但目前工業開采礦床較少，具有較大的開發潛力。

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