和松譚康雨馬林霄岳鵬軍

（1.北京中資環(huán)鉆探有限公司，北京 100012；2.中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司，北京 100012）

0 引言

錳礦是重要的戰(zhàn)略性資源，也是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的重要大宗原料礦產(chǎn)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有十分重要的戰(zhàn)略地位（高海亮，2006）。南非錳礦石儲(chǔ)量居世界第1 位，總計(jì)1316 億t，集中分布在開普省庫魯曼地區(qū)（常洪倫等，2014），呈近南北向的古元古代海斯巨形錳礦帶，長(zhǎng)達(dá)130 km。礦區(qū)位于古元古代海斯鐵－錳成礦帶卡拉哈里錳礦田西北緣，地理坐標(biāo)為南緯27°08′40″，東經(jīng)22°49′50″。南非錳礦均產(chǎn)于前寒武紀(jì)德蘭士瓦群內(nèi)，為海相沉積或沉積變質(zhì)錳礦床（周柳霞和譚蓉1997）。20 世紀(jì)20 年代初，最早發(fā)現(xiàn)了位于Mukulu 礦區(qū)南部的Postmasburg 錳礦田，20 世紀(jì)60—70 年代，Assmang公司在該礦田開始開發(fā)Emang 錳礦田。1966 年10月至1968 年3 月，南非AMMOSAL 公司在該礦權(quán)區(qū)進(jìn)行勘查工作，經(jīng)過采樣分析，初步發(fā)現(xiàn)了該礦區(qū)錳礦的存在。1968—2008 年，ASSMANG 公司（原名AMMOSAL）在Mukulu 礦權(quán)區(qū)進(jìn)行了鉆探施工，2008 年，Main Street 778 公司委托Mr Abraham Pre?torius 對(duì)礦區(qū)進(jìn)行了三維建模及資源量估算，利用鉆孔數(shù)據(jù)35 個(gè)，提交了《A Report of the creation of a geological and orebody model for the Mukulu manga?nese project－ A.I.Pretorius》，通過距離冪次反比法圈定了深部UMO、LMO 2 條礦體。但以往工作主要是在礦區(qū)北段（約10 km2）完成了系統(tǒng)的地質(zhì)勘查工作，因此本次核實(shí)工作資源量估算對(duì)象為礦區(qū)通過系統(tǒng)工程控制的淺部礦體和深部礦體。筆者在參與礦區(qū)地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，從礦區(qū)大地構(gòu)造背景出發(fā)，結(jié)合近年來礦區(qū)的找礦成果，分析鐵錳礦成礦規(guī)律，對(duì)該鐵錳礦成因進(jìn)行了初步探討，以期為卡拉哈里錳礦田內(nèi)的鐵錳礦找礦勘查提供思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南非的構(gòu)造單元包括卡普瓦爾太古宙克拉通和一系列元古宙－古生代造山帶，以及一個(gè)代表弧后前陸沉積系統(tǒng)的卡魯盆地。南非成礦區(qū)帶分為6 個(gè)Ⅲ級(jí)成礦區(qū)帶（表1）（吳興源等，2015），礦區(qū)產(chǎn)出于古元古代海斯鐵－錳成礦帶（Ⅲ－3）卡拉哈里（Kalagari）錳礦田西北緣。

Mukulu 礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于卡普瓦爾（Kaapvaal）克拉通西部與古元古代海斯（Kheis）褶皺－逆沖帶的交界地帶的西格里夸蘭盆地（Griqua?land West）北部。西格里夸蘭盆地地層主要由古元古代德蘭士瓦超群（Transvaal）、古元古代晚期奧利芬霍克超群（Olifanshoek）、中生代卡魯超群（Ka?roo）、新生代卡拉哈里超群（Kalahari）構(gòu)成。區(qū)域性的構(gòu)造主要由一條近SN 向逆沖斷層和一系列SN向、SN－NE 向、NNW－NW 向正斷層，以及NW 向、NE 向褶皺構(gòu)造構(gòu)成，對(duì)卡拉哈里錳礦田的成礦、控礦作用影響比較大的主要為SN 向的Black Ridge 逆沖斷層、NW 向Dimoten 向斜及一系列SN－NE 向正斷層（圖1）。

表1 南非主要成礦區(qū)帶

近SN 向逆沖斷層和一系列SN 向、SN－NE 向、NNW－NW 向正斷層，以及NW 向、NE 向褶皺構(gòu)造構(gòu)成，對(duì)卡拉哈里錳礦田的成礦、控礦作用影響比較大的主要為SN 向的Black Ridge 逆沖斷層、NW 向Dimoten 向斜及一系列SN－NE 向正斷層（圖1）。

區(qū)域巖漿巖較為發(fā)育，主要巖性為玄武質(zhì)、安山質(zhì)枕狀熔巖，脈巖多為后期的輝綠巖脈和細(xì)晶閃長(zhǎng)巖脈。區(qū)域內(nèi)的地層受到了非常淺程度的變質(zhì)作用，在長(zhǎng)期的變質(zhì)過程中，重結(jié)晶引起了礦物晶體的生長(zhǎng)及形態(tài)的變化，形成了微結(jié)核，出現(xiàn)了方鐵錳礦、褐錳礦和赤鐵礦等金屬礦物微晶共生的情況。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層主要為古元古代、中生代的火山－沉積巖系以及新生代蓋層，自下而上主要地層特征見表2。

波斯特馬斯堡群（包括Ongeluk、Hotazel 組和Mooidraai 組），其中Ongeluk 組主要巖性為玄武質(zhì)、安山質(zhì)火山熔巖，廣泛分布在Mukulu 礦床深部，構(gòu)成了礦床的基底，Hotazel 組為一套條帶狀含鐵（錳）建造，主要巖性條帶為狀磁鐵石英巖，廣泛分布在Mukulu 礦床深部，與下伏Ongeluk 組呈不整合接觸，該組為礦區(qū)錳礦和鐵礦的主要賦礦層位，Mooidraai組主要巖性為菱鐵礦白云巖、燧石質(zhì)白云巖，與下伏Hotazel 組呈整合接觸，該組地層在沉積時(shí)受古地形影響，在走向和傾向上連續(xù)性較差，在Mukulu 礦區(qū)表現(xiàn)為呈透鏡狀產(chǎn)出。

古元古界奧利芬霍克超群包括Mapedi 組和Lucknow 組，其中Mapedi 組主要巖性為頁巖，夾石英巖，底部為含鐵頁巖、碎屑巖，與下伏Mooidraai 組呈不整合接觸，Lucknow 組主要巖性為頁巖、礫巖、石英巖夾頁巖，與下伏Mapedi 組不整合接觸。

中生界卡魯超群的德懷卡群為一套冰川成因的混雜陸源沉積巖（冰磧巖），該組地層主要呈似層狀、透鏡狀分布在礦區(qū)東部，不整合覆蓋在Mapedi組之上。

表2 Mukulu 礦區(qū)主要地層簡(jiǎn)表

圖1 西格里夸蘭盆地區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

新生界卡拉哈里超群包括Gordonia 組和卡拉哈里組，其中卡拉哈里組上部為鈣質(zhì)礫巖，下部為紅色粘土層，底部為含粘土礫石層，Gordonia 組在全區(qū)廣泛分布，主要為風(fēng)成砂和腐殖土，在礦區(qū)表現(xiàn)為東北厚度小、西南厚度大，平均厚度一般在25 m 左右。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于Dimoten 向斜東翼，區(qū)內(nèi)以南西緩傾的單斜巖層為主，次級(jí)褶皺構(gòu)造不發(fā)育。礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，最主要的斷裂構(gòu)造為逆沖推覆斷層，主逆沖斷層在深部多順層（Mapedi 組頂部）滑動(dòng)，斷層面的產(chǎn)狀基本與地層產(chǎn)狀一致，即傾向230°，傾角約7°，在淺部產(chǎn)狀變陡，傾角約45°。受逆沖推覆斷層控制，在斷層面以上形成淺部逆沖推覆體礦體，即淺部礦體，由于推覆構(gòu)造次級(jí)斷裂發(fā)育，導(dǎo)致淺部礦體在走向和傾向的連續(xù)性較差。

其次為一系列正斷層，根據(jù)目前工程控制情況，礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育一系列近南北向正斷層，分別編號(hào)為F1、F2、F3、F4、F5。這些斷層多為成礦后的破礦構(gòu)造，F(xiàn)1 斷層：貫穿整個(gè)礦區(qū)，呈近南北向展布，傾向東，傾角約78°，屬高角度正斷層，將Mapedi 組以下的地層錯(cuò)斷，并控制了Mapedi 組的沉積，平均垂直斷距約51 m、水平斷距約10 m。其與F2 斷層一起將礦區(qū)內(nèi)礦體分為東、西兩個(gè)區(qū)塊；F2 斷層：貫穿整個(gè)礦區(qū)，位于F1 斷層?xùn)|側(cè)，呈近南北向展布，傾向東，傾角約78°，為礦區(qū)內(nèi)斷距最大的高角度正斷層，將Mapedi 組以下地層錯(cuò)斷，并控制了Mapedi 組的沉積，平均垂直斷距約271 m、水平斷距約56 m；F3 斷層：呈近南北向展布，傾向西，傾角約11°，斷距較小，為發(fā)育在Mapedi 組的正斷層，位于F1 斷層西側(cè)，其應(yīng)屬于F1 斷層的次級(jí)斷裂；F4 斷層：呈近南北向展布，傾向東，傾角約72°，屬高角度正斷層，將Mapedi 組以下的地層錯(cuò)斷，并控制了Mapedi 組的沉積，平均垂直斷距約60 m、水平斷距約8 m；F5 斷層：根據(jù)目前工程控制情況，主要在礦區(qū)東部分布，呈近南北向展布，傾向西，傾角約77°，屬高角度正斷層，將Mapedi 組以下地層錯(cuò)斷，并控制了Mapedi 組的沉積，平均垂直斷距約138 m、水平斷距約56 m。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)的巖漿巖主要由侵入的脈巖，根據(jù)鉆孔揭露結(jié)果，在Ongeluk 組和Hotazel 組地層中見到侵入巖的脈巖。礦區(qū)內(nèi)目前共發(fā)現(xiàn)2 條脈巖，為白色到灰色的細(xì)晶閃長(zhǎng)巖，兩者近平行產(chǎn)出，傾向140°，傾角約80°。脈巖基本上是沿?cái)鄬忧秩氲?，推測(cè)發(fā)生在Hotazel 組沉積之后，Mapedi 組頁巖沉積之前，因此，脈巖對(duì)礦體有不同程度的破壞作用。

2.4 變質(zhì)作用

礦床經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史演化和構(gòu)造巖漿活動(dòng)，石英砂巖變質(zhì)為石英巖，具有變余砂狀結(jié)構(gòu)和變晶結(jié)構(gòu)；重結(jié)晶引起了礦物晶體的生長(zhǎng)及形態(tài)的變化，形成微結(jié)核，出現(xiàn)了方鐵錳礦、褐錳礦和赤鐵礦共生的情況；根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，各類粉、細(xì)砂巖均有一定程度的綠片巖化、高嶺土化或絹云母化，且?guī)r石中常有石英脈細(xì)脈穿插，由此判斷礦區(qū)的變質(zhì)作用為淺－中淺變質(zhì)程度。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

根據(jù)目前勘探成果，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，在礦區(qū)內(nèi)礦體可分為淺部礦體和深部礦體，均呈北西－南東方向展布，礦體主要賦存在Hotazel 組的條帶狀含鐵（錳）建造中，主要賦礦巖性為條帶狀磁鐵石英巖，淺部礦體主要分布在逆沖推覆體內(nèi)，其空間展布受逆沖推覆斷層控制（圖2）。

在淺部逆沖推覆體內(nèi)共圈出16 條淺部礦體（分鐵錳礦體和鐵礦體），其中鐵礦體共6 條，鐵錳礦體共10 條。各礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，大致平行分布。淺部礦體受推覆構(gòu)造的控制，主要賦存在推覆斷裂面以上，埋深一般70～190 m，屬隱伏礦體，在平面位置上，位于礦區(qū)中部。

在深部共圈出3 條鐵錳礦體，自上而下分別編號(hào)為UMO、MMO 和LMO；鐵錳礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，基本平行分布。其中UMO 富錳礦體礦體走向約335°，走向長(zhǎng)2500 m，總體傾向南西，平均傾角約8.57°，賦礦標(biāo)高302～704 m，控制的最大延深1525 m。礦體賦存在條帶狀含鐵錳硅質(zhì)巖內(nèi)，形態(tài)呈層狀、似層狀。礦體內(nèi)無夾石。后期脈巖沿?cái)鄬忧秩耄瑪鄬訉⒌V體錯(cuò)斷；MMO 富錳礦體礦體走向約338°，走向長(zhǎng)507 m，總體傾向南西，平均傾角約8.96°，賦礦標(biāo)高316～650 m，控制的最大延深216 m。礦體賦存在條帶狀含鐵錳硅質(zhì)巖內(nèi)，形態(tài)呈層狀、似層狀。礦體內(nèi)無夾石。后期脈巖沿?cái)鄬忧秩?，斷層將礦體錯(cuò)斷；LMO 富錳礦體礦體走向約333°，走向長(zhǎng)2243 m，總體傾向南西，平均傾角約8.5°，賦礦標(biāo)高166～660 m，控制的最大延深2337 m。礦體賦存在條帶狀含鐵錳硅質(zhì)巖內(nèi)，形態(tài)呈層狀、似層狀。礦體內(nèi)無夾石。后期脈巖沿?cái)鄬忧秩?，斷層將礦體錯(cuò)斷。

圖2 礦區(qū)構(gòu)造典型剖面示意圖

3.2 礦石特征

礦區(qū)的礦體埋深一般在100 m 以下（深部礦體埋深350 m 以下），主要賦存在條帶狀含鐵（錳）硅質(zhì)巖（BIF）內(nèi)。礦石具有硫化物含量低、礦石硬度大、脆性強(qiáng)的特點(diǎn)。

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，主要為粒狀變晶結(jié)構(gòu)，條紋－條帶狀構(gòu)造。條帶狀構(gòu)造由鐵錳質(zhì)條帶（主要由塊狀、粒狀赤鐵礦、磁鐵礦及錳質(zhì)礦物混合而成）和燧石條帶（主要由細(xì)晶石英組成）間隔分布，寬0.1～1 cm 不等（圖2）。

3.3 礦石類型

3.3.1 自然類型

（1）鐵礦石

礦區(qū)淺部鐵礦石的主要鐵礦物為磁鐵礦和赤鐵礦（部分礦石以磁鐵礦為主，部分以赤鐵礦為主），因此鐵礦石的自然類型可分為為磁鐵礦石和赤鐵礦石。

（2）錳礦石

礦區(qū)淺部和深部錳礦石的主要錳礦物為黑錳礦、鐵錳礦、褐錳礦等氧化物－氫氧化物為主，因此錳礦石的自然類型為氧化錳礦石。

3.3.2 工業(yè)類型

（1）鐵礦石

礦區(qū)內(nèi)鐵礦石其主要有用成分為赤鐵礦和磁鐵礦，主要分布在淺部10 個(gè)鐵礦體中。鐵礦石主要化學(xué)成分中TFe 礦床平均含量為63.27%，SiO2平均含量3.024%，S 平均含量0.001%，P 平均含量0.019%，Cu 平均含量16.159×10－6。其有用物質(zhì)和主要有害物質(zhì)基本滿足《鐵、錳、鉻礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0200－2002）中煉鋼用鐵礦石的工業(yè)要求。

因此，該區(qū)鐵礦石的工業(yè)類型為煉鋼用鐵礦石。

（2）錳礦石

該區(qū)的錳礦石主要為氧化錳礦石，根據(jù)《鐵、錳、鉻礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0200－2002）中冶金用錳礦石一般工業(yè)指標(biāo)要求，其工業(yè)分類可分為鐵錳礦石（淺部和深部的鐵錳礦體中）、富錳礦石（深部富錳礦體中）。

1）淺部鐵錳礦石

從表3 可以看出，淺部鐵錳礦石總體Mn/Fe 為1.48，P/Mn 為0.002，（CaO＋MgO）/（SiO2＋Al2O3）為0.641%，屬低磷、高鐵、酸性錳礦石。具體到每個(gè)礦體，除MFe3 和MFe6 鐵錳礦體礦石為低磷、高鐵、自熔性錳礦石外，其他礦體礦石均為低磷、高鐵、酸性錳礦石。

表3 淺部鐵錳礦石性質(zhì)計(jì)算參數(shù)表

表4 深部鐵錳礦石性質(zhì)計(jì)算參數(shù)表

2）深部鐵錳礦石

從表4 可以看出，深部鐵錳礦石總體Mn/Fe 為1.74，P/Mn 為0.001，（CaO＋MgO）/（SiO2＋Al2O3）為2.161%，屬低磷、高鐵、堿性錳礦石。具體到每個(gè)礦體，差別也不大，礦石性質(zhì)均相同。

3）深部富錳礦石

從表5 可以看出，富錳礦石總體Mn/Fe 為3.37，P/Mn 為0.001，（CaO＋MgO）/（SiO2＋Al2O3）為1.993%，屬低磷、中鐵、堿性錳礦石。具體到每個(gè)礦體，除UMO 富錳礦體礦石為低磷、高鐵、堿性錳礦石外，其他礦體礦石均為低磷、中鐵、堿性錳礦石。

表5 富錳礦石性質(zhì)計(jì)算參數(shù)表

3.4 礦石物質(zhì)組成

礦區(qū)內(nèi)鐵礦石主要分布在淺部逆沖推覆體中的鐵礦體內(nèi)，根據(jù)野外和鏡下觀察，礦石主要有用礦物為鐵氧化物（磁鐵礦和赤鐵礦），含量可達(dá)60%以上；能判明的主要金屬礦物有錳質(zhì)礦物（2%左右）、黃鐵礦、針鐵礦等；非金屬脈石礦物主要有石英（含量30%左右）及少量白云石、方解石、伊利石、磷灰石、石膏、高嶺石等（圖3）。

礦區(qū)內(nèi)鐵錳礦體和富鐵礦體的礦石類型均屬氧化錳礦石，其礦物成分基本相同，只是含量有所不同。根據(jù)野外和鏡下觀察，其主要有用礦物為黑錳礦、褐錳礦，Mn 含量30%左右，鐵氧化物（磁鐵礦和赤鐵礦，TFe 含量11%～25%），其次為菱錳礦、鐵錳礦、鈣錳石、錳白云石、鈣菱錳礦、錳方解石、方鐵錳礦、軟錳礦等；主要脈石礦物為石英、方解石、白云石、磷灰石、重晶石等。其中，富錳礦石錳質(zhì)礦物成分以黑錳礦、鐵錳礦、褐錳礦為主；鐵錳礦石則以褐錳礦、鐵錳礦、錳白云石為主（圖3）。

4 礦床成因

Mukulu 礦床位于世界著名的卡拉哈里錳礦田西北部，該礦田蘊(yùn)藏錳礦資源量巨大。礦區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育一套富含鐵錳硅質(zhì)建造（BIF）、石英巖、火山熔巖及頁巖等的海底熱水噴氣沉積建造，賦礦層位為波斯特馬斯堡群Hotazel 組。鐵錳礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出；礦石具變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造，礦石礦物的主要成分為黑錳礦、褐錳礦、鐵氧化物、菱錳礦、鈣錳石等，脈石礦物主要為硅質(zhì)和少量鈣質(zhì)；礦區(qū)變質(zhì)作用為淺－中淺變質(zhì)程度，主要為綠片巖相。綜上，礦床成因類型為沉積變質(zhì)型鐵錳礦床。

4.1 成礦物質(zhì)來源

圖3 條帶狀鐵（錳）礦石照片

據(jù)前人文章中對(duì)相關(guān)地球化學(xué)資料和Sr 及Pb同位素證據(jù)表明，卡拉哈里錳礦田中的Ongeluk 玄武質(zhì)、安山質(zhì)熔巖在海底火山環(huán)境中經(jīng)受了主要熱液蝕變，蝕變伴生有大量熱液噴氣，這些火山噴氣是大量化學(xué)沉積物，尤其是錳、鐵和燧石的主要來源。且具多期海底熱液噴氣特征，每期海底噴氣活動(dòng)都帶來大量Fe、Mn 等成礦物質(zhì)和酸性、還原性氣體，為形成巨型鐵錳礦床提供了物質(zhì)基礎(chǔ)（廖鳳初和周有希，2013）。

4.2 古構(gòu)造條件

元古宙早期，卡拉哈里地區(qū)為廣闊的Campbell Rand 亞群臺(tái)地碳酸鹽巖沉積序列所覆蓋，形成了一套富錳鐵白云巖環(huán)境中的巖溶系統(tǒng)，這為鐵錳礦床的形成提供了條件。隨著地殼抬升，強(qiáng)巖溶作用形成近南北向的溶洞構(gòu)造，為之后含錳鐵質(zhì)沉積物提供了容納空間。

4.3 礦床成因模型

據(jù)常洪倫等在錳礦田堆積型錳礦體地質(zhì)特征及找礦方向一文中研究表明，關(guān)于該地區(qū)鐵錳礦床成因的模型有很多種，其中主要流行的有兩種（常洪倫等，2016），一種為海侵—海退模型：在海平面的升降波動(dòng)中，錳質(zhì)以氧化物的形式在陸架上沉積下來成礦。海盆中錳礦層具有一定的序列，反映了進(jìn)積—退積的旋回性（Cannon and Force，1983）；另一種為上升流模型：深海富錳水體在水流帶動(dòng)下上升至海盆陸架氧化區(qū)域富集，接受氧化沉積成礦（圖4）（Frakes and Bolton，1984）。

圖4 礦床成因模式示意圖（據(jù)常洪倫等，2016b 修改）

卡拉哈里錳礦田之下的安格盧卡熔巖堆積物是由于海底火山—熱液作用而發(fā)生蝕變的（李上森，1996）。因此礦床的成因模型應(yīng)接近上升流模型，即深海富錳鐵水體在水流的帶動(dòng)下，上升至海盆陸架氧化區(qū)域富集，接收氧化沉積成礦（深部礦體）。之后在逆沖推覆過程中衍生一系列的次級(jí)逆沖斷層，導(dǎo)致德蘭士瓦超群在空間上的重復(fù)出現(xiàn)，形成現(xiàn)有的淺部逆沖推覆礦體特征。

5 結(jié)論

（1）該礦區(qū)主要賦礦層位為波斯特馬斯堡群Hotazel 組，主要賦礦巖性為條帶狀磁鐵石英巖，礦體產(chǎn)狀較穩(wěn)定，總體傾向以南西為主，呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，基本平行分布，受構(gòu)造影響明顯。

（2）該礦區(qū)變質(zhì)作用為淺－中淺變質(zhì)程度，主要為綠片巖相，礦石以氧化礦為主，礦物主要成分為黑錳礦、褐錳礦、鐵氧化物、菱錳礦、鈣錳石等，脈石礦物主要為硅質(zhì)和少量鈣質(zhì)。礦床類型屬沉積變質(zhì)型鐵錳礦床，礦床的成因模型接近于上升流模型。