西昌太和釩鈦磁鐵礦礦體特征及成因

魏宇，郭耀文，柳維，張旭明，范宇

（四川省冶金地質(zhì)勘查院，成都 610051）

太和鐵釩磁鐵礦產(chǎn)于太和輝長巖體內(nèi)，似層狀產(chǎn)出，共有 7個礦體，平行產(chǎn)出，較為簡單且厚大。前人對包括太和在內(nèi)的攀西釩鈦磁鐵床做了廣泛的研究，提出了多種成因類型。如：晚期巖漿礦床（袁見齊等，1985）、早期巖漿礦床（盧記仁，1988）、巖漿熔離礦床（李文臣，1992）、巖漿韻律式礦床（羅小軍，2002）。筆者認(rèn)為，早期巖漿有明顯的液態(tài)分異特征，而富厚釩鈦磁鐵礦體形成于晚期巖漿結(jié)晶分異作用，近于平行分布在富厚釩鈦磁鐵礦體上下的貧礦層和圍巖為巖漿階段式成巖成礦的產(chǎn)物。

1 區(qū)域地質(zhì)

太和釩鈦磁鐵礦床地處“川滇南北構(gòu)造巖漿巖帶”中段。該構(gòu)造帶內(nèi)巖漿活動頻繁而強烈，具多期次、多巖類、規(guī)模大、分布廣的特點，并嚴(yán)格受南北向斷裂帶控制，構(gòu)成了南北向釩鈦磁鐵礦成礦帶（圖1）[1]。太和等層狀基性-超基性巖體形成于二疊紀(jì)，與二疊系峨眉山玄武巖、三疊紀(jì)堿性巖相伴產(chǎn)出。華力西期層狀基性－超基性巖體、峨眉山玄武巖、印支期堿性巖形成“三位一體”，是攀西釩鈦磁鐵礦最明顯的宏觀找礦標(biāo)志。

圖1 攀西地區(qū)構(gòu)造及基性巖分布圖

圖2 太和巖體綜合柱狀圖

2 巖體地質(zhì)特征

2.1 巖體特征

太和輝長巖體釩鈦磁鐵礦成礦母巖，走向近東西，南傾，傾角30°～60°。在地表該巖體東西出露長1 500m，南北寬70～830m，呈啞鈴狀[2]。該巖體呈板狀或盆狀，分異良好，相帶、韻律層清楚，原生構(gòu)造發(fā)育。巖體從下往上，整體基性度降低，巖石色調(diào)由深變淺。主要含礦層集中在巖體的中下部，往上、下含礦性逐漸變差。據(jù)巖性組合，巖體可劃分為上部基性、下部超基性巖（出露差）二個相帶以及淺色輝長巖相、暗色輝長巖相、橄輝巖相三個亞相帶（圖2）。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

太和輝長巖體內(nèi)斷層發(fā)育，規(guī)模大小不一，對礦體有不同程度的破壞，如錯失、錯斷及使礦體破碎，為后期巖脈的侵入、混染提供了空間。巖體中有斷層24條，分為近南北、北東-南西向、北西-南東向三組。三組中以近南北向的逆斷層為主，可分為兩期，一期早于北東-南西與北西-南東向斷層，另一期晚于北東-南西向斷層，與北西-南東向斷層相近[2]。對礦體錯動距離最大的3條斷層均為南北向斷層，由西到東分別為F15、F16和F47（圖3）。

圖3 太和釩鈦磁鐵礦區(qū)1200m水平斷面圖

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

巖體內(nèi)釩鈦磁鐵礦體似層狀（圖3、4），由下往上編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，其厚度、品位、變化系數(shù)見表1，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ叼為主要礦體。各礦體大致平行，走向近東西，南傾，傾角30°～60°，東緩西陡。主要礦體特征：

Ⅲ號：礦區(qū)最厚大、品位最高的礦體，基金項目施工的鉆孔均控制了該礦體。其連續(xù)性、穩(wěn)定性在主要礦體中是最好的。該礦體上貧下富，底部為厚數(shù)十米的稠密浸染狀-塊狀礦石，中部為厚數(shù)十米-上百米的稀疏-中等浸染狀流狀礦石，上部為厚約十?dāng)?shù)米-數(shù)十米的富含磷灰石的星散-稀疏浸染狀礦石。礦體中部見2～3層透鏡體狀夾石，厚幾米到幾十米不等。礦體中上部富P，下部則Cr、Ni等相對富集（表2）。

圖4 太和釩鈦磁鐵礦區(qū)13號勘探線剖面圖

Ⅳ號：Ⅲ號礦體上二十米內(nèi)，局部可達(dá)數(shù)十米，間夾中粗粒-偉晶（淺色）輝長巖。礦石一般為星散-稀疏浸染狀礦石，條帶構(gòu)造明顯，未發(fā)現(xiàn)稠密-塊狀礦石。礦體中富P，貧Cr、Ni等元素。

Ⅱ號：Ⅳ號礦體下30 m內(nèi)，礦石從星散浸染狀到塊狀，以中等浸染-塊狀為主，礦體局部可見條帶狀構(gòu)造。礦體中貧P，Cr、Ni等元素相對富集。

表1 太和礦區(qū)礦體平均品位厚度以及變化系數(shù)一覽表

表2 太和礦區(qū)礦體組合分析元素含量分帶性統(tǒng)計表

3.2 礦石礦物及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石礦物以鈦磁鐵礦、鈦鐵礦為主，少量赤（鏡）鐵礦、硅酸鐵、菱鐵礦、硫鐵礦等，脈石礦物主要為輝石、斜長石，少量橄欖石、磷灰石、綠泥石、角閃石等。主要有益組分有Fe、TiO2、V2O5，伴生有益組分Co、Ni、Cu、Mn、Cr、Sc含量較低，Co、Ni、Cu、Cr主要分布在Ⅲ號礦體中為1∶2～1∶4，在Ⅲ號礦體上下礦體中為1∶4～1∶16在礦石中TiO2含量與鈦鐵礦含量呈正相關(guān)，故 TiO2在Ⅲ號礦體中相對富集，往上下TiO2含量逐漸降低。

礦石具海綿隕鐵結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、包含嵌晶結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)與碎裂結(jié)構(gòu)；具塊狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、流線構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造[3]。一般具星散-中等浸染狀礦石具海綿隕鐵結(jié)構(gòu)；稠密-塊狀礦石具鑲嵌結(jié)構(gòu)，稠密-塊狀礦石中鈦磁鐵礦、鈦鐵礦呈連晶，晶內(nèi)常見輝石、磷灰石等早期結(jié)晶礦物被磁鐵礦包裹。

4 礦體成因

4.1 礦體似層狀分異特征

從太和巖體內(nèi)的礦體從整體到局部均具似層狀特征，受重力分異作用明顯?？傮w分布上來看，富厚礦體主要產(chǎn)于巖體中下部（Ⅱ、Ⅲ號礦體），其上部是以厚大的淺色輝長巖和貧磁鐵礦石互層，其下部以厚大暗色輝長巖與稀疏分布的層狀磁鐵礦石互層。從單個礦體看，如Ⅲ號礦體，底部為厚數(shù)十米的稠密浸染狀-塊狀礦石，中部為厚數(shù)十米-上百米的稀疏-中等浸染狀礦石，上部為厚約十?dāng)?shù)米-數(shù)十米的富含磷灰石的稀疏-星散浸染狀礦石，由上到下礦體品位變富。根據(jù)組合分析結(jié)果，Ⅲ號礦體中間的稀疏-中等浸染狀（流狀）礦石帶還是P、Ni、Cr等元素在整個巖體分布的分界帶，其上部富P、貧Ni、Cr等元素，下部則剛好相反，上下之間的P、N i、Cr等元素含量相差一般為數(shù)倍-十?dāng)?shù)倍，局部多達(dá)幾十上百倍。

此外，在礦體中還存在著更小的層狀韻律特征，即條帶狀礦石，是由以斜長石為主（含鐵）輝長巖與以輝石和磁鐵礦為主的礦石以1～10cm的厚度互層，一般為礦石在下。主要分布在Ⅳ、Ⅴ、Ⅰ、Ⅱ礦體中。

4.2 似層狀礦體分異過程

含礦巖漿進(jìn)入巖漿房后的就地結(jié)晶分異作用形似成層狀礦體。結(jié)晶分異作用的程度與巖體的規(guī)模、厚度呈正比；同時跟巖體冷卻速度（在一定溫度范圍內(nèi)）呈反比。巖體形態(tài)呈越接近水平的盆、板狀越有利于巖體的似層狀分異。對于太和巖體中的似層狀分異機制，應(yīng)認(rèn)同分異作用分為巖漿早期分異和階段式成巖成礦這兩個過程[4],但對于階段式成巖成礦，應(yīng)該是由巖體上下部向中間進(jìn)行，而非由下往上單一方向進(jìn)行（圖5）。

4.2.1 巖漿早期分異

表現(xiàn)在重力場中的液態(tài)分異，鐵鎂硅酸鹽熔漿由于其密度大而下沉，鈉鈣硅酸鹽熔漿則上浮，由此造成兩種物質(zhì)組分的相對集中。同時，熔點較高的元素形成微小顆粒開始出現(xiàn)分異，F(xiàn)e、Ti、Ni、Cr等元素開始下沉，P則上浮。太和巖體中的Ⅲ號礦體中的流狀礦石層為這些元素的上下運動的分界帶。巖漿在冷卻過程中，某些結(jié)晶點較高的硅酸鹽礦物，如橄欖石、輝石、斜長石等首先少量結(jié)晶出來，其運動速度服從斯托克斯定律：υ=2gγ2（ρ-ρ’）/9η。

圖5 巖漿早期分異和階段式成巖成礦理想模式示意圖

當(dāng)巖漿溫度為1 000～1 125℃時，玄武巖漿粘度η=3 000×10-1Pa﹒s（Hess,1960），含礦輝長巖密度為 3.3，相應(yīng)的巖漿密度為3.0；含鈦普通輝石密度為3.3，斜長石密度為 2.7；若以平均粒度γ=2mm計算，則據(jù)上式計算礦物沉降速度輝石為 69m/a,而斜長石為-69m/a，礦物粒度變化，其上下運動速度呈倍數(shù)變化。當(dāng)溫度下降時，粘度迅速增大，其運動速度也迅速降低，即每降低25℃，粘度增加一個數(shù)量級，運動速度降低一個數(shù)量級[4]。Fe、Ti在巖體中的整體分異性不如Ni、Cr、P等元素，這可能是由于其熔點較低，待其大量形成微小晶粒時，巖漿粘度已增大，大大降低了其下沉速度，從而影響了其遷移距離。另外，太和巖體的Ⅲ號礦體中底部稠密浸染狀-塊狀礦石中，常見斜長石斑晶或極少量細(xì)粒斜長石發(fā)育在磁鐵礦之間，前者因為后期少量斜長石形成連晶或微小顆粒，由于溫度降低，大大降低了上浮速度，結(jié)晶后滯留在礦層中。

4.2.2 階段式成巖成礦作用

在成礦巖漿房中，除了由外向內(nèi)的冷卻作用外，其內(nèi)部巖漿還存在著熱對流，使熱量集中在巖漿體中上部[4]。巖漿冷卻過程中，從底部往上以及從頂部往下（盆狀巖體暫不考慮由側(cè)部向內(nèi)部），都存在一個相向移動著的等溫面（等溫面溫度指的主要礦物結(jié)晶的溫度的臨界值，固液相線也大致與之平行），等溫面溫度較低的一側(cè)較先結(jié)晶出礦物，高溫部分在兩等溫面之間。當(dāng)然這個等溫面不一定是水平的，這個中心部分也不一定是巖體的幾何中心。等溫面移動的速度與巖漿熱擴散率、侵入后的時間以及礦物結(jié)晶后放熱量等均有相關(guān)性?？傮w來說，隨著侵入后時間的推移，兩等溫面向距越近，其相向推移速度會越慢。于是，礦體和巖石由上下邊部向核部分階段地逐漸結(jié)晶析出。

在上部結(jié)晶礦物中，比重較大的如輝石、鈦磁鐵礦等會部分下墜入巖體內(nèi)部的高溫巖漿中，使其重新熔融，當(dāng)輝石、鈦磁鐵礦墜入量達(dá)到一定程度后，增大了巖漿密度并使其溫度降低，使得后面墜入的輝石、鈦磁鐵礦由于巖漿密度和粘度增大而不再下墜或減緩下墜，在原地結(jié)晶形成礦層，在其上方由于輝石和磁鐵礦的下墜，而形成了以斜長石為主的輝長巖。

在下部結(jié)晶礦物中，比重較小的如斜長石等也會部分上浮入內(nèi)部高溫巖漿中。重熔后，一部分進(jìn)行了新的液體分異。一部分滯留在原地結(jié)晶，與下部以輝石、鈦磁鐵礦為主的礦層構(gòu)成了上貧下富的韻律特征。

據(jù)上述理論，可以較好地解釋太和輝長巖體的相帶、韻律特征。由于巖體結(jié)晶是由上下向中心部分推移的，中心巖漿比上下部分可以得到較好的液體分異，F(xiàn)e、Ti、Ni、Cr以及橄欖石、輝石等礦物可以較好地下沉到巖漿下部，P以及斜長石等礦物也可以較為順利地上浮，形成了總體韻律特征。太和礦區(qū)的Ⅲ號礦體中下部為巖體中最后結(jié)晶部分，由于兩等溫面相向推進(jìn)的速度緩慢，形成了厚大的上貧下富韻律特征，其中間的流狀礦石是巖漿在相對靜止的條件下形成的。分布在Ⅲ號礦體上下的條帶狀礦石，是等溫面在該處較快速通過，由于斜長石和輝石、鈦磁鐵礦結(jié)晶溫度差異形成的。其上下的條帶狀礦石雖然構(gòu)造相似，但是其礦石品位以及脈石礦物含量均有較大差別，Ⅲ號礦體上部條帶狀礦石多為星散-稀疏浸染狀、脈石礦物以斜長石為主；而下部則是中等-稠密浸染狀礦石、脈石礦物中輝石較多，這也反映了巖漿的整體分異特征。

值得一提的是鈦鐵礦、鈦磁鐵礦在Ⅲ號礦體以及上下礦體中的比值變化從另一個側(cè)面也印證了Ⅲ號礦體為晚期形成。鈦磁鐵礦主要由鈦磁鐵礦、鈦鐵晶石、鎂鋁晶石等組成，鈦鐵礦和鈦鐵晶石主要為巖漿晚期結(jié)晶形成，而鎂鋁晶石主要為巖漿早期形成[4]。故在晚期形成的Ⅲ號礦體中鈦鐵礦與鈦磁鐵礦比值最高，達(dá) 1∶2～1∶4；而其上下礦體中鈦鐵礦與鈦磁鐵礦比值為 1∶4～1∶16，其形成時的溫度要高于Ⅲ號礦體。

5 結(jié)論

太和巖體分異良好，相帶、韻律層清楚，礦體呈似層狀平行產(chǎn)出。巖體中主要礦體為中下部的Ⅲ號礦體，向上下兩側(cè)礦體品位厚度以及連續(xù)性變化、上下兩側(cè)的條帶狀礦石分布、TiO2含量變化均呈現(xiàn)出一定的對稱性。此外，P、Ni、Cr等元素以Ⅲ號礦體中部為界，其含量在上下差異明顯，顯示出巖漿的重力分異特征。

前人在研究釩鈦磁鐵礦成因時，在研究相帶特征以及韻律層時很少提到其對稱性，仍有學(xué)者認(rèn)為似層狀礦體和巖相帶的形成是由含礦巖漿脈動式侵入補充的結(jié)果。以輝長巖體為主的攀西三大釩鈦磁鐵礦床的主要礦體均集中在巖體中下部，上下礦層、韻律層均存在與太和巖體相似對稱性[5]。而含礦巖漿脈動式侵入補充模式或者在原地階段式成巖成礦模式中只考慮單向結(jié)晶分異，都不能很好地解釋巖體中存在的對稱性。

筆者認(rèn)為巖體規(guī)模越大、形態(tài)越接近水平的盆、板狀、有足夠的冷卻分異時間等都是巖體似層狀特征形成的有利條件。巖漿早期液態(tài)重力分異以及段式成巖成礦作用是巖體相帶、韻律層以及似層狀礦體形成的主要原因；巖體由上下向中間冷卻的階段式成巖成礦作用是韻律層有對稱性的分布在Ⅲ號礦體上下的主要原因。

[1] 四川省地質(zhì)調(diào)查院．四川省鐵礦資源潛力評價成果報告[R]．2010．

[2] 魏宇，柏萬靈，等．四川省西昌市太和釩鈦磁鐵礦區(qū)地質(zhì)特征及找礦遠(yuǎn)景[J]．四川地質(zhì)學(xué)報，2012，32（增刊）:45～46．

[3] 四川省冶金地質(zhì)勘查院．四川省西昌市太和釩鈦磁鐵礦延伸詳查2011年報[R]．2011.

[4] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局攀西地質(zhì)大隊．四川省紅格釩鈦磁鐵礦床成礦條件及地質(zhì)特征[M]．北京：地質(zhì)出版社，1987:107～180，179～180．

[5] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)局．四川省鐵礦成礦規(guī)律研究和礦產(chǎn)預(yù)測成果報告[R].2010，81～85.