莫桑比克上利戈尼亞地區(qū)航磁、航放異常特征及鉭-鈮礦找礦方向

滕菲，任軍平，*，張國立，蘇永軍，古阿雷，唐文龍

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局南部非洲礦業(yè)研究所，天津 300170；3.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津 300170）

鉭、鈮作為重要的稀有金屬，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航天、軍工等各種高科技領(lǐng)域（鄧攀等，2019）。中國是全球鉭鈮礦的主要消費國，國內(nèi)鉭鈮礦貧礦多、生產(chǎn)成本高，原材料多依靠進口（商俊偉等，2008；蔡肖等，2013；李建康等，2019；任軍平等，2021a，2022；朱清等，2023）。近年來，全球主要的鉭鈮礦供應(yīng)國盧旺達和巴西等國分別對中國降低鉭鈮出口量。為了穩(wěn)定進口渠道，中資企業(yè)在資源“走出去”過程中，積極開展南部非洲鉭鈮資源調(diào)查評價工作（鄧德偉，2020；楊遠(yuǎn)東等，2020；孫宏偉等，2021；曾瑞垠等，2023），培育新的生產(chǎn)基地，在莫桑比克也陸續(xù)開展一些地質(zhì)勘查工作，在區(qū)域地質(zhì)背景、成礦規(guī)律、資源開發(fā)情況等方面取得了一定的認(rèn)識（王西榮等，2016；任軍平等，2021b；徐濤等，2021；王杰等，2022；龔鵬輝等，2023）。上利戈尼亞（Alto Ligonha）地區(qū)是莫桑比克乃至全球重要的Ta-Nb-Li-Be-Cs 稀有元素成礦帶（Hutchinson，1956；Correia et al.，1971a，1971b；Von Knorring et al.，1987；Dias et al.，2000）。到目前為止，該帶發(fā)現(xiàn)大型鉭-鈮礦床3 處、中型9 處、小型8 處、礦（化）點129 處，所有礦床（點）類型均為偉晶巖型（Detlef et al.，2012；董津蒙等，2022；唐文龍等，2022）。但該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)工作程度低，地質(zhì)、地球物理勘探和系統(tǒng)找礦工作因受長期內(nèi)戰(zhàn)在內(nèi)的多方面因素影響進展緩慢（Barros et al.，1963；Correia et al.，1971a，1971b；Pinna et al.，1993）。世界銀行曾出資對莫桑比克北部地區(qū)進行高精度航磁、航放測量，本區(qū)作為“優(yōu)選區(qū)”被覆蓋，區(qū)內(nèi)航測資料的綜合找礦研究工作亟待開展。筆者依托中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)的項目收集航測數(shù)據(jù)，在已有成果認(rèn)識基礎(chǔ)上對區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進行綜合推斷解釋，查明控礦構(gòu)造展布，分析總結(jié)區(qū)內(nèi)已知鉭鈮礦床航空物探綜合異常特征，對全區(qū)進行類比找礦預(yù)測，圈定鉭鈮礦遠(yuǎn)景區(qū)，為該地區(qū)鈮鉭礦資源的找礦及科研工作提供重要參考信息。

1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)概況

研究區(qū)地處莫桑比克北部楠普拉省與贊比西亞省交界地帶，構(gòu)造位置處于東非新元古代莫桑比克活動帶，中元古代楠普拉地體中。受新元古代—古生代泛非造山事件影響，該帶大部分地質(zhì)單元變形、變質(zhì)作用強烈（圖1）。全區(qū)主要由構(gòu)造史基本相似的角閃巖相正、副片麻巖及賦含稀有元素的偉晶巖組成，包括瑪瑪拉（Mamala）片麻巖和莫庫巴（Mocuba）雜巖組成的贊比西亞（Zambezia）群基底巖石、莫羅奎（Molocue）群變質(zhì)碎屑巖蓋層、庫利庫伊（Culicui）巖套花崗質(zhì)正片麻巖等3 個巖石單元（圖2），泛非期花崗巖類和賦含稀有元素的偉晶巖侵入其中（唐文龍等，2022）。研究區(qū)是莫桑比克境內(nèi)最有經(jīng)濟價值的花崗偉晶巖型鉭鈮成礦省之一，已產(chǎn)出大量鉭精礦，主要以稀有元素副礦物形式富存于花崗偉晶巖中（徐濤等，2016，2021；冉子龍等，2021）。研究區(qū)東南部姆艾尼（Muiane）大型鉭鈮礦床礦石資源量為138 萬t（Ta2O5），平均品位為0.025%。Melcher 等（2008，2009）獲得的花崗偉晶巖型鉭鐵礦U-Pb 年齡為480～440 Ma，與上利戈尼亞泛非期（490 Ma）花崗巖事件密切相關(guān)（Jamal et al.，1999）。區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造納瑪瑪逆沖推覆帶是上利戈尼亞鉭-鈮稀有元素成礦帶的主要控礦構(gòu)造，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的偉晶群主要分布于逆沖推覆帶內(nèi)。

圖1 莫桑比克構(gòu)造分區(qū)圖（a）和莫桑比克地質(zhì)礦產(chǎn)圖（b）（據(jù)Marques et al.，2000 修改）Fig.1 (a) Tectonic map of Mozambique and (b) geological and mineral map of Mozambique

2 方法原理及數(shù)據(jù)有效性

研究區(qū)的航空磁法測量數(shù)據(jù)、航空放射性測量數(shù)據(jù)為天津地質(zhì)調(diào)查中心團隊于2020 年1 月出訪莫桑比克期間，從莫桑比克國家地質(zhì)礦山理事會（INAMI）處收集的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，包含△T 異常、U 異常、Th 異常、K 異常，網(wǎng)格化間距為75 m×75 m。研究區(qū)地磁傾角為-49.5°，傾角絕對值大于30°，可以進行正常化極，筆者在開展負(fù)傾角化極試驗合格的基礎(chǔ)上，完成本區(qū)航磁異常的化極處理工作。數(shù)據(jù)處理過程參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和中國地質(zhì)調(diào)查局標(biāo)準(zhǔn)，充分保證所生成成果資料的正確合理性。

2.1 航磁異常識別構(gòu)造、巖體

航磁異常對非磁性礦體直接找礦作用并不明顯，但通過數(shù)據(jù)的深加工，能夠挖掘出極具價值的間接找礦信息。地質(zhì)找礦歷來有沿主要成礦斷裂構(gòu)造帶和主要控礦巖體進行的工作思路（楊雪等，2015；李侃等，2019；朱雪麗等，2021）。斷裂構(gòu)造與巖漿巖密不可分，為成礦物質(zhì)提供良好的運移通道和賦礦空間，從而形成復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿-成礦體系，而航磁資料在劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造、圈定火成巖體方面有特殊的優(yōu)勢，有利于尋找?guī)r漿型、熱液型、偉晶巖型內(nèi)生金屬礦產(chǎn)（崔志強等，2018；楊學(xué)明等，2021）。要通過航磁資料實現(xiàn)精確的劃分?jǐn)嗔褬?gòu)造、圈定巖體、隱伏巖體邊界就需要對異常數(shù)據(jù)進行多種轉(zhuǎn)換處理，主要有化極、上延、垂向?qū)?shù)等。垂向一階導(dǎo)數(shù)處理主要用于突出淺部磁性地質(zhì)體引起的局部異常，有利于研究巖體和局部隆起的地質(zhì)特征，進一步尋找貴金屬、有色金屬、稀有金屬礦產(chǎn)的成礦有利區(qū)。

2.2 航放異常圈定巖體、蝕變帶

航空放射性異常信息廣泛應(yīng)用于地質(zhì)填圖及鈾礦找礦工作（張萬良，2005；陳樹軍等，2007；范正國，2007），近年來也越來越多的應(yīng)用到非放射性礦產(chǎn)找礦預(yù)測中來（陳中華，2003；張恩等，2014；伍顯紅等，2019）。巖石中放射性元素的含量與巖石形成時的物理化學(xué)條件有關(guān)?？傮w看來，火成巖中放射性元素含量比沉積巖高，其中SiO2含量的增高、地質(zhì)年齡的漸新都會導(dǎo)致放射性元素含量有規(guī)律地增加（表1）。一般放射性含量最高的是酸性巖，最弱的是超基性巖。中性巖的放射性含量約為酸性巖的1/3，基性巖約為酸性巖的1/4～1/5（張萬良，2005；陳樹軍等，2007）。

表1 不同巖石類型K、U 與Th 含量及比值表Tab.1 K,U,Th contents and U/Th ratios in various rocks

K、U、Th 元素由于對介質(zhì)的溫度及pH 值的變化極為敏感。在成礦作用過程中，根據(jù)其地球化學(xué)特性的不同，其適應(yīng)物理、化學(xué)環(huán)境變化而呈規(guī)律性再分布，在礦床上形成有規(guī)律分布的擴散暈。成因類型、成礦溫度、介質(zhì)pH 值等相同的鉭鈮礦床，具有相同的表征成礦物理、化學(xué)環(huán)境的局部放射性異常特征。航空伽瑪能譜法找礦實質(zhì)上是利用K、U、Th 元素，通過模擬相似成礦環(huán)境、研究成礦規(guī)律，尋找非放射性多金屬礦產(chǎn)的環(huán)境放射性地化標(biāo)志找礦方法（張恩等，2014）。針對研究區(qū)鉭鈮礦均為低溫?zé)嵋盒偷奶攸c，為消除K 異常作為造巖元素含量普遍較高的影響，突出低溫的鉀化蝕變帶，筆者利用不同溫度的熱液中Th、U 富集程度不同，選用F 參數(shù)，即Th、K 含量之積與U 含量之比來加強成礦弱信息的提?。ㄐ粮３傻?，2007）。

3 航磁航放異常分布特征

3.1 航磁異常

區(qū)域航磁異常場整體表現(xiàn)為西低東高，局部異常條帶以北東向延伸為主，并受北西向構(gòu)造應(yīng)力錯動分段（圖3）。西北部低磁異常區(qū)（磁異常幅值主體為350～560 nT）基本對應(yīng)研究區(qū)內(nèi)庫利庫伊花崗質(zhì)正片麻巖巖套（Pt2γmglNM）的主要分布范圍。東南部“人”字形高磁異常組合（北東向與北西向），磁異常幅值在-100～2 400 nT 之間急劇變化，主要對應(yīng)莫洛奎群變泥質(zhì)、變砂質(zhì)和變火山質(zhì)片麻巖（Pt2NMa）和局部出露的基性片麻巖（Pt2NMam）。莫羅奎群變質(zhì)碎屑巖蓋層分布區(qū)是區(qū)內(nèi)的主要偉晶巖區(qū)和成礦區(qū)，其中具有強磁異常表征的是基性片麻巖（Pt2NMam）背景。蓋層空間分布嚴(yán)格受納瑪瑪逆沖推覆帶控制，所引起航磁異常形態(tài)的劇烈變化也充分反映了推覆帶構(gòu)造應(yīng)力演化的強烈性和復(fù)雜性。

圖3 航磁ΔT 化極異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.3 Reduction to the pole of aeromagnetism map and structural inference

3.2 航放異常

總體來說，研究區(qū)的航放異常整體表現(xiàn)為一定的北東向分帶展布特征和區(qū)域性的低異常背景場，充分反應(yīng)區(qū)內(nèi)北東向為主體的構(gòu)造格局及區(qū)內(nèi)巖性以地質(zhì)年齡較老的偏中基性巖群為主的特征。F 參數(shù)（歸一化后的K 異常）與U 異常、Th 異常具有較好的正相關(guān)關(guān)系，異常分布范圍與整體形態(tài)均有較高的吻合度。主體顯示為東南部異常整體幅值低，西北部分兩高夾一低（圖4）。西側(cè)相對高航放異常區(qū)與低磁異常區(qū)呼應(yīng)，對應(yīng)庫利庫伊花崗質(zhì)正片麻巖巖套（Pt2γmglNM）。中部規(guī)模最大的航放高值異常帶呈北東向轉(zhuǎn)北西向的掃帚形，與庫利庫伊花崗質(zhì)片麻巖帶（Pt2γπNM）空間展布基本對應(yīng)。東南角相對平靜的低航放異常區(qū)與“人”字形高磁異常組合直接對應(yīng)，共同圈定莫羅奎群變質(zhì)碎屑巖蓋層分布范圍，其中的極低放射性異常主要是基性片麻巖（Pt2NMam）的反應(yīng)。

圖4 航放F 參數(shù)異常圖Fig.4 F parameter of aerial radioactivity survey

4 地質(zhì)解釋與找礦方向

4.1 納瑪瑪逆沖推覆帶的展布

納瑪瑪逆沖推覆帶是上利戈尼亞鉭-鈮稀有元素成礦帶主要的控礦構(gòu)造，已發(fā)現(xiàn)的偉晶巖群主要分布于逆沖推覆帶內(nèi)（Cadoppi et al.，1987；Ueda et al.，2012），航磁航放異常解釋結(jié)果顯示該帶具有典型的左旋張扭構(gòu)造特征，構(gòu)造體系總體走向北東-北北東向。按斷裂延展方向可進一步劃分為北北東、北東向、北西向、北北西4 組。北東向、北西向2 組斷裂代表全區(qū)主構(gòu)造方向，宏觀上呈現(xiàn)出“網(wǎng)格狀”的基本構(gòu)造樣式。北東向為早期主體構(gòu)造，后期受北西向構(gòu)造改造，發(fā)生錯斷、平移，區(qū)內(nèi)鈮鉭礦分布整體受航磁異常推斷斷裂構(gòu)造控制，主斷裂與次級斷裂的交會部位，斷裂構(gòu)造傾角轉(zhuǎn)折部位是成礦有利地段（圖3、圖5）。從航磁異常場分析，區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造北東向F1 斷裂表現(xiàn)為高磁異常帶與平靜磁異常場區(qū)的分界線和航放低異常場區(qū)的邊界。規(guī)模最大的北西向F2 斷裂錯斷區(qū)內(nèi)多組北東向航磁航放異常，并部分表現(xiàn)為低磁異常條帶。該斷裂向北西方向水平錯動超過20 km，錯斷了區(qū)內(nèi)主干北東向斷裂F1、F4、F5。以此為界，南部北東向正負(fù)異常相間的高磁異常條體整體突然截止，北部的北東向異常帶存在明顯的大規(guī)模的西北向水平錯動，航磁△T 上延2 km 異常圖（圖6）上F2 斷裂亦有明顯反映，從深部驗證其構(gòu)造規(guī)模及影響。地質(zhì)圖上莫羅奎群變質(zhì)碎屑巖蓋層的空間展布、相似的航放異常特征也佐證了這一推斷。主要控礦構(gòu)造的北西向錯動可能導(dǎo)致F2 斷裂以北鉭-鈮礦成礦有利區(qū)整體向北西方向水平錯動移超過20 km。

圖5 航磁ΔT 化極垂向一階導(dǎo)數(shù)異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.5 The aeromagnetic map after reduction to the pole and the vertical first-order derivative operatation overlaid with structural inference

圖6 航磁化極上延2 km 異常及推斷地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.6 Contour map of aeromagnetic ΔT anomaly after reduction to the pole and upward continuation to 2 km and structural inference

4.2 典型礦床的航磁航放異常特征

姆艾尼鉭鈮礦床是上利戈尼亞稀有元素成帶規(guī)模最大（大型）的偉晶巖礦之一，其礦床賦存的地質(zhì)空間位置、形成地質(zhì)條件、控礦因素在本區(qū)極具代表性。筆者針對該礦床進行數(shù)據(jù)裁剪，單獨成圖分析，旨在詳細(xì)掌握礦床航磁航放異常特征（圖7）。從姆艾尼鉭鈮礦床區(qū)域地質(zhì)背景與航空物探異常的對比可以看出，礦床主體分布在航磁化極高異常、航放低異常所共同對應(yīng)的莫羅奎變質(zhì)碎屑巖蓋層上。其中，與含礦偉晶巖空間關(guān)系最為密切的莫羅奎群基性片麻巖（Pt2NMam）巖石磁性更高，航磁垂向一階導(dǎo)數(shù)異常圖上表現(xiàn)為幅值變化最大的正負(fù)磁異常組合；具有明顯的高航放異常和低航磁異常的庫利庫伊巖套花崗質(zhì)正片麻巖與成礦表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。從推斷斷裂構(gòu)造分布來看，姆艾尼鉭鈮礦床正處于推斷北東向與北北西向斷裂構(gòu)造交匯處，斷裂控礦作用明顯；航磁場處于北東東向航磁高異常帶邊界高低磁異常過度的梯級帶上；在航放異常場中處于區(qū)域低異常場中的局部微弱高異常邊部，這也是研究區(qū)大多數(shù)鉭鈮礦床空間分布規(guī)律：產(chǎn)出在區(qū)域航磁化極高異常、航放低異常背景上，局部高磁異常、局部弱放射性異常邊部；受北東、北西向斷裂構(gòu)造控制；與成礦相關(guān)的地質(zhì)單元航磁、航放異常特征明顯，易于識別。

圖7 姆艾尼鉭鈮礦綜合剖析圖Fig.7 Comprehensive analysis of Maini Ta-Ni deposit

4.3 找礦方向

通過對上利戈尼亞地區(qū)鈮鉭礦床的地質(zhì)特征與航磁、航放特征對比研究，發(fā)現(xiàn)航磁、航放異常對成礦環(huán)境具有較強的指示性，礦床航空異常特征也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，具體可以總結(jié)為以下三點：

（1）航磁異?？梢宰R別納瑪瑪推覆帶內(nèi)斷裂構(gòu)造的展布。區(qū)內(nèi)北東-北北東向構(gòu)造體系不僅控制著與稀有元素密切相關(guān)的偉晶巖的分布形態(tài)，更直接影響著礦床的空間分布，礦脈賦存在斷裂構(gòu)造及其次級構(gòu)造、斷裂交匯部位。航磁異常推斷斷裂構(gòu)造是鉭-鈮礦找礦的重要預(yù)測要素。

（2）區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)地展布的總體趨勢表現(xiàn)出相對的航磁高異常、航放低異常背景特征，主要對應(yīng)莫羅奎群表殼巖帶。由此以航磁△T 化極異常等值線圖（圖3）值域大于700 nT 為界，手動提取區(qū)域性高磁異常和高低相間磁異常區(qū)帶。在此基礎(chǔ)上，進一步限定航放F參數(shù)異常圖（圖4）上值域整體小于1.6%的片狀區(qū)域，初步圈定成礦有利區(qū)域（圖8）。

圖8 上利戈尼亞地區(qū)找礦遠(yuǎn)景區(qū)劃圖Fig.8 Prospecting prospect zoning plan of Alto Ligonha area

（3）從區(qū)內(nèi)礦床空間展布來看，航磁垂向一階導(dǎo)數(shù)異常正負(fù)伴生，異常變化顯著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用明顯且多次疊加，更有利成礦，礦床集中分布；航放U、Th、K、Th/U 異常場的區(qū)域性低異常區(qū)中，相對高異常邊界緩沖帶是重要的成礦有利區(qū)。

基于以上要素，綜合圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)五處并主要依據(jù)各區(qū)內(nèi)已知礦產(chǎn)地數(shù)量及規(guī)模，進行遠(yuǎn)景區(qū)分級（表2）。Ⅰ區(qū)是區(qū)內(nèi)主要的礦集區(qū)，成礦條件優(yōu)越，成礦潛力巨大（圖8）。納瑪瑪逆沖推覆帶的展布受F2斷裂影響，向北西方向水平錯動移超過20 km，同時也錯斷了推覆帶上相鄰分布的Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)，由此推斷Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)成礦相關(guān)性最高，找礦潛力次之，可能是區(qū)內(nèi)可拓展的新的主要找礦區(qū)域。

表2 遠(yuǎn)景區(qū)綜合情況表Tab.2 Prospect summary table

5 結(jié)論

（1）航磁異常解釋結(jié)果顯示，上利戈尼亞地區(qū)成礦主要受北東、北西向2 組斷裂構(gòu)造組成的“網(wǎng)格狀”斷裂構(gòu)造格架所控制。其中，北東向為早期構(gòu)造，后期受北西向構(gòu)造改造，發(fā)生錯斷或平移。F2 斷裂為改變區(qū)內(nèi)構(gòu)造格局的主要斷裂，主要控礦的納瑪瑪逆沖推覆帶在F2 斷裂北側(cè)發(fā)生大規(guī)模的北西向水平錯動，移動距離超過20 km。在此斷裂體系控制下，區(qū)內(nèi)鉭鈮礦成礦帶整體向北西方向偏移。

（2）通過航磁異常掌握納瑪瑪逆沖推覆帶區(qū)域構(gòu)造格架及次級斷裂構(gòu)造展布，通過航放異常圈定與成礦相關(guān)的莫羅奎群地質(zhì)體及與本區(qū)偉晶巖型鉭鈮礦礦化相關(guān)的低溫鉀化蝕變帶開展找礦預(yù)測，筆者共圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)5 處。在此基礎(chǔ)上，借助重點區(qū)域的局部航磁、航放異常邊界緩沖帶疊加分析可進一步縮小找礦范圍。

致謝：本文完成過程中得到中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心張素榮高級工程師的指導(dǎo)；胡婷博士、曹占寧博士等給予諸多幫助并進行有益探討，審稿專家給論文提出許多寶貴意見，在此一并表示感謝。