滇中武定地区钛铁砂矿成矿地质条件

赵思传，王亚伟，让 昊，李兴义

(云南地矿国际矿业股份有限公司，云南 昆明 650051)

在以往地质勘查和科学研究中，均不同程度地涉及钛铁砂矿的成矿条件[1-4]。但受经费、时间、任务等因素制约，此钛铁砂矿的成矿地质条件的研究程度还有待进一步提高。通过对云南省武定县梅子箐钛铁砂矿勘探和云南省武定县长冲钛铁砂矿普查，从而对武定地区钛铁砂矿的成矿地质条件作进一步研究。

1 武定地区区域地质概况

1.1 区域地层

区域出露老地层为中-新元古界古老基底(Pt2-Zd)，古生界(Pz)寒武系、奥陶系出露较完整，泥盆系中、下统呈零星分布，缺失志留系、石炭系和二叠系；中生界(Mz)虽然三叠系、侏罗系、白垩系都有，但出露不完整，且规模小、分布零星；新生界(Cz)只发育第四系，分布于盆地坝子和山间凹地。

1.2 构造

区域构造发育的基本特征是在中元古界褶皱基底(昆阳群)之上不同程度的发育有地台盖层。晋宁运动使之褶皱隆起，结束地槽发育。构造总体为北东向(图1)，褶皱基底构造远比盖层构造为之复杂。以断裂构造为主，基底中褶皱较为发育且多为线状不对称型，连续性差，往往被各向系的断裂分切而不完整，其中向斜完整，背斜多被断层破坏。区内主干断裂历经多次构造旋回，它们对区内地层沉积厚度、沉积岩相、建造和岩浆岩活动乃至构造形态起着明显的控制作用。

1.3 岩浆岩

矿区两组断层组成“入”字形构造，是矿区各时期岩浆、热液活动的通道，区域岩浆活动有三期，以华力西期基性岩浆浅成侵入为主，晋宁期有较弱的基性及酸性岩浆浅成侵入和火山活动，燕山期仅少量基性岩浆浅成侵入。区内主要出露的华力西期基性侵入岩，是与二叠系峨眉山玄武岩浆同期异相的含钛辉绿—辉长岩浅成侵入岩体，该期岩体是梅子箐钛铁砂矿的成矿母岩，其分布受区域构造控制，大部分分布于断裂带附近或侵入于褶皱构造轴部。沿断裂带侵入多呈岩墙(脉)状产出，而沿褶皱轴部侵入多呈岩床状或席状产出，局部呈岩株状。

图1 武定地区区域地质简图

1.第四系；2.白垩系上统；3.上三叠统-中侏罗统；4.下、中泥盆统；5.下、中奥陶统；6.下、中寒武统；7.上震旦统灯影组；8.前震旦系昆阳群；9.普查区范围；10.勘探区范围；11.大断裂及编号；12.逆断层；13.正断层；14.平移断层；15.逆掩断层；16.燕山期辉绿岩；17.华力西期辉绿岩；18.晋宁末期石英钠长斑岩；19.晋宁中晚期变辉绿岩；20.假整合；21.不整合；22.风化型钛铁砂矿体。

2 成矿母岩

2.1 成矿母岩岩石特征

武定地区钛铁砂矿成矿母为华力西期含钛基性侵入岩，分别有辉长岩，辉长辉绿岩、辉绿岩。岩石呈灰黑、绿灰黑色，具辉长结构、辉绿辉长结构、辉绿结构，块状构造。主要矿物成分及含量为：基性斜长石，50%～60%；易变辉石，25%～40%；橄榄石、石英、钾长石、玻璃质较少。岩石普遍含钛铁矿、钛磁铁矿，含量一般为25%～7%。

岩体受罗茨断裂、普渡河断裂、小江断裂控制，多呈近南北向分布。岩体形态为呈岩床、岩脉、岩株、岩墙状，侵入的地层为中二叠统阳新组(P2y)或更老的地层中。

经综合研究，武定地区的含钛基性侵入岩的岩浆活动时期属华力西期。不同时代的基性侵入岩中主量元素见表1。

表1 武定地区各时期基性侵入岩平均主量元素含量[5]

注：(1)分析项目缺少灼失，总量明显低于100%；(2)表中原始数据源于1∶50000武定幅、小营幅。

从表1中反映出如下规律。

(1)华力西期、燕山期基性岩的m/f值分别为0.18～0.35、0.27～0.30，均属富铁质基性岩；晋宁期基性岩为0.92，属铁质基性岩。

(2)华力西期基性侵入岩平均值与燕山期、晋宁期基性侵入岩对比：含量较高的氧化物为TiO2、FeO、CaO，含量居中的氧化物为SiO2、Fe2O3、MgO、Na2O、P2O5，含量较低的氧化物为Al2O3、K2O，含量无明显变化的氧化物MnO。

(3)武定地区华力西期基性侵入岩的FeO*(1)Fe2O3含量与岩石的风化程度有关，岩石的风化程度越强、Fe2O3含量越高。FeO+Fe2O3含量不能准确地反映未风化岩石的TFeO含量。为此，采用FeO*=FeO+0.899Fe2O3进行比较。平均值大于燕山期基性岩，小于晋宁期基性岩。

总体上看，武定地区华力西期基性侵入岩具富TiO2、FeO、CaO，贫Al2O3、K2O特征，岩石属铁质基性岩。具有上述主量元素特征的基性侵入岩是否与钛铁矿有关，还有待进一步查证。

2.2 成矿母岩岩石成因

武定地区的含钛基性侵入岩属中-上二叠统峨眉山玄武岩“同期异相”的产物，二者在时期上基本一致，均为中-晚二叠世，空间分布上相伴产出，岩石主量元素特征极为相似(表2)。

表2 武定地区基性侵入岩与相关岩石的主量元素对比

“/”表示缺失数据

武定地区华力西期基性侵入岩与中-上二叠统峨眉山玄武岩相较，大多数主量元素含量无明显差别。略有差别的是：富FeO*、Na2O，贫Al2O3、CaO(表2)。

武定地区华力西期基性侵入岩与中国辉长岩相较，大多数主量元素含量均存在明显差别。主要差别的是：武定地区华力西期基性侵入岩富SiO2、TiO2、FeO*，贫Al2O3、MgO、CaO。

经综合研究可看出：①中二叠-晚二叠世，云南“三江”造山带、上扬子陆块均处于地壳强烈拉伸环境；②强烈的地壳拉伸，导致大规模基性岩浆的喷发与侵入，同时形成中-上二叠统峨眉山玄武岩和含钛基性侵入岩；③武定地区位于滇中古陆，位于上扬子陆块中部偏西的位置，构造环境为陆缘裂谷。

武定地区在中二叠-晚二叠世峨眉山玄武岩大规模喷发的同时，基性岩浆侵入活动也极为明显，基性侵入岩普遍含钛铁矿、钛磁铁矿。这些地质现象的原因，还有待进一步研究。

3 成矿气候条件

武定地区的钛铁砂矿产于红土型风化壳中，是基性侵入岩经过强烈风化作用的产物。该地区气候温暖湿热，适宜红土型风化壳发育。气候条件是形成红土型钛铁砂矿的主要外部原因。

在不同的气候带，风化作用有明显的差别。

(1)在极地和高山地带，温度很低，地面大部被冰雪覆盖，冻融作用盛行，化学风化缓慢，长期处于物理风化状态。

(2)在干旱荒漠地带，日照很强，年降水量小于250mm，蒸发量大于降水量，热力风化盛行，化学风化微弱，也是长期处在物理风化状态。

(3)在半干旱草原地带，日照较强，年降水量250mm～500mm，蒸发量大于降水量，热力风化仍然较强；由于氯化物和硫酸盐等大部分被淋溶，Ca、Mg、盐类相对富集，并在土层中上下移动，常形成钙积层。因此，化学风化长期停留在富钙阶段。

(4)在半湿润森林草原地带，年降水量500mm～750mm，蒸发量与降水量相近，化学风化长期处于富钙和富硅铝阶段之间，常形成蒙脱石次生黏土矿物。

(5)在温湿地带，年降水量750mm～1000mm，降水量大于蒸发量，化学风化长期处于富硅铝阶段，主要形成水云母次生黏土矿物。

(6)在湿热地带，年降水量大于1000mm，气温较高、植物茂盛、细菌活跃，岩石、矿物风化迅速，风化壳很厚，最厚可达200m以上，常形成一些大型的Fe、Mn、Al的风化矿床。

武定地区气候属亚热带低纬高原季风气候区。多年年平均气温为15.2℃，最热每月平均气温20℃，最冷每月平均气温7.4℃，最高气温32.8℃，最低气温为-7℃，无霜期达280天以上，冬季局部地区偶有降雪。平均年降雨量966.9mm，最大年降雨量达1459.1mm，最小年降雨量为678.2mm。雨季多集中在5月～10月，其降雨量占全年的78%，旱季为11月至翌年4月。

武定地区的气候带属温湿-湿热带，化学风化占主导地位，生物风化较为明显，有利于红土型风化壳的发育。

4 成矿地理地貌条件

地貌条件主要包含古夷平面、微地貌、山地类型。钛铁砂矿赋存于风化壳中，风化壳保存的完好程度，也就是钛铁砂矿保存是否完好的标志。在古夷平面附近，风化壳未受地表流水等外力地质作用的明显侵蚀，所形成的风化壳基本保存较为完好。风化壳在小范围内，山脊保存较好、山谷保存较差，是微地貌对风化壳控制作用的具体表现。适宜于形成、保存钛铁砂矿的山地类型为丘陵、低山、中山地貌，目前尚未发现在高山、最高山形成、保存有工业意义的钛铁砂矿。

4.1 古夷平面

古夷平面是指夷平面形成以后，由于地壳的隆起残留在山顶或山坡上的夷平面。据王学武等(2018)[6]、李余华等(2019)[7]研究，风化壳离子吸附型稀土矿床在古夷平面附近厚度较大、品位较高。钛铁砂矿与风化壳离子吸附型稀土矿成因类型相近，同属残坡积矿床，古夷平面应为主要的控矿因素之一。

据杨成伟等(2008)[8]研究：武定地区至少存在5级古夷平面，Ⅲ、Ⅳ级古夷平面较为发育，海拔高程分别为1850m～1900m、2050m～2200m；这2级古夷平面附近，禄劝干坝塘矿区钛铁砂矿的厚度较大、品位较高、资源/储量较多。

4.2 微地貌

风化壳在垂向上可以分为4层——红土层、砂土层、半风化层及微风化层(特征后有详述)。微地貌系指山脊、山腰、山谷，对矿体厚度、矿体品位有明显控制作用(图2)。

矿体厚度、矿体品位的变化趋势为：①矿体厚度在山脊(剖面图中部)较厚，向山谷(剖面图两侧)变薄，厚度变化系数68.55%；②红土层、砂土层品位变化不明显，半风化层、微风化层在山脊(剖面图中部)品位较高，向山谷(剖面图两侧)品位下降；③如将矿体(红土层、砂土层、半风化层)合并后，品位变化的趋势为在山脊(剖面图中部)品位较高，向山谷(剖面图两侧)品位下降。

4.3 山地类型

据中国科学院地理研究资料，山地进一步划分为高山、中山、低山及丘陵，划分标志主要是绝对高度和相对高。武定地区位于滇中高原北部，地形总体属中—深切割中山地形。

山地的绝对高度与气候有较密切的联系。在武定地区，最高山、高山地区气候寒冷，风化作用以物理风化为主，化学风化、生物风化较弱，不利于风化壳发育和钛铁砂矿的形成。在中山、低山、丘陵地区，气候温暖湿热，化学风化、生物风化作用明显，物理风化作用仅出现在局部地段。因此，在武定地区寻找钛铁砂矿时，要考虑山地绝对高度对钛铁砂矿找矿远景的影响。

山地的相对高差是地表流水对地形侵蚀程度的直观标志。一般情况下，地壳抬升幅度较大、速度较快，使山地与附近的相对侵蚀基准面高差较大，地表流水的侵蚀作用较强。在山地相对高差较大的地区，河流一般处于青年期、状年期，沟谷以“V”字型为主，下蚀作用明显。在强度的下蚀作用下，沟谷两侧的谷坡坡度较大，多属不稳定边坡，经常发生滑坡、崩塌等不良工程地质现象。河流的地质作用以搬运为主，不利于风化壳的保存。因此，在武定地区寻找钛铁砂矿时，要尽量避开相对高差较大的地区。

图2 武定地区梅子箐钛铁砂矿100号勘查线品位与厚度变化曲线图(部分)

在已经发现、评价的钛铁砂矿区内，海拔高程适中、相对高差较小，地形多属浅-中等切割中山地形。例如：梅子箐钛铁砂矿区海拔最高2321.11m，最低1975m，相对高差346.11m，地形坡度一般在5o～25o左右；长冲钛铁砂矿区海拔最高2475m，最低1875m，相对高差600m，地形坡度一般在10o～35°左右，局部地形坡度60o～65o。

5 结 论

综上所述，可得出如下结论。

(1)武定地区钛铁砂矿的成矿地质条件包括成矿母岩、气候条件、地貌条件。成矿母岩包括岩石特征和岩石成因。地貌条件包括古夷平面、微地貌、山地类型。

(2)在3个方面的成矿地质条件中：成矿母岩(内因)是必需的物质基础，气候条件(外因)是形成风化壳钛铁砂矿的必要条件，地貌条件(外因)是风化壳钛铁砂矿保存的重要条件，三者缺一不可。