朱溪钨铜矿床深部石英脉型黑钨矿成因及其地质意义.pdf
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1、第 43 卷 第 2 期2023 年 6 月桂 林 理 工 大 学 学 报Journal of Guilin University of TechnologyVol.43 No.2June2023文章编号:1674-9057(2023)02-0184-09 doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2023.02.003朱溪钨铜矿床深部石英脉型黑钨矿成因及其地质意义欧阳永棚1,2,曾闰灵2,舒立旻2,邓友国2,饶建锋2,魏 锦2(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100038;2.江西省地质局第十地质大队,江西 鹰潭 335001)摘 要:近年来赣东北地区发现的
2、朱溪大型钨(铜)矿床,以发育矽卡岩型、蚀变花岗岩型、云英岩(石英)脉型和似层状白钨矿体为主,最近在 ZK4213 钻孔深部花岗岩体中首次发现石英脉型黑钨矿体。在野外编录和岩矿鉴定基础上,对该石英脉型黑钨矿进行了电子探针分析,其中 WO3含量为74.3%76.7%(平均75.7%),MnO 为 12.8%13.8%(平均 13.2%),FeO 为 10.3%11.6%(平均 11.1%),FeO/MnO 值为 0.750.90(平均0.85),晶体化学式为(Fe0.43-0.49Mn0.54-0.59)1.01-1.05W0.98-0.99O4,属于铁钨锰矿系列。黑钨矿相对富锰的特征指示其可能形
3、成于相对高温、偏还原的弱酸性环境。结合矿区成岩成矿作用研究,初步认为朱溪地区可能经历了多期成岩成矿作用,即在晚侏罗世主成岩成矿期之后,可能又经历过新的成岩成矿事件。朱溪矿区深部新发现的石英脉型黑钨矿体也极有可能为该新一期成矿事件的产物。关键词:黑钨矿;花岗岩;石英脉型;成岩成矿作用;朱溪中图分类号:P618.670.1 文献标志码:A朱溪钨铜矿床位于江西省景德镇市,是近年来新发现的一个特大型钨矿床,目前已探获 333+334类 WO3资源量 421.89 万 t,WO3平均品位 0.5%,共生 Cu 金属量 11.92 万 t,Cu 平均品位 0.55%1。近年来大量勘查和研究成果表明,朱溪钨
4、铜矿床是以矽卡岩型为主,兼具蚀变花岗岩型、云英岩(石英)脉型和似层状的“多位一体”的白钨铜矿床,成矿作用主要发生于晚侏罗世(144 153 Ma)2-10,与矿区深部花岗岩体关系密切。矿体主要赋存在深部黑云母花岗岩与上石炭统黄龙组外接触带及其以上部位,主要矿石矿物为白钨矿和黄铜矿。最新施工完成的钻孔 ZK4213 在岩体内接触带发现了多处石英脉型黑钨矿体,矿体多呈脉状产出于黑云母花岗岩体中。本文在野外编录和室内岩矿鉴定的基础上,对石英脉型黑钨矿进行电子探针分析,查明其化学组成,并对矿床形成条件、大致的形成时代及其地质意义进行了初步探讨,以期指导下一步找矿工作。1 成矿地质背景及岩矿学特征1.1
5、 成矿地质背景朱溪钨铜矿床大地构造位置处于钦杭结合带北段的萍乐坳陷带之北东端(图 1a),赣东北深大断裂西北侧,隶属于塔前-清华 Cu-Au 多金属成矿远景区,夹于德兴 Cu-Au-Ag 矿集区和九瑞 Cu-Au 矿集区两大矿集区之间。区内构造-岩浆活动频繁,成矿作用强烈,为赣东北地区重要的 W、Cu、Au 多金属成矿地段11-13。矿区 内 主 要 出 露 地 层 为 新 元 古 界 万 年 群(Pt1a 3W),上石炭统黄龙组(C2h),中二叠统栖霞组(P2q)、茅口组(P2m)、鸣山组(P2ms),上二叠统乐平组(P3l)、长兴组(P3c),上三叠统安源组(T3a)和第四系(Q)(图 1
6、b)。其中,万年群主体为一套深海盆地相泥砂质浅变质岩夹火山岩,岩性以千枚岩、收稿日期:2021-11-15 基金项目:江西省科技厅重点研发计划项目(20212BBG73045);江西省地质局青年科学技术带头人培养计划项目(2022JXDZKJRC02);江西省科学技术厅国家科技奖后备项目培育计划项目(20203AEI91004);江西省地质矿产勘查开发局地质科研项目(赣地矿字201778 号);江西省地勘基金项目(20200022;20150013)作者简介:欧阳永棚(1988),男,博士研究生,高级工程师,研究方向:勘查地质学和区域成矿学,。引文格式:欧阳永棚,曾闰灵,舒立旻,等.朱溪钨铜矿
7、床深部石英脉型黑钨矿成因及其地质意义 J.桂林理工大学学报,2023,43(2):184-192.Ouyang Y P,Zeng R L,Shu L M,et al.Genesis and geological significance of quartz vein-type wolframite in the deep of Zhuxi W-Cu deposit J.Journal of Guilin University of Technology,2023,43(2):184-192.图 1 朱溪钨铜矿区地质简图(据文献5,8修改)Fig.1 Geological sketch maps
8、 of Zhuxi W-Cu deposit1第四系;2三叠系;3二叠系;4上石炭统黄龙组灰岩段;5上石炭统黄龙组白云岩段;6新元古界万年群;7花岗斑岩脉;8花岗闪长斑岩;9闪长玢岩脉;10煌斑岩脉;11蚀变带;12断裂;13勘探线及编号;14钻孔及编号千枚状砂质板岩、变质粉砂岩夹变余沉凝灰岩为主;黄龙组主要为一套海相碳酸盐岩建造,根据岩性可分为上部灰岩和下部白云岩两段;二叠三叠系则为一套由浅海相碳酸盐岩建造逐渐向海陆交互相碎屑岩及含煤建造过渡的岩性系列,岩性主要为微晶灰岩、含碳质灰岩、含燧石结核灰岩、硅质岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥页岩及煤层和煤线等。其中,黄龙组和栖霞组中 W、Cu、Zn
9、等成矿元素丰度值较高,达中国东部地壳的十几倍至几十倍,是区内主要赋矿层位1,12,14。区内褶皱构造以发育于石炭三叠系中的单斜构造为主,整体呈北东走向,倾向北西,倾角2286。断裂构造甚为发育,以北东向断裂为主,其次为近东西向、北北东向和北西向;其中北东向断裂又以 F1、F2区域性逆冲推覆构造最为重要。F2断裂为石炭系盖层与元古界基底之间的一个不整合错动带,是区内最主要的控岩控矿构造,严格控制着区内岩浆侵入、成矿流体运移及成矿物质富集沉淀。区内岩浆岩亦较为发育,地表以出露燕山期晚侏罗世煌斑岩脉(160.32.1 Ma)15为主,23 号勘探线附近还发育有晋宁期全岩铜矿化花岗闪长斑岩(847.2
10、9.4 Ma)16;深部则发育有大量的酸性侵入岩,主要有黑云母(二长)花岗岩、蚀变花岗岩(钠化碱长花岗岩和云英岩化二长花岗岩)和花岗斑岩等,亦为燕山期岩浆活动的产物,成岩年龄为 130159 Ma,主要集中于 145155 Ma,且表现出与区内钨铜成矿作用较为密切的成因联系4-5,8-9,14,17-19。581第 2 期 欧阳永棚等:朱溪钨铜矿床深部石英脉型黑钨矿成因及其地质意义1.2 矿体地质特征朱溪钨铜矿区的矿体均为隐伏矿体,总体走向NE,倾向 NW,沿走向已控制大于1 200 m,沿倾向控制近 2 000 m,且主矿体沿走向和倾向均未封闭,仍有一定的延伸。根据矿体空间分布、产出形态、赋
11、矿围岩及其矿石特征等,可将区内矿体划分为矽卡岩型白钨铜矿体、蚀变花岗岩型白钨铜矿体、似层状铜矿体、岩体外接触带云英岩(石英)脉型白钨铜矿体和岩体内接触带石英脉型黑钨矿体 5 种类型,共同构成朱溪式“五位一体”型钨铜矿床。该 5 类矿体在空间上存在一定的分带性,深部为黑云母花岗岩体内部发育的石英脉型黑钨矿体,向上为岩体与碳酸盐岩地层外接触带部位的矽卡岩型白钨铜矿体,呈岩枝上侵的蚀变花岗岩中(主要分布在42 线附近)的蚀变花岗岩型白钨铜矿体,再往上则发育为云英岩(石英)脉型白钨铜矿体,浅部以发育似层状铜矿体为主(图 2)。针对朱溪矿区矽卡岩型白钨铜矿体、蚀变花岗岩型白钨铜矿体、云英岩(石英)脉型白
12、钨铜矿体和似层状铜矿体 4 种类型矿体,前人已开展过系统的研究5,20-23。石英脉型黑钨矿体为该矿区内近几年新发现的矿体类型,下面对其特征进行详细描述:石英脉型黑钨矿目前仅在朱溪矿区 42 号勘探线上最新施工完成的ZK4213钻孔深部可见,赋矿图 2 朱溪矿区 42 号勘探线矿体垂直剖面(a)与石英脉型黑钨矿石钻孔岩心标本(be)Fig.2 Vertical profile of orebody(a)and quartz vein-type wolframite cores(b-e)of prospecting line No.42 in Zhuxi depositT3a上三叠统安源组;P3
13、c上二叠统长兴组;P3l上二叠统乐平组;P2q3中二叠统栖霞组上段;P2q2中二叠统栖霞组中段;P2q1中二叠统栖霞组下段;花岗岩;花岗斑岩;闪长岩;1铜矿体;2白钨矿体;3黑钨矿体;4断层;5采样位置681桂 林 理 工 大 学 学 报 2023 年标高-1 873-2 118 m(图 2a),矿体主要呈脉状或透镜状赋存于深部花岗岩内接触带的石英脉中。矿体规模相对较小,厚度相对较薄,单矿体厚度介于 1.252.89 m。矿石品位相对较低且变化较大,WO3平均品位变化于 0.17%1.16%。在对钻孔进行系统调查编录时,发现矿体两侧的围岩(花岗岩)中具有明显的云英岩化蚀变;同时,在石英脉与围岩
14、的接触界面处普遍发育有大量结晶程度极好的白云母,且均表现出由该接触界面向石英脉中心对称式垂向结晶生长的特征,黑钨矿亦与白云母一起垂直于壁面生长,呈叶片状或呈板状嵌布于石英脉的中部(图 2be),指示二者主要形成于相对张性的生长空间,物质来源充足。此外,岩矿学鉴定结果显示,该矿体中主要矿物组成为黑钨矿、白钨矿、石英、白云母及少量方解石等。其中,黑钨矿多呈自形板状(图 3ac)或不规则粒状(图 3dg),且多被白钨矿交代(图 3d、fg),指示其形成时间早于白钨矿。2 样品采集及测试方法黑钨矿矿石样品采自于朱溪矿区 42 号勘探线钻孔 ZK4213 深部 1 981.4 m 处的黑云母花岗岩体内的
15、石英脉型黑钨矿体(图 2a)。利用光薄片,在岩矿鉴定基础上,开展电子探针定量微区分析。分析测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成,采用日本产 JEOL JXA-8100 型电子探针仪。分析前先对黑钨矿探针片进行喷碳处理,分析过程中加速电压 15 kV,加速电流 20 nA,束斑直径 5 m,具体分析流程参见文献24。所采用的标样为 SPI 公司提供的自然矿物,所有数据均采用 ZAF 法校正,以 4 个氧原子为基准计算矿物晶体化学式。3 分析结果电子探针分析结果如表 1 所示,黑钨矿化学成分主要为WO3、MnO和FeO。其中,WO3含量变化不图 3 朱溪矿区黑钨矿手标本和
16、显微特征Fig.3 Characteristics of wolframite in Zhuxi deposita、b钻孔岩心中黑钨矿照片;c电子背散射图像;dg偏光显微镜下特征(+);Wol黑钨矿;Sch白钨矿;Ms白云母;Qz石英;Cal方解石781第 2 期 欧阳永棚等:朱溪钨铜矿床深部石英脉型黑钨矿成因及其地质意义表 1 朱溪黑钨矿电子探针测试结果 Table 1 Electron probe microanalysis results of wolframite in Zhuxi depositwB/%点号FeOMnOCaOMgOTiO2WO3SnO2Nb2O5Ta2O5Sc2O3A
17、l2O3Total晶体化学式1-110.713.60.02-75.70.040.02-100.08(Fe0.45,Mn0.58)1.03W0.99O41-210.413.80.02-0.0275.3-0.110.05-99.70(Fe0.44,Mn0.59)1.03W0.99O41-310.313.8-76.6-0.130.060.180.01101.08(Fe0.43,Mn0.58)1.01W0.99O41-410.513.70.04-74.80.010.14-99.19(Fe0.45,Mn0.59)1.04W0.98O41-510.713.3-0.0175.70.020.16-99.89(
18、Fe0.45,Mn0.57)1.02W0.99O42-111.013.20.040.02-75.6-0.17-100.03(Fe0.46,Mn0.56)1.02W0.99O42-211.512.80.020.01-76.7-0.10-0.04-101.17(Fe0.48,Mn0.54)1.02W0.99O42-311.212.90.01-75.4-0.260.01-99.78(Fe0.47,Mn0.55)1.02W0.99O42-411.113.1-75.6-0.290.01-100.10(Fe0.47,Mn0.56)1.03W0.99O42-511.113.10.01-76.4-0.09-1
19、00.70(Fe0.46,Mn0.56)1.02W0.99O42-611.213.00.010.030.0376.0-0.17-100.44(Fe0.47,Mn0.55)1.02W0.99O42-711.213.00.030.01-75.1-0.29-99.63(Fe0.47,Mn0.56)1.03W0.98O42-811.513.0-0.02-75.4-0.17-100.09(Fe0.48,Mn0.55)1.03W0.98O42-911.513.00.02-0.0175.4-0.22-100.15(Fe0.49,Mn0.55)1.04W0.98O42-1011.113.3-0.010.017
20、5.30.010.37-100.10(Fe0.47,Mn0.57)1.04W0.98O42-1111.613.00.010.010.0775.70.010.16-100.56(Fe0.49,Mn0.55)1.04W0.98O42-1211.212.90.020.020.0776.60.040.18-100.03(Fe0.47,Mn0.54)1.01W0.99O42-1311.513.10.02-76.1-0.25-100.97(Fe0.48,Mn0.55)1.03W0.98O42-1411.213.00.01-75.7-0.16-100.07(Fe0.47,Mn0.55)1.02W0.99O4
21、2-1511.313.1-0.02-75.0-0.19-99.61(Fe0.48,Mn0.56)1.04W0.98O42-1611.213.3-0.02-75.80.010.18-100.51(Fe0.47,Mn0.56)1.03W0.98O42-1711.213.0-0.030.0575.8-0.23-100.31(Fe0.47,Mn0.55)1.02W0.99O42-1811.213.30.020.020.0274.3-0.20-99.06(Fe0.48,Mn0.57)1.05W0.98O42-1911.413.0-0.01-76.5-0.05-100.96(Fe0.47,Mn0.55)1
22、.02W0.99O42-2011.412.80.010.030.0374.80.020.10-99.19(Fe0.48,Mn0.55)1.03W0.98O4 注:“-”表示元素含量低于检出限;黑钨矿的晶体化学式均是以 4 个氧原子计算所得。大,在 74.3%76.7%,平均 75.7%;MnO 含量为12.8%13.8%,平均 13.2%;FeO 含量为 10.3%11.6%,平均11.1%;FeO/MnO 值为0.750.90,平均为 0.85;按照李逸群等25对黑钨矿的分类方案,朱溪黑钨矿属于铁钨锰矿系列。根据电子探针分析结果,以氧原子数为 4 来计算黑钨矿的晶体化学式(表1),获得朱溪黑
23、钨矿的晶体化学式为(Fe0.43-0.49,Mn0.54-0.59)1.01-1.05W0.98-0.99O4;可见该黑钨矿中 Fe2+、Mn2+有剩余,而 W6+略亏损,且 Fe2+含量整体都略低于 Mn2+含量,矿物中略相对富锰。同时,朱溪黑钨矿中还含少量的 Nb2O5、Ta2O5和 Sc2O3,故黑钨矿中的 W 元素的略亏损可能是被 Nb、Ta 等元素类质同象替代的结果。对黑钨矿中氧化物 WO3与 FeO、WO3与 MnO、WO3与 Nb2O5、FeO 与 MnO 之间的含量关系进行研究,发现除 WO3与 FeO 相关关系不太明确以外,其余氧化物含量之间都表现为较明显的线性负相关(图 4
24、ad),指示它们之间可能具有一定的替代关系,如 Fe 与 Mn、W、Nb 等。4 讨 论4.1 黑钨矿化学组成对矿床成因的指示黑钨 矿 是 由 钨 锰 矿(MnWO4)和 钨 铁 矿(FeWO4)组成的完全类质同像系列矿物,温度越高,黑钨矿中 FeO/MnO 值越接近于1,越容易形成二者的中间段产物26-27,故黑钨矿中的 FeO/MnO值可以在一定程度上表征其形成温度。朱溪黑钨矿中 FeO/MnO 值为 0.750.90(平均 0.85),指示其形成于温度较高的环境。前人通过实验研究亦指出,黑钨矿中 FeO、MnO 含量与成矿流体中的pH、Eh 环境具有一定的相关性28-30。弱酸性环境有利
25、于黑钨矿的形成,且形成的黑钨矿通常相对富锰。在偏氧化环境中,铁元素常以 Fe3+形式存在于成矿流体中,不利于 Fe2+与 WO2-4的结合,故形成的黑钨矿通常贫铁富锰,多为含铁钨锰矿或钨锰矿;当流体从氧化态转变为还原态时,铁元素逐渐从 Fe3+转变为 Fe2+,与 WO2-4结合形成 FeWO4,使得形成的黑钨矿中 FeO 含量逐渐增大,FeO/MnO值也逐渐趋近于 1。朱溪矿床深部黑钨矿略微相对881桂 林 理 工 大 学 学 报 2023 年图 4 朱溪黑钨矿氧化物含量相关性图解Fig.4 Correlation of different oxide in wolframite from
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