赣北石门寺“多位一体”钨铜矿床铅同位素特征

2021-05-12余振东项新葵徐先宇王天晨

中国钨业 2021年6期

余振东，谭荣，项新葵，徐先宇，王天晨

（江西省地质局第三地质大队，江西九江 332000）

0 引言

江南钨矿带新发现了大湖塘钨铜矿、东坪钨矿、阳储岭钨矿、朱溪钨矿，东源钨钼矿、高家塝钨矿、百丈岩钨矿等十余处大中型钨多金属矿床[1-7]，钨（WO3）资源储量规模已超过600万t。大湖塘为近年新发现的世界级超大型钨铜钼多金属矿集区，矿集区内分布着石门寺、大雾塘、狮尾洞、石子墩，昆山、茅公洞、官庄等十几处超大型-中小型钨多金属矿床和矿点。自2012年九一六大队查明石门寺矿区为超大型钨铜钼矿床以来[8-10]，前人对矿区地质特征、成矿作用以及成岩成矿时代、岩石矿物学特征等方面开展了大量的研究工作，但对矿床矿化蚀变特征、隐爆角砾岩型爆发阶段的限定、成矿物质来源方面的研究较为薄弱。本文拟通过对石门寺矿床“多位一体”矿化蚀变、成矿物质来源、矿石铅同位素特征、含矿岩体、赋矿围岩的铅同位素特征以及与成矿密切相关岩体的高场强元素特征研究的剖析，示踪岩体与成矿的关系，为赣北地区乃至江南造山区域地球化学找矿与建立岩浆热液型钨矿床地质-地球化学找矿模型提供有效的地球化学依据。

1 矿区地质特征

石门寺钨多金属矿床位于江西省武宁县城西南38 km的武宁、修水、靖安三县交界处，地处扬子板块东南缘江南地块中段，成矿区划属江南钨矿带（江西段）大湖塘矿集区（图1）。大湖塘矿集区内地层出露单一，除第四纪残坡积层外，部分地段出露新元古界双桥山群浅变质岩系（Pt3sh），为一套弧-盆环境形成的海相火山-碎屑沉积建造；九岭晋宁晚期黑云母花岗闪长岩岩基侵位于双桥山群浅变质岩系中，为华南最大的花岗岩基；燕山期断裂、岩浆活动强烈，主干断裂为北东和北北东向，岩浆活动主要以酸性花岗岩岩株、岩脉形式产出[11-14]。

图1 大湖塘矿集区地质简图[1-2]Fig.1 Geological map of Dahutang ore concentration area

石门寺矿区岩浆岩以晋宁期和燕山期侵入岩为主，晋宁期黑云母花岗闪长岩为区内重要的岩浆基底，出露面积巨大，是区内主要的赋矿围岩；燕山期岩浆存在一期多次侵入的特性，从燕山晚期具似斑状结构、斑晶为粗粒、基质为中细粒的似斑状黑云母花岗岩→细粒花岗结构的黑云母花岗岩→到具斑状结构、斑晶为中细粒、基质为隐晶质的黑云母花岗斑岩，其粒度有规律地逐级变细，说明形成深度依次变浅、侵入时间依次变晚[15]。

矿区构造具有多期性，主要有3种形式：韧性剪切带、断层和节理[1,9]。

韧性剪切带：矿区北缘、竹窝里、ZK0414孔口等地晋宁期黑云母花岗闪长岩中发育一系列走向北东东、倾向南南东、倾角中等的韧性剪切带。其中，以矿区北缘地表出露韧性剪切带规模最大，出露宽度约100 m，长25 km以上，向东延伸到靖安县新安里钨矿，向西延伸到田铺里、宋家坪一带。韧性剪切带分带现象明显，从两侧往中心，由糜棱岩化黑云母花岗闪长岩→糜棱岩→千枚糜棱岩→糜棱片岩组成。韧性剪切带的底部迭加了燕山期的强烈硅化，形成厚十余米、产状与韧性剪切带一致的硅化带，主要由灰白色微细粒次生石英岩组成，局部仍残留韧性剪切带的组构，偶见细粒黑钨矿、辉钼矿和黄铜矿化，地貌上突起形成断续分布的山脊（图2）[1]。

图2 石门寺钨多金属矿区地质略图[1,10]Fig.2 The geological sketch map of Shimensi tungsten polymetallic ore district

断层：根据走向可分为北北东向、北东东向、北东向和北西向等4组，以北西向断层发育为主，属于东西向构造体系和北北东向构造体系及其复合的产物，产状多较陡，属压扭性和扭性断层。F20断裂规模较大，由矿区东南角经矿区中部大沟，向北西延伸 1～2 km，走向呈舒缓波状，断面平整，产状 180°～200°∠65°～75°，两盘岩石呈挤压状态，为一压扭性断层，对含矿石英脉具有控制作用，成矿后又有活动。

节理：矿区节理优势产状大致可分为五组①335°∠60°、②355°∠60°、③15°∠55°、④195°∠60°、⑤155°∠50°，其中第①组与第⑤组、第③组与第④组在剖面上为共轭关系，以第①组和第②组节理最发育。第①组和第②组节理为改造和利用成矿前节理形成的，第③组、第④组和第⑤组节理为成矿期新产生的，主要由燕山期岩浆底辟上侵形成的局部应力场和区域构造应力场共同作用形成，节理面平整或呈缓波状，力学性质以扭性为主，成矿时转化为张扭性。

2 矿体与蚀变特征

2.1 “多位一体”矿体特征

区内矿体呈似层状、筒状、脉状赋存于燕山期酸性花岗岩体及晋宁期花岗闪长岩内外接触带800 m范围内，属岩浆期后高中温热液矿床[9]。

矿体总体分为三类：一是矿区晋宁晚期黑云母花岗闪长岩与燕山期似斑状黑云母花岗岩体内外接触带细脉浸染型矿体，以外接触带为主；二是矿区中部燕山期似斑状黑云母花岗岩体顶部的热液隐爆角砾岩型矿体；三是穿切矿区所有岩石单元和上述两类矿体的石英大脉型矿体。另有云英岩型、蚀变花岗岩型矿化，但这两类矿化可归并为细脉浸染型大类，细脉浸染型矿体几乎均发生云英岩化的花岗岩蚀变。多类矿体围绕成矿母岩—燕山晚期花岗岩体，共生或交织，形成石门寺“多位一体”钨多金属矿床（图3，表1）[15-16]。

图3 石门寺矿区4线勘探剖面简图Fig.3 Profile diagram of No.4 exploratory line in Shimensi ore district

表1 石门寺“多位一体”钨多金属矿体主要类型特征表Tab.1 Main types and characteristics of "multi-position in one" tungsten polymetallicore body in Shimensi

细脉浸染型：主要分布在大湖塘矿集区中部，典型矿床有石门寺（图4）、一矿带、狮尾洞等，赋存在晋宁期黑云母花岗闪长岩与燕山期似斑状黑（二）云母花岗岩内外接触带，以外接触带为主，矿化面积约0.3 km2，大小矿体二十余个，组成矿区主要矿体，石门寺矿床的主要矿化类型便是细脉浸染型，以细脉为主，含脉密度为9条/m，含脉率5%～10%，单脉多数在1 cm左右，少数可达5 cm，该类型资源储量约占95 %。单个矿体呈北西向展布，群体北东向排列，略呈南东收敛、北西向展开之势，倾向南西，倾角在60°以上。东北部矿化较西南部强，东北部矿化又以接触带上盘一侧较富，海拔 1 350～1 550 m，为主要赋矿地段。主要代表矿体为Ⅰ1，走向最大延伸1 800 m，倾向最大延深1 200 m，水平投影面积为1.5 km2，矿体出露标高为1 439.75～654.96 m，总体产状平缓，倾角一般10°～30°。钨单工程矿体最大厚度为 389.33 m（ZK10418），平均厚度 143.67 m，共生铜最大厚度为 134.69 m（ZK11606），平均厚度为 7.46 m，钨平均品位为0.193 %，共生铜平均品位为0.524 %[15]。

图4 石门寺“多位一体”钨多金属矿床矿体特征Fig.4 Orebody characteristics of Shimensi "multi-position in one" tungsten polymetallic deposit

热液隐爆角砾岩型：典型矿床有石门寺（图4）、大岭上、一矿带等，当矿区燕山期似斑状黑云母花岗岩侵位后，汽化-高温（硅酸盐阶段的）流体被屏蔽在晋宁晚期黑云母花岗闪长岩之下，在内接触带发生较强的碱质交代作用，形成一层稳定分布、厚0.5～1.5 m的似伟晶岩壳。燕山晚期中国东南部构造背景由陆内拼贴碰撞向伸展转换，伸展作用导致了九岭矿集区地壳减薄，矿区内北西向的F20断裂切断燕山晚期似斑状黑云母花岗岩时，压力降低，导致高温流体挥发分瞬间汽化，发生热液隐爆作用，形成石门寺矿段中部剥露面积约80 000 m2、垂向延伸大于400 m的热液隐爆角砾岩体，并形成平均厚度 162.46 m、钨平均品位 0.147 %、伴生 Cu品位0.1 %～0.3 %的热液隐爆角砾岩型钨铜矿体，约占石门寺矿床资源储量的 4 %。而热液隐爆角砾岩矿化体的外部相带，发育以网脉状石英脉为主体的细脉浸染型矿体。

热液隐爆作用发生在热液隐爆角砾岩中，角砾主要由晋宁期黑云母花岗闪长岩、燕山晚期似斑状黑云母花岗岩组成及少量似伟晶岩，且只有此三种角砾成分，未发现细粒黑云母花岗岩和花岗斑岩的角砾及岩块，胶结物主要为长英质矿物，因此矿区的隐爆作用发生在似伟晶岩之后，燕山晚期第二阶段岩体细粒黑云母花岗岩之前。

石英大脉型：典型矿床为石门寺（图4）和狮尾洞，大湖塘矿集区的含钨石英脉型矿体主要赋存在外接触带的新元古代浅变质岩、晋宁期黑云母花岗闪长岩内，矿体地质-地球化学特征与赣南地区的含钨石英脉型矿体相似，是矿区高品位钨矿石的主要来源。石门寺矿区发现60多条含钨石英大脉，狮尾洞矿区共有183条含钨石英大脉，按走向可以分为东西-北东东和北西两组共轭大脉，其中前者脉幅较宽、陡倾斜、走向延长及倾向延深均较稳定、WO3品位变化于0.13 %～5.497 %之间，是主要的含钨石英大脉，后者较少见，且倾角较缓、脉幅较窄、走向延长及倾向延深变化大、WO3品位变化于0.037 %～9.531 %。石英大脉型矿体分布较广，各不同类型矿床中均可见及，其中石门寺矿床中石英大脉型矿体资源储量约占1 %。

图5 矿床围岩蚀变特征Fig.5 Alteration characteristics of surrounding rock of deposit

2.2 蚀变特征

矿床的蚀变与矿化密不可分，石门寺矿床的矿化由燕山期花岗岩引起，岩浆活动晚期或期后交代热液作用使岩株（或岩脉）及其围岩发生明显的蚀变，围岩蚀变普遍发育，包括云英岩化、绢云母化（绢英岩化）、钾长石化、黑鳞云母化、萤石化、绿泥石化等，蚀变作用越强烈的地段，矿化越强。不同类型矿体的围岩蚀变类型有差异：细脉浸染型矿体以云英岩化、绢云母化（蚀变更强绢英岩化）为主，外接触带黑云母花岗闪长岩兼发育黑鳞云母化、绿泥石化，内接触带似斑状黑云母花岗岩还发育钾长石化；热液隐爆角砾岩型矿体中钾长石化和云英岩化强烈，另见萤石化、电气石化等蚀变；石英大脉型矿体两侧多见宽窄不一的线型蚀变，主要有云英岩化和钾长石化，较弱的有钠长石化和绿泥石化[17-18]。

3 铅同位素特征

3.1 样品的采集和测试

根据铅同位素地球化学研究，含普通铅的矿物（比如方铅矿、黄铁矿等）在相近时间形成后，其铅同位素组成基本保持不变，可用于反映普通铅矿物物质来源的Pb、U、Th丰度特征，因此常用来示踪物质来源[19]。

本文对石门寺钨铜矿进行了较系统地铅同位素组成研究（见表2），共采集了矿石铅（白钨矿、黑钨矿、黄铜矿、辉钼矿）19件，脉石矿物钾长石4件。采集的矿石铅同位素样品分布于三种矿石类型：白钨矿主要采自细脉浸染状钨铜矿石；黑钨矿、黄铜矿、辉钼矿主要采自含矿石英脉及含矿热液隐爆角砾岩；钾长石分别采自含矿石英大脉及热液隐爆角砾岩胶结物。同时，采集晋宁晚期黑云母花岗闪长岩和燕山期各类酸性花岗岩岩体长石铅样品 16件。收集项新葵等[20]分析的矿石铅（黄铜矿、辉钼矿）样品14件。

表2 石门寺矿区铅同位素组成Tab.2 Characteristic of lead isotope in Shimensi tungsten copper polymetallic deposit

样品分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成，其中铅同位素分析方法依据 GB/T 17672—1999《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》，仪器为ISOPROBE-T热电离质谱仪，分析时室温为20 ℃，相对湿度20 %～30 %。

3.2 结果分析

通过geokit软件处理表2数据得到石门寺矿区各类样品铅同位素特征（图6～图9）。

图6 石门寺矿区矿石铅同位素组成(Wo-3在坐标值外)Fig.6 Ore lead isotope composition of Shimensi ore district

图7 石门寺矿区岩体长石铅同位素组成Fig.7 Rock lead isotope composition of Shimensi ore district

图8 石门寺矿区矿石铅、岩体长石铅同位素组成Fig.8 Lead isotope composition of Shimensi ore district

图9 晋宁期黑云母花岗闪长岩与双桥山群铅同位素组成Fig.9 Pb isotopic compositions between Jinning period biotite granodiorite and Shuangqiaoshan group

（1）矿石铅（图6）明显分成三组：第一组是黑钨矿、黄铜矿、辉钼矿组合，206Pb/204Pb介于18.109～18.217之间，207Pb/204Pb介于 15.591～15.627之间，208Pb/204Pb介于38.405～38.507之间；第二组为白钨矿、黄铜矿、辉钼矿组合，206Pb/204Pb介于18.268～18.478之间，207Pb/204Pb介于15.586～15.731之间，208Pb/204Pb介于38.455～38.797之间；第三组为白钨矿（SM-T9、黑钨矿Wo-3）、黄铜矿（Ch-3）组合，具较高的放射成因铅。206Pb/204Pb介于 19.903～23.705之间，207Pb/204Pb介于 15.657～15.906之间，208Pb/204Pb介于38.947～39.724之间。第一、第二组矿石铅同位素组成较相似，但207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值上（235U、232Th）略有差异。

（2）石门寺矿区岩体长石铅同位素组成（图7）也明显分成三组：第一组为晋宁期黑云母花岗闪长岩，206Pb/204Pb介于18.001～18.211之间，207Pb/204Pb介于15.617～15.649之间，208Pb/204Pb介于38.000～38.287之间；第二组为燕山期似斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩，206Pb/204Pb介于18.280～18.491之间，207Pb/204Pb介于15.614～15.647之间，208Pb/204Pb介于38.521～38.637之间；第三组为燕山期花岗斑岩，具较高的放射成因铅，206Pb/204Pb介于18.410～18.877之间，207Pb/204Pb介于 15.654～15.681之间，208Pb/204Pb介于38.527～38.685之间。

（3）长石石英脉中脉石矿物钾长石铅同位素组成显示其钾长石略具放射成因铅（206Pb/204Pb、207Pb/204Pb略高些），热液隐爆角砾岩胶结物中钾长石铅同位素与矿石铅同位素相似（图6）。

（4）将表2中矿石铅、岩体长石铅和脉石矿物钾长石的铅同位素投影到图8，可知石门寺矿区矿石铅（黑钨矿、黄铜矿、辉钼矿组合和白钨矿、黄铜矿、辉钼矿组合）同位素组成与似斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩长石铅同位素组成投点在相似的区域，示踪钨、铜、钼硫化物主成矿阶段与燕山期似斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩关系密切；而具较高的放射成因铅的花岗斑岩与第三组具较高的放射成因（白钨矿SM-T9、黑钨矿Wo-3、黄铜矿Ch-3组合）矿石铅组合一致，显示是晚阶段矿化的产物。这一特征与上述燕山期三类岩体（似斑状黑云母花岗岩→细粒黑云母花岗岩→花岗斑岩）形成深度依次变浅、侵入时间依次变晚的地质特征基本吻合。

（5）晋宁期黑云母花岗闪长岩铅同位素组成（图9）与基底双桥山群浅变质碎屑岩中沉积黄铁矿铅同位素组成十分相似（206Pb/204Pb=17.982～18.073，207Pb/204Pb=15.600～15.714，208Pb/204Pb=37.960～38.196），示踪晋宁期黑云母花岗闪长岩为双桥山群浅变质碎屑岩基底部分熔融形成的中酸性花岗岩。

综上所述，石门寺矿床矿石、脉石矿物钾长石、岩浆长石铅同位素组成特征清晰地示踪多次成矿作用的发生及不同期次成矿物质物源上的差异[22]。

4 成矿物质来源

通过铅同位素地球化学研究，不仅可以确定成矿时代或模式年龄，还可以根据铅同位素组成及其特点，示踪成矿物质来源（如幔源、壳源和混合来源）。207Pb/204Pb比值或μ值（238U/204Pb）高的物质源自铀、钍相对富集的上地壳，低μ值的物质起源于下地壳或上地幔，造山带（岛弧）铅被认为是地壳和地幔铅混合的结果。

207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 图（图10（a）、图10（c））显示，区内矿物铅同位素组成基本呈线性分布，主要集中在下地壳与造山带演化线之间，部分落在上地壳；在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图（图10（b）、图10（d））显示数据落在下地壳与造山带演化曲线之间，表明矿床中的矿石铅具有多来源的性质，可能来源于壳幔混合作用，这与项新葵[20]的金属硫化物铅同位素组成的研究成果一致。项新葵分析了石门寺矿床金属硫化物样品，其中8件样品的μ值低于9.58，有 6件样品的μ值略高于 9.58；ω值介于36.889～39.589之间，均略高于平均地壳的ω值（36.84）。石门寺矿区矿石铅同位素组成低μ、高ω值的特征指示矿石铅来源于富Th、亏U的源区。

图10 石门寺矿床矿石硫化物铅同位素构造模式图Fig.10 Lead isotopic structural model of ore sulfide in Shimensi deposit

高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、Th、U等）的化学性质稳定，为非活动性元素。由于它们在自然作用过程中的稳定性，往往某些比值可作为“原始”物质组成特征的示踪剂。项新葵等的研究结果表明，与成矿密切相关的燕山期似斑状黑云母花岗岩、细粒黑云母花岗岩的Nb/TaNb/Ta比值范围为4.0～4.6，Zr/Hf比值范围31.6～35.6，变化范围小，显示其可能来自同一源区；高场强微量元素Th变化范围亦小（除个别样品外），与其衰变产物208Pb（208Pb/204Pb=38.521～38.637）较稳定相吻合（表2）。

晋宁期黑云母花岗闪长岩为主要赋矿围岩，在燕山期岩浆热液成矿作用的多期叠加改造下云英岩化和绢云母化（绢英岩化），Zr、Hf、Th等元素含量及 Zr/Hf比值与区域晋宁期黑云母花岗闪长岩有较大变化，而Nb、Ta及Nb/Ta比值两者相似。细脉浸染型矿体其细脉两侧常发生云英岩化蚀变，大部分斜长石被片状白云母和细小颗粒状石英交代呈残余状；绢云母化主要发生在外接触带内，内接触带较弱，绢云母呈细小鳞片状，主要交代斜长石。斜长石的绢云母化（式（1）、式（2））、云英岩化（式（3））均是一种水化脱钙过程，若溶液中含较多的氟，析出的钙同样也形成萤石或与 WO42-结合形成白钨矿（式（4）），这两种蚀变是矿床形成巨量白钨矿的Ca2+主要来源[17]。