坦桑尼亚林迪地区纳钦圭阿石墨矿床地质特征及找矿模型

杜菊民，陈春生,2，黄夕川，陈 诚，陈 焦，刘 平，周 傲

(1.江苏省地质工程有限公司，江苏 南京 210018;2.江苏省地质矿产调查研究所，江苏 南京 210049)

0 引 言

我国石墨矿产种类齐全，总资源量居世界首位(王力等,2017；欧阳荣京等,2019)，其中晶质石墨是我国战略性矿产(陈军元等,2021)。同时，我国也是石墨第一大进口国、大鳞片石墨净进口国，主要从莫桑比克和马达加斯加进口鳞片天然石墨(刘艳飞等,2020)。东非新元古代莫桑比克构造活动带是世界上重要的石墨成矿带(陈超等,2018;曹义甲等,2019,2020;马金虎等,2020;祁东等,2020)，尤其是坦桑尼亚南部的林迪地区，近年来发现一系列大型、超大型优质晶质石墨矿，如邦尤(Bunyu)、纳楚(Nachu)、奇拉络(Chilalo)、林迪将波(Lindi Jumbo)等 (白德胜等,2017；罗清威等,2018)，但该成矿带的典型矿床地质特征还未见系统报道。

纳钦圭阿石墨矿位于坦桑尼亚南部林迪地区纳钦圭阿县城东北10 km，矿区面积约12 km2，是莫桑比克构造活动带新发现的大型矿床之一。2018—2019年首次在区内开展石墨矿勘查工作，通过地质填图、大功率激电、槽探、钻探等工作，推断晶质石墨矿物量>100万t，固定碳平均品位为4.05%，为大型晶质石墨矿。系统总结了该石墨矿的成矿地质背景、矿体特征、矿石矿物特征、地球物理特征等，建立了该石墨矿的找矿模型，圈定下一步的找矿方向，对该地区同类矿床的找矿工作具有一定的借鉴作用。

1 区域地质背景

矿区大地构造位于东非新元古代莫桑比克活动带坦桑尼亚境内最南部(图1a)，复杂的变质变形事件形成了大量与变质岩相关的矿产资源(图1b)，区域盛产红宝石、蓝宝石等宝石矿，是“东非宝石带”的一部分，石英脉型金矿、基性超基性岩相关铜镍矿广泛分布(孙宏伟等,2015；Feneyrol et al.,2017)。近年来因一系列大型、超大型优质晶质石墨矿的相继发现，这一带又被称为纳钦圭阿石墨成矿带(Leger et al.,2015；白德胜等,2017；罗清威等,2018)。

图1 纳钦圭阿石墨矿床位置及区域地质矿产简图1-白垩纪海岸沉积；2-侏罗纪卡罗超群;3-元古代角闪片麻岩；4-元古代正-副片麻岩；5-元古代大理岩；6-元古代石英岩；7-元古代闪岩；8-元古代副片麻岩；9-元古代花岗闪长岩、花岗岩、细晶岩、伟晶岩；10-元古代辉长岩；11-元古代超基性岩；12-元古代正片麻岩；13-元古代麻粒岩；14-冲断层；15-断层；16-金；17-铜-镍；18-宝石；19-石墨；20-蓝宝石；21-大理岩、灰岩；22-矿点/矿床；23-石墨矿床编号：-奇拉络，-纳楚，-林迪将波，-鲁昂瓦，-纳钦圭阿，-邦尤；24-研究区位置Fig. 1 Location of the Nachingwea graphite deposit and sketch of its regional geology and mineral resources

区域岩石地层单元为一套中高级变质沉积-火成岩和高级变质铁镁质岩，岩性主要有长英质麻粒岩、片麻岩、石英片岩、石英岩、大理岩、角闪岩等。新元古代岩浆热液活动发育，花岗岩、细晶岩、伟晶岩、超基性岩侵入变质岩。褶皱构造为一系列轴迹呈北东走向的大型复式褶皱，倾向北西或南东，局部小型揉褶皱、鞘褶皱等发育。断裂构造以北东向断层为主，北西向构造常造成含石墨矿地层错断。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层主要发育斜长角闪片麻岩岩组、黑云斜长片麻岩岩组及第四系(图2)。

图2 纳钦圭阿石墨矿床地质简图1-第四系；2-元古代黑云斜长片麻岩岩组；3-元古代斜长角闪片麻岩岩组；4-伟晶岩；5-花岗岩；6-石墨矿体及编号；7-片麻理产状；8-推测断层；9-勘探线编号；10-探槽及编号；11-钻孔及编号Fig. 2 Geological sketch map of the Nachingwea graphite deposit

2.1.1 斜长角闪片麻岩岩组 分布于矿区西侧，呈近南北向展布。岩性主要为斜长角闪片麻岩，呈灰绿色、深灰色，中粒变晶结构，片麻状、片状构造，局部见条带状、香肠状、眼球状构造，矿物成分以角闪石、长石为主，少量石英，局部见暗红色粗粒石榴子石单晶或集合体，片麻理倾向为105°～130°、倾角37°～65°。该套岩组厚度>600 m，不含石墨矿。

2.1.2 黑云斜长片麻岩岩组 呈近南北向展布于矿区中部及以东区域。岩性主要为黑云斜长片麻岩、石英片岩，含少量大理岩、石英岩薄层。片(麻)理倾向为110°～140°，倾角37°～62°。该套岩组层的厚度>700 m，石墨矿体主要赋存于其中的片麻岩、片岩中，大理岩、石英岩中也常见石墨矿化。

2.1.3 第四系 岩性为红褐色粉质黏土，广泛分布于岗地及冲沟内，厚1～8 m。

2.2 构造

矿区内岩层总体呈单斜产出，走向北北东、倾向南东东。根据物探异常共推断出3条断层(图2)：F1断层位于矿区西部，产状120°∠50°，与岩层产状基本一致，该断层控制了区内含矿岩组的西侧边界；F2、F3断层位于南北侧中部黑云斜长片麻岩岩组中，其中F2断层北西向错断近800 m，控制了含矿岩组走向上的延伸。

2.3 侵入岩

矿区仅局部地表及钻孔中见少量侵入岩。伟晶岩见于矿区北部地表及钻孔中，视厚度<20 m，伟晶结构、文象结构，晶粒直径为0.5～30 mm，主要成分为长石、石英。花岗岩出露于矿区北部及南部，最大宽度为13 m、最大延伸长170 m，中-粗粒花岗结构，块状构造，晶粒粒径为0.5～2.0 mm，主要成分为长石、石英、白云母。伟晶岩与石墨含矿地层接触带常发育石墨矿化，石墨鳞片明显增大。

2.4 激电异常特征

石墨矿石具有低电阻率、高极化率特征，与矿体围岩存在明显的物性差异，激发极化法是寻找石墨矿的有效方法(杨彦龙,2019；冀鲁雪等,2020)。以测线方向110°、测网密度100 m×20 m开展大功率激电中梯测量。矿区视极化率变化范围为0.31%～22.10%，背景值为5.37%，观测精度均方差为0.21，以背景值加2.5倍均方差作为视极化率异常下限，确定异常下限为6%，在矿区圈定4处高极化率异常带，整体走向北东—近南北，延伸400～1 400 m，反映了石墨矿带的走向延伸特征(图3)。

图3 大功率激电中梯测量综合异常图1-视电阻率等值线；2-激电异常编号；3-激电测深剖面位置；4-石墨矿体；5-勘探线；6-钻孔及编号；7-探槽及编号Fig. 3 Comprehensive anomaly diagram of high-power IP mid-ladder measurement

其中规模最大的IP1异常为低阻、高极化异常，位于矿区南中部，呈基本连续的宽带状展布，总体走向北东，长约1 340 m，宽200～560 m，面积约0.34 km2。视极化率ηs异常峰值为22.1%，平均值为10.7%；对应视电阻率ρs表现为低阻异常，基本在18 Ω·m以下。经探槽TC1、TC2、TC3以及钻孔ZK1和ZK201等工程验证，为石墨矿致异常，激电异常与矿体对应性良好。矿区激电异常特征及查证情况见表1。

表1 矿区激电异常特征Table 1 Abnormal characteristics of induced polarization in the study area

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区分南北2个矿段，以固定碳2%为边界品位，共圈定工业矿体17条，低品位矿体8条，其中主矿体4条，南北矿段各2条。南矿段矿体露头发育，北矿段覆盖3～15 m厚的第四系。矿区风化层厚30 m左右。全矿区估算石墨矿物量>100万t，平均品位为4.05%，为大型晶质石墨矿。南矿段石墨矿物量占整个矿区的2/3以上，平均品位为4.15%；北矿段平均品位为3.84%。

3.1.1 南矿段 主矿体赋存于石墨黑云斜长片麻岩中，与围岩呈渐变关系，似层状产出，走向延长1 130 m，倾向延深304～352 m，总体产状为128°∠48°～52°，平均控制厚度为13.77～44.71 m；矿体厚度变化系数为50.98%～54.96%，厚度较稳定；固定碳平均品位为3.10%～5.12%，矿体品位变化系数为23.86%，矿石质量稳定。

3.1.2 北矿段 主矿体赋存于石墨片岩中，与围岩多呈渐变关系，似层状产出，走向延长600 m，倾向延深203～254 m，总体产状108°∠52°～118°∠55°，平均控制厚度为24.88～76.06 m，矿体厚度较稳定；固定碳平均品位为3.68%～3.93%，矿石质量稳定。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石结构构造 矿区内发育片麻岩型和片岩型2类石墨矿石。

(1)片麻岩型石墨矿石。具片状、粒状变晶结构，片麻状构造。矿物成分主要为石英(43%～45%)、斜长石(24%～26%)、黑(白)云母(20%～22%)以及石墨(9%～11%)。其中，石英呈他形粒状，粒径为0.3～1.5 mm，部分颗粒被拉长呈定向排列，与其他矿物呈镶嵌接触；斜长石呈他形粒状，粒径为0.2～0.7 mm，聚片双晶发育，与其他矿物呈镶嵌接触；云母片径为0.5～3.0 mm不等，定向分布；石墨呈黑色板状，定向分布在矿石中(图4a)。

图4 纳钦圭阿石墨矿石显微镜下照片(a)ZK201b1：黑云石墨斜长片麻岩(正交偏光)；(b)ZKN301b3：黑云石墨石英片岩(正交偏光);(c)ZKN301g3：石墨矿石(反光)；(d)ZK3g12：石墨矿石(反光)Qtz-石英；Bt-黑云母；Chl-绿泥石；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)片岩型石墨矿石。具片状、粒状变晶结构，片状构造。矿物成分主要为石英(74%～76%)、石墨(21%～23%)、黑云母(2%～4%)以及少量斜长石。其中，石英呈他形粒状，粒径为0.18～0.54 mm，部分颗粒被拉长呈定向排列；黑云母呈片状，片径为0.27～0.81 mm，较零散分布；斜长石呈他形粒状；石墨呈黑色板状，定向分布在矿石中(图4b)。

3.2.2 石墨矿物特征 石墨呈鳞片状或片状，大致定向排列，延长方向与矿石片理方向一致。根据石墨鳞片大小及与其他矿物的嵌布关系，将石墨分为3类：第一类为大鳞片石墨，石墨片径>0.150 mm，片厚>0.005 mm(图4c)；第二类为大鳞片石墨连生体，石墨片径>0.150 mm，片厚<0.005 mm，多与黑云母、石英呈片层互含状(图4d)；第三类为细鳞片石墨，呈包裹体状分布在长石、石英等矿物晶体内，一般片径<0.074 mm。

3.2.3 矿石化学成分 利用探矿工程中223件矿体矿石样品，共组合成29件分析样，测试结果显示：w(SiO2)为57.54%～76.13%，平均值为68.29%；w(Al2O3)为5.60%～13.23%，平均值为10.18%；w(TiO2)为0.001 2%～0.88%，平均值为0.30%；w(V2O5)为0.001 1%～0.17%，平均值为0.080%；w(P2O5)为0.001 3%～0.49%，平均值为0.30%；w(S)为0.086%～3.10%，平均值为1.85%；固定碳质量分数为2.44%～5.67%，平均值为3.68%。有益组分TiO2、V2O5均未达到伴生品位要求。

对元素进行Spearman相关性分析，结果(表2)表明：固定碳与SiO2、V2O5呈正相关性，与Al2O3、TiO2呈负相关，与S、P2O5无相关性；SiO2与Al2O3、TiO2呈负相关，与V2O5呈正相关；Al2O3与V2O5呈负相关，与TiO2呈正相关；V2O5与TiO2呈负相关；S与P2O5呈正相关。

表2 固定碳及其他元素相关性分析Table 2 Correlation analysis of fixed carbon and other elements

3.3 矿石类型

根据矿区矿石的矿物组成及结构构造，矿石自然类型可分为片麻岩型石墨矿石、片岩型石墨矿石。按矿石风化程度，矿石类型可分为风化矿石和原生矿石。浅表石墨风化矿石黏土矿物增多、抗压强度降低，石墨鳞片解离度增高(张文轩等,2020)。矿石工业类型方面，根据探槽和钻孔中181件样品的石墨矿石片度统计结果，各目级石墨鳞片所占百分比为：片度<0.147 mm(-100目)部分占5.60%，片度为0.147～0.175 mm(100～80目)部分占4.13%，片度为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)的石墨累计占94.43%，为大鳞片晶质石墨矿石。

4 找矿模型与找矿方向

4.1 找矿模型

根据纳钦圭阿石墨矿的地质、地球物理特征，总结成矿地质背景、矿床特征、地球物理特征3个方面的找矿标志，建立了描述性找矿模型(表3)和立体找矿模型(图5)。新元古代莫桑比克活动带中一套中高级副变质岩系是该区晶质石墨矿床找矿的区域地层标志，北东走向的石墨片麻岩、石墨片岩等露头是矿区找矿的直接标志，延伸方向与地层走向一致的条带状低阻高极化异常带是典型的地球物理找矿标志。这一石墨矿找矿模型的建立，将有利于促进莫桑比克活动带石墨矿的找矿与勘查工作。

表3 纳钦圭阿石墨矿描述性找矿模型Table 3 Conceptual prospecting model of the Nachingwea graphite deposit

图5 纳钦圭阿石墨矿地质-物探立体找矿模型1-第四系；2-含石墨黑云斜长片麻岩；3-黑云斜长片麻岩；4-斜长片麻岩；5-石墨片岩；6-石英片岩；7-视极化率异常曲线；8-视电阻率异常曲线；9-石墨矿体；10-探槽及编号；11-钻孔及编号；12-激电异常及编号Fig. 5 Geological-geophysical prospecting model of the Nachingwea graphite deposit

4.2 找矿方向

找矿模型中石墨矿体产状与区域地层一致且走向较稳定，具明显条带状低阻高极化特征，由此推测，已知矿体北东及南西向延伸与视极化率异常重叠部位是石墨成矿机率较高地段。

在矿区范围内，IP1异常南西向延伸部位、IP2异常南部L102测深剖面附近、IP3异常北北东向延伸部位以及北北东向延伸的IP4异常是进一步工程验证的重点地段。在区域范围上，未闭合的IP3、IP4异常北东—北北东向的延伸部位，尤其是被第四系浅覆盖的对应矿体或激电异常延伸区域，是下一步找矿的重点方向。

5 结 论

(1)纳钦圭阿大型石墨矿是坦桑尼亚南部林迪地区典型石墨矿之一，分南北2个矿段，共圈定工业矿体17条，其中主矿体4条，南北矿段各2条，全矿区估算石墨矿物量>100万t，平均品位为4.05%。南矿段矿体露头发育，北矿段被第四系覆盖，为浅埋藏矿体。

(2)矿体呈似层状、透镜状，产状与围岩一致，走向北北东，走向延伸265～1 130 m，倾向南东东，倾向延深90～405 m，倾角46°～62°，层厚2.16～81.03 m。矿石类型为石墨片岩-片麻岩型；矿石矿物为鳞片石墨，脉石矿物主要为石英、长石、云母以及少量金属矿物；矿石中片度≥0.147 mm(+100 目)的石墨质量分数为94.43%，工业类型为大鳞片晶质石墨矿石。

(3)新元古代莫桑比克活动带内中高级副变质岩系为区域找矿标志，灰黑色石墨片麻岩、石墨石英片岩是矿区找矿的直接标志，与地层走向一致的条带状低阻、高极化异常带是地球物理找矿标志。第四系浅覆盖区与地层走向一致的条带状激电异常带为下一步重点找矿地段。