廣西栗木礦田錫鎢成礦條件和成礦過程分析

董業(yè)才 徐文杰 胡喬帆,2 梁 磊 張國林

（1.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司,廣西 桂林 541004;2.桂林理工大學地球科學學院,廣西 桂林 541006）

栗木礦田位于揚子板塊南部北東緣的桂東北坳陷區(qū)的次級恭城復向斜的北揚起端[1],屬南嶺成礦帶中西段的桂東北灌陽—賀縣成礦區(qū),區(qū)內錫鎢礦床與花崗巖體的多期次侵入有著密切關系,同時花崗巖體的侵入形態(tài)又受限于構造、地層等因素影響。因此,栗木礦田成礦地質條件、成礦作用過程以及富礦規(guī)律等的分析與認識,一直是地質工作者研究的重點。以往的地質科研及勘查工作多在采礦權及其毗鄰區(qū)的淺部,將第3階段巖體接觸帶內側蝕變花崗巖型錫鈮鉭礦床及外側長石石英脈型錫鎢礦床,與第2階段巖體內、外接觸帶形成的脈狀鎢錫礦床作為工作重點,并認為第2階段巖體不存在蝕變花崗巖型鎢錫礦床。

近年來,課題組對隱伏巖體深部新揭露出的諸多發(fā)現(xiàn)或成礦信息進行了系統(tǒng)研究,取得了一定的進展,如在第2階段巖體中發(fā)現(xiàn)了蝕變花崗巖型鎢錫礦床[2-3],并在其深部發(fā)現(xiàn)了二云母花崗巖[4-7]、偉晶巖—細晶巖脈帶[8-11]等,補充了新的成巖成礦理論證據并建立了新的栗木花崗巖垂向分帶模型。將上述成果應用于找礦勘查實踐,取得了找礦成果突破,經地表鉆探驗證,已探獲新增資源量相當于大型錫、鉭礦床及中型鎢礦床各1個,并在礦區(qū)外圍香粉廠、溝掛壘等數(shù)個區(qū)段新發(fā)現(xiàn)了數(shù)條具有工業(yè)意義的巖體外帶上部圍巖陡傾斜（長石）石英脈狀鎢錫礦脈。

基于礦田內不同類型礦床地質特征的總結,本研究從地層、構造、巖漿巖角度來研究成礦地質條件,以期通過礦床垂向分帶出現(xiàn)的巖石類型對空間上可能出現(xiàn)的礦床類型及分布進行判斷,并結合構造等控礦因素對有利成礦部位做出判斷,為礦區(qū)找礦預測和勘探提供可靠的地質依據。

1 礦田地質特征

栗木礦田主要出露寒武系邊溪組、泥盆系、下石炭統(tǒng)及第四系,并按下泥盆統(tǒng)底礫巖的不整合面劃分出下構造層寒武系以及上構造層泥盆系—下石炭統(tǒng)（圖1）。區(qū)內的基本構造格架由主干構造線為近SN向、EW向的褶皺和斷裂組成,花崗巖體侵入形態(tài)受限于構造格架,且大多隱伏于深部。據鉆探揭露出的深部信息表明,隱伏巖體中深部受限于下構造層的基底斷裂主要呈EW向展布,淺部則受限于上構造層,形成巖株群呈近SN向分布,同時旁側還伴有花崗斑巖脈、花崗偉晶巖脈產出。蝕變花崗巖型錫鎢礦床通常見于復式向斜的次級短小背斜或褶曲與斷裂構造的復合部位,巖體外帶的長石石英錫鎢脈型礦床則產于巖體上覆圍巖次級構造裂隙中。

圖1 栗木礦田地質特征[8,12]Fig.1 Geological characteristics of Limu Orefield

栗木花崗巖是3個階段成巖2次成礦的復式巖體,除了第1階段細粒斑狀鐵白云母花崗巖（泡水嶺巖體（239.8±4.3）Ma）[11]基本不含礦之外,其余的2個階段原生礦床主要產于印支晚期第2階段細—中粒斑狀鋰鐵白云母花崗巖（（223.6±1.7）～（224.8±1.6）Ma）[13-14]和第3階段細—中粒（鐵）鋰云母鈉長石花崗巖（（218.3±2.4）Ma）[15]的接觸帶和上部圍巖中。第2階段花崗巖發(fā)育鎢錫礦化,可在巖體上部形成多層蝕變花崗巖型錫鎢礦,其內外接觸帶則形成脈狀鎢錫礦,主要見于魚菜及水溪廟礦床東南部、三個黃牛等地;第3階段花崗巖的礦化以錫、鉭、鈮為主,并伴生鎢,在巖體頂上部多形成單層蝕變花崗巖型錫鈮鉭礦,其外接觸帶則形成偉晶巖型錫鈮鉭礦、脈狀錫（鎢）礦,主要見于水溪廟、老虎頭和金竹源等地。

從近年來所獲取的最新成巖成礦同位素年齡[11-18]來看,栗木花崗巖的成巖及成礦作用均為印支晚期且時間相差不大,即第1階段不含礦的巖體略早形成于第2、3階段含礦的巖體（＜20 Ma）,且第 2、3階段的成巖成礦年齡相差也不大（＜10 Ma）,其中,第3階段錫鈮鉭成礦較第2階段錫鎢成礦稍晚（＜10 Ma）,由此推斷復式花崗巖體的成巖成礦過程可視為同一期次巖漿活動的不同階段的產物。

2 礦床地質特征

栗木礦田礦產以錫鎢多金屬礦為主,按成因可劃分出巖漿氣液型礦床、偉晶巖型礦床和巖漿熱液充填—交代型礦床（圖2和表1）,其地質特征描述如下。

表1 栗木礦田礦床地質特征Table 1 Geological characteristics of the deposits of Limu Orefield

圖2 栗木礦田錫鎢多金屬礦床垂向分帶模式[8,19]Fig.2 Vertical zoning model of endogenetic metallic deposits in Limu Orefield

（1）巖漿氣液礦床位于巖體內接觸帶。①蝕變花崗巖型鎢錫礦,礦體賦存于花崗巖頂部接觸帶附近的云英巖化—鈉長石化帶中,在第3階段花崗巖中礦床以錫礦為主,且在“似偉晶巖殼”下方錫最富,常呈小礦囊,如老虎頭、水溪廟、金竹源等礦床,而在第2階段花崗巖中礦床以錫鎢礦為主,可同時富集成礦,也可獨自形成富礦體,如魚菜、三個黃牛等礦床。②蝕變花崗巖型鉭鈮礦,礦體賦存于第3階段花崗巖頂上部云英巖化—鈉長石化帶中,常與蝕變花崗巖型錫礦相伴產出或獨立產出。在垂向上,巖體頂上部的錫、鉭鈮融為一體,鉭鈮礦化深度大于錫,在橫向上,自西向南東形成鉭鈮→鉭鈮錫→錫（鎢）礦體。③錫鎢石英脈型礦,礦體賦存于第2階段花崗巖體內接觸帶產狀劇變部位,礦化表現(xiàn)為上富下貧、南富北貧特點,如牛欄嶺、香檀嶺等礦床。礦體延長、延深短淺,但形態(tài)復雜,一般延伸至外接觸帶圍巖時便突然中斷,而往下延伸的深度一般只有30～50 m,因其下部常被第3階段巖體穿插、切割、熔蝕而消失。

（2）花崗偉晶巖脈型礦床分布于巖體外帶或過渡帶。礦體賦存于第3階段花崗巖頂上帶呈枝脈狀插入脊部外接觸帶圍巖構造裂隙內的偉晶巖脈中,偉晶巖脈根部與巖體相連,形態(tài)復雜、產狀多變、規(guī)模較小,如水溪廟等礦床,礦化主要集中在偉晶巖脈的核部。

（3）巖漿熱液充填—交代型礦床分布于巖體外帶圍巖陡傾斜裂隙中。工業(yè)礦體只賦存在第2、3階段花崗巖體上方圍巖為大理巖、灰?guī)r、含碳質灰?guī)r的剪張性裂隙中,形成錫鎢長石石英脈型礦體,如水溪廟、三個黃牛等礦床,而當圍巖為砂巖、泥質砂巖時,則不構成工業(yè)礦脈,如魚菜、溝掛壘等礦床。

3 成礦條件

3.1 地層控礦條件

區(qū)內地層由角度不整合分割的下構造層寒武系以及上構造層泥盆系—下石炭統(tǒng)組成,受SN向斷裂影響,形成SN走向的盆嶺,花崗巖主要分布在盆（東）嶺（西）的結合部位（圖1）。地層中成礦元素的豐度值偏高。區(qū)內褶皺基底（寒武系）富含W、Sn,區(qū)域內各地層中Sn含量為克拉克值的2～3倍[20-21],且區(qū)域上存在海西期矽卡巖型錫礦[22]。結合栗木花崗巖初始巖漿起源于地下深部約20 km的副變質泥巖的部分熔融[6-7],推斷區(qū)內的Sn、W可能在一定程度上來源于褶皺基底地層或含礦體的重熔再生過程。

不同構造層控巖、控礦構造是不同的（圖3）。基底構造層對巖體的控制以EW向為主,如金竹源,而蓋層構造層對巖體的控制以SN向為主,如栗木巖基、水溪廟巖株、老虎頭巖株等。

圖3 栗木礦田花崗巖頂板等高線圖[20]Fig.3 Contour map of granite roof of Limu Orefield

據表1,巖體上覆圍巖巖性具有明顯的控礦作用,致密、滲透性差、不容易發(fā)生化學反應的地層對巖體頂部成礦是最有利的。例如頁巖、硅質泥巖和泥灰?guī)r的可塑性好、屏蔽條件好（圖4）,會在巖脊內接觸帶形成高品位的石英脈型鎢錫礦帶,且脈帶中的每條礦脈的上端到達接觸面時便突然中斷,均不穿入覆蓋的圍巖中[18],如香檀嶺礦床、牛欄嶺礦床。如果上覆圍巖是灰?guī)r、大理巖,有一定的封閉性但容易與巖漿熱液發(fā)生化學反應,有利于在巖體內帶形成蝕變花崗巖型錫鎢鉭鈮礦以及在巖體頂突部位形成“似偉晶巖殼”（圖2）,例如老虎頭礦床、水溪廟礦床等;還有利于在巖體頂上帶上覆圍巖裂隙中形成比“似偉晶巖殼”范圍更寬的陡傾斜狀長石石英脈型鎢錫礦脈帶,構成離巖體較近的脈狀礦床,如水溪廟礦床、三個黃牛礦床等。如果是砂巖覆蓋,其具有一定孔隙度和脆性,巖石中的裂隙則形成半開放系統(tǒng),在巖體外帶圍巖中常形成細的陡傾斜狀長石石英脈型鎢錫礦脈（圖2）,且離巖體較遠,不構成工業(yè)礦體,如魚菜礦床、溝掛壘礦床。

圖4 鎢錫石英脈型礦床成礦示意[18]Fig.4 Schematic of the metallogenic tin-tungsten deposit with quartz vein type

3.2 構造控礦條件

區(qū)內斷裂構造具有明顯的控巖、控礦作用。

深大斷裂構造具有控巖作用,是初始含礦巖漿的上升通道?；◢弾r主要分布在盆（東）嶺（西）的結合部位,該處往往構造薄弱,深部壓力的釋放會促使巖石熔點降低,形成花崗巖漿,于是巖漿沿斷裂上升,花崗巖體定位于EW向基底斷裂和近SN向斷裂的疊加部位。

近SN向斷裂構造控制著巖脊的空間展布。礦田內構造以斷裂為主,褶皺不發(fā)育,大的SN向斷裂有多條,長度一般為3～9 km,寬度沿走向變化大,這些斷裂控制了礦田內4條近SN向巖脊的空間展布、次級褶皺形態(tài)（斷塹盆地中的地壘和地塹）以及隱伏巖體形態(tài)（圖3）。由于近SN向斷裂多具有先壓扭或剪張、后張性的特點,即使是同一階段的花崗巖巖漿侵位,它們的空間占位也是不同的。

近SN向斷裂與NE向斷裂交匯處、EW向斷裂與NE向斷裂交匯處控制了礦床空間分布（圖1、圖3）。含礦巖體隱伏形態(tài)受不同方向斷裂交匯的影響（圖3）,例如東部老礦區(qū)老虎頭含礦巖體沿SN向斷裂與NE、NEE向斷裂的交匯處產出,水溪廟含礦巖體沿SN向與NE向斷裂的交匯處產出,而老礦區(qū)西側金竹源含礦巖體沿EW向基底斷裂與NE向斷裂的交匯處產出,礦床主要集中在這些含礦巖體頂上部。此外,課題組還發(fā)現(xiàn)在巖脊間的凹陷巖溝的相對突起處（圖3）,同樣可以形成礦床,如魚菜、三個黃牛礦床等[2-3]。

斷裂對礦床的控制表現(xiàn)為對巖體內帶和巖體外帶不同礦床類型的控制上。含礦小巖瘤的頂部接觸帶是構造剪切小裂隙與小褶曲的復合部位,該處溫度與壓力更容易發(fā)生急劇變化,有利于成礦物質沉淀集聚成礦,主要形成蝕變花崗巖型鎢錫礦床,如水溪廟、金竹源、魚菜等礦床;其次,巖體內帶的次級張性裂隙中則充填了石英脈型鎢錫礦床（圖4）,如牛欄嶺、香檀嶺等礦床。巖體外帶的上覆地層中往往發(fā)育次級擠壓帶、扭裂帶及主斷裂“入”字型構造裂隙（圖5）,其共軛剪切破裂面或斷層有利于形成花崗偉晶巖型礦床及長石石英脈型礦床,如水溪廟、三個黃牛等礦床。而共軛剪切角因受熱程度不同,離隱伏巖體頂板近,共軛剪切角大;離隱伏巖體頂板遠,共軛剪切角變小。

圖5 巖體外帶發(fā)育構造斷裂、裂隙照片F(xiàn)ig.5 Pictures of tectonic fracture and structural fracture at the exocontact zone of Limu rock mass

3.3 巖漿控礦條件

（1）初始巖漿的含礦性。相關研究表明,氣—液分異是形成巖漿熱液的主要途徑[8],成礦流體則是由巖漿熱液演化而來。巖漿經歷氣—液分異的主要證據是花崗巖普遍發(fā)育的斑狀結構[8],3個不同階段的花崗巖都發(fā)育斑狀結構,表明其巖漿演化過程中都經歷了氣—液分異,但是第1階段的花崗巖不含礦,表明其巖漿演化過程中形成的巖漿熱液不含或含有很少的成礦物質,由于稀有金屬在巖漿演化過程中傾向于在氣液中富集,因此巖漿熱液含礦性差則表明其初始巖漿的含礦性差。因而初始巖漿的含礦性是花崗巖是成礦條件的主要因素之一。

（2）巖漿演化與成礦作用的關系。從不同階段花崗巖的礦化蝕變帶及偉晶巖的發(fā)育規(guī)模來看,花崗巖的含礦性除了與初始巖漿的含礦性有關外,還主要與巖漿演化過程中經歷的氣—液分異程度有關[8]。第2階段花崗巖（圖2）、偉晶巖（似偉晶巖殼、偉晶巖脈）及巖體內礦化蝕變帶中等發(fā)育,反映其巖漿演化經歷了中等發(fā)育程度的氣—液分異,而第3階段花崗巖（圖2）、偉晶巖（似偉晶巖殼、偉晶巖脈）及巖體內礦化蝕變帶均較發(fā)育,反映其巖漿演化經歷了比較發(fā)育的氣—液分異,成礦規(guī)模往往為中大型。因此,氣—液分異規(guī)模越大,形成的巖漿熱液規(guī)模也越大,越有利于形成規(guī)模型礦床。

（3）隱伏花崗巖形態(tài)。從隱伏花崗巖的形態(tài)與成礦的關系來看,礦田東部老礦區(qū)巖體侵位在蓋層構造層（上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)碎屑—碳酸鹽巖建造）,巖體走向以SN向為主,以往總結的找礦認識是:已知的各類型工業(yè)礦床及礦化大多數(shù)分布在SN向排列的4條巖脊的第3階段花崗巖小巖瘤上（圖3、圖6）,而對于小巖瘤含礦巖體頂部內接觸帶的蝕變花崗巖型鎢錫礦,其富礦都集中在脊線和由陡變緩的一側。

經過課題組不斷實踐和總結,發(fā)現(xiàn)礦田東部老礦區(qū)在巖溝凹陷的相對突起部位,往往是第2階段花崗巖的巖瘤突起部位,同樣可以形成蝕變花崗巖型礦床,如魚菜和三個黃牛礦床,此外,在上述脊線較陡的一側發(fā)現(xiàn)同樣可以形成富礦（圖6、圖7）,而在礦田西部礦區(qū),巖體侵位在基底構造層（寒武系碎屑巖）中,巖體走向以EW向為主（圖3）。新的認識使本次找礦重點范圍得以大大拓展,由于第2階段花崗巖分布最廣,因而找礦也得以取得突破。這些新的發(fā)現(xiàn)和認識為本區(qū)今后找礦拓展了思路和空間。

圖6 魚菜礦床40號、獅子嶺礦床26號勘探線剖面[23]Fig.6 Profile of No.40 prospecting line of Yucai Deposit and No.26 prospecting line of Shiziling Deposit

圖7 水溪廟礦床D-D′剖面[23]Fig.7 D-D′profile of Shuiximiao Deposit

4 成礦過程探討

成礦過程是上述控礦條件的綜合體現(xiàn)。綜合上述成礦條件分析,礦田花崗巖體的形成與沿向斜軸發(fā)育的縱向斷裂多次開合有關,3次不同階段的花崗巖漿依次沿斷裂灌入侵位,3次熱構造事件的強度以第2階段最強、第3階段次之、第1階段最弱,由此推測第2階段隱伏巖體的比例很可能是最大的。由于每個階段的斷裂從早到晚性質基本都呈壓扭性→剪張性→張性變化,所以即使是同一階段的花崗巖漿侵位,它們的空間占位與成礦也有所區(qū)別（圖3）。

巖漿通過兩次氣—液分異演化[8],使成礦元素W、Sn、Ta、Nb在氣—液分異形成的富氣流體相即巖漿—熱液中得以富集,之后伴隨著溫度降低,富含礦質的巖漿—熱液既可以通過自交代花崗巖在巖體內接觸帶形成蝕變帶花崗巖及巖漿氣液型礦床（蝕變花崗巖型鎢錫鉭鈮礦床和內接觸帶石英脈型鎢錫礦床）,也可以在接觸帶附近及上覆圍巖裂隙中以結晶作用的形式形成偉晶巖及偉晶巖型礦床和長石石英脈型鎢錫礦床。由于第2階段花崗巖構造活動相對強烈,巖體在侵位較深的部位即發(fā)生大規(guī)模氣—液分異[8-9],蝕變花崗巖型礦床位于巖溝凹陷內相對突起部位,并往往形成多層礦床,而巖體外帶巖脈及巖脈型礦床多位于巖體上部較遠的區(qū)域,如魚菜巖體的巖脈及巖脈型礦床分布在外接觸帶130～180 m范圍內[2]。第3階段花崗巖構造活動相對較弱,巖體在侵位較淺的部位發(fā)生大規(guī)模氣—液分異[8-9],蝕變花崗巖型礦床位于巖脊的巖瘤上,而巖體外帶巖脈及巖脈型礦床多位于距離主巖體較近的上部甚至與花崗巖相連。因此,在有多期（次）侵入的復式巖體中,與成礦關系密切的應為侵入時代較晚的小巖株。據近年來鉆探工程揭露的編錄資料表明,水溪廟東南邊緣15號線以南、魚菜、三個黃牛鎢錫礦床成礦時代為第2階段,礦床規(guī)模多為中、小型,水溪廟東部15號線以北錫礦床成礦時代為第3階段,礦床規(guī)模多為大、中型。

5 結 論

通過成礦地質條件和成礦過程分析,認為栗木礦田不同礦床類型的成礦作用受到多種因素影響,除了與不同階段花崗巖的初始巖漿含礦性有關外,還與巖漿演化以及隱伏巖體形態(tài)有關,并受到巖體上覆圍巖地層巖性控制以及構造斷裂控制,因此,礦床的形成是成礦作用在上述因素綜合影響下的結果。

（1）第1階段花崗巖不含礦,主要與其初始巖漿含礦性差有關。

（2）第2階段花崗巖和第3階段花崗巖形成的礦床類型和礦床規(guī)模不盡相同,除了可能與其初始巖漿含礦性有所不同外,還與其巖漿演化過程中的氣—液分異規(guī)模以及構造活動狀態(tài)不同有關,第3階段花崗巖的氣—液分異規(guī)模更大、構造活動狀態(tài)相對平穩(wěn),形成的蝕變花崗巖型鎢錫礦床和巖體上覆圍巖陡傾鎢錫斜長石石英脈狀礦床的規(guī)模都比第2階段大,并形成第2階段花崗巖不具有的蝕變花崗巖型鉭鈮礦床和偉晶巖型礦床。

（3）第2階段花崗巖形成于該區(qū)3次熱構造事件中強度最大的第2階段,是栗木巖體的主體,雖然成礦作用不及第3階段花崗巖有利,但仍可在巖體內帶形成中型規(guī)模的蝕變花崗巖型鎢錫礦床、石英脈型鎢錫礦（如魚菜、三個黃牛、水溪廟東南礦床）,以及在外帶上覆圍巖裂隙形成長石石英脈狀鎢錫礦床（如大歧嶺、三個黃牛礦床）。由于其花崗巖規(guī)模大,因而是今后的找礦重點。

（4）礦床分布明顯受隱伏巖體形態(tài)影響,而隱伏巖體形態(tài)又受基底構造層斷裂和蓋層斷裂控制。其中第3階段含礦隱伏巖體形成的各類型工業(yè)礦床大多數(shù)分布在4條巖脊上隆起更高的小巖瘤上（圖3）。第2階段的含礦隱伏巖體形成的工業(yè)類型礦床則位于巖溝凹陷內相對突起部位。這些有利成礦的巖瘤或相對突起部位大多是SN向與NE向斷裂交匯處（礦區(qū)西側金竹源礦床則位于EW向基底斷裂與NE向斷裂的交匯處）的層間薄弱處或破碎帶。

（5）圍巖地層巖性制約了礦床類型及礦化蝕變分帶,上覆圍巖為灰?guī)r、大理巖,有利于形成巖體內帶蝕變花崗巖型鎢錫鉭鈮礦床、巖體與圍巖過渡帶的偉晶巖型礦床以及巖體外帶上覆圍巖裂隙的斜長石石英脈狀鎢錫礦床;上覆圍巖為頁巖、硅質泥巖和泥灰?guī)r,僅有利于形成巖體內帶石英脈型鎢錫礦床,不利于形成巖體內帶的蝕變花崗巖型鎢錫礦床和巖體外帶上覆圍巖裂隙的斜長石石英脈狀鎢錫礦床;上覆圍巖為砂巖,僅有利于形成蝕變花崗巖型鎢錫礦床,但不利于形成長石石英脈狀鎢錫礦床。