赣中徐山钨多金属矿床成矿流体性质及其演化特征研究

2021-10-25王旭东张东亮卢克豪李明永

中国钨业 2021年3期

王旭东，张东亮，卢克豪，李明永

（1.绍兴文理学院元培学院，浙江绍兴 312000；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410083；3.江西漂塘钨业有限公司，江西赣州 341515）

江西是我国钨资源储量最大的省份，赣南地区钨矿开采、研究历史悠久，近年来，随着大湖塘[1-5]、朱溪[6-10]等超大型钨多金属矿床的发现，赣西北、赣东北也成为新的钨矿床研究热点地区，不仅重塑了我国钨矿分布的格局，更形成了对钨多金属矿床的成矿规律、成矿动力学背景以及成矿过程的新认识[11-14]。相对于赣南与赣西北-赣东北地区的钨矿床，江西省内其他区域的钨多金属矿床分布集中性差且研究较为薄弱，加强这些区域钨多金属矿床的研究，不仅有利于更为全面的认识钨多金属矿床成矿规律，也有利于建立不同成矿带之间的成因联系。

自20世纪80年代起，包括徐山钨矿在内的石英脉矿床深部的非脉状矿体逐渐被关注，这些非脉状矿体包括云英岩矿体、花岗岩矿体、夕卡岩矿体等[15-19]。在2000年以来的找矿工作中，针对这一类由多种类型矿体组成的矿床以及不同类型矿体之间的空间关系，又提出了“五层楼”+“地下室”的找矿模型[20-21]。但与之前针对石英脉钨矿床在找矿工作中形成的“五层楼”模式一样[22]，“五层楼”+“地下室”模型被认为是一种找矿模式，并不具成因意义。华仁民等[23]通过对赣南茅坪钨矿的研究，提出了“上脉下体”成矿模型，并指出石英脉矿体与下部的非脉状矿体具有密切的成因联系。

徐山钨矿位于江西省中部丰城市南约45 km处，介于南岭钨锡成矿带与赣西北-赣东北成矿带之间。矿床由石英脉、夕卡岩、花岗岩三类矿体构成，具明确的“上脉下体”特征[23]。与赣南以及赣西北-赣东北地区的钨矿床相比，针对徐山钨矿的研究工作相对薄弱，主要集中于20世纪80年代前后，研究内容包括金属矿物的矿相学[24]、不同矿石类型中黑钨矿的对比[16]、矿床构造控矿作用[25]、含钨石英脉的显微组构[26]、元素地球化学晕[27]等方面。2010年以来，李光来等[28]报道了徐山矿床的成矿年龄，胡聪聪、周文婷等[29-30]对该矿床石英脉矿体开展了流体包裹体的研究工作，而花岗岩、夕卡岩矿体的流体研究工作还尚未开展。石英脉矿体仅为徐山钨矿的组成部分之一，为全面揭示徐山钨矿床的成矿条件，探讨不同矿体成矿流体特征的异同以及不同类型矿体的成因联系，进一步完善此类矿床的成矿模式，综合开展产于同一矿床不同类型矿体流体包裹体的对比研究，是极为必要的。

本文以石英脉矿体和花岗岩矿体石英中的流体包裹体为研究对象，以流体包裹体岩相学为基础，采用流体包裹体组合（FIA）研究方法[31-33]，通过流体包裹体显微测温和激光拉曼光谱测试，以获取两种类型矿体的成矿流体性质、流体演化特征、金属元素在流体中的沉淀机制等信息，进而探讨两类矿体的成因联系，构建成因模式。

1 区域及矿床地质概况

徐山钨矿处于华南加里东褶皱带北缘（图1），区内出露从震旦系至三叠系、第三系及第四系地层，岩性为千枚岩、凝灰岩、粉砂岩等，石英脉矿体深部有隐伏的紫云山花岗岩体。年代学研究表明，紫云山岩体经历了至少三次岩浆作用，与三次岩浆作用相对应的产物分别为中粗粒斑状黑云二长花岗岩、中细粒少斑二云二长花岗岩和中细粒含斑二云钾长花岗岩，单颗粒锆石U-Pb年龄分别为158 Ma、155 Ma和153 Ma[34]。区内的褶皱构造有轴向近SN向的黄金岭-老虎山向斜以及轴向近NE向的一些次级褶皱。断裂构造分为NE向、近SN向、NW向、近EW向4组，从断裂构造与矿体的产状关系上看，断裂构造主要为成矿后构造。

图1 徐山钨矿大地构造位置图[28]Fig.1 Geotectonic location map of Xushan tungsten deposit

徐山矿床含矿石英脉产于紫云山花岗岩外接触带，其围岩为震旦系板溪群浅变质岩。主要含矿石英脉有27条，脉长500～1 000 m，脉宽10～30 cm。矿脉总体走向 NE-NNE，倾向 SE，倾角 30°～60°。根据矿脉在矿区的分布特征，可分为南、中、北3组，中组规模最大（图2）。石英脉矿体具有多阶段成矿的特征，根据野外产出状态及控矿构造特征，可以分为：（1）黑钨矿-硫化物阶段；（2）白钨矿-硫化物阶段；（3）硫化物-萤石-碳酸盐阶段[33]。其中黑钨矿-硫化物阶段最具工业意义，硫化物主要为黄铜矿，该阶段的矿体是目前矿山主要开采对象。

图2 徐山钨矿区地质平面简图[26]Fig.2 Geological plane diagram of Xushan ore district

夕卡岩矿体在空间上产于花岗岩矿体上部，石英脉矿体的中下部，花岗岩矿体位于隐伏的紫云山花岗岩体顶部（图3）。

图3 徐山钨矿床0线剖面图[27]Fig.3 Profile of line 0 of Xushan tungsten deposit

截至目前，徐山钨矿共发现14个夕卡岩矿体，其中3个规模较大，以似层状、透镜状产出。夕卡岩矿体围岩为透辉石-柘榴石夕卡岩和符山石（阳起石）-柘榴石夕卡岩。夕卡岩矿体与石英脉矿体相互穿插，暗示两类矿体形成时代接近，此类矿体因规模小、连续性差，目前尚不具工业意义。

花岗岩钨矿体产于含矿石英脉群收缩部，赋存在隐伏花岩顶凸部云英岩化花岗岩中。其中规模较大的为GrⅠ和GrⅡ，GrⅠ产于中组石英矿脉根部，占花岗岩矿体总储量的90%；GrⅡ产于南组矿脉根部，储量较小。限于开采及分选工艺，目前花岗岩矿体尚未被利用。

三种类型矿体的主要含钨矿物为黑钨矿和白钨矿，主要的硫化物矿物为黄铜矿。其次还有黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂等。含钨矿物在不同类型矿体中分布差异明显，黑钨矿主要产于石英脉矿体中，白钨矿则主要产于花岗岩和夕卡岩矿体中。3类矿体中黄铜矿的含量均较高，在一些年度，矿山铜精矿的年产量近于钨精矿的3倍[35]。

三类矿体即三种含矿岩石，矿石脉石矿物组合有明显差异。石英脉矿石脉石主要是石英，花岗岩矿石脉石矿物为石英、白云母、长石等造岩矿物；夕卡岩矿石的脉石矿物由石榴石、透辉石、符山石、透闪石等夕卡岩矿物组成。

含矿石英脉两侧发育电气石化、黄铁矿化、碳酸盐化等蚀变；隐伏花岗岩顶凸部钠长石化、云英岩化，强矿化部位为具有工业意义的花岗岩矿体；夕卡岩矿体为强矿化夕卡岩，其往往伴有碳酸盐化、黄铁矿化蚀变。

石英脉矿石主要是结晶结构，块状构造和条带状构造；花岗岩型和夕卡岩型两类矿石以交代溶蚀结构为主，浸染状构造、细脉浸染状和块状构造。

石英脉矿体单颗粒白云母Rb-Sr等时线年龄147.1±3.4 Ma，略晚于紫云山岩体年龄[27]。花岗岩矿体、夕卡岩矿体的成矿年龄则尚未被报道。

2 样品特征与分析方法

因夕卡岩矿体规模小且尚不具工业意义，并且同一矿床中夕卡岩矿体与石英脉矿体的成因关系早已明确[36]，因此，本次研究样品分别采自黑钨矿-硫化物阶段的石英脉矿体和花岗岩矿体，图4为所采样品的典型照片。石英脉典型矿石标本中矿石矿物主要为黑钨矿与黄铜矿。黑钨矿呈黑色、黑褐色，以厚板状、板柱状、针状产出（图4（a））。黄铜矿呈铜黄色，以团块状产出（图4（b））。花岗岩矿石矿物颗粒明显小于石英脉矿石，黄铜矿主要呈细粒浸染状、少数呈细脉浸染状产出，细粒粒径0.05～1 mm不等，黑钨矿呈他形粒状、板状、半自形薄板状产出，粒径最大3 mm左右。对花岗岩矿石的镜下观察见图5，含矿花岗岩为细粒结构，可见石英、钠长石、白云母、黑钨矿等矿物。黑钨矿呈填隙状、不规则状分布，并常包裹有白云母、石英及钠长石等造岩矿物，表明黑钨矿的形成晚于上述造岩矿物（图5（b））。对花岗岩矿石中黑钨矿的拉曼测试也检测出了典型的黑钨矿的谱峰（329 cm-1，400 cm-1，881 cm-1）（图 5（c））。

图4 徐山钨矿矿石标本Fig.4 Samples of Xushan tungsten deposit

图5 花岗岩矿体矿石结构特征及黑钨矿拉曼谱图Fig.5 Ore structural characteristics of granite ore body and Raman spectrum of wolframite

本文的包裹体显微测温和激光拉曼测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室开展。所采用的仪器及其参数为：英国Linkam-THMS600冷热台（-196～+600℃），分析精度：＜30℃，±0.2℃，＜300℃，±1℃，300～600℃，±2℃；英国Renishaw RM2000，试验条件：温度23℃，Ar离子激光器（514 nm），风冷，狭缝宽 50 μm，光栅 1 800，扫描时间60 s，扫描次数为1次。

3 流体包裹体研究

3.1 流体包裹体岩相学

岩相学显示，石英脉矿石中石英中能观察到的流体包裹体数量较多，花岗岩矿石的石英中能观察到的流体包裹体数量较少。根据Roedder[37]和卢焕章等[38]提出的流体包裹体的分类准，对两种类型矿体中的包裹体类型进行划分。

3.1.1 石英脉矿体

徐山钨矿石英脉石英中仅发现富液相两相水溶液包裹体，为与花岗岩矿体中流体包裹体相区别，将石英脉型矿体中流体包裹体命名为IQ型。按流体包裹体产出状态，可分为孤立分布（图6（a））、随机分布（图 6（b））和成小群分布（图 6（c）、图 6（d）、图 6（e））分布的原生包裹体以及沿未切穿石英颗粒边界、呈串珠状分布的假次生包裹体（图6（f）），将成小群分布原生包裹体和假次生包裹体划分为一个流体包裹体组合（FIA），同一流体包裹体组合内的包裹体气相百分数相近。IQ型包裹体长径0.5～20 μm，气相百分数5%～10%不等，形状一般为不规则状、椭圆形、长条形及少数石英负晶形。

图6 石英脉矿体石英中流体包裹体Fig.6 Fluid inclusions in quartz from quartz vein ore body

3.1.2 花岗岩矿体

徐山钨矿花岗岩矿体产出富液相两相水溶液包裹体和富气相两相水溶液包裹体。为与石英脉矿体中流体包裹体分类相区别，将富液相两相水溶液包裹体命名为IG型，将富气相两相水溶液包裹体命名为ⅡG型，在数量上，IG型包裹体明显多于IQ型包裹体。

IG型包裹体：一般成孤立状（图7（a））或成小群（图 7（b）、图 7（c））分布，其中成小群分布的包裹体群中包裹体具有相近的气相百分数上，可以划分为一个流体包裹体组合（FIA），长径 0.5～30 μm，绝大多数为5～10 μm，气相百分数20%～30%不等，形状一般呈椭圆形、圆形、不规则状、石英负晶形等。

图7 花岗岩矿体石英中流体包裹体Fig.7 Fluid inclusions in quartz from granite ore body

ⅡG型：多呈不规则状、圆形、椭圆形产出，长径2～10 μm，气相百分数50%～70%不等，与IG型包裹体产于同一视域内但不具有明显的同时捕获特征（图7（d）），即不能与同一视域内的IG划为同一流体包裹体组合。

3.2 流体包裹体显微测温

流体包裹体显微测温的对象为石英脉矿石中的IQ型包裹体，花岗岩矿石中的IG型、ⅡG型包裹体。需要指出的是，因本次工作中IQ型包裹体体积较小，部分此类包裹体仅测到均一温度，并没有获得准确的冰点温度，导致本次测温结果的冰点温度少于均一温度。同样，ⅡG型包裹体型包裹体数量较少，并且液相比例小，也没有测到此类包裹体准确的冰点温度。包裹体盐度的计算采用Hall等的公式[39]：wNaCl=0.00+1.78Tm-0.044 2 Tm2+0.000 557Tm3，其中Tm为冰点下降温度。测温及盐度计算结果见表1，利用测试得到的和计算得到的温度盐度数据作图，见图8、图 9。

表1 徐山钨矿流体包裹体测温结果Tab.1 Summary of microthermometric data for fluid inclusions in Xushan tungsten deposit

图8 徐山钨矿床流体均一温度、盐度直方图Fig.8 Histogram of fluid homogenization temperature and salinity in Xushan tungsten deposit

图9 徐山钨矿流体包裹体拉曼图谱Fig.9 Raman spectra of fluid inclusions in Xushan tungsten deposit

综合图表可以看到花岗岩矿体石英中流体包裹体的均一温度明显高于石英脉矿体。从分布特征上看，石英脉矿体的均一温度分布范围为165～374℃，集中分布于250～310℃，花岗岩矿体均一温度分布范围为274～575℃，绝大部分高于360℃，石英脉矿体流体包裹体盐度分布范围较宽，花岗岩矿体的盐度集中分布在10%～16%（质量分数，下同）NaCl eqv。

3.3 流体包裹体拉曼测试

对石英脉矿体中IQ型包裹体及花岗岩矿体中IG和ⅡG型包裹体进行了激光拉曼测试，两类包裹体中均仅检测到了宽泛的液相H2O的包络峰（图10（a）、图10（b）），拉曼测试的结果与岩相学观察以及显微测温过程中所观察到的相变特征是相符的。

图10 徐山钨矿流体包裹体均一温度与盐度图Fig.10 Homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions in Xushan tungsten deposit

4 成矿流体特征和演化

徐山钨矿流体包裹体测温及盐度计算结果显示，与石英脉矿体相关的流体为中高温、中低盐度的NaCl-H2O流体；与花岗岩矿体相关的流体则为高温、中低盐度的NaCl-H2O的流体。花岗岩矿体的均一温度明显高于石英脉矿体，盐度总体上高于石英脉矿体。值得注意的是，无论是本研究，还是胡聪聪、周文婷等对徐山钨矿石英脉矿体流体包裹体的研究结果[29-30]，石英脉中大部分流体包裹体的盐度明显高于南岭成矿带上的石英脉型钨矿床[40-47]、江南钨矿带的钨多金属矿床[10，48-49]。与同样是上部石英脉矿体、下部花岗岩矿体的大吉山钨矿也明显不同，后者与两类矿体相关的流体体系表现出明显不同的演化过程[50]。可能与矿床所处的区域构造背景和矿床矿化类型不同有关，也不排除为流体中可能含有少量的Ca2+离子导致。

石英脉矿体中流体包裹体类型单一，均一方式为均一到液相，表明流体包裹体捕获于均匀的流体。花岗岩矿体有少量均一到气相的富气相两相水溶液包裹体，揭示了与花岗岩矿体相关的流体在演化过程中局部发生过沸腾作用，从花岗岩矿体绝大多数流体包裹体均一到液相的结果上看，并没有发生过大规模的沸腾作用。

徐山钨矿两类矿体流体包裹体均一温度与盐度图显示（见图10），随着温度的降低，两类矿体盐度没有明显的降低趋势，相对于花岗岩矿体，石英脉矿体盐度分布范围更为宽泛。值得注意的是，花岗岩矿体和石英脉矿体均一温度与盐度的变化呈现出一定的连续性，并且两者流体包裹体的均一温度与盐度有重叠的部分。本次开展测温的花岗岩矿体中流体包裹体，在岩相学上不具有次生成因的典型特征，因此可以排除花岗岩矿体部分与石英脉型矿体均一温度、盐度重叠的流体包裹体是次生的流体包裹体。两类矿体中包裹体测温结果表明两者的成矿过程存在一定的连续性，两类矿体可能为同一成因流体在不同演化阶段的产物。从两类矿体均一温度降低而盐度没有明显变化的特征可以看出，尽管两类矿体的流体性质不同，但经历的流体演化过程是相近的，即均经历了流体冷却的过程[35]。

5 矿床的成因机制

研究表明，流体体系的冷却作用是钨在流体中沉淀的主要机制之一[51-54]。作者对赣南地区含钨石英脉流体包裹体的研究也表明流体体系的冷却作用是钨在流体中沉淀的主要因素[40，43-44]。与在温度升高过程中，黑钨矿、白钨矿等钨矿物在流体中溶解度也相应增大的试验结果是相符的[55]，表明流体体系温度的降低在钨从流体中沉淀的过程中发挥着重要的作用。本次对徐山矿区石英脉钨矿体及花岗岩钨矿体的流体包裹体研究表明，冷却作用是两类矿体的主要成矿机制。

尽管缺乏对花岗岩矿体的年代学数据，但从花岗岩矿体与紫云山岩体的产状关系上看，其形成应晚于紫云山岩体中晚阶段的中细粒含斑二云钾长花岗岩。结合紫云山岩体的成岩年龄及石英脉矿体的成矿年龄[27，33]，花岗岩矿体的形成年龄略早于石英脉矿体。依据徐山钨矿夕卡岩矿体与石英脉矿体的产状关系以及同一矿床中石英脉矿体与夕卡岩矿体的成因关系[36]，石英脉矿体和夕卡岩矿体的形成年龄应是非常接近的。花岗岩矿体与石英脉矿体流体包裹体类型及均一温度、盐度特征表明，两类矿体为同源的成矿流体在不同成矿阶段连续成矿作用的产物，花岗岩矿体形成于更深的部位和更高的温度条件下。

综合认为，徐山钨矿可能的成矿过程如下：在紫云山花岗岩体成岩末期，由花岗岩岩浆结晶分异出的、含金属元素和挥发份的岩浆水，经过碱性长石化作用后，流体中的金属元素进一步富集，形成含矿流体，其后，随着流体体系的冷却，由于温度的降低引起金属在流体中溶解度的降低，含矿流体过饱和，金属元素在花岗岩矿物颗粒间沉淀，形成花岗岩矿体。其后，成矿流体继续向上运移，在运移过程中，与含钙岩石发生交代形成含矿夕卡岩；进入矿区内裂隙中的流体，随着温度进一步的降低，金属元素与石英逐渐沉淀，形成含矿石英脉。