滇中武定地區(qū)鈦鐵砂礦成礦地質(zhì)條件

趙思傳，王亞偉，讓 昊，李興義

(云南地礦國際礦業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650051)

在以往地質(zhì)勘查和科學研究中，均不同程度地涉及鈦鐵砂礦的成礦條件[1-4]。但受經(jīng)費、時間、任務(wù)等因素制約，此鈦鐵砂礦的成礦地質(zhì)條件的研究程度還有待進一步提高。通過對云南省武定縣梅子箐鈦鐵砂礦勘探和云南省武定縣長沖鈦鐵砂礦普查，從而對武定地區(qū)鈦鐵砂礦的成礦地質(zhì)條件作進一步研究。

1 武定地區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地層

區(qū)域出露老地層為中-新元古界古老基底(Pt2-Zd)，古生界(Pz)寒武系、奧陶系出露較完整，泥盆系中、下統(tǒng)呈零星分布，缺失志留系、石炭系和二疊系；中生界(Mz)雖然三疊系、侏羅系、白堊系都有，但出露不完整，且規(guī)模小、分布零星；新生界(Cz)只發(fā)育第四系，分布于盆地壩子和山間凹地。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造發(fā)育的基本特征是在中元古界褶皺基底(昆陽群)之上不同程度的發(fā)育有地臺蓋層。晉寧運動使之褶皺隆起，結(jié)束地槽發(fā)育。構(gòu)造總體為北東向(圖1)，褶皺基底構(gòu)造遠比蓋層構(gòu)造為之復(fù)雜。以斷裂構(gòu)造為主，基底中褶皺較為發(fā)育且多為線狀不對稱型，連續(xù)性差，往往被各向系的斷裂分切而不完整，其中向斜完整，背斜多被斷層破壞。區(qū)內(nèi)主干斷裂歷經(jīng)多次構(gòu)造旋回，它們對區(qū)內(nèi)地層沉積厚度、沉積巖相、建造和巖漿巖活動乃至構(gòu)造形態(tài)起著明顯的控制作用。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)兩組斷層組成“入”字形構(gòu)造，是礦區(qū)各時期巖漿、熱液活動的通道，區(qū)域巖漿活動有三期，以華力西期基性巖漿淺成侵入為主，晉寧期有較弱的基性及酸性巖漿淺成侵入和火山活動，燕山期僅少量基性巖漿淺成侵入。區(qū)內(nèi)主要出露的華力西期基性侵入巖，是與二疊系峨眉山玄武巖漿同期異相的含鈦輝綠—輝長巖淺成侵入巖體，該期巖體是梅子箐鈦鐵砂礦的成礦母巖，其分布受區(qū)域構(gòu)造控制，大部分分布于斷裂帶附近或侵入于褶皺構(gòu)造軸部。沿斷裂帶侵入多呈巖墻(脈)狀產(chǎn)出，而沿褶皺軸部侵入多呈巖床狀或席狀產(chǎn)出，局部呈巖株狀。

圖1 武定地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

1.第四系；2.白堊系上統(tǒng)；3.上三疊統(tǒng)-中侏羅統(tǒng)；4.下、中泥盆統(tǒng)；5.下、中奧陶統(tǒng)；6.下、中寒武統(tǒng)；7.上震旦統(tǒng)燈影組；8.前震旦系昆陽群；9.普查區(qū)范圍；10.勘探區(qū)范圍；11.大斷裂及編號；12.逆斷層；13.正斷層；14.平移斷層；15.逆掩斷層；16.燕山期輝綠巖；17.華力西期輝綠巖；18.晉寧末期石英鈉長斑巖；19.晉寧中晚期變輝綠巖；20.假整合；21.不整合；22.風化型鈦鐵砂礦體。

2 成礦母巖

2.1 成礦母巖巖石特征

武定地區(qū)鈦鐵砂礦成礦母為華力西期含鈦基性侵入巖，分別有輝長巖，輝長輝綠巖、輝綠巖。巖石呈灰黑、綠灰黑色，具輝長結(jié)構(gòu)、輝綠輝長結(jié)構(gòu)、輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物成分及含量為：基性斜長石，50%～60%；易變輝石，25%～40%；橄欖石、石英、鉀長石、玻璃質(zhì)較少。巖石普遍含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦，含量一般為25%～7%。

巖體受羅茨斷裂、普渡河斷裂、小江斷裂控制，多呈近南北向分布。巖體形態(tài)為呈巖床、巖脈、巖株、巖墻狀，侵入的地層為中二疊統(tǒng)陽新組(P2y)或更老的地層中。

經(jīng)綜合研究，武定地區(qū)的含鈦基性侵入巖的巖漿活動時期屬華力西期。不同時代的基性侵入巖中主量元素見表1。

表1 武定地區(qū)各時期基性侵入巖平均主量元素含量[5]

注：(1)分析項目缺少灼失，總量明顯低于100%；(2)表中原始數(shù)據(jù)源于1∶50000武定幅、小營幅。

從表1中反映出如下規(guī)律。

(1)華力西期、燕山期基性巖的m/f值分別為0.18～0.35、0.27～0.30，均屬富鐵質(zhì)基性巖；晉寧期基性巖為0.92，屬鐵質(zhì)基性巖。

(2)華力西期基性侵入巖平均值與燕山期、晉寧期基性侵入巖對比：含量較高的氧化物為TiO2、FeO、CaO，含量居中的氧化物為SiO2、Fe2O3、MgO、Na2O、P2O5，含量較低的氧化物為Al2O3、K2O，含量無明顯變化的氧化物MnO。

(3)武定地區(qū)華力西期基性侵入巖的FeO*(1)Fe2O3含量與巖石的風化程度有關(guān)，巖石的風化程度越強、Fe2O3含量越高。FeO+Fe2O3含量不能準確地反映未風化巖石的TFeO含量。為此，采用FeO*=FeO+0.899Fe2O3進行比較。平均值大于燕山期基性巖，小于晉寧期基性巖。

總體上看，武定地區(qū)華力西期基性侵入巖具富TiO2、FeO、CaO，貧Al2O3、K2O特征，巖石屬鐵質(zhì)基性巖。具有上述主量元素特征的基性侵入巖是否與鈦鐵礦有關(guān)，還有待進一步查證。

2.2 成礦母巖巖石成因

武定地區(qū)的含鈦基性侵入巖屬中-上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖“同期異相”的產(chǎn)物，二者在時期上基本一致，均為中-晚二疊世，空間分布上相伴產(chǎn)出，巖石主量元素特征極為相似(表2)。

表2 武定地區(qū)基性侵入巖與相關(guān)巖石的主量元素對比

“/”表示缺失數(shù)據(jù)

武定地區(qū)華力西期基性侵入巖與中-上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖相較，大多數(shù)主量元素含量無明顯差別。略有差別的是：富FeO*、Na2O，貧Al2O3、CaO(表2)。

武定地區(qū)華力西期基性侵入巖與中國輝長巖相較，大多數(shù)主量元素含量均存在明顯差別。主要差別的是：武定地區(qū)華力西期基性侵入巖富SiO2、TiO2、FeO*，貧Al2O3、MgO、CaO。

經(jīng)綜合研究可看出：①中二疊-晚二疊世，云南“三江”造山帶、上揚子陸塊均處于地殼強烈拉伸環(huán)境；②強烈的地殼拉伸，導(dǎo)致大規(guī)?；詭r漿的噴發(fā)與侵入，同時形成中-上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖和含鈦基性侵入巖；③武定地區(qū)位于滇中古陸，位于上揚子陸塊中部偏西的位置，構(gòu)造環(huán)境為陸緣裂谷。

武定地區(qū)在中二疊-晚二疊世峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā)的同時，基性巖漿侵入活動也極為明顯，基性侵入巖普遍含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦。這些地質(zhì)現(xiàn)象的原因，還有待進一步研究。

3 成礦氣候條件

武定地區(qū)的鈦鐵砂礦產(chǎn)于紅土型風化殼中，是基性侵入巖經(jīng)過強烈風化作用的產(chǎn)物。該地區(qū)氣候溫暖濕熱，適宜紅土型風化殼發(fā)育。氣候條件是形成紅土型鈦鐵砂礦的主要外部原因。

在不同的氣候帶，風化作用有明顯的差別。

(1)在極地和高山地帶，溫度很低，地面大部被冰雪覆蓋，凍融作用盛行，化學風化緩慢，長期處于物理風化狀態(tài)。

(2)在干旱荒漠地帶，日照很強，年降水量小于250mm，蒸發(fā)量大于降水量，熱力風化盛行，化學風化微弱，也是長期處在物理風化狀態(tài)。

(3)在半干旱草原地帶，日照較強，年降水量250mm～500mm，蒸發(fā)量大于降水量，熱力風化仍然較強；由于氯化物和硫酸鹽等大部分被淋溶，Ca、Mg、鹽類相對富集，并在土層中上下移動，常形成鈣積層。因此，化學風化長期停留在富鈣階段。

(4)在半濕潤森林草原地帶，年降水量500mm～750mm，蒸發(fā)量與降水量相近，化學風化長期處于富鈣和富硅鋁階段之間，常形成蒙脫石次生黏土礦物。

(5)在溫濕地帶，年降水量750mm～1000mm，降水量大于蒸發(fā)量，化學風化長期處于富硅鋁階段，主要形成水云母次生黏土礦物。

(6)在濕熱地帶，年降水量大于1000mm，氣溫較高、植物茂盛、細菌活躍，巖石、礦物風化迅速，風化殼很厚，最厚可達200m以上，常形成一些大型的Fe、Mn、Al的風化礦床。

武定地區(qū)氣候?qū)賮啛釒У途暩咴撅L氣候區(qū)。多年年平均氣溫為15.2℃，最熱每月平均氣溫20℃，最冷每月平均氣溫7.4℃，最高氣溫32.8℃，最低氣溫為-7℃，無霜期達280天以上，冬季局部地區(qū)偶有降雪。平均年降雨量966.9mm，最大年降雨量達1459.1mm，最小年降雨量為678.2mm。雨季多集中在5月～10月，其降雨量占全年的78%，旱季為11月至翌年4月。

武定地區(qū)的氣候帶屬溫濕-濕熱帶，化學風化占主導(dǎo)地位，生物風化較為明顯，有利于紅土型風化殼的發(fā)育。

4 成礦地理地貌條件

地貌條件主要包含古夷平面、微地貌、山地類型。鈦鐵砂礦賦存于風化殼中，風化殼保存的完好程度，也就是鈦鐵砂礦保存是否完好的標志。在古夷平面附近，風化殼未受地表流水等外力地質(zhì)作用的明顯侵蝕，所形成的風化殼基本保存較為完好。風化殼在小范圍內(nèi)，山脊保存較好、山谷保存較差，是微地貌對風化殼控制作用的具體表現(xiàn)。適宜于形成、保存鈦鐵砂礦的山地類型為丘陵、低山、中山地貌，目前尚未發(fā)現(xiàn)在高山、最高山形成、保存有工業(yè)意義的鈦鐵砂礦。

4.1 古夷平面

古夷平面是指夷平面形成以后，由于地殼的隆起殘留在山頂或山坡上的夷平面。據(jù)王學武等(2018)[6]、李余華等(2019)[7]研究，風化殼離子吸附型稀土礦床在古夷平面附近厚度較大、品位較高。鈦鐵砂礦與風化殼離子吸附型稀土礦成因類型相近，同屬殘坡積礦床，古夷平面應(yīng)為主要的控礦因素之一。

據(jù)楊成偉等(2008)[8]研究：武定地區(qū)至少存在5級古夷平面，Ⅲ、Ⅳ級古夷平面較為發(fā)育，海拔高程分別為1850m～1900m、2050m～2200m；這2級古夷平面附近，祿勸干壩塘礦區(qū)鈦鐵砂礦的厚度較大、品位較高、資源/儲量較多。

4.2 微地貌

風化殼在垂向上可以分為4層——紅土層、砂土層、半風化層及微風化層(特征后有詳述)。微地貌系指山脊、山腰、山谷，對礦體厚度、礦體品位有明顯控制作用(圖2)。

礦體厚度、礦體品位的變化趨勢為：①礦體厚度在山脊(剖面圖中部)較厚，向山谷(剖面圖兩側(cè))變薄，厚度變化系數(shù)68.55%；②紅土層、砂土層品位變化不明顯，半風化層、微風化層在山脊(剖面圖中部)品位較高，向山谷(剖面圖兩側(cè))品位下降；③如將礦體(紅土層、砂土層、半風化層)合并后，品位變化的趨勢為在山脊(剖面圖中部)品位較高，向山谷(剖面圖兩側(cè))品位下降。

4.3 山地類型

據(jù)中國科學院地理研究資料，山地進一步劃分為高山、中山、低山及丘陵，劃分標志主要是絕對高度和相對高。武定地區(qū)位于滇中高原北部，地形總體屬中—深切割中山地形。

山地的絕對高度與氣候有較密切的聯(lián)系。在武定地區(qū)，最高山、高山地區(qū)氣候寒冷，風化作用以物理風化為主，化學風化、生物風化較弱，不利于風化殼發(fā)育和鈦鐵砂礦的形成。在中山、低山、丘陵地區(qū)，氣候溫暖濕熱，化學風化、生物風化作用明顯，物理風化作用僅出現(xiàn)在局部地段。因此，在武定地區(qū)尋找鈦鐵砂礦時，要考慮山地絕對高度對鈦鐵砂礦找礦遠景的影響。

山地的相對高差是地表流水對地形侵蝕程度的直觀標志。一般情況下，地殼抬升幅度較大、速度較快，使山地與附近的相對侵蝕基準面高差較大，地表流水的侵蝕作用較強。在山地相對高差較大的地區(qū)，河流一般處于青年期、狀年期，溝谷以“V”字型為主，下蝕作用明顯。在強度的下蝕作用下，溝谷兩側(cè)的谷坡坡度較大，多屬不穩(wěn)定邊坡，經(jīng)常發(fā)生滑坡、崩塌等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。河流的地質(zhì)作用以搬運為主，不利于風化殼的保存。因此，在武定地區(qū)尋找鈦鐵砂礦時，要盡量避開相對高差較大的地區(qū)。

圖2 武定地區(qū)梅子箐鈦鐵砂礦100號勘查線品位與厚度變化曲線圖(部分)

在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)、評價的鈦鐵砂礦區(qū)內(nèi)，海拔高程適中、相對高差較小，地形多屬淺-中等切割中山地形。例如：梅子箐鈦鐵砂礦區(qū)海拔最高2321.11m，最低1975m，相對高差346.11m，地形坡度一般在5o～25o左右；長沖鈦鐵砂礦區(qū)海拔最高2475m，最低1875m，相對高差600m，地形坡度一般在10o～35°左右，局部地形坡度60o～65o。

5 結(jié) 論

綜上所述，可得出如下結(jié)論。

(1)武定地區(qū)鈦鐵砂礦的成礦地質(zhì)條件包括成礦母巖、氣候條件、地貌條件。成礦母巖包括巖石特征和巖石成因。地貌條件包括古夷平面、微地貌、山地類型。

(2)在3個方面的成礦地質(zhì)條件中：成礦母巖(內(nèi)因)是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，氣候條件(外因)是形成風化殼鈦鐵砂礦的必要條件，地貌條件(外因)是風化殼鈦鐵砂礦保存的重要條件，三者缺一不可。