南非维特瓦特斯兰德矿床 变质岩的分布及有关矿产
\u3000\u6309\u77ff\u77f3\u5143\u7d20\u5efa\u9020\u7684\u5206\u7c7b\u591a\u56e0\u590d\u6210\u94c0\u77ff\u5e8a\u6309\u77ff\u77f3\u5143\u7d20\u5efa\u9020\u7684\u5206\u7c7b\uff0c\u6709\u52a9\u4e8e\u77ff\u5e8a\u7684\u7efc\u5408\u7ecf\u6d4e\u8bc4\u4ef7\u53ca\u77ff\u77f3\u5de5\u827a\u6d41\u7a0b\u7684\u9009\u62e9\u3002\u77ff\u77f3\u4e2d\u4e0e\u94c0\u5171\u751f\u6216\u4f34\u751f\u7684\u6709\u76ca\u5143\u7d20\uff0c\u6709\u7684\u662f\u4e0e\u94c0\u540c\u65f6\u6210\u77ff\uff0c\u5982U-Mo\uff0c\u6709\u7684\u662f\u5148\u540e\u53e0\u52a0\u4e8e\u4e00\u5904\u5f62\u6210\uff0c\u5982U-Au\u3001U-Fe\u3002\u56e0\u6b64\uff0c\u67e5\u660e\u4e0e\u94c0\u5171\u751f\u6216\u4f34\u751f\u5143\u7d20\u7684\u5f62\u6210\u65f6\u95f4\u53ca\u7a7a\u95f4\u5206\u5e03\uff0c\u5bf9\u77ff\u5e8a\u7ecf\u6d4e\u548c\u5de5\u827a\u8bc4\u4ef7\u6709\u7740\u91cd\u8981\u7684\u73b0\u5b9e\u610f\u4e49\u3002\u4e0b\u9762\u5217\u51fa\u5df2\u53d1\u73b0\u76849\u79cd\u591a\u56e0\u590d\u6210\u94c0\u77ff\u5e8a\u7684\u77ff\u77f3\u5143\u7d20\u5efa\u9020\u7c7b\u578b\u3002
\u2160.\u5355\u94c0\u578b\uff1a\u4e2d\u56fd\u574c\u5934\u77ff\u5e8a\uff0c\u6fb3\u5927\u5229\u4e9a\u5170\u6770\u77ff\u5e8a
\u2161.\u94c0\u91d1\u578b\uff1a\u5357\u975e\u7ef4\u7279\u74e6\u7279\u65af\u5170\u5fb7\u77ff\u5e8a\uff0c\u6fb3\u5927\u5229\u4e9a\u8d3e\u6bd4\u5362\u5361\u77ff\u5e8a
\u2162.\u94c0\u94c1\u578b\uff1a\u4e4c\u514b\u5170\u514b\u91cc\u6c83\u7f57\u683c\u77ff\u5e8a
\u2163.\u94c0\u94dc\u91d1\u7a00\u571f\u578b\uff1a\u6fb3\u5927\u5229\u4e9a\u5965\u6797\u5339\u514b\u575d\u77ff\u5e8a
\u2164.\u94c0\u8d35\u91d1\u5c5e\u9492\u578b\uff1a\u4fc4\u7f57\u65af\u5965\u6d85\u65bd\u65af\u514b\u77ff\u5e8a
\u2165.\u94c0\u94bc\u578b\uff1a\u4e2d\u56fd\u91d1\u94f6\u5be8\u77ff\u5e8a
\u2166.\u94c0\u6c5e\u578b\uff1a\u4e2d\u56fd\u767d\u9a6c\u6d1e\u77ff\u5e8a
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\u2168.\u94c0\uff0d\u954d\u578b\uff1a\u52a0\u62ff\u5927\u4e2d\u897f\u6e56\u77ff\u5e8a\u3001\u51ef\u6e56\u77ff\u5e8a
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\u4e16\u754c\u4e0a\u8fc4\u4eca\u53d1\u73b0\u7684\u5404\u79cd\u77ff\u5e8a\uff0c\u5728\u53d8\u8d28\u5ca9\u7cfb\u4e2d\u51e0\u4e4e\u90fd\u6709\uff0c\u7279\u522b\u662f\u524d\u5bd2\u6b66\u7eaa\u53d8\u8d28\u5ca9\u7cfb\u4e2d\u77ff\u5e8a\u7279\u522b\u4e30\u5bcc\uff0c\u4e16\u754c\u4e0a\u8bb8\u591a\u7279\u5927\u578b\u77ff\u5e8a\uff0c\u5747\u4ea7\u4e8e\u8fd9\u4e2a\u65f6\u671f\uff0c\u5982\u5357\u975e\u5e03\u4ec0\u7ef4\u5c14\u5fb7\u94ec\u77ff\uff08\u548c\u94c2\u77ff\uff09\u4e0e\u7ef4\u7279\u74e6\u7279\u65af\u5170\u5fb7\u91d1\u77ff\u3001\u52a0\u62ff\u5927\u7684\u63d0\u654f\u65af\u91d1\u77ff\u3001\u7f8e\u56fd\u7684\u970d\u59c6\u65af\u5854\u514b\u91d1\u77ff\u548c\u5361\u6797\u91d1\u77ff\u7b49\u7b49\u3002\u6211\u56fd\u524d\u9707\u65e6\u7eaa\u978d\u5c71\u5f0f\u94c1\u77ff\uff0c\u4e5f\u662f\u9a70\u540d\u4e2d\u5916\u7684\u5927\u578b\u53d8\u8d28\u77ff\u5e8a\u3002\u636e\u7edf\u8ba1\u524d\u5bd2\u6b66\u7eaa\u7684\u53d8\u8d28\u94c1\u77ff\u5360\u5168\u4e16\u754c\u94c1\u77ff\u603b\u50a8\u91cf\u76842/3\u4ee5\u4e0a\uff0c\u6211\u56fd\u8fd9\u7c7b\u77ff\u5e8a\u9664\u978d\u5c71\u3001\u672c\u6eaa\u5730\u533a\u5916\uff0c\u5728\u6cb3\u5317\u4e1c\u90e8\u548c\u897f\u90e8\u4ee5\u53ca\u5185\u8499\u53e4\u7b49\u5730\uff0c\u90fd\u627e\u5230\u4e86\u540c\u7c7b\u578b\u7684\u5927\u578b\u94c1\u77ff\u5e8a\u3002\u6b64\u5916\uff0c\u8fd8\u6709\u83f1\u9541\u77ff\u3001\u787c\u77ff\u3001\u53d8\u8d28\u78f7\u77ff\uff0c\u4ee5\u53ca\u94dc\u3001\u94c5\u950c\u3001\u94bc\u3001\u77f3\u58a8\u77ff\u7b49\u3002\u56e0\u6b64\uff0c\u5bf9\u53d8\u8d28\u5ca9\u7684\u7814\u7a76\uff0c\u4e3a\u627e\u5bfb\u8fd9\u4e9b\u77ff\u4ea7\u5e76\u638c\u63e1\u5b83\u4eec\u7684\u5206\u5e03\u89c4\u5f8b\uff0c\u5177\u6709\u975e\u5e38\u91cd\u8981\u7684\u610f\u4e49\u3002
1.矿床位置及研究小史
维特瓦特斯兰德铀金矿床，位于南非约翰内斯堡市南部和西南部外围很大的区域内。经纬度坐标位置为，E26°00＇～E27°00＇，S26°00＇～S27°20＇。
矿床大地构造位置，前人多列为非洲地盾东南部卡普瓦尔克拉通中部的后克拉通洼地，或列为原始活化区。依地洼学说，归为非洲壳体南非地洼区卡普瓦尔—罗杰齐克地穹系卡普瓦尔地穹列维特瓦特斯兰德地洼。地洼区形成时代为古元古宙，属侵入构造活化型地洼区。
该矿床是世界发现最早、规模最大的铀金超大型矿床，早已驰名于世。矿床平均铀品位为0.024%，富矿石铀品位为0.1%，总铀储量超过40万吨，平均金品位为5～10g/t，总金储量数字未见公布。有人估计该矿床年产金量约为1000t左右，在很长时期内占世界总产量的2/3。
矿床早在1887年发现，当时只发现金矿化，采金已有百余年历史，是个老矿山，矿山竖井已达2500m深。到1975年年产金高达700t和总产金量35000t，是世界最大的金铀矿床。但铀矿化只是在1923年从选矿车间发现，1945年美国原子能机构C.F.Davison等人研究后，在29个金矿山的废渣中发现大量铀，于是美英等国先后在南非建立了17个冶炼厂加工废矿渣和新建7个矿山。1952年后铀产量不断增加，从矿石中提取金、铀、氧化锰，还提取生产硫酸的黄铁矿，所生产的硫酸用于铀矿石的加工。
P.Ramdohr,C.F.Davidson,A.E.Mckelvy,J.M.Nelson等详细研究了维特瓦特斯兰德铀金矿床，得出了矿床为沉积－变质成因。Я.H.别列夫采夫认为属变质矿床中的受变质矿床亚类。但也有人认为是热液成因，古砂矿及淋积矿床，B.И.维利奇金认为矿床属复成因，即原生沉积期间有铀金古砂矿化富集，在后来的古元古代侵入体侵入期间有热液改造成矿作用叠加形成现今的矿床。含铀金砾岩层中的黄铁矿圆球体，据谭克仁（1995）报导，是属后期热液成因的假砾石，与古冲积砂矿无关。矿区存在着5种类型的假砾石：①由黄铁矿交代片岩砾石的假砾石，同时还交代了其他岩屑；②爆发角砾或火山喷发的石英－黄铁矿假砾石；③黄铁矿鲕粒或结核状黄铁矿的假砾石；④由矿液胶凝而成的石英假砾石，中心为细粒结构，边缘有重结晶石英或次生加大现象；⑤具胶状结构和细条纹花边的石英假砾石。以上均说明该矿床为沉积－热液－变质的多阶段、多成因、多来源的多因复成成矿的复杂过程。
矿床研究成果已有大量文献资料，但有些问题尚有待进一步研究。关于古元古代铀金矿床成因和机理问题，长期处于争论之中。多数学者赞成P.Ramdohr的看法，即铀是在一个不含游离氧或含游离氧很低的大气圈内呈重矿物搬运，同围岩同时沉积下来。但1980年后，先后提出了不同看法。首先是铀金矿物颗粒浑圆化问题，卡曾斯等认为铀矿化不属碎屑成因，因为晶质铀矿颗粒太小，不可能因机械磨蚀而变成浑圆状。并提出南非铀金矿床的铂族矿物颗粒是风化搬运期间受化学作用变成浑圆。但T.厄特作了微观分析后，仍然认为相当小的矿物颗粒也能形成浑圆度，系水搬运过程中机械磨蚀作用所致。其次，关于含铀金砾岩成矿环境是否缺氧问题，长期以来多数学者认为古元古代铀金砂矿的形成，是在大气缺氧的还原条件下沉积，当时许多金属处于惰性之故。但E.Dimroth研究认为，太古宙有红层存在，表示古元古代已有大量氧存在。并作了古元古代陆地风化作用与现今对比，发现加拿大古元古代的休伦统下的贫铁土壤与第四纪土壤相似。太古宙海底玄武岩、流纹岩均受到海底蚀变，即枕状玄武岩边缘富铁，并含锰钾，是在富氧环境中FeO、Fe2O3、K的粘土矿物沉淀所致。表明维特瓦特斯兰德矿床，不是简单的变质砂矿。因此，古元古代是缺氧，还是富氧，尚需进一步论证。另外，古元古代早期（25～23亿年）盖层沉积，多数学者认为属地台或次地台沉积。但从盖层内有较多的火山岩，表明当时地壳并非像地台那样稳定。据地洼学说分析，可能有部分应归为地洼区沉积，即活化地台沉积，很可能是传统的槽台学说未能把地洼区从地台区演化所成而单独划分出来之故。另外，B.И.Ка3анский认为矿区经历了两次变质作用，其中一次是在10亿年前时间。从区域资料分析20亿年前的变质作用更为强烈，但这种变质作用同地槽回返期区域变质是否应区分开来，尚待进一步研究。
2.矿床地质特征及其多因复成依据
1）矿区地层及含矿主岩
矿区内出露最老地层有太古宙的结晶片岩、片麻岩和花岗岩。它们组成矿区太古宇结晶基底。其上发育着巨厚的古元古代浅变质岩层，其中包括广泛发育的含金铀砾岩层。
元古宙地层在900×300km2的维特瓦特斯兰德盆地内自老至新分为：①多米尼昂群，岩性以酸性和基性火山熔岩为主，其中含铀金矿化较少；②维特瓦特斯兰德群，主要为石英岩、砾岩和板岩，是矿区主含矿岩系。石英岩中见斜层理及波浪击过的痕迹，表明含矿岩系内有过冲刷。此岩群总厚度达7800m。可分为上下统，下统为板岩、含铁石英岩、含铁板岩、火山岩及石英卵石砾岩，上统为板岩与火山岩互层及石英岩、细砾岩和石英卵石砾岩。上统是矿区最重要的含矿层（图5-46），梅因里弗、别尔德里弗、金伯利里弗砾岩4个分层为最富含铀金的矿层，是开采的主要对象。该群的地层平均含铀量在30g/t以上，而石英卵石砾岩层含铀量更高，砾岩的累计厚度可达212m；③温特斯多普群，以不整合上覆于维特瓦特斯兰德群或太古宙岩层之上，岩性以基性火山岩和凝灰岩为主，夹有石英岩和砾岩，底部有含金砾岩，铀金品位低；④德兰士瓦群，由板岩、石英岩和砾岩组成，底部砾岩含低品位的金铀矿化。有铀金矿化发育的地质剖面，总厚度约为12000m，但含矿层位在许多地方被剥蚀，许多层位在不同地方缺失。在元古宇之上不整合地覆盖着古生代陆相沉积和火山岩，以及中生代卡鲁群的含煤陆相沉积层，它们多集中在南部分布，几乎呈水平状产出。
图5-46 古元古代含铀金砾岩岩系剖面对比图
（据П.И.沙浪）
1.复矿砾岩；2.石英和少矿砾岩；3.花岗质和复矿砂岩；4，石英和少矿砂岩；5.粉砂岩；6.粘土页岩、千枚岩；7.白云岩和白云质灰岩；8.基性火山岩；9.酸性火山岩；10.碳酸岩内赤铁矿石；11.铁质石英岩；12.叠层灰岩；13.基底岩层；14.地层不整合；15.角度不整合；16.铀金矿化（大中小规模）。岩层厚度为平均厚度
金铀矿化受层位和岩性控制明显。含矿主岩是古元古代石英卵石砾岩，多数的石英卵石的磨圆度好，少数磨圆度较差，它们是在太古宙结晶基底发生海侵时形成的。铀金在砾石的胶结物或砾石的裂隙中分布。有时见砾石被构造活动破碎。石英砾石大小为3～6cm。胶结物的含量约占砾岩的2%～16%，主要矿物为绢云母、绿泥石、白云母、叶蜡石、碳酸盐、碳质物、细粒石英及主要为黄铁矿和磁黄铁矿的微粒金属硫化物矿物。黄铁矿的含量达2%～16%。从砾岩胶结物成分推测，含矿主岩的变质程度已达绿片岩相。此外，少量铀金矿化分布在黄铁矿化石英岩内，以及在石英岩的胶结物中分布。
金铀矿化集中分布于维特瓦特斯兰德盆地的北部、西北和西南部，共有7个主要矿段（图5-47）。每个矿段都是一个大的冲积扇分布区，它们受着花岗岩穹隆控制，或分布在花岗岩穹隆附近，或者在花岗岩穹隆及背斜褶皱构造之间的洼地内（图5-48）。最有利的成矿冲积扇结构及形成方式如图5-49所示。矿化在剖面上的位置，常在不整合面或沉积间断面之上，并与一定的沉积韵律旋回有关。常常是在每个韵律旋回的底部铀金矿化较好。从平面上看，铀金矿化在冲积扇的头部或扇尾部富集。铀金矿床是沉积古砂矿为基础，后经改造的成矿机制。
图5-47 通过中央兰德的维特瓦特斯兰德矿床剖面图
（据L.J.麦劳尔）
1.基底古老花岗岩；2.板岩；3.石英岩；4.砾岩；5.受挤压层；6.含金铀砾岩层及其编号
2）构造形态及成矿构造
矿区整体构造形态为一个古元古代坳陷盆地内形成的大型复式向斜。四周为太古宙结晶片岩、片麻岩和花岗岩组成的结晶基底，盆地内沉积了古元古代砂岩、砾岩、页岩和酸性及基性火山熔岩。这些地层经后来构造运动影响，形成一个大型的北东向复式向斜，其中广泛发育有次级褶皱和断裂构造。从穿过中央兰德的维特瓦特斯兰德岩系的地层剖面看出，含矿岩层产状陡倾，倾向南南东，倾角大于60°，而列士里—戈德矿山的岩层缓倾，倾角为20°，均呈单斜构造产出（图5-50）。盆地内及其边缘有一系列太古宙花岗岩穹隆分布，它们的产出对古元古代沉积相和含矿岩系的构造产状有着重要制约作用。
控矿构造主要是分布于大向斜北和北西翼的古元古代花岗岩穹隆，每个含矿的冲积扇，通常是由一个花岗岩穹隆所控制着，或者是由两个穹隆之间的北西向断裂构造所控制的洼地（图5-51）。各矿层在空间分布上与沉积间断面构造有关，并呈局部的不大的角度不整合和平行不整合产出（图5-52）。
矿区内还发育有北西向、北东向、东西向和南北向断裂构造，以正断层为主。其中很多切割太古宙结晶基底，有的充填了辉绿岩脉。盆地边缘的断裂，长期控制着盆地向斜构造的形成和演化发展，还可能控制着火山岩的喷发及侵入岩的侵入等多次岩浆活动，以及导致深部的铀源进入含铀金砾岩层内叠加成矿。
图5-48 维特瓦特斯兰德矿床各矿段分布图
（据В.И.维利奇金）
1.覆盖维特瓦特斯兰德岩系的岩系（未分层）；2.上维特瓦特斯兰德岩系；3.下维特瓦特斯兰德岩系；4.多岩尼昂·里弗岩系；5.花岗岩及基底结晶片岩；6.维特瓦特斯兰德盆地界限（在年轻盖层之下）；7.断层；圆圈中数字表示各矿段：①中部兰德；②东部兰德、海伊代尔别尔格；③罗金斯；④西部兰德；⑤远西部兰德；⑥克来克斯多普；⑦奥登达尔斯勒斯
3）矿区岩浆岩
矿区内的岩浆岩主要是太古宙花岗岩，，以穹隆形态产出，分布于维特瓦特斯兰德盆地的中部、东北和西北部。太古宙花岗岩直接控制着铀金矿化在时空上的分布，为铀金矿化提供了成矿物质来源。太古宙花岗岩的铷－锶法测得同位素年龄为32～29亿年。在基底的花岗片麻岩中还有年龄为28.2亿年的钾质花岗岩，其中有富含稀土矿物和含铀矿物的伟晶岩产出。
此外，在盆地古元古代沉积期间，有酸性、中性和基性火山熔岩喷嗌，以及古生代火山岩形成。矿区北部外围有年龄为20.5～19.5亿年的布施韦尔德杂岩体侵入。该侵入体呈东西向延伸，切割德兰士瓦岩系的岩层，又被古生代岩层所覆盖。该岩体中心为红色花岗岩，四周边缘为基性－超基性岩（纯橄榄岩、辉岩和苏长岩等）。基性－超基性岩以互层岩带产出，形成较早，晚期侵入到红色花岗岩中。此杂岩体主体形成之后，又有规模不大的霞石正长岩体的补充侵入。
4）矿体形态及近矿围岩蚀变
铀金矿体呈层状、似层状和大透镜状产出，矿层走向延伸达数十公里，厚多为1～2m，平均矿层厚度1.5～1.6m，总共有20个含铀金砾岩层，通常由2～4含矿层组成分层。此外，有的含金砾岩层不含铀矿化，因此，矿石中铀与金的品位之间不存在任何线性关系，或者仅是局部的线性关系。
图5-49 维特瓦特斯兰德矿床铀金矿化与冲积扇及褶皱轴之间的关系
（据D.A.普雷托里斯）
1.梅因里弗里德矿山范围；2.东部有较多Au-U富集的河道；3.冲积扇的推断范围；4.梅因里弗和梅因里弗里德露头和潜露头；5.基底花岗岩
由于铀金成矿作用具多阶段的多成因特点，先成的矿层经过改造或叠加成矿作用，构成较为复杂的结构和形态。如梅因－里夫铀金矿层是在先成的贫矿层基础上，经过强烈剥蚀和改造作用，在新的层位上沉积富集成工业矿层，有时铀品位达0.1%，但一般铀品位为0.034%～0.042%。梅因－里夫－里特尔砾岩中，最富的铀金矿体受北西向狭窄的槽沟控制，并插入下伏岩层。该矿层厚度达3m，在东维特瓦特斯兰德和中维特瓦特斯兰德地段，矿层延伸达65km。
铀金矿体的近矿围岩蚀变不发育。
图5-50 列士里戈德矿山横剖面图
（据Ф.И.克连杰列夫）
卡鲁系：1.徨绿岩墙；2.含煤层；3.徨绿岩；温特尔斯多普系：4.杏仁状熔岩；5.玢岩及其凝灰岩；6.辉绿岩（下盘矿床）；金伯利－艾尔斯堡建造：7.断续礁岩带；8.石英岩带；9.金伯利礁岩；10.金伯利页岩；门因－巴德建造：11.杏仁状熔岩；12.石英岩；13.蓝色细砾岩；14.断裂构造
图5-51 含铀金砾岩层的不整合产出示意图
（据久托依特）
1.普斯塔翁片岩；2.富特沃尔砾岩层；3.巴斯塔尔德层；4.石英片岩；5.梅因－里夫里特尔片岩；6.梅因－里夫－里特尔砾岩；7.剥蚀面
5）矿石构造及物质成分
矿石构造以砾岩状最为常见，金铀矿化多分布于砾岩胶结物内，胶结物占30%～40%的体积，砾石一般不含矿。胶结物又以石英为主，占胶结物的70%～80%，其余的20%～30%为绿泥石、绢云母及一些金属矿物等。
矿石中主要铀矿物有晶质铀矿、沥青铀矿、钍沥青铀矿和钛铀矿，含铀矿物有锆石、独居石、榍石和白钛石。其他金属矿物有铱饿矿、铬铁矿、锡石和黄铁矿及自然金等。晶质铀矿呈椭圆形、圆形和极少量棱角状颗粒，且常呈均匀分布于砾岩胶结物内，或呈葡萄状堆积。晶质铀矿经过长距离的搬运，多呈等粒状，在维特瓦特斯兰德系的砾岩中分布，晶质铀矿的直径平均为75μ。晶质铀矿常与胶结物中的独居石、铱锇矿、铬铁矿、锡石、锆石、自然金和黄铁矿共生产出，晶质铀矿含钍达1.63%～2.7%，有时达6.52%，含稀土元素达1.0%～2.1%，远远高于胶状沥青铀矿中的含量。
图5-52 卡普瓦利地穹列地质及含矿性略图
（据T.0.Relmer资料改编）
1.古生代及其后沉积；2.德兰士瓦群；3.温特斯多普群；4.多岩昂群；5.维特瓦特斯兰德群；6、7.绿岩带；8.花岗片麻岩；9.布施韦尔德红色花岗岩体；10.布施韦尔德岩体中基性—超基性岩；11.推测的卡普瓦利地穹列界线；12.维特瓦特斯兰德U-Au矿床；13.交代型Au矿床；14.铁矿床；15.铬铁矿床；16.铜镍铂矿床；17.钛铁矿床；18.脉金矿床；19.锡石矿床； 20.金刚石岩筒；Ⅰ.林波波活动带；Ⅱ.莫桑比克活动带；Ⅲ.纳马库阿—纳塔尔活动带
钍沥青铀矿为固体碳氢化物和晶质铀矿的不均匀混合物，呈结核状产出，分布在砾岩下部层位及砾岩与石英岩的接触带上。碳化氢部分地或全部交代晶质铀矿。钍沥青铀矿中的晶质铀矿，同单独的晶质铀矿颗粒是在一个统一的作用下同时形成。
含矿岩系的各砾岩层内普遍有沥青铀矿分布，常以充填于晶质铀矿的裂隙中，或组成晶质铀矿颗粒的镶边，以及充填于胶结物碎屑之间或其裂隙之中。沥青铀矿常沿着钍沥青铀矿分布。当沥青铀矿在细脉中产出时，常与黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿及黄铜矿共生，有时见这些硫化物矿物交代了沥青铀矿。钛铀矿分布较为局限，它沿锐钛矿、晶质铀矿及钍沥青铀矿分布，呈细小晶体的集合体产出。
金以极细小的带棱角颗粒，或不规则的片状体产出，主要在砾岩胶结物中分布。此外还见有细脉状金及充填于两矿物颗粒之间的空隙内，或呈包裹体形式产出的金。在砾石中很少见到金和晶质铀矿，如有也只是呈细脉状产出。金还可以与方钴矿、硫钴矿、方铅矿、黄铜矿及磁黄铁矿一道，进行再次沉淀富集。
黄铁矿也是矿床重要的工业矿物之一，因分布广，其含量约占砾岩全岩的5%～10%，以等粒磨圆状、直径为0.5～3.0mm，以及不规则的晶体及包裹体形式产出。早期黄铁矿被闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、磁黄铁矿、砷黄铁矿及金所交代。有时黄铁矿还以磨圆的砾石形式产出，但黄铁矿砾石可能晚于金矿化形成。晚期黄铁矿与其他金属硫化物矿物同时形成，如形成皮壳状和骨架状的黄铁矿，有的黄铁矿充填石英砾石的裂隙或胶结物中的矿物，或以细脉状产于岩石中。皮壳状黄铁矿甚至可在现代条件下形成。磁黄铁矿在砾岩层较底部产出，是标型变质矿物，是黄铁矿在高温作用下演化而成。另外，石英也有两个世代，早期为碎屑石英，晚期为细粒石英，并交代云母类矿物。
铀金矿石的铀品位低，一般为0.034%～0.042%，现开采的矿石铀品位在0.1%左右，但由于金品位达5～10g/t，综合开采和利用金和铀，仍可保证企业的经济效益。
6）同位素地质
对多米尼安—里夫下伏的太古宙花岗岩，在德兰士瓦用铷－锶法测得同位素年龄为32亿年±0.6亿年（5个样品）和29亿年（1个样品）。侵入于太古宙顶部地层的花岗岩及伟晶岩的同位素年龄为30.5～32亿年。维特瓦特斯兰德系中的含铀金砾岩，形成于24.8～23.7亿年，而砾岩中的金矿化年龄为31～27亿年，其中的晶质铀矿年龄为30.4亿年±1亿年，明显看出其中的金铀矿化年龄远大于含矿砾岩的层位年龄。
据大部分沥青铀矿的207Pb/206Pb比值计算，多数沥青铀矿的同位素年龄为20～19亿年，同切穿德兰士瓦系的布施韦尔德杂岩体的同位素年龄20.5～19.5亿年很接近。因而认为20～19亿年为铀矿石的主要活化改造的年龄。另外还有10亿年的沥青铀矿年龄，表明矿床在晚元古代又经受了再次改造成矿作用。
在区域内新太古代结晶基底中有年龄为大于32亿年的北东和近南北向的绿岩带。它们被广泛发育的花岗片麻岩所分割。在花岗片麻岩中还可分出形成时间为28.2亿年士0.55亿年的钾质花岗岩。富含稀土矿物及含铀矿物的伟晶岩，即与这种钾质花岗岩有关。
3.矿床形成条件
成矿铀金来源主要有3种，即来自新太古代结晶基底的花岗岩、片麻岩和绿色片岩。古元古代盆地沉积的铀金矿源层，以及古元古代岩浆侵入体带来的深部铀金来源。沉积期铀富集，来自盆地四周，特别是北和西北部结晶基底，蚀源区内的古太古代花岗岩、片麻岩，金还来自绿片岩带。盆地边缘新太古代的花岗岩隆起，为盆地内铀金沉积富集提供了丰富的铀金来源。部分金可能还来自距盆地较远的绿片岩带区，因为绿片岩带内有3500个石英脉金矿床产出。但是新太古代花岗岩，片麻岩和绿片岩的金铀含量的数值却未见公布，仅仅是根据沉积物，特别是石英卵石砾岩层内含有较多的自然金及晶质铀矿和含铀矿物碎屑颗粒加以推测。
古元古代盆地沉积后改造成矿的铀金来源，除来自盆地沉积的铀金源层外，有布施韦尔德岩体为代表的侵入期带来的深成铀金来源。据统计古元古代维特瓦特斯兰德群，平均铀含量为0.003%，而石英卵石砾岩层内铀含量更高，达0.024%，砾岩层的累计厚度达212m，可推算出提供极为丰富而充分的成矿铀源。砾岩层的金含量达5～10g/t，已达到工业利用品级，提供改造成矿的金源更为充分。
矿床的基础成矿作用是铀金沉积砂矿的富集作用，并且是在接近水平面的大气缺氧的浅水盆地三角洲相条件下进行，属大气常温常压和重力作用和生物化学作用的物理－化学条件。只有在大气缺氧条件下，晶质铀矿和钛铀矿才能以碎屑矿物形式形成古砂矿。另外，含铀金的砾岩出现多层性，一般为20层之多，说明盆地需要一种长期较为稳定的沉陷作用及相对的隆起的交替进行的构造环境，以保持铀金的砂矿富集在接近水平面的浅水条件下的多次富集成矿，同时保证蚀源区不断提供蚀源物质进入盆地沉积。
铀金砂矿成矿的空间密切地与盆地边缘及其内部太古宙花岗岩穹隆有关，或是与受花岗岩穹隆控制的不整合面有关冲积扇相伴产出。这种冲积扇可以是受一个花岗岩穹隆制约，也可以是位于两个花岗岩穹隆之间的洼地，这种洼地常受北西向断裂的制约。
从改造成矿作用叠加角度分析，在冲积扇内及其附近有断裂构造发育，或有侵入岩的侵入接触关系，有利成矿热液沿断裂构造及侵入接触带进入先成矿体，并叠加富集成矿。矿石中见沥青铀矿脉及含金硫化物细脉，充填于石英卵石及砾石胶结物的裂隙中，就是很好的佐证。
成矿的动力条件主要表现在古元古代铀金砂矿形成时的水动力的改变过程。当河水进入湖盆或浅海边缘三角洲相时，水速骤然降低，水动力随之减小，水体所搬运铀金矿物碎屑产生沉积富集。另外，盆地边缘断裂发育，不断使盆地沉降，保持了水动力势头。
再从区域或大地构造地质动力条件分析，区域处于较稳定的构造环境，如地台阶段，则形成的冲积扇规模大，厚度大而稳定。矿区古元古代初期正是处于地台阶段，因而形成了延伸稳定的含铀金砾岩层。但地台阶段内又有小规模振荡运动，为三角洲沉积提供多期次的含铀金石英卵石砾岩堆积，形成含铀金砾岩的多层产出条件。铀金砂矿形成后，经地洼阶段的构造－岩浆活化改造成矿作用，矿石增富成工业吨位矿床。
4.铀金成矿作用的演化
综上所述矿区成矿地质特征，可以看出矿区及其所在区域的地壳，经历了地槽、地台和地洼3个大地构造阶段10次主要地质构造和成矿事件的演化过程。在38～32亿年前，可能还经历了陆核阶段。各主要的构造阶段的具体事件如下：
Ⅰ.地槽阶段
Ⅰ-1.新太古代绿岩带的形成（＞32亿年）
Ⅰ-2.新太古代花岗岩（含钾质花岗岩）及伟晶岩侵入（32～29亿年）于新太古代顶部的地层
Ⅰ-3.新太古代金矿化形成（31～27亿年）
Ⅰ-4.新太古代晶质铀矿形成（30亿年）
Ⅱ.地台阶段
Ⅱ-5.古元古代非洲地台区含铀金砾岩系沉积（25～23亿年）
Ⅲ.地洼阶段
Ⅲ-6.古元古代布施韦尔德杂岩体等侵入（20.5～19.5亿年）
Ⅲ-7.含铀金砾岩系中沥青铀矿的形成（20～19亿年）
Ⅲ-8.含铀金砾岩系中脉状金硫化物及沥青铀矿形成（10亿年）
Ⅲ-9.古生代瓦捷尔别尔格岩系的陆相沉积及火山岩喷发
图5-53 维特瓦特斯兰德铀金矿床成矿演化
1.片岩；2.花岗片麻岩；3.花岗岩；4.伟晶岩；5.石英卵石砾岩；6.砂岩；7.铀矿化；8.金矿化；9.铀和金的硫化物脉矿化；10.断裂。Ⅰ.地槽阶段分散浸染状铀金成矿期；Ⅱ.地台阶段铀金古砂矿成矿期；Ⅲ.地洼阶段沥青铀矿改造成矿期；Ⅳ.地洼阶段细脉状铀和金的硫化物成矿期
Ⅲ-10.中生代卡鲁群的含煤陆相沉积
从上述地质构造和成矿事件得知，铀金成矿作用也经历了地槽、地台和地洼3个大地构造阶段4个成矿期的演化过程（图5-53）。
Ⅰ.地槽阶段分散浸染状铀金成矿期（31～27亿年）。铀金矿化在地槽阶段区域褶皱构造和变质作用中，并伴随有花岗岩体侵入和伟晶岩形成，在绿片岩带和花岗岩内形成分散浸染状的铀金富集。从矿区古元古代砾岩中测得碎屑状金矿化年龄为31～27亿年，碎屑状晶质铀矿的年龄为30.4亿年±1亿年得到证实。另外，含有稀土矿物及含铀矿物的伟晶岩及其钾质花岗岩围岩，测得钾质花岗岩的年龄为28.2亿年也可作为佐证。
Ⅱ.地台阶段铀金古砂矿成矿期（25～23亿年）。在此地台阶段矿区地壳总体处于缓慢沉降，形成了以维特瓦特斯兰德群为代表的含铀金石英卵石砾岩的多层韵律沉积，其沉积总厚度达7800m，多层的石英卵石砾岩层累计厚度达212m。砾岩层的最低铀含量为50g/t，一般在190～380g/t之间，平均铀含量为0.024%。金含量为5～10g/t，而整体维特瓦特斯兰德群的平均铀含量也高达0.003%。因此，石英卵石砾岩层内金矿化已达工业品位，铀矿化的品位较低，但作为铀金综合矿石，可顺便提取铀，具有综合开采利用价值。过去文献中将此矿床列为古砂铀金矿床，事实上砂矿成矿时铀未达工业品级，故不能列入主成矿作用。
Ⅲ.地洼阶段沥青铀矿改造成矿期（20～19亿年）。由于矿区及其区域内地洼阶段的构造－岩浆活化作用，有布施韦尔德杂岩体为代表的侵入（20.5～19.5亿年），使先成贫铀矿体受到某些改造作用，形成了沥青铀矿（20～19亿年）的富集。沥青铀矿多充填于晶质铀矿的裂隙，或围绕晶质铀矿颗粒呈镶边分布，或充填于砾岩胶结物的裂隙内。在此期间使得沥青铀矿富集的部分成矿铀源，可能来自与花岗岩有关的深成铀源。此成矿期铀富集到何等品级，尚有待研究。
Ⅳ.地洼阶段细脉状铀金硫化物成矿期（10亿年）。由于矿区地壳再次活化（主要为构造活化）作用，使铀和金产生再分布，形成了同位素年龄为10亿年的沥青铀矿细脉与自然金及含金硫化物细脉的共生产出。在脉状矿化形成过程中，可能有部分深成铀金成矿物质参与成矿，最终形成铀含量达0.1%矿石品位。
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