粤北钨矿成矿特征及“一体多位”区域成矿模式

杨大欢, 古志宏

(广东省地质调查院,广东 广州 510080)

0 引言

粤北属于南岭地区,矿产资源丰富,是我国有色金属工业的重要基地之一。该区钨矿床(点)较多,是我国钨矿床集中分布的区域之一。粤北地区的钨矿主要与壳源岩浆活动有关[1],矿床类型以岩浆热液石英脉型为主,也有蚀变花岗岩型(岩体型)、矽卡岩型和细脉浸染型(前人认为是斑岩型)。前人总结出热液石英脉型钨矿“五层楼”式的分带规律[2],随着邻区深部找矿的开展,曹钟清[3]提出“五层楼+基座”找矿模型,许建祥等[4-5]提出“五层楼+地下室”找矿模型,华仁民等[6]提出了“上脉下体 ”成矿模式。针对不同地区的钨矿床在成矿模式、成矿规模、矿床成因之间存在差异性的问题,本文通过对粤北钨矿区域成矿规律进行研究和总结,结合对粤北不同规模、地域的钨矿床对比研究,认为这些矿床是在统一的岩浆作用过程中,不同就位条件造成的。最后,建立粤北钨矿一体多位区域成矿模式,以期对该地区钨矿成矿模式的认识有所裨益。

1 成矿地质背景

粤北地区位于华夏地块西缘,属南岭成矿带。区域地层发育较全,岩浆活动强烈,构造复杂(图1)。

1.1 地层

出露地层以晚古生界为主,次为早古生界、中—新生界和震旦系。震旦系及早古生界属浅海—半深海相复理石建造,为一套浅变质岩系,以变质长石石英砂岩、板岩为主,局部夹碳酸盐岩。晚古生界属陆相、潮坪相、台地相沉积,为碳酸盐岩和碎屑岩组合。中—新生界主要为湖泊相碎屑岩。

寒武系和奥陶系是本区钨矿的主要赋矿层位,泥盆系是本区浅成中—低温热液型铅锌矿的主要赋矿层位。

图1 粤北地区区域地质图

1.2 区域岩浆岩

区内岩浆活动强烈,主要表现为多期次、多阶段岩浆侵入活动。区内南、北两侧呈EW向展布着岩浆岩带——北部为九峰—诸广山构造岩浆岩带,南部为大东山—贵东构造岩浆岩带。岩浆岩主体为燕山一期中粗粒、中粒斑状黑云母花岗岩、二长花岗岩,燕山三期、四期中细粒、细粒黑云母花岗岩、二长花岗岩则呈岩株产于燕山一期花岗岩岩基中。此外,花岗斑岩、石英斑岩、英安斑岩、闪长玢岩、闪长岩、辉绿岩也较发育,呈岩脉、岩墙或小岩株产出。燕山三期、四期花岗岩常常具有高硅(w(SiO2)>73%)、富碱(w(K2O+Na2O)>7.5%)、W、Sn、Bi、Mo等元素丰度值偏高等特征,与钨锡多金属成矿关系密切。

1.3 区域构造

本区发育NE、近EW、近SN和NW向断裂构造。由北向南分布近EW向的九峰—诸广山构造岩浆岩带、大东山—贵东构造岩浆岩带。西部的NNE、NE向断裂是区域性郴州—怀集断裂带的组成部分,中部的一系列NE、NNE向断裂是区域性吴川—四会断裂带和赣江断裂带的组成部分,东部的NE向断裂是新丰—连平断裂带的组成部分。近SN向和NW向褶皱发育。矿床主要产于区域性断裂带旁侧或不同方向断裂(构造)带交汇区域,断裂破碎带、(褶皱的)层间滑动带以及多组断裂交汇部位,是钨矿化的有利空间。

2 成矿特征

本区矿床类型以岩浆热液石英脉型为主,也有蚀变花岗岩型(岩体型)、矽卡岩型和细脉浸染型。代表性矿床成矿特征简述如下:

2.1 翁源县红岭钨矿床

红岭钨矿床处在大东山—贵东EW向构造岩浆带中部,热水SN向岩体与NE向构造复合部位(图1)。矿区岩浆岩属燕山三期多阶段、多岩相的复式花岗岩,按岩性可分为黑云母花岗岩和白云母花岗岩两大类。前者形成于燕山三期第一、第二阶段,分布范围广,呈岩基状产出;后者形成于燕山三期第三、第四阶段,呈岩株状产出,为隐伏岩体(图2)。

矿区内有蚀变花岗岩型和石英脉型两种钨矿体,两者在时空和成因上关系密切。

图2 翁源红岭钨矿620勘探线剖面①

蚀变花岗岩型钨矿体赋存于隐伏的细粒白云母花岗岩的顶部凸出部位,白钨矿、黑钨矿、辉钼矿等在蚀变花岗岩中呈浸染状分布。WO3品位不高,但矿化均匀。矿体规模较大,长100～720 m,宽88～358 m,平均厚6～36 m,呈似层状或透镜状产出。矿体外围有宽大的矿化蚀变带。花岗岩热液蚀变强烈,由多种蚀变类型构成垂向蚀变分带。主要的蚀变类型有钾长石化、钠长石化、云英岩化和绢云母化。

石英脉型钨矿呈脉状赋存于黑云母花岗岩和白云母花岗岩界面附近成矿期新形成的张性节理裂隙中[7],向下过渡为蚀变花岗岩型钨矿。含矿石英脉沿NNE、NNW、NW、NWW和NEE向等不同方向裂隙充填。矿区矿脉具有长、深、薄的特征,矿脉一般长300～1 000 m,延深300～500 m,宽0.1～0.2 m,其垂直分带总体呈现“五层楼”式分带规律②[7]。矿石矿物主要为黑钨矿,次为白钨矿、辉钼矿等。围岩蚀变有云英岩化、硅化、钾长石化和绿泥石化等,主要发育于矿脉旁侧一定范围内。

2.2 乐昌市禾尚田钨矿床

该矿床处于NNE向郴州—怀集断裂带与SN向瑶山复背斜相交复合部位附近的次级隆拗交接带。出露寒武系类复理石碎屑岩建造和泥盆系碳酸盐岩夹碎屑岩建造。矿化范围内主要出露泥盆系天子岭组(图3),为浅海相碳酸盐岩。区内褶皱、断裂发育。主要褶皱构造为沙栋里向斜、石冲倒转向斜,均被断裂切割。向斜两翼大理岩化灰岩的层间裂隙极为发育,是钨矿体的主要容矿构造。断裂以NNW、近SN向断裂为主,具走滑逆冲性质。矿区地表及深部1 500 m(钻孔揭露)范围内未见岩浆岩。

本区钨矿属(石英)脉带型,主要矿脉为石英脉,次为长石脉和云英岩脉,另见少量石英云母脉、矽卡岩细脉。矿脉脉幅在地表大多±1 cm,也偶见10 cm以上的薄脉;中深部以1～10 cm为主,个别可达60 cm以上。钨矿体由密集的含钨细脉、网脉、少量薄脉、个别大脉与大理岩化碳酸盐岩组成,呈脉带状,与围岩呈渐变过渡关系。

矿体均赋存于向斜两翼,沿层间裂隙及节理产出,总体上平行近等距分布(图4)。矿体内矿脉及主脉带均呈NE、EW或SN走向,显示出以张性为主的剪张性活动特征,说明矿化优选方位受到不同构造的联合制约。

矿体规模大小不一。雪马田矿段矿体走向上延伸48～940 m,倾向上延深30～1 250 m (未控制底界),真厚度0.45～3.06 m;石冲矿段矿体走向延伸25～1 160 m,倾向延深30～1 260 m(未控制底界),真厚度0.63～5.98 m。

矿区矿石矿物主要为白钨矿,见少量黑钨矿及锡石。外围存在不同程度的金、银、锑和铅锌矿化。

主要的围岩蚀变类型有大理岩化、矽卡岩化、云英岩化、硅化、长石化,另有萤石化、黄铁矿化、毒砂化、白云石化、绢云母化、绿泥石化等,与钨矿关系密切的云英岩化、硅化、萤石化、绿泥石化等主要沿脉壁或裂隙发育。

图3 广东省乐昌市禾尚田钨矿地质图

据研究,矿区钨矿多期多阶段矿化特征明显,可划分为2个成矿期(矽卡岩期、热液期)、6个成矿阶段(长石-石英-黑钨矿-白钨矿阶段、云英岩-白钨矿-黑钨矿阶段、石英-白钨矿-黑钨矿阶段、金-银-铅锌矿阶段、铅锌矿-锑矿化阶段和石英-碳酸盐阶段),并具有从高温到中低温热液阶段多种矿化类型共生的的特点。

矿区范围内资源量大(接近超大型),且分布集中,说明矿源丰富,导矿构造稳定畅通。

2.3 始兴县梅子窝钨矿床

该矿床位于青嶂岩体与贵东岩体交汇地带附近(图1),天平架复式背斜西翼。发育一系列近平行的次级褶皱,卷入褶皱的地层为寒武系—奥陶系浅变质碎屑岩。断裂发育,具多期性、复合性和继承性的特点。可分为NW向断裂、NE向断裂和NNE向断裂3组(图5),其中NW组断裂对钨矿床的形成具有重要意义,NW向断裂的脆弱带就是容矿裂隙带。区内NE侧出露华力西期花岗闪长岩;经钻孔揭露,深部存在沿NW向断裂侵入的燕山三期二云母花岗岩,呈岩瘤或岩枝状产出。

钨矿体赋存于浅变质岩中,主要受NW向断裂和节理控制,呈NW—SE向展布,倾向SW或NE,倾角较陡。已查明的30个矿脉带,可分为北组、中组、南组、南南组和天平架组5个矿脉带组。矿脉呈脉带-脉组-脉体产出,在平面和垂向上具有明显的分带性和规律性。

在平面上,“脉带”由1～2条脉幅(宽)10 cm以上的主干薄脉和众多脉幅3～7 cm的细脉组成,脉带宽度为4～15 m。主干脉体延伸较为稳定。“脉组”一般由几条脉幅在10 cm以上的主干薄脉及少量细脉组成,呈平行、分支复合侧幕式交替产出。脉组宽度2～3 m,延伸稳定、连续性好。“脉体”是指单个脉幅大(几十厘米至数米)、形态简单、连续性好的含钨石英脉。

在垂向上,自地表至花岗岩体(外-内接触带),“脉带-脉组-脉体”呈分带过渡关系,俗称“五层楼”规律:(最外层为)细微裂隙蚀变带-细脉带-薄脉细脉带-薄脉带-大(薄)脉带。

图4 广东省乐昌市禾尚田钨矿A—B地质剖面图③

梅子窝钨矿床“五层楼”矿脉带发育完整的均有主脉体存在。主脉体一般由2～7个单脉体组成。单脉体长度80～350 m,延深280～750 m。单脉体平行、雁行、分支复合及重叠侧幕排列,总体产状较为稳定。深部矿脉常伴有脉旁云英岩,并逐渐向花岗岩过渡。

矿区主要工业矿物为黑钨矿,次为白钨矿;伴生锡石、黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、辉钼矿、辉铋矿、毒砂、绿柱石等。围岩蚀变为硅化、云英岩和绢云母化。

2.4 始兴县沟子坑钨矿床

该矿床位于青嶂岩体与贵东岩体交汇地带附近(图1),主要出露寒武纪浅变质碎屑岩和志留纪石英闪长斑岩,局部出露燕山三期中细粒、细粒白云母花岗岩、黑云母花岗岩(两者无明显界限)及辉绿岩。

钨矿产于石英闪长斑岩与寒武系的内外接触带(图6、图7),呈NNE向条带状展布,其矿化宽度约50 m,长度约800 m。根据地表矿化情况,共圈定21个钨矿体。矿体总体走向为NE15°,倾向SE,倾角35°～50°。单矿体长35～600 m,厚3～16 m。矿体属细脉浸染型。其浸染矿物以黑钨矿为主,少量黄铁矿、辉钼矿,主要在细脉间及细脉边缘发育。细脉主要为石英脉,以走向NE15°,倾向SE,倾角20°～50°发育明显。脉幅宽一般在0.1～0.5 cm之间,个别达十几至20 cm。黑钨矿矿化与细脉发育程度关系密切,一般细脉发育地段矿化较强,细脉不发育地段矿化弱。

图5 梅子窝钨矿区地质简图

矿石中钨分布较均匀,各矿体平均品位w(WO3)为 0.11%～0.22%,全矿区平均品位w(WO3)为0.19%;矿体呈不规则的带状和透镜状,走向及倾向上,矿体变化大,分支复合现象普遍。

矿体围岩为石英闪长斑岩(不是成矿母岩,相关分析见后)、变质砂岩、板岩等。主要蚀变类型有高岭土化、云英岩化、硅化、黄铁矿化、叶腊石化、绢云母化、钾化和角岩化。

3 成矿模式

综合代表性矿床及其他矿床(点)成矿特征,笔者认为,这些钨矿床(点),是在统一的岩浆作用过程中,不同的就位条件造成的。

通过对比不同矿区所处构造环境及容矿构造,认为蚀变花岗岩型钨矿(如上述的红岭钨矿)形成于较为封闭的构造环境。在岩浆侵位时,由于压力降低,岩浆发生气—液分离[8-9],形成的富含挥发分及成矿物质的岩浆热液向上运移,在岩浆房(岩体)上部集中,随后与先一步结晶的岩石发生自交代作用,产生钠长石化、云英岩化等蚀变及浸染状钨、钼矿化,矿体呈透镜状、似层状产出。据刘公民等③资料,红岭钨矿区,成矿的花岗岩中挥发分F的含量不仅明显高于作为围岩的花岗岩中F的含量,也明显高于石人嶂、师姑山等矿区成矿花岗岩的F含量,说明有较多的富含挥发组分岩浆热液保留在岩体内,与岩浆发生气—液分离后形成富含挥发组分的岩浆热液上升迁移并大部分保留在岩浆房上部这一岩浆演化过程相吻合。与蚀变花岗岩型钨矿相伴生的石英脉型钨矿主要产于成矿岩体上部,部分延伸至岩体顶部的围岩中[7]。容矿构造为成矿期形成的张性节理裂隙。

以梅子窝钨矿为代表的近接触带石英脉型钨矿,则形成于相对开放的环境。矿体主要产于成矿岩体上部的外接触带,根部延伸到内接触带,与岩体呈过渡关系。下部的矿脉常伴有脉旁云英岩。容矿构造既有成矿前即已形成的断裂,也有成矿期形成的张性裂隙。容矿构造规模一般不大④[10](图8)。如围岩有碳酸盐岩,还可能形成矽卡岩型钨矿[11-12]。该类型矿床主要见于始兴一带,由于次级断裂发育,成矿物质较分散,常表现为中、小型矿床、矿点较集中地分布。笔者曾对始兴矿集区的钨矿查明资源储量进行过统计,其总量并不比禾尚田或锯板坑单个矿床多。

图6 沟子坑钨矿区地质简图⑦

图7 沟子坑钨矿区0—4号勘探线剖面示意图

图8 始兴一带钨矿脉分布略图(据文献[10])

以禾尚田钨矿为代表的石英脉型钨矿,形成环境较为开放。禾尚田钨矿产于郴州—怀集大断裂的次级断裂带上。矿区断裂、褶皱发育,为含矿热液运移提供较为开放的空间,含矿热液可以长距离运移,所以矿体离成矿岩体相对较远。由于含矿热液运移较远,时间较长,其成矿时的温度有时比同类矿床偏低(禾尚田钨矿与矿化有关的石英均一温度多集中在160～280 ℃)。该类型矿床一般较孤立地分布,但矿床规模较大,资源集中。

此外,分布于始兴县沟子坑、黄竹山一带的钨矿,为浸染型钨矿。前者黑钨矿呈细脉浸染状、浸染状产于石英闪长斑岩及变质碎屑岩中,后者黑钨矿呈细脉浸染状产于燕山早期斑状花岗岩中。有学者认为该类型钨矿属斑岩型矿床①⑤[13]。通过对该类型钨矿资料的清理,发现沟子坑钨矿,矿体在平面上斜切石英闪长斑岩与变质岩的界线(图6)。其与斑岩的关系也与一般斑岩型矿床明显不同;斑岩的出露面积也较大,达数十平方千米。垂向上,矿体呈雁列状分布于燕山三期花岗岩凸起的上方(图7),单个矿体延深仅40～50 m,且分枝复合现象较多。黄竹山一带,呈浸染状分布的钨矿则全部产于石英细脉脉旁小于1 m的范围内,且赋矿的花岗岩非成矿期侵位的花岗岩。因此,笔者认为该类型钨矿应属岩浆热液型,但成矿岩体规模和成矿强度均不大(矿床规模仅为小型或矿点),岩体上方裂隙张开程度有限,容矿构造仅为一些细微裂隙带,致使形成的钨矿呈细脉浸染状分布。其中,沟子坑钨矿容矿裂隙带在成矿岩体上方呈雁列状分布,构成一陡倾斜的裂隙带。该类型钨矿可能产于近接触带石英脉型钨矿旁侧(图6、图7中地表出露的燕山三期花岗岩有自变质现象,明显经历成矿演化阶段,只是矿体和成矿岩体顶部可能已遭剥蚀)。

综合粤北不同成矿环境的钨矿床类型,建立如图9的钨矿“一体多位”区域成矿模式。

图9 粤北钨矿“一体多位”区域成矿模式图

图9中Ⅰ为断裂不发育区域。实际上该断裂不一定是真正的不发育,矿床可能就产于大断裂带上。但成矿岩体的围岩为比成矿岩体形成稍早的花岗岩,在其侵位时,堵塞成矿岩体上部的断裂构造,造成“不发育”。成矿岩体侵位后,大量含矿热液聚集于成矿岩体上部,与成矿岩体及部分围岩发生反应,成矿岩体上部发生自变质,并形成岩体型钨矿;在岩体上部至外接触带岩浆冷凝过程中新形成的构造裂隙内形成石英脉型钨矿。

Ⅱ为大断裂带。因断裂构造发育,含矿热液运移通道畅通,迁移较远,在岩体上部远离接触带的地段形成石英脉型钨矿。受断裂构造与含矿热液连通性的影响,此类矿床的成矿物质常大量集中在部分断裂系统内,形成的矿床规模一般较大(如禾尚田钨矿床、锯板坑钨多金属矿床[14])。若深部存在碳酸盐岩,且物质来源充足,还有形成矽卡岩型钨矿的可能。

Ⅲ为次级断裂带。含矿热液集中于成矿岩体顶部至外接触带,形成近接触带的石英脉型钨矿,其下部常有脉旁云英岩化。沿接触带可形成矽卡岩型钨矿。本类型钨矿床(点)分布相对密集,但规模不大。

Ⅳ为微细裂隙带。Ⅳ带位于Ⅲ带旁侧,成矿岩体为Ⅲ带成矿岩体旁侧的次级小凸起(如图7中的1线、3线勘探线剖面)。本带含矿热液规模小,构造裂隙也不甚发育。若围岩为岩性较均匀的花岗岩、次火山岩(斑岩),可在外接触带形成细脉浸染型钨矿;若围岩为沉积岩、变质岩,可形成规模不大的石英脉型钨矿。若Ⅲ带和Ⅳ带距离较近,二者的矿脉还可能在同一坑道系统内出现,相当于韦龙明等[15-16]在梅子窝矿区发现的“五层楼”叠加现象。

值得一提的是,上述产于不同构造环境的钨矿,其中的石英脉型矿体,脉带常具有垂向变化规律,最常见的为“五层楼”的分带模式:由上而下由线细脉带→稀疏细脉带→细脉带→薄脉→大脉。规模较大者分带完整,规模小者分带不完整,常只有2～3层④。其中,浅层蚀变带-细脉带见钨矿化,薄脉细脉带具有一定的工业价值,以(单独)大脉型矿体工业价值最大。对于产于外接触带的钨矿脉,脉体一般产于隐伏花岗岩凸出部位的上部,产状与岩体凸出部位有关,多在岩体凸出部位的上部呈扇形分布,或向岩体凸出方向侧伏④。

4 结论

(1)粤北钨矿一体多位区域成矿模式与时下流行的“多位一体”成矿模式不同,它更注重对矿床所处构造环境和容矿构造的研究,反映不同类型(“五层楼式”、“五层楼+地下室”)、不同规模钨矿床(大型、中型、小型及矿点)成矿就位条件的差异。

(2)该模式表明,一个地区成矿条件的有利度,不能只考虑矿产地的多少,更应考虑成矿条件是否有利于成矿物质集中。

(3)该模式对华南地区钨矿及其他成矿作用相似矿种的找矿及勘查工作部署、矿产预测具有重要的指导意义。

注释：

① 广东有色地质勘查研究院.广东省翁源县红岭钨矿资源储量核实报告[R].广州:广东有色地质勘查研究院,2006.

② 广东冶金地质九三七队.广东省翁源县红岭钨矿区补充详细勘探地质报告[R].韶关:广东冶金地质九三七队,1981.

③ 广东省地质调查院,广东省广晟地矿有限公司.广东省乐昌市梅花大坪矿区钨锡多金属矿勘查报告[R].广州:广东省地质调查院,2018.

⑤ 杨大欢,郭敏,余德言,李瑞主,等.广东始兴地区矿产远景调查报告[R].广州:广东省地质调查院,2009.

⑥ 广东省地质调查院.广东省钨矿资源潜力评价报告[R].广州:广东省地质调查院,2011.

⑦ 广东省地质局705地质大队.广东省始兴县沟子坑钨矿核查区资源储量核查报告[R].韶关:广东省地质局705地质大队,2010.