西昌太和钒钛磁铁矿矿体特征及成因

魏宇，郭耀文，柳维，张旭明，范宇

（四川省冶金地质勘查院，成都 610051）

太和铁钒磁铁矿产于太和辉长岩体内，似层状产出，共有 7个矿体，平行产出，较为简单且厚大。前人对包括太和在内的攀西钒钛磁铁床做了广泛的研究，提出了多种成因类型。如：晚期岩浆矿床（袁见齐等，1985）、早期岩浆矿床（卢记仁，1988）、岩浆熔离矿床（李文臣，1992）、岩浆韵律式矿床（罗小军，2002）。笔者认为，早期岩浆有明显的液态分异特征，而富厚钒钛磁铁矿体形成于晚期岩浆结晶分异作用，近于平行分布在富厚钒钛磁铁矿体上下的贫矿层和围岩为岩浆阶段式成岩成矿的产物。

1 区域地质

太和钒钛磁铁矿床地处“川滇南北构造岩浆岩带”中段。该构造带内岩浆活动频繁而强烈，具多期次、多岩类、规模大、分布广的特点，并严格受南北向断裂带控制，构成了南北向钒钛磁铁矿成矿带（图1）[1]。太和等层状基性-超基性岩体形成于二叠纪，与二叠系峨眉山玄武岩、三叠纪碱性岩相伴产出。华力西期层状基性－超基性岩体、峨眉山玄武岩、印支期碱性岩形成“三位一体”，是攀西钒钛磁铁矿最明显的宏观找矿标志。

图1 攀西地区构造及基性岩分布图

图2 太和岩体综合柱状图

2 岩体地质特征

2.1 岩体特征

太和辉长岩体钒钛磁铁矿成矿母岩，走向近东西，南倾，倾角30°～60°。在地表该岩体东西出露长1 500m，南北宽70～830m，呈哑铃状[2]。该岩体呈板状或盆状，分异良好，相带、韵律层清楚，原生构造发育。岩体从下往上，整体基性度降低，岩石色调由深变浅。主要含矿层集中在岩体的中下部，往上、下含矿性逐渐变差。据岩性组合，岩体可划分为上部基性、下部超基性岩（出露差）二个相带以及浅色辉长岩相、暗色辉长岩相、橄辉岩相三个亚相带（图2）。

2.2 矿区构造

太和辉长岩体内断层发育，规模大小不一，对矿体有不同程度的破坏，如错失、错断及使矿体破碎，为后期岩脉的侵入、混染提供了空间。岩体中有断层24条，分为近南北、北东-南西向、北西-南东向三组。三组中以近南北向的逆断层为主，可分为两期，一期早于北东-南西与北西-南东向断层，另一期晚于北东-南西向断层，与北西-南东向断层相近[2]。对矿体错动距离最大的3条断层均为南北向断层，由西到东分别为F15、F16和F47（图3）。

图3 太和钒钛磁铁矿区1200m水平断面图

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

岩体内钒钛磁铁矿体似层状（图3、4），由下往上编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ，其厚度、品位、变化系数见表1，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ叼为主要矿体。各矿体大致平行，走向近东西，南倾，倾角30°～60°，东缓西陡。主要矿体特征：

Ⅲ号：矿区最厚大、品位最高的矿体，基金项目施工的钻孔均控制了该矿体。其连续性、稳定性在主要矿体中是最好的。该矿体上贫下富，底部为厚数十米的稠密浸染状-块状矿石，中部为厚数十米-上百米的稀疏-中等浸染状流状矿石，上部为厚约十数米-数十米的富含磷灰石的星散-稀疏浸染状矿石。矿体中部见2～3层透镜体状夹石，厚几米到几十米不等。矿体中上部富P，下部则Cr、Ni等相对富集（表2）。

图4 太和钒钛磁铁矿区13号勘探线剖面图

Ⅳ号：Ⅲ号矿体上二十米内，局部可达数十米，间夹中粗粒-伟晶（浅色）辉长岩。矿石一般为星散-稀疏浸染状矿石，条带构造明显，未发现稠密-块状矿石。矿体中富P，贫Cr、Ni等元素。

Ⅱ号：Ⅳ号矿体下30 m内，矿石从星散浸染状到块状，以中等浸染-块状为主，矿体局部可见条带状构造。矿体中贫P，Cr、Ni等元素相对富集。

表1 太和矿区矿体平均品位厚度以及变化系数一览表

表2 太和矿区矿体组合分析元素含量分带性统计表

3.2 矿石矿物及结构构造

矿石矿物以钛磁铁矿、钛铁矿为主，少量赤（镜）铁矿、硅酸铁、菱铁矿、硫铁矿等，脉石矿物主要为辉石、斜长石，少量橄榄石、磷灰石、绿泥石、角闪石等。主要有益组分有Fe、TiO2、V2O5，伴生有益组分Co、Ni、Cu、Mn、Cr、Sc含量较低，Co、Ni、Cu、Cr主要分布在Ⅲ号矿体中为1∶2～1∶4，在Ⅲ号矿体上下矿体中为1∶4～1∶16在矿石中TiO2含量与钛铁矿含量呈正相关，故 TiO2在Ⅲ号矿体中相对富集，往上下TiO2含量逐渐降低。

矿石具海绵陨铁结构、镶嵌结构、包含嵌晶结构、填隙结构与碎裂结构；具块状构造、斑杂状构造、浸染状构造、流线构造、条带状构造[3]。一般具星散-中等浸染状矿石具海绵陨铁结构；稠密-块状矿石具镶嵌结构，稠密-块状矿石中钛磁铁矿、钛铁矿呈连晶，晶内常见辉石、磷灰石等早期结晶矿物被磁铁矿包裹。

4 矿体成因

4.1 矿体似层状分异特征

从太和岩体内的矿体从整体到局部均具似层状特征，受重力分异作用明显。总体分布上来看，富厚矿体主要产于岩体中下部（Ⅱ、Ⅲ号矿体），其上部是以厚大的浅色辉长岩和贫磁铁矿石互层，其下部以厚大暗色辉长岩与稀疏分布的层状磁铁矿石互层。从单个矿体看，如Ⅲ号矿体，底部为厚数十米的稠密浸染状-块状矿石，中部为厚数十米-上百米的稀疏-中等浸染状矿石，上部为厚约十数米-数十米的富含磷灰石的稀疏-星散浸染状矿石，由上到下矿体品位变富。根据组合分析结果，Ⅲ号矿体中间的稀疏-中等浸染状（流状）矿石带还是P、Ni、Cr等元素在整个岩体分布的分界带，其上部富P、贫Ni、Cr等元素，下部则刚好相反，上下之间的P、N i、Cr等元素含量相差一般为数倍-十数倍，局部多达几十上百倍。

此外，在矿体中还存在着更小的层状韵律特征，即条带状矿石，是由以斜长石为主（含铁）辉长岩与以辉石和磁铁矿为主的矿石以1～10cm的厚度互层，一般为矿石在下。主要分布在Ⅳ、Ⅴ、Ⅰ、Ⅱ矿体中。

4.2 似层状矿体分异过程

含矿岩浆进入岩浆房后的就地结晶分异作用形似成层状矿体。结晶分异作用的程度与岩体的规模、厚度呈正比；同时跟岩体冷却速度（在一定温度范围内）呈反比。岩体形态呈越接近水平的盆、板状越有利于岩体的似层状分异。对于太和岩体中的似层状分异机制，应认同分异作用分为岩浆早期分异和阶段式成岩成矿这两个过程[4],但对于阶段式成岩成矿，应该是由岩体上下部向中间进行，而非由下往上单一方向进行（图5）。

4.2.1 岩浆早期分异

表现在重力场中的液态分异，铁镁硅酸盐熔浆由于其密度大而下沉，钠钙硅酸盐熔浆则上浮，由此造成两种物质组分的相对集中。同时，熔点较高的元素形成微小颗粒开始出现分异，Fe、Ti、Ni、Cr等元素开始下沉，P则上浮。太和岩体中的Ⅲ号矿体中的流状矿石层为这些元素的上下运动的分界带。岩浆在冷却过程中，某些结晶点较高的硅酸盐矿物，如橄榄石、辉石、斜长石等首先少量结晶出来，其运动速度服从斯托克斯定律：υ=2gγ2（ρ-ρ’）/9η。

图5 岩浆早期分异和阶段式成岩成矿理想模式示意图

当岩浆温度为1 000～1 125℃时，玄武岩浆粘度η=3 000×10-1Pa﹒s（Hess,1960），含矿辉长岩密度为 3.3，相应的岩浆密度为3.0；含钛普通辉石密度为3.3，斜长石密度为 2.7；若以平均粒度γ=2mm计算，则据上式计算矿物沉降速度辉石为 69m/a,而斜长石为-69m/a，矿物粒度变化，其上下运动速度呈倍数变化。当温度下降时，粘度迅速增大，其运动速度也迅速降低，即每降低25℃，粘度增加一个数量级，运动速度降低一个数量级[4]。Fe、Ti在岩体中的整体分异性不如Ni、Cr、P等元素，这可能是由于其熔点较低，待其大量形成微小晶粒时，岩浆粘度已增大，大大降低了其下沉速度，从而影响了其迁移距离。另外，太和岩体的Ⅲ号矿体中底部稠密浸染状-块状矿石中，常见斜长石斑晶或极少量细粒斜长石发育在磁铁矿之间，前者因为后期少量斜长石形成连晶或微小颗粒，由于温度降低，大大降低了上浮速度，结晶后滞留在矿层中。

4.2.2 阶段式成岩成矿作用

在成矿岩浆房中，除了由外向内的冷却作用外，其内部岩浆还存在着热对流，使热量集中在岩浆体中上部[4]。岩浆冷却过程中，从底部往上以及从顶部往下（盆状岩体暂不考虑由侧部向内部），都存在一个相向移动着的等温面（等温面温度指的主要矿物结晶的温度的临界值，固液相线也大致与之平行），等温面温度较低的一侧较先结晶出矿物，高温部分在两等温面之间。当然这个等温面不一定是水平的，这个中心部分也不一定是岩体的几何中心。等温面移动的速度与岩浆热扩散率、侵入后的时间以及矿物结晶后放热量等均有相关性。总体来说，随着侵入后时间的推移，两等温面向距越近，其相向推移速度会越慢。于是，矿体和岩石由上下边部向核部分阶段地逐渐结晶析出。

在上部结晶矿物中，比重较大的如辉石、钛磁铁矿等会部分下坠入岩体内部的高温岩浆中，使其重新熔融，当辉石、钛磁铁矿坠入量达到一定程度后，增大了岩浆密度并使其温度降低，使得后面坠入的辉石、钛磁铁矿由于岩浆密度和粘度增大而不再下坠或减缓下坠，在原地结晶形成矿层，在其上方由于辉石和磁铁矿的下坠，而形成了以斜长石为主的辉长岩。

在下部结晶矿物中，比重较小的如斜长石等也会部分上浮入内部高温岩浆中。重熔后，一部分进行了新的液体分异。一部分滞留在原地结晶，与下部以辉石、钛磁铁矿为主的矿层构成了上贫下富的韵律特征。

据上述理论，可以较好地解释太和辉长岩体的相带、韵律特征。由于岩体结晶是由上下向中心部分推移的，中心岩浆比上下部分可以得到较好的液体分异，Fe、Ti、Ni、Cr以及橄榄石、辉石等矿物可以较好地下沉到岩浆下部，P以及斜长石等矿物也可以较为顺利地上浮，形成了总体韵律特征。太和矿区的Ⅲ号矿体中下部为岩体中最后结晶部分，由于两等温面相向推进的速度缓慢，形成了厚大的上贫下富韵律特征，其中间的流状矿石是岩浆在相对静止的条件下形成的。分布在Ⅲ号矿体上下的条带状矿石，是等温面在该处较快速通过，由于斜长石和辉石、钛磁铁矿结晶温度差异形成的。其上下的条带状矿石虽然构造相似，但是其矿石品位以及脉石矿物含量均有较大差别，Ⅲ号矿体上部条带状矿石多为星散-稀疏浸染状、脉石矿物以斜长石为主；而下部则是中等-稠密浸染状矿石、脉石矿物中辉石较多，这也反映了岩浆的整体分异特征。

值得一提的是钛铁矿、钛磁铁矿在Ⅲ号矿体以及上下矿体中的比值变化从另一个侧面也印证了Ⅲ号矿体为晚期形成。钛磁铁矿主要由钛磁铁矿、钛铁晶石、镁铝晶石等组成，钛铁矿和钛铁晶石主要为岩浆晚期结晶形成，而镁铝晶石主要为岩浆早期形成[4]。故在晚期形成的Ⅲ号矿体中钛铁矿与钛磁铁矿比值最高，达 1∶2～1∶4；而其上下矿体中钛铁矿与钛磁铁矿比值为 1∶4～1∶16，其形成时的温度要高于Ⅲ号矿体。

5 结论

太和岩体分异良好，相带、韵律层清楚，矿体呈似层状平行产出。岩体中主要矿体为中下部的Ⅲ号矿体，向上下两侧矿体品位厚度以及连续性变化、上下两侧的条带状矿石分布、TiO2含量变化均呈现出一定的对称性。此外，P、Ni、Cr等元素以Ⅲ号矿体中部为界，其含量在上下差异明显，显示出岩浆的重力分异特征。

前人在研究钒钛磁铁矿成因时，在研究相带特征以及韵律层时很少提到其对称性，仍有学者认为似层状矿体和岩相带的形成是由含矿岩浆脉动式侵入补充的结果。以辉长岩体为主的攀西三大钒钛磁铁矿床的主要矿体均集中在岩体中下部，上下矿层、韵律层均存在与太和岩体相似对称性[5]。而含矿岩浆脉动式侵入补充模式或者在原地阶段式成岩成矿模式中只考虑单向结晶分异，都不能很好地解释岩体中存在的对称性。

笔者认为岩体规模越大、形态越接近水平的盆、板状、有足够的冷却分异时间等都是岩体似层状特征形成的有利条件。岩浆早期液态重力分异以及段式成岩成矿作用是岩体相带、韵律层以及似层状矿体形成的主要原因；岩体由上下向中间冷却的阶段式成岩成矿作用是韵律层有对称性的分布在Ⅲ号矿体上下的主要原因。

[1] 四川省地质调查院．四川省铁矿资源潜力评价成果报告[R]．2010．

[2] 魏宇，柏万灵，等．四川省西昌市太和钒钛磁铁矿区地质特征及找矿远景[J]．四川地质学报，2012，32（增刊）:45～46．

[3] 四川省冶金地质勘查院．四川省西昌市太和钒钛磁铁矿延伸详查2011年报[R]．2011.

[4] 四川省地质矿产局攀西地质大队．四川省红格钒钛磁铁矿床成矿条件及地质特征[M]．北京：地质出版社，1987:107～180，179～180．

[5] 四川省地质矿产局．四川省铁矿成矿规律研究和矿产预测成果报告[R].2010，81～85.