2020年以来,山东省自然资源厅针对淄博地区上石炭统本溪组铝质岩系中的关键战略性矿产进行了调查评价。施工钻孔发现金红石、锂、铌钽、镓等关键战略性矿产资源的富集现象,其中,以金红石相钛的富集程度最高,达到工业指标。该矿床类型应为古风化壳沉积型金红石型钛矿,金红石型钛矿在华北地区本溪组的发现属于首次。

1 地质背景

研究区在大地构造位置上位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)鲁山-邹平断隆(Ⅳ)邹平-周村凹陷(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)的结合部位(图1a、b)。成矿单元上属于鲁中地区煤-铁-铝-金-建材、非金属成矿亚带(倪振平等,2013^❶)。区内地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和第四系,其中,上石炭统本溪组是本次新发现的金红石型钛矿赋矿层位 (图1b、d)。

本溪组在研究区内裸露程度不均,大部分被第四系覆盖。该组自下向上可分为两段:湖田段和泥岩段。湖田段岩性以铁铝质岩石为主,为一套风化壳上再沉积的残积物,基本层序不明显,厚度为20~35m(图1c)。泥岩段岩性以杂色泥岩为主,含植物化石碎片,厚15.06m。泥岩段发育基本层序,自下向上粒度渐细,为退积型沉积,A层为黑灰色碳质页岩,页理发育;B层为杂色铝土质泥岩;C层为灰红色铁锰质泥岩(杨恩秀等,2003^❷)。

2 工程实施情况

研究区共施工4个钻孔,分别为ZK1、ZK2、ZK5和ZK6,孔深分别为175.9m、501.3m、120.1m及352.2m,钻孔位置见图1。钻孔ZK1钻获工业矿厚度为1.71m,TiO₂平均品位为1.51%;钻获低品位矿厚度为21.97m,TiO₂平均品位为1.14%。钻孔ZK2钻获工业矿厚度为7.34m,TiO₂平均品位为1.52%;钻获低品位矿厚度为7.7m,TiO₂平均品位为1.29%。钻孔ZK5钻获工业矿厚度为9.33m,TiO₂平均品位为1.69%;钻获低品位矿厚度为5.07m,TiO₂平均品位为1.04%。钻孔ZK6钻获低品位矿厚度为10.63m,TiO₂平均品位为1.23%。

3 矿体特征

已发现矿体赋存在本溪组中下部的杂色铝土质泥岩段和灰红色铁锰质泥岩段,呈层状,倾向280°,倾角5°~7°,受本溪组控制显著,工业矿体为单矿层。钻探验证的工业矿体埋深84~484m,厚1.71~9.33m,矿床类型属于古风化壳沉积金红石型钛矿,共伴生铌钽、锂、镓等多种重要矿产(图2)。

4 矿石特征

4.1 金红石型钛矿

本次共采集分析样品67件,TiO₂含量为0.7%~2.42%,其中揭露的工业矿层中的TiO₂含量为1.46%~2.42%,以金红石相为主,金红石相TiO₂含量约占70%~90%,金红石相+钛铁矿相TiO₂含量占76%~100%。结合前人铝土矿勘查时的化学分析数据,黏土岩和铝土岩TiO₂含量介于1.5%~3.4%之间。

含矿岩性主要为铝质泥质、黏土岩、铝土岩、铝土矿等。矿石体积质量为2.74g/cm³。经薄片鉴定,副矿物主要有金红石、锆英石、方解石、褐铁矿、电气石、软水铝石等。金红石呈柱状、粒状及微粒状,粒径0.02~0.1mm(图3)。

4.2 共伴生矿产

(1)铌钽:与金红石型钛矿分布在同一层位。通过对钻孔ZK5样品分析,钻孔(Ta,Nb)₂O₅含量0.0056%~0.0150%(风化壳(褐钇铌矿或铌铁矿)矿床边界品位为0.008%);边界品位以上者厚12.23m,(Ta,Nb)₂O₅含量0.0083%~0.0150%。经物相分析,呈铌铁矿相态。赋存岩性与金红石一致。

(2)锂、镓、稀土:赋存在金红石型钛矿同一层位中的锂、镓、稀土具有明显富集。 Li₂O含量最高为1960.1×10^-6,约合0.2%。Ga含量总体为21×10^-6~75×10^-6 (综合利用指标为10×10^-6),达到综合利用指标。稀土氧化物总量最高超1200×10^-6,具有沉积型稀土综合利用价值。

5 成矿规模预测

按照原生矿金红石型钛矿工业指标计算,已施工完毕的钻孔范围,以地质块段法估算潜在TiO₂工业矿资源量为43.84万t(其中金红石相约为35.07万t),具有形成特大型金红石型钛矿床的潜力,并共伴生铌钽、锂、镓、稀土等矿产资源。

6 资源前景及成果意义

金红石型钛矿及共伴生的铌钽、锂、镓、稀土等均为国家战略性关键矿产,资源前景好。本次发现地所在的山东省淄博地区为传统铝土矿勘探区,但该区的铝土矿硅质含量高,质量较差,一直未进行规模开采。此次在该层位中发现的金红石型钛、铌钽、锂、镓等战略性关键矿产资源可能将此变为极具经济和国家战略价值的宝藏。

钛矿属于国家发改委所列的战略性关键矿种,金红石型钛矿尤其紧缺。据自然资源部数据,我国2019年钛矿储量为2.27亿t,其中钛铁矿和金红石储量分别为2.26亿t和80.2万t,金红石储量仅占0.35%。此次在淄博地区本溪组发现的金红石型钛矿,具有埋藏浅、发育层位稳定、分布面积广、易开采等特点,并具有多种共伴生资源,可能成为我国金红石型钛矿等战略性关键矿产资源的重要找矿方向,有利于提高我国战略性关键矿产资源安全保障程度。因此,此次发现具有重要的实用经济价值。

此次发现的古风化壳沉积金红石型钛矿属于风化-沉积型矿床,该类型金红石型钛矿在本溪组的发现属于国内首次,为新的矿床类型。目的层位本溪组在华北板块广泛发育,厘清其成矿主控因素后,可判断在华北板块其他区域是否具有同样的找矿潜力,具有引领金红石型钛矿找矿方向的可能。因此,此次发现具有重要的理论价值和找矿示范价值。

致谢:山东省自然资源厅勘查技术指导中心和淄博市自然资源和规划局为本次成果提供了指导和帮助,匿名审稿专家对本文提出了宝贵修改建议,在此一并表示感谢!

注释

❶ 倪振平, 李庆平, 李洪奎, 等.2013.山东省矿产资源潜力评价成果报告.山东省地质调查院.

❷ 杨恩秀, 张春池, 李庆平, 等.2003.淄博市幅1:25万区域地质调查报告.山东省地质调查院.

❸ 沈锡其, 陈小炳.1956.山东淄博铝土矿地质勘探总结报告.冶金工业部地质局华北分局.

参考文献