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1、 言 o 1 霄 地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V IE W V o l 6 0 N o 3 M a y 2 0 1 4 南非 P o s t ma s b u r g地 区锰 矿床地质特征 及成 因分析 常 洪 伦 孔 繁 辉 宋 晓 东 杜 俊 赵 晋 李 建 锋 王 聪 颖 华北有色工程勘察院有限公司 石家庄 0 5 0 0 2 1 内容提要 以南非 P o s t ma s b u r g地区 B i s h o p P a l i n g 两个矿区为研究载体 将研究区的地层划分为6个岩性单元 自下而上分别为白云岩单元 铁锰矿体单元 铁质细砂岩 铁质砾
2、岩单元 泥质粉砂岩单元 石英岩 G a ma g a r a页岩单 元和 P a l i n g 页岩单元 识别出了沉积受变质型 堆积型和锰质软泥或锰土型三类矿床 并讨论了其成因模型 根据 地层序列特征 将研究区的发育与演化过程划分为 4个阶段 分析表明 锰质软泥或锰土是富锰白云岩遭受溶蚀后 的残余物 沉积序列各单元为渐变关系 而与白云岩单元之间为不整合接触关系 三种矿床类型都与白云岩的岩 溶系统有关 锰质软泥或锰土中的锰来源于富锰白云岩 另外两种则可能来源于安山岩 两次岩溶系统之后分别形 成了沉积受变质型矿床和堆积型矿床 成矿后期矿体受到 Ma r t h a s p o o r t 石英岩
3、的保护而保存下来 关键词 南非 锰矿床 铁锰建造 沉积变质 成矿模型 南非是世界上锰矿储 量最多的国家 锰矿储量 可达3 7 亿吨 占世界总储量的5 4 4 储量基础为 4 0亿吨 占全球高品位锰矿总量的 8 0 以上 鲍荣 华等 2 0 1 1 董骁方 2 0 1 2 均居世界第一位 在南 非的北开普省和西北省发育了一些十分著名的大型 锰矿 田 如 K a l a h a r i 锰矿 田 P o s t ma s b u r g锰矿 田等 此外还有 T r a n s v a a l 锰矿床等 2 0世纪以来 随着全 球锰矿需求量的增加 掀起 了一股对锰矿床开发的 热潮 与此同时 关于南非
4、锰矿床 田 类型和成 因 的报 导 和研 究 成 果 不 断 涌现 其 中就有 大 量 对 P o s t ma s b u r g 地区锰矿床的研究文献 高仙坪 1 9 8 8 Ne l 1 9 2 9 Bo a r d ma n 1 9 4 0 Bo a r dma n 1 96 4 T r u s we l l e t a 1 1 9 7 3 Be u k e s 1 9 93 Er i k s s o n e t a 1 1 9 95 P l e h w e l e i s e n e t a 1 1 9 9 5 充分显示了这一地区锰 矿床的重要性 本文从探索的角度 结合前人成果 钻孔
5、数据等实际材料 以 B i s h o p矿区和 P a l i n g 矿 区 为载体 通过分析该地区的矿床类型 研究矿床成 因 建立矿床发育模型 恢复该地区乃至整个锰矿田 的锰矿床发育与演化过程 为地质找矿提供理论指 导 b 1 P o s t ma s b u r g锰矿 田概况 P o s t ma s b u r g 锰矿 田位于南非北开普省东北部 北起 S i s h e n 南至 P o s t m a s b u r g 北部与 K a l a h a r i 锰 矿 田 毗 邻 这 一 地 区 因 蕴 育 了 全 球 最 大 的 P o s t m a s b u r g K
6、 a l a h a r i 锰 矿 成 矿 带 而 著 称 其 中 P o s t m a s b u r g 锰矿 田是仅次于 K a l a h a r i 锰矿田的全球 第二大锰矿田 矿产资源综合利用手册 编辑委员 会 2 0 0 0 东 西两个锰矿带的延伸长度可达 5 0 6 0 k in 广 西 壮 族 自治 区地 质 局 1 9 7 4 G u t z me r e t a 1 1 9 9 6 矿 田 内 发 育 了 多 个 大 型 锰 矿 床 A l t e r ma n n e t a 1 1 9 9 1 其 中 B i s h o p P a l i n g 两个矿 区就位
7、于该矿 田的西矿带上 图 1 2区域地质背景 P o s t m a s b u r g锰 矿 田的 地 层 为南 非 北 开 普 省 G r i q u a l a n d We s t 地层序列 的一部分 该地层序列也 是一 直 众 多 学 者 长期 争 论 的 问 题 N e l 1 9 2 9 Vi s s e r 1 9 4 4 Be uk e s 1 98 6 Va n S c h a l k wy k e t a 1 1 9 8 6 L e i s e n 1 9 8 7 A l t e r m a n n e t a 1 1 9 9 1 南非地 层委员会 S A C S 在 1
8、 9 8 0年曾对 G r i q u a l a n d We s t 的 岩性地层进行了讨论 形成了南非地质调查官方认 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 2 8 改 回日期 2 0 1 4 0 3 2 9 责任编辑 章雨旭 作者简介 常洪伦 男 1 9 8 4年生 博士 地质工程师 主要从 事地质找矿与研究工作 通讯地 址 0 5 0 0 2 1 河北省石家庄 市裕华区汇通路 3 9号华北有色工程勘察 院有限公司 E ma i l c h a n g h o n g l u n 1 2 6 c o n 5 8 2 地质论评 2 0 1 4焦 G a ma g a r a页岩组 整个 Ma
9、 r e m a n e区被 G a m a g a r a 组 Ma r t h s a s p o o r t 石英岩覆盖 在含矿区 内至少叠加 了 两个构造期 图 2 B e u k e s 1 9 8 6 之后 东部沉积序列周 围的白云岩被侵蚀 而锰 质的填充物作为残余 山体保留下来 K l i p f o n t e i n 山 锰矿石堆积在 Ma r e ma n e隆起的西侧 部分被 上覆的石英岩覆盖保护 最近形成 的小型溶坑也被 碎屑矿石填充 分布广泛 3 矿 区地质 B i s h o p矿 区和 P a l i n g矿 区均 位 于 P o s t ma s b u r
10、g 的北部 P o s t m a s b u r g 锰矿 田的中部 二者具有相似 的地质特征 它们都是 P o s t m a s b u r g锰矿 田内具有代 表性的矿区 3 1 地层 由于受到后期构造运动和变质作用的影响 矿 区内地层岩性较为复杂 根据地层 出露情况和前人 研究成果 V i s s e r 1 9 4 4 T r u s w e l l e t a 1 1 9 7 3 V a n S c h a l k w y k e t a 1 1 9 8 6 L e i s e n 1 9 8 7 结合岩心钻探 分析结果 可将矿 区内的地层划分为以下几个单元 图 3 现将其岩性特
11、征分述如下 未见顶 1 P a l i n g页岩单元 由红褐色 紫红色页岩组成 风化严重 较为破碎 地表出露范围较小 局部 绿泥石化 夹有黄绿色泥质粉砂岩 细砂岩薄 层 厚度 3 m 2 石英岩 G a m a g a r a页岩单元 由紫红 色 肉红 色 白色中粗粒石英岩组成 中间夹有黄绿色 紫红色页岩 其中石英岩 自下而上颜色逐渐变 浅 厚度 1 0 1 5 m 3 泥质粉砂岩单元 由灰白色 浅绿色 浅灰绿色 泥质粉砂岩组成 局部因含铁质而呈褐色 有 一 定的干枚岩化或高岭土化 成层性 良好 可 见斑点状含铁石英粉砂岩 红褐色含铁锰粘土 岩 斑点状绿帘绢云母板岩的夹层或透镜体 与上下单元
12、均为过渡关系 顶部主要为石英含 砂粉砂岩 底部则为含铁锰泥质粉砂岩 厚度 8 1 2 m 4 铁质细砂岩 铁质砾岩单元 B i s h o p矿区铁质细 砂岩呈红棕色 红褐色 致密块状结构 层状构 造 可见红褐色泥质粉砂岩夹层或透镜体 厚 度 1 5 3 m P a l i n g矿 区未见铁质细砂岩 同 层位出现铁质砾岩 红棕色至黑褐色 致密块 状结构 似层状构造 内部含红褐色碎屑状硅 质铁锰矿石角砾或球粒状铁质细砂砾屑 直径 0 5 5 c m 略呈定向排列 厚度 2 4 m 5 铁锰矿体单元 为 P o s t ma s b u r g矿田锰矿的主要 赋存层位 由钢灰色 黑色锰矿石组成
13、主要金 属矿物为方铁锰矿 褐锰矿和硬锰矿 致密块 状结构 层状构造 与上部单元在成分上存在 过渡关系 自 底部向上锰质含量升高 铁质含 量降低 厚度3 1 5 m 因赋存部位而异 不整合 6 白云岩单元 由灰黄色 浅黄绿色藻云岩及其 下部的灰色 浅灰绿色 灰黑色富锰 白云岩组 成 其中藻云岩颗粒较粗大 可观察到白云石 晶体 内部可见叠层状藻纹层 多分布于 P a l i n g 矿区 富锰白云岩结晶不明显 层状构造发育 内部泥 质含量较 高 无藻类生物体 出现 在 B i s h o p矿区更为普遍 未见底 前人工作成果及地质资料认为 G a m p b e lr a n d白 云岩构成了研究
14、区内沉积序列的基底 P l e h w e l e is e n e t a 1 1 9 9 5 D o w d i n g e t a 1 2 0 0 7 在工作 区内未 发现矿化层与 白云岩的接触界线 但局部可见原生 锰矿石覆于白云岩之上 图4 a 4 b 青灰色富锰白 云岩与上覆的铁锰矿体之间夹有锰质软泥或锰土 这些锰质软泥或锰土呈似层状 多覆于富锰 白云岩 之上或包于表层 图 4 c 4 d 因此 笔者认为 沉积 序列形成于白云岩遭受溶蚀之后 铁锰矿体和 白云 岩之间为不整合接触关系 3 2 构造 研究区内构造比较发 育 主要表现为断层和褶 皱两方面 褶皱作用较弱 矿 田内常见 N E
15、或 N N E 向的宽缓背斜 局部可见较为强烈的小型褶 曲 P o s t m a s b u r g锰矿 田处于一个 断裂带上 成 矿 后期的断裂作用将研究 区内的矿体切 割成 大小不 等 形状各异的断块 自西向东的逆冲断层更是造成 了局部地区矿体的重复 或使原有矿块产生位移 严 重破坏了矿体的连续性 3 3 岩浆岩 研究 区内有大面积的 O n g e l u k组的熔 岩出露 但区内未见 十分 明显 的火山活动 一些学者认 为 O n g e l u k组 的玄武质安 山岩是海底喷发 的 是 在大 陆架环境下喷出形成 其北部 的 K a l a h a r i 锰矿 田的 锰质即来源于海
16、底火山喷气 李上森 1 9 9 6 C o me l l e t a 1 1 9 9 5 B e u k e s e t a 1 1 9 9 6 3 4 变质作用 矿质沉积之后 研究 区内的地层受到了非常浅 程度的变质作用 P l e h w e l e i s e n e t a 1 1 9 9 5 在长 期的变质过程中 重结晶引起了矿物晶体的生长及 形态的变化 形成 了微结核 出现了方铁锰矿 褐锰 矿和赤铁矿等金属矿物微晶共生的情况 从野外情 况来看 各类粉 细砂岩均有一定程度的绿 片岩化 地质论评 呈不均的状态 充填于白云岩溶坑或溶沟内的堆积 型矿体厚度取决于溶坑或溶沟的深度 最小 1 i n左 右 最大可达 7 8 m 而被红土覆盖 的层状堆积矿 厚度相对稳定 侧向连续性较好 但矿体的厚度因地 而宜 距原生矿体较近者厚度较大 可达 8 m 以上 远离原生矿体者 最小厚度仅为 0 5 m左右 3 矿石品位高 堆积矿的矿石都是 由原生矿 石破碎后近距离搬 运堆积而成 因此在矿物成分上 继承了原生矿石的特点 主要的金属矿物仍为方铁 锰矿和褐锰矿 由于矿石在 自然搬运过程中的重力 分流
