云南富寧縣牛場鈦鐵砂礦礦床成因及富集規律

2014-08-03 02:55:06趙作新趙梓涵

云南地質 2014年4期

趙作新，沈輝，趙梓涵

(云南省地質礦產勘查院，云南昆明 650051)

富寧地區鈦鐵礦資源豐富，為產于里達斷裂以東的中三疊世印支期第一期第四亞期侵入形成的含鈦輝長輝綠巖風化后形成的風化殼型鈦鐵(砂)礦，近年來通過礦業權人的大量勘查資金投入，發現并評價了多個大中型鈦鐵礦(砂)礦床，其中位于富寧縣城200°方向，平距約20km的牛場鈦鐵礦(砂)礦床規模達大型，探明鈦鐵礦(礦物)資源/儲量261.48萬噸。富寧地區鈦鐵礦均出露地表，不僅評價簡單，而且品位高、易采選，通過強化勘查，合理規劃開發，可望成為云南省新的鈦產業基地。

圖1 牛場鈦鐵礦區地質圖

1 礦區地質

1.1 地層

礦區出露地層主要為二疊系上統吳家坪組(P2w)：凝灰質硅質巖；寒武系上統博菜田組(∈3b)：白云巖、白云質灰巖及泥質條帶灰巖，唐家壩組(∈3t)：白云質灰巖、泥質條帶灰巖夾泥質砂巖、粉砂巖。

1.2 構造

礦區構造以斷裂為主，主要有北西—北北西向組、近東西向組及北東向三組，其中北北西向的里達斷裂(F1)是礦區的主要控巖斷裂。

1.3 巖漿巖

礦區巖漿活動強烈，以堿性基性巖侵入活動為主，具多期次和多旋回特征，是富寧地區風化殼型鈦鐵礦床的重要成礦母巖。牛場礦區主要有牛場、石丫口、新寨、那里、東瓜坪五個侵入巖體(見圖1)。

含鈦輝長輝綠巖體呈巖床～巖蓋、巖墻、巖脈形式產于二疊系上統吳家坪組(P2w)地層中，平面形態極不規則，總體呈北西向帶狀展布，長軸長1.5～6km、短軸寬0.5～2km，與圍巖呈侵入接觸關系。

其中牛場含鈦輝長輝綠巖巖體自邊緣至中心大致可分四個相帶：

(1)細粒鈦輝輝綠巖相：主要分布于主巖體底部或主巖體之外與主巖體平行，部分巖體無此帶。有的巖體上部邊緣也有此相帶，主要巖石有鈦輝輝綠巖、并見有少量橄欖鈦輝輝綠巖，其粒度由邊緣向內部逐漸變粗。

(2)中細粒～中粒橄欖鈦輝輝長輝綠巖相：分布較廣，主要分布于主巖體下部，具條帶構造，巖石主要為橄欖鈦輝輝長輝綠巖。是該期巖體的主成巖相之一。

(3)中粒～粗粒鈦輝輝長輝綠巖相：分布較廣，主要分布于主巖體中部及上部，是該期巖體的主要成巖相，粒度向上逐漸變粗，巖石主要為鈦輝輝長輝綠巖。

(4)粗粒～偉晶狀堿閃輝長巖相：出露零星，常呈透鏡體分布于中粒～粗粒鈦輝輝長輝綠巖相帶中，并與之過渡，是一種不穩定巖相，也是該期巖體主要成礦巖相，巖石主要為堿閃鈦輝輝長輝綠巖。

牛場含鈦輝長輝綠巖體各相帶之間為漸變過渡關系。各相帶巖石的共同特征是均含鈦鐵礦、鈦磁鐵礦及金紅石等含鈦礦物。接觸帶圍巖多發生角巖化、大理巖化等熱接觸蝕變。

2 礦床特征

2.1 礦體特征

圖2 V1礦體19號勘探線品位百度變化曲線圖

牛場鈦鐵礦經過生產勘探，共圈定一條礦體，其呈面型分布于含鈦輝長輝綠巖體風化殼上，為風化殼型鈦鐵礦(砂)礦體，經229個鉆孔及134個剝土工程控制，礦體在采礦權范圍內出露面積約2.66km2，礦體形態不規則(見圖1)，礦體地表出露界線與巖體及圍巖的接觸界線基本一致。由于礦體為風化殼型鈦鐵礦(砂)礦體，因此其礦體頂板直接裸露地表，而礦體底板凹凸不平，其凹凸形狀與地貌形態基本相似，只是由于礦體風化深度大小不等，其形態又不等同于地貌形態，山頂、山脊及緩坡地段由于搬運作用相對較小、礦體風化深度較深，礦體厚度較大，因此礦體底板等高線與地形等高線相比更為寬緩，而陡坡及山溝，由于搬運作用較強，礦體風化深度較淺，礦體厚度較小，因而礦體底板等高線與地形等高線更為接近。單工程控制礦體厚1.35～57.75m，礦體平均厚度16.75m，厚度變化系數66.84%；單工程控制礦體平均品位TiO20.99ω%～7.37ω%，礦體平均品位TiO23.79ω%(單工程控制鈦鐵礦含礦率16.55～109.19kg/m3，平均鈦鐵礦含礦率62.50Kg/m3)，品位變化系數24.54%。礦體規模為大型，屬形態簡單、厚度變化穩定，有用組分分布均勻的鈦鐵礦體。根據風化程度及礦石類型的不同，V1礦體又分為全風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦(砂)礦體V1-1及半風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦(砂)礦體V1-2兩條礦體(見圖2)。其中V1-1礦體礦石風化強烈，脈石礦物輝石、斜長石已全部風化為粘土質礦物，鐵質析出把礦石淋染為褐黃色，礦石礦物鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、金紅石等已從含礦巖石(含鈦輝長輝綠巖)中徹底解離，呈星散狀、浸染狀分布于礦石中，礦石松散(軟)，原巖結構構造已無保留，呈土狀，礦石類型為全風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石；V1-2礦體礦石半風化，礦石中脈石礦物輝石、斜長石已風化為高嶺土，但部分仍保留有原巖結構構造，礦石礦物鈦鐵礦、鈦磁鐵礦及金紅石已基本解離，呈星散狀、浸染狀分布于礦石中，礦石松散至半堅硬，礦石類型為半風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石。

2.2 礦石質量

2.2.1 礦石結構、構造

礦石具它形—半自形粒狀結構、蝕變殘余結構、包含結構及碎裂狀結構。

礦石具土狀構造、砂土狀構造(見照片1、2)。

2.2.2 礦物成份

金屬礦物主要有鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、金紅石及少量銳鈦礦、黃銅礦、黃鐵礦，偶見方鉛礦、閃鋅礦。非金屬礦物主要有輝石、斜長石、綠泥石、黑云母及少量磷灰石，偶見石榴石。主要礦物特征如下：

(1)鈦鐵礦：黑色、褐黑色，它形—半自形粒狀，偶見板柱狀，粒徑0.3～0.6mm，半金屬—強金屬光澤，硬度中等，性脆。條痕為黑色，斷口為貝殼狀及不規則狀，含量一般2～5%。光片下可見鈦鐵礦與鈦磁鐵礦、赤鐵礦伴生或殘余于褐鐵礦中(見光片1、2、3)。

(2)鈦磁鐵礦：黑色，它形粒狀，粒徑≤0.5mm，半金屬—金屬光澤，硬度中等，斷口不平坦，條痕為黑色，含量1～2%。光片下可見與鈦鐵礦伴生(見光片1、4)。

(3)金紅石：它形粒狀，粒徑<0.07mm，包含于綠泥石中。

(4)斜長石：灰白色，它形—半自形板柱狀，粒徑0.15～0.2×0.8～1.4mm，含量27%～49%不等，主要嵌布于輝石中。全風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石中的斜長石已完全絹云母化及鈉黝簾石化，而半風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石中的斜長石則已絹云母化及部分鈉黝簾石化。

(5)輝石：灰黑色、淺灰色，玻璃光澤，柱狀、它形粒狀，粒徑1～7.5mm不等，含量30～35%。全風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石中的輝石已完全蝕變，完全綠泥石化及鐵泥化；半風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石中的輝石則部分或大部分綠泥石化及鐵泥化。

2.2.3 TiO2的賦存狀態

根據54件鈦鐵礦石物相分析成果，TiO2主要賦存于鈦鐵礦、金紅石、鈦磁鐵礦、榍石及硅酸鹽礦物中，其中鈦鐵礦、金紅石及鈦磁鐵礦中的TiO2為可利用TiO2，占TTiO2含量的65.21%；而榍石、硅酸鹽及其它礦物中的TiO2為不可利用TiO2，占TTiO2含量的34.79%(見表1)。

表1 鈦物相分析結果匯總表

3 礦床成因及富集規律

3.1 礦床成因

圖3 牛場鈦鐵礦NZK24-2礦體垂直分帶及品位變化曲線圖

在富寧地區里達斷裂以東，中三疊世印支期第一期第四亞期侵入形成的半瓦型堿性基性輝長輝綠巖TiO2含量較高，牛場礦區侵入的含鈦輝長輝綠巖體，平均TiO2含量達2.67%(高于中國基性巖平均TiO2含量值2.08%)，且主要含鈦礦物為鈦鐵礦、鈦磁鐵礦及金紅石，占全TiO2含量的65.21%，從而為該區風化殼型鈦鐵(砂)礦的形成提供了豐富的物質來源。含鈦輝長輝綠巖體出露地表后，經過漫長的地表風化、水解作用，一方面把含鈦輝長輝綠巖體中易溶于水的Ca、Mg、K、Na等物質隨地下水淋濾帶走，使含鈦輝長輝綠巖中的TiO2含量相對富集；另一方面，隨著風化作用的增強，含鈦輝長輝綠巖的結構構造發生破壞，巖石中的主要造巖礦物輝石、斜長石發生高嶺土化、綠泥石化，從而使堅硬(完整)的基性巖變得松軟(散)，也使緊密鑲嵌于輝長輝綠巖中的鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、金紅石等金屬礦物徹底解離，多呈星散狀、浸染狀分布于風化殼巖石中，從而形成了易于采選的輝長輝綠巖風化殼型鈦鐵礦砂礦床。

3.2 成礦控制因素

(1)時空因素：區域上，含鈦輝長輝綠巖明顯受時代控制，只有三疊世第一期第四亞期侵入形成的“半瓦型”基性輝長輝綠巖TiO2含量較高，是本區風化殼型鈦鐵(砂)礦的成礦母巖；

(2)構造因素：區域性里達斷裂控制了區內基性含鈦輝長輝綠巖體的分布，只有在里達斷裂以東地區出露的含鈦輝長輝綠巖體，風化后才能形成風化殼型鈦鐵(砂)礦；

(3)氣候因素：富寧地區氣候炎熱、雨量充沛，有利于含礦巖體的風化，有利于形成風化殼型鈦鐵(砂)礦；

(4)地形因素：地形平緩對風化殼的形成較為有利，從而對鈦鐵(砂)礦的形成有利。風化殼厚度較大，表明風化作用比較徹底，地形越平緩，其風化殼面積越大，風化的堆積速度也就明顯大于剝蝕速度，形成的鈦鐵礦的規模也就越大。在靠近溝谷及陡坡的地段，不易形成富厚的鈦鐵礦體，只有在較平緩的地貌易堆積形成富厚的風化殼型鈦鐵(砂)礦。

3.3 礦床富集規律

含鈦輝長輝綠巖風化殼由上而下具有明顯的三層結構(見圖3)，上層為全風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石，中層為半風化輝長輝綠巖型鈦鐵礦石，下層為微風化含鈦輝長輝綠巖，隨著風化程度的不斷增高，巖石的礦物成分發生改變，含鈦輝長輝綠巖中的輝石、斜長石發生高嶺土化、綠泥石化，巖石結構構造發生破壞，礦石礦物鈦鐵礦、鈦磁鐵礦及金紅石由原巖中徹底解離，堅硬完整的含鈦輝長輝綠巖風化成松軟(散)的風化殼型鈦鐵(砂)礦石，而且隨著地下水的長期作用，K、Na、Ca、Mg等易溶于水的物質被地下水淋濾帶走，從而使TTiO2品位不斷富集，風化越徹底，TTiO2品位越高，根據礦區施工的229個鉆孔分析成果統計，半風化輝長輝綠巖型鈦鐵(砂)礦石與微風化含鈦輝長輝綠巖相比TTiO2品位富集11.24%；全風化輝長輝綠巖型鈦鐵(砂)礦石與半風化輝長輝綠巖型鈦鐵(砂)礦石相比TTiO2品位富集31.65%；而全風化輝長輝綠巖型鈦鐵(砂)礦石與微風化含鈦輝長輝綠巖相比較，TTiO2品位則富集了46.44%(見表2)。