江西盘古山钨矿床研究进展

赵云彪，方贵聪

(桂林理工大学 地球科学学院，广西隐伏金属矿产勘查重点实验室，广西 桂林 541006)

0 引言

盘古山钨矿床位于南岭成矿带东段于都—赣县钨多金属矿集区东侧，盘古山—铁山垅矿田中部(图1、图2)[1]。自矿床被发现以来，众多学者在其矿床地质特征、成岩成矿时限、成矿物质来源、成矿流体来源、流体包裹体特征、围岩蚀变、深部岩体、成矿构造环境等方面做了大量研究，为揭示矿床成因及指导找矿工作做出巨大贡献。

本文收集整理了前人在盘古山钨矿床的研究成果，系统总结出矿床研究进展，期望为矿区提供新的找矿思路与方法。

1 矿床地质特征

盘古山钨矿床为一产于隐伏岩体外接触带的石英脉型钨多金属矿床，具有垂向延伸大、矿物组合复杂、矿脉分带清楚的特点[2-3]。矿区地层为震旦系、寒武系、泥盆系及石炭系，主要赋矿围岩为震旦系与上泥盆统。震旦系为浅变质深灰—灰绿色含云母石英质砂岩、千枚岩、板岩组成的一套复理石岩层，构成NNW轴向褶皱基底。上泥盆统为含云母石英砂岩、粉砂岩、含砾石英粗砂岩，局部因变质作用，形成板岩、千枚岩、变余岩，构成NW向褶皱盖层[2]。

矿区内断裂构造普遍发育，且具有多期活动特点，可分为容矿构造与控矿构造。容矿构造为NWW—SEE与NEE—SWW向断裂组成的一系列“X”状裂隙，矿脉充填其中，形成矿区南组、中组与北组3条主要矿脉。控矿构造主要为走向NEE、NNW、NWW、近EW、NW平移断层，规模大小不等，其中以F5断层影响最大。吕古贤等[5]分析了矿床浅部与深部控矿构造后，提出矿床深部受NWW—SEE向断裂控制，近而在深部形成雁行式矿脉。

矿区内未发现出露的花岗岩体，经南岭科学钻探金属异常验证孔(SP-NLSD-2)及早期钻探揭露，分别在矿区东南部高程-341 m与中西部高程-155 m处发现隐伏花岗岩体，推断岩体东南部侵位低于中西部[6]。除隐伏花岗岩体外，矿区发育有数条闪长玢岩与玄武玢岩中基性岩脉。

盘古山钨矿床具有典型的“五层楼”式矿脉分带特征，后又发现“地下室”，空间上形成“五层楼+地下室”矿脉分布格局。最近，方贵聪等[7]在矿区南部又发现一处新的石英细脉带，根据“五层楼”模式推断细脉带深部可能存在中脉带、大脉带及尖灭带。通过类比同类型矿床(石英脉型钨矿床)矿体呈对称形态产出后，推测该处细脉带南、北两侧也存在矿脉，矿床深边部找矿潜力巨大。

2 成岩成矿时限

相较于赣南西华山、淘锡坑等大型矿床，前人对盘古山钨矿床成岩成矿时限研究不足，统计结果见表1。众多测年数据表明，南岭地区岩浆活动及与之有关的钨多金属成矿作用多发生在燕山早期，并于160～150 Ma(中晚侏罗世)最为激烈[6，8]。结合前人的测年数据可以得出盘古山钨矿床形成于燕山早期，属于南岭地区燕山早期大规模钨多金属成矿作用的组成部分。

表1 盘古山钨矿床成岩成矿时限Table 1 Isotopic dating age for rock-forming and ore-foming stages of Pangushan tunsgen deposit

3 成矿物质来源

前人在盘古山钨矿床成矿物质来源问题上存在争议。盘古山钨矿床产出大量硫化物，如辉铋矿、辉钼矿、黄铁矿，为开展硫同位素测试提供良好了条件(表2)。方贵聪等[4]、鲁麟[19]对矿床不同部位做了硫同位素测试后得出：① 盘古山钨矿床中大部分硫化物 δ34S 富集顺序为：辉铋矿<闪锌矿<黄铁矿<辉钼矿，符合硫化物分馏平衡条件下 δ34S 富集顺序，表明矿物达到硫同位素分馏平衡条件；② δ34S变化范围小，表明硫来源稳定且单一，没有其他硫源加入；③ δ34S 具有岩浆硫特点，结合矿体与深部岩体形成时间相近，空间关系密切的特点，推断成矿物质来源为花岗岩浆。曾载林等[3]对矿化石英脉中辉钼矿测试，获得样品中w(Re)为0.090 61×10-6～9.577×10-6。辉钼矿中Re含量从幔源、壳幔源到壳源各递减一个数量级，即成矿物质从地幔来源、壳幔来源到壳源，矿床中每克辉钼矿中Re含量从几十到数百微克、十几到几十到微克、几微克依次递减[13，20]。据此，曾载林等[3]认为盘古山钨矿床成矿物质主要来源于上地壳，并且根据碲元素(Te)性质，推断部分成矿物质来源于地幔。

表2 盘古山钨矿床硫同位素组成Table 2 Sulfur isotopic composition of sulfides in Pangushan tungsten deposit

综合前人观点，本文认为盘古山钨矿床成矿物质来源于花岗岩浆。根据主微量元素特征，可以确定盘古山钨矿床深部花岗岩体具有高分异特征，为古老地壳岩石经强烈混合岩化或重熔、部分熔融形成的陆壳改造型花岗岩。陆壳改造型花岗岩多形成于华南震旦—加里东地槽褶皱区，与华南燕山期W、Sn、Nb、Ta等矿床大规模形成有关[22]。前人研究证明华南地层中富集W元素，并进一步证实赣南地区W富集于早石炭世、泥盆纪、寒武纪与早震旦世地层[21]。盘古山钨矿床富矿围岩为震旦系与上泥盆统，属于区域上富W地层，根据陆壳改造型花岗岩形成机制，震旦系与上泥盆统富W地层经多次强烈熔融形成花岗岩浆，使得地层中W大量活化转移，之后经过热液过程中的碱质交代作用，富集在陆壳改造型花岗中的W转移浸出[22]，富集形成盘古山钨矿床。刘昌实等[23]提出可将华南陆壳改造型花岗岩分为同造山混合花岗岩和岩浆花岗岩型、非造山陆壳重熔型、同碰撞型三类。非造山陆壳重熔型花岗岩受太平洋板块俯冲以及深大断裂影响，其物质除主要来源于古老地壳外，还有部分地幔物质混入或燕山旋回地幔派生的新生地壳的参与。按照分类方法，盘古山钨矿床深部花岗岩属于非造山陆壳重熔型，可以有部分成矿物质来源于地幔，且富集亲地幔元素Te。

4 成矿流体来源

不同来源的水具有不同的氢、氧同位素组成，因此可以用氢、氧同位素组成示踪成矿流体来源[24]。前人通过对盘古山钨矿床氢、氧同位素研究，在成矿流体来源上取得一致观点：成矿流体主要来自花岗岩浆，并有部分大气降水加入。

综合前人氢氧同位素测试数据(表3)，得出盘古山钨矿床成矿流体δDV-SMOW为-121.7‰～-49.3‰，δ18O为-1.5‰～6.47‰。盘古山钨矿床H-O同位素图解(图3)显示，样品投点靠近岩浆水区，但未完全落入岩浆水区，而是趋向雨水线，指示成矿流体主要来源于岩浆水，并有大气降水加入。与泰勒确定的岩浆水范围(δD=-80‰～-50‰，δ18O=7‰～9.5‰)比较，盘古山钨矿床成矿流体δD、δ18O均小于该范围，也说明成矿流体并非完全来自岩浆水。矿床深部存在花岗岩体，矿体与岩体空间关系密切，且成岩成矿时限相近，可以推断成矿流体来自深部花岗岩浆水。关于盘古山钨矿床成矿流体中大气降水混入机制，前人存在不同看法。方贵聪等[4]注意到矿区发育一系列“X”状断裂，指出断裂沟通了大气降水与成矿热液，成矿热液沿断裂向上运移，而大气降水沿断裂向下流动，两者必然会相遇，造成大气降水混入成矿热液。李光来等[26]认为矿床成矿流体中的大气降水为深部陆壳改造型花岗岩继承陆源碎屑沉积岩中的大气降水。陆源碎屑沉积岩是在地表大气降水环境中经过多种外动力地质作用形成的，含有丰富的大气降水。盘古山钨矿床深部岩体为陆壳改造型花岗岩，其被认为是古老陆源碎屑沉积岩经过熔融改造形成的，必然继承有陆源碎屑沉积岩中的大气降水特征。综合上述两种观点，本文认为盘古山钨矿床成矿流体中大气降水混入现象存在于整个成矿过程中。即在成矿作用初期，陆壳改造型花岗岩形成，表现为继承陆源碎屑沉积岩中的大气降水，之后随着矿区断裂发育，大气降水沿裂隙不断下渗，与成矿流体混合，最终导致成矿流体中混有大气降水。

表3 盘古山钨矿床氢-氧同位素组成Table 3 Hydrogen and oxygen isotopic composition of quartzs in Pangushan tungsten deposit

图3 盘古山钨矿床成矿流体H-O同位素组成图解(底图据Taylor [32])Fig.3 Diagram of hydrogen and oxygen isotopic composition of ore-forming fluid in Pangushan tungsten deposit

除氢、氧同位素外，氦、氩同位素对成矿流体来源也有指示作用。稀有气体性质稳定，在各种地质作用中不易变化，并且不同来源的流体具有不同的惰性气体特征，因此，可以准确反映出成矿流体来源[35-36]。本文收集了近年来南岭地区典型钨矿床He-Ar同位素测试数据(表4)，并进行相关图解投影。南岭地区典型钨矿床成矿流体3He/4He 值为0.04 Ra～4.36 Ra，平均为0.901 Ra，绝大部分高于地壳3He/4He值(0.01Ra～0.05 Ra)，低于地幔3He/4He值(6 Ra～9 Ra)[37]。结合南岭地区典型钨矿床成矿流体He同位素组成图解(图4)上投点落于地壳与地幔之间，且偏向地壳，推断南岭钨矿床成矿流体中的He为地幔、地壳两种来源，且更多的为地壳来源。计算获得流体中幔源He值为0.0054%～57.991%，平均为12.604%，也说明有幔源流体加入，但数量较少。南岭典型钨矿床成矿流体40Ar/36Ar值为295.9～2952.4，平均为547.98，高于大气40Ar/36Ar值(295.5)，说明有地壳中放射成因氩(40Ar*)混入成矿流体[38]，计算得40Ar*值为0.135%～89.991%，平均为31.420%。据南岭地区典型钨矿床成矿流体R/Ra -40Ar/36Ar图解(图5)显示，绝大部分投点落在地壳流体与地幔流体间，并集中于大气饱和水附近，且偏向地壳流体，表明成矿流体来自地幔与地壳的同时，也有大气降水加入。前人已证实南岭不同地区燕山期大规模钨锡成矿是在相同的大地构造背景下形成的，因此有理由相信盘古山钨矿床He-Ar同位素组成与上述南岭地区典型钨矿床He-Ar同位素组成相似，可以推断出矿床成矿流体主要为地壳来源，部分为地幔来源，且有大气降水混入。本文认为此结论的解释仍然与该区陆壳改造型花岗岩及矿床形成机制有关，即成矿流体本质上来自陆壳改造型花岗岩浆，继承有古老陆壳特征，因此He-Ar同位素组成多表现出地壳特征。He-Ar同位素组成与H-O同位素组成得出的成矿流体来源结论不谋而合。

表4 南岭地区典型钨矿床氦-氩同位素组成Table 4 He and Ar isotopic composition of typical tungsten deposits in Nanling area

图4 南岭地区典型钨矿床成矿流体He同位素组成图解(据Mamyrin and Tolstikhin [33])Fig.4 Diagram of He isotopic composition of ore-forming fluid of typical tungsten deposit in Nangling areaA—初始氦B—地幔氦C—地壳氦

图5 南岭地区典型钨矿床成矿流体R/Ra-40Ar/36Ar图解(底图据宋世明等[34])Fig.5 R/Ra - 40Ar/36Ar diagram of ore-forming fluid of typical tungsten deposit in Nangling area

5 流体包裹体特征

流体包裹体是矿物在形成过程中捕获的成矿介质，可指示矿床形成过程中的温度、压力、化学组成等物化信息[39]。盘古山钨矿床主成矿阶段矿化石英脉中流体包裹体类型主要为H2O-NaCl型(Ⅰ型)包裹体、H2O-NaCl-CO2型(Ⅱ型)包裹体、CO2型(Ⅲ型)包裹体。其中H2O-NaCl型包裹体可细分为富液相两相H2O-NaCl型包裹体与纯液相H2O-NaCl型包裹体；H2O-NaCl-CO2型包裹体可细分为含液相CO2三相H2O-NaCl-CO2型包裹体与不含液相CO2两相H2O-NaCl-CO2型包裹体，且各类型包裹体形状、大小、数量及化学组成明显不同。综合前人流体包裹体显微测温及成矿流体盐度、密度计算，得出盘古山钨矿床Ⅰ型流体包裹体均一温度为110℃～210℃、230℃～270℃、270℃～370℃，盐度w(NaCl)为3.1%～7.5%，密度为1.01～1.03g/cm3；Ⅱ型流体包裹体均一温度为220℃～250℃、260℃～350℃，集中于290℃～320℃，盐度w(NaCl)为0.4%～5%，密度为0.168～0.183 g/cm3。空间上矿床从下到上温度不断升高，呈现逆向分带特点。前人利用Ⅱ型流体包裹体计算获得盘古山钨矿床成矿流体压力为36.3MPa～143.6 MPa。流体包裹体数据显示，盘古山钨矿床成矿流体pH值为5.02，Eh值为0.16V[25，40]。综合上述数据，本文得出盘古山钨矿床为一中高温矿床，成矿流体具有多期次、低盐度、强氧化性、弱酸性特征。

相较于赣南其他钨矿床，盘古山钨矿床流体中含有较多的CO2包裹体，且在矿化富集处数量显著增加[41]，表明CO2与成矿作用关系密切。成矿流体的不相混溶作用促进成矿流体中金属沉淀[42-43]，而该作用在部分钨矿床中则表现为CO2逸失[44-45]。众多学者研究证实盘古山钨矿床存在以CO2逸失为特点的流体不相混溶作用[40]。Collins，P.LF[46]认为W在高压、高浓度CO2条件下以络阴离子(WO4)2-形式与阳离子共存于成矿流体中。含高浓度CO2的成矿流体从深部沿裂隙向上运移过程中，压力下降，CO2不断逸失，导致成矿流体原有平衡体系被打破，W开始与阳离子结合，不断沉淀，形成工业矿床。虽然目前地学界对于成矿流体中CO2在W迁移沉淀过程中的作用存在争议，但本文认为成矿流体中的CO2是盘古山钨矿床形成的一项重要因素。

6 深部岩体特征

盘古山钨矿床深部存在岩体已被钻探资料及地球物理资料证实。但因岩体埋藏过深，前人对其研究不足，仅方贵聪等[6]对SP-NLSD-2获取的深部岩体样品开展过系统研究。SP-NLSD-2揭露深部新鲜岩体样品呈灰白色，中细粒结构，块状构造，广泛发育钾化、钠化与云英岩化。众多学者[47-49]认为热液矿床中发育的钾化、钠化可促进金属元素的活化迁移，因此本文认为盘古山深部岩体出现的钾化、钠化也是矿床形成的一项重要因素。样品主量元素测试表明，岩体属于准铝—过铝质富钾钙碱性系列花岗岩。微量元素测试表明，岩体具有高Rb/Sr、K/Rb值、低Sr/Ba、Nb/Ta、Zr/Hf值，属于高度分异花岗岩，岩体中富集W、Bi元素，一定程度上说明成矿物质来自深部岩体。稀土元素测试显示，样品轻稀土元素富集，Eu明显负异常，可能暗示花岗岩的初始岩浆对应的熔融程度较低，残留在源区岩石中未被熔融的斜长石比例较多。前人对南岭燕山期不同花岗岩研究，证实其大多为古老地壳岩石经过高温重熔作用形成的陆壳改造型花岗岩[50-52]，为矿床提供了必要的成矿物质与成矿流体。

7 碲、铋矿化研究

盘古山钨矿床除钨矿外，大量富集碲(Te)、铋(Bi)。其中Te储量达小型规模[53]，深部岩体、矿脉中Bi含量分别为其克拉克值的4414倍、261097倍。Te为典型的稀散元素，仅在中国四川大水沟探明一处独立碲矿床。Bi倾向富集于残余溶液中，可作为Te的沉淀剂与碲结合形成碲铋族矿物[54]。

任英忱[55-56]对盘古山钨矿床伴生组分Te、Bi系统研究后指出：① 矿床中含Bi矿物为辉铋矿、柱辉铋矿、斜方辉铋铅矿、卡辉铋铅矿、杂硫铅铋矿、斜方硫铋铅矿、微硒硫铋铅矿、铋方铅矿。Te、Bi共生矿物为硫碲铋矿A、硫碲铋矿B、应硫碲铋矿、辉碲铋矿、未定名碲铋新矿物(Bi3TeS2)；② 含Bi矿物生成时间存在先后关系，空间位置也随温度降低而规律变化。含Bi矿物产出顺序由早到晚为：辉铋矿-低铅辉铋矿→辉铋矿-高铅辉铋矿→辉铅铋矿→斜方辉铅铋矿。空间位置上，辉碲铋矿位于矿床上部，与高温矿物共生，而硫碲铋矿A、硫碲铋矿B位于矿床下部，与低温矿物共生。

关于盘古山钨矿床中碲、铋元素来源问题，前人未做过相关研究。即使众多学者对独立碲矿床、碲金矿床做过大量研究，其碲元素来源是围岩[57]、岩浆[58-59]或是地幔[60]的问题仍未解决。上文提到矿床深部岩体类型为陆壳改造型花岗岩中的非造山陆壳重熔型，形成过程受太平洋板块俯冲以及深大断裂影响，可有部分地幔物质混入。同时，华南地区燕山期岩石圈全面拉张—减薄，地幔物质上涌的构造背景已被证实[61-62]。碲元素为亲地幔元素，在地幔中含量较高，因此本文推测矿床中碲来源可能为地幔。

8 结论

综合上述几点，盘古山钨矿床研究进展主要有：① 盘古山钨矿床形成于燕山早期(～157 Ma)，属于南岭燕山早期钨多金属大规模成矿的产物；② 成矿物质主要来自花岗岩浆；③ 成矿流体主要为岩浆来源，有少部分大气降水混入；④ 矿床为中高温矿床，成矿流体具有多期次、低盐度、强氧化性、弱酸性特征，钨矿形成与CO2逸失有关；⑤ 矿床深部岩体为陆壳重熔改造型花岗岩；⑥ 矿床富集Te、Bi，拥有多种含Bi矿物及Te、Bi共生矿物。且含Bi矿物产出时间存在先后顺序，产出位置上也随温度规律变化。

本文在总结盘古山钨矿床研究进展的基础上，提出以下观点：

1)关于成岩成矿期次问题，结合矿脉年龄与成矿流体多期次特点，认为矿床存在多期次成矿现象；

2)关于成矿流体中大气降水混入机制问题，本文认为大气降水混入伴随矿床形成的全过程。矿床形成初期，为陆壳改造型花岗岩继承古老陆壳碎屑沉积岩中的大气降水，之后随着矿区裂隙发育，大气降水沿裂隙下渗，不断混入成矿流体。

致谢：感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见。