津巴布韦南十字矿区钨矿床地质特征及成因探讨

2020-10-22樊培贺魏迎雨王兆军韩方法边雄飞张红晨

山东国土资源 2020年10期

樊培贺，魏迎雨，王兆军，韩方法，边雄飞，张红晨

(山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东威海 264200)

0 引言

津巴布韦南部紧邻南非，西部与博茨瓦纳、纳米比亚接壤，北部紧邻赞比亚，东部与莫桑比克毗邻[1]。主要由前寒武纪变质岩和结晶岩组成，属于南部非洲典型的克拉通块体，其境内矿产资源丰富,主要矿种有金、铂、钯、镍、铬铁矿、钨、铜、金刚石等[2]。本文通过对津巴布韦东北部地区南十字(Southern Cross)矿区钨矿床的整体剖析研究，探讨了该区钨矿成矿过程及其元素富集规律(1)山东省第六地质矿产勘查院，津巴布韦东马绍纳兰省UMP地区南十字区钨金矿勘查项目，2019年。。

1 区域地质背景

该区大地构造位置位于津巴布韦克拉通东北部丹迪-芒特达尔文(Dindi-Mount Darwen)绿岩带与近EW向展布的新太古代赞比西活动带相接部位(图1)[3]。

1—盖层；2—元古代造山带；3—大岩墙；4—新太古代造山带；5—花岗质片麻状杂岩；6—太古代绿岩带；7—研究区位置图1 津巴布韦大地构造单元划分略图(据曲红军等，2012改编)

丹迪(Dindi)绿岩带内新太古代布拉瓦约群(Bulawayo)和沙姆瓦(Shamva)群，两者呈角度不整合接触。布拉瓦约群主要由超镁铁质熔岩、凝灰岩、科马提质岩和铁镁质-长英质火山岩、砾岩夹条带状铁质建造及碎屑岩组成[3]。沙姆瓦群为中酸性火山熔岩与硬砂岩、粗砂岩互层，最上部为灰岩。

区域褶皱及断裂构造极其发育，总体表现为近EW向，其北翼被区域性的南十字-奇坂达大坝(Southern Cross-Chiban-daDam)逆冲推覆断层带所破坏[4]；发育以近EW向展布为主的脆—韧性剪切带和脆性断裂构造，局部发育NE向和近SN向断裂构造。D.P.F Darbyshive[5]认为，区域性构造变形带初期以左旋运动为主，后期以右旋运动为主。

区域岩浆侵入活动较为强烈，主要为太古代花岗质杂岩体和古元古代基性脉岩等。太古代期间花岗岩质侵入体，主要岩石类型有花岗岩、英云闪长岩等。以花岗岩为主体，绝大多数花岗岩已片麻岩化。岩体多呈椭圆形岩基产出，岩体之间为绿岩带。

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内地层主要为新太古代布拉瓦约群和新生代第四纪全新统。新太古代布拉瓦约群丰戈维变质单元，岩性主要为黑云母斜长片岩(片麻岩)、绢云母石英片岩、石英角闪片岩及花岗伟晶岩。岩石受多期构造运动的影响，变形强烈且普遍遭受混合岩化。伟晶岩主要分布在矿区北部，出露形状不规则，一种覆盖在片麻岩或花岗闪长岩上，形成大小不等的岩被，其产状较缓，与片麻岩呈不整合接触。

2.2 构造

矿区位于区域性边界断裂南十字-奇坂达大坝逆冲推覆断层带上芒特达尔文(Mount Darwin)深大断裂中部，受其影响，除发育近EW向展布的褶皱构造外，沿岩浆岩与片岩接触带还发育一组以近EW向展布为主的脆—韧性剪切带和脆性断裂构造，成为区内主要的控矿构造(F1)(图2)。矿区内主要断裂构造,按照构造与成矿的时间关系，可分为成矿前构造(近EW向压扭性、张扭性构造)、成矿期构造、成矿后构造。

1—片岩；2—花岗闪长岩；3—伟晶岩；4—片岩质绢英岩化碎裂岩；5—石英脉；6—实测地质界线；7—实测、推测断层与编号；8—G片理化带；9—构造裂隙产状；10—片理产状；11—采坑位置；12—勘探线位置与编号图2 南十字矿区构造简图

成矿前构造为花岗闪长岩体侵入的构造，为一组近EW向展布的脆—韧性剪切带和逆冲推覆构造。成矿期构造继承了成矿前构造并经再次构造活动形成，伴随成矿热液的多次充填，主要表现为近EW向构造和NE向构造(F1断裂构造、F2断裂构造、G1片理化带)，是主要的控矿、赋矿构造。成矿后构造是成矿期构造之后发育的构造，为晚期构造，主要为NE，NNW向构造(F3断裂、F4断裂)。主要表现为切断了成矿期构造，以破碎断裂构造形式出现，破碎带内未见蚀变现象，对矿区内的钨矿体起到一定的破坏作用。

2.3 岩浆岩

区内侵入岩主要为新太古代中酸性侵入岩，呈筒状NE向倾伏。岩性以片麻状花岗闪长岩为主。分布于矿区中南部，与围岩布拉瓦约群为侵入接触关系，局部为断层接触。受区域多期次变形、变质作用影响，矿区内岩浆岩已经普遍片麻理化，岩体呈不规则状岩基产出，局部夹杂布拉瓦约群地层。岩体南北两侧与布拉瓦约群地层接触部位破碎蚀变较强，形成了绢英岩化花岗闪长质碎裂岩，此类碎裂岩及其发育的硅化石英脉与矿区内钨矿化关系较为密切。

2.4 围岩蚀变

矿区内矿体围岩主要为绢英岩化片岩质碎裂岩和绢英岩化花岗闪长质碎裂岩，蚀变类型主要为硅化、绢云母化、钾化(黑云母化)、绿泥石化、黄铁矿化，此外局部见黄铜矿化、辉钼矿化等。蚀变岩中出现较多含水矿物，如绿泥石、云母类矿物，一般是由中高温矿物经退变质作用形成的，在钨矿品位较高地段以硅化为主。

3 矿床地质特征

3.1 矿体空间分布特征

矿区圈定4个钨矿体，编号为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，其中Ⅰ号矿体为主矿体。矿体主要浓集在岩体与地层的层间滑脱带内，与太古代花岗闪长岩为断层接触，岩体顶部及缓接触带内带部位，由F1构造破碎带及其下盘的绢英岩化带控制，矿体主要富存于距F1构造破碎带底界面60m以内的绢英岩化花岗闪长质碎裂岩和石英脉内，矿体形态随F1构造和岩性界面变化而变化。通过研究区坑道地质编录和地表钻探施工发现，岩体呈现出由西向东侧伏的特点，与岩体展布形态相一致(图3)。

1—第四系；2—绿泥石片岩；3—花岗闪长岩；4—绢英岩化片岩质碎裂岩；5—绢英岩化花岗闪长质碎裂岩；6—岩性界线；7—F1构造破碎带；8—钻孔深度及倾角；9—钨矿体及编号；10—钻孔位置及编号图3 4号勘探线线和12号线勘探线联合剖面图

Ⅰ号矿体分布于矿区中部和东部，探矿工程控制矿体长度为600m，沿倾向控制斜深为240m，控矿标高470～700m，矿体呈脉状、豆荚状，连续性较好，由西向东倾角逐渐变陡，产状332°～26°∠14°～75°，局部膨大呈豆荚状或分支复合产出，赋存于构造接触面之下40m内的绢英岩化花岗闪长质碎裂岩和石英脉中，局部石英脉呈大脉状产出。矿体钨品位为0.07%～0.72%，平均品位0.2%，西段平均铅垂厚度为8.1m，东段平均水平厚度为7.9m。

Ⅱ号矿体位于矿区中部，为盲矿体，控制矿体长度为80m,沿倾向控制矿体斜深为60m,赋存于F1构造破碎带内含石英脉绢英岩化碎裂岩中，矿体呈脉状产出。矿体钨品位0.06%～0.35%，平均品位0.31%，矿体平均厚度为3.5m。

Ⅲ号矿体位于矿区中部偏西，局部膨大呈豆荚状产出，赋存于构造接触面之下60m内的绢英岩化碎裂岩和石英脉中，局部石英脉呈大脉状产出，受F1脆—韧性剪切构造带控制。矿体呈脉状，分布稳定，连续性较好，产状345°～25°∠45°～79°。矿体钨品位0.07%～1.13%，平均品位0.25%，平均水平厚度为11.6m。

Ⅳ号矿体位于矿区东部，为盲矿体，钻孔控制矿体长度为80m，沿倾向控制斜深60m，控矿标高570～600m。矿体呈透镜体状，产状为350°∠64°，赋存于花岗闪长岩中石英脉内，石英细脉大小不等，连续性差，受F1构造破碎带控制，沿内接触带产出。矿体钨平均品位0.18%，平均水平厚度为2.594m。

3.2 矿石自然类型

区内矿石类型相对比较简单，根据矿石矿物组合、结构、构造、蚀变破碎程度等因素，将区内矿石自然类型划分为绢英岩化花岗闪长质碎裂岩型和石英脉型两种类型。其中绢英岩化花岗闪长质碎裂岩型矿石为区内的主要矿石类型，矿石中富含石英脉，矿石的变形变质程度越高、绢英岩化越强烈、石英脉多、硫化物相对比较明显时，矿石有用元素含量就越高；石英脉型矿石主要为钨钼矿石英脉，呈细脉状布于岩体之中，细脉状矿石中钨钼含量相对较高。

3.3 矿石结构构造

从矿物结晶形态看，白钨矿主要呈他形粒状结构，半自形及自形晶粒状结构较少，白钨矿呈细脉状(照片1)、他形粒状(照片2)、集合体状分布在其他非金属矿物粒间。矿石构造以块状构造、微—细脉状构造为主，白钨矿呈微—细脉状或网脉状分布。

照片1 细脉状白钨矿(Sh)及他形粒状黄铁矿(Py)

照片2 他形粒状白钨矿(Sh)及闪锌矿(Sp)

根据光谱分析结果(表1)，矿石中主要微量元素为Bi(28.1×10-6)，Li(60×10-6)，Nb(11.3×10-6)，Cr(83.7×10-6)，其在矿石中的变化趋势为远离构造主界面，微量元素含量均不断下降。

表1 矿石微量元素平均含量(10-6)

3.4 矿石化学成分

各元素在分布分配上严格受区内断裂构造控制，且不同岩性间有着不同的分布分配特征[6]。在距离构造蚀变带下界面20m，40m，60m，80m处的绢英岩化花岗闪长质碎裂岩中采取岩矿石样品进行测试，根据化学全分析结果，矿石中有用组分以WO3为主，伴生有益组分为Au，Mo(表2)，达到规范可综合利用指标，可综合回收利用。

表2 矿石化学成分

由图4可知，随着离主界面距离的不断加大，矿石中主要有用有益组分的含量不断降低。

图4 构造主界面不同距离处主要元素变化趋势图

4 矿床成因探讨

南十字矿床有用组分主要为钨，伴生组分为金和钼；矿石自然类型为绢英岩化花岗闪长质碎裂岩型和石英脉型。石英脉型矿石分为石英细脉浸染型矿石和厚大石英脉型矿石，石英细脉浸染型矿石主要为含钨石英细脉，呈细脉浸染状分布于岩体中；厚大石英脉型矿石和绢英岩化碎裂岩型矿石主要分布在逆冲推覆构造带内主界面处，有用组分为钨，局部伴生金和钼。近EW向展布的逆冲推覆构造带内主界面附近钨矿化强烈，远离逆冲推覆构造带主界面，矿化逐渐变弱。

矿床是细脉浸染型、石英脉型、绢英岩化花岗闪长质碎裂岩型多位一体的复合型矿床，控矿因素复杂，受岩体接触带、构造裂隙及围岩性质等因素综合控制[7-12]。

4.1 物源

D．P．FDarbyshive[5]通过对津巴布韦绿岩带多个典型钨金矿床中白钨矿样品Sr同位素测试，发现Sr87/Sr86值变化范围很大(0.7012～0.7195)。白钨矿中Sr87/Sr86低值说明成矿流体可能来自花岗闪长岩体，或者与侵入体有物质交换；0.7012的比值可能是多种流体混合的结果，或者是围岩蚀变中有Sr的加入；Sr87/Sr86高值说明Sr可能为蚀变成因，来源古老地壳，或者来源于几个不同的成矿阶段。研究认为区内含钨花岗闪长岩元素Nb/Ta接近于9，为壳源岩体，是深部硅铝层重熔岩浆侵入而成，成矿方式以充填为主，成矿作用过程中挥发组分起到一定的作用，钨的主要矿源层来自重熔前的矿源层。因此研究区钨矿的主要物源为矿区内的花岗闪长岩岩体(a为初始矿源层；b为早期成岩成矿形成的钨矿体，作为钨的次生矿源层)，矿区内及周围出露的太古代布拉瓦约群地层(绿岩带)。

4.2 成矿作用及成矿阶段划分

津巴布韦大规模绿岩带主要发育2个晚太古代金-钨矿化过程[5]，主要成矿阶段为2.67±0.06Ga，与晚太古代TTG事件时代大致相同；第二阶段为2.41±0.07Ga，与克拉通期后大岩墙侵位时代相仿[5]，伴随区域性的左旋扭张作用和断续的岩浆活动。窦伟[13]通过对采自津巴布韦太古代克拉通剪切控制矿化带内的单个样品，测得该样品的热液磁黄铁矿形成时代1.936±0.05Ga，与共生的更早期电气石形成时代2.026±0.02Ga，表明元古代克拉通内存在多次热液活动。研究区位于赞比西压扭性活动带，近EW向切穿大岩墙，局部构造具有右旋运动特征，严格控制岩体的产出形态，综合研究认为，钨矿成矿阶段在大岩墙侵位之后，属于晚太古代末期成矿，并在元古代多期次热液活动中叠加成矿。

晚太古代至新元古代时期，区域上发育一组近EW向展布的脆—韧性剪切带和逆冲推覆构造带(包含南十字-奇坂达大坝逆冲推覆断层带)，受其影响，除发育近EW向展布的褶皱构造外，沿岩浆岩与片麻岩接触带还发育一组近EW向展布的脆—韧性剪切带和脆性断裂构造，为区内花岗闪长岩体提供侵入通道，成为主要的控矿构造。该区构造活动形成的近EW向构造带(俯冲带)及伴随岩浆侵入是构造—岩浆热液成矿系统形成的基础和前提条件。

早期形成了韧性剪切带、紧密的线型褶皱叠加韧性—脆性构造变形；与脆—韧性变形带同期或稍晚期发育的脆性构造对成矿元素的活化、迁移和富集也起到积极的作用[14]。晚期出现了一系列叠加在韧性变形带上的滑覆构造，构成了该区的推覆构造带。该区维持整体相对独立稳定，内部显示既封闭(挤压片理)又开放(岩体侵入)的构造环境，组成了特定时空的构造—岩浆热液的统一整体。含矿岩体(花岗闪长岩)上侵之前处俯冲带下部，上侵之后形态产状受俯冲带控制，形成向东侧伏的形态。

矿区钨矿成矿可分2个阶段：

(1)钨矿主成矿阶段：花岗闪长岩体沿近EW向F1构造破碎带侵入过程中，携带含矿热液，且在岩体上升侵入过程中，不断活化、萃取沿途经过的围岩中的钨元素。岩浆热液富含的挥发组分集中岩体上部与俯冲带的接触部位，在中浅部随着压力减少，岩浆及热液中元素组合才得已卸载。这就是该区成矿岩体对于主要矿产在主要成矿阶段空间定位所产生的作用，它不仅是成矿的物质源，而且是矿床的热动力源。最终在岩体与围岩缓接触部位内接触带发生钨矿的富集。钨(钼)高温成矿元素(即初始矿源层a)伴随花岗闪长岩的侵入而富集，形成Ⅱ期成矿的钨矿体及矿化体。

(2)钨矿弱成矿阶段：区域近EW向展布的脆—韧性剪切构造和逆冲推覆构造具有多期活动特点，岩浆侵入后，构造持续活动，形成与F1主构造近于平行的次级构造(F1-2断裂)，Ⅱ期弱钨矿成矿作用形成了沿F1-2分布的小规模钨矿化体。Ⅲ期成矿在近EW向构造继续发育，形成与F1主构造小角度相斜交的次级构造(F2节理密集带)，之后的Ⅲ期含矿流体顺F2节理密集带充填，形成顺F2节理密集带展布的细脉浸染型钨矿。在Ⅱ期、Ⅲ期成矿作用过程中，早期形成的钨矿体作为次生矿源层，为新矿体的形成提供物质来源。