Morphology and Gensis Typomorphism of Minerals in W-Sn-Be Deposit of Huya, Sichuan
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摘要: 四川虎牙乡雪宝顶钨锡铍矿床产出宝石级绿柱石、白钨矿、锡石、电气石等矿物且晶形完好.共生矿物有长石、方铅矿、石英、方解石、云母等.绿柱石、白钨矿和锡石色彩绚丽, 其成分较为复杂, 类质同象现象普遍, 晶体形貌具有标型意义.对该区代表性矿物绿柱石、白钨矿、锡石等进行了成分研究、形貌描述及矿物共生组合特点分析, 从矿物标型特征、围岩蚀变类型确定了矿床属于高温热液云英岩脉型矿床, 在此基础上重点探讨了板状绿柱石成因.Abstract: Many kinds of gem-grade minerals such as beryl, scheelite, cassiterite and tourmaline, and sub-products such as K-feldspar, galenite, tabular quartz, tabular calcite and mica were found in beryl-scheelite vein deposit of Huya, Pingwu County, Sichuan Province. The major minerals like beryl, scheelite and cassiterite have relatively complicated chemical composition and remarkable isomorphism, which enables them to have typomorphic significance. Studies on the chemical composition, configuration and mineral assemblages of the typical minerals such as beryl, scheelite, cassiterite, feldspar and tourmaline of this area reveal the typomorphic significance of the mineral assemblage and it is determined that the deposit is a high temperature epithermal quartz vein deposit. So the appearance of the minerals tabular configuration is concerned with alkali-rich chemical composition, environment of the mineral and the direction of the mineralized hydrothermal liquid.
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Key words:
- crystal morphology /
- gensis typomorphism /
- type of deposite /
- Huya /
- Sichuan Province
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虎牙藏族自治乡雪宝顶山脉钨锡铍矿床主要有哗哗水、五猪塘、蒲口岭等矿点.雪宝顶钨锡铍矿床产有绿柱石、锡石、白钨矿、磷灰石及电气石等宝石级晶体, 晶形完整、硕大, 颜色鲜艳, 具有极高的观赏和商业价值.该矿床独特的形成条件已为专家学者们所关注, 其研究内容集中于矿床类型、成矿流体及其来源、绿柱石板状成因、谱学特征、结构测定等方面.然而, 目前学者们对该矿床的成因类型争论较大, 主要认识有中低温浅成热液矿床、气成热液矿床或其成矿热液属于气成高温热水溶液(林金辉等, 2000; 叶松等, 2001; 曹志敏等, 2002; 陈志军等, 2002; 周开灿等, 2002).究其原因主要是对矿床温度的研究多采用包裹体均一法测温等手段.由于测试仪器型号、采样位置、测试条件、包裹体类型(如原生、次生包裹体) 和其他系统误差等而使测试结果有所差异, 因而认识和结论也不完全相同.且以往对与绿柱石共生的白钨矿、锡石、电气石、钾长石等矿物研究内容较少, 尤其是缺乏对矿物晶体形貌特征、化学成分标型、围岩蚀变、共生组合等方面的研究.本次工作是在野外详细调查基础上, 以围岩蚀变、矿物共生组合、矿物标型为主要依据, 结合包裹体测温结果综合探讨该矿床的成因.
1. 地质背景
本次研究样品主要采自蒲口岭和哗哗水一带, 海拔4 225 m.矿点位于摩天岭东西向复杂构造带磨子坪-上纳米复式向斜核部的一个次级构造——紫柏杉穹窿构造中, 出露地层为中三叠统“扎奈山群”地层.该地层构成一个长轴北北东向的椭圆形穹隆构造.紫柏杉花岗岩体侵入穹隆核部, 岩层围绕岩体分布; 矿区断裂构造不甚发育, 但张节理发育, 为矿液流动和储集提供了良好的通道和场所.矿床成因与碱性花岗岩的侵入极为密切.矿石矿物为绿柱石、白钨矿、锡石及少量硫化物, 脉石矿物为石英, 次为白云母、长石、萤石等.已知矿脉有40多条, 长数十米, 厚0.5~1.5 m, 有的只有几厘米或更窄.大多数矿脉发育有明显的带状构造.绿柱石、白钨矿、锡石常产于脉壁或晶洞中, 呈团块状或晶簇状.
2. 绿柱石标型特征
2.1 绿柱石化学成分
由样品化学全分析结果(表 1) 可见: 两组样品中主要成分Al2O3、SiO2和BeO约占各自总量的93.76%和92.47%.绿柱石中碱金属Li2O、Na2O、K2O、Rb2O和Cs2O平均含量分别为0.81%、1.45%、0.073%、0.007 3%和0.335%, 可将其归为含铯、锂-钠绿柱石.2个绿柱石样品中FeO和Fe2O3含量总和分别为0.18%、0.21%, Fe2+、Fe3+主要占位于Al-O八面体Al3+位置, 它们是雪宝顶绿柱石成色的主要杂质离子(林金辉等, 2000).以O=18为基准, 计算样品晶体化学式分别为:
表 1 四川雪宝顶绿柱石化学成分(%)Table Supplementary Table Chemical compositions of beryl samples from Xuebaoding, Sichuan Province
(Li0.29Be2.745) (Mg0.01Fe0.01Al1.91) [Si6.01O18]·0.95H2O, (0.26Na, 0.006K, 0.014Cs);
(Li0.33Be2.73) (Mg0.01Fe0.016Al1.91) [Si5.996O18]·1.12H2O, (0.27Na, 0.11K, 0.012Cs).
绿柱石中碱金属含量高, 特别是Li类质同象替代Be、Na、K、Rb、Cs元素能够进入绿柱石六方环孔洞中.按绿柱石分类, 本区绿柱石为无色-淡蓝色含铯, 钠-锂绿柱石.
2.2 绿柱石形貌
绿柱石晶体呈板状, 常见单形有六方双锥s{1121}、p{1011}, 六方柱m{1010}、a{1120} 和平行双面c{0001}, 其中平行双面与六方双锥常见.有的样品缺失s{1120} 或p{1011}, 呈碟状; 个别样品底面直径与柱高相等, 呈短柱状.晶体直径一般在2~3 cm, 大者5~7 cm, 部分可达十几厘米(刘琰等, 2001).绿柱石晶体常常沿c轴紧密平行连生, 有时被误认为是接触双晶.此外, 从绿柱石结晶习性和形态看, 绿柱石并不存在双晶现象(White and Richards, 1999; 刘琰等, 2005), 与其他地区绿柱石形态相比差别较大.其晶面微形貌发育, 主要为螺旋纹和生长丘.其中{0001}面生长纹远比六方双锥和六方柱面螺旋生长纹发育, 螺旋生长现象较为明显, 这种表面螺旋生长纹与低饱和度有关(刘琰等, 2005).
Hawthorne and Černy (1977)、王贤觉等(1981)和邹天人(1996)根据绿柱石化学成分特点对绿柱石进行分类: 无碱绿柱石、贫碱钾绿柱石和钾钠绿柱石、钠绿柱石、钠-锂绿柱石.国内外相关研究(Бeyc, 1960; 陈光远等, 1987; 邹天人, 1996) 表明, 绿柱石的形态与碱金属含量有一定关系, 含钠高的绿柱石一般为短柱状、不完整桶状, 因此绿柱石的形态具有标型意义.通过实际观察, 雪宝顶绿柱石既有短柱状又有板状, 以板状绿柱石居多.反映了板状绿柱石是高碱环境的产物.与之相应的是, 雪宝顶板状绿柱石碱金属含量也较高.
3. 白钨矿标型特征
3.1 白钨矿化学成分
采用电子探针分析白钨矿化学成分, 结果表明(表 2) : 白钨矿含有微量CuO、FeO.按矿物通式中2个阳离子和考虑电价平衡, 以O=4为基准计算, 求得白钨矿的晶体化学式为: W1.Ca0.98[W1.01O4]; W2.Ca0.96[Fe0.002W1.01O4]; W3.Ca0.97[Cu0.01W1.01O4].
表 2 雪宝顶白钨矿的化学成分(%)Table Supplementary Table Chemical compositions of scheelite from Xuebaoding, Sichuan Province
李逸群和颜晓锺(1991)根据白钨矿中MoO3含量把含MoO30.50%~13.53%归为含钼白钨矿.但从本文分析结果来看, 雪宝顶白钨矿中MoO3含量 < 0.50%, 不属于含钼白钨矿, 同时也不属于钼钨钙矿系列分类与命名表.Cu、Fe等元素进入白钨矿发生类质同象替代, 说明成矿时温度较高.
3.2 白钨矿形貌
四方晶系、四方双锥晶类4/m.本区白钨矿常呈近于八面体状的四方双锥或厚板状.部分晶体平行连生(图 1a), 有些则成不规则粒状集合体(图 1b).经过晶体测角, 本区白钨矿晶体主要有四方双锥p{111}, 个别样品出现β{113}单形和四方双锥e{101} (图 2).白钨矿晶体一般长1~3 cm, 也有10~15 cm的巨晶体, 还曾见8~9 kg的巨晶.由于脉宽仅数十厘米或更窄, 成矿溶液主要平行脉壁供应, 垂直脉壁供应较少, 因此平行于脉壁方向晶面生
图 1 a.厚板状白钨矿与平行连生的白钨矿雪宝顶白钨矿; b.白钨矿粒状集合体和针状电气石Fig. 1. a.Thick tabular scheelite and parallel growth of beryl; b.Scheelite crystal and acicular turamaline长较快而成为厚板状(图 1a).白钨矿晶体属四方晶系, 在实地考察中本区未见以往报道的六方双锥状白钨矿(周开灿等, 2002), 只存在四方双锥白钨矿貌似八面体的现象.
4. 锡石标型特征
4.1 锡石化学成分
锡石化学成分中往往含有SiO2、TiO2、FeO、WO3、Ta2O5、MnO、Nb2O5等杂质, 本区锡石化学成分如表 3.Fe、V、Ti、Mn元素的出现与锡石的黑色有关.锡石具有磁性与成分中含有较高含量的磁性元素有关.锡石中有环带结构.对不同颜色环带进行分析发现, 深褐色条带中FeO、Ta2O5、Nb2O5、WO3含量普遍较高(如样点2-1、2-2);浅褐色区域杂质含量较低(如样点1-1、1-2).一般认为气成高温热液型锡石和高温热液型锡石成分稍有差异, 前者铌钽含量较高.而本区含有较高的铌钽含量, 较南岭及邻区钨矿床中含矿石英脉、云英岩和硫化物热液矿床中锡石铌钽含量都要高, 也说明了本区锡石属于气成高温热液型.铌钽含量高于一般热液型锡石铌钽含量0.08% (王濮等, 1982), 这也是气成高温热液型锡石特征之一.
表 3 锡石化学成分(%)Table Supplementary Table Chemical compositions of cassiterite
4.2 锡石形貌
锡石粒径一般在1~3 cm, 少数5~7 cm, 最大可达10 cm以上, 重15 kg.晶体锥面较为发育, 经过测角分析, 主要单形有四方双锥s{111}和e{101}.晶体常以集合体形式产出, 沿c轴平行连生(图 3).锡石晶形为四方双锥状和短柱状, 柱面部发育, 晶体长宽比为3∶1~4∶1.个别锡石出现了少见的溶蚀现象(刘琰等, 2005), 说明晶体在生长过程中物质供应的变化.本区锡石具有图 4中3种形态, 以第3种为主.通过实地考察, 本区还存在着板状锡石.从图 3a~3d也反映了成矿温度由高到低的连续变化过程(王濮等, 1982), 晶体柱面发育有纵纹.从恢复后的理想晶体形态上可判断锡石属高温热液型. Shneider (1937)认为高温条件下, 晶体c轴收缩, 并随温度降低而增长, 在大于600 ℃时为钝角双锥或柱状双锥亚型的八面体; 大于500 ℃时为板状; 450 ℃时为锐角双锥(或单锥) 状柱体; 小于450 ℃为锥-柱状晶体.图 4中从左至右依次出现了钝角双锥、锐角双锥锡石晶体形态, 说明本地矿床中锡石是高温成因, 矿床属于高温热液型.
5. 其他矿物标型特征
5.1 电气石形貌
本区电气石可以分为两类: 第一类是发状电气石(图 1b), 在实体显微镜下观察发状电气石呈蓝色; 第二类是褐绿色透明宝石级电气石(图 5).尺寸为: 3 cm×1 cm×1 cm顶部断面球面三角形和柱面纵纹发育, 第二类电气石可以用作宝石开发.以往钨锡铍矿中曾有宝石级电气石报道, 但还未有图片报道.电气石褐绿色与电气石中Mg和Fe元素有关.发状电气石的出现与温度和成矿位置的变化有关.发状电气石出现阶段较早, 大量出现于围岩蚀变阶段的石英中和成矿期的绿柱石中.
5.2 钾长石形貌
长石的种类和形态十分丰富, 据前人研究, 不同种类和形态的钾长石成因与温度密切相关而且具有标型特征.800 ℃时, c{001}和b{010}特别发育, 形成沿a轴延伸的柱状.500~350 ℃时, 伟晶作用、气成高温热液形成沿c轴延伸的板柱状, 理想形态如图 6 (陈光远等, 1987).雪宝顶钨锡铍矿中产出了与图 6相对应的3种长石种类(图 7), 本区钾长石以图 6b、6c为主, 常见1~2 cm, 大者可达5 cm.3种钾长石的出现说明了该区成矿流体从高温到低温的变化.野外地质考察中, 发现大量类似图 6a类型的长石, 并且与云母、石英共生.
6. 成矿流体流向对晶体形态的影响
环境因素对晶体生长形态的影响很大.雪宝顶绿柱石产于晶洞中, 大部分绿柱石c轴与洞壁呈锐角, {0001}面平行于脉壁.由于脉宽一般10 cm, 溶液平行脉壁供应, 垂直脉壁供应较少, 造成晶体的平行双面生长速度较慢, 从而导致了板状绿柱石的出现, 与板状绿柱石共生的板状石英、板状方解石和板状锡石(图 8b) 也证实了这一点.
图 8 矿物生长受流体影响示意图Fig. 8. Sketch map of crystal morphology affected by mineralizing fluid当矿液从某个方向源源不断的供给结晶物质, 晶体在这一方向生长就较快.矿液流向对晶体生长不对称性、内部生长环带差异性、晶体生长不完整性及定向平行连生的影响都很大(图 8a, 曾庆丰, 1986).该区产出的厚板状白钨矿、板状石英、板状方解石和板状锡石等矿物晶形成因与成矿流体的运移方向有关.弓长岭铁矿围岩绿泥片岩中气成热液成因磁铁矿板状双晶及板状晶体也是由于铁质沿裂隙面供应而长成平行裂隙的板状(陈光远等, 1984) (图 8c).该区短柱状绿柱石同时存在, 进一步说明空间所限而促使流体运移定向, 也是影响板状晶形的原因之一.
7. 结论
(1) 本文结合区域地质背景从矿物组合、矿物标型特征、围岩蚀变和成矿环境等方面探讨了矿床成因.在传统的包裹体测温方法基础上, 对宏观的外在矿床特征进行成矿类型判断. (2) 根据雪宝顶绿柱石矿床云英岩化的围岩蚀变现象, 白钨矿、锡石、电气石的矿物共生组合, 沿c轴延伸发育的高温标型板柱状钾长石, 短柱状及四方双锥较为发育的锡石的出现, 都说明该矿床为高温热液云英岩脉型矿床.钨、锡、铍元素成矿也说明了该矿床是高温热液矿床.绿色绿柱石、桔红色白钨矿、黑色锡石和蓝色电气石的出现与高温环境下杂质进入矿物晶格中有关, 更进一步证实了该矿床的成因. (3) 绿柱石、白钨矿、锡石等主要矿物的化学成分复杂、类质同象置换普遍, 表明矿物形成温度以及成矿溶液中碱金属含量较高. (4) 板状绿柱石、短柱状绿柱石、厚板状白钨矿、板状石英、板状方解石和板状锡石等的出现与环境因素有关.2种不同形态的白钨矿及2种形态不同的电气石的出现说明了成矿热液中物质的不均一性和成矿热液温度的变化.
致谢: 成都矿产地质研究所沈敢富研究员对野外工作提供了大量指导和意见, 沈战武硕士参与了本次野外工作, AAA国际矿业公司刘光华教授在野外工作中提供了大量支持, 在此一并表示感谢!
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图 1 a.厚板状白钨矿与平行连生的白钨矿雪宝顶白钨矿; b.白钨矿粒状集合体和针状电气石
Fig. 1. a.Thick tabular scheelite and parallel growth of beryl; b.Scheelite crystal and acicular turamaline
图 8 矿物生长受流体影响示意图
Fig. 8. Sketch map of crystal morphology affected by mineralizing fluid
表 1 四川雪宝顶绿柱石化学成分(%)
Table 1. Chemical compositions of beryl samples from Xuebaoding, Sichuan Province
表 2 雪宝顶白钨矿的化学成分(%)
Table 2. Chemical compositions of scheelite from Xuebaoding, Sichuan Province
表 3 锡石化学成分(%)
Table 3. Chemical compositions of cassiterite
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