南非布什维尔德岩浆型Cu—Ni—PGE硫化物矿床成因探讨.pdf

2 0 1 1年 1 2月 De c e mb e r ，2 0 1 1 矿床地质 M I NERAL DEP OS I TS 第 3 0卷第 6期 V0 1 3 0 No 6 文章编号 ：0 2 5 8 7 1 0 6( 2 0 1 1 ) 0 6 1 1 2 9 2 0 南非布什维尔德岩浆型 C u Ni P GE硫化物矿床 成 因探讨 吕林素 ， 汪云峰2 ， 一 ， 李宏博 ， 一 ， 周振华4 ， 张作衡4 ， 谢桂青4 ( 1中国地质博物馆，北京1 0 0 0 3 4 ； 2中国地质大学地球科学与资源学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 3北京城市学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 4中国地质科学院矿产资源研究所， 北京1 0 0 0 3 7 ) 摘要南非布什维尔德杂岩体( B I C ) 是世界上最大的镁铁质层状侵入体( 东西长 4 5 0 k m， 南北宽 2 5 0 k m) ， 也 是世界上单个蕴藏铂族金属( P G E) 、 铬铁矿和钒钛磁铁矿的最重要矿床， 其中 P G E储量为 6 5 4 7 3 t ， 含有全球 7 5 的P G E， 是全球最大的P G E矿床。沿着 Ru s t e n b u r g镁铁质一 超镁铁质层状岩套( RL S ， 厚度 7 9 k m) 断续分布着 3 0 多个 P G E矿床， 以UG 2铬铁岩矿层( 占5 8 ) 、 梅林斯基矿层( MR， 占3 2 ) 和普拉特接触带( P R， 占9 ) 3 个 C u Ni P G E层位最为著名。R L S自下而上可分为 5个带， 即边缘带( mg Z ) 、 下部带( L Z ) 、 关键带( C Z ) 、 主带( MZ ) 和上部带 ( u z ) ， 其中关键带为主要含矿带。R L S 具有两大成矿特征： 一是巨量的 P G E都与低品位 叫( N i)0 1 5 O 3 6 、 叫( c u ) 0 0 3 -0 1 8 和低密度的硫化物层共生 ； 二是具有完整的层序和矿化部位 ， L z和 c z产出多层铬铁矿 ， 其 中C Z顶部的UG 2和 MR矿层为主要含铂层 ， 主带中还有多层铂矿化， 而 UZ只产磁铁矿。布什维尔德矿床的成岩 成矿时代介于 2 0 5 0 -2 0 6 0 Ma之间， 为古元古代的产物。该矿床的成矿构造背景为大陆边缘裂谷环境， 其主要成 矿机制是地壳含水硅酸盐质成分的同化混染， 导致硫化物熔离， 形成贱金属硫化物( B MS ) ， 而 P G E的富集主要是硫 化物熔离作用或吸附作用的结果。R L S的母岩浆来 自较深部的岩浆房， 之后， 关键带母岩浆进入布什维尔德主岩浆 房， 同化其围岩作用 日益增强， 熔离出硫化物或富 P GE相， 从而形成了 U G 2 、 MR和 P R矿层。布什维尔德岩浆房是 一 个开放的系统， 布什维尔德杂岩体至少是 3 种或更多母岩浆周期性充填的结果。当来 自上地幔的岩浆上升之后， 又有新的岩浆进入岩浆房； 新的岩浆扩散开来 ， 覆盖在来 自先前岩浆房中岩浆结 晶的矿物晶体上， 最后填充在地壳 中的岩浆房中。 关键词地质学； 岩体特征； 矿床特征； 成矿作用特征； 矿床成因； 布什维尔德杂岩体； 南非； 综述 中图分类号： P 6 1 8 4 1 ； P 6 1 8 6 3 ； P 6 1 8 5 3 文献标志码： A Dis s c u s s io n o n t he me t a U0 g e n e s is o f Bu s h v e ld ma g ma t ic Cu Ni- PGE s u lp hid e d e p o s it in S o u t h Af r ic a L O L in S u ， WANG Yu n F e n g 2 一，L I Ho n g B o I 一 ，Z HO U Z h e n Hu a 4 ， Z HA NG Z u o He n g 4 a n d XI E Gu iQi n g 4 ( 1 Th e G e o l o g i c a l Mu s e u m o f C h i n a ， B e i j in g 1 0 0 0 3 4 ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f E a r t h Sci e n c e a n d R e s o u r c e s ， C h i n a Un iv e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h in a ； 3 B e i j in g C i t y C o l le g e ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 4 I n s t it u t e o f Mi n e r al Re s o u r c es， C h i n ese A c a d e my o f G e o l o g i c al S c i e n c es，B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 ，C h i n a ) Abs t r a c t T h e B u s h v e ld I g n e o u s C o mp l e x( B I C)in S o u t h A f r i c a is t h e l a r g e s t k n o wn ma rie la y e r e d i n t r u s io n ，wi t h t h e EW e x t e n d in g le n g t h b e in g 4 5 0 k m a n d NS wid t h b e in g 2 5 0 k mI t i s a l s o t h e mo s t i mp o r t a n t s in g le r e p o s i一 本文为中国地质大学( 北京) 矿产资源保障工程项 目( 基 2 0 1 0 1 0 4 0 2 ) 、 地质大调查项 目( N o 1 2 1 2 0 1 0 6 3 3 9 1 1 ) 和国家 自 然基金项 目( 编 号 ：4 0 8 6 3 0 0 1 ) 的成果 第一作者简介吕林素， 女， 1 9 6 5 年生， 研究员 ， 主要从事矿物、 岩石和矿床研究。 E m a i l： l u l i n s u 1 2 6 c 0 m 收稿日期2 0 0 9 0 2 0 6 ； 改回日 期2 0 1 1 0 8 1 2 。张绮玲编辑。 矿 床 地 质 t o r y p la t in u m g r o u p e le me n t s( P G E) ，c h r o mi t e a n d v a n a d i f e r o u s ma g n e t i t e d e p o s i t T h e B u s h v e ld D e p o s i t ( B E ) )is t h e l a r g e s t P GE d e p o s i t in t h e wo r ld ， w it h r e s e r v e s o f P G E 6 5 4 7 3 t o n s ， o c c u p y in g 7 5 o f t h is k in d o f r e s o u r c e i n t h e wo r l dI t in c lu d e s mo r e t h a n 3 0 P GE d e p o s i t s a l o n g t h e Ru s t e n b u r g La y e r e d S u it e( RLS ，7 9 k m in t h i c k n e s s ) ， in wh ic h t h r e e o r e b o d ie s wi t h in t h e B I C ，i e t h e Up p e r G r o u p 2 c h r o mit it e( UG 2 ，a c c o u n t i n g f o r 5 8 ) ， t h e Me r e n s k y R e e f ( MR， a c c o u n t i n g f o r 3 2 )a n d t h e P la t r e e f ( P R，a c c o u n t in g f o r 9 ) a r e e s p e c ia l ly r e ma r k a b le RL S h a s b e e n d iv id e d in t o f i v e ma j o r z o n e s f r o m b o t t o m t o t o p ：ma r g in a l z o n e ( mg Z ) ， lo w e r zon e( L Z ) ， c r i t ic a l z o n e( C Z ) ， ma in z o n e( MZ ) a n d u p p e r z o n e( UZ ) ， in wh i c h C Z is t h e ma io r o r e b e a r in g z o n e RL S h a s t wo ma j o r o r e f o r min g f e a t u r e s ： o n e is t h a t e n o r n lo u s a m o u n t s o f P G E min e r a l iz a t io n a r e a l wa y s a s soc ia t e d w it h b e d s o f b a s e me t a l s u lf id e s( B MS )c h a r a c t e r iz e d b y l o w g r a d e( Ni 0 1 5 0 3 6 ， C u 0 0 3 0 1 8 )a n d l o w d e n s it y ， a n d t h e o t h e r is t h a t t h e r e e x i s t i n t e g r a l s e q u e n c e a n d min e r a li z in g p o s i t i o n f o r min g mu lt i la y e r e d c h r o mit e s in L Z a n d C Z a n d t h e ma io r p la t i n u m- b e a r in g la y e r s a r e UG2 a n d MR a t t h e t o p o f CZ Mu h il a y e r e d p la t in u m mi n e r a liz a t i o n is i n MZ a n d o n ly ma g n e t it e o c c u r s i n UZTh e r o c k f o r m in g a n d o r e - f o rm in g a g e s o f B D r a n g e f r o m 2 0 5 0 Ma t o 2 0 6 0 Ma ，s u g g e s t i n g p r o d u c t s o f P a le o p r o t e r o z o ic I h e me t a l lo g e n i e s e t t in g o f t h e B u s h v e l d d e p o s it wa s e p ic o n t i n e n t a l r i f t Th e me t a ll o g e n i c me c h a n is m o f t h e d e p o s it is t h a t t h e a s s imil a t io n a n d c o n t a min a t i o n o f h y d r o s il lic a t e c o mp o n e n t s in t h e c r u s t c a u s e d t h e d if f e r e n t ia t i o n o f s u l f i d e s t o f o r m b a s e me t a I s u lf id e s( B MS ) ， a n d t h e e n r ic h me n t o f P G E r e s u lt e d f r o m s u lf id e d i f f e r e n t i a t i o n a n d a d sor p t io n Th e p a r e n t ma g ma o f RL S wa s d e r iv e d f r o m t h e d e e p ma g ma c h a mb e r a n d t h e n t h e p a r e n t ma g ma o f C Z e n t e r e d t h e ma j o r ma g ma c h a mb e r o f B u s h v e ld d e p o s i t t o g e n e r a t e s u l f i d e f a c ie s o r e n r ic h e d P GE f a c i e s t h r o u g h d if f e r e n t i a t io n wit h t h e i n c r e a s e o f a s s imil a t io n ，t h u s f o r min g UG2 ，MR a n d P R o r e b e d s Bu s h v e l d ma g ma c h a mb e r i s a n o p e n s y s t e m a n d BC i s a p r o d u c t f i lle d a t le a s t wit h t h r e e o r mo r e t y p e s o f p a r e n t ma g ma s W h e n ma g ma f r o m t h e u p p e r ma n t le u p li f t e dn e w ma g ma e n t e r e d t h e ma g ma c h a mb e r c o v e r e d t h e c r y s t a ls f o r me d t h r o u g h ma g ma t ic c r y s t a lli z a t io n in p r e v i o u s ma g ma c h am b e r a n d e v e n t u a lly f il le d i n t h e ma g ma c h a mb e r in t h e c r u s t Ke y wo r d s ：g e o lo g y ，c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e in t r u s i o n，d e p o s it c h a r a c t e r is t ic s ，me t a llo g e n i c c h a r a c t e r i s t ic s ， d e p o s it g e n e s is ，Bu s h v e l d C o mp l e x ，S o u t h Af r ic a ，r e v i e w 布什维尔德矿床 ( B u s h v e l d D e p o s it s ， 简称 B D) 位于南非东北部 ， 从东边的 Mp u ma la n g a和 L i mp o p o 省延伸到西边 的与博茨瓦纳接壤 的西北省 ( Ma t h e z e t a 1 ， 2 0 0 7 ) 。布什维尔德杂岩体( B u s h v e l d I g n e o u s Com p l e x ， 简称 B I C ) 是世界上最大的侵入体， 其中的 Ru s t e n b u r g镁 铁质一 超镁铁质层 状岩套 ( 即 R u s t e n b u r g L a y e r e d S u it e ， 简称 R L S ) 赋存全球最大的铂族 元素( P G E) 、 铬 、 铁一 钛一 钒矿床和低品位铜镍硫化物 矿床。具体来说 ， P G E储量为 6 5 4 7 3 t ( 其 中， P t 为 3 3 1 1 1 t ，P d 2 0 8 0 3 t ，Rh 3 5 4 8 t ，Ru 6 2 3 1 t ，I r l 1 5 7 t ，Os 6 2 3 t ，据 Na ld r e t t ， 2 0 0 4 ) ， 含 有全 球 7 5 的 P t 、 全球 5 4 的 P d以及全球 8 2 的 R h ( Na ld r e t t e t a 1 ， 2 0 0 8 ) ， 还含有 Ni 1 5 2 8万 t 叫( Ni) 为 0 1 3 ， N i金属量占全球 的 1 6 、 C u 6 8 8万 t f ( 叫( C u ) 0 0 6 ， C u 金属量 占全球 的 5 5 、 C r 4 0 亿 t 、 A u l 1 5 2 t 、 V 1 6 8 0 万 t 和磁铁矿 1 0万 t 等 ( Vo n G r u e n e wa l d t ，1 9 7 7 ； Na l d r e t t ，2 0 0 4 ) 。它们主 要赋存 在 与 RL S有 关 的梅林斯 基矿 层 ( Me r e n s k y r e e f ， 简称 MR) 、 UG 2铬铁岩矿层( U p p e r G r o u p 2 ) 和 普拉特接触带( P la t r e e f ， 简称 P R) 3个 一 N i P G E层化 中。由于 B I C及其矿床是世界上最大的成矿系统， 此 ， 本文拟从其岩体和矿床地质特征出发 ， 综合分析 其成岩成矿过程和成矿机制， 以便指导勘查找矿。 l区域地质背景 B I C位于南非太 占代 Ka a p v a a l克拉通北部边缘 张性构造环境的若干构造 的交汇处 ， 即侵入到与 2 5 2 3 G a的 Tr a n s v a a l 超 群 沉 积 地 层 近 平 行 的 K a a p v a a l克拉通中( E a l e s e t a 1 ， 1 9 9 3 ) ， 其侵位受克 拉 通 内 部E N E 向 T h a b a z i mb i Mu r c h i s o n L i n e ( T ML ) 构造所控制 ( 图 1 ， D u P le s s is e t a 1 ，1 9 9 0 ) ， 并且形成于大陆边缘裂谷环境。T ML为超壳断裂， 且从 中太古代( 2 9 6 0 ma ) 到白垩纪( 约 1 4 5 Ma ) 一 甑 第 3 0 卷第 6期 吕林素等：南非布什维尔德岩浆型 C u - Ni P G E硫化物矿床成因探讨 口 8 口 9 口 1 0 口 l l 口 1 2 -m - 1 3 回 1 4 图 1 南非布什维尔德杂岩体地质图及其岩浆型 Ni C u P G E硫化物矿床分布图 ( 据 Na ld r e t t ，2 0 0 4 ； C a w t h o m， 2 0 0 5 a ；K in n a i r d e t a 1 ， 2 0 0 5 b修改) 1 一太古 宙绿 岩；2 一太古宙花 岗岩 ； 3 -Do mi n i o n群 ； 4 - C h u n n i e s p o o r t 群 ；5 P r e t 0 r i a 群 ； 6 -R c o i b e r g群 ；7 一 布什维尔德镁铁质岩 ；8 一 布什维尔德花岗岩 ；9 一布什维尔德花斑岩 ；1 0 -Wa t e r b e r g群 ；1 1 一A 】 k a 】 i n e 杂岩体群 ； 1 2 -K a r c o 超群；1 3 正在开采矿床 ；1 4 一推测矿床 F i g1 Geolo g i c a l ma p o f t h e Bu s h v e l d ig n e o u s c o mp l e x ，s h o wi n g t h e d i s t r i b u t i o n o f Ni C u - PGE s u l f i d e d e t ms i t s i n S o u t h A f r i c a( mo d i f i e d a f t e r N a l d r e t t ， 2 0 0 4 ；C a wt h o m， 2 0 0 5 a a n d K i n n a i r d e t a 1 ， 2 0 0 5 b ) 1 一 Ar c h a e a n g r e e n s t o n e；2 一 Ar c l me a n g r a n it e ；3 - Do min i o n Gr o u p；4 - Chu n n ie s p o o r t Gr o u p；5 一 P r e t 0 血 Gr o u p；6 - Ro o ib e r g Gr o u p； 7-Bu s h v e ld ma f ic r o c k；8 - Bu s h v e l d g r a n it e；9 一 Bu s h v e ld g r ano p h y r e ；1 0 一 W a t e r b e r g Gr o u p：1 1 一 Alk a lin e C o mp le x e s ；1 2 - Ka r c o S up e r g r o u p：1 3 一 Or e d e p o s it u n d e r e x p lo it a t io n；1 4 一 I n f e r r e d o r e d e p o s i t 在活动 ( G o o d e t a 1 ，1 9 9 7 ) 。因此 ， TML在 布什维 尔德前期基底 构造中扮演重要 角色 ， 并对 B I C就位 和布什维尔德后期的变形起决定性作用 ( D u P l e s s i s e t a 1 ， 1 9 9 0 ) 。 区内出露的地层为古元古代沉积岩和德兰士瓦 ( Tr a n s v a a 1 ) 熔岩系， 也是 B I C的围岩 ， 属于元古宙早 期 ， 为一个厚 1 1 k m、 含 4个火 山岩夹层 的沉积岩层。 布什维尔德 L I P ( L a r g e I g n e o u s P r o v i n c e ， 大火成岩 省) 侵位于 Tr a n s v a a l超群 ( 图 2 ) 中的 R o o i b e r g群 以 及 Ka a p v a a l克拉通 的基底岩石之间 ， 其 中 R L S层状 岩套沿着区域不整合分布于下伏 P r e t o r ia 群和上覆 R o o i b e r g 群之 问( B u c h a n a n e t a 1 ，1 9 9 8 ) 。R o o i b e r g 群为一套沉积物与玄武质到流纹质火 山岩互层构成 B I C顶板 ， 而 P r e t o r ia 群 上部 的火 山一 沉积地层则 为 B I C底板。在 B I C东 部， RL S侵位于 R o o ib e r g群 中 D u l l s t r o o m建造与 D a m w a l建造的接触带中( 图 2 ) ， 而R L S中的P R则直接覆于 T r a n s v a a l超群 P r e t o r i a 群的 S i l v e r t o n或 Ma g a l i e s b e r g q u a r t z i t e 等建造之上 ( Ma n y e r u k e e t a1 ， 2 0 0 5 ) 。 1 1 3 2 矿 床 地 质 图 2 R o o i b e r g群的简要地层剖面和布什维尔德杂岩体的 侵入位置( 据 B u c h a n a n e t a 1 ，1 9 9 8 ) 1 一沉积岩夹少量火山岩 ； 2 一灰流凝灰岩 ；3 一霏细岩夹 沉积岩 ； 4 页岩层； 5 一砾岩层； 6 一石英岩捕虏体； 7 一镁铁质 K英质火 山岩夹沉积岩、 火成碎屑岩； 8 一花斑岩； 9 一布什维尔德侵入体 F i g 2 Ge n e r a li z e d s t r a t i g r a p h i c c o l u mn o f t h e Ro o i b e r g Gr o u p a n d in t r u s i v e 1 o c a t i o n o f Bu s h v dd C o mp l e x( a f t e r B u c h ana n e t a1 ， 1 9 9 8 ) 1 - S e d i me n t s in t e r b e d d e d wit h min o r v o lc a n i c s ；2 - As h f l o w t u f f ； 3 一 Fe ls it e i n t e r b e d d e d wi t h s e d i me n t s ；4 一 s h a le la y e r ；5 一 Ag gl o m e r a t e l a y e r ； 6 - Qu a r t z it e x e n o lit h s ： 7 M ic f e ls ie v o lc a n ic r o c k s in t e r b e d d e d wit h s e d i me n t s a n d p y r o c la s t ic s ；8 - Gr a n o p h y r e ； 9 - I nt r u s i o n o f Bu s h v e ld c o mp le x 2 布什维尔德含矿杂岩体地质特征 B I C是世界上已知最大的也是最古老的火成岩 省( L a r g e I g n e o u s P r o v i n c e ， 简称 L I P ) ， 从a - N晚大 致分为4 个岩浆组合( 表 1 ) ： 早期的R o o i b e r g 双峰式 火山岩套 ( 2 0 6 02 )Ma ， Wa l r a v e n ，1 9 9 7 和 R a s h o o p 花岗斑岩套 ( 2 0 6 1 8 5 5 ) Ma ， H a r m e r e t a 1 ， 2 0 0 0 ； 中期的 R L S层状岩套( 下面专 门讨论) ； 晚期 的 L e b o wa花 岗 岩套 ( 2 0 5 4 22 8 )Ma ， Ha r m e r e t a 1 ， 2 0 0 0 ( 表 1 ) ， 它们的演化可能超过 1 0 0 Ma 。而狭 义 的 B I C仅 包含 R L S层 状 岩套 和 L e b o wa 花岗岩套( S c h we it z e r e t a 1 ，1 9 9 7 ) 。总体来 看， 布什维尔德的各种岩浆活动都集中在古元 代 ( 约 2 0 6 G a ) ( E g li n g t o n e t a 1 ，2 0 0 4 ； A le x a n d r e e t a 1 ， 2 0 0 6 ) ， 与 Ka a p v a a l克拉通北部的相关岩浆活动 几乎同时发生( S c o a t e s e t a 1 ， 2 0 0 8 ) 。 2 1 含矿岩体的规模 、 形态、 产状 R L S规模巨大 ， 东西长 4 5 0 k m， 南北宽 2 5 0 k m ( Na ld r e t t e t a 1 ， 2 0 0 8 ) ， 出露面积约 6 5 0 0 0 k m2 ， 从 底部富镁 的超镁铁岩到顶部富硅 的闪长岩 ， 堆晶层 厚度变化于 7 9 k m之间， 体积推测可达 3 8 0 0 0 0 k m3 ， 是世界上 已知最大的镁 铁质一 超镁铁 质层状侵 入岩体 ( Kr u g e r ， 2 0 0 5 ； Kin n a i r d e t a 1 ， 2 0 0 5 b ) 。R L S 以不规则 的层 状产 出， 呈岩床状 ( C l a r k e e t a 1 ， 2 0 0 9 ) ， 并被 T ML分成南北两大部分 ， 且地表出露部 分呈 叶 片 状 或 弧 形 带， 北 部 带 即 北 翼 ( No r t h e r n L o b e L imb ) 、 南部带包括东翼( E a s t e r n L o b e L i mb ) 、 南翼 ( 即 B e t h a l L o b e L i mb ) 、 西翼 ( We s t e r n l o b e L i mb ) 和远西翼 ( F a r We s t e r n L o b e Li mb ) 共计 5个 区域( Mc c a n d le s s e t a 1 ，1 9 9 9 ； B a r n e s e t a 1 ， 2 0 1 0 ) ， 其中北 、 东 、 西三翼断续分布着 3 0多个矿床， 其中有 4个为推测矿床( 图 1 ， C a w t h o r n ， 2 0 0 5 a ) 。 据不完全统计 ， 北翼位 于 T ML的东北部 ， 主要 有 No n n e n we r t h 、 D r e n t h e 、 Ov e r y s e l、 Z wa r t f o n t e in 、 S a n d s l o o t 、 Twe e n f o n t e in 、 Tu r f s p r u it Uit l o o p Ma c a la c a s k o p 、To wn l a n d s 、Ro o i p o o r t 、Mo o r d d r i f t Vo l s p r u i t 和 G r a s v a ll y( A s h wa l e t a 1 ， 2 0 0 5 ) 等十几个铂矿床。 东翼位于 T ML的东南部， 主要包括 Me s s i n a ( 简称 S o ) 、 L e b o w a ( 简称 L， 又称 At o k ) 、 T wie k e n h a m( 简称 Tk ) 、Ma r u l a( 简 称 Mr ) 、 Mo d i k w a( 简 称 Md ) 、 Dr ie k o p 、 Mo o ih o e k 、 On v e r wa c h t 、 K e n n e d y S V a le ( 简 称 Ke ) 、 T w o R i v e r s( 简称 T r ) 、 De r B r o c h e n ( 简称 I ) ) 和E v e r e s t Sou t h ( 简称 E s ) 等 1 0 余个铂矿床。西翼 位于 T ML的西南部 ， 主要包括 N o r t h a m( 简称 N) 、 Ama n d e l b u l t ( 简称 Am) 、 Un i o n ( 简称 U) 、 B a f o k e n g R a s i m o n e ( 简称 B ) 、 I mp a l a ( 简称 I ) 、 R u s t e n b u r g ( 简 称 R) 、 Kr o o n d a l( 简称 Kr ) 、 Ka r e e ( 简称 Ka ) 、 Ma r ik m 、 L o n mi n 、 W e s t e rn、 E a s t e r n 、 P a n d o r a和 C r o c o d i le R i v e r ( 简称 C ) ( N a i d r e t t ， 2 0 0 4 ； C a w t h o r n ， 2 0 0 5 a ) 等 1 0 余个铂矿床。 第 3 0卷第 6 期 吕林素等：南非布什维尔德岩浆型 C u - Ni P G E硫化物矿床成因探讨 1 1 3 3 R o o i b e r g长英岩套 S c h r i k k l o o f 建造 Kwa g g a s n e k建造 Da mwa 1 建造 Du l l s t r o o m建 造 低镁长英岩 低镁长英 岩 低镁长英 岩 B u c h a n a n e t a 1 ，1 9 9 8 ；2 0 0 2 高铁一 钛一 磷安 山岩到英安岩 ； 高、 低钛玄武质安山岩互层 谣 东 ， 、 求 N 当占 。馥 薹1 1 萋 ” 2000 薹 H 一 辉 长苏 长 = 岩 。 。 。 8 O O H 辉 长苏长岩 2 8 0 0 l4 0 0 N 苏 长岩 3 0 0 8 0 0 5 2 0 l0 0 0 J 1 苏 乏 岩 爪 K 辉 石 8 I 8 0 0 ) J 旺I I t I j 方辉橄榄岩 3 0 0 5 0 O 辉石岩 5 2 0 8 O O 边缘带 ( mg Z)苏 长岩 图 3 布什维尔德杂岩体的 R L S岩性柱状简图以及 UG 2 和 MR矿层的位置( 据 E a l e s e t a 1 ，1 9 9 6 ) Fi g3 S i mp l i f i e d s t r a t i g r a p h y o f t h e Ru s t e n b u r g L a y e r e d S e r i e s ，Bu s h v e l d C o mp l e x，s h o win g t h e s t r a t i g r a p h i c p o s i t i o n s o f t h e UG 2 a n d MR( a f t e r E a l es e t a 1 ，1 9 9 6 ) 2 2 含矿岩体 的岩相、 分带 R L S 有一个复杂的多重侵入和分离结晶的历 史 。岩石类型包括纯橄岩 、 辉石 岩、 斜方辉橄 岩、 苏 长 岩一 斜长岩 、 辉长苏长岩 、 辉长岩和闪长岩 。 岩性 从下部 的纯橄榄岩逐渐演变到上部的闪长岩( Kin n a ir d e t a 1 ，2 0 0 5 b ) ， 具有层状特征 ， 特别是在富铬 铁矿、 磁铁矿和铂族元素的层位条带很发育。依据 主要的铬铁矿层 、 MR矿层、 最下部位最厚 的磁铁矿 层的层状系列特征 ， RL S在垂 向上 自下而上分为边 缘带 、 下部带 、 关键带 、 主带和上部带 5个带 ( 表 1 ， H a l l， 1 9 3 2 ) ， 还可依据带内的构造和岩性变化进一 步细分( 图 3 ) ( Ar n d t e t a l。 ， 2 0 0 5 ) 。 边缘带( m g Z ) 主要分布于东部带和西部带， 但并不 常 出现。若 出现 ， 其 厚度 可达 8 0 0 m( Kin n a i r d e t a 1 ，2 0 0 5 b ) 。该 带主要 由颗粒极 细小的苏 长岩、 辉石岩和辉长苏长岩组成 ， 并普遍含有石英和 黑云母( C a wt h o r n ， 2 0 0 7 ) 。 下部 带( L Z ) 主要 由薄层状方辉橄榄岩、 古铜 辉石岩和少量纯橄榄岩以及薄层的铬铁矿层( 尤其 在顶部) 组成( Mc c a n d l e s s e t a 1 ，1 9 9 9 ) ， 或 由斜方辉 石和少量橄榄石 的堆晶岩构成 ( C a wt h o r n ，2 0 0 7 ) 。 该带厚度为 8 0 0 1 7 0 0 m( Kin n a ir d e t a 1 ， 2 0 0 5 b ) ， 通常为 1 3 0 0 m( Mo l y n e a u x ，1 9 7 4 ) ， 包括至少 3 7个 不同的韵律层( H u l b e r t e t a 1 ， 1 9 8 5 ) 。 关键带( ) 主要由古铜辉石岩、 苏长岩和斜长 岩互层组成， 最大特点是具薄的韵律层， 以堆晶斜长 石 的首次出现为标志可细分为上、 下2 个亚带， 即下 矿 床 地 质 1 带 辉 K岩 蓐 K岩 K岩 一强 ( MZ ) 辉 盎： 【J r 黼雌 I黜 f 美键带 苏 K岩 ( C Z ) 嬲 I l I 辉 岩 f 荚键带 擞飘嚣 ( C Z ) 纯 橄榄 岩 丌牛 1 F部带 ( L Z ) l ；爹 逝标 尺 F - 1 圉 z 图 4 RL S中具有经济意义的铬铁矿层的垂直剖面简图 ( 据 S c h i ir ma n n e t a 1 ，1 9 9 8 ) 1 一苏 长岩 ； 2 一辉石岩 Fi g 4 S i mp l i f i e d v e r t i c a l s e c t i o n o f t h e RLS，s h o wi n g t h e p o s i t i o n o f s i g n i f i c a n t c h r o mi t i t e S e a I n S( a f t e r S c h fir ma n n e t a 1 ， 1 9 9 8 ) 1 一 No r it e ：2 - Py r o x e n it e 关键带( L o we r C r i t ic a l Z o n e ， 简称 C i z) 和上关键 带 ( Up p e r C r it i c a l Z o n e ， 简称 C I T z ) 。关键带中共有 1 3 个铬 铁 岩 矿 层 ( 图 4) ， 可 划 分 为 下 部 群 ( L o we r G r o u p ， 简称 L G， 包括 L G 1 L G 7 ) 、 中部群 ( Mi d d l e G r o u p ， 简称 MG， 包括 MG 1 MG 4 ) 和上部群( U p p e r G r o u p ， 简称 U G， 包括 U G 1和 U G 2 ) ， 其中以 U G 2 最为著名。下关键带由斜方辉石堆晶和至少 8 个铬铁岩矿层群所控制， 即橄榄岩和古铜辉石岩中 含 L G 1 L G 7 和 MG I 铬铁岩矿层群； 上关键带由斜 方辉石、 橄榄石、 斜长石和铬铁矿构成， 各种矿物按 比例 ， 显示出强的成层性 ， 且至少含有 5个铬铁岩 层群 ( C a w t h o r n ，2 0 0 7) ， 即斜 长 岩和 辉 岩 中含 MG 2 MG 4 、 UG1和 UG 2铬铁岩矿层群 ， 其顶部的 梅林斯基矿层 的层状 苏长岩 中含铂 族和硫化物层 ( S c h O r ma n n e t a 1 ，1 9 9 8 ) 。该 带 厚 度 为 1 3 0 0 1 8 0 0 m( Na l d r e t t ， 2 0 0 4 ) ， 赋存有世界级的铬铁矿和 P G E资源( K i n n a i r d e t a 1 ， 2 0 0 5 b ) ， 低品位镍铜储量 也非常大。 主带( MZ ) 主要 由块状辉长岩 、 辉长苏长 和 苏长岩组成( Mo ly n e a u x ，1 9 7 4 ) ， 可细分为 ： 、 下 2个 亚带 ， 即下主带 ( L o w e r Ma in Zon e ， 简称 M z ) 不 1 】 j 主带 ( Up p e r Ma in Z o n e ， 简称 M1 I z ) ， 以辉 岩作为 分界标志。该 带最 厚 ， 町达 3 0 0 03 4 0 0 m( N a 1 一 d r e t t ， 2 0 0 4 ) ， 有时可达 4 0 0 0 m， 但其韵律层不如关 键带和上部带发育 ( Kin n a i r d e t a 1 ，2 0 0 5 b ) 。传统 上 ， 用堆晶磁铁矿的出现定义主带顶部 ， 但岩 学和 地球化学数据显示主带与上部带 的分界线应是该层 位以下的辉石岩标志层 ( K r u g e r ，2 0 0 5 ) 。北段 的主 带有时 以斑点状斜长岩的出现为标 志， 并 且多数地 区主带 与 P R 接触 带 的 岩性 完全 相 同， 界线 难 定 ( Ki n n a i r d e t a 1 ， 2 0 0 5 b ) 。 上部带( UZ ) 主要 由块状 至层状辉长岩 、 橄 长 岩和橄榄 闪长岩组成 ， 包括 A( U Z ) 、 B( UB Z ) 和 ( u( z ) 三个亚带 ( Ar n d t e t a 1 ，2 0 0 5 ) 。陔带厚度 为 2 0 0 0 -2 8 0 0 m( Mo l y n e a u x ，1 9 7 4 ) ， 以磁铁矿 、 橄榄 石和磷 灰 石 的堆 晶相 的出 现 为 特 征 ( C a wt h o r n ， 2 0 0 7 ) ， 并 含 有 2 5层 磁