安哥拉Bonga礦區雙稀礦床特征分析

趙勝利，黃 波，楊 濤，曹其琛，孫芳芳

(1.山東地礦國際投資有限公司，濟南 250000；2.貴州理工學院 資源與環境工程學院，貴陽 550003；3.貴州省有色金屬和核工業地質勘查局 物化探總隊，貴州 都勻 558000；4.中國冶金地質總局 山東正元地質勘查院，濟南 250101)

鈮(Nb)是具高熔點(2 468℃)和高沸點(5 127 ℃)的稀有金屬，具較好的耐腐蝕、超導、單極導電和在高溫下強度高等特性，大量用于冶金、國防、航空、航天、電子計算機、高檔次的民用電器及各類電子儀表中，顯示了較高經濟價值，成為了礦床學家的重點研究對象[1-7]。

賦鈮礦物主要為碳酸巖—堿性巖中的燒綠石，多呈副礦物或與稀土礦物伴生[1-7]，與國內重要的湖北廟埡碳酸巖稀土礦床、江西宜春雅山晚侏羅世鈮鉭礦床及國外多個重要的中生代中晚期稀有、稀土等礦床對應[1-9]。Bonga為重要的碳酸巖型雙稀礦床，礦區存在原生礦和風化砂礦，具超大型規模。

1 區域地質背景

安哥拉地處非洲隆達-比耶高原區(南緯5°～18°，東經11°～24°)，大地構造位置上處于扎伊爾克拉通東北部，經歷了非洲大陸的地質演化；古老的沉積地層經歷了新太古代大規模構造運動—中石炭世大陸侵蝕和堆積—中生代巖漿活動發育—新生代造山運動等一系列構造運動，形成了當今的高原(圖1)[1-7]。

Cabinda-卡賓達；Luanda-羅安達；Benguela-本格拉；Lubango-盧班戈；Huambo-萬博；Lucapa-盧卡帕；Namibe-納米貝圖1 安哥拉地質簡圖(碳酸巖和金伯利巖分布略圖)(據鄭硌等[4]；BAMBI A M et al[5])Fig.1 Geological sketch map of Angola(distribution map of carbonate rocks and kimberlites)(according to ZHENG et al[4]；BAMBI et al[5])

在地層單元的分布上，古老基底占據著中部高原地帶，中新生代蓋層分布于西部沿海岸線地段和東部中生代盆地。太古宙未分異片麻巖和侵入巖構成Dinde-Lola地區的結晶基底；元古宙在區域上主要為變質碎屑沉積巖和碳酸鹽巖，中新元古代均為碎屑沉積巖和碳酸鹽巖；石炭-早侏羅世為陸源碎屑沉積和Karoo群火山巖；早侏羅-第四系為碎屑沉積巖—碳酸鹽巖及金伯利巖。

全區斷裂構造發育，總體上為NE向斷裂，其次為NW向斷裂和一些相對較小的近EW向斷裂。主要斷裂為NE向Huombo-Sourimo大斷裂及中生代Lucapa裂谷系統。較大的斷裂主要為分布于Huombo地區兩側和Lucapa地區夾持于兩條近EW向斷裂，北部地區為大規模的逆沖推覆構造，伴隨大量巖漿侵入，提供了豐富的深源成礦物源和有利的成礦地質背景。

區域上巖漿活動從前寒武系持續到中生代，以侵入巖為主，前寒武紀主要有元古宙中酸性巖—巖脈類、煌斑巖—橄欖巖及輝長巖-閃長巖雜巖等；古生代主要為酸性巖類；中生代為蘇長巖—粒玄巖，主要分布在Tchivira和Bonga雜巖體及其附近。Thivira與Bonga為雜巖體，Bonga巖體主要巖性為碳酸巖、含正長巖捕擄體碳酸巖、噴發角礫巖、斑巖及正長巖等。

總之，多期構造作用和巖漿活動，提供了豐富的深源性高密度成礦物質和有利的成礦地質背景，與區域上已知有色、黑色、貴金屬及雙稀等多種深源性相關礦床對應，Bonga碳酸巖為本區重要雙稀來源。

2 礦區地質特征

礦區出露主要有前寒武紀基底、早白堊世巖漿巖和第四系風化殘坡(堆)積層(圖2)，構造較簡單，出露的巖漿巖為元古代花崗巖、早白堊世正長巖及早白堊世碳酸巖。

1—第四系；2—碳酸巖；3—白堊世正長巖；4—元古代花崗巖；5—碳酸巖相；6—含正長巖捕擄體的碳酸巖；7—礦體及編號；8—斷層圖2 Bonga鈮礦區地質略圖(據鄭硌等[4]略有修改，2014)Fig.2 Geological sketch map of Bonga niobium mining area(modified slightly according to ZHENG et al.[4]，2014)

2.1 地層

礦區出露地層簡單，主要有前寒武紀基底和第四系風化殘坡(堆)積層。前寒武紀基底以元古代黑云母花崗巖及混合巖化為主，局部有偉晶巖脈穿插。

第四系風化殘坡(堆)積層主要分布在碳酸巖邊緣北東部、北西部，分布范圍主要受碳酸巖風化剝蝕、堆積及地形等多因素的影響，常為碳酸巖中部向巖體邊緣地勢相對平坦地區呈發散狀分布。巖體北部為近南北向延伸的正長巖小丘，分隔成北西和北東兩部分。

2.2 構造

區內構造主要表現為線性構造和環形構造。其中NE向構造與Huombo-Sourimo區域性大斷裂展布方向一致，是區內主要的控巖、控礦構造。早白堊世堿性巖體即沿該斷裂發育，表現為近圓臺形的孤立山頭；環形構造為Bonga碳酸巖巖體侵位形成的巖塞。

2.3 巖漿巖

礦區巖漿活動強烈，出露的巖漿巖主要有元古代花崗巖、早白堊世正長巖與碳酸巖。

1)元古代花崗巖(Ptγ)

元古代花崗巖呈環狀分布于礦區邊緣，構成區內巖體分布的外環，大多遭受風化剝蝕位于礦區四周邊緣地勢低緩地帶，巖石為中細粒，粒狀半自形結構，主要礦物成分為石英、長石；次要礦物主要為黑云母；副礦物主要為榍石、磷灰石、 鋯石和金紅石等。綠簾石、高嶺石、綠泥石為后期蝕變礦物。

2)早白堊世正長巖(Kξ)

正長巖在礦區內分布于元古代花崗巖內側、早白堊世碳酸巖體外側，呈半環狀在礦區南、東、南西及北部零星出露，構成礦區環狀巖體分布的中環。礦區北部、北西、北東因第四系覆蓋未出露，部分工程揭露到正長巖基巖。正長巖為粗粒結構，主要礦物包括正長石、斜長石、輝石；次要礦物為石英、黑云母、角閃石；副礦物主要為榍石和磷灰石等。

3)早白堊世碳酸巖

區內出露最明顯為Bonga巖體，表現為一個拔地而起的孤立山峰，地形陡峭，最高海拔1 919.2 m，高出周邊平原約900 m，在山體頂部，為一深約200 m的凹陷，巖體平面上呈近圓形，侵位于元古代花崗巖、早白堊世正長巖中。

Bonga巖體是碳酸巖雜巖體，呈巖塞狀產于元古代花崗巖基底的斷裂交匯部位，呈環狀和巖筒發育。主體由碳酸巖組成，從外向內存在分帶性。最外側的正長巖呈一個不完整的環狀圍繞碳酸巖體分布；向內為含正長巖捕虜體的碳酸巖相，再向內為碳酸巖相，向中心又開始出現含正長巖捕虜體的碳酸巖相。捕擄體分布密度和大小不均勻，塊徑多為15～50 cm，少數塊徑>1 m。

碳酸巖顏色為灰白色，中粗粒結構，塊狀構造，局部為條帶狀或瘤狀構造。條帶狀構造主要是粗粒與細粒方解石、白云石交互成條帶；或與其他礦物(如角閃石、輝石、黑云母等)組成條帶相互交替；局部磁鐵礦、黃鐵礦、燒綠石等礦物富集呈條帶狀、條紋狀、星點狀、斑塊狀。

碳酸巖主要為方解石和少量白云巖，方解石多呈半自形—他形粒狀，副礦物種類較多，多呈細粒浸染狀、星點狀分布(圖3灰白色為方解石，中偏右上部二處暗色細粒狀為燒綠石)。

圖3 碳酸巖巖體中星點狀分布的燒綠石(透射單偏光)Fig.3 Star point distribution of pyrochlore in the carbonate rock mass(transmitting single polarized light)

3 礦體地質特征

礦體分為原生礦、風化礦兩類。原生礦賦存于早白堊系Bonga碳酸巖中，風化砂礦賦存于第四系殘坡(堆)積層(圖2)。

3.1 原生礦

原生礦賦存于Bonga碳酸巖體中，主要礦物為方解石和少量白云石，多為半自形—他形晶，粒徑常為2～5 mm，白云石較細，磁鐵礦、磷灰石為常見次要礦物。副礦物種類較多，主要有燒綠石、方沸石、黑云母、金云母、黃鐵礦、重晶石、金紅石、石英、鋯石、獨居石及鈦鐵礦等，方解石局部與磁鐵礦、黃鐵礦、燒綠石和黑云母呈條帶狀，具巖漿成因的特征。含鈮礦物主要為黃綠—灰黃色燒綠石(下圖4)，常為0.05～2 mm的自形—半自形晶，分布不均勻；主要蝕變有燒綠石化、含鈦磁鐵礦化、黃鐵礦化、褐鐵礦化等。

區內礦石分為三類：1)灰褐色中細粒條帶狀礦石，約占總量的50%，礦石中方解石、磁鐵礦、燒綠石和磷灰石等粒度較細，分布廣泛，約占總量的50%，Nb2O5一般為0.3%～0.5%；2)灰褐色中粒礦石，分布也較廣，約占總量的40%，Nb2O5一般為0.2%～0.5%；3)灰白—青灰色中粒夾少量粗粒碳酸巖，約占總量10%，Nb2O5一般為0.2%～0.3%。

3.2 風化砂礦

Bonga碳酸巖體周邊山前堆積、殘坡積的第四系風化砂礦，呈紅褐色-棕褐色似緩坡狀覆蓋于正長巖、碳酸巖及花崗巖之上。主要呈半環狀C型分布于Bonga巖體北側和西側，沿弧長方向長約8 km，寬0.45～0.91 km，厚度0.55～18.20 m，平均5.31 m。

區內含鈮砂礦二處，編號為V1與V2，礦體的形態、厚度及品位等特征受風化程度、地形地貌、流水作用等多因素影響較大。V1礦體底板多為花崗巖和碳酸巖，南西部多為正長巖；V2礦體底板以花崗巖和正長巖為主，其次為碳酸巖；礦體以碳酸巖體為中心，靠近巖體附近相對較厚、品位較高，遠離巖體方向逐漸變薄和貧化，Nb2O5品位0.10%～1.63%，平均0.69%。

1)礦物組合成分

通過對砂礦鏡下觀察、X-衍射分析、人工重砂分析、電子探針分析及MLA分析，其礦物組合主要為硅酸鹽類(63.21%)(表1)，其次為氧化物(22.42%)和磷酸鹽類(12.22%)，少量白云巖—有機質四類(2.09%)，多為親石元素礦物組合，硫化物較少，與其原巖風化相關。硅酸鹽中的鉀長石、高嶺石含量較高，呈半風化態，主要來源與花崗巖和正長巖的風化不完全有關。

表1 Bonga鈮礦礦物成分和嵌布粒度表

2)結構構造

礦物結構主要有中粗粒半自形-他形粒狀結構、包含結構、假象結構、殘余結構、不等粒砂結構、變余斑狀結構、碎裂化半自形—他形粒狀結構等，礦石中主要有用礦物燒綠石多呈透明—半透明、黃綠—灰黃色中粗粒、半自形—他形粒狀結構，磷灰石主要為透明中粗粒他形粒狀(圖4)。

圖4 風化砂礦中半自形—他形中粗粒狀燒綠石(左)和他形中粗粒狀磷灰石(右)Fig.4 Hypautomorphic-allotriomorphic granular pyrochlore in weathered placer(left)and allotriomorphic medium-coarse granular apatite(right)

礦物構造主要為松散塊狀構造、土狀粉末狀構造及少量稀疏浸染狀構造(圖5)。

圖5 松散狀礦石(左：粒度約100 mm；中：粒度約70 mm和50 mm)和土狀—粉末狀礦石(右)Fig.5 The loosened ore(Left：The granularity is about 100 mm；Middle：The granularity is about 70 mm and 50 mm) and the earthy-powdered ore(right)

3)礦石化學成分

礦石X-熒光主要元素分析結果見表2，稀士元素分析結果見表3。砂礦中含鈮0.51%，鐵13.03%，磷2.83%，稀土氧化物(TRE2O3)總量為8 913.49×10-6(0.89%)。Nb主要賦存于燒綠石中，少量賦存于磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、石英及鉀長石等礦物中，具較明顯的富鈮和富稀土元素的雙稀砂礦床，鐵礦和磷礦則為伴生有用礦物。

表2 礦石X-熒光主要元素分析結果

表3 礦石中稀土元素分析成果

4 成礦地質背景分析

1)據馬曉旻的“旋渦構造”學說[10-11]，我們提出了“螺旋構造”學說：地球自轉產生的科氏力作用下，形成了旋轉動力和向心擠壓力(圖6、圖7)，在南半球產生5個中低緯度的逆時針旋轉螺旋和1個南極順時針螺旋的中新生代構造[10-14]。安哥拉地處南部非洲西部，為“南非螺旋”NW部位(螺旋中心大致位于南非(國名)中部的金伯利Kimberley北西部附近，圖7)，在主要應力NE向SW方向的逆時針旋轉動力和NW向SE的向心擠壓的共同作用下，產生了NE向Huombo-Sourimo斷裂及中生代Lucapa裂谷系統，提供了巖漿活動和深源性成礦物質有利的通道，使碳酸巖以環帶式或中心式侵入元古代基底中，形成了早白堊世Bonga碳酸雜巖帶，為礦區雙稀礦床和區域上深源性成礦物質提供了有利的成礦地質背景。

F-向心擠壓應力；б0-旋轉動力圖6 地球螺旋單元產生及應力示意圖(左：據馬曉旻修編[11])Fig.6 Schematic diagram of the global spiral tectonic units and stress(Left：modified slightly according to MA Xiaomin[11])

1-螺旋邊界；2-順時針螺旋運動；3-逆時針螺旋運動；4-螺旋中心圖7 全球螺旋構造略圖(右：據馬曉旻修編[10])Fig.7 Sketch map of the global Spiral geotectonics (right：modified slightly according to MA Xiaomin[10])

2)礦區南西部約12 km的Tchivira碳酸巖富鈮雜巖體中K/Ar法年齡為138～130 Ma，黑云母中Rb/Sr法年齡為(112±8)Ma[4，15]，為早白堊世。主要的早白堊世巖漿巖有正長巖和碳酸巖雜巖體，Bonga碳酸巖中所含正長巖捕虜體，表明Bonga碳酸巖為后期生成；從正長巖中主要礦物鉀長石來看(鉀化)，為堿性程度較高的硅酸鹽，二者為早白堊世堿性系列火成巖。

3)礦區賦礦巖體為Bonga碳酸巖，多為親石元素組合，親硫元素組合礦物較少，與稀有、稀土、磷酸鹽及螢石等形成親石性組合較強的礦床[4]，對應貧硫富氧的親石元素組合背景。在Bonga碳酸巖雜巖體與南西方向的Tchivira碳酸巖—堿性巖的富鈮、富稀土元素等深源性雜巖體，以及多個碳酸巖體大多呈串珠狀分布于NE向Huombo-Sourimo斷裂及中生代Lucapa裂谷系統，同為早白堊世以環帶或中心式侵入基底中(圖1)，屬于熔體—流體過渡的高度演化碳酸巖—堿性雜巖體系[4，6]，與我國主要的湖北廟埡碳酸巖稀土礦床、江西宜春雅山地區晚侏羅世鈮鉭等礦床，以及正在開采或曾開采的加拿大(Oka)、挪威(Fen)、剛果(Lueshe)和全球最大的巴西(Araxá)鈮礦床等[4-9，16-17]，為同期或近期明顯幔源成因的碳酸巖，是中生代中晚期地球內部演化過程因重力分異作用下產生的低密度富鈮碳酸巖熔體—流體[4-5、16-18]，具全球性重要成礦專屬性——中生代中晚期特有的火成碳酸巖—堿性巖中稀有、稀土元素礦床。因此，沿NE向Huombo-Sourimo斷裂及中生代Lucapa裂谷系統分布的多個串珠狀碳酸巖，可能大多具有不同程度鈮礦(化)或稀土礦(化)，并有可能成為全球最大的雙稀礦床。從區域上前寒武到中生代多期巖漿的侵入作用，帶來了豐富的深源性高密度成礦物質，并在特定地質背景下富集，與區域上已知的有色、黑色、貴金屬及雙稀元素等礦床對應，顯示了較高的找礦遠景。

4)礦區分為原生礦和風化砂礦二種，原生礦為早白堊世Bonga碳酸巖，具超大型規模，主要為方解石和少量白云石，燒綠石為副礦物，也是主要的含鈮礦物；主要的礦石分為灰褐色中細粒條帶狀礦石和淺灰褐—灰褐色中粒礦石，前者Nb2O5一般0.3%～0.5%，后者Nb2O5一般0.2%～0.5%，是風化型含鈮砂礦產生的前提。

5)在后期構造運動和風化等諸多因素作用下，Bonga碳酸巖從高處崩塌或滑落，散布于巖體根部和山麓準平原之間的斜坡處，伴隨著后期的紅土化過程，遷出易遷元素和礦物，殘留了物理化學性質穩定的礦物，形成了紅土化砂礦。

6)礦區風化砂礦，屬于紅土化半風化型砂礦[19-20]。在早白堊世Bonga碳酸巖的產生和半風化過程中，將主要的碳酸鹽等易遷元素遷出，而燒綠石和稀土元素因物理化學性質穩定而進一步富集，使Nb2O5含量約0.6%，稀土氧化物總量0.89%，并較原生礦品位高，品位相對較為穩定，具超大型規模的雙稀砂礦床。

7)風化礦床中除了富集鈮外，也使原生礦中含量較低的鐵礦、磷礦及稀土元素等得到富集，稀土氧化物總量為0.89%。通過選礦實驗，除了回收鈮精礦外，還回收了品位為61.34%的鐵精礦和36.23%的磷精礦，具較高的綜合利用價值；因條件有限，沒有進一步做稀土元素的回收實驗。

8)風化砂礦較原生礦具有開采成本低、品位高的優點，其中伴生的鐵礦和磷礦均達到綜合回收要求，作為礦床開發利用方面首選風化砂礦。

5 結論

1)安哥拉地處“南非螺旋”NW部，在“南非螺旋”作用下，產生了NE向Huombo-Sourimo斷裂及中生代Lucapa裂谷系統，提供了巖漿活動有利的通道和成礦空間，形成了沿該帶的多個串珠狀分布的碳酸雜巖、堿性巖，大多具有不同程度的稀有、稀土元素礦(化)，可能成為全球最大的雙稀礦床，加上區域上多期巖漿活動，帶來了豐富的深源性相關成礦物質，顯示了較高找礦遠景。

2)中生代中晚期地球內部演化因重力分異作用下產生的低密度碳酸—堿性雜巖熔體—流體，和相應的貧硫富親石元素組合背景，形成了Bonga礦區以燒綠石為主的賦鈮礦物和稀土元素的雙稀礦床，具全球性重要成礦專屬性——中生代中晚期特有的碳酸巖—堿性巖中的稀有、稀土礦床。

3)早白堊世Bonga碳酸巖的原生鈮礦品位明顯低于風化砂礦，是風化雙稀礦的前提，在后期的構造和風化作用下形成紅土化砂礦，伴生有多種有用礦物，形成具超大型規模的雙稀礦床。

6 下一步工作建議

1)安哥拉地處“南非螺旋”NW部，在“南非螺旋”作用下，形成的一系列NE向Huombo-Sourimo斷裂及中生代Lucapa裂谷系統，提供了巖漿活動和高密度深源性流體有利的通道，還具有相似大型—超大型遠景和其他高密度深源性礦床，加強該區域地質工作，使之成為我國重要的海外礦產地。

2)加強與安哥拉合作關系，該國是貧窮的國家之一，利用礦區回收的磷精礦，加工成磷肥或復合肥，派遣相關專家，研究和促進多種產業發展，脫貧致富，與安哥拉和平共處，達到雙贏。

3)從原生礦到風化砂礦，有一個與鋁土礦相似的紅土化過程，也可能富集了鎵、鈧、鋰、鉿及鎢等元素，如常見的鋁土礦中鎵約可達0.01%，LiO2最高達0.58%(邊界品位0.5%)，W2O3最高達0.33%(邊界品位0.12%)。礦區中稀土氧化物總量為0.89%，成為有用伴生元素，值得評價其可能存在的多種稀有、稀土等有用元素，提高綜合利用價值。