坦桑尼亚石墨矿地质特征及找矿前景

罗清威, 张克川, 秦德雨, 权 成

(河南省有色金属地质矿产局 第七地质大队,河南 郑州 450018)

坦桑尼亚位于非洲板块的东部,属东非克拉通南段的多多马克拉通地块,该克拉通是东部非洲几个高度成矿的克拉通之一,与赞比亚克拉通、津巴布韦克拉通和南非克拉通很多地方十分相似。尤其是坦桑尼亚克拉通因含有黄金、金刚石、镍、钴、铜等矿产而备受全球关注,具有发现世界级矿藏的巨大潜力[1]。

此外,坦桑尼亚政局相对比较稳定,与矿业相关的各项法律法规制度也相对较完善,同时政府部门也为矿产资源勘查及矿业开发提供了较多的优惠政策,吸引了全球众多的国际矿业公司投入大量资金进行相关的矿产资源勘查开发研究工作。为进一步推动该国石墨矿资源勘查、开发及研究工作,结合相关地质勘查工作的实践,对该国石墨矿的地质特征和找矿前景进行分析论述。

1 坦桑尼亚地质概况

1.1 地质构造背景[2]

坦桑尼亚的地质历史丰富多样,太古宙以来经历了长期复杂的块体拼贴和造陆运动。坦桑尼亚高原主要由前寒武纪火成岩和变质岩组成(图1)。太古宙克拉通分布在坦桑尼亚的中部和北部,向北延伸至肯尼亚南部及乌干达西南部。基底岩石分布超过40%的陆地面积,包含各种不同时代和成因的岩石,是非洲大陆早期陆壳演化历史的重要组成部分。

新太古代以来,坦桑尼亚一直保持稳定的克拉通,此后的构造作用仅限于古元古代乌萨迦兰活动带,分布于克拉通南东侧、乌宾迪活动带;中元古代契巴拉活动带,分布于克拉通的北西侧和新元古代泛非莫桑比克活动带;元古代活动带呈带状环绕克拉通分布。泛非运动后,坦桑尼亚境内经历了相对平静的时期,广泛的准平原化阶段持续了近300 Ma。晚石炭纪—早二叠纪,冈瓦纳大陆发生裂解,整个东非处于伸展机制下,沿坦桑尼亚东—东南部海岸沉积盆地沉积了古生代—新近纪的陆相和海相沉积物。

第三纪以来,长约4 000 km的东非大裂谷分成东、西两支横断坦桑尼亚元古代活动带,少量新生代火山岩沿裂谷分布。坦桑尼亚北部,非洲第一高山——乞力马扎罗山分布于东非大裂谷东支的末端,位于肯尼亚和坦桑尼亚边境地带;坦桑尼亚西南部沿东非裂谷系西支分布一系列火山岩系。

1.2 地质矿产特征及分布[3]

坦桑尼亚克拉通是非洲大陆重要的太古宙克拉通之一,以盛产金、金刚石等矿产而闻名于世,其中维多利亚湖东、南侧绿岩带中的金矿、希尼安加地区含金刚石金伯利岩管等是重要的矿床类型。

坦桑尼亚矿产资源丰富,现已查明矿产有50余种。金属矿产主要有金、铜、铁、锡、钨、锰、镍、铬、钴、钛、铂族元素等;非金属矿产有金刚石、铝土矿、萤石、石墨、石膏、石盐、云母、石棉、大理岩、花岗岩以及各类宝玉石等;能源矿产有铀、煤、天然气等(图2),其中金、金刚石和宝石是坦桑尼亚相对重要的优势矿种。

图1 坦桑尼亚大地构造图(据参考文献[2]修改)Fig.1 Tectonic map of the Tanzania1.第四系沉积;2.新生界沉积;3.新生界变质火山沉积;4.中—新生界变质沉积;5.岩系;6.第三系变质火山沉积;7.河流;8.地质界线。

然而坦桑尼亚矿产资源调查工作相对薄弱,相当部分的国土尚未进行过比较系统的地质矿产资源勘查工作。根据已有资料来看,坦桑尼亚的矿产资源的潜力非常巨大,已知矿产的埋藏深度多为200 m左右,露天矿床多,开采条件较为优越。目前,除黄金、金刚石、天然气等矿产开发规模较大外,其余多数矿产仍未得到有效开发利用。

2 坦桑尼亚石墨矿地质特征

2.1 成矿条件分析

在自然条件下,石墨矿床的形成不仅需要成矿物质,而且还需要一个特定的成矿环境。石墨矿一般赋存在经过中深区域变质作用达到角闪岩相—麻粒岩相的地层中,如分布在坦桑尼亚克拉通南部和东部的乌萨迦兰超群,该超群主要由变质岩组成,其原岩为泥质岩经深变质形成的麻粒岩和黑云母片麻岩。

从大地构造背景来看,石墨矿多出现在古陆边缘活动带上、古大陆陆核发育区和构造隆起区,而位于坦桑尼亚东南部的莫桑比克活动带内出现的大理岩、石英岩、片岩、变泥质岩等大陆架型沉积岩石组合表明伴随着莫桑比克洋的闭合,新元古代变质变形作用之前曾存在有古老的大陆边缘[4-5]。

另外,随着东、西冈瓦纳大陆的碰撞以及莫桑比克洋闭合引起了大量变质变形事件,主要分为3个阶段:①730-760 Ma,以挤压作用为主,使岩石由角闪岩相变为麻粒岩相;②610-660 Ma,以剪切应力为主,产生了南北向和北北西向的剪切带,并伴有角闪岩相变质以及混合岩化;③530-570 Ma,以剪切应力为主,使得早期构造再活化并形成北西向的剪切带。多期次的变质变形事件不仅使区内变质岩发育,而且形成了大量与变质岩伴生的矿产资源。

图2 坦桑尼亚主要矿产资源分布图(据参考文献[2]修改)Fig.2 Distribution of main mineral resources in Tanzania1.第四纪、第三纪—第四纪盆地、蒸发岩、自生矿物、煤等区域热液活动带;2.金伯利岩和金刚石成矿省;3.标识的其他矿点;4.碳酸盐岩(磷、稀土、铌等);5.矿山。

2.2 矿床地质特征及找矿前景

坦桑尼亚石墨矿床多数位于该国的中部和东南部地区。2015年底,由于境内发现了丰富的石墨矿产资源,坦桑尼亚能源和矿产部(MEM)宣布,其将很快成为世界上最大的石墨生产国之一。目前正在开采的矿床有很多,例如马瑞拉尼矿床和乞力噶里山矿床。此外,坦桑尼亚还有很多正在勘查阶段的石墨矿床,如纳丘(Nachu)石墨项目、奇拉洛(Chilalo)石墨项目、纳曼加勒(Namangale)石墨项目、马亨盖(Mahenge)石墨项目等。

2.2.1 马瑞拉尼矿床

根据已有的资料显示,马瑞拉尼矿床的岩石序列可以分为上、下两层,其中主要含石墨的层位有:①蓝晶石—硅线石石墨片麻岩(蓝晶石石墨片麻岩),晶质石墨鳞片呈六角形薄片,直径为0.5～2.5 mm(平均0.8 mm),属中—大鳞片晶质石墨,矿石中固定碳含量5%～12%。伟晶岩透镜体中晶质石墨鳞片直径可达5 mm,矿石中固定碳含量5%～10%。经压碎、研磨浮选后,石墨片径>300 μm,精矿中固定碳含量达98.5%(>80%),为一级品;②热液蚀变石墨片麻岩(主蚀变带),晶质石墨矿物含量8%～20%,晶质石墨呈浸染状和集合体产出,鳞片大小为0.5～2 mm(平均0.7 mm),属中—大鳞片晶质石墨,矿石固定碳含量平均11.2%。分选后可获得粒径>300 μm,含量达30%～40%;③板状黑云母石墨片麻岩,是该区最常见的含石墨层位。矿石中石墨含量4%～6%,鳞片大小 0.5～1.5 mm,大部分直径<1 mm,属中鳞片晶质石墨,与蓝晶石石墨片麻岩相比,晶质石墨鳞片更小,呈团块状或集合体产出。矿石固定碳平均品位为4.5%。马瑞拉尼矿床已查明的石墨矿石储量为760万t,固定碳品位5.5%～11.2%,晶质石墨矿物储量53万t。马瑞拉尼矿床C块区,计算的石墨矿石资源量为880万t,固定碳平均品位为8.3%,晶质石墨矿物资源量为73万t,具大型矿床规模。

2.2.2 乞力噶里山矿床

据资料显示,该矿床含石墨的片麻岩和片岩露头属于前寒武纪乌萨迦兰超群。其中,Ⅰ区中含石墨片麻岩露头平均厚度0.5 m,宽10～50 m,长约1 000 m,石墨矿体积3 750 m3,矿石固定碳平均品位为13%,全岩样品分析烧失量为11.4%～27.8%;Ⅱ区中含石墨片麻岩平均厚0.6 m,石墨矿体积61 875 m3,全岩样品分析烧失量为31.2%、挥发分为0.3%、矿石固定碳为30.9%,已查明晶质石墨矿物资源量约8 500 t。厚度<1 m,低于最小可采厚度,属“小而富”矿点。

此外,在坦桑尼亚东南部,如林迪和姆特瓦拉地区,有数百个不同厚度和质量的含石墨片麻岩和片岩露头,均属于前寒武纪乌萨迦兰超群,但地质调查程度低,仅对小部分露头进行了调查,因此该地区找矿前景巨大。

3 坦桑尼亚石墨矿找矿思路及方法

3.1 找矿思路

根据不同的成因,石墨矿床可以分为三种类型,分别是区域变质型、接触变质型和岩浆热液型[6]。其中,区域变质型和岩浆热液型石墨矿床主要发育为鳞片状晶质石墨,接触变质型石墨矿床主要发育为隐晶质石墨。此外,按照石墨矿石的岩性不同,可以将石墨矿石划分为多种类型,区域变质型石墨矿床主要发育有片麻岩型、片岩型、大理岩型、变粒岩型;接触变质型石墨矿床主要发育有板岩型和千枚岩型矿石;而岩浆热液型石墨矿床主要发育有花岗岩型、闪长岩型和长英质岩型矿石。

坦桑尼亚石墨矿床多分布在中部和东南部地区,该地区地层主要以属于前寒武纪乌萨迦兰超群为主,乌萨迦兰超群主要由泥质岩变成的麻粒岩和黑云母片麻岩等组成,属新太古代—早寒武世的中—深变质岩系,其中角闪岩相、麻粒岩相是寻找晶质石墨矿床的重要标志;在岩性上,包括各类含石墨的片岩、片麻岩、变粒岩、麻粒岩、大理岩等也可以起到很好的指示作用;此外,由于石墨属良性导电矿物,矿化体与围岩的电性差异特征、低阻高极化异常能够有效帮助寻找石墨矿[7]。

3.2 物探方法在石墨找矿中的应用

坦桑尼亚石墨矿床多属于区域性变质矿床,同时石墨含矿层多被第四系覆盖。该类型的石墨矿床多赋存于新太古代—早寒武世的中深变质岩系中,矿床受褶皱、断裂等构造影响较大,混合岩化作用较为普遍,并受到多期变质作用的叠加影响。矿体主要受到沉积变质作用的控制,有一定的赋矿层位。

石墨的化学成分为碳。天然产出的石墨很少是纯净的,常含有10%～20%的杂质。石墨是电子型导电体,含石墨的岩石具有较高的极化率,当岩石中石墨含量不是很高时,岩石的极化率与石墨含量具有正相关关系。因此,根据石墨矿特殊的低阻高极化特点,分析认为应用激电法、磁法及TEM等物探方法在石墨矿床勘查过程中应该可以取得很好的效果,达到间接或直接找矿目的[8-10]。

但由于目前情况下很多矿区受到了很多人为因素的影响和干扰,只是单纯的物探方法已经不能够满足石墨矿床的勘查需求,需要结合钻探等工程,排查一些物探方法的多解性、不确定性干扰,以便为石墨矿床资源的评价提供更为可靠的依据。

4 结论

石墨是一种具有重要战略意义和经济意义的矿产资源,对太阳能开发、电池制造等有着非常重要作用。本文分析了坦桑尼亚石墨矿床的地质特征以及境内石墨矿床的找矿前景以及思路和方法,认为该国石墨矿产资源潜力巨大,并且具有良好的投资环境和工业开发前景。

[1] 袁杨森,魏振国,杜学良.浅议坦桑尼亚矿业开发机遇与挑战[J].世界有色金属,2016,2(1):134-136.

[2] 王建光,杨东朝,白德胜,等.矿产资源勘查投资指南2011——坦桑尼亚[R].郑州:国土资源部信息中心,2011.

[3] 李柱云,张贞翔,何英,等.坦桑尼亚地质矿产资源特征与矿业开发前景[J].中国国土资源经济,2012,25(10):42-47.

[4] 姜继圣,刘祥.中国早前寒武纪沉积变质型晶质石墨矿床[J].建材地质,1992,63(5):18-22.

[5] 梁帅.华北典型晶质石墨矿床成因研究[D].沈阳:辽宁工程技术大学,2015.

[6] 李超,王登红,赵鸿,等.中国石墨矿床成矿规律概要[J].矿床地质,2015,34(6):1223-1236.

[7] 王家昌,张家英,朱艳.我国石墨成矿特征及找矿标志[J].中国非金属矿工业导刊,2013,103(3):49-51.

[8] 张海珠,李永年,刘学清.综合物探方法在寻找非金属矿中的应用[J].西部探矿工程,2011(9):104-106.

[9] 丁子建.物探方法在石墨找矿中的应用[J].中国非金属矿工业导刊,2015,117(4):26-28.

[10] 刘国成.物探方法在石墨找矿中的应用分析[J].科技展望,2016,26(16):277-278.