南非Postmasburg錳礦田堆積型錳礦體地質特征及找礦方向

常洪倫　李建鋒　王江龍　王聰穎　王會敏

(華北有色工程勘察院有限公司)

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南非Postmasburg錳礦田堆積型錳礦體地質特征及找礦方向

常洪倫李建鋒王江龍王聰穎王會敏

(華北有色工程勘察院有限公司)

南非Postmasburg錳礦田內發育了大面積的堆積型錳礦體，其形成與沉積-受變質型原生錳礦體有關。區內礦體分布廣泛、厚度不均、形態各異，按堆積礦發育的部位，可將礦體劃分為山脊斜坡型、斜坡邊緣型和山前平地型等3類。礦石主要礦物成分以方鐵錳礦、褐錳礦和硬錳礦為主。Fe、Mn含量負相關性較強，總體含量穩定，與古元古代的沉積環境及Fe、Mn膠體的沉積性質密切相關。結合區內地質勘探資料，對區內堆積型錳礦地質特征、礦床成因以及找礦方向進行了探討，認為區內礦石來源于原生錳礦體，成礦后期的構造運動破壞了原生礦體的完整性和連續性，白云巖溶蝕構造是礦石賦存的主要空間，山脊斜坡邊緣為地形強切割地段，是尋找堆積礦的優選部位。

堆積礦地質特征礦床成因找礦方向原生錳礦

南非錳礦資源十分豐富，主要集中于Kalahari-Postmasburg錳礦成礦帶上，該成礦帶位于南非北開普省西北部，分為北部Kalahari錳礦田及南部Postmasburg錳礦田。其中，Postmasburg錳礦田北起Sishen以北，南至Postmasburg以南，縱向延伸50～60km，東西寬約30km。Postmasburg錳礦田發育了多種成礦類型，以原生的沉積-受變質型為主，堆積型次之，其次有淋積型和錳土型。堆積型錳礦分布十分廣泛，其形成與沉積-受變質型原生錳礦體密切相關。堆積型錳礦床埋藏淺、礦石品位高且易分選，日趨成為當地礦業公司開發的重點對象。為進一步指導區內找礦及資源開發工作，本研究對Postmasburg錳礦田的堆積型錳礦體地質特征及找礦方向進行深入分析。

1　區域地質概況

Postmasburg錳礦田(圖1)的形成與該地區前寒武紀Maremane隆起有關，該隆起由Transvaal超群Ghaap群Campbellrand亞群的白云巖和Asbesheuwels亞群的鐵質建造組成(2.15～2.64Ga)。Maremane隆起東翼地層以弧狀形式東傾，傾角一般小于10°，西部地層則西傾，傾角有時可達30°。礦田西部的Koegas組鐵質建造、Makganyene組陸源混積巖及Ongeluk安山質熔巖被SN走向的斷裂推覆至Gamagara組之上，自西向東產生的位移至少35km(圖2)。Maremane隆起之上發育了東、西2條礦帶及混合帶，他們形成的地質背景有所差異：東礦帶形成較早，以富Wolhaarkop燧石角礫巖的多層錳礦體為特征；西礦帶形成較晚，以富鐵的錳質建造為特征；混合帶則兼具二者的特征，形成時間也介于二者之間。Maremane隆起以上的地層較復雜，為1套含鐵錳建造的碎屑巖沉積序列，形成于Gampbellrand亞群的白云巖被溶蝕之后。東部的鐵錳建造開始形成時，西部的白云巖仍繼續遭受侵蝕，因此該段鐵錳建造沉積缺失，沉積作用始于其后期的Gamagara頁巖組。成礦后期，沉積序列周圍的白云巖被侵蝕，錳質填充物作為殘余山體被保留。錳礦石堆積于Maremane隆起西側，部分被上覆的石英巖覆蓋保護，最新形成的小型溶坑也被礦石顆粒填充，形成的堆積型礦體分布廣泛。

2　堆積型錳礦地質特征

堆積型錳礦在全球分布廣泛，我國較典型的有湖南湘潭錳礦和廣西下雷錳礦[1-5]。該類型礦體的形成一般都與原生錳礦體有關，但礦體的形態、分布則受地形地貌的影響。Postmasburg錳礦田的原生錳礦儲量大、品位高、地形較平緩、基底溶蝕構造發育，因此，該區的堆積型錳礦有其獨特的性質。

2.1礦體形態

成礦后期，Postmasburg錳礦田構造破碎作用十分復雜，基底白云巖遭受了較強烈的溶蝕作用，致使原生礦體局部崩塌破碎，礦石出現了大范圍的運移。在整個礦田內，堆積型礦體分布十分廣泛，除了一些低平地勢外，其他部位均有堆積型礦體存在。

圖1　Postmasburg錳礦田位置及礦帶分布

圖2　Postmasburg錳礦田區域地質概況

(1)山脊斜坡型。多分布于山脊東側斜坡上，沿地形線呈長條狀出露，長度一般不超過300m，寬約100m。礦體多呈透鏡狀、扁豆狀或勺狀，厚度變化大，工程揭露厚度0.4～2.3m(圖3(a))。礦石顆粒粗大，粒徑一般在3cm以上，最大可達30cm，磨圓度較差，多呈次棱角狀或次圓狀，系由原上礦體分解出的礦塊經短距離搬運，在白云巖溶蝕地形內堆積富集形成。

(2)斜坡邊緣型。主要分布于山脊斜坡的邊緣地帶，東、西側均有出露，呈帶狀分布，長度可達1.5km，寬100～300m。礦體呈盤狀或似層狀，厚度普遍較大且較穩定，一般厚1.8～4.2m(圖3(b)、圖3(c))。礦石顆粒均勻，粒徑1～3cm，磨圓度較好，多為次圓狀—圓狀，礦石分選性較好，系由礦石經搬運后在山脊斜坡邊緣地勢變緩處堆積富集形成，是堆積型礦體開采的主要類型。

(3)山前平地型。主要分布于山脊斜坡東側的平原地帶，呈面狀分布，展布范圍可達500m。礦體多呈層狀，厚度較薄且延伸較穩定，厚度一般0.9～2.3m(圖3(d))。礦體上部多覆蓋有第四系粉砂土，植被茂密。礦石顆粒細小，粒徑一般小于1cm，磨圓度和球度均較高，分選良好，堆積致密，偶可見次生固結成板狀，常與斜坡邊緣型礦體相連接，界線不明顯，由于該類型礦體規模不大且具有一定的頂板覆蓋物，因而目前尚未被開采。

圖3　堆積型錳礦礦體形態

2.2礦體組分

區內堆積型礦體主要由鐵錳礦石、石英砂巖礫石和土壤組成，其中鐵錳礦石為主要組分，采樣測得礦體的含礦率最低60.0%，最高97.6%，平均78.8%(圖4)，總體含礦率較高，達到了工業礦體的要求。礦體內石英砂巖較常見，通常呈圓狀或次圓狀，與礦石混雜分布，此外，可見其他巖性轉石或巖屑，顆粒較鐵錳礦石和石英砂巖礫石小，他們共同構成了礦體的支撐物。土壤為主要填充物，由紅色沙性土及少量黏性土組成。其他成分主要為腐殖質，含量較少。

圖4　礦體含礦率分布散點

2.3礦物成分

礦石礦物成分均較簡單，與原生鐵錳礦體成分一致。錳礦物主要有方鐵錳礦、褐錳礦、黑錳礦、硬錳礦及軟錳礦，鐵礦石礦物主要為赤鐵礦(圖5)。

圖5　礦石主要礦物成分

(1)方鐵錳礦。黑色、黃白色，金屬光澤，晶形為立方體或八面體，晶體常呈半自形粒狀產出，集合體呈粒狀產出。個別晶形發育較好，粒徑大于1mm，常被黑錳礦交代，呈殘留的細紋狀或細紋帶狀定向分布。

(2)褐錳礦。黑、灰黑、棕黑至鋼灰色，半金屬光澤，晶體呈雙錐狀，通常呈粒狀、隱晶質塊狀集合體。晶形不發育，一般小于0.01mm，常與黑錳礦共生形成紋層狀構造，紋層以褐錳礦為主，局部可見黃白色方鐵錳礦晶粒，粒徑約0.002mm。

(3)黑錳礦。棕黑色，半金屬光澤，晶形不發育，常呈隱晶質結構，多為粒狀集合體，中間可見其他礦物顆粒，有時見不規則雙晶交代方鐵錳礦，或被硬錳礦交代。

(4)硬錳礦。黑色，隱晶—微晶結構，半金屬光澤，常為角礫狀構造，集合體形狀不規則，與方鐵錳礦、黑錳礦等連生。

(5)軟錳礦。灰黑色，金屬光澤，含量較少，多發育于晶洞中，呈柱狀晶簇，晶體主要呈針狀，部分發育錐面，大小不等，多數小于1.5mm，在晶洞邊部呈針狀、纖維狀交代方鐵錳礦，常見于錳染風化泥巖中，晶形不發育，易染手。

(6)赤鐵礦。紅褐色，鱗片狀結構，風化后常呈土狀，偶見雙錐狀巨晶，晶面縱紋發育，解理較明顯，裂隙內可見少量軟錳礦和黏土礦物。

2.4礦石類型

區內各類礦石樣品物相分析結果表明：①w(TMn)18.47%～47.81%，其中碳酸錳中Mn占有率0.48%～3.41%，平均1.04%；硅酸錳中Mn占有率0.63%～4.92%，平均1.92%；氧化錳中Mn占有率92.16%～98.36%，平均96.51%；②w(TFe)27.03%～60.60%，其中磁性鐵中Fe占有率0.10%～2.39%，平均0.89%；硅酸鐵中Fe占有率0.44%～39.04%，平均7.42%；赤鐵礦中Fe占有率58.09%～99.14%，平均91.28%；硫化鐵中Fe占有率0.12%～0.50%，平均0.26%；碳酸鐵中Fe占有率0.25%～0.63%，平均0.43%。由此可見，礦石中的錳礦物主要為氧化錳，鐵礦物主要為氧化鐵，礦石均為氧化礦石類型。

2.5Fe、Mn含量特征

Postmasburg錳礦田西礦帶的原生礦中有用元素主要為Fe、Mn，且不同礦石類型中Fe、Mn含量均呈現出負相關性[6-7]。本研究對采集的堆積礦石樣品進行了分析，結果表明：礦石中Fe、Mn含量具有較強的負相關關系，相關系數達-0.81，在圖像上顯示為2條此消彼長的曲線(圖6)；而Fe+Mn的總品位多為50%～60%，曲線較平穩(圖7)，平均品位54.78%，品位變化系數5.37%。由此可見，Fe、Mn雖然含量負相關，但總體含量較穩定。

圖6　Fe、Mn品位曲線

Fe、Mn品位出現上述特征的原因：①水體、大氣環境因素，古元古代的缺氧環境使得水體中的Fe、Mn僅能以膠體的形式存在，隨著水體中藍藻和細菌的大量出現，成鐵紀過渡至層侵紀時，水體中的氧含量已足夠使Fe、Mn膠體接受氧化而沉淀并沉積，在沉積過程中，由于Fe、Mn膠體物理性質的相似性，膠體的沉積性質差異較小，導致沉積物中Fe、Mn膠體無明顯的界線；②Fe、Mn化學性質的相似性，隨著Fe對Mn的替換，能夠形成軟/硬/褐錳礦-方鐵錳礦-赤鐵礦的變化序列，根據礦石中各類礦物成分含量可劃分為不同的礦石類型。

圖7　Fe+Mn總體品位曲線

3　礦床成因

(1)物源條件。礦田內帶狀出露的3條原生錳礦帶的錳礦資源十分豐富。前人資料中提供的礦層平均厚度3～5m，而工程施工中揭露的礦體最大厚度甚至達到12m。礦帶的南北延伸長度近40km，寬1～3km。巨大的原生錳礦資源量為堆積型礦體提供了充足的礦石來源，因此錳礦石幾乎遍布整個礦田。

(2)構造條件。Postmasburg錳礦田原生礦帶的成礦期為早元古代(2.432±0.031Ga)，成礦后期經歷了復雜的構造活動，尤其是西部的安山質熔巖向東逆沖推覆，使礦帶受擠壓而被錯成大小不等的斷塊，礦體破碎嚴重，僅有部分礦體在斷塊中得以保存，且相對完整。礦體解體后形成了大量的礦塊，成為堆積型錳礦體的主要礦石來源。

(3)地形條件。礦田內白云巖分布廣泛，成為礦床的基底。成礦后期，沉積序列因抬升隆起而暴露，白云巖遭受溶蝕，形成了1套巖溶系統。隨著溶蝕作用的進行，含礦沉積序列因頂部石英巖的覆蓋而得以保存，形成了目前的低山脊，而其余部位均繼續溶蝕塌陷，成為山脊周邊的平地。同時，溶蝕形成了大量的溶坑和溶溝，為礦石的堆積和富集提供了良好的賦存空間。該地形特征為礦石的轉移和搬運提供了條件，有利于礦石在不同的部位富集而形成不同特征的堆積型礦體(圖8)。

4　找礦方向

(1)地勢特征。山脊斜坡近礦石源地帶地勢一般較高，局部發育白云巖的溶蝕洼地，但溶蝕空間小，分布不連續，僅能形成小規模的礦體。山前平地地勢較低，不利于礦石的長距離連續搬運和富集，因此多形成礦石層，通常達不到工業開采厚度。斜坡邊緣地帶是礦石堆積和富集的最佳部位，山脊邊坡與平地的交界處普遍發育較大規模的連續礦體。

圖8　Postmasburg錳礦田堆積型錳礦體成因示意

(2)地形特征。地形切割強烈、白云巖溶蝕構造發育的地段為礦石的賦存提供了較大空間，易成為小規模礦體的發育部位。地形平坦、覆蓋較厚的山前平地地帶底板白云巖的溶蝕程度較低，無法形成較大的容礦空間。在原生礦帶出露的地形坡度變化較大處，不但有足夠的礦石來源，而且有十分有利的存儲空間，且地表覆蓋較薄，極易形成一定規模、分布較理想的堆積礦體。

5　結　論

(1)Postmasburg錳礦田的堆積型錳礦系由該地區早元古代的沉積-受變質型原生錳礦體破碎堆積而成。礦體分布廣泛，根據其發育位置，可劃分為山脊斜坡型、斜坡邊緣型和山前平地型等3類。斜坡邊緣型礦體規模大、連續性好、易于開采，為最具開發前景的礦體類型。

(2)礦石中的礦物成分以方鐵錳礦、褐錳礦和硬錳礦為主。Fe、Mn含量負相關性較強，總體含量穩定，與古元古代的水體環境及Fe、Mn膠體的沉積性質密切相關。

(3)礦體的形成受物源條件、構造條件和地形條件的綜合控制。其中，白云巖溶蝕構造所形成的地形為主要的影響因素。通過地勢與地形特征的分析，找礦方向應集中于低山脊的斜坡邊緣和白云巖基底的強切割部位。

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[2]付勝云，謝小青.湘西及鄰區早震旦世錳礦成礦規律探討[J].中國錳業，2010，28(3)：30-33．

[3]趙東軍，魯安懷，王麗娟，等.廣西下雷錳礦床中錳鉀礦的礦物學特征[J].北京大學學報：自然科學版，2005(6)：859-868．

[4]顏代蓉，李建威，胡明安，等.廣西下雷氧化錳礦床礦石特征及成因分析[J].地質科技情報，2006，25(3)：61-67．

[5]謝華，伊海生，張超，等.廣西下雷錳礦區定量巖相圖編制及其意義[J].金屬礦山，2015(3)：128-132.

[6]常洪倫，杜俊，馬成兵.南非Postmasburg錳礦田錳土地質特征及成因[J].現代礦業，2014(1)：70-72．

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GeologicalCharacteristicsandProspectingDirectionofDetritalManganeseOre-bodyinPostmasburgManganeseOreField,SouthAfrica

ChangHonglunLiJianfengWangJianglongWangCongyingWangHuimin

(NorthChinaEngineeringInvestigationInstitute)

Extensivedetritalmanganeseore-bodyisdevelopedinPostmasburgmanganeseorefield,SouthAfrica,whichformationisrelatedtotheoriginalmetamorphosedsedimentarymanganeseore-body.Theore-bodiesarewidelydistributedandthethicknessandshapesaredifferencewitheachother.Accordingtothedevelopmentareaofthedetritalore-bodies,theore-bodiesinPostmasburgmanganeseorefieldcanbedividedintoridgeslopetype,slopeborderlinetypeandpiedmontplaintypeore-bodies.Themaincompositionofmineralsarebixbyite,brauniteandpsilomelane.FeandMncontentswithastrongnegativecorrelation,theoverallcontentsofFeandMnisstable,whichiscloselyrelatedtothesedimentaryenvironmentinPaleoproterozoiceraandthesedimentarynaturesofFeandMncolloid.BasedonthegeologicalprospectingexplorationdataofPostmasburgmanganeseorefield,thegeologicalcharacteristicsofthedetritalmanganeseore-bodies,mineraldepositgenesisandprospectingdirectionareanalyzed,theresultsshowthattheoresisderivedfromtheoriginalmanganeseore-bodies,theintegralityandcontinuityoforiginalmanganeseore-bodiesaredestroyedbythelatemetallogenictectonicmovement,dolomitecorrosionstructuresisthemainspaceoforesoccurrence,ridgeslopeedgeistheterrainstrongcuttingarea,istheoptimalprospectingregionsofdetritalmanganeseore-bodies.

Detritalmanganeseore-body,Geologicalcharacteristics,Mineraldepositgenesis,Prospectingdirection,Originalmanganeseore-body

2016-03-18)

常洪倫(1984—),男，高級工程師，博士，050021 河北省石家莊市裕華區匯通路39號。