广西西大明山罗维矿区层状矽卡岩的发现及成矿意义

张珩清,付 伟,冯佐海,龙明周,李源宾,李 伟,岳小军,郑剑锋,李赛赛,李 程,文仕明

(1.桂林理工大学 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541004;2.广西地质矿产勘查局第四地质队,南宁 530031)

广西西大明山罗维矿区层状矽卡岩的发现及成矿意义

张珩清1,付 伟1,冯佐海1,龙明周2,李源宾2,李 伟2,岳小军2,郑剑锋1,李赛赛1,李 程1,文仕明1

(1.桂林理工大学 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西 桂林 541004;2.广西地质矿产勘查局第四地质队,南宁 530031)

罗维矿床位于广西西大明山复式背斜东端,是一个新近探明的中-大型钨铋多金属矿床。通过钻探,在矿区深部发现了一套产状非常稳定的矽卡岩层,此套矽卡岩并非发育在岩体与地层的接触带,而是分布在远离隐伏岩体400～550 m的寒武系小内冲组地层内。该矽卡岩层在垂向上至少发育7段,与地层交互发育,单层厚度从数十厘米到数米不等,形成稳定的层状或似层状形态。矽卡岩的内部分带非常明显,从中心到边部依次出现绿帘石石榴子石矽卡岩、石榴子石辉石矽卡岩、辉石矽卡岩和斑点状角岩。矽卡岩矿物主要为石榴子石、辉石、角闪石、绿帘石和绿泥石等矿物组合,且在矽卡岩中赋存着白钨矿、辉铋矿、磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和辉钼矿等大量的金属矿物。电子探针分析表明,矽卡岩中的石榴子石以钙铝榴石(Gro=71%～89%)为主,而辉石则为透辉石(Di=47%～75%)类型。研究认为, 罗维矿区的矽卡岩属于钙质矽卡岩,矽卡岩矿物中的Fe2+/Fe3+值(Fe2+/Fe3+=0.03～1.05、Kp=1.72～4.82)指示了成岩期属于一种较强酸性的还原环境。此外,罗维矿区矽卡岩的矿物化学组分特征与全球典型的还原型含钨矽卡岩具有良好的类比性,指示了矿区具有良好的钨矿勘查潜力。

层状矽卡岩;白钨矿;罗维矿区；西大明山;广西

0 引 言

矽卡岩型矿床主要指产在中酸性(少数情况下,可以为酸性或基性-超基性)侵入岩、火山岩与碳酸盐类岩石或其他岩石接触带或其附近岩石中的矿床[1]。矽卡岩型钨矿床是世界上主要矽卡岩矿床类型之一[2],也是目前世界上重要的钨矿类型[3]。南岭地区是世界重要钨矿区之一,探明的钨矿资源储量占世界总储量的90%[4],其复杂多样的成矿地质条件造就了多样的钨矿类型[5],如湖南花铺子石英脉型钨矿、湖南新田岭矽卡岩型钨矿、广东莲花山岩体型钨矿、湖南沃溪层控热液-矽卡岩型钨矿和湖南大宝山风化壳-砂矿型钨矿等[6]。尽管目前中国仍以开采石英脉型黑钨矿为主,但是矽卡岩型白钨矿未来工业利用价值将会超过和取代石英脉型黑钨矿[7]。截至2011年底,矽卡岩型白钨矿的查明资源储量已经超过石英脉型黑钨矿[8],因此对矽卡岩型白钨矿矿床的研究具有重要意义。层控矽卡岩矿床是矽卡岩型矿床中的一种重要类型,由于分布广泛、规模较大、产状稳定,一直是矽卡岩型矿床勘查和研究的重点对象[9-12]。

罗维矿床位于广西西大明山地区扶绥县中东镇, 大地构造位置属于华南扬子板块与华夏板块结合带部位,是广西第四地质队新近探明的一个中-大型矽卡岩型-石英脉型钨铋矿床,也是迄今西大明山地区唯一具有层状矽卡岩矿体的矿床。与常规认识的矽卡岩不同,此套矽卡岩并非发育在岩体与地层的接触带,而是分布在远离隐伏岩体400～550 m的寒武系小内冲组地层内。矿集区以往勘查发现的矿床多以热液脉型矿床为主,如凤凰山矿床、渌井矿床、长屯矿床和弄屯矿床等。而层状矽卡岩型矿床的发现不仅丰富了矿集区的矿床类型,同时为找矿突破提供了新的线索。目前,对于罗维矿床赋矿矽卡岩的成因机制和演化过程尚不清楚,与深部岩浆的联系也尚未探究。因此,本文以矽卡岩矿物和矿物组合为研究对象,总结矽卡岩矿物特征,推断矽卡岩形成环境,初步分析其成矿意义,以期为矿床的进一步研究提供依据。

1 地质背景

矿区位于西大明山复式背斜东端。复式背斜轴向总体为NEE向,核部地层为寒武系小内冲组,往两翼地层依次变新,边缘与泥盆系地层呈角度不整合接触,局部为断层接触。

矿区内出露地层较简单,主要有寒武系小内冲组(∈x)、 黄洞口组(∈h)和泥盆系莲花山组(D1l)(图1), 其中, 寒武系小内冲组(∈x)为主要赋矿层位,岩性为长石石英杂砂岩、长石石英砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩和砂岩与泥岩互层。矿区内断裂构造发育,主要为近EW向、NE向及NW向3组,其中,罗维断层为主要的控矿构造,呈NW向展布,切割寒武系及泥盆系地层。矿区内岩浆岩出露较少,仅有少量酸性岩脉和基性岩脉沿裂隙或断层侵入,零星分布于复式背斜核部及翼部。2013年底,广西第四地质队通过一系列钻探工作,成功揭露了罗维矿区的隐伏岩体,岩性为斑状黑云母花岗闪长岩。

矿体受围岩层位和断裂控制,走向近EW,倾角较小,呈层状、脉状产出。矿区目前共圈定出23个矿体(图2),其中3处出露地表,其余为隐伏矿体,可分为矽卡岩型和石英脉型。

矿石矿物主要有白钨矿和辉铋矿, 其次为共生的黄铁矿和磁黄铁矿,另有少量磁铁矿、方铅矿、黄铜矿、 闪锌矿和辉钼矿。主要的脉石矿物有石榴子石、透辉石、绿帘石、角闪石、绿泥石、萤石和云母等。矿石结构主要有自形粒状结构、他形粒状结构、放射状结构、交代充填结构、交代残余结构和环带结构等;矿石构造主要有浸染状构造、块状构造和脉状构造等。

图1 罗维矿区地质图(据广西地质矿产勘查局第四地质队,2011修改)

矿区围岩蚀变强烈,主要有矽卡岩化、硅化、绿泥石化、粘土化和碳酸盐化,局部发育有绢云母化,其中矽卡岩化与钨铋矿化关系最密切。

2 矽卡岩产状及其矿物学特征

野外观察及钻孔编录显示(图2、图3),矿区标高-200～0 m处至少发育有7段矽卡岩,与地层交互发育,单层厚度从数十厘米到数米不等,形成稳定的层状、似层状,与地层产状近一致,走向近EW,倾角近于水平。与常规认识的矽卡岩不同,此套矽卡岩并非发育在岩体与地层的接触带,而是分布在远离隐伏岩体400～550 m的寒武系小内冲组地层内。

图2 罗维矿区400勘探线剖面图(据广西地质矿产勘查局第四地质队,2011修改)

岩相学观察表明,矽卡岩的矿物主要为石榴子石、 透辉石、 绿帘石和角闪石, 含有少量绿泥石。 根据不同矿物所占的比例, 可划分为石榴子石辉石矽卡岩(图4a)、 辉石矽卡岩(图4b)、 辉石石榴子石矽卡岩、 绿帘石石榴子石矽卡岩(图4c)等, 其中, 辉石矽卡岩为主体。矽卡岩的内部分带非常明显, 从中心到边部依次出现绿帘石石榴子石矽卡岩、 石榴子石辉石矽卡岩、 辉石矽卡岩和斑点状角岩(图3)。 石榴子石辉石矽卡岩呈褐色(图4a),在矽卡岩中占20%～30%,是矿床主要岩石类型之一。石榴子石呈红褐色-褐色(图4f), 自形-半自形粒状结构,也呈他形粒状集合体, 压碎现象普遍,粒径多为0.2～1 mm, 可见环带结构, 常与透辉石共生,边部可见绿帘石化、 绿泥石化和角闪岩化,局部被后期氧化矿物代替。 电子探针分析(表1)表明, 石榴子石以钙铝榴石为主(Gro=71%～89%,平均值为83%),其次为钙铁榴石(And=8%～17%,平均值为10%), 含有少量锰铝榴石、铁铝榴石和镁铝榴石(Spe+Alm+Pyr=2%～11%,平均值为5%),与世界典型的矽卡岩型钨矿床的石榴子石特征[2]相似。

图3 ZK40001钻孔岩性组合柱状图

图4 矽卡岩手标本及显微岩相特征

表1 罗维矿区主要矽卡岩矿物电子探针数据

Table 1 Electronic probe data of main minerals in skarn from Luowei mining area

wB/%

注: 测试单位为广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,2015年;n为测试样品数。

辉石矽卡岩呈灰色(图4b),局部沿裂隙充填,在矿床矽卡岩中约占70%～80%,是矿床中另一种重要的岩石类型。辉石常呈集合体出现,有时呈半自形-他形粒状或短柱状,压碎现象普遍,与早期石榴子石共生,并普遍被后期矿物蚀变。辉石电子探针分析(表1)表明,辉石以透辉石(Di=47%～75%,平均值为57%)和钙铁辉石(Hed=14%～43%,平均值为34%)为主,含有少量的锰钙辉石(Jo=6%～16%,平均值为9%),与世界典型的矽卡岩型钨矿床和贫钼W-F型矽卡岩矿床的辉石特征[2, 13]相似,Mn/Fe和Mg/Fe值也与中国含钨矽卡岩的[14]相当。

矽卡岩阶段后期由于温度、压力和流体成分的改变,使早期矽卡岩发生退变质作用,形成退化蚀变矽卡岩,主要为绿帘石石榴子石矽卡岩,偶见绿泥石石榴子石矽卡岩。绿帘石是矿床中重要的含水矿物之一,产出晚于石榴子石和辉石,常为粒状、条状或放射状集合体,沿石榴子石和辉石边部发育(图4f),局部形成绿帘石石榴子石矽卡岩(图4c)。绿帘石电子探针分析(表1)表明,绿帘石主要化学成分含量(wB):SiO2为43.34%～45.99%,CaO为17.71%～20.36%,Al2O3为34.39%～35.85%,Fe2O3+FeO为0.00%～0.35%,MnO为0.00%～0.07%。矿床中绿帘石普遍富钙,铁含量相对较少,组成上主要以斜黝帘石为主。角闪石常呈他形粒状、短柱状或放射状集合体分布于早期石榴子石、辉石裂隙中(图4d),并与绿帘石交代早期石榴子石和透辉石,部分转变为绿泥石(图4e)。电子探针分析(表1)表明,角闪石的化学成分含量(wB): Al2O3为1.47%～3.47%,FeO+Fe2O3为9.71%～11.45%,MgO为15.94%～17.93 %,CaO为10.99%～13.85%,Na2O为0.04%～0.12%。据Leake等[15]角闪石分类,矿区角闪石多为阳起石,少量为透闪石,与赵一鸣等[16]对中国的花岗岩、碱性岩类和碱性花岗岩类有关的矽卡岩中角闪石的测定结果相一致。绿泥石呈墨绿色,常沿早期形成的石榴子石和辉石等裂隙、解理交代,是矿区主要的退化蚀变矿物。据Leake等[15]绿泥石分类,矿区蚀变绿泥石主要为叶绿泥石。

3 矽卡岩成因类型

Einaudi等[17-18]根据矽卡岩矿物共生组合和碳酸盐岩围岩的不同,将矽卡岩分为交代矽卡岩和变质矽卡岩,前者又包含钙质矽卡岩和镁质矽卡岩两类,其中碳酸盐岩围岩的MgO化学成分是判断矽卡岩类型的重要依据:若围岩为较纯的灰岩或泥灰岩(w(MgO)<2%),则有利于形成钙矽卡岩矿物,如钙铁-钙铝榴石、透辉石-次透辉石、硅灰石、符山石和方柱石等;若围岩为白云岩或者白云质灰岩(w(MgO)为10%～15%),则易于形成镁矽卡岩矿物,如镁橄榄石、金云母、尖晶石、硅镁石族矿物等;当w(MgO)为2%～10%时,通常只能形成透辉石、金云母等矿物,与其伴生的矿化较复杂[7, 17]。赵一鸣等[16]通过对比钙质和镁质矽卡岩角闪石得出：钙质和镁质矽卡岩的角闪石均属钙角闪石系列,前者以阳起石、铁阳起石为主,后者主要为透闪石,可能含有少量的韭闪石或浅闪石。

罗维矿区发育的矽卡岩矿物主要有钙铝榴石、钙铁榴石、透辉石、钙铁辉石、阳起石和透闪石,未见有典型的镁矽卡岩矿物(金云母和镁橄榄石)。结合矿区矽卡岩矿物组成及其特征认为,罗维矿区发育的矽卡岩属于钙质矽卡岩。

4 矽卡岩矿物对成岩环境的指示

矽卡岩矿物的研究在矽卡岩矿床中占有重要地位,矽卡岩矿物是矽卡岩矿床识别和分类的重要依据[2, 17-19]。对矽卡岩矿物的研究不仅可以详细刻画其形成的物理化学条件,为矿床形成环境提供大量的指示信息,还可以作为揭示矽卡岩形成过程中物理化学条件(氧逸度、酸碱度等)变化的重要依据[2],并指示金属矿化类型[20-22]。

(1)进变质阶段。石榴子石和辉石组合能够指示进变质阶段矽卡岩系统的温度、氧逸度、酸碱度等物理化学条件[22-27]。Sánchez等[28]和Jamtveit等[23-24]指出进变质过程中的氧逸度会限制钙铝榴石形成,而流体温度降低、氧逸度升高能促进钙铁辉石转变形成钙铁榴石。Sato[29]及其他一些学者认为,在还原环境中形成的矽卡岩具有较高的Fe2+/Fe3+值,而氧化条件下形成的矽卡岩则具有较低的Fe2+/Fe3+值。Kwak[26]和Lu等[27]认为,钙铁榴石和富镁的透辉石常形成于氧化环境,而钙铝榴石和钙铁辉石常形成于还原环境。罗维矿区石榴子石的Fe2+/Fe3+值为0.03～1.05(平均0.45),比值较高,矽卡岩矿物以钙铝榴石和透辉石为主,钙铁榴石相对较少,显示了其具有还原型矽卡岩的特征。

赵一鸣、林文蔚等[7，30]通过研究中国典型矽卡岩矿床,提出可利用矽卡岩矿物中单斜辉石-石榴子石矿物组合的含铁率比值(Kp)来指示矽卡岩化溶液的酸碱度, 其公式为

图5 罗维矿区矽卡岩共生石榴子石和辉石含铁率比值(Kp)(仿赵一鸣等[7];南秧田数据引自文献[31];努日数据引自文献[32];其他数据引自文献[7])

(2)退变质阶段。与矽卡岩进变质阶段相比,退变质阶段的温度、氧逸度和流体成分减弱很多[33]。在进变质阶段基本结束以后,随着氧逸度升高,温度和XCO2的降低,热液蚀变作用开始了对早期矽卡岩矿物的改造,使早期形成的矿物被绿帘石、绿泥石、角闪石等含水退化蚀变矿物替代,如低Fe的绿帘石和绿泥石交代钙铝榴石、阳起石和透闪石交代透辉石,并使早期矽卡岩矿物分解,析出了部分W和Ca,使得W以[WO4]2-络合物的形式存在于流体中, 与流体中的Ca结合, 形成了大量的白钨矿。 石英硫化物阶段流体温度降至165～336 ℃(本次研究石英流体包裹体测温), 此温度范围最有利于矽卡岩矿床成矿物质沉淀富集(180 ～300 ℃)[34], 使大量硫化物沉淀, 如辉铋矿、 黄铁矿、 磁黄铁矿和黄铜矿等。 罗维矿床退变质矽卡岩中绿泥石主要为叶绿泥石[(Mg, Fe)5Al(AlSi3O10)(OH)8],角闪石主要为阳起石[Ca2(Mg, Fe)5Si8O22(OH)2],且发育有大量的磁黄铁矿(FeS),大量含Fe2+矿物的形成反映了矿床退变质阶段仍为还原环境。

前人研究认为,还原型含钨矽卡岩矿床的钙铁辉石含量较高(Hed=60%～90%), 钙铁榴石含量较低(And<50%),磁黄铁矿>黄铁矿[17],如西班牙Los Santos矿床[28]、加拿大Cantung矿床[35]、湖南大溶溪矿床[36]和广西牛塘界矿床[37]等;氧化型含钨矽卡岩矿床主要含有钙铁榴石(And=80%～100%)、透辉石(Di=20%～70%)和钙铁辉石(Hed=20%～70%),黄铁矿>磁黄铁矿[17],以及早期形成的白钨矿富Mo[38],如澳大利亚King Island矿床[39]、美国Pine Creek矿床[40]、纳米比亚Otjua矿床[41]、葡萄牙Riba de Alva矿床[42]和西藏努日矿床等。

罗维白钨矿矽卡岩矿床显示了与世界典型的含钨矽卡岩矿床的一些相似特征,如退化蚀变矿物叠加于早期无水矿物之上,具有层状或似层状发育的矽卡岩矿体(King Island矿床和Can Tung矿床)。罗维矿床的矽卡岩矿物,包含钙铁辉石(Hed=14%～43%),透辉石(Di=47%～75%),钙铁榴石(And=8%～17%),磁黄铁矿在硫化物中占主要成分,贫Mo白钨矿(Mo=0～0.09%,本次研究实测)与早期形成的矽卡岩相关。综合分析认为,罗维矿床与典型的还原型含钨矽卡岩矿床相似(图6),具有还原型含钨矽卡岩的特征。通常来说,还原型钨矿矽卡岩矿床比氧化型钨矿矽卡岩矿床具有更大的经济价值和规模[2, 42],指示了矿区具有良好的钨矿勘查潜力。此外,发现罗维矽卡岩早阶段矿物被退变质阶段矿物叠加,缺少了一些无水矿物,如硅灰石,具体原因有待后续研究。

5 结 论

(1)罗维矽卡岩的产状与常规认识的矽卡岩不同,它并非发育在岩体与地层的接触带,而是分布在远离隐伏岩体400～550 m的寒武系小内冲组地层内。岩心编录发现,矽卡岩层在垂向上至少发育7段,它与地层交互发育,单层厚度从数十厘米到数米不等,形成稳定的层状或似层状形态。厚层矽卡岩的内部分带非常明显,从中心到边部依次出现绿帘石石榴子石矽卡岩、石榴子石辉石矽卡岩、 辉石矽卡岩和斑点状角岩。 岩相学研究发现,矽卡岩矿物主要为石榴子石、辉石、 角闪石、绿帘石和绿泥石等矿物组合,且在矽卡岩中赋存着白钨矿、辉铋矿、磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和辉钼矿等大量的金属矿物。

图6 罗维矿区及国内外矽卡岩型钨矿床石榴子石(a)和辉石(b)的成分组成(King Island数据引自文献[39]; Los Santos数据引自文献[28]; 努日数据引自文献[32]; 大溶溪数据引自文献[36]; 牛塘界数据引自文献[37]

(2)电子探针分析进一步表明,矽卡岩中的石榴子石以钙铝榴石(Gro=71%～89%)为主, 而辉石则为透辉石(Di=47%～75%)类型。 研究认为, 罗维矿区的矽卡岩属于钙质矽卡岩, 矽卡岩矿物中的Fe2+/Fe3+值(Fe2+/Fe3+=0.03～1.05,Kp=1.72～4.82)指示了成岩期属于一种较强酸性的还原环境。此外,罗维矿区矽卡岩的矿物化学组分特征与全球典型的还原型含钨矽卡岩具有良好的类比性,指示了矿区具有良好的钨矿勘查潜力。

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Discovery of strata-bound skarns and mineralization significance in Luowei mining area, Xidamingshan, Guangxi

ZHANG Heng-qing1, FU Wei1, FENG Zuo-hai1, LONG Ming-zhou2, LI Yuan-bin2,LI Wei2,YUE Xiao-jun2,ZHENG Jian-feng1, LI Sai-sai1, LI Cheng1, WEN Shi-Ming1

(1.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology,Guilin 541004,China; 2.No.4 Gelolgical Party,Guangxi Bureau of Geology and Mineral Exploration,Nanning 530031,China)

Luowei mining area,a newly discovered middle-large tungsten-bismuth polymetallic deposit, is located in the east of Xidamingshan antclinorium of Guangxi.During the drilling work,a set of stable skarn was found laying in deep position of the mining area. This set of skarn was not developed in the contact-belt between the intrusion and strata,but distributed at 400-550 m away from the concealed intrusion.Skarn layers have at least 7 segments in vertical, and all interbed with the strata with each single layer ranging from tens centimeters to several meters,showing a stable strata-bound and stratoid form.The inner part of the skarn can be divided into epidote-garnet skarn, garnet-pyroxene skarn, pyroxene skarn and mottling hornstone laying ordinarily from the center to the edge.Petrographic study found that the skarns mainly contain garnet, pyroxene, hornblende, epidote and chlorite and other mineral compositions. Plenty of scheelite, bismutinite, pyrrhotite, pyrite, galena, sphalerite and molybdenite occurred in the skarns. Electron probing analyses show that part of garnet in the skarn is mainly the grossular (Gro=71%-89%), and pyroxene as the diopside type (Di=47%-75%). Studies suggest that the skarn of Luowei mining area belongs to the calcic type.The Fe2+/Fe3+ratio(Fe2+/Fe3+=0.03-1.05,Kp=1.72-4.82)indicates that the diagenesis stages belong to a kind of strong acid reductive environment. In addition, the mineral chemical composition of Luowei skarn is similar to the global reduced type tungsten bearing skarn,which indicates a good potential for further tungsten exploration in this area.

strata-bound skarns; scheelite; Luowei mining area；Xidamingshan; Guangxi

1674-9057(2015)04-0712-09

10.3969/j.issn.1674-9057.2015.04.008

2015-04-19

国家自然科学基金项目(41462005)；广西自然科学基金重点项目(2015GXNSFDA139029)；广西自然科学基金项目(2014GXNSFAA118304)；广西找矿突破战略行动地质矿产勘查项目(桂国土资函[2014]459)

张珩清(1991—)，男，硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业，2584386450@qq.com。

付 伟，博士，副教授，fuwei@glut.edu.cn。

张珩清,付伟,冯佐海,等.广西西大明山罗维矿区层状矽卡岩的发现及成矿意义[J].桂林理工大学学报，2015,35(4):712-720.

P588.312

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