鄂东北金家沟白钨矿床地质特征、控制因素与矿化模式讨论

周晓宁，范 川，李江力，孙 腾，汤 旋，李正华，李贤军，刘文文

(湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

钨矿作为一种重要的战略性矿产资源[1]，广泛应用于电力、电子、石油、化工及军事等领域。中国钨矿资源丰富，储量、产量、消费量及出口量均居世界首位[2]。华南南岭一带作为世界上密度最大的钨矿汇集区[3]，钨矿类型齐全。20世纪60年代开创了经典的“五层楼”脉型钨矿化模式，近年则提出了“五层楼+地下室”的找矿模型[4-5]，并形成有较完整的花岗岩成岩成矿理论体系[6]。随着近几年钨矿找矿工作的不断开展，钨矿分布显示出“南钨北扩”、“东钨西扩”[7-8]的趋势。

金家沟钨矿床位于鄂东北蕲春县境内，是近年大别山东段南侧新发现的重要白钨矿矿产地之一。前期矿产地质调查阶段通过岩石地球化学剖面测量发现层控矽卡岩型白钨矿，后期矿产普查通过土壤钨异常查证发现石英脉型以及蚀变碎裂岩型(脉型)白钨矿。本文详细介绍该矿床的地质特征，分析白钨矿的控矿因素，并初步构建白钨矿不同矿化类型的空间分布模式，对完善区域钨矿成矿规律和指导矿区下一步找矿勘查具有重要意义。

1 成矿地质背景

秦岭—大别造山带又叫中央造山带，是横跨中国中部的一条重要造山带和成矿带，产出金、银、铜、钼、钨、铅、锌、稀土、金红石、锑、镍、磷等矿产资源[9-10]。金家沟矿区位于秦岭—大别造山带东端(图1-a)，区域上出露古元古界大别岩群(Pt1D)、新元古界红安岩群(Pt3H)、下震旦统陡山沱组(Z1d)、上震旦统灯影组(Z2dn)及第四系(Qhal)(图1-b)。大别岩群为一套角闪岩相中深变质岩系，岩性以片麻岩、变粒岩为主，局部夹薄层状或透镜状石英岩、大理岩、石墨片岩。红安岩群上部是重要的磷锰矿、石墨矿层，岩性主要为含磷锰大理岩、石英岩、石墨片岩等。陡山沱组岩性以石英片岩、二云母片岩为主，常含石榴石，局部夹薄层状白云石大理岩。灯影组岩性以厚层、巨厚层块状白云石大理岩为主。

图1 金家沟矿区大地构造位置图(a)与区域地质图(b)(据龚银杰等[11]修改)

区域上以早白垩世中酸性岩浆侵入活动最为剧烈，分布有早白垩世绿杨、张榜、大同等几个大岩体[12]，岩性为中细粒黑云二长花岗岩、似斑状中细粒黑云二长花岗岩。新元古代中酸性岩浆侵入活动强度次之，以鲁家寨岩体为代表，经历了变质变形改造，片麻状构造普遍发育。此外还见有新元古代超基性—基性岩浆岩，多呈岩墙、岩脉成群分布。

矿区位于孙冲向斜北翼，该向斜轴向为NW向，两翼及核部地层倾向SSW-SE，倾角30°～60°，受后期断裂构造与岩体侵入破坏影响，褶皱核部已不连续。孙冲向斜北东侧次级褶皱与层控矽卡岩的分布密切相关。区内断裂构造主要发育NE-NNE向与NW向两组，其中NNE向断裂控矿作用明显，赋存有石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿。

2 矿床地质概况

2.1 矿区地质

矿区出露地层为大别岩群(图2)，自下而上出露片麻岩—斜长角闪岩岩组(Pt1D1)、变粒岩—大理岩岩组(Pt1D2)[13]。下部岩性为黑云角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长角闪岩等，呈黑白相间条带状分布，局部夹黑云二长变粒岩，原岩为一套酸性火山岩夹中基性火山岩；上部岩性为黑云二长变粒岩、黑云斜长变粒岩，夹黑云斜长角闪(片麻)岩与透镜状大理岩(Mbl)。透镜状大理岩为标志层，呈薄层状或透镜状产出于变粒岩或黑云斜长角闪(片麻)岩中，厚约3 m，原岩为白云质灰岩，其矽卡岩化可形成层控矽卡岩型钨矿。

矿区东北部为大同岩体，该岩体出露面积150 km2，由中心相似斑状黑云二长花岗岩与边缘相中细粒黑云二长花岗岩组成。大同岩体内接触带含大量大别岩群捕掳体，局部混合岩化强烈；外接触带发育大量岩脉与小岩体，岩脉有石英脉、伟晶岩脉、花岗斑岩脉、细晶岩脉等。大同岩体岩石地球化学具有如下特征：主量元素显示为一套高钾钙碱性系列岩石；微量元素高Sr、Ba，低Y、Yb；稀土元素富集LREE，低HREE[14]。前人测得大同岩体成岩年龄为120～110 Ma[15]，为燕山期(早白垩世)。

矿区褶皱为横冲复式背斜，为孙冲向斜的次级褶皱，长约1 300 m，轴面产状110°～140°∠45°～60°，枢纽产状210°∠15°。推测该褶皱为一斜卧褶皱，沿其核部发育有似层状、透镜状矽卡岩层。矿区断裂构造发育，以NNE向为主，主要有F2、F4、F7、F8、F9，次为NW向F1断裂。F4断裂长约3.8 km，宽约20～30 m，倾向约130°，倾角为55°，断裂带内见白钨矿化石英脉体充填，局部发育断层角砾岩、硅化碎裂岩，见有硅化、绿泥石化、高岭土化等热液蚀变，为逆断层。

2.2 矿体特征

目前矿区共圈定5条钨矿(化)体(图2)。层控矽卡岩型钨矿(化)体呈似层状、透镜状产出于矽卡岩层及其临近围岩中，总体倾向SE，倾角18°～44°，长300～1 548 m，宽200～500 m，厚0.57～5.24 m。石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿(化)体呈脉状分布于F4断裂内(图3-a)，总体倾向SE，倾角48°～80°，局部反倾NW，长160～250 m，厚0.37～0.66 m。各矿体产状、规模、形态特征见表1。

图2 金家沟矿区地质简图

表1 金家沟钨矿(化)体产状、规模、形态一览表

2.3 矿石特征

矿石矿物主要为白钨矿，层控矽卡岩型钨矿的脉石矿物为石榴石(图3-b)、透闪石、阳起石、透辉石、磷灰石、钠长石、绿泥石、绿帘石，金属矿物还有磁铁矿、褐铁矿、黄铜矿、孔雀石、赤铁矿等；石英脉型及蚀变碎裂岩型钨矿的脉石矿物为钾长石、石英(图3-c)，金属矿物还有辉钼矿、磁铁矿、褐铁矿、黄铁矿等。

矿石结构主要有柱状变晶结构、自形—半自形粒状结构(图3-d、3-e)、变晶结构、交代残余结构。矿石构造主要为星点状构造(图3-b)、细脉状构造(图3-f)。

a.白钨矿化石英脉野外露头(Ⅳ矿化体)；b.白钨矿呈密集星点状分布于石榴石矽卡岩中；c.白钨矿呈星点状分布于石英脉裂隙内；d.自形粒状石榴石具显著生长环带；e.石榴石粒间分布粒状白钨矿；f.正长石呈脉状穿切于石英脉而显钾长石化；Qz.石英；Grt.石榴石；Sch.白钨矿；Or.正长石

按照矿石自然类型可划分为矽卡岩型、矽卡岩化大理岩型、石英脉型及蚀变碎裂岩型。

2.4 围岩蚀变

层控矽卡岩型钨矿围岩蚀变主要为矽卡岩化，石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿围岩蚀变则见有钾化、硅化、黄铁矿化，其中硅化与白钨矿成矿最为密切。

3 讨论

3.1 控矿因素分析

金家沟钨矿床发育三种矿化类型，即以交代作用为主的层控矽卡岩型和以充填作用为主的石英脉型与蚀变碎裂岩型，其成矿是地层、岩浆岩、构造等多重因素复合控制的结果。

3.1.1地层及岩性的控矿作用

多数情况下，与同一花岗岩体发生成因联系的钨矿化作用，在硅铝质围岩中形成含黑钨矿石英脉，在钙质围岩中形成矽卡岩型白钨矿[19]。然而，金家沟地区钨矿化类型与上述认识并不完全一致，主要差别是片麻岩、变粒岩等硅铝质围岩中形成含白钨矿石英脉，与江西阳储岭、广东大宝山、湖南司徒等以硅铝质岩石为含矿围岩的钨矿床相似。因此，有学者[20-21]认为含矿围岩岩性并不是决定钨矿化类型的根本因素。金家沟地区石英脉内含有较多硫化物(辉钼矿、黄铁矿)，推测成矿流体Ca2+丰富且具有高硫逸度、低氧逸度的特点，使得FeWO4+ S2-(或[S2]2-)=WS2+Fe1-XS(或FeS2)+O2反应向右生成辉钨矿,随后辉钨矿在富Ca2+富O流体环境下被氧化为白钨矿[19]。石英脉型与蚀变碎裂岩型白钨矿成矿流体中的Ca2+可能大部分继承自大理岩矽卡岩化析出的Ca2+，因此大别岩群对石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿同样有影响，但远不如对层控矽卡岩型钨矿的控制明显。

3.1.2构造的控矿作用

矿区内钨矿(化)体的定位明显受构造控制，其中层控矽卡岩型钨矿(化)体定位于横冲背斜核部，石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿(化)体则定位于NNE向断裂破碎带中。

背斜或复式背斜轴部因矿液易于聚集且破裂发育，可为岩浆侵入及矿液运移提供有利条件，常为控制成矿机率较高的构造部位。横冲复式背斜作为区域孙冲向斜的次级褶皱，受到SE→NW逆冲推覆运动的影响，其轴部由于大理岩与变粒岩岩性不均一而形成“剥离”虚脱空间，为后期含钨矿液的充填交代提供有利空间。因此，分布于大理岩附近的层控矽卡岩型白钨矿体是产在有利构造部位的矿体[22-23]，其定位受横冲复式背斜轴部的控制。

矿区内NNE向断裂破碎带与石英脉型及蚀变碎裂岩型钨矿的产出密切相关，是有利的容矿构造，直接控制上述钨矿的分布、形态与产状。NNE向F4断裂贯穿大别岩群与大同岩体，是岩体与围岩发生物质、能量交换的重要通道之一，因此NNE向断裂同样是重要的导矿构造。矿区受到区域构造运动与岩浆侵入等地质应力作用，沿岩石薄弱地带生成一系列NNE向左行逆冲压扭性断裂，其断裂面呈舒缓波状起伏。前人[24-26]认为波状断裂的位移剪切活动可形成提供矿质沉淀(通常形成石英脉)的虚脱空间，控制透镜状矿体的发育和空间分布。

3.1.3岩浆岩的控矿作用

岩浆活动是地壳运动的主要形式之一，许多内生矿床的形成和分布都不同程度地受岩浆活动控制[27-28]。早白垩世中酸性岩浆活动对矿区白钨矿的控制在时空分布、矿物成分和成矿专属性等方面均有反映。

钨矿(化)体分布于大同岩体内、外接触带中；层控矽卡岩型钨矿(化)体位于大同岩体外接触带中，距离大同岩体边界500～2 000 m；石英脉型钨矿(化)体位于大同岩体内、外接触带中；Ⅰ号钨矿(化)体位于内接触带，距离大同岩体100～400 m；Ⅴ号钨矿(化)体位于外接触带，距离大同岩体800～1 300 m。矿区内脉型钨矿(化)体内常伴生有少量辉钼矿，与梨木岭一带的脉型钼(铜)矿体为同一成矿系统的不同矿化类型，两者应具有一致的成矿年龄。据辉钼矿Re-Os年龄120.8～119.9 Ma[11]推测脉型钨矿成矿年龄与大同岩体成岩年龄相近，均形成于早白垩世。

3.2 矿化模式

3.2.1矿(化)体与隐伏岩体的空间关系

目前矿区内已发现三类钨矿化类型，其中石英脉型与蚀变碎裂岩型钨矿(化)体呈脉状、透镜状分布于NNE向断裂破碎带中，倾向SE，倾角较陡，层控矽卡岩型钨矿(化)体呈似层状分布于大理岩层两侧倾向SE，倾角较缓，距离石英脉型(蚀变碎裂岩型)矿(化)体西北侧约1 km。按照各类型矿(化)体的产状关系可知：石英脉型(蚀变碎裂岩型)钨矿(化)体主体分布于层控矽卡岩型钨矿(化)体上部，垂向则具有“下层上脉”的分布特征与广西罗维钨多金属矿床[32]、江西香炉山钨矿床[33]所具有的“下层上脉”型空间分布特征相似，而不同于江西姚畈白钨矿床[34]、湖南瑶岗仙钨矿床[35]的“下脉上层”型空间分布特征。后期横冲复式背斜沿核部风化剥蚀，导致层控矽卡岩型钨矿体上部的石英脉体大部分被风化剥蚀，因此矿化类型“下层上脉”的分布使得矽卡岩层内部残留矿化石英脉体远远少于岩层外围。

矿区内大同岩体附近多发育强烈的混合岩化，缺少热变质岩类，因此无法根据热变质相的空间分带来预测深部隐伏岩体，此外矿区尚未进行针对隐伏岩体识别的地球物理测量工作，但大同岩体内分布的大别岩群残留体以及横冲背斜南东端出露的花岗岩岩枝，可以推断金家沟深部为花岗岩。断裂剪切作用可导致等温面向上凸起，使重熔界面在断裂破碎带处相对凸起[36]，而岩浆分异富含挥发分的成矿流体，可在压力差与温度差的驱动下，向低压处(重熔界面凸起部位，亦即岩体“顶部”)运移和汇聚[37]。Ⅴ号钨矿体(兼具石英脉型与蚀变碎裂岩型)产出于岩体外围侵入围岩的小岩枝附近，与上述认识一致，因此矿区内大同岩体外围的含钨石英脉对于判别矿区内(隐伏)小岩体的顶部具有一定的指示意义。

3.2.2矿化模式探讨

中生代扬子地块与华北地块发生陆陆碰撞，大别山东部金家沟一带受其影响，于早白垩世形成Ⅰ型高钾钙碱性花岗质岩浆岩体，同时矿区受区域构造活动影响，形成有一系列NNE向断裂与褶皱，为成矿提供了有利的岩浆、构造条件。岩浆分异出的含钨流体一部分沿NNE向断裂破碎带充填交代形成石英脉型与蚀变破碎带型钨矿(化)体，一部分进入大理岩发生矽卡岩化，沿横冲背斜核部虚脱空间形成层控矽卡岩型钨矿(化)体。由于受NNE向断裂破碎带与大理岩层产状影响，使得钨矿化类型在空间上显示出“下层上脉”的分布特征(图4)。

图4 金家沟钨矿床矿化模式示意图

4 结论

(1)金家沟白钨矿床发育层控矽卡岩型、石英脉型和蚀变碎裂岩型三种矿化类型。

(2)金家沟钨矿床是地层岩性、岩浆岩、构造等多重因素耦合成矿的结果，其中大别岩群大理岩是形成白钨矿的重要钙质来源，大同岩体为钨成矿提供所需的钨与热动力，构造则控制钨矿体的产出空间。

(3)金家沟地区的白钨矿矿化类型具有 “下层上脉”的空间分布特征，岩体外围的含钨石英脉对于判别(隐伏)小岩体的顶部具有指示意义。