钨素有“工业牙齿”之称,是自然界中熔点最高、硬度最大的金属之一。其卓越的高温稳定性、超强抗磨损性与优异的导电导热性能,让它成为支撑现代工业体系与高端制造发展的不可替代元素,是衡量一个国家工业实力与产业链安全的重要指标。作为全球钨资源大国,中国钨矿储量占全球总量的 60% 以上,其中约 66.5% 的储量集中在南岭成矿带。
近年来,在老矿山资源逐渐枯竭、高端制造对优质钨矿需求持续攀升的背景下,在南岭成矿带外围找矿的迫切性愈发凸显。在此背景下,自2023年开始,中国地质科学院依托地质调查和地质联合基金项目,在南岭成矿带北侧湘赣交界地区开展了综合探测,发现了莲花县九曲山钨多金属矿,取得了新区找矿突破,预测白钨矿金属量 20.22 万 t,有望新增大型钨铁银锌铅多金属矿基地一处,打开了南岭成矿带南钨北扩和江西省东钨西进的新局面。
(1)区域地质背景
九曲山钨矿调查区位于江西省西部和湖南省东部交界地区,大地构造位置处于华夏板块华南造山系东南造山带(Ⅱ3)武功山—会稽山前缘褶冲带 (Ⅱ3 1)、武功山隆起(Ⅱ3 1-1)和永莲坳陷(Ⅱ3 1-3)西段的拼接部位(图1),属武功山铁铌钽钨多金属成矿亚带。调查区内地层主要有寒武系高滩组,泥盆系中棚组、罗塅组、嶂岽组、麻山组、洋湖组,石炭系杨家源组、梓山组,第四纪联圩组。构造形变以泥盆纪地层组成的复式褶皱为主,主要发育北北东向和北西向断裂,以及少量的东西向断裂。期表现为北北东向正断层,晚期则以北西向断裂为主。
(2)基于地球物理反演的隐伏岩体识别
华南地块作为全球中生代钨矿成矿的核心区域,花岗岩分布与热液型、矽卡岩型白钨矿的成矿过程存在严格的时空耦合与成因关联,是控制矿化类型、规模及空间分布的核心地质要素。从成矿系统理论出发,花岗岩体的物质组成、岩浆演化程度、侵位深度及流体释放过程,为白钨矿形成提供了物质(W)、能量(热能)与流体载体,但地表岩体的成矿前景已基本完成了评价和调查,因此对隐伏花岗岩体的识别、定位及其成矿作用的研究,是实现新区找矿突破的关键途径。
图1九曲山钨多金属矿调查区大地构造位置图
1—盆地;2—宜丰—景德镇板块对接(晋宁)断裂带;3—赣东北地壳叠覆断裂带;4—萍乡—绍兴地壳叠接(加里东)断裂带;5—断裂;6—矿床; 7—地名;8—省界;9—九曲山钨多金属矿调查区
Ⅰ1—扬子板块—扬子陆块—下扬子地块;Ⅰ11-1 —长江中下游坳陷带九江坳陷;Ⅰ12-1 —江南隆起带九岭逆冲隆起;Ⅱ—华夏板块;Ⅱ1—钦杭结合带;Ⅱ11 —宜丰—德兴混杂叠覆带;Ⅱ11-1 —萍乡—乐平坳陷;Ⅱ11-2 —万年推覆地体;Ⅱ12 —信(江)—钱(塘)地块;Ⅱ12-1 —怀玉坳陷;Ⅱ12-2 — 广丰坳陷;Ⅱ31 —云(开)—会(稽山)前缘褶冲带;Ⅱ31-1 —武功山隆起;Ⅱ31-2 —饶南坳陷;Ⅱ31-3 —永莲坳陷;Ⅱ32 —南岭东段隆起带;Ⅱ32-1 —罗霄—诸广隆起;Ⅱ32-2 —饶雩山隆起;Ⅱ32-3 —宁(都)于(都)坳陷;Ⅱ33 —武夷隆起带
图2基于重力三维反演的湘赣边界地区隐伏岩体分布
由于花岗岩等酸性侵入岩体密度较低,在重力场上一般表现为低重力异常特征,因此可以根据重力异常特征反推岩体分布范围。笔者收集整理了茶陵幅 1∶20 万重力数据,采用 UBC Grav3D 软件进行三维反演,获得了湘赣边界地区三维密度模型。为分析岩体与密度体的关系,对模型体截取低密度的部分(图2中紫色体),从图中可以看出,地表出露的万洋山、锡田、丫江桥、白莲寺、伍峰仙、川口、将军庙等岩体与低密度体基本重合,说明区域上低密度体客观反映了燕山期岩体的三维形态。除了地表出露与岩体对应的低密度体,从图2还可以看出在湘东岩体北东方向、江西省莲花县九曲山地区还存在一个明显的低密度体,该区地表主要分布泥盆纪—二叠纪地层,未见岩体出露,根据区域岩体与低密度体的对应关系,推测九曲山深部存在燕山期隐伏岩体。该区一旦出现“岩凸”,且与泥盆系接触,就会形成钨矿成矿的有利环境。因此,笔者将九曲山地区作为重点调查区,开展大比例尺地质填图和地球物理综合探测。
(3)靶区优选与钻孔定位
经前期对地质资料收集分析,结合岩石物性样本采集和测量结果,认为九曲山调查区成矿有利层位具有一定磁性,项目组部署完成了 20 km2 的 1∶1 万高精度地面磁测工作,采用三维反演获得了三维磁化率模型(图3),结合地质资料可知,其中高磁性体指示了泥盆系洋湖组或石炭系杨家源组中富含的磁铁矿和磁黄铁矿的层位。为进一步了解调查区构造和精确定位隐伏岩(矿)体,部署了 2 条音频大地电磁测深剖面,经反演所获得电阻率剖面在深度方向上呈“两高夹一低”的组合特征:浅部高阻体与高磁性体重合部分为磁铁矿和磁黄铁矿富集区,深部高阻体为隐伏岩体凸起部位,二者中间的低阻为泥盆系洋湖组、麻山组和嶂岽组之间破碎层间带的综合反映,这也是白钨矿富集的主要地段。再结合区域地质资料,优选出有利靶区4处,空间位置如图3粉紫色框所示,靶区分别编号T1~T4。
(4)见矿情况
对圈定的 T1/T2/T3 靶区分别实施了钻探验证 (图3),3个钻孔共完成机械岩心钻探 2414.63 m。3 个钻孔均发现厚大白钨矿(化)体,其上部覆有磁赤 (钛)铁矿层,经采样分析均具有达到伴生品位的银铅锌,证明九曲山地区为钨铁银锌铅多金属矿(图4)。鉴于异常范围和见矿钻孔间的距离,该区具备形成大型钨多金属矿的前景。钻孔见矿情况具体如下:
ZK01孔深1035.57m,圈定白钨矿化88层,累计视厚度 132.60 m,边界品位以上矿体 18 条,累计厚度 12.52 m;ZK02 孔深 804.81 m,圈定白钨矿化 66 层,视厚度 86.70 m,白钨矿多呈浸染状、团块状分布,边界品位以上白钨矿体累计厚度32 m。ZK03孔深 574.25 m,圈定白钨矿(化)体 34 层,累计视厚度 25.81m,边界品位以上白钨矿体共 25 条,累计厚度为 18.24 m。除白钨矿化外,全区伴生银铅锌矿化,局部银矿体品位达 81.7 g/t。浅部伴生磁钛铁矿, TFe 含量 13.60%~21.67%,mFe 含量 21.67%,伴生钛均达到有益元素要求。
图3九曲山地区三维高磁性(红色体)、音频大地电磁剖面与靶区和钻孔位置图
图4九曲山钨多金属矿典型矿石和显微镜下特征
a—白钨矿岩心;b—脉状白钨矿;c—稀疏浸染状白钨矿;d—稠密浸染状白钨矿;e—团块状白钨矿;f—磁铁矿岩心;g—磁铁矿石;h—钨多金属矿(单偏光);i—磁赤铁矿(反射光);Cal—方解石;Hem—赤铁矿;Mag—磁铁矿;Po—磁黄铁矿;Py—黄铁矿;Sch—白钨矿;Sp—闪锌矿
采用肖克炎研究员等提出的“含矿地质体体积法”,依据地磁化极异常范围,圈定了南村公社和庙冲2个最小预测区,分别算调查区-1000 m以浅资源量,求得钨金属量为20.2万 t。
(5)找矿前景与铁下找钨技术组合
①湘赣边界北部九曲山地区深部发育燕山期隐伏花岗岩体,其岩浆演化过程及流体活动为白钨矿成矿提供了物质基础、能量来源与流体媒介,岩体上部发育泥盆系洋湖组、麻山组及石炭系杨家源组等赋矿地层,成矿地质条件极为有利。钻探工程证实,区内为钨铁银锌铅多金属矿床,白钨矿化呈多层脉状、浸染状产出,伴生磁赤(钛)铁矿及银、铅、锌矿化,表明该区找矿前景广阔,具备形成钨多金属矿大型资源基地的潜力。
②区域燕山期岩体呈现显著重力低值异常,重力三维反演可精准识别隐伏花岗岩体;高磁性异常对应泥盆系洋湖组、石炭系杨家源组中磁铁矿与磁黄铁矿富集区,为成矿有利层位快速定位提供可靠地质依据。音频大地电磁反演结果显示,深部高阻体与隐伏岩体凸起相吻合,中部低阻带反映破碎层间带,可直接指示白钨矿富集区段。综合地球物理探测方法,构建了“重力识别隐伏岩体-磁法圈定有利靶区-音频大地电磁定位成矿层位”的铁下找钨技术组合。基于该技术组合圈定的靶区,经钻孔验证见矿效果良好,证实该综合探测技术体系在湘赣边界新区找矿中具有重要的推广应用价值与示范意义。