津巴布韋南十字礦區(qū)鎢礦床地質特征及成因探討

樊培賀，魏迎雨，王兆軍，韓方法，邊雄飛，張紅晨

(山東省地質礦產勘查開發(fā)局第六地質大隊，山東 威海 264200)

0 引言

津巴布韋南部緊鄰南非，西部與博茨瓦納、納米比亞接壤，北部緊鄰贊比亞，東部與莫桑比克毗鄰[1]。主要由前寒武紀變質巖和結晶巖組成，屬于南部非洲典型的克拉通塊體，其境內礦產資源豐富,主要礦種有金、鉑、鈀、鎳、鉻鐵礦、鎢、銅、金剛石等[2]。本文通過對津巴布韋東北部地區(qū)南十字(Southern Cross)礦區(qū)鎢礦床的整體剖析研究，探討了該區(qū)鎢礦成礦過程及其元素富集規(guī)律(1)山東省第六地質礦產勘查院，津巴布韋東馬紹納蘭省UMP地區(qū)南十字區(qū)鎢金礦勘查項目，2019年。。

1 區(qū)域地質背景

該區(qū)大地構造位置位于津巴布韋克拉通東北部丹迪-芒特達爾文(Dindi-Mount Darwen)綠巖帶與近EW向展布的新太古代贊比西活動帶相接部位(圖1)[3]。

1—蓋層；2—元古代造山帶；3—大巖墻；4—新太古代造山帶；5—花崗質片麻狀雜巖；6—太古代綠巖帶；7—研究區(qū)位置圖1 津巴布韋大地構造單元劃分略圖(據(jù)曲紅軍等，2012改編)

丹迪(Dindi)綠巖帶內新太古代布拉瓦約群(Bulawayo)和沙姆瓦(Shamva)群，兩者呈角度不整合接觸。布拉瓦約群主要由超鎂鐵質熔巖、凝灰?guī)r、科馬提質巖和鐵鎂質-長英質火山巖、礫巖夾條帶狀鐵質建造及碎屑巖組成[3]。沙姆瓦群為中酸性火山熔巖與硬砂巖、粗砂巖互層，最上部為灰?guī)r。

區(qū)域褶皺及斷裂構造極其發(fā)育，總體表現(xiàn)為近EW向，其北翼被區(qū)域性的南十字-奇坂達大壩(Southern Cross-Chiban-daDam)逆沖推覆斷層帶所破壞[4]；發(fā)育以近EW向展布為主的脆—韌性剪切帶和脆性斷裂構造，局部發(fā)育NE向和近SN向斷裂構造。D.P.F Darbyshive[5]認為，區(qū)域性構造變形帶初期以左旋運動為主，后期以右旋運動為主。

區(qū)域巖漿侵入活動較為強烈，主要為太古代花崗質雜巖體和古元古代基性脈巖等。太古代期間花崗巖質侵入體，主要巖石類型有花崗巖、英云閃長巖等。以花崗巖為主體，絕大多數(shù)花崗巖已片麻巖化。巖體多呈橢圓形巖基產出，巖體之間為綠巖帶。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

區(qū)內地層主要為新太古代布拉瓦約群和新生代第四紀全新統(tǒng)。新太古代布拉瓦約群豐戈維變質單元，巖性主要為黑云母斜長片巖(片麻巖)、絹云母石英片巖、石英角閃片巖及花崗偉晶巖。巖石受多期構造運動的影響，變形強烈且普遍遭受混合巖化。偉晶巖主要分布在礦區(qū)北部，出露形狀不規(guī)則，一種覆蓋在片麻巖或花崗閃長巖上，形成大小不等的巖被，其產狀較緩，與片麻巖呈不整合接觸。

2.2 構造

礦區(qū)位于區(qū)域性邊界斷裂南十字-奇坂達大壩逆沖推覆斷層帶上芒特達爾文(Mount Darwin)深大斷裂中部，受其影響，除發(fā)育近EW向展布的褶皺構造外，沿巖漿巖與片巖接觸帶還發(fā)育一組以近EW向展布為主的脆—韌性剪切帶和脆性斷裂構造，成為區(qū)內主要的控礦構造(F1)(圖2)。礦區(qū)內主要斷裂構造,按照構造與成礦的時間關系，可分為成礦前構造(近EW向壓扭性、張扭性構造)、成礦期構造、成礦后構造。

1—片巖；2—花崗閃長巖；3—偉晶巖；4—片巖質絹英巖化碎裂巖；5—石英脈；6—實測地質界線；7—實測、推測斷層與編號；8—G片理化帶；9—構造裂隙產狀；10—片理產狀；11—采坑位置；12—勘探線位置與編號圖2 南十字礦區(qū)構造簡圖

成礦前構造為花崗閃長巖體侵入的構造，為一組近EW向展布的脆—韌性剪切帶和逆沖推覆構造。成礦期構造繼承了成礦前構造并經再次構造活動形成，伴隨成礦熱液的多次充填，主要表現(xiàn)為近EW向構造和NE向構造(F1斷裂構造、F2斷裂構造、G1片理化帶)，是主要的控礦、賦礦構造。成礦后構造是成礦期構造之后發(fā)育的構造，為晚期構造，主要為NE，NNW向構造(F3斷裂、F4斷裂)。主要表現(xiàn)為切斷了成礦期構造，以破碎斷裂構造形式出現(xiàn)，破碎帶內未見蝕變現(xiàn)象，對礦區(qū)內的鎢礦體起到一定的破壞作用。

2.3 巖漿巖

區(qū)內侵入巖主要為新太古代中酸性侵入巖，呈筒狀NE向傾伏。巖性以片麻狀花崗閃長巖為主。分布于礦區(qū)中南部，與圍巖布拉瓦約群為侵入接觸關系，局部為斷層接觸。受區(qū)域多期次變形、變質作用影響，礦區(qū)內巖漿巖已經普遍片麻理化，巖體呈不規(guī)則狀巖基產出，局部夾雜布拉瓦約群地層。巖體南北兩側與布拉瓦約群地層接觸部位破碎蝕變較強，形成了絹英巖化花崗閃長質碎裂巖，此類碎裂巖及其發(fā)育的硅化石英脈與礦區(qū)內鎢礦化關系較為密切。

2.4 圍巖蝕變

礦區(qū)內礦體圍巖主要為絹英巖化片巖質碎裂巖和絹英巖化花崗閃長質碎裂巖，蝕變類型主要為硅化、絹云母化、鉀化(黑云母化)、綠泥石化、黃鐵礦化，此外局部見黃銅礦化、輝鉬礦化等。蝕變巖中出現(xiàn)較多含水礦物，如綠泥石、云母類礦物，一般是由中高溫礦物經退變質作用形成的，在鎢礦品位較高地段以硅化為主。

3 礦床地質特征

3.1 礦體空間分布特征

礦區(qū)圈定4個鎢礦體，編號為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，其中Ⅰ號礦體為主礦體。礦體主要濃集在巖體與地層的層間滑脫帶內，與太古代花崗閃長巖為斷層接觸，巖體頂部及緩接觸帶內帶部位，由F1構造破碎帶及其下盤的絹英巖化帶控制，礦體主要富存于距F1構造破碎帶底界面60m以內的絹英巖化花崗閃長質碎裂巖和石英脈內，礦體形態(tài)隨F1構造和巖性界面變化而變化。通過研究區(qū)坑道地質編錄和地表鉆探施工發(fā)現(xiàn)，巖體呈現(xiàn)出由西向東側伏的特點，與巖體展布形態(tài)相一致(圖3)。

1—第四系；2—綠泥石片巖；3—花崗閃長巖；4—絹英巖化片巖質碎裂巖；5—絹英巖化花崗閃長質碎裂巖；6—巖性界線；7—F1構造破碎帶；8—鉆孔深度及傾角；9—鎢礦體及編號；10—鉆孔位置及編號圖3 4號勘探線線和12號線勘探線聯(lián)合剖面圖

Ⅰ號礦體分布于礦區(qū)中部和東部，探礦工程控制礦體長度為600m，沿傾向控制斜深為240m，控礦標高470～700m，礦體呈脈狀、豆莢狀，連續(xù)性較好，由西向東傾角逐漸變陡，產狀332°～26°∠14°～75°，局部膨大呈豆莢狀或分支復合產出，賦存于構造接觸面之下40m內的絹英巖化花崗閃長質碎裂巖和石英脈中，局部石英脈呈大脈狀產出。礦體鎢品位為0.07%～0.72%，平均品位0.2%，西段平均鉛垂厚度為8.1m，東段平均水平厚度為7.9m。

Ⅱ號礦體位于礦區(qū)中部，為盲礦體，控制礦體長度為80m,沿傾向控制礦體斜深為60m,賦存于F1構造破碎帶內含石英脈絹英巖化碎裂巖中，礦體呈脈狀產出。礦體鎢品位0.06%～0.35%，平均品位0.31%，礦體平均厚度為3.5m。

Ⅲ號礦體位于礦區(qū)中部偏西，局部膨大呈豆莢狀產出，賦存于構造接觸面之下60m內的絹英巖化碎裂巖和石英脈中，局部石英脈呈大脈狀產出，受F1脆—韌性剪切構造帶控制。礦體呈脈狀，分布穩(wěn)定，連續(xù)性較好，產狀345°～25°∠45°～79°。礦體鎢品位0.07%～1.13%，平均品位0.25%，平均水平厚度為11.6m。

Ⅳ號礦體位于礦區(qū)東部，為盲礦體，鉆孔控制礦體長度為80m，沿傾向控制斜深60m，控礦標高570～600m。礦體呈透鏡體狀，產狀為350°∠64°，賦存于花崗閃長巖中石英脈內，石英細脈大小不等，連續(xù)性差，受F1構造破碎帶控制，沿內接觸帶產出。礦體鎢平均品位0.18%，平均水平厚度為2.594m。

3.2 礦石自然類型

區(qū)內礦石類型相對比較簡單，根據(jù)礦石礦物組合、結構、構造、蝕變破碎程度等因素，將區(qū)內礦石自然類型劃分為絹英巖化花崗閃長質碎裂巖型和石英脈型兩種類型。其中絹英巖化花崗閃長質碎裂巖型礦石為區(qū)內的主要礦石類型，礦石中富含石英脈，礦石的變形變質程度越高、絹英巖化越強烈、石英脈多、硫化物相對比較明顯時，礦石有用元素含量就越高；石英脈型礦石主要為鎢鉬礦石英脈，呈細脈狀布于巖體之中，細脈狀礦石中鎢鉬含量相對較高。

3.3 礦石結構構造

從礦物結晶形態(tài)看，白鎢礦主要呈他形粒狀結構，半自形及自形晶粒狀結構較少，白鎢礦呈細脈狀(照片1)、他形粒狀(照片2)、集合體狀分布在其他非金屬礦物粒間。礦石構造以塊狀構造、微—細脈狀構造為主，白鎢礦呈微—細脈狀或網脈狀分布。

照片1 細脈狀白鎢礦(Sh)及他形粒狀黃鐵礦(Py)

照片2 他形粒狀白鎢礦(Sh)及閃鋅礦(Sp)

根據(jù)光譜分析結果(表1)，礦石中主要微量元素為Bi(28.1×10-6)，Li(60×10-6)，Nb(11.3×10-6)，Cr(83.7×10-6)，其在礦石中的變化趨勢為遠離構造主界面，微量元素含量均不斷下降。

表1 礦石微量元素平均含量(10-6)

3.4 礦石化學成分

各元素在分布分配上嚴格受區(qū)內斷裂構造控制，且不同巖性間有著不同的分布分配特征[6]。在距離構造蝕變帶下界面20m，40m，60m，80m處的絹英巖化花崗閃長質碎裂巖中采取巖礦石樣品進行測試，根據(jù)化學全分析結果，礦石中有用組分以WO3為主，伴生有益組分為Au，Mo(表2)，達到規(guī)范可綜合利用指標，可綜合回收利用。

表2 礦石化學成分

由圖4可知，隨著離主界面距離的不斷加大，礦石中主要有用有益組分的含量不斷降低。

圖4 構造主界面不同距離處主要元素變化趨勢圖

4 礦床成因探討

南十字礦床有用組分主要為鎢，伴生組分為金和鉬；礦石自然類型為絹英巖化花崗閃長質碎裂巖型和石英脈型。石英脈型礦石分為石英細脈浸染型礦石和厚大石英脈型礦石，石英細脈浸染型礦石主要為含鎢石英細脈，呈細脈浸染狀分布于巖體中；厚大石英脈型礦石和絹英巖化碎裂巖型礦石主要分布在逆沖推覆構造帶內主界面處，有用組分為鎢，局部伴生金和鉬。近EW向展布的逆沖推覆構造帶內主界面附近鎢礦化強烈，遠離逆沖推覆構造帶主界面，礦化逐漸變弱。

礦床是細脈浸染型、石英脈型、絹英巖化花崗閃長質碎裂巖型多位一體的復合型礦床，控礦因素復雜，受巖體接觸帶、構造裂隙及圍巖性質等因素綜合控制[7-12]。

4.1 物源

D．P．FDarbyshive[5]通過對津巴布韋綠巖帶多個典型鎢金礦床中白鎢礦樣品Sr同位素測試，發(fā)現(xiàn)Sr87/Sr86值變化范圍很大(0.7012～0.7195)。白鎢礦中Sr87/Sr86低值說明成礦流體可能來自花崗閃長巖體，或者與侵入體有物質交換；0.7012的比值可能是多種流體混合的結果，或者是圍巖蝕變中有Sr的加入；Sr87/Sr86高值說明Sr可能為蝕變成因，來源古老地殼，或者來源于幾個不同的成礦階段。研究認為區(qū)內含鎢花崗閃長巖元素Nb/Ta接近于9，為殼源巖體，是深部硅鋁層重熔巖漿侵入而成，成礦方式以充填為主，成礦作用過程中揮發(fā)組分起到一定的作用，鎢的主要礦源層來自重熔前的礦源層。因此研究區(qū)鎢礦的主要物源為礦區(qū)內的花崗閃長巖巖體(a為初始礦源層；b為早期成巖成礦形成的鎢礦體，作為鎢的次生礦源層)，礦區(qū)內及周圍出露的太古代布拉瓦約群地層(綠巖帶)。

4.2 成礦作用及成礦階段劃分

津巴布韋大規(guī)模綠巖帶主要發(fā)育2個晚太古代金-鎢礦化過程[5]，主要成礦階段為2.67±0.06Ga，與晚太古代TTG事件時代大致相同；第二階段為2.41±0.07Ga，與克拉通期后大巖墻侵位時代相仿[5]，伴隨區(qū)域性的左旋扭張作用和斷續(xù)的巖漿活動。竇偉[13]通過對采自津巴布韋太古代克拉通剪切控制礦化帶內的單個樣品，測得該樣品的熱液磁黃鐵礦形成時代1.936±0.05Ga，與共生的更早期電氣石形成時代2.026±0.02Ga，表明元古代克拉通內存在多次熱液活動。研究區(qū)位于贊比西壓扭性活動帶，近EW向切穿大巖墻，局部構造具有右旋運動特征，嚴格控制巖體的產出形態(tài)，綜合研究認為，鎢礦成礦階段在大巖墻侵位之后，屬于晚太古代末期成礦，并在元古代多期次熱液活動中疊加成礦。

晚太古代至新元古代時期，區(qū)域上發(fā)育一組近EW向展布的脆—韌性剪切帶和逆沖推覆構造帶(包含南十字-奇坂達大壩逆沖推覆斷層帶)，受其影響，除發(fā)育近EW向展布的褶皺構造外，沿巖漿巖與片麻巖接觸帶還發(fā)育一組近EW向展布的脆—韌性剪切帶和脆性斷裂構造，為區(qū)內花崗閃長巖體提供侵入通道，成為主要的控礦構造。該區(qū)構造活動形成的近EW向構造帶(俯沖帶)及伴隨巖漿侵入是構造—巖漿熱液成礦系統(tǒng)形成的基礎和前提條件。

早期形成了韌性剪切帶、緊密的線型褶皺疊加韌性—脆性構造變形；與脆—韌性變形帶同期或稍晚期發(fā)育的脆性構造對成礦元素的活化、遷移和富集也起到積極的作用[14]。晚期出現(xiàn)了一系列疊加在韌性變形帶上的滑覆構造，構成了該區(qū)的推覆構造帶。該區(qū)維持整體相對獨立穩(wěn)定，內部顯示既封閉(擠壓片理)又開放(巖體侵入)的構造環(huán)境，組成了特定時空的構造—巖漿熱液的統(tǒng)一整體。含礦巖體(花崗閃長巖)上侵之前處俯沖帶下部，上侵之后形態(tài)產狀受俯沖帶控制，形成向東側伏的形態(tài)。

礦區(qū)鎢礦成礦可分2個階段：

(1)鎢礦主成礦階段：花崗閃長巖體沿近EW向F1構造破碎帶侵入過程中，攜帶含礦熱液，且在巖體上升侵入過程中，不斷活化、萃取沿途經過的圍巖中的鎢元素。巖漿熱液富含的揮發(fā)組分集中巖體上部與俯沖帶的接觸部位，在中淺部隨著壓力減少，巖漿及熱液中元素組合才得已卸載。這就是該區(qū)成礦巖體對于主要礦產在主要成礦階段空間定位所產生的作用，它不僅是成礦的物質源，而且是礦床的熱動力源。最終在巖體與圍巖緩接觸部位內接觸帶發(fā)生鎢礦的富集。鎢(鉬)高溫成礦元素(即初始礦源層a)伴隨花崗閃長巖的侵入而富集，形成Ⅱ期成礦的鎢礦體及礦化體。

(2)鎢礦弱成礦階段：區(qū)域近EW向展布的脆—韌性剪切構造和逆沖推覆構造具有多期活動特點，巖漿侵入后，構造持續(xù)活動，形成與F1主構造近于平行的次級構造(F1-2斷裂)，Ⅱ期弱鎢礦成礦作用形成了沿F1-2分布的小規(guī)模鎢礦化體。Ⅲ期成礦在近EW向構造繼續(xù)發(fā)育，形成與F1主構造小角度相斜交的次級構造(F2節(jié)理密集帶)，之后的Ⅲ期含礦流體順F2節(jié)理密集帶充填，形成順F2節(jié)理密集帶展布的細脈浸染型鎢礦。在Ⅱ期、Ⅲ期成礦作用過程中，早期形成的鎢礦體作為次生礦源層，為新礦體的形成提供物質來源。

5 結論

(1)南十字礦區(qū)鎢礦床的形成與新太古代的中酸性侵入巖、太古宙的綠巖帶有密切關系，鎢礦體嚴格受控于近EW向展布的脆—韌性構造帶F1，且具有多期性和多階段性。

(2)鎢礦主要賦存在片麻狀花崗閃長巖與布拉瓦約群構造接觸面之下60m內的絹英巖化碎裂巖和石英脈中，受F1脆—韌性剪切構造帶控制，屬于絹英巖化花崗閃長質碎裂巖型鎢礦和石英脈型鎢礦，且圍巖蝕變發(fā)育，硅化、絹云母化、綠泥石化、黃鐵礦化等蝕變與鎢礦化關系密切。

(3)鎢礦體的形成主要分為2個階段，即主成礦階段(Ⅰ期)和弱成礦階段(Ⅱ，Ⅲ期)。主成礦階段巖漿熱液富含的揮發(fā)組分集中巖體上部與俯沖帶的接觸部位，壓力減少，巖漿及熱液中成礦元素組合在此富集成礦，形成早期的鎢礦礦源層及礦化帶。Ⅱ，Ⅲ期成礦在Ⅰ期成礦階段的基礎上繼續(xù)疊加成礦。

(4)鎢元素的主要物質來源于區(qū)內的花崗閃長巖巖體、太古代布拉瓦約群地層。