云南武定縣大蕎地鈦鐵砂礦地質(zhì)特征及礦床成因

徐 騰，陳 航

(云南省有色地質(zhì)局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000)

大蕎地鈦鐵砂礦位于云南武定縣獅子鎮(zhèn)上老村與海外村一帶，大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊區(qū)，上揚(yáng)子古陸塊西緣，康滇基底斷隆帶(Pt2)西段。太古代-中生代早期變質(zhì)巖漿雜巖構(gòu)成帶狀分布的南北向地壘式隆起帶，區(qū)域內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，斷裂具多期活動(dòng)特點(diǎn)；以近南北向?yàn)橹?，晉寧期花崗質(zhì)巖漿巖及澄江期火山巖分布最廣，大部分基性侵入巖主要以輝綠輝長(zhǎng)巖為主，是該區(qū)鈦鐵砂礦的成礦母巖。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)由老至新依次出露元古界昆陽群鵝頭廠組(Pt1e)、古生界寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)、中生界侏羅系下統(tǒng)馮家河組(J1f)及第四系風(fēng)化殘坡積層(Qedl)。圖1。

圖1 武定大蕎地鈦鐵砂礦區(qū)地質(zhì)圖

(1)元古界昆陽群鵝頭廠組(Pt1e)：深灰、灰綠、黃綠色板巖及少量的淺變質(zhì)砂巖組成，其中夾少量白云巖、灰?guī)r透鏡體。地層整體走向?yàn)楸睎|-南西向，傾向北西，傾角30°～40°，厚度>820m。

(2)古生界寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組(∈1c)：灰白色、黃褐色細(xì)粒石英砂巖夾薄層狀泥質(zhì)細(xì)砂巖。地層總體走向近南北向，傾向北東、南東，傾角30°～56°。出露長(zhǎng)度>5000m，厚度50m～600m。

(3)中生界侏羅系下統(tǒng)馮家河組(J1f)：紫紅色泥巖與雜色石英砂巖互層。地層總體走向近南北向，傾向北東、南東，傾角50°～60°。出露長(zhǎng)度>5000m，厚度200m～700m。與下伏滄浪鋪組(∈1c)呈不整合接觸。

(4)第四系風(fēng)化殘坡積層(Qedl)：褐紅、灰白、黃褐色粘土、砂質(zhì)粘土及細(xì)粒鐵氧化物、氫氧化物組成，土狀結(jié)構(gòu)，常見原巖風(fēng)化殘余結(jié)構(gòu)，含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖風(fēng)化殘坡積物，礦區(qū)鈦砂礦賦存部位。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)位于發(fā)窩-中干河斷裂帶(F3)(湯郎-易門深大斷裂)東側(cè)、石梯坡-來鶴山斷層(F2)以南。構(gòu)造主要為北東-南西向或北西-南東向單斜構(gòu)造(圖1)，傾向西，傾角較陡，一般70°～80°；褶皺構(gòu)造及節(jié)理、裂隙不發(fā)育，局部發(fā)育小褶曲。發(fā)窩-中干河大斷裂構(gòu)造控制該區(qū)基性巖體(含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖)分布，而基性巖體又是形成鈦砂礦的母巖，從而控制著鈦礦砂床的分布。

1.3 巖漿巖特征

礦區(qū)內(nèi)出露基性侵入巖(含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖巖株)，侵入時(shí)代為華力西期，呈巖株產(chǎn)出，沿發(fā)窩-中干河大斷裂(羅茨-易門段)東側(cè)出露五個(gè)呈串珠狀雁行排列的基性巖株，本礦區(qū)內(nèi)所見基性巖株為最大的兩個(gè)巖體，呈近南北走向，總面積約0.8km2。侵位于寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組、侏羅系下統(tǒng)馮家河組之中。與圍巖接觸面產(chǎn)狀多呈緩傾，傾角30°～50°。巖石類型主要為輝綠輝長(zhǎng)巖，呈暗綠色、灰綠色，塊狀構(gòu)造，致密堅(jiān)硬，主要由輝石、斜長(zhǎng)石組成，鈦鐵礦、磁鐵礦呈副礦物鑲嵌于礦物中，具輝綠-輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，為本區(qū)鈦砂礦的主要賦礦母巖。

礦區(qū)內(nèi)巖石一般都發(fā)生了不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用，主要為淺變質(zhì)作用。圍巖蝕變主要發(fā)生在輝綠輝長(zhǎng)巖與滄浪鋪組和馮家河組接觸帶附近的硅化、角巖化、綠泥石化等。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦區(qū)鈦鐵砂礦呈面狀產(chǎn)于含鈦鐵輝綠輝長(zhǎng)巖表層風(fēng)化次生富集形成的風(fēng)化殼內(nèi)及其附近地形有利部位，屬于風(fēng)化殘積(粘土、砂土和碎屑)型鈦鐵砂礦，其次有少量坡積型和沖積型砂礦，深度嚴(yán)格受母巖風(fēng)化程度、地形地貌等控制，一般垂深1m～20m左右。輝綠輝長(zhǎng)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，深部粘土相對(duì)減少，砂質(zhì)和巖屑相對(duì)增加，顆粒增大。受含礦基性巖體由表及里風(fēng)化程度的差異，一般具有由上至下紅土層、砂土層、碎屑層、基巖層四層結(jié)構(gòu)的垂直分帶性[5]，圖2。

圖2 含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體風(fēng)化殼垂直分帶圖

(1)紅土層：以磚紅色粘土為主，含有粉末狀褐鐵礦及少量石英砂，富含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦等重礦物，屬氧化作用帶產(chǎn)物，為“紅土層鈦鐵砂礦”的含礦層位，厚度一般1.0m～4.2m，受地形變化影響較大，一般山脊處較薄，溝凹處較厚，局部位移沿坡向超出巖體范圍十余米，直接裸露地表，鈦鐵礦、鈦磁鐵礦呈星點(diǎn)狀散布其間。下與砂土層逐漸過渡。

(2)砂土層：由次生粘土、高嶺土夾石英砂、巖屑、碎巖塊等組成，富含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦等重礦物，斜長(zhǎng)石均蝕變成高嶺土，暗色礦物蝕變?yōu)榫G泥石，主要為水解作用帶產(chǎn)物，總體顏色較淺，可見高嶺土類物質(zhì)不規(guī)則分布，且?guī)r屑增多，常見輝綠巖體風(fēng)化殘余結(jié)構(gòu)，鈦鐵礦、鈦磁鐵礦常呈黑色星點(diǎn)散布其間。下與碎屑層逐漸過渡，厚度1.0 m～2.0m。

(3)碎屑層：強(qiáng)-半風(fēng)化鈦輝綠輝長(zhǎng)巖，巖石松軟，輝綠結(jié)構(gòu)保存清晰，鋁硅酸鹽礦物大部分已次生變化為高嶺土和次生粘土礦物，屬淋濾作用帶與水合作用帶產(chǎn)物，其中鈦鐵礦、鈦磁鐵礦含量普遍降低，與上覆砂土層接近，鈦鐵礦、磁鐵礦離解度較差，能達(dá)工業(yè)品位要求，但用高壓水槍沖洗時(shí)不易與巖石分離，目前利用需破碎處理，生產(chǎn)成本較高，下與輝綠輝長(zhǎng)巖基巖逐漸過渡，厚度<10m。

(4)微風(fēng)化至新鮮含鈦輝綠巖(βμ)：暗綠色、灰綠色，致密塊狀、堅(jiān)硬，鈦鐵礦、鈦磁鐵礦作為副礦物呈細(xì)粒狀分散于巖石之中，其中鈦鐵礦、鈦磁鐵礦含量較半風(fēng)化層顯著減少，是鈦鐵砂礦床的含礦母巖，厚度>20m。

上述基性巖體風(fēng)化殼垂直分帶現(xiàn)象大致與風(fēng)化作用特點(diǎn)及強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)，即不同深度分解作用條件差異導(dǎo)致風(fēng)化強(qiáng)度不同。各層特征所體現(xiàn)的風(fēng)化特點(diǎn)表現(xiàn)為：紅土層具氧化作用帶基本特征，砂土層反映水解作用特征，碎屑層反映了淋濾作用帶與水合作用綜合特征。

基性巖風(fēng)化垂直分帶不僅表現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)特征，化學(xué)組分變化上亦有明顯反映，在基性巖體表層不同深度，隨著風(fēng)化作用方式和強(qiáng)度不同，Ca、Mg、K、Na、Si明顯有不同程度淋濾流失，愈接近地表，其氧化物含量顯著降低；Fe2O3、Al2O3、TiO2則相對(duì)富集，符合巖體風(fēng)化殼發(fā)育分布的規(guī)律。

2.2 礦體特征

區(qū)內(nèi)鈦鐵砂礦主要分布于礦區(qū)北部及南部，呈面狀產(chǎn)于輝綠輝長(zhǎng)巖含鈦鐵礦風(fēng)化殼內(nèi)及其附近地形有利部位，屬風(fēng)化殘、坡積型鈦鐵砂礦。產(chǎn)出標(biāo)高2020m～1880m。南北出露近2300m，東西約30m～200m，面積約0.19km2。一般厚約1.10m～17.80m，平均厚8.7m。系統(tǒng)取樣分析鈦鐵礦物單工程品位15.23kg/m3～50.44kg/m3，單工程平均品位36.82kg/m3，礦體品位變化不大，礦物分布均勻。

2.3 礦石質(zhì)量

2.3.1 礦石物質(zhì)組成

區(qū)內(nèi)鈦鐵礦中重砂礦物以鈦鐵礦、磁鐵礦為主，次為赤鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、白鈦石，尚有少量鋯石、金紅石、電氣石，磷灰石等。

脈石礦物成分主要為石英、鉀長(zhǎng)石，其次為斜長(zhǎng)石、褐鐵礦、高嶺石、綠泥石等。

2.3.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

粘土型鈦鐵砂礦礦石：泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，次呈膠-泥狀、它形粒狀、半自形粒狀等結(jié)構(gòu)。似微層狀、微層狀、似層狀、泥土狀、蜂窩狀等構(gòu)造。(圖3、圖4)

砂土型鈦鐵砂礦礦石：微細(xì)粒-細(xì)粒-粗粒砂狀結(jié)構(gòu)，次為泥狀結(jié)構(gòu)。塊狀、蜂窩狀、斑雜狀構(gòu)造、殘余顯微層理、紋層狀構(gòu)造。

強(qiáng)-半風(fēng)化型鈦鐵砂礦礦石：細(xì)粒-中粒-粗粒不等粒它形粒狀、半自形粒狀等結(jié)構(gòu)。斑雜狀構(gòu)造、紋層狀構(gòu)造。

2.3.3 礦石類型

根據(jù)成因分為殘積型砂礦和坡積型砂礦兩大類。以殘積型砂礦為主，少量坡積型砂礦；受基性巖體風(fēng)化程度的差異，風(fēng)化殼呈現(xiàn)垂直分帶性，各帶以不同的顏色，成分和含礦性區(qū)分，并可劃分出相應(yīng)的二種礦石自然類型。

紅土、砂土型：為風(fēng)化殼表層，全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化，磚紅色、棕紅色、黃褐色等雜色，土狀或砂土結(jié)構(gòu)，疏松多孔，組成物質(zhì)主要為亞粘土，絹云母及少量石英砂、鈦鐵礦細(xì)砂散染其中，粒度均在0.75mm以下，尤以粒徑小于0.15mm和泥質(zhì)物居多。一般不見基性巖殘余結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，絕大部分裸露地表，部分地段存在缺失。

碎屑層：強(qiáng)-半風(fēng)化輝綠輝長(zhǎng)巖，巖石已變松軟，原巖結(jié)構(gòu)保存清晰，鋁硅酸鹽礦物大部分已次生變化為高嶺土和次生粘土礦物，主要屬淋濾作用帶與水合作用帶產(chǎn)物。由紅土型砂礦、粘土型砂礦往深部逐漸過渡為半風(fēng)化輝綠輝長(zhǎng)巖體，巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化變軟，物質(zhì)組分已經(jīng)改變，但其原巖風(fēng)化殘余結(jié)構(gòu)多見，半風(fēng)化團(tuán)塊增多，鈦鐵礦與磁鐵礦的連生體增多，使得鈦鐵礦品位降低，鈦精礦的質(zhì)量變差。

3 礦床成因分析

3.1 控礦因素

結(jié)合整個(gè)區(qū)域鈦鐵砂礦成礦規(guī)律，控制鈦鐵砂礦成礦的因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1)時(shí)空因素：區(qū)域上，含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖明顯受時(shí)代控制，華力西期侵入形成的基性輝綠輝長(zhǎng)巖TiO2含量較高，是本區(qū)風(fēng)化殼型(殘坡積)鈦砂礦的成礦母巖。

(2)構(gòu)造因素：區(qū)域性發(fā)窩-中干河大斷裂組控制了區(qū)內(nèi)基性含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體的分布，同時(shí)區(qū)域斷裂發(fā)育導(dǎo)致巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化作用加劇，并有利于形成風(fēng)化殼型(殘坡積)鈦砂礦。

(3)成礦氣候因素：武定地區(qū)鈦砂礦產(chǎn)于風(fēng)化殼中，當(dāng)?shù)貧夂驇贉貪?濕熱帶，化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用較為明顯，巖石和礦物的破壞和分解迅速，風(fēng)化作用可不斷地向縱深發(fā)展，元素可發(fā)生大量遷移和富集，有利于形成風(fēng)化殼型鈦砂礦床。

(4)成礦地理地貌因素：地貌條件主要包括古夷平面、微地貌、山地類型[4]。在古夷平面附近，風(fēng)化殼未受地表流水等外力地質(zhì)作用侵蝕，風(fēng)化殼保存較為完好；丘陵、低山、中山地貌，剝蝕作用微弱，對(duì)風(fēng)化殼的形成較為有利，從而對(duì)鈦鐵砂礦床的形成更為有利。表明風(fēng)化作用比較徹底，地形越平緩，其風(fēng)化殼面積越大，風(fēng)化的堆積速度也就明顯大于剝蝕速度，形成的風(fēng)化殼型鈦鐵砂礦規(guī)模也就越大。在陡峻的山岳地區(qū)，地下水位低，以物理風(fēng)化為主，且風(fēng)化物難以保存，因而風(fēng)化殼不發(fā)育，不利于風(fēng)化礦床的形成；平原洼地，潛水面高，水流不暢，也不利于風(fēng)化作用的進(jìn)行，不易形成巨厚的、發(fā)育完全的風(fēng)化礦床。

3.2 礦床成因

武定地區(qū)發(fā)窩-中干廠斷裂兩側(cè)[6]，華力西期侵入形成的基性含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖體TiO2含量較高，從而為該區(qū)風(fēng)化殼型鈦鐵砂礦的形成提供了物質(zhì)來源。 其成礦模式見圖5。

圖5 大蕎地鈦鐵砂礦成礦模式圖

武定地區(qū)地處北緯25°30′左右，屬溫濕-濕熱氣候，具有利于化學(xué)風(fēng)化的氣候條件。而在內(nèi)生條件下形成的基性巖體，由于氣候濕熱，化學(xué)風(fēng)化作用劇烈，有機(jī)質(zhì)快速分解，產(chǎn)生的CO2多向大氣逃逸，而腐植酸也被大量雨水所沖稀，在此環(huán)境中的下滲水和土壤溶液一般具中-堿性反應(yīng)，從而SiO2、Ca、Mg、K、Na大量淋漓流失，A1、Fe則呈氫氧化物、氧化物不斷聚積，形成紅土型風(fēng)化殼，而Ti由于活動(dòng)性小而相對(duì)富集。另一方面，隨著風(fēng)化作用的增強(qiáng)，含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)生破壞，巖石中主要造巖礦物輝石、斜長(zhǎng)石發(fā)生高嶺土化及綠泥石化，從而使堅(jiān)硬(完整)的基性巖變得松軟(散)，也使緊密鑲嵌于輝綠輝長(zhǎng)巖礦物顆粒間的鈦鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物多數(shù)解離，呈星散狀分布于風(fēng)化殼巖石中，紅土化愈徹底，有用礦物解離愈好，殘留巖屑也愈少，形成易采、易選的高品位含鈦輝綠輝長(zhǎng)巖風(fēng)化殼型鈦鐵砂礦床。

4 結(jié) 論

武定大蕎地鈦鐵砂礦位于川滇臺(tái)背斜武定石屏隆斷束之祿豐拱褶南部，礦床產(chǎn)于風(fēng)化輝綠輝長(zhǎng)巖上部，呈面狀產(chǎn)出，且受含礦層位輝綠輝長(zhǎng)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，經(jīng)進(jìn)一步淋濾富集形成風(fēng)化殼殘坡積型鈦鐵砂礦床[6]。