坦桑尼亚班巴拉维石墨矿与中国典型地区石墨矿对比研究

祁 东， 张冬霞， 曹义甲， 柴丽洁， 陈璐璐， 黄 达

(1.河南省地质矿产勘查开发局 第二地质矿产调查院,河南 郑州 450001； 2.河南省地质矿产勘查开发局 测绘地理信息院,河南 郑州 450003)

石墨不仅在工业领域用途广泛，而且是高、新、尖技术发展中至关重要的非金属矿产[1]。随着石墨烯的发现，石墨一跃成为了当今炙手可热的重大战略资源，带动了石墨矿产勘探的新局面。因此，“走出去”战略寻找可开采利用的大型石墨矿显得尤为重要。坦桑尼亚处于非洲东部、印度洋西岸，石墨矿产资源较为丰富。主要分布在3个地区(图1)：①北东部阿鲁沙—坦葛地区；②中东部的莫罗戈罗—多多马地区；③东南部的林迪—姆特瓦拉地区。

班巴拉维石墨矿东距坦桑尼亚行政首都达累斯萨拉姆约200 km，北距莫罗戈罗省会城市约60 km，行政区划隶属于姆孚哈(Mvuha)镇。该矿床在坦桑尼亚中东部的莫罗戈罗—多多马石墨成矿带上，其大地构造位置位于新元古代莫桑比克活动带[2]，其北西侧为太古代坦桑尼亚克拉通，南东侧为晚古生代—新生代变质沉积地层。本文研究总结了坦桑尼亚莫罗戈罗地区班巴拉维石墨矿的地质特征，通过与中国典型的区域变质型石墨矿特征进行对比研究，分析了它们的相似特征。

1 班巴拉维石墨矿基本情况

1.1 矿区地质特征

班巴拉维石墨矿区内主要出露的地层岩性为古元古代乌萨迦兰超群的斜长角闪片麻岩、(含石墨)黑云斜长片麻岩、大理岩；晚古生代卡鲁超群的砂砾岩及第四系(Q)。矿区为一单斜地层，整体向东倾，局部受构造等因素的影响，向北东或北西偏转，倾角集中在12°～60°。

1.2 矿体特征

班巴拉维石墨矿的矿体主要赋存于乌萨迦兰超群鲁匡古勒组的石墨黑云斜长片麻岩和含石墨黑云斜长片麻岩中，矿体的分布主要受层位控制。大理岩和片麻岩为石墨矿体的顶底板围岩。

目前，班巴拉维石墨矿区中西部共发现13个石墨矿体(图2)，均为露头矿体。矿体随地层整体近南北向呈层状、似层状展布，局部受构造影响呈北西向或者北东向。矿体产状与围岩产状基本一致，矿体延伸长度600～7 000 m，倾角11°～45°，平均厚度3.51～36.93 m，平均品位(固定碳)2.95%～21.38%。

班巴拉维石墨矿区Ⅴ号和Ⅸ号主矿体规模较大。其中，Ⅴ号主矿体工程控制长度2 000 m，控制平均倾斜延伸156 m，平均厚度19.66 m，平均品位4.05%；Ⅸ号主矿体工程控制长度1 400 m，控制平均倾斜延伸337 m，平均厚度36.50 m，平均品位7.37%。仅针对上述这两个矿体进行资源量初步估算，共圈定(333)+(334)？类石墨矿石量约3 807.20万t，石墨矿物量约237.37万t。目前勘查工程主要分布于矿区南部2 km范围内，矿区整体地质研究程度和勘查程度均较低。

图1 坦桑尼亚大地构造简图(据白德胜等 2017，有修改)
Fig.1 Geotectonic sketch of Tanzania
1.第四系；2.构造；3.地层界线；4.国境线；5.海岸线；6.水系；7.主要城市；8.石墨成矿带；9.班巴拉维石墨矿床。

图2 坦桑尼亚班巴拉维石墨矿区南部地质简图
Fig.2 Regional geological map of the Bambarawe graphite deposit in Tanzania
1.第四系冲洪积物；2.大理岩；3.黑云斜长片麻岩；4.斜长角闪片麻岩；5.地质界线；6.断层及编号；7.产状；8.石墨矿体及编号。

后期通过进一步实施勘查工作，进一步扩大资源量规模，该矿床规模有望达到特大型。

1.3 矿石特征

班巴拉维石墨矿石中的矿石矿物主要为石墨，脉石矿物主要为斜长石、石英、黑云母等，局部含石墨黑云斜长片麻岩中可见少量石榴子石。矿石结构一般为中—粗粒鳞片状变晶结构；矿石构造为片麻状构造、片状构造、定向构造。

根据班巴拉维石墨矿区内的石墨矿石样品粒度统计分析，石墨矿石样品平均粒径最大为0.832 mm，最小为0.092 mm。样品正目(石墨粒径>0.147 mm)石墨含量最高可达98.87%，平均含量为91.65%，石墨样品粒度分析结果均显示为粗晶鳞片状石墨矿石。

1.4 控矿因素

(1) 含矿岩系和赋矿地层。矿体主要赋存于古元古代乌萨迦兰超群鲁匡古勒组，由含金红石、石榴子石、石墨等变质特征矿物的片麻岩组成。

(2) 变质岩原岩及沉积条件。矿区内石墨黑云斜长片麻岩的主要矿物成分为斜长石、石英、黑云母、石墨等，其与顶底板围岩表现出了较好的互层特征，表明原岩的沉积环境可能为相对稳定的浅海沉积环境。

(3) 变质作用条件。石墨矿的形成很大程度上依赖于区域变质作用，区域变质作用越强烈，对原岩的改造也越彻底。班巴拉维石墨矿床含矿岩系的变质程度已达到角闪岩相—麻粒岩相。

2 与中国典型区域变质型石墨矿对比研究

本文选择了辽宁宽甸张家堡、黑龙江鸡西柳毛、山东平度刘戈庄等3个区域变质型石墨矿床与坦桑尼亚班巴拉维石墨矿床进行对比研究。

2.1 地质特征对比

通过对坦桑尼亚班巴拉维石墨矿和中国典型区域变质型石墨矿地质特征的比较[3-7](见表1)，可以看出：区域变质型石墨矿的成矿时代相对较老，从收集的各矿区内含矿岩石的U-Pb测年数据来看，主要集中在(1 824±9.3)～(2 230±16) Ma，即古元古代。此时期为地台形成时期，矿床所处地块均在大地构造隆起、构造活动强烈的位置，其中，柳毛和刘戈庄石墨矿由矿区内褶皱控矿。含矿岩石多为片麻岩、变粒岩、片岩、透辉岩等变质岩，其原岩以砂质、泥质、长英质、钙质等沉积岩为主，局部含有碳酸岩或者火成岩；矿区内矿体的形成除了受强烈的区域变质作用以外，还伴随有不同程度的混合岩化。刘戈庄、黄土窑石墨矿的炭质来源是含碳有机质提供，即有机成因；班巴拉维、张家堡、柳毛石墨矿的炭质来源主要是含碳有机质提供，少部分是碳酸盐岩提供，即混合成因。

表1 班巴拉维石墨矿与中国典型区域变质型石墨矿地质特征对比Table 1 Comparison of geological characteristics of Bambarawe graphite ore and metamorphic graphite ore of typical areas in China

2.2 矿床特征对比

通过对坦桑尼亚班巴拉维石墨矿和中国典型区域变质型石墨矿矿床特征比较(表2)，可以看出：区域变质型石墨矿床矿体的产状与地层产状基本一致，矿体多呈层状、似层状，与顶底板围岩一起表现出了较好的沉积韵律性特征。区域变质型石墨矿的矿体规模一般较大，矿体延伸从几百米到几千米，厚度一般为几米到几十米不等，比较稳定。矿石类型多为石墨黑云斜长片麻岩型、石墨变粒岩型、石墨透辉斜长片麻岩型；其矿物成分以石墨、石英、斜长石、黑云母等为主，根据矿石类型的不同，有些矿石还含有石榴子石、透辉石、透闪石、矽线石等。石墨矿石多为鳞片粒状变晶结构，片状或片麻状构造。事实上，区域变质型石墨矿的平均品位一般集中在3%～10%；大鳞片(+100目)石墨占比多在50%以上，而班巴拉维石墨矿的大鳞片(+100目)石墨更是超过了90%，矿石易选，回收率高。

2.3 地球化学特征对比

通过对坦桑尼亚班巴拉维石墨矿和中国典型区域变质型石墨矿矿石主要化学成分比较(表3)，可以看出：区域变质型石墨矿矿石主要化学成分差别不是很大，这与含矿原岩的化学成分有关。班巴拉维石墨矿矿石相对富铝，铁含量较高；张家堡石墨矿矿石具有富硅、富铝、高钾的特征；柳毛石墨矿矿石相对低硅、高钙；刘戈庄石墨矿矿石表现出富镁、富钙的特点。

表2 班巴拉维石墨矿与中国典型区域变质型石墨矿矿体及矿石特征对比Table 2 Comparison of ore bodies and ore characteristics of Bambarawe graphite deposit with typical regional metamorphic graphite deposits in China

表3 班巴拉维石墨矿与中国典型区域变质型石墨矿矿石主要化学成分(%)Table 3 Main chemical compositions of Bambarawe graphite oreand typical regional metamorphic graphite ore in China

图3为班巴拉维石墨矿与中国典型区域变质型石墨矿的含矿岩系稀土元素平均值球粒陨石标准化配分模式图，可以看出：区域变质型石墨矿含矿岩系样品球粒陨石标准化的配分曲线总体右倾，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损。各石墨矿区含矿岩石样品表现为负Eu异常，反映了沉积体系源区存在结晶分异作用。其中，班巴拉维石墨矿变现为弱的负Eu异常，而张家堡、柳毛和刘戈庄石墨矿负Eu异常明显。

2.4 综合比较分析

通过与中国典型石墨矿综合对比，总的来说，此类区域变质型石墨矿床主要赋存于元古代的中—深变质岩系中，并伴随有一定程度的构造作用。矿床原岩多为泥岩、砂岩、粘土岩，少部分为碳酸岩或火成岩，沉积于近陆源浅海区。其含矿岩石主要有片麻岩、变粒岩、片岩、透辉(透闪)岩、大理岩等。其成矿物质来源主要为原岩中的有机碳，少部分由无机碳(碳酸盐岩)提供，经过高温—中低压、角闪岩相—麻粒岩相的区域变质作用形成石墨，后期经历不同程度的混合岩化重结晶作用，形成浸染状中—粗鳞片晶质石墨[8]。

图3 各矿区变质型石墨矿含矿岩系稀土元素平均值球粒陨石标准化配分模式图
Fig.3 Standardized partition model of chondrite with average rare earth elements in metamorphic graphite ore-bearing rock series in each mining area

3 结论

坦桑尼亚班巴拉维石墨矿含矿岩性为古元古代乌萨迦兰超群鲁匡古勒组的石墨黑云斜长片麻岩，矿体呈层状、似层状，矿石结构为中—粗粒鳞片状变晶结构，矿石构造为片麻状构造，矿石类型为大鳞片晶质石墨矿石；变质程度为中深程度角闪岩相—麻粒岩相，炭质来源以有机碳为主，少量无机碳；矿床成因属于区域变质型晶质石墨矿。通过与中国典型区域变质型石墨矿床特征对比可以看出：坦桑尼亚班巴拉维石墨矿在矿床地质特征、变质特征、成矿时代、炭质来源、矿体及矿石类型特征、岩石地球化学特征上与中国典型地区石墨矿具有相似性，有较好的勘查开发前景。