Processes of fault-controlled fluid-flow, alteration and gold mineralization at Sheba Mine, Barberton Greenstone Belt, South Africa
Date
2021-11-09
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Gold mineralization at Sheba Mine, the highest producing mine of the Sheba-Fairview Complex (SFC)
and the Barberton Greenstone Belt, is associated with distinct shear zones and faults hosted in
distinct host lithologies, with different wall-rock alterations and different controls in terms of
kinematics and timing. The SFC is located in the northwestern part of the belt, where two refolded
synclines and intervening anticlines are in structural contact along the Sheba Fault. This study
centres around the structural controls and evolution of two distinct and spatially disassociated
gold mineralized regions of the Sheba Mine, namely the Zwartkoppie anticline and the Sheba Fault.
The Zwartkoppie anticline is responsible for approximately 50% of gold production at Sheba Mine.
Gold mineralization here occurs in high-grade cross-cutting brittle-ductile structures in
highly altered schists of the Weltevreden Formation. Gold mineralization on the Sheba Fault is
hosted in fractured competent Moodies Group quartzites on the direct footwall of the fault.
The Zwartkoppie anticline is the host to ultramafic units of the Weltevreden Formation. Here,
ultramafic units have experienced a multi-stage alteration, from original komatiites to
talc-carbonate schists to green quartz-fuchsite schists. Early talc-carbonate alteration renders a
rheologically weaker unit, the greyschist, which during regional refolding (F3b), localized strain
and fluid-flow and resulted in alteration of the unit to a more competent quartz-fuchsite schist,
the green schist. Continued refolding (F3b) past the fold lock-up stage of the controlling
structure, localized the development of cross-cutting brittle-ductile structures along the more
competent green schist. The flat-structure, a high grade (40-50 g/t) shallow angle thrust, hosted
in the green schist of the Zwartkoppie anticline, displays a pronounced flat-ramp type geometry
where the ramp segments (30º-40º dips) envelope m-scale lithons that concentrate
fluid-flow and mineralization. The characteristics, orientation and kinematics suggest an origin as
a top-to-the-NW thrust during late NW-SE shortening of the belt, which is interpreted to have
formed as an accommodating structure during fold amplification (D3).
Sheba West is a currently mined ore body of Sheba Mine located on the direct footwall of the
Sheba Fault in competent Moodies Group quartzites. Strain localization into weaker Fig
Tree and
Onverwacht Group lithologies on the hangingwall of the fault leads to a distinct zonation of a
fault core and damage zone. The fault core is composed of transposed and foliated bedding where the
damage zone developed discrete brittle structures. Vein generations and geometries at Sheba West
indicate a multi-stage evolution of fluid-flow along the Sheba Fault. Early crackle breccia veins
are associated with dolomitization of the Moodies quartzites, later overprinted by a generation of
sub-horizontal extensional veins and steep shear veins that host the gold mineralization. Observed
kinematics and vein orientations indicate an origin during NW-SE shortening. Sheba West is located
at a slight clockwise bend of the Sheba Fault, where during NW-SE shortening it corresponds to a
releasing bend. These two studies highlight the persistent controls posed by rheological contrasts
of lithologies, geometric variations along a controlling structure, and late-stage NW-SE shortening
to localize fluid-flow and gold mineralization at
Sheba Mine.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Goue mineralisasie by Sheba-myn, die hoogste produserende myn van die Sheba-Fairview- Kompleks (SFK) in die Barberton Groensteenstreek, word geassosieer met verskillende skuifsones en verskuiwings wat in verskillende klip eenhede gevind word, met verskillende rots veranderings en verskillende kontroles in terme van kinematika en formasie. Die SFK is in die noordweste van die streek geleë, waar twee gevoude sinkliene en geassosieerde antikliene wat in strukturele kontak met die Sheba Verskuiwing is. Hierdie studie fokus op die strukturele beheermaatreëls en evolusie van twee afsonderlike en ruimtelik, ver van mekaar geleë, gouddraende omgewings van die Sheba-myn, naamlik die Zwartkoppie-antiklien en die Sheba Verskuiwing. Die Zwartkoppie-antiklien is verantwoordelik vir ongeveer 50% van die goudproduksie by Sheba-myn. Goue mineralisasie kom voor in rots-snydende strukture in die hoogs veranderde skis van die Weltevreden Formasie. Goud mineraliseering op die Sheba Verskuiwing word gevind in die gebroke en bevoegde Moodies Groep kwartsiet in die direkte voetwand van die verskuiwing. Die Zwartkoppie-antiklien is die gasheer vir ultramafiese eenhede van die Weltevreden Formasie. Hier het ultramafiese eenhede baie fases van verandering ondergaan, van oorspronklike komatiites tot talk-karbonaat skiste tot groen kwarts-fuchsite-skiste. Vroeë talk karbonaat verandering lewer 'n reologiese swak eenheid, die grys skis, wat tydens plooiing (F3b) gelokaliseerde spanning en vloeistofvloei tot gevolg gehad en het gelei tot verandering van die eenheid na 'n meer bevoegde kwarts- fuchsite-skis, die groen skis. aanhoudende plooiing (F3b) verby die opvoubare punt van die beheerstruktuur, het die ontwikkeling van rots-snydende strukture wat net in die meer bevoegde groen skis gevorm het. Die platstruktuur, 'n hoë vlak (40-50 g / t) vlak ertsliggaam, gevind in die groen skis van die Zwartkoppie-antiklien, vertoon 'n uitgesproke vlak-steil-tipe vorm waar die steil gedeeltes (30°- 40° dips) bevat meter-skaalse litone wat vloeistofvloei en mineralisasie konsentreer. Die eienskappe, oriëntasie en kinematika dui op 'n oorsprong as 'n bo-tot-die-NW-stoot tydens die laat NW-SO verkorting van die streek, wat geïnterpreteer word as 'n akkommoderende struktuur tydens plooiing (D3). Sheba West is 'n tans ontginde ertsliggaam van Sheba-myn, geleë op die direkte voetmuur van die Sheba Verskuiwing in die bevoegde Moodies Groep kwartsiet. Die lokalisering van swakker Fig Tree en Onverwacht Groep eenhede op die hangmuur van die verskuiwing lei tot 'n duidelike zonasie van 'n verskuiwing-kern en gebreekte-sone. Die verskuiwing-kern bestaan uit getransponeerde en geplete lae waar die gebreekte-sone diskrete bros strukture ontwikkel het. Aar generasies en die vorm by Sheba West dui op 'n evolusie wat deur baie fases gevorm was deur vloeistofvloei langs die Sheba Verskuiwing. Vroeë breccia-are word geassosieer met die dolomisering van die Moodies kwartsiet, wat later oor gedruk word deur 'n generasie sub-horisontale verlengings are en steil skeur are wat die goud mineralisasie huisves. Waargenome kinematika en aar-oriëntering dui op 'n oorsprong tydens die NW- SO verkorting. Sheba West is geleë op 'n effens kloksgewys gedraaide Sheba Verskuiwing, waar dit tydens die verkorting van NW-SO ooreenstem met die plooiing. Hierdie twee ertsliggame beklemtoon die sterk beheermaatreëls wat die reologies gekontrasteerende eenhede, die variasies in die vorm wat langs 'n beheerstruktuur voorkom, en die laat-fase NW-SO verkorting om vloeistofvloei en goud mineralisasie te lokaliseer.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Goue mineralisasie by Sheba-myn, die hoogste produserende myn van die Sheba-Fairview- Kompleks (SFK) in die Barberton Groensteenstreek, word geassosieer met verskillende skuifsones en verskuiwings wat in verskillende klip eenhede gevind word, met verskillende rots veranderings en verskillende kontroles in terme van kinematika en formasie. Die SFK is in die noordweste van die streek geleë, waar twee gevoude sinkliene en geassosieerde antikliene wat in strukturele kontak met die Sheba Verskuiwing is. Hierdie studie fokus op die strukturele beheermaatreëls en evolusie van twee afsonderlike en ruimtelik, ver van mekaar geleë, gouddraende omgewings van die Sheba-myn, naamlik die Zwartkoppie-antiklien en die Sheba Verskuiwing. Die Zwartkoppie-antiklien is verantwoordelik vir ongeveer 50% van die goudproduksie by Sheba-myn. Goue mineralisasie kom voor in rots-snydende strukture in die hoogs veranderde skis van die Weltevreden Formasie. Goud mineraliseering op die Sheba Verskuiwing word gevind in die gebroke en bevoegde Moodies Groep kwartsiet in die direkte voetwand van die verskuiwing. Die Zwartkoppie-antiklien is die gasheer vir ultramafiese eenhede van die Weltevreden Formasie. Hier het ultramafiese eenhede baie fases van verandering ondergaan, van oorspronklike komatiites tot talk-karbonaat skiste tot groen kwarts-fuchsite-skiste. Vroeë talk karbonaat verandering lewer 'n reologiese swak eenheid, die grys skis, wat tydens plooiing (F3b) gelokaliseerde spanning en vloeistofvloei tot gevolg gehad en het gelei tot verandering van die eenheid na 'n meer bevoegde kwarts- fuchsite-skis, die groen skis. aanhoudende plooiing (F3b) verby die opvoubare punt van die beheerstruktuur, het die ontwikkeling van rots-snydende strukture wat net in die meer bevoegde groen skis gevorm het. Die platstruktuur, 'n hoë vlak (40-50 g / t) vlak ertsliggaam, gevind in die groen skis van die Zwartkoppie-antiklien, vertoon 'n uitgesproke vlak-steil-tipe vorm waar die steil gedeeltes (30°- 40° dips) bevat meter-skaalse litone wat vloeistofvloei en mineralisasie konsentreer. Die eienskappe, oriëntasie en kinematika dui op 'n oorsprong as 'n bo-tot-die-NW-stoot tydens die laat NW-SO verkorting van die streek, wat geïnterpreteer word as 'n akkommoderende struktuur tydens plooiing (D3). Sheba West is 'n tans ontginde ertsliggaam van Sheba-myn, geleë op die direkte voetmuur van die Sheba Verskuiwing in die bevoegde Moodies Groep kwartsiet. Die lokalisering van swakker Fig Tree en Onverwacht Groep eenhede op die hangmuur van die verskuiwing lei tot 'n duidelike zonasie van 'n verskuiwing-kern en gebreekte-sone. Die verskuiwing-kern bestaan uit getransponeerde en geplete lae waar die gebreekte-sone diskrete bros strukture ontwikkel het. Aar generasies en die vorm by Sheba West dui op 'n evolusie wat deur baie fases gevorm was deur vloeistofvloei langs die Sheba Verskuiwing. Vroeë breccia-are word geassosieer met die dolomisering van die Moodies kwartsiet, wat later oor gedruk word deur 'n generasie sub-horisontale verlengings are en steil skeur are wat die goud mineralisasie huisves. Waargenome kinematika en aar-oriëntering dui op 'n oorsprong tydens die NW- SO verkorting. Sheba West is geleë op 'n effens kloksgewys gedraaide Sheba Verskuiwing, waar dit tydens die verkorting van NW-SO ooreenstem met die plooiing. Hierdie twee ertsliggame beklemtoon die sterk beheermaatreëls wat die reologies gekontrasteerende eenhede, die variasies in die vorm wat langs 'n beheerstruktuur voorkom, en die laat-fase NW-SO verkorting om vloeistofvloei en goud mineralisasie te lokaliseer.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2021.
Keywords
Gold mineralization -- South Africa -- Sheba-Fairview Complex, Barberton Greenstone Belt -- South Africa, Mines and mineral resources -- South Africa -- Barberton (Region), Gold ores -- South Africa -- Barberton, Geology, Structural -- South Africa -- Barberton, UCTD