華南石英脈型鎢礦床扇狀成礦的規律及其找礦意義

方貴聰, 王登紅, 馮佐海, 付 偉, 康志強, 吳家旭, 趙云彪, 童啟荃, 楊 明

華南石英脈型鎢礦床扇狀成礦的規律及其找礦意義

方貴聰1, 王登紅2, 馮佐海1, 付 偉1, 康志強1, 吳家旭1, 趙云彪1, 童啟荃3, 楊 明3

(1.桂林理工大學 地球科學學院, 廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室, 廣西 桂林 541004; 2.中國地質科學院 礦產資源研究所, 北京 100037; 3.江西盤古山鎢業有限公司, 江西 于都, 342311)

鎢是中國、美國、英國、歐盟等國家的戰略性關鍵礦產,如何在已知礦區外圍尋找新的鎢礦資源是當前找礦工作面臨的一大難題。本文通過廣泛調研鎢礦床野外地質事實及基礎地質資料, 指出江西茅坪、東坪、淘錫坑, 廣西社垌, 廣東梅子窩等石英脈型鎢礦床具有扇狀成礦的規律, 即于花崗巖體頂部形成兩組相向傾斜的“雙胞胎”礦脈, 橫剖面呈扇狀。扇狀容礦裂隙系統可能是在花崗巖漿主動上侵動力、區域水平構造應力、巖層自身重力等聯合作用下形成的。此規律對于在已知礦脈組外圍尋找與之相向傾斜的另一礦脈組具有重要指導意義, 以江西盤古山鎢礦床為例, 推斷礦區內除了3組已知南傾礦脈之外, 還可能發育另外三組北傾礦脈。

石英脈型鎢礦床; 扇狀成礦的規律; 容礦裂隙系統; 花崗巖體; 華南

鎢是中國、美國、英國、歐盟等國家的戰略性關鍵礦產(毛景文等, 2019; 王登紅, 2019; 侯增謙等, 2020; 翟明國等, 2021)，如何在已知礦區外圍尋找新的鎢礦資源是當前找礦工作面臨的一大難題。作為我國發現最早的鎢礦床類型，石英脈型鎢礦床現有數量最多，研究程度最高(盛繼福等, 2018; 蔣少涌等, 2020)。此類礦床通常產于花崗巖體外接觸帶上, 在垂向上礦脈呈明顯分帶性, 一般由淺至深依次出現線脈帶(0.001～0.01 m, 指單脈厚度, 下同)、細脈帶(0.01～0.1 m)、中脈帶(0.05～0.5 m)、大脈帶(0.2～2 m)和尖滅帶(2～0.05 m)(廣東有色金屬地質勘探公司九三二隊, 1966; 許建祥等, 2008; 毛景文等, 2009; 王登紅等, 2010a; Liu et al., 2015; 華仁民等, 2015; Wang et al., 2020)。最近調查研究發現, 華南相當部分石英脈型鎢礦床的花崗巖體頂部發育了兩組相向傾斜、近似對稱分布的礦脈, 橫剖面總體呈扇狀。然而, 目前針對礦脈的這種扇狀展布特征研究和總結甚少。本文在廣泛調研華南典型石英脈型鎢礦床和前人研究成果基礎上, 總結石英脈型鎢礦床扇狀成礦的規律, 初步探討了礦脈扇狀展布的動力學成因, 并以盤古山鎢礦床為例論述此規律的找礦意義。

1 典型礦床的扇狀成礦現象

華南乃世界上重要的鎢多金屬資源基地, 經歷多期次大規模成礦作用后形成了眾多的鎢多金屬礦床, 其中以石英脈型鎢礦床數量最多。部分石英脈型鎢礦床的花崗巖體頂部發育了兩組相向傾斜、近于對稱分布的礦脈, 總體呈扇狀分布, 如江西茅坪、東坪、淘錫坑、盤古山, 廣西社垌, 廣東梅子窩等鎢礦床(圖1)。

1.1 江西茅坪鎢礦床

茅坪鎢礦床位于江西省崇義縣城東約25 km的崇?余?猶鎢多金屬礦集區內。石英脈型鎢礦體主要產于燕山早期隱伏花崗巖體(巖突)外接觸帶上, 少量分布在巖體內接觸帶上。全區共有編號礦脈400余條, 自北往南分為下茅坪、上茅坪和高橋下3個區段(圖2a)。下茅坪和上茅坪區段礦脈傾向S或SSW, 傾角30°～75°不等; 高橋下區段礦脈主體傾向N, 傾角30°～70°, 形成兩組以隱伏花崗巖突為中心、近于對稱且相向傾斜的礦脈(圖2b)。各區段礦脈組在花崗巖體頂部匯集, 不同走向礦脈在平面上和剖面上相互交叉穿插, 構成網格狀構造(華仁民等, 2015)。在礦物組合上, 也具有明顯分帶性, 上部以黑鎢礦、錫石、黃銅礦、閃鋅礦為主, 下部以黑鎢礦、錫石、輝鉬礦為主。

1.2 江西東坪鎢礦床

東坪鎢礦床位于江西武寧縣城西北約50 km, 是武寧縣發現的第二個超大型鎢礦床。該礦區目前已發現具有工業利用價值礦體300余條, 均呈脈狀產于雙橋山群變質粉砂巖內。礦區分為Ⅰ號、Ⅱ號兩個礦脈組, 均呈NE走向的密集礦脈分布(圖3a)。Ⅰ號礦脈組位于礦區北西側烏龜殼一帶, 總體傾向SE, 傾角60°～80°; Ⅱ號礦脈組傾向NW, 傾角63°～85°?？傮w上, Ⅰ號礦脈組與Ⅱ號礦脈組相向傾斜, 傾角近于一致, 向淺部發散, 向深部收斂(圖3b)。兩礦脈組礦石礦物組合相似, 金屬礦物主要有黑鎢礦和黃銅礦, 次為磁黃鐵礦、閃鋅礦、黃鐵礦、輝銀礦和毒砂等, 脈石礦物主要為石英、絹云母、斜長石和綠泥石等。

圖1 華南地區具有扇狀成礦特征的石英脈型鎢礦床分布圖

1.3 江西淘錫坑鎢礦床

淘錫坑鎢礦床位于江西崇義縣城西南約14.5 km處, 是崇?余?猶礦集區九龍腦?淘錫坑礦田代表性鎢礦床。礦體主要賦存于中細粒黑云母花崗巖外接觸帶震旦系淺變質砂板巖內, 并延伸至隱伏花崗巖體內。寶山、爛埂子區段位于礦區北西部(圖4a), 其中寶山區段主要發育礦脈V10～V16, 主體傾向NE, 產狀40°～55°∠70°～80°; 爛埂子區段主要礦脈為V1～V9, 主體傾向SW, 產狀250°～280°∠80°～85°。兩組相向傾斜的礦脈以隱伏花崗巖突為中心近于對稱產出, 向淺部發散, 向深部收斂(圖4b、c), 礦脈相互交錯而呈菱形網格狀(劉戰慶等, 2016)。礦物組合相似, 金屬礦物主要有黑鎢礦、錫石、白鎢礦、黃銅礦、黃鐵礦、毒砂及少量閃鋅礦、輝鉬礦、輝鉍礦等, 非金屬礦物有石英、黃玉、螢石、電氣石、鐵鋰云母、方解石、葉臘石、綠泥石、絹云母和白云母等。

1.4 廣西社垌鎢鉬礦床

社垌鎢鉬礦床位于廣西梧州市北西西約58 km處, 地處大瑤山隆起區中南部, 發現于2011年, 其鎢資源量達大型, 鉬資源量達中型, 銅資源量為小型。該礦區平頭背區段包含Ⅱ、Ⅲ兩個礦脈組, 均呈NW向展布(圖5a)。Ⅱ礦脈組傾向SW, 總體產狀210°∠75°; Ⅲ礦脈組傾向NE, 傾角41°～80°。兩個礦脈組相向傾斜展布, 向淺部發散, 向深部收斂, 地表相距約400 m(圖5b)。礦物組合相似, 金屬礦物主要為白鎢礦、輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝鉍礦、磁黃鐵礦、白鐵礦、脆硫銻鉛礦等; 非金屬礦物有石英、石榴子石、綠簾石、綠泥石、方解石、白云石等。

1.5 廣東梅子窩鎢礦床

梅子窩鎢礦床位于廣東始興縣城東南23 km, 與石人嶂、師姑山和溝子坑等鎢礦床共同構成“仁始南”(仁化?始興?南雄)礦集區。梅子窩鎢礦脈呈NW-SE向近平行展布, 賦存在淺變質巖及印支期花崗閃長巖體中。在印支期嶂下花崗閃長巖體之下, 又發育燕山期含礦隱伏花崗巖體, 與成礦關系密切(古菊云, 1979)。礦區礦化面積3.2 km2, 由北組、中組、南組及天平架組礦脈構成(圖6a)。各組礦脈均呈NW-SE向雁行側幕狀排列, 脈體走向約304°, 北組和中組傾向SW, 南組和天平架組傾向NE, 傾角均較為陡立(80°～87°), 總體上呈反向傾斜, 向淺部發散, 向深部收斂(圖6b)。礦物組合大同小異, 主要金屬礦物為黑鎢礦、白鎢礦、錫石、毒砂、黃銅礦、黃鐵礦、輝銅礦、輝鉍礦和輝鉬礦等, 非金屬礦物以石英為主, 次為長石、綠柱石、螢石、電氣石和白云母等。

綜上所述, 茅坪、東坪、淘錫坑、社垌、梅子窩等鎢礦床具有一個顯著的共性, 即在成礦花崗巖體頂部發育了兩組相向傾斜、近于對稱的礦脈, 二組礦脈數量、規模、礦物組合等具有可比性, 橫剖面上總體呈扇狀分布。事實上，我國鎢礦的發源地——江西西華山鎢礦田也具有類似特征，礦田中的西華山鎢礦床和蕩坪鎢礦床分別產于西華山花崗巖體的南部和北部，前者的礦脈總體傾向北，后者的礦脈總體傾向南，以西華山花崗巖體為中心相向傾斜。可見, 扇狀成礦現象并非個例, 而具有一定的規律性和普遍性。由于很多礦床的地質剖面較短, 未貫穿整個礦床, 因而僅顯示出局部礦脈的展布特征，但不排除這些礦床具有扇狀成礦特征。

1. 第四系; 2. 寒武系; 3. 花崗巖體; 4. 云英巖帶; 5. 閃長巖; 6. 鎢礦石英脈; 7. 斷層破碎帶; 8. 斷層; 9. 背斜軸線; 10. 向斜軸線; 11. 勘探線及編號; 12. 采礦巷道; 13. 地質界線。

同一礦床中相向傾斜的兩組礦脈形成時代在誤差范圍內一致, 與花崗巖體侵入時代也接近, 如江西淘錫坑鎢礦隱伏巖突南西側的寶山組礦脈輝鉬礦Re-Os年齡為157.2 Ma, 北東側的爛埂子組礦脈輝鉬礦Re-Os年齡為154.4 Ma(王登紅等, 2010c), 隱伏花崗巖鋯石U-Pb年齡為158.7 Ma(Guo et al., 2011); 廣西社垌鎢礦平頭背區段北東組礦脈(鉆孔ZK3008)的輝鉬礦Re-Os模式年齡為439.3 Ma, 南西組礦脈(鉆孔ZK4005)的輝鉬礦Re-Os模式年齡為437.9 Ma, 隱伏花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡為432 Ma(陳懋弘等, 2011)。鑒于石英脈型鎢礦床與花崗巖體的密切成因關系，將礦床中相向傾斜的兩組礦脈稱為“雙胞胎”礦脈也許更為形象。

1. 第四系; 2. 二疊系樂平組; 3. 泥盆系; 4. 奧陶系黃竹洞組; 5. 寒武系高灘組; 6. 震旦系老虎塘組; 7. 震旦系壩里組; 8. 閃長巖脈; 9. 斷層及破碎帶; 10. 鎢礦石英脈; 11. 硅化帶; 12. 燕山早期花崗巖; 13. 隱伏花崗巖體輪廓。

1. 寒武系淺變質砂巖; 2. 花崗閃長斑巖; 3. 斷層; 4. 鎢礦脈; 5. 鉬礦脈; 6. 勘探線。

2 構造應力場分析

Hafner (1951)曾指出, 在標準狀態下假設中間主應力軸呈水平狀態, 共軛剪裂角約60°, 以最大主應力軸等分之, 并附加了作用在巖塊底面上呈正弦曲線形狀的垂向力, 以及沿巖塊底面作用的水平剪切力時, 由此形成如下勢斷層(可能發生的斷層)(圖7): 在中央穩定區, 其上形成兩組高角度正斷層, 每組斷層傾角都向深部變陡; 自中央穩定區向邊緣, 斷層傾角趨于變緩, 一組變成低角度正斷層, 另一組變成逆沖斷層, 整個斷層系統在橫剖面上呈扇狀, 總體由兩組相向傾斜、近于對稱的斷層組成(圖7)。

Hafner提出的應力狀態對于解釋華南燕山期的扇狀成礦現象具有一定的借鑒意義。自印支期至燕山期, 中國東南部大陸邊緣經歷了E-W向的古特提斯構造域向NE向古太平洋構造域的轉換(舒良樹等, 2006; 張岳橋等, 2012), 太平洋板塊大約于170 Ma 左右從南東向北西俯沖至歐亞板塊之下, 華南地區經歷了先擠壓后伸展的過程(毛景文等, 2007; Mao et al., 2013), 古太平洋板塊俯沖引起的區域水平構造應力使礦區遭受側向壓力, 花崗巖漿主動上侵動力抵消巖層自身重力后對巖層產生上拱的垂向力(吳良士, 1998; 馮佐海等, 2009; 裴榮富等, 2011; Botros, 2015), 巖漿流動在巖層底面產生剪切力。華南地區燕山期石英脈型礦床可能就是在此應力背景下形成了扇狀容礦裂隙系統。

盡管太平洋板塊向歐亞板塊俯沖導致華南板塊遭受的側向擠壓力總體為NW-SE向, 但由于受到E-W向古特提斯構造域作用, 古太平洋板塊俯沖方向、角度與速率, 華南大陸內不同陸塊間的相互作用甚至不同礦區構造和巖性差異等多重因素的影響和制約(張國偉等, 2013; 陳毓川等, 2014), 導致礦床遭受的區域水平構造應力方向有所變化, 這可能也是各礦床主導的容礦裂隙方向不盡相同的原因。

3 找礦意義

目前報道的大部分石英脈型鎢礦僅發現了單一傾向的礦脈, 如江西盤古山鎢礦床礦脈均傾向南(方貴聰等, 2014a, 2014b; Fang et al., 2018), 大吉山鎢礦床礦脈均傾向南(Liu et al., 2015), 西華山鎢礦床礦脈傾向北(Yang et al., 2019), 長流坑鎢礦床礦脈均傾向南(方貴聰等, 2017), 坑尾窩鎢礦床礦脈均傾向北, 牛嶺鎢礦床礦脈均傾向北(王登紅等, 2010b), 徐山鎢礦床北組、中組和南組礦脈均傾向南東(盛繼福等, 2018), 畫眉坳鎢礦床礦脈均傾向北西(Zhao et al., 2018), 廣西珊瑚長營嶺鎢錫礦床礦脈均傾向南東東(Cai et al., 2017), 廣東瑤嶺鎢礦床礦脈均傾向南西(Zhai et al., 2012)等。這些礦床是否還存在與已知礦脈組相向傾斜的另一礦脈組？

1. 寒武系–奧陶系變質砂巖; 2. 燕山期二云母花崗巖; 3. 印支期花崗閃長巖; 4. 斷層; 5. 鎢礦脈; 6. 勘探線及編號。

圖7 不同方向應力疊加作用下勢斷層分布圖(據Hafner, 1951; 徐開禮和朱志澄, 1989)

筆者近期在江西盤古山鎢礦床(圖8)外圍開展野外地質調查時發現的一組石英細脈帶(方貴聰, 2019a; 方貴聰等, 2019b)具有扇狀成礦指示意義。該石英細脈帶出露于已知南組礦脈以南約500～600 m的公路邊坡(圖8a的G1)、12號勘探線附近泥盆系半風化砂巖中(圖9a), 出露標高730～750 m, 走向近E-W, 南北方向寬超過50 m?？偯}數達160 余條, 分布密度最大處可達30條/m, 單脈出露厚度一般為0.2～0.8 cm(圖9b), 少數達2.5 cm, 傾向14°～20°, 傾角60°～70°, 主要由石英、硅質組成, 局部可見細粒黑鎢礦、輝鉬礦及白云母(圖9c、d), 脈側有明顯的遞變褪色現象。

對石英細脈帶及圍巖砂巖開展了主要金屬元素含量測試, 測試工作在山東青島斯八達分析測試有限公司820MS型ICP-MS上完成, 測試結果見表1。結果顯示, 砂巖中的元素含量變化范圍分別為W: 3.83～8.85 μg/g(平均值為 6.0 μg/g)、Sn: 0.871～6.36 μg/g (平均值為3.81 μg/g)、Mo: 0.101～0.286 μg/g(平均值為0.18 μg/g )、Bi: 0.203～1.40 μg/g(平均值為0.63 μg/g)、Te: 2.74～80.7 μg/kg(平均值為29.2 μg/kg)、Cu: 9.42～ 20.0 μg/g(平均值為12.8 μg/g)、Pb: 2.08～12.4 μg/g (平均值為9.24 μg/g)、Zn: 10.1～39.6 μg/g(平均值為27.3 μg/g); 而石英細脈帶相應元素的含量變化范圍分別為W: 1.13～1412 μg/g(平均值為168 μg/g)、Sn: 0.176～1.44 μg/g(平均值為0.68 μg/g)、Mo: 0.082～ 1.22 μg/g(平均值為0.60 μg/g)、Bi: 0.355～52.7 μg/g (平均值為9.42 μg/g)、Te: 8.40～1442 μg/kg(平均值為421 μg/kg)、Cu: 0.597～91.7 μg/g(平均值為39.5 μg/g)、Pb: 0.064～35.0 μg/g(平均值為7.49 μg/g)、Zn: 4.42～ 89.1 μg/g(平均值為24.4 μg/g), 顯示出石英細脈帶中W、Mo、Bi、Te、Cu平均含量明顯高于砂巖特征。尤其是, 石英細脈帶中個別采樣點成礦元素含量極高, 如20191204-1樣品W含量高達1412 μg/g, Mo含量達1.17 μg/g, Cu含量高達91.7 μg/g, Zn含量達89.1 μg/g; 20191204-2樣品Bi含量高達52.7 μg/g, Te含量高達1442 μg/kg; 20191204-7樣品W含量高達555 μg/g; 20191204-10(含平行樣)樣品Bi含量高達20.2 μg/g, Te含量高達1439 μg/kg, Cu含量達70.2 μg/g。

1. 石炭系; 2. 泥盆系; 3. 寒武系; 4. 震旦系; 5. 燕山早期花崗巖; 6. 斷層; 7. 鎢礦化石英脈; 8. 玄武玢巖; 9.石英閃長玢巖; 10. 勘探線及其編號。

(a) 石英細脈帶寬度超過50 m; (b) 石英細脈分布密集, 脈厚0.2～0.8 cm; (c) 細脈中可見細粒黑鎢礦; (d) 細脈中可見少量白云母。礦物代號: Wol. 黑鎢礦; Py. 黃鐵礦; Ms. 白云母; Qtz. 石英。

表1 江西盤古山鎢礦床細脈帶及砂巖中主要金屬元素含量

續表1:

注: 樣號相同者為平行樣。

盤古山石英細脈帶礦物組合、脈側遞變褪色現象以及W、Bi、Te等主要金屬元素含量異常反映了該細脈帶為成礦熱液作用和礦化活動產物, 指示著深部可能發育中脈帶、大脈帶、尖滅帶甚至是蝕變花崗巖型鎢礦體。更為重要的是, 該石英細脈帶走向近E-W, 與礦區已知北組、中組、南組工業礦脈走向近于一致; 傾向則為14°～20°, 與已知三組礦脈相反; 傾角60°～70°, 與中組礦脈的傾角相當, 可能為與中組礦脈對稱的礦脈組(圖10的G1)。根據上述扇狀成礦的規律, 附近還可能出現南組、北組礦脈的對稱礦脈組(圖10的G2、G3), 分別位于G1脈帶的北側和南側, 使得礦區北組、中組、南組三組南傾礦脈與G2、G1、G3組三組北傾礦脈整體以隱伏花崗巖體為中心扇狀分布。換言之, 三組已知南傾礦脈之外, 還可能發育另外三組北傾礦脈。

1. 泥盆系; 2. 震旦系; 3. 燕山早期花崗巖; 4. 推斷蝕變花崗巖型鎢礦化體; 5. 斷層; 6. 鎢礦化石英脈; 7. 推斷鎢礦化石英脈; 8. 玄武玢巖; 9.石英閃長玢巖; 10. 勘探線及其編號。

由此可見, 扇狀成礦的規律對于在已知礦脈組外圍尋找與之相向傾斜的礦脈組具有現實指導意義。

4 結 論

(1) 華南相當部分石英脈型鎢礦床具有扇狀成礦的規律，即在花崗巖體頂部形成兩組相向傾斜的“雙胞胎”礦脈，橫剖面呈扇狀。

(2) 扇狀容礦裂隙可能是在花崗巖漿主動上侵動力、區域水平構造應力、巖層自身重力等聯合作用下形成的。

(3) 江西盤古山鎢礦床除了三組已知南傾礦脈之外, 還可能發育另外三組北傾礦脈。

致謝:本文撰寫過程中, 承蒙中國地質科學院陳毓川院士、礦產資源研究所毛景文院士、北京大學許成研究員、礦產資源研究所謝桂青研究員、袁順達研究員、趙正高級工程師、桂林理工大學李賽賽副教授、東華理工大學劉飛博士, 福建龍巖學院姜林博士等學者的無私指導; 論文審稿過程中, 匿名審稿專家和編輯部提出了寶貴的修改意見, 野外調研過程中得到了江西盤古山鎢業有限公司、章源鎢業有限公司、贛南地質調查大隊等單位的大力支持和幫助, 在此一并表示衷心感謝！

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The Fan-like Distribution of Ore Veins in the Quartz-vein Type Tungsten Deposits in South China and its Prospecting Significance

FANG Guicong1, WANG Denghong2, FENG Zuohai1, FU Wei1, KANG Zhiqiang1, WU Jiaxu1, ZHAO Yunbiao1, TONG Qiquan3and YANG Ming3

(1. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, College of Earth Science, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 3. Jiangxi Pangushan Tungsten Co., Ltd., Yudu 342311, Jiangxi, China)

Tungsten is classified as a kind of strategic and critical mineral resource in China, America, England, and European Union. The ways to find new ore veins/bodies in the known tungsten deposits is a matter of great concern. Based on extensive field geological investigation and exploration results of the tungsten deposits, we point out that the tungsten deposits are commonly characterized by fan-like distribution of ore veins at the top of the granites. The fan-shaped ore hosting structures may result from a multiplicity of regional tectonic stress, granitic magma emplacement power, hydraulic pressure and overlying strata gravity. The fan-shaped distribution of ore veins in the quartz vein-type tungsten deposits will provide scientific guidance for prospecting of concealed ore veins in the known tungsten deposits. In addition to the known three groups of south dipping ore veins in the Pangushan tungsten deposit, Jiangxi province, it is predicted that there are possibly three groups of north dipping ore veins.

quartz vein-type tungsten deposit; fan-shaped metallogenesis; ore-hosting structures; granite; South China

2020-06-30;

2020-08-28

國家自然科學基金項目(41802082)、中國地質調查局中國礦產地質志項目(DD20190379)、廣西自然科學基金項目(2020GXNSFAA159154、2020GXNSFGA297003、2019GXNSFDA245009)和廣西找礦突破戰略行動項目(桂自然資函(2020)1639號)聯合資助。

方貴聰(1985–), 男, 博士, 副教授, 碩士生導師, 從事礦床學研究。Email: fanggcong@163.com

P613

A

1001-1552(2021)03-0523-011

10.16539/j.ddgzyckx.2021.03.005