莫桑比克濱海重砂礦地質(zhì)特征

鄧宇濤，楊瑞茹，張 釗，韓志華，李 莉

(1.中煤地質(zhì)工程總公司，北京 100040； 2.航天國盛科技有限公司，北京 100083)

0 引言

莫桑比克位于非洲的東南部，東臨印度洋，有著2630km的海岸線。研究資料顯示莫桑，比克濱海砂礦以富鈦、高鋯、含稀土為特征[4]。本文主要以莫桑比克東部沿海欣代地區(qū)(圖1)濱海重砂礦為研究對(duì)象，研究重砂礦的礦床特征、礦物組成、礦石特征，為在莫桑比克東部沿海地區(qū)尋找濱海重砂礦資源提供基礎(chǔ)資料和相關(guān)依據(jù)[1]。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于莫桑比克贊比西亞省內(nèi)，東臨印度洋，南部非洲第一大河贊比西河從該區(qū)西南側(cè)流入印度洋。該區(qū)地形較平坦，略有砂丘起伏，海拔高程在0.00m～15.00m。研究區(qū)內(nèi)所出露地層均為第四系沉積物，即第四系粉細(xì)砂(Qd)、第四系粉質(zhì)黏土 (Qst)和第四系黏土質(zhì)粉砂(Qa)。

1.1 第四系粉細(xì)砂(Qd)

主要分布在海岸邊或距離海岸線不遠(yuǎn)的內(nèi)陸。海岸邊一般呈帶狀出露，寬度不一，約幾十米到幾千米(圖1)。該層砂呈白色到灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，顆粒形態(tài)呈圓形至渾圓狀，細(xì)砂顆粒占50%～70%，松散狀，是該區(qū)重砂礦的賦礦層。

礦物成分以石英為主，一般情況下占絕大多數(shù)。含有數(shù)量不等的重砂礦物，如鈦鐵礦、鋯石、金紅石、磁鐵礦、獨(dú)居石等。在遠(yuǎn)離海岸線的砂層中，重砂礦物的含量一般相對(duì)較少，多在2%以下，而海岸邊的帶狀砂體中則重砂含量較多，且變化很大，多在2%以上，局部富集時(shí)可達(dá)30%以上。砂質(zhì)成分相對(duì)比較純，地表有少量黏土質(zhì)(小于10%)，下部則只有很少量的黏土質(zhì)。

1.2 第四系粉質(zhì)黏土 (Qst)

為河流—海相成因，分布在距海岸線附近到離海岸線不遠(yuǎn)處。因其形成是河流與海水共同作用的結(jié)果，外邊界即在海岸線近處，內(nèi)邊界到海岸線的距離則與河流分布有關(guān)，河流比較發(fā)育處較遠(yuǎn)，河流不發(fā)育處則較近。它是大多數(shù)礦體的圍巖，又是部分海岸線附近礦體的底板。

圖1 莫桑比克贊比西亞省欣代地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Figure 1 Sketched geological map of Chinde District, Zambezia Province, Mozambique

該層呈灰白色到深褐色、深灰色。其礦物成分以黏土質(zhì)礦物為主，有含量不等的石英粉砂，且變化較大，石英粉砂的含量一般在5%～20%。手捻搓時(shí)稍有砂感，總體上土的黏性比較高，透水性差。

1.3 第四系黏土質(zhì)粉砂(Qa)

出露在研究區(qū)西北部，屬于遠(yuǎn)離海岸的“內(nèi)陸地區(qū)”。在區(qū)域上則呈大面積分布，是區(qū)域地層的主體，占的80%以上。礦物成分以石英粉砂為主，有部分細(xì)砂及少量中砂，未見有礫石。普遍含有一定量的黏土成分，最高含量可達(dá)約20%。

2 礦床成因

莫桑比克欣代地區(qū)濱海重砂礦床形成于第四紀(jì)全新世晚期，為濱海相機(jī)械沉積礦床，形成受多種因素控制，與成礦物質(zhì)來源、氣候和水動(dòng)力、海岸地形和地貌條件、第四系沉積特征以及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有密切的聯(lián)系。成礦物質(zhì)來源是重砂礦床形成的先決條件，氣候和水動(dòng)力為其提供了成礦動(dòng)力，地形地貌則為重砂礦物的富集提供了良好的場(chǎng)所，而第四系沉積作用和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)則為重砂礦床的形成提供了催化劑。

2.1 物質(zhì)來源

在贊比西河中上游流域附近，前寒武系基巖大面積出露，巖石中普遍含有一些副礦物，主要有鋯石、鈦鐵礦、金紅石、榍石、磁鐵礦、石榴子石、獨(dú)居石、電氣石、綠簾石、銳鈦礦、磷灰石和十字石等，在漫長(zhǎng)的風(fēng)化剝蝕作用下，這些礦物質(zhì)成為了濱海重砂礦床重要的成礦物質(zhì)來源，為濱海砂礦的形成提供了基礎(chǔ)。

2.2 氣候和水動(dòng)力條件

莫桑比克屬于亞熱帶氣候，濕熱多雨，有利于基巖的剝蝕風(fēng)化和搬運(yùn)，有利于重礦物從巖石中分離，有利于濱海砂礦的形成。

河流是重砂礦物搬運(yùn)入海的主要渠道。贊比西河上游支流眾多，流域面積廣闊，水量充沛，年均流量1.6萬m3/s的巨大流量注入印度洋；研究區(qū)內(nèi)水網(wǎng)密布、河流縱橫。優(yōu)越的水動(dòng)力條件不僅對(duì)近海地形和海岸形態(tài)的塑造起著重要的作用，同時(shí)也為濱海砂礦輸送了豐富的物源。

海洋的水流動(dòng)力作用具有破壞和建設(shè)的雙重作用，是砂礦成礦作用的重要因素；印度洋的波浪攜帶砂泥向岸移動(dòng)，在長(zhǎng)期沖刷-沉淀的反復(fù)作用下，輕礦物被帶走，重礦物滯留[2]。這種自然的分選淘汰的結(jié)果，形成了一系列濱海砂體堆積地貌(圖 3)，成為砂礦堆積富集的場(chǎng)所[2]。

圖2 欣代地區(qū)海岸線地貌Figure 2 Coastline landforms in Chinde District

圖3 欣代地區(qū)海岸線地貌Figure 3 Coastline landforms in Chinde District

2.3 地形地貌條件

該區(qū)的砂質(zhì)海岸地貌，對(duì)重砂礦床形成十分有利。由于波浪的橫向運(yùn)動(dòng)，碎屑物容易被分離，重砂礦物也伴隨著波浪在沙堤、淺灘、沙坡等地方富集。海灘是波浪作用強(qiáng)烈的區(qū)域，波浪的沖刷作用，相當(dāng)于對(duì)選礦過程中的粗淘，即把輕、細(xì)碎屑砂粒帶走，留下重砂礦物并形成富集帶。特別是遇到印度洋的大風(fēng)暴潮，海灘上的重砂礦物的堆積物則會(huì)驟然增多，大量重砂礦物被推到高潮線以上，此時(shí)就會(huì)形成重礦物層與輕礦物層相間出現(xiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象。

3 礦物特征

研究區(qū)礦床巖性單一，為第四系濱海相沉積白色細(xì)砂-粉細(xì)砂。礦石為含鋯石、鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石(具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦物)的細(xì)粒-粉細(xì)粒石英砂，主要為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，松散砂狀構(gòu)造。由灰黃-灰白色粉細(xì)-細(xì)粒石英砂組成，沉積韻律特征明顯，一般情況是上部石英砂稍細(xì)，含礦性較好，而下部石英砂稍粗，含礦性變差[3]。

3.1 礦物成分

礦石的礦物成分非常復(fù)雜，除了主要礦物石英之外，重砂中礦物種類非常多。根據(jù)對(duì)淘洗后重砂所做的重砂鑒定結(jié)果，重砂礦物種類約有十余種，但主要礦物為鈦鐵礦，占絕大部分；其次是鋯石，再次是金紅石和磁鐵礦，然后依次是榍石、獨(dú)居石、鉻鐵礦，其它礦物極少量。

根據(jù)分析統(tǒng)計(jì)該研究區(qū)的3 900件樣品得知，鈦鐵礦、鋯石、、金紅石在礦層中的含量(品位)呈正相關(guān)，一般情況下相互之間的比例相對(duì)比較穩(wěn)定，大致比例為10∶1∶1(表1)。

表1 礦物含量比值統(tǒng)計(jì)表

3.2 礦物特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)重砂取樣的鑒定結(jié)果，主要重砂礦物特征描述如下。

①鋯石。主要為黃粉色，少量玫瑰色；半自形柱狀、斷柱狀、次滾圓粒狀；透明-半透明，弱金剛光澤-毛玻璃光澤，高硬度。伸長(zhǎng)系數(shù)以1.2～2.5為主，2.5～4.5者較少；粒徑主要在0.02～0.20mm，少量達(dá)到0.20～0.45mm。

②鈦鐵礦。鐵黑色；次滾圓扁粒狀、次棱角塊狀、半自形板狀，有一定的磨圓度，部分為圓粒狀，貝殼狀斷口；半透明-不透明，金屬光澤，高硬度；大多呈單體產(chǎn)出，少量礦物中包裹或連生有石英等脈石礦物；粒徑多為0.02～0.30mm。

表2 重砂礦物含量統(tǒng)計(jì)表

③金紅石。棕紅色、黑色、紅色；半自形柱狀、次棱角塊狀、次滾圓粒狀；半透明-微透明，金剛及油脂光澤，高硬度。大多數(shù)為單體顆粒，少量金紅石呈不規(guī)則狀，其中包裹微粒硅鋁質(zhì)脈石、榍石和黃鐵礦；粒徑多在0.02～0.30mm。

④獨(dú)居石。黃綠色、桔黃色；滾圓-次滾圓扁粒狀、橢圓粒狀、次棱角板狀，基本以單體狀態(tài)出現(xiàn)；透明，油脂光澤；中硬度；粒徑多在0.02～0.25mm。獨(dú)居石中含有Th和U，具有一定量放射性。

⑤磁鐵礦。黑色；滾圓次滾圓粒狀、棱角次棱角塊狀；不透明，金屬光澤，高硬度；具強(qiáng)磁性；粒徑主要在0.03～0.25 mm。

⑥鉻鐵礦。黑色；半自行八面體狀，不透明，金屬光澤，高硬度；粒徑多在0.02～0.10 mm。

⑦榍石。淺褐黃色，半自行信封裝、次滾圓扁粒狀、次棱角塊狀；透—半透明，油脂光澤，中高硬度；粒徑在0.02～0.60 mm。

3.3 賦存狀態(tài)

礦體賦存于石英砂體之中，其顏色與鋯石、鈦鐵礦和金紅石的含量高低有關(guān)，這三種礦物的含量低而砂的顏色則淺，含量高則深，呈白色—灰白色—淺灰色—深灰色等不同顏色。根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和礦石礦物賦存特征及成因分析，研究區(qū)礦石自然類型為濱海相沉積鋯石鈦鐵礦金紅石重砂礦。

由于賦存礦體的砂體礦物顆粒很細(xì)，一般粒徑多在0.02～0.30mm，個(gè)別礦物粒徑達(dá)到0.4mm。絕大多數(shù)礦物顆粒呈單礦物顆粒狀態(tài)存在，具有一定的磨圓度，說明經(jīng)過了比較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)和分選。因此，礦石礦物鋯石、鈦鐵礦、金紅石和獨(dú)居石基本都呈單礦物顆粒狀態(tài)存在于礦石(砂)中，易于分選，快速形成經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

該礦床實(shí)驗(yàn)室選礦試驗(yàn)結(jié)果顯示：

鋯石：主要呈0.02～0.15mm的單礦物顆粒散布于礦石中，易分選。

鈦鐵礦：主要呈0.02～0.20mm的單礦物顆粒散布于礦石中，易分選。

金紅石：主要呈0.02～0.30mm的單礦物顆粒散布于礦石中，易分選。

獨(dú)居石：主要呈0.06～0.12mm 的單礦物顆粒散布在礦石中，易分選。

4 礦體形態(tài)

如圖1所示，該圖顯示了欣代地區(qū)最主要的成礦特征，Qd黃色區(qū)域?yàn)橹厣暗V床的成礦層位，根據(jù)我們現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，在Qd(第四系粉細(xì)砂)地層內(nèi)，重砂礦物基本散布在粉細(xì)砂里，局部地段通過肉眼就可以觀察到黑色重砂礦物。礦體主要沿著海岸線呈條帶狀分布，在V1和V4礦體呈面狀分布，V1長(zhǎng)約2.7km，寬1.6km，V4長(zhǎng)1.7km，寬0.6～1km，為研究區(qū)最大最重要的兩個(gè)礦床。

如圖A-A′剖面全長(zhǎng)約1km，共施工了21個(gè)鉆孔，鉆孔基本間距40m，按照1m的長(zhǎng)度全孔取樣、分析，并圈定了礦體，從剖面上可以看出，礦體總體厚度1～3m，平均厚度2m。離海岸線較近的地段礦層厚2～3m，遠(yuǎn)離海岸線的內(nèi)陸地區(qū)礦層厚度1～2m。

如圖B-B′剖面全長(zhǎng)約1.5km，共施工了36個(gè)鉆孔，鉆孔基本間距40m，按照1米的長(zhǎng)度全孔取樣、分析，并圈定了礦體，從剖面上可以看出，礦體總體厚度1～8m，平均厚度5.3m，礦層厚度在縱向上沒有明顯變化規(guī)律。

5 結(jié)論

相對(duì)于內(nèi)生礦床而言，沉積礦床比較簡(jiǎn)單，其礦床形成的空間關(guān)系、時(shí)間關(guān)系、物質(zhì)共生關(guān)系及內(nèi)在成因關(guān)系等比較容易分析與判斷，重砂礦礦床更是如此。

(1)研究區(qū)內(nèi)礦床賦存于第四系濱海相沉積白色細(xì)砂-粉細(xì)砂層(Qd)， 是直接的找礦標(biāo)志， 一般分布于海岸邊或者距海岸線不遠(yuǎn)處裸露的石英砂體之中，且與其它地質(zhì)體邊界清晰可見。

(2)砂體中除絕大多數(shù)為石英砂之外還含有大量重砂礦物，重砂礦物的分布也比較有規(guī)律，沿走向分布相對(duì)穩(wěn)定，在平面方向上，地表及淺部礦體相對(duì)比較連續(xù)；在垂向方向上，礦物含量變化規(guī)律明顯，總趨勢(shì)為上部含量高而往下逐漸降低。鈦鐵礦、鋯石和金紅石三種礦物的含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

圖4 A-A′線剖面圖Figure 4 Section A-A′

圖5 B-B′線剖面圖Figure 5 Section B-B′

(3)莫桑比克具有約2 630km的漫長(zhǎng)海岸線，其中約1/3的海岸砂中含有鋯石、鈦鐵礦、金紅石和獨(dú)居石等具有經(jīng)濟(jì)意義的重砂礦物，且目前的勘查與開發(fā)程度較低，因此莫桑比克海岸重砂礦具有比較好的找礦前景。

[1]楊海兵,李愛菊,盧剛.莫桑比克東部濱海砂礦礦物組成及特征[J].資源調(diào)查與環(huán)境.2012,33(1):28-34.

[2]葉金鏡,廣東省西南沿海濱海砂礦成礦地質(zhì)條件淺析[J].西部探礦工程.2016(增刊):239-240.

[3]孟令華,崔慶崗,孔德金等.莫桑比克東部沿海鋯鈦砂礦礦石質(zhì)量特征[J].地質(zhì)與礦產(chǎn).2015,31(12):10-15.

[4]Vaclav Click. Industrial Minerals of Mozambique[M].Prague Czech Geological Office, 1989: 258-260.