基性巖漿巖風(fēng)化殼型鈦鐵礦地質(zhì)特征與開(kāi)發(fā)利用前景

周昕

摘 要：以云南洱源縣鄧川中和鈦鐵礦為例，研究基性巖漿巖風(fēng)化殼型鈦鐵礦的地質(zhì)特征、成礦規(guī)律、礦床開(kāi)采和礦石加工技術(shù)條件。提出該類(lèi)型礦床找礦勘探較易，開(kāi)采和選冶條件較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益較好。

關(guān)鍵詞：鈦鐵礦；地質(zhì)特征；開(kāi)采技術(shù)條件；洱源縣

0 引言

云南省洱源縣中和鈦鐵礦為一中型規(guī)模砂礦床，礦區(qū)位于洱源縣鄧川鎮(zhèn)南西側(cè)，區(qū)內(nèi)最高海拔2380m，最低海拔1980m，相對(duì)高差400m，中山屬低地貌。礦區(qū)東西方向長(zhǎng)850m，南北方向?qū)?70m，開(kāi)采深度為2190m—2000m。

礦區(qū)氣候溫和濕潤(rùn)，年平均氣溫15°C，冬春季較冷，風(fēng)大，最低溫度為-1°C，最大風(fēng)速16m/s，夏季最高氣溫達(dá)30°C。全年雨量充沛，年平均降水量930.5mm，相對(duì)濕度70%左右。旱、雨季分明，雨季一般為6—10月份，80%的雨量集中于該季。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本文以云南省洱源縣中和鈦鐵礦為例說(shuō)明該類(lèi)礦床的地質(zhì)特征。

礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的鹽源—麗江古生代臺(tái)緣褶皺帶西部邊緣地帶[1]，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，鈦鐵礦砂礦體的成因與海西期基性巖的侵入有關(guān)（見(jiàn)圖1）。

區(qū)域上前寒武系、古生代、中生代地層均有出露，前寒武系蒼山群分布在礦區(qū)南側(cè)點(diǎn)蒼山一帶，為一套厚大的區(qū)域變質(zhì)、熱力變質(zhì)和動(dòng)力變質(zhì)疊加而成的復(fù)雜變質(zhì)巖系。下古生界僅見(jiàn)下奧陶統(tǒng)，出露于洱海東部一帶，為一套海相碳酸鹽巖建造；上古生界的泥盆系、二疊系也有出露，泥盆系為碳酸鹽巖，二疊系主要為堿性玄武巖和灰?guī)r；第四系主要沿山間盆地分布，為不同成因的近代松散堆積層。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。依據(jù)地質(zhì)力學(xué)的觀點(diǎn)，東部屬南北向構(gòu)造帶，西部屬于北西向構(gòu)造帶（青藏滇緬歹字型體系）。按傳統(tǒng)地質(zhì)構(gòu)造觀點(diǎn)，以洱海深（大）斷裂為界，東部屬于準(zhǔn)地臺(tái)區(qū)，西部屬于地槽帶。

區(qū)內(nèi)斷裂主要有三種類(lèi)型。北東向斷層主要分布在該區(qū)南部古生界地層中，成組出現(xiàn)，主要的有7條，一般長(zhǎng)10公里左右，主要為具平移特征的沖斷層，有明顯的扭動(dòng)和被改造現(xiàn)象，屬古生代末期到中生代早期形成的可能性很大。

中北部主要是受東部大斷裂控制的一組很發(fā)育的北西向斷層，幾乎縱貫全區(qū)。北部主要有三條，分布在古生界中，長(zhǎng)5—20公里左右，一般為沖斷層。

中部主要分布在挖色到九頂山一帶，主要有兩條，長(zhǎng)20—50公里，也以沖斷層為主。另外在全區(qū)大量發(fā)育的東西向斷層，一般規(guī)模較小，多在3—10公里，屬平移性質(zhì)，均切割其它方向的斷層，形成時(shí)間可能較晚。

洱海大斷裂為本區(qū)主干斷層，從礦區(qū)東側(cè)約2km處通過(guò)，斷層區(qū)域長(zhǎng)度大于100km，呈北北西向展布，斷層走向310°，傾向北東，傾角50—60°，破碎帶寬13m左右。北東盤(pán)泥盆紀(jì)灰?guī)r被擠碎并夾有擠壓透鏡體。南西盤(pán)侏羅紀(jì)砂巖受擠壓后呈條帶狀破碎，并形成擠壓透鏡體。斷層面下盤(pán)見(jiàn)有擦痕，顯示上盤(pán)向南西斜沖。該斷層是一條形成時(shí)期早，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的壓扭性斷層，對(duì)其兩側(cè)的沉積建造，構(gòu)造形態(tài)，地貌輪廓起明顯控制作用，形成截然不同的地質(zhì)地貌景觀。

區(qū)內(nèi)褶皺多被破壞，北部很不明顯，中部為向陽(yáng)大背斜，南部為一系列次級(jí)褶皺。

（1）向陽(yáng)大背斜：軸線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)30至40公里，主要呈北西向，北端近南北向，南端逐漸轉(zhuǎn)為近東西向。褶皺軸中部有較明顯的起伏，并被一系列斷層錯(cuò)移。軸部由本區(qū)最老地層下奧陶統(tǒng)組成，兩翼分布有石炭系和更新的地層，兩翼也被和軸向大致平行的斷層所破壞。石炭系和下奧陶統(tǒng)之間具有明顯的假整合關(guān)系，同時(shí)沉積覆蓋在云弄峰和挖色晉寧期花崗巖上。上覆泥盆系中在主背斜軸兩翼發(fā)生一系列次級(jí)褶曲，其軸向亦大致平行主軸。因此翼部巖層傾角變化較大，但主要褶皺部分兩翼比較對(duì)稱(chēng)，傾角中等。

（2）南部褶皺組：分布在祥云至彌渡間，總體上顯示為一個(gè)大向斜構(gòu)造及兩側(cè)伴生的背斜構(gòu)造。但因斷層的破壞，造成主要褶皺不明顯，反映出來(lái)的為一系列軸向北東的次級(jí)褶曲，共10余條，均分布在上古生界地層中，一般為同層褶曲，褶皺軸長(zhǎng)多為5公里左右。

區(qū)域巖漿巖種類(lèi)較多，有酸性、中性、堿性、基性、超基性巖等。以玄武巖分布最廣，次為酸性巖和堿性巖。巖漿活動(dòng)具多期活動(dòng)的特征，明顯受構(gòu)造的控制。早期形成巨厚的玄武巖層，晚期以基性—超基性巖漿侵入為特征。早期（印支期）的酸性巖漿活動(dòng)除與斷裂褶皺有關(guān)，且受基底褶皺和斷裂的控制。本期的巖漿活動(dòng)以早期酸性的巖漿侵入活動(dòng)開(kāi)始，以晚期的堿性巖漿活動(dòng)結(jié)束。喜山期的堿性玄武巖漿活動(dòng)則明顯與斷裂有關(guān)。

由于礦區(qū)處于兩構(gòu)造單元的過(guò)渡帶，巖漿活動(dòng)具有多期性，形成種類(lèi)繁多的礦產(chǎn)，已知礦產(chǎn)地有：鶴慶北衙鉛、鋅、金、銀礦，祥云馬廠箐銅鉬金礦，賓川小龍?zhí)栋邘r銅礦，彌渡磺礦廠鐵、鉛、銀礦。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層由新到老主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）、二疊系玄武巖組四段（Pβ4）和二疊系下統(tǒng)灰?guī)r（P1）、泥盆系下統(tǒng)康廊組（D1k）。各地層單元特征如表1。

礦區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未見(jiàn)大的斷層。在礦區(qū)南部，有一條近東西向的斷層，為成礦期前構(gòu)造，對(duì)礦體沒(méi)有破壞作用。

礦區(qū)主要出露海西期的基性巖株、巖墻，經(jīng)取樣鑒定為含鈦鐵礦輝長(zhǎng)巖。為輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為：斜長(zhǎng)石（含量30%，半自形—自形柱狀、板柱狀晶體，具強(qiáng)“鈉黝簾石化”），普通輝石（含量30%-35%，具條帶狀構(gòu)造、環(huán)帶構(gòu)造），鉀長(zhǎng)石（含量1%），角閃石（含量1%），鈦鐵礦（含量15%），含磁鐵鈦鐵礦（含量20%），極少量黃銅礦和黃鐵礦。

礦區(qū)變質(zhì)作用較弱。

3 礦床地質(zhì)特征

和鈦鐵礦砂礦體賦存于第四系殘積物和坡積物中，為松散堆積物，屬富礦。礦床類(lèi)型為風(fēng)化殘積中、坡積型砂礦。

礦體呈面狀分布，經(jīng)地表調(diào)查和10個(gè)取樣剖面控制，可連接為一個(gè)礦體。礦體長(zhǎng)910米，寬450米，順坡呈面形產(chǎn)出，分布標(biāo)高2040-2185米，傾向120°，總體傾角較緩，約10°左右；控制垂厚1.66-17.57米之間，平均垂厚8.05米；平均品位67.16kg/ m3，礦區(qū)探獲鈦鐵礦砂礦量2537427m3（356萬(wàn)t），礦物量17.0426萬(wàn)t。

礦石物質(zhì)組成為鈦鐵礦，呈黑色，粒度在0.1-1.0mm之間。其它成分主要有粉砂、粘土，局部有塊石、角礫等。

礦砂結(jié)構(gòu)構(gòu)造為細(xì)砂狀—泥狀結(jié)構(gòu)，松散土狀構(gòu)造。

礦石大體重樣測(cè)試資料[2、3]，體重值為：1.4t/m3。

礦床工業(yè)類(lèi)型為風(fēng)化型鈦鐵礦砂礦，富礦，主要礦物為鈦鐵礦，鈦鐵礦砂品位12.8-208.1kg/m3，礦床平均鈦鐵礦砂品位67.16kg/m3。

有益有害元素組份分含量（在淘洗的鈦鐵礦精礦中）為二氧化鈦42.23%、全鐵38.34%、鉛0.006%。其中二氧化鈦的含量很接近一般鈦鐵礦中二氧化鈦含量的底限值（43.64%），說(shuō)明該礦山砂礦中淘洗得到的精礦中的鈦鐵礦物的含量是很高的。伴生礦物有磁鐵礦，從基性巖原巖中鈦鐵礦/磁鐵礦含量看為3/4，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中磁鐵礦產(chǎn)量與鈦鐵礦相當(dāng)，已經(jīng)加以利用。S、P、As有害元素含量都很低，沒(méi)有超過(guò)工業(yè)指標(biāo)。

礦體圍巖和夾石：該區(qū)鈦鐵礦砂礦體底板巖性為輝長(zhǎng)巖，在取樣剖面上未發(fā)現(xiàn)夾石。

4 礦床開(kāi)采前景分析

4.1 礦石加工技術(shù)性能

中和鈦鐵礦砂礦為殘、坡積型砂礦。礦砂巖性主要是粉質(zhì)粘土，少量碎石土。礦砂質(zhì)地松散，易挖掘。礦砂經(jīng)破碎、過(guò)篩、水洗脫泥后，選出的礦砂由鈦鐵礦和磁鐵礦組成，前者磁性弱，后者磁性強(qiáng)，經(jīng)磁選后二者可以分離，最終選出鈦鐵礦。

礦石入選平均鈦鐵礦砂品位67.16kg/m3，鈦鐵礦物回收率75%，產(chǎn)品為42.27%（TiO2）的鈦鐵礦物，年產(chǎn)量在3238噸左右。該礦屬易選類(lèi)型，選礦指標(biāo)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，回收率較高。

礦山開(kāi)采方式采用露天開(kāi)采方式，開(kāi)采方法選擇塹溝開(kāi)拓，運(yùn)輸方案采用水力—管壓運(yùn)輸方案[4]。礦山原加工工藝為：原礦—碎礦（選用雙動(dòng)顎式碎礦，最終碎礦粒度為-18mm）—脫泥（采用水洗脫水槽脫泥方式進(jìn)行脫泥處理，選用螺旋洗礦機(jī)進(jìn)行脫泥、輕重礦物分離處理）—磁選（選用濕式強(qiáng)磁選方式，對(duì)水洗脫泥后的混合礦石進(jìn)行濕式強(qiáng)磁選，對(duì)鈦鐵礦和磁鐵礦進(jìn)行富集）—脫水。

為了環(huán)保、節(jié)約成本，資源可二次利用.礦山現(xiàn)計(jì)劃采用矸堆石加工工藝，其加工工藝為：原礦—碎礦—壓力脫水—泥漿分流?，F(xiàn)加工工藝的好處在于泥漿分流后的尾渣可再次利用（銷(xiāo)售），漿可用于制磚，尾水可可排入蓄水池沉淀后再次利用。

4.2 礦床開(kāi)采技術(shù)條件

區(qū)內(nèi)地下水按其含水介質(zhì)類(lèi)型和賦存條件，劃分為孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水三類(lèi)： 第四系松散孔隙水分布于表層殘、坡積及沖積層中，殘、坡積中含水量弱，沖積層中富水性中等—強(qiáng)。基巖裂隙水主要分布于二疊系玄武巖和海西期輝長(zhǎng)巖分布區(qū)，含水性弱。巖溶水主要分布于康廊組（D1k）和二疊系灰?guī)r（P1）、大理巖化灰?guī)r地層分布區(qū)，含水性中等。礦區(qū)內(nèi)地表水較貧乏，除季節(jié)性的小箐溝雨季有水外，無(wú)大的地表水體，地表水對(duì)礦床開(kāi)采影響較小。

礦區(qū)為一單斜坡地形，最低開(kāi)采標(biāo)高為2040m，當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面2000m以上。資源儲(chǔ)量估算最低標(biāo)高均高于礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面和豐水期地下水位。礦體既透水也含水，地下水對(duì)礦坑無(wú)充水影響，大氣降雨為礦坑充水主要來(lái)源，地形有利于礦坑水的自然排泄。礦床水文地質(zhì)條件屬地下水徑流區(qū)，第四系含水層充水的簡(jiǎn)單類(lèi)型。根據(jù)以上特征，洱源縣中和鈦鐵礦砂礦水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類(lèi)型。

區(qū)內(nèi)的鈦砂礦體賦存于地表殘、坡積層中，以粉質(zhì)粘土為主，局部為碎石土，巖土體結(jié)構(gòu)均勻，較松散，穩(wěn)固性差。

礦層底板為玄武巖巖體，較堅(jiān)硬，穩(wěn)固性較好。

礦區(qū)巖性組成簡(jiǎn)單，以風(fēng)化巖類(lèi)軟弱巖組為主；邊坡巖體裂隙較發(fā)育，采場(chǎng)內(nèi)堆積的碴土量較小，雨季不易形成泥石流；采場(chǎng)周邊形成較高陡的邊坡，礦層與地形構(gòu)成不利組合時(shí)，易發(fā)生地面拉裂、滾石、崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，工程地質(zhì)條件屬以風(fēng)化巖類(lèi)為主的中等類(lèi)型。

據(jù)《GB50011—2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》烈度分區(qū)，礦區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.20g，地震動(dòng)反映譜特征周期為0.40s，本區(qū)位于8度地震烈度設(shè)防區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性較差。礦區(qū)所處區(qū)域不穩(wěn)定，地震烈度較高。礦區(qū)內(nèi)無(wú)污染源存在，礦石及剝離物均不含有毒有害成分。礦區(qū)巖溶不發(fā)育，采礦引起地面塌陷的可能性較小。

綜上所述，礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等，工程地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件中等，礦山開(kāi)采技術(shù)條件屬中等類(lèi)型。

4.3.開(kāi)采前景分析

云南鈦鐵礦床，主要類(lèi)型為海西期輝長(zhǎng)輝綠巖風(fēng)化殼紅土型砂礦床。具有工業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的滇中片鈦鐵砂礦，規(guī)模巨大 ，具近、淺、易、富的開(kāi)發(fā)優(yōu)點(diǎn)。

我國(guó)是鈦資源大國(guó)，儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的 60 %以上。云南地區(qū)鈦資源豐富，是以砂礦為主的鈦鐵礦，礦物組合筒單，分選性能良好。鈦精礦鈣鎂雜質(zhì)低是生產(chǎn)海綿鈦的優(yōu)質(zhì)原料，生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]云南地質(zhì)局第一區(qū)測(cè)大隊(duì)，《1：20萬(wàn)大理幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》， 1966.-1967.

[2]云南南方地勘工程總公司，《云南省洱源縣中和鈦鐵礦砂礦普查報(bào)告》，2006.1.

[3]云南南方地勘工程總公司，《云南省洱源縣中和鈦鐵礦砂礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》，2009.8.

[4]云南省蘭坪縣礦業(yè)開(kāi)發(fā)地勘聯(lián)合公司，《云南省洱源縣中和鈦鐵礦砂礦礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用方案》，2006.5.