אגן ויטווטרסראנד
מקור גאולוגי

אגן ויטווטרסראנד נוצר במהלך עידן הארכאיקון, והוא לפיכך בין המבנים הגאולוגיים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ. הוא נוצר בשני שלבים, במהלך כ-260 מיליון שנים, החל מלפני קצת פחות משלושה מיליארד שנים. במהלך השלב הראשון, שנמשך כ-60 מיליון שנים, הייתה השקעה של סלעי משקע בים רדוד, המכונה "ים ויטווטרסראנד". תוצאת ההשקעה הייתה שכבה של משקעים שעובייה בין 2,500 ל-4,5000 מטרים המכונה "חבורת וסט רנד" (“West Rand Group”). במהלך השלב השני, שנמשך כ-200 מיליון שנים, הייתה השקעה של סלעים ביבשה. לאחר שים ויטווטרסראנד נסוג נוצר במקומו מישור חוף שטוח כמעט שבו יצרו נהרות שזרמו מצפון דלתאות רחבות של נהרות פְּזָרוֹת, שבחלקם הושקעו מרבצים עשירים של עפרות זהב. שכבת סלעי המשקע בעובי 2,500 מטרים מכונה "חבורת סנטרל רנד" (“Central Rand Group”). שכבות הסלעים של "חבורת וסט רנד" ו"חבורת סנטרל רנד" יצרו ביחד את "חבורת-העל ויטווטרסראנד" (“Witwatersrand Supergroup”), הקרויה בכל היקפה "אגן ויטווטרסראנד".
לא היו יבשות במהלך השלבים הראשונים של הארכאיקון, אבל נוצרו קשתות איים. התמזגות של כמה קשתות איים הובילו להיווצרות קראטון קאפוואל, אחד מהמיקרו יבשות הראשונות שנוצרו בכדור הארץ לפני כ-3.9 מיליארד שנים. גודלו ומיקומו יחסית לדרום אפריקה כיום מסומנים בדיאגרמה משמאל. לפני כשלושה מיליארד שנים החלה האסתנוספירה שמתחת לקרום להתקרר ועקב כך שקע החלק הדרום מזרחי של מיקרו יבשת זו מתחת לפני הים. קרקעית "ים ויטווטרסראנד" שזה עתה נוצר הייתה מורכבת מסלעי גרניט שעברו סחיפה. משקעים חוליים שהובלו באמצעות נהרות שנשפכו לים מצפון החלו להצטבר על הגרניט לפני כ-2.97 מיליארד שנים. שכבה חולית זו נדחסה ויצרה את קוורציט אורנג' גרוב (Orange Grove Quartzite), השכבה התחתונה ביותר בחבורת-העל ויטווטרסראנד. ניתן לצפות בשכבת קוורציט זו כשהיא מונחת על בסיס הגרניט ביוהנסבורג, כשהיא יוצרת רכס שכיוונו מזרח-מערב באורך 56 קילומטרים שכמה נהרות הזורמים מצפון יוצרים מפלי מים, שהיו המקור לשם ויטווטרסראנד, שבאפריקאנס פירושו "רכס מים לבנים".
האטמוספירה של כדור הארץ הייתה נטולת חמצן עד לפני כשני מיליארד שנים, אבל כבר אז יצרו כחוליות חמצן בתהליך פוטוסינתזה. החמצן שמיקרואורגניזמים אלו ייצרו הגיב מיד עם, בין השאר, תרכובות ברזל מומסות, תוך יצירת תרכובת תחמוצת הברזל (חלודה) שאיננה מסיסה, ששקעה לקרקעית במהלך שעות היום. בלילה פסקו תגובות כימיות אלו. התוצאה הייתה שכבות בוץ בגוונים מתחלפים של אפור ואדום שלאחר שהתגבשו הפכו לתצורת ברזל הפסים.
ככל שהים התעמק הצטברו משקעים דקי גרגיר בוציים, אבל שינויים בתנאים הגאוגרפיים גרמו להצטברות מגוון נרחב של סוגי משקעים, החל מבוץ, דרך חול, חצץ וסלעי תצורת ברזל הפסים. משקעי טיל, המתוארכים לפני 2.95 מיליארד שנים מציינים את האפיזודות הראשונות של הופעת קרחונים על פני כדור הארץ. בתוך 60 מיליון שנים הצטברה שכבת משקעים בעובי שעד 4,500 מטרים על בסיס הגרניט, תוך יצירת "חבורת וסט רנד" שתרמה מעל ל-60% מעובייה הכולל של חבורת-העל ויטווטרסראנד.
ההתרוממות של צפון קראטון קאפוואל, בנוסף לתהליך האורוגנזה (בניית הרים), לקראת סוף השקעת המשקעים של "חבורת וסט רנד" גרמה לנסיגת ים ויטווטרסראנד. האזור של הקראטון שעל חלקו העליון שוכנת כיום יוהנסבורג, הפך למישור רחב שבו זרמו נהרות רבים, שהשתרע לאורך כל החוף הצפוני והמערבי של הים שהתכווץ, בקשת שהשתרעה מאוונדר (Evander) במזרח, דרך יוהנסבורג, קרלטונוויל (Carletonville) ואז דרומה לקלרקסדורפ (Klerksdorp) וולקום (Welkom) בדרום מערב. הנהרות יצרו דלתאות רחבות של נהרות פְּזָרוֹת (braided deltas), שבהם היו ערוצים משתלבים רבים שבהם זרמו המים לאיטם ושבהם שקעו כל החומרים הכבדים שהגיעו יחד עם זרם המים מההרים: חלוקי נחל גדולים, ומינרלים כבדים, כדוגמת זהב, פיריט ואורניניט. הזהב היה במצב של יסוד חופשי (כלומר לא כחלק מתרכובת). אצות כחוליות שגשגו במים עשירים במינרלים אלו. הקרוגן או הביטומן, אותם מוצאים בצמוד למשקעי הזהב מייצגים קרוב לוודאי את השרידים של אותם מיקרו-אורגניזמים מבצעי הפוטוסינתזה מעידן הארכאיקון.
ידוע שבמהלך 200 השנים הבאות הוצף מישור ההצפה שוב ושוב, לעיתים הוא עבר סחיפה, לעיתים הצטברו עליו משקעים מחדש. התוצאה הייתה שכבה בעובי 2,500 מטרים המכונה "חבורת סנטרל רנד". חבורת סנטרל רנד הצעירה יותר היא שמכילה את מרבית הקונגלומרטים המכילים זהב שכיום הם בעלי חשיבות כלכלית רבה.
יצירת "חבורת סנטרל רנד" הופסקה בחטף על ידי קילוחי לבה מסיביים שיצרו את לבות ונטרסדורפ (Ventersdorp lavas) מהתפרצויות שהתחוללו לפני 2,715 מיליון שנים. על מקור קילוחי הלבה יש כמה השערות. ייתכן שמקורם בהתנגשות בין קראטון קאפוול לבין קראטון זימבבווה, שבסופו של דבר התחברו על מנת ליצור יחידה יבשתית אחת.
המאורע האחרון שהייתה לו השפעה עיקרית על הגאולוגיה של אגן ויטווטרסראנד והחשיפה שלו באזור יוהנסבורג היה פגיעה רבת עוצמה של מטאוריט או אסטרואיד כ-110 קילומטרים מדרום מערב ליוהנסבורג לפני כ-2,020 מיליון שנים. מרכז הפגיעה היה קרוב לכפר פרדפורט (Vredefort) של ימינו, והוא נתן את שמו לשריד הגאולוגי של המאורע הכביר: מכתש פרדפורט. לא רק שהשרידים מפגיעה זו הם העתיקים ביותר על פני כדור הארץ, אלא שהוא גם מכתש הפגיעה הגדול ביותר שהותיר את רישומו בגאולוגיה של כדור הארץ כיום. מטאוריט או אסטרואיד שקוטרו בין 10 ל-15 קילומטרים יצר מכתש בקוטר של 300 קילומטרים, תוך עיוות של כל שכבות הסלע בתוך מעגל זה. יוהנסבורג שוכנת בקרבת השוליים החיצוניים של מכתש פגיעה זה. בקרבה המיידית לפגיעה התרוממו והתהפכו כל שכבות הסלע התת-קרקעיות, וכך נחשפו הסלעים של ויטווטרסראנד בקשת במרחק 25 קילומטרים ממרכז הפגיעה. לרוע המזל אין מרבצי זהב במחשופים אלו. עם זאת, פגיעת המטאוריט הנמיכה את אגן ויטווטרסראנד בתוך המכתש. תהליך זה הגן עליו מסחיפה מאוחר יותר, אבל חשוב יותר, ייתכן שהרימה אותו קרוב לפני השטח קרוב לשפת המכתש בקרבת יוהנסבורג. למעשה, מלבד מחשופי ויטווטרסראנד (המקומות שבהם נחשפו הסלעים בפני השטח) בקרבה למכתש פרדפורט, כל יתר המחשופים מופיעים בקשת במרחק של 80–120 קילומטרים ממרכז מכתש הפגיעה, ממערב לו, מצפון-מערב, מצפון ומצפון-מזרח. כך שסביר להניח שאלמלא פגיעת המטאוריט בפרדפורט לפני למעלה משני מיליארד שנים, לא היינו מגלים מעולם את מרבצי הזהב העשירים מתחת לאדמת דרום אפריקה, או שהם היו נסחפים במהלך תהליך יצירת הרמה של דרום אפריקה בעבר הגאולוגי הקרוב: מלפני 150 מיליון שנים, ויותר מכך במהלך 20 מיליון השנים האחרונות.