和平賢
(南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司,廣西 大新 532315)
在錳礦成因研究中,國(guó)內(nèi)研究相對(duì)比較齊全完整,國(guó)外研究相對(duì)比較少。多年來(lái),隨著錳礦需求的日益增長(zhǎng),由于世界各地發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā),儲(chǔ)量特別大的錳礦床越來(lái)越多,并認(rèn)識(shí)到它們所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益及重要理論意義,雖然在錳礦床中超大型礦床的數(shù)量極其有限,但礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。超大型錳礦床往往具有獨(dú)特、復(fù)雜的成因及形成地質(zhì)條件,開(kāi)展和加強(qiáng)超大型錳礦床的研究,對(duì)于揭示錳礦床成礦規(guī)律、發(fā)展錳礦床成因理論也是非常有益的。加蓬是世界著名的富錳礦石產(chǎn)地和出口國(guó),錳礦資源豐富,查明資源總儲(chǔ)量4.4億t[1],居世界第3位,品位高達(dá)50%~55%,主要分布于莫安達(dá)錳礦。莫安達(dá)錳礦是世界上著名的超大型錳礦床,礦床位于加蓬東南地區(qū)上奧果韋省弗朗斯維爾市西北約50 km的莫安達(dá)鎮(zhèn)。地理位置東經(jīng)13°17′,南緯1°32′,儲(chǔ)量超2億t[2],是世界上最大錳礦之一。加蓬2018和2019年度錳礦產(chǎn)量分別約為530萬(wàn)t[3]和560萬(wàn)t[4],大部分產(chǎn)量均來(lái)自莫安達(dá)錳礦區(qū)。
據(jù)估計(jì)世界對(duì)錳需求的年增長(zhǎng)率約為6%~9%。世界錳具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的錳礦床分布不均,隨著世界錳礦資源的開(kāi)采,特別是全球產(chǎn)業(yè)鏈的一體化加劇,全球主流優(yōu)質(zhì)富錳礦資源呈現(xiàn)集中度趨勢(shì),錳業(yè)界的構(gòu)成經(jīng)歷了重要的變化,錳資源開(kāi)發(fā)利用成為各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)富錳礦作為緊缺戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源,我國(guó)錳礦富礦少,貧礦多,不僅規(guī)模小且分散,受中國(guó)本土錳礦供應(yīng)情況影響,中國(guó)錳礦石進(jìn)口量持續(xù)擴(kuò)大。中國(guó)錳礦石對(duì)外依賴度由2009年的80.0%(進(jìn)口量962.0萬(wàn)t)持續(xù)上升至2018年的95.8%(2018年進(jìn)口量2 760.0萬(wàn)t)[5]。根據(jù)中國(guó)本土錳礦資源儲(chǔ)量及錳礦產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)算,中國(guó)錳礦資源靜態(tài)可開(kāi)采年限不足50年,未來(lái)中國(guó)錳礦資源缺口進(jìn)一步加大,需要依賴從國(guó)外進(jìn)口以彌補(bǔ)其不足。隨著我國(guó)“一路一帶”戰(zhàn)略的實(shí)施將給礦業(yè)發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇,借助“一路一帶”戰(zhàn)略加快我國(guó)礦業(yè)投資“走出去”,將有效彌補(bǔ)我國(guó)錳礦資源不足的問(wèn)題。加蓬共和國(guó)位于非洲中西部,橫跨赤道,面積26.77萬(wàn)km2,2018年人口約為211.93萬(wàn),官方語(yǔ)言為法語(yǔ),被譽(yù)為非洲的“綠金之國(guó)”,與我國(guó)有著友好的關(guān)系。加蓬錳礦石是我國(guó)四大國(guó)進(jìn)口之一,2018年和2019年底加蓬對(duì)我國(guó)出口錳礦260.54萬(wàn)t和361.6萬(wàn)t[6],分別占錳礦石總進(jìn)口量的9.4%和10.6%,對(duì)滿足我國(guó)國(guó)內(nèi)錳礦市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的消費(fèi)需求具有極其重要的穩(wěn)定作用。
1960年以前,法屬赤道非洲地質(zhì)服務(wù)處雇傭的一名法國(guó)地質(zhì)學(xué)家Choubert在莫安達(dá)附近發(fā)現(xiàn)了錳礦礦石。1978年法國(guó)地質(zhì)學(xué)家開(kāi)展完成了對(duì)莫安達(dá)的地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)填圖工作。1985年法國(guó)地質(zhì)學(xué)家Barra首次提出莫安達(dá)錳礦的賦存條件及資源蘊(yùn)藏量。莫安達(dá)錳礦資源賦存條件十分優(yōu)越,礦床規(guī)模大,構(gòu)造簡(jiǎn)單,大多是厚大礦體;礦體條件較好,多賦存在近地表或淺部,宜大規(guī)模大裝備機(jī)械化露天開(kāi)采,目前生產(chǎn)的主要是高品位錳礦石。對(duì)莫安達(dá)錳礦雖然已經(jīng)勘查開(kāi)采近半個(gè)世紀(jì),但該區(qū)域仍有巨大的資源遠(yuǎn)景儲(chǔ)量,近幾年在該區(qū)域又不斷新發(fā)現(xiàn)具有較大的資源儲(chǔ)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的錳礦資源。因此,進(jìn)一步研究礦床形成機(jī)制和成因,對(duì)周邊區(qū)域地質(zhì)找礦和擴(kuò)大資源量,同時(shí)為今后指導(dǎo)超大型錳礦地質(zhì)勘查找礦,有必要對(duì)其成礦物質(zhì)來(lái)源及其成因進(jìn)行深入探討,便于交流學(xué)習(xí)與借鑒。筆者曾到過(guò)加蓬莫安達(dá)進(jìn)行錳礦資源考察,本文根據(jù)積累的資料并結(jié)合前人研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)其成因進(jìn)行初步研究,并談?wù)勛约旱目捶ā?/p>
加蓬的地質(zhì)構(gòu)造單元主要為太古代基底雜巖,及不整合其基底雜巖之上的兩層中—上前寒武紀(jì)盆地雜巖上,分別為上元古代尼揚(yáng)加(Nyanga)向斜和下元古代弗朗斯維爾(Francevillian)盆地,并再次被第三系至第四系沉積覆蓋。巖性上講,太古代基底雜巖由花崗巖、片麻巖和綠巖帶組成。弗朗斯維爾序列為古元古代 (21.5億年) 1 000~4 000 m厚的碎屑和火山沉積物(Bonhomme 等,1982)[7]。該序列中非變質(zhì)沉積物廣泛分布于弗朗斯維爾盆地的東部,周?chē)蟛糠譃槌练e巖系,礦化賦存在基底砂巖的上部。加蓬早期受近E-W向恩科米(N’Komi)斷裂帶和NW-SE向斷裂帶作用的影響,整體呈東西分帶、南北分塊的構(gòu)造格局(見(jiàn)圖1)。
圖1 加蓬地質(zhì)構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/p>
弗朗斯維爾盆地是一個(gè)前寒武紀(jì)晚期的前緣坳陷盆地,位于中非地臺(tái)花崗片麻巖基底之上,呈整合接觸。莫安達(dá)地區(qū)的礦床位于弗朗斯維爾盆地的東部邊緣砂巖中,周?chē)蟛糠譃槌练e巖系。在弗朗斯維爾盆地的最東部,那些非變質(zhì)沉積物被平坦的中生代剛果平原、斯坦利池和巴特克平原序列的大陸沉積物覆蓋。區(qū)域地質(zhì)如圖2所示。
圖2 區(qū)域地質(zhì)
區(qū)域地層主要為前寒武弗朗斯維爾超群,大約在20億年前,弗朗斯維爾統(tǒng)已沉積在克拉通內(nèi)盆地中,沉積物未經(jīng)變質(zhì),主要屬于陸表火山成因和碎屑成因[8]。根據(jù)法國(guó)地質(zhì)學(xué)家Leelerc和 Weber的研究成果,曾將弗朗斯維爾盆地內(nèi)的弗朗斯維爾超群細(xì)分為5組并進(jìn)行各組巖性描述:自下而上分別為Mabinga組(FA)、Bangombe組(FB)、Djoumou組(FC)、Bambai組(FD)和Lepaka組(FE)組成。Bangombe 組被進(jìn)一步分為FB1和FB2組。弗朗斯維爾超群地層如圖3所示[9],各組巖性及描述如下。
圖3 弗朗斯維爾巖系地層柱狀圖
1)Mabinga 組(FA):FA碎屑巖組位于巖系的底部,該巖組底部為礫巖,頂部為砂巖和泥巖,其厚度在盆地邊部為100 m,在最大沉降區(qū)可達(dá)1 000 m,主要巖性為變質(zhì)(粉)細(xì)砂巖和礫巖組成,上部是錳礦化的主巖。FA組顯示具有明顯的沉積特征。
2)Bangombe組(FB):FB和FA呈輕微不整合位于其上,被劃分成為FB1和FB2兩個(gè)組,其厚度從盆地邊部的400 m到中心區(qū)的1 000 m。FB1位于底部以泥質(zhì)和黑色頁(yè)巖為主,F(xiàn)B2位于上部主要是砂巖。其特點(diǎn)是粒度比FA細(xì)。
3)Djoumou組(FC):主要為白云巖、層狀燧石和黑色頁(yè)巖組成,在弗郎斯維爾盆地該組適常為10~40 m厚;它代表著由FB組開(kāi)始的沉積旋回的結(jié)束。
4)Bambai組(FD):主要由含薄層硅化火山灰層、泥巖和黑色頁(yè)巖組成。
5) Lepaka組(FE):由砂巖、泥屑巖和粉砂質(zhì)黑色頁(yè)巖組成。
FD和FE為覆蓋著弗朗斯維爾盆地大片區(qū)域,厚度可能超過(guò)1 000 m。
Mabinga組地層被鈣質(zhì)黑色頁(yè)巖,砂巖和Bangombe組頁(yè)巖覆蓋,覆蓋厚度約為600 m。錳礦化發(fā)生在Bangombe組,莫安達(dá)錳礦床在BF1的頂部,都呈現(xiàn)風(fēng)化嚴(yán)重。
第四系較為發(fā)育,其巖性成份復(fù)雜,表層為腐植土、之下主要為砂土、粘土及各種基巖礫石組成。
區(qū)域構(gòu)造以斷裂為主,弗朗斯維爾盆地的砂巖一泥巖系均受到斷裂構(gòu)造的作用,走向以NW-SE向?yàn)橹鳎植加诘V區(qū)東北方向的 FB2、FC地層中,斷裂周?chē)植坑袠?gòu)造角礫巖。
莫安達(dá)礦床位于加蓬弗朗斯維爾盆地中東部,賦存在前寒武系弗朗斯維爾超群FB1組的泥質(zhì)和黑色頁(yè)巖、砂巖、頁(yè)巖中,礦區(qū)大面積被第四系(Q)覆蓋,基巖出露少,出露地層主要為FC、FB 組以及第四系 Q,巖性簡(jiǎn)單,主要巖性為頁(yè)巖(黑色頁(yè)巖)、砂巖、頁(yè)巖、燧石和礫巖等,基本未變質(zhì),尚未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。含錳礦化層在弗朗斯維爾超群的Bangombe組下部(FB)中。該組地層自下而上的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。FB由鈣質(zhì)頁(yè)巖風(fēng)化而形成。頂層為粘土,中層為錳礦層,底層為砂巖、泥巖。構(gòu)造主要是受西北—東南向和南—北向斷層作用的影響。
礦區(qū)內(nèi)錳礦層大部被第四系覆蓋,地表較少見(jiàn)到錳礦體露頭,礦體呈板狀、層狀、似層狀近水平分布,產(chǎn)狀穩(wěn)定,錳礦層長(zhǎng)度大于約3 km以上。規(guī)模為大型。厚度為3~9 m,含Mn 50%~52%。板狀礦層上覆有豆?fàn)铄i礦石建造。豆?fàn)罱ㄔ旌桶鍫畹V層中間有一厚度不大的過(guò)渡層。礦層自下而上為致密的底層、板狀層,過(guò)渡層,豆?fàn)顚?,砂質(zhì)粘土層和礦層,特征分述如下。
1)致密的底層:該層位于礦層最底部,主要由軟錳礦組成,其厚度一般為2~5 cm。軟錳礦帶上覆有塊狀的層狀礦石,其成分大都是些非晶質(zhì)的氫氧化物,此外還有水錳礦、錳榍石和黝錳礦等。
2)板狀層:該層是礦層的主要部分,賦存在致密礦層底層之上。厚度為3~5 m,在班岡比地區(qū)厚度為3~9 m,平均厚度為5 m。地質(zhì)品位含錳量達(dá)44%以上。一般具板狀層、層狀構(gòu)造。分枝復(fù)合少,夾石很少見(jiàn),幾乎呈水平層產(chǎn)出。在一些板狀層直立且與較高層位(過(guò)渡層和豆?fàn)?、似球狀?相混合時(shí),有些地方就會(huì)有一些巖溶坑洼地。在板狀層中也可以看到致密礦塊碎屑的軟錳礦層以及早期分解的致密底層的形跡??梢钥吹礁坏V囊,最早是在礦床底部下面的頁(yè)巖中形成的,但可在不同的層位中見(jiàn)到,礦石的主要礦物是非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)的氫氧化物和黝錳礦、鋰硬錳礦以及隱鉀錳礦的混合物。
3)過(guò)渡層:該層厚一般為0.5~1 m。一般沒(méi)有層狀構(gòu)造,主要含有板狀礦的碎塊、有隱鉀錳礦膠結(jié)的豆?fàn)畹V層。在比較低的地方和高地的邊緣地區(qū),過(guò)渡層由于發(fā)育有淺藍(lán)色的結(jié)核狀隱鉀錳礦膠結(jié)物而變硬,這種硬化作用漸漸延伸到下伏的板狀礦層中。這些殼層常常被流經(jīng)高原的河流切削,形成峭壁,在山坡上形成巨大的漂礫。這些峭壁和漂礫是這種礦床位置的標(biāo)志。
4)豆?fàn)?、似球狀層:該層一般是由豆?fàn)?、似球狀的,直徑?~20 mm的豆?fàn)睢⑺魄驙罱M成。豆?fàn)?、似球狀一般以礦石碎屑為核心,圍繞著這個(gè)核心三水鋁礦、針鐵礦和鋰硬錳礦成同心層狀沉積。該層覆蓋在板狀層和過(guò)渡層之上,與其他砂土雜亂堆積,排列無(wú)序,近水平分布,局部變薄并逐漸尖滅,層厚1~9 m,含錳一般小于15%,一般為非工業(yè)礦層,也有局部達(dá)到Mn 品位 28%。
5)砂質(zhì)粘土層:該層厚度為0.1~0.5 m,表層的錳已經(jīng)被淋濾掉,但仍然保存一些豆?fàn)?、似球狀礦。局部有分布,但儲(chǔ)量小,品位低,其價(jià)值不大。
4.2.1 礦石類(lèi)型
礦石自然類(lèi)型主要為氧化錳礦石,呈灰—深灰色。工業(yè)類(lèi)型為低磷低鐵優(yōu)質(zhì)富錳礦石。氧化錳礦石分布于地表及近地表。礦石選冶性能良好,適用于冶金工業(yè)等優(yōu)質(zhì)富錳礦石。
4.2.2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造
礦石的結(jié)構(gòu)主要有葉片狀、半自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)和中—細(xì)粒結(jié)構(gòu)等。礦石的構(gòu)造主要為塊狀、板狀、層狀、似層狀、膠狀、條帶狀、角礫狀和豆?fàn)畹取?/p>
4.2.3 礦石的礦物成分
主要礦石礦物有菱錳礦、硬錳礦、軟錳礦、水錳礦、隱鉀錳礦、黝錳礦和褐錳礦等,脈石礦物主要為高嶺土、石英和粘土礦物,少量長(zhǎng)石、云母等。
4.2.4 礦石的化學(xué)成分
礦石化學(xué)成分較簡(jiǎn)單,主要化學(xué)成分為硅、錳和氧,少量的鐵、鎂、鋁、鈣,微量的金、銀、鉛、鎳、硫等,貴金屬很少,而鈷、鎳、銅、鋅等雜質(zhì)含量略高。根據(jù)南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司2019年進(jìn)行莫安達(dá)地區(qū)錳礦的考察地質(zhì)樣,樣品由大新錳礦分公司檢測(cè)中心化驗(yàn)分析,從礦石化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果可見(jiàn):礦石主要有用元素為錳,其他元素較低(如表1所示)。
表1 加蓬莫安達(dá)礦石化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果 %
莫安達(dá)錳礦與世界上幾個(gè)主要錳礦區(qū)的礦石品位對(duì)比情況如表2所示。
表2 世界上幾個(gè)主要錳礦區(qū)的礦石品位對(duì)比
頂板圍巖主要為第四系,呈褐色,由腐植土及砂巖風(fēng)化殘坡積物組成,內(nèi)含錳質(zhì)結(jié)核、小園礫,整體松散無(wú)序雜亂堆積,與其下礦層在顏色、成份、構(gòu)造上具有較明顯區(qū)別,因此二者界線較為清晰。該層遍布全區(qū),其厚度隨地形變化,第四系厚度一般為0~10 m左右。
礦體底板圍巖主要為黃褐色—灰白色細(xì)粒變質(zhì)砂巖,以層狀、舒緩波狀產(chǎn)出,與礦體產(chǎn)狀相同,受風(fēng)化及水蝕作用,固結(jié)較弱,稍加擾動(dòng)即成砂狀。
莫安達(dá)錳礦床形成于古元古代早期,賦存于前寒武紀(jì)弗朗斯維爾沉積巖系黑色頁(yè)巖中,受火山—沉積系控制,屬于火山噴發(fā)期或間歇期的正常海相沉積碎屑巖中與碳酸鹽頁(yè)巖,且遠(yuǎn)離火山活動(dòng)中心的海盆環(huán)境中。沉積碎屑巖中含有火山碎屑巖或火山物質(zhì),礦層中經(jīng)常出現(xiàn)碧玉條帶或團(tuán)塊。礦石結(jié)構(gòu)有葉片狀、晶粒狀和球粒狀。礦石構(gòu)造有塊狀、板狀、角礫狀和豆?fàn)畹?。礦體呈板狀、層狀、似層狀,厚3~9 m,長(zhǎng)可達(dá)3 000 m以上,礦床規(guī)模屬于超大型。錳礦床也受黑色頁(yè)巖相、硅質(zhì)巖—灰?guī)r相、雜色泥巖相和碳酸鹽巖相及地理?xiàng)l件控制。通常出現(xiàn)碎屑巖—泥質(zhì)頁(yè)巖及碳酸鹽相等變化序列。礦床常與碎屑巖、泥質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)巖等共生。從含礦巖系的巖類(lèi)組合及巖性序列看,從下至上,物理化學(xué)條件有著規(guī)律性的變化。礦層之下,以化學(xué)沉積為主,礦層之上,則以碎屑沉積為主。以沉積巖為圍巖的層控礦床,常賦存在一定巖相之中[4]。佛朗斯維爾盆地內(nèi),廣泛發(fā)育含鐵錳建造,賦礦層位為一套富含錳含黑色頁(yè)巖及白云巖等的火山巖噴發(fā)噴流及或熱液—沉積建造。錳質(zhì)可能來(lái)源于深部地?;鹕絿姲l(fā)和噴流及熱液的作用產(chǎn)生的物質(zhì),火山活動(dòng)不斷帶來(lái)大量的Mn、Si等成礦物質(zhì),成礦物質(zhì)沿同生斷層上升至淺部地殼滲漏噴溢,為形成巨型板狀、層狀錳礦床提供了物質(zhì)基礎(chǔ)?;鹕交顒?dòng)釋放的熱能導(dǎo)致火山液溫度的增高,同時(shí)隨著前寒武紀(jì)大氣中氧含量的升高,膠體不斷被氧化而沉積,錳質(zhì)富集成礦。地球上錳的沉積作用在時(shí)間和空間上是有選擇的。錳礦床的發(fā)育與地殼演化的歷史有關(guān),一般來(lái)說(shuō),與地殼成熟度有關(guān),包括地殼的發(fā)育、穩(wěn)定性及大氣圈、水圈的pH、Eh值的變化[10]。由于構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)變,大氣圈、水圈的演化,錳的沉積作用增強(qiáng),在弗朗斯維爾統(tǒng)盆地富集形成了大型、超大型錳礦床。它們都與盆地的發(fā)育、拉張斷裂構(gòu)造背景和大氣圈、水圈的氧化度有密切關(guān)系。此后海水退積,原有錳礦體被一套泥巖、粉砂巖和石英砂巖序列所覆蓋,形成了現(xiàn)在的沉積序列。錳礦床的生成,特別是富集成大型巨大型礦床的生成環(huán)境條件具有一定的選擇性即其選擇性活動(dòng)化的地質(zhì)條件必須與充分的錳質(zhì)來(lái)源和適于錳質(zhì)聚積與保存的地質(zhì)環(huán)境一致[11]。根據(jù)礦物質(zhì)來(lái)源于火山噴發(fā)與噴流或熱液作用,而又是在沉積環(huán)境中聚積富集形成,認(rèn)為該礦床具有火山與沉積雙重特點(diǎn),由此推測(cè),礦床可能為火山噴流—沉積成因。
綜上所述,根據(jù)莫安達(dá)錳床產(chǎn)出的大地構(gòu)造位置、區(qū)域成礦背景以及礦床地質(zhì)特征等,研究認(rèn)為錳礦床是在早期古元古代佛朗斯維爾盆地地質(zhì)環(huán)境中沉積成礦,礦床成因與成礦期火山巖漿巖活動(dòng)、熱液作用有關(guān),錳物質(zhì)來(lái)源于地幔火山噴流或熱液作用,礦床成因類(lèi)型為火山噴流—沉積錳礦床。
加蓬莫安達(dá)錳礦是世界稀有的超大型錳礦床,資源儲(chǔ)量巨大,具有獨(dú)特的成因地質(zhì)條件,錳礦主要分布在與匯聚背景有關(guān)的佛朗斯維爾盆地內(nèi),礦床產(chǎn)于前寒武紀(jì)弗朗斯維爾超群組一套黑色頁(yè)巖相沉積建造中,是該區(qū)最為重要的錳礦源層。錳礦主要分布于黑色頁(yè)巖相中,錳礦物質(zhì)主要來(lái)源于地幔的火山巖漿巖噴發(fā)和噴流及深部熱液水循環(huán)作用有密切關(guān)系。礦層呈板狀、層狀和似層狀順地層產(chǎn)出。礦體頂?shù)装遢^為穩(wěn)定,頂板地層完整。礦層受層位和巖相控制,沉積特征明顯。黑色頁(yè)巖所指示的特殊環(huán)境往往可以作為追索錳礦層的重要標(biāo)志。特別是有熱水機(jī)制形成的黑色頁(yè)巖常常成為錳礦體的直接頂?shù)装錥12]。黑色頁(yè)巖層也是莫安達(dá)地區(qū)錳礦標(biāo)志層,根據(jù)已開(kāi)采及近些年發(fā)現(xiàn)的錳礦均與黑色頁(yè)巖層有關(guān)。錳礦石主要為氧化錳,錳礦區(qū)的錳礦體發(fā)育獨(dú)特,礦床規(guī)模大,礦石質(zhì)量好。主要成礦期為前寒武紀(jì),礦床成因類(lèi)型屬于火山噴流—沉積錳礦床。