南岭中段祥霖铺魏家钨矿床矿体地质、控矿因素及成因探讨

胡绪云,王 强,唐 尧,范宏鑫，黄驰轩

(1.湖南省自然资源调查所,湖南娄底 417000；2.成都理工大学地球科学学院,四川成都 610059)

0 引言

华南南岭成矿带是我国重要的钨矿产地，由赣南、闽西、粤北、滇东南、桂北及湘南等部分组成(袁顺达,2017)。祥霖铺地区位于南岭成矿带中部，区内已发现韭菜岭锡钨矿、魏家钨矿等十余处矿床(点)。魏家钨矿床是湖南省地调院在2008年主持的“湖南铜山岭地区锡多金属矿远景调查”项目中新发现矿点的基础上，于2010年经湖南省地勘局418队钻探验证发现了厚大隐伏钨矿体(刘继顺,2011)，埋深>500 m，经估算其钨资源量11.6万吨，达到了大型钨矿规模(李福顺等,2012)，获评中国地质调查局“2010中国地质调查十大进展”。此后，不同学者针对该矿床在成矿地质背景和找矿前景(李福顺等，2012)、矿床地球化学和成矿机制(杨冲等，2012)、隐伏钨锡矿找矿指示元素(张爽，2013)、区域成矿规律(胡绪云等， 2015)、成矿岩体年代学、岩石地球化学和成因研究(Zhao et al.，2016;黄旭栋等，2017;黄旭栋，2018)和矿化富集规律(苏特等，2019;张怡军等，2014)等方面开展了研究，积累了大量矿床地质研究资料，以及矿床地球化学、含矿岩体地球化学及同位素研究数据，为矿床成因的深入认识，以及矿床外围、深部和区域找矿勘查工作的部署，奠定了深厚基础。本文重点针对该矿床两类隐伏矽卡岩型矿体的矿体地质、控矿因素方面开展了研究，并综合前人部分研究成果讨论分析了矿床的成因，对该地区钨矿成矿作用提出了一些认识，旨在为后续研究与找矿勘探提供基础资料。

1 成矿地质背景

南岭地区位于华南陆块中部，魏家钨矿地处其成矿构造带中部，区域上处于华夏板块与扬子板块的拼接处(Shu et al.,1994;袁顺达等,2013;Yuan et al.,2018)(图1a)。该区域可见有大面积古-中生界和新生界地层露头，其中泥盆-三叠系地层岩性主要是一套厚层状的碳酸盐岩，为浅海环境沉积形成，其次为海陆交互相或滨海相的陆源碎屑岩(李福顺等,2012)。石炭系石磴子组、泥盆系锡矿山组和棋梓桥组的灰岩与白云岩是该地区钨锡矿的重要赋矿地层。区域构造活动强烈，主要发育近NE、SN、NW及EW向四组断裂构造；岩浆活动频繁，常见大面积花岗岩出露，岩浆活动时限从早古生代至白垩纪，尤其以侏罗纪花岗岩为主，且与钨锡多金属矿床的成矿关系密切(图1b)。区域以钨锡铜铅锌为主要矿产(李尚淮等,1989)，次为钼、金、锑等，主要矿床有魏家钨矿、铜山岭铜矿、玉龙钼矿、江永铅锌银矿等(李兄等,2017；王云峰等,2017；刘创脱,2019)。

图1 南岭中段魏家钨矿床区域和矿区地质简图(据注释①修改)

魏家钨矿床位于祥霖铺背斜西翼，矿区主要出露第四系和泥盆系棋梓桥组灰岩，下伏泥盆系黄公塘组白云岩。侏罗纪祥霖铺花岗斑岩由多个小岩脉、岩枝组成，侵入层位为泥盆系棋梓桥组(图1c)，整体呈近东西向排列，出露总面积1.3 km2，以土岭岩脉规模最大，其上下接触带钨矿化好。矿区内主要变质作用均与岩浆热液活动有关(Wu et al.,2019)，岩浆活动引起的热接触变质作用以及接触交代变质作用使围岩发生蚀变，主要有碳酸盐化、石榴石化、蛇纹石化、硅化以及绢云母化等(苏特等,2019)，交代变质作用和热接触变质作用与钨矿体的矿化有紧密联系(张爽,2013)。根据钻孔揭露情况，岩体与棋梓桥组灰岩和黄公塘组白云岩接触分别形成钙质矽卡岩(化)和镁质矽卡岩(化)(图2)，矿体均可产于两类矽卡岩内。

图2 魏家钨矿床勘探线联合纵剖面图(据杨冲等,2012修改)

2 矿体地质特征

2.1 矿体特征

白钨矿化围绕祥霖铺花岗斑岩集中分布于第5号至第13号线之间，有产于花岗岩体与泥盆系棋梓桥组灰岩接触带及灰岩中的钙质矽卡岩型钨矿体和产于黄公塘组白云岩层间破碎带及矽卡岩中的镁质矽卡岩型钨矿体两种(苏特等,2019)。矿区内总计圈定50余个钙质矽卡岩型矿体，规模最大的为3号矿体；圈定了2个镁质矽卡岩型矿体，其中规模最大为第4号矿体。

3号钙质矽卡岩型白钨矿体：于土岭花岗斑岩体与棋梓桥组灰岩接触带上部产出，属隐伏矿体，矿体产状与灰岩地层产状一致，主要呈层状至似层状、不规则状和透镜状，在岩体内弯处厚度较大、矿化最强，总体走向近于SW，倾向W，倾角较小，平均为19°，矿体分支较多。单工程矿体厚度不一，变化较大，最薄处为0.57 m，最厚处达到75.20 m，平均矿体厚度为27.95 m，厚度变化率为56.00%；WO3单工程最低品位0.150%，最高品位0.389%，矿体平均品位0.233%，其品位变化率52.55%(苏特等,2019)。3号矿体为矿区内矿化较均匀、厚度系数较为稳定的矿体。

4号镁质矽卡岩型白钨矿体：产于祥霖铺花岗斑岩体下部稍远接触带的层间破碎带内，受层间破碎带与岩体和围岩接触带共同控制，集中分布于第6号至第12号线之间，属隐伏矿体。矿体主要呈似层状、不规则状和透镜状产出，产状与岩层一致，在岩体内弯处厚度较大、矿化最强。矿体总体上呈南北向延伸，倾向为西，平均倾角18°(图3)。矿体最大分支南北长480 m，东西宽460 m，倾向上延伸达到了100 m，矿体横向变化较大，厚度变化范围为1.22～100.18 m，平均厚度22.22 m，钨品位变化于0.200%～ 0.354%之间，平均品位0.216%。

图3 魏家钨矿床10号勘探线剖面图(据注释①修改)

2.2 矿石特征

两类矽卡岩型钨矿石结构构造相似，矿石成分略有差异(表1)。矿石构造复杂多样，主要有条带状、块状、层状、浸染状和不规则状等；矿石结构有它形粒状变晶结构、柱状变晶结构、交代蠕虫结构和交代残余结构等。

表1 两类钨矿石矿物种类对比表(据苏特等,2019)

钙质矿石中含有较多白钨矿、褐铁矿、磁铁矿和锡石等金属氧化物矿物，白钨矿为主要的矿石矿物，还含有种类繁多的金属硫化物矿物，包括毒砂、闪锌矿、黄铁矿、辉钼矿、方铅矿及磁黄铁矿等。脉石矿物主要为矽卡岩特征矿物，包括钙铝榴石、钙铁榴石、辉石以及碳酸盐岩矿物(方解石和铁白云石)，其次为石英、萤石、黑云母、硅灰石、绿泥石、绢云母等(邓丽红等,2016;苏特等,2019)。白钨矿主要沿石英微脉及岩石微裂隙分布，在紫外光下沿岩石微裂隙呈蓝白色的星点状或小微脉状(图4a)，扫描电镜下见其嵌布于石榴石、透辉石(图4b)、硅灰石、萤石矿物颗粒之间，与萤石关系密切，部分与萤石共生，肉眼较难观察。白钨矿化学组成为Ca(WO4)，为四方晶系，其晶胞中的W元素可被Mo元素置换，形成类质同象替代，在扫描电镜图象中常可见白钨矿与钼钨钙矿组成共结边结构(图4c)。

镁质矿石中主要的含钨矿物也为白钨矿，其次为一些硫化物，包括黄铜矿、雌黄铁矿、辉钼矿以及闪锌矿，再其次为方铅矿等。金属氧化物矿物以白钨矿为主，还有如磁铁矿、锡石、钛铁矿和硬锰矿等。脉石矿物主要为碳酸盐矿物(包括镁质的白云石和钙质的方解石)、萤石以及蛇纹石，其次为石榴子石、透辉石、云母、绿泥石以及粒硅镁石等(苏特等,2019)。白钨矿分散分布于岩石微裂隙及岩石中矽卡岩脉、绿泥石脉中，在紫外光下沿岩石微裂隙发蓝白色荧光的星点(图4d)或小微脉，与萤石关系密切，肉眼较难观察。扫描电镜下见其成群浸染状嵌布于萤石、蛇纹石(图4e)和符山石中(图4f)。

图4 两类钨矿石手标本及扫描电镜下特征

2.3 矿化阶段及矿物生成顺序

根据实地露头踏勘和显微镜下鉴定，可将魏家钨矿成矿作用划分为两个期次：矽卡岩期和石英-硫化物期。矽卡岩期又可细分为矽卡岩早阶段(又称无矿阶段)、矽卡岩晚阶段(磁铁矿阶段)和氧化物阶段(白钨矿阶段)(表2)。

表2 矿物生成顺序表

钙质矽卡岩(图5a)：矽卡岩期矽卡岩早阶段(无矿阶段)的矿物组合为硅灰石+石榴石+角闪石(主要为透闪石)+辉石+符山石，据镜下穿插关系分析透辉石形成时间最早，其次为石榴石等，透闪石最晚形成；在矽卡岩晚阶段(磁铁矿阶段)，矿物为角闪石+阳起石+帘石类+磁铁矿组合；在氧化物阶段(白钨矿阶段)，金属氧化物矿物变多，如白钨矿、磁铁矿、萤石等，发生交代作用较强，白钨矿与萤石普遍交代早期形成的硅酸盐矿物。石英-硫化物期中二氧化硅通常不再与Al、Fe、Mg及Ca等元素构成矽卡岩特征变质矿物，这一期发生较强硅化、绿泥石化以及碳酸盐化，从而形成大量石英、绿泥石、碳酸盐矿物和金属硫化物矿物。此后形成的矿物主要呈细脉状穿插早期形成的矿物，主要的矿物为绿泥石、石英、蛇纹石以及硫化物矿物(包括黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等)。

镁质矽卡岩(图5b)：矽卡岩期矽卡岩早阶段的矿物主要为透辉石+符山石组合，这一阶段一般只形成无用矿物；矽卡岩晚阶段(磁铁矿阶段)：矿物组合为磁铁矿+蛇纹石+硅镁石+角闪石+云母类；氧化物阶段(白钨矿阶段)开始出现萤石以及含钨的白钨矿等矿物，与钙质矽卡岩类似，硅酸盐矿物不常见，普遍发生矿化与萤石化。氧化物阶段(白钨矿阶段)与钙质矽卡岩类似。石英-硫化物期矿物主要形成绢云母、石英、蛇纹石与硫化物矿物(主要为毒砂、黄铜矿和黄铁矿等)。这些矿物后期被大量的脉体所穿插，经镜下观察主要为石英脉和方解石脉。这一期次发生的围岩蚀变主要是绿泥石化、绢云母化和蛇纹石化。

图5 魏家钨矿床钙质矽卡岩(a)和镁质矽卡岩(b)矿石

3 成矿控制因素

3.1 构造对成矿控制

据前人统计，南岭地区断裂构造直接控制了80余处大-中型矿床和十多个钨锡矿化带的形成，矿化相对密集的发生在不同断裂的交点②。区内魏家钨矿处于EW向与NW向基底断裂交汇部位，具体定位在盖层NNE向区域断裂上盘，祥霖铺背斜核部，岩体接触带上及稍远离岩体与围岩接触带的层间破碎矽卡岩带中，为深大断裂控矿-区域性次级断裂导矿-次级接触带构造容矿的构造-成矿体系。

构造不仅能为矿化作用提供有利赋存空间，还能对不同类型矿化的分布进行直接控制。矽卡岩型矿床的形成受中-酸性岩体与碳酸盐岩接触带构造控制。在区域构造应力作用下，魏家钨矿区在第6号线与第12号线间的岩层发生了较强的破裂，使岩浆及其热液容易向上运移，接触带上凹陷、内弯和凹凸不平的部位常有富矿体分布，层间破碎构造是矽卡岩型钨矿床的重要控矿构造之一(胡绪云等,2015)，直接控制了矿体的产出形态，有利于形成富矿体。

3.2 地层对成矿控制

矿区岩性组合为海陆交互相环境沉积的陆源碎屑岩-碳酸盐岩组合，对于矽卡岩型矿床形成有天然的优势。①碳酸盐岩其化学活性较强，具有完全解理且具有脆性，容易沿解理发生破碎，具有强渗透性，同时富含钙镁的氧化物而容易发生交代作用，形成不同类型的矽卡岩；②区内碳酸盐岩为薄层状，成分比较杂乱，可细分为泥质及白云质灰岩和含有机质灰岩等，与厚层及成分单一的灰岩相比，前者对成矿作用的发生更为有利；③碳酸盐岩、粉砂岩和页岩形成互层，由于不同岩层间能干性差异明显，软硬岩层面之间的结合比较弱，对于热水溶液的传导更为有利，因而较薄层灰岩更容易被热液交代形成矽卡岩进而成矿；④碳酸盐岩岩性不同，形成的矿体类型不同，当接触围岩为偏钙质的灰岩时形成钙质矽卡岩型白钨矿，当接触围岩为镁质的白云岩时形成镁质矽卡岩型白钨矿。

3.3 岩浆岩对成矿控制

铜山岭花岗闪长斑岩于161～165 Ma的中-晚侏罗世侵入结晶形成，而祥霖铺花岗斑岩于158 Ma左右的晚侏罗世形成。主微量元素测定显示二者具有完全不同的地球化学特征，Sm-Nd-Hf同位素特征表明二者花岗岩浆起源深度不同(黄旭栋等,2017)。在两类花岗岩的侵入接触带上，分别以产铜铅锌多金属矿和钨矿为主，与南岭地区中-晚侏罗世含W和含Cu、Pb、Zn多金属的不同类型花岗岩进行对比显示：铜山岭花岗闪长斑岩源于下地壳铁镁质变质基底部分发生重熔而形成的准铝质花岗闪长(斑)岩，特点是含角闪石，其发生了较弱的岩浆结晶分异演化，为典型的I型花岗岩，有利于Cu、Pb、Zn成矿作用的发生。而祥霖铺花岗斑岩源于中-上地壳富含白云母的变质沉积基底，发生部分重熔而形成的过铝质花岗斑岩岩浆结晶分异及演化程度较高，为典型S型花岗岩，有利于钨矿的形成(徐克勤等,1982；刘希禹,1985；李尚淮和王连忠,1989；黄旭栋等,2017)。

4 矿床成因探讨

4.1 硫同位素特征

据相关文献①对矿区钨矿石和1件碳酸盐围岩样品的S同位素测试分析显示，矿石δ34S多为正值，介于-0.6‰～3.8‰之间，接近陨石硫同位素值。这与黄旭栋(2018)测得铜山岭矽卡岩型铜多金属矿床硫同位素组成0.2‰～5.0‰和蚀变花岗闪长岩硫同位素组成3.9‰相近。碳酸盐围岩δ34S为7.85‰，显著高于矿石δ34S值，表明矿石硫受围岩影响较小，可能主要来源于深部中酸性岩浆。根据矿石硫同位素频率分布直方图具有典型塔式分布特征，也同样表明深源热液S特征(祝新友等,2014)。由此可见，矿石中的硫并非来自围岩，可能与深部岩浆有关。

4.2 成矿物理化学条件

该矿床白钨矿石中伴生大量萤石，并且两者化学成分WO3与CaF2含量呈明显正相关(图6)，表明含钨热液是一种高氟成矿流体。由于含氟矿物其氟浓度可以指示热液矿床形成时的温度(Munoz,2018)，黄旭栋(2018)根据岩体中含氟矿物(如黑云母、白云母)氟含量与不同热液矿床的关系，测出魏家花岗斑岩中白云母氟含量介于0.15 ～1.47 wt.%之间，计算出其氟截距值(IV(F))为1.19～2.54，投点落在钨锡矿成矿系列之间，计算出斑岩基质中白云母结晶温度介于300 ℃～600 ℃，可代表矿床的形成温度大致范围。相关研究①对不同矽卡岩矿物的爆裂温度测试结果显示，早矽卡岩阶段中钙铝榴石和钙铁榴石爆裂温度介于400 ℃～460 ℃之间，而测得晚期矽卡岩阶段中萤石的爆裂温度介于300 ℃～400 ℃之间。如前所述，白钨矿形成于石榴石结晶之后，与萤石共生或关系密切，据此基于以上两种测试分析结果，推断钨矿形成温度在300 ℃～400 ℃，表明其形成于高温热液环境。

图6 萤石与白钨矿含量相关性图(据黄旭栋，2018)

4.3 成矿时代

在魏家钨矿矿区进行的辉钼矿Re-Os测年结果显示，钨矿的成矿年龄为159.0±5.6 Ma(赵盼捞等,2016)，属于晚燕山期。该年龄结果与钨矿化相关的花岗斑岩锆石U-Pb年龄(158.3±2.2 Ma;赵盼捞等,2016)，在误差允许的范围内基本一致，表明成岩成矿属同一事件，花岗斑岩为钨矿成矿母岩。

4.4 矿床成因

综合上述矿床地质特征，魏家钨矿床具有如下成矿特点：(1)钨矿成矿年龄与祥霖铺高分异花岗斑岩成岩年龄在误差范围内基本一致，成岩与成矿属同一事件；(2)白钨矿赋矿构造为岩体侵入接触带及接触带附近的层间破碎带；(3)钨矿化的典型矿化蚀变矿物组合为白钨矿+萤石+石榴子石+透辉石。

根据以上特点，魏家钨矿床成因类型属于典型矽卡岩型。其成矿作用可归纳为：含矿岩浆沿基底拉张断裂带交汇部位及盖层深大断裂带侵位上升至浅部，随着岩体冷却结晶分异，挥发组分不断富集，形成含钨富氟热液(席斌斌等,2007；方贵聪等,2016)，在岩体接触带碳酸盐岩中发生矽卡岩化，当富氟矿物逐渐形成，热液中氟浓度降低，则触发白钨矿沉淀(Guo et al.,2016)，形成矿区矽卡岩型白钨矿。

5 结论

(1)魏家钨矿体均为隐伏矿体，主要呈似层状、透镜状，形态与产出受侏罗纪花岗斑岩与碳酸盐围岩接触带构造和碳酸盐中层间破碎带控制明显，与矽卡岩化蚀变关系密切。

(2)矿体有钙质矽卡岩型矿体和镁质矽卡岩型矿体两类，成矿过程经历了矽卡岩期和石英硫化物期两期，白钨矿主要形成于矽卡岩期的晚矽卡岩阶段，与萤石关系密切。

(3)成矿流体源自岩浆热液，成矿时代与岩体的成岩时代一致，矿化母岩为祥霖铺花岗斑岩。

(4)花岗斑岩体分异产生含钨富氟热液与碳酸盐岩围岩交代，导致了矽卡岩与钨矿化的形成，矿床成因为矽卡岩型钨矿床。

[注 释]

① 吴迎春，胡绪云. 2017. 湖南铜山岭-祥霖铺地区钨多金属矿矿床成因与成矿模式研究[R]. 娄底:湖南省地质矿产勘查开发局四一八队.

② 汤吉方. 2008. 南岭地区有色金属矿床的构造控制特征及分布规律[R]. 武汉:地质矿产部宜昌地质矿产研究所.