湖南桃江县木瓜园斑岩型钨矿矿床成因及找矿方向

2021-12-11陈文辉刘铁生刘浩李惠纯杨斌周鑫

矿产勘查 2021年10期

陈文辉，刘铁生，刘浩，李惠纯，杨斌，周鑫

（1.湖南省地质矿产勘查开发局四一八队，湖南娄底 417000；2.湖南省地质矿产勘查开发局四〇八队，湖南郴州 423000；3.湖南省核工业地质局304大队，湖南长沙 410019；4.中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南长沙 410083）

0 引言

木瓜园钨矿位于湖南省桃江县城北西直距约14 km处，隶属桃江县修山镇管辖。地理坐标东经112°03′13″～112°04′43″，北纬28°38′30″～28°40′00″。2012—2015年，湖南省地质矿产勘查开发局四一八队在该矿区开展金矿普查工作时发现了湖南省首例斑岩型钨矿体（刘茂强和陈文辉，2014）。2013年7月，该矿区施工的首个验证钻孔即揭露到厚达370 m的花岗斑岩体，三氧化钨品位0.02×10-2～1.55×10-2，并伴有钼、金、铜矿化。2012—2015年，该矿区累计投入钻探工作量6856 m，其中见矿钻孔9个，见矿率90%，工业钨矿体最大厚度达282.8 m，最高品位2.046×10-2。据现有工程经初步估算，矿区钨资源量已达中型以上规模。唐勇明等（2016）、罗仕长和舒成樑（2017）对木瓜园成矿地质特征进行了初步的分析和探讨，认为木瓜园钨金矿处安化-浏阳东西向构造带钨、锑、金成矿带中段，金矿主要发育于北西西向花桥港断裂及其次级断裂内，钨矿赋存于花桥港断裂下盘花岗斑岩体内，二者为异体共生矿；李洪英等（2019）对木瓜园钨矿床及成矿岩体成岩时代进行了系统研究，表明该矿床形成于晚三叠世，其形成环境为印支晚期后碰撞环境；陕亮等（2019）对木瓜园钨多金属矿成岩年代、区域成矿作用等方面进行了研究，认为成岩成矿年龄为印支期，含矿岩体岩浆源区主要为元古代古老地壳岩石的重熔。而北东向钨矿带成岩成矿集中于燕山期，推测湖南省东北部地区存在一次晚三叠世大规模成岩与局部钨钼多金属成矿过程，且具有较大的找矿潜力。李晓宇和陆建军（2019）对木瓜园钨矿形成过程的矿物学制约进行研究，三仙坝花岗斑岩的长石富Ca，黑云母富W、F，磷灰石富Mn、F，指示其岩浆富Ca、W、F，且相对还原。前人对木瓜园钨金矿的成矿区域背景、矿床地质特征、赋矿斑岩的成岩成矿年龄、成矿物质来源、矿物学特征等进行了研究，但对矿床成因、找矿标志及找矿方向缺乏研究。

本文在总结区域地质背景的基础上，分析了矿床的地质特征，探讨了矿床成因，总结找矿标志，提出了找矿方向，这能够促进斑岩型钨矿的找矿成果，为矿山带来良好的经济效益。

1 区域地质背景

木瓜园矿区位于洞庭盆地与雪峰构造带结合处，属于安化-浏阳东西向钨、锑、金矿带中（图1，湖南省地质矿产局，1988①；湖南省地质调查院，2017②）。

图1 木瓜园金矿区区域地质略图

区域地层有冷家溪群、板溪群，次为零星发育的震旦系、寒武系、志留系及白垩系（湖南省地质局区测队，1972③）。冷家溪群和板溪群主要为一套浅变质碎屑岩建造，属广阔浅海相槽地沉积，是钨、金等内生矿床产出和赋存的重要层位。区域构造以近东西向、北西西向为主，次为北东向。区域岩体主要为印支期桃江岩体、岩坝桥岩体，呈岩基状或岩株状产出。岩石类型有角闪石黑云母花岗闪长岩、角闪石黑云母石英闪长岩、黑云母花岗闪长岩、角闪石黑云母二长花岗岩、二长花岗岩、二云母二长花岗岩等，各岩体中常见石英闪长岩的包体。岩体中的花岗闪长岩具有相同的岩石成因，为高分异的I型花岗岩，以富含暗色微量包体为特征，说明岩浆为幔源。区内印支期花岗斑岩脉（γπ）主要分布在修山-新桥河一带，距离桃江岩体2～10 km。呈北西西向，带状分布于冷家溪群和板溪群中。花岗斑岩脉中普遍含钨，部分见有自然金，花岗斑岩脉与矿区钨、金的成矿作用具成因联系（李洪英等，2019）。

桃江幅1∶5 万区域地质调查（全明生等，1988④），在花桥港-毛塘冲—带圈出一面积达65 km2、呈不规则状的水系沉积物金元素异常，主要分布在冷家溪群地层中，局部在板溪群地层中。该异常受地层、断裂、岩脉控制明显，总体走向与北西向花岗斑岩脉走向一致。高含量异常点基本沿北西向断裂两侧分布，浓度分带较好，形成3个浓集中心，金异常平均值4.5×10-9，峰值140×10-9。金异常与岩金、砂金矿点位置吻合良好。

区域矿产主要有钨、金矿，次为锑、铁、锰等，其中钨矿分为斑岩型钨矿（木瓜园钨矿）和石英脉型钨矿（修山钨矿、白岩村钨矿）。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

木瓜园钨矿区位于桃江岩体北部、柳溪-花果山背斜北侧。矿区地层较简单，构造较发育，岩脉发育（图2）。

图2 木瓜园矿区地质略图

矿区出露地层由老到新为青白口系冷家溪群上组（QbL3）、青白口系板溪群马底驿组（Qbm）和第四系。冷家溪群上组（QbL3）分布于矿区四周，主要为粉砂质板岩、绢云母板岩等，厚649.2 m；板溪群马底驿组（Qbm）分布于矿区中部，为矿区的主要赋金矿层位，其上部主要为浅灰色、灰绿色粉砂质板岩，风化后呈灰黄色、紫红色，下部见有岩屑砂岩或长石石英砂岩，假整合于冷家溪群上组之上，厚度229.4 m。第四系（Q）多为残、坡积层，不整合于上述各地层之上，厚度0～10 m。青白口系地层岩石中含钨较高，高于地球克拉克值数倍至数十倍。

矿区最大的褶皱位于矿区中部，为花桥港向斜。核部为马底驿组灰绿色、紫红色粉砂质板岩组成，两翼为冷家溪群上组。轴线总体走向295°，与Ⅰ号含矿断裂走向基本一致。矿区次级褶皱发育，影响范围较小，受断裂影响局部被破坏。

矿区主要断裂为F2、F3。花桥港断裂F2分布于矿区中部，贯穿整个矿区，总体走向295°，厚0.15～0.80 m，倾向北北东，倾角65°～88°，一般在80°以上，局部倒转。主要由碎裂化板岩、石英脉、断层泥及少量构造角砾岩等组成，属压性断裂。沿断裂断续见花岗斑岩分布。断裂顶底板面光滑平直，局部波状弯曲，多期构造活动明显。

F3切割了F2，错距不清。走向长600 m，总体走向约60°，倾向北西，倾角56°～80°，一般60°～70°。厚0.2～3.0 m，一般0.2～0.5 m，局部具有膨大窄缩、分支复合现象。主要由碎裂化板岩、石英脉、断层泥和少量构造角砾岩组成。

矿区花岗斑岩主要分布于矿区东部木瓜园一带，其次为矿区中部三仙坝一带，另在矿区西部沿F2断裂也有零星出露；侵入时代均为印支期；仅三仙坝处花岗斑岩体具钨矿化。

木瓜园一带的花岗斑岩脉：地表已发现8条，均呈北西向展布，近平行产出，长600～900 m，宽10～50 m，间距50～100 m。岩脉地表风化强烈，具斑状结构和块状构造，斑晶含量10%～15%，以石英为主，次为长石，斑晶大小1～6 mm，基质为微晶质长石和石英；经系统采样分析，不具钨矿化。

含矿花岗斑岩体主要分布于三仙坝BT1附近，沿F2断裂分布，出露宽度约50 m，长约200 m，断续出露。花岗斑岩灰白色，风化后灰黄色，风化较强烈，具斑状结构和块状构造，斑晶为石英、长石，含量20%～60%，大小0.2～3 mm，石英呈他形粒状结构，长石为自形-半自形板柱状结构；基质为微晶质长石和石英。岩石蚀变较弱，主要为绢云母化、硅化、云英岩化、黄铁矿化、绿泥石化等。副矿物以锆石、黄铁矿（褐铁矿）、赤铁矿、硬锰矿、电气石为主，锐钛矿、金红石、磁铁矿、独居石较少。三仙坝花岗岩普遍具钨矿化，三氧化钨品位为0.01×10-2～2.046×10-2不等。

矿区西部沿F2断裂零星出露有花岗斑岩脉，岩性与三仙坝一带的岩脉相同，长达150 m，出露宽小于20 m，位于F2断裂下盘，经采样分析不具钨矿化。

矿区围岩蚀变主要为高岭土化、绢云母化、硅化、云英岩化、钾长石化、黄铁矿化、黄铜矿化、绿泥石化等，其中硅化、黄铁矿化、黄铜矿化、绢云母化与钨矿化关系密切。

2.2 花岗斑岩地球化学特征

三仙坝岩体与岩坝桥岩体桃江岩体常量元素特征见表1。

表1 三仙坝岩体与岩坝桥岩体桃江岩体常量元素特征表/%

从表1可以看出，三仙坝含矿花岗斑岩体中SiO2占74%，比岩坝桥和桃江岩体高6%～8%；TiO2占0.42%，比岩坝桥和桃江岩体低0.12%～0.14%；A12O3占12.6%，比岩坝桥和桃江岩体低2.6%～2.7%；Fe2O3占1.47%，比岩坝桥和桃江岩体高0.58%～0.84%；FeO比岩坝桥和桃江岩体低3.44%～3.76%；MnO占0.03%，比岩坝桥和桃江岩体低0.05%；MgO占0.55%，比岩坝桥和桃江岩体低1.59%～1.15%；CaO占1.08%，比岩坝桥和桃江岩体低2.96%～2.73%；Na2O占2.73%，比岩坝桥和桃江岩体低0.50%～0.44%；K2O占2.95%，比岩坝桥和桃江岩体低0.08%～0.21%；P2O5比岩坝桥和桃江岩体低0.09%～0.11%。与岩坝桥岩体、桃江岩体的主量元素相比，三仙坝含矿花岗斑岩相对富硅、为酸性岩，富三价铁，贫钛、二价铁、锰、钙、钠、钾、磷等氧化物；（Na2O+K2O+MgO）的含量为6.23%，A12O3含量大于（Na2O+K2O+MgO）含量，为铝过饱和类型；里特曼指数δ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)=1.041＜3.3，为钙碱性岩石系列（赖绍聪，2016）。钨矿等金属矿物多产于酸性花岗岩内，三仙坝花岗岩是有利于白钨矿形成的矿源层（唐勇明等，2014⑤）。

三仙坝花岗斑岩微量元素主要有Ba、As、Pb、Ga、Mn、W、Cr、Bi、Ti、Mo、Y、Cu、Zn、Co，与同期花岗斑岩相比，三仙坝岩体明显富W、As、Bi、Mo、Co、Cu，而Ti、Cr、Ni相对较少，Ga、Pb含量较高，表明三仙坝岩体花岗斑岩成岩元素为中高温元素组合，显示三仙坝矿化花岗斑岩具中高温热液蚀变。在区内花岗斑岩及石英脉中，发现W、Au、Ag、Sb、Mo、Cu等矿化，并已发现较好的钨矿体，局部发育钼矿体。

三仙坝微量元素聚类分析图结果显示相关系数大于0.5的明显分为两组：一组为Ti、Ga、Zr、Nb、Th、Rb、Ba、S，另一组为V、Mn、Sr、Ce、W、Hf、Cu、Sb、Zn、As、Bi、Tl、Br、U、Pb，第二组元素与W存在较密切的关系，特别是Ce、Sr、Mn、Hf，具有明显的正相关关系（图3）。

图3 区域花岗斑岩微量元素聚类分析谱系图

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

钨矿体主要分布于三仙坝花岗斑岩体中，岩体主要沿F2断裂展布，钨矿体大致呈似层状产出。主体位于0线至4线（图4），主矿体向西侧伏，侧伏角45°；向东收缩分叉，渐变为岩脉，直至尖灭。现有工程控制的花岗斑岩最低标高为-754 m，深部岩体单孔进尺长度数米至数百米，最大为480 m，其中在0线和4线岩体铅直厚度为160～480 m，20°方向水平厚度为40～280 m。经钻孔和地表工程控制，圈出白钨矿主矿体3个，厚4.50～132.65 m，WO3品位0.064×10-2～2.046×10-2，平均0.22×10-2。

图4 木瓜园钨矿体纵剖面示意图

3.2 矿石特征

矿石中金属矿物主要为白钨矿、黄铁矿，少量辉钼矿，偶见毒砂；非金属矿物主要为长石、石英、绢云母，局部含高岭土，偶见绿泥石、方解石。白钨矿：灰白色、米白色、淡黄色，半自形粒状，粒径0.1～3 mm，在紫外线下发出淡蓝色荧光，多呈浸染状（图5a、d）、斑状（图5b）、脉状（图5c）分布于花岗斑岩或石英脉内，多处于脉的中部。辉钼矿：浅灰色，强金属光泽，硬度低，底面解理极完全，多呈鳞片状集合体，集合体多分布于石英脉边缘；裂隙面内偶见辉钼矿薄膜，薄膜较弯曲。

矿石结构有斑状结构、充填结构；矿石构造有块状构造、星点状、斑点状、浸染状构造。

矿石类型按矿石的矿物组成可划分为石英-黄铁矿-白钨矿矿石，石英-毒砂-白钨矿矿石，石英-白钨矿矿石等；按赋矿岩石类型可划分为花岗斑岩型矿石，次为石英脉型矿石；按照矿石（共）伴生有用组分划分，矿石类型主要为单一白钨矿矿石，次为白钨矿石和辉钼矿石（图5）。

图5 木瓜园岩矿石结构构造

矿体围岩与夹石：矿体多赋存于花岗斑岩内、石英脉和石英团块中，与围岩的界限明显。矿体中品位不均匀，稳定性差，夹石一般为花岗斑岩，产于绢云母化带、高岭土化带和贫石英带中，厚度变化较大。

3.3 成矿阶段

矿区热液成矿可划分为4个阶段（李洪英等，2019）。

（1）早期的钾硅酸盐阶段：主要形成黑云母等含钾矿物，该阶段钾长石均发生了绢云母化；矿物组合为石英+云母+绿泥石，见有少量的白钨矿。

（2）白钨矿-石英阶段：主要形成石英、白钨矿为主的脉体，脉中也可见少量黑云母、铁矿等矿物，该阶段也发育蚀变矿物磁铁矿和黑云母，矿物组合为白钨矿+石英。

（3）白钨矿-硫化物-石英阶段：该阶段共产出2种脉体，分别为石英+黄铁矿+白钨矿和石英+黄铁矿+辉钼矿+白钨矿脉；其中，石英+黄铁矿+白钨矿脉体中金属矿物呈线状连续或不连续分布于脉体中心或边缘。钨矿物为白钨矿，硫化物种类主要有黄铁矿、辉钼矿和黄铜矿。

（4）晚期青磐岩化阶段：主要发育于矿床的浅部及外围，属于整个蚀变带的外带，该蚀变发育较强，主要组成矿物为绿泥石、绿帘石和绢云母等，该带中白钨矿化弱。

4 矿床成因及找矿标志、找矿方向

4.1 矿床成因

地层及岩坝桥岩体钨元素光谱分析未出谱，而桃江岩体含钨30×10-6，花岗斑岩含钨17×10-6，桃江岩体、花岗斑岩可能为钨矿提供了成矿物质来源。三仙坝花岗斑岩全岩钨矿化，离三仙坝花岗斑岩较远的ZK0702内粉砂质板岩中钨含量为5×10-6～25×10-6，而位于三仙坝花岗斑岩体上部的粉砂质板岩中W含量可达100×10-6以上，且花岗斑岩内W含量可达矿化，自岩体至两侧围岩W元素含量总体呈降低趋势，故推测矿区钨矿的成矿物质来源可能为三仙坝花岗斑岩体。

据李洪英等（2019）对三仙坝岩体的Re-Os同位素测定结果显示，木瓜园矿区三仙坝岩体形成时代为（222±1）～（219±3）Ma，木瓜园钨矿床成矿时间为228～223 Ma，成岩年龄与成矿年龄基本一致，表明木瓜园钨矿的形成与三仙坝岩体存在密切的成因联系；并通过测定辉钼矿中Re质量分数，显示木瓜园钨矿床成矿物质主要为壳幔混合来源。

湖南省东北部地区存在一次印支期区域成岩与局部钨钼成矿过程（陕亮等，2019）。据李晓宇和陆建军（2019）的研究，三仙坝花岗斑岩的长石富Ca，黑云母富W、F，磷灰石富Mn、F，指示其岩浆富Ca、W、F相对还原。岩浆锆石的成分变化指示随着岩浆分异，P、Th、U、Y、REE、Nb、Ta、W等逐渐在残余熔体中富集。早期岩浆热液流体中富Th、U、Y、REE、Nb、Ta和W，热液锆石中明显富集这些元素。锆石的Ce异常表明早期岩浆热液流体相对还原。早期岩浆热液流体引起了绿泥石化，沉淀生成独居石、磷钇矿及富W、Nb、Ta的金红石等矿物。云英岩化阶段成矿流体也来自岩浆热液流体，相对还原。该阶段磷灰石与岩浆磷灰石具有相同成分，富Mn、F，金红石与早期金红石成分类似，富W、Nb、Ta；毒砂的As温度计指示云英岩化阶段流体的温度为522～551 ℃。绢英岩化阶段的成矿流体来自于演化的岩浆热液流体并有大气降水加入，相对低温、氧化。毒砂的As温度计指示该阶段流体温度为491 ℃，磷灰石相对贫Mn、Fe。蚀变作用在木瓜园钨矿的成矿过程中起到了重要作用，在云英岩化阶段和绢英岩化阶段，斜长石被蚀变分解，释放Ca进入流体。随着温度、压力的降低，流体中的Ca2+与WO42-结合，在三仙坝岩体的裂隙或细脉中沉淀形成白钨矿。

综合上述资料分析，晚三叠世时期，湖南省东北部地区花岗岩浆活动强烈，区内大量花岗斑岩脉（体）自地幔沿深大断裂不断上涌，再顺北西西向、北东向断裂侵入。而三仙坝岩体顺F2断裂上侵，在岩体侵入（未冷凝）同时，花岗斑岩内部存在丰富的含W、Au岩浆热液。热液运移分两部分：一部分在花岗斑岩体内运移，热液在运移过程中，由于温度压力变化，含W高温热液在岩体中部及边部钨元素沉淀形成白钨矿体，由于与花岗斑岩接触的冷家溪群、板溪群砂质板岩、板岩孔隙度低，这部分热液运移受阻，仅在部分裂隙中发育少量规模较小的含钨石英脉；而另一部分高温热液通过北东向组、北西西向组断裂运移；热液通过断裂与冷家溪群、板溪群砂质板岩、板岩接触，并带入丰富的Au元素，在各断裂浅部，热液中金元素沉淀形成金矿（图6）。

图6 木瓜园矿区金钨成矿模式示意图

4.2 找矿标志

岩石标志：花岗斑岩中石英斑晶含量高者钨矿化强。

蚀变标志：花岗斑岩或石英脉中，硫化物化（毒砂、黄铁矿）、绢云母化、高岭土化、白钨矿化都是矿区较好的找矿标志。

构造标志：花岗斑岩中石英细脉发育部位是较好的找矿空间。

地球化学标志：地球化学异常图中W异常较好，而且伴生有Cu、Mo等元素异常共同出现的部位是找矿的重点位置。

4.3 找矿方向

区域岩体分布中，续海金等（2004）测得的桃江岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄为（210±3）Ma；Wang et.al（2012）测得区域上桃江岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为（219±3）Ma；岩坝桥岩体的成岩年龄为（220.7±1.0）Ma（吴能杰，2020）；木瓜园矿区三仙坝岩体形成时代为（222±1）～（219±3）Ma，桃江岩体、岩坝桥岩体、三仙坝岩体成岩年龄相近。木瓜园钨矿成岩成矿均在印支期，不同于周边大型钨矿，其主成矿期为燕山期，如湖南的虎形山钨矿（徐军伟等，2017）、广东的莲花山钨矿（倪守斌等，1983）、江西的阳储岭钨矿（杨明桂等，2004）、大湖塘钨矿（胡正华等，2020）和安徽的东源钨矿（秦燕等，2010）均形成于燕山期。

区域内已知钨矿床（点）分布于桃江岩体、岩坝桥岩体与F2断裂、泥港冲-三官桥断裂所挟区块内，该区块印支期岩浆活动频繁，北西西向、北东向构造较发育，具有良好的找白钨矿潜力。

据前述矿体分布特征，三仙坝花岗斑岩钨矿体主要富集于多斑花岗斑岩中，重点对矿区内F2断裂带中的相似花岗斑岩进行工程验证。据3线、7线钻孔数据，部分石英脉中见白钨矿化，ZK0703中石英脉内白钨矿品位达0.92%；三仙坝钨矿体具有向西侧伏的规律，侧伏角45°，矿区3线及3线以西施工的钻孔均为浅孔，可根据矿体的侧伏规律实施中深部钻探，矿体往西及往深部均有扩大规模的可能。同时，沿F2断裂带两侧的与三仙坝岩体类似的多斑花岗斑岩，是找矿有利的目标地质体。综上所述，木瓜园斑岩型钨矿有望成为大型斑岩型钨矿床。