坦桑尼亞石墨礦地質(zhì)特征及找礦前景

羅清威, 張克川, 秦德雨, 權(quán) 成

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第七地質(zhì)大隊(duì),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(gè)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(chǎn)而備受全球關(guān)注,具有發(fā)現(xiàn)世界級(jí)礦藏的巨大潛力[1]。

此外,坦桑尼亞政局相對(duì)比較穩(wěn)定,與礦業(yè)相關(guān)的各項(xiàng)法律法規(guī)制度也相對(duì)較完善,同時(shí)政府部門(mén)也為礦產(chǎn)資源勘查及礦業(yè)開(kāi)發(fā)提供了較多的優(yōu)惠政策,吸引了全球眾多的國(guó)際礦業(yè)公司投入大量資金進(jìn)行相關(guān)的礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)研究工作。為進(jìn)一步推動(dòng)該國(guó)石墨礦資源勘查、開(kāi)發(fā)及研究工作,結(jié)合相關(guān)地質(zhì)勘查工作的實(shí)踐,對(duì)該國(guó)石墨礦的地質(zhì)特征和找礦前景進(jìn)行分析論述。

1 坦桑尼亞地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造背景[2]

坦桑尼亞的地質(zhì)歷史豐富多樣,太古宙以來(lái)經(jīng)歷了長(zhǎng)期復(fù)雜的塊體拼貼和造陸運(yùn)動(dòng)。坦桑尼亞高原主要由前寒武紀(jì)火成巖和變質(zhì)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(dá)西南部。基底巖石分布超過(guò)40%的陸地面積,包含各種不同時(shí)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(lái),坦桑尼亞一直保持穩(wěn)定的克拉通,此后的構(gòu)造作用僅限于古元古代烏薩迦蘭活動(dòng)帶,分布于克拉通南東側(cè)、烏賓迪活動(dòng)帶;中元古代契巴拉活動(dòng)帶,分布于克拉通的北西側(cè)和新元古代泛非莫桑比克活動(dòng)帶;元古代活動(dòng)帶呈帶狀環(huán)繞克拉通分布。泛非運(yùn)動(dòng)后,坦桑尼亞境內(nèi)經(jīng)歷了相對(duì)平靜的時(shí)期,廣泛的準(zhǔn)平原化階段持續(xù)了近300 Ma。晚石炭紀(jì)—早二疊紀(jì),岡瓦納大陸發(fā)生裂解,整個(gè)東非處于伸展機(jī)制下,沿坦桑尼亞?wèn)|—東南部海岸沉積盆地沉積了古生代—新近紀(jì)的陸相和海相沉積物。

第三紀(jì)以來(lái),長(zhǎng)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(dòng)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(zhì)礦產(chǎn)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(chǎn)金、金剛石等礦產(chǎn)而聞名于世,其中維多利亞湖東、南側(cè)綠巖帶中的金礦、希尼安加地區(qū)含金剛石金伯利巖管等是重要的礦床類型。

坦桑尼亞礦產(chǎn)資源豐富,現(xiàn)已查明礦產(chǎn)有50余種。金屬礦產(chǎn)主要有金、銅、鐵、錫、鎢、錳、鎳、鉻、鈷、鈦、鉑族元素等;非金屬礦產(chǎn)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(chǎn)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(duì)重要的優(yōu)勢(shì)礦種。

圖1 坦桑尼亞大地構(gòu)造圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[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(zhì)火山沉積;4.中—新生界變質(zhì)沉積;5.巖系;6.第三系變質(zhì)火山沉積;7.河流;8.地質(zhì)界線。

然而坦桑尼亞礦產(chǎn)資源調(diào)查工作相對(duì)薄弱,相當(dāng)部分的國(guó)土尚未進(jìn)行過(guò)比較系統(tǒng)的地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查工作。根據(jù)已有資料來(lái)看,坦桑尼亞的礦產(chǎn)資源的潛力非常巨大,已知礦產(chǎn)的埋藏深度多為200 m左右,露天礦床多,開(kāi)采條件較為優(yōu)越。目前,除黃金、金剛石、天然氣等礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)規(guī)模較大外,其余多數(shù)礦產(chǎn)仍未得到有效開(kāi)發(fā)利用。

2 坦桑尼亞石墨礦地質(zhì)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(zhì),而且還需要一個(gè)特定的成礦環(huán)境。石墨礦一般賦存在經(jīng)過(guò)中深區(qū)域變質(zhì)作用達(dá)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(zhì)巖組成,其原巖為泥質(zhì)巖經(jīng)深變質(zhì)形成的麻粒巖和黑云母片麻巖。

從大地構(gòu)造背景來(lái)看,石墨礦多出現(xiàn)在古陸邊緣活動(dòng)帶上、古大陸陸核發(fā)育區(qū)和構(gòu)造隆起區(qū),而位于坦桑尼亞?wèn)|南部的莫桑比克活動(dòng)帶內(nèi)出現(xiàn)的大理巖、石英巖、片巖、變泥質(zhì)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(zhì)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(zhì)變形事件,主要分為3個(gè)階段:①730-760 Ma,以擠壓作用為主,使巖石由角閃巖相變?yōu)槁榱r相;②610-660 Ma,以剪切應(yīng)力為主,產(chǎn)生了南北向和北北西向的剪切帶,并伴有角閃巖相變質(zhì)以及混合巖化;③530-570 Ma,以剪切應(yīng)力為主,使得早期構(gòu)造再活化并形成北西向的剪切帶。多期次的變質(zhì)變形事件不僅使區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖發(fā)育,而且形成了大量與變質(zhì)巖伴生的礦產(chǎn)資源。

圖2 坦桑尼亞主要礦產(chǎn)資源分布圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[2]修改)Fig.2 Distribution of main mineral resources in Tanzania1.第四紀(jì)、第三紀(jì)—第四紀(jì)盆地、蒸發(fā)巖、自生礦物、煤等區(qū)域熱液活動(dòng)帶;2.金伯利巖和金剛石成礦省;3.標(biāo)識(shí)的其他礦點(diǎn);4.碳酸鹽巖(磷、稀土、鈮等);5.礦山。

2.2 礦床地質(zhì)特征及找礦前景

坦桑尼亞石墨礦床多數(shù)位于該國(guó)的中部和東南部地區(qū)。2015年底,由于境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了豐富的石墨礦產(chǎn)資源,坦桑尼亞能源和礦產(chǎn)部(MEM)宣布,其將很快成為世界上最大的石墨生產(chǎn)國(guó)之一。目前正在開(kāi)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(xiàng)目、奇拉洛(Chilalo)石墨項(xiàng)目、納曼加勒(Namangale)石墨項(xiàng)目、馬亨蓋(Mahenge)石墨項(xiàng)目等。

2.2.1 馬瑞拉尼礦床

根據(jù)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(lán)晶石—硅線石石墨片麻巖(藍(lán)晶石石墨片麻巖),晶質(zhì)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(zhì)石墨,礦石中固定碳含量5%～12%。偉晶巖透鏡體中晶質(zhì)石墨鱗片直徑可達(dá)5 mm,礦石中固定碳含量5%～10%。經(jīng)壓碎、研磨浮選后,石墨片徑>300 μm,精礦中固定碳含量達(dá)98.5%(>80%),為一級(jí)品;②熱液蝕變石墨片麻巖(主蝕變帶),晶質(zhì)石墨礦物含量8%～20%,晶質(zhì)石墨呈浸染狀和集合體產(chǎn)出,鱗片大小為0.5～2 mm(平均0.7 mm),屬中—大鱗片晶質(zhì)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(dá)30%～40%;③板狀黑云母石墨片麻巖,是該區(qū)最常見(jiàn)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(zhì)石墨,與藍(lán)晶石石墨片麻巖相比,晶質(zhì)石墨鱗片更小,呈團(tuán)塊狀或集合體產(chǎn)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(chǔ)量為760萬(wàn)t,固定碳品位5.5%～11.2%,晶質(zhì)石墨礦物儲(chǔ)量53萬(wàn)t。馬瑞拉尼礦床C塊區(qū),計(jì)算的石墨礦石資源量為880萬(wàn)t,固定碳平均品位為8.3%,晶質(zhì)石墨礦物資源量為73萬(wàn)t,具大型礦床規(guī)模。

2.2.2 乞力噶里山礦床

據(jù)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(jì)烏薩迦蘭超群。其中,Ⅰ區(qū)中含石墨片麻巖露頭平均厚度0.5 m,寬10～50 m,長(zhǎng)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(qū)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(fā)分為0.3%、礦石固定碳為30.9%,已查明晶質(zhì)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(diǎn)。

此外,在坦桑尼亞?wèn)|南部,如林迪和姆特瓦拉地區(qū),有數(shù)百個(gè)不同厚度和質(zhì)量的含石墨片麻巖和片巖露頭,均屬于前寒武紀(jì)烏薩迦蘭超群,但地質(zhì)調(diào)查程度低,僅對(duì)小部分露頭進(jìn)行了調(diào)查,因此該地區(qū)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(jù)不同的成因,石墨礦床可以分為三種類型,分別是區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型[6]。其中,區(qū)域變質(zhì)型和巖漿熱液型石墨礦床主要發(fā)育為鱗片狀晶質(zhì)石墨,接觸變質(zhì)型石墨礦床主要發(fā)育為隱晶質(zhì)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(qū)域變質(zhì)型石墨礦床主要發(fā)育有片麻巖型、片巖型、大理巖型、變粒巖型;接觸變質(zhì)型石墨礦床主要發(fā)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(fā)育有花崗巖型、閃長(zhǎng)巖型和長(zhǎng)英質(zhì)巖型礦石。

坦桑尼亞石墨礦床多分布在中部和東南部地區(qū),該地區(qū)地層主要以屬于前寒武紀(jì)烏薩迦蘭超群為主,烏薩迦蘭超群主要由泥質(zhì)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(zhì)巖系,其中角閃巖相、麻粒巖相是尋找晶質(zhì)石墨礦床的重要標(biāo)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(dǎo)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(yīng)用

坦桑尼亞石墨礦床多屬于區(qū)域性變質(zhì)礦床,同時(shí)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(zhì)巖系中,礦床受褶皺、斷裂等構(gòu)造影響較大,混合巖化作用較為普遍,并受到多期變質(zhì)作用的疊加影響。礦體主要受到沉積變質(zhì)作用的控制,有一定的賦礦層位。

石墨的化學(xué)成分為碳。天然產(chǎn)出的石墨很少是純凈的,常含有10%～20%的雜質(zhì)。石墨是電子型導(dǎo)電體,含石墨的巖石具有較高的極化率,當(dāng)巖石中石墨含量不是很高時(shí),巖石的極化率與石墨含量具有正相關(guān)關(guān)系。因此,根據(jù)石墨礦特殊的低阻高極化特點(diǎn),分析認(rèn)為應(yīng)用激電法、磁法及TEM等物探方法在石墨礦床勘查過(guò)程中應(yīng)該可以取得很好的效果,達(dá)到間接或直接找礦目的[8-10]。

但由于目前情況下很多礦區(qū)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(jīng)不能夠滿足石墨礦床的勘查需求,需要結(jié)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(píng)價(jià)提供更為可靠的依據(jù)。

4 結(jié)論

石墨是一種具有重要戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義的礦產(chǎn)資源,對(duì)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)、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(zhì)特征以及境內(nèi)石墨礦床的找礦前景以及思路和方法,認(rèn)為該國(guó)石墨礦產(chǎn)資源潛力巨大,并且具有良好的投資環(huán)境和工業(yè)開(kāi)發(fā)前景。

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