安哥拉Bonga矿区双稀矿床特征分析

赵胜利，黄 波，杨 涛，曹其琛，孙芳芳

(1.山东地矿国际投资有限公司，济南 250000；2.贵州理工学院 资源与环境工程学院，贵阳 550003；3.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 物化探总队，贵州 都匀 558000；4.中国冶金地质总局 山东正元地质勘查院，济南 250101)

铌(Nb)是具高熔点(2 468℃)和高沸点(5 127 ℃)的稀有金属，具较好的耐腐蚀、超导、单极导电和在高温下强度高等特性，大量用于冶金、国防、航空、航天、电子计算机、高档次的民用电器及各类电子仪表中，显示了较高经济价值，成为了矿床学家的重点研究对象[1-7]。

赋铌矿物主要为碳酸岩—碱性岩中的烧绿石，多呈副矿物或与稀土矿物伴生[1-7]，与国内重要的湖北庙垭碳酸岩稀土矿床、江西宜春雅山晚侏罗世铌钽矿床及国外多个重要的中生代中晚期稀有、稀土等矿床对应[1-9]。Bonga为重要的碳酸岩型双稀矿床，矿区存在原生矿和风化砂矿，具超大型规模。

1 区域地质背景

安哥拉地处非洲隆达-比耶高原区(南纬5°～18°，东经11°～24°)，大地构造位置上处于扎伊尔克拉通东北部，经历了非洲大陆的地质演化；古老的沉积地层经历了新太古代大规模构造运动—中石炭世大陆侵蚀和堆积—中生代岩浆活动发育—新生代造山运动等一系列构造运动，形成了当今的高原(图1)[1-7]。

Cabinda-卡宾达；Luanda-罗安达；Benguela-本格拉；Lubango-卢班戈；Huambo-万博；Lucapa-卢卡帕；Namibe-纳米贝图1 安哥拉地质简图(碳酸岩和金伯利岩分布略图)(据郑硌等[4]；BAMBI A M et al[5])Fig.1 Geological sketch map of Angola(distribution map of carbonate rocks and kimberlites)(according to ZHENG et al[4]；BAMBI et al[5])

在地层单元的分布上，古老基底占据着中部高原地带，中新生代盖层分布于西部沿海岸线地段和东部中生代盆地。太古宙未分异片麻岩和侵入岩构成Dinde-Lola地区的结晶基底；元古宙在区域上主要为变质碎屑沉积岩和碳酸盐岩，中新元古代均为碎屑沉积岩和碳酸盐岩；石炭-早侏罗世为陆源碎屑沉积和Karoo群火山岩；早侏罗-第四系为碎屑沉积岩—碳酸盐岩及金伯利岩。

全区断裂构造发育，总体上为NE向断裂，其次为NW向断裂和一些相对较小的近EW向断裂。主要断裂为NE向Huombo-Sourimo大断裂及中生代Lucapa裂谷系统。较大的断裂主要为分布于Huombo地区两侧和Lucapa地区夹持于两条近EW向断裂，北部地区为大规模的逆冲推覆构造，伴随大量岩浆侵入，提供了丰富的深源成矿物源和有利的成矿地质背景。

区域上岩浆活动从前寒武系持续到中生代，以侵入岩为主，前寒武纪主要有元古宙中酸性岩—岩脉类、煌斑岩—橄榄岩及辉长岩-闪长岩杂岩等；古生代主要为酸性岩类；中生代为苏长岩—粒玄岩，主要分布在Tchivira和Bonga杂岩体及其附近。Thivira与Bonga为杂岩体，Bonga岩体主要岩性为碳酸岩、含正长岩捕掳体碳酸岩、喷发角砾岩、斑岩及正长岩等。

总之，多期构造作用和岩浆活动，提供了丰富的深源性高密度成矿物质和有利的成矿地质背景，与区域上已知有色、黑色、贵金属及双稀等多种深源性相关矿床对应，Bonga碳酸岩为本区重要双稀来源。

2 矿区地质特征

矿区出露主要有前寒武纪基底、早白垩世岩浆岩和第四系风化残坡(堆)积层(图2)，构造较简单，出露的岩浆岩为元古代花岗岩、早白垩世正长岩及早白垩世碳酸岩。

1—第四系；2—碳酸岩；3—白垩世正长岩；4—元古代花岗岩；5—碳酸岩相；6—含正长岩捕掳体的碳酸岩；7—矿体及编号；8—断层图2 Bonga铌矿区地质略图(据郑硌等[4]略有修改，2014)Fig.2 Geological sketch map of Bonga niobium mining area(modified slightly according to ZHENG et al.[4]，2014)

2.1 地层

矿区出露地层简单，主要有前寒武纪基底和第四系风化残坡(堆)积层。前寒武纪基底以元古代黑云母花岗岩及混合岩化为主，局部有伟晶岩脉穿插。

第四系风化残坡(堆)积层主要分布在碳酸岩边缘北东部、北西部，分布范围主要受碳酸岩风化剥蚀、堆积及地形等多因素的影响，常为碳酸岩中部向岩体边缘地势相对平坦地区呈发散状分布。岩体北部为近南北向延伸的正长岩小丘，分隔成北西和北东两部分。

2.2 构造

区内构造主要表现为线性构造和环形构造。其中NE向构造与Huombo-Sourimo区域性大断裂展布方向一致，是区内主要的控岩、控矿构造。早白垩世碱性岩体即沿该断裂发育，表现为近圆台形的孤立山头；环形构造为Bonga碳酸岩岩体侵位形成的岩塞。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆活动强烈，出露的岩浆岩主要有元古代花岗岩、早白垩世正长岩与碳酸岩。

1)元古代花岗岩(Ptγ)

元古代花岗岩呈环状分布于矿区边缘，构成区内岩体分布的外环，大多遭受风化剥蚀位于矿区四周边缘地势低缓地带，岩石为中细粒，粒状半自形结构，主要矿物成分为石英、长石；次要矿物主要为黑云母；副矿物主要为榍石、磷灰石、 锆石和金红石等。绿帘石、高岭石、绿泥石为后期蚀变矿物。

2)早白垩世正长岩(Kξ)

正长岩在矿区内分布于元古代花岗岩内侧、早白垩世碳酸岩体外侧，呈半环状在矿区南、东、南西及北部零星出露，构成矿区环状岩体分布的中环。矿区北部、北西、北东因第四系覆盖未出露，部分工程揭露到正长岩基岩。正长岩为粗粒结构，主要矿物包括正长石、斜长石、辉石；次要矿物为石英、黑云母、角闪石；副矿物主要为榍石和磷灰石等。

3)早白垩世碳酸岩

区内出露最明显为Bonga岩体，表现为一个拔地而起的孤立山峰，地形陡峭，最高海拔1 919.2 m，高出周边平原约900 m，在山体顶部，为一深约200 m的凹陷，岩体平面上呈近圆形，侵位于元古代花岗岩、早白垩世正长岩中。

Bonga岩体是碳酸岩杂岩体，呈岩塞状产于元古代花岗岩基底的断裂交汇部位，呈环状和岩筒发育。主体由碳酸岩组成，从外向内存在分带性。最外侧的正长岩呈一个不完整的环状围绕碳酸岩体分布；向内为含正长岩捕虏体的碳酸岩相，再向内为碳酸岩相，向中心又开始出现含正长岩捕虏体的碳酸岩相。捕掳体分布密度和大小不均匀，块径多为15～50 cm，少数块径>1 m。

碳酸岩颜色为灰白色，中粗粒结构，块状构造，局部为条带状或瘤状构造。条带状构造主要是粗粒与细粒方解石、白云石交互成条带；或与其他矿物(如角闪石、辉石、黑云母等)组成条带相互交替；局部磁铁矿、黄铁矿、烧绿石等矿物富集呈条带状、条纹状、星点状、斑块状。

碳酸岩主要为方解石和少量白云岩，方解石多呈半自形—他形粒状，副矿物种类较多，多呈细粒浸染状、星点状分布(图3灰白色为方解石，中偏右上部二处暗色细粒状为烧绿石)。

图3 碳酸岩岩体中星点状分布的烧绿石(透射单偏光)Fig.3 Star point distribution of pyrochlore in the carbonate rock mass(transmitting single polarized light)

3 矿体地质特征

矿体分为原生矿、风化矿两类。原生矿赋存于早白垩系Bonga碳酸岩中，风化砂矿赋存于第四系残坡(堆)积层(图2)。

3.1 原生矿

原生矿赋存于Bonga碳酸岩体中，主要矿物为方解石和少量白云石，多为半自形—他形晶，粒径常为2～5 mm，白云石较细，磁铁矿、磷灰石为常见次要矿物。副矿物种类较多，主要有烧绿石、方沸石、黑云母、金云母、黄铁矿、重晶石、金红石、石英、锆石、独居石及钛铁矿等，方解石局部与磁铁矿、黄铁矿、烧绿石和黑云母呈条带状，具岩浆成因的特征。含铌矿物主要为黄绿—灰黄色烧绿石(下图4)，常为0.05～2 mm的自形—半自形晶，分布不均匀；主要蚀变有烧绿石化、含钛磁铁矿化、黄铁矿化、褐铁矿化等。

区内矿石分为三类：1)灰褐色中细粒条带状矿石，约占总量的50%，矿石中方解石、磁铁矿、烧绿石和磷灰石等粒度较细，分布广泛，约占总量的50%，Nb2O5一般为0.3%～0.5%；2)灰褐色中粒矿石，分布也较广，约占总量的40%，Nb2O5一般为0.2%～0.5%；3)灰白—青灰色中粒夹少量粗粒碳酸岩，约占总量10%，Nb2O5一般为0.2%～0.3%。

3.2 风化砂矿

Bonga碳酸岩体周边山前堆积、残坡积的第四系风化砂矿，呈红褐色-棕褐色似缓坡状覆盖于正长岩、碳酸岩及花岗岩之上。主要呈半环状C型分布于Bonga岩体北侧和西侧，沿弧长方向长约8 km，宽0.45～0.91 km，厚度0.55～18.20 m，平均5.31 m。

区内含铌砂矿二处，编号为V1与V2，矿体的形态、厚度及品位等特征受风化程度、地形地貌、流水作用等多因素影响较大。V1矿体底板多为花岗岩和碳酸岩，南西部多为正长岩；V2矿体底板以花岗岩和正长岩为主，其次为碳酸岩；矿体以碳酸岩体为中心，靠近岩体附近相对较厚、品位较高，远离岩体方向逐渐变薄和贫化，Nb2O5品位0.10%～1.63%，平均0.69%。

1)矿物组合成分

通过对砂矿镜下观察、X-衍射分析、人工重砂分析、电子探针分析及MLA分析，其矿物组合主要为硅酸盐类(63.21%)(表1)，其次为氧化物(22.42%)和磷酸盐类(12.22%)，少量白云岩—有机质四类(2.09%)，多为亲石元素矿物组合，硫化物较少，与其原岩风化相关。硅酸盐中的钾长石、高岭石含量较高，呈半风化态，主要来源与花岗岩和正长岩的风化不完全有关。

表1 Bonga铌矿矿物成分和嵌布粒度表

2)结构构造

矿物结构主要有中粗粒半自形-他形粒状结构、包含结构、假象结构、残余结构、不等粒砂结构、变余斑状结构、碎裂化半自形—他形粒状结构等，矿石中主要有用矿物烧绿石多呈透明—半透明、黄绿—灰黄色中粗粒、半自形—他形粒状结构，磷灰石主要为透明中粗粒他形粒状(图4)。

图4 风化砂矿中半自形—他形中粗粒状烧绿石(左)和他形中粗粒状磷灰石(右)Fig.4 Hypautomorphic-allotriomorphic granular pyrochlore in weathered placer(left)and allotriomorphic medium-coarse granular apatite(right)

矿物构造主要为松散块状构造、土状粉末状构造及少量稀疏浸染状构造(图5)。

图5 松散状矿石(左：粒度约100 mm；中：粒度约70 mm和50 mm)和土状—粉末状矿石(右)Fig.5 The loosened ore(Left：The granularity is about 100 mm；Middle：The granularity is about 70 mm and 50 mm) and the earthy-powdered ore(right)

3)矿石化学成分

矿石X-荧光主要元素分析结果见表2，稀士元素分析结果见表3。砂矿中含铌0.51%，铁13.03%，磷2.83%，稀土氧化物(TRE2O3)总量为8 913.49×10-6(0.89%)。Nb主要赋存于烧绿石中，少量赋存于磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、金红石、石英及钾长石等矿物中，具较明显的富铌和富稀土元素的双稀砂矿床，铁矿和磷矿则为伴生有用矿物。

表2 矿石X-荧光主要元素分析结果

表3 矿石中稀土元素分析成果

4 成矿地质背景分析

1)据马晓旻的“旋涡构造”学说[10-11]，我们提出了“螺旋构造”学说：地球自转产生的科氏力作用下，形成了旋转动力和向心挤压力(图6、图7)，在南半球产生5个中低纬度的逆时针旋转螺旋和1个南极顺时针螺旋的中新生代构造[10-14]。安哥拉地处南部非洲西部，为“南非螺旋”NW部位(螺旋中心大致位于南非(国名)中部的金伯利Kimberley北西部附近，图7)，在主要应力NE向SW方向的逆时针旋转动力和NW向SE的向心挤压的共同作用下，产生了NE向Huombo-Sourimo断裂及中生代Lucapa裂谷系统，提供了岩浆活动和深源性成矿物质有利的通道，使碳酸岩以环带式或中心式侵入元古代基底中，形成了早白垩世Bonga碳酸杂岩带，为矿区双稀矿床和区域上深源性成矿物质提供了有利的成矿地质背景。

F-向心挤压应力；б0-旋转动力图6 地球螺旋单元产生及应力示意图(左：据马晓旻修编[11])Fig.6 Schematic diagram of the global spiral tectonic units and stress(Left：modified slightly according to MA Xiaomin[11])

1-螺旋边界；2-顺时针螺旋运动；3-逆时针螺旋运动；4-螺旋中心图7 全球螺旋构造略图(右：据马晓旻修编[10])Fig.7 Sketch map of the global Spiral geotectonics (right：modified slightly according to MA Xiaomin[10])

2)矿区南西部约12 km的Tchivira碳酸岩富铌杂岩体中K/Ar法年龄为138～130 Ma，黑云母中Rb/Sr法年龄为(112±8)Ma[4，15]，为早白垩世。主要的早白垩世岩浆岩有正长岩和碳酸岩杂岩体，Bonga碳酸岩中所含正长岩捕虏体，表明Bonga碳酸岩为后期生成；从正长岩中主要矿物钾长石来看(钾化)，为碱性程度较高的硅酸盐，二者为早白垩世碱性系列火成岩。

3)矿区赋矿岩体为Bonga碳酸岩，多为亲石元素组合，亲硫元素组合矿物较少，与稀有、稀土、磷酸盐及萤石等形成亲石性组合较强的矿床[4]，对应贫硫富氧的亲石元素组合背景。在Bonga碳酸岩杂岩体与南西方向的Tchivira碳酸岩—碱性岩的富铌、富稀土元素等深源性杂岩体，以及多个碳酸岩体大多呈串珠状分布于NE向Huombo-Sourimo断裂及中生代Lucapa裂谷系统，同为早白垩世以环带或中心式侵入基底中(图1)，属于熔体—流体过渡的高度演化碳酸岩—碱性杂岩体系[4，6]，与我国主要的湖北庙垭碳酸岩稀土矿床、江西宜春雅山地区晚侏罗世铌钽等矿床，以及正在开采或曾开采的加拿大(Oka)、挪威(Fen)、刚果(Lueshe)和全球最大的巴西(Araxá)铌矿床等[4-9，16-17]，为同期或近期明显幔源成因的碳酸岩，是中生代中晚期地球内部演化过程因重力分异作用下产生的低密度富铌碳酸岩熔体—流体[4-5、16-18]，具全球性重要成矿专属性——中生代中晚期特有的火成碳酸岩—碱性岩中稀有、稀土元素矿床。因此，沿NE向Huombo-Sourimo断裂及中生代Lucapa裂谷系统分布的多个串珠状碳酸岩，可能大多具有不同程度铌矿(化)或稀土矿(化)，并有可能成为全球最大的双稀矿床。从区域上前寒武到中生代多期岩浆的侵入作用，带来了丰富的深源性高密度成矿物质，并在特定地质背景下富集，与区域上已知的有色、黑色、贵金属及双稀元素等矿床对应，显示了较高的找矿远景。

4)矿区分为原生矿和风化砂矿二种，原生矿为早白垩世Bonga碳酸岩，具超大型规模，主要为方解石和少量白云石，烧绿石为副矿物，也是主要的含铌矿物；主要的矿石分为灰褐色中细粒条带状矿石和浅灰褐—灰褐色中粒矿石，前者Nb2O5一般0.3%～0.5%，后者Nb2O5一般0.2%～0.5%，是风化型含铌砂矿产生的前提。

5)在后期构造运动和风化等诸多因素作用下，Bonga碳酸岩从高处崩塌或滑落，散布于岩体根部和山麓准平原之间的斜坡处，伴随着后期的红土化过程，迁出易迁元素和矿物，残留了物理化学性质稳定的矿物，形成了红土化砂矿。

6)矿区风化砂矿，属于红土化半风化型砂矿[19-20]。在早白垩世Bonga碳酸岩的产生和半风化过程中，将主要的碳酸盐等易迁元素迁出，而烧绿石和稀土元素因物理化学性质稳定而进一步富集，使Nb2O5含量约0.6%，稀土氧化物总量0.89%，并较原生矿品位高，品位相对较为稳定，具超大型规模的双稀砂矿床。

7)风化矿床中除了富集铌外，也使原生矿中含量较低的铁矿、磷矿及稀土元素等得到富集，稀土氧化物总量为0.89%。通过选矿实验，除了回收铌精矿外，还回收了品位为61.34%的铁精矿和36.23%的磷精矿，具较高的综合利用价值；因条件有限，没有进一步做稀土元素的回收实验。

8)风化砂矿较原生矿具有开采成本低、品位高的优点，其中伴生的铁矿和磷矿均达到综合回收要求，作为矿床开发利用方面首选风化砂矿。

5 结论

1)安哥拉地处“南非螺旋”NW部，在“南非螺旋”作用下，产生了NE向Huombo-Sourimo断裂及中生代Lucapa裂谷系统，提供了岩浆活动有利的通道和成矿空间，形成了沿该带的多个串珠状分布的碳酸杂岩、碱性岩，大多具有不同程度的稀有、稀土元素矿(化)，可能成为全球最大的双稀矿床，加上区域上多期岩浆活动，带来了丰富的深源性相关成矿物质，显示了较高找矿远景。

2)中生代中晚期地球内部演化因重力分异作用下产生的低密度碳酸—碱性杂岩熔体—流体，和相应的贫硫富亲石元素组合背景，形成了Bonga矿区以烧绿石为主的赋铌矿物和稀土元素的双稀矿床，具全球性重要成矿专属性——中生代中晚期特有的碳酸岩—碱性岩中的稀有、稀土矿床。

3)早白垩世Bonga碳酸岩的原生铌矿品位明显低于风化砂矿，是风化双稀矿的前提，在后期的构造和风化作用下形成红土化砂矿，伴生有多种有用矿物，形成具超大型规模的双稀矿床。

6 下一步工作建议

1)安哥拉地处“南非螺旋”NW部，在“南非螺旋”作用下，形成的一系列NE向Huombo-Sourimo断裂及中生代Lucapa裂谷系统，提供了岩浆活动和高密度深源性流体有利的通道，还具有相似大型—超大型远景和其他高密度深源性矿床，加强该区域地质工作，使之成为我国重要的海外矿产地。

2)加强与安哥拉合作关系，该国是贫穷的国家之一，利用矿区回收的磷精矿，加工成磷肥或复合肥，派遣相关专家，研究和促进多种产业发展，脱贫致富，与安哥拉和平共处，达到双赢。

3)从原生矿到风化砂矿，有一个与铝土矿相似的红土化过程，也可能富集了镓、钪、锂、铪及钨等元素，如常见的铝土矿中镓约可达0.01%，LiO2最高达0.58%(边界品位0.5%)，W2O3最高达0.33%(边界品位0.12%)。矿区中稀土氧化物总量为0.89%，成为有用伴生元素，值得评价其可能存在的多种稀有、稀土等有用元素，提高综合利用价值。