湖南錫田鎢錫多金屬礦田成礦分帶樣式及機(jī)理

劉飚，吳塹虹，奚小雙，孔華，蔣江波，林智煒，曹荊亞

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湖南錫田鎢錫多金屬礦田成礦分帶樣式及機(jī)理

劉飚1, 2，吳塹虹1, 2，奚小雙1, 2，孔華1, 2，蔣江波1, 2，林智煒1, 2，曹荊亞1, 2

(1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙，410083； 2. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083)

為了探索錫田礦田內(nèi)礦床分布規(guī)律及其成礦熱液系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)區(qū)內(nèi)燕山期14個(gè)巖漿熱液礦床野外特征進(jìn)行調(diào)查和顯微礦相學(xué)觀察，采用將礦化類型、礦石礦物組合和成礦均一溫度相結(jié)合的方法對(duì)區(qū)域礦化規(guī)律進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：礦田內(nèi)存在南、北2個(gè)成礦區(qū)域，各自擁有獨(dú)立成礦熱液中心，并且存在明顯的鎢錫—鉛鋅—螢石礦床分帶規(guī)律；流體包裹體均一溫度的空間分布與礦化分帶相一致，從鎢錫礦帶(215~384 ℃)到螢石礦帶(136~194 ℃)連續(xù)分布；南、北2個(gè)成礦區(qū)域白鎢礦稀土元素特征均為輕、重稀土元素富集，中稀土虧損，正Eu異常明顯(δ(Eu)=7.93~43.58)，稀土配分模式均為典型“W”型，反映成礦物質(zhì)來源相似；其成礦熱液來源為同一燕山期成礦熱液系統(tǒng)，其礦化分帶的原因可能與燕山期巖漿熱液系統(tǒng)溫度梯度格局有關(guān)。

礦化分帶；礦物組合；均一溫度；稀土配分模式；錫田礦田

湖南省茶陵縣錫田鎢錫多金屬礦田位于南嶺成礦帶中段，區(qū)內(nèi)發(fā)育大量鎢錫、鉛鋅、螢石礦床，是我國重要的鎢錫多金屬產(chǎn)地[1?3]。前人對(duì)該礦田開展了深入研究，主要涉及成巖[4?6]、成礦時(shí)代[7?9]、成礦物質(zhì)的源區(qū)[10?12]、典型礦床的成礦模式研究[8, 10]，明確了礦田礦化均為巖漿期后熱液成因，主要形成于燕山期，少數(shù)為印支期。但已有工作多局限于對(duì)單個(gè)礦床的研究，未能對(duì)錫田礦田區(qū)域礦化空間展布規(guī)律形成認(rèn)識(shí)，因而制約了其找礦空間的拓展。鎢錫礦床周圍多伴隨發(fā)育鉛鋅、螢石礦床[2?3, 13]，礦化類型差異可能受巖漿熱液運(yùn)移距離影響[14?16]。對(duì)同一巖漿熱液系統(tǒng)礦化分帶空間規(guī)律的認(rèn)識(shí)可為找礦勘查部署提供依 據(jù)[17?18]。確定錫田礦田的鎢錫、鉛鋅、螢石巖漿熱液型礦床是否存在空間分布規(guī)律且確定其空間樣式是分析礦田成礦前景及部署勘查工作的關(guān)鍵。為此，本文作者通過探討燕山期區(qū)域控礦斷裂、礦化及蝕變類型、礦物組合、流體包裹體均一溫度等在空間上的分布規(guī)律，并通過鄧阜仙湘東鎢礦、錫田地區(qū)狗打欄鎢礦的白鎢礦原位LA-ICP-MS稀土元素分析，結(jié)合前人在成礦時(shí)代、成礦作用等方面的研究成果，探索兩區(qū)域礦化的成因聯(lián)系，了解兩區(qū)域的燕山期成礦控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上確定燕山期成礦分帶樣式，探討分帶形成機(jī)理，預(yù)測(cè)找礦新區(qū)。

1 地質(zhì)背景

錫田礦田出露寒武系、奧陶系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系及第四系地層。除第四系地層為沖積物和殘坡積物[10]外，其他地層主要巖性為變質(zhì)砂巖、千枚巖、板巖、頁巖、砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、礫巖等。礦田內(nèi)出露由印支期和燕山期花崗巖構(gòu)成的復(fù)式花崗巖體(見圖1)，平面上呈NNW向的啞鈴狀延伸[1]。印支期巖體侵入于下古生界淺變質(zhì)巖及上古生界碳酸鹽巖中，為巖基，巖性主要為似斑狀及粗粒、中粒、細(xì)粒黑云母花崗巖，鋯石U-Pb同位素年齡為227~233 Ma[5]；燕山期巖體主要侵入于印支期花崗巖中，主要呈巖株、巖脈，零散分布，巖性主要為斑狀、中細(xì)粒二云母花崗巖、細(xì)粒白云母花崗巖、花崗斑巖等，鋯石U-Pb同位素年齡為150~154 Ma[19?20]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造有泥盆系地層褶皺形成的NE向復(fù)式背斜[1]以及以茶漢盆地為中心的地塹系斷裂構(gòu)造，盆地兩側(cè)平行的NE向區(qū)域性斷層將錫田礦田分割為一系列NE向展布斷塊，礦田東部和西部有少量 NW 向斷層發(fā)育，斷層傾角較陡，這些斷裂在成礦前及成礦期均有活動(dòng)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖和大地構(gòu)造位置

2 樣品采集及測(cè)試方法

樣品采自湘東鎢礦、荷樹下鎢礦、狗打欄鎢礦、錫湖鉛鋅礦、大壟鉛鋅礦、堯嶺鉛鋅礦、星高螢石礦、光明螢石礦等礦床，采樣詳細(xì)信息見表1。

表1 樣品信息

顯微鏡礦相學(xué)鑒定和流體包裹體測(cè)試工作主要由有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，顯微鏡礦相學(xué)鑒定所用儀器為德國Leica DM2700顯微鏡，流體包裹體測(cè)試所用儀器為英國Linkam THMSG 600型顯微冷熱臺(tái)(?196~600 ℃)；當(dāng)溫度在0 ℃以下時(shí)，顯微冷熱臺(tái)測(cè)試精度為±0.1 ℃；當(dāng)溫度為0~30 ℃時(shí)，顯微冷熱臺(tái)測(cè)試精度為±0.5 ℃；當(dāng)溫度在30 ℃以上時(shí)，顯微冷熱臺(tái)測(cè)試精度為1.0 ℃。在測(cè)試過程中，升溫速率為0.2~10.0 ℃/min。

采用LA-ICP-MS方法進(jìn)行樣品微區(qū)微量元素分析，測(cè)試在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成，測(cè)試儀器為Agilent 7700型ICP-MS與Coherent 193準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。微量元素矯正采用標(biāo)準(zhǔn)樣品NIST610，BHVO-2G，BIR-1G和BCR02G作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物，外標(biāo)校正方法為每隔5個(gè)樣品分析點(diǎn)分別測(cè)1次NIST610，BHVO-2G，BIR-1G和BCR02G標(biāo)樣，保證標(biāo)準(zhǔn)和樣品的儀器條件完全一致。激光能量為 80 MJ，頻率為5 Hz，激光束斑直徑為44 μm。樣品的微量元素含量校正采用軟件ICPMSDataCal完成[21]。

3 礦化分布

3.1 礦床分布

錫田礦田由北部的鄧阜仙和南部的錫田地區(qū)組成，兩者以茶漢盆地為中心呈北西向?qū)ΨQ分布，按礦床的主要成礦元素可分為鎢錫礦化、鉛鋅礦化、螢石礦化，其空間分布顯示了差異性。研究區(qū)地質(zhì)圖和大地構(gòu)造位置見圖1。

鄧阜仙地區(qū)：南部主要分布湘東鎢礦，雞冠石鎢礦；北部分布大壟鉛鋅礦，太和仙鉛鋅礦，鎢錫礦床與鉛鋅礦床呈NE向帶狀分布。礦床類型主要為石英脈型，獨(dú)立的螢石礦點(diǎn)不發(fā)育，但在大壟鉛鋅礦床有石英螢石礦脈產(chǎn)出。

錫田地區(qū)：從南往北依次分布鎢錫礦床(含荷樹下、狗打欄、花里泉、園樹山、壟上鎢錫礦床)，鉛鋅礦床(含錫湖、牛形嶺、堯嶺鉛鋅礦)和螢石礦床(星高、光明、茶陵螢石礦)。礦床類型主要為石英脈型，僅堯嶺鉛鋅礦為蝕變花崗巖型。礦床數(shù)量眾多，分布離散，但相同礦化類型呈NE向帶狀分布，形成由南向北的鎢錫礦帶—鉛鋅礦帶—螢石礦帶。

3.2 礦物組合分布

主成礦階段礦物組合分布與礦床分布一致，從南往北礦石礦物由黑鎢礦+白鎢礦+輝鉬礦+錫石+石英，變?yōu)榉姐U礦+閃鋅礦+石英，最后為螢石+石英。

鄧阜仙地區(qū)：南部鎢錫礦床礦石礦物組合為黑鎢礦+石英(見圖2(a))、黑鎢礦+輝鉬礦+石英和黑鎢礦+錫石+石英，少量為石英+方鉛礦和石英+螢石礦；北部鉛鋅礦床礦石礦物組合為方鉛礦+閃鋅礦+石英+螢石(見圖2(d))，少量為石英+螢石。

錫田地區(qū)：南部鎢錫礦床礦石礦物組合為黑鎢 礦+石英、黑鎢礦+輝鉬礦+石英(見圖2(b))、黑鎢礦+輝鉬礦+硫化物+石英(見圖2(c))，少量為石英+鉛鋅礦、石英+螢石；中部鉛鋅礦床礦石礦物組合為方鉛礦+閃鋅礦+石英，少量為石英+螢石，僅堯嶺鉛鋅礦為方鉛 礦+石英+絹云母化花崗巖(見圖2(e))；北部螢石礦床礦石礦物組合為螢石+石英(見圖2(f))。

圖2 錫田礦田礦物組合特征

4 礦田成礦均一溫度

4.1 流體包裹體類型及分布

錫田礦田的礦石中石英內(nèi)流體包裹體類型見圖3，主要為氣液兩相的NaCL-H2O體系的包裹體，并由鎢錫礦(南)—鉛鋅礦(中)—螢石礦(北)包裹體逐漸變大，鎢錫礦床中的流體包裹體直徑為4.4~17.3 μm，主要為6.0~9.0 μm，氣液比為15%~75%；鉛鋅礦床中的流體包裹較鎢錫礦床的大，直徑為6.2~32.8 μm，主要分布在10.0~15.0 μm，氣相成分為10%~55%；螢石礦的流體包裹的直徑均比鎢錫和鉛鋅礦的大，分布在6.2~60.3 μm，主要分布在15.0~23.0 μm，氣相成分為5%~65%。

4.2 流體包裹體均一溫度的空間分布

2個(gè)成礦區(qū)的鎢錫、鉛鋅、螢礦礦床中的石英(螢石)流體包裹體均一溫度測(cè)溫結(jié)果見表2。

鄧阜仙地區(qū)：鎢錫礦床礦石中石英流體包裹體的均一溫度為228~360 ℃，鹽度為2.41%~10.68%；鉛鋅礦床礦石中石英流體包裹體的均一溫度為172~ 336 ℃，鹽度為2.56%~9.45%。

錫田地區(qū)：鎢錫礦床礦石中石英流體包裹體均一溫度為215~384 ℃，鹽度為2.07%~8.68%；鉛鋅礦床礦石中石英流體包裹體的均一溫度為185~343 ℃，鹽度為3.23%~9.73%；螢石礦床礦石中螢石流體包裹體的均一溫度為114~215 ℃，鹽度為1.06%~3.55%。

圖3 錫田流體包裹體類型

表2 錫田礦田礦床流體包裹體參數(shù)

測(cè)試單位：中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

兩地區(qū)從南部(鎢錫礦床)到北部(螢石礦床)，流體包裹體均一溫度從高溫到低溫連續(xù)變化，見圖4；鎢錫、鉛鋅礦床流體的鹽度較高，螢石礦床流體的鹽度較低。

5 白鎢礦稀土元素分布特征

鄧阜仙地區(qū)和錫田地區(qū)2個(gè)典型礦床的白鎢礦的稀土元素的測(cè)試結(jié)果見表3(其中，為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

鄧阜仙地區(qū)湘東鎢礦白鎢礦稀土元素總量Σ(REE)為35.65~433.44 μg/g，平均值為204.21 μg/g；(LREE)為17.12~374.05 μg/g，平均值為136.07 μg/g；(HREE)為18.48~124.04 μg/g，平均值為68.14 μg/g；(LaN)/(YbN)為0.50~4.60，(LaN)/(SmN)為6.27~ 96.85；(LREE)/(HREE)=0.50~10.50；輕稀土、重稀土元素富集，中稀土虧損，正Eu異常明顯((Eu)= 2.5~92.7)。

圖4 錫田礦田石英(螢石)均一溫度th直方圖

表3 狗打欄白鎢礦與湘東鎢礦LA-ICP-MS稀土元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

錫田地區(qū)狗打欄白鎢礦稀土元素總量(ΣREE)為8.12~44.16 μg/g，平均值為26.51 μg/g；(LREE)為3.55~25.56 μg/g，平均值為14.29 μg/g；(HREE)為4.57~19.57 μg/g ，平均值為12.21 μg/g；(LaN)/(YbN)為0.36~0.53；(LaN)/(SmN)為8.97~48.36；(LREE)/(HREE)=0.36~0.54；具有輕稀土、重稀土元素富集，中稀土虧損，正Eu異常明顯((Eu)=7.93~43.58)。

兩礦床的稀土總量盡管差異明顯，但其分布模式基本一致，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖均為“W”型分布，見圖5。

圖5 錫田礦田白鎢礦稀土元素配分圖

6 分析與討論

6.1 錫田礦田分帶格局

錫田礦田礦化類型、礦物組合、成礦熱液流體包裹體均一溫度的空間分布特點(diǎn)顯示其2個(gè)成礦區(qū)均呈現(xiàn)由南向北的鎢錫—鉛鋅—螢石礦化分帶，見圖6；鄧阜仙地區(qū)南部以鎢錫礦床為中心，礦物組合為黑鎢礦+白鎢礦+輝鉬礦+錫石+石英，北部為鉛鋅礦帶，礦物組合為方鉛礦+閃鋅礦+石英，其流體包裹體的均一溫度從228~360 ℃降為172~336 ℃；南部錫田地區(qū)以曬禾嶺—狗打欄鎢錫礦帶為中心，往北依次為牛形嶺—錫湖—堯嶺鉛鋅成礦帶、星高—光明—茶陵螢石成礦帶，相應(yīng)的礦物組合為黑鎢礦+白鎢礦+輝鉬礦+錫石+石英、方鉛礦+閃鋅礦|石英、螢石+石英，其流體包裹體均一溫度從215~384 ℃降為185~343 ℃，直至114~215 ℃；各礦帶均為NE向展布，平行排列。

圖6 錫田地區(qū)礦床分帶樣式及成礦均一溫度分布

6.2 兩區(qū)同屬同一成礦熱液系統(tǒng)

盡管鄧阜仙和錫田兩區(qū)具有相同的從南向北的礦化分帶的相似特點(diǎn)，但這種分帶是否受同一成礦背景的控制，或兩者是否同屬燕山期成礦熱液系統(tǒng)是分析分帶機(jī)理的基本前提。由于兩區(qū)的礦化均為巖漿熱液脈型礦化[20?24]，因此，兩者成礦時(shí)代及物源的相似性是確定兩者是否為同一成礦系統(tǒng)的關(guān)鍵。兩區(qū)的輝鉬礦Re-Os和絹云母Ar?Ar的成礦年齡分別為152.4~154 Ma[8]和149~157 Ma[21, 23]，為同一期成礦。湘東鎢礦、雞冠石、荷樹下、壟上等礦床S，Pb，H和O同位素研究[10, 21?22]表明兩區(qū)的礦床成礦物質(zhì)與流體來源相似，成礦物質(zhì)及初始成礦流體也主要來自于深部原始巖漿，后期有少量大氣水混入。狗打欄和湘東鎢礦白鎢礦稀土模式的相似性更直接反映兩區(qū)成礦物質(zhì)為同一源區(qū)[25?28]；以上研究均證明鄧阜仙和錫田兩區(qū)域的成礦熱液系統(tǒng)為同一系統(tǒng)。

6.3 礦田水平分帶機(jī)理

錫田礦田的鎢錫—鉛鋅—螢石礦化分帶與成礦溫度的降低趨勢(shì)相一致，并且鎢錫成礦中心的燕山期成礦巖體出露面積比鉛鋅、螢石礦帶的出露面積明顯大，前者出露巖株，而后者往往只發(fā)育少量巖脈，見圖6。巖體出露特征說明在鎢錫礦帶有較大巖突，礦體距巖體頂面距離比鉛鋅礦床、螢石礦床頂面距離近，成礦熱液運(yùn)移過程中隨著距離增加，溫度下降，在高溫環(huán)境下，鎢錫礦物沉淀；在中低溫環(huán)境下，鉛鋅、螢石礦物沉淀。

雖然錫田礦田成礦溫度場與礦化分帶有較好匹配，但成礦元素分帶與巖漿巖演化、元素地球化學(xué)行為以及熱液溫度、壓力、氧化還原電位等諸多因素有關(guān)[16?18, 29]，溫度只是其中1個(gè)重要因素，因此，礦床的水平分帶形成機(jī)理需要綜合各方面因素進(jìn)行綜合研究。

6.4 礦化分帶格局對(duì)成礦的指示

所建立的燕山期礦化及熱液分帶格局顯示熱液活動(dòng)區(qū)域不僅發(fā)育于啞鈴柄處巖體接觸帶，而且分布于錫田巖體內(nèi)部的廣大區(qū)域，這種認(rèn)識(shí)有效擴(kuò)大了錫田地區(qū)的成礦區(qū)域，將成礦區(qū)域主要由啞鈴柄處接觸帶擴(kuò)大致整個(gè)錫田巖體；而礦化分帶及樣式說明各礦化帶內(nèi)極有可能存在未被發(fā)現(xiàn)的相同類型的礦化。根據(jù)此規(guī)律，作者在大壟與太和仙之間發(fā)現(xiàn)了新的硅化帶，其中零星分布方鉛礦和黃鐵礦細(xì)小顆粒，并出現(xiàn)塊狀褐鐵礦化，為在該區(qū)進(jìn)一步開展找礦工作提供了依據(jù)。

7 結(jié)論

1) 鄧阜仙和錫田礦化區(qū)屬于同一燕山期成礦熱液系統(tǒng)，兩區(qū)均具有由南部向北出現(xiàn)鎢錫—鉛鋅—螢石的礦化分帶規(guī)率，各礦帶均呈NE向分布。

2) 礦石礦物組合、成礦熱液均一溫度的空間分布格局與礦化分帶相對(duì)應(yīng)。鎢錫礦帶主要為黑鎢礦+輝鉬礦+錫石+石英礦物組合，為高溫?zé)嵋撼傻V帶；鉛鋅礦帶主要為方鉛礦+閃鋅礦+石英礦物組合，為中溫?zé)嵋撼傻V帶；螢石礦帶主要為螢石+石英礦物組合，為低溫?zé)嵋撼傻V帶，顯示成礦流體從高溫到低溫的變化趨勢(shì)。

3) 錫田礦田的礦化水平分帶與礦床距離巖體頂面的垂直距離存在耦合關(guān)系，但其分帶機(jī)理仍需進(jìn)一步研究。各礦帶均呈NE向帶狀分布樣式，可能與區(qū)域正斷層控礦有關(guān)。

4) 區(qū)域礦化分帶規(guī)律研究需以同一成礦系統(tǒng)為前提；流體包裹體顯微測(cè)溫方法是確定成礦熱液區(qū)域分布規(guī)律的有效方法；不同礦床的白鎢礦稀土元素的分布樣式對(duì)比對(duì)于確定相應(yīng)礦床成礦熱液間的成因聯(lián)系具有良好的指示意義。

致謝：在野外工作中，得到了湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局416隊(duì)伍式崇、朱浩峰的大力支持；在實(shí)驗(yàn)過程中得到了上譜分析實(shí)驗(yàn)室人員的幫助；論文得到中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)李歡老師的指導(dǎo)。在此一并表示衷心感謝。

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(編輯 陳燦華)

Mineralization zone styles and mechanism of Xitian Tin-Tungsten Polymetallic orefield, Hunan Provin ce

LIU Biao1, 2, WU Qianhong1, 2, XI Xiaoshuang1, 2, KONG Hua1, 2, JIANG Jiangbo1, 2,

LIN Zhiwei1, 2, CAO Jingya1, 2(1. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;)

In order to understand the distribution disciplinarian of ore deposits and their genetic relationship in Xitian ore-forming system, fourteen Yanshanian magmatic-hydrothermal deposits were studied through geological survey and microscopic mineralogy observation. The distribution of mineralization type, ore mineral association and homogenization temperature of fluid inclusions in Xitian orefield were determined. The results show that there are two ore-forming regions distributed in the southern and northern Xitian area, respectively, and each of the region has its own hydrothermal center with a clear regular zone mineralization distribution of W-Sn,Pb-Zn and fluorite deposits. Homogenization temperature of fluid inclusions is consistent with mineralization zone in term of spatial distribution. The temperature decreases continuously from W-Sn deposits (215?384 ℃) to fluorite deposits (136?194 ℃). Two ore-forming systems showhigh concentrations of LREE and HREE, low concentrations of MREE, obvious positive Eu anomalies (δ(Eu)=7.93?43.58), and the W-type chondrite-normalized REE patterns. Combined with S and Pb isotopic data and mineralization age in the orefield, these ore deposits are formed in the Yanshanian magmatic-hydrothermal event with similar source of mineralizing components, and the minerogenic zoning patterns may be constrained by the thermal gradient pattern of themagmatic-hydrothermal system.

mineralization zone; mineral association; homogenization temperature; REE distribution pattern; Xitian orefield

P612

A

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.03.017

1672?7207(2018)03?0633?09

2017?08?09；

2017?10?09

中國地質(zhì)調(diào)查局整裝勘查項(xiàng)目(12120114052101) (Project(12120114052101) supported by Integrated Exploration Program of the China Geological Survey)

吳塹虹，博士，教授，從事區(qū)域成礦規(guī)律研究；E-mail: qhwu@csu.edu.cn