滕菲，任軍平，*，張國立，蘇永軍，古阿雷，唐文龍

（1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津 300170；2.中國地質調查局南部非洲礦業(yè)研究所，天津 300170；3.華北地質科技創(chuàng)新中心，天津 300170）

鉭、鈮作為重要的稀有金屬，廣泛應用于醫(yī)療、航天、軍工等各種高科技領域（鄧攀等，2019）。中國是全球鉭鈮礦的主要消費國，國內鉭鈮礦貧礦多、生產成本高，原材料多依靠進口（商俊偉等，2008；蔡肖等，2013；李建康等，2019；任軍平等，2021a，2022；朱清等，2023）。近年來，全球主要的鉭鈮礦供應國盧旺達和巴西等國分別對中國降低鉭鈮出口量。為了穩(wěn)定進口渠道，中資企業(yè)在資源“走出去”過程中，積極開展南部非洲鉭鈮資源調查評價工作（鄧德偉，2020；楊遠東等，2020；孫宏偉等，2021；曾瑞垠等，2023），培育新的生產基地，在莫桑比克也陸續(xù)開展一些地質勘查工作，在區(qū)域地質背景、成礦規(guī)律、資源開發(fā)情況等方面取得了一定的認識（王西榮等，2016；任軍平等，2021b；徐濤等，2021；王杰等，2022；龔鵬輝等，2023）。上利戈尼亞（Alto Ligonha）地區(qū)是莫桑比克乃至全球重要的Ta-Nb-Li-Be-Cs 稀有元素成礦帶（Hutchinson，1956；Correia et al.，1971a，1971b；Von Knorring et al.，1987；Dias et al.，2000）。到目前為止，該帶發(fā)現大型鉭-鈮礦床3 處、中型9 處、小型8 處、礦（化）點129 處，所有礦床（點）類型均為偉晶巖型（Detlef et al.，2012；董津蒙等，2022；唐文龍等，2022）。但該區(qū)基礎地質工作程度低，地質、地球物理勘探和系統(tǒng)找礦工作因受長期內戰(zhàn)在內的多方面因素影響進展緩慢（Barros et al.，1963；Correia et al.，1971a，1971b；Pinna et al.，1993）。世界銀行曾出資對莫桑比克北部地區(qū)進行高精度航磁、航放測量，本區(qū)作為“優(yōu)選區(qū)”被覆蓋，區(qū)內航測資料的綜合找礦研究工作亟待開展。筆者依托中國地質調查局天津地質調查中心承擔的項目收集航測數據，在已有成果認識基礎上對區(qū)內地質構造進行綜合推斷解釋，查明控礦構造展布，分析總結區(qū)內已知鉭鈮礦床航空物探綜合異常特征，對全區(qū)進行類比找礦預測，圈定鉭鈮礦遠景區(qū)，為該地區(qū)鈮鉭礦資源的找礦及科研工作提供重要參考信息。

1 區(qū)域地質礦產概況

研究區(qū)地處莫桑比克北部楠普拉省與贊比西亞省交界地帶，構造位置處于東非新元古代莫桑比克活動帶，中元古代楠普拉地體中。受新元古代—古生代泛非造山事件影響，該帶大部分地質單元變形、變質作用強烈（圖1）。全區(qū)主要由構造史基本相似的角閃巖相正、副片麻巖及賦含稀有元素的偉晶巖組成，包括瑪瑪拉（Mamala）片麻巖和莫庫巴（Mocuba）雜巖組成的贊比西亞（Zambezia）群基底巖石、莫羅奎（Molocue）群變質碎屑巖蓋層、庫利庫伊（Culicui）巖套花崗質正片麻巖等3 個巖石單元（圖2），泛非期花崗巖類和賦含稀有元素的偉晶巖侵入其中（唐文龍等，2022）。研究區(qū)是莫桑比克境內最有經濟價值的花崗偉晶巖型鉭鈮成礦省之一，已產出大量鉭精礦，主要以稀有元素副礦物形式富存于花崗偉晶巖中（徐濤等，2016，2021；冉子龍等，2021）。研究區(qū)東南部姆艾尼（Muiane）大型鉭鈮礦床礦石資源量為138 萬t（Ta2O5），平均品位為0.025%。Melcher 等（2008，2009）獲得的花崗偉晶巖型鉭鐵礦U-Pb 年齡為480～440 Ma，與上利戈尼亞泛非期（490 Ma）花崗巖事件密切相關（Jamal et al.，1999）。區(qū)內的主要構造納瑪瑪逆沖推覆帶是上利戈尼亞鉭-鈮稀有元素成礦帶的主要控礦構造，區(qū)內已發(fā)現的偉晶群主要分布于逆沖推覆帶內。

圖1 莫桑比克構造分區(qū)圖（a）和莫桑比克地質礦產圖（b）（據Marques et al.，2000 修改）Fig.1 (a) Tectonic map of Mozambique and (b) geological and mineral map of Mozambique

2 方法原理及數據有效性

研究區(qū)的航空磁法測量數據、航空放射性測量數據為天津地質調查中心團隊于2020 年1 月出訪莫桑比克期間，從莫桑比克國家地質礦山理事會（INAMI）處收集的網格數據，包含△T 異常、U 異常、Th 異常、K 異常，網格化間距為75 m×75 m。研究區(qū)地磁傾角為-49.5°，傾角絕對值大于30°，可以進行正常化極，筆者在開展負傾角化極試驗合格的基礎上，完成本區(qū)航磁異常的化極處理工作。數據處理過程參考相關行業(yè)標準和中國地質調查局標準，充分保證所生成成果資料的正確合理性。

2.1 航磁異常識別構造、巖體

航磁異常對非磁性礦體直接找礦作用并不明顯，但通過數據的深加工，能夠挖掘出極具價值的間接找礦信息。地質找礦歷來有沿主要成礦斷裂構造帶和主要控礦巖體進行的工作思路（楊雪等，2015；李侃等，2019；朱雪麗等，2021）。斷裂構造與巖漿巖密不可分，為成礦物質提供良好的運移通道和賦礦空間，從而形成復雜的構造-巖漿-成礦體系，而航磁資料在劃分斷裂構造、圈定火成巖體方面有特殊的優(yōu)勢，有利于尋找?guī)r漿型、熱液型、偉晶巖型內生金屬礦產（崔志強等，2018；楊學明等，2021）。要通過航磁資料實現精確的劃分斷裂構造、圈定巖體、隱伏巖體邊界就需要對異常數據進行多種轉換處理，主要有化極、上延、垂向導數等。垂向一階導數處理主要用于突出淺部磁性地質體引起的局部異常，有利于研究巖體和局部隆起的地質特征，進一步尋找貴金屬、有色金屬、稀有金屬礦產的成礦有利區(qū)。

2.2 航放異常圈定巖體、蝕變帶

航空放射性異常信息廣泛應用于地質填圖及鈾礦找礦工作（張萬良，2005；陳樹軍等，2007；范正國，2007），近年來也越來越多的應用到非放射性礦產找礦預測中來（陳中華，2003；張恩等，2014；伍顯紅等，2019）。巖石中放射性元素的含量與巖石形成時的物理化學條件有關?？傮w看來，火成巖中放射性元素含量比沉積巖高，其中SiO2含量的增高、地質年齡的漸新都會導致放射性元素含量有規(guī)律地增加（表1）。一般放射性含量最高的是酸性巖，最弱的是超基性巖。中性巖的放射性含量約為酸性巖的1/3，基性巖約為酸性巖的1/4～1/5（張萬良，2005；陳樹軍等，2007）。

表1 不同巖石類型K、U 與Th 含量及比值表Tab.1 K,U,Th contents and U/Th ratios in various rocks

K、U、Th 元素由于對介質的溫度及pH 值的變化極為敏感。在成礦作用過程中，根據其地球化學特性的不同，其適應物理、化學環(huán)境變化而呈規(guī)律性再分布，在礦床上形成有規(guī)律分布的擴散暈。成因類型、成礦溫度、介質pH 值等相同的鉭鈮礦床，具有相同的表征成礦物理、化學環(huán)境的局部放射性異常特征。航空伽瑪能譜法找礦實質上是利用K、U、Th 元素，通過模擬相似成礦環(huán)境、研究成礦規(guī)律，尋找非放射性多金屬礦產的環(huán)境放射性地化標志找礦方法（張恩等，2014）。針對研究區(qū)鉭鈮礦均為低溫熱液型的特點，為消除K 異常作為造巖元素含量普遍較高的影響，突出低溫的鉀化蝕變帶，筆者利用不同溫度的熱液中Th、U 富集程度不同，選用F 參數，即Th、K 含量之積與U 含量之比來加強成礦弱信息的提?。ㄐ粮３傻龋?007）。

3 航磁航放異常分布特征

3.1 航磁異常

區(qū)域航磁異常場整體表現為西低東高，局部異常條帶以北東向延伸為主，并受北西向構造應力錯動分段（圖3）。西北部低磁異常區(qū)（磁異常幅值主體為350～560 nT）基本對應研究區(qū)內庫利庫伊花崗質正片麻巖巖套（Pt2γmglNM）的主要分布范圍。東南部“人”字形高磁異常組合（北東向與北西向），磁異常幅值在-100～2 400 nT 之間急劇變化，主要對應莫洛奎群變泥質、變砂質和變火山質片麻巖（Pt2NMa）和局部出露的基性片麻巖（Pt2NMam）。莫羅奎群變質碎屑巖蓋層分布區(qū)是區(qū)內的主要偉晶巖區(qū)和成礦區(qū)，其中具有強磁異常表征的是基性片麻巖（Pt2NMam）背景。蓋層空間分布嚴格受納瑪瑪逆沖推覆帶控制，所引起航磁異常形態(tài)的劇烈變化也充分反映了推覆帶構造應力演化的強烈性和復雜性。

圖3 航磁ΔT 化極異常及推斷地質構造圖Fig.3 Reduction to the pole of aeromagnetism map and structural inference

3.2 航放異常

總體來說，研究區(qū)的航放異常整體表現為一定的北東向分帶展布特征和區(qū)域性的低異常背景場，充分反應區(qū)內北東向為主體的構造格局及區(qū)內巖性以地質年齡較老的偏中基性巖群為主的特征。F 參數（歸一化后的K 異常）與U 異常、Th 異常具有較好的正相關關系，異常分布范圍與整體形態(tài)均有較高的吻合度。主體顯示為東南部異常整體幅值低，西北部分兩高夾一低（圖4）。西側相對高航放異常區(qū)與低磁異常區(qū)呼應，對應庫利庫伊花崗質正片麻巖巖套（Pt2γmglNM）。中部規(guī)模最大的航放高值異常帶呈北東向轉北西向的掃帚形，與庫利庫伊花崗質片麻巖帶（Pt2γπNM）空間展布基本對應。東南角相對平靜的低航放異常區(qū)與“人”字形高磁異常組合直接對應，共同圈定莫羅奎群變質碎屑巖蓋層分布范圍，其中的極低放射性異常主要是基性片麻巖（Pt2NMam）的反應。

圖4 航放F 參數異常圖Fig.4 F parameter of aerial radioactivity survey

4 地質解釋與找礦方向

4.1 納瑪瑪逆沖推覆帶的展布

納瑪瑪逆沖推覆帶是上利戈尼亞鉭-鈮稀有元素成礦帶主要的控礦構造，已發(fā)現的偉晶巖群主要分布于逆沖推覆帶內（Cadoppi et al.，1987；Ueda et al.，2012），航磁航放異常解釋結果顯示該帶具有典型的左旋張扭構造特征，構造體系總體走向北東-北北東向。按斷裂延展方向可進一步劃分為北北東、北東向、北西向、北北西4 組。北東向、北西向2 組斷裂代表全區(qū)主構造方向，宏觀上呈現出“網格狀”的基本構造樣式。北東向為早期主體構造，后期受北西向構造改造，發(fā)生錯斷、平移，區(qū)內鈮鉭礦分布整體受航磁異常推斷斷裂構造控制，主斷裂與次級斷裂的交會部位，斷裂構造傾角轉折部位是成礦有利地段（圖3、圖5）。從航磁異常場分析，區(qū)內主要控礦構造北東向F1 斷裂表現為高磁異常帶與平靜磁異常場區(qū)的分界線和航放低異常場區(qū)的邊界。規(guī)模最大的北西向F2 斷裂錯斷區(qū)內多組北東向航磁航放異常，并部分表現為低磁異常條帶。該斷裂向北西方向水平錯動超過20 km，錯斷了區(qū)內主干北東向斷裂F1、F4、F5。以此為界，南部北東向正負異常相間的高磁異常條體整體突然截止，北部的北東向異常帶存在明顯的大規(guī)模的西北向水平錯動，航磁△T 上延2 km 異常圖（圖6）上F2 斷裂亦有明顯反映，從深部驗證其構造規(guī)模及影響。地質圖上莫羅奎群變質碎屑巖蓋層的空間展布、相似的航放異常特征也佐證了這一推斷。主要控礦構造的北西向錯動可能導致F2 斷裂以北鉭-鈮礦成礦有利區(qū)整體向北西方向水平錯動移超過20 km。

圖5 航磁ΔT 化極垂向一階導數異常及推斷地質構造圖Fig.5 The aeromagnetic map after reduction to the pole and the vertical first-order derivative operatation overlaid with structural inference

圖6 航磁化極上延2 km 異常及推斷地質構造圖Fig.6 Contour map of aeromagnetic ΔT anomaly after reduction to the pole and upward continuation to 2 km and structural inference

4.2 典型礦床的航磁航放異常特征

姆艾尼鉭鈮礦床是上利戈尼亞稀有元素成帶規(guī)模最大（大型）的偉晶巖礦之一，其礦床賦存的地質空間位置、形成地質條件、控礦因素在本區(qū)極具代表性。筆者針對該礦床進行數據裁剪，單獨成圖分析，旨在詳細掌握礦床航磁航放異常特征（圖7）。從姆艾尼鉭鈮礦床區(qū)域地質背景與航空物探異常的對比可以看出，礦床主體分布在航磁化極高異常、航放低異常所共同對應的莫羅奎變質碎屑巖蓋層上。其中，與含礦偉晶巖空間關系最為密切的莫羅奎群基性片麻巖（Pt2NMam）巖石磁性更高，航磁垂向一階導數異常圖上表現為幅值變化最大的正負磁異常組合；具有明顯的高航放異常和低航磁異常的庫利庫伊巖套花崗質正片麻巖與成礦表現為負相關關系。從推斷斷裂構造分布來看，姆艾尼鉭鈮礦床正處于推斷北東向與北北西向斷裂構造交匯處，斷裂控礦作用明顯；航磁場處于北東東向航磁高異常帶邊界高低磁異常過度的梯級帶上；在航放異常場中處于區(qū)域低異常場中的局部微弱高異常邊部，這也是研究區(qū)大多數鉭鈮礦床空間分布規(guī)律：產出在區(qū)域航磁化極高異常、航放低異常背景上，局部高磁異常、局部弱放射性異常邊部；受北東、北西向斷裂構造控制；與成礦相關的地質單元航磁、航放異常特征明顯，易于識別。

圖7 姆艾尼鉭鈮礦綜合剖析圖Fig.7 Comprehensive analysis of Maini Ta-Ni deposit

4.3 找礦方向

通過對上利戈尼亞地區(qū)鈮鉭礦床的地質特征與航磁、航放特征對比研究，發(fā)現航磁、航放異常對成礦環(huán)境具有較強的指示性，礦床航空異常特征也呈現出一定的規(guī)律性，具體可以總結為以下三點：

（1）航磁異常可以識別納瑪瑪推覆帶內斷裂構造的展布。區(qū)內北東-北北東向構造體系不僅控制著與稀有元素密切相關的偉晶巖的分布形態(tài)，更直接影響著礦床的空間分布，礦脈賦存在斷裂構造及其次級構造、斷裂交匯部位。航磁異常推斷斷裂構造是鉭-鈮礦找礦的重要預測要素。

（2）區(qū)內礦產地展布的總體趨勢表現出相對的航磁高異常、航放低異常背景特征，主要對應莫羅奎群表殼巖帶。由此以航磁△T 化極異常等值線圖（圖3）值域大于700 nT 為界，手動提取區(qū)域性高磁異常和高低相間磁異常區(qū)帶。在此基礎上，進一步限定航放F參數異常圖（圖4）上值域整體小于1.6%的片狀區(qū)域，初步圈定成礦有利區(qū)域（圖8）。

圖8 上利戈尼亞地區(qū)找礦遠景區(qū)劃圖Fig.8 Prospecting prospect zoning plan of Alto Ligonha area

（3）從區(qū)內礦床空間展布來看，航磁垂向一階導數異常正負伴生，異常變化顯著區(qū)域構造應力作用明顯且多次疊加，更有利成礦，礦床集中分布；航放U、Th、K、Th/U 異常場的區(qū)域性低異常區(qū)中，相對高異常邊界緩沖帶是重要的成礦有利區(qū)。

基于以上要素，綜合圈定找礦遠景區(qū)五處并主要依據各區(qū)內已知礦產地數量及規(guī)模，進行遠景區(qū)分級（表2）。Ⅰ區(qū)是區(qū)內主要的礦集區(qū)，成礦條件優(yōu)越，成礦潛力巨大（圖8）。納瑪瑪逆沖推覆帶的展布受F2斷裂影響，向北西方向水平錯動移超過20 km，同時也錯斷了推覆帶上相鄰分布的Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)，由此推斷Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)成礦相關性最高，找礦潛力次之，可能是區(qū)內可拓展的新的主要找礦區(qū)域。

表2 遠景區(qū)綜合情況表Tab.2 Prospect summary table

5 結論

（1）航磁異常解釋結果顯示，上利戈尼亞地區(qū)成礦主要受北東、北西向2 組斷裂構造組成的“網格狀”斷裂構造格架所控制。其中，北東向為早期構造，后期受北西向構造改造，發(fā)生錯斷或平移。F2 斷裂為改變區(qū)內構造格局的主要斷裂，主要控礦的納瑪瑪逆沖推覆帶在F2 斷裂北側發(fā)生大規(guī)模的北西向水平錯動，移動距離超過20 km。在此斷裂體系控制下，區(qū)內鉭鈮礦成礦帶整體向北西方向偏移。

（2）通過航磁異常掌握納瑪瑪逆沖推覆帶區(qū)域構造格架及次級斷裂構造展布，通過航放異常圈定與成礦相關的莫羅奎群地質體及與本區(qū)偉晶巖型鉭鈮礦礦化相關的低溫鉀化蝕變帶開展找礦預測，筆者共圈定找礦遠景區(qū)5 處。在此基礎上，借助重點區(qū)域的局部航磁、航放異常邊界緩沖帶疊加分析可進一步縮小找礦范圍。

致謝：本文完成過程中得到中國地質調查局天津地質調查中心張素榮高級工程師的指導；胡婷博士、曹占寧博士等給予諸多幫助并進行有益探討，審稿專家給論文提出許多寶貴意見，在此一并表示感謝。