湘北安娜-博物山錫多金屬礦田錫礦地質(zhì)特征及成因

湘北安娜-博物山錫多金屬礦田錫礦地質(zhì)特征及成因

芙蓉礦場是湖南省地質(zhì)勘察研究院近年來在國土資源大調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的錫資源總量超過12種金屬礦，包括白樓水、馬子坪、山門、錫窩、百頭嶺、洪水河等礦區(qū)（見圖1）。錫資源總量達到大型礦床規(guī)模。它與相鄰的東坡鎢多金屬礦田、新田嶺鎢多金屬礦田、寶山鉛鋅銀多金屬礦田、黃沙坪鉛鋅多金屬礦田和香花嶺鎢多金屬礦田等構(gòu)成我國南嶺咸礦帶中著名的千里山-騎田嶺鎢錫多金屬礦集區(qū)3。本文側(cè)重研究區(qū)內(nèi)錫的賦存狀態(tài)及錫的遷移形式,對認識和討論區(qū)內(nèi)錫礦成因以及礦床的開發(fā)利用有著重要的意義。1西向多組構(gòu)造控礦構(gòu)造芙蓉礦田位于騎田嶺復式花崗巖體南部內(nèi)外接觸地帶。礦田出露的地層以石炭系、二疊系及白堊系為主,僅有少量三疊系、第四系,其中石炭-二疊系為連續(xù)沉積,下部為碳酸鹽巖建造,上部為臺盆相硅質(zhì)巖建造及濱海相砂頁巖建造。區(qū)內(nèi)東西向、南北向、北東向和北西向多組構(gòu)造縱橫交錯、組合復雜,其中北東向斷裂構(gòu)造最為發(fā)育,是區(qū)內(nèi)重要的控礦、容礦構(gòu)造。礦田內(nèi)巖漿巖分布廣泛,屬騎田嶺復式巖體的一部分,巖漿活動具多期次、多階段侵入的特點,從中三疊世至晚侏羅世都有活動,但以晚侏羅世為主。巖性以酸性巖為主,中酸性巖次之,可分解為樟溪水、禮家洞、五里橋、南溪、將軍寨、荒塘嶺、回頭灣等7個單元,歸屬于印支期菜嶺超單元和燕山早期芙蓉超單元,其中芙蓉超單元及燕山晚期形成的花崗斑巖、細粒花崗巖脈等與成礦有著不可分割的聯(lián)系4。區(qū)內(nèi)巖石蝕變普遍、強烈,且種類多、多種蝕變?；ハ嘀丿B,計有鈉長石化、黑(綠)鱗云母化、絹云母化、綠泥石化、鉀長石化、云英巖化、矽卡巖化、大理巖化、角巖化、硅化、電氣石化、螢石化等,其中鈉長石化、黑(綠)鱗云母化、云英巖化、綠泥石化、矽卡巖化、螢石化與成礦關系密切。2不同錫礦類型及產(chǎn)出方式芙蓉礦田以原生錫礦床為主。礦田內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)不同類型的錫礦脈50多條,這些礦脈大都成群成帶分布,可大致劃分為白臘水-安源、黑山里-麻子坪-二尖峰、山門口-狗頭嶺等三個長約4～8Km,寬1～2Km的NE向錫礦帶。錫礦脈(體)多分布于花崗巖中或巖體內(nèi)接觸帶,部分產(chǎn)在接觸帶,只有少部分產(chǎn)在外接觸帶,其屬成因與騎田嶺復式花崗巖體的侵入作用有關的氣成-高、中溫熱液型錫礦床。按產(chǎn)出方式可分為構(gòu)造蝕變帶-矽卡巖復合型、構(gòu)造蝕變帶型、蝕變巖體型、矽卡巖型、脈狀云英巖型等五種錫礦類型(見表1)。其中構(gòu)造蝕變帶-矽卡巖復合型、鈉長石化斑狀花崗巖型錫礦床為國內(nèi)少見。構(gòu)造蝕變帶型錫礦為礦田內(nèi)主要錫礦類型,受NE向斷裂構(gòu)造控制,呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出,常成群成帶分布于花崗巖體中,礦體是由構(gòu)造破碎帶及近其頂?shù)讕r石產(chǎn)生蝕變和礦化而形成(如麻子坪礦區(qū)的8號礦體);當控礦斷裂疊加經(jīng)過矽卡巖時,可形成構(gòu)造蝕變帶-矽卡巖復合型錫礦體,該類型錫礦是區(qū)內(nèi)重要的錫礦類型,空間上受南北向斷裂構(gòu)造及矽卡巖形態(tài)雙重控制,礦床規(guī)模巨大,單礦體可達特大型以上(如白臘水礦區(qū)19號礦體);蝕變巖體型錫礦也是礦田內(nèi)重要的錫礦類型之一,斑狀花崗巖(也可以是細粒花崗巖)受斷裂帶來的含礦熱液的影響,沿斷裂構(gòu)造發(fā)生較寬的、強弱不同的蝕變并產(chǎn)生較強的礦化作用而形成,該類型錫礦單礦體規(guī)模可達大型以上(如白臘水礦區(qū)的10號礦體);脈狀云英巖型錫礦主要分布于麻子坪礦區(qū)黑山里一帶,受NE向構(gòu)造及云英巖化蝕變帶的控制;矽卡巖型錫礦主要分布于礦田東南部,受巖體接觸帶構(gòu)造控制,呈似層狀、不規(guī)則狀產(chǎn)出(如狗頭嶺礦區(qū)55號礦體)。3性狀或比性在不同的錫礦類型中,由于成礦的地質(zhì)地球化學條件的不同,錫在遷移、沉淀的過程中會表現(xiàn)不同的性狀。為查明礦田內(nèi)各類型錫礦中錫的賦存狀態(tài),我們進行了大量的光片、薄片的鑒定研究工作,并對構(gòu)造蝕變帶型、構(gòu)造蝕變帶～矽卡巖復合型、鈉長石化斑狀花崗巖型等三種主要類型的代表性礦體(分別為19、10、8號礦體)中的錫礦石進行了物相分析,分析結(jié)果見表2。3.1d礦體中錫石為礦產(chǎn)之一從表2中可以看出,以白臘水礦區(qū)19號礦體為代表的構(gòu)造蝕變帶-矽卡巖復合型礦體中含錫礦物主要為錫石,其分布率為92.17%,其次為硅酸錫,分布率占6.58%,有少量硫化錫、膠態(tài)錫。為進一步了解錫在各種礦物中的含量及分布情況,對該類型礦石進行了錫的平衡分配計算,其結(jié)果如表3。計算結(jié)果表明,分布在錫石中的錫分布率僅占83.68%,與化學物相分析結(jié)果相比,低了8.49個百分點,據(jù)鏡下觀察研究表明,其主要原因可能是在硫化物、磁鐵礦和脈石礦物中仍含有少量呈連生體產(chǎn)出的微細粒錫石。該類型礦體中錫石主要呈它形粒狀出現(xiàn),少數(shù)的錫石結(jié)晶成短柱狀或針狀的自形-半自形晶,錫石的粒度由0.005～0.50mm,一般的>0.05mm,呈針狀晶體的錫石,其粒度由0.005～0.05×0.30mm,晶體的長寬比值由6∶1～3∶1;錫石顏色變化較大,19號礦體北面60線一帶的錫石,其顏色較深,在薄片下呈深棕色、棕紅色,主要與磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、綠鱗云母、鈉長石、螢石、透輝石、陽起石、金云母等礦物伴生;礦體南部80線一帶的錫石,在薄片下顏色呈淺棕色、棕色、棕黃色、淡黃色,少數(shù)的為無色。主要與透輝石、石榴石、鈉鐵閃石、綠簾石、陽起石、綠鱗云母、綠泥石、螢石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等礦物伴生。深顏色的錫石晶體內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)及內(nèi)部雙晶結(jié)構(gòu)經(jīng)常可見,環(huán)帶一般由2～5環(huán)組成,說明錫石結(jié)晶時環(huán)境較為穩(wěn)定。有的錫石中心有鐵質(zhì)包裹物。根據(jù)湘南地區(qū)錫礦床的資料統(tǒng)計分析,錫石的顏色與形成的溫度有關,溫度越高其顏色越深,反之顏色則淺。19號礦體錫石顏色的多樣性,可能說明礦體的形成經(jīng)歷了由氣化-高溫-中溫熱液期的多次礦化疊加,使礦體的品位變富。錫石與其它礦物在一起,呈脈狀、條帶狀、團塊狀穿插在簡單矽卡巖、花崗巖等巖石的構(gòu)造裂隙中,與螢石化、鈉鐵閃石化、綠簾石化、鈉長石化、云英巖化、綠泥石化密切在一起。據(jù)電子探針分析,19礦體中錫石的化學成份見表4。它與湘南地區(qū)柿竹園、野雞尾、紅旗嶺、香花嶺太平、鐵砂坪等錫礦區(qū)相對比,明顯有些差別:(1)19號礦體中錫石的化學成份SnO2含量由91.23～98.43%,平均為95.87%,低于上述五個礦區(qū)2～3.5個百分點。雜質(zhì)如FeO,Ta2O5的含量高于上述五個礦區(qū)6～12倍。(2)根據(jù)FeO的含量,19號礦體中的錫石還有低鐵錫石與高鐵錫石之分。低鐵錫石呈淺黃色、無色,FeO含量由0.10～0.98%,平均0.62%,SnO2平均含量97.99%;高鐵錫石呈深棕色、黑褐色,FeO含量由1.32～6.44%,平均3.26%,SnO2平均含量僅94.47%。(3)不論是低鐵錫石還是高鐵錫石都含有較高的Ta2O5,其含量由1.04～2.55%,平均為1.66%,說明Ta2O5的含量與錫石顏色深淺、成礦溫度的高低關系不大,可能與蝕變作用及成礦熱液的化學成份有關系,具體的說可能與鈉長石化作用有關系。如果錫精礦中的Ta2O5能在冶煉中回收的話,經(jīng)濟效益是相當可觀的。根據(jù)姜勝章、羅仕徽等人對湖南金屬礦物的研究結(jié)果認為,成礦溫度高的錫石,SnO2含量較低,雜質(zhì)含量較高;成礦溫度低的錫石,SnO2含量較高,雜質(zhì)含量較低。一般來說,氣化-高溫熱液交代型錫礦床中的錫石,SnO2平均含量為97.17%,19號礦體中高鐵錫石中SnO2平均含量只有94.57%,明顯比97.17%低,而雜質(zhì)的含量則明顯高,其中FeO的含量平均為3.26%。由此說明高鐵錫石的成礦溫度是相當高的,其形成溫度有可能遠高于上述五個礦區(qū),應該由氣化-高溫熱液作用形成的,但有一部份低鐵錫石在薄片下呈淺黃色、黃棕色、淺棕色、無色的,其晶形常呈針狀、長柱狀的錫石,應是在溫度較低的中溫熱液階段結(jié)晶形成。3.2錫元素平衡分配該類型錫礦床以白臘水礦區(qū)10號礦體為代表,錫主要以錫石錫的形式出現(xiàn),其分布率約占96.40%。為了解錫元素在礦石及主要礦物中的分布情況,把原礦均磨至-0.5mm的礦樣進行了分級、分離、提純后進行化學分析,據(jù)分析結(jié)果進行了錫元素的平衡分配,結(jié)果見表5。從元素平衡結(jié)果來看,由于礦樣比較粗,錫分布在礦泥中的較少,其錫的占有率僅為8.70%;錫在脈石中占有率較高,說明錫的單體解離度不高。錫石顏色較深,在薄片下常呈棕褐色、棕紅色、黑褐色,其中以棕紅色的為主,錫石多數(shù)為它形晶,少數(shù)的結(jié)晶成短柱狀的半自形晶或自形晶。粒度由0.005～1.20mm,一般的由0.05～0.30mm,它經(jīng)常聚集成團塊狀出現(xiàn),團塊的大小可達5mm左右。錫石的內(nèi)部環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)、內(nèi)部雙晶結(jié)構(gòu)及內(nèi)部解理結(jié)構(gòu)都比較常見。錫石的環(huán)帶最多的有35環(huán)左右,在錫石中常有銳鈦礦、板鈦礦、鐵質(zhì)、黑鱗云母等包裹體,又被鈉長石溶蝕。它與鈉長石、黑鱗云母、石英、螢石、少量黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等在一起。3.3礦體磨礦元素分析構(gòu)造蝕變帶型錫礦產(chǎn)在構(gòu)造蝕變帶中,以麻子坪礦區(qū)8號礦體為代表。礦石中錫礦物主要為錫石,其分布率達97.77%,是所有類型中最高的,僅有極少量硅酸錫、硫化錫和膠態(tài)錫。為進一步了解錫元素在各主要礦物中的分布情況,采集礦樣,對磨礦粒度為-0.074mm100%的礦樣進行了分離、提純后進行化學分析,據(jù)分析結(jié)果進行了元素的平衡分配(見表6)。從元素平衡結(jié)果來看,錫主要分布在礦泥中,其錫的占有率為44.66%,其次是在錫石及重礦物部分中,說明麻子坪礦區(qū)8號錫礦體磨礦粒度至-0.074mm100%后,錫石會過粉碎,礦泥中的錫石其顆粒十分細微,一般<40μm,且多與礦石連生。錫石以淺黃色為主,標本上多為黃棕色,單偏光下為淺黃色-淡黃色、淡棕色,少量的為無色,是礦田內(nèi)所有類型中顏色最淺的。錫石呈等軸狀的它形晶,少數(shù)的呈短柱狀,集合體的形態(tài)往往呈串珠狀、魚卵狀或不規(guī)則的團塊狀,顆粒彼此緊密鑲嵌在一起,粒度由0.005～0.10mm,少數(shù)>0.15mm(表7)。有的錫石具環(huán)帶構(gòu)造。錫石常與無色螢石、石英、輝鉍礦、黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、白鎢礦等密切伴生,有相互包裹連生、穿切現(xiàn)象。3.4蝕變蘇木積木礦床礦田內(nèi)其它類型的錫礦在區(qū)內(nèi)分布少,規(guī)模小,雖未作物相分析,但據(jù)巖礦鑒定研究,主要金屬礦物為錫石。產(chǎn)在云英巖化斑狀花崗巖型錫礦床中的錫石,肉眼下呈黑色,薄片下呈黑褐色-黑色、深棕色,它形粒狀,粒度由0.001～0.05mm,少數(shù)的達0.10mm。它在礦石中的產(chǎn)出有二種情況:一種是呈浸染狀與微粒石英、黃玉、鈉長石、黑鱗云母、白(絹)云母、螢石等在一起;另一種情況是錫石呈細小的粒狀沿片幅粗大的黑鱗云母的解理縫或者是圍繞黑鱗云母周圍分布,說明該類型錫礦中部分錫石可能是花崗巖中的黑云母在蝕變過程中析出來的,主要見于白臘水礦區(qū)32號、33號及42號礦體的NW段。產(chǎn)于蝕變細?；◢弾r型礦體中的錫石,在標本上為黑色-黑褐色,薄片下為深棕色、淺棕色、棕黑色,結(jié)晶以他形粒狀為主,少數(shù)呈半自形-自形晶的短柱狀,錫石的內(nèi)部環(huán)帶結(jié)構(gòu)及內(nèi)部雙晶結(jié)構(gòu)可見,但環(huán)帶數(shù)極少,只有2～3環(huán),其粒度一般由0.05～0.40mm,與黃玉、石英、云母、螢石等共生,主要見于白臘水礦區(qū)42號礦體的部分地段。產(chǎn)于矽卡巖型礦體中的錫石,顏色較深,粒度0.005～0.20mm,常與磁鐵礦、白鎢礦、黃鐵礦、輝鉍礦、黃銅礦共生。4型礦石成礦與蝕變作用礦田中錫的賦存狀態(tài)與共生組合決定于錫在熱液中的遷移形式和沉淀機制,而這又取決于成礦流體性質(zhì)、圍巖條件及地球物理地球化學條件等。根據(jù)王玉榮等人的錫石合成試驗,在溫度350°～500℃及填充度37.31～69.34%的條件下,用不同的絡合物(Na3SnS3,Na2SnF6,Na2-SnF2Cl4,SnS,NaSn(OH)6)SnO2·SiO2·nH2O的混合體,均合成了錫石,錫石不但可以在堿性溶液中形成,而且還可以在酸性溶液中形成。這說明隨著成礦溶液化學組分不同,PH值、溫度、壓力的變化,錫可以呈不同的絡合物進行搬運,在成礦作用的不同階段,氧和硫逸度的改變,也會引起錫的搬運形式的改變。據(jù)宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測試中心李桃葉、蔡錦輝等對芙蓉礦田白臘水礦區(qū)19號礦體80線一帶礦石中礦物包裹體的氣、液相成分的研究,表明成礦溶液主要成分是H2O(ω(H2O)=66.34～71.54%)和CO2(ω(CO2)=28.33～33.50%);溶液中的陽離子主要是Na+,其次是K+、Ca2+等,Na+/K+=16,這與區(qū)內(nèi)各類型礦石中具較強的鈉長石化蝕變以及巖石化學分析結(jié)果中Na2O/K2O比值明顯高于圍巖相一致;陰離子則以Cl-為主,其次有F-、SO42-、HCO3-。大體上屬K+-Na+-Ca+-Cl-及K+-Na+-Cl-離子型水。測溫結(jié)果表明,爆裂溫度在200°～600℃,形成壓力為60～100MPa。礦田內(nèi)與錫石礦化作用密切相關的蝕變作用主要有鈉長石化、黑(綠)鱗云母化、黃玉-云英巖化、螢石化、硅化、綠泥石化等,伴隨著蝕變作用出現(xiàn)的礦化有錫石礦化、磁鐵礦化、硫化物礦化等。根據(jù)礦田內(nèi)礦石的礦物組合及包裹體特征研究,按主要礦物組合礦田內(nèi)礦石可劃分鈉長石錫石組合、綠鱗云母錫石磁鐵組合、黃玉云母石英錫石組合、石英錫石組合、螢石石英輝鉍錫石組合、黃銅黃鐵錫石組合等六種。不同的礦物組合,可能代表了錫呈不同的絡合物在成礦溶液中進行遷移、水解、沉淀的產(chǎn)物。(1)在鈉長石化階段錫的搬運形式:分布在礦田白臘水礦區(qū)10號、31號礦體及狗頭嶺礦區(qū)1號礦體等地,礦石中脈石礦物有大量的鈉長石存在,其它礦物如螢石、電氣石及硫化物等都極少,在這種礦石中錫很可能是以氧的絡陰離子SnO33-或氫氧絡陰離子[Sn(OH)6]2-的形式進行搬運(D·E格羅夫斯基1978)。在高溫條件下的Na2SnO3只有在堿性溶液中才穩(wěn)定,當PH值降低Na2SnO3、Na2[Sn(OH)]分解析出錫石并形成鈉長石,其反應式為:Na2SnO3+H2O→SnO2(錫石)+2Na(OH)Na2[Sn(OH)6]→2Na(OH)2+SnO2(錫石)+2H2O2Na2(OH)+2H2O·Al2O3·2SiO2+4SiO2→NaAlSiO8(鈉長石)+3H2O(2)在云英巖化階段,由于礦石中出現(xiàn)了較多的含氟礦物,如云母、黃玉、螢石等,如白臘水礦區(qū)32號、33號、42號及山門口礦區(qū)54號等礦體所見,說明成礦溶液中氟的含量較高,因此錫的搬運可能主要以氟的絡合物,如Na2SnF6,Na2[Sn(OH、F)6],SnF4,K2SnF6等,這些含錫絡合物在穩(wěn)定的運移過程中,與周圍的巖石如花崗巖等相互作用,當成礦溶液的溫度、酸度發(fā)生變化,壓力減小時,含錫絡合物發(fā)生水解,析出錫石,同時生成石英、長石、云母、螢石、黃玉等,其反應式如下:Na2SnF6+H2O→SnO2(錫石)+2NaF+4HF2NaF+CaCO3→CaF2(螢石)+NaCO32K[AlSiO8](鉀長石)+4HF→Al2[SiO4]F2(黃玉)+5SiO2(石英)+KF+H2O3K[AlSiO8](鉀長石)+2HF→KAl2[AlSi3O10](OH)2(白云母)+2HF+6SiO2(石英)(3)到了綠泥石化、錫石硫化物階段,由于礦石中出現(xiàn)了較多的硫化物及螢石,說明成礦溶液中硫的逸度大,因此錫元素可能主要呈硫化錫酸鹽、硫化物(Na2SnS3、SnS2、SnS)和氯的絡合物(Na2SnCl6)及氟的絡合物形式進行遷移和搬