南非Postmasburg锰矿田找矿信息及找矿方法

常洪伦，李淼清，刘建权，陈 耀，陈晓红，洪 光，刘洪微，张金秋

（1. 华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021；2. 天津华北地质勘查总院，天津 300170；3. 广西大锰锰业集团有限公司，广西 南宁 530028；4. 东北大学秦皇岛分校，河北 秦皇岛 066004；5. 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013）

地 质

南非Postmasburg锰矿田找矿信息及找矿方法

常洪伦1，李淼清1，刘建权2，陈 耀3，陈晓红4，洪 光5，刘洪微1，张金秋1

（1. 华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021；2. 天津华北地质勘查总院，天津 300170；3. 广西大锰锰业集团有限公司，广西 南宁 530028；4. 东北大学秦皇岛分校，河北 秦皇岛 066004；5. 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013）

南非Postmasburg锰矿田发育了大规模的锰矿床，矿石品位高、质量好。通过对沉积建造信息和地质构造信息的分析，认为山体的分水岭、山坡的宽缓向斜部位为厚大矿体赋存的主要地段，可通过地质填图、地表探矿工程和投入少量钻孔的方法确定矿体分布的有利部位。

Postmasburg锰矿田；找矿信息；找矿方法

1 成矿地质背景

南非Postmasburg锰矿田位于南非北开普省东北部，北起Sishen，南至Postmasburg。北部与Kalahari锰矿田毗邻，成为仅次于Kalahari锰矿田的全球第2大锰矿田［1］。矿田形成于古元古代早期［2-3］，与Maremane隆起之上的Transvaal超群密切相关。随着古元古代成铁纪末期沉积序列的建造和Maremane隆起的出现，在矿田内形成了三条矿带。其中，东矿带形成较早，位于Maremane隆起的东侧，呈弧状分布；西矿带形成较晚，位于Maremane隆起的西侧，呈带状分布；混合带在形成时间上介于东、西矿带之中，空间上位于二者的交汇部位，因此，具有东、西矿带矿体的过渡特征。

矿体赋存于Asbesheuwels亚群的Asbestos Hill组的条带状铁质建造中，其下伏地层为Campbellrand亚群的Lime Ares组白云岩，上覆地层为一套以泥岩、粉砂岩为主的浅海碎岩屑沉积序列。这套地层继而被Postmasburg群的粉砂质泥岩局部覆盖，加之后期Ongluk安山质熔岩体的向东推覆［4］，形成了整个矿田现在的格局，见图1。

2 矿床特征

图1 Postmasburg锰矿田区域地质简要

2.1 矿床规模

Postmasburg锰矿田的3条矿带具有类似的地质特征，在空间上的连续性较强。矿床南北向伸长50 ～ 60 km，东西向展布也达到了近30 km。根据西矿带的钻孔数据，矿体的平均累加铅垂厚度为8.58 ～10.41 m，真厚度达到了8 ～ 9.7 m。矿体内部含薄层的铁质泥岩或含铁粉砂岩薄夹层，层厚一般小于3 m，数量少。矿体顶面埋深0 ～ 88 m，平均43 m。因此，属可露天开采的超大型锰矿床。

2.2 矿石特征

2.2.1 矿物组分

矿石中的矿物成分均较为简单：锰矿物主要有方铁锰矿、褐锰矿、软锰矿、硬锰矿及黑锰矿（见图2），铁矿石矿物主要为赤铁矿。其中，黑锰矿为次生成因，含量与其他几种相比明显较少。矿体不同部位的矿石中矿物成分种类一致，但各类的含量有明显区别

图2 主要矿物成分及镜下特征

矿体中央部位的中下部、底部矿石中硬锰矿和褐锰矿含量明显高于其他几种，赤铁矿一般不超过3％；矿体的边部、顶部则以方铁锰矿主，褐锰矿和硬锰矿含量较低，赤铁矿含量明显增多，并可见赤铁矿夹层或透镜体；其他部位则具有上述二者的过渡特征。

表1 样品Fe、Mn含量％

2.2.2 元素含量

本次从矿石样品分析结果中随机抽取了100件（见表1），矿石中的Fe、Mn含量因各矿物成分的含量变化而异，总体特征是随着主要矿物成分褐锰矿—方铁锰矿—赤铁矿的序列变化，Fe含量升高而Mn含量降低，前期研究已有对此的论述［5-6］。对Fe、Mn含量及其变化特征进行了分析。

通过表1可知：矿石的总体品位ω（Fe+Mn）介于35.55％ ～ 62.77％之间，平均值为51.95％。在散点图上数据点多集中于45％ ～ 60％之间（见图3），总体品位变化系数为5.82％，属于稳定范畴。

图3 铁锰总含量散点分布

ω（Fe）介于30.13％ ～ 62.41％之间，ω（Mn）介于21.83％ ～ 41.68％之间，二者的品位波动范围较大（见图4），存在明显的负相关性，相关系数达到了-0.89，表明矿石中Fe和Mn的负相关性极强。

图4 铁锰含量相关性曲线

2.2.3 矿石类型

对矿石样品分别做了锰、锰矿物的物相分析，结果表明：矿石中碳酸锰中Mn占有率平均为1.04％，硅酸锰中Mn占有率平均为1.92％，氧化锰中Mn占有率平均为96.51％；磁性铁中Fe占有率平均为0.89％，硅酸铁中Fe占有率平均为7.42％，赤铁矿中Fe占有率平均为91.28％，硫化铁中Fe占有率平均为0.26％，碳酸铁中Fe占有率平均为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。

2.3 矿床成因

Postmasburg锰矿田为沉积—受变质锰矿床的矿床类型，其成因一直是争论的热点问题。关于矿床成因也涌了多种模型，其中最为典型的为海侵—海退模型［7］和上升流模型［8］。

该成矿带形成于古元古代早期，成矿环境为浅海海盆环境。成矿物质来源于海底的火山喷气和热液岩浆物质的渗透，以胶体的形式赋存在水体中。同时，海底喷气活动不断带来大量的Fe、Mn、Si等成矿物质和酸性、还原性的气体，为形成巨型层状铁锰矿床提供了物质基础。随着古元古代大气中氧含量的升高，胶体不断被氧化而沉积于海底，铁、锰质富集成矿。此后海水退积，原有铁、锰矿体被一套泥岩、粉砂岩和石英砂岩序列所覆盖，形成了现在的沉积序列。由此推测，矿床可能为海底喷气成因，符合上升流模型的理论（见图5）。

图5 矿床成因示意

3 地质找矿信息

3.1 沉积建造信息

Transvaal超群的地层序列建造时期长，长时间的沉积以及多期次的间断、侵蚀形成了独特的沉积建造。这套沉积建造中含有多种复杂岩性，可归纳为几个岩性单元，各岩性单元主要岩性特征如下。

1） Paling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/Gamagara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10 ～ 15 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，有一定的千枚岩化或高岭土化，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 ～ 12 m。

4） 铁质细砂岩/铁质砾岩单元：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。局部铁质细砂岩代之以铁质砾岩，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 cm，略呈定向排列。厚度2 ～ 4 m。

5） 铁锰矿体单元：为Postmasburg矿田锰矿的主要赋存层位，由钢灰色、黑色锰矿石组成，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 ～15 m，因赋存部位而异。

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；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。

由以上地层序列可见，由页岩—粉砂岩—细砂岩/砾岩等一套碎屑岩组合构成了矿体的顶板。这一套岩性组合的厚度可能存在变化，但层序发育十分稳定，一般情况下没有岩性缺失。因此，这几类顶板岩性，尤其是铁质含量较高的细砂岩或砾岩在地表的出露，均能表明下部矿体或矿化体的存在，具有极其重要的指示意义。

3.2 地质构造信息

Postmasburg锰矿田的发育与古元古代白云岩岩溶系统的发育关系密切［5，9-10］，成矿后期岩溶系统的二次发育对矿体的完整性和连续性造成了一定程度的破坏，特别是底板白云岩因溶蚀发生塌陷，矿体局部发生了破碎、加厚乃至重叠。

此外，成矿后期的塌陷和区域上自西向东的推覆作用还形成了一系列弯曲程度不同的褶皱和断层。其中，褶皱的轴向均为N-S向，断层多为N-S向的压性断层，亦有E-W向的平移张性断层出现。

这些地质构造均为地质找矿提供了丰富的信息。针对溶蚀构造而言，古溶坑边部的沉积序列发育较薄，白云岩位置较高，易于发生溶蚀作用。而古溶坑中部，由于矿质的充填和厚层顶板的覆盖而得以保护，底部白云岩不易被溶蚀。因此，矿层发育较薄的背斜部位白云岩均已发生溶蚀，位置下降，形成山坡；矿层及其顶板厚大的向斜部位则保留了原有的高度，形成山脊。在横剖面上，山脊处为向斜构造且地层位置较高，而山坡处为平缓的背斜构造且地层位置相对较低，形成了类似断层的构造，实际上为底板下陷、地层坍塌所形成。

由此可见，山体的分水岭、宽缓向斜的轴部等地段为厚大矿体产出的主要部位，而山坡边缘或背斜部位则多为较薄的矿体或矿化层。

4 找矿方法

根据Postmasburg锰矿田的地层、构造特征，结合矿体赋存、出露的实际情况，可利用以下方法快速、经济、有效地确定找矿靶区。

1） 地质填图，确定顶板、矿体和底板在矿区内的出露地段，着重对矿体的直接顶板进行圈定，确定矿体或矿化带的可能分布范围。

2） 利用适量的地表探矿工程（如探槽、浅井等）对矿体顶板出露的地段进行揭露，一方面验证地质填图工作的准确性，另一方面，判断宽缓向斜的存在性及其延伸范围，从而初步圈定出厚大矿体的靶区。

3） 在靶区内实施少量钻孔，验证靶区圈定的准确性。若揭露出厚大矿体，即可按照网度在该钻孔周围继续布设钻孔；若矿体厚度不理想或未揭露矿体，则需综合考虑溶蚀构造和断层的影响，放弃在该区域内继续施工，并根据钻孔对地层的揭露情况，调整原有设想和施工方案。

5 结 语

Postmasburg锰矿田的锰矿体发育独特，矿床规模大，矿石质量好，Mn、Fe含量负相关。矿体顶、底板较为稳定，顶板地层完整。铁质细砂岩或铁质砾岩的出现为找矿的直接标志，矿区的分水岭、宽缓向斜的轴部为厚大矿体赋存的主要地段，可通过地质填图、地表探矿工程和少量的钻探工程快速、经济、有效地确定厚大矿体分布的有利部位。

［1］ 《矿产资源综合利用手册》编辑委员会. 矿产资源综合利用手册［M］.北京： 科学出版社， 2000： 252.

［2］ Gutzmer J， Beukes N J. Karst-hosted fresh-water Paleoproterozoicmanganese deposits， Postmasburg， South Africa［J］. Economic Geology， 1996，（91）： 1435-1454.

［3］ Holland H D， Beukes N J. A palaeoweathering profile from Griqualand West，South Africa： Evidence for a dramatic rise in atmosphericoxygen between 2.2 and 1.9 BYBP［J］. American Journal of Science， 1990， 290-A： 1-34.

［4］ Grobbelaar W S， Beukes N J. The Bishop and Glosam manganese mines and Beeshoek iron ore mine of the Postmasburg area［G］. In：Anhaeusser C R，Maske S. eds. Mineral deposits of southern Africa： Johannesburg， Geological Society of South Africa， 1986： 957-961.

［5］ 常洪伦， 孔繁辉， 宋晓东， 等. 南非Postmasburg地区锰矿床地质特征及成因分析［J］. 地质论评， 2014， 60（3）： 580-590.

［6］ 李建峰， 常洪伦， 郝云阳， 等. 南非Postmasburg锰矿田Bishop、Paling矿区矿石Fe、Mn相关性［J］. 现代矿业， 2015，（11）： 135-137.

［7］ Cannon W F， Force E R. Potential for high-grade shallow-marine manganese deposits in North America［C］. In： Sranks W C III. eds.， Unconventional Mineral Deposits， New York： Mining Engineers， 1983： 175-190.

［8］ Frakes L A， Bolton B R. Origin of manganese giants： Sea level change and anoxic-oxic history［J］. Geology， 1984， 12（1）： 83-86.

［9］ 常洪伦， 孔繁辉， 宋晓东， 等. 南非Postmasburg 锰矿田白云岩的控矿作用［J］. 沉积学报， 2014， 32（5）： 832-839.

［10］ 常洪伦， 杜俊， 马成兵. 南非Postmasburg南非Postmasburg 锰矿田锰土地质特征及成因［J］. 现代矿业， 2014，（537）： 70-72.

Prospecting Information and M ethods in Postmasburg M anganese Field in South Africa

CHANG Honglun1，Li M iaoqing1，LIU Jianquan2，CHEN Yao3，CHEN Xiaohong4，HONG Guang5，LIU Hongwei1，ZHANG Jinqiu1
（1. North China Engineering Investigation Institute Co. Ltd.，Shijiazhuan，Hebei 050021，China；2.Tianjin North China Geological Exploration General Institute，Tianjin 300170，China；3.Guangxi Dameng Manganese Industry Group， Ltd.， Nanning，Guangxi 530028，China；4.Northeastern University at Qinhuangdao，Qinhuangdao，Hebei 066004；5.General Institute of Chemical Geology Survey of CCGMB，Beijing 100013，China）

Large-scale manganese ore deposits develop in Postmasburg Manganese Field in South A frica w ith highgrade and good-quality ores. According to analysis of the information from sedimentary formation and geological structure， the mountain ridge and trapped syncline on slope are considered to be main occurrence locations for thick orebody. Geological mapping， surface exploration engineering and a few boreholes could be applied to defne the distributing areas of orebody.

Postmasburg Manganese Field； Prospecting information； Prospecting methods

P618.32

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.001

2016-08-02

常洪伦（1984-），男，山东菏泽人，博士，高级工程师，研究方向：矿产勘查、矿床成因，手机：15200037635，E-mail：changhonglun@126.com.