云南武定縣大蕎地鈦鐵砂礦地質特征及礦床成因

徐 騰，陳 航

(云南省有色地質局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000)

大蕎地鈦鐵砂礦位于云南武定縣獅子鎮上老村與海外村一帶，大地構造位置處于揚子陸塊區，上揚子古陸塊西緣，康滇基底斷隆帶(Pt2)西段。太古代-中生代早期變質巖漿雜巖構成帶狀分布的南北向地壘式隆起帶，區域內構造發育，斷裂具多期活動特點；以近南北向為主，晉寧期花崗質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巖為主，是該區鈦鐵砂礦的成礦母巖。

1 礦區地質特征

1.1 礦區地層

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

圖1 武定大蕎地鈦鐵砂礦區地質圖

(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砂巖組成，其中夾少量白云巖、灰巖透鏡體。地層整體走向為北東-南西向，傾向北西，傾角30°～40°，厚度>820m。

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

(3)中生界侏羅系下統馮家河組(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)第四系風化殘坡積層(Qedl)：褐紅、灰白、黃褐色粘土、砂質粘土及細粒鐵氧化物、氫氧化物組成，土狀結構，常見原巖風化殘余結構，含鈦輝綠輝長巖風化殘坡積物，礦區鈦砂礦賦存部位。

1.2 地質構造

礦區位于發窩-中干河斷裂帶(F3)(湯郎-易門深大斷裂)東側、石梯坡-來鶴山斷層(F2)以南。構造主要為北東-南西向或北西-南東向單斜構造(圖1)，傾向西，傾角較陡，一般70°～80°；褶皺構造及節理、裂隙不發育，局部發育小褶曲。發窩-中干河大斷裂構造控制該區基性巖體(含鈦輝綠輝長巖)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

礦區內出露基性侵入巖(含鈦輝綠輝長巖巖株)，侵入時代為華力西期，呈巖株產出，沿發窩-中干河大斷裂(羅茨-易門段)東側出露五個呈串珠狀雁行排列的基性巖株，本礦區內所見基性巖株為最大的兩個巖體，呈近南北走向，總面積約0.8km2。侵位于寒武系下統滄浪鋪組、侏羅系下統馮家河組之中。與圍巖接觸面產狀多呈緩傾，傾角30°～50°。巖石類型主要為輝綠輝長巖，呈暗綠色、灰綠色，塊狀構造，致密堅硬，主要由輝石、斜長石組成，鈦鐵礦、磁鐵礦呈副礦物鑲嵌于礦物中，具輝綠-輝長結構，為本區鈦砂礦的主要賦礦母巖。

礦區內巖石一般都發生了不同程度的區域變質作用，主要為淺變質作用。圍巖蝕變主要發生在輝綠輝長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 礦床地質特征

2.1 礦層特征

礦區鈦鐵砂礦呈面狀產于含鈦鐵輝綠輝長巖表層風化次生富集形成的風化殼內及其附近地形有利部位，屬于風化殘積(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，深度嚴格受母巖風化程度、地形地貌等控制，一般垂深1m～20m左右。輝綠輝長巖殘余結構、構造，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，深部粘土相對減少，砂質和巖屑相對增加，顆粒增大。受含礦基性巖體由表及里風化程度的差異，一般具有由上至下紅土層、砂土層、碎屑層、基巖層四層結構的垂直分帶性[5]，圖2。

圖2 含鈦輝綠輝長巖體風化殼垂直分帶圖

(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，斜長石均蝕變成高嶺土，暗色礦物蝕變為綠泥石，主要為水解作用帶產物，總體顏色較淺，可見高嶺土類物質不規則分布，且巖屑增多，常見輝綠巖體風化殘余結構，鈦鐵礦、鈦磁鐵礦常呈黑色星點散布其間。下與碎屑層逐漸過渡，厚度1.0 m～2.0m。

(3)碎屑層：強-半風化鈦輝綠輝長巖，巖石松軟，輝綠結構保存清晰，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，能達工業品位要求，但用高壓水槍沖洗時不易與巖石分離，目前利用需破碎處理，生產成本較高，下與輝綠輝長巖基巖逐漸過渡，厚度<10m。

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

上述基性巖體風化殼垂直分帶現象大致與風化作用特點及強弱相對應，即不同深度分解作用條件差異導致風化強度不同。各層特征所體現的風化特點表現為：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。

基性巖風化垂直分帶不僅表現多層結構特征，化學組分變化上亦有明顯反映，在基性巖體表層不同深度，隨著風化作用方式和強度不同，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則相對富集，符合巖體風化殼發育分布的規律。

2.2 礦體特征

區內鈦鐵砂礦主要分布于礦區北部及南部，呈面狀產于輝綠輝長巖含鈦鐵礦風化殼內及其附近地形有利部位，屬風化殘、坡積型鈦鐵砂礦。產出標高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 礦石質量

2.3.1 礦石物質組成

區內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、鉀長石，其次為斜長石、褐鐵礦、高嶺石、綠泥石等。

2.3.2 礦石結構、構造

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

砂土型鈦鐵砂礦礦石：微細粒-細粒-粗粒砂狀結構，次為泥狀結構。塊狀、蜂窩狀、斑雜狀構造、殘余顯微層理、紋層狀構造。

強-半風化型鈦鐵砂礦礦石：細粒-中粒-粗粒不等粒它形粒狀、半自形粒狀等結構。斑雜狀構造、紋層狀構造。

2.3.3 礦石類型

根據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；受基性巖體風化程度的差異，風化殼呈現垂直分帶性，各帶以不同的顏色，成分和含礦性區分，并可劃分出相應的二種礦石自然類型。

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

碎屑層：強-半風化輝綠輝長巖，巖石已變松軟，原巖結構保存清晰，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物。由紅土型砂礦、粘土型砂礦往深部逐漸過渡為半風化輝綠輝長巖體，巖石經化學風化變軟，物質組分已經改變，但其原巖風化殘余結構多見，半風化團塊增多，鈦鐵礦與磁鐵礦的連生體增多，使得鈦鐵礦品位降低，鈦精礦的質量變差。

3 礦床成因分析

3.1 控礦因素

結合整個區域鈦鐵砂礦成礦規律，控制鈦鐵砂礦成礦的因素主要有以下幾點：

(1)時空因素：區域上，含鈦輝綠輝長巖明顯受時代控制，華力西期侵入形成的基性輝綠輝長巖TiO2含量較高，是本區風化殼型(殘坡積)鈦砂礦的成礦母巖。

(2)構造因素：區域性發窩-中干河大斷裂組控制了區內基性含鈦輝綠輝長巖體的分布，同時區域斷裂發育導致巖體內部節理裂隙發育，風化作用加劇，并有利于形成風化殼型(殘坡積)鈦砂礦。

(3)成礦氣候因素：武定地區鈦砂礦產于風化殼中，當地氣候帶屬溫濕-濕熱帶，化學風化作用和生物風化作用較為明顯，巖石和礦物的破壞和分解迅速，風化作用可不斷地向縱深發展，元素可發生大量遷移和富集，有利于形成風化殼型鈦砂礦床。

(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，風化殼未受地表流水等外力地質作用侵蝕，風化殼保存較為完好；丘陵、低山、中山地貌，剝蝕作用微弱，對風化殼的形成較為有利，從而對鈦鐵砂礦床的形成更為有利。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，形成的風化殼型鈦鐵砂礦規模也就越大。在陡峻的山岳地區，地下水位低，以物理風化為主，且風化物難以保存，因而風化殼不發育，不利于風化礦床的形成；平原洼地，潛水面高，水流不暢，也不利于風化作用的進行，不易形成巨厚的、發育完全的風化礦床。

3.2 礦床成因

武定地區發窩-中干廠斷裂兩側[6]，華力西期侵入形成的基性含鈦輝綠輝長巖體TiO2含量較高，從而為該區風化殼型鈦鐵砂礦的形成提供了物質來源。 其成礦模式見圖5。

圖5 大蕎地鈦鐵砂礦成礦模式圖

武定地區地處北緯25°30′左右，屬溫濕-濕熱氣候，具有利于化學風化的氣候條件。而在內生條件下形成的基性巖體，由于氣候濕熱，化學風化作用劇烈，有機質快速分解，產生的CO2多向大氣逃逸，而腐植酸也被大量雨水所沖稀，在此環境中的下滲水和土壤溶液一般具中-堿性反應，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，形成紅土型風化殼，而Ti由于活動性小而相對富集。另一方面，隨著風化作用的增強，含鈦輝綠輝長巖結構、構造發生破壞，巖石中主要造巖礦物輝石、斜長石發生高嶺土化及綠泥石化，從而使堅硬(完整)的基性巖變得松軟(散)，也使緊密鑲嵌于輝綠輝長巖礦物顆粒間的鈦鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物多數解離，呈星散狀分布于風化殼巖石中，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巖風化殼型鈦鐵砂礦床。

4 結 論

武定大蕎地鈦鐵砂礦位于川滇臺背斜武定石屏隆斷束之祿豐拱褶南部，礦床產于風化輝綠輝長巖上部，呈面狀產出，且受含礦層位輝綠輝長巖及地形的嚴格控制。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。礦床成因為含鈦鐵的輝長輝綠巖經物、化作用風化，經進一步淋濾富集形成風化殼殘坡積型鈦鐵砂礦床[6]。