贛南合龍鎢礦礦床地質(zhì)、成巖成礦時(shí)代與成礦模式*

尹政 趙正 陶建利 吳勝華 李宏偉 甘加偉 陳偉 李小偉

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083 2. 自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037 3. 江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，贛州 341000

鎢是我國(guó)最具優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)之一，贛南地區(qū)則是我國(guó)鎢礦資源分布最集中，開采歷史最悠久的地區(qū)，享有“世界鎢都”的美譽(yù)。該區(qū)以諸多大型石英脈型鎢礦的集中發(fā)育而聞名于世，如西華山、盤古山、大吉山、巋美山等(Maoetal., 2013; Fangetal., 2018; Yuanetal., 2018; Zhaoetal., 2018b, c; 方貴聰?shù)? 2019)，而歷經(jīng)多年開采，優(yōu)質(zhì)資源已消耗殆盡。前人通過長(zhǎng)期的勘查和研究工作，建立了“五層樓”模式(廣東有色金屬地質(zhì)勘探公司九三二隊(duì), 1966)、“五層樓+地下室”勘查模型和礦田-礦集區(qū)尺度的“九龍腦模式”等(許建祥等, 2008; 王登紅等, 2010a; 趙正等, 2017; Guoetal., 2018; Zhaoetal., 2017, 2018d)，并以此成功地指導(dǎo)了勘查實(shí)踐。近期，贛縣合龍鎢礦床勘查取得重要突破，不僅在賴坑礦段發(fā)現(xiàn)了新的石英大脈型白鎢礦與黑鎢礦共生礦體，更在金竹萍礦段深部發(fā)現(xiàn)了隱伏巖體內(nèi)成帶分布的石英細(xì)脈-云英巖型新礦體，新增優(yōu)質(zhì)黑鎢礦資源量(WO3)3.5萬(wàn)余噸，平均品位2.189%，遠(yuǎn)景資源量達(dá)大型以上規(guī)模，為贛南地區(qū)鎢產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)提供了新的資源保障。

合龍鎢礦床的深部找礦新發(fā)現(xiàn)，打破了以往石英脈型鎢礦傳統(tǒng)的“五層樓”分帶模式，其深部石英細(xì)脈-云英巖型礦體也區(qū)別于以往定義的“地下室”(許建祥等, 2008; 王登紅等, 2010a)，兩種類型礦體同時(shí)存在，圍繞隱伏花崗巖體分帶成礦，對(duì)花崗巖相關(guān)鎢成礦機(jī)制和成礦模式研究具有重要意義，亟待開展深入的礦床成因理論研究。合龍鎢礦床成礦元素以W為主，伴生Sn、Mo、Nb、Ta等，其成礦期次、礦物組合、成巖成礦時(shí)代及其成礦背景等尚不清楚，一定程度上制約了對(duì)該類鎢礦床的成因認(rèn)識(shí)和進(jìn)一步勘查找礦工作部署。本文系統(tǒng)總結(jié)了合龍鎢礦床金竹萍礦段和賴坑礦段的礦化分帶特征、礦物組合和成巖成礦期次，應(yīng)用輝鉬礦Re-Os等時(shí)線法和鋯石U-Pb法分別厘定了合龍鎢礦床兩類礦化的成礦時(shí)代和隱伏花崗巖的成巖時(shí)代，系統(tǒng)開展了不同成礦階段黑鎢礦和白鎢礦的主微量元素成分研究，初步查明了合龍巖漿期后熱液型鎢多金屬礦床的成因機(jī)制，建立了合龍鎢礦床的成礦模式。這對(duì)南嶺地區(qū)鎢礦成礦規(guī)律研究和于都-贛縣礦集區(qū)鎢多金屬礦產(chǎn)勘查具有重要的指導(dǎo)意義。

1 成礦地質(zhì)背景

合龍鎢礦床位于南嶺東西向巖漿構(gòu)造帶與北北東向于山構(gòu)造帶的交匯部位，屬南嶺成礦帶東段于山成礦亞帶之于都-贛縣鎢、錫、鈮、鉭多金屬礦集區(qū)(圖1a, b)。區(qū)內(nèi)地層以南華系-寒武系的基底地層(Z-∈)、泥盆系-二疊系的蓋層(D-P)、白堊系斷陷盆地沉積(K)三層結(jié)構(gòu)為特征，震旦-寒武系基底巖系占出露地層面積的60%以上。該區(qū)在地質(zhì)歷史上主要經(jīng)歷了震旦紀(jì)至早古生代海相類復(fù)理石建造沉積，晚古生代至中生代初發(fā)生以沉降為主的地殼隆起坳陷的差異運(yùn)動(dòng)，中生代以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，成礦元素在此階段大量富集。

于都-贛縣鎢多金屬礦集區(qū)位于于山成礦亞帶北段，一系列的深大斷裂和被切割的地層組成了本區(qū)以東西向、北北東向構(gòu)造為主，以北東向、北西向、近南北向構(gòu)造為輔的構(gòu)造格架(圖1b、圖2)，為成巖成礦作用提供了充分的上侵通道和儲(chǔ)礦空間。該區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁，以侵入為主，具多期、多階段侵入活動(dòng)特點(diǎn)，形成了大面積分布的巖漿巖體。主要巖漿活動(dòng)時(shí)期分為加里東、海西-印支及燕山期。加里東期巖漿巖出露范圍不大，主要為花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖，與內(nèi)生成礦作用關(guān)系不明顯；海西-印支期巖漿活動(dòng)較弱，僅有少許中酸性巖株出露；燕山期是區(qū)內(nèi)巖漿作用最為活躍的階段，巖體分布廣，巖體內(nèi)富含W、Sn、Pb、Zn、Ag等成礦元素，燕山期巖漿活動(dòng)與本區(qū)豐富的內(nèi)生礦產(chǎn)的成礦作用關(guān)系十分密切。

圖1 華南燕山早期花崗巖分布簡(jiǎn)圖(a)和贛南地區(qū)主要鎢礦床分布簡(jiǎn)圖(b)(底圖據(jù)Zhao et al., 2018b)Fig.1 Simplified maps showing the distribution of Early Yanshanian granites in South China (a) amd showing the distribution of main W deposits in southern Jiangxi Province (b) (modified after Zhao et al., 2018b)

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)地層主要為震旦系、寒武系，少數(shù)泥盆系分布在礦區(qū)東部，以及山坡低洼地帶的第四系。其中震旦系和寒武系淺變質(zhì)砂巖為主要賦礦圍巖，占礦區(qū)出露地層面積的90%以上(圖3)。

圖2 合龍鎢礦床及外圍構(gòu)造和巖體分布簡(jiǎn)圖(據(jù)贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì), 2020(1)贛南地質(zhì)大隊(duì). 2020. 江西省贛州市贛縣區(qū)賴坑合龍礦區(qū)(整合)鎢礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告修改)

圖3 贛縣合龍鎢礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì), 2020修改)1-泥盆系中棚組；2-泥盆系云山組；3-寒武系牛角河組；4-震旦系老虎塘組；5-震旦系壩里組；6-中粒二云母花崗巖；7-中細(xì)粒似斑狀花崗巖；8-細(xì)粒二云二長(zhǎng)花崗巖；9-斷層；10-237號(hào)勘探線；11-鎢礦化帶及編號(hào)Fig.3 Simplified Geological map showing the Helong W deposit in Ganxian County1-Devonian Zhongpeng Fm.; 2-Devonian Yunshan Fm.; 3-Cambrian Niujiaohe Fm.; 4-Sinian Laohutang Fm.; 5-Sinian Bali Fm.; 6-medium grain two mica granite; 7-medium fine grain porphyritic granite; 8-fine grain two mica two feldspar granite; 9-fault; 10-exploration line 237; 11-W mineralization zone and its number

礦區(qū)發(fā)育北東東向(F5、F6、F8、F9)、近南北向(F2)和東西向(F11、F12)三組斷裂。北北東向斷裂和近東西向斷裂為主要控礦斷裂，F(xiàn)2斷裂發(fā)育強(qiáng)烈的硅化、綠泥石及黃鐵礦化，傾向270°～285°，傾角∠50°～66°。F5斷層以壓扭性為主，硅化強(qiáng)烈，多期活動(dòng)特征明顯，傾向300°～340°，傾角∠55°～80°。F6斷層表現(xiàn)為巖石的硅化破碎，構(gòu)造角礫巖發(fā)育，同樣也是以壓扭性為主，傾向290°～330°，傾角∠60°～80°。F8斷層為將軍石斷裂，發(fā)育明顯鎢礦化、伴隨強(qiáng)烈硅化和后期大量網(wǎng)脈狀充填，傾向305°～350°，傾角∠65°～80°。F7賴坑斷裂為寒武紀(jì)和震旦紀(jì)地層分界，為張扭性斷裂，傾向?yàn)槟夏衔?，傾角∠75°。

礦區(qū)花崗巖較少出露，僅在F8斷裂帶中見有花崗斑巖脈，主要為深部鉆孔揭露的隱伏黑云母花崗巖、少量花崗斑巖、細(xì)晶巖和細(xì)?；◢弾r脈。

2.1 礦體特征

合龍鎢礦床由金竹萍和賴坑兩個(gè)礦段組成，目前共圈定工業(yè)礦體48條；金竹萍礦段主要為深部勘查新發(fā)現(xiàn)的隱伏巖體內(nèi)石英細(xì)脈-云英巖型鎢礦體，礦體主要賦存于隱伏花崗巖體頂部；賴坑礦段主要為石英大脈型鎢礦體，礦體主要賦存于巖體外部淺變質(zhì)砂巖地層。金竹萍礦段又分為東北部金竹萍脈組和西南部橋頭壩脈組(圖4)，礦體厚度為0.1～2.1m，平均厚度0.84m，WO3品位介于0.60%～5.864%，平均為2.264%；賴坑礦段主體為南北向礦脈組(圖5)，礦體厚度為0.02～0.73m，平均厚度0.25m，WO3品位介于1.25%～19.78%，平均為4.61%。

合龍鎢礦床的礦體整體特征表可見表1。

表1 合龍鎢礦床礦體特征一覽表

圖4 合龍鎢礦床金竹萍礦段237號(hào)地質(zhì)剖面(據(jù)贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì), 2020修改)1-震旦系壩里組；2-燕山早期黑云母二長(zhǎng)花崗巖；3-斷層；4-礦體及編號(hào)；5-巖體界線Fig.4 Geological profile along the prospecting line No.237 in Jinzhuping section of Helong W deposit1-Sinian Bali Formation; 2-Early Yanshanian biotite monzogranite; 3-fault; 4-ore bodies and its number; 5-pluton boundary

圖5 賴坑礦段外帶石英脈型黑鎢礦+白鎢礦礦體特征照片(a、b)合龍鎢礦床賴坑礦段420中段白鎢礦礦化與云英巖化細(xì)脈帶；(c、d)合龍鎢礦床賴坑礦段420中段黑鎢礦化白鎢礦礦化薄脈帶；(e、f)合龍鎢礦床賴坑礦段420中段黑鎢礦化白鎢礦礦化薄脈帶Fig.5 Characteristics of wolframite and scheelite orebodies in Laikeng ore section(a, b) scheelite mineralization and greisenization veinlet zone of Laikeng ore section in Helong W deposit; (c, d) scheelite mineralized thin vein zone of Laikeng ore section in Helong W deposit; (e, f) scheelite mineralized thin vein zone of Laikeng ore section in Helong W deposit

2.2 礦石特征

合龍鎢礦床主要礦石類型為石英脈型黑鎢礦、白鎢礦礦石和石英脈型黑鎢礦礦石、云英巖型黑鎢礦硫化物礦石(圖6)。礦物組合中主要礦石礦物為黑鎢礦、白鎢礦和輝鉬礦(圖7、圖8)，含少量的黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦等；脈石礦物為石英、云母、螢石等；次生礦物有高嶺土、鎢華、褐鐵礦、斑銅礦、銅藍(lán)、孔雀石等(圖8)。

圖6 單偏光鏡下賴坑礦段黑鎢礦與白鎢礦共生特征照片F(xiàn)ig.6 paragenesis characteristics of wolframite and scheelite in Laikeng ore section under PPL

圖7 賴坑礦段石英脈型鎢礦礦石照片(a、b)黑鎢礦、白鎢礦與黃鐵礦在石英脈中共生；(c、d)黑鎢礦、白鎢礦共生于石英脈Fig.7 Quartz vein type W ore in Laikeng ore section(a, b) wolframite, scheelite and pyrite quartz vein coexist; (c, d) wolframite and scheelite coexist in quartz vein

圖8 金竹萍礦段內(nèi)脈帶石英脈-云英巖型礦化巖芯照片(a) ZK3504黑鎢礦化石英脈；(b)黑鎢礦-錫石(Cst)礦化石英脈-云英巖；(c)黑鎢礦化云英巖；(d)黑鎢礦-黃銅礦(Ccp)化石英脈共生；(e)中粒黑云母花崗巖；(f)黑鎢礦化輝鉬礦(Mot)化石英脈Fig.8 Quartz vein-greisen type mineralization in endocontact zone of Jinzhuping ore section(a) ZK3504 wolframized quartz vein; (b) wolframite-cassiterite (Cst) mineralized quartz vein greisen; (c) wolframized greisen; (d) wolframite-chalcopyrite (Ccp) fossil quartz vein paragenesis; (e) medium grained biotite granite; (f) quartz vein of wolframization and molybdenization (Mot)

礦石結(jié)構(gòu)主要為交代結(jié)構(gòu)、自形半自形晶結(jié)構(gòu)以及交代殘余結(jié)構(gòu)等；礦石的構(gòu)造主要為條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造以及浸染狀構(gòu)造等。

合龍鎢礦床中黑鎢礦為最主要礦石礦物，占到鎢礦資源量約90%。黑鎢礦常為褐黑色，金屬光澤，厚板狀、長(zhǎng)柱狀、粒狀(圖9a)，比重大，兩組解理極其發(fā)育。單晶常較粗大，長(zhǎng)0.5～10cm， 多呈板狀集合體產(chǎn)于石英脈中(圖9b)， 生長(zhǎng)于脈壁、脈內(nèi)或脈分枝部位，垂直或斜交脈壁生長(zhǎng)。

圖9 黑鎢礦在石英脈中的單顆粒和集合體形式賦存(a)黑鎢礦產(chǎn)于石英脈中；(b)石英脈中的板狀黑鎢礦Fig.9 Wolframite occurs in the form of single particle and aggregates in quartz vein(a) wolframite in quartz vein; (b) tabular wolframite in quartz vein

2.3 礦物組合與圍巖蝕變

根據(jù)主礦體中礦物組合和穿插關(guān)系，將合龍鎢礦床劃分為高溫階段石英期(不含礦)、石英黑鎢礦礦化期、石英黑鎢礦白鎢礦硫化物期、石英硫化物期和碳酸鹽期五個(gè)階段。石英作為主要脈石礦物貫穿整個(gè)成礦過程，錫石在成礦早-中期階段出現(xiàn)，黑鎢礦要早于白鎢礦形成，黑鎢礦與白鎢礦在第二階段末期至第四階段初期均有出現(xiàn)。輝鉬礦主要在石英-鎢礦-硫化物期出現(xiàn)。由此判斷成礦過程中，黑鎢礦與錫石近乎同時(shí)形成，白鎢礦略晚于黑鎢礦，輝鉬礦也是主成礦期的產(chǎn)物(圖10)。

圖10 合龍鎢礦床礦物生成次序表Fig.10 Metallogenic stages of Helong W deposit

合龍鎢礦床中常見的蝕變有：硅化、鐵鋰云母化、云英巖化、電氣石化以及綠泥石化等。

3 樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

本次工作采集合龍鎢礦床金竹萍礦段ZK4104鉆孔590～610m巖芯用于鋯石挑選和LA-ICP-MS法定年，樣品為灰白色、花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造的中細(xì)粒黑云母花崗巖。主要礦物有石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母。

花崗巖樣品經(jīng)人工破碎后，按照重力和磁選的方法挑選出所需要的鋯石，在雙目鏡下挑選，然后將待測(cè)的鋯石樣品、標(biāo)準(zhǔn)鋯石以及人工合成的NIST612硅酸鹽玻璃分別置于環(huán)氧樹膠制靶，然后磨至一半，用于投射、反射、陰極發(fā)光以及LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析。

樣品測(cè)試工作在南京聚譜實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為Finnigan Neptune型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜MC-ICP-MS和與之配套的 New Wave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕束斑直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度為2.5J/cm2，用He作為載氣。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程可參見文獻(xiàn)(侯可軍等, 2009; Liuetal., 2010a; Huetal., 2011)。后期數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序，并利用Isoplot 3.0程序繪制鋯石年齡諧和圖(Liuetal., 2010a, b)。

3.2 輝鉬礦Re-Os測(cè)年

本次工作采集合龍鎢礦床金竹萍礦段ZK3901鉆孔438～441m輝鉬礦化黑鎢礦化石英脈礦石、ZK3902鉆孔400m輝鉬礦化黑鎢礦化石英脈礦石、ZK4303鉆孔19～422m、443～446m輝鉬礦化黑鎢礦化石英脈礦石、ZK4503鉆孔474m輝鉬礦化黑鎢礦化石英脈礦石以及賴坑礦段420中段4號(hào)脈體礦石，用于輝鉬礦Re-Os法定年。輝鉬礦在肉眼下可見為鉛灰色，金屬光澤，呈鱗片狀晶體，污手且有油膩感。輝鉬礦常與黑鎢礦共生。

樣品粉碎并篩選，挑選無(wú)氧化、無(wú)污染的98%以上純度的樣品，在瑪瑙體內(nèi)充分研磨至200目。樣品分析和測(cè)試在國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心同位素實(shí)驗(yàn)室完成，儀器是采用美國(guó)TJA公司生產(chǎn)的TJAx-Series電感耦合等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行Re-Os同位素測(cè)年。輝鉬礦Re-Os同位素的詳細(xì)分析方法參見文獻(xiàn)(杜安道等, 2001, 2007; 李晶等, 2010)。

3.3 電子探針分析

本次工作采集合龍鎢礦床金竹萍礦段ZK3504鉆孔368m巖芯和賴坑礦段420中段3號(hào)脈體的典型礦石，用于黑鎢礦與白鎢礦電子探針實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院電子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。儀器型號(hào)為日本公司生產(chǎn)的JXA-8230電子探針儀。測(cè)試條件為：加速電壓為15kV，電流為15nA，束斑直徑為1μm，儀器的檢測(cè)限制為0.01%～0.05%。測(cè)試元素包括WO3、CaO、SiO2、FeO等，采用ZAF校正法。

3.4 黑鎢礦和白鎢礦原位LA-ICPMS成分分析

用于黑鎢礦和白鎢礦原位微量元素測(cè)試的樣品同3.3中電子探針分析樣品，采用德國(guó)Thermo Fisher科學(xué)公司的x系列ICP-MS與中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)分析研究中心的J200-343nm Yb：光纖飛秒激光燒蝕系統(tǒng)(Applied Spectra，美國(guó))進(jìn)行黑鎢礦與白鎢礦的原位微量元素分析。氦氣攜帶從室燒蝕樣品氣溶膠與氬氣補(bǔ)充氣體和氮?dú)庾鳛轭~外的雙原子氣體混合，以提高靈敏度。黑鎢礦與白鎢礦樣品以8Hz、6J/cm2的重復(fù)頻率燒蝕50s，燒蝕坑直徑約50μm。校正是在外部完成的，每10個(gè)樣品使用2個(gè)NIST SRM 610和1個(gè)NIST SRM 612，以Ca作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)校正儀器漂移。使用商業(yè)軟件ICP-MSDataCal 10.8進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減(Liuetal., 2008)。LA-ICP-MS對(duì)稀土元素的檢出限為0.05×10-6～0.1×10-6。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)SRM 610和SRM 612的反復(fù)分析表明，大多數(shù)分析元素的精密度和準(zhǔn)確度都優(yōu)于10%。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果

本次對(duì)區(qū)內(nèi)隱伏細(xì)粒黑云母花崗巖(樣品號(hào)JZP-ZK4104)中25個(gè)顆鋯石進(jìn)行了U-Pb同位素測(cè)定(表2)，除5個(gè)測(cè)點(diǎn)在普通鉛的影響下發(fā)生偏差，主要測(cè)點(diǎn)在206Pb/238U與207Pb/235U諧和圖解中均具有很好的諧和關(guān)系，表明鋯石形成后其U-Pb同位素體系具有很好的封閉性，沒有U或Pb同位素的明顯丟失或加入。在鋯石諧和年齡圖解上，該樣品的206Pb/238U-207Pb/235U諧和年齡為159.1±2.3Ma (MSWD=6.1)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為159.0±2.6Ma (MSWD=2.3)，兩者在誤差范圍內(nèi)基本一致，可以代表含礦巖體的侵入結(jié)晶年齡(圖11)。

表2 金竹萍巖體中細(xì)粒黑云母花崗巖(樣品JZP-ZK4104)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果

圖11 金竹萍礦段中細(xì)粒黑云母花崗巖鋯石U-Pb諧和圖解Fig.11 U-Pb concordia diagram of zircons from medium-fine grained biotitic granite of Jinzhuping ore section

4.2 輝鉬礦Re-Os年齡

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定合龍礦床中輝鉬礦Re-Os同位素樣品兩組，其中金竹萍礦段4件和賴坑礦段5件，數(shù)據(jù)結(jié)果如表3。金竹萍礦段4件輝鉬礦Re-Os模式年齡為157.0～159.7Ma，變化范圍較小。使用Isoplot軟件繪制了輝鉬礦Re-Os的等時(shí)線圖和加權(quán)平均年齡圖，得到輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為157.3±1.5Ma (MSWD=0.56)，加權(quán)平均年齡為157.9±1.3Ma (MSWD=0.94)(圖12)。賴坑礦段5件輝鉬礦Re-Os模式年齡為157.2～158.7Ma，變化范圍同樣較小，輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為159.6±4.4Ma (MSWD=0.20)，加權(quán)平均年齡為158.3±1.3Ma (MSWD=0.46)(圖12)。兩組等時(shí)線年齡均與其模式年齡十分接近，表明測(cè)試結(jié)果可靠。此外，求得的普187Os的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于0，表明普通鋨含量低，187Os基本由187Re衰變形成，所獲得的模式年齡可以代表成礦期內(nèi)輝鉬礦的結(jié)晶時(shí)間。

表3 合龍鎢礦床輝鉬礦Re-Os同位素?cái)?shù)據(jù)

圖12 金竹萍礦段(a、b)與賴坑礦段(c、d)輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡和加權(quán)平均年齡Fig.12 Re-Os isochron and weighted average ages of molybdenite from Jinzhuping ore section (a, b) and Laikeng ore section (c, d)

4.3 黑鎢礦和白鎢礦電子探針分析結(jié)果

賴坑外帶石英大脈型礦體中黑鎢礦的WO3的變化范圍為74.19%～75.97%，平均為74.80%(表4)；金竹萍內(nèi)帶石英細(xì)脈型黑鎢礦的WO3的變化范圍為72.61%～75.07%，平均為74.18%。外帶黑鎢礦中FeO的變化范圍為16.49%～18.30%，平均為17.57%；MnO的變化范圍為6.96%～7.79%，平均為7.33%。內(nèi)帶黑鎢礦中FeO的變化范圍為5.21%～17.40%，平均為9.71%；MnO的變化范圍為8.14%～19.16%，平均為15.27%(表4)。外帶礦物中鐵的平均含量明顯高于錳的含量，礦物成分以含錳鎢鐵礦為主。內(nèi)帶礦物中錳的平均含量明顯高于鐵的含量，礦物成分以含鐵鎢錳礦為主(徐國(guó)風(fēng), 1981; 譚運(yùn)金, 1982)。內(nèi)帶和外帶的黑鎢礦中都含有一定量Nb2O5，還含有其它多種微量元素，如In、Mg、Sn等。

賴坑石英大脈型鎢礦體中白鎢礦的CaO含量變化不大，變化范圍為19.76%～20.68%，平均為20.24%。礦物中WO3的含量變化范圍為77.67%～80.27%，平均為79.06%(表5)。賴坑白鎢礦中含有多種微量金屬元素，如Mn、Fe、Mg、Nb等，其中Mo含量相對(duì)較低。

4.4 黑鎢礦和白鎢礦原位LA-ICPMS成分分析結(jié)果

合龍鎢礦床中黑鎢礦、白鎢礦的稀土元素和微量元素測(cè)試結(jié)果分別列于(表6、表7、表8和表9)。結(jié)果顯示，內(nèi)帶黑鎢礦Nb含量在3033×10-6～7099×10-6，平均為4554×10-6；外帶黑鎢礦Nb含量在45.92×10-6～247.2×10-6，平均為134.8×10-6。白鎢礦Nb含量在0.23×10-6～405.3×10-6，平均為130.3×10-6。黑鎢礦和白鎢礦中除特征元素Nb之外，還含有Sr、Y、Ag、In等元素，且Y的含量較高。內(nèi)帶黑鎢礦Y含量在309.5×10-6～661.3×10-6，平均為470.6×10-6；外帶黑鎢礦Y含量在23.54×10-6～260.4×10-6，平均為145.5×10-6。白鎢礦Y含量在1.88×10-6～336.4×10-6，平均為127.4×10-6。內(nèi)帶黑鎢礦稀土總量∑REE為10704×10-6，LREE為152.1×10-6，HREE為10552×10-6；外帶黑鎢礦稀土總量∑REE為2265×10-6，LREE為15.91×10-6，HREE為2250×10-6；白鎢礦稀土總量∑REE為2002×10-6，LREE為85.16×10-6，HREE為1917×10-6。利用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到內(nèi)外帶黑鎢礦和白鎢礦的球粒隕石的標(biāo)準(zhǔn)化模式配分圖，均呈現(xiàn)重稀土富集、輕稀土虧損的左傾斜分布(圖13、圖14)，內(nèi)-外帶黑鎢礦與白鎢礦的稀土元素配分趨勢(shì)相似，但在含量上有所不同。

表6 合龍白鎢礦稀土元素?cái)?shù)據(jù)(×10-6)

表7 合龍黑鎢礦稀土元素?cái)?shù)據(jù)(×10-6)

表8 合龍白鎢礦微量元素?cái)?shù)據(jù)(×10-6)

圖13 合龍鎢礦床賴坑礦段白鎢礦球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.13 Chondrite-normalized REE distribution patterns for scheelite samples from Laikeng ore section (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖14 合龍鎢礦床賴坑礦段(a)和金竹萍礦段(b)黑鎢礦球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.14 Chondrite-normalized REE distribution patterns for wolframite samples from Laikeng ore section (a) and from Jinzhuping ore section (b) in Helong W deposit (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

5 討論

5.1 成巖成礦時(shí)代

于都-贛縣礦集區(qū)成巖成礦年代學(xué)研究表明，興國(guó)江背礦田鎢成礦作用發(fā)生在155.3～161.7Ma，其中巖前矽卡巖型鎢礦成礦時(shí)代為159.2Ma(Zhaoetal., 2018b)，畫眉坳外接觸帶石英脈型礦體成礦時(shí)代為157.1Ma(Fengetal., 2015; Zhaoetal., 2018b)。于都盤古山礦田中，鐵山壟石英脈型鎢礦床中花崗巖侵位年齡為154.9～159.7Ma(張文蘭等, 2012)，盤古山石英脈型鎢礦成礦時(shí)代為155.3Ma(方貴聰, 2014)。本次研究確定了合龍鎢礦床外帶石英大脈型鎢礦的成礦年齡為159.6Ma，深部隱伏黑云母花崗巖的成巖時(shí)代為159.0Ma，巖體內(nèi)金竹萍礦段石英細(xì)脈-云英巖型鎢礦成礦年齡為157.3Ma。合龍鎢礦床成礦年代與礦集區(qū)內(nèi)鎢成礦作用時(shí)間基本一致，指示鎢成礦作用與區(qū)域花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)具有密切成因聯(lián)系。

合龍鎢礦床兩類礦體的成礦年齡與成巖年齡接近，反映出合龍鎢礦床的成巖與成礦作用基本同時(shí)進(jìn)行，幾乎沒有或存在很小的時(shí)間差?；◢弾r成礦要經(jīng)歷巖漿的冷凝、揮發(fā)、聚集、金屬礦物的沉淀的過程，但是上述原因?qū)е碌幕◢弾r侵位與成礦作用在時(shí)間上差異不會(huì)很大(毛景文等, 2007; Yuanetal., 2007; 王登紅等, 2010b; Huangetal., 2011; 董超閣等, 2018)。合龍鎢礦床的成礦作用緊隨花崗質(zhì)巖漿的主體侵位而發(fā)生，Re-Os模式年齡和單顆粒鋯石年齡信息顯示，外帶石英大脈型鎢礦體形成時(shí)間略早于巖體內(nèi)石英細(xì)脈-云英巖型礦體。

輝鉬礦Re-Os同位素體系不僅可以確定金屬礦床的成礦年齡，還可通過其輝鉬礦的Re含量示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源(Maoetal., 1999; 蔣少涌等, 2000)。孟祥金等(2007)對(duì)全國(guó)斑巖型輝鉬礦Re-Os同位素進(jìn)行了綜合分析，Re的含量在100×10-6～1000×10-6，成礦物質(zhì)來(lái)源是以地幔物質(zhì)為主；Re的含量在10×10-6～100×10-6，成礦物質(zhì)來(lái)源是以殼?；旌显礊橹?；Re含量為(1～n)×10-6或更低，成礦物質(zhì)以殼源物質(zhì)為主。合龍鎢礦床中內(nèi)脈帶4件輝鉬礦的Re含量在0.5×10-6～4.3×10-6，外脈帶5件輝鉬礦的Re含量在7.0×10-6～13.6×10-6，指示合龍鎢礦成巖成礦物質(zhì)主要來(lái)自于地殼，可能有少量地幔物質(zhì)加入。

近年來(lái)，華南地區(qū)積累了大量的不同類型礦床的成巖成礦年代學(xué)數(shù)據(jù)。毛景文等(2004)提出華南地區(qū)金屬礦成礦集中在三個(gè)時(shí)間段：170～150Ma、140～126Ma和110～80Ma。華仁民等(2005)認(rèn)為華南地區(qū)中生代發(fā)生過三次大規(guī)模的成礦作用：分別是燕山早期180～170Ma、燕山中期170～139Ma(第一階段170～150Ma、第二階段150～139Ma)、第三次是燕山晚期125～98Ma。Zhaoetal.(2021)將華南地區(qū)W礦床時(shí)空分布規(guī)律與深部構(gòu)造-熱事件緊密聯(lián)系，提出華南地區(qū)三條鎢多金屬成礦帶，即：南嶺W成礦帶(NLB)(170～150Ma)、揚(yáng)子?xùn)|部W成礦帶(EYB)(150～120Ma)和東南沿海W-Sn多金屬成礦帶(SCB)(120～80Ma)，建立了花崗質(zhì)侵入巖相關(guān)鎢多金屬礦成礦模式和華南中生代四階段鎢多金屬礦成礦動(dòng)力學(xué)模型。合龍鎢礦位于南嶺成礦帶東段，其成巖成礦作用集中在157～159Ma，是在古太平洋板塊俯沖背景下，華南地區(qū)中生代大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動(dòng)與鎢多金屬成礦作用的產(chǎn)物。

5.2 黑鎢礦與白鎢礦共生關(guān)系

黑鎢礦作為主要礦石礦物貫穿整個(gè)成礦期，其元素的變化可以指示礦物形成的物理化學(xué)條件并示蹤成礦熱液演化。合龍鎢礦床石英大脈型礦體中黑鎢礦以含錳鎢鐵礦為主，鐵的含量比錳高，而巖體內(nèi)細(xì)脈-云英巖型礦體中的黑鎢礦則主要以含鐵鎢錳礦為主，說(shuō)明外帶礦體的成礦溫度要略高于巖體內(nèi)，即外帶黑鎢礦沉淀早于內(nèi)帶黑鎢礦。兩者M(jìn)nO-FeO投點(diǎn)具有一定的線性關(guān)系，外帶黑鎢礦投點(diǎn)相對(duì)集中，而內(nèi)帶黑鎢礦投點(diǎn)則更加分散(圖15)，指示外帶成礦作用較集中，可能經(jīng)歷了黑鎢礦的相對(duì)快速結(jié)晶，而內(nèi)帶成礦作用則經(jīng)歷了較充分的成礦熱液演化，表現(xiàn)為隨著溫度降低，含礦熱液中黑鎢礦分段成礦。內(nèi)外帶黑鎢礦的REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(圖14)均呈現(xiàn)明顯的重稀土(HREE)富集特征，內(nèi)帶黑鎢礦的LREE/HREE比值(0.0073～0.0224)相對(duì)高于外帶黑鎢礦的LREE/HREE比值(0.0001～0.0211)，同樣指示內(nèi)帶型含礦熱液經(jīng)歷了更充分的分異和演化。鎢礦物的δEu值是成巖成礦物質(zhì)來(lái)源的重要標(biāo)志之一，其數(shù)值大小取決于巖漿的分異程度(張玉學(xué)等, 1990; 任云生等, 2010)。合龍鎢礦床中黑鎢礦出現(xiàn)了較明顯的Eu負(fù)異常，且δEu變化范圍較大(內(nèi)帶δEu=0.0025～0.91，外帶δEu=0.08～3.25)，內(nèi)外帶黑鎢礦的δEu異常與Sm、 Gd的富集趨勢(shì)呈不同程度的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明黑鎢礦在沉淀過程中，含礦熱液的環(huán)境發(fā)生變化。

合龍鎢礦床賴坑礦段石英大脈型礦體中黑鎢礦與白鎢礦緊密共生，并被白鎢礦、黃鐵礦包圍，白鎢礦常沿裂隙穿插和交代早期形成的黑鎢礦(圖5、圖9、圖16)，指示黑鎢礦生成于主成礦階段，白鎢礦晚于黑鎢礦成礦。Mo元素常富集在巖漿結(jié)晶分異晚期的高溫?zé)嵋褐?，其離子半徑與W元素的離子半徑近似，所以可以在鎢的產(chǎn)物中得到一定比重的富集，在白鎢礦中尤為明顯(劉英俊和馬東升, 1987; 馬東升, 2009)。在寶山矽卡巖型鎢礦床白鎢礦形成過程中，含礦熱液溫度從接近巖漿值625～450℃下降到300～200℃之間，溫度逐漸降低，白鎢礦中Mo含量也逐漸減少(Zhaoetal., 2018a)。所以在合龍鎢礦床的白鎢礦中Mo的含量較低，指示其為中低溫含礦熱液的產(chǎn)物；而具有較高的W/Mo比值，W和Mo的相關(guān)性圖解中指示合龍白鎢礦形成于相對(duì)還原的環(huán)境(圖17)，由此判斷其為外帶熱液演化相對(duì)晚期的產(chǎn)物。

圖15 黑鎢礦MnO、FeO比值投點(diǎn)圖(底圖據(jù)李逸群和顏曉鍾, 1991)Fig.15 Ratio of MnO and FeO of wolframite (base map after Li and Yan, 1991)

圖16 合龍白鎢礦La-Ce-Y三角圖解(底圖據(jù)張玉學(xué)等, 1990)Fig.16 La-Ce-Y ternary diagram of Helong scheelite (base map after Zhang et al., 1990)

圖17 合龍鎢礦床白鎢礦W-Mo圖(底圖據(jù)Song et al., 2014)Fig.17 W vs. Mo diagram of Helong scheelite (base map after Song et al., 2014)

合龍白鎢礦中Y與∑REE間呈正相關(guān)(圖18)，由于Y元素是第5周期過渡元素的起點(diǎn)，與稀土元素性質(zhì)相似，指示合龍白鎢礦中重稀土富集的特點(diǎn)。合龍鎢礦床黑鎢礦與白鎢礦均具有相似的稀土配分模式，但在含量上有所不同。通常認(rèn)為，重稀土相對(duì)輕稀土而言更穩(wěn)定，所以重稀土元素趨于在成礦流體中富集。因此黑鎢礦和白鎢礦中的稀土元素的變化趨勢(shì)，可以表示成礦物質(zhì)的來(lái)源與運(yùn)移，指示外帶黑鎢礦、白鎢礦和內(nèi)帶黑鎢礦來(lái)自同一次巖漿期后熱液成礦作用，而白鎢礦中稀土含量明顯的高于內(nèi)帶黑鎢礦，同樣指示外帶黑鎢礦-白鎢礦-內(nèi)帶黑鎢礦熱液演化疊加成礦的過程。

圖18 合龍白鎢礦Y-∑REE圖解(底圖據(jù)Bau and M?ller, 1992)Fig.18 Y vs. ∑REE diagram of Helong scheelite (base map after Bau and M?ller, 1992)

5.3 成礦模式

南嶺石英脈型鎢礦床以“五層樓”模式而聞名業(yè)內(nèi)，其垂直變化特征包括：微裂隙觸變帶(以云母線或云母-石英線為主)、稀疏-密集細(xì)脈帶、薄脈細(xì)脈帶、薄脈組、大(薄)脈(廣東有色金屬地質(zhì)勘探公司九三二隊(duì), 1966)；而后發(fā)展為“五層樓+地下室”模式，指在具備“五層樓”格局脈狀礦體的礦區(qū)，有可能存在層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出的礦體，前者以直立、近直立礦脈為主，后者以水平、近水平礦脈為主(許建祥等, 2008; 王登紅等, 2010a)；以九龍腦礦田為典型研究并對(duì)比華南主要鎢礦區(qū)特征，進(jìn)一步提出了以成礦花崗巖為空間配置主線，涵蓋外帶石英脈型礦體、外帶破碎帶型礦體、巖體接觸-交代型礦體、內(nèi)帶石英脈型礦體和內(nèi)帶細(xì)脈-浸染型礦體為一體的花崗質(zhì)侵入巖相關(guān)鎢多金屬成礦模式(趙正等, 2017; Zhaoetal., 2021)。合龍鎢礦床以外帶石英大脈型鎢礦體與內(nèi)帶石英細(xì)脈-云英巖型鎢礦體分帶共生為特征，其外帶石英大脈型鎢礦具有“五層樓”分帶特征，但與盤古山典型外帶石英脈型鎢礦有所不同，合龍賴坑礦段石英脈垂向延伸較短，礦物學(xué)研究表明其含礦熱液結(jié)晶速率較快、黑鎢礦成礦階段集中，內(nèi)帶石英細(xì)脈-云英巖型鎢礦體形成略晚于外帶脈型鎢礦體，成礦物質(zhì)卸載較充分、礦化規(guī)模較大。

綜上，本文建立了合龍石英脈-云英巖型鎢礦床成礦模式(圖19)。在燕山早期，由于古太平洋板塊向歐亞大陸邊緣溝-弧-盆俯沖機(jī)制效應(yīng)，華南東部板內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，地殼發(fā)生部分熔融形成富鎢的花崗質(zhì)巖漿，富礦巖漿主要沿東西向與北東向深斷裂交匯部向淺部地殼運(yùn)移，隨著溫度、壓力的降低和巖漿結(jié)晶分異作用的進(jìn)行，酸性揮發(fā)分逸出，氧逸度升高，富鎢成分逐步聚集形成含礦熱液。含礦熱液在剛侵位的巖體頂部聚集，率先在巖體頂部圍巖中沿先成裂隙形成中高溫?zé)嵋菏⒋竺}型黑鎢礦礦體，成礦熱液中黑鎢礦率先充分結(jié)晶，并在中后階段局部交代含Ca地層形成白鎢礦；深斷裂交匯處深部巖漿房物質(zhì)供給相對(duì)充分，在礦區(qū)深部形成富W礦漿，隨著主體巖漿侵位，后續(xù)含礦熱液進(jìn)入花崗巖體頂部裂隙，形成近平行產(chǎn)出的細(xì)脈帶并伴有較大規(guī)模的云英巖化。巖體內(nèi)含礦熱液緊隨巖漿固結(jié)之后形成，脈體以細(xì)脈為主，沿巖體頂部?jī)?nèi)接觸帶分布，成礦熱液與圍巖在溫度壓力方面差異相對(duì)較小，成礦熱液演化和礦物質(zhì)結(jié)晶較充分，主要含礦熱液中黑鎢礦分階段成礦，晚期與硫化物伴生，形成了具有合龍鎢礦床特色的內(nèi)接觸帶型石英細(xì)脈-云英巖型黑鎢礦礦體與外帶石英大脈型礦體分帶共生的結(jié)構(gòu)。

圖19 合龍鎢礦床成礦模式圖Fig.19 Metallogenic model of Helong W deposit

6 結(jié)論

(1)合龍鎢礦床外帶石英大脈型鎢礦體的成礦時(shí)代為159.6Ma，巖體內(nèi)石英細(xì)脈-云英巖型礦體的成礦時(shí)代為157.3Ma，深部隱伏花崗巖成巖時(shí)代為159.0Ma，鎢的成礦作用緊隨花崗質(zhì)巖漿侵入而發(fā)生，與贛南地區(qū)其它石英脈型鎢礦床同屬華南中生代大規(guī)模陸內(nèi)巖漿活動(dòng)與多金屬成礦作用的產(chǎn)物。

(2)合龍鎢礦床以外帶石英大脈型黑鎢礦+白鎢礦與巖體內(nèi)細(xì)脈-云英巖型黑鎢礦分帶共生成礦為特色，本文在花崗質(zhì)侵入巖相關(guān)鎢多金屬成礦模式基礎(chǔ)上，研究提出“合龍式”石英脈-云英巖型鎢礦成礦模式。

(3)“合龍式”鎢礦床作為巖漿期后熱液型礦床，含礦熱液沿巖體頂部基底地層先成張性裂隙快速上升冷卻，黑鎢礦優(yōu)先結(jié)晶，而后白鎢礦沿黑鎢礦邊緣生長(zhǎng)或石英脈裂隙交代成礦；深部富礦巖漿和含礦熱液供給充分，內(nèi)帶鎢礦體主要賦存于巖體侵位后的頂部裂隙中，形成多組近平行的石英細(xì)脈-云英巖型黑鎢礦礦體，云英巖型礦化主要產(chǎn)出于脈側(cè)、脈組頂部與花崗巖接觸帶。

致謝本文野外工作得到了潤(rùn)鵬礦業(yè)合龍鎢礦的配合和幫助；實(shí)驗(yàn)工作得到了李超老師、陳振宇老師等多位實(shí)驗(yàn)室老師的幫助；編輯部和審稿專家提出了諸多建設(shè)性意見，在此一并致以最誠(chéng)摯的謝意。