云南武定縣撒普山鈦鐵砂礦地質(zhì)特征及成因

孫 鵬，陳朝增

(1.云南省國(guó)土資源規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650216 ；2.云南省有色地質(zhì)局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000)

鈦及其氧化物、合金產(chǎn)品是重要的涂料、新型結(jié)構(gòu)材料、防腐材料，被譽(yù)為“繼鐵、鋁之后處于發(fā)展中第三金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，在航空、軍工、冶金、化工、機(jī)械、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有其重要的地位和作用。云南的鈦礦資源非常豐富，勘探結(jié)果顯示，僅該省的富民、祿勸、武定三個(gè)縣境內(nèi)已探明的鈦鐵礦儲(chǔ)量達(dá)二千萬(wàn)噸，礦石品位達(dá)百分之四十至四十九。武定撒普山鈦鐵砂礦位于武定縣城近北方向，平距約7Km。本文通過資料搜集及實(shí)地考察和分析，對(duì)武定撒普山鈦鐵砂礦的礦床特征及成因進(jìn)行了初探。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于康滇地軸和滇東臺(tái)褶帶，區(qū)域主要構(gòu)造總體為近南北向展布，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造以向斜開闊，背斜狹窄為特征，其形態(tài)常因斷裂破壞而不完整。斷裂以近南北向的走向壓扭性縱斷層起主導(dǎo)控制作用，具多期活動(dòng)特征。巖漿活動(dòng)頻繁，大部分為基性侵入巖，巖石類型較簡(jiǎn)單，主要為輝長(zhǎng)輝綠巖及輝綠巖，輝長(zhǎng)輝綠巖是該區(qū)鈦鐵砂礦的母巖。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)地處中山地形地貌區(qū)，植被發(fā)育，浮土覆蓋較厚。區(qū)內(nèi)出露地層主要為第四系(Q)、奧陶系(O)、寒武系(∈)、震旦系(Z)。各地層單元特征由老到新簡(jiǎn)述如下：

(1)震旦系上統(tǒng)燈影組(Zbdn)：上部巖性為灰、粉紅、深灰色中-厚層狀細(xì)晶白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)白云巖，下部巖性為紫紅、灰綠色薄層泥巖、頁(yè)巖夾鈣質(zhì)泥頁(yè)巖、粉砂巖，褐黃色薄層含錳粉砂巖、黃色薄層泥巖。厚度>120m。

(2)寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)：灰褐色～灰綠色頁(yè)巖夾灰褐-淺黃色薄層粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、薄層炭質(zhì)泥巖，厚度50m～140m。與下覆地層呈假整合接觸

(3)寒武系下統(tǒng)筇竹寺組(∈1q)：灰色、黃灰色頁(yè)巖、泥巖夾褐黃色薄層狀粉砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r，厚度50m～150m。

(4)寒武系下統(tǒng)龍王廟組(∈1l)：灰色薄-中層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾薄層紫紅色泥巖、粉砂巖、角礫狀灰?guī)r，厚35m～126 m。與下覆地層呈整合接觸。

(5)寒武系中統(tǒng)西王廟組(∈2x)：紫紅色、灰黃色粉砂巖夾薄層泥巖、泥灰?guī)r，厚約139m；

(6)寒武系上統(tǒng)婁山關(guān)組(∈3ls)：灰色中層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾粉砂巖、泥灰?guī)r；

(7)奧陶系下統(tǒng)紅石崖組 (O1h)，紫灰色中層、薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、紫紅、灰綠色泥巖夾砂巖，厚度>150m，與下覆地層呈平行不整合接觸；

(8)下奧陶統(tǒng)湯池組(O1t)：灰綠色頁(yè)巖夾含錳砂巖，厚45m～100m，與下覆地層呈平行不整合接觸。

(10)第四系(Q)：為現(xiàn)代沖積、洪積、洞穴堆積和坡積、風(fēng)化殘積層。厚0～15m。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)位于發(fā)窩-中干河南北縱向深大斷裂東側(cè)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要表現(xiàn)為走向北東-南西向或北西南東向的單斜構(gòu)造(圖1)，巖層傾角平緩，一般20°～40°左右；褶皺構(gòu)造及節(jié)理、裂隙不發(fā)育。

圖1 武定撒普山鈦鐵砂礦區(qū)地質(zhì)圖Fig 1.Geological Sketch Map of Gaosong Orefield，Gejiu E Area

2.3 巖漿巖特征

礦區(qū)為華力西期侵入巖體呈巖脈、巖株?duì)町a(chǎn)出，長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，向東延伸至祿勸縣境內(nèi)，出露寬約600m～2000m；撒普山巖體呈近東西向轉(zhuǎn)南北向分布，向北延伸出圖，呈巖床產(chǎn)出，長(zhǎng)3000m，向東、向北延伸出圖。出露面積約3.0Km2，巖石類型主要為輝長(zhǎng)輝綠巖，巖體圍巖主要為寒武系。

輝長(zhǎng)輝綠巖石呈灰-灰黑、綠灰黑色，塊狀構(gòu)造、致密堅(jiān)硬，巖石的結(jié)構(gòu)類型主要為輝綠結(jié)構(gòu)。礦物顆粒一般為細(xì)至中粒狀。斜長(zhǎng)石多呈半自形～自形的長(zhǎng)柱狀或板狀出現(xiàn)，粒徑0.2mm～2.5mm，一般為0.5mm～2mm，個(gè)別達(dá)3mm～5mm；暗色礦物(主要為易變輝石)多為它形至半自形粒狀，粒徑0.5mm～3mm，個(gè)別達(dá)3mm～5mm或小于0.5mm。

巖石主要由斜長(zhǎng)石和易變輝石組成，其次為橄欖石、石英、鉀長(zhǎng)石、金屬礦物(磁鐵礦、鈦鐵礦)和黑云母、角閃石。次生礦物主要為絹云母、粘土礦物、綠泥石、次閃石、蛇紋石、綠簾石等。橄欖石、石英、鉀長(zhǎng)石在巖石中含量變化很大。

礦區(qū)圍巖蝕變主要為易變輝石的次閃石化、綠泥石化，斜長(zhǎng)石的絹云母化、綠泥石化、粘土化等，橄欖石的次閃石化、蛇紋石化。鈦鐵礦也往往蝕變?yōu)榘租伿?/p>

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦層特征

礦區(qū)鈦鐵砂礦體呈似層狀產(chǎn)于含鈦鐵礦的輝長(zhǎng)輝綠巖風(fēng)化殼內(nèi)及其附近地形有利部位(圖1)，屬于風(fēng)化殘(坡)積型鈦鐵砂礦。其成因?yàn)楹佽F礦的輝長(zhǎng)輝綠巖風(fēng)化次生富集成礦。鈦鐵砂礦化體大部順山坡分布于項(xiàng)目區(qū)中部，呈面狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地形坡度一致，并嚴(yán)格受其控制，厚度0～20m不等，在地表基本上呈近東西向和南北向分布于礦區(qū)中部。

區(qū)出露的鈦鐵砂礦層主要是輝長(zhǎng)輝綠巖在物理、化學(xué)風(fēng)化作用下形成的殘、坡積層，分布在項(xiàng)目區(qū)的中北部及東南部，其深度嚴(yán)格受母巖風(fēng)化程度、地形地貌等因素控制，一般垂深1m～10m左右。為輝長(zhǎng)輝綠巖殘余結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，礦物組成主要有：鈦鐵礦、磁鐵礦、亞粘土、絹云母及少量石英砂，往深部粘土相對(duì)減少，砂質(zhì)和巖屑相對(duì)增加，顆粒增大。根據(jù)成因分為風(fēng)化殘積型、坡積型兩類。由于含礦基性巖體由表及里風(fēng)化程度的差異，導(dǎo)致風(fēng)化殼呈現(xiàn)分帶性。

3.2 礦體特征

區(qū)內(nèi)鈦鐵砂礦主要分布于項(xiàng)目區(qū)中部及東部，呈似層狀產(chǎn)于含鈦鐵礦的輝長(zhǎng)輝綠巖風(fēng)化殼內(nèi)及其附近地形有利部位，屬于風(fēng)化殘坡積型鈦鐵砂礦。其礦體呈不規(guī)則面狀分布于項(xiàng)目區(qū)中部，產(chǎn)出標(biāo)高為1960m～2286m。南北出露近1500m，東西出露約250m～1100m。呈似層狀順坡產(chǎn)出，傾角3°～23°。面積約1.5km2。一般鉛厚約0.5m～9.0m。根據(jù)分析結(jié)果該礦體礦化不均勻，礦石品位變化較大。

3.3 礦石質(zhì)量

原礦為未經(jīng)淘洗的殘坡積砂礦，顏色為土紅色、淺黃綠色、灰黃色。原礦主要礦物組分為：粘土、磁鐵礦、鈦鐵礦、石英砂等，其中粘土是主要組分，粘土礦物未鑒定，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，各類礦石中粘土含量平均值為：紅土型粘土含量60%～86.42%，砂土型粘土含量77.74%～81.42%，除粘土外，不同程度的含有基性巖風(fēng)化殘碎石、巖屑、砂粒。原礦含TiO25.97ω%～7.41ω%，F(xiàn)e16.58ω%～18.0ω%。

凈礦為樣品精陶后的砂礦，顏色為黑色，凈礦主要礦石礦物組分為鈦鐵礦、磁鐵礦，微量金紅石、板鈦礦、銳鈦礦、白鈦石、鋯石及赤鐵礦、褐鐵礦等，其礦石礦物特征如下：

(1)鈦鐵礦(FeTiO3)：為黑色，強(qiáng)金屬光澤，呈板狀、碎屑狀，粒徑0.05mm～1.00mm，具弱磁性。

(2)磁鐵礦(Fe3O4)：為黑色、黑褐色，半金屬光澤，碎屑狀，粒徑0.01mm～1.20mm，具強(qiáng)磁性。

(3)銳鈦礦：淡黃色，藍(lán)色，金屬光澤，不規(guī)則粒狀，粒徑0.1mm～0.2mm。

3.4 控礦因素

對(duì)鈦鐵砂礦形成的地質(zhì)條件來(lái)講，必須要有鈦鐵砂礦的物質(zhì)來(lái)源和堆積場(chǎng)所。鈦鐵砂礦主要賦存于巖體風(fēng)化殼和不同成因類型的疏松的近代堆積層中，而富集程度與含鈦基性巖體的含礦性、風(fēng)化程度及巖體附近第四系地質(zhì)、地貌的發(fā)育程度有著密切的聯(lián)系。風(fēng)化作用形成的礦床，氣候是控制成礦的主導(dǎo)因素，物質(zhì)來(lái)源對(duì)礦床的形成亦是重要的條件。

雨量和溫度是影響氣候的兩個(gè)基本因素。該區(qū)氣候溫和，雨量比較充沛，干濕季分明，無(wú)霜期較短。這樣的氣候條件可能自晚第三紀(jì)以來(lái)就已形成，炎熱條件促進(jìn)風(fēng)化殼的發(fā)育，形成亞熱帶氣候特有的風(fēng)化殼。在上述氣候條件下，在一定的地質(zhì)時(shí)期中，所有地質(zhì)體都可能形成風(fēng)化殼，而作為在內(nèi)生條件下形成的基性巖體，在面積暴露地表時(shí)，由于物理、化學(xué)條件的改變，失去了原來(lái)的平衡，更容易發(fā)生物質(zhì)改造，建立新的平衡，其結(jié)果：易溶物質(zhì)被溶解流失，穩(wěn)定元素則相對(duì)富集。根據(jù)一般情況，輝綠巖的體重值大約在2.8～3t /m3之間，而風(fēng)化殼物質(zhì)的體重值為1.5～1.7t /m3，也就是說，經(jīng)風(fēng)化作用每立方的基性巖體要流失1.2～1.3t的物質(zhì)，按其Ca、Mg、Na、K、Si五種元素的化合物，在兩種巖石中的重量百分比計(jì)算，總淋失量約為1.3 t /m3，而Al及Ti則基本保持原來(lái)的含量殘留于原巖中，而顯得相對(duì)富集，為鈦鐵砂礦的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成礦規(guī)律

區(qū)內(nèi)鈦鐵砂礦呈似層狀順坡產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地形坡度一致，且嚴(yán)格受含礦層位輝長(zhǎng)輝綠巖及地形的嚴(yán)格控制。區(qū)內(nèi)地表及淺部為次生殘、坡積鈦鐵砂礦，局部因后期淋積作用變富。一般風(fēng)化殼坡積型鈦鐵砂礦縱向分布在垂深8m以上(但這與礦體及圍巖產(chǎn)狀等因素有關(guān))，其下為砂泥巖，而殘積型鈦鐵砂礦分布在垂深15m以上，以鈦鐵礦和磁鐵礦為主(圖2)。

圖2 撒普山鈦鐵礦礦區(qū)小圖井SYJ1001素描圖Fig 2.Geological Section of Gaosong Orefield

4.2 礦床成因

鈦鐵砂礦床的形成是富鈦基性巖經(jīng)過長(zhǎng)期的物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化作用，巖體表層發(fā)生崩解，在巖體表層形成了結(jié)構(gòu)疏松的風(fēng)化殼。在風(fēng)化殼中一些易溶易分解及密度較小的物質(zhì)被淋濾帶出，而原來(lái)在基性巖體中呈分散狀態(tài)的副礦物鈦鐵礦、磁鐵礦等解離成有用金屬礦物就地沉積并相對(duì)富集，從而形成具有工業(yè)意義的鈦砂礦床。礦床成因?qū)亠L(fēng)化作用形成的風(fēng)化殼型鈦鐵砂礦床。

結(jié)合成礦地質(zhì)背景及成礦作用，本區(qū)鈦鐵砂礦床成一是含鈦鐵的輝長(zhǎng)輝綠巖經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化作用，在原地經(jīng)進(jìn)一步淋濾富集形成風(fēng)化殼殘積型鈦鐵砂礦床。二是含鈦鐵的輝長(zhǎng)輝綠巖經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化作用后，通過短距的搬運(yùn)與白云巖風(fēng)化的土一起堆積于地形緩坡及地形低洼地段形成風(fēng)化殼坡積型鈦鐵砂礦床。

4.3 找礦標(biāo)志

本區(qū)鈦鐵砂礦找礦標(biāo)志為：

(1)主要沿輝長(zhǎng)輝綠巖體(βμ4)的出露地帶找礦；

(2)在地表雨水沖溝中注意觀察有無(wú)黑色具金屬光澤的鈦鐵礦物存在；

(3)檢測(cè)地表風(fēng)化土層有沒有磁性礦物的存在。

5 結(jié)論

武定撒普山鈦鐵砂礦位于康滇地軸(康滇臺(tái)背斜)和滇東臺(tái)褶帶(滇黔褶皺區(qū))之間，礦床產(chǎn)于風(fēng)化輝長(zhǎng)輝綠巖體的上部，呈似層狀順坡產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地形坡度一致，且嚴(yán)格受含礦層位輝長(zhǎng)輝綠巖及地形的嚴(yán)格控制。地表及淺部為次生殘、坡積鈦鐵砂礦，局部因后期淋積作用變富。礦床成因?yàn)楹佽F的輝長(zhǎng)輝綠巖經(jīng)物、化作用風(fēng)化，在原地經(jīng)進(jìn)一步淋濾富集形成風(fēng)化殼殘積型鈦鐵砂礦床；含鈦鐵的輝長(zhǎng)輝綠巖經(jīng)物理、化學(xué)作用風(fēng)化后，通過短距的搬運(yùn)與白云巖風(fēng)化的土一起堆積于地形緩坡及地形低洼地段形成風(fēng)化殼殘坡積型鈦鐵砂礦床。