莫桑比克楠普拉省某地土壤地球化学特征

梁胜跃，薛怀友，刘建东，徐明钻，祁 超，金志鹏，胡东泉

（江苏省地质勘查技术院，南京 210049）

莫桑比克楠普拉省某地土壤地球化学特征

梁胜跃，薛怀友，刘建东，徐明钻，祁 超，金志鹏，胡东泉

（江苏省地质勘查技术院，南京 210049）

以莫桑比克楠普拉地区草原稀树景观区某处为试验区，开展了土壤测量试验工作。这里主要展示了试验区土壤中Au、Ag、Cu、Pb、Zn等18种元素的含量水平，介绍了不同类型土壤各层位的粒级组成特征，研究了这些元素次生富集、贫化特征，并结合地质、重矿物等特征初步探讨了土壤元素含量分布成因。经研究发现：试验区土壤元素含量水平与上地壳土壤元素丰度及我国土壤元素丰度均有较大差异；残坡积土壤中元素含量垂向分布总体规律性明显，表层土壤中Au、Ag、Zn、Li、Nb、Mo、Fe、Ta等8个元素发生次生贫化作用，Cu、Hg、Zr、Si等四个元素发生了明显的次生富集作用，Sn、Cu、Pb、Ta、Sb、K等元素表现出在B层或C层含量较高的特点。该项研究丰富了莫桑比克地球化学基础资料，为进一步研究莫桑比克土壤元素地球化学丰度提供了基础数据，为我国企业在非洲类似景观区开展土壤地球化学测量工作提供了技术参考。

莫桑比克；土壤测量；元素富集贫化；元素迁移；勘查地球化学

0 引言

莫桑比克成矿地质条件优越，矿产资源丰富，特别是煤、天然气、稀土矿、黄金、钛和非金属矿等矿产储量巨大，钽储量居世界首位，此外莫桑比克石油和钻石的发展潜力巨大。最近莫桑比克还发现了大量的重矿砂（heavy mineral sands）、煤、黄金、钽铌矿和其他稀有金属、石墨、暗色花岗岩等［1－2］。莫桑比克作为我国传统的友好国家，奉行对华友好政策，2009年中国已经成为莫桑比克第二大投资国［3］，特别是近几年我国地质找矿“走出去”战略的实施，使得我国企业在地质矿产、石油、能源等相关领域已经开始进入该国开展勘查、投资工作。作者在莫桑比克开展地质找矿工作，在收集资料的过程中发现，莫桑比克乃至整个非洲的地质工作程度相当低，特别是勘查地球化学相关的基础资料更是少之又少（例如可借鉴的区域地化资料、土壤元素地球化学丰度、土壤粒级组等基础资料几乎空白），给我国企业在该国从事地球化学勘查工作造成了不便。鉴于此，为了解莫桑比克土壤元素地球化学特征及元素垂向迁移变化规律等基础信息，作者在莫桑比克楠普拉草原稀树景观区，选择一处典型的前寒武纪地层区，开展了土壤测量试验工作，对结果数据进行加工，作为该地区的背景值供参考。这里主要总结分析土壤粒级组成、土壤元素的垂向迁移规律，并初步探讨了部分元素的分布成因。此项工作丰富了非洲地球化学勘查基础研究工作，为我国地勘单位及相关企业，在莫桑比克乃至非洲开展地质找矿，特别是开展地球化学找矿与研究工作提供基础信息。

1 自然地理及地质概况

1．1 自然地理

莫桑比克位于非洲东南部，东临印度洋，西邻赞比亚、津巴布韦和南非，北和坦桑尼亚接壤。

莫桑比克全境60%面积为高原区，其他基本为平原区，地势从西北至东南大致可以分为三级阶梯：①西北部平均海拔在500m～1 000m之间，主要以高原和山地为主；②中部为地台区，海拔从内侧的500m下降到外侧的200m，主要以低山丘陵和各种流水地貌为主（图1）；③东部沿海为长条状的平原，称为莫桑比克平原，海拔在100m以下，为非洲最大的平原之一，由北向南，呈带状分布，北窄南宽，总面积为33×104km2。

图1 莫桑比克楠普拉省试验区自然景观Fig．1 The landscape of testing area in Nampula province，Mozambique

试验区位于中部地台区，属于热带草原景观区，植被主要为稠密的高草和灌木，乔木稀疏分布局，部地段密集，温度一般在16℃～30℃，全年分为两季，5月～10月为旱季，其余为雨季，年降雨量为1 400mm～1 800mm。

1．2 区域地质概况

莫桑比克地质演化历史与整个非洲南部地区的地质－古地理以及构造发展改造密不可分。非洲南部的地质构造演化事件从始太古代至今依次主要有七个［4－5］：①始太古代－古太古代的冈瓦纳超大陆与原始海洋的形成；②中太古界与新太古界的发育，花岗岩及绿岩带的形成，克拉通化和克拉通内部活动带的发育；③元古代几个构造旋回的终结，并伴随着早期古生代泛非构造旋回；④古生界发育（仅在南非Cape省发育）；⑤晚古生代至中生代凹陷、裂谷及火山作用导致卡罗（Karoo）盆地的形成；⑥中生代－新生代裂谷和裂谷伴生的构造以及岩浆作用形成了海洋边缘盆地；⑦盆地的持续发育及一系列的断裂等地质过程发育第四系。

非洲南部共有13个构造省［6］，各构造省的分布如图2所示，试验区位于莫桑比克构造省的楠普拉构造亚省内。莫桑比克境内三分之二为前寒武纪地层，三分之一是显生宙地层（图3）。寒武纪地层主要为太古代到上元古代火成岩和变质岩；显生宙地层包括卡罗超群（Karoo）、侏罗纪、白垩纪、第三纪和第四纪沉积岩和相关火成岩。总体上，老岩层分布在北部和西部，侏罗纪和更新世岩层，分布在Zambezi峡谷以南和东北部［7］。

图2 非洲南部构造省份划分示意图［6］Fig．2 Tectonic provinces of southern Africa

1．3 试验区地质概况

试验区内出露中元古代楠普拉（NAM PULA）超群杂岩体［8］（图4），试验区内该杂岩体分为中元古代楠普拉群上部的Culicui组地层、中元古界楠普拉群中下部的Mamala片麻岩地层，其中Culicui组为试验区主要地层，岩性主要有变余斑状花岗片麻岩及等粒花岗片麻岩。

试验区内岩浆岩多呈岩株状侵位于中元古代的楠普拉群（P2NM）上部Culicui组的地层中，岩性为穆鲁普拉组（Murrupula Suite）的二长花岗岩，其U－Pb SHRIMP年龄是532±5Ma［8］，但区内岩浆岩多被第四系风化层覆盖，可见零星露头出露。

此外试验区还出露岩脉，多为花岗伟晶岩，少量岩脉中可见晶体发育完好的磁铁矿、钛铁矿等暗色矿物，岩脉走向以北东、北西向为主，岩石化学成分特征与二长花岗岩基本相同。试验区主要有三个阶段构造发育，①前寒武纪隶属中晚元古代莫桑比克构造（造山）带运动，构造以北西向断裂为主；②泛非构造期卡丹（Katangan）构造运动，岩浆活动侵入形成花岗岩岩体；③第四纪时期新构造运动，控制了试验区第四系分布。

图3 莫桑比克地质示意图［7］Fig．3 Geological sketch map of Mozambique

图4 试验区地质及工作分布简图［8］Fig．4 Geological and work distribution map of test area

2 工作方法及测试分析

2．1 工作方法

在试验区开展面积性土壤测量（图4），平均每4个点／km2，采集残坡积土壤，取样层位B层，取样深度为40cm～60cm，为保证样品的代表性每一点位至少采集3个件子样组合为一件土壤样。参考前人在不同景观区下取样粒级及试验结果［9－13］，结合本区土壤粒级组成，本次面积性土壤测量取样粒级选择－20目，在野外直接过筛，对于潮湿样品带回室内风干后过筛。

在试验区南部、中部及北部，选择能够代表区内土壤主要类型的典型地段，避免人为活动影响的位置，布设3条垂向土壤试验剖面（图4），配合采集了自然重砂样品。土壤剖面采用浅井方式施工，连续刻槽取样法采集土壤样品，在土壤层位交界处严格按分层取样，同一土壤层位视厚度及实际情况确定采样间距。QJ3号浅井因深部渗水原因未能揭露至基岩，其余两个均揭露至基岩。

为研究试验区土壤粒级组成，对3个垂向剖面土壤样品进行筛分处理，分别过20目、40目、60目、120目不锈钢筛，并对每一个截取粒级的子样进行称重，分层计算粒级重量百分比，并详细记录，统计得出试验区3种类型的土壤粒级组成（表2）。

2．2 测试分析

土壤元素测试及岩矿鉴定工作由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，在室内将样品进行研磨至－200目，研磨过程严格避免样品污染，土壤测试指标：Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Mo、Pb、Zn、Sn、Zr、Li、Ta、Nb、K、Si、Fe、Na等18种，具体各项指标的测试方法及质量控制情况见表1，送交的5件密码样，分析结果合率达到96%，其余各项分析质量指标合格。

重砂样品在实验室经重力及磁性分选后，采用人工镜下鉴定，在鉴定结果基础上，作者对副样中各种矿物进行分类统计，结合取样重量、体积等计算主要矿物的含量。

表1 样品分析方法及质量控制结果Tab．1 Analytical methods and result of quality control

3 试验区土壤元素地球化学特征

3．1 试验区土壤粒级组成特征

1）QJ01剖面位于低缓山坡处，植被发育，土壤类型以残积成因为主，坡积次之，以下简称“残坡积”土壤，剖面深度为4．5m，土壤分为A、B、C、R层。

2）QJ02号试验剖面位于一级水系的一级阶地之上，植被发育，土壤类型以冲积成因土壤为主，坡积次之，以下简称“冲积－坡积”土壤，剖面深度为1．5m，土壤分为A、B、C层。

3）QJ03号剖面位于二级水系的一级阶地之上，植被发育灌木及少量乔木，土壤类型以沉积为主，坡积及洪积次之，以下简称“沉积－坡积”土壤，剖面深度4．5m，分为A、B、C层，因底部有大量渗水（河流补给）无法施工，故仅采集至C层土壤。

由表2可见，三种类型土壤总体粒级组成差异明显：①残坡积土壤，A层土壤以细粒级（－60目）为主，B与C层主要为粗粒级（＋20目）和细粒级（－60目），两种粒级比例相当，R层（轻度风化基岩易碎）以粗粒级为主；②冲积－坡积土壤，A层以中－粗粒级为主（＋60目），其余层位土壤粒级组成与A层类似；③沉积－坡积土壤，A层以中等粒级（－20目～60目）为主，B层与A层类似，C层粗粒级比重最高，其余粒级比重水平相当。

表2 不同类型土壤颗粒组成特征统计表Tab．2 The percentage of grades in three types soil

三种类型土壤的粒级组成纵向变化特征也各有特点：①残坡积土壤，从地表至基岩粒级分布具有明显的规律性，粗粒级（＋20目）的比重逐渐从30%到50%逐渐升高，其中B层C层含量相当，细粒级（－60目）的比重逐渐降低；②冲积－坡积土壤，从地表至基岩各种粒级总体分布较为稳定，中等粒级（－20目～40目）土壤表现出比重降低；③沉积－坡积土壤，从A至C层各种截取粒级渐变性较差，特别是在由B至C层过渡时，几乎每种粒级组成均表现出突然改变，如C层粗粒级明显高于A、B两层，细粒级明显低于A、B两层。总体上A与B层各种粒级比例相当。

综上所述，残坡积－冲积坡积－沉积坡积土壤粒级组成的纵向变化规律性由强变弱，三种土壤各层粒级组成特征具有明显差异。将来在类似景观区开展土壤测量，应参考上述规律合理部署工作，优选土壤类型、层位、粒级、深度等因素，使之即全面地反应元素地球化学信息，又能提高野外工作效率。

3．2 试验区土壤元素含量背景值特征

剔除矿化蚀变等地段土壤样品，对测试数据进行统计分析剔除不满足化探及统计学要求的数据，计算平均值作为试验区土壤元素含量背景值，并将其与上地壳元素丰度及中国土壤元素丰度［14－17］进行对照研究（表3）。由表3可见，与上地壳元素丰度相比，试验区土壤中18种元素含量有着明显差异：Sb、Hg、Na、Cu、Fe、As、Zn、Au、Mo、Sn、Ag等11种元素含量明显低于上地壳丰度；Nb、Si、Li、Ta等元素与上地壳元素丰度相当；K、Pb、Zr元素含量明显高于上地壳元素丰度，尤其是Zr含量远高于上地壳及中国土壤的丰度，这与本区主要岩性花岗质片麻岩中矿物组成有关。

与中国土壤元素丰度相比，Mo、Ta含量水平相当；Sn、K、Pb、Zr高于中国土壤元素丰度，其余元素均明显低于中国土壤丰度。可见本次研究的18种元素含量与上地壳及中国土壤元素丰度均有明显差异，且大部分元素含量低于上述标准，特别是Pb、 K、Zr、Cu、Zn、Sb、Fe、Na等元素背景含量差异尤其明显。因此在类似景观区开展土壤测量工作，在选取参考背景时应加以注意，避免遗漏重要地球化学信息。

3．3 试验区不同土壤类型间元素含量特征

为研究不同类型土壤元素总体含量特征，作者对各剖面土壤元素含量取平均值（表4）。

对比表4中三条土壤剖面的平均元素含量，发现不同类型的土壤中元素含量表现出一定的差异，如：残坡积土壤（QJ01剖面）（冲积－坡积土壤（QJ02剖面）（沉积－坡积土壤（QJ03剖面），Sn、Pb、Zn、Li、Nb、Mo、Ta、As、Zr、Fe等元素含量由高逐渐降低，甚至个别元素从富集（或与背景相当）转变为贫化；与之相反，Na、K、Si等元素含量则由低逐渐升高。上述三种土壤类型的变化也很大程度上反映了土壤迁移距离的增加，对于这些元素所表现出来的含量变化特征应给予足够重视，以便为在类似景观区找矿或环境研究提参考，甚至为一些异常的解释及评价提供依据。

3．4 试验区土壤元素含量垂向分布特征

表3 试验区土壤元素含量与已有元素丰度对照表Tab．3 The contrast between elements'contents of soil in test area and soil abundance

为研究土壤元素含量垂向分布特征，将各剖面中土壤进行分层，统计各层元素含量平均值（表4），分别制作元素垂向含量变化曲线图（图5－图7），不同类型土壤的元素含量垂向分布特征如下。

3．4．1 残坡积土壤元素含量垂向分布特征

结合表4、图5可见，残坡积土壤中大部分元素含量垂向上分布具有明显规律性，具体如下：

1）部分元素由地表至深部含量逐渐升高，这类元素有Zn、Li、Nb、Mo、Ta、Fe、Ag、Au等8个元素，说明在试验区的景观条件下，这些元素在风化成壤过程中发生了流失，表现出次生贫化的现象，特别是Zn、Li两个元素流失现象尤为显著。Fe的次生贫化现象可能是由于上层土壤的灰化作用引起［18］。Ag、Au、Zn、Li、Nb、Mo、Ta元素的含量变化与中等粒级（－20目～60目）比重变化接近，它们之间可能具有一定的联系［19］。

表4 剖面中土壤元素含量垂向分布特征统计表XTab．4 The vertical distribution of elements in soil profiles

2）部分元素由地表至深部含量逐渐降低。这类元素有Cu、Hg、Zr、Si等4个元素，表现出不同程度的次生富集现象。

Cu在各层平均含量上来看，总体上成次生富集特征，但是该元素含量在R层波动范围较大（图5），R层上部为谷值下部为峰值，这可能是由于基岩中元素分布不均匀引起，此外这种现象在Li、Na等多个元素中不同程度地存在。

Zr、Si、Hg无论是各层平均含量还是垂向各样品含量，均表现出明显的次生富集现象，尤其是Zr的次生富集现象最为突出，其在A层中的含量是基岩的四倍左右。作者分析重砂鉴定结果发现土壤中存在大量锆石，通过统计该剖面中锆石颗粒大小一般为0．1mm～0．25mm，属于小于60目的细粒级土壤范围，这说明了试验区锆石主要赋存在土壤的细粒级中，该剖面中细粒级土壤含量有地表至深部逐渐降低，与观察到的锆石矿物含量分布一致；由地表到深部锆石晶体由破碎过渡至完整，这是由于越接近地表风化作用越强烈，易风化矿物发生解体流失，锆石作为极稳定矿物［20］耐风化性较强，不易解体；可见试验区土壤中Zr的含量分布特征与锆石矿物垂向分布特征一致，推测试验区Zr的含量主要来源于锆石，其分布特征是由锆石矿物变化引起的。

Si含量在剖面上部富集，而Si的主要矿物是石英，石英与锆石类似同属于极易稳定矿物，推测试验区土壤中Si含原分布特征的原因与Zr类似，可能是由于石英矿物的分布所引起的，只是石英矿物比重较轻，在重矿物淘洗时难以获得，本次并未取得直接数据证据。

本次重矿物中观察未发现自然Hg及其他含Hg矿物，故试验区的Hg可能不是以独立矿物的形势存在。考虑到Hg熔点低，常温下成液体，且具有很高的蒸汽压，在较低温度下即可气化迁移［21］，有证据表明Hg在迁移过程中更容易被富含粘土矿物的中－细粒级的土壤颗粒所吸附［22－25］，该剖面细粒级土壤约接近地表其含量越高，对Hg吸附作用自然也就越强，极有可能使得试验区的Hg以吸附态的方式存在细粒级土壤表明，这可能是本区Hg含量表现次生富集作用的主要原因。

图5 QJ01号土壤剖面元素含量垂向分布特征Fig．5 The vertical distribution of elements in the QJ01profile

3．4．2 冲积－坡积土壤元素含量垂向分布特征

结合表4、图6，发现试验区冲积－坡积土壤元素含量垂向分布特征如下：Zn、Li、K、As、Zr从地表至深部含量逐渐升高；Au从地表至深部含量逐渐降低；Ag、Nb、Ta、Si、Na、Sn、Pb等元素在B层含量高于A层和C层，其中Ag、Si、Na、Sn在B层含量高于背景值，表现为一定程度的富集，其余层位含量均低于背景值，表现为一定程度的贫化；Mo、Fe、Cu、Hg等元素在B层含量低于A层和C层；Sb总体含量低于背景值，垂向分布不明显。

与残坡积土壤粒级组成及元素含量分布特征相比，所研究的18种元素在冲积－坡积土壤中，大部分元素含量总体表现垂向分布无序，即使少量元素含量表现出一定的规律性，这种规律性与残坡积土壤对应的元素含量分布特征明显不符甚至相反，这可能是因冲积－坡积土壤为重力、水流、甚至风力搬运而成，各层的原始土壤交替混合，使得土壤垂向的继承性较差，并且在一级水系土壤，常因洪水等原因，难以长期保存，土壤发育时间较短，使得其成熟度较低等众多因素导致其元素含量规律性较差。故上述因素容易导致若将冲积－坡积土壤作为土壤测量取样介质，测量结果可能重现性较差，可能会降低异常连续性。

图6 QJ02号土壤剖面元素含量垂向分布特征Fig．6 The vertical distribution of elements in the QJ02profile

3．4．3 沉积－坡积土壤元素含量垂向分布特征

由表4可以看出，总体上Sn、Li、Zr、Na、K等五个元素含量由A至C层含量升高。Mo、Sb由A至C层含量降低。其余元素在B层有着不同程度的富集或贫化。

由图7可见，该剖面中大部分元素在B层内含量变化幅度最大，少量元素甚至在B层中间分布规律发生明显改变，例如：由A至B层上段，大部分元素规律性明显，Au、Li、Nb、Mo、Ta、Na表现出含量升高，这与残坡积土壤的元素分布总体规律（QJ01）高度相似，此外Si、Zr、K、Cu、Ag、Hg等元素也与残坡积土壤中元素含量分布具有一定的相似性，Fe、Pb、Zn、As、Sb等元素分布特征与残坡积土壤具有明显差异。上述现象表明该剖面上段土壤来源于短距离搬运的残坡积土壤为主，使得大部分元素保留了残坡积土壤的特征；然而与残坡积土壤相比沉积－坡积土壤的成熟度较差，从而使一些受风化作用影响较大的元素垂向分布又表现出与残坡积土壤的不一致性。

B层下段至C层，大部分元素垂向的变化特征与该剖面上段明显不同，并且18种元素大部分规律性不明显。例如Si，在B层下段含量明显高于上段，最高达到37%，Zr与Si类似，这两个元素的主要矿物（石英、锆石）均比较稳定，均能随水流长距离搬运，石英作为轻矿物更容易在上层沉淀，锆石比重较高，则其沉淀位置低于锆石，这能较好的解释Si、Zr的高含量在剖面的下段相对位置（图7），可能指示该剖面的下段至C层这一区间的土壤以沉积成因为主，期间由于枯水、丰水期交替使得该段土壤会周期性浸泡在水面以下，从而导致其余元素在这一段含量分布规律性较差。

4 结论

1）试验区土壤18种元素背景含量水平与上地壳及中国东部土壤丰度具有明显差异，特别是Pb、K、Zr、Cu、Zn等元素的含量差异尤其明显，为进一步研究莫桑比克项目乃至非洲土壤元素丰度提供了数据参考。

2）残坡积土壤各种粒级组成垂向分布规律性最强，如粗粒级土壤比例逐渐升高，细粒级相反；冲积－坡积土壤规律性垂向相对较差，但是每层的各种粒级组成相当。沉积－坡积土壤粒级组成垂向分布具有一定的规律性，如＋40目以上粒级垂向分布规律明显，土壤粒级越细规律性越差。

图7 QJ03号土壤剖面元素含量垂向分布特征Fig．7 The vertical distribution of elements in the QJ03profile

3）不同类型土壤元素总体含量具有一定差异，部分元素从残坡积（冲积－坡积（沉积－坡积土壤表现出一定的规律性，如As、Mo、Pb、Zn、Sn、Zr、Li、Ta、Nb、Fe等元素含量由高变低，Na、K则表现出含量由低至高。

4）总结了元素含量垂向分布特征：残坡积土壤中大部分元素含量垂向分布规律明显；冲积－坡积土壤中元素含量垂向分布规律性总体较差；沉积－坡积土壤上段大部分元素含量垂向分布特征明显，下段规律性较差。

5）莫桑比克稀树草原地球化学景观区，土壤覆盖一般较厚，多为中等粒级的砂土，在类似地区开展土壤测量建议采集残坡积土壤，建议取样深度为40cm～60cm，取样粒级为－20目。

致谢

感谢莫桑比克詹姆士矿业有限公司的大力支持，感谢地科院物化探所的马生明教授、刘崇民教授、张必敏博士等专家对本文提出的宝贵意见，感谢项目组成员徐祖阳、戴俊成、徐小松、贾志杰等同志野外取样工作中给予的大力支持，感谢徐涛同志提供的基础地质资料。

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Geochemical characteristics of soil in a district，Nampula province，Mozambique

LIANG Sheng－yue，XUE Huai-you，LIU Jian-dong，XU Ming-zuan，QI Chao，JIN Zhi-peng，HU Dong－quan
（Geological Exploration Technology Institute of Jiangsu Province，Nanjing 210049，China）

Geochemical soil survey test has been performed in Savanna landscape area of Mozambique．Au，Ag and other 16 elements content in soil and the characteristics of soil grains composition of different horizons in three types soils were showed．The characteristics of enrichment or depletion of 18elements has been studied，the reason of elements content distribution in soil has been preliminary discussed．Research shows that，the elements＇content level of test area are clearly different from the crustal abundance also different from the soil abundance of China，the elements vertical variation in residual soil are obvious，such as Au，Ag，Zn，Li，Nb，Mo，Fe and Ta depleting when going down from surface．Meanwhile，Cu，Hg，Zr and Si enriching when going down，however Sn，Cu，Pb，Ta，Sb and K enriched in the B or C layer．These results obtained have enriched the geochemistry Base materials of Mozambique in this paper，which provided basicdata for furtherstudy element abundance of soil in Mozambique，offered reference for China s companies further exploration work in Africa under the same landscape．

Mozambique；soil survey；elements enrichment-depletion；elements mobilization；exploration geochemistry

P 632＋．1

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．15

1001-1749（2015）03-0361-11

2014-08-21 改回日期：2014-12-19

梁胜跃（1983－），男，硕士，主要从事矿产地球化学勘查及研究工作，E-mail：liangshengyue＠126．com。