广东梅子窝钨矿床59#脉构造叠加晕研究

刘驹先 ，田晗钰 ，韦龙明 ，翁海蛟 ，谢淑萍 ，连参军

（1.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004；2.广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西 桂林 541004；3.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024000；4.华北油田公司第二采油厂，河北 霸州 065700）

广东梅子窝钨矿是一个老矿山，矿山由于开采年限过久以及探矿工作的滞后，导致资源储量的严重枯竭，目前属于资源危机型矿山。因此，为保障矿山的可持续、稳定发展，开展矿山深部“探矿增储”迫在眉睫。构造叠加晕找盲矿法是研究构造蚀变带中原生叠加晕特征、提取构造中成矿信息，并用于盲矿预测的方法[1-4]。即研究每一期次形成矿体—晕的轴向分带及不同期次形成矿体—晕在构造空间上叠加结构，建立矿床构造叠加晕模式，确定盲矿预测标志，据此开展深部预测工作，提出盲矿区靶位[5-7]。本文应用构造叠加晕理论，顺应矿山深、边部探矿需求，通过求取矿山主矿脉之一的59#脉地球化学背景，构建梅子窝钨矿59#脉构造叠加晕模型，确定深部的矿体预测标志，为探寻深部盲矿提供理论依据。

1 成矿地质背景

梅子窝钨矿位于粤北山字型构造的东面，东西向构造岩浆带上九峰岩体的南部，贵东岩体的北部，瑶岭复背斜的东部。矿区赋矿地层以寒武、奥陶系的浅变质砂岩和砂质板岩为主。矿区褶皱和断裂构造发育，其中褶皱构造主要为杨梅山背斜和横路下向斜，断裂构造发育，加上由于多期活动叠加，形成复杂的断裂系统，以几何形态和力学性质对其划分，可分为近EW向、NE向、NNE向及NW向四组断裂带，以NNE向为主。矿区岩浆活动强烈，主要分为加里东期的都坑英安玢岩、印支期的嶂下花岗闪长岩和燕山期隐伏花岗岩（图1）[8]。

梅子窝矿区的矿化面积约3.2 km2，矿脉主要以NW-SE走向延展，同向展布的矿脉带延长2 550m，南北宽1 250m，脉带宽度约0.20～0.55m，其脉带最宽可达0.95m，延深约为180～450m，最大可延伸至580m左右。矿脉延长约100～700m，最大延伸至1 300m，矿脉（体）一般由2～7个单体侧幕的交替所组成，其中单体的长度通常约80～350m，深度可达280～750m左右，一般重叠部分的长度约30～170m，矿脉主要呈右行斜列、雁行左行平行侧幕状排列[9]。

矿区的矿石矿物主要为石英-黑钨矿与石英硫化物-黑钨矿，矿物组合相对比较简单，在矿石中也见有少量白钨矿；脉石矿物以石英为主，其次萤石、长石、白云母及方解石等。矿区的围岩蚀变类型以云英岩化、硅化及萤石化为主，有黄铁矿化、绢云母化、毒砂化及碳酸盐化等。矿石结构主要为自形、半自形及他形结构，为乳浊状与溶蚀结构。矿石构造主要以块状构造、晶洞构造、角砾状构造为主。

图1 梅子窝钨矿区地质平面图[8]Fig.1 Geological map of Meiziwo tungsten ore district

2 微量元素地球化学特征

2.1 样品采集与处理

根据李惠等[10]构造叠加晕采样要求，研究采样间距设为15m，样品重量约为400 g。在对地表、坑道及钻孔构造带详细观察的基础上，采集构造叠加晕样品自59#矿脉，分别在720m中段、680m中段、640m中段、600m中段、560m中段，分别采集了2、5、5、5、6件矿脉样，共计23件。所有样品经过分选，除去表面风化的残留物后，在碎样室磨碎至74μm，送广东澳实矿物实验室分析，采用ME-MS61四酸消解，7900电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行综合分析，测定精密度（RSD）可达0.1%，常用该仪器做相关样品的微量元素分析。

2.2 指示元素的选取

矿体指示元素的合适选取，在构造叠加晕模型的建立和盲矿体预测的效果中有重要作用。一般优先选取主要成矿元素及其伴、共生元素中的数种到十余种即可满足研究目的要求。在南岭地区钨矿床中与成矿元素（W）共（伴）生的元素有 Sn、Mo、Bi、Be、Nb、Ta 等元素[11]。综合利用前人[12-16]对钨矿原生晕的研究成果及梅子窝钨矿矿石的物质组成和特征，试验选取了 Ag、As、Be、Bi、Cd、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn 作为分析研究梅子窝构造叠加晕模型的指示元素。

2.3 梅子窝钨矿59#矿脉微量元素地球化学背景

（1）围岩元素含量分布特征。将背景样品中15种指示元素的含量进行统计分析，得到板岩和花岗岩中指示元素的极差都较大，且全背景样中元素的最大值多为几何平均值加上几倍的标准差。对这种情况的处理，一般利用背景样品中各指示元素含量的对数值做分布图[17-18]，结果显示多数元素含量分布呈现偏离正态分布的形式[19]，表明研究区是经受过多次地球化学作用叠加而形成的综合地质体。图2为以W含量对数值的分布为例。

图2 围岩中W含量对数频率分布图Fig.2 Lg frequency distribution of W content in wall rock

（2）背景值的求取。结合梅子窝矿区的实际情况，试验所采样品的数量有限，且采自矿体周围，属异常地段，可能受一定的矿化影响，并不服从正态分布，故可以通过样品含量的众值来求取背景值Co[20]。其中众值Mo的计算公式如式（1）。

式中：xo为众值所在组的起始值；i为组距；P1为众值前一组频率；P2为众值所在组的频率；P3为众值后一组频率。

分别计算出花岗岩、板岩的几何平均值和根据公式（1）计算出的矿区背景值（Co）（表 1），利用浓度克拉克值来判断矿区围岩中各元素的富集情况。所采样品可能受一定的矿化影响，计算过程中剔除了部分含特高值的样品，最终保留9件板岩和5件花岗岩样。

从表1可以看出，所采集的板岩与花岗岩中所显示的富集元素基本相同，从矿区背景浓度克拉克值可以看出矿区内 Ag、As、Be、Bi、Cd、Mo、Pb、Sb、Sn、W元素相对富集，富集程度由大到小为Bi＞As＞W＞Ag＞Pb＞Sn＞Be＞Cd＞Mo＞Sb。

（3）矿体元素组合特征。梅子窝钨矿59#矿脉各指示元素的最大值（max）、最小值（min）、几何平均值（g）、标准差（S）、变异系数（V）及富集系数（E）如表2所示。

从表2可以看出59#矿脉中指示元素Ag、As、Be、Bi、Cd、Cu、Mn、Mo、Pb、Sb、Sn、W、Zn 相对富集，表明梅子窝钨矿的物质来源主要靠深部热液体系提供，其中Co在矿脉中的富集系数小于1，可能是由于少量的Co元素被带出后进入围岩。

为了对各指示元素之间的亲疏关系做进一步的了解及确定矿化元素的组合，对样品分别进行了R型聚类分析及因子分析，分析结果如图3。

表1 梅子窝钨矿围岩中微量元素含量特征Tab.1 Characteristics of trace elements in wall rock of Meiziwo tungsten deposit

表2 梅子窝钨矿59#矿脉元素地球化学参数特征Tab.2 Elemental gcochemical parameters of 59#vein of Meiziwo tungsten deposit

图3 59#矿脉R型聚类分析图Fig.3 R type cluster analysis of 59#vein

由图3可以看出，在对59#矿脉各指示元素的聚类分析中，在相似水平取20的情况下，元素可分为 4 大类，第一类由 Bi、Sb、Mo、Ag、Pb、As、Fe、Cd、Zn、Co组成，其中 Sb、Mo、Ag、Pb、Zn、As为典型的中低温热液矿床元素组合；第二类由Cu和Sn组成；第三类由W和Mn组成，；Be单独组成第四类。在相似水平取 15 的情况下，Bi、Sb、Mo、Ag、Pb 聚为一类；As、Fe为一类 Cd、Zn、Co为一类；Cu 和 Sn 为一类；W、Mn、Be各自形成一类，说明成矿元素的W与其他元素关系并不密切。

从表3可得出，第一个因子的特征值达最大值为5.09，同时也提供了最大的方差33.93%，前五个因子所累计的方差为83.49%，且特征值都大于1。可以认为这五个因子为影响成矿的主要因子，已经体现了初始数据的主要信息，再对这5个因子进行因子旋转。

结合梅子窝钨矿矿床地质特征、元素的地球化学性质，根据元素因子分析时载荷越大的因子对原始变量的贡献越大[21]，可由表4得出59#矿脉（体）五个主因子的元素组合解释：F1[Mo、Sb、Bi、Pb、（W）]为硫化物和钨矿化因子，主要生成辉钼矿、辉铋矿及方铅矿并与钨矿的富集存在一定关联；F2[Zn、Cd、Co、（Ag）]为硫化物因子，主要形成闪锌矿；F3[As、Fe（Bi、W、Ag）]为硫化物及钨矿化因子，表明晚期钨矿的富集与毒砂、黄铁矿有关；F4[Cu、Sn、（Fe、W）]为硫化物及钨矿化因子，表明早期钨矿的富集与黄铜矿、锡石有关；F5[Mn、（Pb、Ag、W）]表明黑钨矿的富集也与锰类矿物有关。

表3 59#号矿脉元素因子分析方差累计表Tab.3 Analysis of variance accumulative table for element factor analysis of 59#vein

表4 梅子窝钨矿59#矿脉因子分析正交旋转因子载荷Tab.4 Factor analysis orthogonal rotation factor load of 59#vein of Meiziwo tungsten deposit

3 构造叠加晕特征及模型

3.1 元素分带

根据指示元素在矿体中的含量与矿区的背景值，将异常浓度划分为外带（弱异常带）、中带及内带（强异常带）。研究构造叠加晕浓度分带结合了所采集样品各指示元素的含量特征及范围，最终得到梅子窝构造叠加晕浓度分带结果见表5。

3.2 单一成矿作用原生晕特征

梅子窝钨矿床因其多期多阶段成矿作用叠加，使其构造叠加晕元素分布形态特征复杂多样。研究通过分析59#矿脉的指示元素浓度分带的纵投影图（图4）揭示伴生元素与成矿元素W的关系，识别其单一成矿作用所形成的矿体晕特征。

由图4可以看出，在59#矿脉720～560m中段的区间内，各指示元素均有明显的异常出现，说明研究所选指示元素对矿体有较好的指示作用。其中，W的内带异常分为上下两个部分，这两部分异常显示不完整，可以推测59#矿脉存在上下叠置的两个W矿富集段。以W元素为基准得出，Sb、As元素的内带异常多分布于 W 的上部，Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu几种元素内带异常与W较一致，Be、Sn则多分布于W的下部，其他元素显得相对模糊。最终得到梅子窝钨矿床单一成矿作用所形成的原生晕轴向分带序列（由浅到深）为：Sb、As（前缘晕）→W、Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu（近矿晕）→Be、Sn（尾晕）。同时发现 W 存在多个内带异常以及前缘晕与尾晕共存现象，显示出多期成矿叠加的特点。

图4 59#矿脉各指示元素纵投影异常示意图Fig.4 Longitudinal projection anomalous sketch of each indicator element in 59#vein

3.3 矿脉（体）原生晕轴向分带

在热液矿床中分带性为原生晕最主要的特征，即矿脉体为成矿热液沿构造带内迁移的过程中由于物理化学条件改变而沉淀的矿物组合所形成。前人研究[3，5，10]认为，矿床的轴向分带理论对于研究矿床的地球化学特征及深部隐伏矿体预测有着非常重要的指示意义。

研究利用分带指数法[22]得出梅子窝钨矿59#矿脉（由深到浅）原生晕轴向分带序列为Cu→Sn→Co→Be→Ag→As→Zn→Cd→Sb→Pb→Bi→Mo→Fe→Mn→W，并与前人总结的华南钨矿床轴向分带序列及格里戈良典型热液矿床分带序列进行了对比（表 6）。

分析发现，梅子窝钨矿床59#矿脉的元素轴向分带序列表现为“逆向”分带，与珊瑚、石人嶂14#矿脉相似。主要表现为部分高温或尾晕元素的位置出现在中低温或活泼元素上部，其原因可能与多期次的构造、热液叠加晕有关，也可能因这些黑钨脉的成矿系统少有外来流体参与成矿，成矿环境相对封闭，成矿演化过程高温气液在矿床上部聚集，致使元素“逆向”分带的出现。

3.4 梅子窝钨矿床59#矿脉构造叠加晕模式

根据钨矿脉体各指示元素分布及轴向分带特征，建立梅子窝钨矿59#矿脉构造叠加晕模式（图5），确定深部盲矿预测标志。

表6 梅子窝59#矿脉与华南钨矿床及典型热液矿床元素轴向分带序列对比Tab.6 Element axial zoning sequence comparison of59#vein in Meiziwo and tungsten deposits in Southern China and the typical hydrothermal deposit

（1）最佳成矿指示元素为 Sb、As、W、Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu、Be、Sn。其中 Sb、As为前缘晕特征指示元素；W、Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu 为近矿晕特征指示元素；Be、Sn为尾晕特征指示元素。

（2）矿床单一成矿作用所形成的原生晕轴向分带序列[23-24]（由浅到深）为：Sb、As→W、Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu→Be、Sn。

（3）模式特点。在研究区范围内，矿脉存在串珠状的上下两个的叠加结构的富矿段，叠加部分为矿化较弱部位，同时存在头晕与尾晕叠加共存的现象。产生这种现象的原因可能是同一裂隙带上下不同的有利成矿空间形成的矿体晕叠加造成的，也可能是不同期次的成矿作用形成多个富矿段在一定范围内聚集，造成多种形式的矿晕叠加。

图5 梅子窝钨矿床59#矿脉构造叠加晕模式图Fig.5 The model of structure superimposed halo in 59#vein of Meiziwo tungsten deposit

3.5 盲矿预测的构造叠加晕标志

根据研究结果，结合李惠[10]提出的构造叠加晕预测准则，总结出盲矿预测的构造叠加晕标志如下：

（1）当 W 异常较低时，Be、Sn（尾晕）元素的异常较弱，而Sb、As（前缘晕）元素有较强异常，表明深部可能存在隐伏矿体。反之，如果尾晕较强而前缘晕不发育，说明深部无矿。

（2）若矿体轴向分带序列的上部出现Be、Sn（尾晕）元素，下部出现 Sb、As（前缘晕）元素，这种“反向”或“反常”分带，表明深部可能存在隐伏矿体。若在矿体尚未尖灭的情况下，分带序列出现逆向分带，说明矿体向下仍有较大延伸。

（3）在有W异常的情况下，矿体尾部有正常的Be、Sn（尾晕）异常，也存在 Sb、As（前缘晕）异常。这种“前、尾共存”的现象说明深部还有隐伏盲矿体的存在，如果富矿段内出现这种现象，表明矿体向下延伸较大。

（4）在已知矿体轴向由上到下，若矿体Sb、As（前缘晕）的强度出现由强→弱→强的变化情况，也是深部存在隐伏矿体的重要标志。

4 结论

将钨矿脉体元素进行R型聚类分析及因子分析，结果显示，钨矿化具有多期次成矿特点，但除As元素以外，W与其他元素伴生不明显，显示出一定的钨矿化独立性特点。

通过绘制分析构造叠加晕轴向分带图，得出单一成矿作用所形成矿体晕的元素组合。其中前缘晕元素组合为 Sb、As；近矿晕元素组合为 W、Bi、Pb、Mn、Ag、Zn、Cu；尾晕元素组合为 Be、Sn。且 W 矿化具有多个内带异常中心，表现出不同期次形成的矿体晕在构造空间内叠置、衔接，存在矿化叠加。

由分带指数法得到梅子窝59#矿脉的原生晕元素轴向分带序列（由深到浅）为：Cu→Sn→Co→Be→Ag→As→Zn→Cd→Sb→Pb→Bi→Mo→Fe→Mn→W。根据所建立的梅子窝钨矿59#矿脉构造叠加晕模式和盲矿预测的构造叠加晕标志，发现矿脉深部存在轴向分带反常，具有前、尾晕共存等特征，预测矿脉的深部沿轴向方向仍有延伸或存在隐伏矿体。

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