趙思傳 ，王澤傳 ，嚴城民 ，王亞偉，吳峰，朱毅翔

（1.云南地礦總公司（集團）“王澤傳專家工作室”，云南 昆明 650051；2.云南省地質礦產勘查院昆明地質礦產所，云南 昆明 650051；3.云南省地礦局區(qū)域地質礦產調查大隊，云南 玉溪 653100）

0 引言

云南省鈦礦的資源儲量豐富（李蓉等，2016；施玉北等，2019）。鈦礦多以風化殼型鈦鐵砂礦的形式產出，集中出現(xiàn)在滇中武定地區(qū)（薛步高，2001；楊加慶等，2013；邵新宏，2013；常鴻等，2017；范禮剛等，2018；趙思傳等，2020a，2020b）。且滇中鈦鐵礦砂礦礦床大多為單一礦產，部分為主要礦產，具有點多面廣、資源儲量大、埋藏淺宜露天開采、大中型礦床分布較為集中的特點（李蓉等，2016；常鴻等，2017；施玉北等，2019）。

滇中武定地區(qū)區(qū)域大地構造屬上揚子古陸塊（二級構造單元）康滇基底斷隆帶（三級構造單元）（圖1a）。武定地區(qū)與輝綠輝長巖有關的鈦鐵砂礦是滇中有色金屬成礦帶的重要組成部分。區(qū)內出露的與鈦鐵砂礦有關的華力西期基性侵入巖，主要是與二疊系峨眉山玄武巖漿同期異相的含鈦輝綠輝長巖淺成侵入巖體（焦騫騫，2012；趙思傳等，2020a），該期巖體是區(qū)內鈦鐵砂礦的成礦母巖，其分布受區(qū)域構造控制，大部分分布于斷裂帶附近或侵位于褶皺構造軸部，沿斷裂帶侵位多呈巖墻（脈）狀產出，而沿褶皺軸部侵位多呈巖床狀或席狀產出，局部呈巖株狀（圖1b）。

前人對滇中地區(qū)鈦鐵砂礦的研究主要集中于鈦鐵砂礦床的成因（呂世琨，1990；楊加慶等，2013；和麗芳，2013；周昕，2014；常鴻等，2017；賈奎，2017；王雁和陳忠，2017；范禮剛等，2018；趙思傳等，2020a，2020b），及鈦鐵砂礦品位、儲量計算方法的探討（朱耀登，2012；王棟等，2018；王亞偉和趙思傳，2020）。但是由于鈦鐵砂礦勘探發(fā)展的歷史原因，滇中地區(qū)鈦鐵砂礦前期勘探過程中礦石品位的確定主要用重砂淘洗分析法，近年來則以原礦化學分析法與物相分析相結合（簡稱化學分析法）確定鈦鐵砂礦的品位為主（朱耀登，2012；王棟等，2018；王亞偉和趙思傳，2020）。兩種勘查方法的變更過程中，由于區(qū)內礦體劃分方案不同，劃分標志的不統(tǒng)一（趙思傳等，2020b），勘查工程布設欠合理等原因，造成勘查成本過高，甚至引起了生產技術指標混亂，開發(fā)論證困惑、管理困難的局面（朱耀登，2012）。2013年，云南地礦國際礦業(yè)股份有限公司進行了云南省武定縣梅子箐鈦鐵砂礦（以下簡稱“梅子箐鈦鐵砂礦”）勘探。在地質勘查過程中，總結與創(chuàng)新了風化殼型鈦鐵砂礦的勘查方法，力求解決部分上述問題。

滇中武定地區(qū)鈦鐵砂礦的勘查方法為：同步進行3種調查，合理設計探礦工程，重點研究3個問題。該方法在《砂礦（金屬礦產）地質勘查規(guī)范》（DZ/T 0208-2002）基礎上進行改進。在研究過程中，參考了風化殼礦床勘查方法的工作指南與相關專著（劉鳳祥等，2013；李余華等，2019）。

在總結創(chuàng)新的鈦鐵砂礦勘查方法的指導下，2015年進行的云南省武定縣長沖鈦鐵砂礦（以下簡稱“長沖鈦鐵砂礦”）普查，達到了“準、精、快、省”的目的。通過3種礦區(qū)調查，準確圈定了礦體分布范圍。合理設計探礦工程，提高了探礦工程的控制效果與勘查精度。先進、合理的勘查方法，加快了整個勘查速度，節(jié)省了大量的勘查費用。

長沖鈦鐵砂礦普查，僅使用了15個月時間，共花費了1149.39萬元勘查經費。探獲內蘊的推斷的+內蘊的潛在鈦鐵礦礦物資源量6489069 t，資源量達超大型規(guī)模。此外，尚有伴生內蘊的推斷的+內蘊的潛在鈦磁鐵礦物資源量2294633 t。

1 同步進行3種調查

在地質勘查初期，要同步進行地貌調查、風化殼調查、第四系調查，比例尺均為1∶10 000。

1.1 地貌調查

地貌調查主要參考區(qū)域地質調查總則（DZ/T 0001-1991）、第四系區(qū)域地質調查內容與技術要求（DD2008-XX）、工程地質調查規(guī)范（DZ/T 0097-1994），及相關教材（張樹明，2013）、科研專著進行，主要研究內容為確定古夷平面、劃分地貌小區(qū)、地貌小區(qū)剝蝕程度。

在古夷平面附近，風化殼的剝蝕程度較低，有利于風化殼型鈦鐵砂礦的保存。確定古夷平面的具體方法為：將平頂山、圓頂山盡可能多地標繪在與1∶10 000的地形圖上，讀取各個山峰的海拔高程，采用統(tǒng)計法求出較為集中的山峰海拔高程——即為初步確定夷平面的海拔高程。初步確定古夷平面后，在野外有目標地進行調研，合理地確定古夷平面海拔高程。在室內、野外研究古夷平面的過程中，均要同步進行遙感解譯。在古夷平面附近，允許有少量高出古夷平面的殘留山。在古夷平面之下的地區(qū)，由于后期剝蝕作用，山峰海拔高程會略低于古夷平面。

礦區(qū)內地貌單元一般進行3級劃分，分別稱為地貌區(qū)、地貌亞區(qū)、地貌小區(qū)。一級地貌單元以夷平面為劃分標志。二級地貌單元的邊界一般為礦區(qū)一級水系的分水嶺、分水線，范圍與礦區(qū)一級水系的分布完全吻合。三級地貌單元的邊界為礦區(qū)一級、二級河流，范圍與較大的山體分布范圍相一致。各三級地貌小區(qū)的剝蝕程度，有較明顯的差別。

風化殼的剝蝕程度主要反映在山體地貌、斜坡地貌、水系形態(tài)上（表1）。風化殼的剝蝕程度越低，越利于風化殼型鈦鐵砂礦的保存。

表1 判別風化殼剝蝕程度的主要標志

1.2 風化殼調查

含鈦基性侵入巖是風化殼型鈦鐵砂礦的成礦母巖，應對其進行與地質勘查程度相吻合的研究。在地質調查中可參照區(qū)域地質調查規(guī)范、區(qū)域礦產調查規(guī)范、工作指南、相關文獻（趙思傳等，2020b）進行。礦區(qū)地質調查中主要研究含鈦基性侵入巖的分布范圍、巖石特征，后期風化剝蝕程度，也可適當進行巖石成因的研究。

風化殼型鈦鐵砂礦區(qū)的第四系殘坡積物覆蓋面廣，基巖出露較少。含鈦基性侵入巖的分布范圍，可根據(jù)零星露頭、殘坡積物的礫石成分、風化殼特征、地形地貌，進行綜合分析圈定。如含鈦基性侵入巖形成的土壤多為褐色、棕紅色粉土；碳酸鹽巖石的喀斯特地貌明顯，土壤的粘性較高；石英含量較高的砂巖形成的土壤砂粒含量較高；泥質巖石分布區(qū)地形較為平緩，風化殼厚度較小。

含鈦基性侵入巖的風化殼，還可以通過一些簡而易行的野外測試進行識別。將松散的土壤敲碎后，磁性筆可吸附出較多的鈦鐵礦、鈦磁鐵礦。將少量土壤放入礦泉水瓶中加水溶解后，可見較多的黑色重礦物——鈦鐵礦、鈦磁鐵礦。

1.3 第四系調查

第四系調查的主要研究內容為含鈦基性侵入巖風化殼的層位劃分、球狀未風化體的分布與成因。

含鈦基性侵入巖的風化殼一般劃分為：紅土化層、全風化層、半風化層（表2）（趙思傳等，2020b）。全風化層厚度較大，為主要含礦層位。紅土化層厚度較薄，半風化層礦化程度較低，均為次要含礦層。

表2 含鈦基性侵入巖風化殼地質內容

球狀未風化體的含量與鈦鐵礦的礦性強度呈消長關系。按照成因，球狀未風化體劃分為3種類型，詳見表3。

表3 球狀未風化體的特征與成因

2 合理設計探礦工程

在同步3種調查的基礎上，合理使用探礦工程，包括勘查工程布置與探礦工程選擇，以達到降低勘查成本的目的。

2.1 勘查工程布置

風化殼型鈦鐵砂礦明顯受地形，特別是微地貌控制。在地表流水對地形的切割程度較大、微地貌差異明顯的情況下，采用矩形勘查網布置勘查工程就很難對不同微地貌進行均衡控制，降低了探礦工程對礦體的控制精度。為此，《稀土礦產地質勘查規(guī)范》（DZ/T 0204-2002）的資料性附錄中，給出了風化殼離子吸附型稀土礦控制的工程間距和面密度，不必機械地按矩形網布置探礦工程。

經實踐總結，用密度法布置勘查工程時，勘查工程可沿山脊按“樹枝形狀”布置，由此得出的勘查網稱“樹形勘查網”。

按樹形網布置勘查工程的方法是：①在礦區(qū)選擇若干條規(guī)模較大的河流，以主河道為標志將礦區(qū)劃分為若干區(qū)域，區(qū)域內的山脊基本向海拔最高的山峰歸并形成同一“樹枝”；②在各個“樹枝”分布區(qū)，首先在樹枝狀山脊上布置勘查工程，然后沿山脊向山腰、山腳均勻地布置一定數(shù)量的勘查工程。

用樹形網布置勘查工程之前，要根據(jù)矩形網的工程間距，計算出單位面積的勘查工程密度。根據(jù)“工程密度”衡量用樹形勘查網布置的探礦工程數(shù)量，是否達到已經確定的地質勘查類型要求。

明確矩形網的工程間距還有一個重要用途。矩形網的工程間距是圈定礦體、估算資源儲量中進行有限外推和無限外推的唯一依據(jù)。

按樹形網布置勘查工程需要注意：平行山脊方向的勘查工程間距較大，垂直山脊方向的勘查工程間距較小。

矩形網布置勘查工程的最大優(yōu)點是，可在長方向、寬方向和2個對角線方向同時獲得4個方向的勘查線剖面圖（“勘查線”原稱“勘探線”），最大限度地揭示礦體在三維空間的變化情況。按樹形網布置勘查工程，則不具備這方面的優(yōu)勢。

為此，可將普查階段的勘查工程布置劃分為兩個階段。第一階段按矩形網布置勘查工程，勘查工程數(shù)量占普查階段總數(shù)的1/3～1/2。第二階段按樹形網布置勘查工程，勘查工程數(shù)量占普查階段總數(shù)的1/2～2/3。在詳查、勘探階段，均在普查的樹形網基礎上加密勘查工程。

2.2 探礦工程選擇

風化殼型鈦鐵砂礦的勘查手段，主要為機械巖芯鉆（金剛石鉆探工程）、洛陽鏟、淺井，三者各有優(yōu)勢與不足。

（1）機械巖芯鉆的優(yōu)點：操作較為簡便，施工速度較快，單位進尺費用較低，鉆進（勘查）深度較大。缺點：巖芯較小而不利于地質觀察與采樣，設備較大搬遷困難。

（2）洛陽鏟的優(yōu)點：設備重量較輕，隨打隨搬；占地面積較小，不受地形、地物限制；工作效率較高，成本較低。缺點：鉆進過程中取芯頻繁，易將孔壁物質帶入井底，造成礦井底樣品污染。

（3）淺井的優(yōu)點：施工設備簡單，不受地形、交通條件影響；在探礦工程中易于觀查地質現(xiàn)象，進行風化殼分層、觀察各層的巖（土）體結構，比其他探礦工程更為準確；大體重、工業(yè)試驗、含礦率等樣品，只能在淺井中采集。缺點：費用較高、勘查深度較小。

機械巖芯鉆、洛陽鏟數(shù)量在探礦工程中所占比例，可根據(jù)礦區(qū)地形、地物等影響因素合理確定。

在《固體礦產資源儲量分類》（GB/T 17766-2020）的勘查階段劃分中，普查階段可不作探礦工程手段的限制，詳查、勘探階段淺井占探礦工程總數(shù)的5%～10%，并且總體分布均勻。

詳查、勘探階段，要合理地選擇2%～3%的探礦工程點，在同一地點同時施工機械巖芯鉆、洛陽鏟、淺井。在三者中進行基本分析樣品的氧化物質量分數(shù)、單工程礦體厚度的對比，作為探礦工程質量評述的重要指標。

3 重點研究3個問題

在風化殼型鈦鐵砂礦的勘查過程中，要按照砂礦（金屬礦產）地質勘查規(guī)范（DZ/T 0208-2002）、區(qū)域地質調查總則（DZ/T 001-1991）、第四系區(qū)域地質調查內容與技術要求（DD2008—XX）等相關規(guī)范系統(tǒng)采集測試樣品，重點研究3個問題。

3.1 風化殼的風化指數(shù)

風化殼自上而下劃分為紅土化層、全風化層、半風化層（圖2），為合理地劃分三者，要在各層中采集一定數(shù)量的土體級配分析樣、主量元素分析樣。土體級配分析樣主要用于確定風化殼各層位的土體類型及垂向變化，指導風化殼的合理分層。利用主量元素分析結果，求出紅土化層、全風化層、半風化層的巖石風化指數(shù)（邱家驤和林景仟，1991），對風化殼分層的合理性進行驗證。

圖2 鈦鐵砂礦礦體垂直分帶及品位變化曲線圖（據(jù)趙思傳等，2020b）

風化指數(shù)（Wl）由Parker（1970）提出，用于表示硅酸鹽巖石的風化程度。對于硅酸鹽巖石，風化程度越高，風化指數(shù)越小。

風化指數(shù)（Wl）的計算公式引自邱家驤和林景仟（1991）：

式中：(Na)a、(Mg)a、(K)a、(Ca)a分別表示Na2O、MgO、K2O、CaO中Na、Mg、K、Ca的原子質量，函數(shù)中的分母表示每個元素和氧之間鍵的強度。

在《巖石化學》（邱家驤和林景仟，1991）中，未給出計算的方法步驟。(Na)a、(Mg)a、(K)a、(Ca)a的計算較難理解，現(xiàn)以(Na)a/0.35為例進行說明。計算中元素的原子量，采用《礦產資源工業(yè)要求手冊》中元素周期表的數(shù)據(jù)（礦產資源工業(yè)要求手冊編委會，2010）中元素周期表的數(shù)據(jù)。即：Na=22.990，O=15.999。

（1）Na2O的分子量：22.990×2+15.999=61.979；

（2）Na2O中Na的質量分數(shù)：22.990×2÷61.979=74.186%；

（3）當Na2O=2.59時，(Na)a：2.59×74.186%÷22.990=0.084。

在實際計算中，74.186%÷22.990÷0.35為常數(shù)(0.0922)。因此，可將(Na)a的計算公式簡化為“2.59（Na2O質量分數(shù)）×常數(shù)”，即2.59×0.0922=0.2388。

照此類推，可進行(Mg)a、(K)a、(Ca)a計算。當Na2O=2.59、MgO=0.60、K2O=4.64、CaO=2.09 時：Wl=(2.59×0.0922+0.60×0.0276+4.64×0.0849+2.09×0.0255)×100=70.25。

3.2 化學分析成果的數(shù)據(jù)處理

長期以來，確定風化殼型鈦鐵砂礦的邊界品位和工業(yè)品位，均采用重砂淘洗法?！渡暗V（金屬礦產）地質勘查規(guī)范》（DZ/T 0208-2002）的資料性附錄中提出：金紅石（礦物）的邊界品位和工業(yè)品位分別為1 kg/m3、2 kg/m3；鈦鐵礦（礦物）的邊界品位和工業(yè)品位分別為10 kg/m3、15 kg/m3。

地質勘查中重砂淘洗法存在3方面不足：①樣品要經過野外、室內淘洗，粒度較細的金紅石、鈦鐵礦回收率較低；②野外采集樣品后，需將重量較大的樣品運送至河流、水塘淘洗，樣品運輸、淘洗耗時耗工；③樣品室內鑒定過程中，工藝較為復雜，鑒定費用較高。

為此，在梅子箐鈦鐵砂礦勘查中進行了用化學分析法確定風化殼型鈦鐵砂礦邊界品位、工業(yè)品位的研究。

研究思路是：①通過物相分析，求出樣品中金紅石、鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、其他礦物中TiO2的質量分數(shù)；②根據(jù)重砂分析、化學分析、物相分析結果，建立多元回歸模型，用化學分析結果計算出重砂分析結果。

在風化殼剖面上，滇中武定地區(qū)鈦鐵砂礦可劃分為紅土化層砂礦、全風化層砂礦、半風化層砂礦，劃分方案與風化殼分層相吻合。在100件樣品中，因變量為重砂淘洗法獲得的TiO2質量分數(shù)，自變量為化學分析法、物相分析法獲得的TiO2質量分數(shù)。通過SPSS軟件構建因變量與自變量之間的多元回歸模型。

回歸方程中：Ⅰ為化學分析法獲得的TiO2質量分數(shù)（%），Ⅱ為物相分析法獲得的鈦鐵礦中的TiO2占原礦的比例（%），Ⅲ為重砂淘洗法獲得的 TiO2質量分數(shù)（%）。

各礦層的多元回歸分析模型如下（王亞偉和趙思傳，2020）：

（1）紅土化層砂礦：Ⅲ=-3.662+0.960×Ⅰ+0.064×Ⅱ；

（2）全風化層砂礦：Ⅲ=-4.663+1.085×Ⅰ+0.072×Ⅱ；

（3）半風化層砂礦：Ⅲ=-2.816+0.948×Ⅰ+0.054×Ⅱ。

經統(tǒng)計，紅土化層砂礦、全風化層砂礦、半風化層砂礦的Ⅱ分別為46.92%、50.38%、37.32%，上述計算公式轉化為：

（1）紅土化層砂礦：Ⅲ=-3.662+0.960×Ⅰ+0.064×46.92%；

（2）全風化層砂礦：Ⅲ=-4.663+1.085×Ⅰ+0.072×50.38%；

（3）半風化層砂礦：Ⅲ=-2.816+0.948×Ⅰ+0.054×37.32%。

通過多元回歸分析模型解決了化學分析法與重砂淘洗法的成果互換問題，解決了化學分析法確定風化殼型鈦鐵砂礦TiO2質量分數(shù)的難題。該方法也可以指導鈦鐵砂礦選礦技術研究、選礦方法論證、資源儲量管理等工作。

3.3 風化殼TiO2富集系數(shù)

風化殼層位包括紅土化層、全風化層、半風化層。巖石類型可劃分為輝綠巖、輝綠輝長巖、輝長巖。值得注意的是：在紅土化層、全風化層、半風化層中，不同巖石類型的TiO2質量分數(shù)不同，計算TiO2富集系數(shù)，只能在類型相同的巖石及其風化殼中進行。

土壤地球化學調查中，樣品中某種元素富集系數(shù)（R）的計算公式為R=Cx/Cp。其中：Cx為樣品X中某種元素的質量分數(shù)，Cp為母巖中某種元素的質量分數(shù)。

為表示TiO2在風化殼中的富集程度，本文參照樣品富集系數(shù)的概念與計算方法，將其改稱TiO2富集系數(shù)。計算公式為：

TiO2富集系數(shù)=（某種巖石在風化殼某一層位中TiO2質量分數(shù)）/（該種巖石在弱風化層的TiO2質量分數(shù)）。

富集系數(shù)的研究具兩方面重要意義：①通過成礦遠景區(qū)TiO2富集系數(shù)的研究，可預測該成礦遠景區(qū)內哪些巖石形成的風化殼具有鈦鐵礦的成礦遠景，有依據(jù)地縮小找礦靶區(qū)；②對礦區(qū)風化殼不同層位TiO2富集系數(shù)的研究，可以預測風化殼的含礦、富礦層位，有針對性地進行研究。

4 結論

通過對滇中武定地區(qū)鈦鐵砂礦勘查方法的總結與創(chuàng)新，可得出下述結論。

（1）地質勘查初期要同步進行地貌調查、地質調查、第四系調查，比例尺均為1∶10 000。地貌調查的主要研究內容為：確定古夷平面、劃分地貌小區(qū)、地貌小區(qū)剝蝕程度。地質調查的主要研究內容為含鈦基性侵入巖的分布范圍、巖石特征。第四系調查的主要研究內容為含鈦基性侵入巖風化殼的層位劃分、球狀未風化體的分布與成因。這些調查是礦體圈定、合理使用探礦工程、研究礦體關鍵技術指標的基礎。

（2）合理使用探礦工程，包括勘查工程布置與探礦工程選擇。普查的第一階段按矩形網布置勘查工程，普查的第二階段、詳查階段、勘探階段按樹形網布置勘查工程。風化殼型鈦鐵砂礦的勘查手段，主要為機械巖芯鉆、洛陽鏟、淺井。在設計施工中：一要合理地確定三者所占比例，二要進行相互驗證。探礦工程的合理使用、方案優(yōu)化，有助于 “快、省”地勘查鈦鐵砂礦。

（3）重點研究的3個問題為：①根據(jù)風化指數(shù)（Wl）補充對風化殼不同層位的劃分依據(jù)；②在探礦工程中，用化學分析法取代重砂淘洗法，減少采樣和測試成本；③對成礦遠景區(qū)、礦區(qū)TiO2富集系數(shù)的研究，縮小找礦靶區(qū)，預測風化殼的含礦、富礦層位。3個問題的研究，有助于 “準、精”地勘查鈦鐵砂礦。

致謝參與此項工作的有何智、呂俊、讓昊、常鴻、李興義、劉以成等，在此一并感謝。感謝兩位審稿人的寶貴意見。