湖南新田岭钨矿床白钨矿矿物学特征及其地质意义.pdf
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1、第 38 卷第 6 期 Vol.38,No.62023 年 12 月 China Tungsten Industry Dec.2023 收稿日期:20231129 作者简介:王 超(1983),男,湖南衡阳人,工程师,主要从事矿产勘查工作及地质技术管理工作。DOI:10.3969/j.issn.1009-0622.2023.06.001 湖南新田岭钨矿床白钨矿矿物学特征及其地质意义 王 超,李志敏(湖南有色新田岭钨业有限公司,湖南 郴州 423025)摘 要:新田岭钨矿床地处南岭钨锡成矿带,为接触交代作用形成的超大型夕卡岩型白钨矿床。目前,针对矿体的具体形成阶段以及矿化类型仍存在一定的争议。本
2、研究在野外和矿相学研究基础上,选取新田岭钨矿床中不同类型的代表性白钨矿颗粒,开展微区原位微量元素定量分析,通过矿相学和地球化学特征探讨研究区内白钨矿的成因。研究表明,矿床经历了早期夕卡岩阶段、晚期夕卡岩阶段、氧化物阶段、早期硫化物阶段和晚期硫化物阶段的完整成矿阶段,退变质作用显著。成矿夕卡岩经历了氧逸度升高然后降低的过程,成矿流体中的 Mo 元素因为被 REE 元素占据了晶格空位而无法进入白钨矿中,进一步指示夕卡岩在变质作用中发生了显著的退变质成矿。未来的找矿勘查应更多聚焦于退变质作用显著部位,退变质矿物(如绿帘石、阳起石等)可以作为在深边部寻找隐伏白钨矿体的找矿标志。关键词:夕卡岩;白钨矿;
3、微量元素;新田岭;南岭钨锡成矿带 中图分类号:P618.67 文献标识码:A 新田岭钨矿床地处南岭钨锡成矿带中段,属典型矿石矿物以白钨矿为主的夕卡岩型钨矿床,锡矿化作用在区域内不显著。矿床已探明矿石量达8 000余万 t 0.36%WO3,是中国重要的超大型钨矿床之一。迄今针对新田岭钨矿床的研究,多聚焦于夕卡岩型白钨矿的成岩成矿时代等方面。新田岭钨矿床夕 卡 岩 中 辉 钼 矿 的Re-Os等 时 线 年 龄 为161.8 Ma1。新田岭钨矿床目前控制深度较浅,深部、边部具有巨大的找矿潜力,先前的研究暂无聚焦白钨矿开展的精细矿物学解剖工作,对成矿作用的深入理解有限。白钨矿是一种含钙的钨酸盐矿物
4、,通常发育在夕卡岩型-石英脉型-斑岩型钨矿床中,也常见于造山型金矿。由于其富含微量元素和稀土元素,可以有效应用于矿床地球化学示踪,从而为钨矿的形成过程提供有价值的指纹信息2-4。本文通过选取新田岭钨矿床中具有代表性白钨矿颗粒,在矿相学研究的基础上,运用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)对白钨矿开展微量元素定量分析,据此探讨研究区内白钨矿的成因,为钨矿形成过程中的流体组成、性质、演化、运移等提供有价值的参考信息,以期为下一步找矿勘查提供有益的帮助。1 矿区地质背景 新田岭钨矿床位于湖南省郴州市境内,地处南岭山系中段骑田岭北东侧中部的低山-丘陵地带。大地构造位置上,新田岭钨矿床地
5、处钦杭构造带南部在湖南境内的湘桂带,研究区附近还出露有骑田岭、千里山以及王仙岭 3 处主要花岗岩岩体(图 1)。新田岭钨矿床花岗岩岩体以浅埋为主,部分地区有少量岩脉露出地表。构造位置上,岩体地处湘南地区最主要的深大断裂茶陵-郴州-临武断裂带与钦杭构造带相结合的部位上。该断裂类型属于超壳断裂带,也因为地处构造活动高发区,湘南地区也发育了一系列 A 型花岗岩2-3。1.1 区域地层 研究区内的地层主要属于石炭系,零散分布有一些第四系的洪积-冲积-残坡积层(图 2)。石炭系地层可以细分为下统的岩关阶和大塘阶,以及中上统的壶天群3。岩关阶的下段主要由白云质灰岩构成,而上段则由砂岩和页岩构成;大塘阶的下
6、段 2 第 38 卷 图 1 南岭成矿带大地构造及研究区构造位置简图 Fig.1 Simplified tectonic map of the Nanling metallogenic belt showing the location of the study area 属于石磴子组,以灰岩、含燧石结核灰岩以及泥质灰岩为主要组成。大塘阶上段地层序列为测水组的砂页岩夹灰岩透镜体,其上覆的梓门桥组则多为白云岩;壶天群主要由白云质灰岩组成。石炭系下统大塘阶石磴子组多与花岗岩体呈侵入接触,部分呈捕虏体产于花岗岩之中或残留花岗岩体之上形成顶垂体。不纯灰岩与花岗岩接触形成含矿/矿化夕卡岩和众多钨矿体(图
7、 3),是本区主要的赋矿层位。1.2 区域构造 矿区位于挂板山复式背斜的东翼,发育南北向、北北东向、北东向、东西向构造,成矿与南北向复式背斜有关,轴面走向为近南北向,两翼地层分别向东西方向倾斜,倾角约 30。南北向的断裂构造最为显著,形成时间较早4。之后是东西向、北北东向和北东向的断裂构造,后者形成时间较晚,规模较小,且都形成在白钨矿矿化作用发生之前,为之后的岩浆侵入过程以及含矿热液运移提供通道4。1.3 区域岩浆岩 前人在矿区开展了一系列的侵入岩研究并且根据岩性的不同将新田岭岩体划分为主体、补体与脉岩三个期次4。花岗岩主体部分从中心部位到边缘部位存在渐变的细粒化现象,根据其颗粒大小,自边部向
8、中心可以划分为细粒黑云母花岗岩、中(中细)粒黑云母(二长)花岗岩、粗粒黑云母花岗岩3 种,其中边部花岗岩的锆石 U-Pb 定年结果显示为165.03.1 Ma、中部为 164.00.6 Ma。此外,岩体中还存在有巨斑细粒黑云母花岗岩,这一类型花岗岩主要作为补体存在,穿插赋存在早期侵入的主岩体中。主要分布的脉岩有细晶岩、石英斑岩和花岗斑岩 3 种。其中,前人对花岗斑岩的年代学研究显示其年龄为 147.50.5 Ma5。花岗斑岩呈岩墙产出,长100520 m,宽 1530 m,走向为北东向-北东东向,倾向北西-北北西向。岩体主体部分的细粒黑云母花岗岩被细晶岩与石英斑岩所穿切,其中细晶岩的宽度从数厘
9、米到数米不等。研究区内的中(中细)粒黑云母(二长)花岗岩(图 3(b)主要分布在新田岭钨矿床南部地区,西部也有部分出露。岩体的顶部呈现波状起伏,总体趋势可以观测到明显的北东向倾斜,在一些区域可以看到岩体以不同形态发育出现,和研究区地 第 6 期 王 超,等:湖南新田岭钨矿床白钨矿矿物学特征及其地质意义 3 图 2 新田岭钨矿床地质图、13 号线勘探线剖面图及采样位置分布 Fig.2 Geological map of Xintianling tungsten deposit,profile map of exploration line 13,and distribution of sampl
10、ing locations 层形成了明显的穿切关系。岩体的倾伏状产出特征在地表以下形成了一个隆起,位于矿区的中部(复背斜核部),而岩体顶部的凹陷区域则是在地层的向斜构造影响下所形成的,矿区内大型钨矿体的赋存位置与这些凹陷通常表现出较强的关联性。1.4 矿体分带特征 新田岭钨矿床周缘地区发育多个大型-超大型钨锡矿床,如柿竹园钨矿床、黄沙坪钨锡多金属矿床等,是中国最重要的钨锡矿产基地(图 1)。新田岭钨矿床内主要矿体规模大(如 II11矿体),矿 4 第 38 卷 (a)石蹬子组不纯灰岩;(b)中(中细)粒黑云母花岗岩(成矿母岩);(c)矿带内早期干夕卡岩;(d)矿带内晚期湿夕卡岩(主要白钨矿体)
11、图 3 新田岭钨矿床成矿花岗岩、灰岩及夕卡岩井下特征 Fig.3 Petrographic features of the ore-genesis granite,limestone,and skarn in the adits of the Xintianling tungsten deposit 体厚度变化较大,矿体常具有多分枝和夹石层现象。因花岗岩与地层的接触界面是最重要的控矿构造,而接触面又受近南北走向的复式背斜褶皱控制,矿体倾向东或西,总体产状平缓,倾角多在 1040之间;埋深多在 100300 m 之间。新田岭钨矿区内矿体主要赋存在岩体接触带附近的夕卡岩中,受岩体接触带及围岩的岩性
12、控制。根据矿体的产出部位,将区内赋存部位划分成 3 个矿带,即外接触带(矿带),正接触带(矿带),花岗岩体内顶垂体或捕虏体(矿带)。其中矿带资源储量占总量的 70.91%,主要赋存位置处于主岩体的顶部接触带,是矿体的主要赋存部位,其次为产于岩枝(舌)顶、底部接触带上的小型矿体。2 样品与分析方法 本次研究共在新田岭钨矿床各中段(340、415、445、480 中段)选取了 7 个代表性夕卡岩白钨矿体样品(表1),对其中的78个白钨矿颗粒开展了LA-ICPMS原位微量元素定量分析,采样位置详见图 2。白钨矿单矿物颗粒的挑选、制靶、阴极发光(CL)及背散射成像(BSE)在北京锆年领航科技有限公司完
13、成。白钨矿 LA-ICPMS 原位元素定量分析在中南大学有色金属成矿预测与地质环境检测教育部重点实验室开展。采用配备了 Teledyne Photomachine 表 1 新田岭白钨矿床白钨矿样品信息统计表 Tab.1 Summary of scheelite samples from the Xintianling tungsten deposit 序号样品编号采样位置 样品类型 白钨矿微量元素分析点位数1340ZD03340 中段主巷道 干夕卡岩 10 2340ZD06340 中段工作面 石英脉 11 3415ZD02415 中段主巷道 湿夕卡岩 10 4415ZD03415 中段支巷道
14、湿夕卡岩 10 5445ZD03445 中段支巷道 湿夕卡岩 12 6445ZD04445 中段工作面 干夕卡岩 10 7480ZD02480 中段支巷道 干夕卡岩 15 合计/78 ArF 193 nm HE 激光的 Jena Analytik Plasma Quant MS Elite ICP-MS 完成分析。仪器工作条件为 6 Hz 激光频率,33 m 束斑直径,40 s 剥蚀时间。分析采用标样为玻璃标准物质 NIST610。原始数据处理采用 ICPMSDataCal 软件完成,大部分元素分析误差小于 5%6。3 分析结果 野外研究过程中在井下不同位置分别观测到石英脉型与夕卡岩型两种类型
15、白钨矿,其中夕卡岩型白钨矿又划分为干夕卡岩型和湿夕卡岩型。针对研究区内采集到的石英脉型白钨矿样品以及夕卡岩型白钨矿样品,分别取样磨制薄片并对其镜下白钨矿第 6 期 王 超,等:湖南新田岭钨矿床白钨矿矿物学特征及其地质意义 5 颗粒形态特征进行分析。如图 4 所示,研究区内石英脉型白钨矿晶体颗粒粒径约为 1 0002 000 m,颗粒自形程度较高,白钨矿与石英边界清晰,未出现明显的交代现象,集中分布在石英脉中。后者白钨矿颗粒粒径约在 500 m 左右,略小于石英脉型,自形程度较低,与其他矿物的边界较为模糊,颗粒内部通常存在破裂。夕卡岩型作为研究区内白钨矿的主要赋存类型,在矿区内广泛分布。(a)、
16、(b)、(c)、(d)石英脉型白钨矿颗粒;(e)、(f)、(g)、(h)夕卡岩型白钨矿颗粒 图 4 新田岭钨矿床石英脉型白钨矿与夕卡岩型白钨矿颗粒镜下特征 Fig.4 Microscopic characteristics of quartz vein type scheelite and skarn type scheelite crystals in the Xintianling tungsten deposit 新田岭钨矿床白钨矿阴极发光(CL)、背散射(BSE)和透射光显微图像如图 5 所示。根据图像显示,矿物颗粒为自形-半自形八面体和四方双锥且以八面体为主。对所采集样品的白钨矿颗粒
17、进行微量元素分析,分析结果见表 2。结果表明新田岭白钨矿中 Mo 含量介于 0.90610615.7106之间,Nb 含量为 23.810641.6106之间;Sr 含量为0.2341060.396106之间。新田岭钨矿床白钨矿样品 Nb+Ta 与 REE+Y-Eu 变化图解见图 6,稀土元素配分曲线见图 7,其中稀土总量(REE+Y)介于5.761069.78106之间,LREE/HREE 为 1.0711.089 之间,Eu 异常变化范围较小,负异常不明显。4 讨 论 前人在对新田岭钨矿床的白钨矿成矿阶段研究中曾提出过不同的认识。例如蔡明海等7根据矿物脉穿插、矿物共生组合及相互包裹关系等,
18、认为新田岭白钨矿床的夕卡岩型白钨矿成矿作用可分为 5个成矿阶段:干夕卡岩阶段、湿夕卡岩阶段、白钨矿阶段、硫化物阶段、碳酸盐阶段。章荣清等8将新田岭钨矿床夕卡岩成矿作用根据穿插关系和野外观察的形成序列分为 4 个阶段,具体为:进变质夕卡岩阶段、早期退变质夕卡岩阶段、晚期退变质夕卡岩阶段、硫化物阶段。为了更加清楚地确定研究区内白钨矿的主要成矿阶段,本研究对野外及室内岩相-矿相进行了更加细致的研究,分析表明矿区内分布较广的夕卡岩主要为早期粗粒(巨)斑状黑云母花岗与石磴子组灰岩层的接触变质作用所形成,发育大量的石榴子石与透辉石,即停留在早期的石榴子石-透辉石干夕卡岩阶段,白钨矿矿化作用较弱,形成大规模
19、但低品位的夕卡岩型白钨矿体。而中后期的中(中细)粒黑云母花岗岩侵入时与石蹬子组灰岩地层之间发生接触变质作用所形成的夕卡岩,白钨矿矿化作用强烈,形成了区内主要的工业白钨矿体。本研究根据矿物组合和成矿现象对新田岭钨矿床主要成矿期白钨矿夕卡岩进行成矿阶段的重新划分:早期夕卡岩阶段(干夕卡岩阶段),形成一定量的白钨矿;晚期夕卡岩阶段(湿夕卡岩阶段),形成一定量白钨矿;氧化物阶段形成少量白钨矿;早期硫化物阶段形成石英、萤石、黄铜矿、黄铁矿(铁铜硫化物阶段);晚期硫化物阶段,SiO2不再和 Ca、Mg、Fe、Al 组成夕卡岩矿物,而是独立形成大量石英。退化蚀变在矿区显著,夕卡岩形成作用结束之后,早期矿物经
20、历了热液蚀变改造,同时侵入岩矿物受到水解作用的影响。硫化物开始大量沉淀,明显受构造控制并经常切割早期的夕卡岩分带。退化蚀变作用导致高钙的夕卡岩中析出钙,进 6 第 38 卷 (a)样品 340ZD03;(b)样品 340ZD06;(c)样品 415ZD02;(d)样品415ZD03;(e)样品 445ZD03;(f)样品 445ZD04;(g)样品 480ZD02;1阴极发光;2背散射;3透射光 图 5 新田岭钨矿床代表性白钨矿单颗粒阴极发光及背散射图像 Fig.5 Representative cathodoluminescence and backscattered electron im
21、ages of scheelite grains in the Xintianling tungsten deposit 入溶液后可形成晚期白钨矿沉淀的有利条件9-10。值得注意的是,新田岭白钨矿床中不同类型的白钨矿表现出耦合的地球化学特征,表明其是统一成矿模式下连续演化的结果。通常情况下,稀土元素在白钨矿中的分布模式相对复杂。导致这种情况的主要原因是 REE3+能够与白钨矿矿物中的二价Ca2+离子相互置换,但是该类型置换作用发生的过程特别容易因为不同的流体性质、矿物结构特点以及蚀变作用等多种因素干扰11-14。一般情况下,REE3+离子与 Ca2+离子之间的置换过程存在化学价不平衡的情况,需
22、要其他物质进行化学价补偿从而使得体系内的电荷完全中和,这样才保证这一过程顺利进行。前人对这进行了研究,提出了几种比较 表 2 新田岭白钨矿主微量元素含量表 106 Tab.2 Trace elements concentrations of scheelites collected from the Xintianling deposit 元素含量 干夕卡岩型(n=35)湿夕卡岩型(n=32)石英脉型(n=11)元素最大最小平均最大最小 平均 最大 最小平均Na465238340.71483263 343.25 469 290376.82Mg20.111.315.5318.111.5 14.2
23、8 20.7 14.116.33Si1 263615972.57 1131626 830.06 1238 812984.82Ca1 126499782.20993592 713.09 1079 683837.36Sc2.551.351.782.391.24 1.57 2.51 1.411.92Ti12.87.459.5911.87.56 9.03 11.6 9.310.31V0.844 0.4290.570.710.436 0.53 0.749 0.5350.62Cr14.27.0610.5113.87.38 10.11 14.4 9.3611.51Mn3.371.742.393.081.57
24、 2.18 2.89 2.32.56Fe16783.1 114.6914477.2 108.54 130 95.8 109.88Rb0.555 0.3260.420.512 0.327 0.39 0.508 0.4070.45Sr0.396 0.2340.300.366 0.234 0.28 0.365 0.2920.32Y0.356 0.2090.270.3290.21 0.25 0.326 0.2610.29Zr342197254.69315201 240.25 308 247273.45Nb41.623.830.8338.424.5 29.18 37.2 29.833.00Mo11.70
25、.9062.937.490.994 1.87 15.7 1.193.18Ag1.070.6060.790.984 0.629 0.75 0.945 0.7570.84Sn1.480.7521.061.550.744 0.95 1.39 0.9091.16Cs0.240.1420.180.221 0.141 0.17 0.222 0.1770.20Ba1.931.151.471.781.14 1.37 1.8 1.441.60La0.226 0.1350.170.209 0.133 0.16 0.211 0.1690.19Ce0.228 0.1360.170.211 0.135 0.16 0.2
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