張雪瑞

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

1 釩鈦磁鐵礦礦床的地質(zhì)特征

1.1 釩鈦磁鐵礦礦床的定義

釩鈦磁鐵礦礦床在形成過(guò)程中與大型鐵質(zhì)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖體和斜長(zhǎng)巖雜巖體密切相關(guān)，屬晚期巖漿礦床[1]。該礦床中最主要的礦石礦物是磁鐵礦和鈦鐵礦，二者通常呈格架狀、葉片狀構(gòu)造緊密連生。同時(shí)，由于釩通常以類(lèi)質(zhì)同像混合物的形式產(chǎn)于磁鐵礦中，因此被稱(chēng)為釩鈦磁鐵礦礦床。

含礦的超基性-基性巖體常與大規(guī)模的大陸溢流玄武巖在時(shí)空上緊密伴生，并且它的母巖漿主要由高鎂玄武巖提或苦橄欖質(zhì)組成；因此，據(jù)信這種在鐵質(zhì)-超基性侵入體中發(fā)生的巖漿沉積與地幔柱活動(dòng)直接相關(guān)[2]。表1 列出了世界上主要的大型含釩釩磁鐵礦床。目前，世界上最大的釩鈦磁鐵礦床位于在南非Bushveld 雜巖體中，其釩和鈦的儲(chǔ)量分別達(dá)到260 萬(wàn)噸和2.1 億噸。我國(guó)的釩鈦磁鐵礦床以攀西地區(qū)的攀枝花、紅格和白馬巖體為代表，其組成了世界上最大的釩鈦磁鐵礦礦集區(qū)，賦存著超過(guò)880 萬(wàn)噸的釩和8.7 億噸的鈦，分別占世界資源量的11%和38%。

1.2 含礦超基性-基性巖體的地質(zhì)特征

釩鈦磁鐵礦礦床的露頭形狀不僅受巖相控制，而且受巖體形態(tài)，巖漿通道位置和其他主要構(gòu)造控制。因此，含礦主復(fù)合體可分為兩種類(lèi)型。

1.2.1 層狀巖體

層狀巖體一般產(chǎn)于大陸裂谷環(huán)境，同時(shí)在洋脊區(qū)的構(gòu)造伸展帶也有分布。基性巖體的規(guī)模較大，呈巖盆狀或單斜狀。主要巖石類(lèi)型包括輝長(zhǎng)巖、蘇長(zhǎng)巖以及閃長(zhǎng)巖，并可出現(xiàn)少量超基性的橄輝巖。層狀巖體的分異性較好，發(fā)育火成堆積構(gòu)造和韻律層。整體而言，巖石的基性程度和含礦性自上而下逐漸增高，在下部韻律層含礦性好于上部的韻律層。同時(shí)，具體到每一個(gè)韻律層中，其下部含礦性通常又好于上部。

1.2.2 非層狀巖體

非層狀巖體大部分都產(chǎn)出于地臺(tái)或地盾區(qū)，形成時(shí)代屬前寒武紀(jì)，特別是早元古代和太古宙。巖體巖石類(lèi)型由斜長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖等組成，以斜長(zhǎng)巖為主，為多次侵入的復(fù)式巖體。

2 釩鈦磁鐵礦礦床的成因研究

2.1 經(jīng)典成因模式的研究

釩鈦磁鐵礦礦床作為全球金屬釩和鈦的主要來(lái)源，其礦床成因一直廣受關(guān)注。經(jīng)典的釩鈦磁鐵礦礦床的成因模式是通過(guò)研究南非Bushveld 雜巖體中磁鐵礦的成因得到的。在Bushveld雜巖體上部發(fā)現(xiàn)的26 個(gè)磁鐵礦礦層的累積厚度達(dá)到20.4 m，相比整體厚達(dá)6500 m 的雜巖體，磁鐵礦層只占巖體很小的比例。因此，釩鈦磁鐵礦礦床被認(rèn)為是典型的巖漿分離結(jié)晶作用晚期的產(chǎn)物[2]。

表1 世界主要大型釩鈦磁鐵礦床及其礦化類(lèi)型（據(jù)徐義剛等[2]修改）

關(guān)于層狀巖體中釩鈦磁鐵礦礦床成因模式的爭(zhēng)論由來(lái)已久，其代表性的觀點(diǎn)主要有富鐵鈦熔漿液態(tài)不混溶、重力結(jié)晶分異、壓力或氧逸度周期性變化等。Bateman 最早提出演化的基性巖漿分離出富Fe 和富Si 兩種不混溶熔體并由前者形成磁鐵礦富集層。這一成因模式被用來(lái)解釋南非Bushveld 雜巖體和格陵蘭Skaergaard 侵入體上部輝長(zhǎng)巖帶中Fe-Ti 氧化物層的成因。另個(gè)觀點(diǎn)則認(rèn)為，在低氧的環(huán)境條件下，母巖漿在橄欖石、斜長(zhǎng)石以及輝石的晶體分化當(dāng)中，產(chǎn)生了向富鐵方向發(fā)展的趨勢(shì)，并且最終則形成后，導(dǎo)致鐵和鈦氧化物產(chǎn)生結(jié)晶。并且它會(huì)在重力的累計(jì)下，形成大規(guī)模層狀巖體，在上巖相帶中，形成釩鈦磁鐵礦的沉積物。研究人員發(fā)現(xiàn)，壓力增加將導(dǎo)致磁鐵礦較早結(jié)晶，并在層狀巖體中形成磁鐵礦層，多層磁鐵礦的形成可得益于反復(fù)的壓力變化。然而，針對(duì)巖漿房壓力和氧逸度的周期性變化的成因模式仍有待更具說(shuō)服力的動(dòng)力學(xué)機(jī)制支持。

隨著近年來(lái)礦物微區(qū)結(jié)構(gòu)和成分分析技術(shù)的提高以及實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的進(jìn)展，很多學(xué)者認(rèn)為巖漿不混熔過(guò)程對(duì)層狀巖體，如Bushveld、Skaergaard、Sept Iles、以及攀西地區(qū)紅格、新街巖體中的磁鐵礦成因具有重要的作用[2]。最新的實(shí)驗(yàn)表明，不混熔作用可以發(fā)生于1000～1020 ℃之下的拉斑玄武質(zhì)巖漿中。因此，深入研究含礦巖體形成過(guò)程中不混溶巖漿的熔融與鐵礦形成之間的關(guān)系變得尤為重要。

2.2 中國(guó)攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦成礦控制因素

中國(guó)四川攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦礦床地處峨眉大火成巖省內(nèi)帶，自北向南分布有太和、白馬、攀枝花、紅格及新街等巖體，共同組成了世界最大的釩鈦磁鐵礦礦集區(qū)。同時(shí)，該礦集區(qū)的多個(gè)典型礦床也是成為研究釩鈦磁鐵礦礦床成因的天然對(duì)象。前人經(jīng)過(guò)大量的野外調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，峨眉山大火成巖省內(nèi)帶各層狀巖體的巖相組合和礦床地質(zhì)特征均存在一些差異，其具體的礦床成因模式并不完全相同[5]。

2.2.1 基本成礦模式——攀枝花和白馬巖體

橄欖巖和斜輝石的分離以及深部巖漿室內(nèi)的苦味巖原始巖漿的結(jié)晶逐漸增加了殘留巖漿中Fe2O3和TiO2的含量，形成了富含鐵和鈦的基本巖漿。當(dāng)這種富含鐵和鈦的巖漿在巖體中時(shí)，鐵-鈦氧化物，苦橄欖和斜長(zhǎng)石轉(zhuǎn)化為液相線附近的礦物，由于重力分異而形成了一層釩-鈦磁鐵礦。

2.2.2 水加入的影響——紅格巖體

紅格巖體的母巖漿分離結(jié)晶程度較低，在同化和混合過(guò)程中，會(huì)引入一定量的水。這不僅比斜長(zhǎng)石的結(jié)晶早得多，導(dǎo)致下巖相帶中的斜輝石和鐵-鈦氧化物結(jié)晶，而且還形成了大量的晶體礦物，如閃石和黑云母。但是，鐵-鈦氧化物的晶體量相對(duì)較高，小礦不能形成良好的礦化作用。此外，殘留巖漿中的水促進(jìn)了新引入的富含鐵和鈦的巖漿中鐵和鈦氧化物的早期結(jié)晶，從而在中央巖相帶每個(gè)周期的底部形成了塊狀且散布的礦石層。

2.2.3 中間巖漿房的作用——太和巖體

與攀西地區(qū)其他含礦巖不同，冥王星深層的太和巖漿室的演化表明，富含鐵和鈦的巖漿在進(jìn)入巖體之前先進(jìn)入了一個(gè)中間巖漿室，在那里它與高度發(fā)達(dá)的富含磷的巖漿室相互作用。巖漿混合并熔化了一些低熔點(diǎn)的鐵和氧化鈦，形成了富含鐵鈦磷的獨(dú)特巖漿，巖石中的鐵-鈦氧化物和磷灰石較早結(jié)晶，并且在每個(gè)循環(huán)的底部形成了獨(dú)特的磷灰石-磁鐵礦-輝石。

盡管如此，宋謝炎等[5]認(rèn)為，控制這些侵入物礦化的關(guān)鍵控制因素仍然相似，即地幔成因的巖漿使深部巖漿室內(nèi)的硅酸鹽礦物分離并結(jié)晶，形成富含鈦鐵礦的巖漿，含礦石淺的巖漿中含有富含鈦鐵礦的巖漿。最終，使氧化鈦鐵幾乎變成液相線礦物，較早結(jié)晶并經(jīng)過(guò)流動(dòng)分選，使得鈦鐵氧化物在下部和中部巖相帶聚集成礦。

3 結(jié)束語(yǔ)

釩鈦磁鐵礦礦床的礦石礦物主要由富含釩的磁鐵礦和鈦鐵礦組成。該礦床主要產(chǎn)于鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體中，這些巖體的可分為層狀巖體和非層狀巖體，其構(gòu)造背景、產(chǎn)出形態(tài)和巖性組合均有所區(qū)別。礦體的形成受含礦巖體形態(tài)、巖漿通道位置及其他原生構(gòu)造的控制。磁鐵礦礦層既可以賦存于大型層狀巖體上部的輝長(zhǎng)質(zhì)巖石和中下部的超鎂鐵質(zhì)巖石中，也可以呈浸染狀或凸鏡狀賦存于非層狀巖體的斜長(zhǎng)巖套之中。經(jīng)典的礦床成因模式包括富鐵鈦熔漿液態(tài)不混溶、重力結(jié)晶分異、壓力或氧逸度周期性變化等。通過(guò)對(duì)中國(guó)四川攀西地區(qū)典型釩鈦磁鐵礦礦床的最新研究發(fā)現(xiàn)，其成礦控制因素包括硅酸鹽礦物的強(qiáng)烈分離和結(jié)晶，以形成富含鐵和鈦的巖漿，鐵和鈦的氧化物變成接近液相線的礦物和早期結(jié)晶，巖漿流的分離導(dǎo)致鐵和鈦的氧化物聚集等。這些成果的發(fā)現(xiàn)和提出有助于指導(dǎo)廣大地質(zhì)工作者對(duì)釩鈦磁鐵礦礦床開(kāi)展更有效的找礦和勘查工作。