云南富宁县牛场钛铁砂矿矿床成因及富集规律

赵作新，沈 辉，赵梓涵

(云南省地质矿产勘查院，云南 昆明 650051)

富宁地区钛铁矿资源丰富，为产于里达断裂以东的中三叠世印支期第一期第四亚期侵入形成的含钛辉长辉绿岩风化后形成的风化壳型钛铁(砂)矿，近年来通过矿业权人的大量勘查资金投入，发现并评价了多个大中型钛铁矿(砂)矿床，其中位于富宁县城200°方向，平距约20km的牛场钛铁矿(砂)矿床规模达大型，探明钛铁矿(矿物)资源/储量261.48万吨。富宁地区钛铁矿均出露地表，不仅评价简单，而且品位高、易采选，通过强化勘查，合理规划开发，可望成为云南省新的钛产业基地。

图1 牛场钛铁矿区地质图

1 矿区地质

1.1 地 层

矿区出露地层主要为二叠系上统吴家坪组(P2w)：凝灰质硅质岩；寒武系上统博菜田组(∈3b)：白云岩、白云质灰岩及泥质条带灰岩，唐家坝组(∈3t)：白云质灰岩、泥质条带灰岩夹泥质砂岩、粉砂岩。

1.2 构造

矿区构造以断裂为主，主要有北西—北北西向组、近东西向组及北东向三组，其中北北西向的里达断裂(F1)是矿区的主要控岩断裂。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆活动强烈，以碱性基性岩侵入活动为主，具多期次和多旋回特征，是富宁地区风化壳型钛铁矿床的重要成矿母岩。牛场矿区主要有牛场、石丫口、新寨、那里、东瓜坪五个侵入岩体(见图1)。

含钛辉长辉绿岩体呈岩床～岩盖、岩墙、岩脉形式产于二叠系上统吴家坪组(P2w)地层中，平面形态极不规则，总体呈北西向带状展布，长轴长1.5～6km、短轴宽0.5～2km，与围岩呈侵入接触关系。

其中牛场含钛辉长辉绿岩岩体自边缘至中心大致可分四个相带：

(1)细粒钛辉辉绿岩相：主要分布于主岩体底部或主岩体之外与主岩体平行，部分岩体无此带。有的岩体上部边缘也有此相带，主要岩石有钛辉辉绿岩、并见有少量橄榄钛辉辉绿岩，其粒度由边缘向内部逐渐变粗。

(2)中细粒～中粒橄榄钛辉辉长辉绿岩相：分布较广，主要分布于主岩体下部，具条带构造，岩石主要为橄榄钛辉辉长辉绿岩。是该期岩体的主成岩相之一。

(3)中粒～粗粒钛辉辉长辉绿岩相：分布较广，主要分布于主岩体中部及上部，是该期岩体的主要成岩相，粒度向上逐渐变粗，岩石主要为钛辉辉长辉绿岩。

(4)粗粒～伟晶状碱闪辉长岩相：出露零星，常呈透镜体分布于中粒～粗粒钛辉辉长辉绿岩相带中，并与之过渡，是一种不稳定岩相，也是该期岩体主要成矿岩相，岩石主要为碱闪钛辉辉长辉绿岩。

牛场含钛辉长辉绿岩体各相带之间为渐变过渡关系。各相带岩石的共同特征是均含钛铁矿、钛磁铁矿及金红石等含钛矿物。接触带围岩多发生角岩化、大理岩化等热接触蚀变。

2 矿床特征

2.1 矿体特征

图2 V1矿体19号勘探线品位百度变化曲线图

牛场钛铁矿经过生产勘探，共圈定一条矿体，其呈面型分布于含钛辉长辉绿岩体风化壳上，为风化壳型钛铁矿(砂)矿体，经229个钻孔及134个剥土工程控制，矿体在采矿权范围内出露面积约2.66km2，矿体形态不规则(见图1)，矿体地表出露界线与岩体及围岩的接触界线基本一致。由于矿体为风化壳型钛铁矿(砂)矿体，因此其矿体顶板直接裸露地表，而矿体底板凹凸不平，其凹凸形状与地貌形态基本相似，只是由于矿体风化深度大小不等，其形态又不等同于地貌形态，山顶、山脊及缓坡地段由于搬运作用相对较小、矿体风化深度较深，矿体厚度较大，因此矿体底板等高线与地形等高线相比更为宽缓，而陡坡及山沟，由于搬运作用较强，矿体风化深度较浅，矿体厚度较小，因而矿体底板等高线与地形等高线更为接近。单工程控制矿体厚1.35～57.75m，矿体平均厚度16.75m，厚度变化系数66.84%；单工程控制矿体平均品位TiO20.99ω%～7.37ω%，矿体平均品位TiO23.79ω%(单工程控制钛铁矿含矿率16.55～109.19kg/m3，平均钛铁矿含矿率62.50Kg/m3)，品位变化系数24.54%。矿体规模为大型，属形态简单、厚度变化稳定，有用组分分布均匀的钛铁矿体。根据风化程度及矿石类型的不同，V1矿体又分为全风化辉长辉绿岩型钛铁矿(砂)矿体V1-1及半风化辉长辉绿岩型钛铁矿(砂)矿体V1-2两条矿体(见图2)。其中V1-1矿体矿石风化强烈，脉石矿物辉石、斜长石已全部风化为粘土质矿物，铁质析出把矿石淋染为褐黄色，矿石矿物钛铁矿、钛磁铁矿、金红石等已从含矿岩石(含钛辉长辉绿岩)中彻底解离，呈星散状、浸染状分布于矿石中，矿石松散(软)，原岩结构构造已无保留，呈土状，矿石类型为全风化辉长辉绿岩型钛铁矿石；V1-2矿体矿石半风化，矿石中脉石矿物辉石、斜长石已风化为高岭土，但部分仍保留有原岩结构构造，矿石矿物钛铁矿、钛磁铁矿及金红石已基本解离，呈星散状、浸染状分布于矿石中，矿石松散至半坚硬，矿石类型为半风化辉长辉绿岩型钛铁矿石。

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石结构、构造

矿石具它形—半自形粒状结构、蚀变残余结构、包含结构及碎裂状结构。

矿石具土状构造、砂土状构造(见照片1、2)。

2.2.2 矿物成份

金属矿物主要有钛铁矿、钛磁铁矿、褐铁矿、赤铁矿、金红石及少量锐钛矿、黄铜矿、黄铁矿，偶见方铅矿、闪锌矿。非金属矿物主要有辉石、斜长石、绿泥石、黑云母及少量磷灰石，偶见石榴石。主要矿物特征如下：

(1)钛铁矿：黑色、褐黑色，它形—半自形粒状，偶见板柱状，粒径0.3～0.6mm，半金属—强金属光泽，硬度中等，性脆。条痕为黑色，断口为贝壳状及不规则状，含量一般2～5%。光片下可见钛铁矿与钛磁铁矿、赤铁矿伴生或残余于褐铁矿中(见光片1、2、3)。

(2)钛磁铁矿：黑色，它形粒状，粒径≤0.5mm，半金属—金属光泽，硬度中等，断口不平坦，条痕为黑色，含量1～2%。光片下可见与钛铁矿伴生(见光片1、4)。

(3)金红石：它形粒状，粒径<0.07mm，包含于绿泥石中。

(4)斜长石：灰白色，它形—半自形板柱状，粒径0.15～0.2×0.8～1.4mm，含量27%～49%不等，主要嵌布于辉石中。全风化辉长辉绿岩型钛铁矿石中的斜长石已完全绢云母化及钠黝帘石化，而半风化辉长辉绿岩型钛铁矿石中的斜长石则已绢云母化及部分钠黝帘石化。

(5)辉石：灰黑色、浅灰色，玻璃光泽，柱状、它形粒状，粒径1～7.5mm不等，含量30～35%。全风化辉长辉绿岩型钛铁矿石中的辉石已完全蚀变，完全绿泥石化及铁泥化；半风化辉长辉绿岩型钛铁矿石中的辉石则部分或大部分绿泥石化及铁泥化。

2.2.3 TiO2的赋存状态

根据54件钛铁矿石物相分析成果，TiO2主要赋存于钛铁矿、金红石、钛磁铁矿、榍石及硅酸盐矿物中，其中钛铁矿、金红石及钛磁铁矿中的TiO2为可利用TiO2，占TTiO2含量的65.21%；而榍石、硅酸盐及其它矿物中的TiO2为不可利用TiO2，占TTiO2含量的34.79%(见表1)。

表1 钛物相分析结果汇总表

3 矿床成因及富集规律

3.1 矿床成因

图3 牛场钛铁矿NZK24-2矿体垂直分带及品位变化曲线图

在富宁地区里达断裂以东，中三叠世印支期第一期第四亚期侵入形成的半瓦型碱性基性辉长辉绿岩TiO2含量较高，牛场矿区侵入的含钛辉长辉绿岩体，平均TiO2含量达2.67%(高于中国基性岩平均TiO2含量值2.08%)，且主要含钛矿物为钛铁矿、钛磁铁矿及金红石，占全TiO2含量的65.21%，从而为该区风化壳型钛铁(砂)矿的形成提供了丰富的物质来源。含钛辉长辉绿岩体出露地表后，经过漫长的地表风化、水解作用，一方面把含钛辉长辉绿岩体中易溶于水的Ca、Mg、K、Na等物质随地下水淋滤带走，使含钛辉长辉绿岩中的TiO2含量相对富集；另一方面，随着风化作用的增强，含钛辉长辉绿岩的结构构造发生破坏，岩石中的主要造岩矿物辉石、斜长石发生高岭土化、绿泥石化，从而使坚硬(完整)的基性岩变得松软(散)，也使紧密镶嵌于辉长辉绿岩中的钛铁矿、钛磁铁矿、金红石等金属矿物彻底解离，多呈星散状、浸染状分布于风化壳岩石中，从而形成了易于采选的辉长辉绿岩风化壳型钛铁矿砂矿床。

3.2 成矿控制因素

(1)时空因素：区域上，含钛辉长辉绿岩明显受时代控制，只有三叠世第一期第四亚期侵入形成的“半瓦型”基性辉长辉绿岩TiO2含量较高，是本区风化壳型钛铁(砂)矿的成矿母岩；

(2)构造因素：区域性里达断裂控制了区内基性含钛辉长辉绿岩体的分布，只有在里达断裂以东地区出露的含钛辉长辉绿岩体，风化后才能形成风化壳型钛铁(砂)矿；

(3)气候因素：富宁地区气候炎热、雨量充沛，有利于含矿岩体的风化，有利于形成风化壳型钛铁(砂)矿；

(4)地形因素：地形平缓对风化壳的形成较为有利，从而对钛铁(砂)矿的形成有利。风化壳厚度较大，表明风化作用比较彻底，地形越平缓，其风化壳面积越大，风化的堆积速度也就明显大于剥蚀速度，形成的钛铁矿的规模也就越大。在靠近沟谷及陡坡的地段，不易形成富厚的钛铁矿体，只有在较平缓的地貌易堆积形成富厚的风化壳型钛铁(砂)矿。

3.3 矿床富集规律

含钛辉长辉绿岩风化壳由上而下具有明显的三层结构(见图3)，上层为全风化辉长辉绿岩型钛铁矿石，中层为半风化辉长辉绿岩型钛铁矿石，下层为微风化含钛辉长辉绿岩，随着风化程度的不断增高，岩石的矿物成分发生改变，含钛辉长辉绿岩中的辉石、斜长石发生高岭土化、绿泥石化，岩石结构构造发生破坏，矿石矿物钛铁矿、钛磁铁矿及金红石由原岩中彻底解离，坚硬完整的含钛辉长辉绿岩风化成松软(散)的风化壳型钛铁(砂)矿石，而且随着地下水的长期作用，K、Na、Ca、Mg等易溶于水的物质被地下水淋滤带走，从而使TTiO2品位不断富集，风化越彻底，TTiO2品位越高，根据矿区施工的229个钻孔分析成果统计，半风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿石与微风化含钛辉长辉绿岩相比TTiO2品位富集11.24%；全风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿石与半风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿石相比TTiO2品位富集31.65%；而全风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿石与微风化含钛辉长辉绿岩相比较，TTiO2品位则富集了46.44%(见表2)。

表2 岩矿石风化程度与TiO2品位变化规律统计表(ω%)

此外从单个钻孔TTiO2品位变化曲线图(图3)也可以看出，由地表浅部全风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿至半风化辉长辉绿岩型钛铁(砂)矿，再到微风化含钛辉长辉绿岩，随着风化程度的减弱，TTiO2品位也随之降低，由此充分说明，辉长辉绿岩风化壳型钛铁(砂)矿石TTiO2品位与风化程度正相关。

参 考 文 献

[1]云南地质局物探队. 富宁地区1∶20万分散流测量报告[R].1960.

[2]云南地质局第二区测队. 1∶20万富宁幅区域地质矿产调查报告[R].1978.

[3]云南地矿局物探队 .1∶20万富宁幅、西林幅、百色幅、德隆幅、田林幅区域重力调查说明书[R].1995.

[4]云南省地质矿产局.云南省区域地质志[M].北京：地质出版社，1990.

[5]云南省地质矿产勘查院.云南省富宁县牛场钛铁砂矿生产勘探报告[R].2012.