南非Postmasburg锰矿田堆积型锰矿体地质特征及找矿方向

常洪伦　李建锋　王江龙　王聪颖　王会敏

(华北有色工程勘察院有限公司)



南非Postmasburg锰矿田堆积型锰矿体地质特征及找矿方向

常洪伦李建锋王江龙王聪颖王会敏

(华北有色工程勘察院有限公司)

南非Postmasburg锰矿田内发育了大面积的堆积型锰矿体，其形成与沉积-受变质型原生锰矿体有关。区内矿体分布广泛、厚度不均、形态各异，按堆积矿发育的部位，可将矿体划分为山脊斜坡型、斜坡边缘型和山前平地型等3类。矿石主要矿物成分以方铁锰矿、褐锰矿和硬锰矿为主。Fe、Mn含量负相关性较强，总体含量稳定，与古元古代的沉积环境及Fe、Mn胶体的沉积性质密切相关。结合区内地质勘探资料，对区内堆积型锰矿地质特征、矿床成因以及找矿方向进行了探讨，认为区内矿石来源于原生锰矿体，成矿后期的构造运动破坏了原生矿体的完整性和连续性，白云岩溶蚀构造是矿石赋存的主要空间，山脊斜坡边缘为地形强切割地段，是寻找堆积矿的优选部位。

堆积矿地质特征矿床成因找矿方向原生锰矿

南非锰矿资源十分丰富，主要集中于Kalahari-Postmasburg锰矿成矿带上，该成矿带位于南非北开普省西北部，分为北部Kalahari锰矿田及南部Postmasburg锰矿田。其中，Postmasburg锰矿田北起Sishen以北，南至Postmasburg以南，纵向延伸50～60km，东西宽约30km。Postmasburg锰矿田发育了多种成矿类型，以原生的沉积-受变质型为主，堆积型次之，其次有淋积型和锰土型。堆积型锰矿分布十分广泛，其形成与沉积-受变质型原生锰矿体密切相关。堆积型锰矿床埋藏浅、矿石品位高且易分选，日趋成为当地矿业公司开发的重点对象。为进一步指导区内找矿及资源开发工作，本研究对Postmasburg锰矿田的堆积型锰矿体地质特征及找矿方向进行深入分析。

1　区域地质概况

Postmasburg锰矿田(图1)的形成与该地区前寒武纪Maremane隆起有关，该隆起由Transvaal超群Ghaap群Campbellrand亚群的白云岩和Asbesheuwels亚群的铁质建造组成(2.15～2.64Ga)。Maremane隆起东翼地层以弧状形式东倾，倾角一般小于10°，西部地层则西倾，倾角有时可达30°。矿田西部的Koegas组铁质建造、Makganyene组陆源混积岩及Ongeluk安山质熔岩被SN走向的断裂推覆至Gamagara组之上，自西向东产生的位移至少35km(图2)。Maremane隆起之上发育了东、西2条矿带及混合带，他们形成的地质背景有所差异：东矿带形成较早，以富Wolhaarkop燧石角砾岩的多层锰矿体为特征；西矿带形成较晚，以富铁的锰质建造为特征；混合带则兼具二者的特征，形成时间也介于二者之间。Maremane隆起以上的地层较复杂，为1套含铁锰建造的碎屑岩沉积序列，形成于Gampbellrand亚群的白云岩被溶蚀之后。东部的铁锰建造开始形成时，西部的白云岩仍继续遭受侵蚀，因此该段铁锰建造沉积缺失，沉积作用始于其后期的Gamagara页岩组。成矿后期，沉积序列周围的白云岩被侵蚀，锰质填充物作为残余山体被保留。锰矿石堆积于Maremane隆起西侧，部分被上覆的石英岩覆盖保护，最新形成的小型溶坑也被矿石颗粒填充，形成的堆积型矿体分布广泛。

2　堆积型锰矿地质特征

堆积型锰矿在全球分布广泛，我国较典型的有湖南湘潭锰矿和广西下雷锰矿[1-5]。该类型矿体的形成一般都与原生锰矿体有关，但矿体的形态、分布则受地形地貌的影响。Postmasburg锰矿田的原生锰矿储量大、品位高、地形较平缓、基底溶蚀构造发育，因此，该区的堆积型锰矿有其独特的性质。

2.1矿体形态

成矿后期，Postmasburg锰矿田构造破碎作用十分复杂，基底白云岩遭受了较强烈的溶蚀作用，致使原生矿体局部崩塌破碎，矿石出现了大范围的运移。在整个矿田内，堆积型矿体分布十分广泛，除了一些低平地势外，其他部位均有堆积型矿体存在。

图1　Postmasburg锰矿田位置及矿带分布

图2　Postmasburg锰矿田区域地质概况

(1)山脊斜坡型。多分布于山脊东侧斜坡上，沿地形线呈长条状出露，长度一般不超过300m，宽约100m。矿体多呈透镜状、扁豆状或勺状，厚度变化大，工程揭露厚度0.4～2.3m(图3(a))。矿石颗粒粗大，粒径一般在3cm以上，最大可达30cm，磨圆度较差，多呈次棱角状或次圆状，系由原上矿体分解出的矿块经短距离搬运，在白云岩溶蚀地形内堆积富集形成。

(2)斜坡边缘型。主要分布于山脊斜坡的边缘地带，东、西侧均有出露，呈带状分布，长度可达1.5km，宽100～300m。矿体呈盘状或似层状，厚度普遍较大且较稳定，一般厚1.8～4.2m(图3(b)、图3(c))。矿石颗粒均匀，粒径1～3cm，磨圆度较好，多为次圆状—圆状，矿石分选性较好，系由矿石经搬运后在山脊斜坡边缘地势变缓处堆积富集形成，是堆积型矿体开采的主要类型。

(3)山前平地型。主要分布于山脊斜坡东侧的平原地带，呈面状分布，展布范围可达500m。矿体多呈层状，厚度较薄且延伸较稳定，厚度一般0.9～2.3m(图3(d))。矿体上部多覆盖有第四系粉砂土，植被茂密。矿石颗粒细小，粒径一般小于1cm，磨圆度和球度均较高，分选良好，堆积致密，偶可见次生固结成板状，常与斜坡边缘型矿体相连接，界线不明显，由于该类型矿体规模不大且具有一定的顶板覆盖物，因而目前尚未被开采。

图3　堆积型锰矿矿体形态

2.2矿体组分

区内堆积型矿体主要由铁锰矿石、石英砂岩砾石和土壤组成，其中铁锰矿石为主要组分，采样测得矿体的含矿率最低60.0%，最高97.6%，平均78.8%(图4)，总体含矿率较高，达到了工业矿体的要求。矿体内石英砂岩较常见，通常呈圆状或次圆状，与矿石混杂分布，此外，可见其他岩性转石或岩屑，颗粒较铁锰矿石和石英砂岩砾石小，他们共同构成了矿体的支撑物。土壤为主要填充物，由红色沙性土及少量黏性土组成。其他成分主要为腐殖质，含量较少。

图4　矿体含矿率分布散点

2.3矿物成分

矿石矿物成分均较简单，与原生铁锰矿体成分一致。锰矿物主要有方铁锰矿、褐锰矿、黑锰矿、硬锰矿及软锰矿，铁矿石矿物主要为赤铁矿(图5)。

图5　矿石主要矿物成分

(1)方铁锰矿。黑色、黄白色，金属光泽，晶形为立方体或八面体，晶体常呈半自形粒状产出，集合体呈粒状产出。个别晶形发育较好，粒径大于1mm，常被黑锰矿交代，呈残留的细纹状或细纹带状定向分布。

(2)褐锰矿。黑、灰黑、棕黑至钢灰色，半金属光泽，晶体呈双锥状，通常呈粒状、隐晶质块状集合体。晶形不发育，一般小于0.01mm，常与黑锰矿共生形成纹层状构造，纹层以褐锰矿为主，局部可见黄白色方铁锰矿晶粒，粒径约0.002mm。

(3)黑锰矿。棕黑色，半金属光泽，晶形不发育，常呈隐晶质结构，多为粒状集合体，中间可见其他矿物颗粒，有时见不规则双晶交代方铁锰矿，或被硬锰矿交代。

(4)硬锰矿。黑色，隐晶—微晶结构，半金属光泽，常为角砾状构造，集合体形状不规则，与方铁锰矿、黑锰矿等连生。

(5)软锰矿。灰黑色，金属光泽，含量较少，多发育于晶洞中，呈柱状晶簇，晶体主要呈针状，部分发育锥面，大小不等，多数小于1.5mm，在晶洞边部呈针状、纤维状交代方铁锰矿，常见于锰染风化泥岩中，晶形不发育，易染手。

(6)赤铁矿。红褐色，鳞片状结构，风化后常呈土状，偶见双锥状巨晶，晶面纵纹发育，解理较明显，裂隙内可见少量软锰矿和黏土矿物。

2.4矿石类型

区内各类矿石样品物相分析结果表明：①w(TMn)18.47%～47.81%，其中碳酸锰中Mn占有率0.48%～3.41%，平均1.04%；硅酸锰中Mn占有率0.63%～4.92%，平均1.92%；氧化锰中Mn占有率92.16%～98.36%，平均96.51%；②w(TFe)27.03%～60.60%，其中磁性铁中Fe占有率0.10%～2.39%，平均0.89%；硅酸铁中Fe占有率0.44%～39.04%，平均7.42%；赤铁矿中Fe占有率58.09%～99.14%，平均91.28%；硫化铁中Fe占有率0.12%～0.50%，平均0.26%；碳酸铁中Fe占有率0.25%～0.63%，平均0.43%。由此可见，矿石中的锰矿物主要为氧化锰，铁矿物主要为氧化铁，矿石均为氧化矿石类型。

2.5Fe、Mn含量特征

Postmasburg锰矿田西矿带的原生矿中有用元素主要为Fe、Mn，且不同矿石类型中Fe、Mn含量均呈现出负相关性[6-7]。本研究对采集的堆积矿石样品进行了分析，结果表明：矿石中Fe、Mn含量具有较强的负相关关系，相关系数达-0.81，在图像上显示为2条此消彼长的曲线(图6)；而Fe+Mn的总品位多为50%～60%，曲线较平稳(图7)，平均品位54.78%，品位变化系数5.37%。由此可见，Fe、Mn虽然含量负相关，但总体含量较稳定。

图6　Fe、Mn品位曲线

Fe、Mn品位出现上述特征的原因：①水体、大气环境因素，古元古代的缺氧环境使得水体中的Fe、Mn仅能以胶体的形式存在，随着水体中蓝藻和细菌的大量出现，成铁纪过渡至层侵纪时，水体中的氧含量已足够使Fe、Mn胶体接受氧化而沉淀并沉积，在沉积过程中，由于Fe、Mn胶体物理性质的相似性，胶体的沉积性质差异较小，导致沉积物中Fe、Mn胶体无明显的界线；②Fe、Mn化学性质的相似性，随着Fe对Mn的替换，能够形成软/硬/褐锰矿-方铁锰矿-赤铁矿的变化序列，根据矿石中各类矿物成分含量可划分为不同的矿石类型。

图7　Fe+Mn总体品位曲线

3　矿床成因

(1)物源条件。矿田内带状出露的3条原生锰矿带的锰矿资源十分丰富。前人资料中提供的矿层平均厚度3～5m，而工程施工中揭露的矿体最大厚度甚至达到12m。矿带的南北延伸长度近40km，宽1～3km。巨大的原生锰矿资源量为堆积型矿体提供了充足的矿石来源，因此锰矿石几乎遍布整个矿田。

(2)构造条件。Postmasburg锰矿田原生矿带的成矿期为早元古代(2.432±0.031Ga)，成矿后期经历了复杂的构造活动，尤其是西部的安山质熔岩向东逆冲推覆，使矿带受挤压而被错成大小不等的断块，矿体破碎严重，仅有部分矿体在断块中得以保存，且相对完整。矿体解体后形成了大量的矿块，成为堆积型锰矿体的主要矿石来源。

(3)地形条件。矿田内白云岩分布广泛，成为矿床的基底。成矿后期，沉积序列因抬升隆起而暴露，白云岩遭受溶蚀，形成了1套岩溶系统。随着溶蚀作用的进行，含矿沉积序列因顶部石英岩的覆盖而得以保存，形成了目前的低山脊，而其余部位均继续溶蚀塌陷，成为山脊周边的平地。同时，溶蚀形成了大量的溶坑和溶沟，为矿石的堆积和富集提供了良好的赋存空间。该地形特征为矿石的转移和搬运提供了条件，有利于矿石在不同的部位富集而形成不同特征的堆积型矿体(图8)。

4　找矿方向

(1)地势特征。山脊斜坡近矿石源地带地势一般较高，局部发育白云岩的溶蚀洼地，但溶蚀空间小，分布不连续，仅能形成小规模的矿体。山前平地地势较低，不利于矿石的长距离连续搬运和富集，因此多形成矿石层，通常达不到工业开采厚度。斜坡边缘地带是矿石堆积和富集的最佳部位，山脊边坡与平地的交界处普遍发育较大规模的连续矿体。

图8　Postmasburg锰矿田堆积型锰矿体成因示意

(2)地形特征。地形切割强烈、白云岩溶蚀构造发育的地段为矿石的赋存提供了较大空间，易成为小规模矿体的发育部位。地形平坦、覆盖较厚的山前平地地带底板白云岩的溶蚀程度较低，无法形成较大的容矿空间。在原生矿带出露的地形坡度变化较大处，不但有足够的矿石来源，而且有十分有利的存储空间，且地表覆盖较薄，极易形成一定规模、分布较理想的堆积矿体。

5　结　论

(1)Postmasburg锰矿田的堆积型锰矿系由该地区早元古代的沉积-受变质型原生锰矿体破碎堆积而成。矿体分布广泛，根据其发育位置，可划分为山脊斜坡型、斜坡边缘型和山前平地型等3类。斜坡边缘型矿体规模大、连续性好、易于开采，为最具开发前景的矿体类型。

(2)矿石中的矿物成分以方铁锰矿、褐锰矿和硬锰矿为主。Fe、Mn含量负相关性较强，总体含量稳定，与古元古代的水体环境及Fe、Mn胶体的沉积性质密切相关。

(3)矿体的形成受物源条件、构造条件和地形条件的综合控制。其中，白云岩溶蚀构造所形成的地形为主要的影响因素。通过地势与地形特征的分析，找矿方向应集中于低山脊的斜坡边缘和白云岩基底的强切割部位。

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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)

常洪伦(1984—),男，高级工程师，博士，050021 河北省石家庄市裕华区汇通路39号。