郭家松 , 吴明珠, 陈新卫, 刘东杰, 张 斌
(1.江西有色地质勘查二队,江西 赣州 341000;2.湖北省地质局第六地质大队,湖北 孝感 432099)
石城东华山地区位于华夏造山系武夷地块变质基底杂岩中西部,武夷山西坡多金属成矿带中南段与南岭成矿带东段的结合部位(胡论元等,2014;吴素等,2019;彭琳琳等,2020),素以盛产锡、铌、钽等多金属矿而著称。自20世纪60年代以来,各地勘单位对东华山地区开展了多次地质勘查工作,发现了姜坑里铌钽矿床、东华山铜锡矿床、海罗岭铌钽锡矿床、松岭锡矿床,查明了区内成矿地质特征、物质组成、矿体规模、矿床成因类型等。然而,对于区域成矿模式及成矿规律的研究则较为薄弱,仅限于就矿找矿,因此区内找矿没有取得更大突破。近年来,通过1∶5万区域矿产地质调查,在东华山地区新发现12处锡钨多金属矿(化)点。笔者在前人的研究基础上,结合本次矿产地质调查成果,通过研究区内锡多金属矿成矿地质特征和成矿要素,构建了区内酸性富碱花岗岩型及次火山岩型两个成矿亚系列的锡多金属矿“一体多型”成矿模式,并圈定了3个找矿靶区。该研究结果可为该区今后锡多金属找矿勘探提供理论依据,具有一定的实际指导意义。
东华山地区大地构造位于华夏造山系武夷地块变质基底杂岩中西部(图1),所在成矿带属武夷隆起铌、钽、钨、锡、铜、铅、锌、金、银、锂辉石成矿亚带,广昌—宁都—石城Nb、Ta、Li、Sn、Pb、Zn、Cu、Ag、CaF2矿集区与宁化Sn矿集区结合部位(刘东杰等,2018)。区内构造具有多期次活动特点,岩浆活动强烈,成矿条件有利。
区内出露新-古元古代基底及中生代盖层地层。基底地层以前震旦纪(AnZ)变质岩为主,其岩石组合为一套混合岩化的变质火山-复理石建造,分为二个岩性段,一岩段(AnZ1)上部为白云片岩、二云片岩,下部为含红柱石结核黑云片岩夹透闪透辉石岩、石英岩及黑云斜长变粒岩;二岩段(AnZ2)为厚层-巨厚层的青灰色块状黑云斜长变粒岩夹少量云母石英片岩。该地层变形变质强烈,地层中 Sn丰度值为16.3×10-6、W丰度值为7.9×10-6,分别是地壳中平均丰度值的9.5倍和7.0倍(胡论元等,2015),为区内锡钨矿床的重要赋矿层位。盖层为中生代一套碎屑岩系夹火山岩的内陆河湖相山前磨拉石建造。
区内断裂构造发育,北东向、北北东向为锡铜多金属容矿构造,北西向裂隙和近东西向断裂为钨矿容矿构造。北北东向断裂见有糜棱岩和构造挤压透镜体,石英细(网)脉、石英斑岩脉充填,性质为压扭性,见铜锡矿化。北东向断裂为成矿前断裂,性质为压扭性,见花岗斑岩脉、石英细网脉充填,局部见有锡矿化。北西向断裂具多期次活动特征,早期以扭性为主兼有压性,晚期以张性为主兼有扭性,带内构造角砾岩、挤压片理发育,多见石英脉充填,矿化不明显。近东西向断裂早期以压性为主兼有扭性,晚期以张性为主兼有扭性,带内挤压片理发育,硅化强烈,局部石英脉较发育,见钨锡矿化。
区内岩浆岩主要为燕山期白垩世酸性富碱花岗岩,见于海罗岭NNE破碎带与近EW向区域断裂交汇处,呈半隐伏-隐伏态的岩株、岩瘤状侵入于前震旦纪变质基底中,岩石普遍遭受自变质的钠长石化、铁锂云母化、云英岩化等交代作用,具有铌、钽、锂、铷和钨锡矿化,为区内重要的含锡花岗岩建造。区内前震旦系基底内脉岩发育、种类繁多,分布广泛,主要有伟晶岩脉、花岗岩脉、花岗斑岩脉、石英斑岩脉等。其中石英斑岩脉与成矿关系密切。
区内基底地层受多期次构造演化、岩浆侵入事件改造,变形变质强烈,深熔交代变质特征明显,区域变质岩、接触变质岩、动力变质岩、气成热液蚀变岩石较发育。
前震旦系在强烈的构造运动作用下,遭受区域变质作用,变质相为绿片岩相-角闪岩相,岩性主要为片岩、变粒岩,其次为透闪透辉石岩、石英岩。在变质变形方面,强烈压剪及伸展的应力作用叠加,岩石普遍遭受强弱相间的糜棱岩化,原岩难于判别,显示变质基底中-深层次变质变形的基本特征。
接触变质岩是在前震旦系基底早期区域变质作用的基础上,叠加热变质作用,基底地层下部发生重熔,形成S型花岗岩熔浆上侵,形成了一系列围绕岩体呈环带状分布的角岩化岩石,岩性主要为黑云母角岩、长英质角岩、透辉石石榴石矽卡岩等。接触变质作用与矿化关系密切,岩石受变质结晶和热液交代作用的影响,使含矿热液进一步富集,酸性侵入岩与前震旦系基底侵入接触形成块状/脉状云英岩型锡钨多金属矿,为本区具有工业价值的矿体类型之一。
区内气成热液变质作用较强,与矿化关系较密切的蚀变有钠长石化、云英岩化、黄玉化、铁锂云母化、黑鳞云母化、硅化、绢英岩化、电气石化。区内动力变质岩呈线状、带状分布于脆性碎裂带、韧性剪切带内或两侧,由于变形、变质性质的不同,所产生的岩石类型也不一样(黄建村,2014),有构造角砾岩、碎裂岩、碎裂硅化岩、片理化岩石等。
研究区采集了2 182件水系沉积物样品,由湖北省地质局第六地质大队实验室采用电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法对23种元素进行检测,采用Section、GeoChem Studio及DGSInfo软件,统计了地球化学参数(表1)。
表1 水系沉积物地球化学参数计算表
根据水系沉积物测量结果,在东华山地区圈出HS01、HS10两处甲类综合异常区,区内主要异常元素为Bi、Sn、W、Be、Mo、F、Cu、Zn等。Bi、Sn、W、Be、Mo、F、Cu、Zn等元素具三级浓度分带,元素浓集中心高度套合;Sn异常有4个浓集中心(图2),异常主要分布于姜坑里-东华山-海罗岭-松岭一带,面积为60 km2,异常展布方向总体呈NE-NNE向,主成矿元素Sn具三级浓度分带,其极大值为1 010.00×10-6,异常区平均值为157.140×10-6,变异富集趋势最为明显。
区内各异常元素形成Sn、W、Bi-Cu、Pb、Zn、Ag-Sb-F、Li的矿化组合特征,且具有高、大、全的特点。成矿元素组合,显示与Sn、W矿床成矿具有密切的相关性,说明区内的岩浆热液活动为矿(化)体的形成提供了丰富的物质来源,与锡钨铜铅锌等多金属矿化关系密切。
东华山地区1∶2.5万地面磁测成果表明(1)刘涵潮,杨衍忠,张宏金,等,1985.江西省石城县东华山测区物化探工作报告:1-96.,东华山地区共圈出△Z异常8个,青山里以北以正异常为主,其南以负异常为主,异常带走向大体呈北东向,少数呈近东西、北西走向。异常规模大小不一,大者达16 km2,小者在1 km2以下。强度一般不大,△Z值一般为50~100 γ,△Zmax为350~835 γ,异常形态多为不规则椭圆状或不规则状。在正异常的北、北东或北西侧出现负异常△Zmin为-265~-409 γ,异常水平梯度变化较大。区内磁异常受断裂构造控制明显,中部正负交替异常带延伸方向与武夷山隆起带相一致,南部北西负异常与北西向硅化破碎带关系密切,姜坑里北北东向正负异常交替窄陡带与该地段北北东断裂吻合,在东华山一带的近东西向异常正好位于东华山东西向隆起带地段。表明东华山磁异常区是成矿有利地段。
东华山地区线性构造、环形构造均发育。区内共解译出16条线性构造,以NE-NNE、NW-NNW、NEE和NNW四个方向为主,其中NE-NNE线性构造是区内最主要的一组线性构造,是基底变质岩的主要构造方向,被NWW、NNW向线性构造所切割。东华山环形构造组合,分布于前震旦纪基底中,以海罗岭岩体为主体,由大小8个环形构造组成,该环形构造组合推测为岩体和NE、NWW向断裂相交而形成的环带。区内圈定了7个遥感蚀变异常,其中YG-3属于矿致异常;分布于东华山海罗岭-铜坑里一带,面积近16 km2,羟基、铁染异常配套分布,其中羟基具有三级浓集分带,与已知矿点、新发现矿化点基本吻合。异常分布于前震旦纪变质岩中,燕山期岩浆活动强烈,线性、环形构造发育,具有良好的成矿地质背景,与HS01-甲1化学综合异常套合度极高。
区内矿产以锡、铌、钽为主,其次为钨、铜、铅锌。本次在区内新发现破碎带蚀变岩型、石英斑岩脉型锡钨多金属矿点2处、锡铅锌矿化点10处,以及前人发现的矿床(点)18处。新发现含矿破碎带呈北北东向,产状为290°~320°∠70°~80°,北北东向断裂切割产状为190°~207°∠40°~60°近东西向顺层断裂,且两期断裂皆见有锡钨矿化,表明矿化是受NNE及近EW向断裂交汇控制,破碎带中充填黄玉化硅化绢英岩质角砾岩,黄玉化锡化硅化角砾状变粒岩,萤石化黄铁矿化石英斑岩,破碎网脉状、团块状石英脉及石英斑岩脉,其中主要锡钨矿赋矿破碎带蚀变岩为绢英岩及石英斑岩(图3)。
区内典型矿床如姜坑里铌钽矿床、海罗岭铌钽锡矿床、松岭锡矿床等均为中-大型矿床,矿床主要类型有破碎带蚀变岩型锡多金属矿、黄玉云英岩型锡矿、石英脉型钨矿、伟晶岩型钨矿、斑岩型锡矿等,其形成和分布与岩浆活动、构造及围岩等成矿条件有关并受其控制,成矿物质来源以岩浆源为主,其次为前震旦纪基底地层,显示本区具有寻找锡钨铜多金属矿产的良好潜力。
区内锡多金属矿田中各矿体沿姜坑里-海罗岭-松岭一带,以隐伏-半隐伏状态出露,成矿以碱长花岗岩体为中心,出现垂向“下浆上液”(林新多,1998;祝新友等,2014)分带特征,即岩体顶部-接触带-岩体远端,岩浆晚期成矿阶段形成如海罗岭岩体顶部接触带附近似伟晶岩壳型铌钽锡矿、花岗岩型(斑岩型)锡钨矿;浆液过渡态流体(祝新友等,2015)阶段形成接触带附近诸如海罗岭-松岭矿区云英岩析离体型、隐爆角砾岩型、云英岩型矿体;岩浆期后含矿热液,则在变质基底发育的剪切带、拆离断层(周岳强等,2019)等深大断裂与潜在火山通道引导下,到达接触带至岩体远端,且流体在运移过程中与Sn等高背景围岩通过萃取等进行物质交换,矿物质大量沉淀成矿,其成矿地质体为燕山期高演化形成的呈半隐伏-隐伏状态酸性富碱花岗岩小岩瘤岩株及部分同源浅成次火山岩,矿体就位空间为岩体顶部-顶部接触带附近-接触带外侧-远端(姜坑里-东华山-海罗岭)及次火山岩区潜火山通道附近(松岭)。
断裂构造对含矿热液的运移起控制作用(但小华等,2019),区内北北东向断裂为最主要的成矿构造,它们与其派生次级构造及与岩体侵位有关的北北东向、北东向及近东西向断裂及次生小裂隙共同组成区内锡多金属矿成矿构造系统。
浅部成矿结构面以北东向区域深大断裂次级断裂面、裂隙带及东西向断裂面为主,推测深部成矿结构面为隐伏燕山晚期高演化酸性富碱小岩株、石英斑岩脉等与前震旦系变质基底接触带界面或与侏罗系盖层不整合接触面、岩性界面、隐爆角砾岩筒、次火山岩隐爆层间裂隙带,逆冲滑脱断裂面等组成的成矿岩体顶部-岩体地层接触带-接触带远端断裂裂隙带系列结构面。
东华山锡多金属矿田中各矿(床)点均以隐伏-半隐伏状态出露碱长花岗岩体为成矿地质体,为高(中)温岩浆热液成矿作用产物。锡多金属矿具有典型的“一体多型”成矿模式(梁景时等,2014;韦星林,2012;许建祥等,2001)。岩株顶部-接触带-岩体远端依次出现:岩浆晚期岩株顶部云英岩析离体、似伟晶岩壳型钽钨锡矿,接触带附近隐爆角砾岩、云英岩型锡多金属矿,岩浆期后岩体远端热液阶段形成石英脉型、锡石硫化物脉型锡铜多金属矿,石英脉型锡钨铜铅锌、破碎蚀变岩型锡钨铜成矿系列以及与前者深部同源的浅成潜火山岩相关的次火山岩/脉型-隐爆角砾岩型锡矿两个矿化系列。
成矿阶段。岩浆晚期成矿阶段形成花岗岩型(石英/斑岩型)、云英岩析离体型、似伟晶岩壳脉型、隐爆角砾岩型;岩浆期后热液成矿阶段形成石英斑岩脉型、石英脉型、锡石硫化物型、破碎蚀变岩型。
成矿分带。与岩浆-热液连续演化相对应,围绕岩体顶部出现垂向分带——下浆上液:岩浆阶段矿化局限于岩浆岩中,浆液过渡态流体形成岩体顶部或接触带附近的云英岩析离体、似伟晶岩壳、隐爆角砾岩、云英岩;岩浆期后热液形成石英脉型、锡石硫化物脉位于岩体外围,总体具有W-Mo-Sn→Cu-Sn→Pb-Zn-Sb特征。
围岩蚀变。岩浆晚期成矿阶段蚀变主要为云英岩化、硅化、铁锂云母化,其中云英岩化可伴随黄玉化,见黑钨矿、锡石、硫化物矿物;岩浆期后热液成矿阶段主要为硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化、绢英岩化,伴随锡矿化、黄铜矿化、黄铁矿化、铅锌矿化等。
矿石结构构造。浸染状结构、变晶结构,块状构造、角砾状构造、裂隙充填细(网)脉构造等。
区内姜坑里铌钽矿床-东华山铜锡矿床-东华山大柴坊铜锡矿-海罗岭中型铌钽矿床-松岭中型锡矿床,均沿区域北北东大断裂及次级断裂和沿北北东向断裂所控制花岗岩株顶部-接触带-远端分布,矿体类型多样:姜坑里与海罗岭铌钽矿体为燕山期岩浆晚期高演化阶段岩体上部的锂-白云母化钠化蚀变富铌钽花岗岩;石英细脉带钨锡矿体见于姜坑里花岗岩南西的外接触带白云母化、钠化蚀变富铌钽花岗岩;破碎带蚀变型铜锡矿体见于东华山隐伏岩体外接触带;隐爆角砾岩型-隐爆裂隙带型锡矿矿体见于松岭次火山岩区与海罗岭岩体接触带附近及次火山岩分布区;黄玉化石英斑岩(脉)型锡矿分布于松岭锡次火山岩分布区;黄玉云英岩型锡矿体见于海罗岭岩体与元古代地层接触带;似伟晶岩型钨矿见于海罗岭蚀变花岗岩铌钽矿顶部。成矿分带明显,与岩浆-热液连续演化相对应,围绕岩体顶部出现垂向分带——下浆上液,总体显示W-Mo-Sn→Cu-Sn→Pb-Zn-Sb特征。具有明显的与岩浆侵入作用相关高(中)温岩浆热液型铌钽稀有-锡钨铜多金属矿床“多型”矿体特征,该类矿产成矿地质体为岩浆晚期高演化形成的酸性富碱小型花岗岩岩株(瘤),松岭锡矿及海罗岭部分次火山岩区之间成矿地质体则为次火山岩。
分析认为区内锡多金属矿存在与同源岩浆侵入演化作用相关的S型酸性富碱花岗岩型及次火山岩型两个成矿亚系列的“一体多型”成矿模式(梁景时等,2014;韦星林,2012;许建祥等,2001)如图4所示。
(1)矿床(点)空间展布特征。区内各矿床(点)空间展布严格受北北东向构造-岩浆带及近东西向拉张伸展构造的控制,不同方向构造的叠加部位往往成为矿床产出的有利地段。
区内各矿床(点)具有较明显的分带性,与高演化阶段酸性富碱花岗岩成矿地质体相关的矿床(点),其水平分带规律为自花岗岩向外接触带,矿化分布分别为蚀变花岗岩型铌钽矿、黄玉云英岩型锡矿、破碎蚀变岩型铜锡矿、石英细脉带型钨锡矿(胡论元等,2015);与高演化阶段花岗岩锡多金属成矿地质体同源的次火山岩矿床(点)水平分带规律为自隐爆角砾岩向外,矿化分布特征分别为隐爆角砾岩型锡矿、隐爆裂隙带型锡矿和黄玉化石英斑岩型锡矿;垂向上在隐爆角砾岩筒下部可能存在斑岩型锡矿(胡论元等,2015)。
(2)成矿时间演化规律。燕山运动时期东华山地区卷入西太平洋陆缘活动带,由于太平洋板块向大陆俯冲(李三忠等,2019),有剧烈的岩浆和火山活动,晚白垩世至古近纪,随着印度板块向北俯冲,武夷地区处于造山后松驰伸展拉张阶段,燕山期岩浆活动的时代与区域锡多金属成矿大爆发事件具有高度时空耦合(张灯堂等,2015),区内燕山期花岗岩成矿地质体演化由北至南,逐渐变新,挥发分及有色金属含量有变多趋势,北部姜坑里花岗岩的矿体Rb-Sr年龄为140.6 Ma(2)许建祥,王淑敏,梁景时,等,2008.江西省石城县姜坑里矿区铌钽矿详查地质报告:5-36.,成矿于燕山早期第三阶段;中南部海罗岭花岗岩岩瘤Rb-Sr年龄为127.7 Ma(3)江西省地矿局赣南地质调查大队,1989.赣南石城及寻乌锡多金属隐伏矿预测研究:1-102.,铌钽钨锡矿成矿时期在燕山晚期第一阶段;南部松岭锡矿黄玉锡石石英斑岩脉Rb-Sr年龄为119.1 Ma(4)江西省地矿局赣南地质调查大队,1989.赣南石城及寻乌锡多金属隐伏矿预测研究:1-102.,成矿时期在燕山晚期第一阶段。
东华山地区已有姜坑里-海罗岭-松岭钽锡矿田分布,并新发现12处锡钨多金属矿(化)点,有含锡黄玉石英斑岩、含锡钨石英脉、含锡钨绢英岩、脉状热液铅锌铜钨矿等矿化类型,成矿具有高(中)温岩浆热液侵入作用的“一体多型”成矿模式,找矿潜力较大。
综合区内地、物、化、遥等多元找矿信息,结合矿床(点)及矿体分布情况(金少荣等,2018)、探矿工程验证结果,对东华山地区找矿靶区进行圈定及分类,共圈定找矿靶区3个,其中A类2个、C类1个(图5)。
(1)东华山大柴坊锡钨铜多金属找矿靶区(A类)。位于东华山大柴坊-东坑一带,面积9.26 km2。出露前震旦纪(AnZ)地层,为一套变粒岩、片岩夹石英岩的古老变质基底。基底变质变形强烈,不同方向及期次褶皱及伸展、压扭断裂复合交织,高丰度的锡、钨元素背景值,为燕山期壳源花岗岩岩浆熔融侵入、矿液运移、与围岩物质交换萃取及沉淀改造等创造了良好条件,是锡铜钨多金属成矿的有利围岩地层。
该区位于1∶5万水系沉积物测量HS10-甲1综合异常Sn元素浓集中心部位,Sn具三级浓度分带,平均浓度为157.14×10-6,变异富集趋势最明显,W、Pb、Zn、Cu、F等元素的平均浓度分别为89.65×10-6、62.4×10-6、238.1×10-6、49.09×10-6、2771×10-6,说明区内岩浆热液活动为矿体的形成提供了丰富物源,与锡钨铜铅锌等多金属矿化关系密切。已发现姜坑里铌钽矿床、东华山铜锡矿床、锡钨矿(化)点5处、铅锌矿化点1处。
(2)联布寮锡锌铅铜多金属找矿靶区(A类)。位于区内东部盐付村一带,面积为3.31 km2。出露前震旦纪(AnZ)地层,区内北东向与近东西向、北西向断裂构造交汇呈“X”型,该区位于铋钨氟锡等主元素HS01-甲1类异常内,浓集中心明显,具三级分带。已知锡钨、铜铅锌矿(化)点7处。
(3)沙洲尾锡锌铅铜多金属找矿靶区(C类)。位于区内东部盐付村一带、联布寮靶区西侧附近,沙洲尾Sn元素浓集高值区,出露前震旦纪(AnZ)地层,北东向与北西向断裂构造发育,面积2.11 km2。区内有锌、铅矿化点2处。
(1)成矿地质条件。区内大地构造位置处于华夏造山系武夷地块变质基底杂岩中西部,出露地层为前震旦纪(AnZ),地层中 Sn丰度值为16.3×10-6、W丰度值为7.9×10-6,两者的丰度值分别是地壳平均丰度值的9.5倍和7.0倍(胡论元等,2015),为成矿提供部分物质来源;区内岩浆活动强烈,燕山期壳源花岗岩岩浆熔融侵入的酸性碱长花岗岩小岩体,是区内钨、锡、铜多金属主要物源;区内发育NNE向紧闭同斜褶皱及近EW向叠加褶皱,韧性剪切、置换构造发育,NNE、NE、NW向断裂复合交织,变形复杂强烈,为成矿提供了良好的导矿、运矿、赋矿空间(王钊飞,2019)。
(2)化探成果。1∶5万水系沉积物测量表明区内分布有Bi、Sn、W、Be、Mo、F、Cu、Zn等元素组成的综合异常,异常强度高,各元素异常浓集中心明显。综合异常区中Sn元素异常与W、Mo、Bi等高温元素异常及有找矿指示意义具挥发特性的F元素高度套合。
(3)矿化信息。区内已知的30处锡-铜-钨-铌钽矿床、矿(化)点,均分布于燕山期花岗岩岩滴(岩瘤)顶部、内外接触带及侵入体远端NNE、NW及近EW向断裂或其交汇部位构造系统中,矿化与燕山期岩浆活动、构造等成矿条件有关并受其控制。成矿花岗岩体未直接出露地表,但目前已获得地各类地化遥等信息综合表明,其必隐伏在一定深度内。区域上松岭-东华山锡矿区与岩背锡矿及天堂山锡矿区,同处于武夷山锡铜稀土稀有金属成矿带,区域岩体型矿体主要在-100~+200 m标高范围;区内各矿床(点)勘查工程普遍偏浅。东华山矿化破碎带标高在1 000余米,往深部由脉状矿至-100~+200 m标高的岩体型矿体,尚有800~1 100 m找矿空间。
综上所述,区内成矿地质条件优越,岩浆活动强烈,断裂构造发育,锡多金属化探异常面积大,与矿(化)点套合度高,本区具有良好锡多金属矿找矿潜力。
(1)东华山地区锡多金属矿严格受早期及基底地层发育NE、NNE向褶皱轴部叠加的NNE、NW、近EW向断裂构造控制,不同方向构造的叠加部位往往成为矿床产出的有利地段。
(2)燕山早期-晚期的岩浆高演化后期酸性碱长花岗岩小岩体是区内锡、钨、铜多金属主要物源,不同期次侵入的小岩株、岩瘤、岩滴顶部或接触带部位是锡多金属富集成矿的最佳地段。
(3)在前人研究基础上,综合区内成矿地质特征,梳理分析了区内成矿地质体,成矿构造及结构面,成矿作用特征标志,矿体类型,矿化蚀变,分布特征等,构建了东华山地区锡多金属矿田“一体多型”成矿模式。在该模式下,出现垂向“下浆上液”成矿分带分布特征,并存在深成S型酸性富碱花岗岩型及深部浅成次火山岩型两个成矿亚系列,对深部找矿具有一定的参考作用。