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赣南地处南岭成矿带东段,分布有西华山、大吉山、盘古山等诸多大型石英脉型钨矿床,享有“世界钨都”的美誉(Zhao et al.,2018;尹政等,2021)。然而,历经多年开采,诸如西华山、盘古山、岿美山等大型钨矿山已濒临闭坑,后备资源严重不足,勘探增储工作已迫在眉睫。前人系统总结了石英脉型钨矿的垂向分带特征,形象地提出了“五层楼”(广东有色金属地质勘探公司九三二队,1966)和“五层楼+地下室”勘查模型(许建祥等,2008;王登红等,2010),以及矿田尺度的“九龙脑”模式(赵正等,2017),提升了勘查工作效率。然而,对于矿区外围无地表化探异常的隐伏矿勘查陷入困境,特别是多矿段、不同脉组(如NW向、SN向、NE向)共存的矿区,尚缺乏有效的勘查模型和成矿规律认识(徐敏林等,2011;方贵聪等,2021)。近年来,在淘锡坑矿区沿宝山、棋洞、烂埂子矿段各组脉体收敛的南东方向,东峰矿段取得了重要找矿突破,形成了平面上多组段、垂向上不同梯级的矿化结构。本文针对该矿化结构特征进行了总结分析,以黑钨矿矿物化学为研究主线,将淘锡坑东峰脉组与宝山脉组,以及南岭地区典型石英脉型黑钨矿进行了系统对比,探讨了黑钨矿对石英脉型钨矿床成因的指示意义,建立了适用于石英脉型钨矿矿床-矿田尺度找矿的“台阶式”勘查模型,并提出了相应的勘查标识,对目前紧缺的石英脉型黑钨矿勘查具有重要意义。
1矿床地质淘锡坑矿床位于南岭成矿带东段的崇义-大余-上犹钨多金属矿集区,大地构造位置处于古华夏板块内部。矿化类型主要为石英大脉型,主矿体由宝山、棋洞、烂埂子和枫林坑4个矿段组成(图1)。其中宝山、棋洞和烂埂子矿段位于矿区北西侧,矿化面积约2.6 km2,有编号矿脉21条,脉组平面上呈SE-NW向发散的特征。矿体按走向可分为NW向、SN向、NE向和EW向4组。矿脉总体形态由深向浅呈现出逐渐发散的特征,地表矿脉细小而密集,往下逐渐归并变厚,数量变少。枫林坑矿段位于矿区南东侧,有编号矿脉5条,矿体向深部逐渐变厚大,可延深至隐伏花岗岩顶部,该处矿段相较于宝山矿段整体矿脉赋存标高低约100 m。矿区内同时发育内带型(主体赋存于花岗岩体内的钨矿化石英脉)与外带型(主体赋存于岩体外接触带围岩地层中的钨矿化石英脉)石英脉型黑钨矿矿体。两类矿体矿石矿物组成基本一致,以黑钨矿、锡石、黄铜矿、辉钼矿和黄铁矿为主;脉石矿物主要为石英、白云母、方解石、萤石、石榴子石、黄玉、绿柱石和叶腊石等。外带型矿脉可见电气石化、硅化、绢云母化、绿泥石化等蚀变类型(郭春丽等,2007)。各矿段代表性矿体特征见表1。
东峰矿段位于淘锡坑主矿区南东,出露地层以志留系和泥盆系为主,也是矿区外带含矿石英脉的赋矿围岩(图2a)。区内构造活动强烈,褶皱、断裂构造发育,基底褶皱(泥盆系)控制着深部花岗岩体的侵入,NEE向和近EW向断裂构造控制着矿体(含矿石英脉)的产出,NE向断裂多表现为成矿后断层,对矿体具有明显的破坏作用(图2a)。矿区地表未见岩浆岩出露,钻孔在-360 m至-400 m标高已经揭露到深部隐伏花岗岩体,主要岩性为中细粒含斑黑云母花岗岩。矿脉蚀变以绢云母化、硅化和绿泥石化等为主(图3)。
东峰矿段Ⅴ101和Ⅴ102矿体是矿区已控制的2个主矿体,均产于Ⅰ号矿脉带中(图2b),二者近于平行产出,水平间距2~10 m。矿体以含钨石英脉形式赋存于矿区NEE向—近EW向的裂隙构造中,倾向北,倾角75°~90°,局部反倾。Ⅴ101矿体最大走向延长675 m,最大倾斜延深650 m。Ⅴ102矿体最大走向延长455 m,最大倾斜延深700 m。石英脉形态简单,常见尖灭再现、侧现、分枝、复合现象。地表浅部石英脉多为0.1~10 cm的线脉与细脉,随着深度的增加,石英脉厚度呈逐渐变大的趋势,钻孔揭露Ⅴ101和Ⅴ102矿体石英脉最大真厚度分别为5.14 m和3.50 m。矿石组成较为复杂,常见金属矿物有黑钨矿、白钨矿、闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿,非金属矿物主要有石英、白云母、绿泥石、萤石和叶腊石(图3a~i)。矿石结构主要为交代结构、自形-半自形结构以及交代残余结构等(图3b、f、g);矿石构造主要为条带状构造、脉状构造、块状构造以及浸染状构造等。
表1淘锡坑矿床主要矿体特征
Table 1 The characteristics of main orebodies in the Taoxikeng deposit
矿段
编号
延长/m
厚度/m
延深/m
产状
宝山
Ⅴ11
670
0.20~2.00
450
50°∠72°~80°
棋洞
Ⅴ18
664
0.15~1.20
540
55°~65°∠80°
烂埂子
Ⅴ2
682
0.18~2.10
660
272°∠83°
枫林坑
Ⅴ30
788
0.25~0.91
550
18°~25°∠73°~78°
东峰
Ⅴ101
675
0.10~5.14
650
85°∠75°~90°
表2东峰矿段样品详情
Table 2 The details of ore samples from the Dongfeng ore section
样品编号
采样位置
矿物组合
用途
DF-7235
723勘探线ZK723-5进尺209 m处
黑钨矿+黄铜矿+黄铁矿+萤石+石英
黑钨矿电子探针、LA-ICP-MS
DF-7233
723勘探线ZK723-3进尺527 m处
黑钨矿+赤铁矿+绿泥石+石英
黑钨矿电子探针、LA-ICP-MS
DF-7234
723勘探线ZK723-4进尺775 m处
黑钨矿+绿泥石+萤石+白云母+石英
黑钨矿电子探针、LA-ICP-MS
DF-7194
719勘探线ZK719-4进尺796 m处
黑钨矿+石英
黑钨矿电子探针、LA-ICP-MS
DF-7197
719勘探线ZK719-7进尺796 m处
黑钨矿+黄铜矿+萤石+石英
黑钨矿电子探针、LA-ICP-MS
2样品采集及测试方法东峰矿段位于淘锡坑主体矿段南东侧,是目前赣南地区发现的800 m以下规模最大的石英脉型黑钨矿,显示其巨大的深部找矿潜力,同时也为石英脉型黑钨矿深边部勘查模型研究提供了绝佳的场所。本次工作于东峰矿段ZK7197钻孔796.37 m、ZK7194钻孔795.9 m、ZK7233钻孔527.1 m、ZK7234钻孔和ZK7235钻孔209.4 m处各采集石英脉型黑钨矿1件,总计5件。ZK7197中H6号样品和ZK7194中H19号样品中可见黑钨矿与白钨矿共生,黑钨矿常呈长柱状,2~3 cm,半自形结构,镜下可见黑钨矿被白钨矿交代的现象,被交代的黑钨矿呈交代残余结构(图3f);白钨矿呈团块状,200~800μm,分布于黑钨矿周围(图3f)。ZK7233、ZK7234和ZK7235号钻孔中钨矿体为黑钨矿矿体,黑钨矿呈自形-半自形长柱状,1~2 cm。样品信息详情见表2。
黑钨矿背散射图像(BSE)拍摄和主量元素分析在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室进行。仪器型号为日本公司生产的JXA-8230电子探针仪。测试条件为:加速电压为15 kV,电流为15 nA,束斑直径为1μm,仪器的检测限制为0.01%~0.05%。测试元素包括WO3、CaO、MoO3等,采用ZAF校正法。
黑钨矿微区原位微量元素分析在国家地质实验测试中心完成,测试方法采用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)。使用仪器为Thermo ElementⅡ四极杆等离子质谱仪,激光剥蚀系统为New Wave UP-213。实验采用He作为剥蚀物质的载气,激光波长213 nm、激光束斑直径为50μm、脉冲频率10 Hz、能量0.176 mJ、密度23~25 J/cm3,微量元素处理过程选用NIST 610玻璃作为外标。仪器运行条件及详细测试流程参考(Qin et al.,2020)。
图1淘锡坑矿区地质图(据陈郑辉等,2006改编)
1—第四系;2—三叠系下统铁石组;3—二叠系中统大棚组;4—二叠系中统乐平组;5—石炭系中统大浦组;6—石炭下统杨家源组、梯山组并层;7—泥盆系上统洋湖组;8—泥盆系上统麻山组;9—泥盆系上统嶂东组;10—泥盆系中统罗段组;11—泥盆系中统中棚组;12—泥盆系中统云山组;13—奥陶系上统黄竹洞组;14—寒武系中统高滩组;15—寒武系下统牛角河组;16—震旦系上统老虎塘组;17—震旦系下统坝里组;
18—断裂;19—断层破碎带;20—矿化标志带;21—矿化带
Fig. 1 Geological map of the Taoxikeng deposit(modified after Chen et al.,2006)
1—Quaternary; 2—Lower Triassic Tieshi Formation; 3—Middle Permian Dapeng Formation; 4—Middle Permian Leping Formation; 5—Middle Carboniferous Dapu Formation; 6—Lower Carboniferous Yangjiayuan Formation and Tishan Formation; 7—Upper Devonian Yanghu Formation;
8—Upper Devonian Mashan Formation; 9—Upper Devonian Zhangdong Formation; 10—Middle Devonian Luoduan Formation; 11—Middle
Devonian Zhongpeng Formation; 12—Middle Devonian Yunshan Formation; 13—Upper Ordovician Huangzhudong Formation; 14—Middle
Cambrian Gaotan Formation; 15—Lower Cambrian Niujiaohe Formation; 16—Upper Sinian Tiger Formation; 17—Lower Sinian Bali Formation;
18—Fracture; 19—Fault fracture zone; 20—Mineralization sign zone; 21—Mineralized zone
图2东峰矿段地质图(a)及723号勘探线剖面图(b)
1—第四系;2—泥盆系上统嶂东组;3—泥盆系中统罗段组;4—泥盆系中统中棚组;5—泥盆系中统云山组;6—志留系下统黄竹洞组;7—断裂;8—走滑断层;9—矿带;10—钻孔编号;11—勘探线及编号;12—钻孔及编号;13—燕山期花岗岩
Fig. 2 Geological map (a) and geologic section at exploration line No. 723 (b) of the Dongfeng ore section
1—Quaternary; 2—Upper Devonian Zhangdong Formation; 3—Middle Devonian Luoduan Formation; 4—Middle Devonian Zhongpeng Formation; 5—Middle Devonian Yunshan Formation; 6—Lower Silurian Huangzhudong Formation; 7—Fracture; 8—Strike-slip fault; 9—Ore zone; 10—Borehole numbers; 11—Prospecting line and numbers; 12—Borehole and numbers; 13—Yanshanian granite
图3东峰矿段手标本及对应矿石照片
a.黑钨矿-石英脉岩芯照片;b.半自形板状黑钨矿,单偏光;c.黑钨矿呈浸染状分布于绢云母-石英脉中,正交偏光;d.萤石-硫化物-石英脉岩芯照片;e.黄铁矿-闪锌矿矿物组合,反射光;f.白钨矿交代黑钨矿,单偏光;g.自形板状、尖矛状黑钨矿,正交偏光;h.典型绿泥石-叶腊石蚀变矿物组合,正交偏光;i.发育良好环带特征的他形石英颗粒,正交偏光
Wf—黑钨矿;Ser—绢云母;Fl—萤石;Ccp—黄铜矿;Py—黄铁矿;Sp—闪锌矿;Sch—白钨矿;Mus—白云母;Prl—叶腊石;Chl—绿泥石;
Qtz—石英
Fig. 3 The photos of hand specimens and corresponding ores from the Dongfeng ore section
a. Drill core with wolframite-quartz vein; b. Subhedral tabular wolframite, plane-polarized light; c. Wolframite is disseminated in sericite-quartz vein, cross-polarized light; d. Drill core with fluorite-sulfide-quartz vein; e. Assemblage of pyrite-sphalerite, reflected light; f. Wolframite is metasomatized by scheelite, plane-polarized light; g. Euhedral tabular,spear-like wolframite, cross-polarized light; h. Typical alteration assemblage of chlorite- pyrophyllite, cross-polarized light; i. Anhedral quartz grains with well-developed zoning characteristic, cross-polarized light
Wf—Wolframite; Ser—Sericite; Fl—Fluorite; Ccp—Chalcopyrite; Py—Pyrite; Sp—Sphalerite; Sch—Scheelite; Mus—Muscovite; Prl—Pyrophyllite; Chl—Chlorite; Qtz—Quartz
3分析结果黑钨矿整体自形程度良好,呈单柱状、簇状集合体(图4a、b)、长矛状(图4c)或板状(图4d)产出,部分黑钨矿呈他形粒状,镜下可见明显的云英岩化现象(图3c),多与黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿等硫化物共生产出;垂向上由浅至深黑钨矿粒度呈增大趋势(从DF-7235至DF-7197,标高依次降低),且靠近深部隐伏岩体处的黑钨矿多被白钨矿交代(图3f)。
3.1电子探针测试结果东峰矿段黑钨矿化学成分分析结果列于表3中。黑钨矿中w(WO3)为75.10%~76.11%,平均75.67%;w(FeO)为8.49%~12.84%,平均11.36%;w(MnO)为10.93%~15.44%,平均12.67%;FeO/MnO比值为0.55~1.16,平均0.93,w(FeO)整体高于w(MnO)。w(WO3)与w(FeO)、FeO/MnO比值之间呈现出一定的正相关(图5a、d),与w(MnO)呈现出一定的负相关(图5b),w(MnO)与w(FeO)之间呈现出明显的负相关(图5c)关系。
图4东峰矿段黑钨矿显微特征
a.浅部自形黑钨矿,呈柱状、簇状集合体产出;b.他形黑钨矿,边缘被溶蚀成港湾状;c.深部半自形尖矛状黑钨矿;d.深部板状黑钨矿,粒度明显变大
Wf—黑钨矿
Fig. 4 Microscopic characters of wolframite from the Dongfeng ore section
a. Euhedral wolframite occurs as columnar and clustered aggregates in shallow part; b. Anhedral wolframite with its edge dissolved into an embayment-like shape; c. Subhedral spear-like wolframite in deep part; d. Deep tabular wolframite with its size becoming significantly larger Wf—Wolframite
3.2 LA-ICP-MS测试结果东峰矿段黑钨矿微量元素如表4。黑钨矿的w(Nb)为196.75×10-6~5595.69×10-6,平均2224.46×10-6;w(Ta)为3.37×10-6~1121.74×10-6,平均457.47×10-6,Nb、Ta含量由浅至深表现出急剧增加的特征。随着Nb含量的增加,Y、Sr、Zr等元素含量也逐渐增加,而Ga却呈现降低的趋势(图6)。
稀土元素含量总体表现为重稀土元素富集、轻稀土元素亏损的“左倾式”(图7a),其中从外带型黑钨矿至内带型黑钨矿可见明显的LREE/HREE比值的降低(图7b)。东峰黑钨矿的总稀土元素含量∑REE为2.71×10-6~253.76×10-6,LREE为0.15×10-6~8.36×10-6,HREE为2.53×10-6~245.40×10-6,LREE/HREE比值为0.02~0.07,整体表现为明显的负Eu异常,黑钨矿球粒陨石标准化曲线表现为明显的重稀土元素富集,轻稀土元素亏损的“左倾式”特点(图7a)。其中,DF-7235样品的黑钨矿稀土元素含量普遍较低(2.71×10-6~4.93×10-6),镜下观察可见其发育有绢云母、绿泥石等热液蚀变矿物(图3c),绢云母易于富集LREE,绿泥石则倾向于吸收HREE(林德松等,1991),因此,蚀变过程中热液流体可能交代黑钨矿并将其中的稀土元素带入新形成的矿物中。
图5不同矿床黑钨矿w(FeO)-w(WO3)(a)、w(MnO)-w(WO3)(b)、w(FeO)-w(MnO)(c)和FeO/MnO-w(WO3)(d)相关性图解(西华山数据引自吴永乐等,1987;九龙脑数据引自王少轶等,2017;合龙数据引自尹政等,2021;梅树坪数据引自王浩洋等,2017;瑶岗仙数据引自Deng et al.,2019;盘古山数据引自方贵聪,2014;淘锡坑数据引自谢星等,2017;角西数据引自Wang et al.,2023)
Fig. 5 Diagrams ofw(FeO) versusw(WO3) (a),w(MnO) versusw(WO3) (b),w(FeO) versusw(MnO) (c) and FeO/MnO versusw(WO3) (d) of wolframite from different deposits (data are quoted from Wu et al., 1987; Wang S Z et al., 2017; Yin et al.,2021;Wang H Y et al., 2017; Deng et al., 2019; Fang, 2014; Xie et al., 2017; Wang et al., 2023, respectively)
表3东峰矿段黑钨矿主量元素测试结果(w(B)/%)
Table 3 Major elements of wolframite in Dongfeng ore section (w(B)/%)
样号
脉体
标高/m
FeO
CaO
WO3
MgO
MoO3
MnO
Na2O
K2O
P2O5
Rb2O
Cr2O3
TiO2
总和
DF-7235-1
Ⅰ号脉带
343
10.48
0.042
75.46
0.045
0.011
13.02
0.031
0.009
0
0
0.004
0.156
99.26
DF-7235-2
10.24
0.004
75.10
0.017
0
14.38
0
0.003
0
0.014
0
0.061
99.82
DF-7233-1
-12
8.87
0
75.71
0.027
0
15.16
0
0.014
0.033
0
0.063
0
99.87
DF-7233-2
12.63
0.02
76.11
0.013
0.002
10.93
0
0
0
0
0.042
0
99.75
DF-7234-1
-200
12.84
0.011
76.02
0
0.077
11.75
0.067
0.008
0
0.064
0
0
100.84
DF-7234-2
12.33
0.033
75.65
0.009
0
11.59
0.028
0.001
0.036
0.096
0.034
0
99.81
DF-7194-1
-238
12.83
0.014
75.77
0
0.02
11.60
0.053
0
0.037
0.05
0
0.011
100.38
DF-7194-2
12.26
0.013
76.11
0
0.03
11.40
0
0.02
0.027
0.05
0
0.011
99.92
DF-7197-1
-272
8.49
0
75.56
0
0
15.44
0
0.002
0.037
0.096
0.073
0
99.69
DF-7197-2
12.59
0.026
75.24
0
0.018
11.40
0.006
0
0
0
0
0
99.28
表4东峰矿段黑钨矿微量元素测试结果(w(B)/10-6)
Table 4 Trace elements of wolframite in Dongfeng ore section (w(B)/10-6)
组分
DF-7197-1
DF-7197-2
DF-7197-3
DF-7197-4
DF-7235-1
DF-7235-2
DF-7235-3
Li
0.34
0.03
0.13
0.17
0.02
0.05
0.04
Be
0.15
0.05
0.10
0.00
0.03
0.03
0.09
Sc
54.94
31.79
36.95
32.41
35.71
33.24
43.26
V
0.63
0.44
0.54
0.47
0.73
0.79
1.09
Cr
0.52
1.06
0.28
0.44
0.00
0.00
0.00
Co
1.00
0.93
0.93
0.90
0.89
0.71
0.82
Ni
0.10
0.03
0.09
0.10
0.04
0.00
0.00
Cu
2.79
0.00
0.00
0.00
0.01
0.10
0.07
Zn
138.95
183.65
172.66
161.98
121.56
117.56
110.90
Ga
2.23
2.29
2.36
2.20
2.45
2.64
2.89
Rb
0.27
0.05
0.04
0.03
0.00
0.00
0.04
Sr
30.66
9.11
0.18
0.10
0.23
0.20
0.07
Y
175.88
89.65
105.34
98.37
0.31
0.38
0.50
Zr
67.63
57.64
69.23
51.05
10.53
8.74
19.21
Nb
5595.69
2676.42
3666.09
2957.35
249.38
196.75
229.51
Cs
0.06
0.03
0.03
0.03
0.01
0.05
0.01
Ba
1.62
0.29
0.17
0.17
0.21
0.05
0.04
La
1.11
0.47
0.05
0.01
0.01
0.00
0.00
Ce
1.44
0.37
0.15
0.05
0.01
0.00
0.01
Pr
0.20
0.06
0.05
0.03
0.06
0.00
0.00
Nd
1.07
0.45
0.45
0.56
0.00
0.01
0.03
Sm
4.05
1.94
2.58
1.93
0.08
0.11
0.14
Eu
0.49
0.09
0.04
0.02
0.01
0.02
0.00
Gd
10.17
5.71
6.54
6.11
0.04
0.06
0.08
Tb
5.08
2.59
2.78
2.81
0.03
0.04
0.05
Dy
46.53
24.18
26.43
26.57
0.24
0.36
0.39
Ho
10.40
5.59
5.95
5.90
0.07
0.07
0.12
Er
42.26
20.74
23.57
23.49
0.33
0.42
0.56
Tm
10.34
5.35
5.81
5.99
0.11
0.14
0.21
Yb
103.60
54.97
62.59
62.21
1.47
1.74
2.83
Lu
17.03
9.21
10.77
10.39
0.26
0.34
0.49
Hf
8.90
10.93
15.47
9.64
0.74
0.56
1.42
Ta
1121.74
364.77
908.37
791.46
3.42
3.37
9.14
Pb
1.10
0.46
0.32
0.35
0.19
0.18
0.14
Bi
0.19
0.11
0.05
0.05
0.01
0.02
0.02
Th
0.72
0.29
0.44
0.52
0.32
0.23
0.30
U
33.84
7.40
11.49
11.06
0.37
0.76
1.96
图6不同矿床黑钨矿w(Y)(a)、w(Sr)(b)、w(Zr)(c)和w(Ga)(d)随w(Nb)变化图解(西华山数据引自Yang et al.,2019;瑶岗仙数据引自Deng et al.,2019;鸡冠石数据引自熊峥嵘等,2021;淘锡坑数据引自黑欢,2017;盘古山数据引自于萍,2012;角西数据引自Wang et al.,2023)
Fig. 6 Diagrams showing the changes ofw(Y) (a),w(Sr) (b),w(Zr) (c) andw(Ga) (d) along withw(Nb) of wolframite from different deposits (data are quoted from Yang et al., 2019; Deng et al., 2019; Xiong et al., 2021; Hei, 2017; Yu, 2012; Wang et al., 2023, respectively)
4讨论4.1黑钨矿地球化学对石英脉型钨矿勘查的指示常温常压下,黑钨矿由FeWO4和MnWO4两端员组分呈完全类质同象混合,其中的Fe、Mn含量对成矿温度具有指示作用。部分学者认为,高温条件下生成的黑钨矿Fe含量高,随着温度降低,Fe含量降低而Mn含量逐渐升高(李逸群等,1991;谢星等,2017)。于萍(2012)指出浅层矿床中的黑钨矿成分呈两级分异型,而深成矿床中的黑钨矿成分表现为中间聚集型。本文系统对比了内带型和外带型石英脉型黑钨矿中Fe、Mn成分,结果显示,内带型黑钨矿整体成分偏向钨锰矿端员,而外带型黑钨矿整体偏向钨铁矿端员,表明内带型黑钨矿成矿温度整体低于外带型黑钨矿(图8)。东峰矿段黑钨矿成分与区域上九龙脑矿床、淘锡坑宝山矿段、盘古山矿床等彼此间呈连续变化关系,指示其可能整体为同一次构造-岩浆-成矿事件的产物。与此同时,石英脉内带型与外带型黑钨矿微量元素、稀土元素对比研究表明,内带型黑钨矿整体具有比外带型黑钨矿更低的Zr/Hf、Nb/Ta和LREE/HREE比值(图7b、图9a、b),内带型黑钨矿整体热液演化程度更高,这与鲁麟等(2015)对不同类型黑钨矿稀土元素的研究结果一致。西华山等典型花岗岩内带型黑钨矿床与盘古山等外带型黑钨矿床成矿花岗岩结晶温度相近(~730℃)(Zhao et al.,2022),但内带型黑钨矿成矿温度总体低于外带型(图8),表明前者成矿热液经历了更充分的演化,这与石英脉型钨矿床普遍存在的矿物逆向分带特征相对应。如樟东坑-九龙脑石英脉型钨矿床(王少轶等,2017)和合龙石英脉型钨矿床(尹政等,2021),成矿流体明显经历了多阶段热液脉冲及逆向分带的演化过程。淘锡坑宝山矿段(谢星等,2017)与东峰矿段黑钨矿中x[Fe/(Fe+Mn)](Fe、Mn分别代表黑钨矿中Fe与Mn的apfu值,即每个化学式单位中原子数量的比例)比值由深至浅均呈现出“先增加后降低”的特征(图10),推测两者经历了多阶段的成矿热液演化过程,表现为热液先从下至上运移,并可能经历了热液回流。另外,Nb、Ta等元素易呈类质同象形式进入黑钨矿晶格中,距离岩体愈近的黑钨矿,其Nb、Ta含量愈高(Xiong et al.,2017)。内带型黑钨矿的Nb、Ta含量明显高于外带型黑钨矿(图9b),这不仅体现在不同矿床的黑钨矿间,同一矿床也表现出相似的特征:东峰矿段由浅至深,黑钨矿的Nb、Ta含量迅速增加,表明其深部仍具有花岗岩体内脉带型黑钨矿的找矿潜力。
图7黑钨矿稀土元素球粒陨石配分模式(a)和LREE/HREE(b)图解(数据来源与图6相同)
Fig. 7 Chondrite-standardized REEs distribution patterns (a) and LREE/HREE (b) diagrams of wolframite (data source is the same as in Fig.6)
图8黑钨矿MnO、FeO比值投点图(底图据李逸群等,1991;数据来源与图5相同)
Fig. 8 Ratio diagram of MnO versus FeO of wolframite (base map after Li et al.,1991; data source is the same as in Fig.5)
图9黑钨矿Nb/Ta-Zr/Hf(a)和Ta-Nb(b)图解(数据来源与图6相同)
Fig. 9 Nb/Ta vs Zr/Hf (a) and Ta vs Nb (b) diagrams of wolframite (data source is the same as in Fig.6)
图10东峰矿段(a)与宝山矿段(b)黑钨矿x值与标高的关系(宝山数据引自谢星等,2017)
Fig. 10 Relationship between thex-values of wolframite and elevation in the Dongfeng ore section (a) and the Baoshan ore section (b) (data of the Baoshan ore section are quoted from Xie et al., 2017)
岩浆演化晚期,轻稀土元素优先进入含矿熔体,而重稀土元素则趋于在成矿流体中富集(Reed et al.,2000),故黑钨矿中稀土元素的含量变化,可以反映其成矿热液来源特征。东峰矿段与宝山矿段黑钨矿稀土元素配分模式曲线相似,整体都表现为重稀土元素富集,轻稀土元素亏损的“左倾式”特征和明显的负Eu异常(图7a),指示两者源于深部同一花岗质岩浆。两处黑钨矿中Y、Sr、Zr、Ga等元素随Nb含量的增加也同样呈现出增加或降低的特征(图6)。淘锡坑矿区含矿石英脉厚度、延长、延伸等特征与东峰Ⅰ号矿带基本相似(表1),两者矿物组合和蚀变类型也大体相同。上述特征表明淘锡坑宝山矿段与东峰矿段黑钨矿为同一岩浆热液成矿系统的产物。
4.2石英脉型钨矿的“台阶式”勘查模型以往石英脉型黑钨矿找矿思路多为从地表出露的线脉带或细脉带往下追索薄脉带、大脉带和根脉带,即“五层楼”和“五层楼+地下室”等勘查模型(广东有色金属地质勘探公司九三二队,1966;王登红等,2010),由浅至深矿脉垂向分带依次为锡石+黑钨矿→黑钨矿+锡石+黄铜矿+黄铁矿→黑钨矿+白钨矿+锡石+方铅矿+闪锌矿→黑钨矿+黄铜矿+黄铁矿+辉钼矿→黑钨矿+白钨矿+黄铜矿(Zhao et al.,2021)。然而,对于矿区外围,找矿思路尚不明朗。东峰矿段DF-7197样品黑钨矿的Nb、Ta含量显著高于DF-7235样品的,前者采样位置位于后者北侧(图2a),结合矿区723号勘探线剖面图可知,DF-7235样品所处矿脉下方岩体揭露标高为-400 m(图2b),而DF-7197采自标高-272 m处,其较高的Nb、Ta含量表明已受下方岩体影响,因此隐伏岩体标高至少高于-272 m,故能大致推断隐伏岩体为由南向北侵位。徐敏林等(2006)指出淘锡坑北西矿段(宝山、棋洞、烂埂子)-枫林坑、西坑口-滴水寨两个地段隐伏岩体隆起顶面标高为+50 m~-160 m,整体呈现出由南向北侵位的特征;刘战庆等(2016)通过淘锡坑深部不同方位岩体与围岩接触面产状特征研究同样判断岩浆侵位方向为由南东向北西。上述分析表明,东峰矿段至淘锡坑矿段深部岩体皆呈由南至北侵位特征,且由南至北岩突标高呈上升趋势:东峰矿段钻孔揭露的隐伏岩突标高-400 m左右,宝山矿段Ⅴ11矿脉下部岩突标高为56 m。与此同时,崇余犹地区重力的解译资料显示其深部为大片“岩海”,宝山与东峰附近均显示出明显的重力负异常和磁性正异常(赵正等,2017)。因此,两者为深部岩浆由南向北侵位形成的不同热中心,黑钨矿地球化学、矿物组合和蚀变特征等同样支持上述观点,两者分属同一隐伏花岗岩岩体的不同“台阶”。此外,两处矿段垂向上矿石矿物分带差别较大,淘锡坑北区四处矿段石英脉从上至下整体表现为锡石-黑钨矿带→黑钨矿-黄铜矿带→黑钨矿-辉钼矿带(图11),矿区深部还见有一些萤石-辉锑矿-方解石等低温矿物组合,表现为典型的“逆向分带”特征(赵一鸣等,2004)。东峰矿段从上至下表现为黄铜矿-黄铁矿-黑钨矿带→黑钨矿-赤铁矿带→黑钨矿-白钨矿带,为“正向分带”特征(图11)。
综合赣南地区石英脉型钨矿地质特征(矿化分带、金属矿物组合)以及矿物化学参数等指标,建立了适用于矿床-矿田尺度的石英脉型钨矿的“台阶式”勘查模型(图11)。即以已知脉组为出发点,应用多种物化探方法,确定岩体侵位方向,沿已知岩突向相邻处下一“台阶”追索重力低异常、化探异常与断裂构造叠加区,有望探获外围新的钨矿化脉组。通过新发现脉组黑钨矿Zr、Hf、Nb、Ta等元素变化特征研究,有利于进一步确定深部找矿前景。以淘锡坑矿床为例,地球物理信息表明,淘锡坑矿床深部岩体由南向北侵位,其南侧东峰矿段地表构造发育,钨锡化探异常明显,东峰矿段与宝山矿段黑钨矿成矿受控于同一隐伏岩体,但分属同一岩体的不同“台阶”。更有意义的是,东峰ZK7197钻孔揭露的Ⅰ号脉带真厚约5 m,是目前赣南地区发现的800 m以下规模最大的石英脉型黑钨矿,其深部找矿潜力巨大,黑钨矿地球化学同样证实了上述观点。最后,再以东峰矿段为出发点,运用上述流程判断其南东侧是否同样存在隐伏岩突(图11问号部分)等有利成矿中心,将是未来勘查工作的重点所在。
5结论(1)淘锡坑矿区新发现的东峰脉组中黑钨矿矿物学、地球化学及蚀变特征等与宝山主矿段一致,指示淘锡坑矿区多组段的石英脉型钨矿为同一岩浆热液成矿系统的产物,进一步证明淘锡坑成矿花岗岩为南东向北西侵位。
图11淘锡坑矿床“台阶式”勘查模型图
1—黑云母花岗岩;2—震旦系;3—志留系;4—断层;5—W、Sn化探异常;6—布格重力异常;7—石英脉型黑钨矿
Fig. 11 The "stepped" exploration model of the Taoxikeng deposit
1—Biotite granite; 2—Sinian; 3—Silurian; 4—Fault; 5—Geochemical anomaly of tungsten and tin; 6—Bouguer gravity anomaly;
7—Quartz vein-type wolframite
(2)Zr/Hf、Nb/Ta和LREE/HREE比值能有效指示石英脉型钨矿化结构特征,内带型黑钨矿更低的Zr/Hf、Nb/Ta和LREE/HREE比值,反映其热液演化程度更高,一般具有更低的成矿温度。
(3)综合赣南地区石英脉型钨矿地质特征,建立了适用于石英脉型钨矿床-矿田尺度的“台阶式”勘查模型,即应用各类物化探方法,确立岩体侵位方向,沿已知岩突向相邻处下一“台阶”追索重力低异常、化探异常与断裂构造叠加区,有望探获外围新的钨矿化脉组。
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参考文献
摘要
淘锡坑钨矿床是目前赣南地区可采规模最大的石英脉型黑钨矿矿床,主要由宝山、棋洞、烂埂子和枫林坑矿段组成。近年通过深边勘查,在矿区南东侧东峰矿段又取得了重要找矿突破,新增优质黑钨矿资源量(WO3)超1.4万吨。文章系统对比了淘锡坑各类矿体地质特征,重点对东峰矿段Ⅰ号脉带黑钨矿开展了矿物学研究,结合矿物微区原位微量元素分析,系统总结了石英脉内带型黑钨矿与外带型黑钨矿的地球化学差异。结果显示,内带型黑钨矿具有更低的Zr/Hf、Nb/Ta和LREE/HREE比值,反映其成矿热液演化程度更高,与其更低的成矿温度相对应。东峰矿段黑钨矿由浅至深具有从外带型向内带型过渡的特征,其深部仍具有重要找矿潜力。结合赣南地区石英脉型钨矿发育特征,在“五层楼”模型基础上,笔者提出了适用于石英脉型钨矿深边部找矿的“台阶式”勘查模型,并建立了相应的勘查技术方法及黑钨矿矿物化学标志,为矿床-矿田尺度的钨矿勘查提供了新的理论依据。
Abstract
The Taoxikeng (TXK) tungsten deposit in southern Jiangxi Province, is currently the largest mineable quartz-vein type wolframite deposit in the region. It mainly consists of the Baoshan, Qidong, Langengzi, and Fenglinkeng ore sections. In recent years, based on detailed exploration on the deep and side of the mining area, an important prospecting breakthrough has been made in the Dongfeng ore section at the southeast side of the TXK deposit, with newly increased resources of more than 14,000 tons of high-quality WO3. In this study, we systematically compare the geological characteristics of various orebodies in the TXK deposit, and focus on the mineralogy of the wolframite in the vein zoneⅠof the Dongfeng section. Combined with in-situ trace element geochemistry of wolframite, we summarize the geochemical differences between the inner zone-type and outer zone-type quartz vein wolframite. The former has lower Zr/Hf, Nb/Ta and LREE/HREE ratios, reflecting higher evolution degree of ore-forming fluids and corresponding to lower metallogenic temperature. The wolframite in Dongfeng section has the characteristics of transition from outer zone-type to inner zone-type wolframite from the shallow to the deep, indicating that it has great prospecting potential in the depth. Accordingly, in combination with the“five-floor”model of quartz vein tungsten deposits in southern Jiangxi Province, we propose a "stepped" exploration model which is suitable for deep and side prospecting of quartz-vein type tungsten deposit, and establish the corresponding exploration techniques and mineral chemical footprints of wolframite, which provides a new theoretical basis for deposit-orefield scale tungsten ore exploration.