塞拉利昂Mabonto 地区BIF 型铁矿航磁异常特征及找矿效果

黄建业颜伟裕曾瑞垠詹勇谭康雨岳鹏军

（1.中色地科矿产勘查股份有限公司，北京 100012；2.北京中资环钻探有限公司，北京 100012；3.湖南省核工业地质局三○四大队，湖南 长沙 410000）

0 引言

Mabonto 地区位于塞拉利昂北方省中东部，地理中心坐标：西经11°48′50″，北纬8°51′铁矿资源丰富，成矿地质条件优越。2005 年，英国的奥布塔拉资源有限公司在塞拉利昂境内进行了航磁测量，在Mabonto 地区发现了大量的航磁异常，并探获了世界级的Tonkolili 铁矿床。2011 年，河南省地质矿产勘查开发局第二地质大队对Mabonto 地区进行考察，认为该区绿岩带具有磁铁矿成矿地质条件（王卫平等，2020）。2012 年，江苏省地质勘查技术院采用航磁测量对Mabonto 地区开展了初步勘查工作①，圈定了6 处主要异常。2012—2014 年，中色地科矿产勘查股份有限公司对NHC5②、NHC6③2 处异常进行了异常查证，开展地质矿产勘查工作，取得了良好的效果。

1 区域地质背景

Mabonto 地区位于苏拉山—坎格瑞丘陵（Sula Maution－Kangari Hill）弧形构造带，NNE 向NNW 向的转折部位（图1），地处西非克拉通西南缘，紧邻早古生代Rokelides 造山带，该弧形构造带的岩石发生强烈的变质、变形，变质程度达角闪岩相，局部达麻粒岩相（李玉嵩等，2014）。苏拉山－坎格瑞丘陵绿岩带是塞拉利昂太古宙最大的绿岩带（Rollinson，1999），主要为新太古代沉积变质碎屑岩和变质基性—超基性岩，区内中生界以纯橄榄岩、辉长岩斜长岩等为主，寒武系以页岩、砂岩、正石英岩、安山熔岩、玄武岩、凝灰岩等岩性，新太古界Kambui 群为主要的含矿地层，绿岩带内盛产BIF 型金、铁矿，北部的Tonkolili 铁矿为非洲最大型的BIF 型铁矿（Mansaray et al.，2013），南部的Baomahun 金矿为大型含铁建造岩金矿（张予详，2016）。

2 研究区地质及岩（矿）石磁性特征

2.1 地层

Mabonto地区位于苏拉山—坎格瑞丘陵弧形构造带中部（图1、2），在核部发育新太古代绿岩带建造（Ls＋Lt），弧形构造带外围主要为中太古代变质花岗岩结晶基底（LG）（Wood，1972；Morel，1979；Macfarlane et al.，1981）。

图1 塞拉利昂地质简图（据马林霄等，2015；曾瑞垠等，2016；修改）

中太古代结晶基底主要由混合花岗岩（LG）组成，岩性主要为混合花岗岩、片麻岩、混合片麻岩、糜棱岩等，其原岩建造应为同造山花岗岩和花岗闪长岩，且经历深变质作用。

新太古代绿岩带建造表现为Kambui 群变质沉积岩（Lt）和变质基性—超基性岩等（Ls）。其中变质沉积岩（Lt）主要为条带状（含石榴子石）磁铁石英岩（BIF）、云母石英片岩、黑云母斜长石英片岩、石英岩等；变质基性岩（Ls）主要为角闪岩、斜长角闪岩、角闪石英片岩、角闪斜长片麻岩等；变质超基性岩（Ls）主要为透闪石、绿泥石、蛇纹岩、滑石片岩等，岩层中夹有角闪岩及少量变质沉积岩。

BIF 型铁矿体主要赋矿岩层为新太古代变质沉积岩（Lt），赋矿岩性主要为条带状（含石榴子石）磁铁石英岩中。条带状铁建造（Banded Iron Forma⁃tions，简称BIF）是一种Fe 质含量高达15%以上，硅、铁质矿物呈条纹－条带状互层产出的化学沉积物（James，1954），一般赋存于早前寒武纪的克拉通地块中（Klein，2005；Bekker et al.，2010）。

图2 苏拉山一带构造地质简图（据Rollinson，1999；曾瑞垠等，2020；修改）

2.2 构造

新元古代—早古生代“泛非”运动时期，Rokelides 和Saharan 造山带的形成过程中，分别给予苏拉山—坎格瑞丘陵北东向和北西向挤压应力（Barrie and Touret，1999），使该区遭受NNE—NE向剪切应力，形成了基本构造格局，主要以NE、NNE向褶皱和断裂为主（图2）。

褶皱主要为线性紧闭型褶皱，轴向以NNE、NE向为主，轴面较陡或近于直立，两翼较陡或局部倒转，轴面倾角60°～85°，控制着矿体空间形态展布。

苏拉山－坎格瑞丘陵地区断裂较为发育，主要分为2 组。成矿前期或成矿期断裂主要以北东、北北东、南南东向为主，倾角40°～85°，以70°为主，局部倒转，多为脆性断裂，长度一般在5 km 以上，个别达到25 km，是区内的主要控矿构造。成矿后期断裂以近东西向、南东东向为主，对矿体在走向上的连续性起破坏作用，局部将铁矿体撕裂破碎。

2.3 岩浆岩

区内岩浆岩主要由中太古代变形花岗岩、花岗闪长岩（LG）和少量酸性火山岩（Lg）组成（图2），均已发生变质。其中变形变质花岗岩、花岗闪长岩主要分布在北北东向绿岩带的东西两侧，呈规模不等的岩体产出；酸性火山岩、石英闪长岩、花岗斑岩、花岗闪长岩和闪长岩呈小岩株状或沿脉状产于绿岩带中。

区内的岩浆活动具有多期、多次特点，主要集中在太古宙时期发生，岩浆活动广泛而强烈。中太古代同造山花岗岩活动频繁，新太古代Kambui 期海底火山活动以基性—超基性岩浆喷发为主，后经区域变质作用分别形成了花岗岩结晶基底及绿岩带；Kambui 后期小规模的花岗岩、花岗闪长岩沿近东西向、南东东向线性构造侵入，主要分布于结晶基底与绿岩带的接触带上，对铁矿体连续性起破坏作用（张予详，2016；董少波和马林霄，2016；郝玉军等，2019）。

2.4 变质作用

研究区内变质作用主要为区域变质作用和动力变质作用2 种。区域变质作用与该区地质演化有关，变质程度普遍达到了绿片岩相，最深可达角闪岩相（李玉嵩等，2014），主要变质矿物有绿泥石、滑石、石榴石、红柱石等。动力变质可能与绿岩带复式褶皱及后期断裂活动有关，使得研究区内岩石变形强烈，形成一系列的碎裂岩。其中区域变质作用是铁成矿的主要因素之一，具体表现为含铁燧石（成矿胶体沉积的原始矿物质），经变质作用形成细小的红色半透明镜铁矿，后在还原环境下矿物质重结晶，使得矿物颗粒变大，进而磁铁矿富集而形成矿体（阴元军等，2018）。

2.5 岩（矿）石磁性特征

根据研究区内105件样品岩（矿）石磁性测定结果（表1），石英岩和变质砂砾岩几乎无磁性；花岗岩、混合花岗岩、斜长角闪岩、黑云母斜长石英片岩、云母石英片岩均显示弱磁性，各岩石磁化率几何平均值在174.67×10－5SI～419×10－5SI；而含铁石英岩和条带状磁铁石英片岩的磁性相对较强，区内磁化率为875.86×10－5SI～62666.67×10－5SI、几何平均值为16916×10－5SI（董少波等，2016）。研究区内磁异常均为含铁岩系引起，且磁铁矿含量越高、磁化率越高。因此，通过磁法测量工作，可以大体推断出磁铁矿体分布范围。

表1 岩（矿）石磁参数统计结果

3 航磁异常特征及推断解释情况

2012 年，江苏省地质勘查技术院对Mabonto 地区开展了1∶5 万航磁测量①，由于区域位于磁南半球，并在磁赤道附近，地磁倾角－7.72°，以水平磁化作用为主，实测磁异常形态主要表现为以负磁异常为主体的异常特征，正磁异常可能多为伴生异常（图3a，图4）。

测区南部磁场略为平静，有2 处规模及幅值均不大的负异常；测区中部和北部航磁异常规模较大，数个异常相互重叠，多呈现正－负－正异常分布，航磁异常呈串珠状沿苏拉山脉走向展布，宏观上与该地区的绿岩带分布走向较一致。单个异常形态似椭圆，长轴方向近东西，异常的不连续极有可能由后期东南方向的构造应力破坏所致。由于构造应力的作用，在弧突部位形成了一系列的断裂，将原本连续的磁性体破坏。

图3 Mabonto 地区航磁等值线平面图①②

图4 Mabonto 地区航磁异常分布（a）及成矿预测图（b）（据郝玉军等，2019；修改）

为了更好地认识磁异常特征，对化赤处理后的航磁异常数据乘以－1 倒相（图3b）。在此基础上，又进行上下延拓处理，上延500 m 后（图3c），测区南部的磁场趋于平静，推测该区域可能为花岗闪长岩分布区域，中部和北部磁异常宏观形态整体上变化不大，各异常位置不变，但异常幅值减小，形态更为圆滑，表明该区域磁性体相对有一定规模及下延深度。通过向下延拓100 m（图3d），各个磁异常的极值逐渐增大，部分磁异常有分离现象。

初步在研究区内圈定了6 个航磁异常，沿苏拉山—坎格瑞丘陵呈串珠状分布，异常所处地质背景基本相同，均位于太古宙褶皱造山系内，基底断褶发育，岩浆活动迹象较多。由南往北航磁异常编号分别为NHC1、NHC2、NHC3、NHC4、NHC5 和NHC6（图3、4）。

3.1 NHC1 航磁异常区

NHC1 航磁异常规模相对较小，异常形态正近东西向产出，东西向长约3.2 km，南北向宽约2.8 km，异常形态表现为北部为负磁异常，负异常极值为－370 nT。该航磁异常主要位于中太古代混合花岗岩（LG）中（图4），不具备BIF 型铁矿成矿条件。

3.2 NHC2 航磁异常区

NHC2 航磁异常规模较大，呈近东西向展布，东西延伸长约5 km，异常区宽约4 km，整体分布特征为正－负－正，负异常幅值较大，负极值达－3140 nT。根据航磁异常分布特征，南、北两侧为正异常，异常形态呈近东西向，推测其对应近东西向断裂构造或隐伏岩体出露；中间为负异常，推测其对应铁矿体水平投影位置。结合航磁和地质特征，预测铁矿体产状为走向呈近南北向，倾向西，倾角较陡，矿体规模较大，具备大型矿床的成矿条件，有较大的找矿前景。

3.3 NHC3 航磁异常区

NHC3 航磁异常规模较大，整体呈北东30°方向展布，异常区长约5.8 km、宽约3 km，区内显示多个正、负异常中心，南部负极值－780 nT、北部负极值－1480 nT。航磁异常分布特征显示有多个正、负异常中心，推测是由多个磁性体相互叠加引起的，且不同磁性体之间相互影响较大。预测异常区内有多条铁矿体出露，北北东向为区内铁矿主矿体，出露长度＞2.8 km，具备大型矿床的成矿条件，有较大的找矿前景。

3.4 NHC4 航磁异常区

NHC4 航磁异常规模较大，整体呈近东西向展布，东西向延伸长约5 km，南北向宽约4.7 km，异常整体分布特征为正－负－正，其负异常幅值较大，负极值达－1700 nT。该航磁异常中部、东部位于绿岩带内，主要出露新太古代变质沉积岩（Lt）和变质基性—超基性变质岩，西部及西侧外围主要出露中太古代混合花岗岩及花岗闪长岩（LG）。区内断裂构造较为发育，以南北向断裂为主，构造南北两端被近东西向断裂限定。

根据航磁异常分布情况结合地质特征，预测区内有2 条铁矿体，主要位于负异常区东、西两侧。推测西侧主矿体产状为走向呈近南北向、倾向西，推测铁矿体长约1.6 km；东部矿体产状为走向呈北东东向，倾向北，推测矿体长约1.6～2.0 km。东、西两侧的铁矿体可能有局部重叠，预测区内具备大型矿床的成矿条件，有较大的找矿前景。

3.5 NHC5 航磁异常区

NHC5 航磁异常规模大，整体呈北东向展布，其异常形态轴向长约14 km，最宽达5 km，航磁异常以负磁异常为主，分布特征表现为负磁异常整体北东向展布，北部为负磁异常夹2 个小规模正磁异常、南部为北西侧为负磁异常，南东侧为正磁异常。区内对负磁异常大致可划分为3 个异常中心，呈北东向串珠状分布，北部负磁异常呈60°方向展布，长轴约1.9 km，短轴约1.2 km，负极值为－646 nT；中部负磁异常呈40°方向展布，长轴约3.1 km，短轴约1.4 km，负极值为－2820 nT；南部负异常呈45°方向展布，长轴约2.9 km，短轴约1.6 km，负极值为－1090 nT。

该航磁异常中部、东部位于绿岩带内，主要出露新太古代变质沉积岩（Lt）和变质基性—超基性变质岩，西部及西侧外围主要出露中太古代混合花岗岩及花岗闪长岩（LG）。区内断裂构造发育，以北东向、北北东向、近南北向断裂构造为主，被近东西向、南东向所切。根据航磁异常分布特征，推测北西部2 个小正磁异常对应岩体出露位置，负磁异常为铁矿体产出部位，南东部正磁异常对应东北向断裂构造或隐伏岩体。预测矿体呈北东向展布，倾向低缓负磁梯度带方向，具备超大型矿床的成矿条件，有较大的找矿前景。

3.6 NHC6 航磁异常区

NHC6 航磁异常规模较大，异常形态为东西长约3 km，南北长约4.5 km，整体分布特征为正－负－正，负异常幅值较大，负极值达－840 nT。该航磁异常位于绿岩带内，主要出露新太古代变质沉积岩（Lt），夹少量变质基性—超基性变质岩。

根据航磁异常分布特征，南、北两侧为正异常，异常形态呈近东西向，推测其对应近东西向断裂构造或隐伏岩体出露；中间为负异常，推测其对应铁矿体水平投影位置。具备大型矿床的成矿条件，有较大的找矿前景。

4 异常查证结果

2012—2014 年，通过中色地科矿产勘查股份有限公司、天津华北地质勘查总院、华北地质勘查局第四地质大队等地勘单位对Mabonto 地区的NHC1～NHC6 等6 处航磁异常进行地质调查和地面高磁验证，发现了Gpafaya 特大型铁矿和Sokoya、Malumpo大型铁矿（图4）。

4.1 NHC5 航磁异常查证结果

通过异常查证和勘查工作，在NHC5 航磁异常区内发现Gpafaya 铁矿，查明主矿段铁矿体9 个、南矿段铁矿体5 个，探获铁矿石资源量近28 亿t，矿床规模达特大型铁矿（董少波等，2016）。铁矿体的产出部分与负磁异常位置对应（图5a，6a），北东部2个小正磁异常中心部位对应花岗闪长岩小岩株出露位置，南西部正磁异常轴向呈北西向，与矿区构造F1出露位置大致对应。F1断裂将Gpafaya 矿区内同一矿体的V1和VS1错断，即主矿段矿体V1与北部、中部负磁异常位置相当，南矿段铁矿体VS1与南部负磁异常位置对应（图5a）。

V1矿体整体走向约30°，变化范围为5°～52°，沿走向由南向北，矿体倾向呈NW－NWW－SE－NW向变化（图6a、6b），倾向于负磁异常一侧；VS1矿体总体走向约17°，变化范围为2°～25°，沿走向由南到北，矿体的倾向呈NW－NNW－NW 向变化（图6a），矿体倾向变化表现为向低缓负磁梯度带方向变化。根据高磁异常剖面验证（曾瑞垠等，2020），正负异常梯度带为地表矿体的顶板，负异常区为矿体向下延伸部位，验证结果与航磁异常特征相一致（图6b）。矿体膨胀、收缩现象明显，NHC5 异常共圈定矿体14 条，其中V1为主矿体，矿体厚度14.75～354.68 m，平均111.73 m，TFe 平均品位29.19%；mFe 平均品位21.50%；在负磁异常中心部位矿体明显膨胀、在负磁异常两侧或与正磁异常接洽部分，矿体明显收缩，且负极值的绝对值越大，矿体的规模越大；这说明矿体形态、规模大小与负磁异常规模、极值大小关系密切。验证结果表明NHC5 航磁异常是矿致异常，找矿效果良好。

4.2 NHC6 航磁异常查证结果

通过异常查证和勘查工作，在NHC6 航磁异常区内发现Sokoya 铁矿，查明6 个原生磁铁矿体和2个氧化铁矿体（董少波和马林霄，2016；曾瑞垠等，2016），累计探获铁矿石资源量近5 亿t，矿床规模达大型铁矿③。Sokoya 矿体赋存在碎屑岩变质岩内，与负磁异常位置相当（图5b），赋矿岩性为磁铁石英岩，与围岩整合接触，呈层状、似层状产出，矿体整体走向16°（图7a），倾向NWW，倾角55°～87°，属于陡倾斜矿体，矿体厚度4～195 m，TFe 平均品位为32.15%、mFe平均品位为22.40%。高磁异常剖面验证，负异常区为地表矿体和矿体向下延伸部位，验证结果与航磁异常特征相一致（图7b）。北部正磁异常与Sokoya 矿区北部北东东向断裂位置相当，为后期构造，将Sokoya 铁矿和Tonkolili 铁矿南段错开；南部正磁异常与北东东向断裂位置相当（图7b）。验证结果表明NHC6 航磁异常是矿致异常，找矿效果良好。

图5 Gpafaya（a）和Sokoya（b）矿区航磁异常与矿体对应图

图6 Gpafaya 地质简图（a）和L－L＇线地质高磁综合剖面图（b）（据董少波等，2016；郝玉军等，2019；曾瑞垠等，2020；修改）

4.3 NHC2～NHC4 航磁异常查证结果

通过勘查工作，在NHC2、NHC3、NHC4 航磁异常区内发现Malumpo 铁矿，划分为NHC2、NHC3、NHC4 等3 个矿段，共圈定24 个原生铁矿体和3 个矿化体（杨建岭等，2015；阴元军等，2018），其中NHC3 异常区在地表探获2 条氧化铁矿体（时培哲等，2017），NHC3、NHC4 航磁异常区探获铁矿石资源量均＞1 亿t，矿床规模达大型铁矿。NHC2－NHC4航磁异常区铁矿主矿体规模大，呈层状、似层状，均与负磁异常位置相对应。但矿体具有明显分支复合、膨大收缩现象，矿体连续性和稳定性均不如NHC5 航磁异常区，这与异常区内呈现的正－负－正相互重叠异常分布相吻合，受构造应力破坏引起矿致异常的不连续。

5 结论

通过对NHC2～NHC6 航磁异常进行验证，在NHC2～NHC4 航磁异常（即MALUMPO 矿区）分别圈定矿体12 条、3 条和6 条，探获原生铁矿石资源量13.31 亿t，TFe 平均品位为30.80%、mFe 平均品位为20.49%；探获氧化铁矿石资源量0.17 亿t，TFe平均 品 位 为54.32%；在 NHC5 航 磁 异 常（即GPAFAYA 矿区）圈定矿体14 条，探获铁矿石资源量24.99 亿t，平均品位TFe 为29.15%、mFe 为21.23%；在NHC6 航磁异常（即SOKOYA 矿区）圈定矿体10 条，探获磁铁矿石资源量4.7 亿t，平均品位TFe 为32.04%、mFe 为22.28%。氧化铁矿石资源量0.126 亿t，TFe 平均品位为53.09%。

塞拉利昂Mabonto 地区航磁异常的分布特征与苏拉山—坎格瑞丘陵绿岩带关系密切，本文通过对该区航磁异常特征、异常推断及验证情况，总结几点可供该地区找矿工作的参。

图7 Sokoya 地质简图（a）和A－A＇线地质高磁综合剖面图（b）（据曾瑞垠等，2016；修改）

（1）Mabonto 地区NHC2～NHC6 航磁异常均为含磁铁石英岩等条带状铁建造（BIF）引起的，通过对航磁异常圈定的铁矿找矿靶区进行查证，共探获Gpafaya、Sokoya 和Malumpo 3 个大型BIF 型铁矿床，其负磁异常对应铁矿体的投影位置。因此，航磁测量在BIF 型铁矿的找矿应用中具有良好的找矿效果，航磁异常可以作为区域最有效的磁铁矿矿床的找矿标志。

（2）航磁负磁异常面积越大、强度越高，对应的BIF 型铁矿体规模越大，负磁异常方向指示着铁矿体的倾向方向，因此，航磁异常是铁矿体空间形态的重要判断依据。

（3）在苏拉山—坎格瑞丘陵绿岩带北部早期发现的Tonkolili 铁矿，中部Mabonto 地区内发现的Sokoya 和Gpafaya 等铁矿床，均为BIF 型铁矿，说明航磁异常＋绿岩带建造是该地区寻找BIF 型铁矿的有利地段。在苏拉山—坎格瑞丘陵南部绿岩带，和东部塞法杜—凯内马成矿带内的Kambui、Nimini 丘陵等绿岩带规模均较大，开展小比例尺航磁测量，有大型BIF 型铁矿的找矿潜力。

致谢本文在编写过程中得到了中色地科矿产勘查股份有限公司董少波教授级高级工程师的指导，在稿件发表中得到了审稿人客观仔细的审阅并提出了具体的修改意见，在此表示衷心感谢！

注释

①江苏省地质技术勘查院.2012.庆华塞投十矿权区1∶5 万飞艇式航空磁测北方省两矿权区航磁异常地面查证成果报告（R）.

② 中色地科矿产勘查股份有限公司.2015.塞拉利昂北方省GPAFAYA 矿区铁矿详查报告（R）.

③中色地科矿产勘查股份有限公司.2015.塞拉利昂北方省SOKOYA 矿区铁矿详查报告（R）.