deposits

2008金紅石礦床的類型_分布及其主要地質特征_趙一鳴

2008年8月August,2008礦床地質

MINERALDEPOSITS

第27卷第4期

Vol.27No.4

文章編號:0258-7106(2008)04-0520-11

金紅石礦床的類型、分布及其主要地質特征

趙一鳴

(中國地質科學院礦產資源研究所,北京100037)

摘要金紅石及其同質多象(銳鈦礦)是鈦的氧化物中最具經濟意

義的礦產資源,也是中國當前短缺和重要的急需礦種之一。金紅石礦床

產出的大地構造背景主要是古老地盾區及其邊緣或褶皺帶中的變質地

體。全球范圍內,主要的金紅石礦床可分為4個大類,即:變質的、與侵入

巖有關的、沉積的和風化的,它們又可以分為12個類型,其中,第四紀海

濱沉積砂礦是最重要的類型,榴輝巖型、堿性巖風化型和河流沉積砂礦

型次之;堿性輝石巖中的鈣鈦礦、角閃巖型和斑巖銅(鉬)礦伴生的金紅

石礦床經濟潛力很大。大多數金紅石富礦床來自榴輝巖型、與侵入巖

有關的熱液交代型和深度風化的堿性巖型,但在變質(粉)砂巖型和古沉

積砂礦型中也有富礦床產出。

關鍵詞地質學;金紅石礦床;類型;分布;主要地質特征;綜述

中圖分類號:P618.47文獻標志碼:A

Genetictypes,distributionandmaingeological

characteristicsofrutile

deposits

ZHAOYiMing

(InstituteofMineralResources,ChineAcademyofG

eologicalSciences,Beijing100037,China)

Abstract

Rutileanditsisomericmineral—anatahavethemostimpo

rtanteconomicsignificanceamongtitaniummineralresources

andconstituteoneofthebadlyneededmineralresources

orrutiledepositsmaybedividedinto

fourtypes,namely,metamorphic,igneous-

related,dimentary,ybefurtherdivided

hem,theyoungdimentaryrutile

depositsareeconom-icallymostimportant,followedbyeclogite

posit

types,suchasrutilefromamphibolite,andrutilebyproductfrom

porphyryCu-Modeposits,arelikelytobecomeeco-nomic

tonically,therutiledeposits

aremostlydistributedinancientshieldsandtheirmarginsaswell

rutile-richorescamefromdepositsofeclogitetype,metasomatic

zonesofigneous-relateddeposits,anddeeplyweathrerdalkalic

heless,inmetamorphic

sandstone(siltstone)depositsandancientplacerdeposits,rich

oresmayalsooccur.

Keywords:geology,rutiledeposits,geneticty

pes,distribution,maingeologicalcharacteristics,comprehensive

本文得到國家自然科學基金項目(40773038)、內蒙古自治區地勘

項目(05-1-TK01)和中央級公益性科研院所基本科研業務費資助項目

(K0714-3)的聯合資助

第一作者簡介趙一鳴,男,1934年生,研究員,長期從事金屬礦床地

質地球化學研究。

收稿日期2008-04-10;改回日期2008-05-08。張綺玲編輯。

鈦在巖石中呈氧化物和硅酸鹽礦物存在。自然界的主要富鈦礦物

有:金紅石(TiO2)、銳鈦礦(TiO2)、板鈦礦(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)、

鈣鈦礦(CaTiO3)和榍石(CaTiSiO5)。此外,磁鐵礦、黑榴石質榴石、黑

云母、鈣質角閃石和普通輝石等礦物的TiO2含量,也可達到0.12%～

17%(Deeretal.,1962;王濮等,1982)。經濟地質學家把焦點集中于鈦

的氧化物上,即金紅石、銳鈦礦和鈦鐵礦。

因為金紅石是當前中國短缺而又急需的重要礦種之一,本文著重討

論最具經濟意義的鈦氧化物———金紅石及其同質多象銳鈦礦的礦床

類型、主要地質特征及其分布簡況。考慮到徐少康等(2001)和夏學惠

等(2007)對中國金紅石礦床的類型、地質特征和找礦區帶等已作過較

全面的總結和討論,因此,本文的重點放在介紹國外有關重要金紅石礦床

的類型和簡要地質特征上。這可能對中國金紅石礦床的尋找有所借鑒。

1金紅石礦床的分類及其主要地質特征

世界上主要的金紅石礦床可大致分為4大類別,即變質的、與侵入

巖有關的、第四紀沉積的和風化的,它們可進一步劃分為榴輝巖型、角

閃巖型、變質(粉)砂巖型、變質鋁硅酸鹽型、斜長巖-鐵閃長巖型、鈉

長巖型、堿性巖型、斑巖型、海濱砂礦型、河流砂礦型、古沉積砂礦

型和堿性巖風化型等12個類型。其中以海濱砂礦型最為重要,榴輝巖型、

堿性巖風化型和河流沉積砂礦型次之。各類型的礦床典型實例、典型

鈦礦物、礦石品位和金紅石粒度及其經濟意義見表1。

表1重要金紅石(銳鈦礦)礦床類型及其經濟意義(據Force,1991

修改和補充)

Table1Typesofrutile(anata)depositsandtheireconomic

significance(modifiedandreplenishedafterForce,1991)

類別及類型典型鈦礦物金紅石粒度

礦石品位

w(TiO2)/%

重要性礦床實例資料來源

1變質的

a.榴輝巖型金紅石0.1～0.2mm3.1～5.8B意大利Piampaludo;挪

威Sun-

nfjord;中國江蘇毛北Mancini,1979;Griffinetal.,1981;程振

香,1990;王大志等,2006

b.角閃巖型金紅石

鈦鐵礦0.02～2.2mm1.5～2.5D中國河南八廟

中國山西碾子溝

閻中英,1991;沈永和等,1986

c.變質(粉)砂巖

型銳鈦礦

金紅石

鈦鐵礦

0.01～0.1mm1.5～15D中國內蒙古羊蹄子山-磨石山趙一鳴

等,2006;本文

d.變質鋁硅酸鹽型金紅石<0.1mm1D美國科羅拉多州

EvergreenSchmidt,19852與侵入巖有關的

a.斜長巖-鐵閃長

巖型金紅石

鈦鐵礦

較粗2～50C美國弗吉尼亞州Roland

墨西哥PlumaHidalgo

Herzetal.,1987

Ortega-Gutierez,1981

b.鈉長巖型金紅石6～10D挪威KrageroGreen,1956

c.堿性巖型鈣鈦礦

金紅石

板鈦礦1～4mm6.5C美國科羅拉多州Powderhorn;

美國阿肯

色州Magnetcove

Thompson,1987

Ericksonetal.,1963

d.斑巖型金紅石0.03～0.06mm0.24～0.9D美國猶他州Bingham

Czamanskeetal.,1981

3.沉積的

a.海濱砂礦型鈦鐵礦

金紅石0.10～0.18mm1.4,金紅石

占重礦物的

4～11

A澳大利亞東海岸;

南非RichardsBay;

印度Kerala和TamilNadu省;

Travancore海岸地區

Mckellar,1975

Fockema,1986

Malliketal.,1987

b.河流砂礦型鈦鐵礦

金紅石

0.06～0.5mm0.5～2C塞拉里昂GhangbamaForce,1991

c.古沉積砂礦型金紅石

銳鈦礦

假象金紅石

鈦鐵礦

0.2～0.25mm>20C加拿大魁北克SuttonHebertetal.,2007

4.風化的

堿性巖風化型銳鈦礦

(鈣鈦礦)

<0.1mm～1cm>20B巴西TapiraTurner,1986

注:A—很重要;B—在最近將來可能很重要;C—中等重要;D—目前

在世界范圍內較不重要。521

第27卷第4期趙一鳴等:金紅石礦床的類型、分布及其主要地

質特征

下面對各類型金紅石礦床的主要地質特征作簡要介紹。

1.1變質類礦床

這一大類的金紅石礦床主要包括榴輝巖型、角閃巖型、變質(粉)砂

巖型和變質鋁硅酸鹽巖4個礦床類型。變質原巖的成分和變質程度的

高低對這類金紅石礦的共生礦物組合和含鋁硅酸鹽礦物中TiO2含量高

低影響較大。在高壓(超高壓)、高級變質的榴輝巖中,鈦的氧化物只以

金紅石形式存在,一般不生成鈦鐵礦,共生的脈石礦物可能有石榴子石、

綠輝石和閃石等,只有在退化變質帶才有可能出現少量鈦鐵礦;在中(偏

低)級變質的角閃片巖和變質(粉)砂巖中,金紅石常與鈦鐵礦等密切共生,

個別礦床甚至出現較多的銳鈦礦(表1),根據變質原巖成分的不同,脈石

礦物可能有石英、角閃石、斜長石、鐵直閃石、黑云母、藍晶石和矽

線石等。

隨著變質程度的增高,黑云母和角閃石中TiO2含量也相應增加,在

中級變質相中(如內蒙古磨石山),黑云母一般含TiO20.06%～2.44%,角

閃石的TiO2含量也只有0.03%～0.18%;但在麻粒巖相,黑云母的TiO2

含量可增至6%,角閃石的TiO2含量可增至4%(Dymer,1983)。

1.1.1榴輝巖型礦床

金紅石是高溫高壓變質系列榴輝巖中的一個特殊相。在此相中,金

紅石常與石榴子石(鐵鋁榴石)、綠輝石或堿質角閃石以及綠簾石共生,

鈦鐵礦很少出現,而榍石只是作為退化變質礦物存在(Force,1991)。當

榴輝巖具有鐵質輝長巖成分時,金紅石的含量可超過5%(Cortesogno

etal.,1977)。

榴輝巖型金紅石礦床在變質鈦礦床中具有最重要的經濟潛力。它

見于意大利(Mancini,1979)、挪威(Griffinetal.,1981)、俄羅斯南烏拉

爾(Smirnov,1983)、中國蘇北(程振香,1990)等地。

下面舉榴輝巖型金紅石礦床的3個實例:

(1)意大利Piampalud礦床該礦床位于意大利西北部的榴輝巖中

(Mancini,1979;Clericietal.,1981)。區域上還有不少小的含金紅石榴

輝巖體。礦區內榴輝巖具有鐵質輝長巖的成分,TiO2含量為4.6%～

5.8%,而TFe含量則高達18.2%。

礦石薄片中能見到石榴子石變斑晶和輝石的大晶體,它們產于藍綠

色角閃石基質中。金紅石呈集合體平行片理產出。集合體一般寬1～

2mm,大多數金紅石晶體大小為0.1mm左右。集合體中的其他礦物有

角閃石、綠簾石、鈦鐵礦和少量石榴子石。Force(1991)在薄片中估算

金紅石的含量為2.7%～9.3%,平均5.3%。

Mancini等(1979)曾估算Piampaludo礦床的金紅石資源量為

780萬噸(根據9個鉆孔資料),而Force(1991)則樂觀地估算可增加到

3640萬噸。

(2)挪威Sunnfjord地區早古生代含礦榴輝巖的成分為鐵質輝長

巖,包括石榴子石橄欖巖、橄欖巖、斜長巖、橄長巖、斜長二長巖等。

榴輝巖邊緣由于退化變質變為角閃巖。實際上,含礦榴輝巖是產于花崗

巖類巖石中的一個很大的捕擄體。礦石TiO2的平均含量為2.7%～

3.1%,而金紅石資源量則為290萬噸(Griffinetal.,1981)。

金紅石粒徑平均0.1～0.2mm,通常組成集世界主要山脈 合體產于粗晶綠輝石、

自形的石榴子石和角閃石裂隙中。

Force(1991)總結了榴輝巖型礦床的幾點規律:①含金紅石的榴輝

巖的成分多為鐵質輝長巖,它比正常的榴輝巖更富TiO2;②未蝕變和未

遭剪切化的榴輝巖中,金紅石分布較均勻,否則就不均勻;③榴輝巖的大小

一般為0.1～4km2;對于每個巖體來說,金紅石資源量多在10～1000萬

噸之間;金紅石的品位一般為3%～5%;④石榴子石的成分是鐵鋁榴石,

含較多的錳鋁榴石分子;綠輝石質成分的輝石對成礦不利。

(3)江蘇東海毛北東海地區位于蘇魯造山帶南部,是超高壓變質巖

的典型出露地區之一。該區分布有530多個大小不等的榴輝巖體。它

們成群成帶地出現在以太古宇片麻巖為主的圍巖中。在20世紀80年

代,江蘇省第六地質隊等在本區進行了礦產普查,投入了大量鉆探工作,探

明毛北榴輝巖體是一個大型金紅石礦床。隨著中國大陸超深鉆項目的

實施,眾多學者對蘇北等高壓變質帶中含金紅石榴輝巖的產出構造背景、

巖石學、礦物學和地球化學等方面進行了較深入的研究,其中重點是大

陸超深鉆主孔中的含金紅石榴輝巖和東海毛北金紅石礦床。程振香

(1990)、王大志(2006)和余金杰等(2006)曾對毛北礦區的基本地質特

征、巖石、礦物和地球化學作過研究。

毛北礦區出露的變質巖有黑云斜長片麻巖、二云斜長片麻巖、斜

長片麻巖和角閃片巖等。榴輝巖體成群分布,呈透鏡狀和不規則弧狀產

出。其中主要巖體南北長2200m,東西寬120～300m。已圈出10多

個大小不等的礦體,主礦體長1300m,厚4

522

礦床地質2008年

～210m,平均130m,向深部延伸300m。

按榴輝巖構造特征和共生礦物的不同,可進一步劃分出含金紅石塊

狀榴輝巖、片麻狀榴輝巖、含藍晶石多硅云母片麻狀榴輝巖、石英榴

輝巖和黝簾石條帶狀榴輝巖等。前者為礦體,其他類型榴輝巖的金紅石

含量大多小于1%,礦石中金紅石含量為1.02%～5.85%,平均2.32%。

金紅石的粒徑是0.04～0.6mm,平均0.25mm左右。

金紅石礦石選礦效果良好,精礦品位w(TiO2)達93.6%,回收率

64.17%。邱檢生等(2006)曾分析了東海大陸科學鉆主孔中貧鈦和富鈦

兩類榴輝巖的地球化學特征。

根據程振香(1990)、王大志等(2006)和張斌輝等(2006)所提供的

東海毛北礦區各類含金紅石榴輝巖的大量化學全分析資料,也可劃分出

低鈦榴輝巖(TiO2含量0.4%～2.19%,平均1.41%)和高鈦榴輝巖(TiO2

含量2.24%～5.85%,平均4.45%)兩大類。低鈦榴輝巖的TFe含量也較

低,為5.3%～

10.0%;而高鈦榴輝巖的TFe含量則相當高,達

11.0%～24.0%,平均14.5%。高鈦榴輝巖的SiO2含量也偏低。這

說明,榴輝巖型金紅石富礦往往與含鐵較高的榴輝巖密切相關。因此,榴

輝巖含TFe的高低,是區分富礦和貧礦的重要標志之一。

余金杰等(2006)應用鋯石地質溫度計,測得毛北礦區附近小焦、新

楊昌和許溝等地榴輝巖中金紅石形成的溫度為600～751℃。

1.1.2角閃巖型礦床

由基性或鎂鐵質巖變質而成的角閃巖型金紅石礦床主要產于中國

東秦嶺和晉北地區,如陜西河南交界處的西峽、商南、河南方城、新縣

和山西代縣等地。根據變質前原巖基性程度的不同,又可分為變質基性

巖型和變質鎂鐵質巖型2個亞類。下面分別舉例作簡要介紹。

(1)變質基性巖型八廟-青山金紅石礦床位于豫陜交界處的西峽八

廟和商南青山之間,大地構造上隸屬于秦嶺構造帶東段北秦嶺褶皺帶。

曾有不少人認為含礦層時代為中元古代,張銀波(1996)和徐少康等

(1997)根據化石等資料,將其定為中泥盆世。礦層與白云石大理巖、大

理巖互層,與圍巖呈整合接觸。金紅石產于黑云母角閃片巖、角閃黑云

片巖、鈉長角閃片巖及斜長角閃片巖等變質巖中。礦層厚度一般

0.63～13.37m。金紅石的共生礦物除角閃石、黑云母、斜長石(鈉長

石占相當比例)外,含少量榍石、鈦鐵礦、黃鐵礦和綠泥石。金紅石多為

半自形、自形、關于年的作文 短柱狀,粒度小于1mm。礦石品位(TiO2)在

1.64%～3.56%之間。

(2)變質鎂鐵質巖型山西代縣碾子溝(據沈永和等,1986)礦區內有

呂梁期基性、超基性巖體(輝石巖、橄欖輝石等)侵入。它們遭受自變質

和后期熱液作用后蝕變為陽起透閃巖和直閃巖(含藍晶石)等,并使金紅

石富集成礦。

礦化帶長11km,主礦體長1700m,延深400～500m,平均厚44m。

礦體呈脈狀、條四個全面是指 帶狀和團塊狀。礦石TiO2的平均品位2.2%。金紅石

與鈦鐵礦密切共生,粒度為0.1～0.5mm。

已探明金紅石的資源量163.4萬噸。由于礦石中金紅石顆粒度較

大,礦石的選礦效果很好:原礦中TiO2含量為2.21%,金紅石〔w(TiO2)〕

含量為1.86%,經試驗后,精礦混合品位(TiO2)90.17%,回收率高達

75.06%(賈王秀明等,2006)。因此,碾子溝金紅石礦可能是目前國內開

發利用條件最好的金紅石礦山。

1.1.3變質(粉)砂巖型———內蒙古羊蹄子山-磨石

山礦床

這是筆者近年來(趙一鳴等,2006)發現和勘查的一個以銳鈦礦為主

的新類型鈦礦床。在大地構造上,礦床地處華北地臺北緣內蒙地軸的中

東部,位于侏羅系火山盆地的局部隆起區。礦體產于中元古代

〔(1751.48)Ma〕二道凹群絹云石英(或石英絹云)片巖、變質石英

(粉)砂巖中,圍巖還有斜長角閃巖和角閃巖等。礦體呈透鏡狀、似層狀,

與圍巖整合產出。

富礦石呈條紋狀或條痕狀構造,表現為以鈦的氧化物為主的條紋(痕)

與以石英為主(伴有星散狀鈦礦物)的條紋相間組成。礦石礦物較特殊,

主要為銳鈦礦,伴有一定量金紅石和鈦鐵礦。脈石礦物主為石英(其含

量>60%),含少量直閃石、黑云母和綠泥石,局部有違章罰款 錳鋁-鐵鋁榴石。富

礦品位〔w(TiO2)〕3.17%～15.46%,而貧礦品位則為1.3%～2.97%。

銳鈦礦、金紅石和鈦鐵礦的粒度較細,一般為0.01～0.1mm。在貧礦石

中,上述鈦礦物主要呈不均勻的浸染狀分布。

礦床局部又有燕山晚期〔(1183)Ma〕花崗巖的侵入,而遭到熱液

改造,形成塊狀、網脈狀和細脈浸染狀礦石。

銳鈦礦和金紅石的微量元素地球化學研究揭

523

第27卷第4期趙一鳴等:金紅石礦床的類型、分布及其主要地

質特征

示,Cr和Nb的數據主要落在Zack(2004)Cr-Nb相關圖中的變質

鎂鐵質巖區,而不是它的賦存巖石變質粉砂巖區,說明成礦與圍巖斜長角

閃巖(變質基性、超基性巖)有成因聯系。

礦石和圍巖硅同位素研究表明,30Si值為0.1‰～-0.9‰,完全可

以和白云鄂博礦床和秦嶺泥盆紀多金屬礦床的交代巖、礦石和硅質巖

的30Si值(丁悌平等,1994)進行對比。大多數學者都傾向認為后兩類

礦床屬海底噴氣沉積礦床。因此,羊蹄子山-磨石山銳鈦礦礦床成因屬于

中元古代沉積變質礦床,成礦與海底中(基)性火山噴發活動有關。1.1.4

變質鋁硅酸鹽型礦床

在美國,這類金紅石礦床的重要性在變質型礦床中僅次于變質榴輝

巖型。礦床大多數由火山成因的母巖經變質作用或變質熱液作用而形

成的(Marshetal.,1976;Schmidt,1985)。

礦床的礦物組合很特殊,而且與變質程度的變化有很大關系。礦石

中鋁硅酸鹽礦物很豐富,其數量能超過石英。它們從高級變質的矽線石,

通過藍晶石和紅柱石,到低級變質的葉蠟石。黃玉和鋁質磷酸鹽礦物(如

天藍石)較常見。黃鐵礦局部富集。

美國東南部的藍晶石、葉蠟石和其他鋁硅酸鹽型礦床中,金紅石可

作為副產品。礦石中金紅石含量約1%或少一點。金紅石粒徑小于

0.1mm。礦床規模通常為中小型,個別達大型。

1.2與侵入巖有關的礦床

1.2.1斜長巖-鐵閃長巖型礦床

斜長巖侵入體一般產于高級變質的地體中,常伴生鐵閃長巖、鐵輝

長巖、紫蘇花崗巖和環斑花崗巖(Emslie,1978)。鐵閃長巖和輝長巖的

侵入時間明顯晚于斜長巖,但它們之間具有一定的地球化學聯系。

斜長巖侵入體的成分變化于英安質巖至淺色輝長巖之間。在斜長

巖-鐵閃長巖侵入體內,斜長巖含TiO2較低,但鐵閃長巖及有關巖石富含

金紅石和鈦鐵礦。除了這兩個含鈦氧化物外,在這套侵入雜巖中,還有磁

鐵礦、赤鐵礦和鈦尖晶石。

與斜長巖、鐵閃長巖有關的鈦礦床可進一步分成2個亞類:一類是

鈦鐵礦-磁鐵礦礦床;另一類為金紅石礦床。應該指出,與斜長巖類有關

的鈦鐵礦-磁鐵礦礦床屬巖漿型,在美國紐約州的Sarford湖地區(Force

etal.,1984)、加拿大魁北克Allard湖地區(Bergeron,1972)、挪威

Tellnes地區(Krauetal.,1986)以及中國河北大廟(趙一鳴等,2004)等

地均有產出,而且有些是世界上非常重要的鈦鐵礦產地,僅加拿大的

Allard湖和挪威的Tellnes地區,目前就提供世界鈦資源的19%和12%。

但本文不打算討論鈦鐵礦礦床,只著重討論金紅石礦床,這類金紅石礦床

大多可能與熱液交代作用有關,品位往往較高。

實例一:美國弗吉尼亞州Roland地區

該鈦礦床既有巖漿型鈦鐵礦礦床,又有交代型金紅石礦床,均曾開采

過,剩下金紅石資源量約150萬噸和鈦鐵礦資源量1250萬噸(Herzet

al.,1987)。粗粒金紅石主要沿斜長巖與含鈦鐵礦蝕變火山巖片麻巖接

觸帶產出,金紅石含量約2%左右。在含鈦鐵礦的片麻巖中,還有鈦鐵磷

灰巖產出。

實例二:墨西哥PlumaHidalgo地區

該地區(瓦哈卡省)發育一個大的高級變質巖地體。變質巖主要由片

麻巖組成,組成礦物有石英、反條紋長石、輝石、石榴子石、石墨和鈦

鐵礦,構成條帶狀構造。片理方向為北西-南東(Ortega-Gutierez,

1981)。

斜長巖含有反條紋長石、輝石的大晶體及石英。這套巖石是

PlumaHidalgo礦床的圍巖。斜長巖遭高度蝕變,增加了許多石英和電

氣石。在PlumaHi-dalgo中部地區,有許多小的不純斜長巖侵入體,一

般含1%～2%的粗粒金紅石。但具有巨大經濟價值的是含2%～50%

金紅石的不純斜長巖,平均含TiO220%。這可能是世界上最富的金紅石

礦石。金紅石礦體寬約20～40m,長至少有600m。這個礦帶的圍巖主

要是片麻巖,局部是含低品位金紅石的斜長巖。在富礦石中,金紅石呈粗

粒單晶產出,產于蝕變長石或輝石巨晶中(Paulson,1964)。

Paulson(1964)認為,高品位金紅石礦石的形成可能與接觸交代作

用有關。礦床的原始巖石應是正常的低品位金紅石斜長巖。

1.2.2鈉長巖型礦床———挪威Kragero地區

在挪威南部海岸靠近Kragero產有富金紅石的鈉長巖,該礦床1927

年以前就曾開采過,現已采完。Green(1956)曾對礦區地質情況作過報

導,含金紅石鈉長巖的圍巖是角閃巖,它有2種類型:一是片理化的變輝長

巖,含有方柱石和榍石;另一類為斜長角閃巖,是變形的枕狀熔巖。

鈉長巖中富集金紅石,而角閃巖類圍巖則富含榍石。Kragero的主

要金紅石礦體寬2m,金紅石含量平均為6%至10%,但分布不均勻,局部

甚至高達

524

礦床地質2008年

25%,其他巖石則含電氣石或剛玉和少量金紅石。Green(1956)認

為金紅石富礦的生成是交代成因的。

1.2.3與堿性侵入巖有關的礦床

含鈦氧化物的重要堿性巖為云霞正長巖雜巖,它可能含豐富的鈣鈦

礦、磁鐵礦和金紅石同質多形晶。除富含磁鐵礦外,常富含鈮。鈦鐵礦

一般較少,但也有較富集的。與此相反,鈉質霞石正長巖類堿性雜巖體中

的含鈦礦物多為硅酸鹽,如榍石、鈦普通輝石、鈦鈣鐵榴石、鈦閃石等

(Force,1991)。就是說,這些含鈦礦物均不具工業意義。

這里介紹2個與堿性侵入巖有關的礦床:

(1)美國科羅拉多州的Powderborn

Thompson(1987)曾報導,在Powderborn地區大約有鈣鈦礦資源

量5億噸左右。這是美國最大的鈦礦床。礦區發育大面積輝石巖

(30km2)。該輝石巖由透輝石質普通輝石組成,局部為含鈦輝石,伴有少

量磁鐵礦、鈣鈦礦、黑云母和金云母。

輝石巖的重要變種是局部富含磷灰石、橄欖石、霞石、長石和灰

黑榴石的堿性巖,含約5%的TiO2。石榴子石和榍石一樣,均屬晚期礦物。

輝石的TiO2含量很高,可達0.3%～11.9%,平均6.5%。

磁鐵礦-鈣鈦礦巖形成不連續的透鏡狀巖脈,厚度0.5～50m。巖脈

中的鈣鈦礦含量很高(50%左右)。在磁鐵礦-鈣鈦礦巖石中TiO2的含量

最高達40%。鈣鈦礦晶體粒度大小一般為1～4mm。

(2)美國阿肯色州MagnetCove地區

這是一個非常特殊的以板鈦礦為主的堿性巖型礦床。據Erickson

等(1963)報導,一群中生代堿性環狀雜巖體侵入到古生代沉積巖組成的

褶皺帶中,形成一個小的堿性侵入巖盆地。堿性巖內帶有碳酸巖,鈦礦床

產于鈦鐵霞輝巖外環和中環的響巖中。另外,外環的石榴子石正長巖和

鈦鐵霞輝巖可能與產于蝕變沉積圍巖的接觸變質板鈦礦礦床有關。

鈦鐵霞長巖或磁鐵礦-鈣鈦礦輝石巖含4.0%～4.3%的TiO2;蝕變

響巖局部遭角礫巖化,平均含TiO22.5%。

礦床的產出有3個主要形式(環境):①蝕變響巖中的金紅石、長石、

碳酸鹽脈群,金紅石含量為2.7%;②鈦鐵霞輝巖中的板鈦礦-長石(微斜長

石)-黃鐵礦脈,還伴有輝鉬礦;③在接觸變質似矽卡巖中,板鈦礦礦體產于

堿性侵入巖和沉積圍巖的接觸帶中。礦體由細網脈狀和浸染狀石英、

板鈦礦和褐鐵礦組成,產于重結晶的石英巖中。礦石中板鈦礦含量為

5%,板鈦礦含有2%的Nb和0.5%的V2O5。

估計該熱液交代型礦床的板鈦礦資源量可達500萬噸。

1.2.4斑巖型

金紅石在鈣堿性花崗巖類斑巖蝕變系統中的含量可達0.3%～1.0%。

在斑巖的蝕變巖帶中,含鈦礦物黑云母、角閃石、鈦磁鐵礦、榍石和鈦

鐵礦往往消失,形成金紅石。

以美國猶他州Bingham斑巖銅(鉬)礦床為例,這個礦床是美國最大

的斑巖銅礦,伴生鉬。但伴生的金紅石可能也是有價值的資源。該礦床

中第三紀等粒石英二長巖和較晚的淺色斑狀石英二長巖侵位于古生代

沉積巖中(Brayetal.,1975)。礦石幾乎與鉀化蝕變帶一致,青磐巖化蝕

變帶在其外帶,而絹云巖化蝕變帶則疊加在巖體和鉀化帶之上。Cza-

mancke等(1981)發現,金紅石在等粒石英二長巖和淺色斑狀石英二長

巖的鉀化蝕變帶中平均含量分別為0.34%和0.24%;金紅石的粒度是

0.03～0.06mm。

Force(1991)認為斑巖銅(鉬)礦所伴生的金紅石雖然TiO2品位較

低,但可以作為副產品回收,具有很大的經濟潛力。實際上,Sulliuan等

(1981)早在20世紀80年代初用浮選和重選方法把金紅石從斑巖銅礦

石及其尾礦中分離出來的初步試驗已獲得成功。

據Force(1991)估計,該斑巖銅(鉬)礦床中的伴生金紅石資源量達

600萬噸。

除了上述與斜長巖、鈉長巖、斑巖和堿性侵入巖有關的金紅石礦

床外,還有與花崗巖類(Force,1991)、玄武巖(Haggerty,1976b)甚至金

伯利巖(Haggerty,1976a)有關礦床的報導,但這些礦床的規模均較小,

而且礦石TiO2品位也都較低。因此,這里不作為獨立的類型一一介紹。

1.3沉積類礦床

1.3.1第四紀海濱沉積砂礦床

這是當前世界上鈦礦床中最重要的類型。它在資源量或產量上均

居世界各類鈦礦床的首位(Force,1991)。礦床位于大陸邊緣,其產出緯

度低于35,大多是由從陸地流入海洋的高級變質地體源的碎屑物沉積

而成。砂礦粒度為中細粒。重礦物組合屬抗風化能力較強的礦物,如鈦

鐵礦、金紅石、鋯石、獨居石和鋁硅酸鹽礦物等。有經濟意義礦床的

重砂礦物含量從1%至25%甚至以上。

525

第27卷第4期趙一鳴等:金紅石礦床的類型、分布及其主要地

質特征

海濱金紅石砂礦床可進一步劃分為海濱沉積礦床和海岸風成礦床

兩類,以前者為主,兩者常共生在一個砂礦床中。

重要的海濱砂礦有澳大利亞東海岸、西海岸,印度Kerala和Tamil

Nadu省Trauancore海岸地區和南非RichardsBay等(表1)。下面對

澳大利亞東海岸和南非的RichardsBay地區作簡要介紹。

澳大利亞東海岸地區的金紅石砂礦床南起Sydney,北至

Brisbane,斷續延長1200km(McKel-lar,1975)。開采的重砂礦物粒徑

一般為0.11～0.13mm。高品位礦層主要由金紅石、鋯石和鈦鐵礦組

成。這3個礦物約占了重砂礦物的90%以上,其他重礦物還有電氣石、

獨居石、鉻鐵礦和石榴子石等。礦層厚為2m。礦床可進一步細分為全

新世海濱礦床、全新世風化礦床、更新世海濱礦床和更新世風成礦床4

類。

南非RichardsBay地區的砂礦床由風成礦床和海濱沉積礦床構

成,以前者為主(Fockema,1986)。礦層厚20m左右。重礦物含量平均

10%～14%,有經濟意義的重礦物為鈦鐵礦、鋯石和金紅石,其中鈦鐵礦

占主導地位。另外還有少量白鈦礦、獨居石、磁鐵礦、石榴子石等。

重礦物的粒徑一般

0.1～0.15mm。

1.3.2河流沉積砂礦床(非海相沉積砂礦床)

這是金紅石(鈦鐵礦)礦床一個相當重要的類型。Force(1991)曾總

結這類河流沉積礦床形成的3個有利地形-巖性條件,即:①從礦源區出

發具有放射狀的排水系統;②排水盆地完全產于有利源巖區(如榴輝

巖);③排水盆地源頭有利巖源區被來自這些有利源巖的沉積物所包圍。

非洲塞拉里昂Gbanbama金紅石砂礦床就具備上述3個有利的成

礦條件。塞拉里昂完全靠出口金紅石獲得重要外匯收入。

該砂礦床的源巖為石榴子石麻粒巖,富含金紅石(0.2%～1%)。這類

巖石遭到很強的風化作用,并被放射狀排水系統包圍。礦體厚10～20m,

直接覆蓋于風化源巖基巖之上。重礦物含量一般為1%～5%,含0.5%～

2%的金紅石。

1.3.3古沉積砂礦床加拿大魁北克Sutton地區

Hebert等最近(2007)報導了加拿大魁北克省阿巴拉契亞山一個非

常特殊的金紅石富礦床,屬于早寒武世的古砂礦,但又經歷了綠片巖相低

級變質作用。他們稱其為非常規的金紅石礦床。

在魁北克阿巴拉契亞山Sutton地區,下寒武統富鈦變質沉積巖地層

分布廣泛。該富鈦地層TiO2的含量大于20%,層厚達5～30m,含礦巖

石露頭分布面積約20km2。因此,鈦礦資源潛力很大。

下寒武統金紅石古砂礦的賦礦地層自下至上依次為:

變質玄武巖;

千枚巖,厚3m;

含白云母石英巖,厚2.5m;

變玄武質砂巖,由重礦物、石英和綠泥石組成,厚35m;

變玄武質砂巖,由重礦物、石英和白云母組成,局部夾白云巖,厚

30m;

白云質大理巖。

重礦物的成分為:金紅石18%,銳鈦礦20%,假象金紅石

(Fe2Ti3O9)12%,鈦鐵礦5%,磁鐵礦10%,赤鐵礦15%,鋯石10%,電氣

石5%,鈦磁鐵礦3%。這些鐵鈦氧化物的粒度為0.2～0.25mm。重礦

物在含礦巖石中的比例超過60%。

關于礦床的成礦作用過程,Hebert等(2007)認為原始的碎屑沉積重

礦物中,鈦鐵礦占了65%左右,金紅石碎屑很少。沉積成巖后的古風化淋

濾作用,使鐵被淋濾,增加了鈦的含量;志留紀造山運動又促使礦層遭受低

級變質作用,產生的新礦物,包括假象金紅石、銳鈦礦和金紅石等。

1.4堿性巖風化型礦床

巴西Tapira,Salltre和CatalaoI礦床是該風化型礦床的唯一實例。

這是一個超大型銳鈦礦礦床,產于風化的堿性巖中。銳鈦礦資源量可達

3億噸,礦石含TiO2高達20%(Force,1991)。

Ulbrich等(1981)測定該區64個堿性巖的時代為40～90Ma。其

中有3個巖體富含鈦,其他巖體則含稀土元素、磷酸鹽、斜鋯石、表生

氧化錳礦和硅鎂鎳礦。這3個富鈦堿性巖體侵入于前寒武紀地層中,其

分布范圍可達25～40km2。它們由鈦鐵霞輝巖、云霞鈦輝巖和其他堿

性輝石巖組成,含14%的鈣鈦礦和30%榍石,局部還富集磷灰石和磁鐵

礦。

有潛力的鈦礦石實際上不是這些富鈦的堿性巖,而是部分產于其上

的風化殘余物,厚度可達200m。在風化殘余物中,銳鈦礦是交代鈣鈦礦、

磁鐵礦和榍石形成的;礦物集合體大小可達0.1mm～1cm。銳鈦礦的

顯微晶體是多孔的,并被褐鐵礦所膠結(Turner,1986)。

526

礦床地質2008年

2金紅石礦床的分布

世界重要金紅石礦床的分布,大多位于古老地盾區及其邊緣或褶皺

帶中的變質地體(圖1)。一些世界級金紅石礦床,如巴西的Tapira、墨

西哥的PlumaHidalgo、挪威的Sunnfjord和前蘇聯的Shubi-no等

產于上述構造環境。包括金紅石資源量和產量占世界前列的第四紀海

濱砂礦床在內,如澳大利亞的東部和西部海岸、南非的RichardBay和

印度的Travancore以及塞拉里昂的非海相沉積砂礦床,其源區都離不開

地盾邊緣的老變質巖系。美國不同類

型金紅石礦床的產出地層大多是老變質巖系。與金

紅石礦化有關的斜長巖或堿性巖等大多侵位其中

(Force,1984;1991)。

中國金紅石礦床產出的構造環境也是如此。筆者收集了中國53個

金紅石礦床(點)的地質資料,發現有90%左右的礦床(點)落在華北地臺

范圍內的老變質巖系中(圖2),只有少數點散布于湖南、廣東、福建、四

川和貴州等省。

在華北地臺區,金紅石礦床(點)的分布大致可分為3個帶:①東秦嶺

成礦帶,包括陜西戶縣、商南、西峽、安康、平利,河南方城、新縣,安徽

西部和湖北棗陽等地的有關礦床(點)。

各類金紅石礦床的分

圖1世界主要金紅石(銳鈦礦)礦床分布略圖

1—意大利Plampaludo;2—挪威Sunnfjord;3—俄羅斯

Shubino;4—美國科羅拉多州Evergreen;5—美國加利福尼亞州

WhiteMountain;6—

美國紐約州SanfordLake;7—美國弗吉尼亞州Roland;8—美

國科羅拉多州Powderhorn;9—美國阿肯色州MagnetCove;10—

美國猶他州Binham;11—墨西哥PlumaHidalgo;12—巴西

Tapira;13—挪威Kragero;14—塞拉里昂Gbangbama;15—澳大利

亞東海岸;16—澳大利亞西海岸GeographeBay;17—澳大利亞西海岸

Eneabba;18—印度Travencore;19—南非RichardsBay;20—南非

Kroo盆地;21—新西蘭

McNairySand;22—中國內蒙古羊蹄子山-磨石山;23—中國山

西碾子溝;24—中國河南柏樹崗

Fig.1Worldwidedistributionofmajorrutile(anata)ore

deposits

1—Plampaludo(Italy);2—Sunnfjord(Norway);3—Shubino

(Russia);4—Evergreen(Colorado,USA);5—WhiteMountain

(California,USA);6—SanfordLake(NewYork,USA);7—Roland

(Virginia,USA);8—Powderhorn(Colorado,USA);9—Magnet

Cove(Arkansas,USA);10—BinhamUtah,USA);11—Pluma

Hidalgo(Mexico);12—Tapira(Brazil);13—Kragero(Norw

ay);14—Gbangbama(SierraLeone);15—Eastcoastof

Australia;16—GeographeBay(WestcoastofAustralia);17—

Eneabba(WestcoastofAustralia);18—Travencore(India);19—R

ichardsBay(SouthAfrica);20—漢字手抄報 KrooBasin(SouthAfrica);21—

McNairySand(NewZealand);22—Yangtizishan-Moshishan

(InnerMongolia,China);23—Nianzigou(S

hanxi,China);24—Baishugang(Henan,China)

527

第27卷第4期趙一鳴等:金紅石礦床的類型、分布及其主要地

質特征

圖2華北陸塊及周邊主要金紅石(銳鈦礦)礦床分布略圖

1—內蒙古正藍旗羊蹄子山-磨石山;2—河北行唐縣牛下口;3—山

東莒南縣西硯柱;4—山東莒南縣楊莊;5—山東諸城市上崔家溝;6—山東

日照市虎山;7—山西代縣洪塘-羊廷寺;8—山西代縣碾子溝;9—陜西戶

縣大石溝;10—江蘇東海;11—陜西安康縣大河;12—陜西安康縣熊山

溝;13—陜西商南縣青山-新廟;14—河南西峽縣八廟水峽礦段;15—河

南西峽縣八廟寨子溝礦段;16—河南方城縣柏樹崗;17—河南方城縣五

間房;18—河南新縣楊沖;19—河南新縣紅顯邊;20—湖北棗陽市大阜

山;21—安徽岳西、潛山、太湖地區Fig.2Distributionofmajor

rutile(anata)oredepositsinNorthChinamassifandits

adjacentregions1—Yangtizishan-MoshishanofZhenglanqi

CountyinInnerMongolia;2—NiouxiakouofTangxianCountyin

HebeiProvince;3—XiguanzhuofJu-nanCountyinShandong

Province;4—YangzhuangofJunanCountyinShandong

Province;5—ShangcuijiagouofZhuchengCityinShandong

Province;6—HushanofRizhaoCityinShandongPro駱駝祥子環境描寫 vince;7—

Hongtang-YangtingsiofDaixianCountyinShanxiProvince;8—

NianzigouofDaixi-anCountyinShanxiProvince;9—Dashigouof

HuxianCountyinShaanxiProvince;10—DonghaiinJiangsu

Province;11—DaheofAnkangCountyinShaanxiProvince;12—

XiongshangouofAnkangCountyinShaanxiProvince;13—

Qingshan-XinmiaoofShangnanCountyinShaanxiProvince;

14—Bamiao-shuixiaoreblockofXixiaCountyinHenan

Province;15—Bamiao-ZhaizigouoreblockofXixiaCountyin

HenanProvince;16—BaishugangofFangchengCountyinHenan

Province;17—WujianfangofFangchengCountyinHenan

Province;18—YangchongofXinxianCountyinHenan

Province;19—HongxianbianofXinxianCountyinHenan

Province;20—DafushanofZaoyangCityinHubeiProvince;21—

Yuexi-

Qianshan-TaihudistrictinAnhuiProvince

布,明顯受秦嶺造山帶構造的控制;②郯-廬斷裂以東蘇魯超高壓變

質帶中的金紅石礦床成礦帶,大致呈北北東向展布,主要為榴輝巖型礦

床;③太行山-正藍旗成礦帶:已知成型礦床相對較少,主要有河北淶中水

東、山西代縣碾子溝和內蒙古羊蹄子山-磨石山。該成礦帶工作程度相

對較低,有一定找礦潛力。

不難看出,華北地臺范圍內的金紅石礦床大多產于前寒武紀老變質

巖地層中,而且似乎與深大斷裂有一定空間關系。

528

礦床地質2008年

3總結

(1)世界重要金紅石礦床可分為四大類別(變質的、與侵入巖有關的、

第四紀沉積的和風化的)和12個類型,其中以第四紀海濱砂礦型最重要;

榴輝巖型、堿性巖風化型和河流沉積砂礦床次之;堿性輝石巖中的鈣鈦

礦、角閃巖型和斑巖銅(鉬)礦伴生的金紅石礦床經濟潛力很大。

(2)重要金紅石礦床多分布在古老地盾區及其邊緣或褶皺帶中的變

質巖地體中。

(3)已知金紅石富礦(TiO2>3%)大多產于榴輝巖型礦床和與侵入巖

有關的接觸交代帶,后者屬熱液交代的產物,但在深度風化的堿性輝石巖

和變質(粉)砂巖型礦床中,卻也有以銳鈦礦為主的富礦產出。

(4)在中國,找金紅石的對象目前是以榴輝巖型和角閃巖型為主,但總

的看,上述兩類礦床礦石品位偏低,富礦不多,不易開發利用。因此,建議

今后對海濱沉積型砂礦、與侵入巖有關的熱液型礦床、堿性巖型礦床

以及變質(粉)砂巖型銳鈦礦礦床等也應加以重視,因為前一類不僅規模

大,且易采易選;而在后三類礦床中,富礦占有相當大的比重。

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礦床地質2008年