瑤嶺-石炭紀鎢成礦區構造背景與成礦關系研究

1區域地質特征瑤嶺-石心社區行政單位為廣東省韶關市永興區。在此區域內從西向東依次有瑤嶺、石人嶂和梅子窩三個鎢礦床。這三個鎢礦床處于相同或相似的構造單元,彼此間距不超過12km,見圖1。該區在構造上隸屬于閩粵加里東隆起區之粵中海西坳陷的北東端,屬印支褶皺構造分區中的粵北瑤嶺復背斜之東部。在次級構造單元上,瑤嶺鎢礦屬瑤嶺復背斜核部,而石人嶂和梅子窩鎢礦所處的次級構造為石人嶂復式背斜的兩翼。其北部為始興向斜構造,軸向近東西。而石人嶂復式背斜軸向近南北。加里東期構造作用形成的花崗巖在區域上主要出露于粵北東部的連縣、苗爾山和研究區東南部(禾洞巖體)等,區內為梅子窩礦區東南部的都坑英安玢巖。印支期和燕山期構造作用形成的巖體,在粵北地區廣泛出露。印支期形成的二長花崗巖和花崗閃長巖等在礦區東北部文政坑、師姑山等地出露。燕山期的花崗巖、黑云母花崗巖為本區主要巖體。華南地區與鎢礦關系密切的花崗巖有一顯著的特點,就是近東西向分布。舒良樹等將南嶺地區花崗巖劃分為騎田嶺-九峰山帶(北帶)、大東山-貴東巖帶(中帶)和佛岡-新豐江帶(南帶)等3條近東西向的花崗巖帶。瑤嶺鎢礦、石人嶂鎢礦和梅子窩鎢礦三個礦床出露位于九峰巖體之南、貴東巖體之北,西有丹霞盆地,東為南雄盆地。在此狹窄的地區內有瑤嶺的白基寨巖體、石人嶂洞口山巖體和梅子窩嶂下巖體等多個不同規模的小花崗巖體出露,整體呈近東西向展布(圖1)。區域上在華南前震旦紀-早古生代強烈褶皺-變質的基礎上,有萍鄉-桂林斷裂帶、龍巖-大埔-海豐斷裂帶、贛江斷裂帶與四會-吳川斷裂帶、茶陵-廣昌隱伏斷裂和梧州-四會隱伏斷裂這五大斷裂。前四條近北東向,梧州-四會隱伏斷裂為近東西向,瑤嶺-石人嶂正是此斷裂的向東延伸部位。區域性斷裂的走向與區域性花崗巖的展布方向一致,說明斷裂作用與花崗巖的產生有一定的耦合關系。沿上述深大斷裂,有大量的鎢礦床(點)出露,礦點整體呈北西西向分布。代表性的礦床(點)為湖南柿竹園鎢礦,江西西華山、大吉山、盤古山、巋美山、漂塘鎢礦,廣東蓮花山鎢礦、鋸板坑、河口山、師姑山、瑤嶺鎢礦、石人嶂鎢礦等。這些礦點受巖漿和構造控制,常常具有相同的深部構造動力學背景,也常常具有相同的礦化和構造特征。2長6月以后的成礦活動關于南嶺造山帶構造演化存在多種分歧,有“溝-弧-盆”模式、對接模式、“特提斯多島洋”模式和華夏島弧系模式等,現在多數學者把南嶺造山帶稱為加里東造山帶。研究表明南嶺地區主要有三期構造作用,分別為總體拉張背景的加里東期構造作用,以區域上廣泛出露的花崗閃長巖為特征的印支期構造作用和與鎢礦化有關的復合“S”型花崗巖體為代表的燕山期構造作用。加里東擠壓-走滑-巖漿事件使南嶺變為華南陸區。強烈的擠壓作用形成區域上大量近東西向的斷裂,這些斷裂雖然被后期的構造作用改造,但在區域上仍然可以從斷裂帶主要沿東西向展布得到證實。華南地區不僅形成一系列近東西向的褶皺群和斷裂系,也產生了加里東期近NE向花崗質巖體。這些花崗巖以鈣堿性花崗巖為主,反映島弧環境。印支運動在華南地區表現為以碰撞-擠壓-推覆-隆升為主構造事件,這一期構造運動形成了區內北西向和近南北向的褶皺構造。伴隨這次事件形成了華南地區晚印支期花崗巖主體,屬于巖漿重熔型過鋁質富鉀質花崗巖。這一時期的花崗巖具有較高的W、Sn、Nb、Ta含量。但由于這一階段巖漿活動與地幔作用并不強烈,除鈾礦外由于缺少地幔物質的加入很難成礦。燕山期是華南鎢礦的一個主要成礦時期。燕山早期南嶺地區進入一個新的構造發展階段,地殼拉張裂解,有大量的地幔物質加入,形成如A型花崗巖和煌斑巖脈。由于地幔物質加入提供了大量熱量,同時地幔也提供了部分成礦物質。華仁民等將華南燕山期劃分為早、中、晚三期,又將中期劃分為兩個階段,第一階段(170~150Ma)以大規模陸殼重熔型花崗巖侵位為主,但成礦較少,第二階段(150~140Ma)發生了大規模的W、Sn及其他稀有金屬成礦作用。陳培榮等提出,南嶺燕山早期花崗巖類的地球動力學背景應是繼印支造山運動以后的一種后造山大陸裂解作用。綜合分析,華南地區在加里東期就有廣泛的構造動力作用,形成大量的東西向的斷裂,沿這些斷裂局部地段有巖漿上侵形成巖體,同時,該期次的斷裂現在一般都被后期的斷裂改造或錯斷,但此段時間內并未形成大量的W礦床。到印支-燕山期,由于構造作用,斷裂再次活躍起來,代表性的有近東西向的定南-韶關-連縣深大斷裂。構造運動引起地幔物質上侵釋放熱量、熔融地層等形成花崗巖巖體,產生成礦流體。同時,這些深大斷裂及其次級斷裂、裂隙提供了W礦的成礦流體通道和成礦空間。成礦元素在以F、Cl、B為主要運移礦化劑的作用下,多以絡合物的形式在成礦流體中運移到近地表或地表的構造裂隙中。同時活化了地層中的W,最終形成高濃度的成礦流體在構造有利部位聚集成礦。3瑤嶺、人參描述的斷裂體系瑤嶺-石人嶂-梅子窩的成礦地質條件基本相似,各礦區內地層均出露有寒武系和奧陶系淺變質碎屑巖與泥盆系碎屑巖碳酸鹽巖;區內構造作用發育,褶皺構造有復式背斜和向斜,較大斷裂主要為北西西向與北東向兩組。巖漿巖主要有加里東期梅子窩東南部的都坑英安玢巖,印支期石人嶂的嶂下花崗閃長巖體,燕山期瑤嶺白基寨的花崗巖等(圖2、3)。瑤嶺、石人嶂、梅子窩礦區位于瑤嶺復背斜東段,復背斜核部寒武系、奧陶系地層經歷了強烈的褶皺,與區域構造背景一致,形成近東西向的瑤嶺復背斜雛形。經印支(褶皺北西和近南北向)、燕山運動的構造作用疊置,形成了一系列緊密直立、倒轉的復雜線狀褶皺。這些褶皺走向以北北東向或近南北向為主,如瑤嶺竹園背斜、石人嶂礦區的黃草山向斜、琯坑-蓮花山背斜、刀背山向斜,梅子窩礦區的橫路下向斜、楊梅山背斜等。區內的斷裂構造經歷了多期活動疊加,形成復雜的斷層或裂隙帶系統,按幾何形態與力學性質可分為近東西向張性-張扭性斷裂帶、北東向壓性-壓扭性斷裂、北北東向壓扭性斷裂和北西向斷裂裂隙帶四組主要斷裂。其中,近東西-北西向斷裂帶的次級北西-北西西向微細裂隙帶是鎢礦的主要成礦構造,見圖2和圖3。3.1口山-3下斷裂本組斷裂是三個礦點內的主干斷裂,主要有瑤嶺竹園斷裂、石人嶂和梅子窩地區的梧桐窩-蕉樹窩斷裂和洞口山-嶂下斷裂。走向北西向,傾向北東(0~30°∠50~70°)。斷裂破碎帶內發育有構造透鏡體、片理化帶,后期發育有羽狀節理,在斷面上具有相互交錯的水平與垂直擦痕。斷層最早形成于加里東期,后期充填有印支期的煌斑巖,屬繼承性多期次活動斷裂,并被近南北向(西部)或北東向(東部)斷層所切割。3.2窩礦區的整體布局該組斷裂在全區均有分布,但以梅子窩地區更為發育,斷裂性質以斜沖斷層為主,平面上呈左行平移。斷裂走向主要為40~60°,與區域地層走向及褶皺軸向大體上一致,斷面在梅子窩礦區傾向北西,在石人嶂礦區傾向為南東方向,傾角60~80°,常有多條密集斷層構成一個強烈擠壓斷裂帶。在瑤嶺的北東部松山、北峰坳、洞木坑頂等以大角度與區域大斷裂相交,傾向以南東為主,傾角一般在30~60°之間。斷裂帶內見有壓性構造透鏡體以及片理化帶,發育充填不規則的石英脈,明顯切割北西向斷裂和礦體,形成于成礦之后,屬破礦構造,在梅子窩地區斷裂最大水平斷距可達100余m。斷裂在瑤嶺以剪切作用占主導地位,水平斷距80~100m,垂直斷距100~120m,明顯破壞礦脈的連續性,扭曲變形強烈。3.3斷裂發育部位及層序該組斷裂的走向以北北東向為主,部分為北北西向,或與南北向組成復合斷裂,分布于礦化較強地段,呈密集束狀,斜沖斷層為主,平面上北北西向或與其復合者呈右行平移。走向350~25°,局部走向偏轉,在梅子窩向西偏轉,傾向北西,石人嶂向東偏轉,傾向南東,傾角60~80°。瑤嶺北北東向斷裂向北偏移,斷裂受北東向斷裂的剪切作用影響,傾角50~75°。斷層切割了礦區地層,主斷層旁側羽狀裂隙十分發育。本組斷裂成礦后又有活動,成為破礦構造。斷層水平位移量:梅子窩地區北北東向斷距為幾米至30余m,石人嶂地區北北西向斷距為24~115m,瑤嶺北北東向斷距為5~12m。呈樹枝狀分布,在石人嶂,F1與F31和F32組成帚狀斷裂,它們在北部收斂,在南部撒開甚至分叉成分支斷裂。3.4礦物學一般特征在瑤嶺北西向斷裂與北西西向斷裂為礦區主要斷裂,與區域大斷裂呈銳角相交。石英脈型黑鎢礦主要賦存于這兩組斷裂中。北向裂隙傾向220~240°,傾角65~85°,脈長可達1500m。在石人嶂和梅子窩北西向-近東西向斷裂為次級旁側羽狀裂隙帶,其性質、產狀均受控于主干斷裂,傾角70~85°。裂隙在平面上成組成帶平行、右行重疊側幕組合排列,垂向橫剖面自上向下,裂隙數量由多變少,裂隙寬度由小變大,裂隙帶逐漸歸并呈上寬下窄的扇形組合,具有五層樓結構格局。已控制的主裂隙帶走向延展規模達上千米,垂向上控制最大延深有700余m,推測延深可能超過千米。勘探與采礦生產證實,該方向微裂隙帶既有延長大于延深者,也有延深等于、大于延長者,形成的礦體同樣也有延深大于延長者,為礦山主要成礦和賦礦構造帶。筆者在三個礦山多個地質點和構造點的觀測統計發現,主要成礦石英脈的產狀為200~240°∠50~70°,石英脈主要沿巖石節理和斷層面產出。前期的石英脈又被后期的斷裂和巖石節理錯斷,這些錯斷的裂隙中又常常充填新的石英脈(圖4、5)。根據斷裂穿插關系可知這些斷裂活動主要有6期:第一期斷裂的主要產狀為190°∠60°,30°∠40°;第二期斷裂的主要產狀為340°∠70°;第三期斷裂的主要產狀為230°∠70°,20°∠80°;第四期斷裂的主要產狀為30°∠70°;第五期斷裂的主要產狀為140°∠40°;第六期斷裂的主要產狀為90°∠70°。統計發現這6期構造斷裂與礦脈同時形成,當斷裂形成時,成礦熱液充填斷裂的裂隙中,當下一期斷裂再形成時,破壞前面的礦脈,同時也形成新的礦脈沿這些裂隙分布。這樣斷裂活動是多期次,每一期次斷裂形成都對先前的礦脈起了不同程度的破壞和改造作用。如果成礦流體來自下部巖漿作用,那么說明巖漿作用持續時間較長,活動的期次多,這與區域成礦花崗巖多為復式巖體一致。4斷裂發育特征胡世杰總結了石人嶂鎢礦應力特征,提出在加里東期經受了東西向的作用力,成為后期各期裂隙形成和發展的基礎。印支晚期-燕山早期由貴東巖體和九峰巖體隆升產生南北向的擠壓力,在其作用下,產生瑤嶺-石人嶂-梅子窩大背斜,并加深了NW向深斷裂。燕山晚期該地區經歷了花崗巖上侵底劈張力作用,改造和破壞部分礦脈和裂隙。到喜山運動期,由于NNE-SSW方向的作用力,在深部發生局部彎曲,產生了大量破壞先前礦脈的斷裂構造。加里東期斷裂為后期斷裂的先導,三個礦區的斷裂以這期斷裂為基礎,此斷裂為區域上的,在礦區反映不明顯。NWW-SEE為一組逆沖斷裂,以竹園斷裂為代表,為印支期伴隨“瑤嶺復背斜”的形成而產生,這與南北向擠壓作用有關。這一斷裂多次活動,產生了大量裂隙,主要有剪切力和張力作用。到燕山晚期區內發生了輕微扭性作用,表現為斷裂延伸方向發生扭轉和巖石地層的局部變形,這與南北向擠壓作用后,應力釋放作用有關。區域上鎢礦多分布在加里東期褶皺的鞍部(瑤嶺)、傾伏端(石人嶂)和倒轉翼(梅子窩)等處。北西向與近南北向、北東向斷裂疊加發育,與其相鄰或所夾持的北西向張性次級微裂隙帶亦發育。這些都是一種應力集中區和構造巖漿活動-鎢富集成礦中心,易于形成規模較大的鎢礦床。垂向上,兩礦區被夾持在南、北兩側二個產狀相向的北西向-近東西向張性大斷裂帶間,能夠形成深度很大的陡傾斜微裂隙帶。從瑤嶺至石人嶂,再到梅子窩,構造斷裂在瑤嶺表現強烈,有大量的微裂隙發育,但地層覆蓋較厚,巖漿侵位離地表遠。向東南到石人嶂和梅子窩礦區斷裂規模變大,小斷裂減少,斷裂向下延伸深。從現階段來看,瑤嶺鎢礦區多數的石英脈型黑鎢礦脈延伸到花崗巖很快變小尖滅,而在石人嶂和梅子窩含礦石英脈延伸到巖體外帶的花崗閃長巖中。可見應力作用在向南東有增大趨勢,其深部動力作用強烈。5成礦環境及成礦時代W在地殼中豐度為1.1×10-6,上地幔0.3×10-6,下地幔0.1×10-6,地核為4.9×10-6,最主要富集在地核和地殼中。故而看來鎢在地殼、地幔分異中有強的親石元素特征。在中國華南花崗巖中W的豐度為3.44×10-6,比正常地殼的豐度高出3倍。中國華南燕山期花崗巖W的豐度為5.2×10-6,世界花崗巖中W的豐度為1.5×10-6。由此可見,整個華南花崗巖中都有高W的背景,而以燕山期花崗巖為峰值。同時,華南沉積巖鎢含量值為:泥質巖類12.18×10-6,砂質巖類10.49×10-6,碳酸鹽巖0.63×10-6,火山沉積巖12.28×10-6,可見整個華南地區普遍存在一個高W的異常背景。反映出地殼元素分布的不均衡性和華南具有良好的W礦成礦條件,只要具備適當的構造動力學條件和熱量就可能形成鎢礦礦床。瑤嶺鎢礦、石人嶂鎢礦和梅子窩鎢礦等三個礦區具有相同的構造背景,受相同的成礦力學性質控制。其成礦機理和成礦條件相似。在加里東期,因受南北向的擠壓,形成一系列區域上近東西向的復式背、向斜和斷裂構造裂隙。但在區內無明顯巖漿活動,故未見此時期形成的鎢礦化。到晚印支-早燕山期時,受東西向擠壓作用,形成礦區大量北西和近南北向的背向斜構造。由于構造活動再次活躍起來,這對原來加里東期的構造裂隙也有一定的影響,尤其可能加深了近東西向的斷裂。燕山期由于構造活動使得高含W地殼熔融,形成花崗巖上侵,對成礦可能起到了預富集作用。但從整個華南來看,在晚印支-燕山早期的花崗巖并未形成大規模的成礦,這可能與燕山早期巖漿活動時間比較集中,快速的巖漿上侵后使得成礦流體沒有充足的時間從巖漿中分離出來有關。到燕山中期,構造活動頻繁,持續時間比較長,同時也活化了前期的花崗巖。有證據表明華南地區花崗巖有多期次侵位的特點,成礦流體有充足的時間從巖體中釋放出來,沿裂隙向上運移,甚至在構造裂隙中形成循環,這樣熱的流體萃取部分地層中成礦元素,最終沿構造裂隙形成石英脈型黑鎢礦。由于成礦熱液冷