周先軍，李淑琴＊，周丁根

（江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì)，江西鷹潭 335003）

喀麥隆東部省Haut Nyong地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的紅土型鈷鎳礦資源。Nkamouna礦區(qū)位于首都雅溫德東部約400 km，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)13°48′25″～13°52′00″，北緯3°15′08″～3°19′02″，見圖1。筆者于2011年受國(guó)內(nèi)某礦業(yè)公司的委托，對(duì)上述礦區(qū)開展過紅土型鈷鎳礦資源儲(chǔ)量核實(shí)工作，本文試圖通過對(duì)該礦床的地質(zhì)特征進(jìn)和礦床成因行總結(jié)研究，以期對(duì)該地區(qū)外圍找礦有一定的意義。

圖1 礦區(qū)交通位置圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

喀麥隆東部省Haut Nyong地區(qū)位于元古代變質(zhì)巖區(qū)域，這些巖石的年齡在25億年～6億年之間，延伸至幾個(gè)中西部非洲國(guó)家的部分地區(qū)。Nkamouna礦區(qū)主要是中性巖系（Intermediate Series），包括Mbalmayo-Bengbis‘統(tǒng)’或單元。這些巖石主要是綠泥石-絹云母片巖和石英巖。中性巖系中還包括大量的變質(zhì)長(zhǎng)英質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)火山巖和火山碎屑巖[1-3]。這些巖石形成于Eburnean構(gòu)造活動(dòng)后（距今不到18億年），被基性巖脈切斷。沉積物的原始沉積年齡很可能在18億年-14億年之間，變質(zhì)作用到鐵鋁榴石-角閃巖相發(fā)生在約12億年前，可能和基巴拉（Kibaran）造山運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生。在此區(qū)域內(nèi)，鈷和鎳的原始來源——超鎂鐵巖僅限于礦區(qū)范圍，但是目前尚無開采的記錄。另外，區(qū)域上有少量砂金、砂錫和鐵礦點(diǎn)，但是也沒有采礦利用。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

Nkamouna礦區(qū)的紅土剖面與潮濕的熱帶環(huán)境中的那些紅土類似，顯示出很強(qiáng)的垂直地帶分布特征，其表現(xiàn)是從底部的未風(fēng)化基巖過渡到地表高度浸出后的殘留物。但是Nkamouna礦區(qū)的紅土礦與標(biāo)準(zhǔn)的熱帶紅土礦又有所不同，它具有兩層富鐵紅土層，中間為富鐵的鐵帽物質(zhì)所隔開[4]。在鐵帽物質(zhì)下面的紅土礦包含褐鐵礦層以及下伏的腐巖層，該類型紅土礦更具有熱帶紅土礦的典型特征。右圖（圖2）為礦區(qū)地質(zhì)圖。

2.1 礦區(qū)地層

Nkamouna礦區(qū)風(fēng)化剖面可辨別層位的典型層序見下圖（圖3）的描述（根據(jù)核實(shí)報(bào)告）。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

根據(jù)已有地質(zhì)資料分析，礦區(qū)構(gòu)造不發(fā)育，只在礦區(qū)南東部推測(cè)有1條北東向斷層。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.3 礦區(qū)巖漿巖

地質(zhì)師繪制出的Nkamouna礦區(qū)基巖地質(zhì)圖和在淺井、鉆孔中看到的風(fēng)化或新鮮巖石的觀測(cè)資料。源自淺井和鉆孔的巖石及少量的露頭表明，Nkamouna礦區(qū)的下伏新鮮巖石是普遍受到剪切的蛇紋巖[5]。大部分蛇紋巖的形成源自超鎂鐵母巖，是中等溫度下水合作用和剪切的結(jié)果，形成時(shí)間在超鎂鐵巖侵位期間或侵位后的構(gòu)造作用期間。在Nkamouna和Mada礦區(qū)。巖相學(xué)證據(jù)表明，蛇紋巖的母巖很可能是純橄欖巖（巖石中的橄欖石含量＞90%）。

圖3 礦區(qū)地層垂直剖面圖

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

鈷鎳礦體賦存于蛇紋巖經(jīng)長(zhǎng)期熱帶風(fēng)化作用而形成的殘余紅土層中。鈷鎳礦化體東西長(zhǎng)約5400m，南北長(zhǎng)約6500m，礦化覆蓋面積約28km2。礦化深度從0m至50m不等，但礦化程度達(dá)到工業(yè)礦體的深度為10至20m。礦體呈層狀、似層狀平行于起伏地形（起伏較小，坡度一般小于3°）。鈷鎳含礦層位于蛇紋巖的殘余紅土層中，主要有兩層礦：上層礦層主要賦存在下部鐵帽角礫巖中，稱之為角礫巖型鈷鎳礦體（代號(hào)為BX），厚度較小，平均約1m，連續(xù)性較差。下層礦層主要賦存在鐵鋁巖中，稱之為鐵鋁巖型鈷鎳礦體（代號(hào)為FL），平均厚度約5m，最厚為17m，連續(xù)性較好。角礫巖型和鐵鋁巖型兩種礦石類型在剖面可以分別圈定、分別計(jì)算資源儲(chǔ)量，但采礦很難分開。見代表性剖面圖—1-1′剖面圖（圖4）。

圖4 1-1＇剖面圖

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石物質(zhì)組成

無論是鐵帽角礫巖型鈷鎳礦體，還是鐵鋁巖型鈷鎳礦體，礦區(qū)鈷鎳礦石主要金屬礦物為鈷土，它賦存了幾乎全部的鈷、大部分錳和相當(dāng)一部分鎳。鈷土有時(shí)在科學(xué)文獻(xiàn)中被稱為“鈷土礦”，在礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)被工程師稱之為“錳土”或者“鈷錳土”。Nkamouna礦區(qū)鈷土形狀較為特殊，因?yàn)槠浼瓤梢噪x散的片狀晶體出現(xiàn)，又可以直徑達(dá)5cm較大較粗的晶體集料和細(xì)粒錳土出現(xiàn)，有時(shí)是鉻鐵礦和針鐵礦結(jié)核層類結(jié)核，還可以鉻和鐵的氧化物及氫氧化物細(xì)粒交生的形式出現(xiàn)[6]。

除了鈷土外，礦區(qū)其它礦物還有高嶺石等粘土礦物及其它礦物，但是這些礦物不含鈷鎳。

3.2.2 礦石化學(xué)成分

鈷土沒有理論上固定的鈷或鎳含量，因?yàn)楣?Co,Ni)1-y(MnO2)2-x(OH)2-2y+2x.nH2O允許在鈷、鎳和錳之間代換，反映所處地層水的化學(xué)物質(zhì)，以達(dá)到電荷平衡。Nkamouna礦區(qū)鈷土中鈷和鎳的比例從1：1到10：1不等（表示為化學(xué)計(jì)量氧化物），平均值約為2：1。Nkamouna礦區(qū)鈷土樣品分析表明CoO含量為6.3%～19.5%。

鈷土對(duì)于Nkamouna礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的，因?yàn)橐晕⒂^晶體的較粗集料形式出現(xiàn)，這些集料可通過粉狀鐵氧化物礦物和粘土進(jìn)行壓碎和濕法篩分而分離[7]。由此產(chǎn)生的粗碎片包括大部分鈷和錳及相當(dāng)一部分鎳，使得浸出前出現(xiàn)了富集顯著增多的情形（鐵鋁土單元為3.1倍）。

按分析化驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，礦石中Co 0.001%～2.806%，平均0.11%；Ni 0.003%～9.81%，平均0.48%；Mn 0.002%～22.88%，平均0.72%。

3.2.3 礦石風(fēng)（氧）化特征

Nkamouna礦區(qū)鈷鎳礦床是蛇紋巖中的礦物經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期熱帶風(fēng)化作用后形成的。紅土化作用很大程度上是一種化學(xué)過程，地下水和生物作用在出露的蛇紋巖上互相作用，使得某些元素（例如鐵、鋁、鈷、鎳、鉻和錳）在土壤中得到富集，而其它元素（例如鎂、鈣和硅）則溶解并流失。風(fēng)化強(qiáng)度與時(shí)間、氣候及基巖特征（成分、斷裂等）有關(guān)。通過強(qiáng)烈的熱帶風(fēng)化作用，使得超鎂鐵巖出現(xiàn)了深表生紅土蝕變。主要的蝕變礦物包括粘土、褐鐵礦和赤鐵礦，常常可觀測(cè)到錳氧化物。紅土區(qū)域下面是剪切和蝕變的蛇紋巖，特征為存在蛇紋石、硅石和滑石。

3.3 礦石類型和品級(jí)

礦石自然類型包括鐵帽角礫巖型鈷鎳（氧化）礦石和鐵鋁巖型鈷鎳（氧化）礦石，礦床成因類型為紅土型鈷鎳礦床，未分品級(jí)。

3.4 礦體（層）圍巖和夾石

礦體圍巖：上部為上下鐵帽角礫巖之間的硬土層（簡(jiǎn)稱“FB”），下部為鐵鋁土、硅結(jié)礫巖、腐巖或者蛇紋巖。

夾石：指礦層中厚度大于1m，Co品位低于邊界品位的區(qū)段，或者工業(yè)礦層中厚度大于1m，品位介于工業(yè)品位與邊界品位之間，但分布零星的區(qū)段。

3.5 礦床共（伴）生礦產(chǎn)

據(jù)已有資料，礦石中鈷、鎳、錳屬于共生關(guān)系，以鈷為主。

3.6 礦石加工技術(shù)性能

根據(jù)《SRK報(bào)告》所述，Nkamouna礦區(qū)經(jīng)過鈷鎳礦石冶金選礦試驗(yàn)，顯示開采過程中有價(jià)值金屬的PUG（物理選礦）回收率情況為鈷54.4%、鎳25.3%、錳53.5%。經(jīng)過浸出及粗煉工藝后，有價(jià)值金屬的總回收率情況為鈷50.8%、鎳15.3%、錳46.0%。

4 礦床成因分析

Nkamouna礦床屬于非典型的風(fēng)化殼紅土型鈷鎳礦。該類型礦床是由超基性巖-蛇紋巖在熱帶、亞熱帶常年高溫、雨旱季交替且年降雨量較大的環(huán)境中經(jīng)風(fēng)化、淋慮、沉積富集而成的。而Nkamouna礦床與在中生代、新近紀(jì)、第四紀(jì)的熱帶、亞熱帶氣候條件下形成的蛇紋巖風(fēng)化殼有關(guān)。作為超鐵鎂質(zhì)巖的橄欖巖主要是由呈完全類質(zhì)同象的Mg，F(xiàn)e硅酸鹽礦物組成，鈷、鎳是以類質(zhì)同象混入物的狀態(tài)代替鎂而進(jìn)入硅酸鹽礦物的晶格，形成鈷鎳蛇紋石。蛇紋石受風(fēng)化作用容易蝕變，礦物晶格被破壞，礦物中的Mg和Co、Ni轉(zhuǎn)入溶液并帶至風(fēng)化殼的下部，同時(shí)在這一過程中，Co、Ni與Si及其他元素分離，重新沉淀，以鈷、鎳的次生礦物沉淀富集；Fe則氧化成褐鐵礦沉積于風(fēng)化殼的上部。

整個(gè)成礦過程可分為兩個(gè)階段：

第一階段：在富含CO2地下水的作用下，促使蛇紋石溶蝕，從而分解出Fe、Mg、Co、Ni進(jìn)入溶液，而Si則形成SiO2膠體。由于Fe的氧化物較為穩(wěn)定，在原地以褐鐵礦的形式聚集，最后在地表形成褐鐵礦層。

第二階段：隨著風(fēng)化作用的繼續(xù)發(fā)展，更多的Mg、Co、Ni和Si溶于酸性的溶液中，隨之繼續(xù)下滲，最后溶液發(fā)生中和反應(yīng)后形成含水硅酸鹽沉淀。由于Co、Ni的溶解度比Mg要小，因此沉淀物中的Co/Mg和Ni/Mg比值高于溶液中的Co/Mg和Ni/Mg，因而鈷、鎳得以逐漸富集。由于礦區(qū)地處熱帶、亞熱帶，陽光強(qiáng)烈，常年高溫多雨，風(fēng)化作用的介質(zhì)—酸性溶液不斷的得到補(bǔ)充，反復(fù)侵蝕著逐漸富集了的含鈷、鎳沉淀物，最終形成了紅土型鈷鎳礦床。而地表的褐鐵礦層也成了尋找該類型礦床最直接的找礦標(biāo)志。

5 結(jié)論

（1）Nkamouna鈷鎳礦體賦存于蛇紋巖經(jīng)長(zhǎng)期熱帶風(fēng)化作用而形成的殘余紅土層中。

（2）鈷鎳礦體呈層狀、似層狀平行于起伏地形（起伏較小，坡度一般小于3°），鈷鎳礦體垂直分帶特征明顯。

（3）礦區(qū)有角礫巖型和鐵鋁巖型兩種礦石類型。

（4）Nkamouna礦區(qū)紅土型鈷鎳礦床主要是由超鐵鎂質(zhì)巖蛇紋巖在熱帶及亞熱帶常年高溫、雨旱季交替且年降雨量較大的環(huán)境下經(jīng)風(fēng)化、淋濾、沉積富集而成的。