云南武定县撒普山钛铁砂矿地质特征及成因

孙 鹏，陈朝增

(1.云南省国土资源规划设计研究院，云南 昆明 650216 ；2.云南省有色地质局楚雄勘查院，云南 楚雄 675000)

钛及其氧化物、合金产品是重要的涂料、新型结构材料、防腐材料，被誉为“继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”，在航空、军工、冶金、化工、机械、环境保护、医疗器械等领域有着广泛的应用，在国民经济发展中有其重要的地位和作用。云南的钛矿资源非常丰富，勘探结果显示，仅该省的富民、禄劝、武定三个县境内已探明的钛铁矿储量达二千万吨，矿石品位达百分之四十至四十九。武定撒普山钛铁砂矿位于武定县城近北方向，平距约7Km。本文通过资料搜集及实地考察和分析，对武定撒普山钛铁砂矿的矿床特征及成因进行了初探。

1 区域地质背景

矿区位于康滇地轴和滇东台褶带，区域主要构造总体为近南北向展布，区内褶皱构造以向斜开阔，背斜狭窄为特征，其形态常因断裂破坏而不完整。断裂以近南北向的走向压扭性纵断层起主导控制作用，具多期活动特征。岩浆活动频繁，大部分为基性侵入岩，岩石类型较简单，主要为辉长辉绿岩及辉绿岩，辉长辉绿岩是该区钛铁砂矿的母岩。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

矿区地处中山地形地貌区，植被发育，浮土覆盖较厚。区内出露地层主要为第四系(Q)、奥陶系(O)、寒武系(∈)、震旦系(Z)。各地层单元特征由老到新简述如下：

(1)震旦系上统灯影组(Zbdn)：上部岩性为灰、粉红、深灰色中-厚层状细晶白云岩、白云质灰岩，硅质白云岩，下部岩性为紫红、灰绿色薄层泥岩、页岩夹钙质泥页岩、粉砂岩，褐黄色薄层含锰粉砂岩、黄色薄层泥岩。厚度>120m。

(2)寒武系下统沧浪铺组(∈1c)：灰褐色～灰绿色页岩夹灰褐-浅黄色薄层粉砂岩、粉砂质泥岩、薄层炭质泥岩，厚度50m～140m。与下覆地层呈假整合接触

(3)寒武系下统筇竹寺组(∈1q)：灰色、黄灰色页岩、泥岩夹褐黄色薄层状粉砂岩、白云质灰岩，厚度50m～150m。

(4)寒武系下统龙王庙组(∈1l)：灰色薄-中层状白云质灰岩夹薄层紫红色泥岩、粉砂岩、角砾状灰岩，厚35m～126 m。与下覆地层呈整合接触。

(5)寒武系中统西王庙组(∈2x)：紫红色、灰黄色粉砂岩夹薄层泥岩、泥灰岩，厚约139m；

(6)寒武系上统娄山关组(∈3ls)：灰色中层状白云岩、白云质灰岩夹粉砂岩、泥灰岩；

(7)奥陶系下统红石崖组 (O1h)，紫灰色中层、薄层状泥质粉砂岩、紫红、灰绿色泥岩夹砂岩，厚度>150m，与下覆地层呈平行不整合接触；

(8)下奥陶统汤池组(O1t)：灰绿色页岩夹含锰砂岩，厚45m～100m，与下覆地层呈平行不整合接触。

(10)第四系(Q)：为现代冲积、洪积、洞穴堆积和坡积、风化残积层。厚0～15m。

2.2 地质构造

矿区位于发窝-中干河南北纵向深大断裂东侧。区内构造主要表现为走向北东-南西向或北西南东向的单斜构造(图1)，岩层倾角平缓，一般20°～40°左右；褶皱构造及节理、裂隙不发育。

图1 武定撒普山钛铁砂矿区地质图Fig 1.Geological Sketch Map of Gaosong Orefield，Gejiu E Area

2.3 岩浆岩特征

矿区为华力西期侵入岩体呈岩脉、岩株状产出，长达数公里，向东延伸至禄劝县境内，出露宽约600m～2000m；撒普山岩体呈近东西向转南北向分布，向北延伸出图，呈岩床产出，长3000m，向东、向北延伸出图。出露面积约3.0Km2，岩石类型主要为辉长辉绿岩，岩体围岩主要为寒武系。

辉长辉绿岩石呈灰-灰黑、绿灰黑色，块状构造、致密坚硬，岩石的结构类型主要为辉绿结构。矿物颗粒一般为细至中粒状。斜长石多呈半自形～自形的长柱状或板状出现，粒径0.2mm～2.5mm，一般为0.5mm～2mm，个别达3mm～5mm；暗色矿物(主要为易变辉石)多为它形至半自形粒状，粒径0.5mm～3mm，个别达3mm～5mm或小于0.5mm。

岩石主要由斜长石和易变辉石组成，其次为橄榄石、石英、钾长石、金属矿物(磁铁矿、钛铁矿)和黑云母、角闪石。次生矿物主要为绢云母、粘土矿物、绿泥石、次闪石、蛇纹石、绿帘石等。橄榄石、石英、钾长石在岩石中含量变化很大。

矿区围岩蚀变主要为易变辉石的次闪石化、绿泥石化，斜长石的绢云母化、绿泥石化、粘土化等，橄榄石的次闪石化、蛇纹石化。钛铁矿也往往蚀变为白钛石。

3 矿床地质特征

3.1 矿层特征

矿区钛铁砂矿体呈似层状产于含钛铁矿的辉长辉绿岩风化壳内及其附近地形有利部位(图1)，属于风化残(坡)积型钛铁砂矿。其成因为含钛铁矿的辉长辉绿岩风化次生富集成矿。钛铁砂矿化体大部顺山坡分布于项目区中部，呈面状产出，产状与地形坡度一致，并严格受其控制，厚度0～20m不等，在地表基本上呈近东西向和南北向分布于矿区中部。

区出露的钛铁砂矿层主要是辉长辉绿岩在物理、化学风化作用下形成的残、坡积层，分布在项目区的中北部及东南部，其深度严格受母岩风化程度、地形地貌等因素控制，一般垂深1m～10m左右。为辉长辉绿岩残余结构、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，往深部粘土相对减少，砂质和岩屑相对增加，颗粒增大。根据成因分为风化残积型、坡积型两类。由于含矿基性岩体由表及里风化程度的差异，导致风化壳呈现分带性。

3.2 矿体特征

区内钛铁砂矿主要分布于项目区中部及东部，呈似层状产于含钛铁矿的辉长辉绿岩风化壳内及其附近地形有利部位，属于风化残坡积型钛铁砂矿。其矿体呈不规则面状分布于项目区中部，产出标高为1960m～2286m。南北出露近1500m，东西出露约250m～1100m。呈似层状顺坡产出，倾角3°～23°。面积约1.5km2。一般铅厚约0.5m～9.0m。根据分析结果该矿体矿化不均匀，矿石品位变化较大。

3.3 矿石质量

原矿为未经淘洗的残坡积砂矿，颜色为土红色、浅黄绿色、灰黄色。原矿主要矿物组分为：粘土、磁铁矿、钛铁矿、石英砂等，其中粘土是主要组分，粘土矿物未鉴定，据初步统计，各类矿石中粘土含量平均值为：红土型粘土含量60%～86.42%，砂土型粘土含量77.74%～81.42%，除粘土外，不同程度的含有基性岩风化残碎石、岩屑、砂粒。原矿含TiO25.97ω%～7.41ω%，Fe16.58ω%～18.0ω%。

净矿为样品精陶后的砂矿，颜色为黑色，净矿主要矿石矿物组分为钛铁矿、磁铁矿，微量金红石、板钛矿、锐钛矿、白钛石、锆石及赤铁矿、褐铁矿等，其矿石矿物特征如下：

(1)钛铁矿(FeTiO3)：为黑色，强金属光泽，呈板状、碎屑状，粒径0.05mm～1.00mm，具弱磁性。

(2)磁铁矿(Fe3O4)：为黑色、黑褐色，半金属光泽，碎屑状，粒径0.01mm～1.20mm，具强磁性。

(3)锐钛矿：淡黄色，蓝色，金属光泽，不规则粒状，粒径0.1mm～0.2mm。

3.4 控矿因素

对钛铁砂矿形成的地质条件来讲，必须要有钛铁砂矿的物质来源和堆积场所。钛铁砂矿主要赋存于岩体风化壳和不同成因类型的疏松的近代堆积层中，而富集程度与含钛基性岩体的含矿性、风化程度及岩体附近第四系地质、地貌的发育程度有着密切的联系。风化作用形成的矿床，气候是控制成矿的主导因素，物质来源对矿床的形成亦是重要的条件。

雨量和温度是影响气候的两个基本因素。该区气候温和，雨量比较充沛，干湿季分明，无霜期较短。这样的气候条件可能自晚第三纪以来就已形成，炎热条件促进风化壳的发育，形成亚热带气候特有的风化壳。在上述气候条件下，在一定的地质时期中，所有地质体都可能形成风化壳，而作为在内生条件下形成的基性岩体，在面积暴露地表时，由于物理、化学条件的改变，失去了原来的平衡，更容易发生物质改造，建立新的平衡，其结果：易溶物质被溶解流失，稳定元素则相对富集。根据一般情况，辉绿岩的体重值大约在2.8～3t /m3之间，而风化壳物质的体重值为1.5～1.7t /m3，也就是说，经风化作用每立方的基性岩体要流失1.2～1.3t的物质，按其Ca、Mg、Na、K、Si五种元素的化合物，在两种岩石中的重量百分比计算，总淋失量约为1.3 t /m3，而Al及Ti则基本保持原来的含量残留于原岩中，而显得相对富集，为钛铁砂矿的形成提供了物质基础。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成矿规律

区内钛铁砂矿呈似层状顺坡产出，产状与地形坡度一致，且严格受含矿层位辉长辉绿岩及地形的严格控制。区内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。一般风化壳坡积型钛铁砂矿纵向分布在垂深8m以上(但这与矿体及围岩产状等因素有关)，其下为砂泥岩，而残积型钛铁砂矿分布在垂深15m以上，以钛铁矿和磁铁矿为主(图2)。

图2 撒普山钛铁矿矿区小图井SYJ1001素描图Fig 2.Geological Section of Gaosong Orefield

4.2 矿床成因

钛铁砂矿床的形成是富钛基性岩经过长期的物理风化、化学风化作用，岩体表层发生崩解，在岩体表层形成了结构疏松的风化壳。在风化壳中一些易溶易分解及密度较小的物质被淋滤带出，而原来在基性岩体中呈分散状态的副矿物钛铁矿、磁铁矿等解离成有用金属矿物就地沉积并相对富集，从而形成具有工业意义的钛砂矿床。矿床成因属风化作用形成的风化壳型钛铁砂矿床。

结合成矿地质背景及成矿作用，本区钛铁砂矿床成一是含钛铁的辉长辉绿岩经物理、化学风化作用，在原地经进一步淋滤富集形成风化壳残积型钛铁砂矿床。二是含钛铁的辉长辉绿岩经物理、化学风化作用后，通过短距的搬运与白云岩风化的土一起堆积于地形缓坡及地形低洼地段形成风化壳坡积型钛铁砂矿床。

4.3 找矿标志

本区钛铁砂矿找矿标志为：

(1)主要沿辉长辉绿岩体(βμ4)的出露地带找矿；

(2)在地表雨水冲沟中注意观察有无黑色具金属光泽的钛铁矿物存在；

(3)检测地表风化土层有没有磁性矿物的存在。

5 结论

武定撒普山钛铁砂矿位于康滇地轴(康滇台背斜)和滇东台褶带(滇黔褶皱区)之间，矿床产于风化辉长辉绿岩体的上部，呈似层状顺坡产出，产状与地形坡度一致，且严格受含矿层位辉长辉绿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，在原地经进一步淋滤富集形成风化壳残积型钛铁砂矿床；含钛铁的辉长辉绿岩经物理、化学作用风化后，通过短距的搬运与白云岩风化的土一起堆积于地形缓坡及地形低洼地段形成风化壳残坡积型钛铁砂矿床。