江西大吉山钨矿床品位概率分布型式及其地质意义

张立东，吴开兴，曾 强，廖泽忠，曹平生，刘才平

（1.江西大吉山钨业有限公司，江西 全南 341801；2.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；3.江西漂塘钨业有限公司，江西 大余 341515）

江西大吉山钨矿床品位概率分布型式及其地质意义

张立东1，吴开兴2，曾 强1，廖泽忠3，曹平生3，刘才平3

（1.江西大吉山钨业有限公司，江西 全南 341801；2.江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；3.江西漂塘钨业有限公司，江西 大余 341515）

大吉山钨矿床是我国著名的大型钨多金属矿床，以外接触带石英脉型W-Mo-Bi矿体为主，兼具内接触带蚀变花岗岩型Ta-Nb-W-Be矿体，是南岭“五层楼+地下室”或“上脉下体”型钨矿床的典型代表。大吉山钨矿床品位的概率分布型式研究表明，无论是脉状矿体，还是蚀变花岗岩型矿体，WO3品位均呈现出分布范围宽、低品位频数高、高品位频数低，即接近对数正态分布的概率分布型式，这暗示其钨成矿过程均较复杂，均受多种地质作用和/或物理化学条件控制。

大吉山；石英型钨矿床；蚀变花岗岩型钨矿床；品位概率分布型式

0 引言

大吉山钨矿床是我国著名的大型钨多金属矿床，以外接触带石英脉型W-Mo-Bi矿体为主，查明WO3储量为125 000 t，平均品位0.25%；兼具内接触带蚀变花岗岩型Ta-Nb-W-Be矿体，其WO3储量为 65 000 t，并含 2 000 t Ta2O5，Ta2O5平均品位0.016%[1]。因此，大吉山钨矿床是南岭“五层楼+地下室”[2]或“上脉下体”[3]垂向分带式钨矿床的典型代表。矿床自1917年发现以来，众多地勘单位、科研机构及大专院校对其岩浆岩演化、同位素年代学、流体包裹体特征、成矿特征、成矿模式等进行过详细的研究[1-7]；近年来又对控矿裂隙系统的形成和演化，以及“五层楼”分带的成因机制等方面进行了深入研究[8-11]。然而，由于成矿本身的复杂性，对于钨矿床的成矿作用过程目前仍不十分清楚，例如，席斌斌等[4]对大吉山石英脉型钨矿北组2513号脉石英中的流体包裹体进行了显微测温和拉曼探针分析研究，认为成矿流体在演化过程中经历了自然冷却、不混溶作用、混合作用等过程，这些过程在大吉山钨矿成矿裂隙中有机地结合在一起，使得成矿流体的物理化学条件不断地改变，从而使得钨不断地沉淀富集；此外，王旭东等[6]对大吉山石英脉型矿体和花岗岩浸染型矿体石英中的流体包裹体进行了显微测温和拉曼探针分析后，认为在流体体系冷却过程中，所发生的以CO2逸失为特征的流体不混溶作用是石英脉型矿体的主要形成机制，而花岗岩浸染型矿体中金属元素的沉淀则主要由流体体系的冷却作用所致，这两类矿体的成矿流体的来源可能不同；然而，Ni等[7]对大吉山、漂塘、荡坪和盘古山等钨矿床的石英脉型矿体中黑钨矿及其共存石英中的流体包裹体进行了显微测温和拉曼探针分析后，认为黑钨矿形成早于共存的石英，在黑钨矿石英脉的形成过程中，黑钨矿和石英经历了不同的流体作用过程，虽然石英的结晶经历了自然冷却、不混溶作用、混合作用等过程，但黑钨矿沉淀仅是成矿流体自然冷却的结果。又如，在国内，虽然存在成矿流体性质究竟是岩浆期后热液，还是岩浆-热液过渡性流体的争论，但一般认为脉钨矿床是由成矿流体通过充填作用成矿，成矿物质来源于岩浆流体，但国外最近的研究表明脉钨矿床成矿过程中发生了广泛的流体-岩石相互作用，成矿所需的钨由岩浆热液提供，而铁则来源于变质碎屑岩，流体-岩石相互作用对脉钨矿床的形成起决定作用[12]。本文的目的是通过对石英脉型WO3、Mo、Bi及蚀变花岗岩型 Ta2O5、Nb2O5、WO3、BeO 等成矿组分品位的概率分布型式研究，获取更多有关成矿作用过程方面的信息。

1 地质概况

大吉山矿床位于西太平洋俯冲带内侧的华夏板块之粤北凹陷与武夷山隆起的交界部位。区内出露地层包括泥盆系中、下统桂头群下亚群砾岩、砂岩夹少量板岩以及寒武系中、上统的一套浅海相沉积碎屑建造。

区内岩浆活动频繁。成矿前有石英斑岩和闪长岩的侵入；成矿期形成中粒黑云母花岗岩—二云母花岗岩—细粒白云母花岗岩—伟晶岩、细晶岩；成矿后伴随煌斑岩、安山玢岩、细粒闪长岩脉的侵入[13]。与成矿有关的岩浆岩可能主要为隐伏于矿区深部的二云母花岗岩和白云母花岗岩[3，14]。

矿区处于区域东西向构造带与北东向构造带交接复合部位。受区域构造影响，矿区主要发育3组断裂构造：（1）东西向断裂构造，总体呈东西走向，倾向北，倾角约70°，发育于矿区南部；该组断裂形成较早，常受到后期构造运动的改造与破坏，被石英斑岩充填，有时也被含矿石英脉充填（如14#脉）；（2）北东向断裂构造，走向35°～50°，倾向北西，倾角40°～60°，以矿区东部大吉山断裂带和西部船底窝断裂带为代表，两者相距1 300 m，平行发育，是决定矿区构造格架的主干断裂，限制北西西向含钨石英脉带和含矿花岗岩的空间定位；（3）北北东向断层，走向 10°～30°，倾向北西，倾角陡，错断矿体，断距不大，少数被含钨石英脉所充填，大部分为成矿后活动，显示该组断裂成矿前、后均有活动。矿区含钨石英脉最重要容矿裂隙构造为北西西向裂隙组，走向290°～310°，倾向北北东，倾角75°左右，成组成带发育，次为近南北向、东西向、北东向裂隙构造（图1）。

图1 大吉山矿区地质平面简图[15]Fig.1 A simplified plan map of Dajishan tungsten deposit

该矿区脉钨矿床主体的石英脉是北西西走向脉组，受控于大吉山和船底窝两条平行主干断裂间，绝大部分矿脉赋存在变质岩中，少量的矿脉有延深入隐伏花岗岩内的现象。而在含钨石英脉下部产有浸染状钽铌钨矿化蚀变花岗岩，即岩体型钽铌钨矿体，其中69#岩体为一个具有独立工业意义的大型花岗岩型钽铌钨铍矿床。矿区脉组延长1 150 m，矿脉带宽1 200 m，呈平行、密集、间疏、分组成带地产在约1 km2倾斜岩层中。出露标高大于900 m，工业矿化下限已知可达0 m标高，矿化延深达900 m以上。全区共有工业矿脉111条。主要矿脉总体走向270°～310°，倾向北东，倾角 60°～81°。按矿脉密集程度，分成北组、中组和南组3个脉带（图1）：（1）北组。走向约 280°，倾向北北东，倾角 76°～81°；走向延长 750m，倾向最大延深450 m，共有编号的工业矿脉42条，脉幅0.22～0.49 m，平均0.30 m，平均品位2.074%，可划分为四个脉组（编号23#～26#）。（2）中组。主要产于闪长岩中，局部赋存于变质岩与细粒白云母花岗岩中；走向约 280°，倾向北北东，倾角 70°～80°；走向延长650 m，倾向延深达600 m以上；共有工业矿脉25条，脉幅0.16～0.7 m，平均0.45 m，平均品位 1.807%，可划分为 12 个脉组（编号 1#～12#）。（3）南组。为矿区规模最大的脉带，走向约280°，倾向北北东，倾角70°～80°，走向延长 850 m，倾向延深达600 m以上。共有工业矿脉44条，脉幅一般为0.35～0.85 m，最大达3.0 m，平均脉幅0.45 m，WO3平均品位1.800%；可划分为10个脉组，编号（13#～22#）。单条矿脉以20#号脉规模最大，走向沿长870m，倾向延深580 m以上，矿化连续性好，脉幅、品位较稳定，平均品位2.560%。钨矿脉的主要矿石矿物有黑钨矿、白钨矿、辉钼矿、辉铋矿、毒砂、黄铁矿、磁黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、斑铜矿、绿柱石、日光榴石、磁铁矿、自然铋等；脉石矿物主要是石英，占90%以上，其次是白云母和钾长石。矿石中主要有益组成分为 WO3，Bi、Mo、Be 为伴生有益组分，可作为副产品进行综合回收。矿石中的钨主要以黑钨矿形式存在,含少量白钨矿。

大吉山蚀变花岗岩型钽铌钨铍矿床，主要与矿区细粒白云母花岗岩体有关。目前已发现的矿（化）体有5个，编号（69#～73#）。位于矿区中心的69#矿体赋存标高最高，规模最大、品位最富，为矿区主要钽铌钨铍矿体。其余矿化岩体多呈脉状围绕69#矿体周边分布，赋存标高335～60 m，因为规模小、品位低、埋深大，暂不具工业意义。69#矿体赋存在寒武系浅变质岩中，赋存标高484～130 m，深部与二云母花岗岩相连，后者与位于更深处的五里亭花岗岩基相连[1]，有含矿石英脉由深部向上穿切69#矿体（图2）；矿体总体呈中（顶）部厚、四周薄的岩盖状，平均垂厚27.60 m，中（顶）部最大垂厚72.60 m；顶部倾角 5°～20°，北部 20°～23°，东、西及东南部 55°～65°，西部较陡，倾角 70°～77°；底面呈一南北走向椭圆形，南北长630 m，东西宽520 m。矿体脉石矿物以石英、钠长石、钾长石和白云母为主；矿石矿物主要有黑钨矿、铌钽铁矿、细晶石，其次是白钨矿、绿柱石、似晶石和羟硅铍石等。矿石中的钨主要以浸染状黑钨矿形式存在，含量变化不均匀，呈矿囊状产出[1，13]。

图2 大吉山钨矿床脉组分布横剖面图[15]Fig.2 Transverse cross-section of vein group distribution at Dajishan tungsten deposit

2 品位分布型式

2.1 数据来源

本文用于统计分析的品位数据包括：（1）江西有色地质勘查二队（2015年）[15]对矿区进行资源储量核实时采集的，用于计算矿区保有储量平均品位的272 个样品的 WO3、Mo和 Bi的品位数据；（2）2012—2015年全矿山生产取样分析WO3品位数据（含（1）中 WO3品位数据在内）；（3）69#岩体（蚀变花岗岩型矿体）的地质勘探品位资料，包括167个样品的Ta2O5、Nb2O5、WO3和 BeO 品位数据[16]。

2.2 统计方法与结果

借助SPSS软件对上述品位数据进行描述性统计分析（结果见表1），频数统计分析（结果见图3、图4）和相关性分析（结果见表2、表3）。

表1 大吉山矿石品位描述性统计结果一览表Tab.1 A list of the results of descriptive stastics of Dajishan ore grades

由表1可见，石英脉型矿体WO3、Mo和Bi的品位呈现出十分相似的特征：（1）高度离散，表现在变化范围宽（即极差大），变异系数大（大于148%）；（2）严重偏离正态分布，且为正偏，表现在偏度呈较高的正值；平均值、中位值和众值明显分离，众值与最小值接近，表明低含量样品数多，高含量样品数少；（3）尖顶峰，表现在峰度呈现较高的正值；WO3峰度相对较小（6.26～8.22），Mo和Bi分别高达86.7和33.0，表明分布形态与正态分布差异程度很大。图3也表明，石英脉型矿体WO3、Mo和Bi的品位分布明显偏离正态分布，且为正偏，比较接近对数正态分布。

由表1可见，尽管与石英脉型矿体的WO3品位相比，蚀变花岗岩体的WO3品位变异系数有明显降低，但仍然表现出离散度高、偏离正态分布且为正偏的特征；而Ta2O5、Nb2O5和BeO品位呈现出平均值、中位值和众值相等或接近，变异系数小（小于60%），偏度和峰度也较接近于0，呈现出近似于正态分布的统计值特征。图4进一步表明，蚀变花岗岩型矿体中WO3比较接近对数正态分布，而Ta2O5、Nb2O5和BeO品位服从或近似服从正态分布。

图3 大吉山石英脉型矿体WO3、Mo、Bi品位概率分布型式图（a～d）频数直方图；（e～h）对数正态分布Q-Q图Fig.2 ProbabilitydistributiondiagramsofWO3、MoandBigradeofDajishanoreveins（a～d）frequencyhistorgram；（e～h）lognormalQ-Qplot

由表2可见蚀变花岗岩型矿床中，WO3品位与Ta2O5和Nb2O5品位呈较强的相关关系，相关系数0.6左右，P=0.000，而与BeO品位相关关系弱，相关系数0.195，P=0.012；而表3显示，石英脉型矿体中WO3品位与Mo和Bi的品位基本无线性关系，相关系数表现为低的负值。

图4 大吉山69#矿化花岗岩Nb-Ta-W-Be品位概率分布型式图Fig.4 Probability distribution diagrams of Nb-Ta-W-Be grades of mineralized 69#granite

表2 大吉山69#矿化花岗岩Nb-Ta-W-Be品位相关矩阵Tab.2 Correlation matrix of Nb-Ta-W-Be grades of mineralized 69#granite at Dajishan deposit

表3 大吉山矿床石英脉型矿体品位相关矩阵Tab.3 Correlation matrix of ore grades of vein type orebodies at Dajishan deposit

3 讨论

矿山的开采和勘探中，积累了丰富的矿床品位数据，它们大多数具有统计分布规律。例如，斑岩铜矿床品位服从正态分布[17]，而金矿床品位呈对数正态分布[18-20]，花岗岩型、火山岩型和碳硅泥型等不同类型的铀矿床品位皆呈对数正态分布[21-22]。地质体中元素含量的概率分布型式与该地质体经历的地质作用过程有关。Vistelius[23]认为，单一地球化学过程所形成的地质体，元素含量服从正态分布，由数个地球化学作用过程叠加所形成的复合地质体中元素含量偏离正态分布，并且多为正偏分布（其中有些服从对数正态分布）。他将这一结论称为“地球化学过程的基本定律”。Govett等[24]通过计算机模拟研究支持了Vistelius的观点，得出在给定随机数据的正态分布母体上，再局部叠加另一随机变量的正态分布母体作“异常”，结果导致正偏分布。这一基本定律也被我国区域地球化学研究成果所证实[25-26]，并广泛应用于地质体元素丰度以及区域和地质构造单元地球化学背景值的估算[25-28]。因此，矿石品位的概率分布型式可以反映成矿过程：品位分布结构简单（正态或接近正态分布），应为单一成因总体特征，即单一地质作用及过程的产物；双峰及多峰混合分布或对数正态分布是二次或多次地质成矿作用叠加的反映[29]。鞍山式铁矿床虽然经历了沉积成矿作用和区域变质成矿作用2个成矿作用过程，但其品位分布呈单峰峰态，并具狭窄的分布范围，突显了其单一沉积作用机制，各地区鞍山式铁矿既具有单一和一次性沉积成矿作用特征，还拥有基本相同或类似的沉积条件；后期区域变质作用未产生物质的明显迁移和矿床叠加富化与贫化[29]。夕卡岩型铁矿床的品位分布范围几乎囊括了铁矿石可能的最高值和最低值，并形成多峰值的负偏分布，正反映了该类铁矿成矿条件多样，具有多期次、多阶段成矿叠加的特征[29]。

石英脉型W-Mo-Bi矿体中WO3、Mo和Bi的品位明显偏离正态分布，且为正偏，比较接近对数正态分布；WO3品位与Mo和Bi的品位基本无线性相关关系，相关系数表现为很低的负值。这些可能反映了石英脉型钨矿体的形成条件复杂，受多种地质作用或物理化学条件控制。结合矿山地质观察和岩、矿相学研究，以及前述同位素、流体包裹体等方面的研究成果，我们认为了石英脉型钨矿体的形成并非简单的充填作用成矿，成矿流体与裂隙带围岩的水-岩相互作用对成矿发挥了重要作用，黑钨矿沉淀受流体的温度、压力、沸腾作用，以及水-岩相互作用等多种因素控制。

蚀变花岗岩型Nb-Ta-W-Be矿体中Ta2O5、Nb2O5、BeO品位均呈正态或近似正态分布，表明Nb、Ta、Be成矿主要有受单一地质作用，即花岗岩自变质作用控制，Ta2O5与Nb2O5相关关系较好，然而BeO与Ta2O5和Nb2O5相关关系弱，反映Be成矿与Nb-Ta成矿可能分别属于不同的成矿阶段；WO3显著偏离正态分布，且为正偏，近似呈对数正态分布，表明钨成矿受两种以上地质作用控制，或由两个以上成矿阶段叠加形成。WO3与Ta2O5及Nb2O5之间线性关系强，而与BeO相关关系较弱，表明W成矿与Nb-Ta成矿作用过程关系较为密切，同时Be成矿作用过程对W成矿也有一定的叠加作用。

4 结论

（1）石英脉型W-Mo-Bi矿体中WO3、Mo和Bi的品位明显偏离正态分布，且为正偏，比较接近对数正态分布；WO3品位与Mo和Bi的品位基本无线性关系，相关系数表现为很低的负值。这些可能反映了石英脉型钨矿体的形成条件复杂，受多种地质作用或物理化学条件控制。结合矿山地质观察和岩、矿相学研究，以及前人在同位素、流体包裹体等方面的研究成果，我们认为了石英脉型钨矿体的形成并非简单的充填作用成矿，成矿流体与裂隙带围岩的水-岩相互作用对成矿发挥了重要作用，黑钨矿沉淀受流体的温度、压力、沸腾作用，以及水-岩相互作用等多种因素控制。

（2）69#蚀变花岗岩型 Nb-Ta-W-Be矿体中Ta2O5、Nb2O5、BeO品位均呈正态或近似正态分布，表明Nb、Ta、Be成矿主要有受单一地质作用，即花岗岩自变质作用控制，Ta2O5与Nb2O5相关关系较好，然而BeO与Ta2O5和Nb2O5相关关系弱，反映Be成矿与Nb-Ta成矿可能分别属于不同的成矿阶段；WO3显著偏离正态分布，且为正偏，近似呈对数正态分布，这表明W成矿由两个以上成矿阶段叠加形成；WO3与Ta2O5及Nb2O5之间线性关系强，而与BeO相关关系较弱，表明W成矿与Nb-Ta成矿作用过程关系较为密切，同时Be成矿作用过程对W成矿也有一定的叠加作用。

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（编辑：刘新敏）

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《中国钨业》编辑部

Grade Probability Distribution Modes and Their Implication of Dajishan Tungsten Deposit

ZHANG Lidong1,WU Kaixing2,ZEN Qiang1,LIAO Zezhong3,CAO Pingsheng3,LIU Caiping3
(1.Jiangxi Dajishan Tungsten Industry Co.,Ltd.,Quannan 341801,Jiangxi,China;2.School of Resources and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,Jiangxi,China;3.Jiangxi Piaotang Tungsten Industry Co.,Ltd.,Dayu 341515,Jiangxi,China)

Dajishan tungsten deposit is a well-known large-scale tungsten polymetallic deposit in China for it is also a typical example ofquot;five-floor+basementquot;orquot;upper veins+underneath mineralized granitequot;tungsten deposit,in which wolframite primary occurs in W-Mo-Bi mineralized quartz veins but also in Ta-Nb-W-Be mineralized granite.It is showed by study of grade probability distribution mode that WO3grades are wide in range,and high frequency in low grades and low frequency in high grades,namely,approximately in a lognormal distribution mode for both ore veins and mineralized granite.It implies that their ore-forming processes are complicated and might be controlled by several geological processes and/or physiochemical conditions.

Dajishan;quartz-vein type tungsten deposit;altered-granite type tungsten deposit;grade probability distribution mode

P611

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.05.002

2017-09-01

国家自然科学基金项目（41602335）

张立东（1974-），男，江西全南人，助理工程师，主要从事矿山地质工作。

吴开兴（1970-），男，江西兴国人，博士，教授，主要从事矿床学的教学和科研工作。