玛瑙山云英岩型钨锡多金属矿床地质特征及找矿方向

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  摘要:玛瑙山云英型钨锡多金属矿是近年在该矿区发现的新矿床类型,主要成因是岩浆热液的多次交代作用,矿体主要产于区内燕山早期花岗岩体顶部及与围岩接触有利部位。本文从分析区域地质特征、矿床地质特征着手,探讨云英岩化与钨、锡矿化之间的关系,分析云英岩型钨锡矿床成矿机理和条件,提出该区寻找云英岩型钨钼多金属矿找矿方向,为下一步找矿提供指导。
  关键词:郴州;玛瑙山;云英岩;钨锡;地质特征;找矿方向
  前言
  玛瑙山矿位于湖南省郴州市东南方向直线距离14公里处,地理坐标为东经113°06′36″-113°09′00″,北纬25°43′37″-25°44′46″。矿山始建于1965年,主要以露采方式开采铁、锰矿,同时回收利用锡、铋等有用组分[1]。矿山经过几十年开采,探明的铁锰露采资源枯竭,矿山由露采转入坑采,但由于坑采成本太高,矿山难以为继,亟需探找新的资源延续矿山生命。近年来通过对矿山已有地质资料的综合研究和整理,结合坑道揭露的岩体与围岩接触部位,发现该区云英岩比较发育,具有寻找云英型钨锡多金属矿潜力。为此,矿山于2012年投入资金,委托地勘单位对矿山进行重新评价,找矿评价的重点放在了云英岩型钨锡矿。经过两年多的勘探,施工钻孔92个,累计进尺2万余米,调查和编录坑道13000多米,采集样品近5000个,发现云英型钨锡矿体42个,最终提交了一个中型钨锡矿床。
  本文从玛瑙山矿区区域地质背景、矿床地质特征、成矿条件和找矿标志等方面进行了一些分析,以期对矿区下一步找矿提供可借鉴的资料和认识。
  1 区域地质背景
  本区在构造位置上处于郴资复式背斜和五盖山复式背斜间的东坡—月枚复式向斜北段昂起部位(见图1:东坡矿田地质图),区域内地层褶皱、断裂活动、岩浆侵入、成矿作用等均甚为频繁[2]。
  1.1 地层
  矿区出露的地層主要有泥盆系中统跳马涧组(D2t)、棋梓桥组(D2q)、上统佘田桥组(D3s)和锡矿山组(D3x)。
  泥盆系中统跳马涧组(D2t):主要分布于矿区北西侧。底部为紫色、灰白色泥盆系中统棋梓桥组(D2q):主要分布在矿区中部和南部,按其岩性分为上、含砾砂岩及砾岩层,上部主要为厚层状灰白色石英砂岩,顶部夹黄绿色、黄色薄层状细—粉砂岩和黄绿色粉砂质页岩。
  中、下三个岩性段。下段(D2q1):为灰色中—厚层状白云岩;中段(D2q2):为浅灰
  —深灰色厚层夹中厚层含白云质灰岩;上段(D2q3):为灰白色微带蔷薇红色含白云质灰岩,局部见薄层泥质灰岩。
  泥盆系上统锡矿山组(D3x):主要由厚层块状含燧石结核灰岩、厚层灰岩、癞痢状(蠕虫状)灰岩、含白云质灰岩等组成。
  根据矿区物化探地质成果(见表1),矿区及周边地区泥盆系地层中W、Sn、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn等成矿元素的丰度值均高于地壳平均丰度,特别是跳马涧组砂岩中的W、Sn、Mo、Bi丰度值均高于地壳丰度值的三倍以上,泥盆系碳酸盐岩中的Cu、Pb、Zn丰度也明显高于地壳。根据以往地质研究成果[3],本区跳马涧组地层和泥盆系碳酸盐岩分别是本区W、Sn、Mo、Bi矿和Pb、Zn矿的主要成矿物质来源。
  1.2 构造
  东坡矿区内的一级褶皱构造为东坡--月枚复式向斜,二级褶皱为偷营山背斜,玛瑙山矿区分布在偷营山背斜西翼;区内主干断层为北东向玛瑙山压扭性断层、镰刀湾压扭性断层,受多期次岩浆活动影响,区内断层大都被花岗岩脉所充填。
  1.3岩浆岩
  千里山岩体主要为燕山期花岗岩,为千里山地区最强烈的一次岩浆活动,可分为燕山早期及燕山晚期两个侵入期五次主体岩浆期,燕山期岩浆活动与千里山地区各种金属矿产联系密切[1]。本矿区岩体属千里山岩体中的一部分,根据本区岩体岩性特征及产状特点分析,本矿区主岩体主要形成于燕山早期前二次四个阶段和第三次侵入期(见表2),其侵入年龄值为188—155百万年[4],侵位在中、上泥盆统,为深部岩基的高侵位部分,具明显同源间歇性多次活动的特征,属燕山早期多次侵入的复式岩株,且每次侵入均衍生有各类岩脉和各具特点、强度不一的热液蚀变及矿化作用。
  以往地质成果[5]表明,千里山岩体中W、Mo、Sn、Bi等成矿元素丰度分别为W 12.3~21.8×10-6,Mo 14.3~23.0×10-6,Sn 41.5~959.6×10-6,Bi 30~81.0×10-6,均高于维氏值十倍以上,且高于岩体外接触带(气热变质带),而岩体外接触带中成矿元素含量又高于围岩地层平均值。从花岗岩体到气热变质带再到围岩地层中成矿元素含量的梯次变化以及岩体高丰度元素组合与矿床有用组分的一致性表明玛瑙山钨锡多金属矿床成矿母岩为千里山花岗岩体。
  1.4蚀变
  由于矿区内岩浆岩分布较广,易受热变质作用的泥盆系中、上统灰岩分布范围较大,岩浆期后热液活动频繁,灰岩地层受热力及交代作用产生蚀变和叠加蚀变,产生较多类型的蚀变,主要有:大理岩化、矽卡岩化、云英岩化、钾长石化、斜长石、萤石化、电气石化、绿泥石化及浅色云母化、硅化等。其中,云英岩化、钾长石化、斜长石化与云英岩型钨、锡、钼矿床关系密切。从平面上看,矿区蚀变呈不完整环带状分布,即围绕千里山花岗岩体由接触带向外分别为云英岩→矽卡岩→矽卡岩化大理岩→大理岩→大理岩化灰岩。
  2 矿区云英岩型钨锡多金属矿床地质特征
  2.1 矿区云英岩分布及分类
  通过综合研究和系统勘查发现,矿区云英岩比较发育,分布范围较广,在平面上呈面状或带状分布。
  根据云英岩中石英、白云母、黄玉、黑鳞云母等主要矿物含量的不同,矿区内云英岩可分为黄玉石英云英岩、富石英云英岩、云母石英云英岩、萤石云母云英岩。其中,黄玉石英云英岩、萤石云母云英岩中与钨锡矿床关系最为密切。   黄玉石英云英岩:岩石中含石英50%以上,黄玉20—35%,其余依次为白云母、绢云母、萤石、黑鳞云母、电气石等,石英呈不规则粒状,粒径0.1—1.0mm,具波状消光,气液包裹体多,受放射性黄玉交代,岩石具不等粒结构,块状构造及条带状构造。该类云英岩中富含钨、锡,为云英岩型钨锡多金属矿床的主要矿石类型。
  萤石云母云英岩:岩石成分以白云母和绢云母为主,含量达60%左右,萤石含量35%左右,石英仅5%左右。具显微花岗鳞片变晶结构及浸染状结构,块状构造。该类云英岩中锡矿化较强,局部含量达1-2%,并有钨、钼、铋共生富集,经常形成锡钨多金属矿体。
  2.2 云英岩型钨锡矿分类及产出特征
  根据目前矿区圈出的钨锡多金属矿体情况和矿体中钨锡含量的不同,矿区云英岩型钨锡矿可分为云英岩型钨矿、云英岩型钨锡矿和云英型锡矿等几个类型,其中主要矿体有4个,均产于燕山早期第二次第三阶段中细粒黑云母花岗岩侵入岩体顶部隆起部位(内接触带)的黄玉石英云英岩中,其产出形态和规模主要受岩体形态和接触带产状控制,矿体产出标高一般在510m~640m,矿体形态在横剖面和纵剖面均呈层状、似层状、透镜状产出(图2),
  4个主要矿体控制长度314-1200m,延伸300-552m,平均厚度3.81-5.83m,矿体中WO3平均品位0.079-0.182%,Sn平均品位0.263-0.312%。
  2.3 云英岩型钨锡多金属矿矿石物质组分
  云英岩型钨锡矿石中的矿物成分较为简单。矿石矿物主要为锡石、黑钨矿、磁黄铁矿、黄铜矿,次为辉钼矿、毒砂、自然铋、辉铋矿、白钨矿、黝锡矿等;脉石矿物主要为石英、钾长石、斜长石、黄玉、绢云母、白云母,次为绿泥石、锆石、黑云母、绿帘石等。
  化学物相分析结果表明,矿区云英岩型钨锡矿石中钨主要以黑钨矿的形态赋存,其次以白钨矿的形态赋存,超过96%的锡以锡石状态赋存。
  3 礦区云英岩型钨锡多金属矿床成矿条件初探
  根据矿区云英岩型钨锡矿地质特征分析,矿区云英岩型钨锡多金属矿的形成主要与云英岩的发育程度和成矿物质来源相关。
  3.1云英岩的发育程度
  研究结果[5]表明矿区内云英岩发育程度与花岗岩的期次、形成温度、产出位置相关,云英岩的发育程度与矿体的富集程度呈正相关关系,云英岩越发育,矿化越强烈。
  3.1.1云英岩与花岗岩期次的关系
  现有勘查成果资料表明,千里山岩体周边云英岩型钨锡多金属矿体,多产于区内第二次第二阶段和第三次花岗岩侵入体顶部和边缘与围岩接触部位。这二个阶段的花岗岩侵入体具有明显的分带性,为种分带性体现为:岩体边缘相岩石自内向外蚀变类型依次为:钾长石化→钠长石化→云英岩化,反映该岩体边缘相岩石经历了岩浆期后多次热液叠加作用,这种热液叠加作用为形成厚大的云英岩化带提供了有利条件,往往在岩体隆起部位或小岩珠的顶部产生强烈的云英岩化,从而形成厚大的云英岩带。
  经受不同热液叠加作用的蚀变花岗岩的化学组分及含量均不同(见表4)。
  上表可以看出,钾化阶段的岩石中K2O+ Na2O为8.54%,K2O/ Na2O=1.92,属于碱性岩石[6];钠化花岗岩岩中,SiO2含量略有增加,K2O+ Na2O为8.50%,与钾化花岗岩相近,但K2O/Na2O=0.94,Na+含量明显大于K+;云英岩化花岗岩中,SiO2含量明显增加,K2O+ Na2O仅为1.77%,K+、Na+明显减少,岩石酸性组分明显增加。随着热液蚀变的叠加,花岗岩中的长石被钠长石化、黑云母被的白云母化,黑云母中的W、Sn元素被活化转移并在云英岩化带内富集形成钨锡矿体。
  3.1.2云英岩的形成温度
  1986年,地质勘查单位对毗邻的柿竹园矿区的云英岩形成温度进行了较为系统地研究,采用莱慈1350型热台测定了15个云英岩样品中131个流体包裹体的均一温度。测定结果表明,云英岩形成于高挥发分、高盐度的气化高温热液阶段,形成的温度区间为210—489℃。一般情况下,横向上岩体自内向外、垂向上自深向浅云英岩形成温度由高变低。而云英岩形成的温度区间正好与黑钨矿(195—250℃)、白钨矿(180—270℃)和锡石(230—270℃)的形成温度基本一致。在云英岩形成后期,随着温度的降低,热液中的W、Sn元素在挥发分的作用下逸出结晶,形成黑钨矿、白钨矿和锡石,并在云英岩化带中富集成钨锡多金属矿体。
  3.3.3云英岩产出位置
  综合毗邻的柿竹园矿区、野鸡尾矿区、玛瑙山矿区勘查成果,矿区内云英岩产出具有如下特征:
  1)产出于燕山早期第二、第三次侵入花岗岩体顶部前缘部位。
  2)产出于岩体膨大及分支复合部位。
  3)产出于岩体与围岩接触带的花岗岩中。
  3.2成矿物质来源
  矿区钨锡矿的成矿物质来源于花岗岩岩浆及围岩,主要来源于花岗岩岩浆。
  千里山花岗岩岩浆含有丰富的W、Mo、Sn、Bi等成矿元素,其丰度高于维氏值十倍以上,其中Sn在第二次第二阶段侵入体及第三次侵入体中含量高出维氏值数十倍甚至数百倍;另外现有勘查成果表明,云英岩型钨锡多金属矿体在空间分布上往往赋存于岩体顶部及边缘。这些均表明:云英岩型钨锡多金属矿成矿物质来源于千里山花岗岩岩浆,云英岩型钨锡多金属矿床的形成与千里山花岗岩密切关联。
  通过单矿物分析中发现,千里山花岗岩中的锡主要赋存于花岗岩的黑云母中,占花岗岩总锡的54.17-68.72%。在岩浆结晶过程中,锡通过交代黑云母中的铁、镁进入晶格中;在岩浆期后气水热液叠加过程中,岩石中的黑云母被白云母化,在白云母化过程中,黑云母晶格中的Sn4+又被活化转移进入到热液中,形成稳定的Na2[Sn(OH、F)6]络合物;随着钠长石化的不断演化,Na+浓度在热液中不断降低,Na2[Sn(OH、F)6]变得不稳定,并通过高温水解形成锡石和游离子HF。即:Na2[Sn(OH、F)6]→SnO2↓+2 NaF+2HF。   另外,由于在高温、高压环境下,Na2[Sn(OH、F)6]络合物呈稳定状态,因此高温高压状态下的岩浆分异出的气水热液中含锡较高。含锡较高的气水热液中虽Si、Al为主要组分,但热液中的F、B等对Si、Al具有较强的亲和力,故而高温高压状态下的气水热液可以保持Na2[Sn(OH、F)6]络合物的稳定迁移。但当高温高压状态下的气水热液上升或迁移至花岗岩岩浆顶部或边缘,气水热液的温度和压力随着下降,Na2[Sn(OH、F)6]络合物变得不稳定并水解析出锡石及石英、长石、萤石、黄玉和电气石等共生矿物。在云英岩化阶段,花岗岩中的黑云母晶格中的锡被活化,同时,围岩中的大气水温度升高,围岩中的钨、锡元素也被活化并运移至云英岩化岩石中,与岩浆气水热液混合,使气水热液中锡的含量进一步增加,随着气水热液温度、压力的下降,锡在水解作用下结晶,从而在云英岩中进一步富集形成锡多金属矿体。
  综上所述,云英岩型钨锡多金属矿床在成因上与花岗岩关系密切,矿石中的W、Sn元素主要来源于花岗岩岩浆,当岩浆侵入后,由于压力、温度降低,熔融岩浆开始冷却,岩浆结晶分异作用进行,一方面造岩矿物在碱性环境下结晶形成花岗岩;另一方面,被岩浆主要成岩元素所饱和的高盐度成矿流体从岩浆中析出。由于流体析出开始时处于碱性环境,氧逸度较高,温度在400-600℃之间,因此含有大量钨、锡等成矿元素的挥发分得以进入该流体中。饱含钨、锡等成矿元素的挥发分的流体由岩浆自内向外、自下向上运移至接触带及岩浆顶部,对接触带已固结的花岗岩进行酸性淋滤,使已结晶的花岗岩造岩矿物分解,赋存在花岗岩造岩矿物中的成矿元素(如黑云母中的锡)被活化进入流体,使花岗岩产生强烈的云英岩化。在云英岩化的过程中,围岩中的大气水温度升高,地层中的钨、锡元素被活化运移至接触带中与岩浆气水混合,使气化热液中的锡含量增加,随着温度、压力及流体中PH值的改变,流体中的钨、锡元素结晶沉淀。
  伴随岩浆的多期次侵入,上部花岗岩和接触带多次经受气化热液蚀变作用,岩石云英岩化进一步加剧,成矿元素多次叠加富集,从而形成具有工业意义的云英岩型钨、锡多金属矿体(见图3云英岩型钨锡多金属矿成矿模式图解)。
  4 矿区云英岩型钨锡多金属矿找矿思路
  根据云英岩型钨锡多金属矿地质特征、成矿条件,在玛瑙山矿区寻找云英岩型钨锡多金属矿可以从以下方面著手:
  4.1寻找隐伏花岗岩岩体
  花岗岩体是云英岩型钨锡矿的主要成矿物质来源,且云英岩型钨锡矿主要赋存于花岗岩与围岩接触带,因此要在区内找到云英岩型钨锡矿,首先应找到花岗岩岩体,再从岩体空间分布特征去寻找钨锡矿体。可以采用大比例尺地面物化探测量,圈出矿区内物化探异常,对比区内花岗岩物化探异常特征,圈出区内寻找隐伏花岗岩岩体有利地段,特别是岩枝、岩珠等小岩体等矿化有利地段。
  4.2研究矿区内花岗岩侵入时代
  云英岩型锡多金属矿床与千里山第二次第二阶段、第三次侵入岩体关系密切,因此,在矿区内寻找云英岩型钨锡多金属矿首先需从研究岩体侵入时代、期次入手,根据侵入体岩性特征、矿物组合、微量元素特征及含量,比对花岗岩的侵入时代,并且根据岩石岩性特征、造岩矿物、副矿物组合特征及岩石中的微量元素含量、包裹体特征等划分花岗岩的侵入期次,为寻找云英岩型锡多金属矿床提供靶区。
  4.3寻找岩体与围岩接触的有利部位
  开展1:2000地质测量,配合必要的工程揭露,了解岩体埋藏深度、侵入方向、规模大小、接触带产状以及云英岩化强度、矿化强度及其类型等,查明围岩岩石类型、产状特征及蚀变程度等,从而寻找到云英岩型钨锡多金属矿成矿有利部位。
  参考文献:
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  作者简介:
  何战胜(1969年-),男,1989年毕业于长春地质学院地质与勘探专业,从事地质工作近30年。
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