南嶺區域成礦與深部探測的研究進展及其對西藏鎢錫找礦的指示

李建康, 王登紅*, 粱 婷, 許以明, 張怡軍, 梁華英, 盧煥章,趙 斌, 李建國, 屈文俊, 周四春, 王汝成, 韋龍明, 林錦福

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037;

2)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054;

3)湖南省湘南地質勘察院, 湖南郴州 423000;

4)中國科學院廣州地球化學研究所, 廣東廣州 510640;

5)山西省地球物理化學勘查院, 山西運城 044004;

6)中國地質科學院國家地質實驗測試中心, 北京 100037;

7)成都理工大學, 四川成都 610059;

8)南京大學, 江蘇南京 210093;

9)桂林理工大學, 廣西桂林 541004

南嶺區域成礦與深部探測的研究進展及其對西藏鎢錫找礦的指示

李建康1), 王登紅1)*, 粱 婷2), 許以明3), 張怡軍3), 梁華英4), 盧煥章4),趙 斌5), 李建國5), 屈文俊6), 周四春7), 王汝成8), 韋龍明9), 林錦福9)

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037;

2)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054;

3)湖南省湘南地質勘察院, 湖南郴州 423000;

4)中國科學院廣州地球化學研究所, 廣東廣州 510640;

5)山西省地球物理化學勘查院, 山西運城 044004;

6)中國地質科學院國家地質實驗測試中心, 北京 100037;

7)成都理工大學, 四川成都 610059;

8)南京大學, 江蘇南京 210093;

9)桂林理工大學, 廣西桂林 541004

本文通過對桂西北礦集區、湘南礦集區和贛南粵北礦集區的地質學、地球化學、礦床學等方面的研究, 扼要對比了南嶺西段、中段和東段的地殼演化歷史和區域成礦特點, 發現在礦集區尺度上, 南嶺成礦帶西段表現為燕山晚期的爆發式成礦作用; 南嶺成礦帶中段表現為伴隨多期巖漿活動而發生多期次成礦, 形成多金屬礦床; 東段雖然也發生多期次的巖漿活動, 但成礦作用以燕山期早期第一階段為高峰; 南嶺西段也具有發現東段式鎢礦的潛力。在不同礦集區深部找礦方向上, 南嶺西段的少花崗巖地區應重點探測與深部隱伏花崗巖體有關的成礦作用, 高溫高壓成礦實驗也表明溶洞式礦體也應列為找礦重點; 南嶺中段應根據不同的成礦環境探測深部礦體, 如黃沙坪礦床深部存在“柿竹園式”礦床; 南嶺東段, 應該在“五層樓”下部尋找“地下室”礦體。在物質來源方面, 在湘南騎田嶺礦集區的探測技術試驗結果表明, 騎田嶺巖體深部存在地幔物質上涌的通道, 巖體中心相的細粒黑云母花崗巖較外圍的粗粒黑云母花崗巖混入了較多的幔源物質, 白蠟水礦區的富錫流紋質次火山巖脈, 也暗示深部存在一期更晚的、含幔源物質更多的巖漿活動, 與錫礦成礦物質多來源于地幔的認識一致。根據以上認識, 并綜合對比南嶺與西藏成礦的異同, 本文認為在西藏地區, 宜在低剝蝕地區的中低溫熱液礦床的深部探測鎢錫礦床, 在發育老地層的高剝蝕地區尋找中高溫熱液型鎢錫礦床。

南嶺成礦帶; 成礦規律; 深部探測; 地球物理; 西藏

南嶺成礦帶是我國, 乃至世界上 W、Sb、Sn、Bi、Pb、Zn等重要資源基地, 也是世界上獨具特色的陸內花崗巖成礦作用最為強烈的地區。半個多世紀以來的地質找礦工作不但提供了大量的礦產資源,還積累了豐富的地質勘查與礦山生產資料, 創立了“五層樓”、“地洼學說”、“成礦系列”、“三源成礦”等原創性的成礦理論, 形成了比較完善的地表地質找礦與評價的技術方法體系。但是, 深部找礦仍存在較大的研究空白, 隱伏礦床的定位預測技術、典型礦集區的深部探測工程等方面的研究工作停滯不前, 制約了地質找礦的深入與發展。造成我國優勢的W、Sb、Sn等礦產資源的保有儲量下降, 老礦山先后出現資源危機。在此背景下, 國家啟動了“地殼深部探測工程”(董樹文等, 2010), 選擇南嶺成礦帶作為深部探測計劃的工作區之一。

在南嶺深部探測項目(SinoProbe-03)實施過程中, 先后開展了礦集區、礦田尺度的深部成礦規律研究, 并在典型示范區進行了深部探測技術實驗研究, 本文將系統闡述南嶺深部探測項目的最新研究成果。旨在為礦產資源的勘查提供理論依據和科學指導, 解決礦產勘查工作中遇到的一些疑難問題,及時服務于大花崗巖省的地質找礦工作(如西藏地區)。

1 南嶺成礦帶重點礦集區的研究進展

按照空間和成礦特點劃分, 南嶺成礦帶可以分為西段、中段和東段。

南嶺西段主要是指廣西中北部的九萬大山—元寶山和丹池地區、廣西西部的“右江褶皺帶”以及云南東南部的個舊—文山地區, 主要出露小花崗巖體或巖珠, 出露面積較南嶺東段和西段明顯減少,發生了以錫為主的大規模成礦作用, 以矽卡巖型礦床為主。其中, 以桂西北礦集區成礦作用最為強烈,該區域出露的地層主要為泥盆系—中三疊統的碎屑巖-碳酸鹽巖建造, 出露的巖體主要為籠箱蓋等小巖體或巖珠, 產出大廠、五圩和芒場等錫多金屬礦床,是我國重要的有色金屬基地。巖漿活動以中酸性的侵入巖為主, 出露面積小, 主要有籠箱蓋復式巖體和長坡—銅坑的花崗斑巖巖脈和閃長玢巖巖脈(梁婷等, 2011)。

南嶺中段一般指的是湘南(湘東南)和桂東北一帶, 與南嶺東段相比, 花崗巖的出露面積有所減少,以鎢、錫多金屬成礦為特征, 礦床類型以石英脈型、花崗巖型和矽卡巖型為主。地層從下古生界震旦系至新生界第四系均有分布, 但震旦系、寒武系、奧陶系、志留系砂巖、板巖等分布范圍有限, 泥盆系、石炭系白云巖、灰巖大面積分布。巖漿巖主要由騎田嶺、千里山、香花嶺、姑婆山、花山、九嶷山、諸廣山等巖體組成, 與之相關發生了大規模的成礦作用。

南嶺東段主要是指贛南和粵北地區, 并向東延伸至閩西, 以出露大面積花崗巖和大規模鎢礦化為特征, 以石英脈型或花崗巖型成礦作用為主。出露的地層主要為震旦系、寒武系砂巖為主, 奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系分布范圍較小。花崗巖出露面積較南嶺西段和中段明顯增加, 出露面積約50%, 與之伴生大量鎢礦。

本次研究對南嶺成礦帶不同區段的主要礦床和巖體開展了系統的定年工作, 共包含 124個定年數據, 其成果見王登紅等(2010a)文章。此外, 還有 93個尚未發表的南嶺東段93個巖體的鋯石年齡, 將另文發表, 此處也不再累述。根據以上的年代學資料和前人測定的相關數據(李紅艷等, 1996; 肖紅全等,2003; 付建明等, 2005; 張文蘭等, 2009; 蔡明海等,2006; 豐成友等, 2007; 毛景文等, 2007; 彭建堂等,2007; 劉國慶等, 2008; 珺劉 等, 2008; 馬麗艷等,2008), 可以歸納出圖1所示的南嶺不同區段的成巖成礦規律: 在南嶺西段桂西北礦集區, 巖漿活動在晚古生代以來淺部(以泥盆紀和三疊紀為主)地殼演化基礎上演化, 在燕山晚期發生了突然的、爆發式大規模成礦, 形成以錫礦化為主的成礦作用。南嶺中段湘南礦集區是以晚古生代(以泥盆紀和石炭紀為主)以來淺部地殼為背景, 但成礦時代從印支期開始, 大規模成礦作用持續到燕山早期第三階段, 巖漿活動以多期次活動, 多金屬的強烈相互作用為特點, 形成了大量鎢錫鉬鉍鉛鋅多金屬礦床。南嶺東段贛南粵北礦集區以早古生代(以寒武紀為主)以來地殼演化為基礎, 巖漿活動自加里東期開始, 存在多期次、多階段的巖漿活動, 但大規模成礦作用以燕山早期第一階段為高峰期但可以延續到燕山晚期。

圖1 南嶺成礦帶主要礦集區的成巖成礦時代特征Fig. 1 Rock- and ore-forming epoch features of Nanling metallogenic belt

2 典型礦田的深部成礦規律和找礦方向的研究進展

南嶺不少礦區單個礦體或礦層的延深可達1000 m以上, 如云南的會澤、廣西大廠的100號礦體, 說明1000 m深度的鉆孔還是遠遠不夠的。因此,急需通過綜合研究, 探索深部找礦的理論、方法和技術。

2.1 南嶺西段桂西北礦集區大廠礦田

在廣西大廠錫多金屬礦中, 華錫集團2006年在黑水溝—大樹腳區的 95#、96#礦體共計探獲(333)礦石資源量1836萬噸, 合計金屬量鋅93.66萬噸、銅4.34萬噸、銀542噸。2007年又新增礦石資源量(333)為1733萬噸, 金屬量鋅77.14萬噸、銅3.86萬噸、銀309噸。2008年度在黑水溝—銅坑一帶新增(333)礦石資源量941.8萬噸, 合計金屬量Zn 30.04萬噸,共伴生Pb 4.64萬噸、Sb 1.5萬噸、Cu 0.87萬噸、Ag 557.38噸, 相當于又發現一個大型礦床。在2011年, 廣西有色215地質隊在ZK27-1深鉆過程中, 在超過1500 m時打到了多金屬礦化體, 礦層厚度超過20 m(圖 2)。

圖2 大廠礦區ZK27-1鉆在超過1500 m后發現的鉛鋅礦化Fig. 2 Pb-Zn mineralization features at the depth of 1500 m in ZK27-1 drill hole of the Dachang orefield

本次研究采用碳-氧同位素示蹤了大廠深部的成礦條件。樣品采自廣西第一鉆(ZK39-1), ZK39-1鉆孔位于大廠礦田長坡-銅坑礦區, 鉆探深度1500 m,以每10 m間隔采1樣。測試在中國地質科學院礦產資源研究所同位素實驗室完成。由碳-氧同位素測試結果(圖3、4)可知, 在整個鉆孔中, 碳氧同位素變化趨勢完全同步, 在深度超過1100 m后, 碳氧同位素的組成同步降低, 且相關性很強, 說明深部地層遭受了深部變質流體作用或巖漿流體的影響, 暗示長坡-銅坑礦區深部存在熱源, 存在較大的找礦潛力。

圖3 大廠礦田ZK39-1鉆孔泥盆系礁灰巖碳氧同位素隨深度的變化Fig. 3 C-O isotope features of reef limestone from ZK39-1 drill hole in the Dachang orefield

2.2 南嶺中段湘南礦集區黃沙坪—寶山(坪寶)礦田

在湖南黃沙坪鉛鋅礦, 通過接替資源找礦項目的實施, 在 301靶區新發現了受 F3斷裂帶控制的W1-1矽卡巖型鎢鉬多金屬礦體, 現已控制的礦化深度從 200～–370 m, 初步估算鎢鉬多屬礦 332＋333資源量4.03萬噸, 其中WO31.53萬噸, Mo 1.35萬噸,Bi 0.33萬噸, Sn 0.82萬噸; 在深部301巖體的東南部 56中段(地表向下 224 m)施工的坑內鉆 ZK1105進尺達 850 m(距地表 1074 m), 仍未穿過含礦矽卡巖, 初步估算新增333 鎢鉬多金屬資源量8.37萬噸,其中 WO34.59萬噸, Mo1.14萬噸, Bi 0.86萬噸,Sn1.77萬噸。目前, 全區已獲鎢鉬多金屬礦石量1929萬噸, 333資源量鎢鉬8.62萬噸(WO36.13萬噸,Mo 2.49萬噸), 鉍1.19萬噸, 錫2.59萬噸, 鐵礦石量達到1478萬噸。充分展示了礦區的深部良好的找礦遠景。

圖4 大廠礦田ZK39-1鉆孔泥盆系礁灰巖碳氧同位素同步變化關系(圖例與圖3的圖例相同)Fig. 4 Variation of C isotope with O isotope sampled from reef limestone of ZK39-1 drill hole in the Dachang orefield(legend as for Fig. 3)

目前的深部探測結果表明, 黃沙坪礦床的垂向分帶規律大致如下(圖5): 淺部為充填交代型方鉛礦—閃鋅礦—硫鐵礦(伴生 Ag、Sn)礦體, 礦體多、規模大(當其頂板為砂泥質巖石或石英斑巖), 是礦山最重要的可采礦體分布空間; 淺中部(近矽卡巖的矽卡巖化結晶灰巖中)為充填交代—矽卡巖型(鐵)閃鋅礦—方鉛礦—硫鐵礦—毒砂(伴生 Ag、Sn)礦體; 中上部為矽卡巖型磁鐵礦—錫—螢礦礦體; 中部(大約為0～–400 m標高)為矽卡巖型白鎢礦、輝鉬礦—磁鐵礦體; 中深部(大約為–400～–800 m 標高)為矽卡巖型白鎢礦—輝鉬礦—輝鉍礦礦體。后三者即是巖體接觸帶矽卡巖型礦體類型的垂向空間分布。

根據深部成礦特征, 黃沙坪鉛鋅多金屬礦床的成礦模式可描述如下: 成礦物質主要來源于基底重熔型巖漿, 成礦介質屬于弱堿→弱酸環境, 成礦過程經歷了從礦液中心向外的接觸帶高溫成礦階段的交代型鐵、鎢鉬(錫鉍), 到中高溫交代充填型銅鋅礦、鉛鋅礦, 到外接觸帶中低溫交代充填型鉛鋅(銀)礦的演化過程。礦床主要就位于“井”字或“環形”圈閉構造范圍內受屏蔽構造控制的空間內。反映出在巖漿巖、構造和圍巖條件各異, 而導致的礦帶、礦床類型和產出形式的演變, 構成三位一體的復式成礦特征。

圖5 湘南黃沙坪鉛鋅鎢錫礦床勘查模式圖Fig. 5 The exploration model of the Huangshaping Pb-Zn-W-Sn deposit, southern Hunan

2.3 南嶺東段贛南粵北礦集區瑤嶺礦田

贛南粵北脈鎢礦床的“五層樓”模式開創了模式找鎢的先河, 為隱伏礦的尋找提供了理論支持,使贛南鎢礦找礦由單一大脈邁向細脈標志帶—細脈帶—混合帶—大脈帶—巨脈帶的系列找礦, 為我國鎢儲量擴大作出了重大貢獻。但是, 根據近年地質找礦工作及礦山開發的實踐, 發現其根部帶存在云英巖型、蝕變花崗巖型鎢錫礦體, 可使礦床規模成倍擴大。根據這一客觀事實, 筆者所在的科研團隊提出了“五層樓”的深部還有“地下室”的找礦觀點, 以此建立了“五層樓+地下室”找礦模型, 并分別于淘錫坑鎢礦的補勘擴儲、贛縣于都地區的深部找礦等具體實踐中得到成功運用(許建祥等, 2008)?南嶺東段瑤嶺礦田是“五層樓”成礦模式的誕生地之一, 相對于在贛南許多礦山的深部均發現了較大規模的礦體, 瑤嶺礦田的深部找礦工作進展較為緩慢, 故本次研究以此作為研究重點。

(1) 梅子窩礦床深部的蝕變花崗巖型鎢礦化

本次研究發現, 粵北梅子窩礦區深部花崗巖體內有一定強度的白鎢礦化, 即使在花崗巖脈(枝)中也發現了有白鎢礦化, 而且從花崗巖閃長巖到下部的花崗巖400 m的范圍內都有白鎢礦化, 礦化主要在鉀化帶的上部和絹云母化帶中。在產出狀態上,白鎢礦與黑鎢礦伴生。在花崗巖中, 白鎢礦或產在含黑鎢礦的石英脈邊部, 或石英脈的裂隙中產生(圖6)。此外, 另有一些白鎢礦沿花崗巖裂隙分布, 受控于巖石裂隙和斷裂構造, 一些白鎢礦呈星點狀分布于花崗巖中, 但規模一般較小。此外, 在白鎢礦化相對不強的石人嶂礦區, 其下部中段的坑道內, 也已經發現白鎢礦化與黑鎢礦化共生(圖7), 或白鎢礦交代黑鎢礦(圖8)。

(2) 石人嶂礦區深部的云英巖型鎢礦

石人嶂礦區深部+380 m中段和+340 m中段分布有許多礦脈, 如 V11帶、V13帶、V14、V17、V22、V26、V61、V62、V92、V93、V94、V95 等。本次研究發現, 這些礦脈兩側花崗巖均發育有較強的云英巖化, 且離礦脈越近, 云英巖化程度越高。在云英巖帶局部地段有黑鎢礦化, 肉眼就看到細粒黑鎢礦,黑鎢礦多在石英脈壁或石英脈附近的云英巖中出現,也有少量直接在云英巖中出現, 一般呈不規則狀分布(圖 9)。部分硅質團塊發育部位鎢礦化強度更高,甚至見到鎢砂包(圖10)。

圖6 粵北梅子窩鎢礦深部花崗巖中的白鎢礦化現象Fig. 6 The deep scheelite mineralization features of the Meiziwo deposit, northern Guangdong

圖7 石人嶂礦區白鎢礦與黑鎢礦共生(單偏光, 樣品采自550 m中段14#脈)Fig. 7 Paragenetic relation of scheelite and wolframite in the Shirenzhang orefield(plainlight, samples collected fromNo. 14 vein at 550m level)

圖8 石人嶂礦區白鎢礦交代黑鎢礦(單偏光, 樣品采自340 m 中段14.11#脈)Fig. 8 Wolframite replaced by scheelite in the Shirenzhang orefiled(taken under plane polarized light, and samples are from No. 14 vein in 340m level)

圖9 石人嶂礦區穿插石英細脈的云英巖化花崗巖Fig. 9 Greisenized granite with fine quartz veins in the Shirenzhang orefield

圖10 石人嶂礦區云英巖化硅質團塊部位發育的鎢砂包Fig. 10 Tungsten concentrated pocket produced in greisenized granite of the Shirenzhang orefield

本項目對 121件樣品進行了多元素分析, 測試結果表明, 除了石英脈以外, 云英巖中的多種元素礦化強度也很高(表1), 平均值(除了As以外)多比石英脈還要高, 甚至高出一個數量級。另據礦山的 53件刻槽取樣分析結果, 各金屬的平均品位為: 鎢(WO3)0.34%, 錫(Sn)0.06%, 銅(Cu)0.10%, 鉍(Bi)0.075%, 鉬(Mo)0.005%, 它們雖然沒有達到獨立礦體的品位要求, 但仍達到了鎢與其它多金屬共伴生綜合回收利用價值。目前, 礦山已經通過廣東省政府向財政部、國土資源部提交《2010年礦產資源節約與綜合利用專項資金》示范工程“云英巖鎢多金屬選礦流程”項目。

表1 石人嶂-梅子窩鎢礦區元素含量統計表(Ag含量單位為10-9, 其余單位為10-6)Table 1 The content of main elements in the Shirenzhang orefield (unit of Ag content is 10-9, that of other elements is 10-6 )

3 高溫高壓成礦實驗的研究進展

桂西北大廠礦床100號礦體賦存于泥盆系礁灰巖中, 為一形態不規則的巨大塊體, 總體上呈向西突出的新月形, 長達1240 m, 寬105～240 m, 一般厚7～25 m, 平均厚14.46 m, 中心部位最厚達33 m(張起鉆, 1999)。雖然單礦脈的規模如此巨大, 但礦體中幾乎沒有夾石存在, 僅偶見“捕虜”礁灰巖巖塊和瀝青團塊分布, 而且礦體與圍巖界線清晰截然。從這些特征可以推斷高度富集成礦物質的流體快速貫入成礦空間, 但仍然無法解釋的是為什么熱液未與礁灰巖發生反應, 礦體圍巖幾乎沒有發生熱液蝕變。為了解釋 100號礦體的成因, 人們提出了各種假設, 一種比較科學和切合實際的解釋是: 100號礦體是在成礦流體進入到古溶洞后突然失去了壓力而導致流體“失壓沸騰”, 進而成礦物質大量聚集和沉淀的結果(王登紅等, 2004; Wang et al., 2004)。但由于實驗設備的限制, 該假設尚未通過實驗研究證實。

本次研究利用最新式熱液金剛石壓腔, 原位觀測到高溫環境中, 壓力驟降的極端條件下的失壓沸騰現象。實驗的初始固體樣品為 LiAlSiO4-NaAlSi3O8-SiO2, 初始流體樣品為 10wt% LiCl水溶液, 二者同時封存于樣品腔內。在加熱過程中, 樣品腔內的空氣泡在 263℃消失, 而后樣品腔內的壓力沿著體系的等容線快速上升。當加熱到850℃時, 硅酸鹽熔體珠幾乎完全溶解于水溶液(圖 11A), 而后樣品腔發生一定程度的泄漏, 大量熔體珠又重新出溶; 當加熱到 870℃時, 樣品腔的錸片發生破裂, 壓力驟然從幾千大氣壓降低到接近一個大氣壓, 同時大量晶體瞬間自樣品腔邊緣向內定向生長(圖 11B);在隨后的緩慢降溫至 100℃過程中, 晶體的生長程度很小(圖11C)。此外, 大量的同組成和近似組成的實驗說明, 在溫度和壓力逐漸降低的過程中, 只有熔體珠出熔的現象, 晶體較難成核和結晶。

本次研究中, 實驗物質在 850℃完全均一成硅酸鹽水溶液, 其相當于巖漿熱液。在大廠礦區成礦流體主要來源于深部巖漿熱液(陳毓川等, 1993), 如果賦礦的礁灰巖在成礦前存在較大的空間, 例如原來礁灰巖中的油儲在燕山期花崗巖作用下被破壞而形成的古溶洞(曾允孚等, 1982; 張起鉆, 1999), 則成礦熱液貫入后會造成壓力驟然降低, 這與本次實驗過程中樣品腔突然斷裂的情景相近。而且, 本次實驗現象說明, 在高溫高壓環境中, 壓力的驟然降低能夠促進晶體的定向生長, 形成定向結構(圖 9C,D)。在大廠100號礦體中也存在這樣的定向結構, 黃鐵礦-鐵閃鋅礦-脆硫銻鉛礦組合按一個方向自脈壁向內定向生長排列, 與本次實驗的結果也極為相似。此外, 壓力是圍巖發生熱液蝕變的主要因素之一, 壓力的驟然降低不利于圍巖蝕變的發生, 由此也可以解釋100號礦體圍巖蝕變程度很低的原因。

4 湘南騎田嶺礦集區深部探測技術的試驗與進展

圖11 在高壓狀態下, 壓力突然降低條件下晶體快速生長的過程Fig. 11 Rapid crystallization process during sudden fall of pressure

本次研究以南嶺中部騎田嶺礦集區為重點, 部署和完成了穿越騎田嶺的60 km長的綜合探測剖面(圖12), 涵蓋人工地震、大地電磁、多元素地氣測量、Os同位素示蹤、“巖石探針”等多方法聯合工作, 為深入研究地殼結構提供了重要依據。

4.1 騎田嶺礦集區的地球物理探測實驗研究

本次研究在騎田嶺礦集區實施了黃沙坪—廖家灣剖面的人工反射地震探測工作, 剖面長度49 km(圖12)。地震時間剖面成果顯示(圖13), 在深、中部存在著比較明顯的三個地震構造單元, 其中最深的地震構造單元(定名為Tm)出現在10 s左右, 深度預計35 km(平均速度用7000 m/s), 初步分析該構造單元為莫霍面的反射。7 s和4.5 s出現兩個地震構造單元, 分析認為是上、下地殼界面的反射(在定名為T上、T下), 地殼的兩層結構形態比較明顯。在淺部1.5～2.2 s左右存在能量較強反射波組, 在黃沙坪-清和、永春-廖家灣區段連續性較好, 波組產狀在黃沙坪—清和段向東傾, 而在永春—廖家灣段向西傾, 宏觀上看形似平緩“向形”構造。

深部的莫霍面 Tm構造單元在永春一帶不連續,出現無反射波組異常。該異常自下而上穿越了莫霍面, 上、下地殼地震構造單元, 說明巖體的形成與地幔巖漿巖上侵有關, 為巖體深部形成機制提供了直接、直觀的信息, 深部巖漿巖的上侵活動為礦集區豐富礦產的形成和分布提供了賦存空間、熱源和物質來源。

4.2 騎田嶺礦集區的Os同位素示蹤

Re-Os同位素在基性-超基性巖物質來源示蹤方面已得到較廣泛應用, 但在酸性巖方面尚屬少見。與其它同位素體系不同, Re、Os均為高親鐵元素, 在巖漿分異演化過程中, Re屬于中等不相容元素, Os屬于強相容元素, 地殼和地幔兩端員Os同位素組成差別較大, 因此, Re-Os同位素是研究花崗巖中是否存在幔源物質貢獻的靈敏示蹤劑。本次研究在黃沙坪—廖家灣綜合探測剖面上, 采集了29個新鮮的花崗巖樣品, 測試了 16件樣品的 Os同位素組成(圖14)。將騎田嶺巖體不同階段花崗巖所得 Os同位素初始比值進行對比, 發現三個階段花崗巖的Os同位素初始比值相對于上地殼平均值(187Os/188Os=1.69)來講較低(Esser et al., 1993), 而且Os同位素初始比值比較分散, 顯示具有殼?；旌蟻碓刺卣鳌?/p>

圖12 湘南地區的地質礦產分布略圖Fig. 12 The distribution of ore deposits in southern Hunan

圖13 南嶺中段湘南騎田嶺礦集區, 黃沙坪—廖家灣人工地震探測剖面(剖面位置見圖12)Fig. 13 The Huangshaping-Liaojiawan 2D seismic probe section in Qitianling area located in middle Nanling region(for section location, see Fig. 12)

圖14 騎田嶺巖體及采樣位置分布圖(地質底圖據Zhu et al., 2009)Fig. 14 Sampling locations in Qitianling intrusion for Os isotope analysis (base map after Zhu et al., 2009)

測試結果還顯示, 晚期細粒黑云母花崗巖的Os同位素初始比值較低, (187Os/188Os)i平均值為0.5559,其中QTL-10號樣品(187Os/188Os)i為0.3543, 并且每一期花崗巖不同樣品的 Os同位素初始值也相差較大, 顯然在巖體形成過程中存在幔源物質加入, 并非只有老地殼的重熔, 且殼?；旌系貌痪鶆颉Ｔ缙谥写至Ｋ瓢郀詈谠颇富◢弾r Os同位素初始比值相對較高, (187Os/188Os)i平均值為 1.160, 顯示殼源物質為主, 尤其是靠近巖體邊緣的 QTL-28, QTL-2-1兩件樣品更明顯, Os同位素初始比值更高。中期淺灰色似斑狀黑云母花崗巖(187Os/188Os)i平均值為0.9124, 介于早期和晚期黑云母花崗巖之間。早中晚三個階段花崗巖的 Os同位素初始比值均不一致的特點, 反映花崗巖多階段侵位過程中, 早期花崗巖的活動為晚期更多地幔物質上升到地表創造了構造通道, 使侵位于深部的富地幔物質的巖漿得以上升到淺部。

4.3 騎田嶺礦集區的巖石化學探測實驗

湘南白臘水超大型錫礦賦存于騎田嶺復式花崗巖巖體南部的中粒斑狀角閃黑云母鉀長(二長)花崗巖中, 部分產于內外接觸帶, 已發現構造蝕變型錫礦、蝕變巖體型錫礦和花崗斑巖型錫礦3種類型的礦脈25條。

本次研究在該礦區發現了一條4.5 m寬的黃玉流紋巖質次火山巖脈(圖 15), 切穿了中粒黑云母花崗巖, 包含了大量的錫石, 金紅石, 螢石和鈮鉭礦等。流紋質巖脈還包含花崗巖的角礫, 界限清晰, 角礫中也含有相似的礦物組合。流紋質巖脈和角礫中的礦物組合與騎田嶺第三階段細粒花崗巖中的礦物組合有截然的區別。流紋質次火山巖脈具有強過鋁性, 富集 Be、Li、Rb、Ga等元素, 全巖 Sn含量可以達到2745×10-6, 達到了斑巖錫礦的工業品位。流紋巖的稀土配分曲線與騎田嶺第三階段花崗巖的很類似, 具有顯著的 Eu負異常, 較平緩的海鷗型, 輕稀土分異, 重稀土富集, 這是典型的成礦巖脈的特征。鋯石U-Pb定年表明, 20顆鋯石的U-Pb年齡為147 Ma, 與騎田嶺巖基第三階段侵入處于同期。奇古嶺次火山巖脈的存在暗示, 騎田嶺巖體深部尚存在與Sn成礦關系密切、含更多地幔物質巖漿巖。

5 討論與結論

5.1 區域深部成礦規律分析

前文所述可以發現, 自南嶺東段→南嶺中段→南嶺西段, 出露巖體的規模逐漸縮小, 巖漿巖從南嶺東段加里東期花崗巖大量出露, 到南嶺西段主要出露燕山晚期花崗巖, 出露地層從早古生代、到晚古生代、早中生代演化。這些特點, 暗示從南嶺東段到西段, 地層的剝蝕程度逐漸降低, 提示在南領西段深部可能存在更多較大規模的花崗巖, 在深部可能發現大量的加里東期和中生代花崗巖。這是因為, 在巖漿多期次侵位活動中, 早期巖漿活動開辟了上升通道, 使晚期巖漿得以上升到淺部。因此, 可以推測南嶺西段深部可能存在南嶺東段, 即南嶺成礦帶不但存在西錫東鎢的平面分帶, 在南嶺西段還可能存在上錫下鎢的垂直分帶。

圖15 南嶺中段湘南騎田嶺礦集區白蠟水錫礦中發現的流紋質次火山巖脈Fig. 15 The Sn-rich rhyolite subvolcanic rock vein with granite breccia that intruded into coarse grained granite in theBailashui deposit, Qitianling, middle Nanling region

傳統上認為南嶺西段以錫成礦作用為主, 但滇東地區產出了大量鎢礦。如老君山地區, 區域出露地層為早古生代寒武系, 與南嶺東段相近。礦集區內南秧田鎢礦區的輝鉬礦Re-Os成礦年齡為207 Ma,云發礦區白鎢礦Sm-Nd等值線年齡為159 Ma, 保良街拉白村附近的偉晶巖脈的白云母 Ar-Ar年齡為144 Ma(筆者, 尚未發表數據)。這些資料說明南嶺西段早古生代地層中也存在印支晚期和燕山早期的成礦作用, 也暗示在南嶺西段晚古生代地殼深部的早古生代地層中可能產出南嶺東段式鎢礦。

5.2 不同礦集區的深部找礦方向分析

通過本項目的研究可以發現, 南嶺成礦帶深部找礦具有較巨大的潛力, 但在不同區域的礦集區,具有不同的深部找礦方向。

在南嶺西段少巖體出露地區, 雖然許多礦床的礦體傾角小于 45°乃至層狀, 但找礦方向應該是尋找深部隱伏巖體, 探測巖漿熱液交代作用而形成的礦體, 甚至可以探測巖體內部的巖體型礦體。如, 廣西大廠長坡—銅坑91#和92#等錫多金屬礦體本身就是世界級的礦床(二者的錫金屬量相當于 10個大型錫礦), 其鉆探深度一般在500 m以淺。近年來, 通過實施1000 m以淺的鉆探又發現了95#和96#礦體;本文對ZK39-1孔的碳氧同位素研究也表明, 巖體埋藏深度超過 1500 m, 深部具有較大的找礦前景;ZK27-1鉆孔證明超過1500 m后仍存存在厚層交代型礦體, 但仍然沒有打到燕山期花崗巖體。預計通過2000 m深度的鉆探, 將打到龍箱蓋巖體與泥盆系的接觸帶, 所發現的礦床類型也將由中低溫鉛鋅礦向高溫的銅礦和鎢錫礦演化, 巖體內部能否發現云英巖型、破碎蝕變花崗巖型礦體值得期待(王登紅等,2010b)。此外, 成巖成礦實驗也暗示, 在南嶺西段的喀斯特地區, 應注意巨大碳酸鹽巖溶洞可以為成礦流體提供沉淀空間, 應列為深部找礦重點。

相對于南嶺西段, 南嶺中段的找礦工作要相對復雜, 這主要歸因于多期多階段的巖漿活動和成礦作用,以及多樣的圍巖地層和構造環境, 需要根據具體的成礦環境來確定深度找礦方向, 不但要注意地層中的找礦工作, 也要注重花崗巖中成礦, 如近年來在湘南騎田嶺巖體內部發現的大型錫礦——芙蓉錫礦, 印支期的王仙嶺巖體中發現了燕山期的成礦作用(湘南地質勘查院提供的資料)。歸納起來, 南嶺中段的成礦模式可描述如下: 在靠近含礦巖體的外接觸帶, 細粒花崗巖脈或似偉晶巖脈往往可以看到逐漸變為長石石英脈,再變為鎢礦石英脈。在離含礦巖體接觸帶外數百米范圍內的較早階段花崗巖體中或硅酸鹽質圍巖中, 常形成石英脈型鎢礦床。含礦巖體位于較早階段花崗巖的深度不大的范圍內, 則可能形成內接觸帶型磁鐵鎢錫鉬鉍礦脈; 若含礦巖體直接位于沉積巖或變質巖之下,則可能形成外接觸帶型鎢礦脈; 在鈣質圍巖中, 則形成矽卡巖型鎢礦、矽卡巖和云英巖復合型鎢礦或矽卡巖型、充填交代型鉛鋅礦。當含礦溶液通過較早階段的花崗巖時, 下部常有強烈的鈉長石化及鉀長石化,上部常形成強烈云英巖化, 甚至構成巖體頂部的云英巖型鎢鉬礦體, 在遠離巖體的鈣質圍巖中常有鉛鋅礦床分布(圖16)。

圖16 南嶺中段湘南礦集區成礦模式圖Fig. 16 Regional ore-forming models for the middle Nanling region

與南嶺中段相比, 南嶺東段的成礦作用主要集中在燕山早期第一階段, 成礦類型以石英脈型鎢錫礦床為主。但除了這種產狀陡立、產在張性裂隙的礦體, 也應注意沿巖體上部, 似層狀的云英巖型礦體, 以及破碎帶熱液充填-交代蝕變巖型的黑鎢礦礦體。即, 黑鎢礦既可以出現在張性裂隙中, 也可以出現在張扭性的構造破碎帶, 若二者均不發育則可能形成云英巖型礦體。反映出構造環境僅是決定成礦類型, 而成礦物質的供應是決定成礦與否的關鍵。這些“非傳統的”礦體若與“傳統”成礦模式——五層樓結合, 則發展出“五層樓+地下室”成礦模式(圖 17)。

5.3 幔源物質對南嶺成礦的貢獻

南嶺優勢礦產資源如鎢錫等, 其成礦物質來源于何處？殼幔作用對成礦有無控制作用？該問題是有關南嶺成礦的關鍵科學問題之一。近年來的一系列同位素研究表明, 南嶺地區的大部分礦床表現出地幔流體參與成礦的特點, 一批花崗巖被歸為 A型花崗巖(陳培榮等, 1998; 包志偉等, 2000; 范春方等,2000; 柏道遠等, 2005)。以湘南礦集區表現最為明顯,從加里東期益將巖體、印支期的高坳背礦區的花崗巖、再到燕山期的荷花坪礦區花崗斑巖脈、騎田嶺巖體及相關礦床, Hf、He同位素均顯示出殼源和幔源巖漿的混合作用(李兆麗等, 2006; 王彥斌等,2010a, b; 章榮清等, 2010; 劉勇等, 2011)。

圖17 南嶺東段“五層樓+地下室”模式圖Fig. 17 The sketch map of prospecting model of “five storeys + basement”

本次深部探測研究, 提供了多角度研究成礦物質來源的方法。以騎田嶺巖體為例, 人工地震探測從深部構造角度顯示, 在騎田嶺巖體中心(晚期細粒黑云母花崗巖)深部存在深部物質上涌的構造通道;Os同位素從物質組成方面, 顯示巖體中心的晚期細粒黑云母花崗巖較巖體外圍的粗粒黑云母花崗巖具有更多的幔源物質, 是晚期富地幔物質巖漿活動的產物; 奇古嶺富錫次火山脈進一步暗示巖體深部存在一期晚期的巖漿活動, 此期巖漿活動可能含有更多的地幔物質, 對區域錫成礦具有重要的意義, 即騎田嶺巖體深部可能具有更大錫成礦潛力。該探測結果與區域構造環境相一致。騎田嶺巖體臨近“欽-杭帶”斷裂帶, 即是揚子陸塊與華夏陸塊在新元古代的碰撞對接帶, 此后多次沿該帶開合, 為地幔物質上涌加入地殼的一條重要通道(洪大衛等, 2002;華仁民等, 2010)。

5.4 南嶺成礦帶深部找礦進展對西藏地區找礦的指示意義

太平洋和喜馬拉雅成礦域是我國最重要的成礦單元, 二者均與板塊俯沖碰撞有關, 產出大量花崗巖類礦床, 分別以南嶺成礦帶和西藏成礦省為代表,找礦方向具有一定的可類比性。西藏地區的礦床類型主要有斑巖型銅(金-鉬)礦床、矽卡巖型鐵銅-鉛-鋅(銀)礦床、層控鉛-鋅-銀礦床、火山巖型金-銀礦床及雄村式銅-金礦床, 屬于中低溫熱液型礦床, 以銅、鉛、鋅等中低溫礦種組合為主, 花崗巖及其成礦圍巖主要為中生代地層, 成礦時代主要集中燕山中晚期和喜馬拉雅期。但與之不同的是, 南嶺地區的成礦作用屬于石英脈型鎢錫礦床, 是一種中高溫熱液礦床, 圍巖主要為古生代地層, 成礦時代從印支晚期可以持續到燕山晚期。因此, 南嶺成礦帶和西藏地區的成礦作用是不同時空巖漿構造運動的產物, 二者處于不同的構造層位。但是, 這并不說明西藏不具備尋找與花崗巖有關的鎢錫礦床的潛力。西藏與南嶺花崗巖地球化學組成的相近性暗示出鎢錫是西藏的潛在優勢礦種(雍永源, 2007)。借鑒南嶺深部找礦的經驗, 西藏鎢錫礦床的找礦工作可以從以下幾方面入手。

一是, 在低剝蝕程度地區的深部找礦, 即在斑巖型或矽卡巖型銅鉛鋅礦床深部尋找鎢錫礦化。此類地區的探測方向類似于南嶺西段大廠礦田, 以探測隱伏花崗巖以其礦化為目標; 也可以參考南嶺中段黃沙坪鉛鋅礦的找礦模式, 在深部探測“柿竹園”式鎢錫多金屬礦床。例如, 在甲瑪礦區, 出露地表的是層狀鉛鋅礦體, 深部為矽卡巖型的銅金屬礦體,更深部的矽卡巖型礦體還富集鎢, 鎢的含量明顯高于中淺部礦體, 暗示深部具有一定的鎢成礦前景(應立娟等, 2011)。因此, 隨著勘探的深入, 在甲瑪礦區深部可能產出斑巖型、甚至云英巖型鎢錫礦床。又如, 岡底斯澤當大型鎢銅鉬礦床的明則礦區具有明顯的垂向分帶, 上部為早期層矽卡巖型銅礦, 中下部則產出斑巖型鉬(鎢銅)礦床; 在西藏念青唐古拉成礦帶哈海崗鎢鉬銅鉛鋅礦床, 雖然賦礦圍巖主要為上二疊統旁那組, 但因其形成于燕山中期, 剝蝕程度仍然相對較弱, 故存在遠離巖體為銅鉛鋅礦化、靠近巖體為鎢鉬礦化的水平分帶性(王立強等,2012)。這些礦床與湘南黃沙坪礦區上為鉛鋅、下位鎢鉬的分帶具有一定相似性。根據王登紅等(2010b)的觀點, 這類礦床也可以歸類于“五層樓+地下室”的找礦模式中。

二是, 在較高剝蝕程度的地區以尋找鎢錫礦床為目標, 即在較老地層單元, 如古生代地層出露地區尋找鎢錫礦床, 這類似于在高剝蝕程度的南嶺東段尋找石英脈型鎢錫礦床。例如, 岡底斯成礦帶北部昂孜錯—崩納藏布—甲崗雪山—色日榮成礦亞帶產出石英脈型甲崗雪山鎢、鉬、鉍多金屬礦床, 該礦床規模達到中型, 成礦時代為 21 Ma(王治華等,2006)。不同于同時期的甲瑪礦區主要出露侏羅系、白堊系等中生代地層, 甲崗礦區地層以石炭系的灰巖、砂板巖和火山巖為主, 說明區域遭受了較大程度的剝蝕, 從而使甲崗這類成礦深度較大的高溫熱液型鎢錫礦床得以發現。又如, 在西藏類烏齊縣的石英脈型賽北弄錫礦床和月窮弄錫礦點( 湧申屠保等, 1991; 董樹義等, 2002), 礦區主要出露三疊紀、二疊系和少量前震旦紀地層, 亦是高剝蝕地區尋找中高溫熱液型鎢錫礦床的實例。

反之, 西藏的勘探工作也可以指示南嶺深部的找礦工作。如西藏甲瑪礦床, 早期被似層狀的礦體所迷惑, 認為是噴流沉積型礦床, 后逐漸歸為斑巖-矽卡巖型礦床。該認識過程與廣西大廠錫多金屬礦床的認識過程相似, 后者也存在似層狀礦體, 也曾被認為是熱水沉積的產物(韓發等, 1989)。目前, 甲瑪礦區深部的發現了斑巖型成礦作用, 這能否暗示大廠深部的隱伏花崗巖也可能發生斑巖型或者云英巖型等巖體型成礦？值得期待！

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Progress of Research on Metallogenic Regularity and Deep Exploration in Nanling Region and Its Indication for W-Sn Exploration in Tibet

LI Jian-kang1), WANG Deng-hong1)*, LIANG Ting2), XU Yi-ming3), ZHANG Yi-jun3), LIANG Hua-ying4),

LU Huan-zhang4), ZHAO Bin5), LI Jian-guo5), QU Wen-jun6), ZHOU Si-chun7), WANG Ru-cheng8),WEI Long-ming9), LIN Jin-fu9)
1)Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
2)College of Earth Science and Resources, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi710054;
3)Southern Hunan Institute of Geology and Survey, Chenzhou, Hunan423000;
4)Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong510640;
5)Shanxi Institute of Geophysical and Geochemical Survey, Yuncheng, Shanxi044004;
6)National Research Center for Geoanalysis, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
7)Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan610059;
8)Nanjing University, Nanjing, Jiangsu210093;
9)Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi541004

In this paper, through a comparative study of the geological and geochemical features of the typical ore concentration areas, the authors summarized the evolution of the crust and regional metallogenic regularities in the western, middle and eastern regions of the Nanling metallogenic belt. In the western region, magmas intruded into the late Paleozoic and early Mesozoic crust in a short time with an explosive type Sn mineralization in late Yanshanian epoch; in the middle region, magmas intruded into the late Paleozoic crust for a long time accompanied by polymetallic and multi-stage mineralization; in the eastern region, magmas intruded into early Paleozoic crust with the W mineralization peak in Yanshanian epoch, indicating that W mineralization might have occurred in the early Paleozoic crust of the western Nanling region. Correspondingly, the concealed granite, the Shizhuyuan-type deposit under Huangshaping type deposit, and the “basement” under the “five-storey” type W deposit should be the deep exploration targets in the western, middle and eastern Nanling regions, respectively. In addition, the deep exploration across the Qitianling intrusion in southern Hunan Province shows the existence of an upwelling pathway for mantle material indicated by artificial earthquake test at the center of the intrusion,where the later fine-grained granite contained more mantle material than the early coarse-grained granite in the light of Os isotope. In addition, the Sn-rich rhyolite subvolcanic rock vein that intruded into the early coarse grained granite in the Bailashui Sn deposit is a indicator of a later magmatism characterized by enrichment of mantle materiald in the depth of Qitianling intrusion. These metallogenic regularities in Nanling have indicating significance for W-Sn exploration in Tibet, i.e., to explore W-Sn mineralization in the depth of epi-mesothermal deposits in low erosion areas, and to explore the meso-hypothermal W-Sn deposits in the high erosion areas.

Nanling metallogenic belt; metallogenic regularity; deep exploration; geophysics; Tibet

P617; P624

A

10.3975/cagsb.2013.01.06

本文由國家專項“深部探測技術與實驗研究”(編號: SinoProbe-03-01; SinoProbe-03-03)和中國地質大調查項目(編號: 1212011120989;1212010633903)聯合資助。

2012-06-20; 改回日期: 2012-07-11。責任編輯: 魏樂軍。

李建康, 男, 1976生。副研究員。主要從事礦床學研究。E-mail: Li9968@126.com。

*通訊作者: 王登紅, 男, 1967年生。研究員, 博士生導師。主要從事礦產資源研究。E-mail: wangdenghong@sina.com。