江西盤古山鎢礦床研究進(jìn)展

趙云彪，方貴聰

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541006)

0 引言

盤古山鎢礦床位于南嶺成礦帶東段于都—贛縣鎢多金屬礦集區(qū)東側(cè)，盤古山—鐵山垅礦田中部(圖1、圖2)[1]。自礦床被發(fā)現(xiàn)以來，眾多學(xué)者在其礦床地質(zhì)特征、成巖成礦時(shí)限、成礦物質(zhì)來源、成礦流體來源、流體包裹體特征、圍巖蝕變、深部巖體、成礦構(gòu)造環(huán)境等方面做了大量研究，為揭示礦床成因及指導(dǎo)找礦工作做出巨大貢獻(xiàn)。

本文收集整理了前人在盤古山鎢礦床的研究成果，系統(tǒng)總結(jié)出礦床研究進(jìn)展，期望為礦區(qū)提供新的找礦思路與方法。

1 礦床地質(zhì)特征

盤古山鎢礦床為一產(chǎn)于隱伏巖體外接觸帶的石英脈型鎢多金屬礦床，具有垂向延伸大、礦物組合復(fù)雜、礦脈分帶清楚的特點(diǎn)[2-3]。礦區(qū)地層為震旦系、寒武系、泥盆系及石炭系，主要賦礦圍巖為震旦系與上泥盆統(tǒng)。震旦系為淺變質(zhì)深灰—灰綠色含云母石英質(zhì)砂巖、千枚巖、板巖組成的一套復(fù)理石巖層，構(gòu)成NNW軸向褶皺基底。上泥盆統(tǒng)為含云母石英砂巖、粉砂巖、含礫石英粗砂巖，局部因變質(zhì)作用，形成板巖、千枚巖、變余巖，構(gòu)成NW向褶皺蓋層[2]。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造普遍發(fā)育，且具有多期活動特點(diǎn)，可分為容礦構(gòu)造與控礦構(gòu)造。容礦構(gòu)造為NWW—SEE與NEE—SWW向斷裂組成的一系列“X”狀裂隙，礦脈充填其中，形成礦區(qū)南組、中組與北組3條主要礦脈?？氐V構(gòu)造主要為走向NEE、NNW、NWW、近EW、NW平移斷層，規(guī)模大小不等，其中以F5斷層影響最大。呂古賢等[5]分析了礦床淺部與深部控礦構(gòu)造后，提出礦床深部受NWW—SEE向斷裂控制，近而在深部形成雁行式礦脈。

礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)出露的花崗巖體，經(jīng)南嶺科學(xué)鉆探金屬異常驗(yàn)證孔(SP-NLSD-2)及早期鉆探揭露，分別在礦區(qū)東南部高程-341 m與中西部高程-155 m處發(fā)現(xiàn)隱伏花崗巖體，推斷巖體東南部侵位低于中西部[6]。除隱伏花崗巖體外，礦區(qū)發(fā)育有數(shù)條閃長玢巖與玄武玢巖中基性巖脈。

盤古山鎢礦床具有典型的“五層樓”式礦脈分帶特征，后又發(fā)現(xiàn)“地下室”，空間上形成“五層樓+地下室”礦脈分布格局。最近，方貴聰?shù)萚7]在礦區(qū)南部又發(fā)現(xiàn)一處新的石英細(xì)脈帶，根據(jù)“五層樓”模式推斷細(xì)脈帶深部可能存在中脈帶、大脈帶及尖滅帶。通過類比同類型礦床(石英脈型鎢礦床)礦體呈對稱形態(tài)產(chǎn)出后，推測該處細(xì)脈帶南、北兩側(cè)也存在礦脈，礦床深邊部找礦潛力巨大。

2 成巖成礦時(shí)限

相較于贛南西華山、淘錫坑等大型礦床，前人對盤古山鎢礦床成巖成礦時(shí)限研究不足，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。眾多測年數(shù)據(jù)表明，南嶺地區(qū)巖漿活動及與之有關(guān)的鎢多金屬成礦作用多發(fā)生在燕山早期，并于160～150 Ma(中晚侏羅世)最為激烈[6，8]。結(jié)合前人的測年數(shù)據(jù)可以得出盤古山鎢礦床形成于燕山早期，屬于南嶺地區(qū)燕山早期大規(guī)模鎢多金屬成礦作用的組成部分。

表1 盤古山鎢礦床成巖成礦時(shí)限Table 1 Isotopic dating age for rock-forming and ore-foming stages of Pangushan tunsgen deposit

3 成礦物質(zhì)來源

前人在盤古山鎢礦床成礦物質(zhì)來源問題上存在爭議。盤古山鎢礦床產(chǎn)出大量硫化物，如輝鉍礦、輝鉬礦、黃鐵礦，為開展硫同位素測試提供良好了條件(表2)。方貴聰?shù)萚4]、魯麟[19]對礦床不同部位做了硫同位素測試后得出：① 盤古山鎢礦床中大部分硫化物 δ34S 富集順序?yàn)椋狠x鉍礦<閃鋅礦<黃鐵礦<輝鉬礦，符合硫化物分餾平衡條件下 δ34S 富集順序，表明礦物達(dá)到硫同位素分餾平衡條件；② δ34S變化范圍小，表明硫來源穩(wěn)定且單一，沒有其他硫源加入；③ δ34S 具有巖漿硫特點(diǎn)，結(jié)合礦體與深部巖體形成時(shí)間相近，空間關(guān)系密切的特點(diǎn)，推斷成礦物質(zhì)來源為花崗巖漿。曾載林等[3]對礦化石英脈中輝鉬礦測試，獲得樣品中w(Re)為0.090 61×10-6～9.577×10-6。輝鉬礦中Re含量從幔源、殼幔源到殼源各遞減一個(gè)數(shù)量級，即成礦物質(zhì)從地幔來源、殼幔來源到殼源，礦床中每克輝鉬礦中Re含量從幾十到數(shù)百微克、十幾到幾十到微克、幾微克依次遞減[13，20]。據(jù)此，曾載林等[3]認(rèn)為盤古山鎢礦床成礦物質(zhì)主要來源于上地殼，并且根據(jù)碲元素(Te)性質(zhì)，推斷部分成礦物質(zhì)來源于地幔。

表2 盤古山鎢礦床硫同位素組成Table 2 Sulfur isotopic composition of sulfides in Pangushan tungsten deposit

綜合前人觀點(diǎn)，本文認(rèn)為盤古山鎢礦床成礦物質(zhì)來源于花崗巖漿。根據(jù)主微量元素特征，可以確定盤古山鎢礦床深部花崗巖體具有高分異特征，為古老地殼巖石經(jīng)強(qiáng)烈混合巖化或重熔、部分熔融形成的陸殼改造型花崗巖。陸殼改造型花崗巖多形成于華南震旦—加里東地槽褶皺區(qū)，與華南燕山期W、Sn、Nb、Ta等礦床大規(guī)模形成有關(guān)[22]。前人研究證明華南地層中富集W元素，并進(jìn)一步證實(shí)贛南地區(qū)W富集于早石炭世、泥盆紀(jì)、寒武紀(jì)與早震旦世地層[21]。盤古山鎢礦床富礦圍巖為震旦系與上泥盆統(tǒng)，屬于區(qū)域上富W地層，根據(jù)陸殼改造型花崗巖形成機(jī)制，震旦系與上泥盆統(tǒng)富W地層經(jīng)多次強(qiáng)烈熔融形成花崗巖漿，使得地層中W大量活化轉(zhuǎn)移，之后經(jīng)過熱液過程中的堿質(zhì)交代作用，富集在陸殼改造型花崗中的W轉(zhuǎn)移浸出[22]，富集形成盤古山鎢礦床。劉昌實(shí)等[23]提出可將華南陸殼改造型花崗巖分為同造山混合花崗巖和巖漿花崗巖型、非造山陸殼重熔型、同碰撞型三類。非造山陸殼重熔型花崗巖受太平洋板塊俯沖以及深大斷裂影響，其物質(zhì)除主要來源于古老地殼外，還有部分地幔物質(zhì)混入或燕山旋回地幔派生的新生地殼的參與。按照分類方法，盤古山鎢礦床深部花崗巖屬于非造山陸殼重熔型，可以有部分成礦物質(zhì)來源于地幔，且富集親地幔元素Te。

4 成礦流體來源

不同來源的水具有不同的氫、氧同位素組成，因此可以用氫、氧同位素組成示蹤成礦流體來源[24]。前人通過對盤古山鎢礦床氫、氧同位素研究，在成礦流體來源上取得一致觀點(diǎn)：成礦流體主要來自花崗巖漿，并有部分大氣降水加入。

綜合前人氫氧同位素測試數(shù)據(jù)(表3)，得出盤古山鎢礦床成礦流體δDV-SMOW為-121.7‰～-49.3‰，δ18O為-1.5‰～6.47‰。盤古山鎢礦床H-O同位素圖解(圖3)顯示，樣品投點(diǎn)靠近巖漿水區(qū)，但未完全落入巖漿水區(qū)，而是趨向雨水線，指示成礦流體主要來源于巖漿水，并有大氣降水加入。與泰勒確定的巖漿水范圍(δD=-80‰～-50‰，δ18O=7‰～9.5‰)比較，盤古山鎢礦床成礦流體δD、δ18O均小于該范圍，也說明成礦流體并非完全來自巖漿水。礦床深部存在花崗巖體，礦體與巖體空間關(guān)系密切，且成巖成礦時(shí)限相近，可以推斷成礦流體來自深部花崗巖漿水。關(guān)于盤古山鎢礦床成礦流體中大氣降水混入機(jī)制，前人存在不同看法。方貴聰?shù)萚4]注意到礦區(qū)發(fā)育一系列“X”狀斷裂，指出斷裂溝通了大氣降水與成礦熱液，成礦熱液沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移，而大氣降水沿?cái)嗔严蛳铝鲃樱瑑烧弑厝粫嘤?，造成大氣降水混入成礦熱液。李光來等[26]認(rèn)為礦床成礦流體中的大氣降水為深部陸殼改造型花崗巖繼承陸源碎屑沉積巖中的大氣降水。陸源碎屑沉積巖是在地表大氣降水環(huán)境中經(jīng)過多種外動力地質(zhì)作用形成的，含有豐富的大氣降水。盤古山鎢礦床深部巖體為陸殼改造型花崗巖，其被認(rèn)為是古老陸源碎屑沉積巖經(jīng)過熔融改造形成的，必然繼承有陸源碎屑沉積巖中的大氣降水特征。綜合上述兩種觀點(diǎn)，本文認(rèn)為盤古山鎢礦床成礦流體中大氣降水混入現(xiàn)象存在于整個(gè)成礦過程中。即在成礦作用初期，陸殼改造型花崗巖形成，表現(xiàn)為繼承陸源碎屑沉積巖中的大氣降水，之后隨著礦區(qū)斷裂發(fā)育，大氣降水沿裂隙不斷下滲，與成礦流體混合，最終導(dǎo)致成礦流體中混有大氣降水。

表3 盤古山鎢礦床氫-氧同位素組成Table 3 Hydrogen and oxygen isotopic composition of quartzs in Pangushan tungsten deposit

圖3 盤古山鎢礦床成礦流體H-O同位素組成圖解(底圖據(jù)Taylor [32])Fig.3 Diagram of hydrogen and oxygen isotopic composition of ore-forming fluid in Pangushan tungsten deposit

除氫、氧同位素外，氦、氬同位素對成礦流體來源也有指示作用。稀有氣體性質(zhì)穩(wěn)定，在各種地質(zhì)作用中不易變化，并且不同來源的流體具有不同的惰性氣體特征，因此，可以準(zhǔn)確反映出成礦流體來源[35-36]。本文收集了近年來南嶺地區(qū)典型鎢礦床He-Ar同位素測試數(shù)據(jù)(表4)，并進(jìn)行相關(guān)圖解投影。南嶺地區(qū)典型鎢礦床成礦流體3He/4He 值為0.04 Ra～4.36 Ra，平均為0.901 Ra，絕大部分高于地殼3He/4He值(0.01Ra～0.05 Ra)，低于地幔3He/4He值(6 Ra～9 Ra)[37]。結(jié)合南嶺地區(qū)典型鎢礦床成礦流體He同位素組成圖解(圖4)上投點(diǎn)落于地殼與地幔之間，且偏向地殼，推斷南嶺鎢礦床成礦流體中的He為地幔、地殼兩種來源，且更多的為地殼來源。計(jì)算獲得流體中幔源He值為0.0054%～57.991%，平均為12.604%，也說明有幔源流體加入，但數(shù)量較少。南嶺典型鎢礦床成礦流體40Ar/36Ar值為295.9～2952.4，平均為547.98，高于大氣40Ar/36Ar值(295.5)，說明有地殼中放射成因氬(40Ar*)混入成礦流體[38]，計(jì)算得40Ar*值為0.135%～89.991%，平均為31.420%。據(jù)南嶺地區(qū)典型鎢礦床成礦流體R/Ra -40Ar/36Ar圖解(圖5)顯示，絕大部分投點(diǎn)落在地殼流體與地幔流體間，并集中于大氣飽和水附近，且偏向地殼流體，表明成礦流體來自地幔與地殼的同時(shí)，也有大氣降水加入。前人已證實(shí)南嶺不同地區(qū)燕山期大規(guī)模鎢錫成礦是在相同的大地構(gòu)造背景下形成的，因此有理由相信盤古山鎢礦床He-Ar同位素組成與上述南嶺地區(qū)典型鎢礦床He-Ar同位素組成相似，可以推斷出礦床成礦流體主要為地殼來源，部分為地幔來源，且有大氣降水混入。本文認(rèn)為此結(jié)論的解釋仍然與該區(qū)陸殼改造型花崗巖及礦床形成機(jī)制有關(guān)，即成礦流體本質(zhì)上來自陸殼改造型花崗巖漿，繼承有古老陸殼特征，因此He-Ar同位素組成多表現(xiàn)出地殼特征。He-Ar同位素組成與H-O同位素組成得出的成礦流體來源結(jié)論不謀而合。

表4 南嶺地區(qū)典型鎢礦床氦-氬同位素組成Table 4 He and Ar isotopic composition of typical tungsten deposits in Nanling area

圖4 南嶺地區(qū)典型鎢礦床成礦流體He同位素組成圖解(據(jù)Mamyrin and Tolstikhin [33])Fig.4 Diagram of He isotopic composition of ore-forming fluid of typical tungsten deposit in Nangling areaA—初始氦B—地幔氦C—地殼氦

圖5 南嶺地區(qū)典型鎢礦床成礦流體R/Ra-40Ar/36Ar圖解(底圖據(jù)宋世明等[34])Fig.5 R/Ra - 40Ar/36Ar diagram of ore-forming fluid of typical tungsten deposit in Nangling area

5 流體包裹體特征

流體包裹體是礦物在形成過程中捕獲的成礦介質(zhì)，可指示礦床形成過程中的溫度、壓力、化學(xué)組成等物化信息[39]。盤古山鎢礦床主成礦階段礦化石英脈中流體包裹體類型主要為H2O-NaCl型(Ⅰ型)包裹體、H2O-NaCl-CO2型(Ⅱ型)包裹體、CO2型(Ⅲ型)包裹體。其中H2O-NaCl型包裹體可細(xì)分為富液相兩相H2O-NaCl型包裹體與純液相H2O-NaCl型包裹體；H2O-NaCl-CO2型包裹體可細(xì)分為含液相CO2三相H2O-NaCl-CO2型包裹體與不含液相CO2兩相H2O-NaCl-CO2型包裹體，且各類型包裹體形狀、大小、數(shù)量及化學(xué)組成明顯不同。綜合前人流體包裹體顯微測溫及成礦流體鹽度、密度計(jì)算，得出盤古山鎢礦床Ⅰ型流體包裹體均一溫度為110℃～210℃、230℃～270℃、270℃～370℃，鹽度w(NaCl)為3.1%～7.5%，密度為1.01～1.03g/cm3；Ⅱ型流體包裹體均一溫度為220℃～250℃、260℃～350℃，集中于290℃～320℃，鹽度w(NaCl)為0.4%～5%，密度為0.168～0.183 g/cm3。空間上礦床從下到上溫度不斷升高，呈現(xiàn)逆向分帶特點(diǎn)。前人利用Ⅱ型流體包裹體計(jì)算獲得盤古山鎢礦床成礦流體壓力為36.3MPa～143.6 MPa。流體包裹體數(shù)據(jù)顯示，盤古山鎢礦床成礦流體pH值為5.02，Eh值為0.16V[25，40]。綜合上述數(shù)據(jù)，本文得出盤古山鎢礦床為一中高溫礦床，成礦流體具有多期次、低鹽度、強(qiáng)氧化性、弱酸性特征。

相較于贛南其他鎢礦床，盤古山鎢礦床流體中含有較多的CO2包裹體，且在礦化富集處數(shù)量顯著增加[41]，表明CO2與成礦作用關(guān)系密切。成礦流體的不相混溶作用促進(jìn)成礦流體中金屬沉淀[42-43]，而該作用在部分鎢礦床中則表現(xiàn)為CO2逸失[44-45]。眾多學(xué)者研究證實(shí)盤古山鎢礦床存在以CO2逸失為特點(diǎn)的流體不相混溶作用[40]。Collins，P.LF[46]認(rèn)為W在高壓、高濃度CO2條件下以絡(luò)陰離子(WO4)2-形式與陽離子共存于成礦流體中。含高濃度CO2的成礦流體從深部沿裂隙向上運(yùn)移過程中，壓力下降，CO2不斷逸失，導(dǎo)致成礦流體原有平衡體系被打破，W開始與陽離子結(jié)合，不斷沉淀，形成工業(yè)礦床。雖然目前地學(xué)界對于成礦流體中CO2在W遷移沉淀過程中的作用存在爭議，但本文認(rèn)為成礦流體中的CO2是盤古山鎢礦床形成的一項(xiàng)重要因素。

6 深部巖體特征

盤古山鎢礦床深部存在巖體已被鉆探資料及地球物理資料證實(shí)。但因巖體埋藏過深，前人對其研究不足，僅方貴聰?shù)萚6]對SP-NLSD-2獲取的深部巖體樣品開展過系統(tǒng)研究。SP-NLSD-2揭露深部新鮮巖體樣品呈灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，廣泛發(fā)育鉀化、鈉化與云英巖化。眾多學(xué)者[47-49]認(rèn)為熱液礦床中發(fā)育的鉀化、鈉化可促進(jìn)金屬元素的活化遷移，因此本文認(rèn)為盤古山深部巖體出現(xiàn)的鉀化、鈉化也是礦床形成的一項(xiàng)重要因素。樣品主量元素測試表明，巖體屬于準(zhǔn)鋁—過鋁質(zhì)富鉀鈣堿性系列花崗巖。微量元素測試表明，巖體具有高Rb/Sr、K/Rb值、低Sr/Ba、Nb/Ta、Zr/Hf值，屬于高度分異花崗巖，巖體中富集W、Bi元素，一定程度上說明成礦物質(zhì)來自深部巖體。稀土元素測試顯示，樣品輕稀土元素富集，Eu明顯負(fù)異常，可能暗示花崗巖的初始巖漿對應(yīng)的熔融程度較低，殘留在源區(qū)巖石中未被熔融的斜長石比例較多。前人對南嶺燕山期不同花崗巖研究，證實(shí)其大多為古老地殼巖石經(jīng)過高溫重熔作用形成的陸殼改造型花崗巖[50-52]，為礦床提供了必要的成礦物質(zhì)與成礦流體。

7 碲、鉍礦化研究

盤古山鎢礦床除鎢礦外，大量富集碲(Te)、鉍(Bi)。其中Te儲量達(dá)小型規(guī)模[53]，深部巖體、礦脈中Bi含量分別為其克拉克值的4414倍、261097倍。Te為典型的稀散元素，僅在中國四川大水溝探明一處獨(dú)立碲礦床。Bi傾向富集于殘余溶液中，可作為Te的沉淀劑與碲結(jié)合形成碲鉍族礦物[54]。

任英忱[55-56]對盤古山鎢礦床伴生組分Te、Bi系統(tǒng)研究后指出：① 礦床中含Bi礦物為輝鉍礦、柱輝鉍礦、斜方輝鉍鉛礦、卡輝鉍鉛礦、雜硫鉛鉍礦、斜方硫鉍鉛礦、微硒硫鉍鉛礦、鉍方鉛礦。Te、Bi共生礦物為硫碲鉍礦A、硫碲鉍礦B、應(yīng)硫碲鉍礦、輝碲鉍礦、未定名碲鉍新礦物(Bi3TeS2)；② 含Bi礦物生成時(shí)間存在先后關(guān)系，空間位置也隨溫度降低而規(guī)律變化。含Bi礦物產(chǎn)出順序由早到晚為：輝鉍礦-低鉛輝鉍礦→輝鉍礦-高鉛輝鉍礦→輝鉛鉍礦→斜方輝鉛鉍礦?？臻g位置上，輝碲鉍礦位于礦床上部，與高溫礦物共生，而硫碲鉍礦A、硫碲鉍礦B位于礦床下部，與低溫礦物共生。

關(guān)于盤古山鎢礦床中碲、鉍元素來源問題，前人未做過相關(guān)研究。即使眾多學(xué)者對獨(dú)立碲礦床、碲金礦床做過大量研究，其碲元素來源是圍巖[57]、巖漿[58-59]或是地幔[60]的問題仍未解決。上文提到礦床深部巖體類型為陸殼改造型花崗巖中的非造山陸殼重熔型，形成過程受太平洋板塊俯沖以及深大斷裂影響，可有部分地幔物質(zhì)混入。同時(shí)，華南地區(qū)燕山期巖石圈全面拉張—減薄，地幔物質(zhì)上涌的構(gòu)造背景已被證實(shí)[61-62]。碲元素為親地幔元素，在地幔中含量較高，因此本文推測礦床中碲來源可能為地幔。

8 結(jié)論

綜合上述幾點(diǎn)，盤古山鎢礦床研究進(jìn)展主要有：① 盤古山鎢礦床形成于燕山早期(～157 Ma)，屬于南嶺燕山早期鎢多金屬大規(guī)模成礦的產(chǎn)物；② 成礦物質(zhì)主要來自花崗巖漿；③ 成礦流體主要為巖漿來源，有少部分大氣降水混入；④ 礦床為中高溫礦床，成礦流體具有多期次、低鹽度、強(qiáng)氧化性、弱酸性特征，鎢礦形成與CO2逸失有關(guān)；⑤ 礦床深部巖體為陸殼重熔改造型花崗巖；⑥ 礦床富集Te、Bi，擁有多種含Bi礦物及Te、Bi共生礦物。且含Bi礦物產(chǎn)出時(shí)間存在先后順序，產(chǎn)出位置上也隨溫度規(guī)律變化。

本文在總結(jié)盤古山鎢礦床研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出以下觀點(diǎn)：

1)關(guān)于成巖成礦期次問題，結(jié)合礦脈年齡與成礦流體多期次特點(diǎn)，認(rèn)為礦床存在多期次成礦現(xiàn)象；

2)關(guān)于成礦流體中大氣降水混入機(jī)制問題，本文認(rèn)為大氣降水混入伴隨礦床形成的全過程。礦床形成初期，為陸殼改造型花崗巖繼承古老陸殼碎屑沉積巖中的大氣降水，之后隨著礦區(qū)裂隙發(fā)育，大氣降水沿裂隙下滲，不斷混入成礦流體。

致謝：感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見。