莫桑比克滨海重砂矿地质特征

2018-01-12邓宇涛杨瑞茹韩志华

中国煤炭地质 2017年12期

邓宇涛，杨瑞茹，张钊，韩志华，李莉

(1.中煤地质工程总公司，北京 100040； 2.航天国盛科技有限公司，北京 100083)

0 引言

莫桑比克位于非洲的东南部，东临印度洋，有着2630km的海岸线。研究资料显示莫桑，比克滨海砂矿以富钛、高锆、含稀土为特征[4]。本文主要以莫桑比克东部沿海欣代地区(图1)滨海重砂矿为研究对象，研究重砂矿的矿床特征、矿物组成、矿石特征，为在莫桑比克东部沿海地区寻找滨海重砂矿资源提供基础资料和相关依据[1]。

1 地质背景

研究区位于莫桑比克赞比西亚省内，东临印度洋，南部非洲第一大河赞比西河从该区西南侧流入印度洋。该区地形较平坦，略有砂丘起伏，海拔高程在0.00m～15.00m。研究区内所出露地层均为第四系沉积物，即第四系粉细砂(Qd)、第四系粉质黏土 (Qst)和第四系黏土质粉砂(Qa)。

1.1 第四系粉细砂(Qd)

主要分布在海岸边或距离海岸线不远的内陆。海岸边一般呈带状出露，宽度不一，约几十米到几千米(图1)。该层砂呈白色到灰白色，细粒结构，颗粒形态呈圆形至浑圆状，细砂颗粒占50%～70%，松散状，是该区重砂矿的赋矿层。

矿物成分以石英为主，一般情况下占绝大多数。含有数量不等的重砂矿物，如钛铁矿、锆石、金红石、磁铁矿、独居石等。在远离海岸线的砂层中，重砂矿物的含量一般相对较少，多在2%以下，而海岸边的带状砂体中则重砂含量较多，且变化很大，多在2%以上，局部富集时可达30%以上。砂质成分相对比较纯，地表有少量黏土质(小于10%)，下部则只有很少量的黏土质。

1.2 第四系粉质黏土 (Qst)

为河流—海相成因，分布在距海岸线附近到离海岸线不远处。因其形成是河流与海水共同作用的结果，外边界即在海岸线近处，内边界到海岸线的距离则与河流分布有关，河流比较发育处较远，河流不发育处则较近。它是大多数矿体的围岩，又是部分海岸线附近矿体的底板。

图1 莫桑比克赞比西亚省欣代地区地质简图Figure 1 Sketched geological map of Chinde District, Zambezia Province, Mozambique

该层呈灰白色到深褐色、深灰色。其矿物成分以黏土质矿物为主，有含量不等的石英粉砂，且变化较大，石英粉砂的含量一般在5%～20%。手捻搓时稍有砂感，总体上土的黏性比较高，透水性差。

1.3 第四系黏土质粉砂(Qa)

出露在研究区西北部，属于远离海岸的“内陆地区”。在区域上则呈大面积分布，是区域地层的主体，占的80%以上。矿物成分以石英粉砂为主，有部分细砂及少量中砂，未见有砾石。普遍含有一定量的黏土成分，最高含量可达约20%。

2 矿床成因

莫桑比克欣代地区滨海重砂矿床形成于第四纪全新世晚期，为滨海相机械沉积矿床，形成受多种因素控制，与成矿物质来源、气候和水动力、海岸地形和地貌条件、第四系沉积特征以及新构造运动有密切的联系。成矿物质来源是重砂矿床形成的先决条件，气候和水动力为其提供了成矿动力，地形地貌则为重砂矿物的富集提供了良好的场所，而第四系沉积作用和新构造运动则为重砂矿床的形成提供了催化剂。

2.1 物质来源

在赞比西河中上游流域附近，前寒武系基岩大面积出露，岩石中普遍含有一些副矿物，主要有锆石、钛铁矿、金红石、榍石、磁铁矿、石榴子石、独居石、电气石、绿帘石、锐钛矿、磷灰石和十字石等，在漫长的风化剥蚀作用下，这些矿物质成为了滨海重砂矿床重要的成矿物质来源，为滨海砂矿的形成提供了基础。

2.2 气候和水动力条件

莫桑比克属于亚热带气候，湿热多雨，有利于基岩的剥蚀风化和搬运，有利于重矿物从岩石中分离，有利于滨海砂矿的形成。

河流是重砂矿物搬运入海的主要渠道。赞比西河上游支流众多，流域面积广阔，水量充沛，年均流量1.6万m3/s的巨大流量注入印度洋；研究区内水网密布、河流纵横。优越的水动力条件不仅对近海地形和海岸形态的塑造起着重要的作用，同时也为滨海砂矿输送了丰富的物源。

海洋的水流动力作用具有破坏和建设的双重作用，是砂矿成矿作用的重要因素；印度洋的波浪携带砂泥向岸移动，在长期冲刷-沉淀的反复作用下，轻矿物被带走，重矿物滞留[2]。这种自然的分选淘汰的结果，形成了一系列滨海砂体堆积地貌(图 3)，成为砂矿堆积富集的场所[2]。

图2 欣代地区海岸线地貌Figure 2 Coastline landforms in Chinde District

图3 欣代地区海岸线地貌Figure 3 Coastline landforms in Chinde District

2.3 地形地貌条件

该区的砂质海岸地貌，对重砂矿床形成十分有利。由于波浪的横向运动，碎屑物容易被分离，重砂矿物也伴随着波浪在沙堤、浅滩、沙坡等地方富集。海滩是波浪作用强烈的区域，波浪的冲刷作用，相当于对选矿过程中的粗淘，即把轻、细碎屑砂粒带走，留下重砂矿物并形成富集带。特别是遇到印度洋的大风暴潮，海滩上的重砂矿物的堆积物则会骤然增多，大量重砂矿物被推到高潮线以上，此时就会形成重矿物层与轻矿物层相间出现的地质现象。

3 矿物特征

研究区矿床岩性单一，为第四系滨海相沉积白色细砂-粉细砂。矿石为含锆石、钛铁矿、金红石、独居石(具有经济价值的矿物)的细粒-粉细粒石英砂，主要为细粒结构，松散砂状构造。由灰黄-灰白色粉细-细粒石英砂组成，沉积韵律特征明显，一般情况是上部石英砂稍细，含矿性较好，而下部石英砂稍粗，含矿性变差[3]。

3.1 矿物成分

矿石的矿物成分非常复杂，除了主要矿物石英之外，重砂中矿物种类非常多。根据对淘洗后重砂所做的重砂鉴定结果，重砂矿物种类约有十余种，但主要矿物为钛铁矿，占绝大部分；其次是锆石，再次是金红石和磁铁矿，然后依次是榍石、独居石、铬铁矿，其它矿物极少量。

根据分析统计该研究区的3 900件样品得知，钛铁矿、锆石、、金红石在矿层中的含量(品位)呈正相关，一般情况下相互之间的比例相对比较稳定，大致比例为10∶1∶1(表1)。

表1 矿物含量比值统计表

3.2 矿物特征

根据现场重砂取样的鉴定结果，主要重砂矿物特征描述如下。

①锆石。主要为黄粉色，少量玫瑰色；半自形柱状、断柱状、次滚圆粒状；透明-半透明，弱金刚光泽-毛玻璃光泽，高硬度。伸长系数以1.2～2.5为主，2.5～4.5者较少；粒径主要在0.02～0.20mm，少量达到0.20～0.45mm。

②钛铁矿。铁黑色；次滚圆扁粒状、次棱角块状、半自形板状，有一定的磨圆度，部分为圆粒状，贝壳状断口；半透明-不透明，金属光泽，高硬度；大多呈单体产出，少量矿物中包裹或连生有石英等脉石矿物；粒径多为0.02～0.30mm。

表2 重砂矿物含量统计表

③金红石。棕红色、黑色、红色；半自形柱状、次棱角块状、次滚圆粒状；半透明-微透明，金刚及油脂光泽，高硬度。大多数为单体颗粒，少量金红石呈不规则状，其中包裹微粒硅铝质脉石、榍石和黄铁矿；粒径多在0.02～0.30mm。

④独居石。黄绿色、桔黄色；滚圆-次滚圆扁粒状、椭圆粒状、次棱角板状，基本以单体状态出现；透明，油脂光泽；中硬度；粒径多在0.02～0.25mm。独居石中含有Th和U，具有一定量放射性。

⑤磁铁矿。黑色；滚圆次滚圆粒状、棱角次棱角块状；不透明，金属光泽，高硬度；具强磁性；粒径主要在0.03～0.25 mm。

⑥铬铁矿。黑色；半自行八面体状，不透明，金属光泽，高硬度；粒径多在0.02～0.10 mm。

⑦榍石。浅褐黄色，半自行信封装、次滚圆扁粒状、次棱角块状；透—半透明，油脂光泽，中高硬度；粒径在0.02～0.60 mm。

3.3 赋存状态

矿体赋存于石英砂体之中，其颜色与锆石、钛铁矿和金红石的含量高低有关，这三种矿物的含量低而砂的颜色则浅，含量高则深，呈白色—灰白色—浅灰色—深灰色等不同颜色。根据矿石结构、构造和矿石矿物赋存特征及成因分析，研究区矿石自然类型为滨海相沉积锆石钛铁矿金红石重砂矿。

由于赋存矿体的砂体矿物颗粒很细，一般粒径多在0.02～0.30mm，个别矿物粒径达到0.4mm。绝大多数矿物颗粒呈单矿物颗粒状态存在，具有一定的磨圆度，说明经过了比较长距离的搬运和分选。因此，矿石矿物锆石、钛铁矿、金红石和独居石基本都呈单矿物颗粒状态存在于矿石(砂)中，易于分选，快速形成经济价值。

该矿床实验室选矿试验结果显示：

锆石：主要呈0.02～0.15mm的单矿物颗粒散布于矿石中，易分选。

钛铁矿：主要呈0.02～0.20mm的单矿物颗粒散布于矿石中，易分选。

金红石：主要呈0.02～0.30mm的单矿物颗粒散布于矿石中，易分选。

独居石：主要呈0.06～0.12mm 的单矿物颗粒散布在矿石中，易分选。

4 矿体形态

如图1所示，该图显示了欣代地区最主要的成矿特征，Qd黄色区域为重砂矿床的成矿层位，根据我们现场勘查发现，在Qd(第四系粉细砂)地层内，重砂矿物基本散布在粉细砂里，局部地段通过肉眼就可以观察到黑色重砂矿物。矿体主要沿着海岸线呈条带状分布，在V1和V4矿体呈面状分布，V1长约2.7km，宽1.6km，V4长1.7km，宽0.6～1km，为研究区最大最重要的两个矿床。

如图A-A′剖面全长约1km，共施工了21个钻孔，钻孔基本间距40m，按照1m的长度全孔取样、分析，并圈定了矿体，从剖面上可以看出，矿体总体厚度1～3m，平均厚度2m。离海岸线较近的地段矿层厚2～3m，远离海岸线的内陆地区矿层厚度1～2m。

如图B-B′剖面全长约1.5km，共施工了36个钻孔，钻孔基本间距40m，按照1米的长度全孔取样、分析，并圈定了矿体，从剖面上可以看出，矿体总体厚度1～8m，平均厚度5.3m，矿层厚度在纵向上没有明显变化规律。