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2022-10-01 22:25
南非,一不小心就挖到矿了

本文来自微信公众号:地球知识局 (ID:diqiuzhishiju),作者:严寒,校稿:辜汉膺,编辑:板栗,题图来自:视觉中国


南非,一个被上天眷顾的国家,位处非洲大陆最南端,东、南、西三面为印度洋和大西洋所环抱。它的矿产资源种类繁多,并且储量巨大,品质极优。其资源总量占非洲的50%,居世界第五位。南非境内现已发现矿产达60多种,并且多种矿物的储量,在世界范围内名列前茅。


南非矿产资源主要分布在北部▼


但是,这些资源并没有为南非人民带来财富。这个国家曾经是非洲唯一的发达国家,如今却深陷债务危机无法自拔。到2020年,南非的债务占该国GDP的81%。


因矿立国


南非的古老地壳——卡普瓦尔(Kaapvaal)太古宙克拉通为这些矿产提供了“温床”。它位于南非高原东南部,是世界上保存最好的太古宙克拉通之一,最初形成于约36亿年前。


卡普瓦尔克拉通大致范围▼


克拉通是指古老而稳定的大陆块体,它具有巨厚的岩石圈,内部少有地震、岩浆作用等。克拉通通常形成于地质发展历史中最古老的时期——太古宙。在这个时期,地球演化出了地壳。可以说,卡普瓦尔克拉通中最古老的岩石原本就是地球极早期的地壳,并完好保留到了现在。


全球太古宙克拉通分布(横屏)▼


自元古宙(距今25.0亿年—8.0亿年)到古生代(约5.7亿年至2.3亿年前),随着板块漂移,卡普瓦尔克拉通与其他的克拉通之间多次发生碰撞、拼贴,形成了南非北部和南部沿海的一系列山地。


( 图:wiki)▼


地质学将这些山地称为造山带。造山带的形成通常伴随着岩浆活动,这些岩浆将地球深部的物质带到近地表,为成矿提供了物质基础,这对于成矿至关重要。


矿床学家们根据南非各矿床的成矿环境、成矿的决定因素及成矿时代,将南非地区划分为六个成矿区带,分别是:


  • 太古宙卡普瓦尔克拉通金-铀、铁-铜-铂族元素、金刚石成矿区;

  • 古元古代林波波金-金刚石成矿带;

  • 古元古代海斯铁-锰成矿带;

  • 中元古代那马奎铜-铅-锌多金属成矿带;

  • 古生代开普造山带钨-锡-铜-钼多金属成矿带;

  • 古生代-中新生代卡鲁盆地铀-金刚石-砂金成矿区。


成矿区基本覆盖南非全境,真可谓是“矿中有家”。


南非成矿带划分图▼


这些成矿带为南非贡献了全世界88.7%的铂族金属、12.8%的黄金、17.8%红柱石和37%的萤石,储量世界第一。


(占全球现探明储量24.1%,同后)、铬(37.1%)、锆(25%)、蛭石(35.9%)储量世界第二;钒(23.1%)、磷酸盐(9.4%)储量世界第三;钻石(12.1%)和钛(9.8%)储量世界第四;此外,煤炭、铁、铅、铀、锑和镍矿等储量同样位于名列前茅。


虽然经历了将近百年的开采,南非优势矿种的年产量和储量仍稳居世界前列。可以说,除了石油、天然气和铝,南非什么都不缺。矿业开采构成了南非基础经济中最大的部分。


南非的矿产资源为何如何丰富?


一切还是要从卡普瓦尔太古宙克拉通说起。南非最大的钻石矿——库里南金伯利矿床,最大的金矿——兰德金矿,以及世界级超大型矿床布什维尔德岩浆型铜镍硫化物-铂族元素矿床、德兰士瓦盆地沉积型铁-锰-石棉矿床都位于此。


库里南金伯利矿床位于卡普瓦尔克拉通的金伯利(Kimberly),钻石的宿主岩石——金伯利岩也由此得名。南非稳定的古老克拉通为钻石提供了一个能保持高温高压,且具有良好还原环境的相对封闭空间。南非钻石的形成大约开始于33~45亿年前,极长的生长时间让巨大钻石的形成成为可能。


而后,经过一系列地质活动,金伯利岩浆喷出将钻石带到近地表,这也是钻石成矿与否的关键一步。金伯利岩浆喷出后,喷出路径内的岩浆会冷却,形成金伯利岩体,钻石就被包裹在其中。


只有当岩石圈厚度较大时,金伯利岩中的大量气体无法冲破围岩而充分膨胀,形成较大的岩体,才能捕获大量钻石。


火山管道的发源深度至少是大多数其他火山的三倍,金伯利岩是钻石的主要来源(火山管 图:wiki)▼


铂族金属,也就是贵金属钌(Ru)、铑Rh)、 钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt),其稀有程度和市价都远超黄金,在南非的储量占世界88.7%,其中铂(Pt)出口额为82.5亿美元,占南非出口总额的9.19%。


(参考:OEC)▼


铂族金属的主要宿主布什维尔德岩体,作为金伯利矿床的宿主岩体之一,是世界上单个蕴藏铂族元素、铬铁矿和钒钛磁铁矿的最重要的矿床。其铂族元素储量为65473 t,全球75%的铂,50%的钯和82%的铑都存于此处;镍金属储量1.528*107t,占全球镍含量的16%。此外,铜、铬、金、钒和磁铁矿储量巨大。


布什维尔德岩体所在及其生成示意(横屏 图:NSF)▼


在金伯利岩浆上涌相似的地幔热事件中,岩浆自地球深部上涌至近地表,并带来了丰富的铁、铜、铬及铂族元素。氧化硅(SiO2在岩浆中多以硅酸盐(SiO42-熔体存在,其性质与硫化物(S2-存在明显差别。


随温度和压力的降低,硫化物和岩浆中的硅酸盐熔体发生不混熔现象,即原本熔于岩浆内的硫化物以液态析出。由于铂族金属具有亲硫化物而不亲氧化物的性质,它们在镍-铁-铜硫化物的析出过程中,会从硅酸盐熔体中萃取出来,并发生富集,从而与镍-铁-铜共同成矿。


布什维尔德岩体及其矿藏分布(横屏 图:wiki)▼


同时,卡普瓦尔克拉通中还产出南非的两种主要金矿类型,古砾岩型金矿和绿岩带型金矿。


南非最大的金矿——兰德金矿就位于卡普瓦尔太古宙克拉通内,它属于古砾岩型金矿。顾名思义,这些金矿产自古老的砾岩中。砾岩是由胶结物将本就存在的砾石粘结起来,形成的新的岩石。


金子沉积在曾经的内陆湖泊威特沃特斯兰德海的河流三角洲中,并在沿威特沃特斯兰德山脊形成露头,也就是我们所说的兰德金矿(参考:wiki)▼


金矿带总长度480公里,含矿面积2.07万平方公里,共有约200多层含矿层,主矿层10层。自1886年发现以来,已产出黄金4.8*104 t以上。截至2021年7月,兰德金矿主要储矿区域威特沃特斯兰德盆地储量约2591万吨,黄金品位为4.26 g/t,所含黄金估计为355万盎司。


威特沃特斯兰德盆地和主要金矿(图:wiki)▼


该种矿床中,金以细粒自然金的形式产出,粒度为5~100微米,肉眼很难看到。其成因仍有不同的观点,一种较为常见的观点认为:在元古宙,铁、金、铀、铂等元素随火山喷发从深部带到地表,岩浆将原本散落的岩石固结形成砾岩,这些元素便封存在了砾岩胶结物(岩浆喷出后快速固结形成的)中。在很长的成矿时间(3074 Ma ~ 2642 Ma;Ma指百万年)中,火山反复喷发,形成了现在看到的巨厚型多层矿床,并且金与铀矿(U)、黄铁矿(FeS2在同一岩层产出。


来自威特沃特斯兰德地区布莱沃鲁茨赫特金矿的高品位金矿石,它富含金和铀,因此有很强的放射性


绿岩带型金矿,更多分布于卡普瓦尔克拉通北部的林波波金-金刚石成矿带中。绿岩带是呈带状分布的变质岩浆岩区域,内部由许多绿色矿物使得岩石普遍呈暗绿色。金主要产于石英岩脉中,石英岩脉中常还能发现毒砂(FeAsS)及黄铁矿(FeS2。绿岩带型金矿中的金肉眼多不可见,开采出原石后需要经过复杂的提炼,才能得到金灿灿的黄金。


(林波波带位置示意 参考:wiki)▼


成矿受控于不同时代造山作用的中元古代那马奎铜-铅-锌多金属成矿带和古生代开普造山带钨-锡-铜-钼多金属成矿带,分别产出世界级超大型矿床Aggeneys铅-锌-银矿床、Okiep铜矿、普里斯卡铜-锌矿和Kuils River锡-钨矿、Durbanville锡-金矿、Riviera钨-钼(铜)矿床。


这些矿床的形成都与古老地壳在后来的地质过程中被岩浆作用、沉积作用等改造有关。这些矿床在地表长期经历风化、搬运后,堆积在海拔较低的地区(卡鲁盆地),就形成了古生代—中新生代卡鲁盆地铀-金刚石-砂金成矿区。


卡鲁盆地及其地层(参考:wiki)▼


可以看出,基本上所有的成矿区都与卡普瓦尔克拉通有着直接或间接的关系。然而,保存完好的太古宙克拉通并不只卡普瓦尔一处,为何只有它符合多种矿物的成矿条件,使得这么多稀有金属和矿物会如此集中、如此大规模的汇聚在此?这可能就是上天对南非的眷顾。


那么,如此庞大的矿产资源到底为南非社会,或者说南非人民带来了什么?


矿产资源的福祸相依


事实上,这些资源从未真正属于过南非,资源是侵略者的“嫁衣”,却是本国人的“枷锁”。英国牢牢控制着南非的采矿业,工业和金融业,资源所带来的收益源源不断地汇入欧洲市场。


而南非黑人在侵略者眼中只是另一种“资源”,他们被大量奴役。两次世界大战中,南非均出兵二三十万,为英国卖命。


到20世纪70年代中期,南非已是南半球中工业化程度最高的国家,但占南非人口绝大多数的黑人原住民仍处于极端贫困的状态,他们长期处于社会底层,从事着极为繁重的体力劳动。


(随处可见的“黑白分明” 图:wiki)▼


如此尖锐的社会矛盾是无法被掩盖的,有压迫就有反抗。在经历了长达20年的抗争后,1994年,南非首次组建了多民族政府。在发现大规模矿产资源的一百多年后,这些财富才似乎要真正归属于这片土地的主人。


新政府的上台虽然看似推动了种族的平权,但是社会结构并未发生改变。种族矛盾和极大的贫富差异并未被解决,资源仍掌握在白人后裔手中。


随着废除死刑并且允许居民合法持有枪支,南非被推向了犯罪事件频发、治安混乱的深渊。此外,大量来自非洲贫穷国家的黑人移民,使得南非劳动力结构更加失衡,治安问题和经济环境雪上加霜。


这犯罪率虽比不上第一梯队,但也不低了▼


虽然南非仍“矿中有家”,但财政赤字持续发酵。2020年南非的债务占该国GDP的81%,约为4万亿南非兰特(约17836亿人民币),收入短缺2220亿南非兰特(约989亿人民币)


可以说,南非至今还未迎来属于它的光辉岁月。


参考资料

[1] Arndt, N. (2011). Kaapvaal Craton, South Africa. In: , et al. Encyclopedia of Astrobiology. Springer, Berlin, Heidelberg.

[2]吴兴源,刘晓阳,王杰,任军平,何胜飞,龚鹏辉,刘宇.南非主要成矿区带的划分及成矿特征[J].地质找矿论丛,2015,30(A01):27-45

[3]董晓方. 南非主要矿产资源开发利用现状[J]. 中国矿业, 2012, 21(9):6.

[4] Cole, J., Finn, C. A., & Webb, S. J. (2013). Overview of the magnetic signatures of the Palaeoproterozoic Rustenburg Layered Suite, Bushveld Complex, South Africa. Precambrian Research, 236, 193–213. doi:10.1016/j.precamres.2013.07.017;

[5] Naldrett T, Kinnaird J, Wilson A, et al. Concentration of PGE in the Earth’s Crust with Special Reference to the Bushveld Complex[J]. Earth Science Frontiers,2008,15(5):264-297.

[6] Naldrett A J. Magmatic sulfide deposites [M]. Springer,Heidelberg,2004:481-522.

[7] G. Neil Phillips, Jonathan D. M. Law, 2000. "Witwatersrand Gold Fields: Geology, Genesis, and Exploration", Gold in 2000, Steffen G. Hagemann, Philip E. Brown

[8] Witwatersrand Basin Project, Gauteng, South Africa https://www.mining-technology.com/projects/witwatersrand-basin-project-gauteng-south-africa/


本文来自微信公众号:地球知识局 (ID:diqiuzhishiju),作者:严寒,校稿:辜汉膺,编辑:板栗

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