非洲鉻鐵礦資源分布與找礦潛力

張偉波，劉翼飛，何學(xué)洲

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037)

鉻具備質(zhì)硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性，在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，是生產(chǎn)不銹鋼，耐熱鋼、耐火材料等產(chǎn)品的重要原材料。我國是世界上最主要的鉻消費(fèi)國，2014年我國鉻鐵礦消費(fèi)量約1 590萬t[1]，占全球鉻鐵礦總消費(fèi)量的一半以上，與之相對應(yīng)的是我國鉻鐵礦資源稟賦較差，儲(chǔ)量極為匱乏，根據(jù)中國礦產(chǎn)資源報(bào)告(2018)[2]統(tǒng)計(jì)，我國鉻鐵礦探明儲(chǔ)量僅為1 220萬t，約占全球總量的2.4%。由于供需嚴(yán)重失衡，我國鉻鐵礦需求大量依賴進(jìn)口，2012年以后，對外依存度達(dá)99%以上，鉻已經(jīng)被原國土資源部列為8種大宗緊缺礦產(chǎn)之一[3]。非洲是世界上鉻鐵礦資源最為豐富的地區(qū)，也是我國鉻鐵礦進(jìn)口的重要來源地，本文介紹了非洲地區(qū)鉻鐵礦資源分布、礦床類型和找礦潛力，旨在為提升國內(nèi)相關(guān)人員對非洲鉻鐵礦資源認(rèn)識(shí)水平，對推動(dòng)在該地區(qū)開展成礦理論研究和找礦勘查工作提供啟示。

1 礦床類型

世界鉻鐵礦床以原生礦床為主，且全部產(chǎn)在基性-超基性巖體中，主要有兩種類型，分別是與層狀基性-超基性巖密切相關(guān)的層狀型鉻鐵礦床和與蛇綠巖套密切相關(guān)的豆莢狀型鉻鐵礦床[4]。除此之外，還有似層狀型鉻鐵礦床和紅土型鉻鐵礦床等類型。其中，層狀型鉻鐵礦床占世界鉻鐵礦礦石儲(chǔ)量的90%以上，不過目前全球超過一半的產(chǎn)量來自豆莢狀型鉻鐵礦床[5]。

1.1 層狀型鉻鐵礦床

層狀型鉻鐵礦床一般產(chǎn)出在穩(wěn)定克拉通內(nèi)部或其邊緣，特別是位于太古宙克拉通內(nèi)部或其邊緣地區(qū)，此外在張性大陸裂谷環(huán)境中也產(chǎn)出重要的鉻鐵礦床。層狀型鉻鐵礦床多位于鎂鐵-超鎂鐵層狀侵入雜巖體內(nèi)，雜巖體下部一般為超基性巖，上部為基性巖[6]。侵入雜巖體形態(tài)一般分為兩類，一類是以水平席狀產(chǎn)出的板狀侵入體，其火成巖層與底板巖石呈整合接觸；另一類為漏斗狀侵入體，火成巖層以低角度向侵入體中心傾斜。礦床的容礦巖石有斜長巖、斜長巖-蘇長巖-輝石巖、輝石巖、斜輝輝橄巖-純橄巖等[5]。層狀型鉻鐵礦床礦層由浸染狀和塊狀鉻尖晶石集合體與橄欖石和輝石等造巖礦物構(gòu)成[6]，在雜巖體內(nèi)走向延長和橫向延伸非常穩(wěn)定，具有多層韻律性，礦層厚度薄，礦床規(guī)模巨大。含礦巖石主要為鉻鐵巖，一般由50%～95%以上的細(xì)粒(0.2 mm左右)堆積鉻鐵礦及其空隙中發(fā)育的橄欖石、斜方輝石、斜長石、單斜輝石或其蝕變產(chǎn)物組成。礦石一般為堆晶結(jié)構(gòu)、浸染狀-塊狀構(gòu)造，且不同巖石中產(chǎn)出的鉻鐵礦礦石結(jié)構(gòu)具有差異。層狀型鉻鐵礦床成礦時(shí)代以前寒武紀(jì)為主，部分礦床成礦時(shí)代可能晚至第三紀(jì)。具有經(jīng)濟(jì)意義的大型、超大型層狀型鉻鐵礦床多形成于新太古代-古元古代時(shí)期。層狀型鉻鐵礦床成因目前還沒有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，有巖漿混合假說、重力分異假說等。其中巖漿混合假說認(rèn)為，巖漿物理、化學(xué)條件的變化導(dǎo)致巖漿變得富鉻，甚至達(dá)到鉻的超飽和，從而使得鉻鐵礦在巖漿房底部的單一礦化層內(nèi)結(jié)晶并堆積成礦，形成層狀型鉻鐵礦床[5]。

1.2 豆莢狀型鉻鐵礦床

豆莢狀型鉻鐵礦床與層狀型鉻鐵礦床相比，具有規(guī)模小、品位高的特點(diǎn)，少見世界級的超大型豆莢狀型鉻鐵礦床。此類礦床主要產(chǎn)出在顯生宙以來的造山帶內(nèi)，在前寒武紀(jì)穩(wěn)定地區(qū)也見有少量分布，與蛇綠巖帶具有密切的時(shí)空分布關(guān)系，與蛇綠巖帶一起沿大型逆沖帶或板塊縫合帶分布。豆莢狀型鉻鐵礦床賦存于蛇綠巖中的兩個(gè)層位中，一是堆積雜巖底部的橄欖巖；二是變質(zhì)橄欖巖，其中具工業(yè)價(jià)值的豆莢狀型鉻鐵礦床多為后者[6]。此類鉻鐵礦床賦礦巖石以變質(zhì)橄欖巖為主，礦體與各類基性-超基性圍巖之間存在著一定的成礦專屬性。鉻在鎂質(zhì)超基性巖中可富集為品位高、質(zhì)量好的鉻礦礦體，在鎂鐵質(zhì)基性-超基性巖中可富集為品位、質(zhì)量均較差的鉻鐵礦層，而在鐵質(zhì)基性-超基性巖中僅產(chǎn)有品位、質(zhì)量均特差的富鐵鉻鐵礦礦體。與層狀型鉻鐵礦床不同，豆莢狀型鉻鐵礦床礦體形狀極不規(guī)則，常見有透鏡狀、板狀、脈狀和雪茄狀等。礦石結(jié)構(gòu)有流狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)等主要類型。礦石構(gòu)造包括浸染狀、塊狀、網(wǎng)環(huán)狀、斑雜狀、團(tuán)塊狀等。礦石礦物以鉻尖晶石為主，此外，還有少量的針鎳礦、六方磁鎳礦、赤鐵礦等。豆莢狀型鉻鐵礦床的成礦時(shí)代多為晚古生代和中、新生代。豆莢狀型鉻鐵礦床的成因同樣存在多種假說，主要有巖漿成因說、交代成因說和地幔成因說3類。葉天竺等[7]認(rèn)為，此類礦床是地幔橄欖巖經(jīng)多階段部分熔融的最終產(chǎn)物，為已經(jīng)熔融的呈巖漿狀態(tài)的鉻尖晶石-硅酸鹽溶體，在上升和測向移動(dòng)中發(fā)生塑性流變和冷凝形成。

2 資源分布

圖1 非洲主要鉻鐵礦床(礦集區(qū))分布圖Fig.1 Distribution map of major chromite deposits (ore-centralization area) in Africa

世界鉻鐵礦資源豐富，總資源量超過120億t，分布在非洲地區(qū)的有約70億t[8-9]。非洲的鉻鐵礦資源主要分布在南部的南非、津巴布韋和馬達(dá)加斯加等國，此外在蘇丹、納米比亞、烏干達(dá)、納米比亞和埃塞俄比亞等國也有部分鉻鐵礦資源分布(圖1)。非洲的鉻鐵礦床類型主要有層狀型和豆莢狀型兩類，其中以層狀型為主。非洲南部地區(qū)的大陸構(gòu)造格架由多個(gè)太古宙克拉通和元古宙活動(dòng)帶及褶皺帶組成[10]。其中卡普瓦爾克拉通和津巴布韋兩個(gè)太古宙克拉通內(nèi)發(fā)育馬沙巴、大巖墻和布什維爾德三個(gè)太古代-早元古代大型層狀雜巖體[11]，非洲已知的大規(guī)模層狀型鉻鐵礦床就賦存在這些雜巖體中。豆莢狀型鉻鐵礦床則主要產(chǎn)出在非洲南部的舒魯圭綠巖帶和非洲西部和東部造山帶內(nèi)的蛇綠巖帶內(nèi)。

2.1 南非

南非是世界上鉻鐵礦資源最為豐富的國家，鉻鐵礦資源量約55億t[12]，其中儲(chǔ)量約4億t。2017年南非礦山產(chǎn)量約1 500萬t[13]，是全球最大的鉻鐵礦生產(chǎn)國。已發(fā)現(xiàn)的鉻鐵礦資源集中在東北部的西北省、北方省、豪滕省、姆普馬蘭加省等地。礦床類型以層狀型為主，多產(chǎn)出在卡普瓦爾克拉通內(nèi)的布什維爾德層狀雜巖體內(nèi)。布什維爾德雜巖體位于南非東北部，產(chǎn)出在卡普瓦爾克拉通北部邊緣，其侵位受克拉通內(nèi)部ENE向Thabazimbi-Murchison Line構(gòu)造所控制，并且形成于大陸邊緣裂谷環(huán)境[14]。雜巖體出露和半出露面積近6.6萬km2，是世界上最大的侵入體[14-15]，同時(shí)也是世界上鉻鐵礦分布最為集中的地區(qū)。區(qū)內(nèi)產(chǎn)出有Samancor Eastern(87 Mt)、Sky Chrome(68 Mt)、Helena(65 Mt)、Klipfontein(60 Mt)、Thorncliffe(38 Mt)、Dwarsrivier(38 Mt)等大型礦床。礦石富鐵，品位變化較大，Cr2O3含量39%～53%，鉻鐵比1.06～2.43[11]。

2.2 津巴布韋

津巴布韋是非洲第二大鉻鐵礦資源國，資源儲(chǔ)量約1.4億t[16]，已發(fā)現(xiàn)的鉻鐵礦資源主要分布在中部省和北部的首都哈拉雷附近。津巴布韋產(chǎn)出有層狀和豆莢狀兩種類型的鉻鐵礦床。其中層狀型鉻鐵礦床主要產(chǎn)出在津巴布韋大巖墻內(nèi)，大巖墻南北全長480 km，東西平均近6 km，橫切面呈Y型，巖墻深度超過10 km，屬基性-超基性雜巖，巖相分異較好，總體劃分為橄欖巖-輝石巖-輝長巖組合[17-18]。大巖墻內(nèi)的層狀型鉻鐵礦床一般礦層穩(wěn)定，厚度幾十厘米[19-20]。礦石含Cr2O336%～54%，鉻鐵比2～3.9。豆莢狀鉻鐵礦主要產(chǎn)于大巖墻兩側(cè)的太古代綠巖帶內(nèi)，如舒如奎(Shurugwi)綠巖帶內(nèi)，塞盧奎(Selugwe)鉻鐵礦床是已知時(shí)代最古老的豆莢狀型鉻鐵礦床[11]，礦體厚度從幾十厘米到幾十米不等，礦體埋深為地表至地下千余米，礦石質(zhì)量優(yōu)良，品位一般為38%～45%，部分可高達(dá)50%以上，鉻鐵比多為1.9～2.9，少數(shù)超過3.0[19]。

2.3 馬達(dá)加斯加

馬達(dá)加斯加的鉻鐵礦資源儲(chǔ)量約1 500萬t[21]，主要分布于東北部馬哈贊加省及鄰近的圖阿馬西納省。礦床類型以豆莢狀型為主，集中產(chǎn)出在察拉塔納納(Tsaratanana)綠巖帶和貝齊米薩拉卡(Betsimisaraka)蛇綠混雜巖帶鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體中[22-23]，鉻鐵礦床含Cr2O325%～55%，Cr/Fe≥2.2[21]。礦體形態(tài)有兩類，層狀和似層狀礦體規(guī)模較大且與圍巖界線清晰，產(chǎn)狀穩(wěn)定，礦體厚度2～100 m，延伸100～200 m；不規(guī)則狀礦體呈透鏡體狀、囊狀，餅狀等形態(tài)[24]，位于靠近構(gòu)造帶的位置或卷入構(gòu)造帶內(nèi)，由于受強(qiáng)烈擠壓作用和礦體就位方式共同影響，礦體呈斷續(xù)條帶狀[25]。

2.4 非洲中北部地區(qū)

非洲中北部的蘇丹、幾內(nèi)亞、烏干達(dá)和埃塞俄比亞等國也有比較重要的鉻鐵礦床分布。其中，蘇丹鉻鐵礦資源儲(chǔ)量約100萬t，主要分布在英杰薩那希爾(Ingessana)山和努巴(Nuba)山地區(qū)的蛇綠巖帶中。礦床類型主要為豆莢狀型鉻鐵礦。礦體多為不規(guī)則透鏡體狀、條帶狀等形態(tài)，礦石含Cr2O335%～57%，鉻鐵比≥3。幾內(nèi)亞的鉻鐵礦資源主要分布在西南部和東南部地區(qū)，賦存在中生代超基性巖體內(nèi)，規(guī)模較小，品位低。烏干達(dá)鉻鐵礦資源分布在卡拉莫賈(Karamoja)地區(qū)，礦床為豆莢狀型，賦存在超基性巖中，Cr2O3含量45%～55%，礦石質(zhì)量較差，經(jīng)濟(jì)價(jià)值有限。埃塞俄比亞的鉻鐵礦資源分布在西部和南部地區(qū)的超基性巖內(nèi)，當(dāng)前的勘查程度較低。

3 找礦潛力分析

非洲南部是全球鉻鐵礦資源潛力最大的地區(qū)之一，本文根據(jù)成礦地質(zhì)條件、成礦規(guī)律、已發(fā)現(xiàn)資源分布和地質(zhì)工作程度等因素，劃分出4個(gè)鉻鐵礦資源潛力區(qū)(圖2)。

3.1 布什維爾德潛力區(qū)(Ⅰ)

圖2 非洲構(gòu)造格架及鉻鐵礦潛力區(qū)分布圖Fig.2 Map of tectonic sketch and chromite prosping potential in Africa資料來源：據(jù)文獻(xiàn)[26]修改)

布什維爾德雜巖體由西部帶雜巖體、遠(yuǎn)西部雜巖體、東部帶雜巖體和波希特斯勒斯(Potgietersrus)雜巖體4個(gè)部分組成。按巖體出露位置大致可劃分為東、西兩個(gè)地區(qū)。東布什維爾德區(qū)內(nèi)出露東部帶雜巖體，地理區(qū)域包括姆普馬蘭加省北部和北方省中南部地區(qū)。西布什維爾德區(qū)包括西部帶雜巖體和遠(yuǎn)西部雜巖體，地理區(qū)域包括豪滕省、西北省東部和北方省西部地區(qū)。雜巖體內(nèi)的呂斯騰堡層狀基性-超基性巖巖系是構(gòu)成雜巖體的3大巖石單元之一，巖系內(nèi)的鉻鐵礦層具厚度小，延伸廣的特點(diǎn)，賦存了雜巖體內(nèi)絕大部分的鉻鐵礦資源。布什維爾德潛力區(qū)擁有世界最豐富的鉻鐵礦資源，且具易開采，礦石質(zhì)量好的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)勘查開發(fā)程度較高，大型跨國礦業(yè)公司進(jìn)入南非勘查開發(fā)鉻鐵礦資源較早，當(dāng)前在產(chǎn)的礦山主要由必和必拓(BHP-Billiton)等公司控制，在世界鉻鐵礦產(chǎn)量中占據(jù)重要份額。由于鉻鐵礦一般與鉑族金屬共生，除部分礦山專門開采鉻鐵礦外，大多數(shù)鉑族金屬礦山并未綜合利用鉻鐵礦[27]。

3.2 大巖墻鉻鐵礦潛力區(qū)(Ⅱ)

津巴布韋大巖墻長呈南北向幾乎貫穿整個(gè)津巴布韋，由四個(gè)相互連接的漏斗狀分巖體組成，在上部鎂鐵質(zhì)巖系和下部超鎂鐵質(zhì)巖系中共有11個(gè)鉻鐵礦賦礦層，礦石質(zhì)量較高。大巖墻內(nèi)鉻鐵礦已有近百年的開采歷史，已經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)了大小數(shù)十個(gè)鉻鐵礦床，其中大型礦床儲(chǔ)量規(guī)模超過200萬t。當(dāng)前大巖墻內(nèi)的鉻鐵礦床開采深度普遍較淺，不超過百米。根據(jù)鉆探資料顯示，由巖漿分異作用形成的巖層、礦層層位穩(wěn)定，且中南部剝蝕程度較低。因此大巖墻內(nèi)，尤其是中南部地區(qū)的鉻鐵礦找礦潛力較大。

3.3 舒魯圭鉻鐵礦潛力區(qū)(Ⅲ)

舒魯圭鉻鐵礦潛力區(qū)位于津巴布韋中部地區(qū)，屬舒魯圭綠巖帶，區(qū)內(nèi)出露塞盧奎超鎂鐵雜巖體，雜巖體為一個(gè)傾向北西的褶皺透鏡體，由一系列疊瓦狀巖片組成。出露的雜巖體主要由強(qiáng)烈蝕變的蛇紋巖和滑石碳酸鹽巖等巖性組成。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的塞盧奎大型鉻鐵礦床具豆莢狀鉻鐵礦床的形態(tài)和礦石組分特征，同時(shí)含礦的超鎂鐵質(zhì)雜巖體又保留有殘余的層狀構(gòu)造。舒魯圭綠巖帶內(nèi)發(fā)育的超基性雜巖體具備良好的成礦條件，是津巴布韋最重要的鉻鐵礦產(chǎn)區(qū)之一，當(dāng)前已有Peak、Railway Block等大型礦山在開采，是尋找同類型礦床的有利靶區(qū)。

3.4 馬達(dá)加斯加北部鉻鐵礦資源潛力區(qū)(Ⅳ)

馬達(dá)加斯加北部鉻鐵礦資源潛力區(qū)包括安德里亞米納、拉諾米納、貝凡德里亞納等地區(qū)，鉻鐵礦床類型主要為豆莢狀型。潛力區(qū)地處察拉塔納納(Tsaratanana)綠巖帶，區(qū)內(nèi)地層主要為前寒武紀(jì)斜長角閃巖、黑云片麻巖、英云閃長質(zhì)片麻巖等;大面積出露新太古代鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖，發(fā)育一系列早期揉皺、韌性剪切帶和晚期斷裂，具備良好的成礦地質(zhì)條件。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Andranobe、Telomita等中型礦產(chǎn)地和十余處礦點(diǎn)[22]。區(qū)內(nèi)地質(zhì)工作多為殖民地時(shí)期完成，勘查程度較低，目前在開發(fā)的礦床勘探深度僅百米以淺，礦區(qū)深部及外圍以及鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖體分布的其他區(qū)域具有較大的找礦潛力。

4 結(jié) 論

1) 非洲是世界上鉻鐵礦資源最豐富的地區(qū)之一，資源集中分布在南部的南非、津巴布韋、馬達(dá)加斯加等國，以易開采的層狀型鉻鐵礦床為主，同時(shí)在綠巖帶內(nèi)的豆莢狀型礦床也是重要的鉻鐵礦類型。

2) 非洲地區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究程度整體較低，還有大量的鉻鐵礦資源有待進(jìn)一步的勘查發(fā)現(xiàn)。南非的布什維爾德雜巖體、津巴布韋大巖墻及大巖墻兩側(cè)的綠巖帶、馬達(dá)加斯加北部地區(qū)的綠巖帶成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，是鉻鐵礦找礦潛力較大的地區(qū)。

3) 非洲與我國在鉻鐵礦資源領(lǐng)域有極強(qiáng)的資源互補(bǔ)優(yōu)勢，建議“走出去”企業(yè)關(guān)注津巴布韋等國的鉻鐵礦資源勘查工作，并及時(shí)跟進(jìn)區(qū)內(nèi)重要鉻鐵礦項(xiàng)目進(jìn)展，選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)開展投資并購，提升我國資源安全保障程度。