广东天堂山锡多金属矿床地质及硫同位素特征

2019-12-24张志辉贾宏翔胡擘捷贾儒雅

有色金属（矿山部分） 2019年6期

张志辉，贾宏翔，胡擘捷，耿林，贾儒雅

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037；3.中国地质调查局，北京 100037)

我国的钨锡多金属矿床主要产于南岭地区、滇东南—桂西北地区、赣北—皖南地区、大兴安岭南段、祁连山西段以及青海祁漫塔格、吉林珲春、云南西部等地。除此之外，近年来在内蒙的西部以及新疆等地均有找矿进展。

钨锡多金属矿床广泛分布于板内、造山带或岛弧以及碰撞带等构造环境，矿床形成的时代主要为燕山晚期以及新生代。矿床往往成群成带出现，并且不同类型矿床常相伴产出，主要矿化类型包括矽卡岩型、石英脉型、岩浆岩型、云英岩型、斑岩型、破碎带蚀变岩型等，不同类型矿床的成矿地质特征与成矿规律不尽相同。

锡的成矿作用在时、空以及成因上多与花岗岩类密切相关。通过研究认为[1]，含锡花岗岩中锡的含量为16×10-6～ 30×10-6，而非含锡花岗岩中锡的含量为3×10-6～ 5×10-6。研究表明，与锡矿床有关的花岗岩不仅是其重要的成矿物质来源，而且还能为锡的成矿提供热源和矿化剂，同时也是锡矿的重要赋存场所之一。

2012年12月至今，在七一九地质大队工作基础上, 广东省核工业地质局二九二大队对矿区V8、V9、V10等矿化带进一步揭露，根据见矿情况，确定了本矿区主矿种为锡矿，重新圈定主矿化带V8、V9、V10等的规模、形态、产状、位置及矿化富集规律等，由多个见矿工程控制的主矿化带沿倾向分别超过300 m(V8-5)、350 m(V9-1)、450 m(V10-2)，沿走向超过550 m(V8-5、V9-1、V10-2)，主要受北北东向与北北西向构造破碎带控制，往深部延伸规模可能更大，其它如V10-3、V10-4、V6、V7等有望形成规模。探求资源储量(331+332+333)：Sn金属量25 241 t，WO3金属量7 198 t，Rb2O资源量88 326 t，Cu金属量771 t，Pb金属量1 562 t，Zn金属量550 t。锡铜多金属矿床规模坐中望大，铷矿可能达到超大型规模。此外，还伴生有镓、锗、银、铟等金属，找矿前景诱人。

与此同时，虽然前人对该地区开展过大量的地质勘查工作，且取得了较好的找矿效果，但是尚未进行过系统的科学研究工作。

1 区域地质背景

广东天堂山锡多金属矿床位于南岭钨锡多金属成矿带的东段，处于环太平洋构造域西部、NNE向武夷山构造带南段与南岭纬向构造带东段的交汇处部位。区域上，位于九连山隆起的东部、河源深断裂带与贵东大东山—浰源—罗浮东西向深断裂带交汇处附近、中生代大长沙火山岩盆地靠中南部边缘。研究区具有良好的成矿地质条件和找矿远景，区内构造发育，岩浆活动频繁。

1—第四系松散堆积物；2—下第三系丹霞群；3—白垩系上统南雄群；4—白垩系下统官草湖群；5—侏罗系上统高基坪群；6—二叠系下统孤峰组；7—震旦系变质砂岩、页岩；8—震旦系混合岩；9—震旦系混合花岗岩；10—燕山期花岗斑岩；11—燕山期石英斑岩；12—燕山期花岗岩；13—燕山期二长花岗岩；14—石英斑岩脉；15—辉绿岩脉；16—实测、推测断层；17—地质界线；18—天堂山矿区(研究区)；19—铁矿床、矿点；20—铜铅锌矿点和铅锌矿点；21—锡矿点和钨锡矿图1 天堂山矿区区域地质简图Fig.1 Simplified geological map of Tiantangshan ore district

区域内出露的地层主要有震旦系混合岩、混合花岗岩、变质砂岩，泥盆系中统老虎坳组(D2l)石英砂岩、页岩、砂质页岩夹砂岩，二叠系下统孤峰组(P1g)炭质泥质页岩、含磷结核炭质泥质页岩及粉砂岩、粉砂质页岩，侏罗系上统高基坪群(J3gj)紫—紫红色凝灰质砂岩、(晶屑)凝灰岩、流纹斑岩、安山玢岩、安山质凝灰岩，白垩系下统官草湖群(K1gc)下部的紫红色砾岩、砂岩、粉砂质页岩和上部的流纹斑岩、流纹质熔结凝灰岩，白垩系上统南雄群(K2n)紫红色砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩、流纹岩、石英斑岩，下第三系丹霞群(Edx)紫红色砾岩、砂岩、页岩，以及第四系松散堆积物。

区内褶皱构造主要为大长沙向斜，为一火山岩盆地，其核部主要为上侏罗统高基坪群的中酸性火山岩，西翼、北翼为震旦系变质砂岩地层，东翼被花岗岩体侵吞，火山岩盆地遭岩体破坏。区内断裂构造发育，为火山岩盆地内部及周围发育的环状、放射状断裂，以北东-北北东向为主，其次为北西向和近东西向。北东—北北东向断裂分布于研究区的东部龙川上坪一带，为东江断裂带龙川断裂束北缘部分，沿断裂硅化构造岩、糜棱岩、压碎花岗岩发育，属压扭性断裂；北西向断裂规模大小不一，常见中基性、酸性岩脉和石英脉充填，属张性断裂；近EW向断裂属南岭纬向构造带次一级的贵东—大东山构造带的东延部分，地表表现为燕山运动复活断裂，走向东西，倾向南，倾角较陡，属压性断裂。

区域内岩浆活动频繁，多期而且强烈，主要有燕山期侵入岩体、脉岩，还有中生代火山岩。侵入岩分布于研究区的北部、东部和南部，属燕山旋回侵入体。脉岩在区域范围内零星分布，主要有花岗斑岩脉、石英斑岩脉以及辉绿岩脉。火山岩分布于矿区南部矿山宝至北部野猪嶂及东北部排上一带，大面积出露，呈不规则椭圆形分布，构成火山岩盆地。岩性以粗面安山岩等中酸性火山岩为主，时代属晚侏罗纪。区内上别村、富洲等地见深灰色粗面安山岩和灰白色流纹斑岩。

2 矿床地质特征

矿区出露地层为侏罗系上统高基坪群中亚群下段的中酸性火山岩。矿区内火山角砾岩受北北东向断裂控制，隐爆角砾岩在矿区中东部地表有出露，角砾成分主要为火山岩，胶结物主要由硅质、绢云母和同成分火山岩碎屑组成，发生较强的绿泥石化，地表的隐爆角砾岩中无矿化；矿区火山熔岩-火山碎屑岩在剖面上具多次喷溢—喷出—间歇—喷溢(伴随局部隐爆)—喷出的火山韵律特征。按地层的岩性特征及组合自下而上分为二个岩性段，矿床主要分布于第二岩性段(图2)，分布于矿区中东部，大致呈北北东向带状展布，岩性主要为粗面安山岩，其次为粗安质凝灰熔岩、熔结凝灰岩夹晶屑凝灰岩。

区内构造较为发育。褶皱产出于上侏罗统火山岩盆地西北部。矿区内断裂构造发育，受区域应力场控制，主要有北东—北北东向、近南北—北北西向二组。构造带形成时间由老到新分别为：(1)V7(2)V9、V10(3)V8(4)F3、F2(为成矿期后断裂)。

区内侵入岩不发育，仅于中部偏西和南东部出露石英斑岩脉，走向为北西和北北东向。钻探工程揭露表明矿床深部存在隐伏碱长花岗岩体，其顶部为石英斑岩。并且石英斑岩多发生强烈的气液蚀变。

目前发现的矿化带主要分布在矿区的西南部，矿化带受近SN向和NNE向呈放射状的断裂控制，各矿化带由多条矿体组成，各矿体于南端收敛，被F3断裂所错断，往北呈NE向、NW向散开。矿体主要赋存于云英岩化石英斑岩体顶部及其外接触带以及火山岩的蚀变构造破碎带中，多数矿体在破碎带内或其上下盘呈细脉浸染状、稀疏浸染状产出，当钾质蚀变、硅化、黄玉化、云英岩化、黑云母化、褐铁矿化、赤铁矿化等强烈时，矿化较好。

V7以钨和锡为主，V9、V10矿带以锡为主，局部富含铜钨铅锌，受深部石英斑岩的影响，V9、V10矿体往深部延伸时可能存在铜钨较富而锡铅锌较贫的情况(图2、3)。V10-2号锡矿体、V9-1号铜锡矿体和V8-5号锡矿体受构造破碎带控制，破碎带主要由断层泥、蚀变原岩碎块(粗安岩、晶屑凝灰岩)组成。V9-2号锡铜矿体为隐伏矿体，由成组的黑色锡矿脉、石英脉组成。V7号石英脉型黑钨矿体受石英脉控制，厚度一般1～11 m，在ZK1"06、ZK110等工程还发现多条平行V7的钨矿体，找钨矿潜力较大。V10-1号铅锌矿体受成组的石英细、薄脉控制。

图2 天堂山锡多金属矿床矿区地质略图Fig.2 Geological sketch of the mining area of Tiantangshan tin polymetallic deposit

图3 天堂山锡多金属矿床1号勘探线剖面图Fig.3 Sectional view of exploration lines No. 1 of Tiantangshan tin polymetallic deposit

天堂山锡多金属矿床的矿石构造主要有脉状构造、浸染状构造。充填成因的脉状构造主要表现为含锡石、黑钨矿或含闪锌矿等硫化物的石英脉、石英细脉穿插于硅化±黑云母化±黄玉化±云英岩化±萤石化±绿泥石化±绢云母化蚀变火山岩中(图4)。浸染状构造可细分为稀疏浸染状构造(图4)和细脉浸染状构造(图4)两类，表现为锡石、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等均匀或不均匀地散布于脉石矿物中。

A—氧化矿石(V8矿体锡矿石)；B—V7矿体锡石黑钨矿矿石(脉状构造)；C—V9-2矿体锡铜矿石(细脉浸染状构造)；D—V9-1矿体锡铜矿石(稀疏浸染状构造)；E—V10-2矿体锡铅锌矿石(稀疏浸染状构造)；F—V10-1矿体锡铅锌矿石(细脉状构造)；Cst—锡石；Wf—黑钨矿；Ccp—黄铜矿；Gn—方铅矿图4 天堂山锡多金属矿床矿石类型及构造特征Fig.4 Ore type and structural characteristics of Tiantangshan tin polymetallic deposit

通过野外调研及镜下观察表明，天堂山锡多金属矿床常见的矿石结构主要有自形柱状结构、半自形—它形粒状结构、包含结构、固溶体分离结构、交代结构、假象结构、共结边结构等(图5)。

矿石中的锡矿物只有锡石；钨矿物为黑钨矿；铜矿物种类较多，以黄铜矿为主，其次是少量至微量辉铜矿、斑铜矿、铜蓝、水胆矾和孔雀石；其它金属硫化矿物以黄铁矿为主，少量至微量闪锌矿、毒砂、方铅矿、辉钼矿、辉铋矿、斜方辉铅铋矿等；其他金属氧化矿物主要是褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、金红石、锆石等；脉石矿物主要是石英、黑云母、黄玉、绢云母、绿泥石、萤石、长石、高岭土等。

A—自形柱状结构锡石和黑钨矿共生；B—它形粒状结构黄铜矿和闪锌矿共生；C—半自形-它形粒状锡石分布于绿泥石中；D—黄铜矿在闪锌矿中呈固溶体分离结构，并且闪锌矿交代磁铁矿；E—它形闪锌矿包含较自形的毒砂；F—它形黄铜矿熔蚀具环带结构的锡石；G—磁铁矿交代赤铁矿呈现赤铁矿的放射状假象，黄铜矿沿边缘和缝隙交代磁铁矿；H—方铅矿与斜方辉铅铋矿的共结边结构；Cst—锡石；Wf—黑钨矿；Ccp—黄铜矿；Sp—闪锌矿；Mt—磁铁矿；Apy—毒砂；Chl—绿泥石；Cosalite—斜方辉铅铋矿图5 天堂山锡多金属矿床典型金属矿物及结构特征Fig.5 Typical metal minerals and structural characteristics of Tiantangshan tin polymetallic deposit

矿床蚀变作用具有多阶段多类型相互叠加的特点，可分为交代阶段—气液阶段—热液阶段。岩体内部蚀变类型主要为钾长石化、钠长石化、硅化、云英岩化、黄玉化、萤石化；中酸性火山岩中的蚀变类型主要为硅化、云英岩化、黄玉化、萤石化、黑云母化、绿泥石化、绢云母化等。其中强硅化、黄玉化、云英岩化、黑云母化、绿泥石化与矿化关系最为密切。

通过野外考察、镜下观察矿石结构、构造和矿物共生组合关系，我们将天堂山锡多金属矿床成矿过程划分为岩浆晚期结晶分异—交代期(成矿前期)，岩浆期后气液交代成矿期(成矿早期)，热液作用成矿期(主成矿期)三个期次[2]。

3 样品采集与分析方法

在对天堂山锡矿床的矿床地质特征进行系统性观察分析后，以此为基础，针对不同成矿阶段、不同部位矿体的矿石中的硫化物，本文进行了系统采样，以用于硫、铅同位素测试分析。

13件硫同位素样品均为黄铁矿，分别采自致矿岩体顶部的含矿云英岩化石英斑岩(主要为成矿早期云英岩化阶段的产物)、锡石黑钨矿矿体(主要为成矿期锡石—黑钨矿氧化物阶段的产物)、锡铅锌矿体(主要为成矿期铜多金属阶段的产物)、锡铜矿体(主要为成矿期铜多金属阶段的产物)、远离岩体的锡矿体。

分析方法及步骤如下：选取具代表性样品，经手工进行逐级破碎、过筛至300～450 μm，在双目镜下挑选出纯度大于99%的单矿物样品5 g以上。将挑纯后的单矿物样品在玛瑙钵内研磨至74 μm以下，送实验室进行分析。样品分析测试均在核工业北京地质研究院完成。硫同位素样品的处理分析过程为：将挑好的硫化物单矿物与氧化亚铜按一定比例研磨、混合均匀后，进行氧化反应生成SO2并用冷冻法收集，然后用MAT251气体同位素质谱仪分析硫同位素组成，测量结果以V-CDT为标准，分析精度优于±0.2‰。

4 硫同位素组成

本文所获取的13件矿石硫化物的S同位素数据如表1所示。

表1 天堂山锡多金属矿床矿石硫化物S同位素组成

从表1中可以看出，矿区云英岩化石英斑岩中黄铁矿的δ34S值变化范围为-0.5‰～-0.1‰；锡石黑钨矿矿石中黄铁矿的δ34S值变化范围为-0.4‰～1‰；锡铅锌矿石中黄铁矿的δ34S值为1.7‰；锡铜矿石中黄铁矿的δ34S值为5‰；锡矿石中黄铁矿的δ34S值变化范围为3.9‰～6.2‰。

天堂山锡矿床13件硫化物样品的δ34S值分布范围相对较窄，变化范围介于-0.5‰～6.2‰，均值为3.0‰，极差为6.7‰。在硫同位素组成频率直方图(图6)中，δ34S值不具有明显的塔式分布特征，但显示出两个具明显频率峰值的独立区间，分别为以-0.5‰～0‰为峰值的几乎为零值的区间、以5‰～6.5‰为峰值的稍偏离零值的正值区间。结合测试样品的采样位置，可以发现，前者主要来自蚀变岩型矿体、锡石黑钨矿矿体(蚀变岩体及其外接触带)，后者来自锡铜矿体、远离岩体的锡矿体(蚀变构造破碎带)。

因此，虽然整体上看样品的δ34S值分布相对分散，不具明显的塔式分布特征，但若根据矿石形成的成矿部位的不同，将其归为两组，则其各自组内样品的硫同位素特征，都显示出组成稳定、呈塔式分布的特征。硫化物样品的δ34S值特征的这种差异性表明，样品δ34S值的变化与矿石所处的不同矿化部位有关。

图6 矿石硫化物硫同位素组成频率直方图Fig.6 Freguency histogram of sulfur isotope composition of sulfide in ore

5 讨论

5.1 硫的来源

通过热力学分馏、动力学分馏等多种作用、途径，自然界中的硫可以实现非常有效的分馏，δ34S值可以实现很大范围的变化，不同岩性、地球的不同圈层，具有不同的硫同位素组成。需要注意的是，只有成矿溶液总硫的同位素组成(δ34SΣS)才具有用于直接分析矿床硫源的意义[3]。热液中硫的溶解相类型及其浓度与溶液的温度、氧逸度、酸碱度、离子强度、硫逸度等物理化学条件相关，通过共生矿物的硫同位素组成来估计成矿热液的全硫同位素组成(如表3)是一种简单实用的方法。

天堂山锡矿床的金属硫化矿物以黄铁矿为主，其次为黄铜矿和少量的闪锌矿、毒砂、方铅矿、辉钼矿、辉铋矿、斜方辉铅铋矿等，未见重晶石、磁黄铁矿。因此，可以用黄铁矿的δ34S值大致代表热液的总硫同位素组成(δ34S∑S)。

表3 矿物沉淀的化学环境与热液硫同位素组成的关系[21]

需要指出的是，天堂山锡矿床中存在褐铁矿和赤铁矿这样的氧化态的含铁矿物，但其为氧化矿，是矿化形成后遭受后期氧化作用的产物。

天堂山锡多金属矿床中不同成矿阶段矿石中挑选出的黄铁矿的δ34S值变化于-0.5‰～6.2‰，有较为相似的S同位素组成，均值为3.0‰。对比于自然界S储库的同位素组成(图7)，可以发现，整体上看，天堂山锡矿床的硫主要来自花岗质岩浆的岩浆热液。

图7 天堂山锡多金属矿床硫同位素组成分布图Fig.7 Sulfur isotope composition distribution map of Tiantangshan tin polymetallic deposit

同时，来自H-O同位素和流体包裹体的研究[5]也支持上述观点。其研究结果(图8)表明，早期成矿流体主要来源于岩浆热液，在该阶段成矿流体在上侵的过程中明显地有大气降水抑或是地下水等低温流体的混入，与成矿流体之间发生了氧同位素的交换，使石英流体包裹体水的δ18O值低于岩浆水，呈现向雨水线一侧偏移的趋势。

图8 天堂山锡多金属矿床成矿流体氢、氧同位素组成[5]Fig.8 Hydrogen and oxygen isotopic compositions of ore-forming fluids in the Tiantangshan tin polymetallic deposit

5.2 研究意义

通过总结区域成岩成矿精确测年结果，毛景文等[6]认为华南中生代大规模成矿作用主要分为170～150 Ma、140～125 Ma、110～80 Ma三个阶段；第一个阶段以铜铅锌矿化和钨矿化为主，第三个阶段主要为锡金银铀矿化；第二个阶段则以钨锡矿化为主，是第一个阶段的继续，也是第一个阶段向第三个阶段的过渡。

经过进一步的工作，毛景文等[7]又将南岭钨锡矿的成矿时代分为晚侏罗世-早白垩世(165～150 Ma)和中白垩世(130～90 Ma)两个阶段，指出：165～150 Ma阶段是南岭钨锡多金属爆发成矿和大量花岗岩侵位的时期，期间在大陆边缘弧的后陆地区出现了一系列的裂谷带或伸展区，NE向断裂与EW向古基底断裂的交汇部位成为岩浆活动和成矿作用的中心，南岭EW向深大基底断裂与NE向十—杭深大断裂带交汇于南岭中部的湘南地区，构成了南岭的最大矿集区；之后的150～130 Ma时期，南岭地区的岩浆活动和成矿作用则相对较弱，甚至很少有150～130 Ma期间形成的钨锡矿床；直至130 Ma之后，华南才进入另一个地球动力学活跃时期。

这主要与古太平洋板块俯冲引起的弧后伸展作用有关，同时也受陆内深部构造的限制[8-9]。另外，来自岩浆岩同位素地球化学研究的结果[10-13]显示，十-杭带是一个侏罗纪晚期的大陆拉张带，其间的相关花岗岩显示了幔源物质的参与，表明软流圈地幔沿深大断裂的上侵作用主导了包括含矿花岗岩在内的这些花岗岩的形成。

整体上，南岭地区的钨锡矿呈东西向展布，但主要受北北东向断裂的控制。钨锡矿化明显受花岗岩和围岩特点的制约，含矿花岗岩是成矿的最重要因素，富含钨锡组分的花岗质岩浆经过强烈的分异演化，导致硅质、碱质、挥发组分和成矿组分被搬运并富集于岩体的隆起部位成矿[7]。天堂山锡多金属矿床的含矿岩体为云英岩化石英斑岩，其深部隐伏有碱长花岗岩，两者的成岩年龄分别为(137.9±2.2)Ma和(138.4±1.2)Ma(锆石SHRIMP U-Pb年龄)[5]。

根据矿床地质和矿化特征的观察与分析表明，天堂山锡多金属矿床的岩浆作用及其岩浆热液作用是控制矿床形成的最主要因素。前文有关S同位素研究的结果，包括流体包裹体和H-O同位素研究的证据[5]，也表明成矿流体和成矿物质来源主要与岩浆岩有关。

综上所述，燕山期花岗岩是天堂山锡多金属矿床最重要的控矿要素。