加蓬莫安达锰矿地质特征及成因研究

和平贤

(南方锰业集团有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315)

1 概述

在锰矿成因研究中，国内研究相对比较齐全完整，国外研究相对比较少。多年来，随着锰矿需求的日益增长，由于世界各地发现和开发，储量特别大的锰矿床越来越多，并认识到它们所带来的巨大经济效益及重要理论意义，虽然在锰矿床中超大型矿床的数量极其有限，但矿产资源储量和经济价值巨大。超大型锰矿床往往具有独特、复杂的成因及形成地质条件，开展和加强超大型锰矿床的研究，对于揭示锰矿床成矿规律、发展锰矿床成因理论也是非常有益的。加蓬是世界著名的富锰矿石产地和出口国，锰矿资源丰富，查明资源总储量4.4亿t[1]，居世界第3位，品位高达50%～55%，主要分布于莫安达锰矿。莫安达锰矿是世界上著名的超大型锰矿床，矿床位于加蓬东南地区上奥果韦省弗朗斯维尔市西北约50 km的莫安达镇。地理位置东经13°17′，南纬1°32′，储量超2亿t[2]，是世界上最大锰矿之一。加蓬2018和2019年度锰矿产量分别约为530万t[3]和560万t[4]，大部分产量均来自莫安达锰矿区。

据估计世界对锰需求的年增长率约为6%～9%。世界锰具有经济价值的锰矿床分布不均，随着世界锰矿资源的开采，特别是全球产业链的一体化加剧，全球主流优质富锰矿资源呈现集中度趋势，锰业界的构成经历了重要的变化，锰资源开发利用成为各国特别是发达国家的竞争焦点。优质富锰矿作为紧缺战略性矿产资源,我国锰矿富矿少，贫矿多，不仅规模小且分散，受中国本土锰矿供应情况影响，中国锰矿石进口量持续扩大。中国锰矿石对外依赖度由2009年的80.0%(进口量962.0万t)持续上升至2018年的95.8%(2018年进口量2 760.0万t)[5]。根据中国本土锰矿资源储量及锰矿产量进行测算，中国锰矿资源静态可开采年限不足50年，未来中国锰矿资源缺口进一步加大，需要依赖从国外进口以弥补其不足。随着我国“一路一带”战略的实施将给矿业发展带来机遇，借助“一路一带”战略加快我国矿业投资“走出去”，将有效弥补我国锰矿资源不足的问题。加蓬共和国位于非洲中西部，横跨赤道，面积26.77万km2，2018年人口约为211.93万，官方语言为法语，被誉为非洲的“绿金之国”，与我国有着友好的关系。加蓬锰矿石是我国四大国进口之一，2018年和2019年底加蓬对我国出口锰矿260.54万t和361.6万t[6]，分别占锰矿石总进口量的9.4%和10.6%，对满足我国国内锰矿市场日益增长的消费需求具有极其重要的稳定作用。

1960年以前，法属赤道非洲地质服务处雇佣的一名法国地质学家Choubert在莫安达附近发现了锰矿矿石。1978年法国地质学家开展完成了对莫安达的地质调查和地质填图工作。1985年法国地质学家Barra首次提出莫安达锰矿的赋存条件及资源蕴藏量。莫安达锰矿资源赋存条件十分优越，矿床规模大，构造简单，大多是厚大矿体；矿体条件较好，多赋存在近地表或浅部，宜大规模大装备机械化露天开采，目前生产的主要是高品位锰矿石。对莫安达锰矿虽然已经勘查开采近半个世纪，但该区域仍有巨大的资源远景储量，近几年在该区域又不断新发现具有较大的资源储量和经济价值的锰矿资源。因此，进一步研究矿床形成机制和成因，对周边区域地质找矿和扩大资源量，同时为今后指导超大型锰矿地质勘查找矿，有必要对其成矿物质来源及其成因进行深入探讨，便于交流学习与借鉴。笔者曾到过加蓬莫安达进行锰矿资源考察，本文根据积累的资料并结合前人研究成果的基础上，对其成因进行初步研究，并谈谈自己的看法。

2 地质背景

加蓬的地质构造单元主要为太古代基底杂岩，及不整合其基底杂岩之上的两层中—上前寒武纪盆地杂岩上，分别为上元古代尼扬加(Nyanga)向斜和下元古代弗朗斯维尔(Francevillian)盆地，并再次被第三系至第四系沉积覆盖。岩性上讲，太古代基底杂岩由花岗岩、片麻岩和绿岩带组成。弗朗斯维尔序列为古元古代 (21.5亿年) 1 000～4 000 m厚的碎屑和火山沉积物(Bonhomme 等，1982)[7]。该序列中非变质沉积物广泛分布于弗朗斯维尔盆地的东部，周围大部分为沉积岩系，矿化赋存在基底砂岩的上部。加蓬早期受近E-W向恩科米(N’Komi)断裂带和NW-SE向断裂带作用的影响，整体呈东西分带、南北分块的构造格局(见图1)。

图1 加蓬地质构造单元划分

3 区域地质

弗朗斯维尔盆地是一个前寒武纪晚期的前缘坳陷盆地，位于中非地台花岗片麻岩基底之上，呈整合接触。莫安达地区的矿床位于弗朗斯维尔盆地的东部边缘砂岩中，周围大部分为沉积岩系。在弗朗斯维尔盆地的最东部，那些非变质沉积物被平坦的中生代刚果平原、斯坦利池和巴特克平原序列的大陆沉积物覆盖。区域地质如图2所示。

图2 区域地质

区域地层主要为前寒武弗朗斯维尔超群，大约在20亿年前，弗朗斯维尔统已沉积在克拉通内盆地中，沉积物未经变质，主要属于陆表火山成因和碎屑成因[8]。根据法国地质学家Leelerc和 Weber的研究成果，曾将弗朗斯维尔盆地内的弗朗斯维尔超群细分为5组并进行各组岩性描述：自下而上分别为Mabinga组(FA)、Bangombe组(FB)、Djoumou组(FC)、Bambai组(FD)和Lepaka组(FE)组成。Bangombe 组被进一步分为FB1和FB2组。弗朗斯维尔超群地层如图3所示[9]，各组岩性及描述如下。

图3 弗朗斯维尔岩系地层柱状图

1)Mabinga 组(FA)：FA碎屑岩组位于岩系的底部，该岩组底部为砾岩，顶部为砂岩和泥岩，其厚度在盆地边部为100 m，在最大沉降区可达1 000 m，主要岩性为变质(粉)细砂岩和砾岩组成，上部是锰矿化的主岩。FA组显示具有明显的沉积特征。

2)Bangombe组(FB)：FB和FA呈轻微不整合位于其上，被划分成为FB1和FB2两个组，其厚度从盆地边部的400 m到中心区的1 000 m。FB1位于底部以泥质和黑色页岩为主，FB2位于上部主要是砂岩。其特点是粒度比FA细。

3)Djoumou组(FC)：主要为白云岩、层状燧石和黑色页岩组成，在弗郎斯维尔盆地该组适常为10～40 m厚；它代表着由FB组开始的沉积旋回的结束。

4)Bambai组(FD)：主要由含薄层硅化火山灰层、泥岩和黑色页岩组成。

5) Lepaka组(FE)：由砂岩、泥屑岩和粉砂质黑色页岩组成。

FD和FE为覆盖着弗朗斯维尔盆地大片区域，厚度可能超过1 000 m。

Mabinga组地层被钙质黑色页岩，砂岩和Bangombe组页岩覆盖，覆盖厚度约为600 m。锰矿化发生在Bangombe组，莫安达锰矿床在BF1的顶部，都呈现风化严重。

第四系较为发育，其岩性成份复杂，表层为腐植土、之下主要为砂土、粘土及各种基岩砾石组成。

区域构造以断裂为主，弗朗斯维尔盆地的砂岩一泥岩系均受到断裂构造的作用，走向以NW-SE向为主，分布于矿区东北方向的 FB2、FC地层中，断裂周围局部有构造角砾岩。

4 矿区地质特征

莫安达矿床位于加蓬弗朗斯维尔盆地中东部，赋存在前寒武系弗朗斯维尔超群FB1组的泥质和黑色页岩、砂岩、页岩中，矿区大面积被第四系(Q)覆盖，基岩出露少，出露地层主要为FC、FB 组以及第四系 Q，岩性简单，主要岩性为页岩(黑色页岩)、砂岩、页岩、燧石和砾岩等，基本未变质，尚未发现岩浆岩。含锰矿化层在弗朗斯维尔超群的Bangombe组下部(FB)中。该组地层自下而上的结构见图3。FB由钙质页岩风化而形成。顶层为粘土，中层为锰矿层，底层为砂岩、泥岩。构造主要是受西北—东南向和南—北向断层作用的影响。

4.1 矿层特征

矿区内锰矿层大部被第四系覆盖，地表较少见到锰矿体露头,矿体呈板状、层状、似层状近水平分布，产状稳定，锰矿层长度大于约3 km以上。规模为大型。厚度为3～9 m，含Mn 50%～52%。板状矿层上覆有豆状锰矿石建造。豆状建造和板状矿层中间有一厚度不大的过渡层。矿层自下而上为致密的底层、板状层，过渡层，豆状层，砂质粘土层和矿层，特征分述如下。

1)致密的底层：该层位于矿层最底部，主要由软锰矿组成，其厚度一般为2～5 cm。软锰矿带上覆有块状的层状矿石，其成分大都是些非晶质的氢氧化物，此外还有水锰矿、锰榍石和黝锰矿等。

2)板状层：该层是矿层的主要部分，赋存在致密矿层底层之上。厚度为3～5 m，在班冈比地区厚度为3～9 m，平均厚度为5 m。地质品位含锰量达44%以上。一般具板状层、层状构造。分枝复合少，夹石很少见，几乎呈水平层产出。在一些板状层直立且与较高层位(过渡层和豆状、似球状层)相混合时，有些地方就会有一些岩溶坑洼地。在板状层中也可以看到致密矿块碎屑的软锰矿层以及早期分解的致密底层的形迹。可以看到富矿囊，最早是在矿床底部下面的页岩中形成的，但可在不同的层位中见到，矿石的主要矿物是非晶质或隐晶质的氢氧化物和黝锰矿、锂硬锰矿以及隐钾锰矿的混合物。

3)过渡层：该层厚一般为0.5～1 m。一般没有层状构造，主要含有板状矿的碎块、有隐钾锰矿胶结的豆状矿层。在比较低的地方和高地的边缘地区，过渡层由于发育有浅蓝色的结核状隐钾锰矿胶结物而变硬，这种硬化作用渐渐延伸到下伏的板状矿层中。这些壳层常常被流经高原的河流切削，形成峭壁，在山坡上形成巨大的漂砾。这些峭壁和漂砾是这种矿床位置的标志。

4)豆状、似球状层：该层一般是由豆状、似球状的，直径在1～20 mm的豆状、似球状组成。豆状、似球状一般以矿石碎屑为核心，围绕着这个核心三水铝矿、针铁矿和锂硬锰矿成同心层状沉积。该层覆盖在板状层和过渡层之上，与其他砂土杂乱堆积，排列无序，近水平分布，局部变薄并逐渐尖灭，层厚1～9 m，含锰一般小于15%，一般为非工业矿层，也有局部达到Mn 品位 28%。

5)砂质粘土层：该层厚度为0.1～0.5 m，表层的锰已经被淋滤掉，但仍然保存一些豆状、似球状矿。局部有分布，但储量小，品位低，其价值不大。

4.2 矿石特征

4.2.1 矿石类型

矿石自然类型主要为氧化锰矿石，呈灰—深灰色。工业类型为低磷低铁优质富锰矿石。氧化锰矿石分布于地表及近地表。矿石选冶性能良好，适用于冶金工业等优质富锰矿石。

4.2.2 矿石的结构构造

矿石的结构主要有叶片状、半自形晶粒状结构、填隙结构和中—细粒结构等。矿石的构造主要为块状、板状、层状、似层状、胶状、条带状、角砾状和豆状等。

4.2.3 矿石的矿物成分

主要矿石矿物有菱锰矿、硬锰矿、软锰矿、水锰矿、隐钾锰矿、黝锰矿和褐锰矿等，脉石矿物主要为高岭土、石英和粘土矿物，少量长石、云母等。

4.2.4 矿石的化学成分

矿石化学成分较简单，主要化学成分为硅、锰和氧，少量的铁、镁、铝、钙，微量的金、银、铅、镍、硫等，贵金属很少，而钴、镍、铜、锌等杂质含量略高。根据南方锰业集团有限责任公司2019年进行莫安达地区锰矿的考察地质样，样品由大新锰矿分公司检测中心化验分析，从矿石化学多项分析结果可见：矿石主要有用元素为锰，其他元素较低(如表1所示)。

表1 加蓬莫安达矿石化学多项分析结果 %

莫安达锰矿与世界上几个主要锰矿区的矿石品位对比情况如表2所示。

表2 世界上几个主要锰矿区的矿石品位对比

4.3 矿体围岩和夹石

顶板围岩主要为第四系，呈褐色，由腐植土及砂岩风化残坡积物组成，内含锰质结核、小园砾，整体松散无序杂乱堆积，与其下矿层在颜色、成份、构造上具有较明显区别，因此二者界线较为清晰。该层遍布全区，其厚度随地形变化，第四系厚度一般为0～10 m左右。

矿体底板围岩主要为黄褐色—灰白色细粒变质砂岩，以层状、舒缓波状产出，与矿体产状相同，受风化及水蚀作用，固结较弱，稍加扰动即成砂状。

5 矿床成因

莫安达锰矿床形成于古元古代早期，赋存于前寒武纪弗朗斯维尔沉积岩系黑色页岩中，受火山—沉积系控制，属于火山喷发期或间歇期的正常海相沉积碎屑岩中与碳酸盐页岩，且远离火山活动中心的海盆环境中。沉积碎屑岩中含有火山碎屑岩或火山物质，矿层中经常出现碧玉条带或团块。矿石结构有叶片状、晶粒状和球粒状。矿石构造有块状、板状、角砾状和豆状等。矿体呈板状、层状、似层状，厚3～9 m，长可达3 000 m以上，矿床规模属于超大型。锰矿床也受黑色页岩相、硅质岩—灰岩相、杂色泥岩相和碳酸盐岩相及地理条件控制。通常出现碎屑岩—泥质页岩及碳酸盐相等变化序列。矿床常与碎屑岩、泥质页岩和泥质岩等共生。从含矿岩系的岩类组合及岩性序列看，从下至上，物理化学条件有着规律性的变化。矿层之下，以化学沉积为主，矿层之上，则以碎屑沉积为主。以沉积岩为围岩的层控矿床，常赋存在一定岩相之中[4]。佛朗斯维尔盆地内，广泛发育含铁锰建造，赋矿层位为一套富含锰含黑色页岩及白云岩等的火山岩喷发喷流及或热液—沉积建造。锰质可能来源于深部地幔火山喷发和喷流及热液的作用产生的物质，火山活动不断带来大量的Mn、Si等成矿物质，成矿物质沿同生断层上升至浅部地壳渗漏喷溢，为形成巨型板状、层状锰矿床提供了物质基础。火山活动释放的热能导致火山液温度的增高，同时随着前寒武纪大气中氧含量的升高，胶体不断被氧化而沉积，锰质富集成矿。地球上锰的沉积作用在时间和空间上是有选择的。锰矿床的发育与地壳演化的历史有关，一般来说，与地壳成熟度有关，包括地壳的发育、稳定性及大气圈、水圈的pH、Eh值的变化[10]。由于构造背景的转变，大气圈、水圈的演化，锰的沉积作用增强，在弗朗斯维尔统盆地富集形成了大型、超大型锰矿床。它们都与盆地的发育、拉张断裂构造背景和大气圈、水圈的氧化度有密切关系。此后海水退积，原有锰矿体被一套泥岩、粉砂岩和石英砂岩序列所覆盖，形成了现在的沉积序列。锰矿床的生成，特别是富集成大型巨大型矿床的生成环境条件具有一定的选择性即其选择性活动化的地质条件必须与充分的锰质来源和适于锰质聚积与保存的地质环境一致[11]。根据矿物质来源于火山喷发与喷流或热液作用，而又是在沉积环境中聚积富集形成，认为该矿床具有火山与沉积双重特点，由此推测，矿床可能为火山喷流—沉积成因。

综上所述，根据莫安达锰床产出的大地构造位置、区域成矿背景以及矿床地质特征等，研究认为锰矿床是在早期古元古代佛朗斯维尔盆地地质环境中沉积成矿，矿床成因与成矿期火山岩浆岩活动、热液作用有关，锰物质来源于地幔火山喷流或热液作用，矿床成因类型为火山喷流—沉积锰矿床。

6 结 语

加蓬莫安达锰矿是世界稀有的超大型锰矿床，资源储量巨大，具有独特的成因地质条件，锰矿主要分布在与汇聚背景有关的佛朗斯维尔盆地内，矿床产于前寒武纪弗朗斯维尔超群组一套黑色页岩相沉积建造中，是该区最为重要的锰矿源层。锰矿主要分布于黑色页岩相中，锰矿物质主要来源于地幔的火山岩浆岩喷发和喷流及深部热液水循环作用有密切关系。矿层呈板状、层状和似层状顺地层产出。矿体顶底板较为稳定，顶板地层完整。矿层受层位和岩相控制，沉积特征明显。黑色页岩所指示的特殊环境往往可以作为追索锰矿层的重要标志。特别是有热水机制形成的黑色页岩常常成为锰矿体的直接顶底板[12]。黑色页岩层也是莫安达地区锰矿标志层，根据已开采及近些年发现的锰矿均与黑色页岩层有关。锰矿石主要为氧化锰，锰矿区的锰矿体发育独特，矿床规模大，矿石质量好。主要成矿期为前寒武纪，矿床成因类型属于火山喷流—沉积锰矿床。