新安子鎢錫礦床成礦流體特征及成因

新安子鎢錫礦床成礦流體特征及成因

0成礦流體的性質(zhì)和成礦機(jī)制液體是生礦成因礦激活、轉(zhuǎn)移和聚集的介質(zhì)。液體提取物是成巖成礦液體的微樣品。在礦物晶體形成過(guò)程中，它被分解在帶礦晶體缺陷和洞穴中，并被轉(zhuǎn)移到主要礦脈的最下方，這是與主礦相對(duì)應(yīng)的。因此，與傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)相比，液體袋是一個(gè)可以提供更多信息的直接手段的貨幣運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，許多研究人員通過(guò)液體袋的研究揭示了贛南脈武礦成礦流的性質(zhì)（包括物質(zhì)組成和物理?xiàng)l件）和發(fā)育。成礦過(guò)程和成礦機(jī)制[3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、18、19、20和21個(gè)問(wèn)題。然而，以往的研究主要限于西華山、浮塘、盤(pán)古山、黃沙、泥井等大型稀土礦床，對(duì)中小礦床的研究較少。目前，對(duì)石英和黑巖礦等液體包層的研究較多，但對(duì)黃巖、黑巖礦等液體包層的研究較少。新安子礦床位于江西南部武礦分布最密集的上虞礦場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“崇余維”礦場(chǎng)，下同）。根據(jù)細(xì)微溫度和紅外輻射分析，以及對(duì)石英、黃巖和黑巖礦等普通商品的液體包層，對(duì)商品進(jìn)行了巖相研究、微溫度和紅棕色度的研究。本文對(duì)新安子礦產(chǎn)區(qū)v25和v38兩條主脈的石英、黃巖和黑巖礦的液體包層進(jìn)行了巖相學(xué)、微溫度和紅外顯微鏡以及激光瑪光譜分析。探索液體性質(zhì)、發(fā)展和成礦。1地質(zhì)背景1.1礦床地質(zhì)特征贛南地區(qū)所處的全球構(gòu)造位置,屬濱太平洋構(gòu)造域中生代構(gòu)造帶的南東部,次級(jí)構(gòu)造單元為南嶺東西向構(gòu)造帶與北東-北北東向武夷山構(gòu)造帶的復(fù)合部位.贛南地區(qū)在中侏羅世以前受特提斯域和印支期造山的影響,斷裂和褶皺走向以東西向?yàn)橹?中侏羅世以來(lái)主要受古太平洋板塊俯沖-弧后伸展和陸內(nèi)深部構(gòu)造的聯(lián)合制約形成了北東-北北東向斷裂系統(tǒng)以及陸相盆地與花崗質(zhì)火山-侵入巖山嶺相間的盆山體系.該區(qū)鎢錫礦床受東西向斷裂構(gòu)造和北東-北北東向構(gòu)造-巖漿隆起帶及其斷裂系統(tǒng)復(fù)合控制(見(jiàn)圖1).贛南地區(qū)地層出露較完整,從震旦系至第四系均有出露,其中以?shī)W陶系至震旦系淺變質(zhì)砂巖夾板巖分布最廣,區(qū)內(nèi)大多數(shù)含鎢(錫)石英脈分布其中.贛南的巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,巖性以不同時(shí)代、不同類(lèi)型的花崗巖類(lèi)為主,與鎢錫成礦有關(guān)的花崗巖類(lèi)主要是分異演化程度較高以高硅、富堿、富揮發(fā)分、鋁過(guò)飽和,并富含鎢、錫、鉬、鉍、鈹?shù)瘸傻V元素為特征的陸殼改造型(S型)花崗巖,成礦巖體多為復(fù)式巖體,呈多期多階段成巖成礦特點(diǎn).贛南鎢礦床產(chǎn)于花崗巖的內(nèi)外接觸帶,與燕山期花崗巖有著密切的成因聯(lián)系.其礦床類(lèi)型齊全,包括石英脈型、花崗巖型、云英巖型、矽卡巖型、層控浸染型、破碎帶型等多種類(lèi)型,其中以石英脈型黑鎢礦床為主;而石英脈型黑鎢礦床按其主要礦物組合又可分為鎢-錫-硫化物型、鎢-硫化物型、鎢-鉬-鉍型、鎢-鉬-鈹型等多種礦化類(lèi)型.新安子礦區(qū)地處南嶺東西向構(gòu)造帶東段,北東向池江斷裂西側(cè)的“崇余猶”隆起帶內(nèi),位于“祟余猶”礦集區(qū)內(nèi)的北東向西華山-張?zhí)焯贸傻V帶的中南部,東距漂塘鎢礦3.5km,南距蕩坪鎢礦4km;區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,主要有北北東-北東向、東西向、北西向、南北向,以前兩者最為發(fā)育;礦區(qū)出露的地層主要為寒武系,巖性為變質(zhì)石英砂巖夾板巖,在沿溝谷低洼處有少許第四系分布;礦區(qū)無(wú)巖漿巖出露.1.2主要礦物及地球化學(xué)特征新安子鎢錫礦床屬外接觸帶石英脈型黑鎢礦床,工業(yè)礦脈呈隱伏狀態(tài)產(chǎn)于寒武系淺變質(zhì)巖中,地表僅為礦化標(biāo)志帶,礦化面積0.64km2.標(biāo)志帶往深部發(fā)展為具工業(yè)價(jià)值的單脈或脈帶,全礦區(qū)有10cm以上礦脈67條,其中北西西向礦脈62條,北北東向礦脈5條.北西西向礦脈走向295°,以北傾為主,傾角80°~88°,多為左行側(cè)幕排列,呈帶狀分布.礦石組成較復(fù)雜,礦物種類(lèi)達(dá)40種以上,其中主要有用礦物有黑鎢礦、錫石,其次是黃銅礦、輝鉬礦、閃鋅礦、方鉛礦等,常見(jiàn)的礦物共生組合關(guān)系如圖2所示,礦化類(lèi)型屬鎢-錫-硫化物型;脈石礦物主要為石英和黃玉等.各種主要礦物的產(chǎn)狀和分布特征如下:①黑鎢礦.上部(含標(biāo)志帶)黑鎢礦晶體細(xì)小,多為針狀或毛發(fā)狀,沿脈壁或平行脈壁成條帶狀分布.中部黑鎢礦富集,且多呈“砂包”狀產(chǎn)出,黑鎢礦晶體較大,常呈薄板狀依附脈壁向脈中生長(zhǎng).礦脈下部,黑鎢礦晶體一般短小,呈楔狀、竹葉狀,分布于脈中,“砂包”較少;②錫石.錫石多呈自形晶體沿脈壁分布,少數(shù)產(chǎn)于脈中,其富集部位與黑鎢礦基本一致,但錫石與黑鎢礦的相對(duì)含量(比值)有向上部增高的趨勢(shì);③輝鉬礦.呈鱗片狀、星點(diǎn)狀、被膜狀產(chǎn)出.礦床的中、上部極少見(jiàn)到輝鉬礦,往深部雖有增高的趨勢(shì),但品位仍在0.05%以下,個(gè)別品位可達(dá)0.56%;④黃玉.呈自形、半自形柱狀晶體,在礦脈的中-上部較常見(jiàn).⑤其他硫化物.與贛南其他鎢礦床相比,本礦床具有硫化物種類(lèi)較多,其中磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等含量高的特點(diǎn),硫化物常在脈中呈不規(guī)則細(xì)脈狀或不規(guī)則團(tuán)塊狀沿解理或邊緣交代黑鎢礦.硫化物富集部位大致與W、Sn富集部位相當(dāng).其中磁黃鐵礦和黃銅礦在礦脈中、上部含量高,在礦脈的下部含量明顯降低;閃鋅礦則有往深部含量升高的趨勢(shì).2樣品的選擇和測(cè)試2.1流體固巖研究新安子鎢錫礦于1972年建礦開(kāi)采,共開(kāi)拓681m、629m、585m、535m、435m等5個(gè)中段,主采V55、V56兩條礦脈.后又陸續(xù)開(kāi)拓了390m、345m、295m、245m、195m等5個(gè)中段,為目前主要生產(chǎn)和開(kāi)拓中段,主采V38、V25兩條礦脈.用于分析測(cè)試的樣品主要采自195m、245m、295m、390m、435m、535m等中段揭露的V38、V25兩條礦脈.主要樣品類(lèi)型有黑鎢礦-硫化物-石英、黃玉-螢石-黑鎢礦-硫化物-石英等.經(jīng)過(guò)野外觀察和室內(nèi)研究,把黑鎢礦及與其共生的石英、黃玉樣品制作包裹體片55片,在顯微鏡下進(jìn)行巖相學(xué)的觀察并圈出適合顯微測(cè)溫學(xué)研究的包裹體,然后用酒精對(duì)包裹體片進(jìn)行浸泡,清洗薄片去除樹(shù)膠,切割成合適大小以備測(cè)試之用.2.2儀器參數(shù)和分析過(guò)程流體包裹體顯微測(cè)溫學(xué)研究和激光拉曼光譜分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.流體包裹體測(cè)溫試驗(yàn)在英國(guó)LinkamTHMSG600冷熱臺(tái)上進(jìn)行,儀器參數(shù)和測(cè)溫過(guò)程如下:測(cè)溫范圍為-196~600℃,誤差為±1℃.先測(cè)包裹體的冰點(diǎn)再測(cè)均一溫度;當(dāng)溫度達(dá)到冰點(diǎn)附近時(shí)升溫速率為0.2℃,在溫度快要達(dá)到均一溫度時(shí)升溫速率為0.5℃.激光拉曼探針?lè)治霾捎糜?guó)RenishawinViaReflex型激光拉曼光譜儀,儀器參數(shù)和分析過(guò)程如下:Spectra-Physics氬離子激光器,波長(zhǎng)514.5nm,激光功率20mW,空間分辨率為1~2μm,積分時(shí)間一般為60s,200~4000cm-1全波段一次取峰;激光束斑大小約為1μm,光譜分辨率2cm-1;實(shí)驗(yàn)室溫度23℃,濕度65%.3氣液包裹體氣孔按Roedder和盧煥章提出的流體包裹體在室溫下相態(tài)分類(lèi)準(zhǔn)則,新安子鎢錫礦床流體包裹體可分為Ⅰ型氣液包裹體,Ⅱ型液體包裹體、Ⅲ型氣體包裹體和Ⅳ型含CO2三相包裹體4種類(lèi)型(圖3),在石英中常見(jiàn)前三類(lèi)包裹體共生現(xiàn)象.各類(lèi)流體包裹體特征分述如下:Ⅰ型氣液包裹體.氣相百分?jǐn)?shù)一般在10%~35%之間,個(gè)別可達(dá)60%;大小2~64μm,集中區(qū)間5~25μm;形狀一般為不規(guī)則狀、橢圓形、長(zhǎng)條形、三邊形、四邊形,常呈孤立狀或成群分布.不管是石英、黃玉還是黑鎢礦中的流體包裹體,氣液包裹體都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),約占包裹體總數(shù)的98%以上.Ⅱ型液體包裹體.氣相百分?jǐn)?shù)<10%,大小為5~60μm,形狀一般為不規(guī)則狀、橢圓形、長(zhǎng)條形,常呈孤立狀分布.此類(lèi)包裹體在石英和黃玉中均有發(fā)育,黑鎢礦中少見(jiàn).Ⅲ型氣體包裹體.氣相百分?jǐn)?shù)>85%,大小為5~20μm,形狀一般為不規(guī)則狀、橢圓形,常呈孤立狀分布或與氣液包裹體共生.此類(lèi)包裹體在石英、黃玉和黑鎢礦中均有發(fā)育.Ⅳ型含CO2三相包裹體.這類(lèi)包裹體僅偶見(jiàn)于黃玉中,由氣相CO2、液相CO2和鹽水相組成,大小約20μm,四邊形,呈孤立狀分布(圖3F).4流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果研究主要選取了黑鎢礦及與其共生的石英、黃玉中的原生Ⅰ型氣液包裹體觀察其冷凍和升溫過(guò)程中的相態(tài)變化,主要測(cè)定其冰點(diǎn)溫度和均一溫度.根據(jù)測(cè)得的冰點(diǎn)溫度采用Hall等的公式w=0.00+1.78*Tm-0.042*Tm2+0.000557*Tm3計(jì)算鹽度w(NaCleq);再根據(jù)劉斌等提出的密度公式和Bodnar提出的低鹽度H2O-NaCl體系的T-w-ρ相圖得到氣液包裹體的密度.顯微測(cè)溫及鹽度、密度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、圖4和圖5.(1)石英中流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果.根據(jù)212個(gè)氣液包裹體的均一溫度測(cè)定結(jié)果和78個(gè)氣液包裹體的冰點(diǎn)溫度測(cè)定結(jié)果,石英中的氣液包裹體均一溫度顯示出很寬的變化范圍,為139.6~375℃,并呈現(xiàn)出180~230℃,260~300℃和320~360℃3個(gè)集中分布區(qū)間,平均260℃;冰點(diǎn)溫度-2.0~-10.2℃,集中分布區(qū)間-3.0~-8.2℃;鹽度分布區(qū)間3.4%~14.2%,集中分布區(qū)間5%~10%,平均7.9%;密度分布區(qū)間0.86~0.99g/cm3,平均0.94g/cm3.(2)黃玉中流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果.黃玉中的氣液包裹體均一溫度變化范圍為183.9~349.2℃,集中分布區(qū)間310~350℃,平均330℃;冰點(diǎn)溫度-4.2~-7.7℃,集中分布區(qū)間-5.5~-7.1℃;鹽度分布區(qū)間6.7%~11.3%,集中分布區(qū)間8.5%~10.6%,平均9.3%,密度分布區(qū)間0.74~0.94g/cm3,平均0.78g/cm3.(3)黑鎢礦中的流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果.由于當(dāng)溫度高于300℃,黑鎢礦中的流體包裹體在紅外顯微鏡下也往往變得模糊不清,因此只測(cè)得3個(gè)均一溫度,變化區(qū)間為317~340.6℃,平均329℃.又由于黑鎢礦中流體包裹體較小,很多包裹體反復(fù)冷凍也觀察不到冰晶消失的現(xiàn)象,因此只測(cè)得1個(gè)冰點(diǎn)溫度-3.8℃,計(jì)算得到鹽度為6.2%,密度為0.75g/cm3.5流體包裹體中co和/或ch4峰的顯微測(cè)溫對(duì)新安子鎢錫礦床與黑鎢礦共生的石英和黃玉中流體包裹體的氣相組分進(jìn)行了拉曼探針?lè)治?測(cè)試樣品15件,包裹體個(gè)數(shù)105個(gè),分析結(jié)果如圖6所示.分析結(jié)果表明,石英和黃玉中流體包裹體氣相成分主要是H2O,但當(dāng)氣相比例達(dá)到20%以上時(shí)幾乎所有包裹體都可檢測(cè)到強(qiáng)弱不等的CO2和/或CH4峰,說(shuō)明氣液流體中含有CO2和/或CH4.不過(guò)CO2的峰總體較弱,而且在顯微測(cè)溫過(guò)程中沒(méi)有觀察到CO2有關(guān)的相變,說(shuō)明CO2含量不高.就CO2和CH4的相對(duì)含量而言還有如下變化規(guī)律:①無(wú)論主礦物是黃玉還是石英,當(dāng)流體包裹體存在較強(qiáng)的CO2峰時(shí),CH4峰相對(duì)較弱或不含CH4峰,見(jiàn)圖6(a),反之當(dāng)含較強(qiáng)的CH4峰時(shí),CO2峰減弱,見(jiàn)圖6(b),(d)或不含CO2峰,見(jiàn)圖6(e);②總的來(lái)說(shuō),均一溫度較高的流體包裹體(氣相所占比例也較高)有較強(qiáng)的CO2峰,隨著均一溫度的降低,CO2峰呈降低的趨勢(shì),而CH4峰呈增強(qiáng)的趨勢(shì),但氣相比例小于10%的純液體包裹體一般只能檢測(cè)到H2O的峰,見(jiàn)圖6(c)、圖6(f).6討論6.1石英與黑狼礦的關(guān)系根據(jù)野外及顯微鏡下光薄片觀察,新安子鎢錫礦床的形成大致可分劃分為錫石-黑鎢礦階段、硫化物階段及螢石-碳酸鹽階段等3個(gè)階段.(1)硅酸鹽-錫石-黑鎢礦階段(高溫階段).該階段礦物一般呈自形-半自形晶分布于脈壁,見(jiàn)圖2(a),相互交代包裹關(guān)系不明顯,主要礦物組合為白云母(鐵鋰云母)-黃玉-石英-錫石-黑鎢礦.(2)硫化物階段(高中溫階段).硫化物多數(shù)分布沿構(gòu)造裂隙分布石英中,見(jiàn)圖2(c)、圖2(e);有時(shí)沿黃玉、黑鎢礦晶體之間分布,并常沿解理裂隙和邊緣交代黃玉和黑鎢礦,見(jiàn)圖2(b)、圖2(c),黃玉伴隨有絹云母化、白云母化及綠泥石化等.該階段主要礦物組合為磁黃鐵礦-黃銅礦-閃鋅礦-石英或輝鉬礦-石英.(3)螢石碳酸鹽階段(中低溫階段).螢石、方解石、層解石等呈細(xì)脈狀產(chǎn)于黃玉-石英脈中,或呈團(tuán)斑狀分布于黃玉和石英顆粒之間.該階段一般無(wú)金屬礦化,相反螢石常交代硫化物,見(jiàn)圖2(c),使硫化物含量降低.石英脈中礦物形成的一般順序?yàn)楣杷猁}→氧化物→硫化物→螢石→碳酸鹽,但石英與上述不同礦物呈現(xiàn)出多種時(shí)空關(guān)系,常見(jiàn)的有:①他形或半自形黑鎢礦呈浸染狀或毛發(fā)狀分布于石英顆粒之間,說(shuō)明石英比黑鎢礦形成早或近于同時(shí)形成;②自形黑鎢礦晶體被他形的石英包裹,并被硫化物(磁黃鐵礦和黃銅礦等)和石英交代,見(jiàn)圖2(b),硫化物充填石英裂隙,見(jiàn)圖2(e),說(shuō)明石英形成比黑鎢礦晚,而早于硫化物或與硫化物近于同時(shí);③石英充填硫化物裂隙,見(jiàn)圖2(f),石英晚于硫化物.因此,石英也可以大致劃分為3個(gè)世代,分別對(duì)應(yīng)于上述3個(gè)階段.根據(jù)流體包裹體均一溫度觀測(cè),黃玉中氣液包裹體均一溫度集中分布區(qū)間310~350℃,平均330℃,黑鎢礦中氣液包裹體均一溫度317~340.6℃,平均329℃,反映黃玉與黑鎢礦形成較早,屬于高溫階段的產(chǎn)物,這與野外地質(zhì)和礦相學(xué)觀察相吻合.作者試圖挑選不同世代的石英樣品分別對(duì)其中的流體包裹體進(jìn)行顯微測(cè)溫,事實(shí)證明這個(gè)工作很困難.也對(duì)少數(shù)穿插或交代關(guān)系清楚的石英樣品中的原生流體包裹體進(jìn)行了較詳細(xì)的觀測(cè),結(jié)果顯示其均一溫度仍然可以有很大的變化范圍,究其原因可能是因?yàn)檫@些礦脈都是多階段脈動(dòng)式構(gòu)造裂隙成礦活動(dòng)的結(jié)果,石英顆粒本身可能存在重結(jié)晶或次生加大等現(xiàn)象,其中的流體包裹體多沿裂隙或顆粒邊緣成帶狀密集分布,不能保證所測(cè)包裹體均為單一成礦階段原生包裹體.因此,本文對(duì)55個(gè)樣品中的石英都隨機(jī)選擇了個(gè)體較大,具有原生特征的流體包裹體進(jìn)行均一溫度測(cè)定,著重研究其統(tǒng)計(jì)意義.觀溫結(jié)果顯示石英中氣液包裹體呈現(xiàn)出3個(gè)集中分布區(qū)間180~230℃,260~300℃和320~360℃.這一統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以與上述3個(gè)成礦階段相對(duì)應(yīng),從而反映了3個(gè)成礦階段的主要溫度范圍,即硅酸鹽-錫石-黑鎢礦階段、硫化物階段及螢石-碳酸鹽階段的主要溫度范圍分別是320~360℃,260~300℃和180~230℃.此外,據(jù)我們觀察與黑鎢礦共生的石英一般要比黑鎢礦形成晚,均一溫度主要落入260~300℃范圍,這與前人“黑鎢礦的均一溫度比與其共生的石英大約高60~80℃”的觀測(cè)結(jié)果一致.此外,自20世紀(jì)80年代林多新等提出華南脈鎢礦床成礦流體為巖漿-熱液過(guò)渡性流體的觀點(diǎn)以來(lái),這一觀點(diǎn)得到越來(lái)越多的研究者支持,并且繼常海亮等在西華山鎢礦床的綠柱石中發(fā)現(xiàn)熔體包裹體之后,最近黃惠蘭等又在西華山鎢礦床的黑鎢礦中發(fā)現(xiàn)了熔體包裹體,為這一觀點(diǎn)提供了直接證據(jù).西華山鎢礦床綠柱石和黑鎢礦中熔體包裹體均一溫度高達(dá)680~720℃,因此,黑鎢礦和錫石的開(kāi)始形成溫度可能遠(yuǎn)高氣液包裹體均一溫度,可高達(dá)720℃.綜上所述,新安子鎢錫礦床的形成大致可劃分為3個(gè)階段,即硅酸鹽-錫石-黑鎢礦階段(T=720~310℃)、硫化物階段(T=260~300℃)和螢石-碳酸鹽階段(T=180~230℃).6.2流體包裹體溫度分布熔體包裹體及各種地質(zhì)證據(jù)表明,華南脈鎢礦床成礦流體可能是一種以SiO2為主,富揮發(fā)分和成礦元素的巖漿-熱液過(guò)渡性流體,初始成礦溫度可達(dá)680~720℃以上.這種過(guò)渡性含礦流體進(jìn)入構(gòu)造裂隙中,并由深部向地表方向流動(dòng),使其溫度和壓力不斷降低.隨著溫度、壓力的降低,這種過(guò)渡性含礦流體可通過(guò)結(jié)晶分異及熔體-流體液態(tài)分離等作用,逐漸演變?yōu)閹r漿熱液.C、H、O等穩(wěn)定同位素研究表明與成礦有關(guān)的熱水溶液早期以巖漿水為主,晚期發(fā)生了巖漿水和大氣降水的混合作用,圖5中隨均一溫度的降低流體包裹體的鹽度和密度呈現(xiàn)出降低和減小的變化趨勢(shì)(箭頭狀陰影1)可能是這一過(guò)程的反映.石英中常見(jiàn)氣體包裹體與氣液包裹體共存的現(xiàn)象,見(jiàn)圖3(b)、圖3(c)且它們的均一溫度基本相等,說(shuō)明存在流體沸騰現(xiàn)象.沸騰包裹體組合的均一溫度均落入180~230℃范圍,且這一溫度區(qū)間的流