山西省钛矿基本地质特征分析范文

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摘要：山西省钛矿资源主要分布在恒山西段，主要为变质基-超基性岩型金红石矿。其矿床类型主要分为岩浆型和沉积变质型两大类，其中变质超基性岩型是主要的钛矿类型。通过山西省内3处不同类型的矿床成因解析，最后总结出山西省内钛矿的时间分布特征。

关键词：山西；钛；变质超基性岩

1引言

山西省钛矿类型相对单一，分布有限而集中，勘查工作主要集中在金红石钛矿上，工作程度相对较高，勘探深度一般在200～600m。主要分布在恒山西段，以变质基-超基性岩型金红石矿为主，成矿条件最好，是山西省的主要特色矿产之一，五台山北麓及太行山一带分布有少量中小型矿床与矿点。变质火山岩型钛矿主要产于左权县桐峪一带，另有沉积变质型钛矿以产于黑云斜长片麻岩的钛铁矿为主；不成规模的沉积型金红石矿多产于晋东南地区与临汾地区交界一带的二叠系-三叠系砂岩中。

2变质超基性岩型钛

矿变质超基性岩型金红石矿主要分布在恒山西段、五台山北麓一带。恒山西段代县一带金红石含矿带（体）为阳起透闪岩，赋存于五台群金岗库组地层中，矿带（体）的产状与地层产状基本一致，呈NWW-SEE向展布。矿带（体）规模、产状和形态严格受岩体的控制。矿化带与五台期超基性岩沿断裂构造活动侵入有密切关系，且受后期热液活动影响较强，使金红石再一次富集。查明的资源储量集中在恒山西段代县洪塘-碾子沟-羊廷寺一带，由北西到南东依次分布着代县洪塘、碾子沟2个超大型金红石矿床，羊廷寺1个大型金红石矿床，构成一个矿带。其中的碾子沟矿区位于该矿带中部，属超大型的金红石矿床。

2.1区域地质特征

碾子沟金红石矿位于恒山西段，大地构造单元为五台-恒山基底杂岩区（Ⅲ级）中五台山新太古代岩浆弧（Ⅳ级），但在恒山地区又经古元古代岩浆再造。从老到新分布的地层有：新太古界、下古生界、新生界等。与区内金红石关系最密切的为新太古代变质超基性侵入岩。发育有不同时代的构造形迹，其中对超基性岩型金红石影响最大的为五台期、吕梁期构造，其次为燕山期、喜马拉雅期。五台期以紧闭褶皱和逆冲推覆型韧性剪切带发育为特征，形成NEE向线形构造带和一系列构造岩片，构造样式为以片麻岩为核心的正扇形复式背斜。吕梁期显著的构造特征是在NW-SE向水平挤压下，形成正常翼平缓、倒转翼陡倾的不对称紧闭同斜褶皱和逆冲脆—韧性断层，对下伏先存的变质地体具有强烈的构造叠加改造。中生代燕山期以北西向正断层和逆冲断层为主。新生代喜马拉雅山期构造表现也较为强烈。

2.2矿区地质特征

出露地层主要有新太古代五台群石咀亚群金岗库组及新生界第四系现代冲洪积物（图2）。褶皱构造不发育，地层完全受草垛山-分水岭区域背斜控制，呈向南西倾的单斜层状产出，倾角30-60°。断裂构造较发育，且已被基-超基性岩充填。断裂构造总体构造产状：200°∠34°，具有多期次活动特点，构造性质具有多样性。五台期岩浆活动较为强烈，以基-超基性岩浆活动为主。矿区内可分上、下两个超基性岩（带），下带为直闪岩、透闪岩组合带，长1700m，宽50-100m，分布在矿区的北部。上带为石英滑石片岩带，长1700m，宽20-30m，分布在矿区的中北部。两个基-超基性岩带相距30-80m。直闪岩分布在超基性岩带的顶、底部，在矿区内由西向东连续出露。直闪岩一般厚10-20m；绿泥透闪岩分布在直闪岩的上部，是金红石的主要含矿岩石。该岩石与直闪岩接触处常见有宽10cm左右的蛭石（黑云母）片岩；石英滑石片岩分布在绿泥透闪岩上部，此岩石局部含矿，含矿范围小，金红石品位较低。阳起透闪岩分布在矿区北中部，构成低品位金红石矿石，且阳起石化、透闪石化增强，为五台早期拉斑玄武岩浆分异的产物。

2.3矿床地质特征

碾子沟金红石矿体赋存在侵入于五台群金岗库组的五台期变质基-超基性岩体中，其规模、产状和形态严格受岩体的控制。其中北部的阳起透闪岩、绿泥透闪岩矿带因受后期热液活动影响较强，使金红石再一次富集。

2.3.1矿体的规模、形态、产状该矿区为一特大型金红石矿床，由43个矿体组成，其中以1号矿体规模最大，其它均为小矿体，矿体形态以透镜体状为主。1号矿体空间分布形态总体呈似层状，局部呈凹透镜状。矿体主要受阳起透闪岩和绿泥透闪岩控制，在走向和倾向上与直闪岩呈负相关关系。矿体控制长度2610m，延深300-500m，最大延深800余米，厚度由10余米到130m，平均厚度44m。矿体产状200°∠34°，沿倾向有变厚的趋势。

2.3.2矿石特征矿石矿物主要为金红石、磁铁矿、钛铁矿。1）金红石：黄褐、褐及棕红色，为自形、半自形粒状，金刚光泽，硬度较高，比重经测定为4.21，粒度一般为0.1-0.5mm，个别粗大者可达1mm，单晶和膝状双晶；金红石TiO含量1%-6.11%，平2均是3.48%。2）钛铁矿：黑色、黑棕色，呈粒状、板状，金属光泽，不均匀地分布在矿石中，常被金红石所交代，交代[1]边缘呈棕红色，含量约0.5%。3）磁铁矿：黑色，等轴状自形晶，常被脉石(硅质)矿物交代，粒度0.05-3.00mm。含量0.1%。TFe71.33%。矿石自然类型可划分为：浸染状、条带状、星散状三个矿石类型。金红石分布不均匀，可见局部富集即许多粒金红石聚集在一起成为团块状或略成显微条带状。金红石与透闪石、绿泥石共生关系密切，而很少与普通角闪石、阳起石共生。浸染状矿石类型是矿体中主要矿石类型，金红石呈单体粒状包含于或浸染于透闪石中，或透闪石与透闪石晶体之间，当金红石密集时形成稠密浸染状矿石。

2.3.3矿体围岩及其蚀变矿体顶板岩石为斜长角闪岩，少量直闪岩；底板为斜长角闪岩，局部为直闪岩，顶底板岩石属坚硬岩石，与矿体接触界线明显。主要蚀变有透闪石化、阳起石化，以上蚀变与金红石富集有密切关系，其次蚀变有滑石化、蛭石化、绿泥石化、蓝晶石化等，与金红石富集也有一定关系，但分布范围小，零星。金红石矿体的围岩-阳起透闪岩，经岩矿鉴定，原岩矿物大部分已蚀变，局部保留了辉石的残晶和橄榄石的残留体。可见原岩为辉石岩与橄榄辉石岩。

2.4成矿机制和成矿模式

成矿模式如图3。成矿背景：新太古代五台弧盆系绿岩带火山-沉积环境下，晚期超-基性岩浆活动十分强烈，是含钛超基性岩广泛产出的构造背景。控矿条件：沿区域断裂构造侵入超基性岩，以及后来的区域变质和构造热液活动。成矿机理：依据矿体的金红石空间分布、结构、构造、围岩蚀变及产出的地质条件等特征综合分析，可以认为：金红石的物质来源于地壳深部即五台期的超基性岩。TiO主要以金红石、钛铁矿、锐钛矿等含Ti矿物形态呈浸染2状分布于超基性岩中。后经区域变质作用和构造热液作用TiO进一步富集，在超基性岩的蚀变带中形成工业矿体。成2矿阶段：第一阶段为超基性岩浆沿深断裂或顺层侵入并冷凝阶段（2800-2600Ma），富含钛的超镁铁质岩浆结晶出浸染状自形晶结构的金红石；第二阶段为构造变形-变质阶段（2600-2300Ma），在构造-变质热液作用下，形成具交代[2]残余结构的脉状、条带状、团块状金红石矿。

3变质火山岩型钛矿

变质火山岩型钛矿主要产于左权县桐峪一带的中庄、西头矿区，钛与磷灰石矿共生。大地构造位置为太行山（南段）新太古代岩浆弧；含矿地质体为岩浆弧中上太古界赞皇群石家栏组的（石榴）斜长角闪岩-角闪变粒岩-磁铁石英岩建造，原岩建造为基性火山岩硅铁建造；岩石组合：黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩；岩石结构为斑状变晶结构；成矿时代为五台期；成矿环境：随着海底基性火山喷发，岩浆的冷却速度较快，有极少量呈细小的结晶状的辉石、长石形成，含钛组分形成钛铁矿、锐钛矿（金红石变种），而含氟的挥发性溶液也开始形成磷灰石；矿石构造为片状构造、片麻状构造、条带状构造；控矿条件：矿体形态严格受基性海底火山岩变质而成的黑云母斜长片麻岩、斜长[3]角闪岩形态控制。典型矿床为：左权桐峪磷、钛矿床。

3.1矿区地质特征

矿区位于左权县城南偏东25km处，出露岩层为五台群金岗库组，以黑云斜长片麻岩为主，含矿岩层位于其中（图4）。区内混合岩化相当强烈，几乎涉及各个岩层。构造比较简单，地层总走向为NE20-30°方向，向NW倾斜，倾角30-40°。部分地段，特别是矿层下部层间小褶曲比较发育，但对整个矿区无较大影响。脉岩十分发育，特别是角闪岩广泛分布，总体呈脉状或透镜体，局部出现分枝现象或呈NNE的雁行排列。其次在矿层附近或贯穿其中的还有规模不大的少量花岗伟晶岩相石英脉体。

3.2矿体地质特征

3.2.1矿层分布共圈出大小矿体7个，呈层状分布于黑云母斜长片麻岩中。主要矿体2个（Ⅰ、Ⅹ号）。Ⅰ矿体北起至黑庄，南止麦积梁，全长1300m，Ⅹ号矿体北起麦积梁，南止西沟，以南被花岗片麻岩破坏。全长400余米，其余均出现在主矿层上下两侧。矿层产状与围岩一致，与含钛片麻岩往往呈逐渐过渡关系。3.2.2矿体特征全区矿体共7个，其中以Ⅰ、Ⅹ号矿体为最大。Ⅰ号矿体，北部覆盖物厚，根据钻探工程看矿体变化较大，突出表现是由深部向地表由一层变为若干小层，TiO含量变化不稳定，往深部即倾斜方向TiO的含量趋于稳22定，并汇合成一个矿体。南段局部发生剧烈相变或遭受混合岩化的破坏。Ⅹ号矿体，全长400余米，基本上稳定，南端即被花岗片麻岩所破坏。该矿体往深部无变化，根据地表的观察和各段相对高差在50m范围内一般变化不大。3.2.3矿石矿物特征矿石矿物：主要由角闪石、黑云母、石英、斜长石组成。其次为石榴子石、方解石、磷灰石、钛铁矿、磁铁矿、黄铁矿。个别还见有绿帘石和锆英石晶体。矿石结构：由三种类型组成，条带状、鲕状和片状，其中以条带状为主。条带状矿石，片状结构，镜下呈花岗变晶结构，筛状结构。该矿体工业储量的块段PO平均品位2.12%，TiO2.68%。2523.3矿床成因矿层具有一定的层位，含矿岩层与围岩的产状一致，与围岩界线不清，在矿层近尖灭处与围岩呈鱼尾式穿插或明显的相变关系。除有用矿物在矿层中增多和富集外，其它矿物与围岩基本一致，这些事实反映矿层与围岩形成条件是密切相关的，属变质火山岩的产物。磷灰石、钛铁矿和磁铁矿是在区域变质过程中形成的。

4沉积变质型钛矿代表性

矿床是代县黑山沟钒钛磁铁矿，位于代县城东20km；产在五台山北坡五台群金岗库组中。在这里金岗库图3恒山地区变质超基性岩型金红石矿成矿模式图图4桐峪磷钛矿区地质略图（据山西省资源潜力评价成果报告，2017简编）注：1.第四系覆盖层；2.斜长片麻岩；3.眼球状片麻岩；4.花岗片麻岩；5.斜长角闪片麻岩；6.煌斑岩脉；7.超基性岩；8.透闪石岩；9.变质磷钛矿层；10.地质界线.组构成区域黑山庄-南峪口复向斜，轴线走向NEE，与区域构造线方向一致，矿区即处于复式向斜西段南翼。矿区金岗库组含矿岩系下部为斜长角闪岩及斜长角闪片岩，夹有透镜状3.4-4m厚的钒钛磁铁矿。中部为一套角闪斜长片麻岩，含金红石角闪斜长片麻岩，局部含兰晶石。片麻岩具半自形粒状嵌晶结构或斑状花岗变晶结构，主要矿物为角闪石、斜长石、石英，次要矿物有绿帘石、磷灰石、磁铁矿。上部以斜长角闪岩为生，夹石英岩，含两层磁铁矿矿化层。构造上作为黑山庄—南峪口复向斜的组成部分，自成一背形—黑山沟一云雾背形，形态完整，由核到两翼岩性对称。轴向NE40°左右，轴面倾向SE160°左右，南翼产状160°∠47°，北翼较陡163°∠77°，于黑山沟向SW230°方向倾没。矿区内断裂构造较为发育，矿体产于五台群石咀群金岗库组石英角闪（片）岩内，与岩层产状一致。矿体呈扁豆状，分支、分叉，沿走向变化大。南矿带内最大矿体长830m，平均厚3.32m；中矿带内最大矿体长630m，平均厚度4.99m；北矿带最大矿体长度为360m，平均厚度4.28m。矿石以半自形粒状结构、致密块状构造为主，次有疏松状、浸染状。矿石矿物以钛铁磁铁矿为主，有时含少量黄铁矿、黄铜矿等，脉石矿物以角闪石为主，次有石榴子石、绿帘石、长石等。矿石品位：TFe最高46.21%，多在37%以下，平均27.57%；TiO与TFe为正消长关系，最高为213.3%，平均为6.36%；VO平均为0.53%；Co0.01%-250.03%、Ga0.001%-0.51%。

5山西省钛矿成矿规律及找矿方向

5.1成矿规律

在空间分布上，山西省钛矿产的产出与变质超基性岩密切相关。在山西省，超基性岩遍布全省的变质基底中，如五台山、恒山、吕梁山、太行山、中条山和霍山。然而富含钛矿化的仅处于五台山-恒山地区，可能这与其构造环境属较典型的岩浆弧盆系有关，这两个地区是较典型的新太古代花岗岩-绿岩带。成矿作用：新太古代时期，板块缝合带处，随着板块运动，形成深断裂，上地幔富钛基性岩浆和地壳酸性岩浆沿断裂呈阶段性上升，形成了一套玄武岩与流纹岩互层的火山岩地层。第I次成矿作用：吕梁期，碾子沟组被推入深部，不含金红石的玄武岩变质为含金红石的角闪岩和榴闪岩，流纹岩变质为变粒岩。第II次成矿作用：晋宁早期，地幔基性岩浆沿断裂侵入，形成高钛基性岩；晋宁后期，碾子沟组和晋宁期基性岩又被快速带至地壳浅部，温度、压力的降低，使两者发生轻度退变质，碾子沟组榴闪岩中的石榴子石退变为石英等，晋宁期基性岩中的钛铁矿有一部分变质为金红石等。第III次成矿作用：中生代时期，华北地台活化，深断裂重新活动，同时形成一些新的断裂，地下的高温热液沿断裂破碎带上升，溶解了深部的晋宁期基性岩的物质，成为富钛热液，至适当部位停留下来，使围岩发生蚀变，形成蚀变岩带。蚀变过程中，进一步向中部富集，铁向边部迁移，形成金红石矿。新生代时期，印度板块向北俯冲，下地壳基性岩浆侵入，形成喜马拉雅期[4]基性岩，局部对该矿体造成破坏。依据金红石矿床的空间分布、结构、构造、围岩蚀变及产出的地质条件等特征综合分析，认为：金红石的物质来源于地壳深部，即五台期的超基性岩。TiO主要以金红石、2钛铁矿、锐钛矿等为主。含钛矿物原始形态呈浸染状分布于超基性岩中，后经区域变质作用和热液作用，TiO进一步2富集而形成小团块状、细脉状或条带状的金红石。断裂构造较发育，并且已被超基性岩充填；变质超基性岩（阳起透闪岩、直闪岩、石英滑石片岩）为其容矿岩石，并在超基性的蚀变带中形成工业矿体。

5.2找矿方向找矿标志为:

1）区域深大断裂并有超基性岩侵入处；2）具有区域性的金红石化探异常靶区；3）侵入在区域性断裂的超基性岩应具透闪石化、绿泥石化及滑石化等特征；4）后期有热液活动；5）物探磁法显示有中等带状异常的存在等。找矿方向：古板块的缝合部位，蚀变带与碾子沟组基性变质岩或晋宁期基性岩叠加处，即基性变质岩与后期构造热液活动叠加，基性(变质)岩与蚀变岩共同出露处，根据地表基性(变质)岩及蚀变带的产状，预测深部的叠加成矿部位。[4]再根据蚀变岩的分带性和Ti的含量预测矿体的位置。同时，尽可能避开喜马拉雅期基性岩。

参考文献：

[1]刘新武,等.洪塘-羊廷寺金红石普查报告[R].山西,2008.

[2]庞尔成,等.山西代县金红石矿床洪塘矿区含矿岩石的地球化学及年代学[J].岩石矿物学,2010,29(5):497-506.

[3]山西省地质勘查局.山西省区域矿床总结[M].1988.

[4]徐少康,等.山西代县碾子沟金红石矿床地球化学特征[J].矿床地质,2008,27(4)：502-519.

作者：王静 单位：山西省地质调查院