南非主要金礦集區(qū)研究現(xiàn)狀及存在問題

王杰，任軍平，何勝飛，許康康，劉曉陽，左立波，孫凱，龔鵬輝，賀福清

天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津，300170

內(nèi)容提要: 南非是世界上金礦石資源量最為豐富的國家，其金礦床主要產(chǎn)于東北部地區(qū)，主要有三種類型：① 賦存于蘭德盆地礫巖型建造中的“蘭德”礫巖型金礦床，② 產(chǎn)在綠巖帶中的綠巖帶型金礦床,和③主要與白云巖有關(guān)的白云巖型金礦床，以前兩種類型為主?！疤m德”礫巖型金礦床通常品位高，開采規(guī)模最大，目前采礦的深度最大，是南非最重要的礦床類型，其礦床成因長期以來存有爭議，主要有兩種觀點(diǎn)，分別是砂礦模式和熱液模式，就目前資料來看筆者等認(rèn)為其代表了兩個(gè)不同的礦化階段；綠巖帶型金礦床則以巴伯頓地區(qū)為代表，礦床具有規(guī)模大、易開采等特征，因此在南非金礦床開采中占有重要位置，其礦床主要賦存于石英脈或剪切帶中, 礦床成因主要有三種，分別是火山成礦模式、轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式和構(gòu)造交叉模式。

中國是黃金的消費(fèi)大國,而且有逐年增加的趨勢，據(jù)中國黃金協(xié)會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示(劉曉峰，2013)，2002年中國黃金消費(fèi)量僅為206.7 t，到2008年，這一數(shù)值增長到425.7t。2011年，黃金消費(fèi)量為761.05 t，比上年增長了近190 t，增幅高達(dá)33%。2012年再創(chuàng)新高，全國黃金消費(fèi)量832.18 t，比上年增加71.13 t，同比增長9.35%。2013年上半年全國黃金消費(fèi)量達(dá)到706.36 t，比2012年上半年增加246.78 t，同比增長53.7%(中國黃金協(xié)會，2013)。南非地處非洲的最南端，作為世界上金礦石資源最為豐富的國家之一，據(jù)報(bào)道目前全球已查明黃金資源儲量約為10萬噸，其中南非是全球最大的黃金資源擁有國，已查明資源儲量為3.1萬噸，黃金的儲量居世界第一位(佚名，2011)。

南非主要金礦床分布于東北部的威特沃特斯蘭德(Witwatersrand)盆地和巴伯頓(Barberton)地區(qū)綠巖帶中(圖1)，其中98%的黃金產(chǎn)自蘭德盆地的太古宙礫巖中，一百年來其黃金總產(chǎn)量居世界各種類型金礦之首(其它地區(qū)著名的礫巖型金礦床如加納的塔庫瓦(Tarkwa)金礦床和巴西的雅科比納(Jacobina)金礦床)，其礫巖礦床中金主要呈很細(xì)的分散狀態(tài)的自然金(5～100μ)，金礦體以豐富的黃鐵礦為標(biāo)志，伴隨有硫化物、砷化物和硫鹽類等(Boyle，1989;陳毓川等，1995)。礫巖型金礦是地質(zhì)時(shí)期最早的古砂金，其主要形成于克拉通穩(wěn)定地塊內(nèi)的裂谷盆地中，長期接受風(fēng)化剝蝕物的沉積。然而產(chǎn)于巴伯頓地區(qū)綠巖帶中的綠巖型金礦床，該類型金礦床具有規(guī)模大、易開采等特征，因此在南非金礦床開采中占有重要位置。相比較威特沃特斯蘭德盆地礫巖型和巴頓山地區(qū)綠巖帶型金礦床，白云巖型金礦床分布少，儲量小。

鑒于南非金礦床主要產(chǎn)于東北部地區(qū)，而對金礦床的研究也主要集中在這個(gè)地區(qū)，因此，可以說威特沃特斯蘭德盆地礫巖型(簡稱蘭德礫巖型)和巴頓山地區(qū)綠巖帶型金礦床的研究現(xiàn)狀基本上就代表了南非金礦床的研究現(xiàn)狀。

圖1 南非金礦床分布圖(引自Vorster,2005)Fig. 1 South African mineral resources(after Vorster,2005)

我們在執(zhí)行國家地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“非洲中南部重要礦床地質(zhì)背景、成礦作用和找礦潛力研究項(xiàng)目”(項(xiàng)目編號：1212011220910)期間，對南非東北部金礦床的有關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)收集和整理，對該地區(qū)金礦床成礦規(guī)律的研究現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行了總結(jié)，這不僅提高了我們對“蘭德”礫巖型和巴頓山地區(qū)綠巖帶型金礦床成礦規(guī)律的認(rèn)識，也為國內(nèi)金礦床的找礦提供了借鑒，而且為國內(nèi)企業(yè)在南非東北部金礦床的找礦勘查提供基礎(chǔ)信息和理論指導(dǎo)。

1 研究歷史

南非的金礦最早由Karel Kruger (1834年)在德蘭士瓦(Transvaal)狩獵探險(xiǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，接著1852年John Henry Davis在Groote Paardkraal農(nóng)場中發(fā)現(xiàn)了砂金，隨后大約在1867年，Mauch制作出德蘭士瓦地區(qū)第一張地質(zhì)圖(Howarth，2012)?！疤m德”礫巖型金礦床1886年由George Harrison發(fā)現(xiàn),其金礦床開發(fā)已超過120年，威特沃特斯蘭德盆地區(qū)區(qū)域地質(zhì)填圖最早是由Mellor(1917a)完成，并且在后期地質(zhì)工作中對其不斷補(bǔ)充和完善，通過前期工作，他們對金礦床的研究有了更深的認(rèn)識。Mellor(1917b)首先提出盆地地層劃分，并且分別在1980年和2006年由南非地層術(shù)語和命名規(guī)則(SACS)所修訂，Mc Carthy(2006)對該地區(qū)地層也進(jìn)行了較全面回顧和總結(jié)。Mossman 等(1985)對“蘭德”型金礦床的地球化學(xué)及古原核生物群落對金的溶解和沉淀可能發(fā)生的影響進(jìn)行了深入的研究。Dankert 等(2010)對蘭德盆地的構(gòu)造特征和大地構(gòu)造演化史進(jìn)行了較詳細(xì)的評述，為該類型金礦床的研究提供了較為詳實(shí)的資料。許多學(xué)者通過可識別的傾斜的富礦脈和礦床內(nèi)部礦體的勘探地質(zhì)特征建立了礦石建造的沉積階段模型和礦石再運(yùn)移及富集的構(gòu)造模型，同時(shí)也研究了盆地的區(qū)域沉積歷史(Burke et al.,1986;Beukes,1990; Stanistreet and Mc Carthy,1991; Catuneanu,2001;Mossman et al.,2008)，并且許多地質(zhì)工作者對盆地地理中心的弗里德堡(Vredefort)撞擊構(gòu)造也進(jìn)行了研究(Mayer and Albat,1990;Lana et al., 2006)。

自從1883年巴伯頓地區(qū)金礦床的發(fā)現(xiàn)以來,超過345 t金已經(jīng)從超過350個(gè)礦點(diǎn)中生產(chǎn)出來,其中大部分來自于希巴(Sheba)(123.7 t), 費(fèi)爾維尤(Fairview)(63.4 t)和新康索特(New Consort)(68.5 t)礦床(Anhaeusser,1986;Ward,1999;Dirks et al.,2009)。早期地質(zhì)工作以Hall(1918)為代表,南非地質(zhì)調(diào)查局為其出版了該地區(qū)1∶5萬地質(zhì)圖，后期較為完善的巴伯頓地區(qū)區(qū)域地質(zhì)填圖工作首次由Anhaeusser于1981年完成,并且對其巖石學(xué)特征也進(jìn)行了研究。Dirksa 等(2013)對巴伯頓綠巖帶中應(yīng)力特征，后造山伸展特征和3.01Ga的金礦化特征進(jìn)行了較全面的分析。巴伯頓綠巖帶金礦床具有壓扭性構(gòu)造以及地體增生等特征,一般認(rèn)為該類型礦床屬于造山型金礦床(de Ronde et al.,1992;Goldfarb et al.,2005; Dziggel et al.,2010)(圖1)。

2 地質(zhì)背景

對于南非東北部的金礦床研究，首先我們要從其區(qū)域構(gòu)造演化說起，南非卡普瓦爾(Kaapvaal)克拉通在3.5～2.0 Ga期間經(jīng)受了重要的構(gòu)造演化，包括其在早期洋殼地體合并后，其南部和中部在3.1 Ga時(shí)期已合拼成一個(gè)單元;其北部和西部花崗綠巖地體(包括穆奇森(Murehison)島弧)的合拼是3.1 Ga開始的地體增生的結(jié)果，并形成了之間的林波波麻粒巖片麻巖地體。在此期間，卡普瓦爾克拉通中部經(jīng)受了拉伸作用，促使維特瓦特斯蘭德、多米尼安、龐戈拉和文特斯多普盆地的發(fā)育，即以花崗巖—綠巖地體的構(gòu)造、沉積盆地發(fā)育及威特沃特斯蘭德盆地的變形表現(xiàn)的最為明顯(李上森，1996)。

巴伯頓地區(qū)綠巖帶型金礦床,主要賦存于石英脈或剪切帶中(Frimmel,2008)，Goldfarb 等(2005)認(rèn)為太古代綠巖為主的金礦床一般屬于造山型金礦床,并且特征復(fù)雜以及經(jīng)歷多階段變形歷史,涉及剪切帶,脈以及母巖的低至中級變質(zhì)特征(Groves et al.,1998)。該類型金礦床已經(jīng)具有變形構(gòu)造晚期階段的增生事件特征,一般從壓扭狀態(tài)直至扭斷狀態(tài)(Kerrich et al.,2000;Begg et al.,2009)。在巴伯頓綠巖帶中發(fā)育的斯瓦士蘭(Swaziland)超群(3.55～3.16 Ga)，整個(gè)地層厚度大于20km,其自下而上分為3個(gè)群：昂弗瓦特(Onverwacht)群、無花果樹(Fig Tree)群和摩德斯(Moodies)群(Brandl et al.,2006；陳毓川等，1995)。昂弗瓦特群主要由鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山巖和少量長英質(zhì)火山巖，凝灰?guī)r和沉積巖組成，厚度大于15km，形成于3.55～3.26 Ga時(shí)期的淺海相環(huán)境(Lowe and Byerly, 2007; Byerly et al.,1996)。無花果樹群主要形成于深?！獪\海相環(huán)境，是泥質(zhì)單元，厚度約2km,由濁積巖、頁巖、硬砂巖、隧石、BIF建造和粗粒陸源碎屑巖組成，次要的有集塊巖、凝灰?guī)r和英安質(zhì)熔巖，不整合產(chǎn)在昂弗瓦特群上(Hofmann,2005)。摩德斯群屬于淺海相環(huán)境，是砂質(zhì)沉積巖，厚度3.5～5km,主要巖類有礫巖、石英巖、硬砂巖、砂巖，次要巖類包括BIF建造、燧石和鎂鐵質(zhì)火山巖。該群呈假整合到不整合于無花果樹群之上,其年齡從最早的3226±1Ma(Kamo and Davis,1994)至3160 Ma(de Ronde and de Wit,1994)。

3 威特沃特斯蘭德礫巖型金礦

3.1 礦床特點(diǎn)

蘭德型金礦床位于約翰內(nèi)斯堡南部的威特沃特斯蘭德盆地周圍(圖2)，因此其全稱為威特沃特斯蘭德古礫巖型金(鈾)礦，簡稱為蘭德礫巖型金(鈾)礦，又因?yàn)樗櫟V資源材料少，本文主要講其金礦特征，故本文中簡稱為蘭德礫巖型金礦。蘭德盆地呈北東向狹長的橢圓形展布，北東向延伸350km，北西向?qū)捈s300km,盆地面積約100000km2。

圖2 威特沃特斯蘭德盆地地質(zhì)圖(引自Dankert et al.,2010)Fig. 2 Schematic geological map of the Witwatersrand Basin(after Dankert et al.,2010)

威特沃特斯蘭德盆地邊緣主要包括有8個(gè)金礦田，即東部蘭德(East Rand)、南部蘭德(South Rand)、中部蘭德(Central Rand)、西部蘭德(West Rand)、Wits Line西部，克萊克斯多普(Klerkdorp)、卡勒頓維累(Carlitonville)、自由邦省 (維爾科姆)和埃溫德(Evander)金礦田(圖2)，總計(jì)有100多個(gè)金礦床，其中已生產(chǎn)出黃金900t以上的9個(gè)超大型金礦床分別是:Driefountain(屬卡勒頓維累金礦田)、Crown Mine(中部蘭德金礦田)、ERPM(中部蘭德金礦田)、Vaal Reefs(克勒克多普金礦田)、Eastern Holdings(韋爾科姆金礦田)、Western Deep Levels(卡勒頓維累金礦田),Blybaoruitzicht(卡勒頓維累金礦田)、Free State Geduld(韋爾科姆金礦田)和Government GM Areas(東部蘭德)。

盆地的基底為斯瓦士蘭超群和太古宙花崗巖組成的卡普瓦爾克拉通，礫巖型金礦就是產(chǎn)在太古宙花崗巖—綠巖帶組成的基底上。在盆地的西北部出露有昂弗瓦特群和無花果樹群、摩德斯群的巖石，太古宙的花崗質(zhì)巖石廣泛出露在盆地的外圍和中部的弗里德堡(圖2)。盆地中沉積了巨厚的元古宙火山—沉積巖系，自下而上可分為多米尼安群、維特瓦德斯蘭德超群和文特斯多普超群(圖3)，其中礫巖型金礦床主要產(chǎn)于威特沃特斯蘭德超群中。威特沃特斯蘭德超群的各地層出露差異較大，由于沉積超覆或侵蝕作用，有時(shí)候缺失一個(gè)亞群、甚至幾個(gè)亞群。在巖石中細(xì)粒沉積物所占百分比低，這表明沉積作用形成于高能環(huán)境中。

圖3 蘭德盆地區(qū)域沉積事件和構(gòu)造 事件示意圖(引自Dankert et al.,2010)Fig. 3 Schematic events chart for deposition and tectonic events for the Witwatersrand basin (after Dankert et al.,2010)

陳毓川等(1995)認(rèn)為蘭德礫巖型金礦床位于太古宙火山沉積巖層序和花崗巖穹窿之間的下陷部分，盆地底部的形狀影響著金礦床的沉積，使其呈現(xiàn)出河積扇或扇形三角洲的形狀。金主要產(chǎn)在5個(gè)地質(zhì)位置(但分布非常不規(guī)則): ① 礫巖的膠結(jié)物中；② 在小侵蝕溝里與黃鐵礦碎屑伴生；③ 在不同沉積旋回之間砂層中的不整合面上；④ 在泥層上的不整合面上；⑤ 在碳質(zhì)層中的不整合面上，許多含金層在底部接觸面上顯著富集，但富集程度不一。

Dankert和Hero(2010)對蘭德盆地的構(gòu)造特征和大地構(gòu)造演化史進(jìn)行了較詳細(xì)的評述，認(rèn)為以前對蘭德盆地構(gòu)造特征的研究主要集中在3個(gè)方面：① 局部構(gòu)造研究；② 金礦田尺度研究；③ 主要基于局部和金礦田尺度調(diào)查的區(qū)域尺度的構(gòu)造歷史綜合研究。他們認(rèn)為Umzawami和Ukubambana兩個(gè)變形事件標(biāo)志著蘭德盆地和德蘭士瓦盆地中沉積作用的結(jié)束,兩個(gè)變形事件分別是2.7Ga和2.2～2.0 Ga褶皺逆沖帶的演化，并且這些特征與超大陸旋回演化相關(guān)。中間階段(即2.7～2.2 Ga)特征至少包括4個(gè)盆地形成事件，其峰值分別位于Klipriviersberg群火山沉積層序、Platberg群、Chuniespoort群和Pretoria群的沉積層序中，其中形成于Umzawami變形事件期間(或較晚)的盆地建造促進(jìn)了構(gòu)造的相互作用(圖3)。

在區(qū)域上一些巖墻和巖床橫切太古宙基底和威特沃特斯蘭德超群、文特斯多普超群、德蘭士瓦超群和卡魯超群，并形成重要的地質(zhì)時(shí)間標(biāo)記(Ellis,1940;Grohmann, 1988)。它們與Klipriviersberg群的雙峰式拉斑玄武巖—英安巖的侵位(Bowen et al.，1986；約2.72 Ga)，布什維爾德(Bushveld)雜巖體中的鎂鐵質(zhì)層狀侵入體(約2.06 Ga)，Pilanesberg雜巖體中的輝綠巖巖墻(約1.3～1.1 Ga)以及形成卡魯盆地泛流噴發(fā)玄武巖巖漿侵入通道的輝綠巖巖墻有關(guān)。

對蘭德金礦田中的變質(zhì)作用研究可追溯到上世紀(jì)初期(Young,1917)，后來僅有Phillips(1987)一直從事這項(xiàng)研究，直到上世紀(jì)80年代以后變質(zhì)作用研究又得到人們的重視(Firmmel et al.,2005)。Phillips(1989)研究了幾乎所有的泥質(zhì)層礦物成分，結(jié)果表明區(qū)域綠片巖相的變質(zhì)事件曾經(jīng)影響了每一個(gè)金礦,葉蠟石—硬綠泥石—綠泥石—白云母—石英—黃鐵礦變質(zhì)組合的溫度為350±50℃，其壓力約為0.2 GPa。在漸進(jìn)的變質(zhì)作用時(shí)期，脫水反應(yīng)產(chǎn)生含水流體相，其在整個(gè)盆地內(nèi)以廣泛的受壓溶液，含水礦物和石英細(xì)脈的形式進(jìn)行,并因此引起了大量元素的遷移。變質(zhì)流體的遷移現(xiàn)象表現(xiàn)為不均勻的含金石英薄脈，而不是表現(xiàn)為整個(gè)過程中流體的流動特征，其中變質(zhì)礦物組合與黃鐵礦和含水流體保持平衡。Phillips(1989)認(rèn)為總厚度為2 km的頁巖(原含有10%的水，僅其中的1%析出，在1 km2范圍內(nèi)可排出5000萬噸水)，去水后可產(chǎn)生大量流體，變質(zhì)溫度比以往估計(jì)的溫度要高得多，這在變質(zhì)高峰期可引起金在流體中的遷移，因此蘭德盆地的變質(zhì)條件并不低于許多太古宙綠巖帶的變質(zhì)條件。

3.2 礦床成因

蘭德盆地屬于一個(gè)復(fù)式向斜，早期褶皺走向變化較大，晚期褶皺則為北西走向。Clendenin 等(1988)認(rèn)為多米尼安群、維特瓦特斯蘭德超群、文特斯多普群、德蘭士瓦層序下部的沉積地層是代表一個(gè)單一的三階段裂谷系統(tǒng)(時(shí)間在3.0 ～2.5Ga之間)，該裂谷可能在2.0 Ga時(shí)再次活化。目前資料表明，該套沉積地層建造可能是裂谷系中熱液沉積物。對于蘭德礫巖型金礦床的成因長期以來有著爭議，綜合前人大量資料(Robb and Meyer，1985；Boyle，1989；Phillips,1989；Jolley et al.，2004；Beach and Smith，2007；Phillips and Law，2000)，作者將蘭德盆地地區(qū)金礦床的成因模式歸納為兩種：砂礦模式(Placer model;Robb and Meyer，1985)和熱液模式(Hydrothermal Model; Phillips and Law,2000)。

圖4 蘭德盆地單扇三角洲砂金成礦 模式(引自Pretorius,1976)Fig. 4 The placer model with a single fan delta of the Witwatersrand basin(after Pretorius,1976)

3.2.1 砂礦模式(Placer model)

通過地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)等方面研究，大多數(shù)學(xué)者支持砂礦模式(Placer model;Robb and Meyer，1985；Boyle，1989；陳毓川等，1995)，認(rèn)為金最初是以細(xì)粒和質(zhì)點(diǎn)(粉金)沉積于廣闊的三角洲中(圖4)。對蘭德金礦的礦源層問題曾有過長期的爭論，砂礦模式認(rèn)為金礦的分布受沉積學(xué)和巖性強(qiáng)烈控制，而熱液論者則強(qiáng)調(diào)礦石礦物組合的次生特征。這個(gè)爭論在1967年Davison逝世時(shí)得以平息，從那時(shí)起人們廣泛的接受了砂礦模式。在這個(gè)模式中，原生的碎屑金具有它現(xiàn)在位置、成分以及在溶液中可有小規(guī)模的移動。Robb和Meyer (1985)詳細(xì)講解了砂礦模式，并且這個(gè)砂礦模式在后期的工作中也得到了驗(yàn)證。

3.2.2 熱液模式(Hydrothermal Model)

Jolley 等(2004)和Beach和Smith(2007)的研究證明盆地中構(gòu)造通道的存在性, Jolley 等(2004)對盆地尺度上的構(gòu)造和金礦化作用之間的相互關(guān)系進(jìn)行了廣泛而細(xì)致的研究，認(rèn)為構(gòu)造和金礦化作用之間存在必然聯(lián)系，也認(rèn)為從微觀至宏觀尺度上逆沖構(gòu)造通道對于金的熱液再活化有促進(jìn)作用。關(guān)于蘭德金礦中金來源的問題，Phillips(1989)認(rèn)為金在進(jìn)入世界上最主要的太古代綠巖帶金地層以前，就存在于蘭德盆地中。變質(zhì)條件、流體流量、流體通道、流體流動和金的溶解度足以在蘭德超群的區(qū)域變質(zhì)過程中引入金。Phillips和Law(2000)詳細(xì)講解的熱液模式(Hydrothermal Model)，認(rèn)為蘭德盆地中的大部分礦床經(jīng)歷了以下3個(gè)連續(xù)的礦化或再活化演化階段(圖5)。

圖5 蘭德金礦床的熱液模式 (引自Phillips et al.，2000)Fig.5 The hydrothermal model of the Witwatersrand gold deposits(after Phillips et al.，2000)

(1) 早期盆地階段：在陸相裂谷時(shí)期多米尼安群沉積,接著地層發(fā)生坳陷，隨后西蘭德群早期地層開始沉積(圖5a)。

(2) 早期成巖階段：擠壓構(gòu)造時(shí)期，多米尼安群時(shí)期伸展斷層可能再活化，導(dǎo)致底部多米尼安群擠壓并促使其沿盆地邊緣隆起，大氣降水沿盆地邊緣隆起滲入地下，沿河流相沉積物通道進(jìn)入并且進(jìn)入部分固結(jié)的不整合面，盆地沉積作用和所經(jīng)歷的埋藏溫壓條件促使碳?xì)浠衔锏男纬?。這些流體的遷移受到盆地邊緣變薄地層的強(qiáng)烈控制(圖5b)。

③金礦化階段：Klipriviersberg火山活動和快速掩埋的火山堆代表威特沃特斯蘭德沉積的終止，隨之持續(xù)的逆斷層變形與下部多米尼安群和鎂鐵質(zhì)綠巖殘留體的變質(zhì)液化作用加劇了綠巖—角閃巖邊緣的液化作用，使其釋放水、硫、二氧化碳和金，并沿構(gòu)造進(jìn)入中蘭德群變質(zhì)巖中。Klipriviersberg火山作用有利于變質(zhì)的高壓力流體沿著不透水層和脆—韌性斷裂進(jìn)入，進(jìn)而碎屑鐵氧化物的硫化作用和遷移的碳?xì)浠衔锏倪€原作用促使金的沉淀(圖5c)。

通過以上砂礦模式和熱液模式的資料分析，這兩種模式均具有層狀礦體特征，并且Au可能具有相同來源即來源于早期的綠巖—角閃巖，其最大的不同點(diǎn)就是通過不同的運(yùn)移方式形成礦體即砂礦模式是通過機(jī)械搬運(yùn)沉積方式，而熱液模式則以構(gòu)造方式。就目前資料來看，筆者等傾向于早期以沉積模式為主，后期的構(gòu)造作用可能使其進(jìn)一步活化即砂礦模式和熱液模式可能是代表了兩個(gè)不同的礦化階段。

4 巴伯頓綠巖帶金礦床

4.1礦床特點(diǎn)

南非巴伯頓地區(qū)金礦床主要分布于卡普瓦爾克拉通內(nèi)的巴伯頓、穆奇森、彼德斯堡(Pietersburg)和薩瑟蘭(Sutherlang)綠巖帶內(nèi)(圖6)，其中以巴伯頓綠巖帶金礦的數(shù)量和規(guī)模最大,其次是穆奇森綠巖帶。在巴伯頓綠巖帶中約有350個(gè)金礦床,其中70%的金產(chǎn)量來自希巴、新康索特、費(fèi)爾維尤和艾格尼絲(Agnes)礦山,多數(shù)金礦產(chǎn)出在綠巖帶的西北部,特別在Jamestone綠巖帶、希巴山地區(qū)和摩德斯山地區(qū)(陳毓川等，1995;圖7)。

巴伯頓綠巖帶代表著卡普瓦爾克拉通東部即南非和斯瓦士蘭的一套太古代表殼巖層序，其出露面積40×120 km,北東走向,巖性為3.55～3.22 Ga的火山巖和碎屑巖，被花崗片麻巖穹窿(3.5～3.1 Ga)包圍(Lowe and Byerly,2007;圖7)。

圖6卡普瓦爾克拉通中的綠巖帶 位置(引自高坪仙,1995)Fig. 6 The Greenstone Belt location of the Kaapvaal Craton(after Gao Xianping,1995)

巴伯頓綠巖帶的構(gòu)造是一種北北東—北東東走向的向斜構(gòu)造，因此該綠巖帶存在與卡普瓦爾克拉通許多其他太古宙綠巖帶構(gòu)造相似的方向。在這種寬闊的向斜狀構(gòu)造中，有許多緊閉的陡傾的向斜褶皺經(jīng)常發(fā)生倒轉(zhuǎn)，其兩翼被主要的走向斷層或滑動斷層分割，結(jié)果斯瓦士蘭超群被分成許多狹窄的北東東走向部分，Anhaeusser和Wilson(1981)認(rèn)為其中許多斷層顯示了活化的證據(jù)，并且證實(shí)有許多脫頂褶皺和擠離構(gòu)造。

在巴伯頓綠巖帶的北西翼以及南西翼出現(xiàn)不同大小的花崗巖底辟侵入體，其可能對于寬緩的區(qū)域構(gòu)造演化起著重要的作用。

Anhaeusser和Wilson(1981)認(rèn)為變質(zhì)作用主要是在昂弗瓦特火山巖組合中，并且已經(jīng)接受了廣泛的區(qū)域變質(zhì)作用，在少數(shù)地方經(jīng)受了熱動力和接觸變質(zhì)作用，存在廣泛的變質(zhì)巖類特征。變質(zhì)分帶包括花崗巖和偉晶巖附近的角閃巖相，遠(yuǎn)離接觸帶變?yōu)榫G片巖變質(zhì)作用的各亞相。在與年輕花崗巖接觸部位出現(xiàn)變質(zhì)暈疊生特征，以及出現(xiàn)雙峰式特征的礦物相和缺乏藍(lán)片巖礦物等特征，因此可把這種環(huán)境區(qū)別于后期的地質(zhì)時(shí)代環(huán)境。

對于巴伯頓地區(qū)金礦的成礦年齡研究，Dziggel 等(2010)測得新康索特金礦床的成礦年齡為3027±7.5 Ma，de Ronde 等(1992)測得費(fèi)爾維尤礦床成礦年齡約為3084 Ma。Dirks 等(2013)給出新康索特金礦床和希巴礦床成礦年齡約為3015Ma。因此，推斷綠巖帶中金成礦的主要年齡是3084～3015Ma。

4.2 礦床成因

巴伯頓地區(qū)金礦床是賦存于太古宙綠巖帶中的石英脈或剪切帶型金礦床,許多人試圖通過變質(zhì)階段、母巖類型、構(gòu)造背景、相關(guān)侵入關(guān)系和流體類型等將石英脈或剪切帶型金礦床劃分清楚，并且把綠巖帶型金礦床簡單地分為兩類(不包括沖積和氧化礦床):a 在剪切帶中的含易汞齊化金的石英脈型金礦床；b 浸染硫化物型金礦床(Anhaeusser,1986; Ward, 1999)。 Dirks 等(2009)和Munyai 等(2011)展示了巴伯頓綠巖帶中希巴地區(qū)金成礦作用沿著綠巖帶增生后期的伸展構(gòu)造出現(xiàn)。de Ronde 等(1992)觀察了巴伯頓綠巖帶中大量與金礦床有關(guān)的礦化流體化學(xué)特征，認(rèn)為其特征類似并且來源也相同。雖然許多學(xué)者對于該地區(qū)礦床模式均有研究(Anhaeusser,1983；de Ronde et al.,1992;Ward,1999；Munyai et al.,2011)，但總的來說，解釋巴伯頓地區(qū)金礦床的成礦模式主要有三種重要的模式，分別是火山模式(Volcanogenic Model；Anhaeusser，1983)、轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式(Transtensional Tectonics Model；Dziggel et al.，2010)和構(gòu)造交叉模式(Intersections Model；Paul et al.，2013)。

4.2.1 火山模式(Volcanogenic Model)

通過對巴伯頓地區(qū)重力等值線圖等資料的認(rèn)識，Anhaeusser(1983)對火山模式(Volcanogenic Model)進(jìn)行了詳細(xì)說明，他認(rèn)為該地區(qū)基底存在硅鎂質(zhì)穹窿，并且經(jīng)歷了許多非常復(fù)雜的構(gòu)造演化階段。在早期大尺度硅鎂質(zhì)巖石圈的重力不穩(wěn)定作用下早期的火山機(jī)構(gòu)塌陷，并導(dǎo)致較早期的火山—沉積層序變形；接著重力作用再次誘發(fā)變形，促使了向斜和陡峭的南北向傾斜斷層等的形成,進(jìn)而產(chǎn)生復(fù)向斜；綠巖帶底部的花崗巖向上入侵再次促使其變形，并且在綠巖帶中形成許多花崗巖底辟構(gòu)造,同時(shí)認(rèn)為這些英云閃長巖和奧長花崗巖巖體可能是來源于高鎂科馬提質(zhì)玄武巖的部分熔融體。在底辟花崗巖作用下成礦熱液沿著構(gòu)造上移,并且在構(gòu)造帶中形成礦體。

4.2.2 轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式(Transtensional Tectonics Model)

在對研究區(qū)詳細(xì)構(gòu)造填圖的基礎(chǔ)上，Dziggel 等(2010)將該礦山地區(qū)的構(gòu)造演化概括為轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式(Transtensional Tectonics Model),其可劃分為具有三個(gè)不同年齡的變形階段：① D1變形階段是一個(gè)區(qū)域性的、以向南傾斜構(gòu)造為特征，并且形成于金礦化作用之前；② D2變形階段是金礦化的主要階段，金礦化與局部D2變形期間的早期構(gòu)造的再次韌性變形和再活化有關(guān)，其同樣以存在大量同期偉晶巖脈為特征，但是可能同樣沿著其邊緣被褶皺或糜棱巖化，這表明在其侵位時(shí)期經(jīng)歷了連續(xù)的剪切作用(Otto et al., 2007)。測得偉晶巖中石榴子石的Rb-Sr和 Sm-Nd年齡約為3040Ma (Harris et al., 1993)，該年齡相對于費(fèi)爾維尤礦山綠片巖相內(nèi)金礦化有關(guān)的熱液金紅石確定的3084±18Ma的年齡要小(de Ronde et al.,1991)，因此其可能代表了新康索特內(nèi)金礦化的較小年齡；③ D3階段是最晚期的局部構(gòu)造事件，且以橫切早期構(gòu)造的晚期脆性正斷層為特征(Otto et al.,2007)。

4.2.3構(gòu)造交叉模式(IntersectionsModel)

圖7 巴伯頓綠巖帶中金礦床分布圖 (引自Dirks et al.，2013)Fig. 7 The gold deposits map of the Barberton Greenstone Belt (after Dirks et al.，2013)

圖8 巴伯頓綠巖帶的金礦構(gòu)造交叉模式 (引自Dirks et al.,2013)Fig. 8 Gold mineralisation structure intersection model of the Barberton Greenstone Belt (after Dirks et al.，2013)

Paul 等(2013)給出該地區(qū)的增生變形時(shí)間是在3261±21 Ma至3100±18 Ma之間，并且認(rèn)為該地區(qū)的金成礦時(shí)期是伴隨著威特沃特斯蘭德盆地和蓬戈拉(Pongola)盆地的開啟，火成巖活動伴隨有金成礦的出現(xiàn)。巴伯頓綠巖帶復(fù)雜的地下地質(zhì)特征被有規(guī)律性的剪切帶所截?cái)啵偈股畈康牧黧w不斷進(jìn)入，流體的進(jìn)入發(fā)生在伸展過程中并且與酸性巖漿活動有關(guān)，并且最富的礦石出現(xiàn)在較老的和較年輕的構(gòu)造交匯點(diǎn)附近即構(gòu)造交叉成礦模式(Intersections Model,圖8)。在該模式中，巴伯頓綠巖帶增生地質(zhì)體之下的雜巖體被一系列規(guī)則樣式的剪切帶切割，這些剪切帶起源于允許深部流體進(jìn)入的足夠深度內(nèi)。伴隨著伸展作用，在巖漿活動(Igneous Activity)所驅(qū)使下，這時(shí)脆性—韌性剪切帶以一個(gè)規(guī)則的、可見的方式形成，流體可能主要集中在沿著剪切帶的交叉處和剪切帶與某種巖石或下伏地質(zhì)體內(nèi)的構(gòu)造交叉處流入。

流體及相關(guān)的侵入體起源于深部，可能來自于地幔(de Ronde et al.,1992)，綠巖帶規(guī)模的伸展斷裂通道的分布可能反映成礦物質(zhì)屬于深部地殼來源并且與控制金伯利巖侵位的構(gòu)造通道具有相似的性質(zhì)(Jelsma et al.,2004)。橫切巴伯頓綠巖帶的構(gòu)造主要年齡約為3.0Ga，北西走向的鐵鎂質(zhì)巖脈群(Ward,1999)可能是礦化期間流體進(jìn)入斷裂帶的另外一種表現(xiàn)方式(Anhaeusser,1986)。

因此，在深部構(gòu)造裂隙、交叉網(wǎng)狀脆性—韌性剪切帶及約3015 Ma時(shí)期的熱液流體等因素的共同影響下，較大的礦床可能恰好位于綠巖帶內(nèi)的構(gòu)造交叉部位成礦(Dirks et al.,2013)。

通過以上火山模式、轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式和構(gòu)造交叉模式的資料分析，這三種模式均與巖體有關(guān)，構(gòu)造控礦特征明顯，并且成礦流體均可能來源深部，其最大的不同點(diǎn)是對礦體的賦存部位描述不同即由火山模式→轉(zhuǎn)換滑脫構(gòu)造模式→構(gòu)造交叉模式描述礦體的賦存部位是一個(gè)由粗到具體的過程。就目前資料來看，作者認(rèn)為這三種模式本質(zhì)上是相通的，只是側(cè)重點(diǎn)不同而已。

6 存在的主要問題

(1)礦床成因研究方面:無論是對南非東北部蘭德盆地上的礫巖型金礦還是綠巖帶型金礦，其成因均存在不同認(rèn)識，尤其是對綠巖帶型礦床，盡管越來越多的證據(jù)顯示熱液活動參與了成礦，并且可能是成礦的主導(dǎo)因素，但仍需要繼續(xù)深入研究，以便揭示綠巖帶金礦床形成的真正機(jī)理。礫巖型金礦雖然多數(shù)學(xué)者同意砂礦成因，但是在給定合理的流體遷移距離和礦源層方面，直到現(xiàn)在都存在疑問。

(2)找礦模式方面:由于南非東北部蘭德盆地上的金礦床中局部含有磁鐵礦，雖局部可應(yīng)用其磁性特征來找礦，但是對于大多數(shù)地區(qū)向更深部位的找礦工作難度較大。對于東北部綠巖帶型金礦，雖然建立了金礦成礦模式，但是還是需要在這些模式指導(dǎo)下做進(jìn)一步細(xì)節(jié)上的研究。