贵州西部龙场玄武岩型钛矿床地质特征及成因

莫光员，吴启美，邢显波，金中国，曾道国

(1.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 核资源地质调查院，贵州 贵阳 550005；2.贵州师范大学 贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵州 贵阳 550001；3.贵州省有色金属和核工业地质勘查局 二总队，贵州 六盘水 553004；4．贵州省有色金属和核工业地质勘查局，贵州 贵阳 550005；5．贵州省有色金属和核工业地质勘查局 地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005)

0 引言

川滇黔地区峨眉山玄武岩是我国唯一被国际学术界认可的大火成岩省，前人从峨眉山玄武岩的分布、岩石学、地球化学、地质年代学、沉积学、形成机制等方面对峨眉山玄武岩进行了较为系统的研究，取得了丰富的研究成果[1-5]。然而，对于大火成岩省东部的贵州境内玄武岩研究相对较少，研究内容主要为玄武岩基本特征及成矿作用[6-9]，研究成果未针对龙场玄武岩型钛矿床开展研究。贵州西部龙场玄武岩型钛矿床位于贵州省水城县南部，距水城县城102 km，行政区划属水城县龙场乡管辖。2014—2016年，笔者作为项目总技术负责人，开展了龙场钛矿床的普查工作，初步圈定6个钛矿体，估算(333+334?)资源量数千万吨，达到大型钛矿床规模。本文在野外地质工作的基础上，结合岩矿鉴定资料及样品分析结果，总结矿床地质特征，初步分析矿床成因，以期为下一步的找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

龙场钛矿普查区大地构造位置位于扬子陆块西南缘褶冲带之六盘水叠加褶皱带中—南部(图1)。区域上构造特征复杂，构造格局受江南古陆西缘的垭都—紫云NW向深大断裂和康滇古陆东缘的小江SN向深大断裂以及弥勒—师宗—安顺NE向深大断裂控制[10-11]。该区构造活动频繁，深大断裂为地球深部与浅表创造了物质和能量交换的条件[9]，为贵州西部铅锌矿[12-14]、铜矿[15-16]、金矿[9，17]、铁矿[18-20]等特色矿床的形成奠定了基础。区域出露地层以泥盆系、石炭系、二叠系为主，尤以石炭系和二叠系分布广，厚度大。岩浆岩出露有峨眉山玄武岩和辉绿岩体，其中峨眉山玄武岩出露面积约3000 km2，一般厚几百至上千米，最厚达1249 m，整体呈西厚东薄[6，21]。据徐义刚等[22]研究成果，区内为高钛玄武岩分布区，高钛玄武岩厚度大，分布大面积广，为钛富集成矿提供了丰富的物质来源。

图1 研究区大地构造位置图(据文献[21]修改)

Fig.1 Tectonic location map of the study area

2 矿床地质特征

2.1 矿床基本特征

龙场钛矿床位于六盘水叠加褶皱带中—南部的龙场向斜北西翼。龙场向斜轴向NE，核部出露地层为上二叠统龙潭组(P3l)，两翼依次为上二叠统峨眉山玄武岩组(P3em)和中二叠统茅口组(P2m)，地表地洼处分布有第四系(Q)残坡积物。茅口组为灰色中—厚层块状灰岩，局部含燧石结核、生物碎屑，厚46～177 m，未见底。峨眉山玄武岩组厚303～689 m，分为3个喷发旋回，各旋回之顶一般为厚0～5 m的暗红色凝灰岩、黏土质凝灰岩，其中第一喷发旋回(P3em1)以强爆发溢出为主，形成具角砾—块砾级粗火山碎屑岩以及熔岩，厚94～157 m；第二喷发旋回(P3em2)为广泛的宁静溢出，形成巨厚—厚层状熔岩，厚185～384 m；第三喷发旋回(P3em3)主要为弱爆发形式，多为细火山碎屑岩与熔岩互层，厚124～148 m，其顶部为强蚀变玄武岩、杏仁玄武岩和拉斑玄武岩，局部夹含铁泥质硅质岩和含凝灰质氧化铁质黏土岩，是区内钛矿的含矿层。龙潭组由灰—深灰色粉砂质泥岩、粉砂岩、泥岩及煤组成，局部含1～2层煤，产大羽羊齿、带羊齿、细羊齿等植物化石，产稀少的瓣鳃类、腹足类及腕足类动物化石，厚0～35.86 m，平均厚3.79 m，未见顶。第四系主要为残坡积物，上部常含细粒风化玄武岩黏土，下部常含大量玄武岩砾石，一般粒径为3～15 cm，厚0～11.65 m。

矿区断裂构造简单，仅发育F1和F2两条断层(图2)。其中F1为区域性兰花箐张扭性断层，分布于矿区北西侧，断层走向30°～50°，倾向NW，倾角75°，地层断距60 m；F2分布于矿区北东部，断层规模小，走向NW，倾向SW，倾角76°。断裂构造对矿体影响不大。岩层倾向变化较大，倾角较缓，倾角为3°～19°，平均14°。

2.2 含矿层地质特征

龙场钛矿床产于峨眉山玄武岩组第三喷发旋回顶部的含矿层中。根据矿区50个钻探工程、1007件化学样、15件岩矿鉴定样统计[23]，含矿层厚0～38.04 m，平均厚15.04 m；w(TiO2)为3.16%～9.34%，平均5.30%。据含矿层岩性、颜色、结构构造、矿石矿物组成及钛含量变化特征，可分为上含矿层和下含矿层(表1)，其特征如下：

1)上含矿层为土黄色、褐黄色、灰白色块状强蚀变玄武岩，局部夹褐红色、灰绿色强蚀变玄武岩、含铁泥质硅质岩；岩层受地表风化、淋滤作用强烈，黏土化程度较高，常夹土黄色、灰白色含凝灰质铁质黏土岩，局部可见风化铁壳层；节理裂隙发育，局部可见杏仁、气孔构造，结构面常见绿泥石化、褐铁矿化。上含矿层厚0～34.18 m，平均厚9.14 m；w(TiO2)为4.44%～9.34%，平均5.80%；为矿区主要含矿层，含1～3层矿。

图2 贵州西部龙场钛矿床地质略图

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

1—地质界线 2—断层及编号 3—钛矿体及编号

表1 龙场矿区含矿层特征

注：据贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队资料，2018。

2)下含矿层为灰绿、灰、深灰色杏仁状、块状玄武岩，局部夹灰黄、紫红色蚀变玄武岩或灰黄、灰白色黏土岩，底部偶见1～2.45 m的灰绿色凝灰岩；常见杏仁状、气孔状构造，节理裂隙较发育；局部蚀变较强，风化作用较强烈，可见绿泥石化、黄铁矿化；局部见风化铁壳层。下含矿层厚0～23.54m，平均厚5.90 m；w(TiO2)为3.16%～6.89%，平均4.79%；局部含1层矿。

3)下伏岩层为第三喷发旋回中上部的灰绿色、灰—深灰色致密状、块状拉斑玄武岩，局部夹细脉状石英、弱蚀变玄武岩；节理裂隙较发育，局部可见杏仁、气孔构造，结构面常见少量绿泥石化、炭沥青化、黄铁矿化。该层w(TiO2)为3.14%～4.95%，平均3.80%。

上覆岩层为龙潭组煤系或第四系残坡积物，其中龙潭组煤系w(TiO2)为1.93%～4.96%，平均3.55%；第四系残坡积物w(TiO2)为2.08%～5.33%，平均3.97%。

总体上，含矿层及其上覆、下伏岩层w(TiO2)均大于2.8%，具有高钛背景值特征[22]，上含矿层的厚度和w(TiO2)大于下含矿层，w(TiO2)由含矿层向下伏和上覆岩层两端逐渐降低。据钻孔揭露含矿层及其上覆、下伏岩层结果(表2)[23]，50个钻孔仅13孔揭露龙潭组，其岩层厚度由146～260 m[21]经风化剥蚀后仅残留0～35.86 m；上、下含矿层钻孔揭露比率分别为72%和90%，由上至下揭露比率为上升趋势，以上特征反映了矿区含矿层及其上覆岩层沉积成岩后，经历了多次强烈的风化剥蚀作用，造成了各岩层不同程度的缺失。

含矿层和第四系残坡积物w(TiO2)均高于含矿层上覆龙潭组和下伏峨眉山玄武岩组第三喷发旋岩层，暗示经浅表风化淋滤及剥蚀作用后，TiO2相对富集。因此，风化剥蚀作用可能是矿区TiO2相对富集成矿的主要原因之一。

表2 龙场矿区探矿工程揭露岩层情况

注：据贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队资料(2018)。

2.3 矿体特征

龙场矿区共圈定6个钛矿体[23](图2、表3)，矿体主要赋存于峨眉山玄武岩组顶部的强蚀变玄武岩含矿层中上部，呈层状、似层状、透镜状产出。矿体长200～1173 m，倾向延伸200～724 m，倾向NWW—SEE，倾角3°～16°，矿体产状与岩层产状或玄武岩组顶部风化面产状基本一致，受风化剥蚀作用影响较大。矿体产出高程1467～1650 m，矿体厚1.00～10.00 m，平均厚4.03 m，品位w(TiO2)为6.50%～8.14%，平均品位为6.95%。矿区平均剥采比为1.03。圈定的6个矿体中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿体为主矿体，占总资源量的97%，产于上含矿层中上部；Ⅵ号矿体占总资源量的3%，产于下含矿层上部。矿体顶板围岩为第四系残坡积物或龙潭组砂泥岩，底板围岩为强蚀变玄武岩或强蚀—弱蚀变杏仁玄武岩。矿体中局部含透镜状、似层状夹石1～2层，夹石厚1.00～15.00 m。

表3 龙场矿区矿体特征

注：据贵州省有色金属和核工业地质勘查局二总队资料，2018。

2.4 矿石矿物及化学成分特征

据野外观察，矿石颜色多呈灰白色、红褐色及土黄色等，矿石经强风化后多呈土状、半土状产出，局部见杏仁状、气孔状构造，部分矿石中黑色铁质等呈脉状、浸染状、条带状分布。

据岩矿鉴定、X-射线衍射、样品分析结果等资料[23]，矿石在显微镜下可见间粒间隐结构、间隐结构、泥质结构、隐晶质—显微晶质结构及变余玻晶交织结构等，呈块状、杏仁状、斑杂状及网脉状构造，主要由板柱状斜长石无章分布形成的格架空隙被非晶质玄武玻璃、火山玻璃质、辉石、石英等充填，斜长石长径多在0.05～0.5 mm之间，辉石粒度约为0.06 mm，石英粒度为0.01～0.06 mm。经后期强烈的蚀变、风化等作用，矿石黏土化作用强烈，矿物主要蚀变为黏土矿物、褐铁矿及少量绿泥石(图3)。黏土质为粉末状、鳞片状，常混杂胶状褐铁矿黏土质聚集为长条状分布；褐铁矿为细小鳞片、胶状，后期有褐铁矿聚集为脉穿插切割岩石；绿泥石呈鳞片状或显微纤维状，集合体呈不规则团块状，为部分火山玻璃蚀变产物。矿物成分主要由黏土矿物、铁矿物、钛矿物组成，其中黏土矿物占70%～95%，主要为高岭石、绢云母、水云母及少量绿泥石；铁矿物占5%～30%，主要为褐铁矿、磁铁矿及少量赤铁矿、黄铁矿；钛矿物约占4.56%，主要为锐钛矿及少量金红石；其他矿物有少量沸石、石英、黄铜矿、磷灰石、方解石、白云石等。物相分析结果[23]显示钛主要以锐钛矿的形式存在，分布率为93.97%，其次以硅酸盐中钛的形式存在，分布率5.30%，以金红石形式存在的钛很少，分布率为0.73%。锐钛矿主要呈他形粒状，粒度小于0.01 mm，主要包裹于黏土矿物或褐铁矿中(图3)，属难选的钛矿。

矿石化学成分以Si、Al、Fe、Ti、Ca、Mg、Na、K、Mn、P等及其氧化物为主，占矿石总化学成分的80%以上，其中w(SiO2)为31.22%～37.40%；w(Al2O3)为22.35%～26.00%；w(TFe)为14.74%～16.51%；w(TiO2)为6.50%～9.34%。矿石中微量元素有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，其中相对富含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。

图3 钛矿物显微结构(据文献[23])

3 矿床成因讨论

龙场矿区矿体与含矿层中的杏仁状、气孔状构造，含矿层及其下伏岩层的高钛背景值，矿体中矿石矿物由强蚀变玄武岩演变而来等，均显示了峨眉山玄武岩为其主要成矿母岩，矿区大面积分布的高钛玄武岩，为钛矿的形成提供了丰富的物质来源[6，9，24]。含矿层和其上覆龙潭组的厚度变化，以及上、下含矿层均含有铁质风化壳层，显示矿区含矿层在沉积过程中曾长期暴露地表，经历过多次强烈的风化剥蚀作用。含矿层中矿石黏土化程度较高，其w(SiO2)为31.22%～37.40%，明显低于区内玄武岩平均w(SiO2)48.06%[6]，而w(Al2O3)为22.35%～26.00%，w(TFe)为6.50%～9.34%，则明显高于区内玄武岩的平均w(Al2O3)13.44%和w(TFe)4.16%[6]，说明矿石经过表生风化淋滤作用后，硅相对流失，钛、铝相对富集，因此，表生风化淋滤作用可能是矿区TiO2相对富集成矿的主要原因之一。研究表明：高钛的峨眉山玄武岩浆喷出并沉积成岩后，第三喷发旋回顶部的含矿层多次暴露地表，在利于发生表生风化淋滤作用的条件下，经不断的强风化淋滤作用使硅流失、钛富集，从而形成钛矿床。

4 结论

1)龙场钛矿床为产于峨眉山玄武岩组第三喷发旋回顶部强蚀变玄武岩、杏仁玄武岩中的玄武岩型大型钛矿床。

2)含矿层及其上覆、下伏岩层w(TiO2)均大于2.8%，具有高钛背景值特征，TiO2含量由含矿层向下伏和上覆岩层两端逐渐降低。钛矿体呈层状、似层状、透镜状产出，产状与岩层产状或玄武岩组顶部风化面产状基本一致。矿石经强风化后多呈土状、半土状，局部见杏仁状、气孔状构造。

3)矿石矿物主要由黏土矿物、铁矿物、钛矿物组成，其中黏土矿物占70%～95%，铁矿物占5%～30%，钛矿物约占4.56%。钛矿物主要为锐钛矿及少量金红石。矿石主量元素为Si、Al、Fe、Ti、Ca、Mg、Na、K、Mn、P等，主量元素及其氧化物含量占矿石化学成分的80%以上；w(TiO2)为6.50%～9.34%，平均6.95%；矿石中微量元素有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)峨眉山玄武岩为钛矿床主要成矿母岩，表生风化淋滤作用可能是TiO2相对富集成矿的主要原因之一。