介于岩浆岩型与剪切带型之间的脉状钨锡矿床——广西珊瑚钨锡矿床新认识

韦安伟，汪劲草，莫志明，张知春，严小敏，程雄卫，王永东，李庚华

(1.桂林理工大学a.广西矿冶与环境科学实验中心;b.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西桂林 541004;2.广西地质勘查总院，南宁 530023;3.广西机电工业学校，南宁 530023;4.广西地质矿产勘查开发局二七一地质队，广西桂林 541100)

脉状矿床是指矿体由矿液充填破裂形成的矿床[1－2]，可分为两种主要类型:一种与岩浆岩有关，其矿脉构型具“五层楼模式”[3]，矿脉扩展机制主要为流体致裂[4]，可称为岩浆岩型脉状矿床;另一种与脆性、脆－韧性剪切带有关，其矿脉构型呈雁列状，矿脉扩展机制主要为构造致裂，可称为剪切带型脉状矿床[5－7]。过去对脉状矿床的研究在构造上多限于形态与结构，而很少探讨其形成机制，这主要缘于长期忽视流体在一些脉体扩展中的主导作用。构造致裂与流体致裂所形成的脉状矿床在结构和构式上存在明显的差异[8－9]。本文通过对广西珊瑚钨锡矿床矿脉的结构和构式研究，认为该矿床属岩浆岩型脉状矿床与剪切带型脉状矿床的过渡类型，结合矿脉群在空间上的结构和构式特征，分析了此过渡类型脉状矿床的成因机制，并根据珊瑚钨锡脉状矿床的新构造模型，讨论了隐伏矿体的预测方向。

1 地质概况

珊瑚钨锡矿床是中国湘、赣、粤、桂钨锡成矿带典型钨锡矿床之一[10]，位于南岭EW 向构造带、湘南SN 向构造带和桂东南新华夏系构造带的交汇部位，桂东北富贺钟钨锡成矿区之中部。

矿区内出露的地层主要为泥盆系，其中:下泥盆统莲花山组(D1l)和那高岭组(D1n)砂岩、页岩;中泥盆统郁江组(D2y)和东岗岭组(D2d)砂岩、页岩及灰岩;上泥盆统桂林组(D3k)灰岩。

矿区内构造复杂，断裂、褶皱发育。断裂构造以NNE 向为主，NW、NE 向次之。石灰山断裂(F1)和笔架山断裂(F3)可将该矿区分为3 个构造带，即东部的SN 向褶皱带、中部的NE 向脆－韧性剪切带和西部的EW 向褶皱带，珊瑚钨锡矿床产于中部NE 向脆－韧性剪切带中(图1)。

图1 广西珊瑚钨锡矿区地质略图Fig.1 Geological sketch map of Shanhu tungsten-tin ore fields

矿区内出露的岩浆岩主要为盐田岭云英岩化花岗岩，呈岩株状出露于矿区西部葫芦岭背斜的南翼，距珊瑚钨锡矿床约4 km，地表出露面积约0.16 km2。岩体呈灰白色，蚀变强烈。据地物化综合资料推断，在长营岭和松宫两处的深部存在隐伏花岗岩体。

珊瑚钨锡矿床由钨锡石英脉组成，共有740 余条矿脉，其中工业矿脉200 多条，矿脉可划分为6 个脉组，Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ脉组构成了矿床的主体。矿脉主要呈SE 向陡倾斜，倾角60° ～80°，具有延伸大、平行密集排列的特点，成矿深度超过1 000 m。矿石成分复杂，有黑钨矿、锡石、毒砂、闪锌矿、黄铜矿、白钨矿等。围岩蚀变有电气石化、萤石化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化及碳酸盐化等。

2 流体致裂特征

流体致裂发生的条件是Pf≥σ3+Rt，即当流体压力Pf超过最小主应力σ3和岩石抗张强度Rt之和时，便会发生流体致裂[11]。成矿流体在构造泵吸机制下会在张破裂中发生周期性沉淀而形成脉状矿体。流体致裂作用是岩浆岩型脉状矿床中成矿构造形成的主要破裂机制，矿脉在空间上具“五层楼模式”[3]。

2.1 似“五层楼”结构

在垂向上，珊瑚钨锡矿床由地表往深部依次为线(细)脉带→薄－中脉带→大脉带→尖灭带[10](图2)。矿脉从下往上，呈树型分叉结构。矿脉虽然在垂向上具“五层楼模式”分带，但矿脉组在平面上呈左行雁列排布，在横剖面上呈后行侧幕式排列[10]，虽然整体上珊瑚钨锡矿床与典型“五层楼模式”结构十分相似，但在平、剖面结构及矿脉构式上又具有剪切带型脉状矿体的一些典型特征。因此，珊瑚钨锡矿床不是具典型南岭“五层楼模式”的岩浆岩型脉状矿床。

2.2 流体致裂的主要特征

图2 珊瑚钨锡矿床9 号勘探线剖面图Fig.2 Geological profile of Line 9 Shanhu tungsten-tin deposit

在整体上，珊瑚钨锡脉状矿床从下往上具明显的树型分叉结构，地表细脉带多达700 多条，而深部－5 m 中段大脉只有几十条(图2)，且上部矿脉逐渐向下部矿脉归并汇合，此种树型分叉结构是典型的高压流体致裂的结果，且越往上，流体致裂点越多，这与上部围压减小，即围压－流体压力差逐渐增大有关[3];在平面上，特别是矿脉的上部——细脉带与薄－中脉带，越往上矿脉尾部树型分叉越明显，这与剪切带型脉状矿体的尾端雁列分叉明显不同，反映流体致裂是控制矿脉尾部分叉消失的主要构造机制;在纵剖面上，单条矿脉整体形貌呈扇形，即呈上长下短、上薄下厚的形貌特征，此与剪切带型脉状矿体呈对称的长椭圆形，即中厚边薄、一长一短的形貌特征明显不同，也同样反映流体致裂在珊瑚钨锡脉状矿床形成中占有很重要的地位;在同一平面上，矿体出现很多规模大小近于一致的平行复脉，并往深部收敛，这与剪切带型脉状矿体平行复脉少、矿脉平行雁列排布的样式不同，也同样说明矿脉中存在明显的矿液分压致裂的特征;在单条矿脉中，珊瑚钨锡脉状矿床中矿脉韵律条带很不发育，明显比剪切带型脉状矿体中韵律条带少，同样的矿脉厚度，剪切带型脉状矿体中韵律条带可达几百条，而岩浆岩型脉状矿体中韵律条带只有几至几十条，这很可能与岩浆岩型矿脉在形成过程中流体压力高、矿脉扩展速率大、矿脉形成时间短有关。此外，矿脉中常见有“漂浮状”的围岩角砾，角砾有两种:一种具定向性，呈长扁透镜状，外缘呈弧形，块体相对较大，为石英－硫化物包绕，角砾长轴方向与矿脉走向大致平行;另一种是具有可拼性，角砾棱角分明，块体较小，为石英－硫化物胶结，此类现象亦与流体致裂作用有关。

3 构造致裂特征

剪切带型脉状矿体受韧性或脆－韧性剪切带控制[12]，矿脉在空间上呈平行雁列脉组，单条矿脉呈透镜状或二维板状，矿脉中部最厚，往周缘逐渐尖灭。常发育平行剪切带边界的“D”型雁列脉组或与剪切带边界呈近45°交角的“R”型雁列脉组。矿脉一般通过桥构造连通，矿脉的扩展与剪切动力作用有关，矿脉内韵律条带与构造脉动频率有关。矿脉扩展速率小，可控制程度高，矿脉结构、构式简单[3]。

3.1 矿脉平、剖面雁列特征

在平面上，珊瑚钨锡矿床矿脉(组)呈左行雁列排布，走向为北东15° ～40°，由北东向→南西向，脉组依次为Ⅲ→Ⅱ→Ⅵ，矿脉带延伸方向稳定，不因雁行褶皱或岩层产状而变化;在剖面上，矿脉群亦呈脉组型式，脉组总厚度呈透镜状，并呈后行侧幕排列(图3)。脉组向南西侧伏，侧伏角近10°，由上往下依次为Ⅲ→Ⅱ→Ⅵ，Ⅲ号脉组产状比Ⅱ脉组稍陡，向下逐渐收敛趋于合并(图2)。

图3 珊瑚钨锡石英脉组等厚线及空间分布[10]Fig.3 Thickness contour and spatial distribution of vein groups in Shanhu tungsten-tin quartz vein

3.2 构造致裂的主要特征

构造致裂是剪切带型脉状矿床的主要成因机制，矿脉构式符合剪切带中脉体形成的基本规律，除了上面提到的矿脉群在平、剖面上具有常见的雁列特征外，单条矿脉尚具有如下特征。

(1)侧羽分支:由于剪切带中形成的矿脉一般为剪张脉，即矿脉在形成过程中主应力与矿脉主平面总具有一定的锐夹角，这导致矿脉在扩展过程中，在其主平面两侧或一侧形成羽状分支脉，分支脉与主脉呈锐角相交，其锐角指向本盘运动的方向[13]。珊瑚钨锡矿床大(薄)脉带中常见侧羽分支(图4a)，表明深部矿脉具有明显的剪裂特征。

(2)尾端雁列分叉:尾端雁列分叉是剪切带型脉状矿床中矿脉尾端消失的典型构型，明显区别于岩浆岩型脉状矿床中矿脉尾端树型分叉的典型构型。在珊瑚钨锡矿床深部大(薄)脉带中，经常见到矿脉临近尾端会出现矿脉整体变细，并通过雁列分叉消失(图4b)，同样表明矿脉具有明显的剪裂特征。

(3)韵律条带:韵律条带在剪切带型脉状矿床十分发育，是矿脉周期性脉动的构造标志。在珊瑚钨锡矿床深部大(薄)脉带中，虽矿脉中有时见有韵律条带，但韵律条带稀、粗(图4c)，表明矿脉在剪切扩展过程中，单位时间内矿液增量很大，指示此阶段深部流体库承压很大，符合岩浆热液成矿特征。

(4)中石构造:中石构造是指矿脉中存在被包裹的围岩角砾，有两种类型:一种为矿脉内高压流体致裂围岩，角砾具可拼性;另一种为矿脉在剪切扩展中，在矿脉叠接带内或分支复合处形成包裹的围岩角砾。前者常见于岩浆岩型脉状矿体中，后者常见于剪切带脉状矿体中。珊瑚钨锡矿床深部大(薄)脉带中常见因矿脉剪切扩展而包裹的围岩角砾(图4d)，说明深部大脉存在明显的剪裂作用。

4 矿脉分布的分形特征

应用分形几何理论对珊瑚钨锡矿床4 个中段矿脉分布的分维值进行了计算，在标定尺度范围内，珊瑚钨锡矿床4 个中段矿脉分布具有很好的自相似性，决定系数R2均大于0.998(图5)，具有良好的分形特征。4 个中段矿脉分布的分维值介于1.34 ～1.42，平均值D =1.39，且随着深度的增加，分维值逐渐减小。

图4 珊瑚钨锡矿床深部大脉的构式特征Fig.4 Big deep vein structure in tungsten-tin deposit of Shanhu (typical photos)

图5 珊瑚钨锡矿床矿脉分布分维值线性拟合Fig.5 Linear fitting of vein distribution fractal dimension in Shanhu tungsten-tin deposit

孔凡臣等[14]对我国不同地区的断裂系分形特征进行了系统的总结，认为断裂构造与分维值D的大小之间具有密切的联系。分维值D 越小，说明断裂构造的展布结构越简单，活动性越弱，其发育趋向成熟和衰亡，连通性和连续性也逐渐增强。珊瑚钨锡矿脉在垂向自上而下从线脉带到大脉带，矿脉分布的分维D 值随深度增加而变小，说明其裂隙的展布结构趋于简单，活动性减弱，矿脉的连通性逐渐增强。

珊瑚矿床裂隙的分维值(1.39)与整个华南的裂隙体系[15](整个华南地区的分维值为1.35)相当。周尽[16]认为断层系的分维与其形成的力学环境具有密切的关系，剪切断层系具有较小的分维值(1.1 ～1.3)，而张性环境中形成的断层系则具有较高的分维值(1.5 ～1.6)。珊瑚钨锡矿床矿脉的分维值兼具剪性与张性环境的断层体系，表明矿床的成矿裂隙既具有流体型破裂的特征又具有构造型破裂的特征，介于流体型破裂与构造型破裂间。

5 成因机制探讨

5.1 早期剪切作用阶段

前已述及，珊瑚钨锡矿床虽然具有一些“五层楼模式”矿床的树型分叉结构，但其在平面与横剖面上却具有明显的雁列排布特征，而且深部大脉带单脉皆具有羽裂与雁列特征(图4)。依据此特征，笔者认为珊瑚钨锡矿床形成早期因受基底断裂的复活影响，在盖层泥盆纪地层中形成了初始破裂系。由于围压较大，早期破裂系受脆－韧性剪切带控制，其在平剖面上具有雁列排布规律(图1～图3)，而在横剖面上，雁列矿脉群皆向下收敛，越往东矿脉位态越高(图2、图3)，呈半花状结构，这表明控制早期初始破裂系的非共轴剪切应力在横剖面上具有明显的逆冲分量。结合矿脉在平剖面上的雁列排布规律及剪切带内雁列褶皱的排布特征，认为控制珊瑚脉状矿床的剪切带为左行逆－平移脆－韧性剪切带，其控制已知矿床的破裂系应为正花状破裂系的一半(图6)。

当基底断裂持续活动时，脆－韧性剪切带在脆性域经递进变形而形成边界断裂(F1、F3)。所以，F1、F3与北西向断裂组成的格子状断裂应晚于早期深部雁列状破裂的形成，即珊瑚矿区格子状断裂系为成矿后断裂，其中，北东向断裂对矿床形成空间起限制作用，而北西断裂对矿床脉组主要起破坏作用。

5.2 晚期流体致裂作用阶段

当大规模的成矿流体沿着下部的花状构造初始破裂系继续上涌时，破裂体系中流体压力剧增，岩石就会产生流体致裂[11]，此时矿脉扩展将由构造致裂为主转变为流体致裂为主。由于愈往上部，围压愈小，流体压力与围压差也愈大，此时高压流体会在早期破裂前锋同时产生多个致裂中心并向上扩展，导致矿脉逐级分叉，形成树型结构。愈往上分叉愈多，最上矿脉的宽度仅达毫米级。一般分枝矿脉的总厚度等于分枝处未分枝矿脉的厚度(图6)。这表明在珊瑚矿床形成的晚期，当深部承压流体持续注入时，破裂系的剪切扩容不足以降低注入流体的压力增量，此时就会在花状破裂系的前锋产生流体致裂。

图6 珊瑚钨锡矿床构造成矿模式Fig.6 Structural metallogenic model of tungsten-tin deposit in Shanhu

6 结 论

(1)根据珊瑚钨锡矿床矿脉的平剖面特征、构式特征及矿脉分布的分形特征，表明矿床的成矿裂隙既具有流体型破裂的特征又具有构造型破裂的特征。综合其特征可知，珊瑚钨锡矿床既具有岩浆型脉状矿床的“五层楼模式”特征，又具有剪切带型脉状矿床的雁行排列等特征，其成矿构造特征属于岩浆型与剪切带型脉状矿床的过渡类型。

(2)珊瑚钨锡矿床初始破裂受北东向左旋逆－平移脆－韧性剪切作用控制，基底断裂的走滑剪切作用使上覆围岩产生高角度的初始破裂系，其特征表现为在剖面上呈正花状构造破裂体制，具斜向逆冲性质。在地震泵吸作用下，岩体脉动侵位，在矿床的下部形成了大脉带，矿脉(组)呈雁行排列;成矿后期，成矿流体大量分异，在矿床的上部矿脉扩展以流体致裂作用为主，流体与围岩的压力差形成了薄(细)脉带，矿脉呈树型分叉。

(3)通过对珊瑚钨锡矿床的构造成因分析，认为控制珊瑚钨锡矿床的破裂体系具有正花状破裂系的特征，其发育于应变强化部位，是矿床成矿裂隙的初始裂隙，也是控制流体运移的主要构造形式和通道。目前工程控制已知钨锡矿脉的破裂系为正花状破裂系的一半，根据正花状破裂系的结构，在剖面上以主干断裂为中心呈对称或偏对称分布，向上散开为多支次级裂隙，因此认为珊瑚钨锡矿床的东南侧，即F1断裂东南侧，存在正花状破裂系的另一半。

[1]彭恩生，孙振家.脉状矿床成矿构造研究[M].长沙:中南大学出版社，1994.

[2]柳志青.脉状钨矿床成矿预测理论[M].北京:科学出版社，1980.

[3]汪劲草，韦龙明，朱文凤，等.南岭钨矿“五层楼模式”的结构与构式——以粤北始兴县梅子窝钨矿为例[J].地质学报，2008，82 (7):894－899.

[4]李建威，李先福.液压致裂作用及其研究意义[J].地质科技情报，1997，16 (4):29－34.

[5] 邓军，翟裕生，杨立强，等.论剪切带构造成矿系统[J].现代地质，1998，12 (4):493－500.

[6]何绍勋，奚小双.对江西西华山钨矿脉雁行构造成因的初步探讨[J].地质学报，1988，62 (1):31－42.

[7]刘俊来.韧性剪切带中含金石英脉的就位机制[J].吉林地质，1993，12 (3):16－23.

[8]汪劲草.成矿构造系列的基本问题[J].桂林理工大学学报，2009，29 (4):423－433.

[9]汪劲草.矿体形貌分类及其成矿指示[J].桂林理工大学学报，2011，31 (4):473－480.

[10]宋慈安.珊瑚钨锡矿床[M].北京:北京工业大学出版社，2001.

[11]Phillips W J.Hydraulic fracturing and mineralization[J].Journal of the Geological Society，1972，128(4):337－359.

[12]汪劲草，夏斌，嵇少丞.论构造透镜体控矿[J].中国科学:地球科学，2003，33 (8):745－750.

[13]朱志澄.构造地质学[M].武汉:中国地质大学出版社，2004.

[14]孔凡臣，丁国瑜.线性构造分数维值的含义[J].地震，1991 (5):33－37.

[15]谭凯旋，郝新才，戴塔根.中国断裂构造的分形特征及其大地构造意义[J].大地构造与成矿学，1998，22(1):17－20.

[16]周尽.海原断层系的分形研究[J].西北地震学报，1991，13 (3):162－166.

[17]易顺华，李同林，李珍.热液脉动与岩浆涌动控制机理浅论[J].地质科技情报，1994，13 (1):86－88.