貴州西部龍場(chǎng)玄武巖型鈦礦床地質(zhì)特征及成因

莫光員，吳啟美，邢顯波，金中國(guó)，曾道國(guó)

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 核資源地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽(yáng) 550005；2.貴州師范大學(xué) 貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550001；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 二總隊(duì)，貴州 六盤水 553004；4．貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州 貴陽(yáng) 550005；5．貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，貴州 貴陽(yáng) 550005)

0 引言

川滇黔地區(qū)峨眉山玄武巖是我國(guó)唯一被國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)可的大火成巖省，前人從峨眉山玄武巖的分布、巖石學(xué)、地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)、沉積學(xué)、形成機(jī)制等方面對(duì)峨眉山玄武巖進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，取得了豐富的研究成果[1-5]。然而，對(duì)于大火成巖省東部的貴州境內(nèi)玄武巖研究相對(duì)較少，研究?jī)?nèi)容主要為玄武巖基本特征及成礦作用[6-9]，研究成果未針對(duì)龍場(chǎng)玄武巖型鈦礦床開展研究。貴州西部龍場(chǎng)玄武巖型鈦礦床位于貴州省水城縣南部，距水城縣城102 km，行政區(qū)劃屬水城縣龍場(chǎng)鄉(xiāng)管轄。2014—2016年，筆者作為項(xiàng)目總技術(shù)負(fù)責(zé)人，開展了龍場(chǎng)鈦礦床的普查工作，初步圈定6個(gè)鈦礦體，估算(333+334?)資源量數(shù)千萬(wàn)噸，達(dá)到大型鈦礦床規(guī)模。本文在野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合巖礦鑒定資料及樣品分析結(jié)果，總結(jié)礦床地質(zhì)特征，初步分析礦床成因，以期為下一步的找礦工作提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

龍場(chǎng)鈦礦普查區(qū)大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子陸塊西南緣褶沖帶之六盤水疊加褶皺帶中—南部(圖1)。區(qū)域上構(gòu)造特征復(fù)雜，構(gòu)造格局受江南古陸西緣的埡都—紫云NW向深大斷裂和康滇古陸東緣的小江SN向深大斷裂以及彌勒—師宗—安順NE向深大斷裂控制[10-11]。該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)頻繁，深大斷裂為地球深部與淺表創(chuàng)造了物質(zhì)和能量交換的條件[9]，為貴州西部鉛鋅礦[12-14]、銅礦[15-16]、金礦[9，17]、鐵礦[18-20]等特色礦床的形成奠定了基礎(chǔ)。區(qū)域出露地層以泥盆系、石炭系、二疊系為主，尤以石炭系和二疊系分布廣，厚度大。巖漿巖出露有峨眉山玄武巖和輝綠巖體，其中峨眉山玄武巖出露面積約3000 km2，一般厚幾百至上千米，最厚達(dá)1249 m，整體呈西厚東薄[6，21]。據(jù)徐義剛等[22]研究成果，區(qū)內(nèi)為高鈦玄武巖分布區(qū)，高鈦玄武巖厚度大，分布大面積廣，為鈦富集成礦提供了豐富的物質(zhì)來源。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[21]修改)

Fig.1 Tectonic location map of the study area

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦床基本特征

龍場(chǎng)鈦礦床位于六盤水疊加褶皺帶中—南部的龍場(chǎng)向斜北西翼。龍場(chǎng)向斜軸向NE，核部出露地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)，兩翼依次為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3em)和中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)，地表地洼處分布有第四系(Q)殘坡積物。茅口組為灰色中—厚層塊狀灰?guī)r，局部含燧石結(jié)核、生物碎屑，厚46～177 m，未見底。峨眉山玄武巖組厚303～689 m，分為3個(gè)噴發(fā)旋回，各旋回之頂一般為厚0～5 m的暗紅色凝灰?guī)r、黏土質(zhì)凝灰?guī)r，其中第一噴發(fā)旋回(P3em1)以強(qiáng)爆發(fā)溢出為主，形成具角礫—塊礫級(jí)粗火山碎屑巖以及熔巖，厚94～157 m；第二噴發(fā)旋回(P3em2)為廣泛的寧?kù)o溢出，形成巨厚—厚層狀熔巖，厚185～384 m；第三噴發(fā)旋回(P3em3)主要為弱爆發(fā)形式，多為細(xì)火山碎屑巖與熔巖互層，厚124～148 m，其頂部為強(qiáng)蝕變玄武巖、杏仁玄武巖和拉斑玄武巖，局部夾含鐵泥質(zhì)硅質(zhì)巖和含凝灰質(zhì)氧化鐵質(zhì)黏土巖，是區(qū)內(nèi)鈦礦的含礦層。龍?zhí)督M由灰—深灰色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖及煤組成，局部含1～2層煤，產(chǎn)大羽羊齒、帶羊齒、細(xì)羊齒等植物化石，產(chǎn)稀少的瓣鰓類、腹足類及腕足類動(dòng)物化石，厚0～35.86 m，平均厚3.79 m，未見頂。第四系主要為殘坡積物，上部常含細(xì)粒風(fēng)化玄武巖黏土，下部常含大量玄武巖礫石，一般粒徑為3～15 cm，厚0～11.65 m。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅發(fā)育F1和F2兩條斷層(圖2)。其中F1為區(qū)域性蘭花箐張扭性斷層，分布于礦區(qū)北西側(cè)，斷層走向30°～50°，傾向NW，傾角75°，地層斷距60 m；F2分布于礦區(qū)北東部，斷層規(guī)模小，走向NW，傾向SW，傾角76°。斷裂構(gòu)造對(duì)礦體影響不大。巖層傾向變化較大，傾角較緩，傾角為3°～19°，平均14°。

2.2 含礦層地質(zhì)特征

龍場(chǎng)鈦礦床產(chǎn)于峨眉山玄武巖組第三噴發(fā)旋回頂部的含礦層中。根據(jù)礦區(qū)50個(gè)鉆探工程、1007件化學(xué)樣、15件巖礦鑒定樣統(tǒng)計(jì)[23]，含礦層厚0～38.04 m，平均厚15.04 m；w(TiO2)為3.16%～9.34%，平均5.30%。據(jù)含礦層巖性、顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦石礦物組成及鈦含量變化特征，可分為上含礦層和下含礦層(表1)，其特征如下：

1)上含礦層為土黃色、褐黃色、灰白色塊狀強(qiáng)蝕變玄武巖，局部夾褐紅色、灰綠色強(qiáng)蝕變玄武巖、含鐵泥質(zhì)硅質(zhì)巖；巖層受地表風(fēng)化、淋濾作用強(qiáng)烈，黏土化程度較高，常夾土黃色、灰白色含凝灰質(zhì)鐵質(zhì)黏土巖，局部可見風(fēng)化鐵殼層；節(jié)理裂隙發(fā)育，局部可見杏仁、氣孔構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面常見綠泥石化、褐鐵礦化。上含礦層厚0～34.18 m，平均厚9.14 m；w(TiO2)為4.44%～9.34%，平均5.80%；為礦區(qū)主要含礦層，含1～3層礦。

圖2 貴州西部龍場(chǎng)鈦礦床地質(zhì)略圖

Fig.2 Geological sketch map of Longchang titanium deposit in West Guizhou

1—地質(zhì)界線 2—斷層及編號(hào) 3—鈦礦體及編號(hào)

表1 龍場(chǎng)礦區(qū)含礦層特征

注：據(jù)貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)資料，2018。

2)下含礦層為灰綠、灰、深灰色杏仁狀、塊狀玄武巖，局部夾灰黃、紫紅色蝕變玄武巖或灰黃、灰白色黏土巖，底部偶見1～2.45 m的灰綠色凝灰?guī)r；常見杏仁狀、氣孔狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育；局部蝕變較強(qiáng)，風(fēng)化作用較強(qiáng)烈，可見綠泥石化、黃鐵礦化；局部見風(fēng)化鐵殼層。下含礦層厚0～23.54m，平均厚5.90 m；w(TiO2)為3.16%～6.89%，平均4.79%；局部含1層礦。

3)下伏巖層為第三噴發(fā)旋回中上部的灰綠色、灰—深灰色致密狀、塊狀拉斑玄武巖，局部夾細(xì)脈狀石英、弱蝕變玄武巖；節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部可見杏仁、氣孔構(gòu)造，結(jié)構(gòu)面常見少量綠泥石化、炭瀝青化、黃鐵礦化。該層w(TiO2)為3.14%～4.95%，平均3.80%。

上覆巖層為龍?zhí)督M煤系或第四系殘坡積物，其中龍?zhí)督M煤系w(TiO2)為1.93%～4.96%，平均3.55%；第四系殘坡積物w(TiO2)為2.08%～5.33%，平均3.97%。

總體上，含礦層及其上覆、下伏巖層w(TiO2)均大于2.8%，具有高鈦背景值特征[22]，上含礦層的厚度和w(TiO2)大于下含礦層，w(TiO2)由含礦層向下伏和上覆巖層兩端逐漸降低。據(jù)鉆孔揭露含礦層及其上覆、下伏巖層結(jié)果(表2)[23]，50個(gè)鉆孔僅13孔揭露龍?zhí)督M，其巖層厚度由146～260 m[21]經(jīng)風(fēng)化剝蝕后僅殘留0～35.86 m；上、下含礦層鉆孔揭露比率分別為72%和90%，由上至下揭露比率為上升趨勢(shì)，以上特征反映了礦區(qū)含礦層及其上覆巖層沉積成巖后，經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕作用，造成了各巖層不同程度的缺失。

含礦層和第四系殘坡積物w(TiO2)均高于含礦層上覆龍?zhí)督M和下伏峨眉山玄武巖組第三噴發(fā)旋巖層，暗示經(jīng)淺表風(fēng)化淋濾及剝蝕作用后，TiO2相對(duì)富集。因此，風(fēng)化剝蝕作用可能是礦區(qū)TiO2相對(duì)富集成礦的主要原因之一。

表2 龍場(chǎng)礦區(qū)探礦工程揭露巖層情況

注：據(jù)貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)資料(2018)。

2.3 礦體特征

龍場(chǎng)礦區(qū)共圈定6個(gè)鈦礦體[23](圖2、表3)，礦體主要賦存于峨眉山玄武巖組頂部的強(qiáng)蝕變玄武巖含礦層中上部，呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。礦體長(zhǎng)200～1173 m，傾向延伸200～724 m，傾向NWW—SEE，傾角3°～16°，礦體產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀或玄武巖組頂部風(fēng)化面產(chǎn)狀基本一致，受風(fēng)化剝蝕作用影響較大。礦體產(chǎn)出高程1467～1650 m，礦體厚1.00～10.00 m，平均厚4.03 m，品位w(TiO2)為6.50%～8.14%，平均品位為6.95%。礦區(qū)平均剝采比為1.03。圈定的6個(gè)礦體中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號(hào)礦體為主礦體，占總資源量的97%，產(chǎn)于上含礦層中上部；Ⅵ號(hào)礦體占總資源量的3%，產(chǎn)于下含礦層上部。礦體頂板圍巖為第四系殘坡積物或龍?zhí)督M砂泥巖，底板圍巖為強(qiáng)蝕變玄武巖或強(qiáng)蝕—弱蝕變杏仁玄武巖。礦體中局部含透鏡狀、似層狀?yuàn)A石1～2層，夾石厚1.00～15.00 m。

表3 龍場(chǎng)礦區(qū)礦體特征

注：據(jù)貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊(duì)資料，2018。

2.4 礦石礦物及化學(xué)成分特征

據(jù)野外觀察，礦石顏色多呈灰白色、紅褐色及土黃色等，礦石經(jīng)強(qiáng)風(fēng)化后多呈土狀、半土狀產(chǎn)出，局部見杏仁狀、氣孔狀構(gòu)造，部分礦石中黑色鐵質(zhì)等呈脈狀、浸染狀、條帶狀分布。

據(jù)巖礦鑒定、X-射線衍射、樣品分析結(jié)果等資料[23]，礦石在顯微鏡下可見間粒間隱結(jié)構(gòu)、間隱結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)—顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)及變余玻晶交織結(jié)構(gòu)等，呈塊狀、杏仁狀、斑雜狀及網(wǎng)脈狀構(gòu)造，主要由板柱狀斜長(zhǎng)石無(wú)章分布形成的格架空隙被非晶質(zhì)玄武玻璃、火山玻璃質(zhì)、輝石、石英等充填，斜長(zhǎng)石長(zhǎng)徑多在0.05～0.5 mm之間，輝石粒度約為0.06 mm，石英粒度為0.01～0.06 mm。經(jīng)后期強(qiáng)烈的蝕變、風(fēng)化等作用，礦石黏土化作用強(qiáng)烈，礦物主要蝕變?yōu)轲ね恋V物、褐鐵礦及少量綠泥石(圖3)。黏土質(zhì)為粉末狀、鱗片狀，常混雜膠狀褐鐵礦黏土質(zhì)聚集為長(zhǎng)條狀分布；褐鐵礦為細(xì)小鱗片、膠狀，后期有褐鐵礦聚集為脈穿插切割巖石；綠泥石呈鱗片狀或顯微纖維狀，集合體呈不規(guī)則團(tuán)塊狀，為部分火山玻璃蝕變產(chǎn)物。礦物成分主要由黏土礦物、鐵礦物、鈦礦物組成，其中黏土礦物占70%～95%，主要為高嶺石、絹云母、水云母及少量綠泥石；鐵礦物占5%～30%，主要為褐鐵礦、磁鐵礦及少量赤鐵礦、黃鐵礦；鈦礦物約占4.56%，主要為銳鈦礦及少量金紅石；其他礦物有少量沸石、石英、黃銅礦、磷灰石、方解石、白云石等。物相分析結(jié)果[23]顯示鈦主要以銳鈦礦的形式存在，分布率為93.97%，其次以硅酸鹽中鈦的形式存在，分布率5.30%，以金紅石形式存在的鈦很少，分布率為0.73%。銳鈦礦主要呈他形粒狀，粒度小于0.01 mm，主要包裹于黏土礦物或褐鐵礦中(圖3)，屬難選的鈦礦。

礦石化學(xué)成分以Si、Al、Fe、Ti、Ca、Mg、Na、K、Mn、P等及其氧化物為主，占礦石總化學(xué)成分的80%以上，其中w(SiO2)為31.22%～37.40%；w(Al2O3)為22.35%～26.00%；w(TFe)為14.74%～16.51%；w(TiO2)為6.50%～9.34%。礦石中微量元素有V、Cu、Ba、Zn、Co、Ni、Cr、Sr、Li、Rb、Pb、Cd、Nb、La、Ga、Ge、Be、Ce、Sc、Ta、Th、Tl、Y、Mo、Sn、In、Se、Te、Hf等，其中相對(duì)富含V、Cu、Ba、Zn、Co、Ni、Cr、Sr、Li、Rb等元素；Sn、In、Se、Te、Hf等元素含量均小于1×10-6。

圖3 鈦礦物顯微結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻(xiàn)[23])

3 礦床成因討論

龍場(chǎng)礦區(qū)礦體與含礦層中的杏仁狀、氣孔狀構(gòu)造，含礦層及其下伏巖層的高鈦背景值，礦體中礦石礦物由強(qiáng)蝕變玄武巖演變而來等，均顯示了峨眉山玄武巖為其主要成礦母巖，礦區(qū)大面積分布的高鈦玄武巖，為鈦礦的形成提供了豐富的物質(zhì)來源[6，9，24]。含礦層和其上覆龍?zhí)督M的厚度變化，以及上、下含礦層均含有鐵質(zhì)風(fēng)化殼層，顯示礦區(qū)含礦層在沉積過程中曾長(zhǎng)期暴露地表，經(jīng)歷過多次強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕作用。含礦層中礦石黏土化程度較高，其w(SiO2)為31.22%～37.40%，明顯低于區(qū)內(nèi)玄武巖平均w(SiO2)48.06%[6]，而w(Al2O3)為22.35%～26.00%，w(TFe)為6.50%～9.34%，則明顯高于區(qū)內(nèi)玄武巖的平均w(Al2O3)13.44%和w(TFe)4.16%[6]，說明礦石經(jīng)過表生風(fēng)化淋濾作用后，硅相對(duì)流失，鈦、鋁相對(duì)富集，因此，表生風(fēng)化淋濾作用可能是礦區(qū)TiO2相對(duì)富集成礦的主要原因之一。研究表明：高鈦的峨眉山玄武巖漿噴出并沉積成巖后，第三噴發(fā)旋回頂部的含礦層多次暴露地表，在利于發(fā)生表生風(fēng)化淋濾作用的條件下，經(jīng)不斷的強(qiáng)風(fēng)化淋濾作用使硅流失、鈦富集，從而形成鈦礦床。

4 結(jié)論

1)龍場(chǎng)鈦礦床為產(chǎn)于峨眉山玄武巖組第三噴發(fā)旋回頂部強(qiáng)蝕變玄武巖、杏仁玄武巖中的玄武巖型大型鈦礦床。

2)含礦層及其上覆、下伏巖層w(TiO2)均大于2.8%，具有高鈦背景值特征，TiO2含量由含礦層向下伏和上覆巖層兩端逐漸降低。鈦礦體呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀或玄武巖組頂部風(fēng)化面產(chǎn)狀基本一致。礦石經(jīng)強(qiáng)風(fēng)化后多呈土狀、半土狀，局部見杏仁狀、氣孔狀構(gòu)造。

3)礦石礦物主要由黏土礦物、鐵礦物、鈦礦物組成，其中黏土礦物占70%～95%，鐵礦物占5%～30%，鈦礦物約占4.56%。鈦礦物主要為銳鈦礦及少量金紅石。礦石主量元素為Si、Al、Fe、Ti、Ca、Mg、Na、K、Mn、P等，主量元素及其氧化物含量占礦石化學(xué)成分的80%以上；w(TiO2)為6.50%～9.34%，平均6.95%；礦石中微量元素有V、Cu、Ba、Zn、Co、Ni、Cr、Sr、Li、Rb、Pb、Cd、Nb、La、Ga、Ge、Be、Ce、Sc、Ta、Th、Tl、Y、Mo、Sn、In、Se、Te、Hf等。

4)峨眉山玄武巖為鈦礦床主要成礦母巖，表生風(fēng)化淋濾作用可能是TiO2相對(duì)富集成礦的主要原因之一。