南山钨锡多金属矿床地球化学特征及地质意义*

范飞鹏 肖惠良 陈乐柱 鲍晓明 蔡逸涛 周 延 武 玲 吴涵宇

(南京地质矿产研究所)

矽卡岩型钨锡矿床是中国南岭成矿带中重要的矿床类型之一［1］，而矽卡岩及矽卡岩矿床是研究成岩成矿的重要窗口［2］。矽卡岩型矿床是侵入体与钙质围岩在两者的接触带附近或是沿层破碎带交代变质形成的。矽卡岩成岩成矿理论主要有岩浆热液成因［3］、区域变质及混合岩化成因［4-6］、热水沉积成因［7］和多成因复合型［8］。

通过近年来项目组在该地区深部钻探验证，南山钨锡多金属矿床具有中型以上找矿前景［9-13］。该矿床受中国南方晚古生代海侵海退影响，处于复杂的岩性岩相变过渡递变带，沉积建造非常复杂，钙质岩类与页岩、粉砂岩岩相变化部位是热液交代的主要位置［14］。本次研究通过对矿区钻孔内不同类型含矿矽卡岩、大理岩与和矽卡岩关系密切的黑云母二长花岗岩进行地球化学对比研究，分析矽卡岩在成岩、成矿过程中地球化学特征和成岩成矿时代。

1 矿区地质特征

南山矿区处于东西向南岭多金属成矿带东段。矿区主要出露寒武系碎屑岩建造、泥盆系碎屑岩夹碳酸盐建造及第四系坡积物。其中泥盆统天子岭组为钨锡的主要含矿层位。矽卡岩主要为含石榴石和透辉石大理岩、石榴石透辉石矽卡岩和阳起石透辉石矽卡岩。地表矽卡岩氧化非常强烈，多呈杂色碎块状。地层走向为NE—NEE向，倾向NW，倾角为15°～30°。

矿区盖层受岩浆岩活动影响，岩层产状变化较大，褶皱轴面多呈波状起伏和穹窿状。矿区线性构造主要为成矿前构造裂隙，NW向和近EW向最发育，NEE向次之，分布于岩体的内外接触带。NW向裂隙均被含矿石英脉充填，NEE向和近EW向裂隙中见含矿石英脉及晚期细粒花岗岩脉。

矿区出露岩浆岩为燕山早期第二阶段(γ2－25)中细粒黑云母花岗岩(有2次侵入)和燕山早期第三阶段(γ2－3

5)中细粒黑云母花岗岩、二云母花岗岩和含石榴石黑云母二长花岗岩(有2次侵入)。这2个阶段侵入岩与区内钨锡钼多金属矿关系非常密切［10-12］。

2 地球化学特征

矽卡岩样品采自ZK726和ZK1127深部，样品均含有黑钨矿、白钨矿、黄铜矿和少量黄铁矿、方铅矿和闪锌矿。5件黑云母二长花岗岩(以下简称岩体)样品采自ZK301深部，部分样品有轻微蚀变。

2.1 主量元素特征

南山钨锡多金属矿床岩体、矽卡岩主量元素分析结果见表1。据表1可知，各类含矿矽卡岩w(SiO2)为37.9% ～48.7%，薄层石榴石大理岩w(SiO2)为46.6% ～50.9%，大理岩w(SiO2)大多数为30.1% ～34.2%(除薄层石榴石大理岩)，黑云母二长花岗岩w(SiO2)较高(74.27%77.76%);矽卡岩中 w(Al2O3)为 12.9%～16.1%，大理岩w(Al2O3)为5.83% ～12.7%，黑云母二长花岗岩w(Al2O3)为 11.89%～13.49%;矽 卡 岩 中w(Fe2O3)为4.43% ～5.71%，大理岩w(Fe2O3)为2.72%～3.83%(除含透辉石大理岩)，岩体w(Fe2O3)为0.32% ～1.51%;矽卡岩中w(FeO)为2.36%～3.18%，大理岩 w(FeO)为 0.96% ～2.17%，岩体w(FeO)为0.74% ～1.06%;矽卡岩中w(MnO)为 0.18%0.26%，大理岩 w(MnO)为0.09% ～0.73%，岩体w(MnO)为0.06% ～0.22%;矽卡岩中w(MnO)为 1.6% ～2.14%，大理岩w(MnO)为 1.31% ～3.25%，岩体 w(MnO)为0.02% ～0.17%;矽卡岩中 w(CaO)为21.8% ～32.2%，大理岩 w(CaO)为31.3% ～43.5%，岩体w(CaO)为 0.62% ～1.01%。矽卡岩主量元素SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O 和 P2O5含量比大理岩含量高，其余小于大理岩。而花岗岩呈现出高硅、铝、钾、钠，其余均低于矽卡岩和大理岩。表明矽卡岩主要由富含铝、铁、钙的硅酸盐矿物组成，含少量含镁矿物。这也与野外和镜下观察到的矽卡岩矿物组合一致。南山矿区矽卡岩以双交代作用为主［14］，矽卡岩中 w(SiO2)与 w(MnO)、w(MgO)、w(CaO)、w(Fe2O3+FeO)均呈现出线性关系，说明矽卡岩在形成过程中，岩体中的Mg、Fe、Ti、Ca等元素大量被流体带出，流体与围岩发生交换迁移，形成石榴石、透辉石、阳起石等矽卡岩矿物，见图1。由于灰岩含有泥质，形成的矽卡岩矿物多呈斑点状、条带状。

表1 南山钨锡多金属矿床岩体、矽卡岩主量元素分析结果 %

本区层状含矿矽卡岩及大理岩均落在w(SiO2)－w(Al2O3)图的水成区和深海沉积物区，其中大理岩和石榴石透辉石矽卡岩部分落在水成区，透辉石矽卡岩均落在深海沉积物区，见图2。这一特征可能与围岩建造特征有关，同时与区域变质作用和后期的岩浆热液作用有关。

图1 南山钨锡多金属矿床矽卡岩谐变示意

w(Al2O3)－w(FeO)－w(CaO)三角图解能有效地把喷流－沉积矽卡岩与交代矽卡岩及其他岩类区分开来［15-16］，矿区含矿矽卡岩及大理岩样品均落在w(Al2O3)－w(CaO)附近，分布在陆源碎屑岩与海水碳酸盐岩之间，靠近碳酸盐一侧，见图3。在1/2w(SiO2)－w(FeO)－w(CaO)图［15-16］中，本区含矿矽卡岩及大理岩样品均落在w(Al2O3)－w(CaO)底线附近，说明矽卡岩和大理岩均属同一成因，但不同矽卡岩类特征也不尽一致，说明交代作用可能发生在碎屑岩和碳酸盐岩岩性岩相带，见图4。

图2w(SiO2)与w(Al2O3)之间关系

2.2 稀土元素特征

样品微量元素分析结果见表2，南山矿区矽卡岩和花岗岩稀土球粒陨石标准化配分见图5。

图3w(Al2O3)、w(FeO)、w(CaO)之间关系

图4 1/2w(SiO2)、w(FeO)、w(CaO)之间关系

图5 南山矿区矽卡岩和花岗岩稀土球粒陨石标准化配分

根据表2及球粒陨石标准化稀土元素图可知，12件含矿矽卡岩及大理岩样品的稀土元素含量变化范围较大，稀土总量从矽卡岩、黑云母二长花岗岩到大理岩逐渐降低。矽卡岩稀土总量最高为(123.97×10－6～196.36×10－6，平均为 167.64 ×10－6)，富集轻稀土，轻重稀土含量比值为8.34～10.37，δEu值为 0.62 ～0.76，具中等负异常，δCe为0.97～1.02，异常不明显。大理岩稀土总量为49.49×10－6～158.5×10－6，平均为100.93×10－6，轻稀土富集，轻重稀土含量比值为7.6～12.83，δEu值为0.63～0.74，具中等负异常，δCe值为1.01～1.03，异常不明显。岩体稀土总量为101.00×10－6～133.11×10－6，平均为116.60×10－6;富集轻稀土元素，轻重稀土含量比值为2.58～4.26，轻稀土有较弱的分异现象，δEu值为0.09～0.16，具明显负异常，δCe值为0.95～1.95，具正异常。

表2 南山钨锡多金属矿床岩体、矽卡岩微量和稀土元素分析结果

总体上，各类矽卡岩、大理岩和岩体稀土总量差异较大，稀土配分图呈右倾型。富集轻稀土，轻稀土元素组有分异现象，Eu具中等负异常，说明矽卡岩和大理岩属同一成因，与典型的热液交代型矽卡岩类似。Eu正异常是在较高温度条件下形成［2，17］，矿区含矿矽卡岩和大理岩中的Eu呈中等负异常，说明形成温度可能不高。岩体中Eu明显负异常，稀土配分型式呈海鸥状。说明岩体与矽卡岩、大理岩有一定成因，矽卡岩和大理岩受同一岩浆热液流体交代而形成，但又继承了围岩本身特征。矽卡岩和大理岩Ce异常不明显，说明形成矽卡岩的流体中没有海水参与，流体可能来自深部岩浆。

2.3 微量元素特征

各类矽卡岩与岩体有着相近的微量元素含量，两者均富集 Rb、Th、Sm 等元素，贫 K、Ba、P、Ti等元素，但在大理岩中Rb、Ba等亏损，见表2。矿区岩体认为是地壳中的泥质岩和少量砂质岩与幔源流体发生了 部 分熔融［18］，花岗 岩的 δZr/δHf(33.59 ～38.85)高于球粒陨石的比值，而 δNb/δTa(2.27～8.32)明显低于球粒陨石的对应值，表明它们在演化分异演化过程中也经历了部分熔融。

3 成岩成矿年代学

邻区石人嶂矿山EW—SE向含矿石英脉中的辉钼矿 Re－Os同位素年龄为 159.1±2.2 Ma［19］，相邻师姑山和梅子窝石英脉型钨锡矿形成时代分别为154.2 ±2.7 Ma［20］和 150 ±5 Ma［21］，均属燕山早期。这一时间与南岭大规模成岩成矿作用时间(165～150 Ma)［22］一致。付建明等人认为石人嶂、师姑山和梅子窝钨锡多金属矿为燕山早期同期构造岩浆活动的产物［22］。

南山矿区与矽卡岩关系密切的岩体锆石SHRIMP U －Pb 同位素年龄为158.1 ±1.8 Ma［18］，这一年龄与燕山期岩浆热液活动时间一致。因此，南山地区的矽卡岩成岩成矿时间也应为158.1±1.8 Ma。

4 结论

(1)南山矿区矽卡岩是含有 Ti、Fe、Mn、Mg 和Ca等元素的流体在矽卡岩和岩体中发生交换迁移，形成了石榴子石、透辉石、阳起石等矽卡岩矿物。

(2)南山钨锡多金属矿床主要是岩浆热液交代形成，矿区内的各类含矿矽卡岩和大理岩具有相似的稀土配分形式，成因相同，但保留了原始原岩建造特征。

(3)形成矽卡岩的流体主要来自深部岩浆，是典型的岩浆热液交代型矽卡岩，形成温度为中高温环境。

(4)南山地区的矽卡岩成岩成矿时间为158.1±1.8 Ma，属燕山早期，该时间与南岭大规模成岩成矿时间一致。

［1］ 齐钒宇，张 志，祝新友，等.湖南黄沙坪钨钼多金属矿床矽卡岩地球化学特征及其地质意义［J］.中国地质，2012(2):338-348.

［2］ 陈 雷，秦克章，李光明，等.西藏山南努日铜钼矿床矽卡岩地球化学特征及成因［J］.地质与勘探，2011，47(1):78-88.

［3］ 吴言昌，常印佛.关于岩浆矽卡岩问题［J］.地学前缘，1998，5(4):291-301.

［4］ 涂光炽.中国层控矿床地球化学［M］.北京:科学出版社，1984:1-69.

［5］ Berg R.Tungsten skarn mineralization in a regional metamorphic terrain in nothem Norway:a possible metamorphic ore deposit［J］.Mineral Deposits，1991(26):281-289.

［6］ Meinert L D.Skarns and skarn deposits［J］.Geoscience Canada，1992，19(4):15-34.

［7］ 李福东，张汉文，宋治杰.鄂拉山地区热液成矿模式［M］.西安:西安交通大学出版社，1993:276-300.

［8］ 张遵遵，李泽琴，陈晓雁，等.矽卡岩的多成因性及矽卡岩型矿床找矿评价［J］.地质找矿论丛，2011，26(2):157-161.

［9］ 肖惠良，陈乐柱，鲍晓明，等.广东始兴良源铌钽铷钨多金属矿床的发现及其意义［J］.资源调查与环境，2012，33(4):229-237.

［10］ 肖惠良，陈乐柱，鲍晓明，等.广东始兴南山矿区钨锡多金属矿床特征及资源潜力［J］.资源调查与环境，2010，29(4):645-646.

［11］ 肖惠良，陈乐柱，鲍晓明，等.广东始兴南山矿区钨锡多金属矿资源潜力及找矿方向［J］.矿床地质，2010，29(S1):645-646.

［12］ 肖惠良，陈乐柱，吴涵宇，等.广东始兴南山钨钼多金属矿床的发现及其意义［J］.高校地质学报，2008，14(4):558-564.

［13］ 肖惠良，陈乐柱，吴涵宇，等.南岭东段钨锡多金属矿床地质特征、成矿模式及找矿方向［J］.资源调查与环境，2011，32(2):107-119.

［14］ 范飞鹏，蔡逸涛，陈乐柱，等.南岭东段南山地区矽卡岩型钨锡矿成矿地质特征探讨［J］.地质论评，2013(S1):1144-1145.

［15］ 路远发，陈开旭，战明国.羊拉地区含矿矽卡岩成因的地球化学证据［J］.地球科学，1999，24(3):298-303.

［16］ 刘玉平，李朝阳，刘家军.都龙矿床含矿层状矽卡岩成因的地质地球化学证据［J］.矿物学报，2000，20(4):378-384.

［17］ 丁振举，刘丛强，姚书振，等.东沟坝多金属矿床矿质来源的稀土元素地球化学限制［J］.吉林大学学报:地球科学版，2003，33(4):437-442.

［18］ 姚正红，肖惠良，范飞鹏，等.广东南山花岗岩形成时代、地球化学特征与成因［J］.资源调查与环境，2011(1):66-78.

［19］ 付建明，李华芹，屈文俊，等.粤北始兴地区石英脉型钨矿成矿时代的确定及其地质意义［J］.大地构造与成矿学，2008(1):57-62.

［20］ 杨晓君，付建明，马丽艳，等.粤北梅子窝钨锡矿床地质特征及其成矿年龄研究［J］.大地构造与成矿学，2008，32(3):346-351.

［21］ 付建明，李祥能，程顺波，等.粤北连平地区钨锡多金属矿床成矿时代研究［J］.中国地质，2009，35(6):1331-1339.

［22］ 毛景文，谢桂青，郭春丽，等.南岭地区大规模钨锡多金属成矿作用:成矿时限及地球动力学背景［J］.岩石学报，2007，23(10):2329-2338.