云南武定县大荞地钛铁砂矿地质特征及矿床成因

徐 腾，陈 航

(云南省有色地质局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000)

大荞地钛铁砂矿位于云南武定县狮子镇上老村与海外村一带，大地构造位置处于扬子陆块区，上扬子古陆块西缘，康滇基底断隆带(Pt2)西段。太古代-中生代早期变质岩浆杂岩构成带状分布的南北向地垒式隆起带，区域内构造发育，断裂具多期活动特点；以近南北向为主，晋宁期花岗质岩浆岩及澄江期火山岩分布最广，大部分基性侵入岩主要以辉绿辉长岩为主，是该区钛铁砂矿的成矿母岩。

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区由老至新依次出露元古界昆阳群鹅头厂组(Pt1e)、古生界寒武系下统沧浪铺组(∈1c)、中生界侏罗系下统冯家河组(J1f)及第四系风化残坡积层(Qedl)。图1。

图1 武定大荞地钛铁砂矿区地质图

(1)元古界昆阳群鹅头厂组(Pt1e)：深灰、灰绿、黄绿色板岩及少量的浅变质砂岩组成，其中夹少量白云岩、灰岩透镜体。地层整体走向为北东-南西向，倾向北西，倾角30°～40°，厚度>820m。

(2)古生界寒武系下统沧浪铺组(∈1c)：灰白色、黄褐色细粒石英砂岩夹薄层状泥质细砂岩。地层总体走向近南北向，倾向北东、南东，倾角30°～56°。出露长度>5000m，厚度50m～600m。

(3)中生界侏罗系下统冯家河组(J1f)：紫红色泥岩与杂色石英砂岩互层。地层总体走向近南北向，倾向北东、南东，倾角50°～60°。出露长度>5000m，厚度200m～700m。与下伏沧浪铺组(∈1c)呈不整合接触。

(4)第四系风化残坡积层(Qedl)：褐红、灰白、黄褐色粘土、砂质粘土及细粒铁氧化物、氢氧化物组成，土状结构，常见原岩风化残余结构，含钛辉绿辉长岩风化残坡积物，矿区钛砂矿赋存部位。

1.2 地质构造

矿区位于发窝-中干河断裂带(F3)(汤郎-易门深大断裂)东侧、石梯坡-来鹤山断层(F2)以南。构造主要为北东-南西向或北西-南东向单斜构造(图1)，倾向西，倾角较陡，一般70°～80°；褶皱构造及节理、裂隙不发育，局部发育小褶曲。发窝-中干河大断裂构造控制该区基性岩体(含钛辉绿辉长岩)分布，而基性岩体又是形成钛砂矿的母岩，从而控制着钛矿砂床的分布。

1.3 岩浆岩特征

矿区内出露基性侵入岩(含钛辉绿辉长岩岩株)，侵入时代为华力西期，呈岩株产出，沿发窝-中干河大断裂(罗茨-易门段)东侧出露五个呈串珠状雁行排列的基性岩株，本矿区内所见基性岩株为最大的两个岩体，呈近南北走向，总面积约0.8km2。侵位于寒武系下统沧浪铺组、侏罗系下统冯家河组之中。与围岩接触面产状多呈缓倾，倾角30°～50°。岩石类型主要为辉绿辉长岩，呈暗绿色、灰绿色，块状构造，致密坚硬，主要由辉石、斜长石组成，钛铁矿、磁铁矿呈副矿物镶嵌于矿物中，具辉绿-辉长结构，为本区钛砂矿的主要赋矿母岩。

矿区内岩石一般都发生了不同程度的区域变质作用，主要为浅变质作用。围岩蚀变主要发生在辉绿辉长岩与沧浪铺组和冯家河组接触带附近的硅化、角岩化、绿泥石化等。

2 矿床地质特征

2.1 矿层特征

矿区钛铁砂矿呈面状产于含钛铁辉绿辉长岩表层风化次生富集形成的风化壳内及其附近地形有利部位，属于风化残积(粘土、砂土和碎屑)型钛铁砂矿，其次有少量坡积型和冲积型砂矿，深度严格受母岩风化程度、地形地貌等控制，一般垂深1m～20m左右。辉绿辉长岩残余结构、构造，矿物组成主要有：钛铁矿、磁铁矿、亚粘土、绢云母及少量石英砂，深部粘土相对减少，砂质和岩屑相对增加，颗粒增大。受含矿基性岩体由表及里风化程度的差异，一般具有由上至下红土层、砂土层、碎屑层、基岩层四层结构的垂直分带性[5]，图2。

图2 含钛辉绿辉长岩体风化壳垂直分带图

(1)红土层：以砖红色粘土为主，含有粉末状褐铁矿及少量石英砂，富含钛铁矿、钛磁铁矿等重矿物，属氧化作用带产物，为“红土层钛铁砂矿”的含矿层位，厚度一般1.0m～4.2m，受地形变化影响较大，一般山脊处较薄，沟凹处较厚，局部位移沿坡向超出岩体范围十余米，直接裸露地表，钛铁矿、钛磁铁矿呈星点状散布其间。下与砂土层逐渐过渡。

(2)砂土层：由次生粘土、高岭土夹石英砂、岩屑、碎岩块等组成，富含钛铁矿、钛磁铁矿等重矿物，斜长石均蚀变成高岭土，暗色矿物蚀变为绿泥石，主要为水解作用带产物，总体颜色较浅，可见高岭土类物质不规则分布，且岩屑增多，常见辉绿岩体风化残余结构，钛铁矿、钛磁铁矿常呈黑色星点散布其间。下与碎屑层逐渐过渡，厚度1.0 m～2.0m。

(3)碎屑层：强-半风化钛辉绿辉长岩，岩石松软，辉绿结构保存清晰，铝硅酸盐矿物大部分已次生变化为高岭土和次生粘土矿物，属淋滤作用带与水合作用带产物，其中钛铁矿、钛磁铁矿含量普遍降低，与上覆砂土层接近，钛铁矿、磁铁矿离解度较差，能达工业品位要求，但用高压水枪冲洗时不易与岩石分离，目前利用需破碎处理，生产成本较高，下与辉绿辉长岩基岩逐渐过渡，厚度<10m。

(4)微风化至新鲜含钛辉绿岩(βμ)：暗绿色、灰绿色，致密块状、坚硬，钛铁矿、钛磁铁矿作为副矿物呈细粒状分散于岩石之中，其中钛铁矿、钛磁铁矿含量较半风化层显著减少，是钛铁砂矿床的含矿母岩，厚度>20m。

上述基性岩体风化壳垂直分带现象大致与风化作用特点及强弱相对应，即不同深度分解作用条件差异导致风化强度不同。各层特征所体现的风化特点表现为：红土层具氧化作用带基本特征，砂土层反映水解作用特征，碎屑层反映了淋滤作用带与水合作用综合特征。

基性岩风化垂直分带不仅表现多层结构特征，化学组分变化上亦有明显反映，在基性岩体表层不同深度，随着风化作用方式和强度不同，Ca、Mg、K、Na、Si明显有不同程度淋滤流失，愈接近地表，其氧化物含量显著降低；Fe2O3、Al2O3、TiO2则相对富集，符合岩体风化壳发育分布的规律。

2.2 矿体特征

区内钛铁砂矿主要分布于矿区北部及南部，呈面状产于辉绿辉长岩含钛铁矿风化壳内及其附近地形有利部位，属风化残、坡积型钛铁砂矿。产出标高2020m～1880m。南北出露近2300m，东西约30m～200m，面积约0.19km2。一般厚约1.10m～17.80m，平均厚8.7m。系统取样分析钛铁矿物单工程品位15.23kg/m3～50.44kg/m3，单工程平均品位36.82kg/m3，矿体品位变化不大，矿物分布均匀。

2.3 矿石质量

2.3.1 矿石物质组成

区内钛铁矿中重砂矿物以钛铁矿、磁铁矿为主，次为赤铁矿、褐铁矿、锐钛矿、白钛石，尚有少量锆石、金红石、电气石，磷灰石等。

脉石矿物成分主要为石英、钾长石，其次为斜长石、褐铁矿、高岭石、绿泥石等。

2.3.2 矿石结构、构造

粘土型钛铁砂矿矿石：泥质结构，次呈胶-泥状、它形粒状、半自形粒状等结构。似微层状、微层状、似层状、泥土状、蜂窝状等构造。(图3、图4)

砂土型钛铁砂矿矿石：微细粒-细粒-粗粒砂状结构，次为泥状结构。块状、蜂窝状、斑杂状构造、残余显微层理、纹层状构造。

强-半风化型钛铁砂矿矿石：细粒-中粒-粗粒不等粒它形粒状、半自形粒状等结构。斑杂状构造、纹层状构造。

2.3.3 矿石类型

根据成因分为残积型砂矿和坡积型砂矿两大类。以残积型砂矿为主，少量坡积型砂矿；受基性岩体风化程度的差异，风化壳呈现垂直分带性，各带以不同的颜色，成分和含矿性区分，并可划分出相应的二种矿石自然类型。

红土、砂土型：为风化壳表层，全风化-强风化，砖红色、棕红色、黄褐色等杂色，土状或砂土结构，疏松多孔，组成物质主要为亚粘土，绢云母及少量石英砂、钛铁矿细砂散染其中，粒度均在0.75mm以下，尤以粒径小于0.15mm和泥质物居多。一般不见基性岩残余结构、构造，绝大部分裸露地表，部分地段存在缺失。

碎屑层：强-半风化辉绿辉长岩，岩石已变松软，原岩结构保存清晰，铝硅酸盐矿物大部分已次生变化为高岭土和次生粘土矿物，主要属淋滤作用带与水合作用带产物。由红土型砂矿、粘土型砂矿往深部逐渐过渡为半风化辉绿辉长岩体，岩石经化学风化变软，物质组分已经改变，但其原岩风化残余结构多见，半风化团块增多，钛铁矿与磁铁矿的连生体增多，使得钛铁矿品位降低，钛精矿的质量变差。

3 矿床成因分析

3.1 控矿因素

结合整个区域钛铁砂矿成矿规律，控制钛铁砂矿成矿的因素主要有以下几点：

(1)时空因素：区域上，含钛辉绿辉长岩明显受时代控制，华力西期侵入形成的基性辉绿辉长岩TiO2含量较高，是本区风化壳型(残坡积)钛砂矿的成矿母岩。

(2)构造因素：区域性发窝-中干河大断裂组控制了区内基性含钛辉绿辉长岩体的分布，同时区域断裂发育导致岩体内部节理裂隙发育，风化作用加剧，并有利于形成风化壳型(残坡积)钛砂矿。

(3)成矿气候因素：武定地区钛砂矿产于风化壳中，当地气候带属温湿-湿热带，化学风化作用和生物风化作用较为明显，岩石和矿物的破坏和分解迅速，风化作用可不断地向纵深发展，元素可发生大量迁移和富集，有利于形成风化壳型钛砂矿床。

(4)成矿地理地貌因素：地貌条件主要包括古夷平面、微地貌、山地类型[4]。在古夷平面附近，风化壳未受地表流水等外力地质作用侵蚀，风化壳保存较为完好；丘陵、低山、中山地貌，剥蚀作用微弱，对风化壳的形成较为有利，从而对钛铁砂矿床的形成更为有利。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，形成的风化壳型钛铁砂矿规模也就越大。在陡峻的山岳地区，地下水位低，以物理风化为主，且风化物难以保存，因而风化壳不发育，不利于风化矿床的形成；平原洼地，潜水面高，水流不畅，也不利于风化作用的进行，不易形成巨厚的、发育完全的风化矿床。

3.2 矿床成因

武定地区发窝-中干厂断裂两侧[6]，华力西期侵入形成的基性含钛辉绿辉长岩体TiO2含量较高，从而为该区风化壳型钛铁砂矿的形成提供了物质来源。 其成矿模式见图5。

图5 大荞地钛铁砂矿成矿模式图

武定地区地处北纬25°30′左右，属温湿-湿热气候，具有利于化学风化的气候条件。而在内生条件下形成的基性岩体，由于气候湿热，化学风化作用剧烈，有机质快速分解，产生的CO2多向大气逃逸，而腐植酸也被大量雨水所冲稀，在此环境中的下渗水和土壤溶液一般具中-碱性反应，从而SiO2、Ca、Mg、K、Na大量淋漓流失，A1、Fe则呈氢氧化物、氧化物不断聚积，形成红土型风化壳，而Ti由于活动性小而相对富集。另一方面，随着风化作用的增强，含钛辉绿辉长岩结构、构造发生破坏，岩石中主要造岩矿物辉石、斜长石发生高岭土化及绿泥石化，从而使坚硬(完整)的基性岩变得松软(散)，也使紧密镶嵌于辉绿辉长岩矿物颗粒间的钛铁矿、磁铁矿等金属矿物多数解离，呈星散状分布于风化壳岩石中，红土化愈彻底，有用矿物解离愈好，残留岩屑也愈少，形成易采、易选的高品位含钛辉绿辉长岩风化壳型钛铁砂矿床。

4 结 论

武定大荞地钛铁砂矿位于川滇台背斜武定石屏隆断束之禄丰拱褶南部，矿床产于风化辉绿辉长岩上部，呈面状产出，且受含矿层位辉绿辉长岩及地形的严格控制。地表及浅部为次生残、坡积钛铁砂矿，局部因后期淋积作用变富。矿床成因为含钛铁的辉长辉绿岩经物、化作用风化，经进一步淋滤富集形成风化壳残坡积型钛铁砂矿床[6]。