Question

苏北超高压变质带大型高品位金红石矿床勘查研究

Answer 1

王辉 黄建平

（江苏省地质调查研究院，南京210018）

摘要：苏北超高压变质带内分布有2000多个榴辉岩体，金红石成矿条件优越。国土资源大调查项目在此开展工作期间，对大量榴辉岩进行了含矿性统计，认为区域资源潜力巨大，进行了找矿远景区划，在此基础上，探获大型及特大型矿床各1处，探获近大型矿床标准的单个矿体1个，品位高达3.94％。找矿理论方面，项目在矿床形成与演化过程及找矿标志等方面有重要突破；找矿方法方面，创新地运用高精度磁测进行榴辉岩型金红石矿的勘查、创新地运用手摇麻花钻进行浅覆盖区固体矿产勘查，为相关领域提供了新的技术方法。

关键词：金红石矿床；大型；高品位；勘查；找矿理论；找矿方法；苏北

经江苏省地质调查研究院立项，苏北超高压变质带金红石矿调查评价先后纳入国土资源大调查项目“东南沿海非金属资源区域潜力评价”（2000～2001年）及“东南沿海非金属资源综合评价”（2002～2004年）。本文是苏北超高压变质带金红石矿调查评价成果之一。

1 立项背景

1.1 区位优势

在我国中部横卧着一条近东西向展布的中央超高压变质带：它西起昆仑，向东经祁连、秦岭、大别，因郯庐断裂错断向北平移继续东延至苏鲁地区。

中央超高压变质带在我国地学研究及找矿领域中占有十分重要的地位。在该超高压变质带中分布有一类特殊的超高压变质岩——榴辉岩，它是金红石的成矿母岩，所以该带也是我国一条重要的金红石成矿带。

苏北超高压变质带是中央超高压变质带在郯庐断裂以东的江苏省域部分，我国大陆第一口科学钻探就选在带内东海毛北实施。

1.2 优越的成矿地质条件

苏北超高压变质带总体呈北东向展布，长约140km，宽约90km。带内分布有2000多个由超高压变质作用形成的榴辉岩体，榴辉岩中普遍含有一定数量的金红石，随着岩体、岩相、岩性等的不同，金红石含量亦不等，据统计有近40％可富集成矿体。目前已发现榴辉岩型金红石矿床（点）多处，仅大－特大型矿床就有3处。因此本区具有广阔的找矿前景，有望成为我国重要的钛资源基地。

1.3 市场前景广阔

1.3.1 金红石是战略性资源

钛是世界重要战略资源，由于金属钛具有比重小、强度大、耐高温、耐低温、耐腐蚀等性能，被广泛应用于航空航天、冶金化工、海洋、电力、医学、超导、潜艇、建材等军事、民用工业，其世界消耗量以每年3％的速度稳定增长。然而自然界具工业价值的含钛矿物为数不多，以钛铁矿和金红石为主。

2004年全球钛白总生产能力为450万吨，以金红石为原料的氯化法工艺占56％～57％，对金红石的需求量是巨大的。权威市场分析认为，2005～2010年间全球钛白的市场需求将以平均2％～3％的速度增长，国内市场的钛白需求量增长率将达到平均8％～10％以上。而我国年产金红石精矿仅能满足市场需求量的20％左右，约80％则依赖进口，供不应求导致金红石精矿价格持续上涨。金红石作为电焊条的原料之一，市场容量大，仅江苏省的泰州电焊条厂每年需4000吨以上。

1.3.2 金红石是高效益资源

虽然目前国内外金红石的探明资源量和市场消耗量还逊色于钛铁矿，但与钛铁矿相比，经济效益高是其明显的市场优势之一：金红石中TiO₂含量远高于钛铁矿，且成分简单，易于处理，有利于提高生产效益。而榴辉岩型金红石矿，若对其中石榴子石和绿辉石加以综合利用，其经济效益还可提高1～2倍。

1.3.3 金红石是环保型资源

与钛铁矿相比，金红石的另一市场优势是环保：用钛铁矿合成1吨氧化钛约产生0.7吨废料，而直接以金红石为原料用氯化法生产1吨氧化钛仅有约0.2吨的废料。因此，基于环保和提高经济效益考虑，工业上更为重视和需要金红石资源。而榴辉岩型金红石矿因其精矿几乎不含U和Th，更有利于环境保护。

1.4 历史的启迪

金红石的找矿历史大致可分3个阶段。

金红石砂矿勘查：20世纪50年代末至60年代初，发现新沂市阿湖、蒋庄及东海县碱场、青龙山等砂矿床（点），为后续原生矿的勘查奠定了一定的基础；

金红石原生矿勘查：20世纪80年代末至90年代中期，发现东海县毛北、池庄、陆湖、青龙山等原生矿床（点）。有高品位地段，但无法圈出高品位富矿体；

金红石原生富矿勘查：1999～2000年初，以加拿大RioTinto跨国公司（掌握全球40％钛资源）为主体，我方协作，结果无功而返。

针对该区覆盖严重的现实，如何取得金红石勘查的新突破。传统的矿产勘查方法和手段受到严重的挑战，要求我们深思、探索，寻求新的途径，以求原生金红石大矿、富矿勘查的新突破。

2 技术思路

项目确定的总体技术路线如下：

以地表地质调查（1：1万、1：5000）为先导；利用先进有效的地球物理手段、机动灵活手摇动麻花钻，结合金红石重要的找矿标志——覆盖层标志，寻找和追索含矿榴辉岩体；最后利用槽、钻探取样、测试等控制、圈定矿体，估算资源量。

该勘查思路具备3大优点：缩短找矿周期，提高工程见矿率，节约勘查成本。

3 科技成果及创新性

3.1 主要科技成果

3.1.1 勘查评价成果

通过项目工作，在小焦榴辉岩体内共圈出金红石矿体8个（XRu₁～XRu₈）；在郝湖榴辉岩体内共圈定金红石矿体6个（HRu₁～Hru₆）。同时对小焦、郝湖2个矿区的资源量进行了估算（表1），提交大型矿床（小焦）和特大型矿床（郝湖）各1处。

表1 金红石TiO₂资源量估算结果表资源量单位：万吨

值得一提的是，在小焦XRu2矿体内以金红石TiO₂含量3.5％为下限圈出一金红石富矿体 ，其平均品位高达3.94％，估算333资源量5.15万吨、3341资源量11.78万吨。

3.1.2 区域榴辉岩含矿性统计成果

表2为区域上和两个已知矿区内不同结构构造榴辉岩样品的金红石TiO₂物相分析结果统计情况。从表2中可以看出：(1)区内榴辉岩中金红石TiO₂含量达到工业品位要求的（＞1.5％）占37.35％，其中达到富矿的（＞3.5％）占3.01％，显示区内榴辉岩总体具有良好的含矿性。(2)块状榴辉岩的含矿性明显优于片麻状和条带状榴辉岩，这表明榴辉岩形成后的变形－退变质作用对其含矿性有明显影响，即变形－退变质对榴辉岩的改造作用降低了其金红石TiO₂品位，改造作用越强，榴辉岩的含矿性越差。(3)区域上的统计情况和毛北—蒋马矿区的统计情况非常接近，后者被探明为一特大型榴辉岩型金红石矿床。这表明，区内为数众多的榴辉岩体中，只要岩体具有一定规模，且岩石以块状榴辉岩为主，就极有可能赋存相应规模的榴辉岩型金红石矿床。(4)小焦矿区榴辉岩以块状为主，其余较少，块状榴辉岩仅达到富矿的就占30.11％，表明区内有存在富矿的潜力。

表2 苏北榴辉岩中金红石TiO₂含量统计表

3.1.3 区域资源潜力评价成果

在苏北超高压变质带内选择性圈出5个Ⅴ级成矿远景区（图1），并根据找矿前景划分为A、B、C三级，各成矿远景区的基本特征见表3。

表3 金红石成矿远景区基本特征一览表

图1 苏北榴辉岩体及金红石远景区分布略图

3.2 创新性

3.2.1 找矿理论创新

3.2.1.1 金红石矿床形成与演化过程

榴辉岩不仅是金红石矿的赋矿围岩，也是成矿母岩。通过对区内各类岩石化学成分的研究认为，榴辉岩的变质原岩为基性岩类，富含TiO₂等有益组分，为金红石矿的形成提供了物质来源。金红石矿床是在高温、超高压环境下变质形成的。结合本区大地构造位置，应是华北板块和扬子板块碰撞、俯冲的结果。因此矿床应属超高压变质（变成）成因的典型榴辉岩型金红石矿床。

矿床形成后，在大地构造、变质变形、流体和水文地质、地貌等因素作用下，致使矿体形态、规模、围岩及矿石结构构造、矿物成分、品位等发生不同程度的改变，甚至使矿床消失。

全面研究矿床形成后的变化与保存过程，可以结合矿床的形成过程，系统地了解矿床生成、演化历史的全过程，以完善和提高金红石成矿理论内容，为矿床地质环境的演化提供信息、为合理布置矿床勘查提供依据。根据区内榴辉岩型金红石矿床成因及形成后的变化情况，初步认为从金红石的形成到演变为现今的矿床主要经历了以下5个阶段：(1)前榴辉岩阶段，此时榴辉岩尚未形成，岩石中的Ti主要存在于钛铁矿、榍石、白钛矿等矿物中，金红石数量较少，主要呈细小颗粒状，常被其后变质生成的石榴石、绿辉石等所包裹；(2)榴辉岩阶段，此时变质作用达到高峰期，在超高压条件下基性岩变质形成榴辉岩，原岩中的有益组分TiO₂自钛铁矿、榍石、白钛矿等矿物中分离出来形成金红石，呈粒状、柱状嵌布在同期变质形成的石榴石、绿辉石等矿物之间，此阶段是金红石主要成矿阶段；(3)后榴辉岩阶段，榴辉岩形成后遭遇变形、退变质作用，金红石被钛铁矿、榍石、白钛矿等矿物取代，或形成蚀变残余；(4)热液充填阶段，变质作用后期，变质热液（也有可能有其他类型热液）萃取了围岩中的有益组分，在合适的温压条件下，迁移到变形作用形成的节理、裂隙中，形成富含金红石的伟晶岩脉；(5)矿床保存阶段，这一阶段矿床仅受到轻微的改造，如风化、剥蚀、淋滤等，整体上矿石质量和矿床资源量基本没有变化。

3.2.1.2 找矿标志更新

根据苏北榴辉岩的含矿特征及矿产工作经验，提出以下推进式找矿标志组合：(1)榴辉岩体集中分布区（找矿远景区）→(2)规模较大（宽度＞50m）的榴辉岩体（赋矿地质体）→(3)榴辉岩体内块状榴辉岩带（矿化带）→(4)岩石中含铁相对较高、肉眼可观察到金红石矿物的块状榴辉岩（新鲜面总体呈暗绿色，石榴石以铁铝榴石为主、绿辉石色深）（矿化点）。

由于区内第四系覆盖广泛，寻找和发现榴辉岩体便成了找矿工作的首要任务，为此，根据苏北榴辉岩的分布规律，提出寻找榴辉岩的以下几点标志：

（1）地貌标志：榴辉岩抗风化能力强，地貌上往往处于垄岗等正地形处；

（2）第四系标志：榴辉岩上部第四系堆积物具有厚度不大、颜色多呈褐黄色、含石榴石、金红石等矿物颗粒等特征；

（3）构造标志：由于区域上榴辉岩具成群成带分布的特点且与韧性剪切带关系密切，因此如在韧性剪切带内已发现有榴辉岩体分布，则沿韧性剪切带展布方向有可能发现更多的榴辉岩体；

（4）围岩标志：本区榴辉岩常和（斜长）角闪岩相伴出现，在后者分布附近，应注意有无榴辉岩体分布；

（5）重砂异常及砂矿标志：金红石重砂异常或金红石砂矿附近的有利地形处；

（6）化探异常标志：榴辉岩成群分布区常可形成Ti的次生晕，因而Ti的土壤地化异常具指示意义；

（7）地球物理标志：据重力资料，榴辉岩体群（带）多为平缓背景场上孤立升高正异常或异常等值线扭曲带所示的隐重力高反映，多无负场伴生。磁场特征表现为低负平静背景场上局部升高磁异常，多伴生负场。这些局部重、磁异常具规模小、强度低，空间分布上呈零星或孤立展布，总体上又具成带、成群的规律特征。

3.2.2 找矿方法创新

3.2.2.1 宏观观察经验

（1）覆盖层的观察。项目创新地应用覆盖层作为找矿标志，根据榴辉岩体上部第四系堆积物具有厚度不大、颜色多呈褐黄色、含石榴石、金红石等矿物颗粒等特征，能够判断榴辉岩体的存在与否，从而基本厘定找矿靶位。

（2）岩石的观察。运用上述成矿规律，根据榴辉岩的结构构造、颜色及成分，肉眼直接判断其金红石大致含量，从而为进一步工作的安排提供依据，进而缩短工作周期。

3.2.2.2 高精度磁测

苏北超高压变质带内第四系覆盖广泛，寻找和发现榴辉岩体十分困难，因此充分利用物探手段十分必要。区内地质体物性测试结果表明，榴辉岩特别是块状榴辉岩磁性较强，具有感磁、剩磁均高的特点，磁化偏角、磁化倾角变化幅度较大，与围岩磁性差异明显，易形成规则的局部磁异常，因此选择高精度磁法剖面测量作为主要物探手段进行了方法试验。试验结果表明，高精度磁测对寻找隐伏的含金红石矿的榴辉岩体效果明显。以新沂市小焦矿区的试验为例，该区以往利用常规勘查方法（槽、井、钻）所获得的资料，将含矿榴辉岩体的西端尖灭于09线，但本次高精度磁测结果却显示，该含矿榴辉岩体所引起的磁异常在11线附近仍未圈闭，且其规模、强度均有向西延伸的趋势，随后的工程验证证实了岩（矿）体在09～21线的存在。因此，高精度磁法测量为原生金红石矿的发现和评价提供了有效的技术方法和科学依据。

3.2.2.3 手摇麻花钻

苏北超高压变质带内很多地区第四系覆盖厚度大（3.5～5.0m）、土质松散易坍塌、潜水位较浅（1.0～2.0m），因此地表探槽、浅井等工程施工十分困难，为达到采集地表样及圈定岩（矿）体的目的，本次工作进行了手摇麻花钻施工试验。结果表明，麻花钻可以穿过该区域上第四系内普遍存在的铁锰结核层、砾石层和钙质结核层，深入风化基岩0.2～0.3m，并能顺利将其取至地面进行观察和采样。通过试验认为，手摇麻花钻不但可以用来追索榴辉岩体，而且在矿区内按一定网度进行麻花钻施工，还可以初步圈定岩（矿）体地表规模、了解其含矿性。新沂市小焦矿区在15、17、19、21、02线共施工了53个手摇麻花钻，其中有效钻（能钻进基岩面）49个，有效率达92.5％，成功地指导了13、17线钻孔的布设，同时证明了含矿榴辉岩体在19线、21线的延伸，为地表圈定岩（矿）体提供了依据。

本次试验为第四系覆盖较厚、探槽、浅井等工程施工困难的浅覆盖区固体矿产勘查工作提供了有效的工作方法。

3.2.3 找矿实效创新

本项目的实施新发现了大型高品位榴辉岩型金红石矿床，是我国在超高压变质带内寻找原生金红石大矿富矿的重要突破。提高了国内已知金红石矿床的最高品位，获得规模近大型的金红石富矿体，为寻找金红石富矿提供了新线索。

The Perambulation and Study of Large-scale High-grade Rutile Ore in the Super High-pressure Metamorphic Belt, North of Jiangxi Province

Wang Hui, Huang Jianping

(Jiangsu Institute of Geological Survey, Nanjing 210018)

Abstract: There are more than eclogites orebodies and good conditions to form rutiles ore. During the course of integrated investigation of national land and resources, the project caught out some statistical content and drew a conclusion that the district had a enormous resources potentiality and enanted further prospecting programming. On the base of that, it is found that there are one large-scale orebody whose grade can reach 3. 94 percent. The project also acquire crucial breakthrough on the aspecet of the prospecting theories such as process when the orebodies form and evolve or symbols and the prospecting means such as high-precision magnetic measure used in the perambulation of edlogite-type rutiles and manual twist drill used in the perambulation of solid mine at shallow bestrow districts, and supply the correlative field with new technology or method.

Key words: Rutile ore; Large-scale; High-grade; Perambulation; Prospecting theory; Prospecting means; North of Jiangsu Province