釩鈦磁鐵礦礦床的成礦地質特征及成因綜述

張雪瑞

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

1 釩鈦磁鐵礦礦床的地質特征

1.1 釩鈦磁鐵礦礦床的定義

釩鈦磁鐵礦礦床在形成過程中與大型鐵質鎂鐵-超鎂鐵質層狀巖體和斜長巖雜巖體密切相關，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、葉片狀構造緊密連生。同時，由于釩通常以類質同像混合物的形式產于磁鐵礦中，因此被稱為釩鈦磁鐵礦礦床。

含礦的超基性-基性巖體常與大規模的大陸溢流玄武巖在時空上緊密伴生，并且它的母巖漿主要由高鎂玄武巖提或苦橄欖質組成；因此，據信這種在鐵質-超基性侵入體中發生的巖漿沉積與地幔柱活動直接相關[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，其釩和鈦的儲量分別達到260 萬噸和2.1 億噸。我國的釩鈦磁鐵礦床以攀西地區的攀枝花、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，賦存著超過880 萬噸的釩和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，巖漿通道位置和其他主要構造控制。因此，含礦主復合體可分為兩種類型。

1.2.1 層狀巖體

層狀巖體一般產于大陸裂谷環境，同時在洋脊區的構造伸展帶也有分布。基性巖體的規模較大，呈巖盆狀或單斜狀。主要巖石類型包括輝長巖、蘇長巖以及閃長巖，并可出現少量超基性的橄輝巖。層狀巖體的分異性較好，發育火成堆積構造和韻律層。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，具體到每一個韻律層中，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出于地臺或地盾區，形成時代屬前寒武紀，特別是早元古代和太古宙。巖體巖石類型由斜長巖、輝長巖等組成，以斜長巖為主，為多次侵入的復式巖體。

2 釩鈦磁鐵礦礦床的成因研究

2.1 經典成因模式的研究

釩鈦磁鐵礦礦床作為全球金屬釩和鈦的主要來源，其礦床成因一直廣受關注。經典的釩鈦磁鐵礦礦床的成因模式是通過研究南非Bushveld 雜巖體中磁鐵礦的成因得到的。在Bushveld雜巖體上部發現的26 個磁鐵礦礦層的累積厚度達到20.4 m，相比整體厚達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為是典型的巖漿分離結晶作用晚期的產物[2]。

表1 世界主要大型釩鈦磁鐵礦床及其礦化類型（據徐義剛等[2]修改）

關于層狀巖體中釩鈦磁鐵礦礦床成因模式的爭論由來已久，其代表性的觀點主要有富鐵鈦熔漿液態不混溶、重力結晶分異、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解釋南非Bushveld 雜巖體和格陵蘭Skaergaard 侵入體上部輝長巖帶中Fe-Ti 氧化物層的成因。另個觀點則認為，在低氧的環境條件下，母巖漿在橄欖石、斜長石以及輝石的晶體分化當中，產生了向富鐵方向發展的趨勢，并且最終則形成后，導致鐵和鈦氧化物產生結晶。并且它會在重力的累計下，形成大規模層狀巖體，在上巖相帶中，形成釩鈦磁鐵礦的沉積物。研究人員發現，壓力增加將導致磁鐵礦較早結晶，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的壓力變化。然而，針對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服力的動力學機制支持。

隨著近年來礦物微區結構和成分分析技術的提高以及實驗巖石學的進展，很多學者認為巖漿不混熔過程對層狀巖體，如Bushveld、Skaergaard、Sept Iles、以及攀西地區紅格、新街巖體中的磁鐵礦成因具有重要的作用[2]。最新的實驗表明，不混熔作用可以發生于1000～1020 ℃之下的拉斑玄武質巖漿中。因此，深入研究含礦巖體形成過程中不混溶巖漿的熔融與鐵礦形成之間的關系變得尤為重要。

2.2 中國攀西地區釩鈦磁鐵礦成礦控制因素

中國四川攀西地區釩鈦磁鐵礦礦床地處峨眉大火成巖省內帶，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。同時，該礦集區的多個典型礦床也是成為研究釩鈦磁鐵礦礦床成因的天然對象。前人經過大量的野外調查和實驗分析發現，峨眉山大火成巖省內帶各層狀巖體的巖相組合和礦床地質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的苦味巖原始巖漿的結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。當這種富含鐵和鈦的巖漿在巖體中時，鐵-鈦氧化物，苦橄欖和斜長石轉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晶程度較低，在同化和混合過程中，會引入一定量的水。這不僅比斜長石的結晶早得多，導致下巖相帶中的斜輝石和鐵-鈦氧化物結晶，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了新引入的富含鐵和鈦的巖漿中鐵和鈦氧化物的早期結晶，從而在中央巖相帶每個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入巖體之前先進入了一個中間巖漿室，在那里它與高度發達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的鐵和氧化鈦，形成了富含鐵鈦磷的獨特巖漿，巖石中的鐵-鈦氧化物和磷灰石較早結晶，并且在每個循環的底部形成了獨特的磷灰石-磁鐵礦-輝石。

盡管如此，宋謝炎等[5]認為，控制這些侵入物礦化的關鍵控制因素仍然相似，即地幔成因的巖漿使深部巖漿室內的硅酸鹽礦物分離并結晶，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，較早結晶并經過流動分選，使得鈦鐵氧化物在下部和中部巖相帶聚集成礦。

3 結束語

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。該礦床主要產于鎂鐵-超鎂鐵質巖體中，這些巖體的可分為層狀巖體和非層狀巖體，其構造背景、產出形態和巖性組合均有所區別。礦體的形成受含礦巖體形態、巖漿通道位置及其他原生構造的控制。磁鐵礦礦層既可以賦存于大型層狀巖體上部的輝長質巖石和中下部的超鎂鐵質巖石中，也可以呈浸染狀或凸鏡狀賦存于非層狀巖體的斜長巖套之中。經典的礦床成因模式包括富鐵鈦熔漿液態不混溶、重力結晶分異、壓力或氧逸度周期性變化等。通過對中國四川攀西地區典型釩鈦磁鐵礦礦床的最新研究發現，其成礦控制因素包括硅酸鹽礦物的強烈分離和結晶，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晶，巖漿流的分離導致鐵和鈦的氧化物聚集等。這些成果的發現和提出有助于指導廣大地質工作者對釩鈦磁鐵礦礦床開展更有效的找礦和勘查工作。