黔東地區(qū)大坳巖體型鎢錫礦床地質(zhì)特征及成因分析

黔東地區(qū)大坳巖體型鎢錫礦床地質(zhì)特征及成因分析

自國土資源調(diào)查開展以來，嶺南發(fā)現(xiàn)了大量大型錫礦床，如石羊嶺、大龍山、錫田等。大坳礦區(qū)是繼大義山師茅沖錫礦發(fā)現(xiàn)的又一具大型規(guī)模、以巖體型為主的鎢錫礦床。該類型礦床具單個礦體規(guī)模較大,品位中等,礦石可選性較好等特點,成為近年來南嶺大型復式花崗巖體內(nèi)鎢錫找礦的主攻類型之一。因此,對其成因機理的研究為許多學者所重視。根據(jù)巖體型礦床的空間產(chǎn)出特征,一些學者認為礦床與巖漿期后氣-熱液交代作用密切相關,礦化受巖漿上拱或前鋒部位的原生節(jié)理及多期活動形成的小斷層、節(jié)理裂隙等控制。曾志方等從構(gòu)造角度探討了大坳礦區(qū)礦化形成機制;一些科研院所對區(qū)內(nèi)成礦規(guī)律進行了研究,提出了“斷裂構(gòu)造+晚期巖體+巖漿熱液”的成礦模式!。筆者通過同位素測量、包裹體測溫等工作,對大坳鎢錫礦床地質(zhì)特征和成因進行了較深入的研究,對南嶺地區(qū)鎢錫找礦具有重要的實際和理論意義。1泥盆—地質(zhì)背景礦區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造帶中段的九嶷山復式花崗雜巖帶金雞嶺巖體西部,北東向炎陵—藍山殼斷裂、北西向新寧—道縣基底斷裂及東西向銅山嶺—九嶷山基底斷隆帶的交匯部位(圖1)。據(jù)付建明等研究,本區(qū)深部構(gòu)造處于揚子板塊與華廈陸塊接合部附近。地層除志留系、古近系外,震旦—第四系均有出露。震旦—寒武系為一套巨厚的海相復理石建造,普遍淺變質(zhì),構(gòu)成了九嶷山隆起,巖石中成礦元素豐富,鎢、錫、鉛的含量高于地殼平均值幾倍至幾十倍,平均含量分別為4.7×10-6、8.6×10-6、57.6×10-6。泥盆—三疊系為淺海相碳酸鹽巖夾海陸交互相碎屑巖,構(gòu)成了第一蓋層,分布于隆起邊緣坳陷區(qū)。侏羅—白堊系為內(nèi)陸湖泊相紅色碎屑巖,構(gòu)成了第二蓋層,分布于NNE向斷陷盆地中。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁,志留紀—晚侏羅世均有出露,呈近東西向分布于九嶷山隆起核部,構(gòu)成了九嶷山復式巖體。中侏羅世金雞嶺巖體為主要賦礦巖體,具多期脈動侵位特征,依巖石譜系單位自早至晚劃分為鳥崽嶺(J2N)、茶園頭(J2CH)、黃河(J2H)、平山(J2P)、涼亭坳(J2L)、羊角沖(J2Y)6個單元。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造復雜。前泥盆紀基底構(gòu)造為NE向的斷褶帶,泥盆—三疊紀蓋層構(gòu)造為近SN向,構(gòu)造型式表現(xiàn)為斷裂與復式褶皺相間發(fā)育;白堊紀蓋層構(gòu)造以NNE向斷裂為主,褶皺不發(fā)育,該組斷裂構(gòu)造遷就改造早期構(gòu)造,形成NNE-近SN向斷裂構(gòu)造,控制了區(qū)內(nèi)鎢錫多金屬礦的展布。2礦床的地質(zhì)特征2.1成礦巖單元特征區(qū)內(nèi)出露均為花崗巖,自早至晚為金雞嶺超單元黃河(J2H)與涼亭坳(J2L)單元,巖性為粗中?！⒓毩０郀詈?二)云母二長花崗巖,為主要賦礦圍巖(圖1)。鉆探揭露深部見晚期羊角沖單元(J2Y)細粒二云母二長花崗巖,呈巖株狀隱伏產(chǎn)出,為區(qū)內(nèi)主要成礦單元,巖石中微量元素W、Sn含量高,分別是其他單元的24~419倍和2~12倍,富集系數(shù)分別為476和88.2;巖石中低熔組分或活性組分SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量較高(占95%以上),基性組分FeO、MgO、CaO較低,TiO2極低(幾乎為零),揮發(fā)分F含量較高,為1650×10-6,重砂礦物黑鎢礦含量達192.06g/t,錫石為2.00g/t,為成礦提供了豐富的礦化劑和成礦物質(zhì)。2.2巖體型型型學F2、F3斷裂為主要導礦構(gòu)造,大坳巖體型鎢錫礦分布于兩斷裂的挾持斷塊內(nèi)(圖1)。區(qū)域上沿斷裂帶從南往北依次分布了獅子頭、大坳鎢錫礦和沙子嶺、小蓬江、癩子山鉛鋅多金屬礦等高中溫礦床。斷裂走向355~30°,傾向E-SEE,傾角較陡,為65~85°。區(qū)內(nèi)走向長度620~1300m,往南、北均延出礦區(qū),傾向延深達200m以上。破碎帶寬2~15m,由硅化花崗巖、次生石英巖、構(gòu)造角礫巖、碎裂化花崗巖及網(wǎng)狀石英脈等組成,局部發(fā)育斷層泥。鏡下見構(gòu)造角礫巖具二次破碎,角礫略顯定向排列,其間為糜棱質(zhì)的長石、石英等細小礦物及次生石英脈(團塊)充填,石英見強波狀消光、變形紋等亞結(jié)構(gòu),黑云母變形亞結(jié)構(gòu)如膝折等十分發(fā)育,表現(xiàn)出斷裂以壓性或壓扭性為主的多次活動特征。巖體型鎢錫礦的容礦構(gòu)造主要為弧形裂隙帶。弧形裂隙帶是指由一組產(chǎn)狀平緩、近平行產(chǎn)出的弧形裂隙構(gòu)成的構(gòu)造型式,各裂隙在剖面上自上而下等間距疊置分布,主要呈隱伏—半隱伏分布于礦區(qū)中部F2與F3斷裂所挾持的早期花崗巖斷塊內(nèi),由巖體侵入、固結(jié)后,在近東西向擠壓應力和晚期巖體上拱應力共同作用下,在早期單元花崗巖體(J2H、J2L)中產(chǎn)生了一組剖面上的共軛剪節(jié)理相互遷就利用而形成。沿裂隙充填云英巖、偉晶巖、長英質(zhì)脈等巖礦脈(圖2-A)。石英脈脈壁對稱發(fā)育S形鐵鋰云母細晶,顯示其剪切成因特征(圖2-B)。經(jīng)大量鉆探及硐探揭露顯示,弧形裂隙帶呈走向近SN,向E、W傾斜的似穹狀展布。目前己控制南北斷續(xù)長約880m,東西寬200~500m,弧頂呈橋拱形,略向西傾。弧形裂隙帶往往為NE向斷裂切割。2.3礦床地質(zhì)2.3.1地表及斷塊分布蝕變體是一個由云英巖、蝕變花崗巖及長英質(zhì)脈等組成的含鎢錫多金屬礦的礦化蝕變體,地表僅出露3處(GS1-3)(圖1),往深部匯成一體,呈似穹狀產(chǎn)出,走向近SN,向四周傾斜,傾角較平緩,頂部一般15~35°,往兩側(cè)變陡,為45~52°(圖3)。主要分布于黃河(J2H)及涼亭坳單元(J2L)中,沿F2與F3斷裂所挾持的斷塊展布,地表為NE向斷裂切割(圖1)。控制走向長950m,傾向最大寬495m,傾斜延深最大達600m左右。2.3.2礦體地質(zhì)特征礦體分布于含礦蝕變體中,與圍巖呈逐漸過渡。目前己控制礦體11個,除V1號礦體呈半隱伏狀產(chǎn)出外,其余礦體均隱伏于深部。在平面上主要出露于F2與F3斷裂間,各露頭呈近SN向展布。在剖面上,礦體分別以F3與F2為東、西邊界,發(fā)育于兩斷裂間的蝕變體內(nèi)(圖3)。在垂向上礦化深度較大,礦體垂向延伸達600m以上。礦體形態(tài)、產(chǎn)狀與蝕變體具一致性。礦體主要由含鎢錫長英質(zhì)脈、云英巖及蝕變花崗巖等組成,三者呈現(xiàn)出規(guī)律性變化,長英質(zhì)脈分布蝕變體頂部。走向上常為NE向斷裂切錯,破壞了其完整性。礦體規(guī)模較大,單條礦體沿走向延長一般600~760m,最長可達940m,傾向控制長120~370m,最長444m;平均厚2~21m;規(guī)模小的礦體走向長僅數(shù)十米,傾向延深數(shù)米,厚1~2m。礦體沿走向和傾向厚度、品位變化較大。沿走向單個礦體厚度可相差數(shù)十倍,如V1號礦體最厚達78.29m,較薄處僅為1.40m,礦體脹縮現(xiàn)象明顯;兩個樣品之間的Sn、WO3含量相差可達十多倍,且兩者呈此消彼長,鎢、錫礦體出現(xiàn)顯著重疊;在長英質(zhì)脈發(fā)育地段,礦石品位呈現(xiàn)局部增高,顯示其后期礦化疊加作用。沿厚度方向,脈幅與品位一般表現(xiàn)為正相關。礦體呈透鏡狀、板狀、脈狀,沿走向分支復合,尖滅側(cè)現(xiàn)、再現(xiàn)現(xiàn)象可見。剖面上,礦體成帶狀分布,自上而下可分為3個脈帶,脈帶間距50~60m,上帶(V1號礦體)呈巨厚板狀-凸透鏡體狀,礦化以鎢為主;中帶(V2-V4號礦體)為厚板狀,鎢錫共生;下帶(Ⅴ5-V11號礦體)為脈狀、薄—厚板狀,以錫為主。由此形成上富鎢、下富錫的分帶現(xiàn)象。2.3.3云英巖型灰礦石礦石類型主要有云英巖型和石英脈型(鎢)錫礦石兩大類,以前類礦石為主。這兩類礦石分別產(chǎn)于蝕變體的不同部位,石英脈型(鎢)錫礦石主要分布于蝕變體頂部,往下逐漸不發(fā)育;云英巖型鎢(錫)礦石分布于上部;云英巖型(鎢)錫礦石則主要分布于下部。由此自上而下呈現(xiàn)出石英脈型(鎢)錫礦石→云英巖型鎢(錫)礦石→云英巖型(鎢)錫礦石的變化規(guī)律。云英巖型(鎢)錫礦石沿走向或傾向呈相互過渡,局部還可見相互包含的現(xiàn)象。云英巖型礦石間分布蝕變花崗巖型(鎢)錫礦石。礦石具鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余斑狀結(jié)構(gòu)與交代結(jié)構(gòu)、自形、半自形結(jié)構(gòu)、他形晶結(jié)構(gòu);塊狀構(gòu)造、星散浸染構(gòu)造等。2.3.4云英巖化礦物理特征蝕變種類主要有云英巖化(礦化階段)、鉀長石化、鈉長石化、黃玉化、硫化物化、硅化、絹云母化、綠泥石化等。云英巖化與鎢錫礦化關系最為密切,主要呈面狀沿緩傾斜節(jié)理裂隙分布,其次呈脈狀發(fā)育于陡傾裂隙中,蝕變深度可達數(shù)十米至百余米,寬可達數(shù)百米。鈉化、鉀化往往與云英巖化密切共生,由云英巖向外依次分布。2.3.5成礦期和成礦階段根據(jù)區(qū)內(nèi)礦脈(體)穿插關系,礦石礦物共生組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和圍巖蝕變等因素,將本區(qū)鎢錫礦化劃分為3個成礦期5個成礦階段。第Ⅰ期礦化為主成礦期,規(guī)模和分布范圍較大,礦化較強;第Ⅱ期礦化分布范圍較小,規(guī)模強度有所減弱;第Ⅲ期明顯較前兩期減弱,僅局部發(fā)育。(1)插切割前、后礦組合包括鐵鋰云母黃玉錫石黑鎢礦階段(1)與黑鎢礦錫石石英長石脈階段(2),第2階段礦化穿插切割前階段礦化。礦物組合為鐵鋰云母-石英-黃玉-白云母-黑鎢礦-錫石,其次見輝鉬礦、方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦等少量硫化物。第2階段礦物組合與第1階段基本相同,但硫化物極少見。本期礦化中黑鎢礦、錫石晶形一般發(fā)育較好,自形度高,晶體粗大,顯示該階段礦化極強。(2)蝕復德礦組合礦化明顯切割含礦蝕變體及平緩長英質(zhì)脈,主要發(fā)育于蝕變體上部。礦物組合為石英-鐵鋰云母-黃玉-白云母-鉀長石-黃鐵礦-黃銅礦-鐵閃鋅礦-黑鎢礦-錫石。黑鎢礦、錫石自形度較高,顆粒粗大,硫化物較發(fā)育。(3)閃鋅礦與黃鐵礦的礦物組合以硫化物為主,發(fā)育少量的錫石、黑鎢礦。分為錫石黃鐵礦鐵閃鋅礦礦化階段(4)和黃鐵礦鉛鋅礦化階段(5),礦物組合為黃鐵礦-黃銅礦-鐵閃鋅礦-毒砂-螢石-黃玉-黑鎢礦-錫石。礦化不均勻,局部富集成透鏡體狀,規(guī)模不大,品位不富。3關于床成因的研究3.1成礦的來源(1)成礦地質(zhì)性質(zhì)圍巖花崗巖與礦石(石英脈和云英巖)毒砂、黃鐵礦中S同位素值相差不大,數(shù)據(jù)相近(表1)。石英脈只有一個樣品,δ34SV-CDT為-0.8‰;云英巖有6個樣品,δ34SV-CDT為-1.7‰~2.4‰,平均0.4‰,較集中,其值與石英脈相近。說明硫源比較單一,成礦環(huán)境和物理化學條件較為穩(wěn)定;同時礦石中含硫礦物主要為黃鐵礦、毒砂和閃鋅礦,未見硫酸鹽礦物,表明成礦熱液沒有發(fā)生強烈的硫同位素分餾作用。花崗巖δ34SV-CDT較穩(wěn)定,為2.8‰~3.7‰,平均3.3‰,在殼源同熔型花崗巖的S同位素組成范圍內(nèi)。對比礦石與花崗巖硫同位素值可見,兩者δ34SV-CDT值相近,表明成礦物質(zhì)來源于花崗巖,且兩者有相近的緣源關系。(2)金雞嶺巖體及淺變質(zhì)砂巖的鉛、礦等地球化學特征礦石(云英巖)的206Pb/204Pb為18.8573~18.7108,207Pb/204Pb為15.7622~15.7624,208Pb/204Pb為39.0311~39.0773;礦體圍巖的206Pb/204Pb為18.599~18.829,207Pb/204Pb為15.685~15.751,208Pb/204Pb為38.822~39.054;花崗巖的圍巖淺變質(zhì)砂巖的206Pb/204Pb為18.803,207Pb/204Pb為15.806,208Pb/204Pb=39.390,Pb同位素組成較集中,為單階段正常鉛(表2)。由鉛同位素圖解(圖4)可看出,樣品均位于上地殼鉛同位素平均演化曲線附近,表明巖漿巖和礦石鉛均來源于上地殼,與金雞嶺巖體的地殼重熔成因吻合。因此,區(qū)內(nèi)成礦物質(zhì)最終來源于上地殼。3.2礦床成因研究流體包裹體是封閉在礦物中的成礦流體,是礦床成因研究的理想客體。對流體包裹體特征的研究,可以探討礦床的成礦物化條件及熱流體、熱動力的來源。(1)包裹體的大小礦區(qū)石英脈型鎢錫礦石的石英樣品中流體包裹體比較發(fā)育,包裹體的形態(tài)多樣,有負晶形狀,不規(guī)則狀,但最多的為似橢圓狀。包裹體的大小一般為5~10μm,偶見大者可達15μm。原生包裹體在主礦物中隨機分布,包裹體中流體為氣液包裹體,在所觀測的薄片中未見富CO2包體和含子礦物包體,而且流體的氣相所占包體體積均小于10%,多數(shù)為5%~6%。(2)流體包裹體均一溫度和爆密度含礦石英脈中120個包裹體的均一溫度為135~425℃,大量集中在260~390℃,僅一個包體均一溫度達425℃,其算術平均值為280℃(表3),基本上屬于中—高溫范疇。均一溫度是礦物形成可能的下限溫度,而礦物結(jié)晶的溫度肯定高于此溫度區(qū)間,所以估計大量流體被捕獲的溫度居于中—高溫熱液礦床的范圍。從溫度分布范圍來看,石英的形成大致有二期,即高中溫階段(425~320℃),相當于含礦云英巖形成階段,此階段為主成礦階段,黑鎢、錫石自熱液中析出;中低溫階段(320~135℃),相當于硫化物形成階段,形成了黃鐵礦、黃銅礦、毒砂、鐵閃鋅礦等硫化物。利用劉斌等的壓力計算公式,求得流體包裹體均一壓力為6×105~209×105Pa(表3)。目前沒有得到另一種獨立的指示礦物形成的溫度。如果按以往對石英測定的均一溫度和爆裂溫度(起爆溫度)分別代表形成溫度的下限和上限,那么流體捕獲溫度較均一溫度高30℃左右是合理的。如果按均一溫度增加30℃視為流體的捕獲溫度(310℃),經(jīng)試算一個包裹體測溫資料,得到約為862×105Pa的成礦壓力。大約相當于2.5km的靜巖壓力。(3)成礦熱液ph值測定43個包裹體的冷凍法冰點溫度在-7.6~-0.5℃,所計算的鹽度(NaCl)(表3)主要集中于2.24%~9.34%,最低為0.88%,最高為11.22%,平均5.37%,因此成礦熱液為較低鹽度。成礦流屬低密度流體(表3),密度低于1.00g/cm3,為0.756~0.968g/cm3,平均0.854g/cm3。(4)成礦流體水特征大坳礦區(qū)礦石中石英的δ18O值為9.7‰~12.4‰,平均為10.9‰,為巖漿來源,與金雞嶺花崗巖相近(9.19‰~11.18‰);但錫石為4.9‰,顯示混合水來源特征。按平均捕獲溫度310℃,利用公式δ18O礦物-δ18O水=3.38T-2-3.40計算,求得礦物包裹體水δ18OH2O值為-1.6‰~5.9‰,δ13D=-54‰~-92‰(表4),為典型的巖漿水。從圖5中可見,投影點位于巖漿水范圍或變質(zhì)水范圍左側(cè)的雨水范圍,表明成礦流體水為巖漿水與雨水的混合水。由上述成礦物理化學條件,結(jié)合礦石組構(gòu)、礦物組合、礦體地質(zhì)等特征,認為大坳巖體型礦床屬于中—高溫交代成因礦床。3.3巖漿熱液的沉積和成礦作用大坳鎢錫礦床的成礦作用過程(圖6),經(jīng)歷了錫的原始聚集,多次巖漿構(gòu)造作用的活化、遷移和初步富集,以及晚期巖漿的脈動演化,成礦物質(zhì)運移、淀積成礦等一系列過程。新元古代區(qū)內(nèi)處于地槽發(fā)展階段,沉積了一套巨厚的含鎢錫豐度較高的淺海相復理石建造,形成了初始“礦源層”。加里東、印支構(gòu)造運動,地槽褶皺回返,地殼上隆,巖漿侵位,成礦物質(zhì)進一步活化,并形成了一系列NNE—近SN向斷裂構(gòu)造(導礦構(gòu)造)。中侏羅世為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造巖漿活動和成礦期。燕山早期,由于揚子板塊與華夏陸塊碰撞擠壓、地殼增厚,構(gòu)造應變熱在地殼深部引起熱效應,導致地殼重熔-再生作用,形成熔融巖漿,沿九嶷山隆起上侵。巖漿形成過程中,通過地下熱液的對流,萃取了地層中的W、Sn、Pb、Zn等成礦元素,導致巖漿中的成礦元素的富集。同時,區(qū)域性NNE—近SN向斷裂(F2、F3)再次活動,形成了延伸(深)規(guī)模較大的斷裂帶,為含礦氣液的運移提供了有利構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿具多次脈動侵位特點,隨著巖漿的不斷演化、逐漸冷凝,大量富含成礦元素的氣熱液不斷積聚在晚期巖體頂部,形成了巖漿熱液的對流系統(tǒng),在氣熱液巨大的低密度及內(nèi)應力作用下,形成了一個單向的對流體系,沿NNE—近SN向?qū)УV斷裂上升至距地表2~3km深處,在巖漿熱液上升過程中,雨水沿控礦斷裂下滲,加入到熱液中,形成混合流體,貫入至上覆巖體的弧形裂隙中。此后,成礦作用進入期后氣化熱液的成礦階段。從礦床內(nèi)普遍存在的黃玉、螢石等蝕變礦物及多種金屬硫化物和堿金屬等可間接判斷,氣液熱流體富含Sn、W、Li、Rb等成礦元素及F、H2S、OH-等揮發(fā)分,以氣相為主。據(jù)晚期巖體結(jié)晶溫度判斷,氣液溫度接近505℃,處于臨界—超臨界狀態(tài),此時,氣液礦化度極高,離子強度很大,因此,具有很強的遷移能力,在裂隙中向旁側(cè)擴散滲濾,與圍巖發(fā)生強烈的交代作用。在熱液交代作用過程中,由于初始階段鹼質(zhì)交代的不斷進行,溶液中Na+、K+的濃度降低,氣液酸度升高,從而破壞了含錫氟-氫氧絡合物平衡,通過高溫水解作用,形成錫石和游離HF,引起熱液迅速酸化,酸性熱液作用于花崗巖,導致鹼金屬的淋濾析出,形成錫石、黃玉等一系列的云英巖礦物的產(chǎn)生。由于花崗巖體上部圍壓相對較低,且處于相對氧化狀態(tài),氣液大量聚集,交代較充分,從而形成厚大的云英巖型礦體,且品位較高;而往深部,圍壓較大,裂隙較難開啟,氣液難于擴散,云英巖規(guī)模較小,以脈狀為主,形成規(guī)模較小的脈狀礦體,圍巖蝕變相對較弱,以鉀化、鈉化為主。由于巖漿的不斷演化,在最后階段形成了非均勻的富含成礦元素W、Sn及揮發(fā)分和SiO2的熔漿—溶液,并沿NNE—近SN向斷裂上升,充填于弧形裂隙帶頂部,形成富含黑鎢錫石的長石-石英脈。隨著溫度的降低,含礦熱液化學性質(zhì)發(fā)生變化,由富W、Sn為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿涣驗橹?并沿NE向斷裂帶和弧形裂隙構(gòu)造帶充填,形成富含黃鐵礦、鉛鋅礦等硫化物的礦脈(體),局部伴隨黑鎢錫石礦。4巖體型礦床成礦作用長期以來,許多學者將巖體型(鎢)錫礦的成因歸于成礦巖體在構(gòu)造運動的相對平靜條件下就地演化和含礦熱液的就地晶出而成,否認成礦期的構(gòu)造作用;認為礦體形態(tài)嚴格受含礦花崗巖小侵入體的制約,賦存于含礦巖體頂部,頂、底板不穿切巖性界面。然而在許多巖體型(鎢)錫礦床如大義山師茅沖、贛南大吉山等礦床中,發(fā)現(xiàn)礦體內(nèi)部構(gòu)造十分復雜,礦石中發(fā)育細脈狀或細脈浸染狀云英巖脈和錫石-硫化物脈,礦體呈巢狀、透鏡狀、三角狀等復雜形態(tài)成帶成群分布;礦體頂?shù)装褰缇€均可見穿切不同巖性界面。上述現(xiàn)象表明,在巖體型鎢錫礦成礦過程中,除成礦巖體的氣液作用外,伴隨較強的構(gòu)造作用,礦體的形成是構(gòu)造與巖漿演化耦合作用的結(jié)果,符合“斷裂構(gòu)造+晚期巖體+巖漿熱液”的巖體型礦床成礦模式。大坳鎢錫礦床在形態(tài)、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征及成礦作用過程等方面均與之有相似之處,將其歸于巖體型礦床是合理的。付建明等認為金雞嶺巖體