地质通报  2019, Vol. 38 Issue (9): 1556-1563  
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刘向冲, 邢会林, 张德会. 华南南岭地区石英脉型钨矿床蚀变晕形成机制[J]. 地质通报, 2019, 38(9): 1556-1563.
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Liu X C, Xing H L, Zhang D H. The mechanisms for the formation of the alteration halos in tungsten deposits of Nanling Mountains, South China[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(9): 1556-1563.
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基金项目

国家自然科学基金项目《石英脉型黑钨矿床热液运移模拟与黑钨矿沉淀机制》(批准号:41602088)、中央级公益性科研院所基本科研业务费《构造体系与成矿作用的耦合与衍生:以中国东部地区为例》(编号:JYYWF20180602)和中国地质调查局项目《右江成矿带锡金多金属矿集区矿田构造调查与找矿预测》(编号:DD20190161)

作者简介

刘向冲(1987-), 男, 副研究员, 从事成矿动力学和数学地质研究。E-mail:xcliu@cags.ac.cn

文章历史

收稿日期: 2018-01-08
修订日期: 2018-02-28
华南南岭地区石英脉型钨矿床蚀变晕形成机制
刘向冲1,2,3 , 邢会林4 , 张德会5     
1. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081;
2. 中国地质科学院地质力学研究所动力成岩成矿实验室, 北京 100081;
3. 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室, 北京 100081;
4. 澳大利亚昆士兰大学, 布里斯班 4072;
5. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083
摘要: 中国地质工作者在20世纪80年代已发现南岭地区许多石英脉型钨矿床的蚀变晕宽度随深度递减,然而这一蚀变特征的形成机制至今仍未得到较好的解释。通过模拟热液运移和硅从裂隙带向邻近围岩的扩散过程,发现流体温度和围岩孔隙度是影响石英脉型钨矿床蚀变特征的重要变量。高温和高孔隙度会加速硅从裂隙向邻近围岩扩散,从而形成较宽的蚀变。在围岩孔隙度均一分布的情况下,由于深部温度高于浅部,深部围岩蚀变宽于浅部蚀变。围岩孔隙度随深度递减会抵消温度对硅扩散速率的影响,使深部围岩形成较窄的蚀变。围岩孔隙度随深度递减可能是形成石英脉型钨矿床蚀变宽度随深度减小的有效机制。前人将钨矿蚀变特征归因于岩浆热液过渡性流体不均一的物理性质,该研究为这一科学问题提供新的解释。
关键词: 钨矿    蚀变晕    热液运移    孔隙度    扩散系数    南岭    
The mechanisms for the formation of the alteration halos in tungsten deposits of Nanling Mountains, South China
LIU Xiangchong1,2,3, XING Huilin4, ZHANG Dehui5     
1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China;
2. The Laboratory of Dynamic Diagenesis and Metallogenesis, Institute of Geomechanics, CAGS, Beijing 100081, China;
3. Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China;
4. The University of Queensland, Brisbane 4072, QLD, Australia;
5. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China
Abstract: Geologists discovered in the 1980s that alteration halos decrease with increasing depth in many tungsten deposits of the Nanling Mountains. However, the mechanism for the formation of the alteration characteristics remains poorly understood. In this paper, the authors investigated hydrothermal flow and silica diffusion from fractures to adjacent wallrock at these tungsten deposits by using finite element based numerical experiments. The authors have found that fluid temperature and wallrock porosity exert a strong influence on silica diffusion from fractures to adjacent wallrock. Both high temperature and high porosity favor silica diffusion from fractures to adjacent wallrock and form wide alteration halos. Constant-porosity wallrock forms wider alteration halos at deeper levels, which is inconsistent with alteration characteristics of the tungsten deposits in the Nanling Mountains. Wallrock porosity that decreases with increasing depth forms alteration halos like those in those the tungsten deposits. The wall rock lithology and fracture distribution those tungsten deposits favor the formation of depth-dependent porosity and permeability. Evaluation of these two factors may help the exploration. Aqueous NaCl solutions were used in the numerical experiments. It is therefore concluded that inhomogeneous magmatic hydrothermal fluids are unnecessary in explaining the alteration characteristics at these tungsten deposits.
Key words: tungsten deposits    alteration halos    fluid flow    porosity    diffusion coefficient    Nanling    

石英脉型黑钨矿床是重要的钨矿床类型之一,主要分布于南岭成矿带的赣南、湘南、粤北、桂北等地[1-2]。钨矿脉主要分布在碱长花岗岩顶部接触带附近[3]。大多数钨矿脉近垂直产出,垂向延伸可达1000m[2]。石英型黑钨矿床矿脉围岩蚀变呈带状分布在矿脉两侧,围岩蚀变宽度随深度递减,且这种变化趋势不受岩性影响[1, 4]。多位学者认为,形成黑钨矿石英脉的成矿流体不是纯热水溶液,而是富含SiO2和挥发分的岩浆热液过渡性流体[4-7]。这种岩浆热液过渡性流体比水溶液具有更高的粘度和密度。形成钨矿脉的过渡性流体在深部偏向熔体,在浅部偏向热液,因而蚀变宽度上宽下窄。Audétat等[8]的实验表明,只有当熔体的摩尔分数很高时,含水熔体的粘度才会显著高于纯水的粘度。然而,除常海亮等[9]在西华山钨矿脉的绿柱石中发现熔体包裹体外,大多数矿石矿物和脉石矿物的流体包裹体研究结果表明,钨成矿流体是NaCl-H2O±CO2体系[10-22]。因而,形成上述蚀变特征可能另有他因。岩浆热液矿床的形成涉及复杂的化学反应和热液运移过程[23-25]。前人研究多偏重于前者,对热液运移过程的研究较少[26-28]。本文利用有限元方法模拟热液运移和化学组分从裂隙向邻近围岩扩散过程,发现围岩孔隙度随深度增加而递减可能是钨矿床形成上述蚀变特征的有效机制。

1 石英脉型钨矿床地质和地球化学特征

中国石英脉型钨矿床主要分布于南岭成矿带的赣南、湘南、粤北、桂北等地(图 1)。南岭地区大规模钨成矿作用与燕山早期的花岗岩岩浆活动有关,成矿年龄大多集中在中晚侏罗世(165~ 150Ma) [29]。该类矿床常产在碱长花岗岩顶上带附近[3]。主要的矿石矿物为黑钨矿、白钨矿、锡石等,脉石矿物有石英、长石、萤石、黄铁矿等[1]

图 1 南岭成矿带钨矿分布示意图[29] Fig.1 Distribution of tungsten deposits in the Nanling Mountains, South China

钨成矿流体主要属于中高温、中低盐度的NaCl-H2O±CO2体系[30]。首先,成矿流体成分以H2O为主,CO2含量低,少量CO、CH4、N2、H2。在主成矿阶段成矿流体主要来自岩浆水,在成矿晚期成矿流体中混有大量大气降水。其次,寄主矿物(石英、黑钨矿、绿柱石、锡石等)捕获的流体包裹体在常温下以富液相的气液两相包裹体为主,纯气相和含CO2的三相包裹体少见,表明溶液不曾沸腾或局部沸腾,压力