南部非洲花崗巖型與偉晶巖型鉭礦床地質(zhì)特征

孫宏偉王杰任軍平唐文龍古阿雷左立波賀福清

1)中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心,天津,300170;

2)華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心,天津,300170

內(nèi)容提要:鉭作為一種重要的稀有金屬礦產(chǎn),廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域。 世界上的鉭礦床成因主要為內(nèi)生成礦,尤以花崗巖型和偉晶型最為重要,碰撞造山過程導(dǎo)致的多期次巖漿活動(dòng)是有利的鉭礦成礦環(huán)境。 南部非洲鉭礦資源豐富且品位高,主要為花崗巖型和偉晶巖型鉭礦床,空間上主要分布在卡普瓦爾克拉通、剛果克拉通、津巴布韋克拉通以及基巴拉、泛非、達(dá)馬拉等碰撞環(huán)境下形成的同造山—后造山構(gòu)造帶內(nèi),時(shí)間上主要集中在太古宙(2.85～2.58 Ga)、古元古代(2.48～2.0 Ga)、晚中元古代—早新元古代(1026～880 Ma)以及泛非活動(dòng)期(500～440 Ma),且不同鉭礦帶內(nèi)含鉭礦物稀有及稀土元素分布特征差異較大。 南部非洲發(fā)育大量與鉭礦形成密切相關(guān)的花崗巖及偉晶巖巖體,資源潛力巨大,未來有望成為世界上主要的鉭資源接續(xù)基地。

鉭具有耐熱性好、耐蝕性強(qiáng)和熱導(dǎo)率高等特性,是重要的熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)材料,在航空、高新技術(shù)以及醫(yī)療領(lǐng)域具有不可替代性(王汾連等,2012;周艷晶等,2015)。 因此,鉭被視為戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬。目前已知的鉭礦資源主要分布在澳大利亞和巴西,兩國合計(jì)占到全世界總儲(chǔ)量的95%左右(USGS, 2019)。 中國鉭儲(chǔ)量在數(shù)量上較大,但鉭資源品位較低,一般未超過0. 02%(王瑞江等,2015)。 作為世界上主要的鉭礦資源消費(fèi)國之一,中國鉭礦在2017 年對外依存度上升到84%(鄧攀等,2019)。

近年來,南部非洲莫桑比克、布隆迪、剛果(金)、尼日利亞、盧旺達(dá)、贊比亞和烏干達(dá)等國家發(fā)現(xiàn)了大量鉭資源,主要以花崗巖型與偉晶巖型鉭礦床為主,且找礦潛力巨大(高常亮等,2015;鄧攀等,2019;古阿雷等,2020;孫宏偉等,2020)。 由于世界上最大的鉭礦資源國澳大利亞國內(nèi)生產(chǎn)受限,南部非洲的鉭礦資源已在國際市場占有重要地位,預(yù)計(jì)剛果(金)和盧旺達(dá)在未來幾年將進(jìn)一步增加產(chǎn)量,成為世界上主要的鉭礦生產(chǎn)國之一(鄧攀等,2019)。 因此,系統(tǒng)分析南部非洲花崗巖型及偉晶巖型鉭礦資源的時(shí)空分布特征及成礦規(guī)律,對指導(dǎo)我國地勘單位在該地區(qū)鉭礦資源的找礦工作具有重要意義,也有助于保障我國鉭礦資源戰(zhàn)略安全,服務(wù)于我國資源“走出去”及“一帶一路”倡議。

1 全球鉭礦資源分布特征

1.1 全球鉭礦資源概況

全球鉭金屬資源總量超過110 kt,主要分布在澳大利亞和巴西,此外在俄羅斯、剛果(金)、盧旺達(dá)、中國、加拿大、美國、布隆迪、埃塞俄比亞、莫桑比克、尼日利亞和盧旺達(dá)等都有鉭礦資源分布(USGS, 2019)。 巴西的鉭資源主要與碳酸巖雜巖體和Volta—Grande 偉晶巖區(qū)的大型燒綠石礦床有關(guān),澳大利亞的鉭礦石則主要由花崗偉晶巖提供(王瑞江等,2015)。

中國是世界上鉭礦資源較為豐富的國家之一,主要集中在江西、湖南、福建、廣西、廣東、四川、新疆及內(nèi)蒙古等省區(qū)(鄧攀等,2019)。 其中,江西和廣東多屬于花崗巖型,內(nèi)蒙古則主要為碳酸巖型和花崗偉晶巖型。 中國鉭資源儲(chǔ)量和基礎(chǔ)儲(chǔ)量在數(shù)量上較大,但鉭資源品位一般未超過0. 02%,嵌布粒度細(xì)而分散,且多金屬伴生,造成難采、難分、難選,回收率低,資源稟賦差,大規(guī)模露采的礦山較少(王瑞江等,2015;鄧攀等,2019)。

表1 2014～2018 年全球鉭資源儲(chǔ)量Table 1 Global tantalum reserves from 2014～2018

1.2 全球鉭礦時(shí)空分布特征

花崗巖和偉晶巖型鉭礦產(chǎn)量占全球鉭產(chǎn)量的80%(Melcher et al., 2017),其分布特征與花崗巖及偉晶巖的分布密切相關(guān),空間上它們分布在幾乎所有大陸上(圖1),時(shí)間上主要形成于太古宙(約3 Ga)到新近紀(jì)(Tkachev, 2011; Dill, 2015),即新太古代、古元古代、中/新元古代、新元古代/古生代、中生代/新生代(McCauley et al., 2014; Melcher et al., 2015, 2017)。 前人對全球花崗巖及偉晶巖的分布做了較為系統(tǒng)的闡述(Cerny, 1989a; Dill, 2015; Melcher et al., 2015),認(rèn)為其形成通常與褶皺構(gòu)造、剪切和斷層系統(tǒng)有關(guān),多分布在碰撞環(huán)境下形成的同造山—后造山構(gòu)造帶內(nèi),也反映了主要的造山事件。

圖1 全球鉭礦時(shí)空分布特征(據(jù)Melcher et al., 2017;李健康等,2019 修改)Fig. 1 Spatial and temporal distribution characteristics of Ta mines in the world (modified after Melcher et al., 2017; Li Jiankang et al., 2019＆)

2 礦床主要類型及特征

鉭礦床可分為內(nèi)生和外生兩大類(李建康等,2019),其中內(nèi)生礦床包括:花崗巖型和花崗偉晶巖型,是世界最主要的鉭礦床類型;碳酸巖型和堿性巖型礦床,主要富含鈮礦資源,鉭多為伴生元素(鉭、鈮氧化物比值小于1 ∶20)。 外生鉭礦床多為原生礦床經(jīng)過次生物理化學(xué)作用后造成鉭資源的再次富集,多以風(fēng)化殼型或砂礦型存在。 南部非洲地區(qū)產(chǎn)出的鉭礦床主要以花崗巖型和偉晶巖型為主,因此本文著重介紹此類型。

2.1 偉晶巖型鉭礦

偉晶巖型鉭礦床是最重要的鉭資源類型之一,主要分布在加拿大、俄羅斯、巴西、澳大利亞、中非和南非(鄧攀等,2019)。 富鉭偉晶巖主要為LCT(富集Li—Cs—Ta)型花崗偉晶巖,與同碰撞—后碰撞造山背景下典型巖漿作用形成的過鋁質(zhì)S 型花崗巖密切相關(guān),多發(fā)育在深大斷裂帶附近或巖基接觸帶內(nèi)的花崗巖體周圍(Cerny et al., 1989a; Cerny, 1991a),成礦母巖體主要為黑云母花崗巖及二云母花崗巖,偶見花崗閃長巖。

含鉭礦的LCT 型花崗偉晶巖通常具有明顯的空間分帶特征,常表現(xiàn)為淡色花崗質(zhì)細(xì)粒邊緣帶、鉀長石+石英(鈉長石)為主的文象偉晶巖外部帶、鋰輝石(或透鋰長石)+石英+鈉長石為主的中間帶以及塊狀石英+鉀長石為主的核部帶(朱金初等,2000),但不是每個(gè)偉晶巖都發(fā)育完好的帶狀結(jié)構(gòu)。大部分偉晶巖型鉭礦中,鉭主要集中在富鈉長石帶,常與富鋰的礦物(鋰輝石、鋰云母等)緊密共生(Cerny et al., 1989b; Cerny,1991b; Mulja et al., 1996; Linnen, 1998),特別是含鋰云母和銫榴石的偉晶巖中,含鉭礦物主要為鉭鐵礦族礦物、重鉭鐵礦和富鉭的錫石、細(xì)晶石等。

2.2 花崗巖型鉭礦

花崗巖型鉭礦中鉭儲(chǔ)量比較大,但品位相對較低,礦物粒度較細(xì),常呈浸染狀分布于成礦母巖中,但有時(shí)也呈集合體狀或充填于石英、鈉長石和鋰云母等礦物裂縫中(Zhu Jinchu et al., 2001)。 該類礦床的含鉭礦物主要為鉭鐵礦和細(xì)晶石,并常伴有螢石、黃玉、獨(dú)居石、褐簾石、錫石、電氣石、磷灰石等副礦物。

含鉭礦花崗巖在化學(xué)成分上通常富鈉、鉀及二氧化硅,礦化多產(chǎn)于復(fù)式或多巖相花崗巖體內(nèi)(李健康等,2019),出露面積較小。 礦體形態(tài)主要受侵入體與圍巖的接觸構(gòu)造控制,多為不規(guī)則透鏡狀。含礦花崗巖體通常(部分礦床分帶發(fā)育不全)具有明顯的垂直分帶(圖2),自下而上一般為:二云母(黑云母)花崗巖帶(I)、白云母花崗巖或淡色花崗巖帶(II)、黃玉—鋰云母(或鐵鋰云母)—鈉長石花崗巖帶(III)、云英巖帶(IV)、鉀長石偉晶巖殼和石英殼(V)(朱金初等,2002),其中黃玉—鋰云母—鈉長石花崗巖帶是最主要的含礦帶。

圖2 稀有金屬花崗巖垂直分帶圖(據(jù)朱金初等,2002)Fig. 2 Vertical zoning map of rare metal granite (modified after Zhu Jinchu et al., 2002＆)

2.3 成礦地質(zhì)背景

花崗(偉晶)巖型鉭礦床主要分布在褶皺造山帶,成礦作用形成于某個(gè)造山過程的一定階段,但往往經(jīng)歷了多期次造山活動(dòng)(Thompson, 1999;李健康等,2019),這主要是由于多期次造山過程能夠促進(jìn)巖漿多次分異,導(dǎo)致鉭元素逐漸富集乃至成礦。 其成礦環(huán)境特點(diǎn)為:①賦礦地層沉積環(huán)境多為分布于大陸之間的海槽環(huán)境,常見特征性的(類)復(fù)理石建造,為鉭礦成礦提供物質(zhì)基礎(chǔ)(Cerny, 1991c; Shaw et al., 2016);②多期次造山過程導(dǎo)致中酸性巖漿活動(dòng)廣泛發(fā)育,且構(gòu)造變形強(qiáng)烈,為成礦作用的發(fā)生提供能量;③區(qū)域變質(zhì)作用明顯,板巖、片巖等發(fā)育。

但對其成礦作用是發(fā)生在巖漿階段還是巖漿晚期的熱液自交代階段仍存在一定爭議(袁忠信等,1987;朱金初等,2002;李勝虎等,2015;Zhu Zeying et al., 2015; Li Shenghu et al., 2017),近年來礦物學(xué)和熔體包裹體研究表明該類型礦床成礦作用既發(fā)生在巖漿結(jié)晶分異階段,也存在于晚期熱液階段(Zhu Zeying et al., 2015; Xie Lei et al., 2016, 2018; Li Shenghu et al., 2017; 劉鵬等,2020)。

3 南部非洲鉭礦時(shí)空分布特征

非洲大陸擁有豐富的花崗巖型和偉晶巖型鉭礦資源(Landes, 1935; Von Knorring, 1985; Von Knorring et al., 1987),已發(fā)現(xiàn)超過1500 個(gè)各種規(guī)模的鉭礦床(Melcher et al., 2015),其中尤以南部非洲地區(qū)最為集中(表2),剛果(金)、盧旺達(dá)、布隆迪、莫桑比克和烏干達(dá)等國擁有近100 年的鉭礦開采歷史。該地區(qū)鉭礦床的時(shí)空分布特征與區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的多期次造山作用密切相關(guān)(圖3)。

圖3 南部非洲鉭礦時(shí)空分布略圖(底圖據(jù)Haestet al., 2011 修改)Fig. 3 Spatial and temporal distribution map of tantalum deposits in southern Africa (modified after Haest et al., 2011)

表2 南部非洲花崗巖及偉晶巖型鉭礦時(shí)空分布特征(據(jù)Graupner et al., 2010; Melcher et al., 2015 修改)Table 2 Spatial and temporal distribution characteristics of granite and pegmatite Ta deposits in southern Africa (modified after Graupner et al., 2010; Melcher et al., 2015)

3.1 太古宙

卡普瓦爾克拉通的鉭礦化偉晶巖主要分布在Giyani 綠巖帶和Murchison 綠巖帶(Poujol et al., 1999), 已生產(chǎn)超過13.5 t 鉭精礦(Lehmann, 2012),品位不詳。 卡普瓦爾克拉通Barberton 綠巖帶內(nèi)3.1 Ga 的含錫偉晶巖是非洲已知最古老的偉晶巖(Trumbull, 1993, 1995; Maphalala et al., 1998),而Murchison 綠巖帶鉭礦的最大年齡為2.85 Ga,也是世界上最古老的鉭礦化年齡(Poujol et al., 1999;孫宏偉等,2018)。

津巴布韋克拉通內(nèi)鉭礦的開采始于Masvingo綠巖帶的Bikita 偉晶巖,自1916 至今已生產(chǎn)超過200 t 鉭精礦(Melcher et al., 2015),品位不詳。 鉭礦化與晚造山期至后造山期花崗巖侵入體有關(guān)。Melcher 等(2015)分別從Bikita 鉭礦和Benson 鉭礦內(nèi)的偉晶巖獲得的鉭鐵礦U-Pb 年齡為(2617±1 Ma)和(2587±4 Ma),與Herzog 等(1960)獲得的Bikita 花崗偉晶巖Rb-Sr 全巖年齡 (2650±50 Ma)基本一致,均顯示為新太古代。 此外,Jelsma 等(1996)在Masvingo 帶(Murehwa 花崗巖)獲得的含鉭花崗巖鋯石U-Pb 年齡為2601±14 Ma。

Melcher 等(2015) 從剛果克拉通東北部的Mambasa 地區(qū)獲得的鉭鐵礦U-Pb 年齡為2487±8 Ma,與基巴拉構(gòu)造帶新太古代至古元古代偉晶巖礦化基本一致(Milesi et al., 2006)。 目前尚不清楚太古宙剛果克拉通砂礦床中含鉭礦物與不同時(shí)代花崗巖的關(guān)系。

因此,本文認(rèn)為南部非洲太古宙鉭礦化主要集中在2.85～2.58 Ga。

3.2 古元古代

剛果克拉通東北部古元古代Ruwenzori 構(gòu)造帶變沉積巖和巖漿巖內(nèi)發(fā)育大量鉭礦化偉晶巖,采礦活動(dòng)自20 世紀(jì)50 年代開始一直持續(xù)至今,Melcher 等(2009)從Mambasa 地區(qū)獲得的鉭鐵礦U-Pb 年齡為2487～2000 Ma。 剛果(金)Uvira 地區(qū)鉭礦化花崗偉晶巖Rb-Sr 全巖年齡為2030 Ma(Villeneuve, 1980)。 津巴布韋Magondi 帶內(nèi)鉭礦化花崗偉晶巖鋯石U-Pb 年齡集中在2150 ～2000 Ma(Goncalves et al., 2009)。

因此,本文認(rèn)為南部非洲古元古代鉭礦化主要集中在2.48～2.0 Ga。

3.3 晚中元古—早新元古代

晚中元古代—早新元古代是非洲鉭礦化的重要時(shí)期,主要分布在基巴拉構(gòu)造帶、Kamativi 構(gòu)造帶和Orange river 構(gòu)造帶。 基巴拉構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育多期次的巖漿活動(dòng),晚期(986 Ma)形成的花崗巖與鉭礦化密切相關(guān)(Romer et al., 1995; Melcher et al., 2009; Dewaele et al., 2011; 孫宏偉等,2019),是世界上最大的含鉭等多種稀有金屬成礦省之一。 剛果(金)Manono—Kitotolo 鉭礦床是區(qū)內(nèi)最大的單一花崗偉晶巖型礦床,年產(chǎn)鉭精礦超過500 t ( Melcher et al., 2015), 品 位 不 詳。 Romer 等(1995) 和Melcher 等(2015)在布隆迪獲得的偉晶巖型鉭鐵礦U-Pb 年齡多在990～960 Ma。

Kamativi 構(gòu)造帶是古元古代Magondi 構(gòu)造帶的一部分,內(nèi)部發(fā)育大量新元古代早期(990±15 Ma)含鉭偉晶巖,年產(chǎn)鉭精礦60 t( Melcher et al., 2015),Gabler 等(2011)獲得的偉晶巖型鉭鐵礦UPb 年齡為1026～925 Ma。

Orange River 構(gòu)造帶是非洲最大的偉晶巖省之一,已知偉晶巖超過12000 個(gè)。 位于納米比亞南部Tantalite valley 地區(qū)的偉晶巖型鉭礦資源量可達(dá)74 Mt,Melcher 等(2015)在其花崗偉晶巖體中獲得的鋯石U-Pb 年齡約為985 Ma。 Burger 等(1965)在Namaqua 地區(qū)獲得的花崗巖云母K-Ar 年齡為1090～956 Ma。

綜上所述,本文認(rèn)為南部非洲地區(qū)中—新元古代鉭礦化主要集中在1026～880 Ma。

3.4 泛非活動(dòng)期

受泛非造山運(yùn)動(dòng)影響,莫桑比克構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育大量花崗巖及偉晶巖(Fritz et al., 2013)。 Alto Ligonha 地區(qū)是該時(shí)期形成的最重要的花崗偉晶巖型鉭礦省,已知花崗偉晶巖體超過100 個(gè)( Melcher et al., 2015),并已產(chǎn)出大量鉭精礦(Lehmann, 2012)。 Melcher 等(2015)獲得的花崗偉晶巖型鉭鐵礦U-Pb 年齡為480～440 Ma,與Alto Ligonha 泛非期(490 Ma)花崗巖事件密切相關(guān)。

達(dá)馬拉構(gòu)造帶中部Uis 含錫花崗偉晶巖是納米比亞最重要的鉭礦產(chǎn)地。 Jung 等(2000)和Tkachev(2011)認(rèn)為達(dá)馬拉構(gòu)造帶花崗偉晶巖形成時(shí)代為508～492 Ma,Melcher 等(2015)獲得的鉭鐵礦U-Pb年齡則主要集中在500～450 Ma。

綜上所述,本文認(rèn)為南部非洲泛非活動(dòng)期鉭礦化主要集中在500～440 Ma。

4 南部非洲鉭礦地球化學(xué)特征

前人(McCauley et al., 2014; Melcher et al., 2015, 2017)對南部非洲的鉭礦床進(jìn)行了大量的化學(xué)分析,本文選取不同鉭礦帶內(nèi)大量鉭鐵礦樣品的中值數(shù)據(jù)作為參考值,通過投圖分析(圖4)獲得了不同構(gòu)造帶內(nèi)含鉭礦物的稀有及稀土元素特征。

4.1 稀有元素特征

不同構(gòu)造帶內(nèi)鉭鐵礦樣品稀有元素(中值)特征如圖4a 所示,津巴布韋克拉通:高Sn、W、U、Th、Pb、Li、Sb、Sc 和Y,低Mg;剛果克拉通:高M(jìn)g、Sc、Zr、Hf、W 和U,低Li 和Sn;基巴拉構(gòu)造帶:稀有元素整體含量低且變化較大,相對富集Ti、Sn、W 和Zr;Kamativi 構(gòu)造帶:稀有元素分布特征與基巴拉構(gòu)造帶相似,但Li 元素相對較高;Orange river 構(gòu)造帶:高Zr、Hf、U、Li、Sb 和Y,低Sn、Sc 和Mg;莫桑比克構(gòu)造帶:高Hf 和Sb,低Sc、Li 、U、Sn 和Mg;達(dá)馬拉構(gòu)造帶:大多數(shù)微量元素的濃度較低,Sb 含量尤其低。

4.2 稀土元素特征

不同構(gòu)造帶內(nèi)鉭礦稀土元素(中值)特征如圖4b 所示,津巴布韋克拉通:稀土元素模式為弱分餾型,具有負(fù)Eu 異常;剛果克拉通:稀土元素整體含量較高,具有高的HREE/MREE 值和負(fù)Eu 異常;基巴拉構(gòu)造帶:稀土元素模式為弱分餾型,由于Eu 濃度較低,在許多情況下無法確定Eu 異常的存在;Kamativi 構(gòu)造帶:稀土元素模式為弱分餾型,整體含量較低,負(fù)Ce 異常;Orange river 構(gòu)造帶:稀土元素模式為高分餾型,重稀土含量低,負(fù)Eu 異常明顯;莫桑比克構(gòu)造帶:稀土元素模式為高分餾型,整體含量較高,負(fù)Eu 異常明顯;達(dá)馬拉構(gòu)造帶:稀土元素濃度較低,中度負(fù)Eu 異常。

圖4 南部非洲含鉭礦物稀有元素特征分布圖(a)和稀土元素特征分布圖(b)(數(shù)據(jù)源自Melcher et al., 2015)Fig. 4 Distribution map of rare elements for tantalum-bearing in southern Africa(a) and distribution map of REE elements for tantalum-bearing in southern Africa(b) (the data comes from Melcher et al., 2015)

5 典型礦床簡介

5.1 剛果(金)Manono—Kitotolo 礦床

Manono—Kitotolo 偉晶巖是世界上最大的含稀有金屬偉晶巖之一,位于基巴拉構(gòu)造帶內(nèi)的剛果(金)東南部地區(qū),具有豐富的鉭資源,同時(shí)伴生大量鈮、鋰和錫資源(圖5),主要由東北部的Manono和西南部的Kitotolo 兩個(gè)主帶組成,長約15 km,寬約800 m(Dewaele et al., 2016)。 礦化偉晶巖多沿葉理侵入到中元古代變質(zhì)沉積巖和白云巖中,蝕變特征表現(xiàn)為云英巖化、白云母化、電氣石化和硅化等。 根據(jù)朱金初等(2002)對含礦花崗巖體的分帶劃分方案,Manono—Kitotolo 礦區(qū)內(nèi)鉭礦化主要分布在黃玉—鋰云母(或鐵鋰云母)—鈉長石花崗巖帶、云英巖帶以及鉀長石偉晶巖殼和石英殼內(nèi),且黃玉—鋰云母(或鐵鋰云母)—鈉長石花崗巖帶內(nèi)鉭礦化最為富集(圖6)。

圖6 Manono—Kitotolo 礦區(qū)鉭礦化分布特征(據(jù)Dewaele et al., 2016 修改)Fig. 6 Distribution characteristics of tantalum mineralization from Manono—Kitotolo (modified after Dewaele et al., 2016)

圖 5 Manono—Kitotolo 地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)Ngulube, 1994 修改)Fig. 5 Geological map of the larger Manono—Kitotolo area (modified after Ngulube, 1994)

5.1.1 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩期構(gòu)造變形事件,其中S1 方向?yàn)镹E 40° ～70°,S2 方 向 為NW ,與S1 相 交(Ngulube, 1994)。 區(qū)內(nèi)共識別出至少三種不同類型的花崗巖體,第一種是灰色片麻狀花崗巖,斑狀結(jié)構(gòu),主要包括Manono 花崗巖體和Pongo 花崗巖體等。 斑晶主要由條紋長石、微斜長石、斜長石、黑云母、石英以及少量白云母組成。 在Manono 花崗巖體和Pongo 花崗巖體中,礦化偉晶巖沿S2 方向展布;第二種為Kazungu 和Mukishi 混合花崗巖套,呈深至淺灰色,似斑狀或斑狀結(jié)構(gòu),片麻理發(fā)育,多被石英脈和錫礦化偉晶巖脈切穿。 斑晶主要為微斜長石、斜長石、石英、黑云母和少量白云母。 第三種以Pete 花崗巖體為代表,多呈淡紅色,等粒狀半自形結(jié)構(gòu),片麻理不發(fā)育,主要由石英、微斜長石、斜長石、長石和黑云母組成,并含有豐富的電氣石、石榴子石和少量的綠泥石或絹云母。

5.1.2 成礦時(shí)代

礦區(qū)內(nèi)鉭鐵礦U-Pb TIMS 年齡為940. 2±5. 1 Ma 和947±2.8 Ma(Dewaele et al., 2016)。 較年輕的U-Pb 年齡與未蝕變的微斜長石—鈉長石—白云母—石英偉晶巖(938.8±5.1 Ma)和鋰輝石—白云母—鈉長石—石英偉晶巖(934.0±5.9 Ma)的白云母40Ar-39Ar 年齡基本一致(Dewaele et al., 2016)。由于Manono—Kitotolo 地區(qū)在1000 Ma 以后沒有發(fā)生重大的變形事件,因此,945 ～930 Ma 被認(rèn)為是該地區(qū)鉭礦化作用的成礦時(shí)代。 通常偉晶巖體在花崗巖—偉晶巖系統(tǒng)中的結(jié)晶時(shí)間間隔很短,因此,這一時(shí)期也可能是Manono—Kitotolo 偉晶巖母花崗巖的年齡。

5.1.3 礦床成因

利用550℃作為地層溫度的估算值,可以有效計(jì)算出Manono—Kitotolo 礦區(qū)內(nèi)石英和錫石形成的流體環(huán)境(Zheng Yongfei, 1991; Zhang Ligang et al., 1994),并由此推測鉭礦化的形成環(huán)境。 在δ18O—δD 同位素圖中(圖7),鉭礦化云英巖中形成石英的流體為巖漿水與變質(zhì)水的混合水,形成錫石的流體則主要為巖漿水。 未見鉭礦化的偉晶巖中形成的石英內(nèi)流體主要為巖漿水,與該地區(qū)稀有金屬礦化密切相關(guān)的的“G4 花崗巖”內(nèi)流體包裹體顯示亦為巖漿水。 由此可見,礦區(qū)內(nèi)鉭礦化的形成與晚期熱液蝕變密切相關(guān),而錫礦化則主要形成于早期成巖階段。

圖7 Manono—Kitotolo 礦區(qū)花崗偉晶巖δ18O—δD 特征圖(據(jù)Dewaele et al., 2016 修改)Fig. 7δ18O—δD plot of the fluid composition of the pegmatite from Manono—Kitotolo (modified after Dewaele et al., 2016)

5.2 盧旺達(dá)Gatumba 礦床

中元古代基巴拉構(gòu)造帶內(nèi)賦存大量的鉭等稀有金屬礦床,盧旺達(dá)境內(nèi)的Gatumba 鉭礦床便是其中之一。 在1929 至1985 年間,Gatumba 地區(qū)生產(chǎn)了17600 t 鈮鉭精礦和錫石混合物(Lehmann, 2011)。主要產(chǎn)自沖積礦床和偉晶巖型礦床,以手工生產(chǎn)為主,但未對其鉭金屬資源量進(jìn)行過系統(tǒng)評估,推測儲(chǔ)量可達(dá)950 t 以上(Dewaele et al., 2011)。

5.2.1 礦床地質(zhì)特征

Gatumba 地區(qū)位于盧旺達(dá)西部Ndiza 向斜西側(cè)的兩個(gè)花崗巖體之間:西部是Gitarama 花崗巖,東部是Kabaya 花崗巖(圖8)。 區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造十分發(fā)育,主要由中元古代淺變沉積巖和石英巖交替組成(Baudet et al., 1988; Hulsbosch et al., 2013),區(qū)域變質(zhì)作用以低綠片巖相為主(Baudet et al., 1988),局部可見少量黑云母、紅柱石和夕線石等中高級變質(zhì)礦物(Gerards, 1965)。 區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)十分發(fā)育,主要包括大量偉晶巖體(>130 個(gè))及輝綠巖等,偉晶巖體厚度在10 cm 至30 m 之間,長度50～2400 m不等(Dewaele et al., 2011)。

圖8 Gatumba 地區(qū)地質(zhì)圖(a)和Gatumba 采礦區(qū)附近巖性柱狀圖(b)(據(jù)Dewaele et al., 2011 修改)Fig. 8Geological map of the Gatumba area(a) and stratigraphic column for the area around the mining camp of Gatumba mining area(b) (modified after Dewaele et al., 2011)

Gatumba 地區(qū)鉭礦化與偉晶巖密切相關(guān),既存在于未發(fā)生熱液蝕變的偉晶巖中,也出現(xiàn)在蝕變強(qiáng)烈的偉晶巖中,礦化分布十分均勻。 礦石礦物以鉭鐵礦和錳鉭鐵礦為主,副礦物主要為綠柱石、鋰輝石以及磷灰石等。 圍巖蝕變主要包括云英巖化、絹云母化和白云母化(Dewaele et al., 2011)。

5.2.2 成礦時(shí)代及礦床成因

在基巴拉構(gòu)造帶中,早期(1380±10 Ma)侵入的花崗巖體沒有形成鉭礦富集,其鉭礦化和其他稀有金屬礦化主要與986±10 Ma 形成的“G4 花崗巖”以及隨后(969±8 Ma)出現(xiàn)的偉晶巖有關(guān),尤以后者最為重要(Kokonyangi et al., 2006;何勝飛等,2014;吳興源等,2020)。 布隆迪境內(nèi)鈮鉭鐵礦成礦年齡為(962±2)Ma 和(968+33/-29)Ma(Romer et al., 1995),進(jìn)一步證實(shí)了偉晶巖與鉭礦化的密切關(guān)系。

巖相學(xué)分析顯示,Gatumba 地區(qū)部分鉭鐵礦被鈉長石脈切穿,或是鑲嵌在鈉長石晶體中,說明鉭鐵礦的結(jié)晶發(fā)生在鈉長石化之前,與偉晶巖同時(shí)形成。而對Gatumba 地區(qū)鉭鐵礦U-Pb 分析顯示其成礦時(shí)代在975～930 Ma 之間(Dewaele et al., 2011)。 較老的時(shí)代與花崗巖和偉晶巖侵位時(shí)間接近,而較年輕的年齡可能代表了侵位后熱液活動(dòng)導(dǎo)致的原生鉭礦物重結(jié)晶的時(shí)代。 因此,本文認(rèn)為Gatumba 地區(qū)偉晶巖型鉭礦的形成環(huán)境主要包括兩種:一是早期巖漿活動(dòng)導(dǎo)致含鉭礦物與偉晶巖同時(shí)形成,二是晚期熱液活動(dòng)導(dǎo)致含鉭礦物重結(jié)晶。

5.3 莫桑比克Alto Ligonha 鉭礦集區(qū)

Alto Ligonha 偉晶巖型鉭礦集區(qū)位于莫桑比克構(gòu)造帶南部,發(fā)育有多個(gè)偉晶巖型鉭礦床,區(qū)內(nèi)鉭礦的開采可以追溯到20 世紀(jì)20 年代,累計(jì)開采鉭精礦超過2000 t,鉭資源儲(chǔ)量(Ta2O5)超過9000 t,其中Morrua、Marropino、Muiane 3 個(gè)大型礦床占了總資源儲(chǔ)量的90%以上(Macey et al., 2007;商俊偉,2008;王西榮等,2016)。 目前,該地區(qū)的鉭礦開采主要為小規(guī)模手工生產(chǎn),其深部礦體未做詳細(xì)研究,資源潛力巨大。

5.3.1Morrua鉭礦床

Morrua 鉭礦床位于莫桑比克東北部(S16°16′13″,E37°51′56″),在莫桑比克內(nèi)戰(zhàn)爆發(fā)(20 世紀(jì)50年代末)以前,是全球鉭精礦主要供應(yīng)地之一。Morrua 鉭礦床主要由Morrua 礦山和Melela river 砂礦兩部分組成,Morrua 礦山礦石量為3.57 Mt,Ta2O5含量為0.0804%,Melela river 砂礦礦石量為1.196 Mt,Ta2O5含量為0. 0668%。 礦區(qū)遠(yuǎn)景礦石資源量達(dá)7.50 Mt,Ta2O5平均含量為0.07%(Macey et al., 2007; USGS, 2015)。 Morrua 礦山由13 條紡錘狀偉晶巖礦體組成,礦體延NW 走向近似水平展布。 主要含鉭礦物為鉭鐵礦、錳—鉭鐵礦和細(xì)晶石。 其含礦偉晶巖年齡為480±2 Ma(Melcher et al., 2009)。

5.3.2 Marropino 鉭礦床

Marropino 鉭礦床位于Morrua 鉭礦床以南40 km。 主礦體長約550 m,寬大于250 m,厚約5 m,SE傾向,傾角20°。 主礦體鈮含量較高,高嶺土化蝕變十分發(fā)育。 主要礦石礦物為鉭(鈮)鐵礦、細(xì)晶石和錳鉭礦,同時(shí)還伴生有輝鉍礦。 風(fēng)化型砂礦礦石量為7.36 Mt,Ta2O5含量為0.024%,原生偉晶巖型礦石量為14.42 Mt,Ta2O5含量為0.0273%(Macey et al., 2007; USGS, 2015)。 其含礦偉晶巖年齡為446～481 Ma(Melcher et al., 2009, 2015)。

5.3.3Muiane鉭礦床

Muiane 鉭礦床位于Alto Ligonha 市南約45 km。主礦體長約1000 m,SE 傾向,傾角小于45°,主要礦石礦物為鈮鐵礦、細(xì)晶石和鋰輝石等。 風(fēng)化偉晶巖礦石量為6.657 Mt,Ta2O5含量0.021%,原生偉晶巖型礦石量為7. 041 Mt,Ta2O5含量為0. 018%(Macey et al., 2007; USGS, 2015)。 其含礦偉晶巖年齡為(440. 5±0. 5 Ma) ～(451. 9±7. 4 Ma)(Melcher et al., 2009, 2015)。

6 結(jié)論

(1) 穩(wěn)定地塊之間的碰撞造山帶及其多期次巖漿活動(dòng)導(dǎo)致的花崗質(zhì)侵入體,構(gòu)成了南部非洲地區(qū)最為重要的花崗巖型和偉晶巖型鉭礦成礦背景,鉭礦化既存在于早期巖漿成巖階段,也發(fā)生在晚期熱液活動(dòng)中,且不同構(gòu)造帶內(nèi)含鉭礦物的稀有及稀土元素分布特征差異較大。

(2) 南部非洲花崗巖型和偉晶巖型鉭礦的時(shí)空分布特征與碰撞造山事件相耦合,空間上主要分布在卡普瓦爾克拉通、剛果克拉通、津巴布韋克拉通以及莫桑比克、基巴拉、達(dá)馬拉、泛非等碰撞造山帶內(nèi),時(shí)間上主要集中在太古宙(2.85～2.58 Ga)、古元古代(2.48～2.0 Ga)、晚中元古—早新元古代(1026 ～880 Ma)以及泛非活動(dòng)期(500～440 Ma)。

(3) 南部非洲地區(qū)鉭礦資源稟賦好,成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,但目前仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化開采,且總體找礦勘查程度較低,資源潛力巨大。

致謝:在成文過程中,審稿專家和編輯們提供了寶貴的意見,中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心吳興源工程師、盧宜冠博士提供了支持,在此一并表示衷心的感謝！