湘北安娜-博物山锡多金属矿田锡矿地质特征及成因

湘北安娜-博物山锡多金属矿田锡矿地质特征及成因

芙蓉矿场是湖南省地质勘察研究院近年来在国土资源大调查中发现的锡资源总量超过12种金属矿，包括白楼水、马子坪、山门、锡窝、百头岭、洪水河等矿区（见图1）。锡资源总量达到大型矿床规模。它与相邻的东坡钨多金属矿田、新田岭钨多金属矿田、宝山铅锌银多金属矿田、黄沙坪铅锌多金属矿田和香花岭钨多金属矿田等构成我国南岭咸矿带中著名的千里山-骑田岭钨锡多金属矿集区3。本文侧重研究区内锡的赋存状态及锡的迁移形式,对认识和讨论区内锡矿成因以及矿床的开发利用有着重要的意义。1西向多组构造控矿构造芙蓉矿田位于骑田岭复式花岗岩体南部内外接触地带。矿田出露的地层以石炭系、二叠系及白垩系为主,仅有少量三叠系、第四系,其中石炭-二叠系为连续沉积,下部为碳酸盐岩建造,上部为台盆相硅质岩建造及滨海相砂页岩建造。区内东西向、南北向、北东向和北西向多组构造纵横交错、组合复杂,其中北东向断裂构造最为发育,是区内重要的控矿、容矿构造。矿田内岩浆岩分布广泛,属骑田岭复式岩体的一部分,岩浆活动具多期次、多阶段侵入的特点,从中三叠世至晚侏罗世都有活动,但以晚侏罗世为主。岩性以酸性岩为主,中酸性岩次之,可分解为樟溪水、礼家洞、五里桥、南溪、将军寨、荒塘岭、回头湾等7个单元,归属于印支期菜岭超单元和燕山早期芙蓉超单元,其中芙蓉超单元及燕山晚期形成的花岗斑岩、细粒花岗岩脉等与成矿有着不可分割的联系4。区内岩石蚀变普遍、强烈,且种类多、多种蚀变常互相重叠,计有钠长石化、黑(绿)鳞云母化、绢云母化、绿泥石化、钾长石化、云英岩化、矽卡岩化、大理岩化、角岩化、硅化、电气石化、萤石化等,其中钠长石化、黑(绿)鳞云母化、云英岩化、绿泥石化、矽卡岩化、萤石化与成矿关系密切。2不同锡矿类型及产出方式芙蓉矿田以原生锡矿床为主。矿田内现已发现不同类型的锡矿脉50多条,这些矿脉大都成群成带分布,可大致划分为白腊水-安源、黑山里-麻子坪-二尖峰、山门口-狗头岭等三个长约4～8Km,宽1～2Km的NE向锡矿带。锡矿脉(体)多分布于花岗岩中或岩体内接触带,部分产在接触带,只有少部分产在外接触带,其属成因与骑田岭复式花岗岩体的侵入作用有关的气成-高、中温热液型锡矿床。按产出方式可分为构造蚀变带-矽卡岩复合型、构造蚀变带型、蚀变岩体型、矽卡岩型、脉状云英岩型等五种锡矿类型(见表1)。其中构造蚀变带-矽卡岩复合型、钠长石化斑状花岗岩型锡矿床为国内少见。构造蚀变带型锡矿为矿田内主要锡矿类型,受NE向断裂构造控制,呈脉状、透镜状产出,常成群成带分布于花岗岩体中,矿体是由构造破碎带及近其顶底岩石产生蚀变和矿化而形成(如麻子坪矿区的8号矿体);当控矿断裂叠加经过矽卡岩时,可形成构造蚀变带-矽卡岩复合型锡矿体,该类型锡矿是区内重要的锡矿类型,空间上受南北向断裂构造及矽卡岩形态双重控制,矿床规模巨大,单矿体可达特大型以上(如白腊水矿区19号矿体);蚀变岩体型锡矿也是矿田内重要的锡矿类型之一,斑状花岗岩(也可以是细粒花岗岩)受断裂带来的含矿热液的影响,沿断裂构造发生较宽的、强弱不同的蚀变并产生较强的矿化作用而形成,该类型锡矿单矿体规模可达大型以上(如白腊水矿区的10号矿体);脉状云英岩型锡矿主要分布于麻子坪矿区黑山里一带,受NE向构造及云英岩化蚀变带的控制;矽卡岩型锡矿主要分布于矿田东南部,受岩体接触带构造控制,呈似层状、不规则状产出(如狗头岭矿区55号矿体)。3性状或比性在不同的锡矿类型中,由于成矿的地质地球化学条件的不同,锡在迁移、沉淀的过程中会表现不同的性状。为查明矿田内各类型锡矿中锡的赋存状态,我们进行了大量的光片、薄片的鉴定研究工作,并对构造蚀变带型、构造蚀变带～矽卡岩复合型、钠长石化斑状花岗岩型等三种主要类型的代表性矿体(分别为19、10、8号矿体)中的锡矿石进行了物相分析,分析结果见表2。3.1d矿体中锡石为矿产之一从表2中可以看出,以白腊水矿区19号矿体为代表的构造蚀变带-矽卡岩复合型矿体中含锡矿物主要为锡石,其分布率为92.17%,其次为硅酸锡,分布率占6.58%,有少量硫化锡、胶态锡。为进一步了解锡在各种矿物中的含量及分布情况,对该类型矿石进行了锡的平衡分配计算,其结果如表3。计算结果表明,分布在锡石中的锡分布率仅占83.68%,与化学物相分析结果相比,低了8.49个百分点,据镜下观察研究表明,其主要原因可能是在硫化物、磁铁矿和脉石矿物中仍含有少量呈连生体产出的微细粒锡石。该类型矿体中锡石主要呈它形粒状出现,少数的锡石结晶成短柱状或针状的自形-半自形晶,锡石的粒度由0.005～0.50mm,一般的>0.05mm,呈针状晶体的锡石,其粒度由0.005～0.05×0.30mm,晶体的长宽比值由6∶1～3∶1;锡石颜色变化较大,19号矿体北面60线一带的锡石,其颜色较深,在薄片下呈深棕色、棕红色,主要与磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、绿鳞云母、钠长石、萤石、透辉石、阳起石、金云母等矿物伴生;矿体南部80线一带的锡石,在薄片下颜色呈浅棕色、棕色、棕黄色、淡黄色,少数的为无色。主要与透辉石、石榴石、钠铁闪石、绿帘石、阳起石、绿鳞云母、绿泥石、萤石、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等矿物伴生。深颜色的锡石晶体内部环带结构及内部双晶结构经常可见,环带一般由2～5环组成,说明锡石结晶时环境较为稳定。有的锡石中心有铁质包裹物。根据湘南地区锡矿床的资料统计分析,锡石的颜色与形成的温度有关,温度越高其颜色越深,反之颜色则浅。19号矿体锡石颜色的多样性,可能说明矿体的形成经历了由气化-高温-中温热液期的多次矿化叠加,使矿体的品位变富。锡石与其它矿物在一起,呈脉状、条带状、团块状穿插在简单矽卡岩、花岗岩等岩石的构造裂隙中,与萤石化、钠铁闪石化、绿帘石化、钠长石化、云英岩化、绿泥石化密切在一起。据电子探针分析,19矿体中锡石的化学成份见表4。它与湘南地区柿竹园、野鸡尾、红旗岭、香花岭太平、铁砂坪等锡矿区相对比,明显有些差别:(1)19号矿体中锡石的化学成份SnO2含量由91.23～98.43%,平均为95.87%,低于上述五个矿区2～3.5个百分点。杂质如FeO,Ta2O5的含量高于上述五个矿区6～12倍。(2)根据FeO的含量,19号矿体中的锡石还有低铁锡石与高铁锡石之分。低铁锡石呈浅黄色、无色,FeO含量由0.10～0.98%,平均0.62%,SnO2平均含量97.99%;高铁锡石呈深棕色、黑褐色,FeO含量由1.32～6.44%,平均3.26%,SnO2平均含量仅94.47%。(3)不论是低铁锡石还是高铁锡石都含有较高的Ta2O5,其含量由1.04～2.55%,平均为1.66%,说明Ta2O5的含量与锡石颜色深浅、成矿温度的高低关系不大,可能与蚀变作用及成矿热液的化学成份有关系,具体的说可能与钠长石化作用有关系。如果锡精矿中的Ta2O5能在冶炼中回收的话,经济效益是相当可观的。根据姜胜章、罗仕徽等人对湖南金属矿物的研究结果认为,成矿温度高的锡石,SnO2含量较低,杂质含量较高;成矿温度低的锡石,SnO2含量较高,杂质含量较低。一般来说,气化-高温热液交代型锡矿床中的锡石,SnO2平均含量为97.17%,19号矿体中高铁锡石中SnO2平均含量只有94.57%,明显比97.17%低,而杂质的含量则明显高,其中FeO的含量平均为3.26%。由此说明高铁锡石的成矿温度是相当高的,其形成温度有可能远高于上述五个矿区,应该由气化-高温热液作用形成的,但有一部份低铁锡石在薄片下呈浅黄色、黄棕色、浅棕色、无色的,其晶形常呈针状、长柱状的锡石,应是在温度较低的中温热液阶段结晶形成。3.2锡元素平衡分配该类型锡矿床以白腊水矿区10号矿体为代表,锡主要以锡石锡的形式出现,其分布率约占96.40%。为了解锡元素在矿石及主要矿物中的分布情况,把原矿均磨至-0.5mm的矿样进行了分级、分离、提纯后进行化学分析,据分析结果进行了锡元素的平衡分配,结果见表5。从元素平衡结果来看,由于矿样比较粗,锡分布在矿泥中的较少,其锡的占有率仅为8.70%;锡在脉石中占有率较高,说明锡的单体解离度不高。锡石颜色较深,在薄片下常呈棕褐色、棕红色、黑褐色,其中以棕红色的为主,锡石多数为它形晶,少数的结晶成短柱状的半自形晶或自形晶。粒度由0.005～1.20mm,一般的由0.05～0.30mm,它经常聚集成团块状出现,团块的大小可达5mm左右。锡石的内部环带状结构、内部双晶结构及内部解理结构都比较常见。锡石的环带最多的有35环左右,在锡石中常有锐钛矿、板钛矿、铁质、黑鳞云母等包裹体,又被钠长石溶蚀。它与钠长石、黑鳞云母、石英、萤石、少量黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等在一起。3.3矿体磨矿元素分析构造蚀变带型锡矿产在构造蚀变带中,以麻子坪矿区8号矿体为代表。矿石中锡矿物主要为锡石,其分布率达97.77%,是所有类型中最高的,仅有极少量硅酸锡、硫化锡和胶态锡。为进一步了解锡元素在各主要矿物中的分布情况,采集矿样,对磨矿粒度为-0.074mm100%的矿样进行了分离、提纯后进行化学分析,据分析结果进行了元素的平衡分配(见表6)。从元素平衡结果来看,锡主要分布在矿泥中,其锡的占有率为44.66%,其次是在锡石及重矿物部分中,说明麻子坪矿区8号锡矿体磨矿粒度至-0.074mm100%后,锡石会过粉碎,矿泥中的锡石其颗粒十分细微,一般<40μm,且多与矿石连生。锡石以浅黄色为主,标本上多为黄棕色,单偏光下为浅黄色-淡黄色、淡棕色,少量的为无色,是矿田内所有类型中颜色最浅的。锡石呈等轴状的它形晶,少数的呈短柱状,集合体的形态往往呈串珠状、鱼卵状或不规则的团块状,颗粒彼此紧密镶嵌在一起,粒度由0.005～0.10mm,少数>0.15mm(表7)。有的锡石具环带构造。锡石常与无色萤石、石英、辉铋矿、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、白钨矿等密切伴生,有相互包裹连生、穿切现象。3.4蚀变苏木积木矿床矿田内其它类型的锡矿在区内分布少,规模小,虽未作物相分析,但据岩矿鉴定研究,主要金属矿物为锡石。产在云英岩化斑状花岗岩型锡矿床中的锡石,肉眼下呈黑色,薄片下呈黑褐色-黑色、深棕色,它形粒状,粒度由0.001～0.05mm,少数的达0.10mm。它在矿石中的产出有二种情况:一种是呈浸染状与微粒石英、黄玉、钠长石、黑鳞云母、白(绢)云母、萤石等在一起;另一种情况是锡石呈细小的粒状沿片幅粗大的黑鳞云母的解理缝或者是围绕黑鳞云母周围分布,说明该类型锡矿中部分锡石可能是花岗岩中的黑云母在蚀变过程中析出来的,主要见于白腊水矿区32号、33号及42号矿体的NW段。产于蚀变细粒花岗岩型矿体中的锡石,在标本上为黑色-黑褐色,薄片下为深棕色、浅棕色、棕黑色,结晶以他形粒状为主,少数呈半自形-自形晶的短柱状,锡石的内部环带结构及内部双晶结构可见,但环带数极少,只有2～3环,其粒度一般由0.05～0.40mm,与黄玉、石英、云母、萤石等共生,主要见于白腊水矿区42号矿体的部分地段。产于矽卡岩型矿体中的锡石,颜色较深,粒度0.005～0.20mm,常与磁铁矿、白钨矿、黄铁矿、辉铋矿、黄铜矿共生。4型矿石成矿与蚀变作用矿田中锡的赋存状态与共生组合决定于锡在热液中的迁移形式和沉淀机制,而这又取决于成矿流体性质、围岩条件及地球物理地球化学条件等。根据王玉荣等人的锡石合成试验,在温度350°～500℃及填充度37.31～69.34%的条件下,用不同的络合物(Na3SnS3,Na2SnF6,Na2-SnF2Cl4,SnS,NaSn(OH)6)SnO2·SiO2·nH2O的混合体,均合成了锡石,锡石不但可以在碱性溶液中形成,而且还可以在酸性溶液中形成。这说明随着成矿溶液化学组分不同,PH值、温度、压力的变化,锡可以呈不同的络合物进行搬运,在成矿作用的不同阶段,氧和硫逸度的改变,也会引起锡的搬运形式的改变。据宜昌地质矿产研究所测试中心李桃叶、蔡锦辉等对芙蓉矿田白腊水矿区19号矿体80线一带矿石中矿物包裹体的气、液相成分的研究,表明成矿溶液主要成分是H2O(ω(H2O)=66.34～71.54%)和CO2(ω(CO2)=28.33～33.50%);溶液中的阳离子主要是Na+,其次是K+、Ca2+等,Na+/K+=16,这与区内各类型矿石中具较强的钠长石化蚀变以及岩石化学分析结果中Na2O/K2O比值明显高于围岩相一致;阴离子则以Cl-为主,其次有F-、SO42-、HCO3-。大体上属K+-Na+-Ca+-Cl-及K+-Na+-Cl-离子型水。测温结果表明,爆裂温度在200°～600℃,形成压力为60～100MPa。矿田内与锡石矿化作用密切相关的蚀变作用主要有钠长石化、黑(绿)鳞云母化、黄玉-云英岩化、萤石化、硅化、绿泥石化等,伴随着蚀变作用出现的矿化有锡石矿化、磁铁矿化、硫化物矿化等。根据矿田内矿石的矿物组合及包裹体特征研究,按主要矿物组合矿田内矿石可划分钠长石锡石组合、绿鳞云母锡石磁铁组合、黄玉云母石英锡石组合、石英锡石组合、萤石石英辉铋锡石组合、黄铜黄铁锡石组合等六种。不同的矿物组合,可能代表了锡呈不同的络合物在成矿溶液中进行迁移、水解、沉淀的产物。(1)在钠长石化阶段锡的搬运形式:分布在矿田白腊水矿区10号、31号矿体及狗头岭矿区1号矿体等地,矿石中脉石矿物有大量的钠长石存在,其它矿物如萤石、电气石及硫化物等都极少,在这种矿石中锡很可能是以氧的络阴离子SnO33-或氢氧络阴离子[Sn(OH)6]2-的形式进行搬运(D·E格罗夫斯基1978)。在高温条件下的Na2SnO3只有在碱性溶液中才稳定,当PH值降低Na2SnO3、Na2[Sn(OH)]分解析出锡石并形成钠长石,其反应式为:Na2SnO3+H2O→SnO2(锡石)+2Na(OH)Na2[Sn(OH)6]→2Na(OH)2+SnO2(锡石)+2H2O2Na2(OH)+2H2O·Al2O3·2SiO2+4SiO2→NaAlSiO8(钠长石)+3H2O(2)在云英岩化阶段,由于矿石中出现了较多的含氟矿物,如云母、黄玉、萤石等,如白腊水矿区32号、33号、42号及山门口矿区54号等矿体所见,说明成矿溶液中氟的含量较高,因此锡的搬运可能主要以氟的络合物,如Na2SnF6,Na2[Sn(OH、F)6],SnF4,K2SnF6等,这些含锡络合物在稳定的运移过程中,与周围的岩石如花岗岩等相互作用,当成矿溶液的温度、酸度发生变化,压力减小时,含锡络合物发生水解,析出锡石,同时生成石英、长石、云母、萤石、黄玉等,其反应式如下:Na2SnF6+H2O→SnO2(锡石)+2NaF+4HF2NaF+CaCO3→CaF2(萤石)+NaCO32K[AlSiO8](钾长石)+4HF→Al2[SiO4]F2(黄玉)+5SiO2(石英)+KF+H2O3K[AlSiO8](钾长石)+2HF→KAl2[AlSi3O10](OH)2(白云母)+2HF+6SiO2(石英)(3)到了绿泥石化、锡石硫化物阶段,由于矿石中出现了较多的硫化物及萤石,说明成矿溶液中硫的逸度大,因此锡元素可能主要呈硫化锡酸盐、硫化物(Na2SnS3、SnS2、SnS)和氯的络合物(Na2SnCl6)及氟的络合物形式进行迁移和搬