曾小華, 劉 嘉, 杜文洋, 魯顯松, 劉 雷, 吳 兵,熊意林, 朱正勇, 杜翌超, 黃桂珍
(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430074)
桐柏—大別造山帶是洋陸轉(zhuǎn)化、俯沖增生、碰撞拼合及逆沖推覆而形成的不同時代重疊的造山帶[1-3]。其經(jīng)歷了長期的地質(zhì)演化歷史過程:張裂、俯沖、碰撞、折返拼合及其相互轉(zhuǎn)化,是研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化的一個顯著特點[4]。區(qū)域上構(gòu)造—巖漿(流體)活動復雜,殼幔相互作用及地殼變形強烈,具備優(yōu)越的成礦條件及巨大的找礦潛力。研究區(qū)位于桐柏—大別造山帶中部、商城巖體南西及湖北與河南交界處,緊鄰新城巖體(圖1)。
圖1 大別山北麓構(gòu)造地質(zhì)簡圖[3-4]Fig.1 The sketch of structural geology of North Dabie1.中新生代地層(K-E);2.二郎坪群( Pt3-Pz);3.龜山巖組(Pt2g)、南灣組(Dn);4.肖家廟巖組(Z-Ox);5.秦嶺巖群( Pt2Q);6.桐柏—大別變質(zhì)雜巖(Ar3-Pt1);7.紅安巖群( Pt3HA);8.榴輝巖;9.白堊紀火山巖(K);10.石炭系;11.燕山期花崗巖;12.晉寧期花崗巖;13.地質(zhì)界線;14.斷裂帶及編號;15.大別造山帶邊界;16.研究區(qū)位置;Ⅰ.華北地塊;Ⅱ.大別造山帶;Ⅲ.揚子地塊。
兩路口礦區(qū)位于湖北省麻城市兩路口地區(qū),地處桐柏—大別變質(zhì)核雜巖隆起亞帶中部。區(qū)域主要出露英云閃長質(zhì)片麻巖、二長花崗質(zhì)片麻巖、花崗閃長質(zhì)片麻巖組合。新元古代火山巖均有雙峰式火山建造特征(稱大別山(巖)群)。侵入巖主要表現(xiàn)為晉寧期—燕山期的花崗巖類[5-6]。
桐柏—大別造山帶為陸—陸碰撞造山,由揚子陸塊向北俯沖至華北陸塊之下形成。區(qū)域上發(fā)育多期次的韌性變形以及脆性變形為主的推覆構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。區(qū)域上主要表現(xiàn)為呈NE向延伸并沿斷裂分布的中酸性構(gòu)造—巖漿巖帶,并與NW向—近EW向斷裂相互交織。同時也發(fā)育有各方向的脆性斷裂,其中近EW向、NNE向兩組尤為發(fā)育。研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造與區(qū)域斷裂構(gòu)造相配套,表現(xiàn)為壓扭性特征。
造山帶內(nèi)巖漿活動十分頻繁,發(fā)育多期巖漿巖,尤以燕山期后碰撞鈣堿性花崗巖最為強烈,規(guī)模較小的巖體主要形成于早白堊世,其中中酸性小巖體密布,巖體受斷裂體系控制,具有成群成帶等間距分布特點。
礦區(qū)主要出露的基巖為黑云二長花崗質(zhì)片麻巖,其覆蓋了研究區(qū)60%以上區(qū)域;其次為一套變斜長角閃巖及斜長角閃片麻巖組(原紅安群解體單元)[7],該套巖性主要分布于研究區(qū)中部兩路口村—鐵門口一帶,多呈大小不等、形態(tài)各異的包裹體、殘留體鑲嵌在中元古代變質(zhì)巖中。
礦區(qū)主要發(fā)育有NNE向、EW向、NE向以及NW向多組斷層。主礦體ⅠW1賦存于齊頭山—單尖溝一帶發(fā)育的近EW向斷層破碎帶中,該斷層為一逆斷層,產(chǎn)狀345°~15°∠45°~60°,工區(qū)出露>2 km,形成的破碎帶一般寬5~35 m,破碎帶內(nèi)發(fā)育強硅化巖蝕變。破碎帶內(nèi)主要充填構(gòu)造角礫巖、碎裂巖及碎粒巖,明顯與圍巖面理斜交,常見斷層引起的拖曳褶曲,構(gòu)造巖具明顯分帶現(xiàn)象。鎢礦化與碎裂巖化+黃鐵礦化(褐鐵礦)+硅化蝕變關(guān)系密切(圖2)。
圖2 兩路口礦區(qū)構(gòu)造略圖[8]Fig.2 Structural sketch of Lianglukou mining area1.第四系;2.中元古代基性火山巖組;3.中元古代變輝長(輝綠)巖;4.中元古代二長花崗質(zhì)片麻巖;5.晚侏羅世斑狀角閃二長花崗巖;6.早白堊世斑狀中粒二長花崗巖;7.實測正斷層;8.實測逆斷層;9.構(gòu)造礦化蝕變帶;10.性質(zhì)不明斷層;11.鎢礦體;12.鎢礦化體。
脈巖多呈放射狀分布,走向以近EW向、NE向、NW向為主。NE向脈巖嚴格受構(gòu)造控制,沿斷裂產(chǎn)出;近EW向脈巖多產(chǎn)出于構(gòu)造破碎帶中。研究區(qū)內(nèi)見白堊紀似斑狀黑云二長花崗巖呈巖株狀侵入,分布于工區(qū)北面,面積>4 km2,其中閃長巖脈與鎢礦賦存關(guān)系較密切[8]。
桐柏—大別造山帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)大量與中酸性火山巖有關(guān)的斑巖型鉬礦床(如湯家坪鉬礦等)以及熱液型鉛(鋅)礦床。從區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)的礦床(點)來看,其礦床成因與沉積作用、火山作用及巖漿侵入作用緊密相關(guān),規(guī)模較大的礦床(點)成因除與上述成礦作用之外,后期往往伴隨有巖漿期后熱液或與斷裂活動有關(guān)的熱液疊加改造,早期的火山作用及巖漿侵入作用富集了部分礦質(zhì),后期的熱液疊加使礦質(zhì)在容礦(構(gòu)造)有利部位進一步富集,形成規(guī)模較大的礦床。同時,結(jié)合研究區(qū)成礦地質(zhì)背景分析,區(qū)內(nèi)具有良好的成礦地質(zhì)條件和較大的成礦潛力。
結(jié)合前人研究成果,兩路口鎢礦區(qū)屬秦嶺地球化學省之北大巴山鐵族元素(Nb、La、Ba、Au、Ag、V、Mo、U等)富集區(qū),主要構(gòu)成以鐵族、Nb、La、Ba、Au等為主的多元素富集區(qū)。區(qū)內(nèi)不同元素組合所構(gòu)成的高背景—異常帶交織排布,Au普遍富集,背景含量為1.53 ng/g,局部異常廣泛分布,但主體對應基性—超基性巖帶及堿性粗面巖帶;Pb、W、Sn除在局部的斷裂帶上有零星弱異常外,基本為背景分布[5-6,9]。
1988年湖北省地質(zhì)局開展了1∶20萬商城幅區(qū)域化探工作,對Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、Ni、Co、Cr等40種元素進行了半定量分析。所圈定的異常顯示,工作區(qū)內(nèi)W、Mo、Ag單元素異常套合較好(圖3),指示本區(qū)具有較好的找礦前景。
圖3 研究區(qū)1∶20萬化探異常特征圖Fig.3 The 1∶200 000 stream sediment survey geochemicalanomalies in the study area
通過開展1∶5萬水系沉積物測量工作,在兩路口齊頭山—純陽山一帶圈出了以W、Mo、Bi為主的綜合異常(由W、Mo、Bi、Ag、Au、Ni等元素組成,面積約18 km2),W、Mo、Bi平均含量為10.064×10-6、3.939×10-6、2.413×10-6,變異系數(shù)分別為1.739 7、1.390 1、0.752 4。
在區(qū)內(nèi)大面積發(fā)育的黑云二長花崗質(zhì)片麻巖中,W、Mo、Bi襯值分別為6.493、7.072、8.045,與區(qū)域背景值相比較,W、Mo、Bi元素在研究區(qū)存在顯著富集。W、Mo在區(qū)內(nèi)明顯的含量起伏反映有礦化活動的疊加[10],顯示出后期礦化活動的疊加改造強烈。在研究區(qū)中、西部分布有較大面積的W、Mo高強度異常,為區(qū)內(nèi)最重要鎢礦找礦異常。以大面積富集W、Mo,局部富集Sn、As、Pb為特征,這種元素組合為高溫元素組合,反映了黑云二長花崗質(zhì)片麻巖局部富集W、Mo,與后期熱液改造作用關(guān)系密切。
根據(jù)1∶5萬水系沉積物測量圈定的異常及發(fā)現(xiàn)的礦化線索,重點對純陽山—齊頭山—單尖溝—鐵門口地區(qū)開展了1∶1萬土壤測量工作,共圈定土壤綜合異常帶(群)3處,編號分別為ZH1、ZH2、ZH3(圖4、圖5)[11]。
圖4 兩路口礦區(qū)1∶1萬土壤綜合異常圖Fig.4 The 1∶10 000 soil survey geochemical anomaly map ofLianglukou scheelite deposit1.W;2.Mo;3.Ag;4.Bi;5.Pb;6.Zn;7.As;8.Sn;9.綜合異常及編號;10.1∶1萬土壤采測量區(qū);11.研究區(qū)。
圖5 兩路口礦區(qū)1∶1萬土壤異常剖析圖Fig.5 Elementary anomalies map of 1∶10 000 soil survey in Lianglukou scheelite deposit
ZH1號異常成礦元素較全(Ag、As、Bi、Mo、Pb、Sn、W、Zn元素異常均有),面積達2.61 km2,各元素異常套合較好,具有明顯的濃集中心和梯度變化,異常以W、Mo、Bi、Ag元素為主,其中W元素峰值為202.5×10-6,襯值為4.79;Mo元素峰值為71.97×10-6,Bi元素峰值為37.58×10-6,Ag元素峰值為1 040×10-9。異常分布于黑云二長花崗質(zhì)片麻巖中,與1∶5萬水系異常吻合,異常重現(xiàn)性好。主礦體ⅠW1、ⅡW2位于該異常中(圖4、圖5)。
ZH2號異常由Bi、Mo、Pb、Sn、W、Zn元素組成,面積達1.62 km2,W、Bi元素異常套合好,W具有明顯的濃集中心和梯度變化,其中Bi元素峰值為11.85×10-6,W元素峰值為93.42×10-6,Mo元素峰值為22.27×10-6,Zn元素峰值為400.07×10-6。異常產(chǎn)于黑云二長花崗質(zhì)片麻巖中,異常位于1∶5萬水系異常邊部。ⅣW4鎢礦化體位于該異常中(圖4、圖5)。
ZH3號異常主要由Bi、Mo、W元素組成,各元素異常套合好,具有明顯的濃集中心和梯度變化,其中Bi元素峰值為19.77×10-6,Mo元素峰值為6.72×10-6,W元素峰值為97.08×10-6,襯值為1.99。異常位于1∶5萬水系異常西部,異常重現(xiàn)性好。鎢礦(化)體ⅤW5、ⅥW6位于該異常中(圖4、圖5)。
地表已發(fā)現(xiàn)礦(化)體6條,其中ⅠW1、ⅡW2鎢礦體已成規(guī)模。ⅠW1鎢礦體是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的礦體,已實施的8個鉆孔均見鎢礦化。ⅠW1礦體地表控制長度已達1 800 m,礦體斜深最深達480 m;礦體厚度為1.01~10.30 m,平均為4.41 m;礦體品位WO30.08%~0.53%,平均品位0.16%。礦化受構(gòu)造破碎帶控制,呈近EW向展布,傾向345°~15°,傾角45°~60°。礦體呈脈狀、似層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀與斷層產(chǎn)狀大體一致(圖6)。礦體品位與硅化、鉀化、褐鐵礦化、碎裂化關(guān)系密切。礦石礦物為白鎢礦,其它金屬礦物主要有針鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、輝鉬礦等,偶見黃銅礦、方鉛礦;脈石礦物有石英、絹云母、長石、螢石、角閃石及碳酸鹽(方解石)等。
圖6 兩路口白鎢礦床ⅠW1、ⅡW2礦體空間分布圖[8]Fig.6 The spatial distribution of the ⅠW1、ⅡW2 scheelite orebodies ofLianglukou scheelite deposit
圍巖蝕變主要受構(gòu)造控制及構(gòu)造后期熱液活動影響,主要有黃鐵礦化、褐鐵礦化、高嶺土化、硅化、次生石英巖化、綠泥石化等。地表局部礦化露頭以鐵帽形式產(chǎn)出。礦化強度與破碎帶中的黃鐵礦化與硅化蝕變正相關(guān)[11]。
2.5.1流體包裹體特征
流體包裹體樣采自ZK004巖芯及LTC08工程控制IW1礦體。鏡下觀察顯示,成礦過程中流體包裹體十分發(fā)育。根據(jù)室溫下包裹體的相態(tài)特征(室溫 20 ℃),將石英中的包裹體類型分為四類,按其豐度高低順序分別為:含氣相和液相CO2三相包裹體(Ⅰ類);純CO2包裹體(Ⅱ類);氣液兩相包裹體(Ⅲ類);純液相包裹體(Ⅳ類);含子礦物包裹體(Ⅴ類)(圖7)。
Ⅰ類在室溫下呈三相(H2O溶液相+CO2液相+CO2氣相),其在石英中最為發(fā)育,形狀較為規(guī)則,單體形態(tài)主要為近圓—橢形、負晶型、長條狀,呈群狀和孤立狀分布,也可見在石英顆粒內(nèi)呈帶狀分布。包裹體個體較大,一般為4~40 μm,大者可至100 μm以上,小者僅為1~2 μm,以富含CO2為特征。根據(jù)包裹體中CO2所占的比例可以進一步劃分為Ⅰa類(圖7-c)富水包裹體(CO2相比一般<50%)和Ⅰb類(圖7-d)CO2包裹體(CO2相比一般>50%,少數(shù)可達95%),Ⅰa類占Ⅰ類的80%左右。根據(jù)測溫過程中CO2相均一方式的不同,Ⅰa類可進一步分為兩個亞類:Ⅰa1CO2相均一至氣相;Ⅰa2CO2相均一至液相。
Ⅱ類室溫下呈兩相(CO2液相+CO2氣相),在石英中較為發(fā)育(圖7-b,7-l),大小3~40 μm。形態(tài)多見近橢圓形和負晶型,呈群狀和孤立狀分布,與Ⅰ類常在同一石英顆粒中同一視域出現(xiàn)。CO2氣相含量多集中在10%~35%之間。
Ⅲ類室溫下呈氣液兩相(圖7-g,7-j),有氣相和液相H2O組成,大小4~30 μm,呈長條形、橢圓形、負晶型、正方形等。液體充填度一般在60%以上,少數(shù)低于Ⅳ類室溫下單一液相(圖7-h,7-m),形態(tài)較為不規(guī)則。Ⅴ類包裹體數(shù)量極少,只能在極個別包裹體片中偶然出現(xiàn)。
圖7 石英中流體包裹體特征Fig.7 The fluid inclusions characteristics in the quartza.包裹體呈群狀分布;b.包裹體呈帶狀分布;c.長條狀含氣相和液相CO2三相包裹體;d.富CO2相的三相包裹體;e.近橢圓狀含氣相和液相CO2三相包裹體;f.富CO2氣相的純CO2包裹體;g.富液相兩相包裹體;h.純液相包裹體;i.包裹體細小均勻分布在石英顆粒內(nèi);j.富液相兩相包裹體;k.呈石英負晶型的含氣相和液相CO2三相包裹體;l.假次生包裹體;m.純液相包裹體呈帶狀分布。
2.5.2流體包裹體測溫
本次測溫對象均為石英,共測定73個包裹體,均一溫度為207~405.3 ℃,鹽度為1.02~20.45 wt.NaCl%。含氣相和液相CO2三相包裹體測定33個,均一溫度為245~400 ℃,均值為334.6 ℃;鹽度為1.02~11.33 wt.NaCl%,均值為6.8 wt.NaCl%。純包裹體測定17個,均一溫度為245~372.6 ℃,均值為324.1 ℃;鹽度為2.77~12.16 wt.NaCl%,均值為7.4 wt.NaCl%。氣液兩相包裹體測定17個,均一溫度為207~405.3 ℃,均值為304.2 ℃;鹽度為3.39~20.45 wt.NaCl%,均值為14.0 wt.NaCl%。前人研究認為,斑巖型鎢礦均一溫度230~410 ℃,對應鹽度31~33 wt.NaCl%;均一溫度200~400 ℃,對應鹽度3~13 wt.NaCl%。測溫結(jié)果顯示,均一溫度基本與斑巖型鎢礦的均一溫度相吻合。由于含氣相和液相CO2三相包裹體的鹽度是通過二氧化碳籠合物的熔點來測量,測試過程能清晰觀測到,所以測出的鹽度基本都在斑巖型鎢礦鹽度的范圍之內(nèi)。而氣液兩相包裹體冰點較難觀測,所測出的結(jié)果誤差較大,導致對應的鹽度范圍與斑巖型鎢礦的鹽度范圍差異較大。由于測溫過程中所測得含子礦物的多相包裹體未能觀察到,故鹽度31~33 wt.NaCl%均未能測到。綜上所述,石英樣品中的包裹體類型及其特征與斑巖型鎢礦中的包裹體類型及其特征較為相似。
各測溫片測溫結(jié)果如圖8所示,所對應的平均鹽度分別為6.2 wt.NaCl%、8.3 wt.NaCl%、5.6 wt.NaCl%、8.1 wt.NaCl%,除3001-1平均均一溫度偏低之外,其它測溫片的平均均一溫度和鹽度差異不大。
圖8 不同測溫片流體包裹體均一溫度直方圖Fig.8 The histogram map of homogenization temperature of fluid inclusions
2.5.3流體包裹體成分
激光拉曼探針原位成分分析工作在構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室的天然氣水合物評價實驗室完成,測試儀器為法國HORIBA Jobin Yvon公司的LabRam HR型號拉曼光譜儀,其激發(fā)光源為波長532.06 nm、功率為14 mW的氬離子激光。
由于包裹體樣品熒光效應強烈,拉曼光譜圖中主要顯示的是寄主礦物石英的峰值以及二氧化碳和水的峰值,說明包裹體成分主要為H2O和CO2。
在距今大約1.4億年前的早白堊世,新生的太平洋洋殼快速向西北方向擴張,鄂霍次克陸塊也跟隨著古太平洋向西北方向運動。在距今大約1.3億年前的晚白堊世早期,該陸塊漂移到東亞大陸邊緣[15],與中國華南地區(qū)及日本西南部發(fā)生碰撞,晚白堊世大別山隆起造山,引起W、Sn豐度較大的陸殼重熔形成燕山期中酸性及酸性巖漿[16],在巖漿上升演化過程中W、Mo、Bi等成礦元素及揮發(fā)組分趨于在晚期和上部演化為含W、Bi等成礦元素的花崗巖漿。此種巖漿侵位結(jié)晶后揮發(fā)組分上升使巖體及圍巖發(fā)生一系列的蝕變及礦化[15]。首先是高溫堿性流體與巖體發(fā)生的鉀化和繼之發(fā)生的鈉化,不僅形成了相應的蝕變帶,而且可使早期進入黑云母及角閃石晶格的鎢礦化組分活化進入流體相,同時流體向酸性方向轉(zhuǎn)化。當巖體與化學性質(zhì)不活潑的東西向構(gòu)造碎裂巖圍巖接觸時,富礦化組分流體在巖體突起部位及邊部集中并且在巖體內(nèi)外接觸帶沿東西向構(gòu)造裂隙發(fā)生充填作用形成熱液充填型鎢礦床[17]。
兩路口鎢礦體主要受近EW向、NNE向斷層構(gòu)造控制,與巖脈活動存在一定的關(guān)系,但是成礦時期應晚于巖脈發(fā)育時期,具有多期熱液疊加富集成礦特征(最少兩期)。巖漿巖活動形成于大別山隆起運動階段,礦床形成年齡應晚于礦區(qū)出露的白堊世巖漿巖脈。
兩路口礦區(qū)地表出露各類巖脈,鎢鉬礦化與EW向中酸性巖脈密切相關(guān),受構(gòu)造控制作用明顯。區(qū)內(nèi)各類巖脈的鋯石U-Pb年齡在130 Ma左右,表明了區(qū)域內(nèi)巖漿活動的時間應該是130 Ma,與整個大別地區(qū)第三期巖漿活動的時間一致。成礦物質(zhì)與成礦流體主要來自巖漿,成礦與130 Ma的巖漿活動相關(guān)。同時因為構(gòu)造活動,地表水和地下水沿著構(gòu)造裂隙下滲與巖漿水混合并在適當?shù)臏貕簵l件下成礦物質(zhì)析出而成礦。兩路口白鎢礦床為典型構(gòu)造控礦高溫熱液型鎢礦床[12,17]。
(1) 構(gòu)造標志:目前已發(fā)現(xiàn)的鎢礦體位于近EW向構(gòu)造破碎帶內(nèi),因此近EW向構(gòu)造破碎帶是找礦的構(gòu)造標志。
(2) 地球化學異常標志:結(jié)合圖3-圖5,發(fā)現(xiàn)成規(guī)模的鎢礦體多位于土壤W異常地勢偏高的邊部,濃度高的W異常是有利的找礦標志(但是需要結(jié)合地形因素考慮)。
(3) 蝕變標志:近EW向構(gòu)造破碎帶內(nèi)黃鐵礦化(褐鐵礦化)+硅化是直接的蝕變找礦標志。
(1) 兩路口鎢礦床位于桐柏—大別造山帶中部,對比相鄰的沙坪溝大型斑巖型鉬礦和湯家坪大型斑巖型鉬礦床,本區(qū)構(gòu)造、巖漿巖發(fā)育情況與之大致相同,推測兩路口地區(qū)具有形成大型鎢礦床的潛力。
(2) 白鎢礦體受構(gòu)造控礦作用顯著,主要受EW向、NNE向斷裂的控制,不受特定的地層及巖性制約;熱液成礦作用顯著,且多期熱液作用使成礦元素疊加富集,具有較大找礦前景[18]。
(3) 區(qū)內(nèi)頻繁的巖漿活動給成礦帶來熱及動力條件的同時,促進了熱液的多次疊加改造活動,為區(qū)內(nèi)成礦創(chuàng)造了有利條件。
(4) 據(jù)現(xiàn)有鉆探工程見礦情況分析,Ⅰ鎢礦體深部有趨厚、品位增高趨勢,且除地表所發(fā)現(xiàn)礦體深部驗證重現(xiàn)外,依然存在多條地表未出露礦(化)體通過鉆探工程被發(fā)現(xiàn),顯示深部亦存在較大找礦空間。
(5) 兩路口鎢礦雖已達中型鎢礦床規(guī)模,但遠不能夠解釋所圈定的地化異常。
兩路口鎢礦床為受近EW向斷層控制的中高溫熱液充填型白鎢礦床,成礦作用與巖漿侵入和熱液活動緊密相關(guān),巖漿期后熱液或與斷裂活動有關(guān)的熱液疊加改造使W進一步富集成礦,形成規(guī)模較大的礦體。兩路口礦區(qū)具備良好的成礦地質(zhì)條件,W異常規(guī)模大,但目前已發(fā)現(xiàn)的鎢礦體遠不能夠解譯異常源;已實施鉆探工程成功在I礦體深部480 m處對該礦體進行控制,驗證礦化在深部是連續(xù)的同時,指示了兩路口礦區(qū)深部具有較大的找礦潛力。兩路口鎢礦區(qū)已具有中型以上的鎢礦找礦前景,如果加大深部工程驗證力度,有望實現(xiàn)找礦重大進展。
致謝:感謝孫四權(quán)教授級高級工程師對找礦工作的全程指導、祝敬明教授級高級工程師等對本文的認真審閱。