江南钨矿带高家塝钨多金属矿床矿化分带特征及其指示意义*

2021-05-19任康达张达玉叶龙翔黄家龙万书文周涛发

矿床地质 2021年2期

任康达，张达玉**，叶龙翔，孟翔，易洪，黄家龙，万书文，周涛发

（1 合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009；2 华东冶金地质勘查局812 地质队，安徽铜陵 244008；3 华东冶金地质勘查研究院，安徽合肥 230088）

近年来在钦杭成矿带与长江中下游成矿带之间勘探发现了朱溪、桂林郑、逍遥、大湖塘、高家塝、百丈岩、阳储岭、上金山等多个大型钨多金属矿床，WO3储量大于600 万t，已成为世界上最大的钨矿带，称为“江南钨矿带”（Mao et al.,2015;朱乔乔等，2019）。其中，位于江南钨矿带北部的高家塝矿床是近年来华东冶金地质局812 地质队新勘探发现的一个大型钨多金属矿床（张达玉等，2017），前人在高家塝矿床的地质特征（蒋其胜等，2009）、成因矿物学（张鹏等，2011；Song et al., 2019）、花岗岩成因（Zhang et al.,2017）和成岩成矿时代（范羽，2015；肖鑫等，2017；傅仲阳等，2019）等方面取得了许多成果，但对该矿床钨矿化的空间分带及控制机理研究较少，制约了对该矿床成因的认识。为此，本文在高家塝钨多金属矿床代表性剖面的地质特征和岩相学观察基础上，对其不同空间位置的白钨矿和磁黄铁矿开展电子探针分析，探讨不同类型白钨矿和磁黄铁矿的形成条件，为高家塝钨多金属矿床的形成机制提供新证据，也为江南钨矿带钨的成矿规律总结提供依据。

1 地质特征

1.1 区域地质背景

江南钨矿带地处长江中下游成矿带南侧（图1a），具有近似平行于长江中下游成矿带展布的特点，受北东向构造线控制。江南钨矿带内广泛发育新元古代（830～760 Ma）和燕山期（155～125 Ma）的中酸性岩浆岩(薛怀民等，2010; 陈雪霏等，2013；Xie et al.，2016)。其中，燕山期岩浆作用与钨成矿作用密切相关，可自西南向东北大致分为香庐山、大湖塘、阳储岭、朱溪、逍遥、竹溪岭和青阳钨矿集区（张达玉等，2017）。

青阳钨矿集区处于江南钨矿带北部（图1b），其南、北分别受北东东向的江南深大断裂、高坦断裂控制。该区主要出露早古生代海相碳酸盐地层，区内中酸性侵入岩分布十分广泛，主要包括青阳-九华山复式岩体、谭山岩体、云岭岩体、银坑岩体等以及北部的茅坦岩体、花园巩岩体等。这些岩体均以岩基状产出，主要岩性为花岗闪长岩和花岗岩。其中青阳-九华山复式岩体侵位于七都复背斜中部，出露面积约860 km2，呈不规则椭圆形，是该区最大的岩基。青阳-九华山复式岩体的围岩为南华纪—早古生代海相碳酸盐、碎屑岩地层，岩体主要由早期花岗闪长岩（146～135 Ma）和晚期花岗岩（134～128 Ma）2 种岩性组成（范羽，2015；张达玉等，2017），围绕青阳-九华山复式岩体发育大量钨钼多金属矿床，包括高家塝、百丈岩、桂林郑等（图1b）。

1.2 矿床地质特征

高家塝钨多金属矿床位于青阳-九华山复式岩体北东缘（图1b），w（WO3）资源量约为6.2 万t（平均品位0.367%），伴生Mo 资源量5400 t（平均品位0.116%），Au资源量3.79 t（平均品位6.55 g/t，蒋其胜等，2009）。矿区地层从寒武系下统黄柏岭组至二叠系下统栖霞组均有出露，岩性主要为灰岩、砂岩、泥页岩等（图2a）。黄柏岭组为主要含矿层位，主要岩性为钙质泥页岩和灰岩，分为上、中、下3段，多变质为钙硅角岩和大理岩。矿区内岩浆岩发育，西南部出露的青阳岩体呈弧状从西南方向与黄柏岭组侵入接触；在矿床东南部见花岗闪长斑岩呈岩枝、岩脉沿层间侵入角岩和大理岩地层，接触带处发生矽卡岩化。

高家塝矿床矿化主要赋存于花岗闪长斑岩体与黄柏岭组接触的矽卡岩带中，勘查资料显示，矿体分上（Ⅰ号矿体）、下（Ⅱ号矿体）2 层，受花岗闪长斑岩的形态控制（图2b），其中，Ⅰ号矿体为主矿体，由南向北侧伏，倾向北东，倾角40°～60°, 地表有矿化出露。Ⅱ号矿体位于I号矿体下方近平行产出，总体呈上钨、下钼特征。高家塝矿床的矿石矿物主要为白钨矿、辉钼矿、磁黄铁矿，次为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等，脉石矿物为石榴子石、辉石、石英、方解石等。矿石结构主要为自形-半自形粒状结构、他形粒状结构、交代残余结构等，矿石构造主要为脉状、细脉状和细脉浸染状。

图1 江南钨矿带地质简图（a，据张达玉等，2017修改）和青阳钨矿集区地质图（b，据张达玉等，2017修改）Fig.1 Geological map of the Jiangnan tungsten ore belt(a,modified after Zhang et al.,2017)and the Qingyang W mineralization ore district(b,modified after Zhang et al.,2017)

图2 高家塝钨多金属矿床矿区地质略图（a，据范羽，2015修改）和矿区36线剖面图（b，据肖鑫等，2017修改）Fig.2 Geological map of Gaojiabang tungsten polymetallic deposit(a,modified after Fan,2015)and geological map of 36 line pro‐file(b,modified after Xiao et al.,2017)

2 采样与岩相学

本次工作对高家塝矿床36 线附近的野外矿化露头（Ⅰ号矿体）进行了详细观察并采样，采样位置如图3a、3b所示。根据空间产出特征，白钨矿的矿化类型从岩体向外划分为：花岗闪长斑岩中细脉浸染状白钨矿矿石（类型Ⅰ）、矽卡岩中浸染状白钨矿矿石（类型Ⅱ）和产于角岩的脉状白钨矿矿石（类型Ⅲ）3类（图3c～e）。

花岗闪长斑岩中细脉浸染状白钨矿矿石（类型Ⅰ）：该类矿石分布在矿区细粒花岗闪长斑岩与围岩接触处。样品呈浅黄色，交代结构，细脉浸染状构造。矿石矿物主要为白钨矿、辉钼矿、磁黄铁矿、黄铁矿等，脉石矿物主要为斜长石、石英、角闪石、黑云母、绿帘石、绿泥石等。白钨矿呈细脉浸染状分布于脉石矿物颗粒之间，部分呈白钨矿-石英脉分布，脉宽一般2～5 mm，具有典型细脉浸染状构造特点；磁黄铁矿呈浸染状分布，粒径＜1 mm，常与黄铜矿共生，部分与黑云母共生，另可见辉钼矿-黄铁矿-石英脉呈细脉状，脉宽1～2 mm，穿插了早期形成的白钨矿（图3f～h）。

矽卡岩中浸染状白钨矿矿石（类型Ⅱ）：矿石呈褐绿色，交代结构等，块状构造。矿石矿物主要为白钨矿、少量辉钼矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等；脉石矿物主要为石榴子石、辉石、硅灰石等。白钨矿呈浸染状和脉状分布于脉石矿物中，粒径在0.1～1 mm，个别可达3 mm。磁黄铁矿呈星点状分布（图3i～k）。

图3 高家塝矿床采样剖面图（矽卡岩带Ⅰ号矿体露头）及岩相学照片Fig.3 Sampling profile in the Gaojiabang deposit(outcrop of orebody Ⅰin skarn belt)and petrographic photos

角岩中脉状白钨矿矿石（类型Ⅲ）：该类白钨矿矿石呈微细脉顺层穿插在角岩化地层中（原岩为黄柏岭组钙质泥岩）。矿石呈黄褐色，交代结构，块状构造，矿石矿物主要为白钨矿、辉钼矿、磁黄铁矿、黄铁矿，脉石矿物有方解石、石英、透辉石等。白钨矿为他形细粒结构，粒径约0.1 mm，脉状分布；磁黄铁矿呈他形细粒浸染状分布（图3l～n）。

3 分析方法与结果

3.1 分析方法

本次工作对高家塝矿床的白钨矿和磁黄铁矿主量元素的电子探针（EPMA）分析在合肥工业大学资源与环境工程学院电子探针室完成，仪器型号为JE‐OLJXA-8230。实验条件为：加速电压15 kV，束斑尺寸3 μm，探针电流20 nA。所有元素的信号采集时间均为15 s，背景时间均为5 s，修正方法ZAF，检测限优于0.01%。

3.2 分析结果

本次研究对3 种类型矿石中的白钨矿进行了电子探针分析，分析结果如表1所示。

类型Ⅰ矿石中白钨矿w(WO3)为80.01%～80.32%（平均值为80.17%）；w(CaO)为19.65%～19.96%（平均值为19.81%），此外，其含有微量的w(NiO) 为0.01%～0.08%（平均值为0.01%）；w(FeO)为0.01%～0.03%（平均值为0.01%）。该类矿石白钨矿中w(Mo)低于检测限。

类型Ⅱ矿石中白钨矿w(WO3)为74.63%～78.94%（平均值76.64%）；w(CaO)为19.41%～33.80%（平均值为22.57%）；w(MoO3)为1.34%～1.40%（平均值为0.23%）；w(Fe)（w(FeO)=0.01%～16.72%，平均值为6.11%）和w(Mn)（w(MnO)=0.01%～0.51%，平均值为0.20%）相对较高。

类型Ⅲ矿石中白钨矿w(WO3)为79.03%～80.71%（平均值为80.01%）；w(CaO)为19.5%～20.58%（平均值为20.04%）；w(MoO3)为0.01%～0.17%（平均值为0.05%）；w(FeO)为0.02%～0.04%（平均值为0.03%）。

高家塝矿床3 种类型矿石中磁黄铁矿电子探针分析结果如表2 所示。类型Ⅰ矿石中磁黄铁矿w(S)为38.59%～51.99%（平均值为41.0%）；w(Fe)为47.62%～60.85%（平均值为58.5%）；w(Cu)为0～0.04%（平均值为0.02%）。

类型Ⅱ矿石的磁黄铁矿w(S)为38.46%～53%（平均值为46.8%）；w(Fe)为47.76%～60.96%（平均值为52.8%）；w(Cu)为0～0.15%（平均值为0.03%）。

类型Ⅲ矿石的磁黄铁矿w(S)为38.45%～39.23%（平均值为38.83%）；w(Fe)为60.11%～61.06%（平均值为60.7%）；w(Cu)为0～0.05%（平均值为0.01%）。

4 讨论

4.1 矿化空间分布规律

地质特征显示，高家塝钨多金属矿床从岩体向外可划分为斑岩中细脉浸染状白钨矿矿石（类型Ⅰ）、矽卡岩中浸染状白钨矿矿石（类型Ⅱ）和产于角岩中脉状白钨矿矿石（类型Ⅲ）3 类。电子探针分析结果（表1，表2）显示，矿石中白钨矿w(WO3)和w(MnO)具有类型Ⅱ＜类型Ⅲ＜类型Ⅰ，w(MoO3)和w(FeO)呈类型Ⅱ＞类型Ⅲ＞类型Ⅰ的变化特征；类型Ⅱ白钨矿中w(Fe)和w(Mo)相对较高；类型Ⅰ白钨矿含量低于检测限（图4a～d）。自类型Ⅰ→类型Ⅱ→类型Ⅲ，矿石的白钨矿w(WO3)先降低后增高，w(MoO3)先增高后降低。磁黄铁矿特征显示，类型Ⅱ中磁黄铁矿w(Cu)显著高于其他2类矿石，Fe、S、Mn等元素无显著区别（图5a～d）。

结合剖面地质特征可见，高家塝矿床赋存于矽卡岩中白钨矿相比岩体中和角岩中白钨矿，具有显著高的w(MoO3)、w(FeO)和低的w(WO3)、w(MnO)，且磁黄铁矿具有更高的w(Cu)（图5c）。

表1 高家塝矿床3类矿石中白钨矿主要元素组成Table 1 EPMA data of scheelite grains from 3 types of ores in the Gaojiabang deposit

4.2 成矿指示

矽卡岩矿床是成矿岩浆岩和钙质围岩相互接触，形成以发育大量石榴子石、辉石等矽卡岩矿物的接触交代矿床。根据矿物的形成秩序，成矿热液演化过程划分矽卡岩期和石英硫化物期（姚凤良等，2006；Chang et al., 2019）。本次工作对高家塝矿床地质和岩相学特征观察显示，类型Ⅱ矿石中白钨矿与石榴子石、辉石等无水矽卡岩矿物共生，是矽卡岩期的产物；而磁黄铁矿是石英-硫化物期的典型矿物。因此，白钨矿和磁黄铁矿2 种代表性矿物的形成机制可示踪高家塝矿床成矿热液的物理化学条件。

与W-Mo 矿床有关的岩浆氧逸度一般低于与Cu-Au-Mo 矿床有关的岩浆的氧逸度（Candela,1992；Mao et al., 2017；Xie et al., 2017；Shu et al.,2017）。由于钨在岩浆温度条件下往往以W6+形式存在，受岩浆的氧逸度影响较小（Che et al., 2013）；钨表现为不相容元素，倾向于在残余岩浆中富集，在流体出溶过程中更易迁移到成矿流体中（Cande‐la et al., 1990；聂利青等，2018）。在成矿热液中钨溶解度随着热液的温度、氧逸度降低及pH 升高而显著下降，从而沉淀（Wood et al.,2000）。高家塝矿床成矿的花岗闪长斑岩全岩Fe3+/Fe2+值在0.03～0.06 之间（Zhang et al., 2017），锆石Ce4+/Ce3+平均值为191（傅仲阳等，2017），均指示岩体氧逸度较低（Borisov et al., 1990；Ballard et al., 2002；Zhang et al., 2014）。高家塝矿床的矽卡岩主矿体内发育大量磁黄铁矿，而未见磁铁矿、赤铁矿、石膏等高氧逸度指示矿物，指示高家塝矿床为较还原的岩浆-热液成矿系统。

表2 高家塝矿床3类矿石的磁黄铁矿主要元素组成Table 2 Main element composition of pyrrhotite grains from three types ore from Gaojiabang deposit

图4 高家塝矿床3类矿石中白钨矿元素含量分布图Fig.4 Major elements distribution of scheelite grains from three types of ores in the Gaojiabang deposit

图5 高家塝矿床3类矿石中磁黄铁矿元素含量分布图Fig.5 Elements content distribution of pyrrhotite in three types ore in Gaojiabang deposit

源来,2011；,2020；,2015;,2017;,2015；,2018,2019,2010；,2013,2014，2017,2013；，2016料等等等等等等等等等等，2012；等等等资鹏岩华宝俊华权燕芳远宁峰雕祯张Zhang et al.,2017李国庆科雪陈善宁玉刘Song et al.,2019彭Song et al.,2019；蒋Mao et al.,2017；曾秦陈唐丁陈杜遇、、石、、榴、、育、、、、、、、石、、、灰石英石母及母英、石石石石英母子石石帘等石、硅、石，发石云物云灰起长云帘石等榴闪解等、绿石物石石山、金主石、石F矿石、黑、石、硅、阳石、钠、绢解石、萤、绿、透石石矿泥类解、符泥为、萤石石富解石石石石石、石纹石、方石石子石石石变、方、绿母闪泥、绿等辉石闪、方解榴石闪泥石、萤、方榴帘镁云、蛇辉、闪蚀解石辉、透石石辉长长石和、透、石石白石、绿方、角英、透、石石、萤、角方、绿纹、绿石闪、硅、透气石石长量石、透气泥母石、斜石石石石石透石长石石榴电灰石山性英英绿英蛇辉石少电云辉山帘泥子灰榴钾符石碱解石石硅以透白透符绿绿方硅石、、铁银、、、、矿铜矿、矿、矿、、矿矿铁矿黄钨矿、辉铁、黄铁矿矿矿铁矿黄铁等铜为黑铜等矿银铅矿、褐铁黄钼等物钼矿、磁、黄、磁等矿，次量、黄、黄铜然矿铁矿铅、方锌，黄等矿、辉矿、磁矿矿、辉铅，少矿、黄、自、方矿矿黄矿锌钼矿矿矿矿矿钨矿化铜钼铁、闪矿铋矿矿、磁锌、闪铁铜铜铁、方、黄矿铜、黄辉矿钼辉、黑矿铁、辉、辉铁钼矿矿矿、闪铅矿、磁锌黄黄、黄、黄黄和锌黄矿矿矿、辉铁铅矿矿矿表钨闪钨石方矿铁磁矿钼钨矿铁闪览钨白白钨、磁锡黄、黄、方钨白白磁矿钨矿矿辉白白磁一白征特岩矿浆---成岩矿床成0.95～1.25 1.10～1.11矿w(Fe2O3)/w(FeO)0.01～0.5(＜1)1.51～1.96(＞1)1.20～1.83(＞1)属金岩多浆钨岩矿w(SiO2）69.21%76.75%74.60%70.04%76.78%74.02%76.82%75.89%性成54.67%～70.15%～71.62%～67.38%～76.57%～67.18%～75.85%～62.56%～表代体花斑花花岩岗细斑花钾斑花岩带岩塝长岩母长状长花岩岩岗山岩郑岗尖长家云闪矿岩闪斑岩岩矿斑闪长斑丈花金岗林花背闪成岗高钨二岗似岗二百粒上桂长靠岗南岩江岩柏龙岩组双变双田休粉钙山质蓝质围黄黄、灰合系山浅岩代群岩蓝岩代锰岩仑代云岩云岩纪矿灰3旦Table 3 Metallogenic characteristics of typical tungsten polymetallic deposits in the Jiangnan tungsten ore belt组系船岩群组古质山系砂灰古含灰系古白白灰武震灰和岭赋炭云山元旦组元组质陶元组表寒石组白前桥新桥震新宁奥组新田矿铁黄磁w(Fe）47.62%～61.06% - - - - - -59.28%～60.04%矿钨白w(MoO3）0.01%～1.4%0.06%～0.71%0.01%～0.06%0.03%～0.92%1.08%～5.18%0.1%～5.6%5.75%～71.0%(平45.78%)均0.47%～20.45%Zn模t WO3 t WO3 t Cu t WO3 t Cu t Mo t WO3 t Mo t WO3 t WO3 t Mo规6.2万5400 t Mo＞240万60万107万40.34万2.8万7.38万2.38万1.35万4270.69 t Mo 56374 t WO3 10641 t Mo 4.4 万15万t WO3 5万6700 t Cu 360 t Mo t Pb和10 tAg 1万构置过凹隆隆过隆过隆地位南带前带岭带南带南带南带南带南带大造江渡塔陷九起江起江渡江起江渡江起床称塝溪塘岭岩山郑遥矿名家湖储W 丈金林高W-Mo朱W-Cu大W-Cu阳百W-Mo上W-Mo(Ag)桂W-Mo（Cu/Pb/Zn）逍W-Mo（Cu/Pb/Zn/Ag）床型钼钨床钼钨床矿类贫白矿富白矿

白钨矿钼含量可以用来指示其形成理化条件，在矽卡岩化过程中，白钨矿的钼含量与氧逸度呈正相关（Hsu et al., 1973；Linnen et al., 1990）。Song 等（2014）通过对白钨矿中稀土元素δEu 异常的研究，也显示Mo 在氧化条件下易于进入白钨矿，在还原条件下Mo 会以辉钼矿的形式析出。李轶群等（1991）将w(MoO3)＜13.53%的白钨矿划为贫钼白钨矿，w(MoO3)＞13.53%的白钨矿划为富钼白钨矿。本次研究显示，高家塝矿床中白钨矿的w(MoO3)在0～1.4%之间，远小于13.53%，表明该矿床属于贫钼白钨矿矿床。且进一步分析显示，3类矿石中白钨矿的w(MoO3)呈类型Ⅱ＞类型Ⅲ＞类型Ⅰ特点。指示高家塝钨矿床的矿石从类型Ⅱ→类型Ⅲ→类型Ⅰ，形成白钨矿的成矿流体氧逸度降低。

在矽卡岩矿床中，磁黄铁矿为早期石英-硫化物阶段产物，形成于较高的温度和低氧逸度环境（祝向平等，2008；冷成彪，2017；吴胜华等，2020）。Carpenter 等（1964）指出磁黄铁矿的晶型与其成分之间存在如下对应关系：六方磁黄铁矿（hpo）的铁原子百分数n(Fe)=47.8%～47.0%，单斜磁黄铁矿（mpo）n(Fe)为47.0%～46.5%。对高家塝矿床磁黄铁矿电子探针数据（表2）计算显示，类型Ⅰ和类型Ⅲ矿石中磁黄铁矿总体为六方磁黄铁矿，而类型Ⅱ矿石中磁黄铁矿总体为单斜磁黄铁矿。磁黄铁矿的晶型与生成温度有关（周喜文等，2001），在Fe-S体系中，mpo 稳定存在的温度上限为254℃（Ar‐nold, 1962），高温形成的hpo 在缓慢冷却过程中会首先出溶黄铁矿，继续降温就可能出溶mpo，但是若体系突然冷却，生成的磁黄铁矿将全部为hpo（Yund et al., 1970；Gu et a1., 1996；周喜文等，2001；丁奎首等，2007；郭维民等，2010）。随着mpo 的出溶，体系中铁含量减少，S 逸度增高，生成矿物将由单斜磁黄铁矿转变为黄铁矿。Vaughan 等（1970）也指出，当流体氧逸度上升时，生成磁黄铁矿由hpo向mpo 转变（顾连兴等，2001；黄超文，2011）。高家塝矿床类型Ⅰ和Ⅲ矿石中磁黄铁矿总体为hpo，指示斑岩和角岩中磁黄铁矿的形成温度大于254℃，且流体发生快速冷凝作用。类型Ⅱ矿石中磁黄铁矿总体以mpo 为主，指示了形成矽卡岩矿石中磁黄铁矿的成矿流体经历了缓慢冷却、且氧逸度升高的演化过程。

综上，高家塝矿床形成于还原性成矿环境；形成白钨矿的矽卡岩阶段，成矿流体从类型Ⅱ→类型Ⅲ→类型Ⅰ，氧逸度降低。形成磁黄铁矿的早期石英-硫化物阶段，类型Ⅱ的流体成矿降温速率缓慢，形成矿石类型Ⅰ和Ⅲ的成矿流体发生快速冷凝作用。

4.3 区域成矿对比

江南钨矿带夹于长江中下游成矿带和钦-杭成矿带之间，区域内已勘探发现了朱溪、桂林郑、逍遥、大湖塘、高家塝、百丈岩、阳储岭、上金山等多个大型钨-多金属矿床。这些矿床中白钨矿或磁黄铁矿对比结果如表3所示。

根据白钨矿的w(Mo)特征（李轶群等，1991），可将江南钨矿带主要钨矿床划分为贫钼白钨矿矿床（w(MoO3)＜13.53%，包括高家塝、朱溪、大湖塘、阳储岭、百丈岩、上金山等）和富钼白钨矿矿床（w(MoO3)＞13.53% ，包括桂林郑、逍遥等）2 类。其中，成矿元素对比显示，富钼白钨矿床中伴生的Mo储量所占比例（Mo/WO3）显著大于贫钼白钨矿矿床。根据白钨矿中w(Mo)，富钼白钨矿床和贫钼白钨矿矿床分别形成于氧化和还原的成矿系统，前者大量发育磁铁矿，磁黄铁矿相对较少，后者大量发育磁黄铁矿，磁铁矿相对较少。统计数据显示（表3）显示逍遥钨矿床的磁黄铁矿中w(Fe)= 59.28%～60.04%（平均59.09%），换算得到n(Fe)= 45.41%～46.2%，全部为单斜相（本课题组待发表数据），也指示该磁黄铁矿形成于氧逸度较高的环境中（Vaughan et al., 1970）。此外，成矿元素组合显示，富钼白钨矿矿床往往易于伴生Cu、Pb、Zn、Ag 等矿化。综上，高家塝矿床为贫钼白钨矿矿床，形成于相对还原的岩浆-热液系统。