瑶岭-石炭纪钨成矿区构造背景与成矿关系研究

瑶岭-石炭纪钨成矿区构造背景与成矿关系研究

1区域地质特征瑶岭-石心社区行政单位为广东省韶关市永兴区。在此区域内从西向东依次有瑶岭、石人嶂和梅子窝三个钨矿床。这三个钨矿床处于相同或相似的构造单元,彼此间距不超过12km,见图1。该区在构造上隶属于闽粤加里东隆起区之粤中海西坳陷的北东端,属印支褶皱构造分区中的粤北瑶岭复背斜之东部。在次级构造单元上,瑶岭钨矿属瑶岭复背斜核部,而石人嶂和梅子窝钨矿所处的次级构造为石人嶂复式背斜的两翼。其北部为始兴向斜构造,轴向近东西。而石人嶂复式背斜轴向近南北。加里东期构造作用形成的花岗岩在区域上主要出露于粤北东部的连县、苗尔山和研究区东南部(禾洞岩体)等,区内为梅子窝矿区东南部的都坑英安玢岩。印支期和燕山期构造作用形成的岩体,在粤北地区广泛出露。印支期形成的二长花岗岩和花岗闪长岩等在矿区东北部文政坑、师姑山等地出露。燕山期的花岗岩、黑云母花岗岩为本区主要岩体。华南地区与钨矿关系密切的花岗岩有一显著的特点,就是近东西向分布。舒良树等将南岭地区花岗岩划分为骑田岭-九峰山带(北带)、大东山-贵东岩带(中带)和佛冈-新丰江带(南带)等3条近东西向的花岗岩带。瑶岭钨矿、石人嶂钨矿和梅子窝钨矿三个矿床出露位于九峰岩体之南、贵东岩体之北,西有丹霞盆地,东为南雄盆地。在此狭窄的地区内有瑶岭的白基寨岩体、石人嶂洞口山岩体和梅子窝嶂下岩体等多个不同规模的小花岗岩体出露,整体呈近东西向展布(图1)。区域上在华南前震旦纪-早古生代强烈褶皱-变质的基础上,有萍乡-桂林断裂带、龙岩-大埔-海丰断裂带、赣江断裂带与四会-吴川断裂带、茶陵-广昌隐伏断裂和梧州-四会隐伏断裂这五大断裂。前四条近北东向,梧州-四会隐伏断裂为近东西向,瑶岭-石人嶂正是此断裂的向东延伸部位。区域性断裂的走向与区域性花岗岩的展布方向一致,说明断裂作用与花岗岩的产生有一定的耦合关系。沿上述深大断裂,有大量的钨矿床(点)出露,矿点整体呈北西西向分布。代表性的矿床(点)为湖南柿竹园钨矿,江西西华山、大吉山、盘古山、岿美山、漂塘钨矿,广东莲花山钨矿、锯板坑、河口山、师姑山、瑶岭钨矿、石人嶂钨矿等。这些矿点受岩浆和构造控制,常常具有相同的深部构造动力学背景,也常常具有相同的矿化和构造特征。2长6月以后的成矿活动关于南岭造山带构造演化存在多种分歧,有“沟-弧-盆”模式、对接模式、“特提斯多岛洋”模式和华夏岛弧系模式等,现在多数学者把南岭造山带称为加里东造山带。研究表明南岭地区主要有三期构造作用,分别为总体拉张背景的加里东期构造作用,以区域上广泛出露的花岗闪长岩为特征的印支期构造作用和与钨矿化有关的复合“S”型花岗岩体为代表的燕山期构造作用。加里东挤压-走滑-岩浆事件使南岭变为华南陆区。强烈的挤压作用形成区域上大量近东西向的断裂,这些断裂虽然被后期的构造作用改造,但在区域上仍然可以从断裂带主要沿东西向展布得到证实。华南地区不仅形成一系列近东西向的褶皱群和断裂系,也产生了加里东期近NE向花岗质岩体。这些花岗岩以钙碱性花岗岩为主,反映岛弧环境。印支运动在华南地区表现为以碰撞-挤压-推覆-隆升为主构造事件,这一期构造运动形成了区内北西向和近南北向的褶皱构造。伴随这次事件形成了华南地区晚印支期花岗岩主体,属于岩浆重熔型过铝质富钾质花岗岩。这一时期的花岗岩具有较高的W、Sn、Nb、Ta含量。但由于这一阶段岩浆活动与地幔作用并不强烈,除铀矿外由于缺少地幔物质的加入很难成矿。燕山期是华南钨矿的一个主要成矿时期。燕山早期南岭地区进入一个新的构造发展阶段,地壳拉张裂解,有大量的地幔物质加入,形成如A型花岗岩和煌斑岩脉。由于地幔物质加入提供了大量热量,同时地幔也提供了部分成矿物质。华仁民等将华南燕山期划分为早、中、晚三期,又将中期划分为两个阶段,第一阶段(170~150Ma)以大规模陆壳重熔型花岗岩侵位为主,但成矿较少,第二阶段(150~140Ma)发生了大规模的W、Sn及其他稀有金属成矿作用。陈培荣等提出,南岭燕山早期花岗岩类的地球动力学背景应是继印支造山运动以后的一种后造山大陆裂解作用。综合分析,华南地区在加里东期就有广泛的构造动力作用,形成大量的东西向的断裂,沿这些断裂局部地段有岩浆上侵形成岩体,同时,该期次的断裂现在一般都被后期的断裂改造或错断,但此段时间内并未形成大量的W矿床。到印支-燕山期,由于构造作用,断裂再次活跃起来,代表性的有近东西向的定南-韶关-连县深大断裂。构造运动引起地幔物质上侵释放热量、熔融地层等形成花岗岩岩体,产生成矿流体。同时,这些深大断裂及其次级断裂、裂隙提供了W矿的成矿流体通道和成矿空间。成矿元素在以F、Cl、B为主要运移矿化剂的作用下,多以络合物的形式在成矿流体中运移到近地表或地表的构造裂隙中。同时活化了地层中的W,最终形成高浓度的成矿流体在构造有利部位聚集成矿。3瑶岭、人参描述的断裂体系瑶岭-石人嶂-梅子窝的成矿地质条件基本相似,各矿区内地层均出露有寒武系和奥陶系浅变质碎屑岩与泥盆系碎屑岩碳酸盐岩;区内构造作用发育,褶皱构造有复式背斜和向斜,较大断裂主要为北西西向与北东向两组。岩浆岩主要有加里东期梅子窝东南部的都坑英安玢岩,印支期石人嶂的嶂下花岗闪长岩体,燕山期瑶岭白基寨的花岗岩等(图2、3)。瑶岭、石人嶂、梅子窝矿区位于瑶岭复背斜东段,复背斜核部寒武系、奥陶系地层经历了强烈的褶皱,与区域构造背景一致,形成近东西向的瑶岭复背斜雏形。经印支(褶皱北西和近南北向)、燕山运动的构造作用叠置,形成了一系列紧密直立、倒转的复杂线状褶皱。这些褶皱走向以北北东向或近南北向为主,如瑶岭竹园背斜、石人嶂矿区的黄草山向斜、琯坑-莲花山背斜、刀背山向斜,梅子窝矿区的横路下向斜、杨梅山背斜等。区内的断裂构造经历了多期活动叠加,形成复杂的断层或裂隙带系统,按几何形态与力学性质可分为近东西向张性-张扭性断裂带、北东向压性-压扭性断裂、北北东向压扭性断裂和北西向断裂裂隙带四组主要断裂。其中,近东西-北西向断裂带的次级北西-北西西向微细裂隙带是钨矿的主要成矿构造,见图2和图3。3.1口山-3下断裂本组断裂是三个矿点内的主干断裂,主要有瑶岭竹园断裂、石人嶂和梅子窝地区的梧桐窝-蕉树窝断裂和洞口山-嶂下断裂。走向北西向,倾向北东(0~30°∠50~70°)。断裂破碎带内发育有构造透镜体、片理化带,后期发育有羽状节理,在断面上具有相互交错的水平与垂直擦痕。断层最早形成于加里东期,后期充填有印支期的煌斑岩,属继承性多期次活动断裂,并被近南北向(西部)或北东向(东部)断层所切割。3.2窝矿区的整体布局该组断裂在全区均有分布,但以梅子窝地区更为发育,断裂性质以斜冲断层为主,平面上呈左行平移。断裂走向主要为40~60°,与区域地层走向及褶皱轴向大体上一致,断面在梅子窝矿区倾向北西,在石人嶂矿区倾向为南东方向,倾角60~80°,常有多条密集断层构成一个强烈挤压断裂带。在瑶岭的北东部松山、北峰坳、洞木坑顶等以大角度与区域大断裂相交,倾向以南东为主,倾角一般在30~60°之间。断裂带内见有压性构造透镜体以及片理化带,发育充填不规则的石英脉,明显切割北西向断裂和矿体,形成于成矿之后,属破矿构造,在梅子窝地区断裂最大水平断距可达100余m。断裂在瑶岭以剪切作用占主导地位,水平断距80~100m,垂直断距100~120m,明显破坏矿脉的连续性,扭曲变形强烈。3.3断裂发育部位及层序该组断裂的走向以北北东向为主,部分为北北西向,或与南北向组成复合断裂,分布于矿化较强地段,呈密集束状,斜冲断层为主,平面上北北西向或与其复合者呈右行平移。走向350~25°,局部走向偏转,在梅子窝向西偏转,倾向北西,石人嶂向东偏转,倾向南东,倾角60~80°。瑶岭北北东向断裂向北偏移,断裂受北东向断裂的剪切作用影响,倾角50~75°。断层切割了矿区地层,主断层旁侧羽状裂隙十分发育。本组断裂成矿后又有活动,成为破矿构造。断层水平位移量:梅子窝地区北北东向断距为几米至30余m,石人嶂地区北北西向断距为24~115m,瑶岭北北东向断距为5~12m。呈树枝状分布,在石人嶂,F1与F31和F32组成帚状断裂,它们在北部收敛,在南部撒开甚至分叉成分支断裂。3.4矿物学一般特征在瑶岭北西向断裂与北西西向断裂为矿区主要断裂,与区域大断裂呈锐角相交。石英脉型黑钨矿主要赋存于这两组断裂中。北向裂隙倾向220~240°,倾角65~85°,脉长可达1500m。在石人嶂和梅子窝北西向-近东西向断裂为次级旁侧羽状裂隙带,其性质、产状均受控于主干断裂,倾角70~85°。裂隙在平面上成组成带平行、右行重叠侧幕组合排列,垂向横剖面自上向下,裂隙数量由多变少,裂隙宽度由小变大,裂隙带逐渐归并呈上宽下窄的扇形组合,具有五层楼结构格局。已控制的主裂隙带走向延展规模达上千米,垂向上控制最大延深有700余m,推测延深可能超过千米。勘探与采矿生产证实,该方向微裂隙带既有延长大于延深者,也有延深等于、大于延长者,形成的矿体同样也有延深大于延长者,为矿山主要成矿和赋矿构造带。笔者在三个矿山多个地质点和构造点的观测统计发现,主要成矿石英脉的产状为200~240°∠50~70°,石英脉主要沿岩石节理和断层面产出。前期的石英脉又被后期的断裂和岩石节理错断,这些错断的裂隙中又常常充填新的石英脉(图4、5)。根据断裂穿插关系可知这些断裂活动主要有6期:第一期断裂的主要产状为190°∠60°,30°∠40°;第二期断裂的主要产状为340°∠70°;第三期断裂的主要产状为230°∠70°,20°∠80°;第四期断裂的主要产状为30°∠70°;第五期断裂的主要产状为140°∠40°;第六期断裂的主要产状为90°∠70°。统计发现这6期构造断裂与矿脉同时形成,当断裂形成时,成矿热液充填断裂的裂隙中,当下一期断裂再形成时,破坏前面的矿脉,同时也形成新的矿脉沿这些裂隙分布。这样断裂活动是多期次,每一期次断裂形成都对先前的矿脉起了不同程度的破坏和改造作用。如果成矿流体来自下部岩浆作用,那么说明岩浆作用持续时间较长,活动的期次多,这与区域成矿花岗岩多为复式岩体一致。4断裂发育特征胡世杰总结了石人嶂钨矿应力特征,提出在加里东期经受了东西向的作用力,成为后期各期裂隙形成和发展的基础。印支晚期-燕山早期由贵东岩体和九峰岩体隆升产生南北向的挤压力,在其作用下,产生瑶岭-石人嶂-梅子窝大背斜,并加深了NW向深断裂。燕山晚期该地区经历了花岗岩上侵底劈张力作用,改造和破坏部分矿脉和裂隙。到喜山运动期,由于NNE-SSW方向的作用力,在深部发生局部弯曲,产生了大量破坏先前矿脉的断裂构造。加里东期断裂为后期断裂的先导,三个矿区的断裂以这期断裂为基础,此断裂为区域上的,在矿区反映不明显。NWW-SEE为一组逆冲断裂,以竹园断裂为代表,为印支期伴随“瑶岭复背斜”的形成而产生,这与南北向挤压作用有关。这一断裂多次活动,产生了大量裂隙,主要有剪切力和张力作用。到燕山晚期区内发生了轻微扭性作用,表现为断裂延伸方向发生扭转和岩石地层的局部变形,这与南北向挤压作用后,应力释放作用有关。区域上钨矿多分布在加里东期褶皱的鞍部(瑶岭)、倾伏端(石人嶂)和倒转翼(梅子窝)等处。北西向与近南北向、北东向断裂叠加发育,与其相邻或所夹持的北西向张性次级微裂隙带亦发育。这些都是一种应力集中区和构造岩浆活动-钨富集成矿中心,易于形成规模较大的钨矿床。垂向上,两矿区被夹持在南、北两侧二个产状相向的北西向-近东西向张性大断裂带间,能够形成深度很大的陡倾斜微裂隙带。从瑶岭至石人嶂,再到梅子窝,构造断裂在瑶岭表现强烈,有大量的微裂隙发育,但地层覆盖较厚,岩浆侵位离地表远。向东南到石人嶂和梅子窝矿区断裂规模变大,小断裂减少,断裂向下延伸深。从现阶段来看,瑶岭钨矿区多数的石英脉型黑钨矿脉延伸到花岗岩很快变小尖灭,而在石人嶂和梅子窝含矿石英脉延伸到岩体外带的花岗闪长岩中。可见应力作用在向南东有增大趋势,其深部动力作用强烈。5成矿环境及成矿时代W在地壳中丰度为1.1×10-6,上地幔0.3×10-6,下地幔0.1×10-6,地核为4.9×10-6,最主要富集在地核和地壳中。故而看来钨在地壳、地幔分异中有强的亲石元素特征。在中国华南花岗岩中W的丰度为3.44×10-6,比正常地壳的丰度高出3倍。中国华南燕山期花岗岩W的丰度为5.2×10-6,世界花岗岩中W的丰度为1.5×10-6。由此可见,整个华南花岗岩中都有高W的背景,而以燕山期花岗岩为峰值。同时,华南沉积岩钨含量值为:泥质岩类12.18×10-6,砂质岩类10.49×10-6,碳酸盐岩0.63×10-6,火山沉积岩12.28×10-6,可见整个华南地区普遍存在一个高W的异常背景。反映出地壳元素分布的不均衡性和华南具有良好的W矿成矿条件,只要具备适当的构造动力学条件和热量就可能形成钨矿矿床。瑶岭钨矿、石人嶂钨矿和梅子窝钨矿等三个矿区具有相同的构造背景,受相同的成矿力学性质控制。其成矿机理和成矿条件相似。在加里东期,因受南北向的挤压,形成一系列区域上近东西向的复式背、向斜和断裂构造裂隙。但在区内无明显岩浆活动,故未见此时期形成的钨矿化。到晚印支-早燕山期时,受东西向挤压作用,形成矿区大量北西和近南北向的背向斜构造。由于构造活动再次活跃起来,这对原来加里东期的构造裂隙也有一定的影响,尤其可能加深了近东西向的断裂。燕山期由于构造活动使得高含W地壳熔融,形成花岗岩上侵,对成矿可能起到了预富集作用。但从整个华南来看,在晚印支-燕山早期的花岗岩并未形成大规模的成矿,这可能与燕山早期岩浆活动时间比较集中,快速的岩浆上侵后使得成矿流体没有充足的时间从岩浆中分离出来有关。到燕山中期,构造活动频繁,持续时间比较长,同时也活化了前期的花岗岩。有证据表明华南地区花岗岩有多期次侵位的特点,成矿流体有充足的时间从岩体中释放出来,沿裂隙向上运移,甚至在构造裂隙中形成循环,这样热的流体萃取部分地层中成矿元素,最终沿构造裂隙形成石英脉型黑钨矿。由于成矿热液冷