中国钛矿形成原因?
在我国的地理教材中,一般将四川盆地、青藏高原东部以及塔里木盆地周边地区划为三个钛铁矿成矿带——即所谓的“西、中、东”成矿带(图1)。其中,以四川盆地为主的“中西部成矿带”是地质学界公认的世界最大钒钛磁铁矿成矿带[6];而以新疆吐哈盆地为中心的“中东成矿带”内发现的矿床则以铁铬铁矿为主,并伴生一定的钒和钛[7]。 不过,在20世纪六七十年代,人们发现了一条新的含钛铁矿的构造带——秦岭—大别山造山带。这条含钛铁矿的构造带向西可以延伸到西藏,向东可以到达江苏省的金坛市,长达数千公里。因此有学者建议将其单独列出,称之为“第四成矿带”[8-9]。
随着研究的深入,人们对这条新出现的钛铁矿成矿带的认识也在不断深入。例如,通过野外实地调查,人们发现在该带的河南、湖北、湖南三省交界的地区,过去被视为岩浆作用形成的黑钛铁矿床,实际上应属于沉积成因,而且与海相碳酸盐岩有关[10]。在秦岭主峰太白山下还发现了我国最大的海绵钛矿床[11]。 那么,这些新发现的钛矿床到底是怎么形成的呢?
通过对含钛磁铁矿矿石岩石学研究,人们发现其具有典型的沉积特征,如矿物组成复杂、出现大量自形晶等。而且,这些含钛磁铁矿床的赋存部位通常位于海相碳酸盐岩层之下,顶部被湖相粘土或碳质泥页岩覆盖,显示出它们可能是深海或湖泊沉积作用的产物。 在含钛磁铁矿的深部,一般发育有基性火山岩,并且常常出现由辉绿岩构成的岩墙或者脉体,这些岩墙或者脉体的矿物成分主要为单斜辉石和橄榄石,含有少量的斜方辉石。借助稀土元素地球化学研究,人们发现这类基性岩类的原始来源可能来自地幔。
通过进一步研究发现,这些含钛磁铁矿床的形成可能与海底热泉活动密切相关。在洋底,温度梯度很大,从数百米深的海洋底部到表面,温度大约上升30℃。这种高温环境有利于金属元素的析出,从而为海洋生物提供了丰富营养。同时,由于海水具有很强的腐蚀性,金属矿物质以离子状态存在,能够被海洋生物吸收利用。
在含钛磁铁矿的形成过程中,可能有两种不同的机制。对于富含碳质的矿石,可能是由碳质物质首先吸附聚集了铁锰等元素,然后形成了铁氧化物;而对于不含或者少含碳质的矿石,则可能是由粘土矿物吸附聚集金属元素后逐渐氧化形成的。无论是哪一种形成机理,最终结果都是类似的海相碳酸盐岩沉积环境中富集成矿。