钒钛磁铁矿矿床的成矿地质特征及成因综述

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钒钛磁铁矿矿床的成矿地质特征及成因综述
张雪瑞
（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）
摘 要:钒钛磁铁矿矿床是全球金属钒和钛的主要来源，
约占全球钛资源量的80%以上，钒资源量的70%以上，成为各大矿业公司的重点勘查和开采对象。

由于钒钛磁铁矿矿床属产于镁铁-超镁铁质岩体的典型岩浆矿床，其矿床成因与地幔柱活动相关，因而一直是矿床学家研究的热点。

本文通过搜集国内外关于钒钛磁铁矿矿床的资料，简要介绍了钒钛磁铁矿矿床的含矿岩体形态、矿体特征和成矿地质背景等内容，并以经典成因理论和中国攀西地区成矿控制因素为重点对矿床成因模式进行了总结。

关键词：
钒钛磁铁矿矿床；地质特征；成因模式中图分类号: P611 文献标识码:A 文章编号：
11-5004（2020）23-0049-2 收稿日期：
2020-12作者简介：
张雪瑞，男，生于1994年，汉族， 四川成都人，硕士在读，研究方向：地质学(岩石学、矿物学、矿床学) 。

1 钒钛磁铁矿矿床的地质特征
1.1 钒钛磁铁矿矿床的定义
钒钛磁铁矿矿床在形成过程中与大型铁质镁铁-超镁铁质层状岩体和斜长岩杂岩体密切相关，属晚期岩浆矿床[1]。

该矿床中最主要的矿石矿物是磁铁矿和钛铁矿，二者通常呈格架状、叶片状构造紧密连生。

同时，由于钒通常以类质同像混合物的形式产于磁铁矿中，因此被称为钒钛磁铁矿矿床。

含矿的超基性-基性岩体常与大规模的大陆溢流玄武岩在时空上紧密伴生，并且它的母岩浆主要由高镁玄武岩提或苦橄榄质组成；因此，据信这种在铁质-超基性侵入体中发生的岩浆沉积与地幔柱活动直接相关[2]。

表1列出了世界上主要的大型含钒钒磁铁矿床。

目前，世界上最大的钒钛磁铁矿床位于在南非Bushveld 杂岩体中，其钒和钛的储量分别达到260万吨和2.1亿吨。

我国的钒钛磁铁矿床以攀西地区的攀枝花、红格和白马岩体为代表，其组成了世界上最大的钒钛磁铁矿矿集区，赋存着超过880万吨的钒和8.7亿吨的钛，分别占世界资源量的11%和38%。

1.2 含矿超基性-基性岩体的地质特征
钒钛磁铁矿矿床的露头形状不仅受岩相控制，而且受岩体形态，岩浆通道位置和其他主要构造控制。

因此，含矿主复合体可分为两种类型。

1.2.1 层状岩体
层状岩体一般产于大陆裂谷环境，同时在洋脊区的构造伸展带也有分布。

基性岩体的规模较大，呈岩盆状或单斜状。

主要岩石类型包括辉长岩、苏长岩以及闪长岩，并可出现少量超基性的橄辉岩。

层状岩体的分异性较好，发育火成堆积构造和韵律层。

整体而言，岩石的基性程度和含矿性自上而下逐渐增高，在下部韵律层含矿性好于上部的韵律层。

同时，具体到每一个韵律层中，其下部含矿性通常又好于上部。

1.2.2 非层状岩体
非层状岩体大部分都产出于地台或地盾区，形成时代属前寒武纪，特别是早元古代和太古宙。

岩体岩石类型由斜长岩、辉长岩等组成，以斜长岩为主，为多次侵入的复式岩体。

2 钒钛磁铁矿矿床的成因研究
2.1 经典成因模式的研究
钒钛磁铁矿矿床作为全球金属钒和钛的主要来源，其矿床成因一直广受关注。

经典的钒钛磁铁矿矿床的成因模式是通过研究南非Bushveld 杂岩体中磁铁矿的成因得到的。

在Bushveld 杂岩体上部发现的26个磁铁矿矿层的累积厚度达到20.4 m，相比整体厚达6500 m 的杂岩体，磁铁矿层只占岩体很小的比例。

表1 世界主要大型钒钛磁铁矿床及其矿化类型（据徐义刚等[2]修改）
岩体国家年龄(Ma)面积(km 2)厚度(km)矿化类型Bushveld Complex
南非2060650007~9PGE, Cr, V, Fe, Ti, P
Sept Iles 加拿大56450006Fe, Ti, P
Duluth 美国110050001~5PGE, Cu, Ni, Fe, Ti, P, V
Bjerkreim-Sokndal
挪威9302307.5Fe, Ti, P, V 攀枝花中国263302~3Fe, Ti, V Fedorivka
乌克兰
1760
3
0.3
Fe, Ti, P, V
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因此，钒钛磁铁矿矿床被认为是典型的岩浆分离结晶作用晚期的产物[2]。

关于层状岩体中钒钛磁铁矿矿床成因模式的争论由来已久，其代表性的观点主要有富铁钛熔浆液态不混溶、重力结晶分异、压力或氧逸度周期性变化等。

Bateman最早提出演化的基性岩浆分离出富Fe和富Si两种不混溶熔体并由前者形成磁铁矿富集层。

这一成因模式被用来解释南非Bushveld杂岩体和格陵兰Skaergaard侵入体上部辉长岩带中Fe-Ti 氧化物层的成因。

另个观点则认为，在低氧的环境条件下，母岩浆在橄榄石、斜长石以及辉石的晶体分化当中，产生了向富铁方向发展的趋势，并且最终则形成后，导致铁和钛氧化物产生结晶。

并且它会在重力的累计下，形成大规模层状岩体，在上岩相带中，形成钒钛磁铁矿的沉积物。

研究人员发现，压力增加将导致磁铁矿较早结晶，并在层状岩体中形成磁铁矿层，多层磁铁矿的形成可得益于反复的压力变化。

然而，针对岩浆房压力和氧逸度的周期性变化的成因模式仍有待更具说服力的动力学机制支持。

随着近年来矿物微区结构和成分分析技术的提高以及实验岩石学的进展，很多学者认为岩浆不混熔过程对层状岩体，如Bushveld、Skaergaard、Sept Iles、以及攀西地区红格、新街岩体中的磁铁矿成因具有重要的作用[2]。

最新的实验表明，不混熔作用可以发生于1000~1020 ℃之下的拉斑玄武质岩浆中。

因此，深入研究含矿岩体形成过程中不混溶岩浆的熔融与铁矿形成之间的关系变得尤为重要。

2.2中国攀西地区钒钛磁铁矿成矿控制因素
中国四川攀西地区钒钛磁铁矿矿床地处峨眉大火成岩省内带，自北向南分布有太和、白马、攀枝花、红格及新街等岩体，共同组成了世界最大的钒钛磁铁矿矿集区。

同时，该矿集区的多个典型矿床也是成为研究钒钛磁铁矿矿床成因的天然对象。

前人经过大量的野外调查和实验分析发现，峨眉山大火成岩省内带各层状岩体的岩相组合和矿床地质特征均存在一些差异，其具体的矿床成因模式并不完全相同[5]。

2.2.1 基本成矿模式——攀枝花和白马岩体
橄榄岩和斜辉石的分离以及深部岩浆室内的苦味岩原始岩浆的结晶逐渐增加了残留岩浆中Fe2O3和TiO2的含量，形成了富含铁和钛的基本岩浆。

当这种富含铁和钛的岩浆在岩体中时，铁-钛氧化物，苦橄榄和斜长石转化为液相线附近的矿物，由于重力分异而形成了一层钒-钛磁铁矿。

2.2.2 水加入的影响——红格岩体
红格岩体的母岩浆分离结晶程度较低，在同化和混合过程中，会引入一定量的水。

这不仅比斜长石的结晶早得多，导致下岩相带中的斜辉石和铁-钛氧化物结晶，而且还形成了大量的晶体矿物，如闪石和黑云母。

但是，铁-钛氧化物的晶体量相对较高，小矿不能形成良好的矿化作用。

此外，残留岩浆中的水促进了新引入的富含铁和钛的岩浆中铁和钛氧化物的早期结晶，从而在中央岩相带每个周期的底部形成了块状且散布的矿石层。

2.2.3 中间岩浆房的作用——太和岩体
与攀西地区其他含矿岩不同，冥王星深层的太和岩浆室的演化表明，富含铁和钛的岩浆在进入岩体之前先进入了一个中间岩浆室，在那里它与高度发达的富含磷的岩浆室相互作用。

岩浆混合并熔化了一些低熔点的铁和氧化钛，形成了富含铁钛磷的独特岩浆，岩石中的铁-钛氧化物和磷灰石较早结晶，并且在每个循环的底部形成了独特的磷灰石-磁铁矿-辉石。

尽管如此，宋谢炎等[5]认为，控制这些侵入物矿化的关键控制因素仍然相似，即地幔成因的岩浆使深部岩浆室内的硅酸盐矿物分离并结晶，形成富含钛铁矿的岩浆，含矿石浅的岩浆中含有富含钛铁矿的岩浆。

最终，使氧化钛铁几乎变成液相线矿物，较早结晶并经过流动分选，使得钛铁氧化物在下部和中部岩相带聚集成矿。

3结束语
钒钛磁铁矿矿床的矿石矿物主要由富含钒的磁铁矿和钛铁矿组成。

该矿床主要产于镁铁-超镁铁质岩体中，这些岩体的可分为层状岩体和非层状岩体，其构造背景、产出形态和岩性组合均有所区别。

矿体的形成受含矿岩体形态、岩浆通道位置及其他原生构造的控制。

磁铁矿矿层既可以赋存于大型层状岩体上部的辉长质岩石和中下部的超镁铁质岩石中，也可以呈浸染状或凸镜状赋存于非层状岩体的斜长岩套之中。

经典的矿床成因模式包括富铁钛熔浆液态不混溶、重力结晶分异、压力或氧逸度周期性变化等。

通过对中国四川攀西地区典型钒钛磁铁矿矿床的最新研究发现，其成矿控制因素包括硅酸盐矿物的强烈分离和结晶，以形成富含铁和钛的岩浆，铁和钛的氧化物变成接近液相线的矿物和早期结晶，岩浆流的分离导致铁和钛的氧化物聚集等。

这些成果的发现和提出有助于指导广大地质工作者对钒钛磁铁矿矿床开展更有效的找矿和勘查工作。

参考文献
[1] 翟裕生, 姚书振, 蔡克勤. 矿床学.第3版[M]. 北京: 地质出版社, 2011.
[2] 徐义刚, 王焰, 位荀, 等. 与地幔柱有关的成矿作用及其主控因素[J]. 岩石学
报, 2013, 29: 33073322.
[3] 曹俊. 塔里木大火成岩省中镁铁—超镁铁质层状岩体及赋含钒钛磁铁矿矿床
成因[D]. 中国科学院研究生院(广州地球化学研究所), 2015.
[4] 佘宇伟, 宋谢炎, 于宋月, 等. 磁铁矿和钛铁矿成分对四川太和富磷灰石钒钛
磁铁矿床成因的约束[J]. 岩石学报, 2014, 30: 14431456.
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