李陳浩 趙正 劉善寶 陳振宇 王成輝 許建祥 鄧迪

1.自然資源部成礦作用與資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037 2.江西省自然資源廳,南昌 330025

鎢是國際上重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵金屬,是我國最為重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源之一,它在軍事、高端制造、醫(yī)藥衛(wèi)生和光電材料等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用(毛景文等,2019; Zhaoetal.,2021)。我國是全球鎢資源最為豐富的國家,近年來江南造山帶中新發(fā)現(xiàn)的朱溪、陽儲嶺、大湖塘等大型-超大型鎢礦床所探明的資源量已超600萬t (毛景文等,2020; 鄭瑜林等,2022)。牛角塢礦床構(gòu)造上處于江南造山帶東段,是贛東北礦集區(qū)的重要組成,是近年勘查取得重要突破的又一鎢多金屬礦床,目前已揭露淺部石英脈型鎢礦脈帶和深部細(xì)脈浸染型厚大鎢礦體,其深部仍具有重要的資源潛力。

20世紀(jì)70年代,江西省地質(zhì)局在贛東北地區(qū)開展瓷石礦勘查工作中發(fā)現(xiàn)了牛角塢礦床。近年礦山通過深部勘查,揭露了牛角塢礦床隱伏花崗閃長斑巖和接觸帶厚大白鎢礦體,估算資源量達(dá)中型以上,WO3平均品位為0.26%(江西有色地質(zhì)勘查四隊(duì),2019(1)江西有色地質(zhì)勘查四隊(duì).2019.江西省浮梁縣牛角鎢礦區(qū)瓷石礦、鎢礦資源儲量核實(shí)報告; 朱聰?shù)?2019)。牛角塢礦床淺部石英脈型和深部細(xì)脈浸染型礦體礦種均為白鎢礦,含礦巖漿巖為花崗閃長斑巖,其礦化結(jié)構(gòu)和成礦巖漿巖明顯區(qū)別于贛南的“五層樓+地下室”勘查模型和贛北的“大湖塘”成礦模式(趙正等,2017; Zhaoetal.,2021),其成因機(jī)制和成礦模式具有重的要研究意義。本文在詳細(xì)的礦床地質(zhì)和野外編錄工作基礎(chǔ)上,首先厘定了牛角塢礦床礦化分帶特征和成礦階段,應(yīng)用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法確定了成礦相關(guān)巖漿巖時代,并對其巖石地球化學(xué)和白鎢礦礦物學(xué)開展了系統(tǒng)研究,探討了其巖漿源區(qū)特征、成礦熱液環(huán)境及其演化過程,通過與朱溪和大湖塘等礦床對比,進(jìn)一步探討了牛角塢礦床的成礦動力學(xué)背景。這為贛東北礦集區(qū)鎢成礦規(guī)律研究和牛角塢鎢多金屬礦床下一步工作部署提供了新的理論依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

牛角塢礦床位于江南造山帶東段,區(qū)域地層主要由前寒武紀(jì)基底和顯生宙蓋層組成(圖1)。其中,前寒武紀(jì)基底為大量的新元古代沉積巖與少量的新元古代蛇綠巖;志留系-上三疊統(tǒng)的海相碎屑巖與碳酸鹽巖、中三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)的近海碎屑巖和中-上侏羅統(tǒng)的沉積巖及火山巖組成了上覆的顯生宙蓋層(Yeetal.,2007; Zhaoetal.,2011; Zhangetal.,2020; Songetal.,2021)。江南造山帶東段經(jīng)歷了新元古代前寒武紀(jì)基底的形成、古生代南華裂谷的發(fā)育和中生代的碰撞造山三個主要構(gòu)造演化階段(薛懷民,2021),并發(fā)育多期次、多旋回的巖漿活動,尤以晉寧期和燕山期最為強(qiáng)烈(陸慧娟等,2007)。晉寧期受板塊俯沖的影響,部分玄武質(zhì)巖漿與古老地殼物質(zhì)混雜形成新下地殼(薛懷民,2021),并形成了大量的島弧型火山-侵入雜巖,如贛西北九嶺巖體(840～800Ma),皖南的許村巖體(850Ma)、歙縣巖體(838Ma)、休寧巖體(826Ma)、靈山巖體(823Ma)和蓮花山巖體(814Ma)等(薛懷民等,2010)。燕山期受古太平洋板塊俯沖影響,贛東北區(qū)域整體處于伸展減薄的構(gòu)造體系下(舒良樹,2012),帶內(nèi)強(qiáng)烈的殼幔相互作用和劇烈的巖漿活動形成了如贛北朱溪(144Ma)、大湖塘(148Ma)、陽儲嶺(145Ma)、珍珠山(129Ma)和東坪(133Ma)等巖漿侵入體(李巖等,2014; 劉戰(zhàn)慶等,2016; 劉善寶等,2017; 胡正華等,2018; 曾慶權(quán)等,2019; 李宏偉等,2021)。區(qū)域內(nèi)的燕山期花崗質(zhì)侵入體與鎢成礦作用最為密切(Maoetal.,2017; Su and Jiang,2017)。

圖1 江南造山帶地質(zhì)簡圖(據(jù)Mao et al.,2017修改)

2 礦床地質(zhì)

牛角塢礦區(qū)出露地層主要為元古界板橋組(Ptb),侏羅系月潭組(J1y)和第四系(Q)(圖2)。礦區(qū)發(fā)育北東向(F2、F3和F5)和北西向(F8和F9)兩組斷裂。北東向斷裂為主要控礦和容礦斷裂:F2斷裂傾向230°,傾角∠60°～65°,充填花崗閃長斑巖脈,部分?jǐn)嗔呀佑|帶上存在角礫巖;F3斷裂傾向230°,傾角∠65°,可見花崗閃長斑巖脈填充,斷裂上盤發(fā)育細(xì)晶巖脈,部分下盤斷裂接觸帶上存在角礫巖;F5斷裂為壓扭性斷裂,傾向235°,傾角∠60°～70°,有花崗閃長斑巖脈填充。礦區(qū)巖漿巖發(fā)育,巖性主要為花崗閃長斑巖、細(xì)晶巖,其次為石英閃長巖和輝綠巖,其中花崗閃長斑巖脈與白鎢礦化關(guān)系最為密切。

圖2 牛角塢礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)江西有色地質(zhì)勘查四隊(duì),2019修改)

2.1 礦體特征

牛角塢礦區(qū)鎢礦化類型為白鎢礦化,目前發(fā)現(xiàn)的白鎢礦礦體共7條,可簡劃為深部主礦帶和淺部零星礦體:主礦帶分布在深部花崗閃長斑巖巖體與地層的內(nèi)外接觸帶,帶上可見大量浸染狀白鎢礦,礦帶產(chǎn)狀受接觸界面所控制;淺部零星礦體為呈細(xì)脈狀或透鏡狀的石英脈,脈中可見團(tuán)塊狀白鎢礦,礦體整體產(chǎn)狀150°∠61°(圖3)。

圖3 牛角塢礦床鉆孔聯(lián)合剖面圖(據(jù)江西有色地質(zhì)勘查四隊(duì),2019修改)

2.2 礦石特征

牛角塢礦床主要礦石類型為細(xì)脈浸染型白鎢礦和石英脈型白鎢礦。礦石礦物組合主要為白鎢礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦和閃鋅礦,含少量的毒砂、輝鉍礦和自然鉍;脈石礦物組合主要為石英、白云母、方解石和螢石等;礦石結(jié)構(gòu)主要為交代結(jié)構(gòu)、出溶結(jié)構(gòu)和自形-半自形結(jié)構(gòu)等;礦石構(gòu)造主要為團(tuán)塊狀和浸染狀(圖4、圖5、圖6)。

圖4 牛角塢礦床360中段細(xì)脈浸染型白鎢礦和石英脈型白鎢礦礦化特征照片

圖5 牛角塢礦床樣品手標(biāo)本特征及鏡下礦物結(jié)構(gòu)照片

圖6 牛角塢礦床偏光鏡下典型礦物結(jié)構(gòu)特征照片

2.3 圍巖蝕變和成礦階段

礦區(qū)主要蝕變?yōu)楣杌?、云英巖化和硅鈣角巖化,其次為絹云母化、碳酸巖化和綠泥石化等。不同類型白鎢礦的蝕變特征有所區(qū)別,深部細(xì)脈浸染型白鎢礦蝕變類型主要為硅鈣角巖化,部分接觸帶存在少量的硅化;淺部石英脈型白鎢礦蝕變類型為硅化和云英巖化,局部有少量的絹云母化。

牛角塢礦床成礦階段據(jù)礦物組合和穿插關(guān)系可劃分為巖漿階段和熱液階段(圖7)。石英貫穿整個成礦過程,巖漿階段形成角閃石和斜長石等脈石礦物。熱液階段可進(jìn)一步劃分為三個階段:階段Ⅰ成礦流體在深部形成浸染狀白鎢礦(圖4a),在淺部形成團(tuán)塊狀白鎢礦并伴生白云母和少量螢石(圖4b);階段Ⅱ成礦流體在淺部形成團(tuán)塊狀閃鋅礦、磁黃鐵礦與浸染狀白鎢礦,含少量的黃銅礦和黃鐵礦(圖4c);階段Ⅲ成礦流體在淺部浸染狀硫化物,如黃鐵礦、黃銅礦與磁黃鐵礦,含有少量的毒砂、輝鉍礦和自然鉍(圖4c)。

圖7 牛角塢礦床礦物生成次序表

3 樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法

3.1 樣品采集及其巖石學(xué)特征

于ZK1203號鉆孔398m處采集3件花崗閃長斑巖樣品(圖5a),主要用于主量元素與微量元素測試、鋯石U-Pb定年和鋯石原位Hf同位素測試。

花崗閃長斑巖整體呈灰白色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礦物斑晶較大,約占60%,主要由斜長石(40%)和角閃石(20%)組成(圖5g):斜長石為自形-半自形結(jié)構(gòu),粒度為0.1～0.5mm,可見明顯聚片雙晶,角閃石自形-半自形結(jié)構(gòu),粒度為0.2～0.4mm;基質(zhì)約占40%,細(xì)粒結(jié)構(gòu),主要為石英(30%)、少量鉀長石(4%)和黑云母(3%)。

于ZK100-1號鉆孔540m處采集1件細(xì)脈浸染型白鎢礦(圖5b),360中段采集5件石英脈型白鎢礦(圖5c,d)。白鎢礦樣品主要用于電子探針和LA-ICP-MS測試。細(xì)脈浸染型白鎢礦手標(biāo)本整體呈淺灰黑色,在紫外燈下白鎢礦呈現(xiàn)黃色-藍(lán)色熒光,顆粒粒徑較小,粒度為0.2～0.3mm(圖5e),斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物有斜長石、角閃石、石英和白鎢礦(圖5h)。石英脈型白鎢礦手標(biāo)本整體呈白色,白鎢礦在紫外燈下呈現(xiàn)亮藍(lán)白色熒光,顆粒粒徑較大,粒度為2～3mm (圖5f),主要礦物有石英、白鎢礦、黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦(圖5i)。

3.2 分析方法

3.2.1 全巖主量元素和微量元素分析

全巖地球化學(xué)主量元素和微量元素分析在貴州同微測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。主量元素由波長分散X射線熒光光譜法(WD-XRFS)測定,分析儀器為飛利浦PW2400光譜儀;微量元素由四級桿型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定,分析儀器為美國Perkin-Elmer公司生產(chǎn)的ELAN 9000/DRC-e質(zhì)譜儀。主量和微量元素分析精度均優(yōu)于10%,其中稀土元素分析精度優(yōu)于5%,具體操作流程及分析方法參考(Qietal.,2000)。

3.2.2 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年和原位Hf同位素測試

對花崗巖樣品進(jìn)行機(jī)械破碎、清洗、篩選、磁選和重選,并在雙目鏡下挑選顆粒較大晶形較好的鋯石。將挑選好的鋯石制靶,用于陰極發(fā)光、LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析和鋯石Hf同位素測試。

鋯石U-Pb測試工作在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心進(jìn)行,所用儀器為Neptune Plus MC-ICP-MS與NWR 193TM激光剝蝕系統(tǒng),后期數(shù)據(jù)處理采用Iolite4軟件,并利用Isoplot 4.0程序繪制鋯石年齡諧和圖。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程可參見文獻(xiàn)(侯可軍等,2009)。

鋯石原位Hf同位素測試于國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心開展。鋯石Lu-Hf同位素所用儀器為Neptune Plus MC-ICP-MS與NWR 193TM激光剝蝕系統(tǒng),分析束斑直徑為30μm,頻率為6Hz,剝蝕時間為31s。詳細(xì)的分析流程及校正方法參見文獻(xiàn)(Wuetal.,2006)。

3.2.3 白鎢礦主量和微量元素分析

背散射電子圖像(BSE)拍攝和電子探針分析在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。儀器型號為日本公司生產(chǎn)的JEOL JXA-iHP200F場發(fā)射電子探針。測試條件為:加速電壓為15kV,電流為15nA,束斑直徑為1μm,儀器的檢測限制為0.01%～0.05%。測試元素包括WO3、CaO、MoO3等,采用ZAF校正法。

白鎢礦原位微量元素分析在國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成。使用儀器為Agilent公司生產(chǎn)的8900 ICP-MS Triple Quad,配合NWR 193TM激光剝蝕系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,激光束斑直徑為50μm,脈沖頻率8Hz,剝蝕時間為50s,校正方法是在外部完成,每10個樣品使用2個NIST SRM 610和1個NIST SRM 612,以Ca作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)校正儀器漂移,使用ICP-MSDataCal 11.4程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理(Lietal.,2018)。

4 測試結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)特征

牛角塢花崗閃長斑巖主量元素分析結(jié)果見表1。從表1可知,巖石富硅(SiO2=69.95%～73.61%)、富鋁(Al2O3=13.04%～14.58%),落在花崗閃長巖和花崗(斑)巖的分界線上(圖8a)。全堿較高,Na2O+K2O為6.01%～6.69%(平均為6.24%),為鈣堿性巖體(圖8b)。A/CNK值為1.12～1.21,屬于過鋁質(zhì)花崗巖(圖8c)。

表1 牛角塢礦床花崗閃長斑巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖8 贛北花崗巖系列地球化學(xué)圖解

牛角塢花崗閃長斑巖稀土元素和微量元素見表1。稀土總量(∑REE)為101.8×10-6～123.8×10-6;(La/Yb)N比值為34.41～37.10,輕重稀土分異較為明顯,具有弱Eu負(fù)異常(0.78～0.80);球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線表現(xiàn)出明顯的輕稀土富集、重稀土虧損的特征(圖9a)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖9b),牛角塢花崗閃長斑巖富集Rb、Th、U等大離子親石元素(LILE),虧損Nb、Ti等高場強(qiáng)元素(HFSE)。

圖9 贛北花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b) (標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

牛角塢花崗閃長斑巖樣品鋯石主要為自形粒狀結(jié)構(gòu),長度約為100μm,寬度約為50μm,長寬比為2:1,整體顆粒粒度較小。陰極發(fā)光(CL)圖像上,鋯石顏色普遍較暗,主要為灰黑色,普遍具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖10a)。本次共測得41顆鋯石年齡,根據(jù)鋯石206Pb/238U年齡可分為三組:第一組206Pb/238U年齡在137～157Ma之間,共13顆;第二組206Pb/238U年齡在700～916Ma之間,共26顆;第三組共2顆鋯石,206Pb/238U年齡分別為1822Ma和2001Ma (表2)。第一組鋯石具備較為明顯的巖漿環(huán)帶,呈柱狀或長柱狀,少量具有核邊結(jié)構(gòu),為巖漿成因鋯石,可代表巖體侵位年齡;第二組鋯石具備弱的巖漿環(huán)帶特征,呈圓卵狀,邊緣可見溶蝕現(xiàn)象,為繼承鋯石;第三組鋯石具備弱的巖漿環(huán)帶特征,呈圓卵狀,具有核邊結(jié)構(gòu)和溶蝕現(xiàn)象,為繼承鋯石。因此,第一組鋯石年齡代表牛角塢花崗閃長斑巖成巖年齡。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖中(圖10b),鋯石數(shù)據(jù)大部分偏離一致曲線,落在曲線下方,表明鋯石存在放射性Pb的丟失,因此,206Pb/238U的年齡更能反映牛角塢花崗閃長斑巖成巖年齡,得到其加權(quán)平均年齡為149.1±0.6Ma (圖10c)。

圖10 牛角塢花崗閃長斑巖典型鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像(a)、鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)和206Pb/238U加權(quán)平均年齡圖(c)

4.3 鋯石Hf同位素

三組鋯石年齡中,由于第三組鋯石顆粒較少,因此僅對前兩組鋯石進(jìn)行原位鋯石Hf同位素測定。由表3可以看出,鋯石的176Hf/177Hf比值較為穩(wěn)定,第一組鋯石主要介于0.281672～0.282558,第二組鋯石則為0.282255～0.282582。第一組鋯石εHf(t)為-15.2～-3.2之間(除-38.9以外),其tDM為840～1297Ma(除2201Ma以外),t2DM為1289～2054Ma(除3538Ma以外)。第二組鋯石εHf(t)為-18.3～-7.3之間,tDM為951～1393Ma,t2DM為1553～2248Ma。

4.4 白鎢礦礦物學(xué)

牛角塢白鎢礦呈現(xiàn)出半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu),在BSE圖像中(圖11),石英脈型白鎢礦整體呈現(xiàn)灰白-灰黑色,亮度較為均一,表面多具溶蝕孔洞,無明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)。細(xì)脈浸染型白鎢礦整體呈現(xiàn)灰白色,亮度均一,無明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)特征。

圖11 牛角塢礦床典型白鎢礦背散射電子圖像

牛角塢白鎢礦主量元素見表4,石英脈型白鎢礦WO3含量介于79.52%～80.69%之間,CaO含量介于19.77%～20.38%之間,MoO3含量介于0～0.11%,其余元素含量均<1%;細(xì)脈浸染型白鎢礦WO3含量介于79.66%～80.50%之間,CaO含量介于19.75%～20.10%之間,MoO3含量介于0%～0.10%,其余元素含量均<1%。表明來自不同礦化階段的白鎢礦在主量元素的豐度上沒有較大的區(qū)別。

表4 牛角塢礦床白鎢礦電子探針數(shù)據(jù)(wt%)

牛角塢白鎢礦稀土元素和微量元素含量見表5和表6,石英脈型白鎢礦和細(xì)脈浸染型白鎢礦表現(xiàn)出明顯不相同的稀土元素配分模式(圖12a,b),石英脈型白鎢礦表現(xiàn)出為平坦型,LREE輕度富集,MREE和HREE輕微虧損,具有明顯的正Eu異常,稀土含量變化較大(59.02×10-6～720.3×10-6),平均∑REE為372.3×10-6,含量中等;細(xì)脈浸染型白鎢礦表現(xiàn)為左傾型,LREE虧損,MREE明顯富集,HREE明顯虧損,具有明顯的負(fù)Eu異常。稀土含量變化較大(400.7×10-6～864.9×10-6),平均∑REE為663.1×10-6,含量較高。

表5 牛角塢礦床白鎢礦稀土元素數(shù)據(jù)(×10-6)

表6 牛角塢礦床白鎢礦微量元素數(shù)據(jù)(×10-6)

圖12 牛角塢礦床石英脈型白鎢礦(a)和細(xì)脈浸染型白鎢礦(b)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)

5 討論

5.1 成巖成礦時代

牛角塢石英脈型和細(xì)脈浸染型礦體均產(chǎn)出于隱伏花崗閃長斑巖內(nèi)外接觸帶,說明牛角塢花崗閃長斑巖與兩類鎢礦化成因關(guān)系密切。本次工作獲得了牛角塢賦礦花崗閃長斑巖的成巖年齡為149.1±0.6Ma,指示區(qū)內(nèi)鎢多金屬成巖成礦作用發(fā)生于燕山早期階段。結(jié)合江南造山帶東段已有的年代學(xué)研究成果,如朱溪矽卡巖型鎢礦床形成于144Ma、東源斑巖型鎢礦床為149Ma、永平矽卡巖型鎢礦床為160Ma、徐山石英脈型鎢礦床為147Ma、陽儲嶺斑巖型鎢礦床為145Ma、東坪石英脈型鎢礦床為133Ma、香爐山矽卡巖型鎢礦床為124Ma和虎形山云英巖型鎢礦床為135Ma(秦燕等,2010; 李光來等,2011; 王開朗等,2013; 劉善寶等,2017; 戴盼,2018; 胡正華等,2018; 曾慶權(quán)等,2019; 蘇薔薇等,2021),指示江南造山帶東段在燕山期(晚侏羅世-早白堊世,150～120Ma)主體處于古太平洋板塊俯沖背景下的擠壓后伸展環(huán)境,期間發(fā)生了復(fù)雜的殼幔相互作用——幔源巖漿底侵作用導(dǎo)致殼源物質(zhì)大量重熔,形成了富鎢的花崗質(zhì)巖漿。巖漿熱液型鎢多金屬成礦作用隨花崗質(zhì)巖漿侵位而發(fā)生,成巖與成礦時間間隔較小(Fangetal.,2018; Zhaoetal.,2018a),牛角塢與朱溪、大湖塘等超大型鎢礦床同為該階段成巖成礦作用的產(chǎn)物。

5.2 巖漿演化與源區(qū)

牛角塢花崗閃長斑巖在地球化學(xué)上表現(xiàn)為明顯的鈣堿性、過鋁質(zhì)的的花崗質(zhì)巖漿系列特征(圖8)。稀土元素配分模式表現(xiàn)出右傾型,具有微弱的負(fù)Eu異常,并相對富集Rb、Th和U等大離子親石元素,虧損Eu、Sr和Ti元素,其微量元素和稀土元素的富集趨勢與區(qū)域內(nèi)朱溪、大湖塘和德興賦礦巖體基本相似,反映牛角塢花崗閃長斑巖經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分異作用。由于磷灰石在強(qiáng)過鋁質(zhì)/準(zhǔn)鋁質(zhì)/弱過鋁質(zhì)巖漿中溶解度有所不同,P2O5與SiO2在I型和A型花崗巖中呈明顯正相關(guān),而在S型花崗巖中普遍表現(xiàn)出無相關(guān)關(guān)系(Miller,1985)。牛角塢花崗閃長斑巖中P2O5的含量分布較為分散(圖13a),且與SiO2含量無明顯相關(guān)性。此外,S型花崗巖的Th-Rb呈負(fù)相關(guān),而I型花崗巖的則是正相關(guān)(Chappell and White,1992),牛角塢花崗閃長斑巖的Rb與Th呈現(xiàn)出明顯負(fù)相關(guān)(圖13b),以上判斷牛角塢花崗閃長斑巖為S型花崗巖系列。

圖13 贛北花崗巖SiO2-P2O5 (a)和Rb-Th (b)圖

牛角塢花崗閃長斑巖中的鋯石兩階段模式年齡主要集中在1.65～2.05Ga,表明牛角塢花崗閃長斑巖是由古元古代地殼組分熔融產(chǎn)生。牛角塢成礦階段鋯石εHf(t)為-15.2～-3.2(圖14a),與朱溪εHf(t)(-13.5～-7.7)相比具有更多的下地殼組分(Zhangetal.,2020),相較于大湖塘εHf(t)(-12.7～10.9),基性物質(zhì)參與更少(彭花明,2015),三者的巖漿源區(qū)比德興εHf(t)(2.0～6.1)具有更多的殼源組分(Liuetal.,2012),均為燕山期古太平洋板塊俯沖導(dǎo)致江南造山帶東段地殼部分熔融的產(chǎn)物,有不同程度的幔源物質(zhì)參與,暗示牛角鎢礦區(qū)隱伏巖漿巖具有重要的成礦潛力。

圖14 贛北花崗巖εHf(t)-t關(guān)系圖(a,據(jù)郭春麗等,2011)和A/MF-C/MF(b,據(jù)Altherr et al.,2000)

牛角塢花崗閃長斑巖的Rb/Sr比值處在0.9附近,大部分值大于0.9,屬變質(zhì)砂屑巖和基性巖的過渡源區(qū)(圖14b)。不同沉積巖部分熔融所產(chǎn)生的過鋁質(zhì)S型花崗巖的CaO/Na2O比值具有明顯差異(CaO/Na2O<0.3,源區(qū)為泥質(zhì)巖;CaO/Na2O>0.3,源區(qū)為砂屑巖)(王德滋等,1993; Sylvester,1998),牛角塢花崗閃長斑巖的CaO/Na2O比值介于0.37～0.59,均大于0.3,表明其由砂屑巖部分熔融形成。

5.3 成礦流體演化與成礦機(jī)制

鎢作為強(qiáng)不相容元素,在巖漿結(jié)晶分異過程中易向熔體-流體中聚集,在富礦流體中沉淀主要受控于水巖反應(yīng)、溫壓條件和氧化還原條件等因素(劉英俊,1982; Zhaoetal.,2021)。牛角塢兩類礦體中白鎢礦礦物BSE圖像顏色均一,無明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖11),說明白鎢礦結(jié)晶過程中未受到多階段流體疊加的影響。此外,稀土元素中,Y和Ho的離子半徑和化學(xué)性質(zhì)相近,兩者在巖漿體系中具有相似的地球化學(xué)行為(Bau and Dulski,1995),牛角塢石英脈型白鎢礦和細(xì)脈浸染型白鎢礦中Y-Ho呈明顯線性相關(guān)關(guān)系(圖15a),指示成礦熱液源自同源巖漿,外界物質(zhì)加入較少。

圖15 牛角塢白鎢礦地球化學(xué)圖解

白鎢礦中主要元素W和Mo,以及稀土元素可以指示其成礦的熱液環(huán)境。在氧化條件下,白鎢礦中的W6+會被流體中的Mo6+替換,而在還原條件下,Mo主要以Mo4+的形式進(jìn)入輝鉬礦中(Wuetal.,2019; 蘇薔薇等,2020)。牛角塢白鎢礦Mo含量整體偏低(圖15b),指示牛角塢白鎢礦化主要為還原環(huán)境。此外,氧化條件下,Eu大多以Eu3+形式存在,進(jìn)入白鎢礦晶格的Eu元素相對較少,表現(xiàn)為負(fù)異常,還原條件下則相反(Ghaderietal.,1999; Bruggeretal.,2000; Songetal.,2014; 聶利青等,2018)。石英脈型白鎢礦顯現(xiàn)出明顯的正Eu異常,同樣指示其形成于還原的環(huán)境。細(xì)脈浸染型白鎢礦與深部花崗閃長斑巖均表現(xiàn)出明顯的負(fù)Eu特征,表明兩者成因上密切相關(guān),但白鎢礦的負(fù)Eu異常有悖于其較低的Mo含量,指示白鎢礦中Eu含量可能受控于多種因素。結(jié)合牛角塢礦床細(xì)脈浸染型白鎢礦→石英脈型白鎢礦LREE/HREE比值上升(圖15c,d)以及兩者存在明顯的稀土配分曲線差異(圖12),表明牛角塢白鎢礦的稀土配分機(jī)制發(fā)生了變化(任康達(dá)等,2022)。

前人認(rèn)為稀土元素進(jìn)入白鎢礦的方式主要有四種情況:

2Ca2+=REE3++Na+

①

Ca2++W6+=REE3++Nb5+

②

3Ca2+=2REE3++□Ca

③

□Ca為Ca位空位

Ca2++Mo6+=REE3++(1-x)Mo5++xNb5+(0≤x≤1)

④

上述①的替代機(jī)制會造成與Na+離子半徑相近的MREE進(jìn)入,從而表現(xiàn)MREE富集的特征;②的替代機(jī)制會導(dǎo)致Ca和 W元素濃度降低,Nb的上升;③的替代機(jī)制所造成的Ca空位可以容納所有REE元素離子,進(jìn)而表現(xiàn)為(La-Lu)的分配系數(shù)無差異;④的替代機(jī)制引起∑REE和Nb呈正相關(guān),而與Ca和 W呈負(fù)相關(guān)(Nassauetal.,1963; Burt,1989; Ghaderietal.,1999; Bruggeretal.,2002; Zhaoetal.,2018b)。牛角塢細(xì)脈浸染型白鎢礦具有MREE富集的特征,但其 Na(均值9.6×10-6)明顯低于REE含量(均值629.4×10-6)(圖15e),說明①的富集機(jī)制不符合牛角塢白鎢礦元素特征。雖然牛角塢礦床中的白鎢礦的Nb隨REE含量上升而升高(圖15f),但是白鎢礦中W和 Ca整體變化小,此外石英脈型白鎢礦和細(xì)脈浸染型白鎢礦的Nb(均值分別為120.9×10-6和242.4×10-6)也與對應(yīng)的REE含量存在較大差異(均值分別為372.3×10-6和629.4×10-6),表明②的富集機(jī)制與牛角塢成礦無關(guān)。③的富集機(jī)制會使稀土配分模式變成平坦或繼承熱液中富LREE的特征,這與石英脈型白鎢礦具有較高的相似性,表明石英脈型白鎢礦的稀土富集機(jī)制為③。④的富集機(jī)制易使白鎢礦表現(xiàn)出富集MREE的特征,并且細(xì)脈浸染型白鎢礦中Nb隨REE含量上升而增加,推測細(xì)脈浸染型白鎢礦稀土富集機(jī)制為④。

5.4 礦床成因模型

牛角塢鎢礦床兼具了石英脈型和細(xì)脈浸染型鎢礦化結(jié)構(gòu)特征,但其深部細(xì)脈浸染型鎢礦體與“五層樓”深部“地下室”又存在明顯差異,其賦礦巖體為中酸性的花崗閃長斑巖。綜合年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和礦物學(xué)研究,本文建立了牛角塢鎢礦床成礦模式:江南造山帶東段在晚侏羅世-早白堊世,受到古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖的影響,處于擠壓后伸展的構(gòu)造背景,地殼深斷裂發(fā)育,軟流圈地幔物質(zhì)上涌,發(fā)生底侵作用,導(dǎo)致地殼基底大規(guī)模重熔,形成富鎢母巖漿(圖16a);富礦巖漿沿著北東向的深大斷裂帶向淺部運(yùn)移,隨著巖漿溫度和壓力變化,結(jié)晶分異作用持續(xù)發(fā)生,形成含鎢成礦流體,進(jìn)入巖漿結(jié)晶分異演化的晚期階段(圖16b);富鎢成礦流體在巖體與圍巖的接觸帶上冷卻結(jié)晶,形成厚大的細(xì)脈-浸染狀白鎢礦體,小部分富揮發(fā)分的流體沿著接觸帶頂部裂隙上侵,形成石英脈型白鎢礦和晚期硫化物脈(圖16c)。

圖16 牛角塢礦床成因模型

6 結(jié)論

(1)牛角塢礦床成礦花崗閃長斑巖成巖時代為149.1±0.6Ma,與江南造山帶朱溪、陽儲嶺和大湖塘等大型-超大型礦床形成時代基本一致,同為燕山期古太平洋板塊俯沖背景下江南造山帶東段大規(guī)模鎢多金屬成礦作用的產(chǎn)物。

(2)牛角塢花崗閃長斑巖表現(xiàn)為典型的過鋁質(zhì)鈣堿性巖漿系列的地球化學(xué)特征,鋯石Hf同位素指示其巖漿來源于古元古代地殼組分重熔。

(3)牛角塢礦床以淺部石英脈型鎢礦與深部細(xì)脈浸染型鎢礦分帶共生為特色,白鎢礦稀土元素特征指示兩類含礦熱液均主體源自深部花崗質(zhì)巖漿。

(4)牛角塢礦床為燕山期伸展構(gòu)造背景之下,軟流圈上涌引起基底物質(zhì)重熔,大量富鎢巖漿熱液在巖體與地層的接觸帶形成細(xì)脈浸染型白鎢礦,少量成礦流體沿接觸帶頂部裂隙上侵,形成了石英脈型白鎢礦。

致謝本文野外工作得到了江西省自然資源廳、章源鎢業(yè)等單位的支持;實(shí)驗(yàn)工作得到了李超老師的細(xì)心指導(dǎo);編輯部老師和審稿專家提出了寶貴的修改意見;在此一并表示感謝。