莫桑比克上利戈尼亚地区航磁、航放异常特征及钽-铌矿找矿方向

滕菲，任军平，*，张国立，苏永军，古阿雷，唐文龙

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.中国地质调查局南部非洲矿业研究所，天津 300170；3.华北地质科技创新中心，天津 300170）

钽、铌作为重要的稀有金属，广泛应用于医疗、航天、军工等各种高科技领域（邓攀等，2019）。中国是全球钽铌矿的主要消费国，国内钽铌矿贫矿多、生产成本高，原材料多依靠进口（商俊伟等，2008；蔡肖等，2013；李建康等，2019；任军平等，2021a，2022；朱清等，2023）。近年来，全球主要的钽铌矿供应国卢旺达和巴西等国分别对中国降低钽铌出口量。为了稳定进口渠道，中资企业在资源“走出去”过程中，积极开展南部非洲钽铌资源调查评价工作（邓德伟，2020；杨远东等，2020；孙宏伟等，2021；曾瑞垠等，2023），培育新的生产基地，在莫桑比克也陆续开展一些地质勘查工作，在区域地质背景、成矿规律、资源开发情况等方面取得了一定的认识（王西荣等，2016；任军平等，2021b；徐涛等，2021；王杰等，2022；龚鹏辉等，2023）。上利戈尼亚（Alto Ligonha）地区是莫桑比克乃至全球重要的Ta-Nb-Li-Be-Cs 稀有元素成矿带（Hutchinson，1956；Correia et al.，1971a，1971b；Von Knorring et al.，1987；Dias et al.，2000）。到目前为止，该带发现大型钽-铌矿床3 处、中型9 处、小型8 处、矿（化）点129 处，所有矿床（点）类型均为伟晶岩型（Detlef et al.，2012；董津蒙等，2022；唐文龙等，2022）。但该区基础地质工作程度低，地质、地球物理勘探和系统找矿工作因受长期内战在内的多方面因素影响进展缓慢（Barros et al.，1963；Correia et al.，1971a，1971b；Pinna et al.，1993）。世界银行曾出资对莫桑比克北部地区进行高精度航磁、航放测量，本区作为“优选区”被覆盖，区内航测资料的综合找矿研究工作亟待开展。笔者依托中国地质调查局天津地质调查中心承担的项目收集航测数据，在已有成果认识基础上对区内地质构造进行综合推断解释，查明控矿构造展布，分析总结区内已知钽铌矿床航空物探综合异常特征，对全区进行类比找矿预测，圈定钽铌矿远景区，为该地区铌钽矿资源的找矿及科研工作提供重要参考信息。

1 区域地质矿产概况

研究区地处莫桑比克北部楠普拉省与赞比西亚省交界地带，构造位置处于东非新元古代莫桑比克活动带，中元古代楠普拉地体中。受新元古代—古生代泛非造山事件影响，该带大部分地质单元变形、变质作用强烈（图1）。全区主要由构造史基本相似的角闪岩相正、副片麻岩及赋含稀有元素的伟晶岩组成，包括玛玛拉（Mamala）片麻岩和莫库巴（Mocuba）杂岩组成的赞比西亚（Zambezia）群基底岩石、莫罗奎（Molocue）群变质碎屑岩盖层、库利库伊（Culicui）岩套花岗质正片麻岩等3 个岩石单元（图2），泛非期花岗岩类和赋含稀有元素的伟晶岩侵入其中（唐文龙等，2022）。研究区是莫桑比克境内最有经济价值的花岗伟晶岩型钽铌成矿省之一，已产出大量钽精矿，主要以稀有元素副矿物形式富存于花岗伟晶岩中（徐涛等，2016，2021；冉子龙等，2021）。研究区东南部姆艾尼（Muiane）大型钽铌矿床矿石资源量为138 万t（Ta2O5），平均品位为0.025%。Melcher 等（2008，2009）获得的花岗伟晶岩型钽铁矿U-Pb 年龄为480～440 Ma，与上利戈尼亚泛非期（490 Ma）花岗岩事件密切相关（Jamal et al.，1999）。区内的主要构造纳玛玛逆冲推覆带是上利戈尼亚钽-铌稀有元素成矿带的主要控矿构造，区内已发现的伟晶群主要分布于逆冲推覆带内。

图1 莫桑比克构造分区图（a）和莫桑比克地质矿产图（b）（据Marques et al.，2000 修改）Fig.1 (a) Tectonic map of Mozambique and (b) geological and mineral map of Mozambique

2 方法原理及数据有效性

研究区的航空磁法测量数据、航空放射性测量数据为天津地质调查中心团队于2020 年1 月出访莫桑比克期间，从莫桑比克国家地质矿山理事会（INAMI）处收集的网格数据，包含△T 异常、U 异常、Th 异常、K 异常，网格化间距为75 m×75 m。研究区地磁倾角为-49.5°，倾角绝对值大于30°，可以进行正常化极，笔者在开展负倾角化极试验合格的基础上，完成本区航磁异常的化极处理工作。数据处理过程参考相关行业标准和中国地质调查局标准，充分保证所生成成果资料的正确合理性。

2.1 航磁异常识别构造、岩体

航磁异常对非磁性矿体直接找矿作用并不明显，但通过数据的深加工，能够挖掘出极具价值的间接找矿信息。地质找矿历来有沿主要成矿断裂构造带和主要控矿岩体进行的工作思路（杨雪等，2015；李侃等，2019；朱雪丽等，2021）。断裂构造与岩浆岩密不可分，为成矿物质提供良好的运移通道和赋矿空间，从而形成复杂的构造-岩浆-成矿体系，而航磁资料在划分断裂构造、圈定火成岩体方面有特殊的优势，有利于寻找岩浆型、热液型、伟晶岩型内生金属矿产（崔志强等，2018；杨学明等，2021）。要通过航磁资料实现精确的划分断裂构造、圈定岩体、隐伏岩体边界就需要对异常数据进行多种转换处理，主要有化极、上延、垂向导数等。垂向一阶导数处理主要用于突出浅部磁性地质体引起的局部异常，有利于研究岩体和局部隆起的地质特征，进一步寻找贵金属、有色金属、稀有金属矿产的成矿有利区。

2.2 航放异常圈定岩体、蚀变带

航空放射性异常信息广泛应用于地质填图及铀矿找矿工作（张万良，2005；陈树军等，2007；范正国，2007），近年来也越来越多的应用到非放射性矿产找矿预测中来（陈中华，2003；张恩等，2014；伍显红等，2019）。岩石中放射性元素的含量与岩石形成时的物理化学条件有关。总体看来，火成岩中放射性元素含量比沉积岩高，其中SiO2含量的增高、地质年龄的渐新都会导致放射性元素含量有规律地增加（表1）。一般放射性含量最高的是酸性岩，最弱的是超基性岩。中性岩的放射性含量约为酸性岩的1/3，基性岩约为酸性岩的1/4～1/5（张万良，2005；陈树军等，2007）。

表1 不同岩石类型K、U 与Th 含量及比值表Tab.1 K,U,Th contents and U/Th ratios in various rocks

K、U、Th 元素由于对介质的温度及pH 值的变化极为敏感。在成矿作用过程中，根据其地球化学特性的不同，其适应物理、化学环境变化而呈规律性再分布，在矿床上形成有规律分布的扩散晕。成因类型、成矿温度、介质pH 值等相同的钽铌矿床，具有相同的表征成矿物理、化学环境的局部放射性异常特征。航空伽玛能谱法找矿实质上是利用K、U、Th 元素，通过模拟相似成矿环境、研究成矿规律，寻找非放射性多金属矿产的环境放射性地化标志找矿方法（张恩等，2014）。针对研究区钽铌矿均为低温热液型的特点，为消除K 异常作为造岩元素含量普遍较高的影响，突出低温的钾化蚀变带，笔者利用不同温度的热液中Th、U 富集程度不同，选用F 参数，即Th、K 含量之积与U 含量之比来加强成矿弱信息的提取（辛福成等，2007）。

3 航磁航放异常分布特征

3.1 航磁异常

区域航磁异常场整体表现为西低东高，局部异常条带以北东向延伸为主，并受北西向构造应力错动分段（图3）。西北部低磁异常区（磁异常幅值主体为350～560 nT）基本对应研究区内库利库伊花岗质正片麻岩岩套（Pt2γmglNM）的主要分布范围。东南部“人”字形高磁异常组合（北东向与北西向），磁异常幅值在-100～2 400 nT 之间急剧变化，主要对应莫洛奎群变泥质、变砂质和变火山质片麻岩（Pt2NMa）和局部出露的基性片麻岩（Pt2NMam）。莫罗奎群变质碎屑岩盖层分布区是区内的主要伟晶岩区和成矿区，其中具有强磁异常表征的是基性片麻岩（Pt2NMam）背景。盖层空间分布严格受纳玛玛逆冲推覆带控制，所引起航磁异常形态的剧烈变化也充分反映了推覆带构造应力演化的强烈性和复杂性。

图3 航磁ΔT 化极异常及推断地质构造图Fig.3 Reduction to the pole of aeromagnetism map and structural inference

3.2 航放异常

总体来说，研究区的航放异常整体表现为一定的北东向分带展布特征和区域性的低异常背景场，充分反应区内北东向为主体的构造格局及区内岩性以地质年龄较老的偏中基性岩群为主的特征。F 参数（归一化后的K 异常）与U 异常、Th 异常具有较好的正相关关系，异常分布范围与整体形态均有较高的吻合度。主体显示为东南部异常整体幅值低，西北部分两高夹一低（图4）。西侧相对高航放异常区与低磁异常区呼应，对应库利库伊花岗质正片麻岩岩套（Pt2γmglNM）。中部规模最大的航放高值异常带呈北东向转北西向的扫帚形，与库利库伊花岗质片麻岩带（Pt2γπNM）空间展布基本对应。东南角相对平静的低航放异常区与“人”字形高磁异常组合直接对应，共同圈定莫罗奎群变质碎屑岩盖层分布范围，其中的极低放射性异常主要是基性片麻岩（Pt2NMam）的反应。

图4 航放F 参数异常图Fig.4 F parameter of aerial radioactivity survey

4 地质解释与找矿方向

4.1 纳玛玛逆冲推覆带的展布

纳玛玛逆冲推覆带是上利戈尼亚钽-铌稀有元素成矿带主要的控矿构造，已发现的伟晶岩群主要分布于逆冲推覆带内（Cadoppi et al.，1987；Ueda et al.，2012），航磁航放异常解释结果显示该带具有典型的左旋张扭构造特征，构造体系总体走向北东-北北东向。按断裂延展方向可进一步划分为北北东、北东向、北西向、北北西4 组。北东向、北西向2 组断裂代表全区主构造方向，宏观上呈现出“网格状”的基本构造样式。北东向为早期主体构造，后期受北西向构造改造，发生错断、平移，区内铌钽矿分布整体受航磁异常推断断裂构造控制，主断裂与次级断裂的交会部位，断裂构造倾角转折部位是成矿有利地段（图3、图5）。从航磁异常场分析，区内主要控矿构造北东向F1 断裂表现为高磁异常带与平静磁异常场区的分界线和航放低异常场区的边界。规模最大的北西向F2 断裂错断区内多组北东向航磁航放异常，并部分表现为低磁异常条带。该断裂向北西方向水平错动超过20 km，错断了区内主干北东向断裂F1、F4、F5。以此为界，南部北东向正负异常相间的高磁异常条体整体突然截止，北部的北东向异常带存在明显的大规模的西北向水平错动，航磁△T 上延2 km 异常图（图6）上F2 断裂亦有明显反映，从深部验证其构造规模及影响。地质图上莫罗奎群变质碎屑岩盖层的空间展布、相似的航放异常特征也佐证了这一推断。主要控矿构造的北西向错动可能导致F2 断裂以北钽-铌矿成矿有利区整体向北西方向水平错动移超过20 km。

图5 航磁ΔT 化极垂向一阶导数异常及推断地质构造图Fig.5 The aeromagnetic map after reduction to the pole and the vertical first-order derivative operatation overlaid with structural inference

图6 航磁化极上延2 km 异常及推断地质构造图Fig.6 Contour map of aeromagnetic ΔT anomaly after reduction to the pole and upward continuation to 2 km and structural inference

4.2 典型矿床的航磁航放异常特征

姆艾尼钽铌矿床是上利戈尼亚稀有元素成带规模最大（大型）的伟晶岩矿之一，其矿床赋存的地质空间位置、形成地质条件、控矿因素在本区极具代表性。笔者针对该矿床进行数据裁剪，单独成图分析，旨在详细掌握矿床航磁航放异常特征（图7）。从姆艾尼钽铌矿床区域地质背景与航空物探异常的对比可以看出，矿床主体分布在航磁化极高异常、航放低异常所共同对应的莫罗奎变质碎屑岩盖层上。其中，与含矿伟晶岩空间关系最为密切的莫罗奎群基性片麻岩（Pt2NMam）岩石磁性更高，航磁垂向一阶导数异常图上表现为幅值变化最大的正负磁异常组合；具有明显的高航放异常和低航磁异常的库利库伊岩套花岗质正片麻岩与成矿表现为负相关关系。从推断断裂构造分布来看，姆艾尼钽铌矿床正处于推断北东向与北北西向断裂构造交汇处，断裂控矿作用明显；航磁场处于北东东向航磁高异常带边界高低磁异常过度的梯级带上；在航放异常场中处于区域低异常场中的局部微弱高异常边部，这也是研究区大多数钽铌矿床空间分布规律：产出在区域航磁化极高异常、航放低异常背景上，局部高磁异常、局部弱放射性异常边部；受北东、北西向断裂构造控制；与成矿相关的地质单元航磁、航放异常特征明显，易于识别。

图7 姆艾尼钽铌矿综合剖析图Fig.7 Comprehensive analysis of Maini Ta-Ni deposit

4.3 找矿方向

通过对上利戈尼亚地区铌钽矿床的地质特征与航磁、航放特征对比研究，发现航磁、航放异常对成矿环境具有较强的指示性，矿床航空异常特征也呈现出一定的规律性，具体可以总结为以下三点：

（1）航磁异常可以识别纳玛玛推覆带内断裂构造的展布。区内北东-北北东向构造体系不仅控制着与稀有元素密切相关的伟晶岩的分布形态，更直接影响着矿床的空间分布，矿脉赋存在断裂构造及其次级构造、断裂交汇部位。航磁异常推断断裂构造是钽-铌矿找矿的重要预测要素。

（2）区内矿产地展布的总体趋势表现出相对的航磁高异常、航放低异常背景特征，主要对应莫罗奎群表壳岩带。由此以航磁△T 化极异常等值线图（图3）值域大于700 nT 为界，手动提取区域性高磁异常和高低相间磁异常区带。在此基础上，进一步限定航放F参数异常图（图4）上值域整体小于1.6%的片状区域，初步圈定成矿有利区域（图8）。

图8 上利戈尼亚地区找矿远景区划图Fig.8 Prospecting prospect zoning plan of Alto Ligonha area

（3）从区内矿床空间展布来看，航磁垂向一阶导数异常正负伴生，异常变化显著区域构造应力作用明显且多次叠加，更有利成矿，矿床集中分布；航放U、Th、K、Th/U 异常场的区域性低异常区中，相对高异常边界缓冲带是重要的成矿有利区。

基于以上要素，综合圈定找矿远景区五处并主要依据各区内已知矿产地数量及规模，进行远景区分级（表2）。Ⅰ区是区内主要的矿集区，成矿条件优越，成矿潜力巨大（图8）。纳玛玛逆冲推覆带的展布受F2断裂影响，向北西方向水平错动移超过20 km，同时也错断了推覆带上相邻分布的Ⅱ区与Ⅰ区，由此推断Ⅱ区与Ⅰ区成矿相关性最高，找矿潜力次之，可能是区内可拓展的新的主要找矿区域。

表2 远景区综合情况表Tab.2 Prospect summary table

5 结论

（1）航磁异常解释结果显示，上利戈尼亚地区成矿主要受北东、北西向2 组断裂构造组成的“网格状”断裂构造格架所控制。其中，北东向为早期构造，后期受北西向构造改造，发生错断或平移。F2 断裂为改变区内构造格局的主要断裂，主要控矿的纳玛玛逆冲推覆带在F2 断裂北侧发生大规模的北西向水平错动，移动距离超过20 km。在此断裂体系控制下，区内钽铌矿成矿带整体向北西方向偏移。

（2）通过航磁异常掌握纳玛玛逆冲推覆带区域构造格架及次级断裂构造展布，通过航放异常圈定与成矿相关的莫罗奎群地质体及与本区伟晶岩型钽铌矿矿化相关的低温钾化蚀变带开展找矿预测，笔者共圈定找矿远景区5 处。在此基础上，借助重点区域的局部航磁、航放异常边界缓冲带叠加分析可进一步缩小找矿范围。

致谢：本文完成过程中得到中国地质调查局天津地质调查中心张素荣高级工程师的指导；胡婷博士、曹占宁博士等给予诸多帮助并进行有益探讨，审稿专家给论文提出许多宝贵意见，在此一并表示感谢。