喀麥隆東部省Nkamouna 鈷鎳礦床地質(zhì)特征及成因淺析

周先軍，李淑琴＊，周丁根

（江西有色地質(zhì)勘查一隊，江西鷹潭 335003）

喀麥隆東部省Haut Nyong地區(qū)蘊藏著豐富的紅土型鈷鎳礦資源。Nkamouna礦區(qū)位于首都雅溫德東部約400 km，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)13°48′25″～13°52′00″，北緯3°15′08″～3°19′02″，見圖1。筆者于2011年受國內(nèi)某礦業(yè)公司的委托，對上述礦區(qū)開展過紅土型鈷鎳礦資源儲量核實工作，本文試圖通過對該礦床的地質(zhì)特征進和礦床成因行總結(jié)研究，以期對該地區(qū)外圍找礦有一定的意義。

圖1 礦區(qū)交通位置圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

喀麥隆東部省Haut Nyong地區(qū)位于元古代變質(zhì)巖區(qū)域，這些巖石的年齡在25億年～6億年之間，延伸至幾個中西部非洲國家的部分地區(qū)。Nkamouna礦區(qū)主要是中性巖系（Intermediate Series），包括Mbalmayo-Bengbis‘統(tǒng)’或單元。這些巖石主要是綠泥石-絹云母片巖和石英巖。中性巖系中還包括大量的變質(zhì)長英質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)火山巖和火山碎屑巖[1-3]。這些巖石形成于Eburnean構(gòu)造活動后（距今不到18億年），被基性巖脈切斷。沉積物的原始沉積年齡很可能在18億年-14億年之間，變質(zhì)作用到鐵鋁榴石-角閃巖相發(fā)生在約12億年前，可能和基巴拉（Kibaran）造山運動同時發(fā)生。在此區(qū)域內(nèi)，鈷和鎳的原始來源——超鎂鐵巖僅限于礦區(qū)范圍，但是目前尚無開采的記錄。另外，區(qū)域上有少量砂金、砂錫和鐵礦點，但是也沒有采礦利用。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

Nkamouna礦區(qū)的紅土剖面與潮濕的熱帶環(huán)境中的那些紅土類似，顯示出很強的垂直地帶分布特征，其表現(xiàn)是從底部的未風(fēng)化基巖過渡到地表高度浸出后的殘留物。但是Nkamouna礦區(qū)的紅土礦與標(biāo)準(zhǔn)的熱帶紅土礦又有所不同，它具有兩層富鐵紅土層，中間為富鐵的鐵帽物質(zhì)所隔開[4]。在鐵帽物質(zhì)下面的紅土礦包含褐鐵礦層以及下伏的腐巖層，該類型紅土礦更具有熱帶紅土礦的典型特征。右圖（圖2）為礦區(qū)地質(zhì)圖。

2.1 礦區(qū)地層

Nkamouna礦區(qū)風(fēng)化剖面可辨別層位的典型層序見下圖（圖3）的描述（根據(jù)核實報告）。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

根據(jù)已有地質(zhì)資料分析，礦區(qū)構(gòu)造不發(fā)育，只在礦區(qū)南東部推測有1條北東向斷層。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.3 礦區(qū)巖漿巖

地質(zhì)師繪制出的Nkamouna礦區(qū)基巖地質(zhì)圖和在淺井、鉆孔中看到的風(fēng)化或新鮮巖石的觀測資料。源自淺井和鉆孔的巖石及少量的露頭表明，Nkamouna礦區(qū)的下伏新鮮巖石是普遍受到剪切的蛇紋巖[5]。大部分蛇紋巖的形成源自超鎂鐵母巖，是中等溫度下水合作用和剪切的結(jié)果，形成時間在超鎂鐵巖侵位期間或侵位后的構(gòu)造作用期間。在Nkamouna和Mada礦區(qū)。巖相學(xué)證據(jù)表明，蛇紋巖的母巖很可能是純橄欖巖（巖石中的橄欖石含量＞90%）。

圖3 礦區(qū)地層垂直剖面圖

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

鈷鎳礦體賦存于蛇紋巖經(jīng)長期熱帶風(fēng)化作用而形成的殘余紅土層中。鈷鎳礦化體東西長約5400m，南北長約6500m，礦化覆蓋面積約28km2。礦化深度從0m至50m不等，但礦化程度達(dá)到工業(yè)礦體的深度為10至20m。礦體呈層狀、似層狀平行于起伏地形（起伏較小，坡度一般小于3°）。鈷鎳含礦層位于蛇紋巖的殘余紅土層中，主要有兩層礦：上層礦層主要賦存在下部鐵帽角礫巖中，稱之為角礫巖型鈷鎳礦體（代號為BX），厚度較小，平均約1m，連續(xù)性較差。下層礦層主要賦存在鐵鋁巖中，稱之為鐵鋁巖型鈷鎳礦體（代號為FL），平均厚度約5m，最厚為17m，連續(xù)性較好。角礫巖型和鐵鋁巖型兩種礦石類型在剖面可以分別圈定、分別計算資源儲量，但采礦很難分開。見代表性剖面圖—1-1′剖面圖（圖4）。

圖4 1-1＇剖面圖

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石物質(zhì)組成

無論是鐵帽角礫巖型鈷鎳礦體，還是鐵鋁巖型鈷鎳礦體，礦區(qū)鈷鎳礦石主要金屬礦物為鈷土，它賦存了幾乎全部的鈷、大部分錳和相當(dāng)一部分鎳。鈷土有時在科學(xué)文獻(xiàn)中被稱為“鈷土礦”，在礦區(qū)現(xiàn)場有時被工程師稱之為“錳土”或者“鈷錳土”。Nkamouna礦區(qū)鈷土形狀較為特殊，因為其既可以離散的片狀晶體出現(xiàn)，又可以直徑達(dá)5cm較大較粗的晶體集料和細(xì)粒錳土出現(xiàn)，有時是鉻鐵礦和針鐵礦結(jié)核層類結(jié)核，還可以鉻和鐵的氧化物及氫氧化物細(xì)粒交生的形式出現(xiàn)[6]。

除了鈷土外，礦區(qū)其它礦物還有高嶺石等粘土礦物及其它礦物，但是這些礦物不含鈷鎳。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

鈷土沒有理論上固定的鈷或鎳含量，因為公式(Co,Ni)1-y(MnO2)2-x(OH)2-2y+2x.nH2O允許在鈷、鎳和錳之間代換，反映所處地層水的化學(xué)物質(zhì)，以達(dá)到電荷平衡。Nkamouna礦區(qū)鈷土中鈷和鎳的比例從1：1到10：1不等（表示為化學(xué)計量氧化物），平均值約為2：1。Nkamouna礦區(qū)鈷土樣品分析表明CoO含量為6.3%～19.5%。

鈷土對于Nkamouna礦區(qū)的經(jīng)濟性是至關(guān)重要的，因為以微觀晶體的較粗集料形式出現(xiàn)，這些集料可通過粉狀鐵氧化物礦物和粘土進行壓碎和濕法篩分而分離[7]。由此產(chǎn)生的粗碎片包括大部分鈷和錳及相當(dāng)一部分鎳，使得浸出前出現(xiàn)了富集顯著增多的情形（鐵鋁土單元為3.1倍）。

按分析化驗結(jié)果統(tǒng)計，礦石中Co 0.001%～2.806%，平均0.11%；Ni 0.003%～9.81%，平均0.48%；Mn 0.002%～22.88%，平均0.72%。

3.2.3 礦石風(fēng)（氧）化特征

Nkamouna礦區(qū)鈷鎳礦床是蛇紋巖中的礦物經(jīng)過長時期熱帶風(fēng)化作用后形成的。紅土化作用很大程度上是一種化學(xué)過程，地下水和生物作用在出露的蛇紋巖上互相作用，使得某些元素（例如鐵、鋁、鈷、鎳、鉻和錳）在土壤中得到富集，而其它元素（例如鎂、鈣和硅）則溶解并流失。風(fēng)化強度與時間、氣候及基巖特征（成分、斷裂等）有關(guān)。通過強烈的熱帶風(fēng)化作用，使得超鎂鐵巖出現(xiàn)了深表生紅土蝕變。主要的蝕變礦物包括粘土、褐鐵礦和赤鐵礦，常常可觀測到錳氧化物。紅土區(qū)域下面是剪切和蝕變的蛇紋巖，特征為存在蛇紋石、硅石和滑石。

3.3 礦石類型和品級

礦石自然類型包括鐵帽角礫巖型鈷鎳（氧化）礦石和鐵鋁巖型鈷鎳（氧化）礦石，礦床成因類型為紅土型鈷鎳礦床，未分品級。

3.4 礦體（層）圍巖和夾石

礦體圍巖：上部為上下鐵帽角礫巖之間的硬土層（簡稱“FB”），下部為鐵鋁土、硅結(jié)礫巖、腐巖或者蛇紋巖。

夾石：指礦層中厚度大于1m，Co品位低于邊界品位的區(qū)段，或者工業(yè)礦層中厚度大于1m，品位介于工業(yè)品位與邊界品位之間，但分布零星的區(qū)段。

3.5 礦床共（伴）生礦產(chǎn)

據(jù)已有資料，礦石中鈷、鎳、錳屬于共生關(guān)系，以鈷為主。

3.6 礦石加工技術(shù)性能

根據(jù)《SRK報告》所述，Nkamouna礦區(qū)經(jīng)過鈷鎳礦石冶金選礦試驗，顯示開采過程中有價值金屬的PUG（物理選礦）回收率情況為鈷54.4%、鎳25.3%、錳53.5%。經(jīng)過浸出及粗煉工藝后，有價值金屬的總回收率情況為鈷50.8%、鎳15.3%、錳46.0%。

4 礦床成因分析

Nkamouna礦床屬于非典型的風(fēng)化殼紅土型鈷鎳礦。該類型礦床是由超基性巖-蛇紋巖在熱帶、亞熱帶常年高溫、雨旱季交替且年降雨量較大的環(huán)境中經(jīng)風(fēng)化、淋慮、沉積富集而成的。而Nkamouna礦床與在中生代、新近紀(jì)、第四紀(jì)的熱帶、亞熱帶氣候條件下形成的蛇紋巖風(fēng)化殼有關(guān)。作為超鐵鎂質(zhì)巖的橄欖巖主要是由呈完全類質(zhì)同象的Mg，F(xiàn)e硅酸鹽礦物組成，鈷、鎳是以類質(zhì)同象混入物的狀態(tài)代替鎂而進入硅酸鹽礦物的晶格，形成鈷鎳蛇紋石。蛇紋石受風(fēng)化作用容易蝕變，礦物晶格被破壞，礦物中的Mg和Co、Ni轉(zhuǎn)入溶液并帶至風(fēng)化殼的下部，同時在這一過程中，Co、Ni與Si及其他元素分離，重新沉淀，以鈷、鎳的次生礦物沉淀富集；Fe則氧化成褐鐵礦沉積于風(fēng)化殼的上部。

整個成礦過程可分為兩個階段：

第一階段：在富含CO2地下水的作用下，促使蛇紋石溶蝕，從而分解出Fe、Mg、Co、Ni進入溶液，而Si則形成SiO2膠體。由于Fe的氧化物較為穩(wěn)定，在原地以褐鐵礦的形式聚集，最后在地表形成褐鐵礦層。

第二階段：隨著風(fēng)化作用的繼續(xù)發(fā)展，更多的Mg、Co、Ni和Si溶于酸性的溶液中，隨之繼續(xù)下滲，最后溶液發(fā)生中和反應(yīng)后形成含水硅酸鹽沉淀。由于Co、Ni的溶解度比Mg要小，因此沉淀物中的Co/Mg和Ni/Mg比值高于溶液中的Co/Mg和Ni/Mg，因而鈷、鎳得以逐漸富集。由于礦區(qū)地處熱帶、亞熱帶，陽光強烈，常年高溫多雨，風(fēng)化作用的介質(zhì)—酸性溶液不斷的得到補充，反復(fù)侵蝕著逐漸富集了的含鈷、鎳沉淀物，最終形成了紅土型鈷鎳礦床。而地表的褐鐵礦層也成了尋找該類型礦床最直接的找礦標(biāo)志。

5 結(jié)論

（1）Nkamouna鈷鎳礦體賦存于蛇紋巖經(jīng)長期熱帶風(fēng)化作用而形成的殘余紅土層中。

（2）鈷鎳礦體呈層狀、似層狀平行于起伏地形（起伏較小，坡度一般小于3°），鈷鎳礦體垂直分帶特征明顯。

（3）礦區(qū)有角礫巖型和鐵鋁巖型兩種礦石類型。

（4）Nkamouna礦區(qū)紅土型鈷鎳礦床主要是由超鐵鎂質(zhì)巖蛇紋巖在熱帶及亞熱帶常年高溫、雨旱季交替且年降雨量較大的環(huán)境下經(jīng)風(fēng)化、淋濾、沉積富集而成的。