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赣南钨矿研究进展
(2007-11-10 01:28:20)
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分类： 矿业课堂 |
赣南钨矿研究进展
聂荣锋，王旭东
中国钨业，22（3），2007：1-5
聂荣锋，王旭东
中国钨业，22（3），2007：1-5
0前言
南岭及其周边地区在燕山运动中期发生钨的大规模成矿，形成了世界上矿化强度高、矿床密度大的钨矿汇集区。其中的赣南地区是我国钨矿资源最集中、开采历史最悠久的黑钨矿产地，在中国乃至世界钨矿资源中占有举足轻重的地位。
赣南钨矿床主要分布于湘赣粤加里东隆起带赣南后加里东隆起区以及靠近这些隆起区的海西一印支拗陷的边缘部位．矿床类型以中高温热液石英脉型黑钨矿床为主。此类钨矿床与燕山期陆壳改造型花岗岩有着密切的成因关系．成矿时代上晚于该类岩体。矿床一般产于花岗岩的内外接触带，按含钨石英脉脉幅、形态、产状等分为大脉型和细脉带型两种类型，其中不少钨矿床还伴生有锡、铌、钽、锂、铍和稀土矿化。
自上个世纪20年代燕春台、徐克勤等老一辈地质学家在赣南地区开创钨矿地质研究以来．我国学者广泛而深入地开展赣南钨矿研究工作，取得了丰硕的成果。本文着重就近年来赣南钨矿地层与成矿、成矿地质构造环境、花岗岩成矿作用、成矿流体等领域研究成果和观点进行评述。
1地层与成矿关系
关于赣南地区地层与钨成矿关系的研究侧重把地层作为矿源层的讨论上。赣南绝大多数石英脉型黑钨矿床都产于震旦一寒武系地层中或附近，寒武系浅变质岩系是最主要的赋矿围岩。因此，在最初的研究工作中，一般都认为厚度巨大、具有较高钨背景值的震旦一寒武系浅变质岩是钨“矿源层”。研究表明，在“矿源层”中钨的含量并不是均匀的，钨在不同层位中的含量有高低之分，在空间分布上也存在显著贫富差异。在赣南，钨矿密集的地区钨含量高达十万分之几，而无钨矿床产出地区，钨含量仅为百万分之二左右。有学者认为，上地幔钨的不均匀性，可能是本地区矿源层钨分布不均匀的一个原因，陆壳演化促使了矿源层的演化。随着地幔的分异作用，钨及其它亲氧元素逐渐向地壳中集中，或者通过火山作用，深部钨不断被带出，又通过外生作用，在沉积成岩过程中得到了初步富集。形成了钨矿源层。变质岩淋滤实验表明，寒武系浅变质岩经热液作用，可以使钨发生活化转移，并在一定物理化学条件下富集成矿。在漂塘、西华山钨矿附近垂直矿脉走向的赋矿地层实测地质地球化学剖面研究表明．地层中的钨是钨成矿的主要来源。也有观点认为，矿床中的钨并不是主要来源于由表生沉积作用形成的地层。其原始的赋钨物质是地壳深部的基性物质，是由这些基性物质再次熔融与分馏富集而来的，即成矿元素钨存在地幔来源的可能。
总之，地层作为矿源层与成矿关系的研究主要有上述两种观点，但后一种观点还有待于进一步的工作去验证。
2 成矿大地构造环境
矿床作为一定地质作用的产物．它的区域分布和规律与一定的区域构造条件密切相关。大规模成矿作用均与强烈的构造一岩浆热事件密不可分。构造活动在推动成矿物质的活化、迁移、分散和富集的同时，也为矿液的运移提供了通道，为矿液的聚集沉淀提供了场所。钨元素具有较强的化学稳定性和热稳定性，在地壳中的丰度又极低，即使赣南地区钨的背景值较高，要使其大量的迁移并富集成矿，也需要升高好几个数量级。显然，钨的成矿作用，必定与长时间、多期次、大规模构造运动提供的巨大能量有关。
赣南的钨矿集区所处的南岭地区经历了长期复杂的多旋回构造一岩浆活动，并在中新生代明显受到古亚洲、特提斯和环太平洋三大构造域相互作用的影响，构造一岩浆活动尤为强烈，导致中生代中晚期出现大规模的成矿作用或称之为成矿大爆发，形成了一大批世界级的钨矿床。在独特的大地构造背景下，矿集区东西、北东、北北东、北西向多组构造控矿体系并存，以东西向构造带内一系列近北东向深断裂带及其所制约的块断隆起与拗陷控制钨矿床的分布尤显突出。这些深断裂在浅部表现为由一系列平行密集的断层、构造岩带及裂隙带组成，深断裂下部的错动带为携矿岩浆和含矿高温热流体上升提供了通道，如派生的次级断裂与上述断裂沟通，则成为导岩导矿断裂，有些构成储矿、容矿构造。矿集区超大型钨矿床定位于深断裂旁侧。
传统的观点认为，本区钨矿床与碰撞环境中形成的花岗岩有关。南岭成矿带处于与太平洋板块和印度一澳大利亚板块相汇聚的活动大陆边缘。特别是全球自中生代以来，由于欧亚板块东南部受到上述板块的联合汇聚和强烈挤压碰撞作用的影响，形成了有利成矿的构造环境。基于这样的构造背景，有学者认为矿床产出于太平洋板块俯冲作用下的碰撞环境，并建立了与板块和板片挤压俯冲机制有联系的成矿模式，强调下插洋壳板块性质的变化制约着岩浆活动和成矿作用的发生，认为本区钨多金属矿床的形成是该区中生代陆内碰撞挤压、陆壳改造型花岗岩岩浆活动和基底矿源层矿质活化等深部地质作用的综合结果。
而近年来的一些观点认为．赣南钨矿床并不产生于造山期，而是产生于后造山的伸展期。特别是随着放射性同位素测年技术的快速发展和精度的提高．得出了越来越多的更为精确的矿床年龄数据，根据这些数据对成矿环境的探讨也更加深入。同时，岩石学研究的新进展也推动了对华南地区中生代大陆动力学过程的认识。有研究成果表明，华南地区在早中侏罗世经历了一次重大的构造体制转换，即由东西向的古亚洲构造转变为北东向的太平洋构造。构造应力场由挤压造山转变为拉张裂陷，地处南岭核部的赣南矿集区必然受到构造转换的影响。近年来大量研究成果大都支持这样一个结论：多期次成矿事件大多与火山一岩浆侵入活动及其变形期次相吻合，并且与伸展有关，或在裂谷中，或在拉分、弧后盆地中．或在岩浆底辟侵位引起的穹隆中。最近几年不少研究者从双峰式火山岩、基性岩脉和碱性岩着手探讨并论证中生代以来华南地块的裂解作用问题，认为华南中生代大规模成矿作用在成矿时间上与岩石圈伸展具有同步性的特点，两者是同一地球动力学演化过程的产物。
也有观点认为，华南地壳之下可能存在由于板块俯冲诱发的多期次地幔热柱活动，地幔上涌导致了热异常和地壳拉张。本区的中生代火山岩浆大爆发和大规模成矿作用与此活动有关，并列举了
地球物理上的一些证据。
3 花岗岩成矿作用
花岗质岩浆的形成和运移主导着地壳内成矿元素的扩散和富集。花岗质岩浆不仅从深部带来了大量的成矿物质，并在自身的分异演化中使其往岩体项部和边部富集，而且岩浆作用也为矿床形成提供热源，导致了成矿热液的对流循环。岩体的冷凝作用使得岩体隆起部位产生了直通围岩的裂隙系统，原聚集在岩隆部位的成矿流体开始沸腾，沿裂隙向减压方向运移，经过与围岩的水岩反应，逐渐交代和沉淀成矿。
赣南地区的石英脉型黑钨矿床与燕山期花岗岩体具有密切成因联系已成共识。从成矿年龄和成岩年龄上看，二者相近，成矿稍晚于成岩，是属同一岩浆旋回的产物。从空间上看，矿床围绕岩体分布，自岩体中心向外有较明显的矿化分带。含矿岩体一般呈小岩株或岩钟状产出，产在大岩基的边缘或隐伏岩基的顶部。含矿岩体的主要类型为黑云母花岗岩、白云母花岗岩和二长花岗岩，每一类花岗岩均伴生特有的矿床，显示出强烈的成矿专属性。
本区中生代成矿岩浆杂岩具有高硅、富铝、富钾（与Nb、Ta矿有关的岩石相对富Na)，高F／Cl和Rb／Sr值、REE高、弱Ce和强Eu负异常、“海鸥型”稀土配分模式等岩石地球化学特征，以及高180值、低eNd值等同位素特征，说明区内含钨锡花岗岩主要是富含钨锡的上地壳基底岩石经强烈混合岩化或重熔、部分熔融作用而形成的，为典型的陆壳改造型花岗岩。多旋回的花岗岩形成作用使得钨到燕山期高度富集起来。此类岩体集中形成于燕山早期第二和第三阶段(170-150Ma)，并在第三阶段导致钨的大规模成矿。
区内的成矿花岗岩都经历了充分的分异演化，成矿岩体多为同源多期多次、同源同期多次脉动侵入的杂岩体或是由多个这样的杂岩体所构成的复式岩体，它们通常由三次侵入所构成，多者可达四次以上，如西华山有四阶段六次花岗质岩浆侵入，大吉山有三次侵入活动。在分异演化过程中不相容元素和挥发组分趋向于向最晚阶段的小岩体聚集，为成矿提供了必要的条件。
我们也注意到．在赣南地区，不同的石英脉型黑钨矿床其矿化类型也有较为明显的差别。西华山以钨、锡、铍矿化为特征，大吉山表现为钨锡铌钽矿化，而漂塘则以钨锡矿化为主。而与其成矿有关的花岗岩都具有陆壳改造型特征，体现为高硅、富碱和铝过饱和等。通过对大吉山钨矿和漂塘钨矿成矿花岗岩的常量元素含量、微量元素特征对比，大吉山花岗岩比漂塘花岗岩的岩浆分异演化程度更高。由此可见，矿集区不同钨矿床矿化差异与成矿花岗岩的演化程度有一定关系。
最近研究发现，南岭地区中生代钨、锡等大规模成矿作用虽然与陆壳重熔型花岗岩类有密切的成因关系，但是二者之间所存在的明显的时间差．不仅反映了二者在物质来源和形成背景等方面的不同，而且最终可能揭示了花岗岩与矿床在形成机制上的根本性差异，即：(陆壳重熔型)花岗岩是地壳物质部分熔融一侵位的产物，而矿床则是在一定的构造动力学条件下由于热和流体的作用使岩石中分散的金属元素迁移一集中的产物。但是，这种提法目前还有争论
4 矿床成矿流体研究
地质流体在矿床形成过程中扮演着十分重要的角色，流体的形成、运移、演化和物质卸载淀积反映了整个成矿过程。
含钨石英脉的主体是石英，脉石英中的包裹体相对较大且最为发育，过去常把脉石英的包裹体研究作为了解钨矿化的重要手段。随着仪器和方法的改进．尤其是红外显微镜冷热台的应用，可以对不透明矿物中的流体包裹体进行详细的研究。南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室包裹体分室对大吉山钨矿黑钨矿和脉石英的包裹体进行对比研究．结果表明，石英与黑钨矿中包裹体的温度与盐度差别并不是太大，黑钨矿的均一温度相对集中且稍高，但在石英包裹体均一温度的范围之内；黑钨矿包裹体盐度分布较集中且稍高，石英包裹体相对分散。黑钨矿包裹体温度与盐度之间虽存在正相关关系，但线性没有石英包裹体明显；脉石英包裹体中富含气相CO2，黑钨矿中未见CO2、CH4、N2等组分。
经过对比，发现黑钨矿包裹体的温度、盐度与第二、三成矿阶段的石英包裹体的温度、盐度较为接近，而这两个阶段恰是黑钨矿主要成矿阶段。就大吉山矿床而言，黑钨矿与脉石英的流体包裹体差异揭示了黑钨矿、石英两种矿物可能具有不同晶出顺，因脉石英中流体包裹体的均一温度、盐度的范围相对于黑钨矿中的流体包裹体均一温度、盐度的范围更加广泛，笔者认为SiO2流体可能具有更加复杂的演化史。黑钨矿、脉石英是否为同期的两种不混容流体或为同期但不同源的流体晶出产物则需要进一步研究。
常海亮等在西华山绿柱石一黑钨矿石英脉的绿柱石中发现了与气液包裹体共生的熔融包裹体和熔一流体包裹体，揭示出西华山钨矿床的成矿流体可能不是单一的水溶液，而是由硅酸盐熔融体与超临界水溶液共存的岩浆一热液过渡性流体，钨锡铍成矿作用可能自岩浆一热液过渡阶段即已开始。穆治国等对西华山、漂塘钨矿石英流体包裹体稳定同位素研究结果表明，矿液主要是岩浆水，只在成矿过程末期有少量大气水的加入。张理刚利用水／岩交换过程中蚀变岩石氢氧同位素地球化学行为特征对西华山钨矿蚀变岩石氧同位素组成进行示踪剖析，也认为西华山钨矿以岩浆水热液成矿为主，大气降水的作用不大。对西华山钨矿床黑钨矿一绿柱石一石英脉侧云英岩晶洞水晶体稳定同位素地球化学演化特征研究表明，晶体核心为岩浆水晶体边部环带属大气降水，同样反映了流体早期为岩浆水晚期有少量大气水的参与。
通过对赣南矿集区多个钨矿床成矿流体温度、压力、盐度、密度、成分、同位素等特征对比分析，区内钨矿的成矿流体属于中高温低盐度中低密度的流体，富含CO2
、Na+、K+、F-、Ca2+、Cl-、SO4
2-等组分，属于NaCl一H20一CO2体系，成矿溶液呈弱酸性，在成矿演化晚阶段水含量有增加趋势，酸性则减弱。成矿流体中的钾、钠、氟、二氧化碳是重要的矿化剂,既可降低残浆的粘度，又可促使成矿元素进一步富集，这些组分常在流体中共存并形成稳定的络合物，在钨的迁移中发挥重要的作用。萤石是钨矿床中常见氟矿物,在钨矿石矿物包裹体成分中存在大量的氟离子，钨氟络合物可能是钨元素在流体中一种重要的运移形式；在一些钨矿床发育的黑钨矿碳酸盐脉，亦有可能与成矿作用末期CO2不断的逸散有关。
5赣南钨矿床成因讨论
5．1成矿物质来源
以往研究多认为赣南钨矿成矿物质为壳源，厚度巨大、具有高钨背景值的震旦一寒武系浅变质岩系为钨矿源层。随着对深部流体、深部构造研究的日渐深入，尤其近年来的研究表明．赣南多期次成矿事件与中生代岩石圈伸展关系密切。相应的观点认为，钨可能直接来源于地幔．多期次地幔柱活动或地幔上涌导致岩石圈伸展并最终大规模成矿：或者随着地幔的分异作用，钨及其亲氧元素逐渐向地壳富集，或是通过火山作用，深部的钨被带出，又通过外生作用,多旋回的花岗岩形成作用使得钨在燕山期高度富集起来。地幔流体在成矿作用中多大程度的参与及以何种形式参与，则需要更加深入研究。
5．2成矿动力
赣南独特的大地构造环境,经历多期次强烈的造山运动和多旋回的花岗岩浆活动,这是成矿事件
发生的重要动力条件。多期次多旋回构造一岩浆热事件有利于发育较厚较成熟的地壳并使地壳中原始分散状态的钨不断活化富集,又有可能在岩浆活动同时从深部带来成矿物质，同样重要的是，多期次多旋回多岩浆侵入体作为巨大热能库，导致热水溶液对流循环，从围岩中萃取矿化元素进而运移，在岩体热液循环体系边部富集卸载成矿。
5．3成矿就位构造
赣南矿集区钨矿床多就位于北东向深大断裂和近东西向构造的交汇部位。深大断裂是岩浆及高温气液含矿流体上涌的主要通道，浅层次的断裂构造体系及褶皱构造的低应力部位是有利的成矿物质汇集部位，矿床类型在很大程度上取决于容矿围岩性质、产状及构造特征，当围岩是富含钙质岩层时形成矽卡岩型白钨矿床．在厚大变质砂岩层则形成石英脉型黑钨矿床。
5．4成矿流体特征
赣南钨矿床中广泛发育各种类型的原生、次生的流体包裹体、熔体包裹体、熔一流体包裹体，其中以流体包裹体最为常见。原生流体包裹体分为两相水溶液包裹体及含液相二氧化碳的三相包裹体以及含子矿物的三相包裹体．其中绝大多数为两相水溶液包裹体。不同岩体、不同成矿阶段钨矿体的包裹体。研究表明，由成矿花岗岩体到含黑钨矿石英脉，由黑钨矿化的早阶段到晚阶段，包裹体的温度、盐度、气相百分数及阴阳离子含量依次降低，酸性逐渐减弱。这些参数与包裹体成分变化常表现出垂直分带现象，反映了成岩与成矿的成因关系、成矿过程从早期到晚期流体的演化规律。包裹体成分、氢氧同位素等特征揭示，成矿流体或者成矿流体中的水主要来源于岩浆热液，在成矿后期有大气水混入，成矿流体为NaC1一H20一CO
体系；成矿流体中富含钾、钠、氟、二氧化碳等碱质和挥发组分，使其具有很大的搬运能力。促使成矿元素在碱交代过程中从深部向上活化转移并在上部淀积成矿。矿化剂及成矿元素含量随着岩浆及成矿作用演化越晚越高．钨矿化与晚阶段岩体有关。对于成矿杂岩体来说，晚阶段岩体是直接的成矿母岩。
地球物理上的一些证据。
发生的重要动力条件。多期次多旋回构造一岩浆热事件有利于发育较厚较成熟的地壳并使地壳中原始分散状态的钨不断活化富集,又有可能在岩浆活动同时从深部带来成矿物质，同样重要的是，多期次多旋回多岩浆侵入体作为巨大热能库，导致热水溶液对流循环，从围岩中萃取矿化元素进而运移，在岩体热液循环体系边部富集卸载成矿。
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