ブッシュフェルト火成岩複合体

ブッシュフェルト火成岩複合体は、トランスバール州中央部の洋ナシ形の地域に広がっている。東側と西側の2つの部分に分かれており、さらに北側にも広がっている。

このシステムの3つのセクションはすべて、約20億年前にほぼ同時期に形成され、驚くほどよく似ています。地球のマントルから大量の溶融岩が、地殻の長い垂直の亀裂（巨大な弧状の分化したロポリティック貫入岩）を通って地表に運ばれ、ブッシュフェルト火成岩複合体として知られる地質学的貫入岩体が形成されました。

これらの貫入は、南にある近くのフレデフォート衝突よりも約3000万年も前に起こったと考えられている。 ^{[ 13 ]}時間の経過とともにこれらの溶融岩石の注入が、異なる温度でのさまざまな鉱物の結晶化と相まって、3つのPGM含有層（リーフと呼ばれる）を含む、明確な岩層からなる層状ケーキのような構造が形成された。中央部の大部分は、より新しい岩石で覆われている。

噴出岩は初期の輝緑岩質岩床の上に堆積しており、その露頭は複合岩体の南東側に見られる。これらは典型的には緑色を呈し、単斜輝石からなり、角閃石と斜長石に変質しており、複合岩体の初期段階と考えられている。

この複合岩体は、層状の苦鉄質貫入岩（ラステンバーグ層状岩体群）と珪長質岩相から構成されています。この複合岩体の地理的中心は、南アフリカのプレトリアの北、南緯約25度、東経約29度に位置しています。面積は66,000平方キロメートル（25,000平方^マイル）を超え、アイルランドとほぼ同じ大きさです。   

この複合体は厚さが場所によって異なり、最大で9キロメートル（5.6マイル）の厚さに達する。岩相は、下部では主に超苦鉄質のペリドタイト、クロミタイト、ハルツブルガイト、ブロンザイトから始まり、上部に向かうにつれて苦鉄質のノーライト、斜長岩、斑れい岩へと変化し、苦鉄質のルステンブルク層状岩体群の後には珪長質の岩体群（レボワ花崗岩群）が続く。 

この複合鉱床群に含まれる鉱体は、クロム鉄鉱を最大43.5%含むUG2（上部グループ2）鉱脈と、白金を含むメレンスキー鉱脈およびプラットリーフ鉱脈である。メレンスキー鉱脈の 厚さは30～90cmである。これは、クロム鉄鉱と硫化物を含む鉱石層またはゾーンが広範囲に存在するノーライトである。

この鉱脈には、平均10ppmの白金族金属が、硫化鉄鉱、ペントランダイト、黄鉄鉱のほか、希少な白金族鉱物や合金として含まれています。メレンスキー鉱脈とUG2鉱脈には、世界の既知の白金族金属埋蔵量の約90%が存在します。毎年採掘される白金の約80%、パラジウムの約20%は、これらの鉱床から産出されています。

ブッシュフェルト火成岩複合体におけるクロミタイト層の形成メカニズムについては、多くの議論がなされており、様々なメカニズムが提唱されている。以下は、クロミタイトの形成過程に関する、網羅的ではないものの、いくつかの例を挙げたものである。

• 化学的および物理的性質の変化により、マグマはクロム鉄鉱に濃縮されます。このとき、液相線は他の相から解放されます。したがって、溶融物中で結晶化する唯一の鉱物はクロム鉄鉱であり、マグマ溜まりの底に単一鉱物層として蓄積されます。^{[ 14 ]}
• システム全体の圧力、酸素フガシティ、およびαシリカの増加。^{[ 14 ]}
• 最も広く受け入れられているメカニズムの1つはアーバインによって提案されたもので、クロミタイトは化学的に原始的なマグマが既存のマグマ溜まりに貫入し、分化したマグマと混ざり合ったときに形成された可能性があると示唆されている。^{[ 14 ] [ 15 ]}
• 重力とサイズ制御により、結晶に富むスラリー中のクロム鉄鉱（カンラン石と斜方輝石と共存）粒子の沈降と分離が起こった^{[ 14 ]。}
• 既存のマグマと融解しやすい母岩から派生した花崗岩質溶融物の混合^{[ 15 ]}
• 層状貫入岩の超苦鉄質マグマと斜長岩の親マグマの混合^{[ 15 ]}
• マグマ溜まりの変形、ガス泡の核生成、上昇、膨張、または新たなマグマの噴出による全圧条件の上昇。^{[ 15 ]}
• マグマ溜まり内の酸素フガシティの増加は、ガス圧の解放、水素の拡散差、または拡散によるガスの損失によって起こる可能性がある。^{[ 15 ]}
• マグマによる水の吸収^{[ 15 ]}

この地域のPGE鉱化作用をモデル化するために用いられた少なくとも3つの異なるプロセスの起源に関する提案がなされている。

• PGEが硫化物溶融物に対して親和性を持つため、硫化物液体によって収集される^{[ 16 ]。}
• ケイ酸塩マグマから直接結晶化し、^{[ 16 ]}その後酸化物鉱物によって収集された^{[ 17 ] [ 18 ]}
• 熱水流体および/またはマグマ水流体による濃縮^{[ 16 ]}

ブッシュフェルト火成複合岩体は、層状苦鉄質貫入岩体（LMI）であり、層状クロム鉄鉱層が明確な鉱体として集中し、いわゆるクリティカルゾーンを形成しています。これらはリーフと呼ばれています。主なリーフ鉱床は、メレンスキーリーフ、UG2リーフ、プラトリーフの3つです。これらのリーフは、ほとんどが連続または不連続のクロム鉄鉱層で、PGE鉱化作用が見られます。地表の岩石は、別々のローブまたは翼（主なものは東翼、西翼、北翼）として露出しており、面積は約66,000  km ²に及びます。この大規模な火成岩地域は、レボワ花崗岩スイート（大規模なA型花崗岩貫入岩）、ルステンブルク層状スイート（ 厚さ約8 kmの層状苦鉄質・超苦鉄質累積岩）、ラシュープ花崗斑岩スイート（花崗斑岩）の3つの主要な火成岩群から構成されています。^{[ 20 ]}これらは、シート状の貫入岩が層状に重なったものとして露出しており、一般的には、縁辺部、下部、臨界部、主部、上部の 5 つの主要ゾーン (下から表面まで) に細分化されています。これらは、前述のローブ内で順に見ることができます。中央部に関しては、花崗岩やその他の関連岩石が優勢です。

北縁部、ポトギエテルスラス地域内には大きな変成接触変成帯が観察される。^{[ 21 ]}

フレデフォート衝突構造はBIC貫入よりも前に形成されたものであり、BICの鉱化作用とは無関係である可能性が高いことが示されている。^{[ 22 ]}

メレンスキー礁は、下から上へ5つの層に細分化できます。^{[ 16 ]}

• 斑状斜長岩（Mer-Ano）：明るい色の下盤（上層のクロム鉄鉱層の基底部）斜長岩で、暗い色の輝石オイコクリストの帯が見られる。この層はPd/Pt鉱物の比率が非常に高く（約20:2）、黄銅鉱、ペントランダイト、磁硫鉄鉱などの鉄に乏しい硫化物を含み、方鉛鉱と閃亜鉛鉱は少量である。
• 下部クロミタイト（Mer-ChL）：粒径が0.5～2mmと変化する半自形～他形の暗色のクロム鉄鉱層で 、斜長石（斜長岩基底層と同程度の大きさのポイキリティック長石中に残存物が見られる）と斜方輝石のオイコクリストに囲まれている。この層は明瞭な下盤接触で終わる。鉱化作用に関しては、粒状のペントランダイト、黄銅鉱、磁硫鉄鉱、黄鉄鉱が少量（約0.7%）含まれている。PGE鉱化作用はPt硫化物およびその他のPt鉱物が主体で、Pd鉱物が少量含まれているため、Pt/Pd比は高い（約106:4）。
• 上部クロミタイト（Mer-ChU）：下部クロミタイト層とやや似ているが、クロム鉄鉱の粒子はより細かく（0.2～4  mm）、より密に詰まっている。ここでもPt鉱物がPdに対して優勢であり、少量のCu-Niに富む硫化物（黄銅鉱、ペントランダイト、および少量の磁硫鉄鉱）が含まれる。
• メレンスキー・ペグマタイト（Mer-Peg）：厚さ約2.4～2.8cmの、粗粒からペグマタイト質の緑褐色メラノライト層 。斜長石の塊状パッチが、中粒から集積輝石岩と混在し、斜方輝石の粒は最大5cmに達する 。クロム鉄鉱の粒はほとんどなく、上部のクロム鉄鉱との接触面付近に少量存在するのみ。硫化物鉱化作用は鉱物の約0.7%未満で、鉄に富む硫化物（ペントランド石や黄銅鉱よりも磁硫鉄鉱が多い）が主体。白金族元素はクロム鉄鉱に比べて少ない。
• メレンスキー・メラノライト（メル・ノール）：前の層とやや似ているが、より細かい（中粒）正集積メラノライトであり、鉄を主成分とする硫化物鉱化作用（磁硫鉄鉱、ペントランダイト、黄銅鉱を含む）が1.6%散在および粒間～粒状に分布している。黄銅鉱の含有量は多いが、ペグマタイト中に見られるものよりも粒が小さい（  1.5 mm未満）。石英、希土類元素を含む鉱物、アルバイト-灰長石-正長石のシンプレクタイトが混在している。 

UG2輝石岩(リーフ): UG2 クロミタイトの母岩は、粒状の斜方輝石、間隙の斜長石および単斜輝石、そして金雲母などの副成分鉱物が少量変動量で含まれています。UG2 クロミタイトは、上盤輝石岩とは異なる輝石岩の下盤に存在します。半自形から半円形 (0.5  mm 未満) のクロマイト粒子は、少量 (約 4%) ですが一定の相であり、この下盤輝石岩全体に斜方輝石 (および前述のような他の間隙相) とともに埋め込まれています。大きなオイコクリストが露頭や鉱山の壁面に見られます。^{[ 14 ]}

プラットリーフ：この礁構造は3つのセクションに分かれています：^{[ 16 ]}

• 下部礁は、再結晶化および重畳を受けたノーライトと長石質輝石岩から構成されている。この層には、特に層の基底部付近に、母岩由来の捕獲岩が豊富に存在する。
• 中央礁または中部礁は、火成岩であるかんらん岩と、変成堆積岩の捕獲岩を含む、再結晶化した「多様な組織」を持つ苦鉄質岩から構成されている。
• 上部礁は主に斜長石輝石岩とノーライトから構成され、主帯（ユニット参照）との接触部に向かって徐々にノーライトと斑れいノーライトへと変化している。捕獲岩も存在するが、これらは礁頂部付近の長石質輝石岩中に比較的まれに存在する角礫状のクロム鉄鉱である。

BICにはいくつかの剪断帯があり、そのいくつかは既知の断層内に位置しており、中でも最も重要なのは、 Jagersfontein剪断帯（JSZ）、Klerksdorp剪断帯（KSZ）、Potgietersrus剪断帯（PSZ）、Thabazimbi - Murchison Lineament（TML）、Brits剪断帯（BSZ）、Olifants River剪断帯（ORSZ）、およびSteelpoort剪断帯（SSZ）である。

これらのせん断構造は、ブッシュフェルト火成岩複合体内の構造、鉱物学、テクトニクス、変成作用、経済など、いくつかの要因を制御し、地質学的に大きな意味を持ちます。構造的制御には、マグマと貫入の方向と流れ、鉱化作用の構造トラップ、複合体の構造的進化が含まれます。鉱化作用は、白金族元素（PGE）と白金族金属（PGM）、クロム、銅、ニッケル、金、バナジウムの濃縮、リーフの形成と方向を制御し、マグマ性鉱床や熱水鉱床などの鉱化作用の種類に影響を与えます。^{[ 23 ] [ 24 ]}テクトニクス制御と影響は、地層と地殻の厚化と薄化、衝突やリフトなどの構造の種類によるテクトニクス活動の記録、BICの進化への影響によって見たり示したりできます。変成作用の制御は、剪断帯における局所的な変成作用と変質であり、鉱物の形成と安定性に影響を与え、圧力-温度-時間（PTT）経路の証拠を示す可能性がある。^{[ 25 ]}経済的制御には、鉱床が含まれ、鉱業と探査、資源と埋蔵量の推定と抽出の指針となる。

鉱山開発の実現可能性調査では、地表水、地下水、湿地、動植物、および関連する社会問題への影響が特定されています。さらに、これらの影響には、鉱山現場近くの水路や小川を通じた塩分や堆積物の排水の増加が含まれます。大気や水を汚染する一時的な粉塵の発生が増加し、地表水の流出により下流の利用者の水の涵養が減少し、特定の脆弱な動植物種の喪失、土壌の圧縮、土地の侵食につながる可能性があります。地表水と地下水の汚染と水質悪化は、廃石の堆積場、備蓄、ガスの流出などからの浸透によって引き起こされます。大量の水を使用する鉱山活動は、地域の帯水層の枯渇につながる可能性があります。さらに、自然地の除去や機械や車両からの騒音などの建設活動の影響は、周辺の生態系を破壊する可能性があります。^{[ 34 ]}

選鉱および濃縮方法によっては、浸出による酸性流出や金属スライムなど、さまざまな影響が生じる可能性があります。^{[ 36 ]}鉱山廃棄物からの六価クロムは、非常に毒性が高いことが示されています。^{[ 29 ]}

ある研究では、世界のPGEの総生産量の最大5%が粉塵として失われ、地球規模の生物地球化学サイクルに放出されていることが示されています。^{[ 9 ]}近隣の町では、土壌、大気、植生中のプラチナ濃度の上昇が示されています。これらの地域の近くには食料生産活動があるため、主な懸念は、地元住民（50万人以上の住民を抱えるラステンバーグ^{[ 37 ]}を含むいくつかの町や都市）が、皮膚接触、食事摂取、または吸入によって最終的に汚染物質に曝露されることです。 ^{[ 38 ]}プラチナ、パラジウム、ロジウムなどのPGEは、PGE塩化物の形で肝臓、腎臓、骨、肺に生物濃縮される ことが示されています。摂取は一般的に、吸入または皮膚から吸収される金属または酸化物の粉塵を介して行われ、接触性皮膚炎を引き起こし、長期的には感作を引き起こし、最終的には癌につながる可能性があります。^{[ 39 ]} 2013 年 1 月の研究では、ブッシュフェルト火成岩複合体で採掘作業を行う労働者に関連するシリカ粉塵とアスベスト繊維によって引き起こされる珪肺症の発症が増加傾向にあることが示されています。 ^{[ 40 ]}同様に、別の研究では、鉱山地域付近で微細な (<63 μm) PGE 浮遊粉塵粒子が高濃度で検出されています。これらは地表流出水や大気によって運ばれ、その後、南アフリカ北西州で最も人口の多い自治体であるルステンブルクに直接流れ込むヘックス川などの土壌や河川にさらに濃縮されることがわかっています。 ^{[ 8 ]}

2006年のMaboetaらによる研究では、化学分析により、尾鉱処分施設の土壌は他の一般的なサンプリング地点と比較してC、N、NH4、Kのレベルが高いことが明らかになった_{。この違いは、実施されている修復計画によってこれらの微生物および細菌}栄養素の量が減少したことに起因すると考えられる。^{[ 41 ]}

一般的に、鉱山操業は大量のエネルギーと水を消費し、大量の廃石、残滓、温室効果ガスを発生させます。ある研究では、PGM採掘が地球環境に大きな影響を与えていることが示されています。プラチナ鉱山の環境コストは、金鉱山と比較すると、エネルギー消費量はわずかに高く、水消費量はやや低く、温室効果ガス排出量はやや高くなっています。 ^{[ 42 ]}

南アフリカの経済は鉱業に大きく依存しており、金属価格の低迷によって大きな影響を受けている。鉱山会社は、生産量の削減、鉱山の閉鎖、プロジェクトの売却、従業員の削減によってコスト削減を余儀なくされている。鉱山労働者は最低賃金を求めて頻繁にストライキを行い、鉱山は安全基準を満たせず、労働争議に直面し続けている。2016年にeunomixが行った調査によると、南アフリカで最も急速に成長している都市の1つであるルステンブルクには、「移民労働制度のために家族と離れ離れになった若い男性が異常に集中している」ことが明らかになった。住民は教育不足、高い犯罪率、労働力の健康問題に直面している。さらに、高い貧困率、政府の財政赤字にも直面しており、依然としてプラチナ鉱業に大きく依存している。プラチナ鉱業は「地域GDPの65%以上、直接雇用の50%（7万人以上）を占めている」。宿泊施設や住宅は不足しており、鉱山会社による改善努力はほとんど見られない。2013年から2016年の間に、プラチナ会社は市に3億7000万ランド以上を拠出し、地元のインフラ、給水・浄水センター、スポーツプログラム、観光、公共道路の拡張、下水処理場、文化活動に資金を提供した。主な懸念は、高い貧困率と社会的不公正の組み合わせである。^{[ 43 ]}

これまで30以上の鉱山操業が行われており、そのほとんどは白金族元素（PGE）を採掘しているが、クロム、錫、その他の鉱物を採掘している鉱山もある（そのほとんどは地下採掘で、露天掘りはごく少数である）。以下に、網羅的ではないが、その一部を示す。

• 西葉: ラステンブルグ、インパラ、バフォケン・ラシモーン、^{[ 44 ]}ユニオン、^{[ 45 ] [ 46 ]}アマンデルブルト^{[ 47 ]} (トゥメラとディシャバで構成される^{[ 48 ]} )、ノーザム、ハートビーストポールト、スティルドリフト、エランズフォンテン、^{[ 49 ]}クロコダイル・リバー、^{[ 50 ] ]}ターバ、ヴァメトコ マイン、パンドラ、^{[ 51 ]}ロンミン、マリカナ。^{[ 52 ]}クルーンダル、^{[ 53 ] [ 54 ]}ローイベルグ錫鉱山、レーウポールト、^{[ 55 ]}ピラネスベルク、^{[ 56 ]} 2008 年の見通し: フリシュゲヴァーグド レディグ、レーウコップ^{[ 57 ]}
• 東葉:レボワ/ボコニ、トゥイッケナム、マルラ、^{[ 56 ]}モディクワ、 スモーキーヒルズ 、^{[ 56 ]}ツーリバーズ、^{[ 56 ]}モトトロ、 エベレスト、^{[ 56 ]}リンポポとモガラクウェナ (ポトギーテルスス)、^{[ 58 ]}マーンダグショク、ミッデルプント ヒル、 ブルーリッジ、^{[ 56 ]} 2008年の見通し: ガ・パシャ、^{[ 59 ]}ケネディーズ・ベール、シバズ・リッジ、ブーイセンダル^{[ 60 ]}

3つの最大の鉱体は、メレンスキー鉱脈、UG2クロミタイト鉱脈、プラットリーフである。^{[ 20 ]}

• メレンスキー鉱脈は、ブッシュフェルト複合体の東西両翼で採掘される主に硫化物に富む輝石岩層であり、世界の白金族元素の大部分を供給するだけでなく、副産物としてかなりの量の銅、ニッケル、コバルト、金も産出する。 ^{[ 56 ]}
• UG2クロミタイト鉱脈（ UG2鉱脈上部グループ2としても知られる）は、硫化物鉱物を欠くクロム鉄鉱に富む層である。全体として、白金族元素の観点からはおそらく最大の資源の一つであり、上層のメレンスキー鉱脈よりも大きい。また、東側と西側の両方の翼部で採掘されている。^{[ 56 ]}
• プラトリーフは世界で3番目に大きなPGE鉱床です（UG2鉱床とメレンスキー鉱床に次ぐ）。鉱体は「明確な鉱脈ではなく、広範囲に鉱化作用を受けた3つの層」で構成されています。^{[ 56 ]}

* 表はUSGS、2010 年のものから改変。 ^{[ 20 ]}

確認された鉱物資源の大部分は、記述された３つの礁からのものであり、その大部分は東側の翼部に位置しているが、埋蔵量の大部分は西側の翼部に位置している。^{[ 20 ]}