DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2018.03.017

湖南锡田钨锡多金属矿田成矿分带样式及机理

刘飚^{1, 2}，吴堑虹^{1, 2}，奚小双^{1, 2}，孔华^{1, 2}，蒋江波^{1, 2}，林智炜^{1, 2}，曹荆亚^{1, 2}

(1. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083；

2. 中南大学 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083)

摘要：为了探索锡田矿田内矿床分布规律及其成矿热液系统内在联系，对区内燕山期14个岩浆热液矿床野外特征进行调查和显微矿相学观察，采用将矿化类型、矿石矿物组合和成矿均一温度相结合的方法对区域矿化规律进行研究。研究结果表明：矿田内存在南、北2个成矿区域，各自拥有独立成矿热液中心，并且存在明显的钨锡—铅锌—萤石矿床分带规律；流体包裹体均一温度的空间分布与矿化分带相一致，从钨锡矿带(215~384 ℃)到萤石矿带(136~194 ℃)连续分布；南、北2个成矿区域白钨矿稀土元素特征均为轻、重稀土元素富集，中稀土亏损，正Eu异常明显(δw(Eu)=7.93~43.58)，稀土配分模式均为典型“W”型，反映成矿物质来源相似；其成矿热液来源为同一燕山期成矿热液系统，其矿化分带的原因可能与燕山期岩浆热液系统温度梯度格局有关。

关键词：矿化分带；矿物组合；均一温度；稀土配分模式；锡田矿田

中图分类号：P612        文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2018)03-0633-09

Mineralization zone styles and mechanism of Xitian Tin-Tungsten Polymetallic orefield, Hunan Province

LIU Biao^{1, 2}, WU Qianhong^{1, 2}, XI Xiaoshuang^{1, 2}, KONG Hua^{1, 2}, JIANG Jiangbo^{1, 2}, LIN Zhiwei^{1, 2}, CAO Jingya^{1, 2}

(1. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring,

Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;)

Abstract: In order to understand the distribution disciplinarian of ore deposits and their genetic relationship in Xitian ore-forming system, fourteen Yanshanian magmatic-hydrothermal deposits were studied through geological survey and microscopic mineralogy observation. The distribution of mineralization type, ore mineral association and homogenization temperature of fluid inclusions in Xitian orefield were determined. The results show that there are two ore-forming regions distributed in the southern and northern Xitian area, respectively, and each of the region has its own hydrothermal center with a clear regular zone mineralization distribution of W-Sn,Pb-Zn and fluorite deposits. Homogenization temperature of fluid inclusions is consistent with mineralization zone in term of spatial distribution. The temperature decreases continuously from W-Sn deposits (215-384 ℃) to fluorite deposits (136-194 ℃). Two ore-forming systems show high concentrations of LREE and HREE, low concentrations of MREE, obvious positive Eu anomalies (δw(Eu)=7.93-43.58), and the W-type chondrite-normalized REE patterns. Combined with S and Pb isotopic data and mineralization age in the orefield, these ore deposits are formed in the Yanshanian magmatic-hydrothermal event with similar source of mineralizing components, and the minerogenic zoning patterns may be constrained by the thermal gradient pattern of the magmatic-hydrothermal system.

Key words: mineralization zone; mineral association; homogenization temperature; REE distribution pattern; Xitian orefield

湖南省茶陵县锡田钨锡多金属矿田位于南岭成矿带中段，区内发育大量钨锡、铅锌、萤石矿床，是我国重要的钨锡多金属产地^[1-3]。前人对该矿田开展了 深入研究，主要涉及成岩^[4-6]、成矿时代^[7-9]、成矿物质的源区^[10-12]、典型矿床的成矿模式研究^{[8, 10]}，明确了矿田矿化均为岩浆期后热液成因，主要形成于燕山期，少数为印支期。但已有工作多局限于对单个矿床的研究，未能对锡田矿田区域矿化空间展布规律形成认识，因而制约了其找矿空间的拓展。钨锡矿床周围多伴随发育铅锌、萤石矿床^{[2-3, 13]}，矿化类型差异可能受岩浆热液运移距离影响^[14-16]。对同一岩浆热液系统矿化分带空间规律的认识可为找矿勘查部署提供依据^[17-18]。确定锡田矿田的钨锡、铅锌、萤石岩浆热液型矿床是否存在空间分布规律且确定其空间样式是分析矿田成矿前景及部署勘查工作的关键。为此，本文作者通过探讨燕山期区域控矿断裂、矿化及蚀变类型、矿物组合、流体包裹体均一温度等在空间上的分布规律，并通过邓阜仙湘东钨矿、锡田地区狗打栏钨矿的白钨矿原位LA-ICP-MS稀土元素分析，结合前人在成矿时代、成矿作用等方面的研究成果，探索两区域矿化的成因联系，了解两区域的燕山期成矿控制系统，在此基础上确定燕山期成矿分带样式，探讨分带形成机理，预测找矿新区。

1  地质背景

锡田矿田出露寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系及第四系地层。除第四系地层为冲积物和残坡积物^[10]外，其他地层主要岩性为变质砂岩、千枚岩、板岩、页岩、砂岩、粉砂岩、灰岩、砾岩等。矿田内出露由印支期和燕山期花岗岩构成的复式花岗岩体(见图1)，平面上呈NNW向的哑铃状延伸^[1]。印支期岩体侵入于下古生界浅变质岩及上古生界碳酸盐岩中，为岩基，岩性主要为似斑状及粗粒、中粒、细粒黑云母花岗岩，锆石U-Pb同位素年龄为227~233 Ma^[5]；燕山期岩体主要侵入于印支期花岗岩中，主要呈岩株、岩脉，零散分布，岩性主要为斑状、中细粒二云母花岗岩、细粒白云母花岗岩、花岗斑岩等，锆石U-Pb同位素年龄为150~154 Ma^[19-20]。区内构造有泥盆系地层褶皱形成的NE向复式背斜^[1]以及以茶汉盆地为中心的地堑系断裂构造，盆地两侧平行的NE向区域性断层将锡田矿田分割为一系列NE向展布断块，矿田东部和西部有少量 NW 向断层发育，断层倾角较陡，这些断裂在成矿前及成矿期均有活动。

图1 研究区地质图和大地构造位置

Fig. 1  Geological map and geotectonic position of study area in South China

2  样品采集及测试方法

样品采自湘东钨矿、荷树下钨矿、狗打栏钨矿、锡湖铅锌矿、大垄铅锌矿、尧岭铅锌矿、星高萤石矿、光明萤石矿等矿床，采样详细信息见表1。

表1  样品信息

Table 1  Samples information in Xitian

显微镜矿相学鉴定和流体包裹体测试工作主要由有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室完成，显微镜矿相学鉴定所用仪器为德国Leica DM2700显微镜，流体包裹体测试所用仪器为英国Linkam THMSG 600型显微冷热台(-196~600 ℃)；当温度在0 ℃以下时，显微冷热台测试精度为±0.1 ℃；当温度为0~30 ℃时，显微冷热台测试精度为±0.5 ℃；当温度在30 ℃以上时，显微冷热台测试精度为1.0 ℃。在测试过程中，升温速率为0.2~10.0 ℃/min。

采用LA-ICP-MS方法进行样品微区微量元素分析，测试在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，测试仪器为Agilent 7700型ICP-MS与Coherent 193准分子激光剥蚀系统。微量元素矫正采用标准样品NIST610，BHVO-2G，BIR-1G和BCR02G作为外标标准物，外标校正方法为每隔5个样品分析点分别测1次NIST610，BHVO-2G，BIR-1G和BCR02G标样，保证标准和样品的仪器条件完全一致。激光能量为80 MJ，频率为5 Hz，激光束斑直径为44 μm。样品的微量元素含量校正采用软件ICPMSDataCal完成^[21]。

3  矿化分布

3.1  矿床分布

锡田矿田由北部的邓阜仙和南部的锡田地区组成，两者以茶汉盆地为中心呈北西向对称分布，按矿床的主要成矿元素可分为钨锡矿化、铅锌矿化、萤石矿化，其空间分布显示了差异性。研究区地质图和大地构造位置见图1。

邓阜仙地区：南部主要分布湘东钨矿，鸡冠石钨矿；北部分布大垄铅锌矿，太和仙铅锌矿，钨锡矿床与铅锌矿床呈NE向带状分布。矿床类型主要为石英脉型，独立的萤石矿点不发育，但在大垄铅锌矿床有石英萤石矿脉产出。

锡田地区：从南往北依次分布钨锡矿床(含荷树下、狗打栏、花里泉、园树山、垄上钨锡矿床)，铅锌矿床(含锡湖、牛形岭、尧岭铅锌矿)和萤石矿床(星高、光明、茶陵萤石矿)。矿床类型主要为石英脉型，仅尧岭铅锌矿为蚀变花岗岩型。矿床数量众多，分布离散，但相同矿化类型呈NE向带状分布，形成由南向北的钨锡矿带—铅锌矿带—萤石矿带。

3.2  矿物组合分布

主成矿阶段矿物组合分布与矿床分布一致，从南往北矿石矿物由黑钨矿+白钨矿+辉钼矿+锡石+石英，变为方铅矿+闪锌矿+石英，最后为萤石+石英。

邓阜仙地区：南部钨锡矿床矿石矿物组合为黑钨矿+石英(见图2(a))、黑钨矿+辉钼矿+石英和黑钨矿+锡石+石英，少量为石英+方铅矿和石英+萤石矿；北部铅锌矿床矿石矿物组合为方铅矿+闪锌矿+石英+萤石(见图2(d))，少量为石英+萤石。

锡田地区：南部钨锡矿床矿石矿物组合为黑钨矿+石英、黑钨矿+辉钼矿+石英(见图2(b))、黑钨矿+辉钼矿+硫化物+石英(见图2(c))，少量为石英+铅锌矿、石英+萤石；中部铅锌矿床矿石矿物组合为方铅矿+闪锌矿+石英，少量为石英+萤石，仅尧岭铅锌矿为方铅矿+石英+绢云母化花岗岩(见图2(e))；北部萤石矿床矿石矿物组合为萤石+石英(见图2(f))。

图2  锡田矿田矿物组合特征

Fig. 2  Characteristics of mineral assemblage of Xitian orefield

4  矿田成矿均一温度

4.1  流体包裹体类型及分布

锡田矿田的矿石中石英内流体包裹体类型见图3，主要为气液两相的NaCL-H₂O体系的包裹体，并由钨锡矿(南)—铅锌矿(中)—萤石矿(北)包裹体逐渐变大，钨锡矿床中的流体包裹体直径为4.4~17.3 μm，主要为6.0~9.0 μm，气液比为15%~75%；铅锌矿床中的流体包裹较钨锡矿床的大，直径为6.2~32.8 μm，主要分布在10.0~15.0 μm，气相成分为10%~55%；萤石矿的流体包裹的直径均比钨锡和铅锌矿的大，分布在6.2~60.3 μm，主要分布在15.0~23.0 μm，气相成分为5%~65%。

4.2  流体包裹体均一温度的空间分布

2个成矿区的钨锡、铅锌、萤矿矿床中的石英(萤石)流体包裹体均一温度测温结果见表2。

邓阜仙地区：钨锡矿床矿石中石英流体包裹体的均一温度为228~360 ℃，盐度为2.41%~10.68%；铅锌矿床矿石中石英流体包裹体的均一温度为172~336 ℃，盐度为2.56%~9.45%。

锡田地区：钨锡矿床矿石中石英流体包裹体均一温度为215~384 ℃，盐度为2.07%~8.68%；铅锌矿床矿石中石英流体包裹体的均一温度为185~343 ℃，盐度为3.23%~9.73%；萤石矿床矿石中萤石流体包裹体的均一温度为114~215 ℃，盐度为1.06%~3.55%。

图3  锡田流体包裹体类型

Fig. 3  Fluid inclusions of ore deposit in Xitian orefield

表2  锡田矿田矿床流体包裹体参数

Table 2  Parameters of fluid inclusion characteristics for the Xitian orefield

两地区从南部(钨锡矿床)到北部(萤石矿床)，流体包裹体均一温度从高温到低温连续变化，见图4；钨锡、铅锌矿床流体的盐度较高，萤石矿床流体的盐度较低。

5  白钨矿稀土元素分布特征

邓阜仙地区和锡田地区2个典型矿床的白钨矿的稀土元素的测试结果见表3(其中，w为质量分数)。

邓阜仙地区湘东钨矿白钨矿稀土元素总量Σw(REE)为35.65~433.44 μg/g，平均值为204.21 μg/g；w(LREE)为17.12~374.05 μg/g，平均值为136.07 μg/g；w(HREE)为18.48~124.04 μg/g，平均值为68.14 μg/g；w(La_N)/w(Yb_N)为0.50~4.60，w(La_N)/w(Sm_N)为6.27~ 96.85；w(LREE)/w(HREE)=0.50~10.50；轻稀土、重稀土元素富集，中稀土亏损，正Eu异常明显(δw(Eu)= 2.5~92.7)。

图4  锡田矿田石英(萤石)均一温度t_h直方图

Fig. 4  Homogenization temperature histogram of fluid inclusions in quartz (fluorite) from Xitian orefield

表3  狗打栏白钨矿与湘东钨矿LA-ICP-MS稀土元素分析结果(质量分数)

Table 3  REE compositions of scheelite from Goudalan Tungsten deposit and XiangdongTungsten deposit

锡田地区狗打栏白钨矿稀土元素总量w(ΣREE)为8.12~44.16 μg/g，平均值为26.51 μg/g；w(LREE)为3.55~25.56 μg/g，平均值为14.29 μg/g；w(HREE)为4.57~19.57 μg/g ，平均值为12.21 μg/g；w(La_N)/w(Yb_N)为0.36~0.53；w(La_N)/w(Sm_N)为8.97~48.36；w(LREE)/ w(HREE)=0.36~0.54；具有轻稀土、重稀土元素富集，中稀土亏损，正Eu异常明显(δ(Eu)=7.93~43.58)。

两矿床的稀土总量尽管差异明显，但其分布模式基本一致，球粒陨石标准化分布图均为“W”型分布，见图5。

图5  锡田矿田白钨矿稀土元素配分图

Fig. 5  Chondrite-normalized REE patterns of scheelite taken from Xitian orefield.

6  分析与讨论

6.1  锡田矿田分带格局

锡田矿田矿化类型、矿物组合、成矿热液流体包裹体均一温度的空间分布特点显示其2个成矿区均呈现由南向北的钨锡—铅锌—萤石矿化分带，见图6；邓阜仙地区南部以钨锡矿床为中心，矿物组合为黑钨矿+白钨矿+辉钼矿+锡石+石英，北部为铅锌矿带，矿物组合为方铅矿+闪锌矿+石英，其流体包裹体的均一温度从228~360 ℃降为172~336 ℃；南部锡田地区以晒禾岭—狗打栏钨锡矿带为中心，往北依次为牛形岭—锡湖—尧岭铅锌成矿带、星高—光明—茶陵萤石成矿带，相应的矿物组合为黑钨矿+白钨矿+辉钼矿+锡石+石英、方铅矿+闪锌矿|石英、萤石+石英，其流体包裹体均一温度从215~384 ℃降为185~343 ℃，直至114~215 ℃；各矿带均为NE向展布，平行排列。

图6  锡田地区矿床分带样式及成矿均一温度分布

Fig. 6  Distribution of deposits, mineralization zoning patterns with homogenization temperature of fluid inclusions in Xitian orefield

6.2  两区同属同一成矿热液系统

尽管邓阜仙和锡田两区具有相同的从南向北的矿化分带的相似特点，但这种分带是否受同一成矿背景的控制，或两者是否同属燕山期成矿热液系统是分析分带机理的基本前提。由于两区的矿化均为岩浆热液脉型矿化^[20-24]，因此，两者成矿时代及物源的相似性是确定两者是否为同一成矿系统的关键。两区的辉钼矿Re-Os和绢云母Ar-Ar的成矿年龄分别为152.4~154 Ma^[8]和149~157 Ma^{[21, 23]}，为同一期成矿。湘东钨矿、鸡冠石、荷树下、垄上等矿床S，Pb，H和O同位素研究^{[10, 21-22]}表明两区的矿床成矿物质与流体来源相似，成矿物质及初始成矿流体也主要来自于深部原始岩浆，后期有少量大气水混入。狗打栏和湘东钨矿白钨矿稀土模式的相似性更直接反映两区成矿物质为同一源区^[25-28]；以上研究均证明邓阜仙和锡田两区域的成矿热液系统为同一系统。

6.3  矿田水平分带机理

锡田矿田的钨锡—铅锌—萤石矿化分带与成矿温度的降低趋势相一致，并且钨锡成矿中心的燕山期成矿岩体出露面积比铅锌、萤石矿带的出露面积明显大，前者出露岩株，而后者往往只发育少量岩脉，见图6。岩体出露特征说明在钨锡矿带有较大岩突，矿体距岩体顶面距离比铅锌矿床、萤石矿床顶面距离近，成矿热液运移过程中随着距离增加，温度下降，在高温环境下，钨锡矿物沉淀；在中低温环境下，铅锌、萤石矿物沉淀。

虽然锡田矿田成矿温度场与矿化分带有较好匹配，但成矿元素分带与岩浆岩演化、元素地球化学行为以及热液温度、压力、氧化还原电位等诸多因素有关^{[16-18, 29]}，温度只是其中1个重要因素，因此，矿床的水平分带形成机理需要综合各方面因素进行综合研究。

6.4  矿化分带格局对成矿的指示

所建立的燕山期矿化及热液分带格局显示热液活动区域不仅发育于哑铃柄处岩体接触带，而且分布于锡田岩体内部的广大区域，这种认识有效扩大了锡田地区的成矿区域，将成矿区域主要由哑铃柄处接触带扩大致整个锡田岩体；而矿化分带及样式说明各矿化带内极有可能存在未被发现的相同类型的矿化。根据此规律，作者在大垄与太和仙之间发现了新的硅化带，其中零星分布方铅矿和黄铁矿细小颗粒，并出现块状褐铁矿化，为在该区进一步开展找矿工作提供了依据。

7  结论

1) 邓阜仙和锡田矿化区属于同一燕山期成矿热液系统，两区均具有由南部向北出现钨锡—铅锌—萤石的矿化分带规率，各矿带均呈NE向分布。

2) 矿石矿物组合、成矿热液均一温度的空间分布格局与矿化分带相对应。钨锡矿带主要为黑钨矿+辉钼矿+锡石+石英矿物组合，为高温热液成矿带；铅锌矿带主要为方铅矿+闪锌矿+石英矿物组合，为中温热液成矿带；萤石矿带主要为萤石+石英矿物组合，为低温热液成矿带，显示成矿流体从高温到低温的变化趋势。

3) 锡田矿田的矿化水平分带与矿床距离岩体顶面的垂直距离存在耦合关系，但其分带机理仍需进一步研究。各矿带均呈NE向带状分布样式，可能与区域正断层控矿有关。

4) 区域矿化分带规律研究需以同一成矿系统为前提；流体包裹体显微测温方法是确定成矿热液区域分布规律的有效方法；不同矿床的白钨矿稀土元素的分布样式对比对于确定相应矿床成矿热液间的成因联系具有良好的指示意义。

致谢：在野外工作中，得到了湖南省地质矿产勘查开发局416队伍式崇、朱浩峰的大力支持；在实验过程中得到了上谱分析实验室人员的帮助；论文得到中国地质大学(武汉)李欢老师的指导。在此一并表示衷心感谢。

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(编辑  陈灿华)

收稿日期：2017-08-09；修回日期：2017-10-09

基金项目(Foundation item)：中国地质调查局整装勘查项目(12120114052101) (Project(12120114052101) supported by Integrated Exploration Program of the China Geological Survey)

通信作者：吴堑虹，博士，教授，从事区域成矿规律研究；E-mail: qhwu@csu.edu.cn