新疆若羌县沙河湾钛磁铁矿地质特征及找矿意义

郭涛,林明明,郭勇明,邱贞华,梁斌,刘勇

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆 哈密　839000)



新疆若羌县沙河湾钛磁铁矿地质特征及找矿意义

郭涛,林明明,郭勇明,邱贞华,梁斌,刘勇

(新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队，新疆 哈密839000)

沙河湾钛磁铁矿产于笔架山基性-超基性岩带的东部，赋存于层状辉长岩中，目前发现矿体数十条，长数百米至一千米不等，探获资源量达中型规模，为典型的岩浆分异熔离型钛磁铁矿床。在地球物理特征上表现为磁异常与地表基性岩体相吻合，高磁异常中心呈层状展布，与地表钛磁铁矿体分布一致，说明该区仍具找矿潜力。笔者试着从成矿地质特征方面对沙河湾钛磁铁矿进行矿床成因分析，为在该带上寻找同类型矿床提供一定的借鉴。

矿床地质；钛磁铁矿；矿床成因；层状辉长岩；沙河湾

Shahewan

近年来随着坡北铜镍矿、红石山铜镍矿的相继发现，在北山裂谷陆续发现了一批与基性-超基性岩有关的铜镍矿床。2009～2014年，新疆地矿局第六地质大队研究人员新发现了中型规模的沙河湾钛磁铁矿床，说明坡北—笔架山一带基性-超基性岩仍具有较大的找矿前景。通过对沙河湾层状辉长岩体的岩相特征、矿体分布、分异程度较系统的研究，笔者总结沙河湾矿区成矿规律、探讨矿床成因，评价该矿成矿远景，同时对该带上钛磁铁矿找矿前景进行初步探讨。

1　区域地质背景

北山裂谷带位于中亚造山带南缘、塔里木克拉通东北缘，是塔里木陆壳的次一级构造单元。为在前寒武纪基底上于晚石炭—早二叠世造山后伸展阶段形成的陆壳裂谷(邓刚等，2011)。由于晚石炭世地幔岩浆强烈活动使得该区大量幔源岩浆上侵，侵入体发育，岩性从超基性、基性、中性至酸性岩均有出露。区内基性-超基性岩体产于陆壳板块内，岩体规模大，多成群成带出现，并与重力异常的重力梯级带和局部重力高值区及磁异常的分布关系密切，显示了它们形成期的空间条件与上部地壳演化及在成因上与上地幔物质的渗入有着密切的联系(卢鸿飞等，2012)。区域上可划分为2个超基性-基性岩带，沙河湾钛磁铁矿就位于笔架山基性-超基性岩带(即北带)东部(图1)。在该带西部已发现有红石山、蚕头山、笔架山二号、旋窝岭等多处铜镍矿(点)。

图1　沙河湾地区区域地质图Fig.1　Areal geological map of Shahewan area

2　矿区地质特征

区内华力西期岩浆活动剧烈，侵入岩分布广泛，岩石类型从基性到酸性岩均有出露。中酸性侵入体一般规模较大，多呈岩基产出，为复式岩体，岩石类型比较复杂。从整体来看，以酸性花岗岩为主体，次为闪长岩及花岗闪长岩。沙河湾含钛铁辉长岩体分布于坡北、蚕头山、笔架山等一系列超基性杂岩体的东部，与其同时期成群成带出现。

矿区位于华力西中期中酸性复式岩体的中东部，地表出露为M1、M2两个近椭圆状岩体，长轴方向北东，向南东侧伏,中部为第四系所覆盖，覆盖层厚度大于3m。结合物探重力异常资料分析，这2个岩体可能是同一个岩体，为中间凹陷、两侧隆起的鞍形盆状岩体。主要岩性为辉长岩，按照其暗色矿物的含量划分为暗色辉长岩和苏长辉长岩，两者之间为渐变过渡，其结晶颗粒从中粗粒、中粒、中细粒均有出露。鉴于前期在M2岩体未投入工作，本次主要针对地表出露的M1岩体进行研究(图2)。

1.苏长辉长岩相；2.暗色辉长岩相；3.辉绿岩脉；4.低品位矿体及编号；5.工业矿体及编号；6.钻孔及编号图2　沙河湾矿区地质简图及钻孔剖面图Fig.2　The geology plane map of the Shahewan ferric ore district

2.1M1岩体特征

M1岩体呈透镜状产出，长轴方向近北西向，总体走向近154°，岩体平面形态呈长条状产出，与围岩花岗岩呈明显的侵入接触关系，接触界线清晰，接触带上花岗岩可见明显的重熔特征。长约1.55km，最大宽度为770m，最小宽度为150m，平均宽约400m，出露面积约0.62km2，岩体向南东方向侧伏，倾角48°～60°。岩体规模小，岩体分异演化趋势明显，主要岩性为暗色辉长岩、苏长辉长岩。

岩相特征:M1岩体自南向北基性程度逐渐升高，各岩相产状基本一致，具典型的同期次喷发韵律特征，可进一步划分为苏长辉长岩相、暗色辉长岩相。两者之间为渐变过渡，界线不明显，其中,苏长辉长岩相是该岩体的主岩相，分布于岩体的南部，因其在成岩期富含大量钛磁铁矿，是区内重要的重力结晶分异成矿阶段。

(1)苏长辉长岩相。广泛分布于M1岩体南部，呈条带状产出，出露面积占岩体面积约为70%，长700～800m，宽150～200m，是M1岩体的主要岩相之一。岩体就位时间早于暗色辉长岩相。

苏长辉长岩中可见辉石的纤闪石化，角闪石多具次闪石化。该岩相一般富含Fe-Ti矿物，其中以钛磁铁矿为主，钛磁铁含量较低，不足钛铁氧化物总量的1/5，多见陨铁状结构、浸染状分布的Fe-Ti矿物，局部可见条带浸染状。本次工作所圈定的16-40号矿体均赋存于该岩相中，是寻找钛磁铁矿的目标岩相。

(2)暗色辉长岩相。主要分布在M1岩体的北部，与早期花岗岩体呈侵入接触关系，呈似层状产出，出露面积不大。由于在岩浆房的分液作用下，暗色辉长岩岩浆位于岩浆房底部，其中早期岩浆结晶形成的钛铁矿含量明显高于苏长辉长岩相，呈半自形粒状-少量板状及少量陨铁集合体状浸染状分布于暗色矿物集中部分的近侧，晚期岩浆熔离形成的钛磁铁矿对其起到了叠加富集的作用。

2.2岩石学特征

岩石化学成分及数值特征见表1。从表1看出：m′值为20.9～35.5，均位于20～40区间内；各岩石 SiO2含量为30.52%～53.52%；CaO含量为3.81%～9.53%；Na2O含量为0.60%～3.98%；MgO、K2O、Al2O3偏低：各类岩石的碱度值(里特曼指数)小于4，岩石碱度指数小于2，属碱性岩；固结指数为12.9～23.11，岩石属基性岩浆岩。

氧化物-LogSI图：氧化物与岩石固结指数变异图能较好的反映岩浆岩分异程度，固结指数与岩体的基性程度呈一定的正比关系。从投影上看(图3)，MgO、Na2O+K2O及Al2O3的线性特征较为明显，其中，MgO随着固结指数的增加而增加，表明在岩浆分异过程中MgO的演化总是朝着贫化的方向发展，故MgO的含量变化显著。MgO、Na2O+K2O及Al2O3随着固结指数的增加而减少，分散性较强，说明岩浆分异不完整，但总体上线性特征表明岩浆演化朝着贫镁、富硅、富铝、富碱的方向发展。

表1　沙河湾岩体岩石化学特征统计表

岩石酸碱度与钙碱富集度Calk/m-aSi图解：梅厚钧(1973)通过对暗色侵入体岩石化学的研究，认为岩体酸碱度与钙碱富集度不同与不同的矿产有关。将含矿岩石酸碱度与钙碱富集度两参数投影(图4)，沙河湾钛磁铁矿M1岩体内的暗色辉长岩相与苏长辉长岩相岩石成分均落于碱钙系列岩石中，为钒钛磁铁矿的取值区间，有利于钒钛磁铁矿的形成。

图3　沙河湾岩体氧化物-LogSI变异图Fig.3　Oxide -LogSI variation diagram of Shahewan rock

图4　沙河湾岩体Calk/m-aSi图解Fig.4　Calk/m-aSi graphic of Shahewan rock

镁铁比值(m/f)其对研究基性、超基性侵入体与成矿关系具有重要意义。吴利仁教授(1963)通过对中国166个基性、超基性岩体岩石化学的研究，指出了通过镁铁比值确定岩体含矿类型的指标区间：镁铁超基性岩m/f为6.5～14，与铬铁矿成矿有关；铁质超基性岩m/f为2～6.5，与硫化铜镍矿床及铂矿床成矿有关；铁质基性岩m/f为0.5～2，则无矿；富铁质基性岩m/f<0.5，与钒钛磁铁矿床成矿有关。

通过对矿床主要基性岩镁铁比值计算，得到位于0.2～0.32内指示沙河湾基性岩体为富铁质基性岩，成矿有利于钒钛磁铁矿的形成。

2.3岩体分异及矿化特征

根据氧化物与岩石固结指数变异图可以看出，总体上岩浆分异程度不高。矿体与围岩矿物成分一致，钛磁铁矿、钛铁矿等有用矿物在韵律层底部相对富集形成矿体。浸染状矿石与围岩呈渐变关系，条带状产状一般与围岩接触界线产状一致。苏长辉长岩相相对分布在M1岩体的南部，暗色辉长岩相相对分布在岩体北部，由此笔者认为苏长辉长岩相是岩体中央相，暗色辉长岩相是岩体边缘相，边缘相出露不稳定且连续性较差，在北部甚至直接与花岗岩体接触，冷却速度较快，分异程度较差。矿区内地表矿体规模不均，其延展方向受岩相界线控制明显，随岩相界线的变化趋势而变化，呈层状、似层状、透镜状，总体产状变化不大。有用组分为铁，伴生有益组分钛。

3　矿床地质特征

3.1矿体特征

矿区按照岩相划分为2个矿带(即2个岩相带)，圈出40个矿体，探获资源量近7 500万t。

暗色辉长岩矿带：赋存于暗色辉长岩相中，圈出15个矿体(编号1～15)，除8、10号矿体为隐伏矿体外，其余全部出露于地表。其中,11号矿体为本矿带的主要矿体，矿体走向长大于500m，控制斜深438m，隐伏于地下的矿体离地表最近227m。平均厚度为48.52m,最大厚度可达132.3m。矿体形态呈似层状、层状，倾向北东，走向上由西向东呈变缓趋势，倾向上向深部呈变厚趋势。

矿体顶底板岩性与含矿岩性一致，均为暗色辉长岩。矿体平均品位为TFe17.03%，TiO23.93%。矿石类型以海绵陨铁状结构、星散浸染状矿石为主，另在矿体底部低品位矿石中还见有半自形-他形粒状结构矿石。

苏长辉长岩矿带：赋存于苏长辉长岩相中，圈出25个矿体(编号16～40)，其中25、34、37、38、39、40号矿体为隐伏矿体，其余矿体均出露于地表。35号矿体为本矿带的主要矿体，地表仅在3线附近见有出露，深部由9个钻孔的控制，矿体走向长大于1 100m，控制斜深553m，隐伏于地下的矿体离地表最近148m，平均厚度为13.21m，最大厚度为21.17m，矿体形态层似层状、层状，随苏长辉长岩相起伏变化而变化，倾向北东,向东南方向明显侧伏，且矿体厚度有变薄的趋势。

矿体顶底板围岩与赋矿岩性均为苏长辉长岩。矿体平均品位TFe19.69%，TiO24.77%。岩石类型以中等浸染状矿石为主，其次为条带状矿石、稀疏浸染状矿石。其余矿体规模较小，仅有少量工程控制，工作程度也相对较低。

该矿床均有苏长辉长岩相带较暗色辉长岩相带含矿性好，但暗色辉长岩相带中矿体厚度相对较大等特点。苏长辉长岩矿带与暗色辉长岩矿带相比，具有以下特点：有益组分mFe、TiO2含量稍高，(mFe+TiO2)/TFe苏长辉长岩矿带中约为1∶2，而暗色辉长岩矿带中约为1∶3.5；TFe含量苏长辉长岩中分布较均匀，多为15%～25%，而暗色辉长岩矿带中变化较大，变化区间为13%～36%；主矿层厚度苏长辉长岩矿带较暗色辉长岩矿带要小。

3.2矿石特征

沙河湾钛磁铁矿矿石以钛磁铁矿、钛铁矿、少量磁铁矿为主。其中，钛磁铁矿占主要地位，相对含量在80%以上，钛铁矿、磁铁矿分别占15%、5%。特别是磁铁矿，主要在苏长辉长岩相底部韵律层中可见，多呈他形粒状被包裹在辉石中。其他金属矿物主要有褐铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿、金红石、白钛矿、镍黄铁矿、黄铜矿等，含量较低。

脉石矿物主要为辉石、斜长石、橄榄石、角闪石、磷灰石、黑云母、磷灰石及次生蚀变矿物蛇纹石、滑石、绿泥石、纤闪石等，有时可见少量方解石等(表2)。

表2　矿物成分表

钛磁铁矿-钛铁矿-磁铁矿：是矿石中主要的富钛铁矿物，分布广泛，三者常紧密伴生，呈浸染状分布。钛磁铁矿呈半自形粒状，少量板状，部分有钛铁矿晶片存在，部分有微弱非均性存在；钛铁矿呈半自形粒状-熔蚀他形粒状，很少板状，磁铁矿多浑圆半自形粒状，三者多伴生存在，大部分呈陨铁集合体状多赋存于暗色矿物晶粒间或暗色矿物外侧与斜长石粒间，钛磁铁矿含量明显高于钛铁矿、磁铁矿，约占集合体的4/5，可包裹细小磷灰石，常有似反应边黑云母不完整包裹存在。小部分呈细小溶蚀半自形板状-粒状存在于暗色矿物集中的部位，赋存于暗色矿物粒间或近侧，钛铁矿含量明显高于钛磁铁矿、磁铁矿，约占集合体的3/5，多赋存于基性程度较高的韵律层底部。

辉石：以单斜辉石为主，少量斜方辉石，多呈0.4～3.5 mm他形粒状-半自形柱状，多有角闪石反应边，形态较斜长石自形度高，且常集合体状存在，可包含少许细小半自形粒状磷灰石或钛铁矿。

斜长石：半自形板状-他形粒状，粒径0.35～3 mm，多0.7～1.2 mm，多呈集合体状分布于辉石集合体粒间。

3.3矿石组构特征

据主要有用矿物钛磁铁矿、钛铁矿、磁铁矿的特征及其空间分布，划分矿石结构构造如下。

3.3.1矿石结构

钛磁铁矿矿石结构主要有：陨铁结构、半自形粒状结构、半自形粒状-陨铁结构。

陨铁结构：钛磁铁矿-钛铁矿-磁铁矿常呈1～2.5mm集合体状伴随辉石较多的部位存在，充填于早期晶出的辉石晶粒间呈他形胶结状产出。

半自形粒状结构：随辉石、少量橄榄石同期结晶的钛铁矿-磁铁矿等金属矿物呈0.1～0.4mm的半自形粒状包含或伴生在这些暗色矿物的近侧。

半自形粒状-陨铁结构：少量早期金属矿物呈半自形粒状分布在暗色矿物(辉石、少量橄榄石)的近侧，大量后期结晶的钛磁铁矿、磁铁矿等金属矿物主要呈陨铁集合体状伴随辉石较多的部位存在。

3.3.2矿石构造

钛磁铁矿矿石构造主要为浸染状构造：岩石中辉石多呈0.3～2mm半自形柱状，多呈条带状集中，陨铁集合体状金属矿物形状不定，集合体粒径多为2～10mm，在该条带中较均匀分布。随着金属矿物含矿由多到少又进一步划分为条带浸染状构造、中等浸染状构造、星散浸染状构造。

4　矿床成因分析及找矿标志

岩浆物质自身分异作用，与相适应的构造活动共同综合作用，最终才能形成具体的岩体(王玉往等，2006)。高序次超壳深大断层(红柳河深大断裂)，因其切穿地壳到达上地幔，是地幔物质上涌通道，在地壳深处形成一个岩浆房，较低序次的北东向构造是岩浆侵入的通道，经过分异了的岩浆在有利的构造部位聚集形成岩体。

4.1矿床成因分析

沙河湾含钛铁辉长岩体位于北山裂谷内，红柳河大断裂北侧，是笔架山基性-超基性岩带东延部分，结合前人在红石山、笔架山等岩体测定的同位素年龄，该岩带年龄为260～286Ma(夏昭德，2015)，推测该岩体形成于华力西晚期。这一时期，北山裂谷进行拉张后的稳定阶段，构造活动逐渐减弱，岩浆结晶分异作用逐渐趋向终结(孙赫等，2010)，形成含矿基性岩体。

首先，早期岩浆沿地幔上侵过程中，随着温度和压力的不断降低，在分液作用下，暗色矿物下沉至岩浆房底部，大量铁钛氧化物悬浮于岩浆房中部，仅少量钛铁氧化物在底部与橄榄石、辉石等暗色矿物首先结晶形成早期岩浆分异型半自形粒状钛磁铁矿(段成龙等，2000；周美夫等，2005)。在热动力作用的驱使下，岩浆沿有利构造部位开始上侵就位，据E. D.jackson(1961)、SERENSON(1970)和MCDIRNEY A.R(1979)等提出的岩浆底部结晶作用说，在岩浆就位冷却过程中，富钛铁氧化物熔融体在底部结晶带中首先富集，形成铁钛氧化物富集而硅酸盐组分贫化的结晶带，由于岩体规模较小，冷却速度较快，铁钛氧化物不能有充足的时间下沉，就形成了自形晶的硅酸盐脉石矿物，而半自形、他形晶的铁钛金属矿物(以钛磁铁矿为主)充填于自形程度较高的硅酸盐矿物晶粒间，并最终形成海绵陨铁结构。

基于这一成矿作用形成的各矿层内，下部富含金属矿物贫硅酸盐矿物，向上硅酸盐矿物含量逐渐升高，而金属矿物含量逐渐降低，这一特征正与沙河湾钛磁铁矿同一岩相中各矿层矿物组分的韵律变化特征一致。综上所述，将沙河湾钛磁铁矿矿床成因概况为与层状辉长岩有关的岩浆分异熔离型钛磁铁矿床。

4.2找矿标志

矿区系统的测量了各岩性磁化率，工区内磁性最强的为钒钛磁铁矿石，K值的几何平均值最高为39 193×10-64πSI，Jr值的几何平均值最高为283 503×10-3A/m；区内引起磁异常的主要因素是基性岩体，辉长岩的K值几何平均值为9 325×10-64πSI，Jr值几何平均值为121 571×10-3A/m；而大面积分布的花岗岩呈中弱磁性，形成了区内低缓的背景区(董连慧等，2011)。从1∶2 000高精度磁测分析出3处异常，其中，C1、C2异常与地表出露的辉长岩体吻合度较好，异常范围与辉长岩体范围基本一致，高磁异常中心与钛磁铁矿体相对应，多呈层状分布，是良好的找矿标志。而西南部的C3异常对应地表为中弱磁性的花岗岩区，推测异常可能是由深部隐伏的辉长岩体所引起，有待进一步工作验证。

北山裂谷内发育有坡北、红石山、蚕头山等基性岩带，其主体均为辉长岩，其岩体出露长度70～130 km，宽度1～12 km，出露面积达1 276 km2(邓刚等，2011)。根据1∶5万区域航磁显示，在坡北、红石山、蚕头山岩带中均有52～633nT的带状或环状高磁异常，地表对应于大面积暗色辉长岩或苏长岩，出露面积达32.4 km2，根据沙河湾钛磁铁矿岩体含矿率，计算区域上500 m以浅与基性岩有关的结晶分异型铁矿远景资源量可达24.3亿t。

5　成矿远景分析

沙河湾矿区岩体地表出露规模较小，岩性较稳定，从钻探成果显示，矿体在深部具有较好的延伸，矿体总体呈层状、似层状。从地质条件、地球物理特征上，展示该区具有较好的找矿前景，同时也为该区在同类型矿床的勘探上提供一定的借鉴作用。

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Geological Characteristics and Prospecting Significance of Shahewan Titanium Magnetite Deposit in Ruoqiang County, Xinjiang

GUO Tao, LIN Mingming,GUO Yongming,QIU Zhenhua,LIANG Bin,LIU Yong

(No.6 Geological Survey Team,Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource Exploration, Hami 839000, Xinjiang,China)

The Shahewan titanum magnetite deposit is produced in the eastern part of Bijiashan basic-ultrabasicrock belt, which is occurred in layered gabbro. Recently, dozens of ore bodies have been found in this deposit, with length of several tens of meters to one kilometer, with total explored resources reach to medium scale, and this deposit belongs to a typical magmatic differentiation and separation type. In this deposit, the geophysical and magnetic anomalies are consistent with the basic roch-mass, the core of high magnetic anomaly shows layered distribution, which is consistent with the distribution of titanium magnetite ore bodies in the surface, suggesting that this area still has a great prospecting potential. In this paper, the genisis of the Shahewan titanium magnetite deposit has been analyzed from the aspect of metallogenic geological characteristics, which provide a reference for prospecting the same type of ore deposits in this rock belt.

ore deposit geology;titanium magnetite;genesis of ore deposit; layered gabbro;

2016-03-03；

2016-04-19

中国地质调查局发展研究中心(1661SITCN131/33)项目资助

郭涛(1984-)，男，山东鱼台人，工程师，2006年毕业于新疆大学资源勘查工程专业，获学士学位，主要从事区域地质矿产调查与勘探方面的工作。E-mail：123175417@qq.com

P618.47；P618.31

A

1009-6248(2016)03-0099-08