湖南沅陵沃溪金锑钨矿床地质特征与成矿地质条件探讨

彭桥梁 ，苏特 ，李天虎 ，童继初 ，罗刚

（1. 湖南省自然资源调查所，湖南 长沙 410007；2. 贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队，贵州 铜仁 554300；3. 中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710119）

雪峰弧形构造带位于江南造山带西段，西起湘西雪峰山，东至湘东北幕阜山，形成一条反“S”的条带横穿湖南，延伸近500 km。带内矿产资源丰富，主要有金、铜、铅、锌、锑、钨等，尤以金矿资源极为丰富，湖南90%以上的金矿均产于此，带内金矿床达数十处，典型矿床有铲子坪、沃溪、大万、黄金洞等金矿，这些矿床成带状分布，被称为湖南的“金腰带”。

沃溪金锑钨矿床位于湖南省怀化市沅陵县境内，是开采逾百年的超大型金锑钨共生矿床。自1875年被发现以来，作为目前世界上独一无二的金锑钨共生超大型矿床而备受关注。20世纪70年代以来，众多生产、科研单位在矿区开展了大量的生产、勘探和研究工作，并发表了大量论著，主要集中在矿床成因（陈爱清，2012；易升星，2012；陈爱清等，2014；柳永康等，2014）、元素地球化学特征（杨燮，1992；刘正庚等，2000；彭建堂等，2003，2005；顾雪祥等，2005；祝亚男等，2014）、矿床成矿规律（刘亚军，1992；陈明辉等，2008，2016；孙玉珍等，2013；徐军伟，2015）等方面，但详实论述该矿床地质特征和控矿因素的文章较少。笔者在实地调查基础上，并结合前人研究成果，对沃溪金锑钨矿床成矿区域地质背景、矿床与矿体特征、围岩蚀变与成矿期次等方面进行系统分析和研究，探讨矿床的控矿因素，阐述矿区找矿标志，以期为矿区边深部找矿提供依据和有力支撑。

1 区域地质背景

沃溪金锑钨矿床位于雪峰弧形隆起带由北东向转向近东西向弧形转折部位（图1）。该区出露地层主要有冷家溪群、板溪群、震旦系、寒武系和白垩系。冷家溪群和板溪群岩性都为一套巨厚浅变质海相碎屑岩，为区域出露的最老地层；震旦系、寒武系岩性主要为砂岩和页岩；白垩系为红色砾岩。

图1 沃溪矿区区域地质简图Fig. 1 Generalized regional geological map of the Woxi deposit

区域构造主要表现为“两盆一隆”，中部为雪峰山弧形隆起带，该带为一系列穹窿（如明月山穹窿、仙鹅抱蛋穹窿等）组成的复式背斜构造。隆起带南东侧为湘中晚古生代沉积盆地，北西侧为湘西沅麻中生代沉积盆地。沿隆起带发育有大量NNE-NEE向呈叠瓦状展布的次级褶皱和逆冲断裂，包括沃溪断裂、冷家溪断裂等。这些逆冲断裂规模大、切割深、延伸远，是雪峰弧形成矿带重要的控矿构造。

区域岩浆岩主要为大神山酸性岩体，侵位时代为印支晚期（224.3+1.0）Ma（张龙升等，2012），局部见晋宁期基性-超基性岩体（脉）侵入。

2 矿区地质特征

沃溪矿区东西长为6 km，南北宽为1～2 km，自西往东分为红岩溪、鱼儿山、粟家溪、十六棚公及上沃溪等5个矿段（图2）。

2.1 地层

矿区出露地层为元古界冷家溪群（Ptln）、元古界板溪群马底驿组（Ptbnm）、五强溪组（Ptbnw）、震旦系（Z）、白垩系（K）及第四系（Q）（图2）。其中板溪群马底驿组为赋矿层位，根据岩性组合可分为3个岩性段，第一岩性段为灰绿色变质砂岩夹砂质板岩；第二岩性段为紫红色条带状钙质绢云母板岩，局部偶夹灰绿色板岩和浅紫红色砂岩，岩石片理、劈理发育，为矿区金锑钨矿最主要赋矿层位；第三岩性段为灰绿色板岩、砂质板岩及中细粒砂岩。

2.2 构造

矿区位于仙鹅抱蛋穹窿状复式背斜北东翼。围绕该穹窿，马底驿组受多期次构造运动的挤压和置换作用，断裂、褶皱、节理和劈理非常发育，发生了弯曲变形，呈“M”形展布（图2）。断裂、褶皱及节理主要特征分述如下。

2.2.1 断裂

矿区断裂非常发育，根据断裂走向可划分为NEE、NE和NWW向3组。

NEE向断裂：以沃溪大断裂（F1）和官庄断裂为代表（F5）（图2）。F1走向上呈波状起伏展布于矿区北部，走向NEE，倾向NNW，倾角为30°～50°，走向延长＞20 km，倾向延伸＞2 km，为矿区规模最大的控矿断裂。断裂带宽数米至百米，带内主要由构造透镜体、断层角砾岩、碎裂化板岩、糜棱岩和断层泥（断裂底部，厚1.5 m左右）组成，带旁侧岩石具强劈理化、片理化，并发育大量张性石英脉，局地出现断滑脱褶皱，说明该方向断裂为先挤压、后拉张的多期次活动断裂。

NE向断裂：以F2塘浒坪逆断裂、F3新田湾逆断裂为代表（图2），断面呈“S”弯曲，走向NE，倾向SE，倾角为50°～70°。断裂带宽为1～2 m，带内主要由围岩角砾及少量石英脉组成，具逆时针扭动迹象，表明该方向断裂为压扭性断裂，后期由于弹性恢复局部具有张性特征。

NWW向断裂：该方向断裂为层间断裂，平行产出于沃溪断裂下盘（图2、图3），为矿区主要的容矿构造，断面呈舒缓波状，产状与地层小角度相交。矿区西部走向近EW，倾向N；从十六棚公矿段往东，走向逐步转为NWW，倾向为NNE，倾角为25°～40°。断裂走向长为650～5 000 m，倾向延深可达2 000 m以上。断裂带内由角砾状金锑矿石、条带状含金锑钨石英脉、角砾岩和断层泥组成，断裂带内及两侧围岩具强烈硅化、黄铁矿化和绢云母化。断裂两侧常发育张性羽状分支裂隙，其与主断裂相交的锐角指向显示上盘向上运动，以上特征表明该方向断裂为压剪性断裂。

2.2.2 褶皱

矿区褶皱按其轴向方向可分为NEE、NE和近SN向3组。

NEE向褶皱：以仙鹅抱蛋穹窿箱状倾伏复式背斜为代表（图2），穹窿顶部平缓翼部陡峭，育裙边褶皱。轴面倾向NNW，轴线NEE，向NE倾伏，倾伏角为20°，两翼岩层走向近SN，北冀倾向为340°～360°，倾角为32°～65°，南翼倾向为170°～180°，倾角为60°～70°。核部为冷家溪群，两翼依次为板溪群马底驿组、五强溪组。

NE向褶皱：为一系列以十六棚公为中心的倾伏裙边式横跨褶曲，以十六棚公、上沃溪等背斜及其间的向斜为代表形成矿区次一级控矿构造（图3）。褶皱倾伏方向和倾伏角基本上与岩层产状一致，呈线状展布，轴向为23°～48°，枢纽向NE倾伏，由板溪群和震旦系组成，翼展为100～500 m，沿倾伏方向延伸1 000～5 000 m，且自浅部向深部倾伏角逐渐变缓。

近SN向褶皱：以仙鹅抱蛋穹窿南北两侧鼻状褶皱及红岩溪、鱼儿山等背斜及其间的向斜为代表（图2、图3），轴向为340°～5°，枢纽向N倾伏，由冷家溪群和板溪群组成，西翼倾向NW，倾角为25°～42°，东翼倾向NE，倾角为23°～60°。

2.2.3 节理

矿区节理裂隙十分发育，主要分布于褶皱轴部、两条层间断裂靠近部位及断裂分支复合部位。按产状可分为以下几组：平行层间断裂的节理，产状为5°～67°∠25°～33°；与层间断裂呈锐角斜交的剪节理，产状120°∠40°；与层间断裂成大角度相交的张节理及剪节理，其主要有3组，产状分别为345°～360°∠41°～71°，243°～282°∠56°～88°和89°～128°∠26°～28°；节理走向长为10～50 m，延深为10～30 m，脉厚为0.1～2 m；节理内部常充填网状含金锑或含钨金石英脉。

2.3 岩浆岩

矿区范围内无岩浆岩出露，矿区南缘仙鹅抱蛋山800 m标高处见岩浆岩，产于冷家溪群浅灰色板岩夹浅变质石英砂岩中，与围岩接触部位被第四系覆盖，受EW向构造影响，岩体沿东西向断续零星产出，出露长为150～500 m，宽为20～30 m（易升星，2012）。一组近SN向节理发育，并为后期石英脉带充填，脉宽为2～3 cm。出露岩石新鲜面呈灰白色，风化后呈黄褐色，具斑状结构，斑晶主要为条状钠长石，其次为石英，成岩后有较强的热液蚀变，主要为碳酸盐化、绿泥石化，其次为星点状黄铁矿化，未发现金锑钨矿化。

3 矿体特征

3.1 矿体规模与形态

按矿体产出形态可分为层间脉（层脉）、网状细脉（网脉）和节理脉3种类型，以层脉为主，后两者依附于层间脉产出。目前共发现层脉10余条，自西往东，自下而上为鱼儿山V6、V6、V5、V2、V1、V3、V3-1、V4、V7和V8，其中盲脉4条（V3-1、V4、V7、V8）。走向长为35～350 m，倾向延伸180～2 500 m，倾向延深是走向延长的4～13倍，赋存于褶曲轴部的层脉常重叠出现，背斜上部矿体往往比下部矿体走向延伸长；产状与围岩产状基本一致，相互平行呈雁列式展布，倾向N或NE，倾角为25°～35°，矿体厚度大，走向长度小，倾向延深大，倾角稳定。坑探揭露在—800 m以下仍然有很好的矿化及工业矿体存在，显示矿体往深部继续延伸，矿区深部具有良好的找矿远景。

网脉多赋存在层脉下盘，大部分表现为平行层脉方向或沿不同方向的节理填充的含矿石英脉，与围岩一起构成含金锑钨矿体或脉带，含脉率约为10%，倾向SW，倾角平均为50°。走向长一般为20～80 m，倾向延伸40～140 m，矿体厚为3～8 m，单条网脉延伸长1～4 m，厚一般＜10 cm。

节理脉多赋存在层脉下盘或两条层脉之间的切层节理裂隙中，长一般为10～50 m，厚为0.1～2 m，延伸10～30 m，一般规模小，但矿石品位高。

3.2 矿石特征

矿石中金属矿物主要为自然金、辉锑矿、白钨矿、黑钨矿，次为毒砂、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿、辰砂等；非金属矿物为石英，次为方解石、铁白云石、绿泥石、绢云母，少量叶腊石、伊利石、高岭石等。次生矿物有褐铁矿、水绿矾、钨华、锑华等，无经济价值，但指示找矿意义重大。

矿石结构有中细粒自形-半自形结构（图4a）、他形粒状结构（图4b）、充填结构、溶蚀交代结构和压碎结构等；矿石构造有条带状构造（图4c）、块状构造（图4d）（孙泓波等，2012）、细脉状构造、角砾状构造、网脉状构造和浸染状构造等。

图4 矿石典型组构照片Fig. 4 Photographs of typical ore texture and structure

3.3 围岩蚀变与成矿期次

矿区发育强烈的围岩蚀变，蚀变主要类型有绢云母化（褪色化）、黄铁矿化和硅化，其次为伊利石化、碳酸盐化和绿泥石化等。其中，绢云母化、黄铁矿化和硅化为主要近矿围岩蚀变，与成矿关系密切。

根据矿石中矿物的共生组合、矿石结构构造、围岩蚀变及矿物的相互穿插及限制关系以及矿物的次生变化特点，矿床成矿作用可分为热液成矿期和表生氧化期2个成矿期。①热液成矿期：矿源层中Au、Sb、W等元素在热液作用下发生活化和迁移，并在有利成矿地段富集形成矿体。②表生氧化期：主要是矿体形成后在近地表环境中经氧化淋滤而发生次生蚀变作用，白钨矿及黑钨矿形成表生矿物钨华，辉锑矿形成锑华、锑赭石等，黄铁矿则形成水绿矾、褐铁矿等。由于成矿构造的多期性和继承性特点，可将热液成矿期划分为石英-白钨矿-黄铁矿阶段（Ⅰ）、自然金-黄铁矿-石英阶段（Ⅱ）、辉锑矿-方锑金矿-石英阶段（Ⅲ）和碳酸盐-石英阶段（Ⅳ）4个成矿阶段（表1）。

表1 沃溪矿床热液成矿期矿物生成顺序表Tab. 1 Sequence of mineral formation during hydrothermal mineralization of the Woxi deposit

石英-白钨矿-黄铁矿阶段（Ⅰ），为白钨矿的主要成矿阶段，少量黑钨矿也伴随出现，呈半自形-他形，不规则粒状、团块状及细脉状产出，充填交代于石英或钙质板岩裂隙中。早期白钨矿、石英常被后期形成的石英、黄铁矿和辉锑矿穿插、交代和胶结成角砾状。该阶段形成的矿体厚度变化较大，沿走向及倾向延伸较远，均呈舒缓波状。

自然金-黄铁矿-石英阶段（Ⅱ），为金矿的主要成矿阶段，该阶段主要特征为含石英黄铁矿热液大量出现，并沿断裂及围岩节理裂隙侵入，形成块状、脉状和浸染状矿石。黄铁矿呈半自形-自形，晶型总体较好，根据观察黄铁矿颗粒越细，金矿化越好。

辉锑矿-方锑金矿-石英阶段（Ⅲ），为辉锑矿、方锑金矿的主要成矿阶段。辉锑矿呈他形-半自形，不规则粒状、团块状和细脉状产出。辉锑矿细脉常切割黄铁矿细脉，或两者各呈条带状构造，界线明显。

碳酸盐-石英阶段（Ⅳ），主要由方解石、石英组成，沿成矿期断层充填呈细脉状不连续分布，裂隙面粗糙不平，变化大，受限于前期形成的矿脉，常与层脉形成“T”字形构造，切穿破坏了层脉矿体。

4 成矿地质条件探讨

根据区域成矿地质背景、矿区及矿床地质特征可知（马承等，2021），沃溪金锑钨矿床主要受地层、岩性、构造的控制，同时和围岩蚀变关系非常密切，三者与成矿之间关系探讨如下：

4.1 地层岩性与成矿的关系

矿区已发现的工业矿体均产于板溪群马底驿组中，该组中岩性差异面和岩层的不整合面易产生层间断裂带，为矿液的运移和富集提供了有利空间和场所。根据矿区及其外围土壤地球化学测量结果，马底驿组紫红色板岩中具有较高Au、Sb、W背景值，既是主要矿源层，又是矿床后期变质改造的控矿层位。据野外观察，不同的岩性也对矿体的定位及形态也有着一定的控制作用。若在同一矿段中，产于绢云母板岩中的矿脉较平直，且形态较为规则，延伸较长；而产于砂岩或石英砂岩中的矿脉则较为复杂，形态多样，延伸较短，矿化极不均匀。白钨矿与黑钨矿的空间分带亦与该地层中氧化钙含量高低密切相关，如十六棚公矿段至鱼儿山矿段，板岩中氧化钙含量由2.86%降低到1.09%，矿石中白钨矿化相应转变为黑钨矿化。

4.2 构造与成矿的关系

矿区最早受南北向压应力作用形成轴向近EW的古佛山复背斜，由于北面压应力较南面大，在马底驿组板岩和五强溪组石英砂岩2种岩性差异的界面间形成了沃溪大断层（属导矿构造），同时马底驿组板岩的板理发育及属塑性岩石，导致岩层沿倾向呈舒缓波状起伏，并出现层间滑动（即层间断裂）。后期受SE-NW向挤压力作用，与SN向压应力叠加，使北东翼马底驿组塑性岩层形成一系列横跨褶曲，由于早期发育有层间断裂。因此，在褶曲轴部形成剥离空间，成为良好的容矿构造。后期由于压应力继续作用在层间断裂旁形成剪切裂隙及张裂隙，为网脉矿体的形成创造了良好的空间，在后期的弹性恢复期，这些张性裂隙形成了张性正断层，破坏了矿体的连续性。

根据野外观察并结合前人资料（方福康等，2013），成矿前、成矿期及成矿后构造与成矿之间关系见表2。与成矿关系密切的构造主要为沃溪断裂、派生的次级构造及横跨褶曲。矿脉的空间分布、形态、产状和规模明显受断裂构造和褶曲影响和控制，褶曲、断裂和节理起着多级控矿作用。

表2 矿区构造及其控矿作用表Tab. 2 Structure of mining area and its ore-control function

4.2.1 断裂对成矿的控制

沃溪断裂和冷家溪断裂为矿区一级控矿构造，起着重要的导矿作用，为深部矿液活动提供了运移通道，同时断层上盘底部断层泥的存在限制了矿液向上盘迁移，具体表现为：①沃溪断裂具多期活动特点，断裂张开时有利于热液活动。②前人所测构造地球化学数据表明，带内Au、Sb、W、As、Hg等成矿元素含量明显高出断层上下盘。③断裂在鱼儿山矿段与矿体相交地段矿化减弱，厚度变薄（图5a），且该断裂上盘均未控制到有价值的矿脉和含矿蚀变体。

图5 断裂对成矿的控制情况图Fig. 5 Control of faults on mineralization

其派生的次级构造（即层间断裂、节理裂隙），控制着主矿体下盘支脉及细脉带矿体形态和规模，具体表现为：①层脉、支脉、细脉带及矿化蚀变带基本沿层间断裂及两侧分布。②层间断裂破碎带、蚀变带、矿体三者在厚度上具正相关关系，即层间断裂破碎带厚度越大，绢云母化蚀变带强度越大，矿体厚度越大，矿脉下盘层间裂隙、节理裂隙发育且密度大，其细脉带矿体厚度也大；反之破碎带窄，蚀变宽度小则矿体厚度薄或矿体尖灭（图6）。③层间断层亦控制矿石构造，断裂具多层次性，呈条带状构造，矿石亦具层纹状构造（图5b）。

图6 沃溪矿区十六棚公矿段联合中段图Fig. 6 Combined geological level plan of Shiliupenggong ore section in the Woxi deposit

成矿后北东向张扭性断裂对矿体具有一定的破坏，表现为矿体被截断、错位、破碎等现象（赵世启等，2020）（图7）。

4.2.2 褶皱对成矿的控制

矿床位于冷家溪复式背斜的北翼，为舒缓波状的单斜构造，沿其走向有形成一系列裙边横跨褶曲，横跨褶曲波弧大小、开闭程度和倾伏延伸等控制着矿体规模的大小和展布方向，为矿液富集和沉淀的有利场所。具体表现为：①矿区由西向东，褶皱轴向由SN向逐步转为NE向，矿柱走向随褶皱轴向偏转而偏转，鱼儿山-粟家溪矿段矿柱主要为SN向，而沃溪矿段矿柱则主要为NE向。②矿柱分布范围与次级褶皱核部扩容带吻合较好（图8）。③层脉状厚大矿体赋存在矿脉沿走向成舒缓波状弯曲形成的倾伏开张式背向斜轴部（图9a），矿体走向长受到弯曲弧的长短制约，矿体沿倾斜顺背向斜轴倾伏方向稳定延伸可达2 000 m以上，而在两翼方向上逐渐变薄。④矿体的空间展布总体上具有规律的定向性，矿体埋深由西向东逐渐变深，各层状矿体间呈叠瓦状雁列式分布，相互间具有大致等距的特点，平距200～350 m（图3、图10）。

图8 沃溪矿区V1脉矿体底板等高线图Fig. 8 Contour map of the bottom of V1 vein orebody in the Woxi deposit

图9 构造对矿体的控制情况图Fig. 9 Control of structure on ore body

图10 溪矿区4线剖面图Fig. 10 ection of Line 4 in the Woxi deposit

4.2.3 节理对成矿的控制

矿区节理发育，有剪节理、张节理及张剪复合节理，主要分布于褶皱两翼、矿脉两侧和弯曲处、两条主脉接近部位或主脉和支脉的交接处，以及主脉与节理脉相交的“入”字形构造的锐角内侧部位（图9b）。节理特别发育，由此形成节理脉矿体或网脉矿体，网脉矿体受主裂隙形态控制，其主要形状有带状、网状、扁豆状等。网脉以钨、金矿化为主，与石英细脉相伴产出。组成网脉矿体的石英细脉有2组，一组大致平行层间裂隙，另一组与层脉大角度相交，两组细脉相互交织成网状（图9c）。网脉的矿化强度与节理裂隙的开阔程度及石英细脉含脉率密切相关。

4.3 围岩蚀变与成矿的关系

据野外观察，含金石英脉均产于绢云母化蚀变中，石英脉两侧围岩无绢云母化蚀变则不含矿。绢云母化可以作为矿区甚至整个沃溪-冷家溪金锑钨矿带的找矿标志。硅化、黄铁矿化随绢云母化分布于矿体两侧，硅化、黄铁矿化分别与白钨矿、自然金关系密切，中细粒黄铁矿化越强，则金矿化强，硅化越强地段钨矿化越好。碳酸盐化和绿泥石化仅在局部可见。从矿区整体来看，蚀变分带现象并不明显，远离矿体蚀变明显减弱甚至消失。

以上控矿因素探讨表明，沃溪金锑钨矿是由“地层+构造+围岩蚀变”三者在有利成矿条件下耦合形成的产物（图11）（方福康等，2013）。其中，地层提供物源，构造起导矿、容矿和控矿作用，围岩蚀变则是矿化的必备基础条件。

图11 控矿因素耦合成矿示意图Fig. 11 Schematic diagram of coupling ore control factors

5 找矿标志

矿床地质特征与控矿因素的探讨对矿区边深部金锑钨矿找矿具有重要指导作用。沃溪矿区找矿标志主要有3个方面。①板溪群马底驿组紫红色板岩为容矿层，其上部岩石中铁质、钙质含量高，因绢云母化使岩石颜色褪色变浅，是矿脉的赋矿层位，也是以后找矿的最重要标志。②沃溪大断层派生的次一级构造控制着主矿体下盘支脉及细脉带矿体形态和规模，尤其在两条层间断裂相接近或相交的锐角部位或横跨褶曲轴部是有利的成矿构造地段。③绢云母化、中细粒黄铁矿化和硅化为矿区直接而明显的找矿标志。

6 结论

（1）沃溪矿床赋存于板溪群马底驿组地层紫红色板岩中，其成矿过程可分为热液成矿期和表生氧化期两个成矿期，矿床热液成矿期可划分为石英-白钨矿-黄铁矿、自然金-黄铁矿-石英、辉锑矿-方锑金矿-石英和碳酸盐-石英等4个阶段。

（2）矿床主要受地层、构造和围岩蚀变控制，是三者在有利成矿条件下耦合的产物。沃溪断裂具导矿作用，褶曲、断裂和节理起着多级控矿作用，层间断裂、蚀变带和矿体三者在厚度上具正相关关系。

（3）近矿围岩的绢云母化、中细粒黄铁矿化及硅化为沃溪矿区直接而明显的找矿标志。根据构造对矿体控制的分析，矿脉间具有大致等距的特点，且往深部仍有延伸的迹象，因此，V3、V4、V7和V8号矿体往深部延伸区域及鱼儿山V6号矿体西南方向水平距离200～350 m内具有较好的成矿条件和进一步找矿潜力。

致谢：野外工作得到辰州矿业有限公司的大力支持，文章撰写过程中得到桂林理工大学钱建平教授的悉心指导，审稿专家给出了很好的修改建议，在此表示感谢！