坦桑尼亞林迪地區(qū)納欽圭阿石墨礦床地質(zhì)特征及找礦模型

杜菊民，陳春生,2，黃夕川，陳 誠(chéng)，陳 焦，劉 平，周 傲

(1.江蘇省地質(zhì)工程有限公司，江蘇 南京 210018;2.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，江蘇 南京 210049)

0 引 言

我國(guó)石墨礦產(chǎn)種類齊全，總資源量居世界首位(王力等,2017；歐陽(yáng)榮京等,2019)，其中晶質(zhì)石墨是我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)(陳軍元等,2021)。同時(shí)，我國(guó)也是石墨第一大進(jìn)口國(guó)、大鱗片石墨凈進(jìn)口國(guó)，主要從莫桑比克和馬達(dá)加斯加進(jìn)口鱗片天然石墨(劉艷飛等,2020)。東非新元古代莫桑比克構(gòu)造活動(dòng)帶是世界上重要的石墨成礦帶(陳超等,2018;曹義甲等,2019,2020;馬金虎等,2020;祁東等,2020)，尤其是坦桑尼亞南部的林迪地區(qū)，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)一系列大型、超大型優(yōu)質(zhì)晶質(zhì)石墨礦，如邦尤(Bunyu)、納楚(Nachu)、奇拉絡(luò)(Chilalo)、林迪將波(Lindi Jumbo)等 (白德勝等,2017；羅清威等,2018)，但該成礦帶的典型礦床地質(zhì)特征還未見系統(tǒng)報(bào)道。

納欽圭阿石墨礦位于坦桑尼亞南部林迪地區(qū)納欽圭阿縣城東北10 km，礦區(qū)面積約12 km2，是莫桑比克構(gòu)造活動(dòng)帶新發(fā)現(xiàn)的大型礦床之一。2018—2019年首次在區(qū)內(nèi)開展石墨礦勘查工作，通過(guò)地質(zhì)填圖、大功率激電、槽探、鉆探等工作，推斷晶質(zhì)石墨礦物量>100萬(wàn)t，固定碳平均品位為4.05%，為大型晶質(zhì)石墨礦。系統(tǒng)總結(jié)了該石墨礦的成礦地質(zhì)背景、礦體特征、礦石礦物特征、地球物理特征等，建立了該石墨礦的找礦模型，圈定下一步的找礦方向，對(duì)該地區(qū)同類礦床的找礦工作具有一定的借鑒作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位于東非新元古代莫桑比克活動(dòng)帶坦桑尼亞境內(nèi)最南部(圖1a)，復(fù)雜的變質(zhì)變形事件形成了大量與變質(zhì)巖相關(guān)的礦產(chǎn)資源(圖1b)，區(qū)域盛產(chǎn)紅寶石、藍(lán)寶石等寶石礦，是“東非寶石帶”的一部分，石英脈型金礦、基性超基性巖相關(guān)銅鎳礦廣泛分布(孫宏偉等,2015；Feneyrol et al.,2017)。近年來(lái)因一系列大型、超大型優(yōu)質(zhì)晶質(zhì)石墨礦的相繼發(fā)現(xiàn)，這一帶又被稱為納欽圭阿石墨成礦帶(Leger et al.,2015；白德勝等,2017；羅清威等,2018)。

圖1 納欽圭阿石墨礦床位置及區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖1-白堊紀(jì)海岸沉積；2-侏羅紀(jì)卡羅超群;3-元古代角閃片麻巖；4-元古代正-副片麻巖；5-元古代大理巖；6-元古代石英巖；7-元古代閃巖；8-元古代副片麻巖；9-元古代花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖、細(xì)晶巖、偉晶巖；10-元古代輝長(zhǎng)巖；11-元古代超基性巖；12-元古代正片麻巖；13-元古代麻粒巖；14-沖斷層；15-斷層；16-金；17-銅-鎳；18-寶石；19-石墨；20-藍(lán)寶石；21-大理巖、灰?guī)r；22-礦點(diǎn)/礦床；23-石墨礦床編號(hào)：-奇拉絡(luò)，-納楚，-林迪將波，-魯昂瓦，-納欽圭阿，-邦尤；24-研究區(qū)位置Fig. 1 Location of the Nachingwea graphite deposit and sketch of its regional geology and mineral resources

區(qū)域巖石地層單元為一套中高級(jí)變質(zhì)沉積-火成巖和高級(jí)變質(zhì)鐵鎂質(zhì)巖，巖性主要有長(zhǎng)英質(zhì)麻粒巖、片麻巖、石英片巖、石英巖、大理巖、角閃巖等。新元古代巖漿熱液活動(dòng)發(fā)育，花崗巖、細(xì)晶巖、偉晶巖、超基性巖侵入變質(zhì)巖。褶皺構(gòu)造為一系列軸跡呈北東走向的大型復(fù)式褶皺，傾向北西或南東，局部小型揉褶皺、鞘褶皺等發(fā)育。斷裂構(gòu)造以北東向斷層為主，北西向構(gòu)造常造成含石墨礦地層錯(cuò)斷。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層主要發(fā)育斜長(zhǎng)角閃片麻巖巖組、黑云斜長(zhǎng)片麻巖巖組及第四系(圖2)。

圖2 納欽圭阿石墨礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖1-第四系；2-元古代黑云斜長(zhǎng)片麻巖巖組；3-元古代斜長(zhǎng)角閃片麻巖巖組；4-偉晶巖；5-花崗巖；6-石墨礦體及編號(hào)；7-片麻理產(chǎn)狀；8-推測(cè)斷層；9-勘探線編號(hào)；10-探槽及編號(hào)；11-鉆孔及編號(hào)Fig. 2 Geological sketch map of the Nachingwea graphite deposit

2.1.1 斜長(zhǎng)角閃片麻巖巖組 分布于礦區(qū)西側(cè)，呈近南北向展布。巖性主要為斜長(zhǎng)角閃片麻巖，呈灰綠色、深灰色，中粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀、片狀構(gòu)造，局部見條帶狀、香腸狀、眼球狀構(gòu)造，礦物成分以角閃石、長(zhǎng)石為主，少量石英，局部見暗紅色粗粒石榴子石單晶或集合體，片麻理傾向?yàn)?05°～130°、傾角37°～65°。該套巖組厚度>600 m，不含石墨礦。

2.1.2 黑云斜長(zhǎng)片麻巖巖組 呈近南北向展布于礦區(qū)中部及以東區(qū)域。巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、石英片巖，含少量大理巖、石英巖薄層。片(麻)理傾向?yàn)?10°～140°，傾角37°～62°。該套巖組層的厚度>700 m，石墨礦體主要賦存于其中的片麻巖、片巖中，大理巖、石英巖中也常見石墨礦化。

2.1.3 第四系 巖性為紅褐色粉質(zhì)黏土，廣泛分布于崗地及沖溝內(nèi)，厚1～8 m。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)巖層總體呈單斜產(chǎn)出，走向北北東、傾向南東東。根據(jù)物探異常共推斷出3條斷層(圖2)：F1斷層位于礦區(qū)西部，產(chǎn)狀120°∠50°，與巖層產(chǎn)狀基本一致，該斷層控制了區(qū)內(nèi)含礦巖組的西側(cè)邊界；F2、F3斷層位于南北側(cè)中部黑云斜長(zhǎng)片麻巖巖組中，其中F2斷層北西向錯(cuò)斷近800 m，控制了含礦巖組走向上的延伸。

2.3 侵入巖

礦區(qū)僅局部地表及鉆孔中見少量侵入巖。偉晶巖見于礦區(qū)北部地表及鉆孔中，視厚度<20 m，偉晶結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，晶粒直徑為0.5～30 mm，主要成分為長(zhǎng)石、石英?；◢弾r出露于礦區(qū)北部及南部，最大寬度為13 m、最大延伸長(zhǎng)170 m，中-粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，晶粒粒徑為0.5～2.0 mm，主要成分為長(zhǎng)石、石英、白云母。偉晶巖與石墨含礦地層接觸帶常發(fā)育石墨礦化，石墨鱗片明顯增大。

2.4 激電異常特征

石墨礦石具有低電阻率、高極化率特征，與礦體圍巖存在明顯的物性差異，激發(fā)極化法是尋找石墨礦的有效方法(楊彥龍,2019；冀魯雪等,2020)。以測(cè)線方向110°、測(cè)網(wǎng)密度100 m×20 m開展大功率激電中梯測(cè)量。礦區(qū)視極化率變化范圍為0.31%～22.10%，背景值為5.37%，觀測(cè)精度均方差為0.21，以背景值加2.5倍均方差作為視極化率異常下限，確定異常下限為6%，在礦區(qū)圈定4處高極化率異常帶，整體走向北東—近南北，延伸400～1 400 m，反映了石墨礦帶的走向延伸特征(圖3)。

圖3 大功率激電中梯測(cè)量綜合異常圖1-視電阻率等值線；2-激電異常編號(hào)；3-激電測(cè)深剖面位置；4-石墨礦體；5-勘探線；6-鉆孔及編號(hào)；7-探槽及編號(hào)Fig. 3 Comprehensive anomaly diagram of high-power IP mid-ladder measurement

其中規(guī)模最大的IP1異常為低阻、高極化異常，位于礦區(qū)南中部，呈基本連續(xù)的寬帶狀展布，總體走向北東，長(zhǎng)約1 340 m，寬200～560 m，面積約0.34 km2。視極化率ηs異常峰值為22.1%，平均值為10.7%；對(duì)應(yīng)視電阻率ρs表現(xiàn)為低阻異常，基本在18 Ω·m以下。經(jīng)探槽TC1、TC2、TC3以及鉆孔ZK1和ZK201等工程驗(yàn)證，為石墨礦致異常，激電異常與礦體對(duì)應(yīng)性良好。礦區(qū)激電異常特征及查證情況見表1。

表1 礦區(qū)激電異常特征Table 1 Abnormal characteristics of induced polarization in the study area

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)分南北2個(gè)礦段，以固定碳2%為邊界品位，共圈定工業(yè)礦體17條，低品位礦體8條，其中主礦體4條，南北礦段各2條。南礦段礦體露頭發(fā)育，北礦段覆蓋3～15 m厚的第四系。礦區(qū)風(fēng)化層厚30 m左右。全礦區(qū)估算石墨礦物量>100萬(wàn)t，平均品位為4.05%，為大型晶質(zhì)石墨礦。南礦段石墨礦物量占整個(gè)礦區(qū)的2/3以上，平均品位為4.15%；北礦段平均品位為3.84%。

3.1.1 南礦段 主礦體賦存于石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖中，與圍巖呈漸變關(guān)系，似層狀產(chǎn)出，走向延長(zhǎng)1 130 m，傾向延深304～352 m，總體產(chǎn)狀為128°∠48°～52°，平均控制厚度為13.77～44.71 m；礦體厚度變化系數(shù)為50.98%～54.96%，厚度較穩(wěn)定；固定碳平均品位為3.10%～5.12%，礦體品位變化系數(shù)為23.86%，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。

3.1.2 北礦段 主礦體賦存于石墨片巖中，與圍巖多呈漸變關(guān)系，似層狀產(chǎn)出，走向延長(zhǎng)600 m，傾向延深203～254 m，總體產(chǎn)狀108°∠52°～118°∠55°，平均控制厚度為24.88～76.06 m，礦體厚度較穩(wěn)定；固定碳平均品位為3.68%～3.93%，礦石質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造 礦區(qū)內(nèi)發(fā)育片麻巖型和片巖型2類石墨礦石。

(1)片麻巖型石墨礦石。具片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英(43%～45%)、斜長(zhǎng)石(24%～26%)、黑(白)云母(20%～22%)以及石墨(9%～11%)。其中，石英呈他形粒狀，粒徑為0.3～1.5 mm，部分顆粒被拉長(zhǎng)呈定向排列，與其他礦物呈鑲嵌接觸；斜長(zhǎng)石呈他形粒狀，粒徑為0.2～0.7 mm，聚片雙晶發(fā)育，與其他礦物呈鑲嵌接觸；云母片徑為0.5～3.0 mm不等，定向分布；石墨呈黑色板狀，定向分布在礦石中(圖4a)。

圖4 納欽圭阿石墨礦石顯微鏡下照片(a)ZK201b1：黑云石墨斜長(zhǎng)片麻巖(正交偏光)；(b)ZKN301b3：黑云石墨石英片巖(正交偏光);(c)ZKN301g3：石墨礦石(反光)；(d)ZK3g12：石墨礦石(反光)Qtz-石英；Bt-黑云母；Chl-綠泥石；Gr-石墨Fig. 4 Microscopic photo of Nachingwea graphite ore(a)Borehole ZK201b1:biotite graphite plagioclase gneiss (cross-polarized light);(b)Borehole ZKN301b3:biotite graphite quartz schist (cross-polarized light);(c)Borehole ZKN301g3:graphite orebody (reflective light);(d)Borehole ZK3g12:graphite orebody (reflective light)

(2)片巖型石墨礦石。具片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英(74%～76%)、石墨(21%～23%)、黑云母(2%～4%)以及少量斜長(zhǎng)石。其中，石英呈他形粒狀，粒徑為0.18～0.54 mm，部分顆粒被拉長(zhǎng)呈定向排列；黑云母呈片狀，片徑為0.27～0.81 mm，較零散分布；斜長(zhǎng)石呈他形粒狀；石墨呈黑色板狀，定向分布在礦石中(圖4b)。

3.2.2 石墨礦物特征 石墨呈鱗片狀或片狀，大致定向排列，延長(zhǎng)方向與礦石片理方向一致。根據(jù)石墨鱗片大小及與其他礦物的嵌布關(guān)系，將石墨分為3類：第一類為大鱗片石墨，石墨片徑>0.150 mm，片厚>0.005 mm(圖4c)；第二類為大鱗片石墨連生體，石墨片徑>0.150 mm，片厚<0.005 mm，多與黑云母、石英呈片層互含狀(圖4d)；第三類為細(xì)鱗片石墨，呈包裹體狀分布在長(zhǎng)石、石英等礦物晶體內(nèi)，一般片徑<0.074 mm。

3.2.3 礦石化學(xué)成分 利用探礦工程中223件礦體礦石樣品，共組合成29件分析樣，測(cè)試結(jié)果顯示：w(SiO2)為57.54%～76.13%，平均值為68.29%；w(Al2O3)為5.60%～13.23%，平均值為10.18%；w(TiO2)為0.001 2%～0.88%，平均值為0.30%；w(V2O5)為0.001 1%～0.17%，平均值為0.080%；w(P2O5)為0.001 3%～0.49%，平均值為0.30%；w(S)為0.086%～3.10%，平均值為1.85%；固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.44%～5.67%，平均值為3.68%。有益組分TiO2、V2O5均未達(dá)到伴生品位要求。

對(duì)元素進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果(表2)表明：固定碳與SiO2、V2O5呈正相關(guān)性，與Al2O3、TiO2呈負(fù)相關(guān)，與S、P2O5無(wú)相關(guān)性；SiO2與Al2O3、TiO2呈負(fù)相關(guān)，與V2O5呈正相關(guān)；Al2O3與V2O5呈負(fù)相關(guān)，與TiO2呈正相關(guān)；V2O5與TiO2呈負(fù)相關(guān)；S與P2O5呈正相關(guān)。

表2 固定碳及其他元素相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of fixed carbon and other elements

3.3 礦石類型

根據(jù)礦區(qū)礦石的礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，礦石自然類型可分為片麻巖型石墨礦石、片巖型石墨礦石。按礦石風(fēng)化程度，礦石類型可分為風(fēng)化礦石和原生礦石。淺表石墨風(fēng)化礦石黏土礦物增多、抗壓強(qiáng)度降低，石墨鱗片解離度增高(張文軒等,2020)。礦石工業(yè)類型方面，根據(jù)探槽和鉆孔中181件樣品的石墨礦石片度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各目級(jí)石墨鱗片所占百分比為：片度<0.147 mm(-100目)部分占5.60%，片度為0.147～0.175 mm(100～80目)部分占4.13%，片度為0.175～0.287 mm (80～50目)部分占23.56%，片度>0.287 mm(+50目)部分占66.74%。片度≥0.147 mm(+100目)的石墨累計(jì)占94.43%，為大鱗片晶質(zhì)石墨礦石。

4 找礦模型與找礦方向

4.1 找礦模型

根據(jù)納欽圭阿石墨礦的地質(zhì)、地球物理特征，總結(jié)成礦地質(zhì)背景、礦床特征、地球物理特征3個(gè)方面的找礦標(biāo)志，建立了描述性找礦模型(表3)和立體找礦模型(圖5)。新元古代莫桑比克活動(dòng)帶中一套中高級(jí)副變質(zhì)巖系是該區(qū)晶質(zhì)石墨礦床找礦的區(qū)域地層標(biāo)志，北東走向的石墨片麻巖、石墨片巖等露頭是礦區(qū)找礦的直接標(biāo)志，延伸方向與地層走向一致的條帶狀低阻高極化異常帶是典型的地球物理找礦標(biāo)志。這一石墨礦找礦模型的建立，將有利于促進(jìn)莫桑比克活動(dòng)帶石墨礦的找礦與勘查工作。

表3 納欽圭阿石墨礦描述性找礦模型Table 3 Conceptual prospecting model of the Nachingwea graphite deposit

圖5 納欽圭阿石墨礦地質(zhì)-物探立體找礦模型1-第四系；2-含石墨黑云斜長(zhǎng)片麻巖；3-黑云斜長(zhǎng)片麻巖；4-斜長(zhǎng)片麻巖；5-石墨片巖；6-石英片巖；7-視極化率異常曲線；8-視電阻率異常曲線；9-石墨礦體；10-探槽及編號(hào)；11-鉆孔及編號(hào)；12-激電異常及編號(hào)Fig. 5 Geological-geophysical prospecting model of the Nachingwea graphite deposit

4.2 找礦方向

找礦模型中石墨礦體產(chǎn)狀與區(qū)域地層一致且走向較穩(wěn)定，具明顯條帶狀低阻高極化特征，由此推測(cè)，已知礦體北東及南西向延伸與視極化率異常重疊部位是石墨成礦機(jī)率較高地段。

在礦區(qū)范圍內(nèi)，IP1異常南西向延伸部位、IP2異常南部L102測(cè)深剖面附近、IP3異常北北東向延伸部位以及北北東向延伸的IP4異常是進(jìn)一步工程驗(yàn)證的重點(diǎn)地段。在區(qū)域范圍上，未閉合的IP3、IP4異常北東—北北東向的延伸部位，尤其是被第四系淺覆蓋的對(duì)應(yīng)礦體或激電異常延伸區(qū)域，是下一步找礦的重點(diǎn)方向。

5 結(jié) 論

(1)納欽圭阿大型石墨礦是坦桑尼亞南部林迪地區(qū)典型石墨礦之一，分南北2個(gè)礦段，共圈定工業(yè)礦體17條，其中主礦體4條，南北礦段各2條，全礦區(qū)估算石墨礦物量>100萬(wàn)t，平均品位為4.05%。南礦段礦體露頭發(fā)育，北礦段被第四系覆蓋，為淺埋藏礦體。

(2)礦體呈似層狀、透鏡狀，產(chǎn)狀與圍巖一致，走向北北東，走向延伸265～1 130 m，傾向南東東，傾向延深90～405 m，傾角46°～62°，層厚2.16～81.03 m。礦石類型為石墨片巖-片麻巖型；礦石礦物為鱗片石墨，脈石礦物主要為石英、長(zhǎng)石、云母以及少量金屬礦物；礦石中片度≥0.147 mm(+100 目)的石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.43%，工業(yè)類型為大鱗片晶質(zhì)石墨礦石。

(3)新元古代莫桑比克活動(dòng)帶內(nèi)中高級(jí)副變質(zhì)巖系為區(qū)域找礦標(biāo)志，灰黑色石墨片麻巖、石墨石英片巖是礦區(qū)找礦的直接標(biāo)志，與地層走向一致的條帶狀低阻、高極化異常帶是地球物理找礦標(biāo)志。第四系淺覆蓋區(qū)與地層走向一致的條帶狀激電異常帶為下一步重點(diǎn)找礦地段。