四川会理县秀水河钒钛磁铁矿地质特征及控矿因素

郭晓宏, 高德政

( 1. 固体废物处理与资源化教育部重点实验室, 四川 绵阳 621010; 2. 西南科技大学 环境与资源学院, 四川绵阳 621010)

四川会理县秀水河钒钛磁铁矿地质特征及控矿因素

郭晓宏1,2, 高德政2*

( 1. 固体废物处理与资源化教育部重点实验室, 四川 绵阳 621010; 2. 西南科技大学 环境与资源学院, 四川绵阳 621010)

秀水河钒钛磁铁矿位于扬子陆块与松潘-甘孜活动带的西南结合部康滇断隆带中段南部,夹于安宁河断裂与昔格达断裂之间.从探明的矿床可知,矿体产于海西早期的层状基性-超基性杂岩体中,矿石矿物主要为钛磁铁矿、钛铁矿等,多具海绵陨铁结构,在岩浆结晶晚期形成,围岩为印支期花岗岩,矿床成因以晚期岩浆矿床为主.通过对地质特征的探讨,指出矿区钒钛磁铁矿的控矿因素及外围找矿远景.

钒钛磁铁矿; 地质特征; 控矿因素; 秀水河

攀西成矿带位于我国著名的峨眉山大火成岩带,属典型的岩浆-构造活动区域,是我国铁、钒、钛等金属矿产资源的重要生产基地.从20世纪50年代开始,便吸引着国内外的广大地质工作者对其进行了大量的探索与研究.

岩浆型钒钛磁铁矿床主要赋于基性-超基性侵入岩体中,这类岩体中世界上比较著名的有南非的Bushveld杂岩体、美国的Stillwater杂岩体、津巴布韦大岩墙、Skaergaard层状侵入体、前苏联的Noril’sk-Talnakh侵入体,以及中国的攀西层状岩体等.Bushveld和Stillwater层状岩体属太古代产物,二者在地球化学、岩石学、成岩成矿机制等方面有着极大的可比性[1-4].我国攀西层状侵入岩体中,钒钛磁铁矿主要发育在岩体的中下部位,与西伯利亚玄武岩同属欧亚板块上与地幔柱活动密切相关的二叠纪大陆溢流玄武岩,同时二者的岩石地球化学特点和夏威夷洋岛玄武岩也有共同之处[5].从已有资料可以看出,大型的Bushveld、Stillwater层状岩体和我国攀西层状岩体、峨眉山玄武岩以及前苏联的Noril’sk-Talnakh侵入体、西伯利亚暗色岩系具有很大的相似性,均来自于深部地幔,岩浆侵入或喷发的规模比较大[6].

攀西地区作为我国主要的钒钛磁铁矿成矿生产基地,对其进行深入探索尤为重要,可为成矿规律及矿床成因的研究提供重要线索,亦可为原有矿床的外围及深部找矿和发现新矿床提供理论支持.

1 区域地质背景

秀水河钒钛磁铁矿床位于扬子准地台(Ⅰ级)西缘,康滇地轴(Ⅱ级)中段,总体区域地质特征为广泛发育的前震旦系变质岩构成区域结晶基底,古生代及其后的盖层不发育,地质构造复杂(见图1).区域上处于南岭东西构造带与川滇南北构造带中部的复合部位.东西向构造以褶皱为主,表现为以作为基底的前震旦系地层东西向褶皱带；南北向构造以断裂为主,控制了区域岩浆岩的展布.其次还有北东向和北西向断裂[7-8].

区域地层从下元古界到新生界的第四系均有分布.该地区的褶皱基底为前震旦系会理群中上部地层,有力马河组、凤山营组、天宝山组,是区域内最老的地层,由一套地槽型火山-细碎屑-碳酸盐岩等浅海沉积物组成,厚度数千米,具复理式沉积建造特征.岩石普遍受区域变质,岩性主要为千枚岩、大理岩、变砂岩、英安-流纹质火山熔岩等.盖层为震旦系以后各时代地层.古生代地层属浅海至滨海相碎屑岩、碳酸盐岩沉积,只有零星寒武系、奥陶系、二叠系地层出露；中生代起转为陆相杂色碎屑沉积(紫红色为主),出露有三叠系、侏罗系,为砾岩、砂岩、泥岩夹煤层等[9].

本区位于著名的康滇构造-岩浆带,区域岩浆活动频繁,岩性复杂,从超基性、基性到酸性均有,分布广泛,持续时间长,从晋宁期、海西期至印支期.区内岩浆岩产出主要有海西早期层状含钒钛磁铁矿基性-超基性岩体,海西晚期细晶辉长岩及印支期花岗岩,其中海西早期层状基性-超基性岩体与钒钛磁铁矿形成有直接关系.

2 矿床地质特征

2.1 含矿岩体特征 岩体分布于秀水河北西2 km处,岩体四周被矮郎河花岗岩所包围而成为花岗岩体中的大俘虏体.岩体平面形态北窄南宽,东西长约1 060 m,南北宽约1 070 m,面积约1 km2.

含矿岩体为复合岩体,具明显的韵律构造和层状特征,但延续性差,岩相变化大,不同岩相均为渐变过渡关系.岩体由3个一级韵律层组成,由上至下依次为：上部角闪辉长岩相、中部角闪辉石岩相和下部橄榄岩相.角闪辉长岩(ψν)相位于矿区中部及北部,岩体上部,在矿区内出露长度400 m,宽0～100 m,全铁(TFe)品位在15%～30%.整个岩相均含矿,断续夹非矿岩石,具有比较明显的韵律及条带状构造.角闪辉石岩(ψφ)相位于含矿岩体北部和中部,位于角闪辉长岩相下部,呈渐变过渡关系,矿区出露长度1 190 m,宽度350～840 m,铅直厚0～130 m,全铁品位20%～44%,为主要含矿岩相以Fe1级矿石为主.橄榄岩(σ)相位于矿区南部,含矿岩体底部,与角闪辉石岩呈过渡关系,出露长度1 170 m,宽度0～200 m,铅直厚0～170 m,全铁品位11%～30%.该岩相由上到下含矿性逐渐变差,上部主要为二品级夹一品级矿,中部为二品级矿和橄榄岩互层,下部为橄榄岩夹薄层二品级矿.

采集9件岩石化学全分析样品进行主量元素分析,其主要特征如下：从岩石化学类型看,基性-超基性岩体均属正常系列,为二氧化硅不饱和的暗色贫碱性岩石；岩体镁铁比值变化为0.39～2.8,平均1.47；红格岩体镁铁比值变化为0.3～2.7,平均1.45；秀水河岩体属弱碱-碱质、贫钙-亚钙、低铝-铝质的基性-超基性岩,与红格岩体一致[10-11].秀水河岩体因遭受后期构造破坏和岩浆岩侵蚀,仅保留了部分含矿岩相带,经对比,秀水河含矿岩体含矿岩石相序相当于红格岩体的Ⅱ、Ⅲ堆积旋回和Ⅳ堆积旋回底部岩石.秀水河钒钛磁铁矿床与相邻的红格大型钒钛磁铁矿床含矿岩体同属海西早期产物,它们具有相同的韵律和层状构造特征,相同的岩性特征和含矿岩石的结构、构造特征以及相同的含矿性,即可认为秀水河岩体为红格钒钛磁铁矿区外围的卫星含矿岩体[12].

2.2 矿体特征 矿体赋存于基性-超基性岩体中,整个岩体基本就是矿体,矿体的出露面积0.71 km2,占岩体总面积81%.矿体产状与围岩一致,近于东西向展布,两翼内倾,南翼倾向北,倾角20°～50°；北翼倾向南,倾角10°～45°.矿体主要赋存在角闪辉石岩相内.受后期花岗岩及细晶辉长岩的穿插破坏,将岩体分割成4个相对独立的部分,对应的矿体即为4个,编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体,其中以Ⅰ号矿体(主矿体)规模最大,其余3个矿体(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)规模较小,分布在含矿岩体东部边缘.

1) Ⅰ号矿体位于矿区中部,主要分布在P8线与P9线之间,形状为北窄南宽不规则的三角形,呈面状分布,剖面上呈盆形似层状产出.矿体产状与围岩一致,近于东西向展布,两翼内倾,南翼倾向北,倾角20°～50°；北翼倾向南,倾角10°～45°.矿体分布标高2 220～2 664 m,埋深一般0～135 m,最大约170 m.矿体总长约1 050 m,宽130～960 m,分布面积约0.5 km2.据矿区范围内38个见矿钻探工程统计：各钻探工程的矿体铅直厚度最大143.87 m(ZK403),最小1.60 m(ZK503),平均约50 m,厚度变化较大；各钻探工程的矿体TFe平均品位最大27.83%(ZK405),最小15.52%(ZK503),TFe品位变化较小,品位较均匀.矿体夹石主要分布在南部及东、西侧边角地段,夹石TFe品位一般11%～14.5%.Ⅰ号矿体探获铁矿石保有资源储量为8 011.8万t,钛铁矿中的TiO2为321.53万t,V2O5为15.24 t,矿区范围内Ⅰ号矿体平均品位：TFe为22.59%,TiO2为8.03%,V2O5为0.19%.

2) Ⅱ号矿体分布在矿区东南部TC1201探槽处,矿体产状与围岩一致,近东西向展布,倾向340°,倾角35°,矿体呈透镜状.矿体分布标高2 300～2 362 m,产于橄榄岩相中,矿体长200～240 m,出露宽度35 m.探获铁矿石保有资源储量为21.75万t,钛铁矿中的TiO2为2 912 t,V2O5为171 t,矿体平均品位：TFe为21.75%,TiO2为5.8%,V2O5为0.17%.

3) Ⅲ号矿体分布于矿区东部TC1202探槽处,矿体产状与围岩一致,近东西向产出,倾向南,倾角30°～45°,矿体呈透镜状.矿体分布标高2 447～2 514 m,产于角闪辉石岩相中.矿体长度60～156 m,宽88 m.Ⅲ号矿体探获铁矿石保有资源储量为32.3万t,矿体平均品位：TFe为21.81%,TiO2为7.7%,V2O5为0.2%.

4) Ⅳ号矿体分布于矿区东北部TC602探槽处,矿体近东西展布,倾向南,倾角20°～40°,矿体呈透镜状.矿体分布标高2 463～2 542 m,产于角闪辉石岩中.矿体长度120～140 m,宽度70 m.探获铁矿石保有资源储量为20.9万t,矿体平均品位：TFe为40.17%,TiO2为15.46%,V2O5为0.34%.

2.3 矿石特征

2.3.1 矿石结构构造 矿石结构主要有海绵陨铁结构、半自形-他形粒状镶嵌结构、嵌晶结构、交代结构,具浸染状构造、条带状构造、致密块状构造以及斑杂状和流状构造,其中浸染状构造是矿床中的主要构造类型.

2.3.2 矿石矿物成分 矿石矿物主要有钛磁铁矿、钛铁矿和尖晶石,含少量的磁黄铁矿、黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、钛磁赤铁矿、赤铁矿.

脉石矿物主要为单斜辉石,次为橄榄石、角闪石、斜长石、斜方辉石；副矿物有磷灰石、榍石；次生蚀变矿物有次闪石、绿泥石、绢云母、绿泥石、蛇纹石、滑石等.

2.3.3 矿石化学成分 测试采集组合分析样20件,其中探槽6件、钻孔岩心14件；其中质量分数TFe≥20%的样品13件,20%>TFe≥15%的样品7件.矿石主要有用组分为：TFe、TiO2、V2O5、Cr2O3、Ca、MnO、Co、Ni、Cu、S和P2O5,各组分质量分数见表1；主要造岩组分为：SiO2、Al2O3、MgO、CaO等.

矿石中TiO2质量分数随矿石中TFe质量分数增高而增高,二元线性相关密切.TFe和TiO2的比值在2.12～4.04.伴生组分V2O5、Co、MnO等与矿石中TFe均在一定程度上呈正相关.

Cr2O3、Ni的质量分数变化随矿石中TFe质量分数增高而增高,二者二元线性相关密切.Cu、S与硫化物的质量分数及矿物组合有关,与矿石中TFe不相关.P2O5的质量分数与含矿岩体的基性程度及矿石中磷灰石的质量分数有关.

表 1 秀水河矿区各类矿石的化学成分

根据本次工作采集的组合样品分析资料,除主要组分Fe、Ti、V外,其他Cu、Ni、Cr、Co、Mn等有益组分的质量分数均较低,参照《铁锰铬矿地质勘查规范》(DZ/T200-2002)中“铁矿石伴生组分评价参考质量分数表”中的指标,其回收利用价值不大.

2.4 矿石类型 依据矿物组合与质量分数划分为以下矿石类型：角闪辉长岩型矿石、角闪辉石岩型矿石、橄榄岩型矿石；其中角闪辉石岩型矿石为主要矿石类型,其次为橄榄岩型矿石和角闪辉长岩矿石.按矿石构造类型划分矿石类型：星散浸染状矿石、稀疏浸染状矿石、稠密浸染状矿石、条带状矿石.

2.5 围岩与夹石 矿体产于基性-超基性岩体中,含矿岩体围岩及底板为后期花岗岩,所以矿体围岩也基本为花岗岩、细晶辉长岩.矿体产于基性-超基性岩中,矿体边界依据TFe品位圈定,因此,与矿石自然类型同岩性而品位不够矿石要求的岩石即构成矿体夹石.另外,与花岗岩、细晶辉长岩同源的后期岩脉穿插于矿体中时也可构成矿体夹石.

2.6 矿床成因 该矿床主要控矿构造为近东西及近南北向构造交汇部位,有利于层状基性-超基性岩体的侵位；综合以往地质资料和区域钒钛磁铁矿床研究成果,矿床中钛磁铁矿、钛铁矿等矿石矿物绝大多数是在岩浆结晶晚期形成的,且矿石多具海绵陨铁结构特征.

根据矿石的结构构造及矿体的的特征及其与围岩的关系,矿床可能主要存在3种成因类型：晚期岩浆结晶分异型矿床、岩浆熔离型矿床、贯入岩桨分异型矿床,其中晚期岩浆结晶分异矿床产状稳定,连续性好,规模最大,最具工业价值；岩浆熔离型矿床因矿石品位高,工业价值也较好,而贯入岩浆分异型矿床规模较小,工业意义不大.

因此,认为秀水河钒钛磁铁矿成因以岩浆晚期结晶分异矿床为主[13-14].

3 控矿因素分析

秀水河钒钛磁铁矿床与相邻的红格大型钒钛磁铁矿床具有相同的韵律和层状构造特征,相同的岩性特征和含矿岩石的结构、构造特征,为红格钒钛磁铁矿区外围的卫星含矿岩体.探讨该矿床的控矿因素,有利于攀西地区钒钛磁铁矿成矿规律研究和成矿预测.

3.1 构造因素 区域上南北向断裂构造与东西向褶断系复合,构成了攀西地区地质构造的基本形态,控制着红格基性-超基性岩体在空间上的展布规律,岩体沿东西向及南北向构造交汇部位呈近似等间距分布.昔格达断裂构造带严格控制着红格矿田含矿岩体的产出,东侧的古安宁河断裂构造可能是控制封闭岩浆上移的通道.成矿前构造对含矿岩体的形成、保存和富集起着重要作用,为容矿构造特性；成矿后的北西向和北东向裂隙对矿体有一定程度的切割破坏.

3.2 围岩因素 海西期含矿基性-超基性层状岩体的空间展布受构造因素控制的同时,岩体四周被印支期花岗岩所包围而成为俘虏体,所以岩体的大小形态与岩体围岩也有着密切的关系,受到围岩岩性与构造形态的制约.

3.3 岩体分异特征 含矿的层状基性-超基性岩体具有良好的层状构造和条带状构造.岩体显著特征是具垂直方向上的韵律式结构,从上到下为岩石基性程度和含矿性呈增高趋势；秀水河层状岩体由3个一级韵律层组成,由上至下依次为：上部角闪辉长岩相、中部角闪辉石岩相和下部橄榄岩相,其中以角闪辉石岩层含矿性最好且分布范围最大,次为角闪辉长岩层,橄榄岩层含矿性最差.由于分异作用形成的各级韵律层下部,往往是矿体赋存部位及伴生有益组分富集部位[15-18].

3.4 岩石矿物成分 秀水河含矿岩体的矿物成分可分为矿石矿物(氧化物、硫化物)和脉石矿物(主要为硅酸盐矿物)两大类.金属矿物和脉石矿物的质量分数是形成各类岩体及矿床的基本因素,当脉石矿物为斜长石、辉石与橄榄石共存时,是形成基性-超基性岩型钒钛磁铁矿的一大特征[19-21],其中斜长石主要为拉长石与培长石,辉石主要为单斜辉石,未见斜方辉石,橄榄石主要为贵橄榄石.

3.5 岩体规模及深部和外围找矿潜力 在红格矿田周边分布着众多的钒钛磁铁矿卫星矿体,它们与红格岩体一样都是基性-超基性岩体.因此找矿时,应重点查找、验证有基性-超基性岩体出露的区域.

秀水河矿区位于红格矿田南东段,分布着大面积的印支期花岗岩及二叠纪峨眉山玄武岩,其间有大小不等的正长岩岩体不规则穿插,秀水河岩体正是它们三者间众多的基性-超基性中小岩体之一,而玄武岩、花岗岩、正长岩与钒钛磁铁矿床呈紧密侵入接触关系且形成时代均晚于基性-超基性岩体,因此可以假设找矿方向：在后期形成的玄武岩、花岗岩的熔蚀、侵吞和正长岩的穿插,把原来可能一个完整的基性-超基性岩体分割成了大小不等、岩相带不全、剥蚀程度不同的多个岩体.因此,具有这类特点的岩体应该是外围找矿的重点方向.

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(编辑 李德华)

Analysis on Geological Characteristics and Ore-controlling Factors of Xiushuihe Vanadium Titano-magnetite Deposit in Huili, Sichuan

GUO Xiaohong1,2, GAO Dezheng2

( 1.KeyLaboratoryofSolidWasteTreatmentandResourceRecycle,MinistryofEducation,Mianyang621010,Sichuan; 2.SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan)

The Xiushuihe vanadium titano-magnetite deposit lies in the south of middle section of the Kangdian fault upwarping belt and sandwiched between the fracture zone of Anninghe and Xigeda. The orebodies are confined to early Hercynian ultrabasic rock. The ore consists of titanomagnetite and ilmenite with sideronitic texture. The genesis of the deposit is mainly of late magmatic ore deposit. Through the discussion on the geological characteristics, the ore-controlling factors and external ore prospecting of vanadium titano-magnetite in mining area are pointed out.

vanadium titano-magnetite; geological characteristics; ore-controlling factors; Xiushuihe

2016-04-05

攀枝花市科技项目(2009CY-C-4)和会理县秀水河钒钛磁铁矿延深勘探项目(T51520090702018208)

P618.2

A

1001-8395(2017)03-0398-06

10.3969/j.issn.1001-8395.2017.03.021

*通信作者简介：高德政(1957—),男,教授,主要从事矿产地质与勘探、矿产资源勘察与评价的研究,E-mail:929323576@qq.com