非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源稟賦特征、成礦潛力及開發(fā)利用

王豐翔，黃圣路，王 權(quán)，馮云磊，陳喜峰，張偉波2，，張萬益

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動(dòng)成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020；2.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(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037；3.河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北地質(zhì)大學(xué)，河北石家莊 050031；4.河北省地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，河北石家莊 050085；5.山西省地質(zhì)勘查局212地質(zhì)隊(duì)，山西長治 046000；6.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037)

0 引言

PGEs作為地殼最稀缺的一類金屬元素，是我國重要的戰(zhàn)略性稀貴金屬資源，具有經(jīng)濟(jì)和科技雙重功能(余韻等，2019；侯增謙等，2020；王焰等，2020)。因鉑族金屬的稀缺性和優(yōu)良的物化性質(zhì)，具有重要性、戰(zhàn)略性、稀缺性和動(dòng)態(tài)性等特征，先后被歐盟、美國等發(fā)達(dá)國家列為關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄①，②，③。隨著5G信息技術(shù)、高端裝備制造、新能源汽車和節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域的發(fā)展，鉑族金屬礦產(chǎn)資源的安全供應(yīng)將成為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，我國鉑族金屬礦產(chǎn)資源的對(duì)外依存度>98%，遠(yuǎn)高于石油和鐵礦石，存在巨大的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。

全球鉑族金屬礦產(chǎn)資源探明資源量9.27萬t，主要分布在非洲中南部、北美和俄羅斯等少數(shù)國家或地區(qū)(表1)。其中，非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源在全球占據(jù)著絕對(duì)統(tǒng)治的地位，占世界探明儲(chǔ)量的80.66%(表1)④。就開發(fā)利用而言，非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源的產(chǎn)量和出口量在世界占據(jù)著不可替代的地位，目前是全球第一大Pt生產(chǎn)地和第二大Pd生產(chǎn)地，是世界最大的鉑族金屬礦產(chǎn)品出口地⑥，也是我國鉑族金屬礦產(chǎn)資源進(jìn)口不可替代的供給地。

摸清非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源的產(chǎn)出環(huán)境、礦產(chǎn)分布特征以及找礦潛力是非常必要的，不僅涉及我國鉑族金屬礦產(chǎn)資源供給的安全問題，也可為國內(nèi)相關(guān)礦山企業(yè)提供重要的技術(shù)支撐。本文從非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源分布規(guī)律出發(fā)，重點(diǎn)介紹非洲典型PGEs礦床成因類型、找礦潛力和開發(fā)現(xiàn)狀，旨在提高對(duì)非洲鉑族金屬礦產(chǎn)資源的認(rèn)識(shí)水平，為進(jìn)一步推動(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 儲(chǔ)量分布與資源特點(diǎn)

1.1 資源儲(chǔ)量與分布特征

截至2019年底，全球查明PGEs資源量和儲(chǔ)量分別為9.27萬t和5.31萬t，主要分布在非洲中南部、北美和歐洲-遠(yuǎn)東等地區(qū)，涉及國家有南非、津巴布韋、俄羅斯、芬蘭、加拿大和美國③，④。其中，非洲PGEs資源也呈現(xiàn)出明顯的偏在性，主要集中在南非和津巴布韋，資源量> 7.47萬 t，占世界資源量> 80.66 %(表1和圖1)；此外，博茨瓦納、坦桑尼亞和馬達(dá)加斯加也探明一定量的PGEs資源。需要指出的是，我國的PGEs資源極其貧乏，探明資源量和儲(chǔ)量分別為954.49 t和134 t⑦，不足世界探明儲(chǔ)量的1%。

表1 非洲主要PGEs資源國儲(chǔ)量、資源量和礦床(點(diǎn))統(tǒng)計(jì)表

1.2 資源特點(diǎn)

就礦產(chǎn)資源分布而言，非洲PGEs礦產(chǎn)資源分布極不均勻，集中度高，呈現(xiàn)出明顯的成礦區(qū)域偏在性，具體特點(diǎn)如下：

(1)巖漿巖成礦專屬性強(qiáng)。> 85%的大型-超大型PGEs礦床產(chǎn)出在層狀LIPs內(nèi)部，主要與陸殼下巖漿房?jī)?nèi)結(jié)晶的深成鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石有關(guān)。

(2)大型-超大型礦床的資源儲(chǔ)量尤其巨大，比中小型礦床大數(shù)百倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球探明PGEs礦床182個(gè)，其中非洲占比75.27%。就礦床數(shù)量而言，全球大型-超大型PGEs礦床主要聚集在非洲中南部，探明礦床數(shù)為66處，占全球91.67%。更為重要的是，非洲大型-超大型礦床的儲(chǔ)量尤為巨大，統(tǒng)計(jì)非洲前18個(gè)大型-超大型礦床(按儲(chǔ)量排名)，資源量占據(jù)了非洲的85%⑥。

(3)礦體開發(fā)利用條件優(yōu)越，礦石品位高，易選冶，開發(fā)成本相對(duì)較低。非洲絕大部分(>90%)PGEs礦床類型為巖漿型，相較于其它國家，具有規(guī)模大、礦體埋藏淺、礦石品位高、礦層含鉻較低等優(yōu)勢(shì)，選冶工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，開發(fā)成本相對(duì)較低。

2 產(chǎn)出環(huán)境、成因類型及典型礦田(床)

2.1 產(chǎn)出背景

非洲PGEs礦床主要與銅鎳硫化物或釩鈦磁鐵礦礦床共生，在成因與時(shí)空分布上均與前寒武紀(jì)超鎂鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)火成巖省有密切聯(lián)系(Coffin and Eldholm，1994)，最具代表性的是南非布什維爾德(Bushveld Igneous Complex，簡(jiǎn)稱BIC)和津巴布韋的大巖墻(Great Dyke)、南非斯泰拉(Stella)侵入體(Oberthür et al.，2002；Scoates and Friedman，2008)。就大地構(gòu)造而言，非洲典型的LIPs主要產(chǎn)出在古陸內(nèi)部裂谷環(huán)境，為南非羅得西亞-卡普瓦爾地盾，并與大型線性構(gòu)造有密切關(guān)系。概括而言，早古陸內(nèi)部裂谷環(huán)境、世界級(jí)LIPs和深大斷裂可能是非洲巨量鉑族金屬資源存在的獨(dú)特條件，也是其最重要的產(chǎn)出背景。

2.2 成因類型

非洲PGEs礦床(點(diǎn))分布較為廣泛，類型較齊全，主要包括巖漿型(銅鎳硫化物型、鉻鐵礦型和磁鐵礦型)、熱液型(矽卡巖型、斑巖型)和外生型三大類(表2；Penberthy and Merkle，1999;Barnes and Maier，2001a;Armitage et al.，2002;Maier et al.，2003；唐冬梅等，2008)。其中，就儲(chǔ)量和礦床規(guī)模而言，巖漿型礦床占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治地位，非洲探明超大型-大型PGEs礦床均為該類型礦床(表2)。

表2 非洲鉑族金屬主要礦床類型

2.3 典型礦床

2.3.1 津巴布韋大巖墻PGEs礦田

津巴布韋大巖墻是由基性-超基性巖構(gòu)成的世界第三大LIPs，南北延伸550 km，寬8 ～ 11 km。北段受斷裂影響走向轉(zhuǎn)折多變，總體呈NNE由4個(gè)次巖漿房脈動(dòng)侵入形成，主要由層狀-似層狀的橄欖巖、輝巖和蘇長巖組成，侵位到地塹之中(圖2a，b;Podmore and Wilson，1987)。

圖2 津巴布韋大巖墻剖面及典型礦化分布圖(修改自Podmore and Wilson,1987)

大巖墻自北向南可以分為四個(gè)部分:Musengezi雜巖體(～44 km)、Hartley雜巖體(～ 314 km)、Selukwe雜巖體(～97 km)以及Wedza雜巖體(～80 km)(圖2b)。這些雜巖體共同形成了一個(gè)長條狀的向斜構(gòu)造，并且具有一定的地層序列，由下至上依次為純橄巖/方輝橄欖巖、古銅輝巖、二輝巖、輝長-蘇長巖和石英蘇長巖，以及后期蝕變的蛇紋巖，花崗巖可能為更古老的基底，為大巖墻的下盤(圖2)。大巖墻內(nèi)產(chǎn)出有豐富的PGEs、鉻鐵礦、銅、鎳等礦產(chǎn)資源。

地質(zhì)填圖和地球物理數(shù)據(jù)顯示，大巖墻PGEs集中在同一個(gè)層位，即輝巖中的主硫化物帶(厚1～15 m;Main sulphide Zone，MSZ)和下硫化物帶(厚30～80 m:Lower sulphide Zone，LSZ)，現(xiàn)圈定PGEs資源量為5690 t，礦石潛在儲(chǔ)量～28億t，品位(3.5～4)×10-6(Naldrett et al.，1990;Wilson and Prendergast，2001;趙聲貴和陳元初，2011)。其中，MSZ中均有明顯PGEs峰值，最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值，產(chǎn)出有Mimosa、Ngezi、Hartley和Unki礦床(點(diǎn))。鉆探工作證實(shí)，MSZ具有可開采的經(jīng)濟(jì)品位和厚度，而LSZ中硫化物和PGE含量低得多，將來有可能成為重要的PGEs資源。

礦石主要為輝石巖，具堆晶、填隙結(jié)構(gòu)，呈浸染狀、條帶狀構(gòu)造(圖3a，b)。PGEs粒徑一般5～250 μm，主要賦存在磁黃鐵礦或黃銅礦中。礦石礦物主要有：方鉍鈀礦、鉍鉑鈀碲礦、碲鉑礦、碲鎳礦、碲銀礦、碲鉍銀礦、碲鉛鉍礦、碲鈀礦、砷鉑礦、硫砷銠礦和輝砷鎳礦。

圖3 津巴布韋大巖墻和南非BIC礦田典型賦礦巖石或礦石野外或顯微照片

Armstrong and Wilson(2000)測(cè)得二輝巖鋯石U-Pb年齡為2574±7 Ma；Wingate(2000)報(bào)道了礦床雜巖體中斜鋯石SHRIMP U-Pb年齡數(shù)據(jù)為2574±2 Ma；鋯石U-Pb年齡為2571±9 Ma。Oberthür et al.(2002)利用礦區(qū)含礦古銅輝石巖中的鋯石和金紅石獲得SHRIMP U-Pb年齡為2575±1 Ma。綜合上述測(cè)年數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為大巖墻的成礦年齡約為2575 Ma，比南非BIC(2049～2058 Ma)更早。

2.3.2 南非布什維爾德鉑族金屬礦田

南非BIC是全球最大LIPs，東起南非普馬蘭加省(Mpumalanga)和林波波省，西至博茨瓦納西北省(North West)(圖 4a)⑧，緯向延伸 450 km，南北寬350 km，出露面積約為66000 km2，含有世界上最為豐富的 PGEs、鉻鐵礦、低品位銅鎳硫化物及與釩鈦磁鐵礦礦產(chǎn)資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，PGEs 儲(chǔ)量為 65473 t，其中，Pt 為 33111 t，占世界的75%；Pd 為20803 t，占世界的 54%，Rh 為 3548 t，占世界的 82%，同時(shí)還有 Ru 為 6231 t，Ir 為 1157 t，Os為 623 t(Naldrett，2004;Naldrett et al.，2009a，b;Naldrett，2010a，b)；Ni 金屬含量為 15.28 Mt，占全球的 16%；Cu 為 6.88 Mt，占世界的 5.5%，Cr、Au 及釩鈦和磁鐵礦等儲(chǔ)量豐富(Naldrett，2004)。

圖4 南非布什維爾德雜巖體Rustenburg地質(zhì)圖及其典型礦層分布圖(據(jù)Grobler，2019修改)

BIC出露部分分為東部、西部及北部3個(gè)部分(圖4b)。其中，東、西兩部分近似對(duì)稱，北部較小，西部延伸較遠(yuǎn)(譚娟娟和朱永峰，2009)，火成巖分層平緩地向雜巖中心傾斜。地球物理勘探表明，巖套東西翼在深度上是連通的(圖4)。

賦礦巖層主要為Rustenburg層狀鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)堆積巖套(厚度～8 km)，從下到上分為三個(gè)帶：Ⅰ.下部帶(Lower zone)，主要由古銅輝石巖、斜方輝橄欖巖和純橄巖組成；Ⅱ.關(guān)鍵帶(Critical zone)，又可分為下、上關(guān)鍵帶。前者由斜長橄欖巖、輝石巖和鉻鐵巖礦層組成；后者由蘇長巖、斜斜長石和鉻鐵礦構(gòu)成；Ⅲ.主帶(Main zone)，由蘇長巖、輝長蘇長巖、輝石巖和斜長巖組成(圖4B-B’)。地質(zhì)剖面顯示，Rustenburg巖套被Lobawa花崗巖套上覆；其下盤則為德蘭士瓦(Transvaal)組(圖4A-A’)。

BIC內(nèi)PGEs礦化主要有4種礦化類型(Scoon and Mitchell，2004)：①受硫化物控制的層狀型礦體，梅林斯基礦層(Merensky Reef)最具代表(Godel et al.，2007；②受鉻鐵礦層控制的層狀型礦體，如Upper Group2 (UG2)礦層；③ 與接觸帶有關(guān)的通道型銅鎳硫礦化，如普拉特(Platreef)礦體(Kinnaird et al.，2005)；④ 與純橄巖相關(guān)的巖筒型礦化，如昂弗瓦特巖筒。其中，巖筒礦化經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。梅林斯基礦層和UG2礦層主要發(fā)育在Rustenburg巖套的關(guān)鍵帶上部，普拉特礦層也被認(rèn)為是關(guān)鍵帶的一部分(Lee，1996)。截至2015年底，布什維爾德雜巖體內(nèi)分布PGM礦床15個(gè)，均為以上3個(gè)礦層劃分不同礦權(quán)所致，其礦化特征基本一致，3個(gè)典型礦層具體如下。

(1)梅林斯基礦層(層狀型銅鎳硫化物型)

梅林斯基礦床現(xiàn)探明礦石量4291萬t，PGEs金屬量621百萬盎司，是世界第二大PGEs礦床。該礦層在南非BIC的西部和東部均有產(chǎn)出，連續(xù)分布>280 km，厚度在0.04～4 m之間變化。其中，礦層西部的品位略高于東部，PGEs+Au品位分別為(6～10)×10-6和(4.2～6)×10-6(Barnes and Maier，2002)。

礦層的底部和頂部以鉻鐵礦薄層或礦線(1～10 cm)為特征。富礦段厚度0.1～14 m不等。礦石品位與黑云母數(shù)量呈反比(Viljoen，1999)。礦石主要為粗粒-偉晶狀蘇長巖，主要由自形的直方輝石(70%～90%)、斜長石(10%～30%)、硫化物(1%～5%)和少量鉻鐵礦和黑云母(Barnes and Maier，2002)(圖3c)。硫化物主要呈膠結(jié)物形式產(chǎn)出，主要有磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦以及少量硫砷化合物。PGEs礦化主要寄宿在硫化物(以黃銅礦為主)中，以Pt為主，其次為Pd，兩者比例介于2.01～2.42(Maier et al.，1997；Viljoen and Hieber，1986；要梅娟，2012)(圖3d)。

(2)UG2礦床(層狀型鉻鐵礦型)

UG2礦床現(xiàn)探明礦石量5025萬t，PGEs+Au平均品位在5×10-6，是世界第一大PGEs礦床。UG2礦床位于關(guān)鍵巖帶層之內(nèi)，梅林斯基礦層之下，賦礦巖層主要為斜長輝石巖類，主要由輝石、斜長石和斜輝石及少量金云母組成，厚度800～1000 m。

礦化層厚度為3～10 m，含有許多薄層鉻鐵礦層(1 cm～10 cm)。其中，富礦段厚度～1 m，主要有鉻鐵礦(粒度5 mm～50 mm，60 vol.%～90 vol.%)、斜長輝石巖(10%～35%)、微晶斜長巖和硫化物和組成(Mathez and Mey，2005)。在UG2礦層西部，硫化物含量較少(<0.1 vol.%)，主要是鎳黃鐵礦和黃銅礦(Bonel，1996)。礦層?xùn)|部，硫化物相對(duì)較高(～0.2 vol.%)；礦層北部，硫化物含量最高(～1 vol.%)，主要為黃銅礦、鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦(Gruenewaldt et al.，1989)。鉑族礦物主要為鉑的硫化物、鉑-鈀硫化物、鉑-鈀-銅硫化物、硫釕鋨礦等(要梅娟，2012)。

(3)普拉特(Platreef)礦床(與接觸帶有關(guān)的銅鎳硫化物型)

普拉特礦床是世界第三大PGEs礦床，PGEs+Au品位介于(0.55～3.7)×10-6之間。該礦層位于BIC的北翼，由三個(gè)礦化層組成。礦體南側(cè)被德蘭士瓦(Transvaal)超群覆蓋，北側(cè)往深部切穿條帶狀含鐵建造及白云巖，侵位于太古宙花崗片麻巖基底之上(要梅娟，2012)。

礦床主要產(chǎn)出在輝石巖(圖3g)與圍巖(白云巖、蛇紋巖和鈣硅酸鹽)的內(nèi)接觸帶，呈典型的通道型產(chǎn)出。礦化主要與硫化物(磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦和黃銅礦)有密切的成因聯(lián)系，以Pt和Pd為主(圖3h)。

2.3.3 南非Stella礦床(層狀Ti-V磁鐵礦型)

南非Stella PGEs礦床明顯區(qū)別南非BIC礦田和津巴布韋大巖墻產(chǎn)出的礦床。Stella礦床寄宿在鎂鐵質(zhì)Stella LIPs(出露面積>16 km2)，賦礦巖石主要為層狀、似層狀的富磁鐵礦輝長巖和輝長巖-輝石巖類(Maier et al.，2003)。相對(duì)而言，Stella礦床的成礦時(shí)代最為古老(3034±1 Ma)，是典型的層狀V-Ti磁鐵型PGM礦床，被Kalplats公司所控制。

最新的勘查結(jié)果顯示，PGEs礦化厚度～100 m，探明礦石量為137萬t，平均品位為1.53×10-6(Maier et al.，2003)。富PGEs礦段(10～15)×10-6厚度>1 m，主要與含Ti-V磁鐵礦伴生。Maier et al.(2003) 認(rèn)為，超基性巖漿分異晚期，殘余巖漿達(dá)到硫飽和，受磁鐵礦結(jié)晶作用，PGEs隨著硫化物熔體析出而富集。PGEs主要為Pd和Pt礦化，并伴隨有Os、Ir、Ru和Rh礦化。鉑族礦物主要有碲鈀礦、銻鈀礦、砷鉑礦、黃碲鈀礦、砷銻鈀礦、硫鐵鉑礦等，載體礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦和尖晶石⑨。

3 勘查開發(fā)與貿(mào)易格局

3.1 勘查開發(fā)

2010～2019年間，非洲鉑族金屬的勘查投入呈現(xiàn)“V型”走勢(shì)，非洲則一直是全球PGM勘查投入最高的地區(qū)，勘查投入總額70240萬美元，全球占比達(dá)57.22%(圖5)。其中，南非的勘查投入在2010～2016年連續(xù)七年的位居世界第一位，2017年和2018年則高居世界第三；但2019年又重新成為全球鉑族金屬的勘查投入最高的國家，投資達(dá)到2520萬美元，全球占比44.37%⑤。2010～2019年，津巴布韋鉑族金屬的勘查投資位居全球前5位⑤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在非洲142個(gè)主要PGEs礦山中，有32個(gè)處于勘查階段，占22.54%；處于預(yù)可行性研究和可行性研究階段的合計(jì)56個(gè)，占39.44%，處于礦山建設(shè)和生產(chǎn)階段的合計(jì)46個(gè)，占32.39%⑤。綜上所述，近年來，非洲鉑族金屬的勘查活動(dòng)雖然活躍但進(jìn)入了明顯的調(diào)整階段，非洲雖是全球鉑族金屬的“增儲(chǔ)挖潛”的最重要地區(qū)，但增長潛力有限。

圖5 全球和非洲PGEs勘查投入統(tǒng)計(jì)柱狀圖(數(shù)據(jù)來源:注釋⑤)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，非洲鉑族金屬的礦業(yè)勘查資金主要源自七大礦業(yè)公司：SBGL公司(Sibanye-Stillwater Limited)、英美鉑金公司(Anglo American Platinum Limited)、非洲彩虹礦業(yè)公司(African Rainbow Minerals Limited)、加拿大鉑族金屬有限公司(Platinum Group Metals Limited)、日本石油天然氣和金屬公司(JOGMEC)、英帕拉鉑業(yè)控股有限公司(Impala Platinum Holdings Limited)和Zimplats控股有限公司(Zimplats Holdings Limited)。2019和2020年，以上礦業(yè)公司勘查投資額分別為3620萬美元和3220萬美元，分別占非洲鉑族金屬勘查總投資的95.77%和99.08%⑤。

2011～2019年，非洲是全球最大的PGM生產(chǎn)地，基本穩(wěn)定在50%～63%(表3)。其中，Pt產(chǎn)量的全球占比～80%，Pd產(chǎn)量的全球占比基本～40%⑤。2019年非洲PGM的產(chǎn)量為238.6t，占全球總產(chǎn)量的60.8%(表3)，其中Pd產(chǎn)量為92.10 t，占全球總產(chǎn)量的40.57%；Pt產(chǎn)量為146.50 t，占全球總產(chǎn)量的78.76%⑤。南非和津巴布韋分別是非洲第一大和第二大鉑族金屬生產(chǎn)國，2019年南非鉑族金屬產(chǎn)量為213.70 t，占世界總產(chǎn)量的51.74%，居世界第1位；其中Pt產(chǎn)量為133.0 t，居世界第1位，Pd產(chǎn)量為80.70 t，居世界第2位，僅次于俄羅斯⑤。津巴布韋2019年鉑族金屬產(chǎn)量為24.90 t，占世界總產(chǎn)量的6.03%，其他非洲國家鉑族金屬產(chǎn)量較小⑤。

表3 2011～2019年非洲PGM礦山產(chǎn)量表(單位：t;數(shù)據(jù)源自注釋⑤)

3.2 主要礦業(yè)公司及所屬礦山

非洲從事PGEs勘查開發(fā)的礦業(yè)公司有數(shù)十家，世界頂級(jí)PGEs公司僅十余家，主要被歐美、南非和日本等礦業(yè)寡頭所控制，控制全球產(chǎn)量的～70%。這些礦業(yè)公司所控股礦山均主要位于非洲中南部(南非和津巴布韋)。其中，非洲中南部地區(qū)是全球優(yōu)質(zhì)PGEs項(xiàng)目最集中的地區(qū)，具有不可撼動(dòng)的地位。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，非洲 PGM產(chǎn)業(yè)集中度很高，前三大PGM礦業(yè)寡頭的地位更為重要，占據(jù)全球Pt和Pd產(chǎn)量～65 %，主要情況如下。

(1)SBGL公司。該公司總部位于南非，全球擁有30個(gè)PGEs項(xiàng)目，Pt權(quán)益儲(chǔ)量為1561.07 t，權(quán)益資源量為8802.21 t；Pd權(quán)益儲(chǔ)量為863.68 t，權(quán)益資源量為2568.82 t，是全球最大的Pt金屬和第三大Pd金屬生產(chǎn)公司。2018年，Pt和Pd產(chǎn)量為52.81 t和26.45 t，分別占世界總產(chǎn)量的23.93%和11.0%。SBGL控股礦山主要分布在南非和津巴布韋，代表性礦山有Kroondal、Rustenburg、Momosa。2019年，SBGL公司PGEs礦業(yè)勘查投入為1350萬美元，其中，南非1100萬美元，津巴布韋250萬美元，南非的勘查投入包含綠地階段、后期和可研階段、礦山建設(shè)階段三個(gè)階段；津巴布韋的勘查投入為綠地階段和礦山建設(shè)階段。

(2)英美鉑業(yè)公司。其是全球PGEs礦業(yè)的引領(lǐng)者，全球控股16個(gè)PGEs項(xiàng)目，Pt和Pd權(quán)益儲(chǔ)量分別為457.84 t和974.15 t，Pt權(quán)益資源量分別為2062.14 t，為全球第二大的PGES生產(chǎn)公司。2018年，Pt和Pd產(chǎn)量為42.59 t和32.48 t，分別占世界總產(chǎn)量的19.30 %和13.55 %。該公司實(shí)際在產(chǎn)礦山6個(gè)，其中Mogalakwena、Amandelbult和Joint ventures(控股50%)是其產(chǎn)量最大的生產(chǎn)項(xiàng)目，均位于非洲中南部，近三年產(chǎn)量(40～50)t之間。礦山建設(shè)階段是英美鉑金礦業(yè)公司投入最高的階段，在南非和津巴布韋分別為700萬和200萬美元。

(3)英帕拉鉑業(yè)控股有限公司。該公司Pt和Pd權(quán)益儲(chǔ)量分別為369.10 t和303.26 t，對(duì)應(yīng)的權(quán)益資源量為2979.11 t和1594.35 t，是全球第三大的Pt和第四大的Pd生產(chǎn)公司，業(yè)務(wù)主要分布在南非、津巴布韋和加拿大。2019年，該公司Pt產(chǎn)量為27.42 t，占全球總產(chǎn)量的14.29 %，Pd產(chǎn)量為14.45 t，占全球總產(chǎn)量的6.93 %。該公司參股或控股的PGEs項(xiàng)目20個(gè)，位于加拿大(～12個(gè))和非洲中南部(南非：7個(gè)；津巴布韋：1個(gè))。其中在產(chǎn)項(xiàng)目共4個(gè)，均位于非洲中南部，其中Impala礦山是在產(chǎn)的最大項(xiàng)目，近三年產(chǎn)量均維持在～20 t；加拿大項(xiàng)目則主要處于綠地階段和勘探階段。2019年，該公司在南非的PGEs礦產(chǎn)勘查投入為110萬美元，其中后期和可研階段9000萬美元，礦山建設(shè)階段2000萬美元。

3.3 貿(mào)易格局

全球PGEs主要有2個(gè)來源：礦山獲取(一次性PGEs)和二次回收，前者占總供應(yīng)量的72% ～ 78%。 2010～2019年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球一次性PGEs供應(yīng)量維持在400 t 左右。非洲仍然是世界最重要的PGEs供應(yīng)國，占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位⑤。具體而言，近十年，南非一直是世界第一大Pt金和第二大Pd供應(yīng)國，供應(yīng)量分別為1333.3 t Pt和774.4 t Pd，分別占全球72.54 %和37.66 %(表4)。需要指出的是，從成本角度來看，當(dāng)前PGEs價(jià)格低于礦山現(xiàn)金成本價(jià)格，礦產(chǎn)的生產(chǎn)動(dòng)力不強(qiáng)，出現(xiàn)PGEs大幅放量的概率極小。

歐盟、美國、中國和日本是全球PGEs消費(fèi)的四大地區(qū)。近十年，中、歐、北美、日四大區(qū)域的Pt和Pd的消費(fèi)量分別占全球消費(fèi)量的81.80 %和85.65 %⑤)。南非是全球最大的PGM礦產(chǎn)品(未鍛造、粉末)出口國，主要出口至日本、美國、中國、德國和英國五國，出口額占比分別為28.44%、24.95%、16.57%、7.77%和6.47%④。

4 討論

4.1 控礦因素與勘查啟示

掌握礦床的時(shí)空分布特征對(duì)礦床勘探，尤其在成礦遠(yuǎn)景區(qū)的發(fā)現(xiàn)方面具有重要意義。世界大型-超大型PGEs礦床主要產(chǎn)于南非BIC和津巴布韋大巖墻內(nèi)。通過非洲典型PGEs礦床的總結(jié)，其控礦因素、時(shí)空分布規(guī)律總結(jié)如下，希冀對(duì)我國PGEs找礦勘查有所啟示。

(1)控礦因素

就產(chǎn)出環(huán)境而言，非洲大型-超大型PGEs礦床主要產(chǎn)出在穩(wěn)定的、古老的太古宙地核和再活化的太古宙地殼裂谷環(huán)境；而大型線狀構(gòu)造和鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)大火成巖省是世界級(jí)超大型PGEs礦床形成的最重要因素。此外，非洲前寒武紀(jì)古老綠巖帶多發(fā)育于太古宙地盾區(qū)，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，其中的超鎂鐵質(zhì)巖系常有鉻鐵礦化，有的賦存一定規(guī)模的PGEs礦床。

就巖漿巖的成礦專屬性而言，前寒武紀(jì)的鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)LIPs與非洲超大型-大型PGEs礦床具有密切的成因聯(lián)系，其面積一般>105km2，火山巖厚度>105km3，巖漿活動(dòng)時(shí)間最大持續(xù)50 Ma。富PGEs的LIPs以超鎂鐵質(zhì)和鎂鐵質(zhì)巖漿巖為主(>75%)，并含有一定量的硅質(zhì)，可能是因?yàn)榱压茸饔煤蛿U(kuò)張作用使得殼下鎂鐵質(zhì)巖漿沿著擴(kuò)張軸侵位到上地殼。因此尋找LIPs是選擇PGEs礦床的重要靶區(qū)。建議我國PGEs礦床勘查方向重點(diǎn)布局在古老克拉通內(nèi)部或邊緣的基性-超基性層狀雜巖體，以及與地幔熱點(diǎn)有關(guān)的LIPs內(nèi)。值得注意的是，我國已在峨眉山地幔熱點(diǎn)取得了一定勘查成果，例如金寶山、安益、朱布、新街、紅格、楊柳坪等(王登紅等，2002；李光輝等，2010)。

就巖石學(xué)和含礦建造而言，非洲PGEs礦化的含礦建造主要有：(a)層狀型銅鎳硫化物型礦化的巖石建造主要有純橄巖、條帶橄欖巖+古銅輝石巖+輝長巖+蘇長巖和粗粒偉晶輝石巖+蘇長巖+斜長石巖石組合為代表，前者以津巴布韋大巖墻最為典型，典型礦物組合為堆晶斜方輝石(75%～80%)+ 斜長石(10%～15%)+ 單斜輝石(～10%)+ 硫化物集合體(磁黃鐵礦+鎳黃鐵礦+黃銅礦+少量黃鐵礦+微量四方硫鐵礦和紫硫鎳礦)；后者主要由堆晶斜方輝石(70%～90%)和堆晶間隙斜長石(～30%)構(gòu)成(梅林斯基礦層)，以梅林斯基礦層為代表。(b)層狀型鉻鐵礦型PGEs礦化的巖石建造主要是超基性巖(輝石巖、斜長橄欖巖)、長石類巖石(斜長巖)和鉻鐵巖組成，輝長巖罕見。礦化賦存部位通常為下部帶或過渡帶，其巖石學(xué)組成以超基性巖和為主，以UG2礦層為代表。(c)與接觸帶有關(guān)的銅鎳硫化物型PGEs礦化的巖石建造緊靠基底接觸帶和角礫巖化接觸帶，主要為含PGEs和賤金屬硫化物礦化的輝巖序列組成。(d)釩鈦磁鐵礦型PGEs礦化的巖石建造主要為輝長巖+輝石巖+橄欖巖，以Stella礦床為代表。綜上所述，鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石建造是主要的賦礦建造。就非洲大型-超大型PGEs礦床的含礦建造而言，我國具有開發(fā)潛力的地方有新疆、甘肅、青海和四川等地。

就成礦時(shí)代而言，前人對(duì)南非BIC和津巴布韋大巖墻成巖成礦年齡做過大量的研究工作?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明津巴布韋大巖墻鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)層序在成礦年代、巖石地球化學(xué)以及同位素上具有一致性，U-Pb同位素年代學(xué)成巖年齡為2575±0.7 Ma(Oberthür et al.，2002)。Buick et al.(2001)利用鋯石和金紅石U-Pb方法獲得BIC內(nèi)Rustenburg層狀巖套兩組年齡分別為2061±2 Ma和2058.9±0.8 Ma；De Waal et al.(2002)利用Ar-Ar方法獲得大理巖帶中與角礫巖相關(guān)的角閃石年齡為2063±16 Ma；Scoates and Friedman(2008)利用ID-TIMS U-Pb方法獲得梅林斯基礦層中，與硫化物伴生的鋯石和鉻鐵礦中金紅石年齡分別為2054.4±1.3 Ma和2055.0±3.9 Ma，這些年齡數(shù)據(jù)表明BIC成巖成礦過程是在一個(gè)非常短的時(shí)間內(nèi)(<10 Ma)完成的(Kinnaird et al.，2005)。綜上所述，非洲PGEs礦床主要形成于前寒武紀(jì)，尤其是中-大型礦床一般形成于新太古代-古元古代，這一時(shí)期地球的演化特點(diǎn)是地殼厚度較薄，地?zé)崽荻雀?，放射性熱量集中，上地幔局部熔融程度高。這些條件都有利于形成大型層狀基性-超基性雜巖，克拉通內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，有利于巨型巖體的保存，從而為形成大型鉑族金屬礦床提供充足的成礦物質(zhì)來源(表4)。

表4 非洲主要鉑族金屬礦田/礦床成礦時(shí)代統(tǒng)計(jì)

(2)其它找礦標(biāo)志

除大地構(gòu)造背景和基性-超基性含礦建造等找礦標(biāo)志外，主要的找礦標(biāo)志有：①控礦構(gòu)造：中大型PGEs礦化與區(qū)域張性深大斷裂或韌性剪切帶有密切聯(lián)系。②地球物理標(biāo)志：層狀雜巖體大都沿著地殼的大型線性構(gòu)造分布，通常顯示為重力低值異常和磁、電高值異常，可利用區(qū)域重力和磁法測(cè)量探測(cè)并圈定深部大型層狀雜巖體。③地球化學(xué)找礦標(biāo)志：由于PGEs具有難熔和含量低，化探是必不可少的。土壤地球化學(xué)在BIC的普拉特礦層發(fā)現(xiàn)中呈現(xiàn)了良好的成果(Frick，1985)。除非洲外，世界級(jí)的Stillwater中J-M Reef (加拿大)和Duluth雜巖體分別是通過土壤地球化學(xué)和冰磧物地球化學(xué)圈定。水地球化學(xué)在俄羅斯Noril’sk-Talnakh應(yīng)用比較成功，通過濃度，成功追蹤了PGEs礦化露頭。

4.2 非洲鉑族金屬的成礦潛力

目前全球探明的世界級(jí)的PGEs礦床都形成于前寒武紀(jì)的鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)的LIPs內(nèi)，具有較為特殊的產(chǎn)出環(huán)境。非洲境內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的超大型-大型PGM礦床也都形成在元古代的LIPs內(nèi)。因此尋找LIPs，是開展鉑族金屬找礦的首要工作。BIC巖體作為世界上已知最大的LIPs，賦存著世界上最富的PGEs資源，也是目前勘探最為廣泛的PGEs礦田(Naldrett et al.，2009a,b)。該地區(qū)勘探開發(fā)現(xiàn)狀較為成熟，但因其巨大的PGEs儲(chǔ)量仍舊使其成為全球最為熱點(diǎn)勘查地。結(jié)合其持續(xù)的勘探開發(fā)，BIC巖體的PGEs在現(xiàn)有的儲(chǔ)量上，依然有增加可能，資源潛力是樂觀的。津巴布韋PGEs礦床均與大巖墻基性-超基性鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)。其中Mimosa、Ngezi 和 Unki 三大礦山產(chǎn)量>10 t，產(chǎn)量?jī)H次于南非和俄羅斯。因此，在津巴布韋尋找大中型PGEs礦，不能偏離大的方向，建議在大巖墻PGEs金屬成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)。尤其是北部的 Musengezi 雜巖體，目前還在勘探過程中，尚未進(jìn)行開發(fā)，是尋找鉑礦和礦山合作開發(fā)的最有利地段(孫凱等，2019；邢仕等.2019)。

此外，馬達(dá)加斯加Andranomiely地區(qū)分布有富PGEs的超基性巖體，其具有一定的成礦潛力。布隆迪的穆松加迪鎳礦共伴生PGEs。從Rotovu、Vaga、 Nyabikere三個(gè)鎳礦區(qū)鉆探試樣的試驗(yàn)分析來看，PGEs含量可觀。布瓊布拉北部的Ruzizi河流域的沖積平原勘探表明，PGEs礦的蘊(yùn)藏情況值得進(jìn)一步調(diào)查。

4.3 非洲鉑族金屬供應(yīng)鏈的重要性

近三年，非洲鉑族金屬礦產(chǎn)勘查進(jìn)入調(diào)整周期，找礦成效呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。隨著勘查難度增大、開采深度增加、平均品位降低以及罷工事件的影響，非洲重大發(fā)現(xiàn)和新增儲(chǔ)量總體上在減少，未來五年的供應(yīng)量可能不會(huì)具有明顯增長趨勢(shì)。

就供應(yīng)鏈關(guān)系而言，一方面，我國是PGEs資源“小國”，其對(duì)外依存度極高(～98%)。另外一方面，我國PGEs產(chǎn)業(yè)鏈完整，未來5～10年的需求量將增加明顯，預(yù)計(jì)消費(fèi)總量將達(dá)到180 t。然而，國內(nèi)PGEs礦山的產(chǎn)量難以在短時(shí)間內(nèi)上升，供需缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，加大國內(nèi)PGEs資源勘查的同時(shí)，必須堅(jiān)持“走出去”戰(zhàn)略，主要突破點(diǎn)有兩點(diǎn)，(1)加強(qiáng)國家在PGEs獲取方面的合作，尤其可以借助金磚國家組織和中非合作論壇，加強(qiáng)與南非和津巴布韋之間的合作，以保障PGEs資源供應(yīng)的安全。(2)積極培育具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)，推動(dòng)在全球鉑族金屬勘查與開發(fā)，尤其在非洲中南部產(chǎn)出有大火山巖省的國家或地區(qū)，開展資源潛力、開發(fā)條件、投資環(huán)境等綜合評(píng)價(jià)，綜合運(yùn)用財(cái)政、稅收、金融等多種政策手段，優(yōu)化境外PGEs礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略布局。

就非洲PGEs勘查開發(fā)現(xiàn)狀，南非BIC的優(yōu)質(zhì)礦權(quán)基本被歐美、南非頂級(jí)PGEs跨國公司所控制。津巴布韋大巖墻已進(jìn)行礦山開發(fā)的Hartley、Selukwe 和 Wedza 3 個(gè)雜巖體，礦權(quán)已基本掌握在國外公司手中，比較難以介入其中。我國 “走出去”的公司和地勘單位應(yīng)需要關(guān)注津巴布韋大巖墻北段的Musengezi 次巖漿房以及所形成的雜巖體。目前，該巖體尚在勘探過程中，找礦潛力較大，是尋找PGEs礦合作開發(fā)的有利地段。然而，根據(jù)大巖墻中PGEs礦體的產(chǎn)狀特征及津巴布韋在產(chǎn)礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，大巖墻上的PGEs礦山適合全機(jī)械化地下開采。但由于礦體薄，采礦規(guī)模難以擴(kuò)大，因此采礦是制約大規(guī)模開發(fā)津巴布韋大巖墻鉑族金屬資源的關(guān)鍵因素。

5 結(jié)論

(1)PGEs礦產(chǎn)是非洲的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，占世界資源量> 80 %，高度集中分布南非、津巴布韋兩國，且以南非為主。大型-超大型礦床成因類型主要為巖漿型，主要分布在世界級(jí)鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)的LIPs內(nèi)(南非BIC和津巴布韋大巖墻內(nèi))，可細(xì)化分為層狀型銅鎳硫化物型、通道型銅鎳硫化物型、層狀型鉻鐵礦型和釩鈦磁鐵礦型。

(2)非洲鉑族金屬勘查開發(fā)程度相對(duì)較高，從事勘查開發(fā)的為世界頂級(jí)PGEs礦業(yè)寡頭，代表型的礦業(yè)公司有SBGL公司、英美鉑業(yè)公司、英帕拉鉑業(yè)控股有限公司等。PGEs產(chǎn)量、出口量在全球占據(jù)著舉足輕重的地位，目前是全球第一大Pt生產(chǎn)地和第二大Pd生產(chǎn)地，是全球最大的鉑族金屬礦產(chǎn)品出口地，主要出口至美國、日本、中國、德國和英國。

(3)依據(jù)大型PGEs礦床的產(chǎn)出環(huán)境及礦化特征，非洲PGEs礦化的找礦靶區(qū)仍然以鐵質(zhì)-鎂鐵質(zhì)巖構(gòu)成LIPs為主要勘查方向，以巖漿巖型礦床類型為主要勘查類型。

(4)加強(qiáng)與南非、津巴布韋等國家之間的合作，保障一次性PGEs資源供應(yīng)的安全對(duì)我國尤為重要。

致謝：在數(shù)據(jù)收集和圖件繪制過程中，得到河北地質(zhì)大學(xué)郭襄博士的幫助；匿名專家也對(duì)本文提出很多建設(shè)性意見，在此表示感謝！

[注 釋]

①U.S.Department of the Interior (USDI).2018.Critical mineral resources of the United States—Economic and environmental geology and prospects for future supply:Platinum-group Elements[R].

② European Commission (EC).2017.2017 Critical raw material deposits of Europe，based on the 2017 CRM list of the European Commission[R].

③ European Commission (EC).2020.2020 Critical raw material deposits of Europe，based on the 2020 CRM list of the European Commission[R].

④ U.S.Geological Survey (USGS).2020.Minerals Information.http: // minerals.usgs.Gov/minerals/pubs/commodity/[R].

⑤ S&P global market intelligence (SPGMI).2020.Commodity Detail/PLATINUM and Palladium，2020[R].

⑥U.S.Department of the Interior (USDI).2018.Critical mineral resources of the United States-economic and environmental geology and prospects for future supply:Platinum-group elements[R].

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