非洲铬铁矿资源分布与找矿潜力

2019-04-16张伟波刘翼飞何学洲

中国矿业 2019年4期

张伟波，刘翼飞，何学洲

(1.中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037； 2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

铬具备质硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀等特性，在工业领域有广泛的应用，是生产不锈钢，耐热钢、耐火材料等产品的重要原材料。我国是世界上最主要的铬消费国，2014年我国铬铁矿消费量约1 590万t[1]，占全球铬铁矿总消费量的一半以上，与之相对应的是我国铬铁矿资源禀赋较差，储量极为匮乏，根据中国矿产资源报告(2018)[2]统计，我国铬铁矿探明储量仅为1 220万t，约占全球总量的2.4%。由于供需严重失衡，我国铬铁矿需求大量依赖进口，2012年以后，对外依存度达99%以上，铬已经被原国土资源部列为8种大宗紧缺矿产之一[3]。非洲是世界上铬铁矿资源最为丰富的地区，也是我国铬铁矿进口的重要来源地，本文介绍了非洲地区铬铁矿资源分布、矿床类型和找矿潜力，旨在为提升国内相关人员对非洲铬铁矿资源认识水平，对推动在该地区开展成矿理论研究和找矿勘查工作提供启示。

1 矿床类型

世界铬铁矿床以原生矿床为主，且全部产在基性-超基性岩体中，主要有两种类型，分别是与层状基性-超基性岩密切相关的层状型铬铁矿床和与蛇绿岩套密切相关的豆荚状型铬铁矿床[4]。除此之外，还有似层状型铬铁矿床和红土型铬铁矿床等类型。其中，层状型铬铁矿床占世界铬铁矿矿石储量的90%以上，不过目前全球超过一半的产量来自豆荚状型铬铁矿床[5]。

1.1 层状型铬铁矿床

层状型铬铁矿床一般产出在稳定克拉通内部或其边缘，特别是位于太古宙克拉通内部或其边缘地区，此外在张性大陆裂谷环境中也产出重要的铬铁矿床。层状型铬铁矿床多位于镁铁-超镁铁层状侵入杂岩体内，杂岩体下部一般为超基性岩，上部为基性岩[6]。侵入杂岩体形态一般分为两类，一类是以水平席状产出的板状侵入体，其火成岩层与底板岩石呈整合接触；另一类为漏斗状侵入体，火成岩层以低角度向侵入体中心倾斜。矿床的容矿岩石有斜长岩、斜长岩-苏长岩-辉石岩、辉石岩、斜辉辉橄岩-纯橄岩等[5]。层状型铬铁矿床矿层由浸染状和块状铬尖晶石集合体与橄榄石和辉石等造岩矿物构成[6]，在杂岩体内走向延长和横向延伸非常稳定，具有多层韵律性，矿层厚度薄，矿床规模巨大。含矿岩石主要为铬铁岩，一般由50%～95%以上的细粒(0.2 mm左右)堆积铬铁矿及其空隙中发育的橄榄石、斜方辉石、斜长石、单斜辉石或其蚀变产物组成。矿石一般为堆晶结构、浸染状-块状构造，且不同岩石中产出的铬铁矿矿石结构具有差异。层状型铬铁矿床成矿时代以前寒武纪为主，部分矿床成矿时代可能晚至第三纪。具有经济意义的大型、超大型层状型铬铁矿床多形成于新太古代-古元古代时期。层状型铬铁矿床成因目前还没有统一认识，有岩浆混合假说、重力分异假说等。其中岩浆混合假说认为，岩浆物理、化学条件的变化导致岩浆变得富铬，甚至达到铬的超饱和，从而使得铬铁矿在岩浆房底部的单一矿化层内结晶并堆积成矿，形成层状型铬铁矿床[5]。

1.2 豆荚状型铬铁矿床

豆荚状型铬铁矿床与层状型铬铁矿床相比，具有规模小、品位高的特点，少见世界级的超大型豆荚状型铬铁矿床。此类矿床主要产出在显生宙以来的造山带内，在前寒武纪稳定地区也见有少量分布，与蛇绿岩带具有密切的时空分布关系，与蛇绿岩带一起沿大型逆冲带或板块缝合带分布。豆荚状型铬铁矿床赋存于蛇绿岩中的两个层位中，一是堆积杂岩底部的橄榄岩；二是变质橄榄岩，其中具工业价值的豆荚状型铬铁矿床多为后者[6]。此类铬铁矿床赋矿岩石以变质橄榄岩为主，矿体与各类基性-超基性围岩之间存在着一定的成矿专属性。铬在镁质超基性岩中可富集为品位高、质量好的铬矿矿体，在镁铁质基性-超基性岩中可富集为品位、质量均较差的铬铁矿层，而在铁质基性-超基性岩中仅产有品位、质量均特差的富铁铬铁矿矿体。与层状型铬铁矿床不同，豆荚状型铬铁矿床矿体形状极不规则，常见有透镜状、板状、脉状和雪茄状等。矿石结构有流状结构、包含结构、碎斑结构、填隙结构、碎裂结构等主要类型。矿石构造包括浸染状、块状、网环状、斑杂状、团块状等。矿石矿物以铬尖晶石为主，此外，还有少量的针镍矿、六方磁镍矿、赤铁矿等。豆荚状型铬铁矿床的成矿时代多为晚古生代和中、新生代。豆荚状型铬铁矿床的成因同样存在多种假说，主要有岩浆成因说、交代成因说和地幔成因说3类。叶天竺等[7]认为，此类矿床是地幔橄榄岩经多阶段部分熔融的最终产物，为已经熔融的呈岩浆状态的铬尖晶石-硅酸盐溶体，在上升和测向移动中发生塑性流变和冷凝形成。

2 资源分布

图1 非洲主要铬铁矿床(矿集区)分布图Fig.1 Distribution map of major chromite deposits (ore-centralization area) in Africa

世界铬铁矿资源丰富，总资源量超过120亿t，分布在非洲地区的有约70亿t[8-9]。非洲的铬铁矿资源主要分布在南部的南非、津巴布韦和马达加斯加等国，此外在苏丹、纳米比亚、乌干达、纳米比亚和埃塞俄比亚等国也有部分铬铁矿资源分布(图1)。非洲的铬铁矿床类型主要有层状型和豆荚状型两类，其中以层状型为主。非洲南部地区的大陆构造格架由多个太古宙克拉通和元古宙活动带及褶皱带组成[10]。其中卡普瓦尔克拉通和津巴布韦两个太古宙克拉通内发育马沙巴、大岩墙和布什维尔德三个太古代-早元古代大型层状杂岩体[11]，非洲已知的大规模层状型铬铁矿床就赋存在这些杂岩体中。豆荚状型铬铁矿床则主要产出在非洲南部的舒鲁圭绿岩带和非洲西部和东部造山带内的蛇绿岩带内。

2.1 南非

南非是世界上铬铁矿资源最为丰富的国家，铬铁矿资源量约55亿t[12]，其中储量约4亿t。2017年南非矿山产量约1 500万t[13]，是全球最大的铬铁矿生产国。已发现的铬铁矿资源集中在东北部的西北省、北方省、豪滕省、姆普马兰加省等地。矿床类型以层状型为主，多产出在卡普瓦尔克拉通内的布什维尔德层状杂岩体内。布什维尔德杂岩体位于南非东北部，产出在卡普瓦尔克拉通北部边缘，其侵位受克拉通内部ENE向Thabazimbi-Murchison Line构造所控制，并且形成于大陆边缘裂谷环境[14]。杂岩体出露和半出露面积近6.6万km2，是世界上最大的侵入体[14-15]，同时也是世界上铬铁矿分布最为集中的地区。区内产出有Samancor Eastern(87 Mt)、Sky Chrome(68 Mt)、Helena(65 Mt)、Klipfontein(60 Mt)、Thorncliffe(38 Mt)、Dwarsrivier(38 Mt)等大型矿床。矿石富铁，品位变化较大，Cr2O3含量39%～53%，铬铁比1.06～2.43[11]。

2.2 津巴布韦

津巴布韦是非洲第二大铬铁矿资源国，资源储量约1.4亿t[16]，已发现的铬铁矿资源主要分布在中部省和北部的首都哈拉雷附近。津巴布韦产出有层状和豆荚状两种类型的铬铁矿床。其中层状型铬铁矿床主要产出在津巴布韦大岩墙内，大岩墙南北全长480 km，东西平均近6 km，横切面呈Y型，岩墙深度超过10 km，属基性-超基性杂岩，岩相分异较好，总体划分为橄榄岩-辉石岩-辉长岩组合[17-18]。大岩墙内的层状型铬铁矿床一般矿层稳定，厚度几十厘米[19-20]。矿石含Cr2O336%～54%，铬铁比2～3.9。豆荚状铬铁矿主要产于大岩墙两侧的太古代绿岩带内，如舒如奎(Shurugwi)绿岩带内，塞卢奎(Selugwe)铬铁矿床是已知时代最古老的豆荚状型铬铁矿床[11]，矿体厚度从几十厘米到几十米不等，矿体埋深为地表至地下千余米，矿石质量优良，品位一般为38%～45%，部分可高达50%以上，铬铁比多为1.9～2.9，少数超过3.0[19]。

2.3 马达加斯加

马达加斯加的铬铁矿资源储量约1 500万t[21]，主要分布于东北部马哈赞加省及邻近的图阿马西纳省。矿床类型以豆荚状型为主，集中产出在察拉塔纳纳(Tsaratanana)绿岩带和贝齐米萨拉卡(Betsimisaraka)蛇绿混杂岩带镁铁-超镁铁质杂岩体中[22-23]，铬铁矿床含Cr2O325%～55%，Cr/Fe≥2.2[21]。矿体形态有两类，层状和似层状矿体规模较大且与围岩界线清晰，产状稳定，矿体厚度2～100 m，延伸100～200 m；不规则状矿体呈透镜体状、囊状，饼状等形态[24]，位于靠近构造带的位置或卷入构造带内，由于受强烈挤压作用和矿体就位方式共同影响，矿体呈断续条带状[25]。

2.4 非洲中北部地区

非洲中北部的苏丹、几内亚、乌干达和埃塞俄比亚等国也有比较重要的铬铁矿床分布。其中，苏丹铬铁矿资源储量约100万t，主要分布在英杰萨那希尔(Ingessana)山和努巴(Nuba)山地区的蛇绿岩带中。矿床类型主要为豆荚状型铬铁矿。矿体多为不规则透镜体状、条带状等形态，矿石含Cr2O335%～57%，铬铁比≥3。几内亚的铬铁矿资源主要分布在西南部和东南部地区，赋存在中生代超基性岩体内，规模较小，品位低。乌干达铬铁矿资源分布在卡拉莫贾(Karamoja)地区，矿床为豆荚状型，赋存在超基性岩中，Cr2O3含量45%～55%，矿石质量较差，经济价值有限。埃塞俄比亚的铬铁矿资源分布在西部和南部地区的超基性岩内，当前的勘查程度较低。

3 找矿潜力分析

非洲南部是全球铬铁矿资源潜力最大的地区之一，本文根据成矿地质条件、成矿规律、已发现资源分布和地质工作程度等因素，划分出4个铬铁矿资源潜力区(图2)。

3.1 布什维尔德潜力区(Ⅰ)

图2 非洲构造格架及铬铁矿潜力区分布图Fig.2 Map of tectonic sketch and chromite prosping potential in Africa资料来源：据文献[26]修改)

布什维尔德杂岩体由西部带杂岩体、远西部杂岩体、东部带杂岩体和波希特斯勒斯(Potgietersrus)杂岩体4个部分组成。按岩体出露位置大致可划分为东、西两个地区。东布什维尔德区内出露东部带杂岩体，地理区域包括姆普马兰加省北部和北方省中南部地区。西布什维尔德区包括西部带杂岩体和远西部杂岩体，地理区域包括豪滕省、西北省东部和北方省西部地区。杂岩体内的吕斯腾堡层状基性-超基性岩岩系是构成杂岩体的3大岩石单元之一，岩系内的铬铁矿层具厚度小，延伸广的特点，赋存了杂岩体内绝大部分的铬铁矿资源。布什维尔德潜力区拥有世界最丰富的铬铁矿资源，且具易开采，矿石质量好的特点。区内勘查开发程度较高，大型跨国矿业公司进入南非勘查开发铬铁矿资源较早，当前在产的矿山主要由必和必拓(BHP-Billiton)等公司控制，在世界铬铁矿产量中占据重要份额。由于铬铁矿一般与铂族金属共生，除部分矿山专门开采铬铁矿外，大多数铂族金属矿山并未综合利用铬铁矿[27]。

3.2 大岩墙铬铁矿潜力区(Ⅱ)

津巴布韦大岩墙长呈南北向几乎贯穿整个津巴布韦，由四个相互连接的漏斗状分岩体组成，在上部镁铁质岩系和下部超镁铁质岩系中共有11个铬铁矿赋矿层，矿石质量较高。大岩墙内铬铁矿已有近百年的开采历史，已经勘查发现了大小数十个铬铁矿床，其中大型矿床储量规模超过200万t。当前大岩墙内的铬铁矿床开采深度普遍较浅，不超过百米。根据钻探资料显示，由岩浆分异作用形成的岩层、矿层层位稳定，且中南部剥蚀程度较低。因此大岩墙内，尤其是中南部地区的铬铁矿找矿潜力较大。

3.3 舒鲁圭铬铁矿潜力区(Ⅲ)

舒鲁圭铬铁矿潜力区位于津巴布韦中部地区，属舒鲁圭绿岩带，区内出露塞卢奎超镁铁杂岩体，杂岩体为一个倾向北西的褶皱透镜体，由一系列叠瓦状岩片组成。出露的杂岩体主要由强烈蚀变的蛇纹岩和滑石碳酸盐岩等岩性组成。区内发现的塞卢奎大型铬铁矿床具豆荚状铬铁矿床的形态和矿石组分特征，同时含矿的超镁铁质杂岩体又保留有残余的层状构造。舒鲁圭绿岩带内发育的超基性杂岩体具备良好的成矿条件，是津巴布韦最重要的铬铁矿产区之一，当前已有Peak、Railway Block等大型矿山在开采，是寻找同类型矿床的有利靶区。

3.4 马达加斯加北部铬铁矿资源潜力区(Ⅳ)

马达加斯加北部铬铁矿资源潜力区包括安德里亚米纳、拉诺米纳、贝凡德里亚纳等地区，铬铁矿床类型主要为豆荚状型。潜力区地处察拉塔纳纳(Tsaratanana)绿岩带，区内地层主要为前寒武纪斜长角闪岩、黑云片麻岩、英云闪长质片麻岩等;大面积出露新太古代镁铁质-超镁铁质杂岩，发育一系列早期揉皱、韧性剪切带和晚期断裂，具备良好的成矿地质条件。目前已经发现Andranobe、Telomita等中型矿产地和十余处矿点[22]。区内地质工作多为殖民地时期完成，勘查程度较低，目前在开发的矿床勘探深度仅百米以浅，矿区深部及外围以及镁铁质-超镁铁质杂岩体分布的其他区域具有较大的找矿潜力。