纳米比亚西北部朝斯组铁矿地质特征研究与初步经济评价

刘典波,李利阳,张传恒

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.武警黄金第四支队，辽宁 辽阳 111000)

纳米比亚地广人稀，矿产资源非常丰富，素有“战略金属储备库”之称[1]。采矿业是纳米比亚经济的三大支柱产业之一，占国内生产总值(GDP)的10.4%(2009年)，对国家税收贡献率为11%[2]。纳米比亚正在开发的矿产主要有钻石、铀、铜、金、银、铅和锌等。

纳米比亚西北部库内内省(Kunene)朝斯组(Chuos)蕴藏着丰富的铁矿，潜在铁矿资源量达数十亿吨[3]，具有巨大的潜在开采价值。如果能够得到合理有效开发，将对纳米比亚国内和库内内省的经济和就业等产生重要影响。

本文结合纳米比亚区域地质背景和全球铁矿成矿背景，通过对纳米比亚西北部朝斯组岩芯观察、地球化学数据分析等论述其地质特征，并对铁矿进行初步经济评价。

1 朝斯组区域地质背景和全球铁矿成矿背景

1.1 纳米比亚区域地质

纳米比亚在大地构造上位于卡拉哈里克拉通的西北部[1]，其境内出露从太古代到新生代的岩层，涵盖了超过2 600 Ma的地质历史。全国有接近一半的地区有基岩出露，其他地区被年轻的卡拉哈里地层(Kalahari)和纳米布(Namib)沙漠所覆盖。

纳米比亚出露的最古老的地层为位于中部和北部的变质岩，属古元古代(2 200～1 800 Ma)地层。北部的Kunene和Grootfontein火山岩杂岩体，南部火山成因的Orange River组和Vioolsdrif花岗岩岩体以及火山沉积岩构成的Khoabendus组和Rehoboth层序也属于这个时代。

纳米比亚中元古代(1 800～1 000 Ma)地层为Namaqua变质岩，包括花岗片麻岩、变质沉积物、侵入变质岩和纳米比亚中部Sinclair序列与花岗岩相关的火山沉积地层。

位于海岸线和内陆地区的新元古代达马拉(Damara)造山带(800～500 Ma)占据了纳米比亚西北部和中部的大部分地区，在北部地区具有稳定的碳酸盐台地，而更靠南部地区的多种变质沉积岩表明沉积环境更加多变。沿着西南海岸线Gariep带的火山沉积岩也被认为是达马拉造山带向南的延伸。在晚期的造山过程中，由达马拉造山带和Gariep带抬升剥离的浅海碎屑沉积物构成的Nama群覆盖了纳米比亚的中南部。

二叠纪到侏罗纪Karoo层序中发育沉积岩和火山岩，主要出露在纳米比亚东南和西北部的Aranos、Huab和沃特堡(Waterberg)盆地。这些地层大都被辉绿岩和岩墙群侵入，这些岩墙群主要是火山作用的玄武岩和大量的碱性次火山，是冈瓦纳裂解和白垩纪大西洋形成的标志。第三纪到现代(小于50 Ma)纳米布和Kalahari地层沉积在纳米比亚广泛分布[2]。

纳米比亚泛非构造-造山作用后基本没有大的构造活动。纳米比亚出露的地层构造相对比较简单，主要受泛非构造运动影响。纳米比亚主要为一系列北东向、北西向构造，以褶皱和逆冲断层为主。它们对新元古代以来火山岩的分布、后期沉积盆地的形成及沉积岩的展布具有重大影响。

纳米比亚发育多期岩浆活动。最早岩浆岩为2 100 Ma的斜长岩杂岩，主要分布在东北部地区。新元古代泛非构造运动后又发生过数次岩浆岩侵入作用，依次为Richtersveld花岗岩/正长岩杂岩体侵入，Gariep杂岩体侵入及Damaran花岗岩侵入，并伴有与岩浆侵入有关的矿产资源形成。中生代以后又发生碱性杂岩体侵入和金伯利岩浆侵入作用[4]。

1.2 雪球地球事件与全球铁矿成矿地质背景

雪球地球事件是指在距今800～550 Ma期间，地球表面从两极到赤道全部被结成冰，形成“冰川灾变事件”，整个地球成为雪球，只有海底残留了少量液态水。由于海洋完全被封冻，大气与海洋的物质交流被阻隔，海水变成停滞、宁静和缺氧的还原环境。由于海底火山喷发从大洋中脊中溢出的二价铁，在还原的海水中可以不断地积累。这种缺氧还原环境一直可以持续到冰期结束。当冰川消融，大气和海洋循环重新出现。新元古代时期大气中有相当含量的氧气，经上升流的推动，海水中富含的二价铁离子在海水的氧化还原界面附近迅速被氧化为三价铁而沉淀聚集成矿[5]。

铁建造(iron formation，简称IF)包括条带状铁建造(banded iron formation，简称BIF)和粒状铁建造(granular iron formation，简称GIF)[6]。BIF主要出现在太古代和古元古代早期，GIF在古元古代中更为常见。铁建造普遍在1.85 Ga时突然消失，在1.85 Ga～700 Ma这段时间间隔内，只有很小规模的铁建造沉积下来。但是在新元古代大规模的铁建造突然在全球不同地方又重新出现，这可能与这一时期的雪球地球事件有关[7]。

2 朝斯组铁矿地质特征研究

纳米比亚西北部朝斯组地层属于新元古代中晚期地层[8-9]。朝斯组铁矿的出现与全球区域性大的铁建造出现事件相吻合，属于全球性成矿事件，有可能发现特大型铁矿。

2.1 朝斯组铁矿矿区地质

纳米比亚古大陆在新元古代时期发生了大规模的裂谷，裂谷内发育一套巨厚的沉积层。早期主要为河湖相碎屑岩和碳酸盐沉积，中晚期为海相碎屑岩及碳酸盐岩沉积。中期初始阶段的冰水沉积物中广泛发育铁建造。朝斯组铁矿就赋存在这一时期形成的冰水沉积物当中。

2.2 朝斯组含矿层位和地质年代

朝斯组位于达马拉(Damara)系奥塔威(Otavi)群，奥塔威群下部为Nosib群，上部为Mulden群。奥塔威群自下而上分为3个亚群，分别是Ombombo亚群、Abenab亚群和Tsumeb亚群，见图1。

图1 达马拉系(Damara)地层简图Fig.1 Schematic stratigraphic column of Damara (资料来源：据文献[8]修改)

朝斯组位于Abenab亚群底部，整合于Ombombo亚群之上，主要由混积岩、砾质砂岩、粉砂岩、碳酸盐和铁建造组成。沉积物分选不均匀，磨圆度不好，具有冰水沉积物的特征。

Abenab亚群和Tsumeb亚群的地质年代为730～570 Ma[10]，根据朝斯组位于Abenab亚群底部推断，朝斯组的地质年代在730 Ma左右。

2.3 铁矿含矿层位特征

朝斯组总体可以分为三段。下段主要以红褐色铁硅质岩为主，其次为泥岩、砂岩，沉积物分选不均匀，含砾砂状结构。铁硅质岩具有条带状构造，这一段中的铁矿以赤-磁铁矿为主，赤铁矿以胶结物的形式存在，铁含量一般在20%左右，具有水平层理或条带状结构，属于典型的条带状铁建造(BIF)。中段以灰绿色页岩、砂岩、含砾砂岩和砾岩为主。岩石成分复杂、分选不均匀，含铁量低于10%。上段为红褐色含砾铁质砂岩，铁的含量一般可达20%以上。通过岩芯可以看到，大小不一的砾石在岩层中呈悬浮状分布。

2.4 矿物组成和铁矿类型

朝斯组铁矿的成矿矿物主要是磁铁矿和赤铁矿，铁矿石的磁化率高。同时可见极少量的黄铁矿和菱铁矿。朝斯组不同层位含铁矿物也有所不同，底部主要以弱磁性的赤铁矿为主，中上部含矿层磁铁矿含量明显增加。

2.5 铁矿石地球化学特征

对朝斯组钻井岩芯中取得的样品进行主量元素、微量元素和稀土元素分析，数据见表1。

铁矿石主量元素。由表1可知，SiO2平均值为18.7%，Fe2O3平均值为59.4%，FeO平均值为8.46%，CaO平均值为2.47%，MgO平均值为0.82%，K2O平均值为0.43%，Na2O平均值为0.31%，MnO平均值为4.2%，P2O5平均值为0.37%，Al2O3平均值为0.96%，TiO2平均值为0.08%。

表1 朝斯组铁矿的主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10-6)组成Table 1 Major(wt%),trace and rare earth element(×10-6)compositions of the Chuos formation iron ore

续表1

样号C-1C-2C-3C-4C-5C-6MnO0.88 2.16 7.61 3.03 4.46 5.96 P2O50.89 0.21 0.33 0.085 0.046 0.69 LOI3.75 3.54 5.91 2.29 1.85 5.61 Total99.88 99.87 99.89 99.88 99.81 99.83 La4.34 5.72 6.90 2.42 1.67 13.0 Ce6.99 10.3 12.1 7.34 4.13 21.9 Pr1.29 1.47 1.99 1.04 0.55 3.21 Nd6.89 6.94 10.2 5.34 2.81 14.3 Sm1.63 1.45 2.19 1.23 0.63 2.68 Eu0.50 0.37 0.55 0.32 0.23 0.65 Gd1.90 1.82 2.60 1.31 0.71 2.77 Tb0.43 0.41 0.56 0.31 0.17 0.53 Dy3.41 3.14 4.36 2.43 1.36 3.62 Y31.5 25.2 38.3 16.2 10.6 27.7 Ho0.84 0.77 1.10 0.56 0.34 0.83 Er2.72 2.50 3.70 1.91 1.09 2.68 Tm0.51 0.48 0.68 0.37 0.25 0.50 Yb3.11 2.98 4.46 2.44 1.75 3.18 Lu0.39 0.38 0.54 0.31 0.22 0.41 Li4.48 8.43 8.41 7.13 11.0 39.6 Be0.64 0.76 0.45 0.62 0.67 0.86 Sc4.20 5.93 2.84 4.14 6.19 7.14 V49.3 48.2 83.3 52.5 66.0 38.3 Cr5.71 5.78 8.06 6.14 48.0 6.32 Co54.0 37.4 31.2 62.9 65.4 97.2 Ni40.2 31.4 58.6 55.7 58.4 53.4 Cu55.8 1.63 1.77 4.59 11.1 2.42 Zn11.4 14.3 15.9 10.1 15.3 22.0 Ga1.51 2.36 2.87 1.66 1.88 3.27 Rb6.47 12.3 3.14 5.72 9.16 9.97 Sr432 183 390 226 148 629 Zr6.96 20.2 12.4 586 21.4 36.7 Nb1.28 2.59 1.80 2.71 3.56 10.5 Mo10.7 0.24 0.53 0.23 0.21 0.24 Cd0.12 0.067 0.12 0.034 0.073 0.10 In0.005 0.012 0.005 0.006 0.009 0.019 Sb1.27 0.33 0.70 1.78 1.67 0.33 Cs1.38 2.21 0.09 0.10 0.22 0.14 Ba268 553 271 633 891 967 Hf0.15 0.45 0.35 14.8 0.38 0.95 Ta0.22 0.24 0.15 0.082 0.074 0.61 W0.29 1.17 6.17 9.99 6.61 2.28 Tl0.53 0.061 0.027 0.026 0.18 0.04 Pb13.8 1.43 8.29 7.46 5.22 10.3 Bi0.47 0.017 0.17 0.23 0.12 0.098 Th0.73 1.16 0.82 0.71 0.61 1.84 U0.41 1.75 0.70 0.46 0.68 0.48

铁矿石主量元素图解见图2。由表1和图2可知，朝斯组铁矿SiO2含量较高，说明铁矿形成时有较多的碎屑物质加入，而且MnO含量明显偏高。

铁矿石微量元素。经PAAS(Post Archean Australian Shale)标准化的微量元素蛛网图解见图3。由表1和图3可知，朝斯组铁矿中微量元素富集Co，相对亏损Rb。

图2 朝斯组铁矿石样品主量元素图解Fig.2 Main elements pattern of the Chuos formation iron ore

图3 朝斯组铁矿石样品的微量元素蛛网图解Fig.3 Trace elements pattern of the Chuos formation iron ore

铁矿石稀土元素。经北美页岩标准化的稀土元素配分图解见图4。由表1和图4可知，朝斯组铁矿石样品的稀土总量均较低(∑REE=26.5×10-6～97.9×10-6，平均值为64.8×10-6)；具有相似的REE配分模式，轻稀土相对重稀土亏损(La/Yb比值为0.09～0.39，平均值为0.18)和轻微的Eu正异常(Eu/Eu*为0.97～1.49，平均值为1.14)，样品C-5有较大的Eu正异常，样品C-2的Eu为轻微负异常。样品有明显的Ce负异常(Ce/Ce*比值比值为0.64～0.97，平均值为0.79)。

图4 朝斯组铁矿石样品的稀土元素配分图解Fig.4 Rare earth elements pattern of the Chuos formation iron ore

2.6 铁矿石成矿物质来源

朝斯组铁矿中的成矿物质Fe到底是来源于含铁矿物陆源风化后随河流搬运进入盆地还是来源于海底火山热液喷发随上升洋流进入浅海沉积是一个重要问题。这个问题决定了朝斯组铁矿规模、矿层展布方式和开采方式等。

根据铁矿石地球化学特征可知，铁矿石SiO2含量较高，说明铁矿沉积过程中有较多陆源沉积物参与。Y/Ho的比值是区分海相和非海相沉积环境的有用指标。研究表明,上地壳岩石和陆源沉积物的Y/Ho比值为26～28，现代海水的Y/Ho比值为44～74。朝斯组铁矿Y/Ho的比值为29～38，平均值为33，这一数值介于陆源沉积物和海水沉积物之间。一般认为火山岩和海相沉积物的Sr/Ba比值大于1，陆源沉积物的Sr/Ba值小于1[11]。朝斯组铁矿石Sr/Ba的比值为0.17～1.61，表明既有陆相成因的铁矿石也有海相沉积的铁矿石。

综上所述，朝斯组铁矿是海相沉积成因的铁矿。铁主要来源于海底热液带来的铁，同时铁矿中也有较多的陆源碎屑沉积物加入。

2.7 朝斯组铁矿成矿与雪球地球事件

Ce、Eu、U、V和Mo是对氧化还原敏感的元素，通常可以用来指示成矿时海水的氧化还原环境的变化。由于雪球地球的影响，全球性的冰盖隔绝了海洋与大气之间的物质交换，造成海洋环境为缺氧还原环境，从而使海底热液包括陆源沉积物形成的铁被重新还原，出现了海洋中Fe2+富集的情况。当冰盖逐渐融化，海水与大气的交换畅通，表层海水再次氧化，Fe2+不断被氧化成三价铁沉淀下来，最终形成铁矿[5]。朝斯组铁矿Ce的负异常反映了海水的氧化环境，而Eu的轻微正异常说明海底低温热液的活动。

朝斯组铁矿的形成与雪球地球事件有密切关系。雪球地球形成的冰盖使海洋出现还原环境，待冰盖逐渐消失后海洋再次被氧化，从而使海水中大量累计的Fe2+沉淀形成了朝斯组铁矿。

3 朝斯组铁矿初步经济评价

3.1 铁矿成矿带几何形态

朝斯组铁矿成矿带主要位于纳米比亚北部地台带，由东西两个成矿带构成见图5。东成矿带从Opuwo向南南东方向延伸到Outjo地区，出露长度大于420 km。西矿带从Ongaba铁矿向南南东方向延长270 km，到达Kamanjab内露层附近[3，10]。

图5 纳米比亚西北部铁矿带Fig.5 Map of northwestern of Namibia iron ore belt (资料来源：文献[3]，有修改)

纳米比亚西北部已经发现多个铁矿，其中包括Ongaba铁矿、Owihende铁矿、Ombombo铁矿、Opuwo铁矿和东铁山铁矿等。

3.2 铁矿规模和远景资源量

朝斯组铁矿分布面积超过38 000 km2，矿体平均厚度约10 m，局部超过100 m。根据周边地区钻井岩芯和其他资料推断，铁矿的资源量近20亿t[3]，属于超大型铁矿。

3.3 铁矿石品位

朝斯组铁矿石铁品位不同层段由于所含铁矿物的不同，品位也不相同。根据岩芯资料分析，上段以赤-磁铁矿为主的铁矿的平均品位为30.7%，下段以赤铁矿为主的铁矿的平均品位为37.4%。

3.4 铁矿总体潜在经济价值

朝斯组铁矿资源量近20亿t，经选矿达到62%的铁矿石总量为10亿t。按照品位为62%的铁矿石价格70美元/t[12]计算，总体潜在经济价值为700亿美元。随着对朝斯组铁矿勘探工作的加大，铁矿资源量有可能进一步增加。

铁矿的潜在经济价值并不代表其实际经济价值，铁矿开采需要大量的前期投入。铁矿开采后能否获得实际经济利益取决于很多方面。

3.5 开采方式

朝斯组铁矿的整体埋藏不算很深，开采方式可以采取两种:一种是露天开采，对于通过露头就可以看到的铁矿层，通过大型机械将非矿层剥掉，直接采集底部铁矿层。一种是坑道采矿，对于埋深在百米以上的铁矿可以通过挖坑道采矿的方式沿矿体向内部开采。

在实际开采过程中采取何种方式还需要更多的详探井探明铁矿层的埋深和矿层连通程度。纳米比亚经历泛非造山运动以后，构造运动比较少，地层比较稳定，构造比较简单。这有利于探明铁矿的埋深和连通情况，以便确认和优化铁矿的开采方式。

3.6 开采过程中的环境保护问题

铁矿采矿过程中保护好纳米比亚脆弱的自然环境是开采朝斯组铁矿必须考虑的问题。首先采矿的过程必然会给环境带来一定的不利影响，包括对植被的破坏、水系的污染和空气的污染等。其次纳米比亚有严格的环境保护法。纳米比亚是最早将环境保护写进宪法的国家之一，涉及环境保护的主要法规是《纳米比亚环境管理法案》。纳米比亚对环境保护要求很严格，对大气、水源和森林等环境因素有严格的保护措施。最后，要开采朝斯组铁矿必须经过严格的环境评估。纳米比亚通过环境保护立法和对矿业企业的环境评估，最大限度地减少矿产和能源开发活动对环境的影响。矿产资源勘探和开发过程中出现环境事故不仅会受到严厉的法律制裁，甚至可能使企业丧失在纳米比亚继续从事矿产资源勘探开发的资格[13]。

3.7 铁矿开采的土地问题和征地成本

朝斯组铁矿开采过程中无论是采取露天开采还是坑道开采都必然涉及开采所占用的土地。根据纳米比亚法律规定地下的矿产资源归国家所有，但是土地却是归私人所有。如果要对朝斯组铁矿资源进行开采，必然要占用土地。土地所有者必定会提出对土地占用的高额要价或者直接要求在铁矿开发过程中占有股份，从而大幅增加土地成本。

3.8 铁矿开采的基础设施与工业布局

朝斯组铁矿所处的库内内省基础设施薄弱，开采过程中需要在配套的基础设施建设方面投入大量资金。首先是库内内省是纳米比亚最贫困的地区，基本没有工矿业。其次交通运输不便。库内内省没有铁路，公路交通也不发达。从铁矿到距离最近的鲸湾港(Walvis Bay，亦称沃尔维斯湾)有600多千米。库内内省的基础设施薄弱和交通不便是制约朝斯组铁矿能否顺利开采的重要因素。

朝斯组铁矿所处的库内内省基本上没有工业，没有可以与铁矿开采配套的产业。铁矿开采必须要充分考虑开采过程中涉及的水、电、燃料、机械和技术工人等相关问题。

3.9 铁矿石市场需求分析和最终盈利前景分析

纳米比亚本身工业条件落后，国内没有大型钢铁冶炼工厂，一旦铁矿投入开采，国内根本无法消化如此巨量的铁矿石，因此开采的铁矿石只能经过精选后卖到国际市场。

铁矿开采的最终盈利受多方面因素的影响。其中包括前期投入、采选成本、国际市场铁矿石的价格、运输成本等。综合比较来说，纳米比亚朝斯组铁矿在国际市场上的竞争力不如澳大利亚和巴西的铁矿。只有当国际上铁矿石的价格高过特定的数值后才能实现盈利。

3.10 中国企业开采铁矿的舆论问题

随着中国在纳米比亚矿业投资的增加，引起了纳米比亚舆论的担忧。纳米比亚媒体自由，但是受西方媒体影响比较大。随着西方舆论对于中国矿业在非洲投资的指责，纳米比亚媒体也不失时机地宣传中国矿业企业到纳米比亚就是为了开采和掠夺矿产资源，对中国矿业企业在纳米比亚的发展造成不利影响。

中资矿业企业应该认识到在纳米比亚舆论宣传的重要性，注重在当地加强正面宣传。首先，中资矿业企业应该多关注自身企业责任，在当地树立良好的企业形象，积极为当地教育、文化活动和其他社会活动等提供赞助和支持等，让当地人切实感受到中资企业带来的好处。例如有的中资矿业企业与当地大学联合，由企业出资设立奖学金，资助大学生到中国留学。其次，中资企业应该主动加强与当地媒体的沟通，通过当地媒体让当地人了解中资矿业企业，为中国在纳米比亚投资开发矿产资源创造良好的舆论环境，实现中纳“合作双赢”。最后，以适当的方式反击西方媒体对中国矿业企业在纳米比亚投资的不利宣传。

4 结 论

纳米比亚西北部朝斯组所赋含的铁矿在新元古代形成时具有良好的全球成矿环境，主要的含铁矿物为赤铁矿和磁-赤铁矿。根据铁矿石岩芯的地球化学数据并结合其他地质特征综合分析可知：①铁的主要来源为海底热液在海洋氧化还原条件由还原环境变成氧化环境下形成的重要的铁矿石资源；②在铁矿的形成过程中也有来自于陆源的铁质加入；③朝斯组铁矿石品位较高，矿体厚度大，分布面积广，具有重要的开采价值和经济价值。

朝斯组铁矿虽然早就被发现而且储量巨大，但是一直到现在也没有被开采，主要是存在很多制约开采的问题暂时无法解决：①开采所涉及的土地问题和环境保护问题导致了开采前期投资巨大；②铁矿周边的基础设施落后导致矿产品外运成本太高从而使开发盈利减少；③不利的社会舆论环境也会影响矿业企业的投资和开发。

建议中资矿业企业可以在该区域内除了进行必要的铁矿勘探外，进一步勘探其他经济价值更高的共伴生矿产。如果能够发现更高价值的共伴生矿产，可以在开发铁矿的同时开发共伴生矿产，既为库内内省的经济和就业做出重要贡献，也可以为企业带来正当利润。