马林霄，梁成，卢天骄，张毅，陈德稳，李庆哲，董少波

（1.中色地科矿产勘查股份有限公司，北京 100012；2.北京中资环钻探有限公司，北京 100012）

0 引言

铬矿是发展冶金、国防、化工等工业不可缺少的矿产资源，是我国确定的战略性矿产资源，同时也是我国8 种大宗紧缺矿产之一，对外依存度极高（郑明贵和赖亮光，2011；何哲峰等，2016；张伟波等，2019；张泽南等，2019）。南非的铬矿资源量位居世界第一，约占世界资源总量的45.8%（曾祥婷等，2015），亦是世界最大的铬铁矿生产国，美国地质调查局编制的2018 版《世界矿产品摘要》中显示南非在2017 年铬铁矿产量约1500 万t。南非为目前中国最大的铬矿进口国，亦为中国未来10～15 年铬铁矿最优进口国（张泽南等，2019），中国海关总署数据显示，在2018 年1 月至2018 年12 月南非系铬矿进口占比高达73%。

赫尔辛基（Helsinki）铬铁矿位于南非勒斯滕堡市（Rustenburg）东南14 km 处，地处著名的铬铁矿和铂族金属成矿带—布什维尔德（Bushveld）杂岩体的西南部，矿区中心地理坐标：东经29°23′15.52″，南纬25°43′32.18″。

布什维尔德杂岩体作为世界上最大的侵入体，其内部的勒斯滕堡基性－超基性层状岩套（Rusten⁃burg Layered Suite）出露面积超过65000 km2（高辉等，2009；要梅娟，2012），赋存有目前已知最大的铂族元素（PGE）、铬、铁－钛－钒矿床以及低品位铜镍硫化物矿床（吕林素等，2011；要梅娟，2012）。前人对杂岩体内铂族元素的丰度、赋存状态、富集规律及矿床成因有丰硕的研究成果（Lee 和Tredoux，1991；张洪和陈方伦，1998；胡素芳和周新华，2001；王登红等，2002；李文渊，2007；高辉等，2009；谭娟娟和朱永峰，2009；吕林素等，2011；要梅娟，2012），而针对铬铁矿床的研究成果则相对偏少（E.N.卡梅伦等，1973）。由于杂岩体内铬铁矿一般与铂族元素共生，除部分矿山专门开采铬铁矿外，大多数铂族元素矿山并未综合利用铬铁矿（张伟波等，2019）。

虽然赫尔辛基铬铁矿最早已在1949 年进行小规模的开采，但对于该矿的地质、选冶、采矿等信息公开披露相对欠缺。本文通过系统的整理研究赫尔辛基铬铁矿以往历史资料，结合区域上铬铁矿成矿规律，描述了其地质特征，旨在为中国企业海外并购，或在矿区及周边的找矿勘查工作提供资料参考。

1 区域地质背景

赫尔辛基铬铁矿位于卡普瓦尔（Kaapvaal）克拉通北缘，布什维尔德杂岩体西翼的南部（图1a）。区域出露的地层主要为一套元古宙早期（2.5～2.3 Ga）德兰士瓦（Transvaal）超群的沉积岩和熔岩系，沉积岩层厚度高达11 km（含4 个火山岩夹层）（吕林素等，2011）。

布什维尔德杂岩体侵位于卡普瓦尔克拉通北缘张性构造环境下的构造交汇处（Eales et al.，1993），位于德兰士瓦超群中的Rooiberg 群和卡普瓦尔克拉通基底岩石之间（要梅娟，2012）。广义的布什维尔德杂岩体由早至晚可分为4 个岩浆组合：早期的Rooiberg 长英岩套和Rashoop 花岗斑岩套，中期的勒斯滕堡基性－超基性层状岩套，晚期的Lebowa 花岗岩套（高辉等，2009；吕林素等，2011）（表1）；而狭义的布什维尔德杂岩体则仅包含勒斯滕堡基性－超基性层状岩套和Lebowa 花岗岩套（Schweitzer et a1.，1997）。

勒斯滕堡基性－超基性层状岩套受近东西向TML（Thabazimbi－Murchison Line）超壳断裂构造带影响（吕林素等，2011），可分为南北两大部分，且地表出露部分呈叶片状或弧形带。北部带即北翼，南部带则包含东翼、南翼、西翼和远西翼。区域上铬铁矿床则多产出在东翼和西翼中的关键带内（图1a、图1b）。

2 矿区地质特征

赫尔辛基矿区多被第四系覆盖，根据钻探工程揭露结果，矿区岩性主要由勒斯滕堡基性－超基性层状岩套关键带的铬铁矿层、辉石岩、斜长岩、苏长岩等组成。

铬铁矿层整体走向近东西向，向北倾5°～14°，厚度较为稳定，并与围岩或夹石（辉石岩、斜长岩和苏长岩）交替产出。前人根据采矿需要和岩性组合特征，并结合区域上分层依据，将矿区内围岩和铬铁矿层自下而上分别编号为FW3、LG5、FW2、LG5 细脉、FW1、LG6、LG6A、HW1、LG7、HW2、MG1、HW3、MG2、HW4、MG3、HW5、HW6、MG4、HW7、HW8、HW9（图2，表2）。其中，MG3 和MG4 铬铁矿层赋存在上关键带中的斜长岩和苏长岩中；LG5、LG5 细脉、LG6、LG6A、LG7、MG1、MG2铬铁矿层则赋存在下关键带中的辉石岩中。区域上的UG1、UG2、MR铬铁矿层在矿区内未出露。

图1 布什维尔德杂岩体地质简图（a）及关键带地层柱状图（b）（据吕林素等，2011；Kai Bachmann et al.，2019；修改）

表1 布什维尔德杂岩体内部岩浆组合地质特征

矿区高精度磁法解译和钻探验证结果显示，区内主要发育NWW 向和NNW 向两组后期的辉绿岩脉，呈高角度侵入在矿体中，脉岩厚度一般40～50 m，主要分布在矿区东部、北部和西部（图3a）。矿区内偶见比较小的断层，断距一般在0.5～2.0 m。矿区岩浆岩、断层对矿体的破坏程度较小，基本不影响矿床开采工作。

矿区溶洞广泛发育，直径在一般为20～100 m，对矿体破坏程度较大，初步估计其破坏的矿体资源量应在6%左右（图3b）。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

铬铁矿层产状较为稳定，整体走向近东西向，向北倾5°～14°，厚度较为稳定，并与围岩或夹石（辉石岩、斜长岩和苏长岩）交替产出，在平面上多呈岩席状平行于围岩产出。

根据目前矿区钻孔控制结果，可圈定出7 个矿体，各矿体近平行产出在各铬铁矿层中，自上而下分别编号为MG4、MG3、MG2、MG1、LG7、LG6 和LG5，矿体在走向和倾向上连续性均较好，其厚度和品位变化亦较稳定（表3）。矿体平均厚度一般在0.3～3.15 m 之间；Cr2O3含量16.68%～34.46%，Cr/Fe 一般在0.8～1.39。

图3 赫尔辛基矿区LG6 矿体底板埋深等值线和等厚线图（a）及坑道中的LG6 矿体（b）

其中，LG6 矿体为矿区主要矿体，由LG6A 和LG6 铬铁矿层及其中间的夹层（石）组成（图3b），厚度有向深部增大的趋势（图3a），因其品位较高、厚度较大，夹层（石）薄且较稳定，是目前矿山正在开采的矿体。

MG3 和MG4 矿体上下盘围岩多为斜长岩、苏长岩以及部分未达工业品位的铬铁矿层；LG5、LG6、LG7、MG1、MG2 矿体上下盘围岩多为辉石岩以及部分未达工业品位的铬铁矿层。局部矿体中的铬铁矿充填到围岩的裂隙中，造成假过度现象，围岩蚀变多以绿泥石化、碳酸盐化、硅化、蛇纹石化为主。

夹石主要分布在MG4 和LG6 中，MG4 中含有4层夹石，夹层总厚度约3.49 m，LG6 中含有1 层夹石，厚度约0.30 m，矿体与夹层界线较为明显（图3b），与矿体近平行产出，在走向和倾向上均具有较好的连续性。

表3 赫尔辛基矿区各矿体品位、厚度一览表（不含夹石）

3.2 矿石质量特征

（1）矿石结构、构造

矿石矿物主要以他形－半自形粒状结构为主，整体自形程度较低；矿石构造以致密块状构造、浸染状构造、似条带状构造以及斑点状构造为主。

（2）矿石矿物组成及化学成分

矿石矿物组成主要为铬铁矿和少量的绿泥石、斜方辉石、单斜辉石，石英含量非常低。矿石化学成分主要由Cr2O3、FeO、Al2O3、CaO、MgO、SiO2、P、S 等组成，其中Cr2O3一般含量16.68%～34.46%，Cr/Fe一般在0.8～1.39 之间，有研究认为该地区90%以上的Fe 和Cr 主要分布在铬铁矿中（陈庆涛等，2016）。

（3）矿石类型

根据矿石结构构造，矿石自然类型可分为致密块状矿石、浸染状矿石和似条带状矿石。根据矿石的风化程度，可分为风化矿和原生矿，矿区的平均风化深度为30m，矿区选矿试验资料显示，该区风化矿属难选矿石，目前暂不能经济利用。

目前矿山主要生产4 种规格的铬矿产品，①块矿：粒度约20～80 mm，Cr2O3＞38%，SiO2＜8%；②铸造砂：Cr2O3＞46%，SiO2＜1%；③化工用精矿：Cr2O3＞45.9%，SiO2＜1.2%；④冶金用精矿：Cr2O3＞44%，SiO2＜3%。

4 矿床成因

赫尔辛基铬铁矿床位于南非的布什维尔德杂岩体西部，与勒斯滕堡基性－超基性层状岩套之间有密切的成因关系。矿体多产出在单斜（斜方）辉石岩、斜长岩和苏长岩等基性－超基性岩中，并严格受铬铁矿层控制，矿体与母岩常呈逐渐过渡关系，属岩浆早期阶段由分凝作用形成。矿体呈层状，平行多层产出，单层厚度数十厘米至数米，在走向和倾向上延伸非常稳定，矿床规模巨大；矿石多为致密块状和稠密浸染状，Cr2O3一般含量16.68%～34.46%，Cr/Fe 一般为0.8～1.39。矿物表现为一定的堆晶作用特征，说明在岩浆冷却过程中各种物质成分随着条件变化而先后结晶固结成岩，从而造成不同部位物质组分的分异。因此，赫尔辛基铬铁矿床为典型的早期岩浆矿床。

关于布什维尔德杂岩体中层状铬铁矿床的成岩成矿机理的解释很多，胡素芳和周新华（2001）总结的比较流行的观点是：最早从岩浆中分离出来的矿物是古铜辉石和镁橄榄石以及少量的铬尖晶石，周期性地沉淀在下部带的辉石质和纯橄榄岩质层中，最终形成有经济价值的铬铁矿层。由于大量的橄榄石、古铜辉石和铬铁矿的晶出，岩浆的组分发生了改变，随着岩浆继续冷却，橄榄石停止结晶，而斜长石、普通辉石开始结晶。

5 结论

（1）赫尔辛基铬铁矿床位于布什维尔德杂岩体中的勒斯滕堡基性－超基性层状岩套（RLS）内，为岩浆早期阶段由分凝作用形成的典型层状铬铁矿床。

（2）矿区内铬铁矿体赋存在铬铁矿层中，表现为一向北缓倾的单斜构造，其在空间上分布连续性较好，产状及矿体厚度、品位变化亦较稳定，主矿体厚度有向深部增大的趋势。

（3）矿石中Cr2O3一般含量16.68%～34.46%，Cr/Fe 一般为0.8～1.39；根据风化程度，可分为风化矿和原生矿，虽风化矿属难选矿石，目前尚不能经济利用，但矿区平均风化深度仅为30 m，原生矿石资源储量巨大，矿床经济价值显著。

致谢在项目野外考察期间，得到了中色地科矿产勘查股份公司副总经理朱思才博士的大力支持，在本文成文过程中，朱思才博士也给与了细致耐心的指导和帮助；特别是审稿人为本文提出了宝贵的修改建议，使本文得以完善，在此一并表示感谢。