納米比亞西北部朝斯組鐵礦地質特征研究與初步經濟評價

劉典波,李利陽,張傳恒

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083；2.武警黃金第四支隊，遼寧 遼陽 111000)

納米比亞地廣人稀，礦產資源非常豐富，素有“戰略金屬儲備庫”之稱[1]。采礦業是納米比亞經濟的三大支柱產業之一，占國內生產總值(GDP)的10.4%(2009年)，對國家稅收貢獻率為11%[2]。納米比亞正在開發的礦產主要有鉆石、鈾、銅、金、銀、鉛和鋅等。

納米比亞西北部庫內內省(Kunene)朝斯組(Chuos)蘊藏著豐富的鐵礦，潛在鐵礦資源量達數十億噸[3]，具有巨大的潛在開采價值。如果能夠得到合理有效開發，將對納米比亞國內和庫內內省的經濟和就業等產生重要影響。

本文結合納米比亞區域地質背景和全球鐵礦成礦背景，通過對納米比亞西北部朝斯組巖芯觀察、地球化學數據分析等論述其地質特征，并對鐵礦進行初步經濟評價。

1 朝斯組區域地質背景和全球鐵礦成礦背景

1.1 納米比亞區域地質

納米比亞在大地構造上位于卡拉哈里克拉通的西北部[1]，其境內出露從太古代到新生代的巖層，涵蓋了超過2 600 Ma的地質歷史。全國有接近一半的地區有基巖出露，其他地區被年輕的卡拉哈里地層(Kalahari)和納米布(Namib)沙漠所覆蓋。

納米比亞出露的最古老的地層為位于中部和北部的變質巖，屬古元古代(2 200～1 800 Ma)地層。北部的Kunene和Grootfontein火山巖雜巖體，南部火山成因的Orange River組和Vioolsdrif花崗巖巖體以及火山沉積巖構成的Khoabendus組和Rehoboth層序也屬于這個時代。

納米比亞中元古代(1 800～1 000 Ma)地層為Namaqua變質巖，包括花崗片麻巖、變質沉積物、侵入變質巖和納米比亞中部Sinclair序列與花崗巖相關的火山沉積地層。

位于海岸線和內陸地區的新元古代達馬拉(Damara)造山帶(800～500 Ma)占據了納米比亞西北部和中部的大部分地區，在北部地區具有穩定的碳酸鹽臺地，而更靠南部地區的多種變質沉積巖表明沉積環境更加多變。沿著西南海岸線Gariep帶的火山沉積巖也被認為是達馬拉造山帶向南的延伸。在晚期的造山過程中，由達馬拉造山帶和Gariep帶抬升剝離的淺海碎屑沉積物構成的Nama群覆蓋了納米比亞的中南部。

二疊紀到侏羅紀Karoo層序中發育沉積巖和火山巖，主要出露在納米比亞東南和西北部的Aranos、Huab和沃特堡(Waterberg)盆地。這些地層大都被輝綠巖和巖墻群侵入，這些巖墻群主要是火山作用的玄武巖和大量的堿性次火山，是岡瓦納裂解和白堊紀大西洋形成的標志。第三紀到現代(小于50 Ma)納米布和Kalahari地層沉積在納米比亞廣泛分布[2]。

納米比亞泛非構造-造山作用后基本沒有大的構造活動。納米比亞出露的地層構造相對比較簡單，主要受泛非構造運動影響。納米比亞主要為一系列北東向、北西向構造，以褶皺和逆沖斷層為主。它們對新元古代以來火山巖的分布、后期沉積盆地的形成及沉積巖的展布具有重大影響。

納米比亞發育多期巖漿活動。最早巖漿巖為2 100 Ma的斜長巖雜巖，主要分布在東北部地區。新元古代泛非構造運動后又發生過數次巖漿巖侵入作用，依次為Richtersveld花崗巖/正長巖雜巖體侵入，Gariep雜巖體侵入及Damaran花崗巖侵入，并伴有與巖漿侵入有關的礦產資源形成。中生代以后又發生堿性雜巖體侵入和金伯利巖漿侵入作用[4]。

1.2 雪球地球事件與全球鐵礦成礦地質背景

雪球地球事件是指在距今800～550 Ma期間，地球表面從兩極到赤道全部被結成冰，形成“冰川災變事件”，整個地球成為雪球，只有海底殘留了少量液態水。由于海洋完全被封凍，大氣與海洋的物質交流被阻隔，海水變成停滯、寧靜和缺氧的還原環境。由于海底火山噴發從大洋中脊中溢出的二價鐵，在還原的海水中可以不斷地積累。這種缺氧還原環境一直可以持續到冰期結束。當冰川消融，大氣和海洋循環重新出現。新元古代時期大氣中有相當含量的氧氣，經上升流的推動，海水中富含的二價鐵離子在海水的氧化還原界面附近迅速被氧化為三價鐵而沉淀聚集成礦[5]。

鐵建造(iron formation，簡稱IF)包括條帶狀鐵建造(banded iron formation，簡稱BIF)和粒狀鐵建造(granular iron formation，簡稱GIF)[6]。BIF主要出現在太古代和古元古代早期，GIF在古元古代中更為常見。鐵建造普遍在1.85 Ga時突然消失，在1.85 Ga～700 Ma這段時間間隔內，只有很小規模的鐵建造沉積下來。但是在新元古代大規模的鐵建造突然在全球不同地方又重新出現，這可能與這一時期的雪球地球事件有關[7]。

2 朝斯組鐵礦地質特征研究

納米比亞西北部朝斯組地層屬于新元古代中晚期地層[8-9]。朝斯組鐵礦的出現與全球區域性大的鐵建造出現事件相吻合，屬于全球性成礦事件，有可能發現特大型鐵礦。

2.1 朝斯組鐵礦礦區地質

納米比亞古大陸在新元古代時期發生了大規模的裂谷，裂谷內發育一套巨厚的沉積層。早期主要為河湖相碎屑巖和碳酸鹽沉積，中晚期為海相碎屑巖及碳酸鹽巖沉積。中期初始階段的冰水沉積物中廣泛發育鐵建造。朝斯組鐵礦就賦存在這一時期形成的冰水沉積物當中。

2.2 朝斯組含礦層位和地質年代

朝斯組位于達馬拉(Damara)系奧塔威(Otavi)群，奧塔威群下部為Nosib群，上部為Mulden群。奧塔威群自下而上分為3個亞群，分別是Ombombo亞群、Abenab亞群和Tsumeb亞群，見圖1。

圖1 達馬拉系(Damara)地層簡圖Fig.1 Schematic stratigraphic column of Damara (資料來源：據文獻[8]修改)

朝斯組位于Abenab亞群底部，整合于Ombombo亞群之上，主要由混積巖、礫質砂巖、粉砂巖、碳酸鹽和鐵建造組成。沉積物分選不均勻，磨圓度不好，具有冰水沉積物的特征。

Abenab亞群和Tsumeb亞群的地質年代為730～570 Ma[10]，根據朝斯組位于Abenab亞群底部推斷，朝斯組的地質年代在730 Ma左右。

2.3 鐵礦含礦層位特征

朝斯組總體可以分為三段。下段主要以紅褐色鐵硅質巖為主，其次為泥巖、砂巖，沉積物分選不均勻，含礫砂狀結構。鐵硅質巖具有條帶狀構造，這一段中的鐵礦以赤-磁鐵礦為主，赤鐵礦以膠結物的形式存在，鐵含量一般在20%左右，具有水平層理或條帶狀結構，屬于典型的條帶狀鐵建造(BIF)。中段以灰綠色頁巖、砂巖、含礫砂巖和礫巖為主。巖石成分復雜、分選不均勻，含鐵量低于10%。上段為紅褐色含礫鐵質砂巖，鐵的含量一般可達20%以上。通過巖芯可以看到，大小不一的礫石在巖層中呈懸浮狀分布。

2.4 礦物組成和鐵礦類型

朝斯組鐵礦的成礦礦物主要是磁鐵礦和赤鐵礦，鐵礦石的磁化率高。同時可見極少量的黃鐵礦和菱鐵礦。朝斯組不同層位含鐵礦物也有所不同，底部主要以弱磁性的赤鐵礦為主，中上部含礦層磁鐵礦含量明顯增加。

2.5 鐵礦石地球化學特征

對朝斯組鉆井巖芯中取得的樣品進行主量元素、微量元素和稀土元素分析，數據見表1。

鐵礦石主量元素。由表1可知，SiO2平均值為18.7%，Fe2O3平均值為59.4%，FeO平均值為8.46%，CaO平均值為2.47%，MgO平均值為0.82%，K2O平均值為0.43%，Na2O平均值為0.31%，MnO平均值為4.2%，P2O5平均值為0.37%，Al2O3平均值為0.96%，TiO2平均值為0.08%。

表1 朝斯組鐵礦的主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10-6)組成Table 1 Major(wt%),trace and rare earth element(×10-6)compositions of the Chuos formation iron ore

續表1

樣號C-1C-2C-3C-4C-5C-6MnO0.88 2.16 7.61 3.03 4.46 5.96 P2O50.89 0.21 0.33 0.085 0.046 0.69 LOI3.75 3.54 5.91 2.29 1.85 5.61 Total99.88 99.87 99.89 99.88 99.81 99.83 La4.34 5.72 6.90 2.42 1.67 13.0 Ce6.99 10.3 12.1 7.34 4.13 21.9 Pr1.29 1.47 1.99 1.04 0.55 3.21 Nd6.89 6.94 10.2 5.34 2.81 14.3 Sm1.63 1.45 2.19 1.23 0.63 2.68 Eu0.50 0.37 0.55 0.32 0.23 0.65 Gd1.90 1.82 2.60 1.31 0.71 2.77 Tb0.43 0.41 0.56 0.31 0.17 0.53 Dy3.41 3.14 4.36 2.43 1.36 3.62 Y31.5 25.2 38.3 16.2 10.6 27.7 Ho0.84 0.77 1.10 0.56 0.34 0.83 Er2.72 2.50 3.70 1.91 1.09 2.68 Tm0.51 0.48 0.68 0.37 0.25 0.50 Yb3.11 2.98 4.46 2.44 1.75 3.18 Lu0.39 0.38 0.54 0.31 0.22 0.41 Li4.48 8.43 8.41 7.13 11.0 39.6 Be0.64 0.76 0.45 0.62 0.67 0.86 Sc4.20 5.93 2.84 4.14 6.19 7.14 V49.3 48.2 83.3 52.5 66.0 38.3 Cr5.71 5.78 8.06 6.14 48.0 6.32 Co54.0 37.4 31.2 62.9 65.4 97.2 Ni40.2 31.4 58.6 55.7 58.4 53.4 Cu55.8 1.63 1.77 4.59 11.1 2.42 Zn11.4 14.3 15.9 10.1 15.3 22.0 Ga1.51 2.36 2.87 1.66 1.88 3.27 Rb6.47 12.3 3.14 5.72 9.16 9.97 Sr432 183 390 226 148 629 Zr6.96 20.2 12.4 586 21.4 36.7 Nb1.28 2.59 1.80 2.71 3.56 10.5 Mo10.7 0.24 0.53 0.23 0.21 0.24 Cd0.12 0.067 0.12 0.034 0.073 0.10 In0.005 0.012 0.005 0.006 0.009 0.019 Sb1.27 0.33 0.70 1.78 1.67 0.33 Cs1.38 2.21 0.09 0.10 0.22 0.14 Ba268 553 271 633 891 967 Hf0.15 0.45 0.35 14.8 0.38 0.95 Ta0.22 0.24 0.15 0.082 0.074 0.61 W0.29 1.17 6.17 9.99 6.61 2.28 Tl0.53 0.061 0.027 0.026 0.18 0.04 Pb13.8 1.43 8.29 7.46 5.22 10.3 Bi0.47 0.017 0.17 0.23 0.12 0.098 Th0.73 1.16 0.82 0.71 0.61 1.84 U0.41 1.75 0.70 0.46 0.68 0.48

鐵礦石主量元素圖解見圖2。由表1和圖2可知，朝斯組鐵礦SiO2含量較高，說明鐵礦形成時有較多的碎屑物質加入，而且MnO含量明顯偏高。

鐵礦石微量元素。經PAAS(Post Archean Australian Shale)標準化的微量元素蛛網圖解見圖3。由表1和圖3可知，朝斯組鐵礦中微量元素富集Co，相對虧損Rb。

圖2 朝斯組鐵礦石樣品主量元素圖解Fig.2 Main elements pattern of the Chuos formation iron ore

圖3 朝斯組鐵礦石樣品的微量元素蛛網圖解Fig.3 Trace elements pattern of the Chuos formation iron ore

鐵礦石稀土元素。經北美頁巖標準化的稀土元素配分圖解見圖4。由表1和圖4可知，朝斯組鐵礦石樣品的稀土總量均較低(∑REE=26.5×10-6～97.9×10-6，平均值為64.8×10-6)；具有相似的REE配分模式，輕稀土相對重稀土虧損(La/Yb比值為0.09～0.39，平均值為0.18)和輕微的Eu正異常(Eu/Eu*為0.97～1.49，平均值為1.14)，樣品C-5有較大的Eu正異常，樣品C-2的Eu為輕微負異常。樣品有明顯的Ce負異常(Ce/Ce*比值比值為0.64～0.97，平均值為0.79)。

圖4 朝斯組鐵礦石樣品的稀土元素配分圖解Fig.4 Rare earth elements pattern of the Chuos formation iron ore

2.6 鐵礦石成礦物質來源

朝斯組鐵礦中的成礦物質Fe到底是來源于含鐵礦物陸源風化后隨河流搬運進入盆地還是來源于海底火山熱液噴發隨上升洋流進入淺海沉積是一個重要問題。這個問題決定了朝斯組鐵礦規模、礦層展布方式和開采方式等。

根據鐵礦石地球化學特征可知，鐵礦石SiO2含量較高，說明鐵礦沉積過程中有較多陸源沉積物參與。Y/Ho的比值是區分海相和非海相沉積環境的有用指標。研究表明,上地殼巖石和陸源沉積物的Y/Ho比值為26～28，現代海水的Y/Ho比值為44～74。朝斯組鐵礦Y/Ho的比值為29～38，平均值為33，這一數值介于陸源沉積物和海水沉積物之間。一般認為火山巖和海相沉積物的Sr/Ba比值大于1，陸源沉積物的Sr/Ba值小于1[11]。朝斯組鐵礦石Sr/Ba的比值為0.17～1.61，表明既有陸相成因的鐵礦石也有海相沉積的鐵礦石。

綜上所述，朝斯組鐵礦是海相沉積成因的鐵礦。鐵主要來源于海底熱液帶來的鐵，同時鐵礦中也有較多的陸源碎屑沉積物加入。

2.7 朝斯組鐵礦成礦與雪球地球事件

Ce、Eu、U、V和Mo是對氧化還原敏感的元素，通常可以用來指示成礦時海水的氧化還原環境的變化。由于雪球地球的影響，全球性的冰蓋隔絕了海洋與大氣之間的物質交換，造成海洋環境為缺氧還原環境，從而使海底熱液包括陸源沉積物形成的鐵被重新還原，出現了海洋中Fe2+富集的情況。當冰蓋逐漸融化，海水與大氣的交換暢通，表層海水再次氧化，Fe2+不斷被氧化成三價鐵沉淀下來，最終形成鐵礦[5]。朝斯組鐵礦Ce的負異常反映了海水的氧化環境，而Eu的輕微正異常說明海底低溫熱液的活動。

朝斯組鐵礦的形成與雪球地球事件有密切關系。雪球地球形成的冰蓋使海洋出現還原環境，待冰蓋逐漸消失后海洋再次被氧化，從而使海水中大量累計的Fe2+沉淀形成了朝斯組鐵礦。

3 朝斯組鐵礦初步經濟評價

3.1 鐵礦成礦帶幾何形態

朝斯組鐵礦成礦帶主要位于納米比亞北部地臺帶，由東西兩個成礦帶構成見圖5。東成礦帶從Opuwo向南南東方向延伸到Outjo地區，出露長度大于420 km。西礦帶從Ongaba鐵礦向南南東方向延長270 km，到達Kamanjab內露層附近[3，10]。

圖5 納米比亞西北部鐵礦帶Fig.5 Map of northwestern of Namibia iron ore belt (資料來源：文獻[3]，有修改)

納米比亞西北部已經發現多個鐵礦，其中包括Ongaba鐵礦、Owihende鐵礦、Ombombo鐵礦、Opuwo鐵礦和東鐵山鐵礦等。

3.2 鐵礦規模和遠景資源量

朝斯組鐵礦分布面積超過38 000 km2，礦體平均厚度約10 m，局部超過100 m。根據周邊地區鉆井巖芯和其他資料推斷，鐵礦的資源量近20億t[3]，屬于超大型鐵礦。

3.3 鐵礦石品位

朝斯組鐵礦石鐵品位不同層段由于所含鐵礦物的不同，品位也不相同。根據巖芯資料分析，上段以赤-磁鐵礦為主的鐵礦的平均品位為30.7%，下段以赤鐵礦為主的鐵礦的平均品位為37.4%。

3.4 鐵礦總體潛在經濟價值

朝斯組鐵礦資源量近20億t，經選礦達到62%的鐵礦石總量為10億t。按照品位為62%的鐵礦石價格70美元/t[12]計算，總體潛在經濟價值為700億美元。隨著對朝斯組鐵礦勘探工作的加大，鐵礦資源量有可能進一步增加。

鐵礦的潛在經濟價值并不代表其實際經濟價值，鐵礦開采需要大量的前期投入。鐵礦開采后能否獲得實際經濟利益取決于很多方面。

3.5 開采方式

朝斯組鐵礦的整體埋藏不算很深，開采方式可以采取兩種:一種是露天開采，對于通過露頭就可以看到的鐵礦層，通過大型機械將非礦層剝掉，直接采集底部鐵礦層。一種是坑道采礦，對于埋深在百米以上的鐵礦可以通過挖坑道采礦的方式沿礦體向內部開采。

在實際開采過程中采取何種方式還需要更多的詳探井探明鐵礦層的埋深和礦層連通程度。納米比亞經歷泛非造山運動以后，構造運動比較少，地層比較穩定，構造比較簡單。這有利于探明鐵礦的埋深和連通情況，以便確認和優化鐵礦的開采方式。

3.6 開采過程中的環境保護問題

鐵礦采礦過程中保護好納米比亞脆弱的自然環境是開采朝斯組鐵礦必須考慮的問題。首先采礦的過程必然會給環境帶來一定的不利影響，包括對植被的破壞、水系的污染和空氣的污染等。其次納米比亞有嚴格的環境保護法。納米比亞是最早將環境保護寫進憲法的國家之一，涉及環境保護的主要法規是《納米比亞環境管理法案》。納米比亞對環境保護要求很嚴格，對大氣、水源和森林等環境因素有嚴格的保護措施。最后，要開采朝斯組鐵礦必須經過嚴格的環境評估。納米比亞通過環境保護立法和對礦業企業的環境評估，最大限度地減少礦產和能源開發活動對環境的影響。礦產資源勘探和開發過程中出現環境事故不僅會受到嚴厲的法律制裁，甚至可能使企業喪失在納米比亞繼續從事礦產資源勘探開發的資格[13]。

3.7 鐵礦開采的土地問題和征地成本

朝斯組鐵礦開采過程中無論是采取露天開采還是坑道開采都必然涉及開采所占用的土地。根據納米比亞法律規定地下的礦產資源歸國家所有，但是土地卻是歸私人所有。如果要對朝斯組鐵礦資源進行開采，必然要占用土地。土地所有者必定會提出對土地占用的高額要價或者直接要求在鐵礦開發過程中占有股份，從而大幅增加土地成本。

3.8 鐵礦開采的基礎設施與工業布局

朝斯組鐵礦所處的庫內內省基礎設施薄弱，開采過程中需要在配套的基礎設施建設方面投入大量資金。首先是庫內內省是納米比亞最貧困的地區，基本沒有工礦業。其次交通運輸不便。庫內內省沒有鐵路，公路交通也不發達。從鐵礦到距離最近的鯨灣港(Walvis Bay，亦稱沃爾維斯灣)有600多千米。庫內內省的基礎設施薄弱和交通不便是制約朝斯組鐵礦能否順利開采的重要因素。

朝斯組鐵礦所處的庫內內省基本上沒有工業，沒有可以與鐵礦開采配套的產業。鐵礦開采必須要充分考慮開采過程中涉及的水、電、燃料、機械和技術工人等相關問題。

3.9 鐵礦石市場需求分析和最終盈利前景分析

納米比亞本身工業條件落后，國內沒有大型鋼鐵冶煉工廠，一旦鐵礦投入開采，國內根本無法消化如此巨量的鐵礦石，因此開采的鐵礦石只能經過精選后賣到國際市場。

鐵礦開采的最終盈利受多方面因素的影響。其中包括前期投入、采選成本、國際市場鐵礦石的價格、運輸成本等。綜合比較來說，納米比亞朝斯組鐵礦在國際市場上的競爭力不如澳大利亞和巴西的鐵礦。只有當國際上鐵礦石的價格高過特定的數值后才能實現盈利。

3.10 中國企業開采鐵礦的輿論問題

隨著中國在納米比亞礦業投資的增加，引起了納米比亞輿論的擔憂。納米比亞媒體自由，但是受西方媒體影響比較大。隨著西方輿論對于中國礦業在非洲投資的指責，納米比亞媒體也不失時機地宣傳中國礦業企業到納米比亞就是為了開采和掠奪礦產資源，對中國礦業企業在納米比亞的發展造成不利影響。

中資礦業企業應該認識到在納米比亞輿論宣傳的重要性，注重在當地加強正面宣傳。首先，中資礦業企業應該多關注自身企業責任，在當地樹立良好的企業形象，積極為當地教育、文化活動和其他社會活動等提供贊助和支持等，讓當地人切實感受到中資企業帶來的好處。例如有的中資礦業企業與當地大學聯合，由企業出資設立獎學金，資助大學生到中國留學。其次，中資企業應該主動加強與當地媒體的溝通，通過當地媒體讓當地人了解中資礦業企業，為中國在納米比亞投資開發礦產資源創造良好的輿論環境，實現中納“合作雙贏”。最后，以適當的方式反擊西方媒體對中國礦業企業在納米比亞投資的不利宣傳。

4 結 論

納米比亞西北部朝斯組所賦含的鐵礦在新元古代形成時具有良好的全球成礦環境，主要的含鐵礦物為赤鐵礦和磁-赤鐵礦。根據鐵礦石巖芯的地球化學數據并結合其他地質特征綜合分析可知：①鐵的主要來源為海底熱液在海洋氧化還原條件由還原環境變成氧化環境下形成的重要的鐵礦石資源；②在鐵礦的形成過程中也有來自于陸源的鐵質加入；③朝斯組鐵礦石品位較高，礦體厚度大，分布面積廣，具有重要的開采價值和經濟價值。

朝斯組鐵礦雖然早就被發現而且儲量巨大，但是一直到現在也沒有被開采，主要是存在很多制約開采的問題暫時無法解決：①開采所涉及的土地問題和環境保護問題導致了開采前期投資巨大；②鐵礦周邊的基礎設施落后導致礦產品外運成本太高從而使開發盈利減少；③不利的社會輿論環境也會影響礦業企業的投資和開發。

建議中資礦業企業可以在該區域內除了進行必要的鐵礦勘探外，進一步勘探其他經濟價值更高的共伴生礦產。如果能夠發現更高價值的共伴生礦產，可以在開發鐵礦的同時開發共伴生礦產，既為庫內內省的經濟和就業做出重要貢獻，也可以為企業帶來正當利潤。