我国世界级钨矿带：地质特征、成矿规律和矿床模型
毛景文1,2*,吴胜华1,宋世伟1,戴盼3,谢桂青1,苏蔷薇1,刘鹏4,王先广5,余忠珍6,陈祥云6,唐维新6
1.中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室；
2.河北地质大学地球科学学院；
3.山东理工大学资源与环境工程学院；
4.长安大学地球科学与资源学院；
5.江西省地质勘查基金管理中心；
6.江西省地质矿产勘查开发局
摘要：江南钨矿带是过去10年以来确定的一个世界级钨矿带，探明资源量达606万t，而且具有很好的进一步找矿潜力。通过对该钨矿带的时空分布规律研究，确立了位于扬子地块东南缘江南古陆及东延地区的江南钨矿带与其北邻的长江中下游斑岩-矽卡岩型铜-金-钼-铁成矿带在空间上平行分布，具有相同的成矿时间段，即150～135和130～125Ma两期成矿，这些矿床的基本特点是围绕花岗岩体内外接触带发育，其外围或者上部发育有脉状铅锌或者铜铅锌矿。在矿带除了东坪石英脉型钨矿外，其余均是斑岩和矽卡岩型矿床，尤其是朱溪矽卡岩型钨矿探明资源量344万t，为全球最大钨矿，而大湖塘超大型、东源和阳储岭大型斑岩钨矿的探明改变了世界钨矿类型的格局，即斑岩型、矽卡岩型和石英脉型成为全球三大钨矿类型。按照与成矿有关花岗岩类的性质，可以分为与高分异还原性S型黑云母二长花岗岩有关和与氧化性I型花岗闪长岩有关的钨矿床，前者往往形成超大型矿床。研究提出该钨矿带两期钨矿分别是古太平洋板块俯冲和后俯冲过程的产物，并给出成矿动力学模型。研究认为地壳泥质岩石重熔形成的花岗岩浆上侵定位,部分岩浆源区含基性-超基性岩夹层抑或在形成过程有地幔物质加入，经过高分异演化，在岩浆房隆起部位的内外接触带成矿。考虑到岩浆和围岩性质、含矿流体成矿过程和矿化蚀变特点提出了矿带的矿床模型，并对该矿带进一步找矿给出了一些思考。
关键词：钨矿床，斑岩-矽卡岩型，成矿规律，矿床模型
内容提纲
1 区域成矿背景
2 江南钨矿带的地质特征
3 与成矿有关花岗质岩石
4 问题讨论与矿床模型
4.1 斑岩钨矿——一种值得关注的矿床类型
4.2 钨矿床中钙长石岩脉和钠长石岩脉的启示
4.3 钨矿床模型与成矿动力学模型
5 进一步找矿的思考
0 前言：
从全球角度来看,钨矿床主要类型有矽卡岩型和黑钨矿-石英脉型,次要类型有斑岩型、云英岩型、角砾岩型、蚀变花岗岩型和钨-锑-金低温热液脉型。长期以来前两种类型矿床曾占已探明钨资源量的90%以上。但是,最近几年在我国长江中下游地区南侧的江南古陆及邻区发现和探明了一批斑岩-矽卡岩型钨矿床,构成了一个与长江中下游铜多金属矿带相平行的钨矿带(简称为江南钨矿带)。迄今为止,在该矿带探明钨资源量近606万t(表S1),其中大湖塘的钨资源量为107万t,朱溪矽卡岩型钨矿的钨资源量为344万t.该钨矿带的发现和探明在全球具有重要的冲击作用,改变了过去对于钨矿的某些认知:其一,斑岩钨矿成为全球另外一种重要的矿床类型;其二,重塑了我国钨矿空间分布的格局,即南岭地区不再是我国或全球唯一超大型钨富集区,江南钨矿带为另一个超大型钨富集区;其三,江南钨矿带与北侧的长江中下游斑岩-矽卡岩型铜多金属矿带平行分布,成矿时代基本相同,表明了两个矿带的形成具有同样成矿动力学背景,在成因上具有一定的内在联系。
1 区域地质背景
如上所述,江南斑岩-矽卡岩型钨矿带与长江中下游斑岩-矽卡岩型铜多金属成矿带在空间上平行分布(图1).后者位于扬子地块北缘,襄樊-广济和郯城-庐江大断裂位于其北缘;南界的阳新-常州断裂带将其与扬子地块其他部分(主要为江南古陆)分开(图1).江南钨矿带位于江南古陆及其东延部分,其南侧边界为钦杭新元古代缝合带。
图1 江南钨矿带地质与钨矿分布图
2 江南钨矿带的地质特征
江南钨矿带走向近E向或者NEE向,在2000年之前,该带仅探明几个钨锡矿,即在赣西北地区的阳储岭钨矿、香炉山钨矿、曾家垄和尖峰坡锡矿.过去10多年又探明了一批钨矿(表S1),包括赣北的朱溪和大湖塘世界级钨矿、东坪大型钨矿,皖南东源钨-钼、上金山钨、际下钨、逍遥钨、竹溪岭钨、邓家坞钼-钨、鸡头山钨-钼、高家塝钨-钼、马头钨-钼以及三堡钨-铜铅-锌矿,这些矿床的主要地质特征列于表S1.斑岩和矽卡岩是成矿带内最主要矿床类型,前者包括大湖塘、阳储岭和东源,后者包括朱溪、香炉山、竹溪岭、逍遥、三堡、上金山、邓家坞、百丈岩、高家塝、鸡头山、马头、大坞尖和巧川,其次是石英脉型,仅有新近探明的东坪大型钨矿.此外,石英脉型通常作为一种次要类型出现在大湖塘、上金山和大坞尖等矿区.按照探明的资源量,江南钨矿带中超大型钨矿有朱溪和大湖塘,其资源量和品位分别为3.44Mt/0.5%和107Mt/0.15%.大型钨矿有香炉山、东源、阳储岭、竹溪岭、东坪、逍遥和高家塝,其余为中小型,钨矿的矿石吨位和品位示于图2.曾家垄为区内仅有的大型锡矿,已探明锡资源量30万t,品位0.7%.在我国其规模仅次于个旧、大厂、都龙锡矿(大兴安岭黄岗46万t锡和柿竹园40万t锡除外,两者均为难选冶和当前不可利用资源).迄今,已经在江南钨矿带探明WO3资源量606万t(表S1),就资源量而言,成为全球最大的钨矿带,而且具有进一步找矿潜力.
图 2 江南钨矿带矿石吨位与品位图
类似于长江中下游斑岩-矽卡岩型铜多金属成矿带,江南钨矿带也表现为两期成矿.主成矿期(150～135Ma)的钨矿横贯全区,仅赣西北地区的香炉山钨矿和曾家垄锡矿的成矿时代为130～125Ma(图S1,表S1).近些年,在长江中下游发现了越来越多的钨矿床,例如东顾山;钨铜矿,例如阮家湾和通江岭.空间上从花岗质岩体的接触带向上或向外具有铜钨到铜的分带性,甚至在原来的铜矿体下部新发现铜钨矿体,例如江西武山.
形成斑岩与矽卡岩型矿床的关键取决于围岩成分,当前寒武纪浅变质岩或者早期花岗质岩石为围岩,通常形成斑岩钨矿.例如,阳储岭钨矿的围岩为新元古代双桥山群千枚岩、变凝灰质板岩和泥质板岩;东源钨矿的围岩是一套中新元古代变质岩屑砂岩、千枚状砂岩、砂质板岩、千枚状板岩;大湖塘斑岩钨矿区的成矿围岩为新元古代花岗闪长岩体.三者的共同特点是在岩体的内外接触带形成细脉浸染状白钨矿矿化.大湖塘矿区的主矿体出现在围岩中,而东源和阳储岭的主矿体在成矿主岩花岗闪长岩体和二长花岗斑岩体中.Wu等人通过对东源斑岩钨矿的钻孔岩心编录,识别出在花岗闪长岩体隆起部位发育有多个近水平平行的矿体,单一矿体一般长几十米至几百米,厚度为几米至几十米,同一矿体内不同脉体在垂向上出现脉体形态和矿物组合相似的变化规律.寒武纪至三叠纪沉积岩盖层中有多层位的碳酸盐岩,不仅广泛分布于江南古陆周围,而且呈NEE向复式褶皱在古陆内部局部出现.当这些碳酸盐岩作为围岩, 通常形成矽卡岩型钨矿以及锡矿.例如,在朱溪矿区不仅有新元古代双桥山群浅变质岩,还有盖层岩石:(1)石炭系黄龙组白云岩;(2)石炭系船山组灰岩;(3)二叠系栖霞组、茅口组碳酸盐岩等.与成矿有关的侵入岩为晚侏罗世的黑云母二长花岗岩、细粒花岗岩以及花岗斑岩.当花岗质岩浆侵位时,与碳酸盐岩相互作用形成了厚层块状以石榴石和符山石为主的外矽卡岩及规模较小的内矽卡岩,在矽卡岩中均发育细粒浸染状白钨矿.主要矿化作用出现于退化蚀变作用(闪石、绿泥石、石英和萤石为主)阶段.同时,一些浸染状矿化体出现在蚀变花岗岩体内.
在江南钨矿带中,钨矿区矿化分带性明显,例如在朱溪钨矿区,上部为沿断裂分布的石英脉状铜矿矿体,下部为厚层矽卡岩型钨矿体.元素分带为Cu→Cu、W→W的规律性,体现出从上而下成矿温度有升高的趋势,由中温→中高温→高温.在香炉山钨矿区,在黑云母二长花岗岩的隆起部位出现含钨云英岩,外接触带出现钙质矽卡岩钨矿体(主矿体),远接触带的石英-硫化物-白钨矿脉.在逍遥钨矿区也有明显的矿化分带性,围绕花岗闪长岩体矿化分带现象明显(安徽地质矿产局332地质大队内部资料,2011),从接触带向外发育有W-Mo、Cu、Pb-Zn-Ag矿化.W-Mo矿体主要分布在花岗闪长岩体与新元古界蓝田组和寒武系荷塘组灰岩接触带,矿化类型主要为矽卡岩型和石英脉型,矿石矿物有白钨矿和辉钼矿.铜矿体主要位于距花岗闪长岩南部500m处,矿化类型主要为矽卡岩型和石英脉型,矿石矿物主要包括黄铜矿和磁黄铁矿.Pb-Zn-Ag矿体主要位于距花岗闪长岩南部1000m处,矿化类型主要为热液脉型.矿石矿物主要包括闪锌矿、方铅矿、自然铋、辉铋银铅矿,脉石矿物为方解石和石英.此外,围绕赣西北彭山核杂岩矿化有明显的分带性,近接触带为曾家垄和尖峰坡矽卡岩型锡矿,外围为张家垄铅锌矿.Xu等人通过翔实的S-Pb同位素示踪,及结合前人获得成矿流体包裹体资料的研究, 发现这两类矿床是一套与129Ma高分异花岗岩(黑云母二长花岗岩)有关的岩浆热液矿床系统.
3 与成矿有关花岗质岩石
在江南钨矿带中与成矿有关的花岗岩有两种类型,其一是花岗闪长岩和花岗闪长斑岩,包括东源、竹溪岭、邓家坞、三堡、上金山、马头和高家塝;其二是黑云母二长花岗岩和黑云母花岗岩,包括大湖塘、朱溪、香炉山、曾家垄、阳储岭、百丈岩.大多数与成矿有关的花岗岩类显示出富含铀和钍的高热花岗岩的特点,在岩体侵位和冷凝过程中往往形成几十米到上百米厚的热变质带,例如,阳储岭、东源、朱溪等.黑云母二长花岗岩通常为似斑状或者等粒结构,而花岗闪长岩不仅有等粒结构和似斑状结构,还有斑状结构.在花岗闪长斑岩体中通常有大量包体,这些包体除了双桥山群千枚岩和板岩等围岩外,还有闪长岩包体.此外,在花岗质岩浆侵位之后可见闪长岩墙或辉绿岩墙的侵位.Song等人研究发现两种不同类型花岗质岩石形成的氧逸度不同,前者偏氧化环境,后者偏还原环境,与前者有关的钨矿规模相对较小,与后者有关的钨矿可以形成世界级大矿(作者待刊资料).该特点与马来西亚锡矿带极其类似,以半岛中部走向近NS的Bentong-Raub缝合带为界,西马来西亚发育一系列与S型花岗岩有关的大型锡矿,而东马来西亚则出现多个与I型花岗质岩石有关的小型锡矿,两个不同类型锡矿成矿时代均为晚三叠世.
前人对江南钨矿带中有关花岗质岩石的岩石化学进行了大量的研究,通过对前人测试数据整理可以发现花岗闪长岩类属于偏铝质花岗岩,而黑云母二长花岗岩属于过铝质花岗岩类(图S2(a)),两者均属于高钾钙碱性花岗岩,但黑云母花岗岩的SO2和K2O含量明显高于花岗闪长岩,而与彭山地区锡矿有关的花岗岩与钨矿有关的黑云母二长花岗岩类似(图S2(b)).在Zr与10000Ga/Al的二元图解(图S3(a))中反映出江南钨矿带中所有与钨锡矿有关的花岗质岩石经历过强结晶分异作用,与钨矿有关的黑云母二长花岗岩属于高分异S型花岗岩,与钨钼矿有关的花岗闪长岩属于高分异I型花岗岩(图S3(b)).与彭山锡矿和百丈岩钨矿有关的黑云母二长花岗岩可能由于结晶分异程度很高,导致这些花岗岩的投点偏离了S型花岗岩的演化曲线.在稀土元素球粒陨石标准化图解和微量元素原始地幔标准化蜘蛛网图(图S4)中可以看出,与钨锡矿有关的黑云母二长花岗岩和黑云母花岗岩表现出Eu、Ba、Sr、Ti强烈亏损,表明岩浆经历过强烈的结晶分异作用,属于典型的含钨锡花岗岩.而江南钨矿带内钨矿有关的花岗闪长岩与河南栾川斑岩-矽卡岩型钼钨矿、法国Salu和Castabone矽卡岩型钨矿有关的花岗质岩石类似,La/Yb比值高,Eu亏损不明显,但具有Nb、Ta、P和Ti亏损,表明来源于深部或者有较多地幔物质进入岩浆系统.
4 问题讨论与矿床模型
4.1 斑岩钨矿——一种值得关注的矿床类型
相对于斑岩铜矿和斑岩钼矿,在全球范围对于斑岩钨矿研究甚少,而且程度很低,关键在于长期以来斑岩钨矿并不是一种重要工业性矿床类型.在20世纪70～90年代时值全球研究斑岩铜矿和斑岩钼矿的热潮,一些学者关注和探索了是否存在斑岩钨矿,并初步提出其基本特点.在2010年之前,已确定的比较典型斑岩钨矿有加拿大New Brunswick的Mount Pleasant W (Mo)矿床、育空地区中南部的Logtung矿床、我国广东省莲花山和江西省阳储岭、韩国的Weolag和DaeHwain矿床.然而,这些矿床的规模都较小,经济价值不重要.与斑岩钨矿有关的岩体规模一般变组合,它们是钾化(包括钾长石化和黑云母化)、绿泥石化、硅化、高岭石化、赤铁矿化及萤石化、碳酸盐化.各种蚀变在空间分布方面没有明显的垂直分带与水平分带现象,而是相互重叠.值得指出的是,不同于斑岩铜矿和斑岩钼矿,斑岩钨矿的围岩蚀变以强云英岩化,弱钾化和弱青盘岩化为特征.因此,Davis和William-Jones将其命名为斑岩-云英岩型钨矿.除了对斑岩钨矿地质特征研究以外,还开展了部分矿床的流体包裹体成矿温度和盐度测定,总体认为是以中高温中高盐度为特征.但谭运金发现莲花山斑岩钨矿成矿温度从高温延续到低温(650～150°C),盐度也有较大分布范围.
江南钨矿带中大湖塘超大型斑岩钨矿和阳储岭、东源大型斑岩钨矿控制资源量达130万t,彻底改变了钨矿类型的格局,斑岩型与矽卡岩型和石英脉型成为全球3种最主要的钨矿床类型.迄今,我国对于斑岩钨矿是否属于斑岩型矿床类型仍然有些疑虑,由于斑岩钨矿与斑岩铜矿有一定的差异性.其一,斑岩钨矿与斑岩锡矿类似,含有大量以氟为特点的挥发组分,因此含氟矿物广泛发育,例如,云母类、黄玉和萤石,无论在矿石中还是与成矿有关的蚀变岩中均如此.其二,与成矿有关的斑岩不是典型的斑状结构,而通常是似斑状结构.迄今所知,相对于斑岩铜矿,全球所探明的斑岩钨矿有关的岩体侵位相对较深,岩石通常表现为似斑状构造.其实,在我国与绝大多数斑岩铜矿和斑岩钼矿有关的花岗岩也呈现出似斑状结构,仅仅在斑岩与同源火山岩共存地区才可能见到具有典型斑状结构的花岗岩类.在国际上,判别是不是斑岩型矿床,最主要特点是细脉浸染状构造.网脉状裂隙是矿化富集的容矿空间,也是通过这些裂隙流体与围岩相互作用,形成大面积、大吨位、低品位的矿石.在成矿岩浆高侵位后,岩体的结晶分异作用导致气体和液体在岩浆房的隆起部位集中,产生相当大的静水压力.静水压力导致已经结晶的花岗质岩石及上覆围岩的破裂,构成垂直上下最大压力面的一组大致共轭的网状裂隙.这些网状裂隙的位置取决于静水压力与岩浆房上部岩石产生的静岩压力相抵消构成的不受力面,网状裂隙位于不受力面的下部.在江南钨矿带的大湖塘矿区,白垩纪黑云母二长花岗质岩浆侵位相对较浅,95%以上的矿体发育于围岩中,而阳储岭和东源岩浆侵位相对较深,矿体均发育于岩体内部.Rusk等人对斑岩型矿床的容矿裂隙形成过程及流体演化与成矿进行了深入的研究,探讨了成矿裂隙系统和矿化过程.赵茂春等人进一步总结将斑岩型矿床容矿裂隙系统的成因归纳为岩浆结晶冷缩、侵位挤压、水岩分离和区域应力叠加4种类型,探讨了裂隙分布与矿化规律性.这些对于斑岩铜矿的研究成果有助于理解斑岩钨矿的形成方式和过程.
4.2钨矿床中钙长石岩脉和钠长石岩脉的启示
Song等人在朱溪矿区内识别出两类较为罕见的含白钨矿岩脉,分别为由富Ca斜长石(斜长石牌号(An)平均值=91,90vol%)+白钨矿(3vol%)+磷灰石(2.5vol%) +钛铁矿(1.5vol%)+榍石(1vol%),以及少量(2vol%)萤石、葡萄石、黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、金红石和晶质铀矿组成的钙长岩脉,由富Na斜长石(斜长石牌号(An)值＜2,90vol%)、石英(5vol%)、白云母(2vol%)和白钨矿(2vol%)组成的钠长岩脉(作者待刊资料).
含白钨矿并以钙长石(An>90)为主的钙长岩十分罕见,除朱溪矿床外,目前仅在伊比利亚半岛规模最大的矽卡岩钨矿床(Los Santos)中被报道过.为何含白钨矿钙长岩目前仅在超大型的矽卡岩型白钨矿矿床中被识别出? 是怎样的机制控制着含白钨矿钙长岩的形成? Song等人研究发现,钙长岩是由富集Si、Al、W、Ti、P、U、H2O和F的残余岩浆(流体)遭受纯灰岩(不含Mg)的混染作用而形成.
在朱溪矿床中大量出现不同规模(厚度为1cm～5.1m)的含白钨矿钠长岩脉,明显不同于W-Sn-Nb-Ta等稀有金属矿床中常见的钠长石花岗岩,主要体现于以下几个方面:(1)产出形态上,钠长石花岗岩通常形成于花岗质侵入体顶部,并与其他花岗质岩石呈渐变过渡状态.例如,广西栗木Sn-Nb-Ta矿的水溪庙岩体、法国中央高地与Sn-Nb-Ta-W矿化相关的Beauvoir岩体;而朱溪含白钨矿钠长岩呈独立脉体产出.(2)矿物组成上,钠长石花岗岩主要由石英(20vol%～40vol%)、钠长石(25vol%～55vol%)和钾长石(4vol%～32vol%)组成,而朱溪钠长岩完全缺失钾长石、石英含量偏低(3vol%～5vol%)、并高度富集钠长石(90vol%～92vol%).(3)元素组成上,朱溪钠长岩相对于常见的钠长石花岗岩具有低Si2O(分别为～60wt%与70wt%)、低K2O(分别为～1.8wt%与3.2wt%～4.5wt%)、高Na2O(分别为～7wt%与3wt%～4wt%)的特征.Song等人通过系统的显微镜下观察、主微量元素分析、Sr-Nd同位素分析、矿物学分析研究,论证了朱溪含白钨矿钠长岩是由高度结晶分异的残余岩浆形成的富Na、高盐度富水熔体结晶形成(作者待刊资料).值得注意的是,前人实验研究表明,在细晶花岗岩体系(Qz-Ab-Or)随水压(PH2O)或熔体中F含量的升高,最低共熔点逐渐朝钠长石(Ab)端元偏离,且随压力的升高,石英含量逐渐降低而碱性长石含量逐渐升高,而在压力不变时,随H2O活度(aH2O)增大,最低共熔点中钠长石组分逐渐升高而钾长石组分逐渐降低;更为重要的是,只有当压力>3kbar时,石英才能与钠长石和钾长石平衡,而压力3kbar的条件发生高度结晶分异,当残余岩浆达到水饱和状态(aH2O=1)时,才有利于钠长石发生大规模的结晶.值得注意的是,朱溪矿床中的含白钨矿钠长岩分布于细粒花岗岩的下部,而细粒花岗岩是朱溪矿区除含白钨矿钠长岩、钙长岩外,演化程度最高的长英质岩脉.由此说明形成含白钨矿钠长岩的残余岩浆来源于深部岩浆房,而不是结晶细粒花岗岩的分异熔体进一步演化而成(作者待刊资料).为此,朱溪矿区深部应该在10km(>3 kbar)左右深度存在一个岩浆房,该岩浆房结晶演化后形成的水饱和熔体发生迁移后结晶形成了含白钨矿钠长岩.这与矽卡岩钨矿床通常形成于深成环境(5～15km)的特征吻合.因为矽卡岩钨矿通常与具有等粒状、粗粒结构且未遭受明显蚀变的深成岩基相关,这些岩基周围发育高温的变质带并伴随着伟晶岩和细晶岩脉的形成.
朱溪含白钨矿钙长岩和含白钨矿钠长岩的出现,具有两点重要指示:(1)朱溪矿床的成矿相关岩体为浅部地壳物质部分熔融形成的岩浆发生结晶分异后而形成;(2)朱溪矿床成矿相关的初始岩浆相对于江南钨矿带上的W-Mo矿床成矿相关的I型花岗质岩浆更加富W,并且侵位深度更深.因为钛铁矿系列的S型花岗岩的侵位深度通常大于磁铁矿系列花岗岩.此外,朱溪黑云母二长花岗岩中出现的呈自形板状,并被斜长石包裹的转熔相钾长石,同样有力地支持朱溪矿床的成矿相关岩浆起源于含白云母的变质沉积岩的部分熔融.地壳物质重融有利于钨矿床形成,并且变质沉积岩中的W含量随其变质程度升高而显著降低.为此,富集的变质沉积岩是钨矿床理想岩浆源区,并且深度为20km左右的中地壳最容易发生部分熔融,形成相对富W的初始岩浆.因为根据常见的地温梯度(20°C/km)计算,在20km的地壳深度,地壳岩石的温度约为400°C,而当岩石温度达到400°C时将由脆性向塑性转变.为此,在地壳20km的深度,很可能存在一个由脆性向塑性转变的过渡带.地震剖面显示在江南钨矿带相邻的长江中下游成矿带的铜陵矿集区附近的22km左右深部地壳中存在一个近于水平,并且可能代表了中、下地壳边界的折射结构,边界之下为塑性岩层;而实验研究表明这种区域性的刚性-塑性岩性界面有利于深部上侵的岩浆沿脆-韧性界面横向侵位形成岩床.这与前人对华南地区的地球物理研究结果吻合,例如,Zhang等人研究提出在华南地区中地壳的底部(～20km)存在一层4～5km厚的铁镁质岩石.这些铁镁质岩浆的侵位很可能是对晚侏罗世至早白垩世俯冲的古太平洋板块发生撕裂所引发的岩石圈伸展、软流圈上涌的积极响应.江南古陆钨矿带上的新元古代双桥山群高度富集钨元素(11.82 μg/g),显著高于上地壳中钨的平均含量(1.9μg/g).在基性岩浆的底侵作用下,这些富钨的双桥山群发生部分熔融形成的岩浆深度侵位,发生高度结晶分异后形成了含白钨矿的钙长岩和钠长岩,并伴随大规模的钨矿化作用.
4.3钨矿床模型与成矿动力学模型
关于钨锡矿床(包括斑岩钨矿)形成的地质背景,在苏联的教科书中将与花岗岩有关的钨锡矿都归为地槽褶皱回返期间的产物.Mitchell和Garson与Sawkins率先运用板块构造理论提出钨锡矿形成于碰撞造山带,形成于后碰撞环境.Seltmann等人和Forster等人研究提出中欧厄尔士地区钨锡矿床碰撞成矿的动力学模型,Romer和Kroner认为横贯捷克与德国交界处的厄尔士、法国中央高原、法国与西班牙之间的比利牛斯山、西班牙-葡萄牙半岛到英国康沃尔巨型钨锡成矿带是在Pangea超大陆聚合晚期出现的大规模成矿.钨锡矿另一个重要的成矿背景就是活动大陆边缘弧后伸展带.例如,在南美安第斯大陆边缘(智利-秘鲁-阿根廷)新生代斑岩铜矿带与弧后玻利维亚锡(钨)矿带、在缅甸东部密支那新特提斯洋缝合带以Monywa代表的NS走向斑岩铜矿带与东侧弧后伸展带中出现的平行分布的锡(钨)矿带.
Mao等人研究提出东南沿海发育的中晚侏罗世斑岩-矽卡岩铜多金属成矿带与弧后地区的南岭花岗岩有关的钨锡成矿带空间上平行分布,与上述的南美安第斯和缅甸东部两个平行成矿带相同(作者待刊资料).但是,江南钨矿带与长江中下游斑岩-矽卡岩铜多金属矿带平行分布,走向近EW或者NEE向,与前一组铜矿与钨锡平行成矿带几乎垂直.显而易见,位于江南古陆及东延地区的钨矿带并非形成于活动大陆边缘弧后伸展带,更不是碰撞造山带,可能显示出一个新成矿背景.我国东部晚中生代大规模岩浆活动与Izanagi或者古太平洋板块俯冲和后俯冲关系密切.在东部大陆最早出现弧岩浆活动大约在175Ma,也基本代表了板块俯冲的开始.之后无论是俯冲板块后撤还是运动方向发生转向,平行大陆呈NNE向运动,导致岩石圈发生伸展.该伸展事件不仅导致华北克拉通被破坏,而且整个东亚东部边缘遭受强烈破坏和改造,并以大规模伸展为标志长江中下游地区由挤压转变为伸展的重要标志是发育了宁芜、庐枞和繁昌等一系列NNE走向的盆地.其底部最老的钙碱性火山岩的成岩时代为135Ma,这一转折时间与华北和东北,乃至蒙古-鄂霍次克造山带以南伸展盆地底部火山岩所显示的时间基本一致.而长1200km和宽500km的东南沿海火山岩带(包括武夷山北坡或者江南古陆南侧)的主要岩性为英安质-流纹质火山岩,喷发时代为143～110Ma,说明从俯冲到后俯冲转变的时代也是从华南地区伊始.Mao等人发现钦杭、长江中下游和太行东北-大兴安岭东南3个斑岩-矽卡岩型铜矿带走向NE,平行分布,均位于两个构造单元的结合带或者沿深大断裂发育.推测俯冲板片沿这些部位撕裂,导致软流圈上升并引发地壳物质重熔,形成了壳源花岗质岩石及江南钨矿带,而俯冲板片重熔则形成长江中下游铜矿带,初步提出其成矿动力学模型(图3(a)).而在140～80Ma期间,整个东亚东部发生岩石圈伸展,原俯冲板片碎裂下沉滞留在岩石圈过渡带或者软流圈,这为后来形成类似于弧岩浆和斑岩铜矿提供物质来源.正是在这种大背景下,沿长江中下游发育NNE向的走滑拉分盆地及玢岩铁矿,在南侧的江南古陆出现了像彭山核杂岩,130～125Ma曾家垄锡多金属成矿系统和香炉山钨矿在其内部或者周围形成,显示出与地壳重熔型花岗岩的密切成因关系(图3(b)).正是由于软流圈上涌和热侵蚀,导致地壳重熔形成与Sn有关的花岗岩,并有一定幔源物质加入,因此显示出A型花岗岩的特点.
图3 江南钨矿带与长江中下游铜多金属矿带成矿动力学模型
矿床模型是找矿勘查的理论基础.江南钨矿带以斑岩-矽卡岩钨矿为特征,按照成矿有关的岩体可以分为与高氧逸度花岗闪长岩有关的钨矿成矿系统和与低氧逸度黑云母二长花岗岩有关的钨矿成矿系统.这两种类型矿床在整个矿带交织出现,但总体来讲,前一个系统的矿床数量在东部增多.钨和锡均为相对亲地壳 元素,在地质历史演化期间,两者往往趋向在地壳富集.在同样地质构造背景下,为什么会形成两种类型花岗质岩石及其相关的成矿系统?花岗闪长岩类明显有地幔物质的加入,目前来看加入的形式有两种方式:其一,新元古代双桥山群不仅有以千枚岩和板岩为代表的富铝质沉积岩,而且在局部有中基性-基性火山岩夹层,甚至在东部存在元古代的蛇绿岩带.因此,经历同样受软流圈上涌而驱动的地壳重熔,形成了不同的岩浆类型,包括S型和I型花岗质岩石,甚至由于中基性-基性火山岩的存在,在岩浆-热液活动过程中,其中富含的铜元素被淋滤出并携带进入成矿系统,形成像大湖塘、朱溪和三堡这样的含铜钨矿床.其二,也可能由于当地壳发生重熔时有幔源岩浆的注入导致形成氧化性的花岗闪长岩类,并降低了成钨矿的能力(作者待刊资料).
无论是基性岩抑或在地壳重熔时直接进入岩浆,抑或在岩浆形成晚期注入岩浆房,岩浆性质仍然是以地壳物质为主,花岗闪长岩浆和黑云母二长岩浆都富含水和挥发组分氟,岩浆经历强烈的结晶分异作用,结果导致硅质、碱质、挥发组分及携带的成矿元素在岩浆房的隆起部位富集.值得指出的是,在江南钨矿带中含矿岩浆侵位深度较大,所有的矿体,无论是斑岩型还是矽卡岩型均位于岩体的近接触带.前面已经述及,矿化赋存的细网状裂隙系统位于静岩压力/静水压力比值等于零面之下,当斑岩矿体出现在岩体内外接触带附近,说明成矿深度较大,当斑岩矿体在岩体垂直上方,距离岩体越远表明成矿深度较小.当围岩是前震旦纪浅变质岩或者早期的花岗质岩石,则形成斑岩成矿系统(图4);当围岩是碳酸盐岩或者碳酸盐岩夹层,则形成矽卡岩型钨矿.在朱溪矿区有大厚层碳酸盐岩为围岩,形成厚度达上百米的矽卡岩型钨矿体;而当震旦纪、寒武纪和奥陶纪碳酸盐岩与砂页岩互层为围岩,则形成似层状钨矿体或锡矿体,例如,逍遥、香炉山、百丈岩、曾家垄和鸡头山等.由于还原性强的S型黑云母二长花岗岩通常形成超大型钨矿,因此无论是矽卡岩型还是斑岩型,在其上部都有十分强的围岩蚀变发育(图4).但与强氧化性I型花岗闪长岩有关的钨矿规模相对较小,围岩蚀变与矿体在空间上紧密相连.如果在成矿岩体的内外接触带发育有与区域构造活动有关的次级断裂系统,则会出现白钨矿和黑钨矿共存的石英脉型钨矿.
图4 江南钨矿带斑岩-矽卡岩W±Mo矿床及远接触带脉状Pb-Zn-Ag±Cu矿床成矿模式图
此外,Wu等人基于在东源钨矿区花岗闪长斑岩隆起部位识别出多个平行水平分布的矿体,结合前人的研究成果,初步研究提出一个多旋回W矿体和蚀变体的矿化过程模型,即:岩浆侵位到地壳浅部,岩浆降温和浮力减少阻止进一步上升.在早阶段,岩浆释放了一些酸性气体,如HCl和H2S,导致似斑状花岗闪长岩和周围的板岩和变质砂岩蚀变为绿泥石、绿帘石和方解石组合.随着降低温度,岩浆顶部首先结晶,下部岩浆释放酸性气体,这些酸性气体导致顶部已固结的岩体中钾长石和黑云母蚀变为绢云母(图S5(a)).熔体中的溶解水随着上部固化向下部熔体中迁移,当下部熔体中水饱和后成核形成的气泡又向上运移聚集.聚集的气泡形成流体,随着流体压力的增加,在上部固化的花岗闪长岩中产生裂隙,造成第一旋回的脉体形成(图S5(b)).在释放这次流体之后,下部岩浆中的H2O变得不饱和.当等温的固化岩浆的界面逐渐向下退,上述过程会重复出现(图S5(c),(d)).当整个花岗闪长岩的结晶过程完成,产生了东源矿床中出现多旋回的W脉体.
5 进一步找矿的思考
“绿水青山就是金山银山”理念提出之后,我国进入了找矿勘查新时代,充分考虑环保的要求,务必与国际接轨,“找大矿、找富矿和找浅矿”是新时代找矿的主要目标.作为内生金属矿床,大型-超大型矿床即使位于深部,其浅表也必然有异常的显示.例如,朱溪世界级钨矿的主矿体位于地下800～2000多米,但在地表有大面积的透闪石-阳起石化;大湖塘世界级斑岩钨矿体上部和外围的强烈云英岩化和绢云母化,在地表达数十平方千米范围;即使像阳储岭斑岩钨矿储量仅7万tWO3,围岩蚀变也十分强烈,有钾长石化、硅化、绢云母(白云母)化、绿泥石化、碳酸盐化和黄铁绢英岩化,并具有一定的分带性,即钾硅化→石英绢云母化→绿泥石和碳酸盐化.因此,运用遥感开展找矿,机载高光谱+航重开展普查,地面地质+水系重砂+地球化学+红外光谱圈定靶区,矿床模型+地面地球物理+钻探+红外光谱地表下矿体控制,将推动在江南钨矿带和长江中下游成矿带以及相同地质背景下寻找钨矿和钨铜矿取得新突破.
在已知矿区,按照研究提出的矿床模型,花岗质岩体近接触带的斑岩-矽卡岩型以及脉状钨矿与远接触带的脉状Pb-Zn或者Cu-Pb-Zn矿互为找矿的指示,关注在已知钨矿矿床外围寻找铅锌铜矿,在铅锌铜矿的下部或者岩体接触带开展钨矿找矿勘查.
致谢：感谢江西地质矿产开发局和安徽地质勘查开发局及下属有关地质队同事们在野外地质调查期间给予的热诚支持和帮助;感谢江西地勘基金办公室的支持和合作;感谢中国科学院地球化学研究所胡瑞忠研究员邀请撰稿.
参考文献：略
补充材料：
图S1江南钨矿带钨矿床成矿时代和有关花岗质岩石的成岩时代直方图；图S2江南钨矿带成矿相关岩体；图S3江南钨矿带成矿相关岩体的10000Ga/Al-Zr图解与P2O5-SiO2图解；图S4江南钨矿带与成矿有关岩体的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图和微量元素原始地幔标准化蛛网图；图S5岩浆结晶过程释放多批次流体形成岩体内部多旋回矿体成矿过程图解；表S1江南古陆钨矿带矿床地质特征信息。本文以上补充材料见网络版csb.scichina.com.补充材料为作者提供的原始数据,作者对其学术质量和内容负责.
来源：毛景文，吴胜华，宋世伟，等。江南世界级钨矿带：地质特征、成矿规律和矿床模型。科学通报，2020，65：3746–3762