湘南花崗巖-熱液型錫多金屬礦成礦系統(tǒng)淺析

張怡軍，肖穎斌

（湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000）

湘南花崗巖-熱液型錫多金屬礦成礦系統(tǒng)淺析

張怡軍，肖穎斌

（湖南省湘南地質(zhì)勘察院，湖南 郴州 423000）

通過湘南地區(qū)錫礦床成礦地質(zhì)特征、成礦系統(tǒng)、同位素地球化學(xué)體系的研究，分析湘南地區(qū)特殊大地構(gòu)造背景下的特殊成礦物質(zhì)來源和特殊的成礦作用；探索湘南地區(qū)燕山期花崗巖型錫多金屬礦床的形成機(jī)理。

錫礦；礦源；成礦系統(tǒng)；湘南地區(qū)

湘南地區(qū)位于南嶺成礦帶中段，區(qū)內(nèi)與燕山期花崗巖有關(guān)的礦床（點(diǎn)）分布廣泛，許多大型-超大型礦床都集中分布在這一地區(qū)，形成了十多個(gè)著名錫礦田，有柿竹園、芙蓉、香花嶺等，尤其是已發(fā)現(xiàn)的柿竹園和新發(fā)現(xiàn)的白臘水，為世界矚目。因此湘南地區(qū)錫礦床的地質(zhì)特征已倍受地質(zhì)學(xué)界關(guān)注，對其成因及其成礦系統(tǒng)進(jìn)行研究具有特別重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦源系統(tǒng)

1.1 地層的含礦性

區(qū)內(nèi)原生錫多金屬礦床，主要產(chǎn)于泥盆系和震旦系出露區(qū)，二者是區(qū)內(nèi)的主要含礦地層。對本區(qū)地層的微量元素特征研究表明，在不同時(shí)代地層中，Sn、W、Pb、Zn等成礦金屬元素和B、F等礦化劑元素的分布具有明顯的繼承性和同期性富集規(guī)律，泥盆紀(jì)及其以后的陸源沉積物大多來自基底巖系的震旦、寒武地層。

震旦-寒武系由一套巨厚的淺變質(zhì)雜砂巖、長石雜砂巖、板巖、硅質(zhì)巖、凝灰質(zhì)灰砂巖組成。錫、鎢、鉛、鋅等裂隙充填型礦床，主要產(chǎn)于震旦系泗洲山組①湖南省湘南地質(zhì)隊(duì)，1∶5萬郴縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，1983.。據(jù)巖石分析數(shù)據(jù)，震旦-寒武系中大于地殼元素平均豐度的有Sn、W、Pb、As、B、F，接近地殼元素平均豐度的有Zn、Cu、Mo、Be、Cr等元素。這些元素在不同層位、巖性及不同的巖相區(qū)，其豐度有明顯的變化。由粘土和粉砂組成的板巖和粉砂巖中，成礦元素含量普遍較高。構(gòu)造、巖漿長期多次活動的區(qū)段，Sn、W等成礦元素含量大幅度升高，W為區(qū)域平均值的6.58倍，Sn為2.05倍（表1），它們在構(gòu)造活動、地下水、巖漿熱力作用下，部分被活化轉(zhuǎn)移并在有利的容礦空間中富集成礦。

泥盆系是區(qū)內(nèi)主要含礦、賦礦地層，平均含量高于地殼豐度的元素有Sn、W、Bi、Pb、Sb、Ag、Mn、As、B、F等，其中Sn、W、B在跳馬澗組石英砂巖和錫礦山組粉砂巖中的含量較高，跳馬澗組上段和棋梓橋組下段是泥盆系中Sn、Pb、Zn、Fe、Mn的主要含礦層位，成礦元素主要富集于跳馬澗組上段頂部砂質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖、粉砂巖和棋梓橋組下段底部砂質(zhì)粉晶、泥晶白云巖、頁巖、含錳白云巖等巖相、巖性遞變層位（表2）。Sn、Pb、Zn及其它成礦元素，在各組巖層中的平均含量相差不大，Sn為(5.79～6.34)× 10-6，Pb(15.8～27.2)×10-6，Zn(37.7～43.6)×10-6。由于沉積環(huán)境的變化，同一時(shí)代不同地段，或同一地段不同時(shí)代的巖層中，成礦元素的富集系數(shù)可相差數(shù)倍至百余倍。Sn主要富集于跳馬澗組，其次是佘田橋組下段和錫礦山組上段砂泥質(zhì)含量高的層位中。在空間分布上，Sn在泥盆系中的含量由騎田嶺-千里山一帶向兩側(cè)逐漸降低。Pb、Zn的富集層位及空間分布變化規(guī)律和Sn大體相似，Zn、Pb比值在不同地段有不同的變化，東坡以南及其周圍，隨層位升高Zn、Pb比值由大到小，從跳馬澗組到錫礦山組由2→1.12→0.37→0.26。在東坡礦田范圍內(nèi)，以碳酸鹽巖為主的棋梓橋組和佘田橋組中，Zn含量大于Pb含量，Zn、Pb比值分別為3.47和4.66。

表1 湘南地區(qū)不同區(qū)段震旦系中部分元素含量對比Table 1 Ore-form ing elementabundance in differentgranite in southern Hunan province

表2 湘南地區(qū)泥盆紀(jì)地層剖面部分元素含量Table 2 Ore-form ing elementabundance of Devonian strata in southern Hunan province

穩(wěn)定同位素研究表明，礦床中的硫，既有巖漿硫，也有地層硫的加入，硫在本地區(qū)地層中有較高的豐度值，往往是維氏值的0.28～8.9倍，有地層硫參與了成礦作用。氧同位素研究也是如此，表明本區(qū)在成礦過程中，既有巖漿水的參與，又有大氣水的加入，隨著巖漿水的流出和成礦作用的發(fā)展，大氣水的加入量逐漸增多。也就是說，區(qū)內(nèi)金屬礦床是以巖漿熱層作用為主。礦床經(jīng)歷了沉積、成巖過程的局部富集、重熔演化及各種熱液疊加改造等多期多階段和熱液活動有關(guān)的內(nèi)生成礦作用為主，成礦物質(zhì)主要來源于地殼硅鋁層重熔巖漿和含礦地多種成礦作用。

1.2 巖漿巖的含礦性

區(qū)內(nèi)以印支-燕山期巖漿活動為主，從巖漿活動強(qiáng)度、巖體分布范圍、巖性的含礦性及同位素特征分析，與成礦有關(guān)的主要是燕山早期花崗巖。

成礦元素在巖體中的分布：在印支期至燕山期巖體中[3]，③，成礦元素的含量與碳酸性巖中平均含量（維氏）相比，Sn高12～320倍，Pb高2～5.9倍，從印支至燕山期呈有規(guī)律遞增，在燕山早期晚階段達(dá)到富集高峰。在空間上，含礦巖體與礦床緊密伴生，尤其是錫礦床，成礦物質(zhì)主要來自富集錫的硅鋁層重熔巖漿。

成礦元素在巖體中的賦存狀態(tài)：成礦元素在花崗巖中，除呈分散狀態(tài)分布于造巖礦物中外，也有一部分獨(dú)立礦物存在。在王仙嶺花崗巖的重砂樣品中，白鎢礦的出現(xiàn)率為78.5%、錫石出現(xiàn)率25.5%、方鉛礦出現(xiàn)率21.4%、鐵閃鋅礦出現(xiàn)率28.5%；千里山巖體中，錫石的出現(xiàn)率上升到60.3%。在強(qiáng)烈蝕變的花崗巖中，出現(xiàn)云英巖型鎢錫礦床。

成礦元素在造巖礦物中的分配：Sn、Pb、Zn在巖體中主要呈分散狀態(tài)賦存于石英、長石和云母類礦物中，Sn、Zn的載體礦物以黑云母為主，Pb的載體礦物以鉀長石、斜長石為主，其次是黑云母。印支期巖體黑云母中含Sn 100×10-6，白云母中含Sn 200×10-6；而燕山期巖體的黑云母中含Sn（310～470）×10-6，表明巖漿在深部演化過程中，從早期到晚期，Sn含量不斷增高。

2 流體系統(tǒng)

2.1 硫同位素特征

經(jīng)對湘南地區(qū)礦床中的研究，發(fā)現(xiàn)δ34S值變化較大①湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)局湘南地質(zhì)隊(duì)，東坡礦田鎢礦成礦規(guī)律及找礦方向,1987.，其范圍從-10.93‰～+17.30‰，極差高達(dá)28.23‰。其中有88%的δ34S值是在±5‰～≤10‰?yún)^(qū)間，有7%的δ34S值＜－5‰，有5%的δ34S值＞＋10‰（表3）。在δ34S值頻數(shù)直方圖上，其分布塔式效應(yīng)不甚典型，塔基較寬，大致是在+6‰～+7‰處為一突起高峰值，主峰值兩側(cè)均見有較低峰值突起。上述特征表明區(qū)內(nèi)硫源較為復(fù)雜，其主要來源是巖漿硫，同時(shí)混入了一定數(shù)量的地層硫。

2.2 鉛同位素特征

區(qū)內(nèi)鉛同位素組成特征各礦集區(qū)不一，如千里山地區(qū)鉛同位素比值變化范圍較大，尤其是208Pb/204Pb變化更大；206Pb/204Pb的變化范圍是17.45～19.24，極差為1.79；207Pb/204Pb為15.24～16.22，極差為0.98；208Pb/204Pb為37.35～42.03極差達(dá)4.68；而騎田嶺地區(qū)的鉛同位素組成均一，變化范圍小，206Pb/204Pb為18.608～18.718（表4）。從鉛同位素組成來看，成礦鉛源多樣，絕大部分鉛來自巖漿，也有部分鉛來自圍巖。在鉛同位素頻數(shù)直方圖上，206Pb/204Pb有90%以上的數(shù)據(jù)是分布在18.00～19.00區(qū)間，其中有61個(gè)數(shù)據(jù)，只分布在18.50～18.60的狹窄區(qū)間內(nèi)；207Pb/204Pb的分布更為集中，有91%以上的數(shù)據(jù)是分布在15.50～16.00區(qū)間，有71個(gè)數(shù)據(jù)只分布在15.50～15.60的狹窄區(qū)間內(nèi)；而208Pb/204Pb的分布較為分散，只有86%±的數(shù)據(jù)較為集中地分布在38.50～39.20區(qū)間，余者分布得較為零散。

2.3 氧、氫同位素特征

區(qū)內(nèi)礦石氧同位素組成大致可分為兩種類型，Ⅰ類δ18O值較高，其平均值為+9.4‰～+12.68‰，多形成于高溫氣成-高中溫?zé)嵋弘A段；Ⅱ類δ18O值較低，其平均值為+1.61‰～+8.7‰，多形成于中低溫?zé)嵋弘A段。從成礦早期到晚期，不同的礦石或礦脈的δ18O值明顯呈現(xiàn)降低的趨勢，這可能與成礦溫度的下降及大氣水的加入有關(guān)。根據(jù)礦物-水平衡方程計(jì)算的成礦熱液δ18O值列于表5。成礦熱液δ18O值隨成礦時(shí)間,從早到晚可由＋9.81‰～-10.15‰，呈降低趨勢。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，可能與大氣水的加入有關(guān)。

表3 湘南地區(qū)典型礦床硫同位素組成Table 3 Sulfur isotopic com positionsof typicaldeposits in southern Hunan province

區(qū)內(nèi)氫同位素組成復(fù)雜，由于數(shù)據(jù)不全，不可能準(zhǔn)確地推論成礦流體的性質(zhì)，但從柿竹園礦區(qū)資料來看（表6），大致可以分出成礦流體至少有兩種，一種是溫度較高階段的成礦流體可能主要來自于鎢錫系列花崗巖有關(guān)的再平衡巖漿水（如：黑鎢礦石英脈）；另一種是溫度較低階段的成礦流體可能主要來自大氣降水（如：梳狀硫化物石英脈）。

3 熱動力系統(tǒng)

據(jù)區(qū)內(nèi)礦物流體包裹體研究，成礦溫度變化在730～110℃之間。其中千里山礦集區(qū)的均一溫度變化范圍自730～110℃，分三個(gè)溫度區(qū)間。730～400℃溫度區(qū)間大致代表燕山早期第一、二次巖體早階段矽卡巖和云英巖形成的溫度范圍，成礦流體呈氣態(tài)和高鹽度流體狀態(tài)。400～250℃溫度區(qū)間相當(dāng)于后階段云英巖化、復(fù)雜矽卡巖形成的溫度范圍，成礦流體以高-中溫度鹽度熱液為主。250～110℃溫度區(qū)間，相當(dāng)于錫石硫化物階段及石英、綠泥石化、絹云母化、碳酸鹽階段。騎田嶺礦集區(qū)成礦爆裂溫度在200～600℃。

表4 湘南地區(qū)典型礦床中礦石鉛同位素組成Table4 Leadisotopic com positions in typicaldepositsof southern Hunan province

表5 湘南地區(qū)成礦熱液氧同位素特征Table 5 Oxygen isotopic com positionsof differentore-form ing fluids in southern Hunan province

表6 湘南地區(qū)不同含礦脈體氫同位素組成特征Table 6 Hydrogen isotopic com positionsof typicalore-form ing veins in southern Hunan province

石英流體包裹體液相成分測定結(jié)果顯示，成巖階段離子濃度總的情況是Si4+＞Na+＞Ca2+＞K+＞Mg2+＞Fe2+；陰離子CI－＞HCO3－＞F－。隨著巖漿演化，晚期K+、Ca2+、Na+等陽離子和F－陰離子濃度增加；CI－離子濃度減小。在騎田嶺地區(qū)Na+/K+比值較高，為2.93～9.98，成礦溶液特別富鈉，這與礦田內(nèi)各類型錫礦石均具有較強(qiáng)的鈉長石化蝕變以及礦石化學(xué)分析結(jié)果中Na2O/K2O比值明顯高于圍巖相吻合。

不同成礦階段的礦液，化學(xué)組分有明顯差異，從早期矽卡巖階段至碳酸鹽階段，CI-濃度和CI-/F-比值降低；SO42-濃度從早期到晚期逐漸升高，硫化物期達(dá)到高峰；HCO3-從早期至晚期遞減，硫化物期降至最低，在碳酸鹽階段又迅速上升。

錫的成礦作用從巖漿期開始，延續(xù)至巖漿期后中溫階段，礦床形成以高-中溫階段為主。鉛鋅礦主要形成于中、低溫?zé)嵋弘A段，以方鉛礦、閃鋅礦形式出現(xiàn)，二者緊密共生。

4 運(yùn)礦、儲礦系統(tǒng)

地殼重熔型花崗巖巖漿是富含成礦元素W、Sn、Mo、Bi、Be、Cu等的母巖漿，并含有大量的揮發(fā)份H2O、F-、Cl-、CO2、S2-、O2-、SO42-、CO32-、BO32-等，這些組分與主要造巖元素Si、A l、K、Na、Ca、Fe等共同構(gòu)成了區(qū)內(nèi)成礦重要物質(zhì)來源[2]。

第一次花崗巖漿侵入以后，由高達(dá)700℃以上熔融巖漿開始冷卻，從而形成一個(gè)以巖體為中心向四周溫度逐漸降低的熱暈，同時(shí)加熱了地層及地層層間水、巖石粒間水。隨著巖漿的冷卻結(jié)晶和結(jié)晶分異作用的進(jìn)行，含有大量的成礦元素的揮發(fā)份，被巖漿主要成巖元素所飽和的高鹽度成礦流體從巖漿中析出。

由于巖漿的侵入、構(gòu)造活動，地層中形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，在不同的部位形成壓力差。巖漿水、巖漿期后熱液和被加熱的地層水、粒間水在溫度梯度和壓力差的驅(qū)動下，沿著接觸帶和斷裂帶以及一切可以流通的通道流動。

巖漿冷卻結(jié)晶析出的熱液，開始是呈堿性，溫度為400～500℃。在接觸帶上與圍巖發(fā)生滲濾交代和雙交代作用，形成矽卡巖。隨著熱液由堿性-弱堿性-酸性過渡，由早期矽卡巖向晚期矽卡巖轉(zhuǎn)變，同時(shí)W、Sn、Bi、Mo、Cu在適合的環(huán)境下沉淀成礦。

下部未固結(jié)的巖漿再次活動，從而產(chǎn)生第二次、第三次的巖漿侵入，在碳酸鹽巖的接觸帶有利部位又形成矽卡巖。隨著巖漿的冷卻，不斷地分離出氣-液熱質(zhì)成礦流體，它是處于超臨界狀態(tài)下飽含成礦元素和各種礦化劑的成礦流體。這種流體對早先固結(jié)的花崗巖進(jìn)行酸性淋濾，形成云英巖型的W、Sn、Bi、Mo、Be礦；隨著溫度的降低，pH值的增高，進(jìn)入中溫階段，繼而形成黑鎢礦石英脈；在云英巖化后期開始形成石英硫化物型的礦床；隨著熱液的降溫，到最后中低溫階段形成鉛鋅銀礦。

當(dāng)巖漿侵入的圍巖不是碳酸鹽巖，而是碎屑巖時(shí)，常形成脈狀鎢錫礦或鉛鋅銀礦。當(dāng)成礦巖漿侵入的圍巖是裂隙發(fā)育的早期斑狀花崗巖、細(xì)?；◢弾r脈、花崗斑巖脈等，成礦作用可在裂隙帶附近很寬的范圍進(jìn)行，成礦方式以交代為主，充填作用次之，形成蝕變巖體型錫礦床。

5 成礦系列

本區(qū)成礦系列的分析研究，其基本內(nèi)容著重于同一地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)具有相似的成礦物質(zhì)來源和地質(zhì)作用，在不同的地質(zhì)背景和控礦條件下，形成一系列不同礦種和類型的礦床，各礦床具有密切的成因聯(lián)系，在生成時(shí)間上有一定的順序性，在空間分布上有一定的分帶性。

據(jù)本區(qū)的基本構(gòu)造格局和深部構(gòu)造，巖漿巖的分布及其成因分類，地層巖性組合，礦化組合及分帶特征和有成因聯(lián)系的若干礦床在空間分布上的規(guī)律性等[3]，將本區(qū)內(nèi)生金屬礦床劃分兩個(gè)成礦系列，即與酸性中淺成花崗巖類有關(guān)的鎢錫多金屬礦成礦系列和與中酸性深源淺成花崗閃長巖類有關(guān)的鉛鋅多金屬礦床成礦系列，其基本特征見表7。

5.1 與酸性、中淺成花崗巖類有關(guān)的鎢錫多金屬礦成礦系列

本系列礦床主要出現(xiàn)于一相對隆起帶上，經(jīng)受了加里東至燕山期的構(gòu)造運(yùn)動，褶皺斷裂發(fā)育，巖漿活動頻繁且規(guī)模較大，深部推斷有多個(gè)隱伏巖漿巖帶，地表出露的巖基、巖株多為殼源型（Ⅰ類）花崗巖，侵入時(shí)代為加里東至燕山期，其中以燕山早期最為發(fā)育。區(qū)域地球物理、地球化學(xué)特征為一區(qū)域性航磁正值高磁區(qū)和區(qū)域性重力低值區(qū)、以W、Sn、Pb、Zn、Nb、Ta、Be等地球化學(xué)高背景區(qū)。已知有千里山、騎田嶺等鎢錫多金屬礦集區(qū)。

表7 湘南地區(qū)兩類不同礦床成礦系列特征Table7 Comparativebetween twometallogenic series in southern Hunan province

對成礦起主導(dǎo)作用的為燕山早期多期次、多階段的花崗巖漿活動，地表出露的巖體是深部大巖基有關(guān)的高侵位巖體，是巖漿不斷演化的產(chǎn)物，具有豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，并且隨著巖漿的分異演化使成礦金屬元素組分得以聚集，從巖漿中分異出的揮發(fā)組分和含礦溶液具有較高的壓力梯度，并向巖漿侵入前緣匯集，在構(gòu)造斷裂的誘導(dǎo)下向所開拓的空間運(yùn)移，于適當(dāng)?shù)挠欣臻g和巖性條件下，含礦氣水熱液經(jīng)過充填、交代、改造又疊加等方式，在內(nèi)、外接觸帶及其附近地區(qū)形成成因上具有同源演化的一系列不同礦種和類型的礦床，形成與酸性中淺成花崗巖類有關(guān)的巖漿演化成礦系列。

5.2 與中酸性、深源淺成花崗閃長巖類有關(guān)的銅鉛鋅多金屬礦成礦系列

本系列礦床主要出現(xiàn)于本區(qū)西部，郴州-桂陽斷裂的北西側(cè)，為一相對拗陷帶，巖漿活動規(guī)模較小，地表出露多屬同熔型（Ⅱ類）的花崗閃長斑巖、花崗斑巖等小侵入體，時(shí)代為燕山早、晚期。地球物理、地球化學(xué)特征為一區(qū)域性重力高和負(fù)值平穩(wěn)磁場區(qū)，區(qū)域化探異常以Pb、Zn、Ag、As異常為主，已知有寶山、大坊等銅鉛鋅金銀多金屬礦床。

礦床的形成主要是與基底斷裂有成因聯(lián)系的同熔型花崗巖漿為成礦提供了豐富的物質(zhì)來源，蓋層的緊閉線型褶皺及其伴生的逆沖斷裂為成礦熱液的運(yùn)移提供了通道，為礦化富集提供了有利的儲礦空間，在有利的巖性組合和構(gòu)造部份，含礦氣水熱液經(jīng)過交代、充填等成礦作用，形成不同的礦化組合和礦床類型，并且有明顯的分帶性。

[1]莊錦良，劉鐘偉，譚必祥，等.湘南地區(qū)小巖體與成礦關(guān)系及隱伏礦床預(yù)測[J]．湖南地質(zhì),(增刊4):1-198.

[2]張怡軍.湘南錫礦找礦方向探討[J].中國地質(zhì)，2007，34（6）：1073-1081.

[3]伍光英，潘仲芳，李金冬，等.湘南大義山花崗巖地質(zhì)地球化學(xué)特征及其與成礦的關(guān)系[J]．中國地質(zhì)：2005，32(3): 434-442.

Metallogenic System of Granite-Hydrothermal Tin Polymetallic Deposits in Southern Hunan Province

ZHANGYi-jun,XIAOYing-bin
(Xiangnan Geological Prospecting Courtyard,Chenzhou 423000,Hunan,China)

The geological features,ore-form ing system,isotopic geochem ical data of tin deposits in southern Hunan province are summarized combine with special tectonic environment,ore-form ingmaterial source and m ineralization analysis to reveal the formation mechanism of those Yanshanian granite-type tin polymetallic deposits.

tin deposits;source of ore;ore-form ing system;southern Hunan province

P 618.4

A

1007-3701(2011)02-0118-007

2010-12-16

湖南省地質(zhì)勘察局局管項(xiàng)目“湘南錫礦地質(zhì)”.

張怡軍（1955—），男，高級工程師，長期從事礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查研究工作.Email:zyj2401@163.com