甘肃小柳沟白钨矿床地质特征及成因初探.doc

甘肃小柳沟白钨矿床地质特征及成因初探窦元杰( 甘肃有色地勘局 兰州 730000)摘 要 北祁连造山带西段中元古代裂谷中的小柳沟白钨矿床 , 赋存于长城系朱龙关群 。矿体主要呈似层状 、透镜状与围岩整合产出 ,含矿主岩为夕卡岩化灰岩 、夕卡 岩 。地表侵入岩不发育 ,深部已发现含矿的二长花岗岩 。不同方向展布的石英脉成群 成带出现 , 相交部位形成密集区 ,已发现 W、Mo 、Bi 等矿化 。据矿床地质特征及物理化 学 、地球化学特征 ,推测其为火山喷流 - 岩浆热液改 (再) 造矿床 ,简称层控叠加矿床 ,具 超大型远景规模 。关键词 北祁连 白钨矿床 甘肃 小柳沟1区域地质概况在中元古代至早古生代 ,北祁连造山带西段处于阿拉善地块与中祁连地块之间的裂谷 - 沟 、弧 、盆系 。在北侧走廊南山南坡和南侧托菜山南坡 2 条深断裂之间的中元古代镜铁山 朱 龙关裂谷中 ,除残留的微古地块上出露前长城系北大河群片岩 、片麻岩夹大理岩 、石英岩外 ,主要出露 : 长城系朱龙关群下岩组碎屑岩 、碳酸盐岩建造夹基性火山岩 、上岩组基性火山岩 、碳酸盐岩建造夹碎屑岩 ,产有小柳沟钨矿 。在托菜山北坡玄武岩 Sm - Nd 等时线同位 素 年 龄1 770 330 Ma (合肥工大 ,1995) ,为该群地层的存在提供了可靠依据 ; 蓟县系镜铁山群复理 石建造夹基性火山岩 , 产有镜铁山铁矿床 、桦树沟铜矿床 ; 青白口系大柳沟群红色碳酸盐岩 建造夹细碎屑岩 。构造变形强烈 ,断裂和褶皱发育 ,主构造呈北西向展布 ,其与北东向北大河 隐伏基底断裂交汇于镜铁山地区 ,对成矿有控制作用 。侵入岩主要为加里东期基性 - 超基性岩 、中 - 酸性岩的岩脉 、岩株等 ,前者与铜 、金的矿化有关 ,后者发现隐伏二长花岗岩与钨 ( 钼 、铋 、铜) 矿化有关 。区域变质以浅变质绿片岩相为主 ,部分达角闪岩相 。2矿床地质2 . 1地层除第四系外 ,均为长城系朱龙关群 。分上下 2 个岩组 ,5 个岩性段 ,从下而上 (图 1) :2 . 1 . 1朱龙关群下岩组下岩段 ( zh1) :底部为绿泥绢云石英千枚岩夹透镜状镜铁矿 ,上部为碳质或含碳千枚岩 。1上岩段 ( zh2) :下部为石英岩夹绿泥绢云 、钙质千枚岩及灰岩 ;上部为含钙砂质绢云千枚1岩 , 小柳沟以南岩石退色 (灰黄 、浅灰) ,半定量分析普遍含 Mo ,平均达 0 . 039 % ,出露长 1 5001999208226 收稿 。图 1 小柳沟白钨矿床地质简图Fig. 1 Geological map of the Xiaoliugou scheelite depositQ - 第四系冲 、洪积物 ; zh2 - 玄武岩夹绿泥绢云千枚岩 、灰岩 ; zh1 - 含碳凝灰质千枚岩 、云母角闪22岩夹碳质千枚岩 、灰岩 ; zh2 - 石英岩 、含钙砂质绢云千枚岩 ;- 辉长岩脉 ;- 花岗斑岩脉 ;o -1石英闪长岩脉 ; q - 石英脉 ; SK - 夕卡岩 ;1 - 钨矿体及编号 ;2 - 铜矿体及编号 ;3 - 钼矿体 ;4 - 地质界线 ;5 - 断层 ;6 - 产状m ,厚 600 m ;以北岩石为灰绿色 ,不含钼 。2 . 1 . 2朱龙关群上岩组分布在矿区东部 ,火山岩及其凝灰岩明显增多 ,并逐渐占主要地位 ,可分为 3 个岩段 。下岩段 ( zh1) :下部为斑点状含碳凝灰质千枚岩 ;上部为灰黑色玄武质凝灰岩 、云母角闪2片岩夹碳质千枚岩及灰岩透镜体 。该层在小柳沟以北岩石色调深 ,为黑 、黑灰色 ,片理发育 ,硅化 、黄铁矿化弱 ;以南岩石蚀变退色 ,具强烈硅化 ,夕卡岩化发育 ,浸染状黄铁矿 、磁黄铁矿含量明显增多 ,局部可达 5 %至 10 % ,是主要赋矿层位 。中岩段 ( zh2) :由玄武岩夹绢云绿泥千枚岩及灰岩透镜体组成 。南部主要为玄武岩及透2闪石化玄武岩 ,中部相变为玄武岩夹绢云绿泥千枚岩及透镜状灰岩 ,底部见钨矿体 , 北部相变为厚层状灰岩 、绢云绿泥千枚岩 ,见少量透镜状安山 - 玄武岩 。上岩段 ( zh3) :以厚层状白云质灰岩为主 ,局部夹少量绢云绿泥千枚岩 。22 . 2 构造矿区为一单斜构造 ,小柳沟以北地层走向 NW ,倾向 NE ,倾角 4070,以南地层走向由NW 转为 SN , 再转为 NE - NEE ,倾向 E - SE - SEE ,倾角 5075,其与西部近 SN 向展布的石 英岩和 F1 断层总体构成一“D”字形 。局部层间褶曲较发育 。断裂构造较发育 , 可分为走向和横向断层 。前者与地层和主要矿体走向基本一致 ,但表 现不十分明显 ,以正断层为主 。规模较大者有 F1 断层 ,近 SN 向展布 ,长近 1km ,倾向 E ,倾角 70。横断层具放射状 ,总体向中心收敛 ,倾向不定 ,倾角 70,为正断层或平移断层 。与此相 应的节理裂隙发育 ,并有石英脉充填 ,组成石英脉带 。2 . 3 侵入岩辉长岩出露于上岩组 ,多以岩墙或岩床状产出 ,接触界线清楚 。沿接触带有烘烤及绿泥石 化 、绿帘石化 、硅化等蚀变 。局部见星点 、团块状黄铁矿 、黄铜矿 。花岗斑岩分布于下岩组 ,呈岩墙 、岩滴 、岩舌状产出 ,规模小 。石英闪长岩仅在 F1 断层南端东侧出露 , 呈岩滴状 ,面积不足 60 m2 ,与围岩接触界线清楚 ,沿接触带蚀变较强 ,黄铁矿 、夕 卡岩 、绿泥石 、绿帘石化均较发育 ,蚀变强烈地段可见黄铜矿 、白钨矿矿体 , 可能是隐伏的含 Cu 、W 、Mo 矿化二长花岗岩的小分枝 。石英脉发育 ,总体上有 NE、NW 、近 EW、近 SN 向 4 组 ,分布于下岩组上岩段千枚岩中 ,在矿 区中部形成密集区 (带) (图 1) ,充填于同期 、不同方向的裂隙系统中 ,相互穿插关系紊乱 。石 英脉中可见白钨矿 、黄铜矿 、辉钼矿 、辉铋矿及少量黑钨矿等 。其中辉钼矿 Re - Os 同位素等 时线年龄 462 13 Ma ,模式年龄 436496 Ma1 。3 矿化特征3 . 1 矿体形态 、规模 、产状矿体多呈似层状或透镜状产于云母角闪片岩中 ,与岩层产状一致 ,少数脉状矿体受断裂控 制 , 产于不同岩性中 。已发现钨矿体 14 个 ,铜 、钼矿体各 8 个 。后者常与钨矿共生 ,包含在钨矿体之中 , 少数为独立矿体 ,规模较小 。钨矿体主要有 2 个 ,规模大 ,品位富 。1 号钨矿体呈似 层状赋存于云母角闪片岩中 。矿体倾向 80100,倾角 6070。容矿岩石为石榴石绿帘 、透 闪夕卡岩 。地表控制长 560 m , 深 515 m ,平均厚 11 . 94 m ,最厚 27 . 10 m 。平均 w (WO3) 0 . 93 % ,最高 10 % 。4 号钨矿体赋存于绿泥石化云母角闪片岩中 。矿体呈层状 ,倾向 70100,倾角6070。容矿岩石为夕卡岩化灰岩和夕卡岩 。地表控制长 620 m ,深 250 m , 平均厚 19 . 32 m , 最厚 48 . 5 m 。平均 w ( WO3 ) 0 . 62 % ,最高 4 . 16 % 。其它钨矿体长 120365 m ,厚 320 m , w (WO3) 0 . 18 %0 . 5 % 。矿床已控制达大型 ,具超大型远景规模 。3 . 2 矿石物质成分 、组构及类型金属矿物主要为白钨矿 、黄铁矿 、黄铜矿 、辉钼矿 ,次为磁黄铁矿 、辉铋矿 、辉砷钴矿 ( ? ) 。氧化矿物有孔雀石 、蓝铜矿和胆矾等 。脉石有透闪石 、透辉石 、石榴石 、绿帘石 、方解石和石英 ,次为绢云母 、纤闪石和橄榄石等 。主要有用组分为 WO3 ,共生有用组分为 Cu 、Mo 、Bi ,伴生有用 组分有 Ag 、Au 等 。1 号至 11 号矿体 w (WO3) 平均 0 . 60 % ,以 1 号和 4 号矿体最富 ,平均含量分别为 0 . 93 % 、0 . 62 % 。8 个铜矿体平均含量为 0 . 52 % ,最高品位 3 . 95 % 。Mo 0 . 04 %至 0 . 09 % 。矿石主要有它形粒状 、交代残余等结构 。浸染条带状 、细脉 - 星点状 、团块 - 半团块状等构造 。按元素组合可分为钨 (为主) 、钨铜 、钨铜钼 、钨钼 、铜 、钼等 6 类矿石 ;按构造可分为细脉浸 染状 、浸染条带状 2 类矿石 。3 . 3氧化带地表矿体中除白钨矿外 ,硫化物均被氧化 ,形成由褐铁矿 、黄钾铁矾 、孔雀石 、蓝铜矿 、胆 矾 、钼华等组成的黄色铁染带 。氧化深度 30 m 。3 . 4围岩蚀变硅化 :普遍发育 ,石英呈团块 、斑点状出现 ,岩石硅质成分明显增高 。在矿区中部形成大 量 、多组石英脉带 ,使岩石强烈退色 。硅化强烈地段 ,钨铜矿化 、黄铁矿化亦强 ,如石英脉穿过 矿体时 ,白钨矿颗粒变粗 ,黄铜矿呈团块状 ,随之钨铜品位增高 。夕卡岩化 :较为普遍 ,在高钙质岩石和灰岩中尤为强烈 ,生成夕卡岩 。强烈夕卡岩化地段均有较强的铜钨矿化和黄铁矿 。此外 ,尚有绿泥石化 、透闪石化 、绢云母化等 。4 矿床成因初探4 . 1成矿物理化学条件1) 成矿温度矿石矿物石英包裹体均一温度变化为 163372 ,平均 225276 ,表明成矿温度为中高温 。矿石矿物黄铁矿 、黄铜矿 、石英爆裂温度为 210350 ,与均一温度基本一致 。2) 成矿溶液的盐度 、密度和成矿压力石英硫化物阶段成矿流体的盐度平均为 w (NaCl)7 %14 . 8 % , 中等盐度成矿流体 ,其密度较低 ,为 0 . 90g/ cm3 。成矿压力较低 ,为 180 105 Pa左右 。3) 成矿氧逸度 、硫逸度 、二氧化碳逸度成矿氧逸度 lgf O2 为 - 40 . 49 ( 计算值) , - 40 -33 (图解值) 。成矿硫逸度 lg f S2 为 - 15 . 78 。成矿二氧化碳逸度 lgf CO 为 - 0 . 76 、- 0 . 84 。2经计算 p H 值在 5 . 046 . 12 之间 ;据 Eh - T 图解确定成矿时 Eh 值4) 成矿的 p H 、Eh 值为 - 0 . 51 ,为弱酸性 - 中性还原环境 。5) 成矿溶液中含硫原子团活度及总硫浓度经计算 ,成矿溶液中含硫原子团活度 lgH S2为 - 2 . 95 、lgHS - 为 - 4 . 72 、lgS 为 - 7 . 75 、lgHSO 为 - 5 . 82 、lgSO 为 - 5 . 64 ,总硫浓度S(M)2 -2 -44为 10 - 3 。表明成矿热液中 H2 S 、HS - 为主要含硫原子团 ,其中 H2 S 占 99 %以上 。4 . 2矿床地球化学1) 包裹体成分石英 - 硫化物脉中石英包裹体一般很细 ( 气相 ,个别见有子晶 。石英包裹体液相成分相对富 Na + 、Cl - ,而贫 Ca2 + 、Mg2 + 、F - ,而SO2 -+-2 - ( SO4 型 ,反映成矿流体可能主要来源于海水 。气)有时偏高 ,组分类型为 Na- Cl4相成分中 H2O 、CO2 含量高 ,N2 、CH4 也较高 ,表明成矿流体在演化过程中有少量有机质存在 。2) 硫同位素矿石硫化物硫同位素组成 , 其中黄铁矿 (3 件) 为 + 10 + 11 . 7 , 平均+ 10 . 57 ,黄铜矿 (1 件) 为 + 10 . 7 ,比较集中 ,与陨石 、海洋硫酸盐硫同位素组成均有明显的差别 。据矿床地质特征推断 ,石英 - 硫化物成矿阶段的硫的成因属于混合硫 ,它来源于地层 或地壳重熔花岗岩和大气地表水中硫的混合作用 。3) 铅同位素矿石硫化物的铅同位素组成 ,3 个黄铁矿与朱龙关群基性火山岩的铅同位素组成基本一致 ,且二者的值接近 。在铅的构造模式图 (图 2) 上位于造山带与地幔铅演化线之间 , 属于深源岩浆 (岩) 铅 。黄铜矿放射铅含量高 ,在构造模式图上投点位于上部地壳线 之上 ,表明这部分矿石铅在搬运沉积和再活化转移成矿过程中 ,经历 U 、Th 含量高的陆源铅的 混染 。4) 氢氧同位素石英 - 硫化物脉中石英 ( 1 件)实测 18 O ( 矿 物) 为 + 13 . 3 、18 OH O 为 + 3 . 07 、2DH O为 - 60 ,表明成矿溶液既不是岩浆水 ,也不是2海水 ,它与硫有大致相同的来源 ,即大气地表水与地层中的建造水或重熔花岗岩岩浆水的混合流体 。4 . 3岩石地球化学特征从表 1 、2 可见 , 矿区各类岩石中 W 、Sn 、Mo 、Bi 、Cu 、Pb 、Zn 、Au 、Ag 均有不同程度富集 , 以 W 、Mo 、Bi图 2矿石铅同位素组成在铅 构 造 模式图上的分布特征Diagram showing composition of lead iso2tope of the Xiaoliugou scheelite deposit富集度最高 ,一般比克拉克值高出几十 - 几百倍 ,最高可达千倍以上 。主元素 W 主要赋存在沉积岩和火 山岩中 ,而 Mo 主要富集在二长花岗岩及石英脉中 。Fig. 21 - 小柳沟矿床矿 ;2 - 朱龙关群火山岩铅石铅表 1 小柳沟钻孔部分岩石微量元素含量表Table 1 Contents of trace elements of rocks from drilling holes in the Xiaoliugou scheelite deposit样 品 数元 素 含 量 ( 10 - 6 ,Au 、Ag 10 - 9)序 号岩石名称WSnMoBiCuPbZnAgAu1234567891063545918942885539灰岩大理岩化灰岩 大理岩夕卡岩云母角闪片岩 绢绿千枚岩石英千枚岩含碳千枚岩 细砂岩石英脉508 . 9606 . 848 . 6275 . 2193 . 0522 . 965 . 8130 . 7185 . 838 . 219. 324. 112. 024. 311. 420. 119. 811. 012. 521. 018. 2132. 674 . 9220. 1622. 169 . 3052. 4054. 9544. 5074. 1681 . 9742 . 723 . 9956 . 3018 . 3128 . 9621 . 2027 . 6420 . 3162 . 06233 . 9106 . 2645 . 7308 . 5236 . 983 . 8611 . 8359 . 6533 . 3708 . 068. 718. 219. 252. 017. 114. 735. 227. 622. 732. 7249255122166339136123227170128649463270516359123954392896126016. 961. 931. 624. 998. 871. 8331. 345. 773. 2418. 58 11 7 二长花岗岩31 . 7 7 . 2 68 . 62 16 . 00 442 . 4 64 . 0 60 557 2 . 05 据甘肃有色地勘局四队表 2 小柳沟地表部分岩石微量元素含量表Table 2 Contents of trace elements of surficial rocks in the Xiaoliugou scheelite deposit元 素 含 量 ( 10 ,Au 10- 6- 9)序 号岩 石 名 称WSnMoBiCuPbZnAgAu12345夕卡岩化灰岩云母角闪片岩 玄武岩含碳绢云千枚岩千枚状细砂岩186. 7158. 0180. 082. 648. 659. 8020. 5015. 750 . 7025. 2018 . 3036 . 6021 . 2512 . 00243 . 744 . 554 . 09 . 469 . 5126 . 491. 6458. 0107. 5515. 0678. 725 . 035 . 622 . 536 . 048 . 081 . 7360 . 060 . 0381 . 0390 . 00 . 150 . 180 . 140 . 300 . 7419. 65142. 418. 2323. 2027. 95 6 花岗岩脉25 . 0 70 . 00 7 . 00 15 . 0 30 . 0 25 . 0 30 . 0 0 . 20 30 . 00 据甘肃有色地勘局四队综上所述 ,推测矿床可能在岩浆早期开始喷发时 ,喷气 (流) 沉积了富含以 W 为主的岩层 , 在成岩过程中形成层状矿体 ,后期在重熔花岗岩化活动中及地下水渗滤作用下 ,形成石英脉 群 ,穿插层状矿体使其进一步富化 。并在断层裂隙中形成脉状矿体 。因此该矿床应属火山喷 气 (流) - 岩浆热液改造 (再造) 矿床 ,简称层控叠加矿床2 。5结论矿床赋存于朱龙关群上下岩组之间 、基性火山岩与细碎屑岩的过渡部位 , 矿体的产出 与地层产状基本一致 ,具有一定层位 。主矿体呈似层状产于蚀变的钙质千枚岩 、玄武质凝灰岩 、灰岩中 。后期石英脉的出现使矿石矿物变粗 、品位增高 。并在离层状矿体较远的石英脉带中亦发现钨钼矿化 。由于在钻孔深部打到了二长花岗岩 , 其内外接触带见 Cu 、W 、Mo 矿化及强烈蚀变 ,证实 了深部存在隐伏岩体的推论 。对主矿体及其西侧存在的面状退色圈 , 包括石英脉带及矿化石英闪长岩的出现有了一个合理解释 。矿床的形成 ,早期与中元古代裂谷火山活动产生的喷气 (流) 沉积作用 ,晚期与加里东期 酸性侵入岩产生的热液改 (再) 造作用有关 ,可称之为层控叠加矿床 。参考文献1 毛景文等. 北祁连山小柳沟钨矿床中辉钼矿 Re - Os 年龄测定及其意义. 地质论评 ,1999 ;45 (4)2 康永孚等. 中国钨矿床. 中国矿床 ( 中册) . 北京 :地质出版社 ,1994 :1105GEOLO GY AND O RIGIN OF THE XIAOL IUGO U SC HEEL ITE D EPOSIT IN GANSUDo u Yua njie( Gansu B