钨是重要的战略资源，广泛应用于冶金、军工和航空等行业。中国是世界钨矿资源最丰富的国家，钨矿储量位居世界第一，占世界总量的60%以上。钨矿在中国分布广泛，主要集中分布于湖南、江西、河南、福建、广西和广东6省区，上述6省钨矿保有储量之和占我国钨矿储量平衡表上保有储量的80％以上[1]。在陕西省，钨矿属于稀缺矿产资源，近年来陕西省针对秦岭矿带成矿条件和矿产资源分布特征，将钨、钼、铜和金等作为主攻矿种，加强了钨矿找矿研究工作。2010~2015年，陕西省地质调查中心在仔细分析了镇安、宁陕地区钨钼多金属成矿条件的基础上，优选镇安西部作为主要研究调查区，相继开展了陕西省宁陕—柞水地区铅锌矿评价和陕西宁陕江口—泰山庙一带钨钼多金属调查评价项目，在本调查区内及周边早寒武—中奥陶统石瓮子组和中晚泥盆统星红铺组等地层中，圈出了一批W、Au、Mo、Pb、Zn、Ag和Cu等异常和若干找矿远景区，陆续发现了金盆、东阳—棋盘沟、核桃坪、杨沟、桂林沟和月坪沟等一系列钨（钼）矿和银洞沟金矿，取得了重要的找矿进展。这些发现加速了科研工作者对该区钨矿找矿勘查和成矿机理的研究。金平等[2]就镇安西部地区钨钼矿成矿地质条件进行了探讨，认为该区成矿条件优越，资源潜力巨大。杜玉娥等[3]以月河西段一带钼钨矿矿床为研究对象，分析总结了该段矿床类型、成矿模式和找矿前景，并对该区找矿前景进行了探讨。王义忠等[4]对杨泗庙—赖板凳一带钼钨矿成矿模式进行了研究，认为该矿床在垂直分带上也存在“五层楼”模式。王洁明等[5]分析了金盆钨矿床的地质特征、地球化学异常特征，总结出金盆钨矿床的找矿地质条件、信息准则与标志。周小康等[6]对王家坪地区发现的隐伏岩体进行了岩石地球化学分析，并与华南典型成矿花岗岩进行对比，发现二者具有较高的相似性。总体来说，前人对该地区的研究主要集中在地质特征、控矿因素、资源预测、成矿模式和找矿前景等方面。而对于矿集区内成矿流体的研究工作尚显不足，成矿流体性质等关键成矿问题研究较少，缺少系统的流体包裹体和同位素地球化学研究，缺乏对典型矿床的系统性研究。镇安西部一带矿区众多，但多数矿区中未发现岩浆岩体出露，因此明确成矿流体来源是理解矿床成因的关键。本文选取棋盘沟矿区，通过详细的野外地质调查和岩相学观察，开展了成矿期矿石流体包裹体显微测温和稳定同位素测试分析，获取成矿流体信息，并结合前人对该区的研究成果，分析了成矿流体和成矿物质来源，讨论该地区石英脉型白钨矿的成矿背景，为认识和理解镇安西部钨多金属矿床成矿作用提供了流体包裹体和矿床同位素地球化学依据。
1 区域地质背景
棋盘沟矿区位于镇安西部钨钼多金属矿集区西段北带，处于南秦岭构造带内，属秦岭中央复合造山带的重要组成部分。矿区北部为北秦岭构造带，南部为南秦岭造山带印支期滑脱—推覆带与燕山期滨太平洋陆内造山带、滨西太平洋大陆边缘活动带和石泉—小磨岭NE向构造岩浆带交会的构造结合部位（图1）。在陕西省所划四级构造单元中，矿区位于秦祁昆造山系（一级单元）、秦岭弧盆系（二级单元）和南秦岭弧盆系（三级单元）。
图1
区内经历了多期次、多层次构造运动，地层多遭受变质变形改造，变形较强烈；区内岩浆活动频繁，发育有晋宁期、加里东期、印支期和燕山期等多期次的侵入岩。岩浆岩约占该区面积的2/5，岩性以中酸性侵入岩为主，主要为印支期二长花岗岩，其次为华力西期（牛角湾岩体）及晋宁期（中元古代花岗斑岩、新元古代太平沟岩体及黑沟岩体）。以江口复式岩体和胭脂坝复式岩体等中酸性岩基为代表，并发育有懒板凳和四海坪等众多形态复杂的中酸性小岩体（图2）。受岩体及区域热液动力变形、变质作用的影响，热液作用强烈，区内断裂极其发育，主要有形成于印支主造山期的NWW向断裂和形成于燕山期的NNE向断裂，其中NW向断裂包括山阳—凤镇断裂、云盖寺断裂和镇安—板岩镇断裂；NNE向断裂包括旬阳坝西断裂、深潭沟断裂、黄金美断裂、杨沟断裂和杨木沟断裂。NWW向断裂具有明显的韧性逆冲推覆性质，NNE向断裂具有明显的左行走滑性质，衍生出大量次级张性、扭性断裂。2组不同方向断裂形成了区内五纵三横的断裂格局，并对区内各种矿产的形成和赋存起着控制作用，为区内钨、钼矿的形成提供了矿源、热动力和导矿、容矿空间，成矿条件十分有利。通过近年来持续的找矿投入，棋盘沟矿区已探明钨矿储量达4×104 t，找矿潜力巨大[3]。
图2
图2
镇安西部钨钼多金属矿集区地质简图
Fig. 2
Geological map of the tungsten-molybdenum polymetallic ore concentration area in western Zhen’an
1.泥盆系大枫沟组；2.泥盆系石家沟—大枫沟组；3.泥盆系古道岭组；4.志留系大贵坪组；5.奥陶系两岔口组；6.奥陶系白龙洞组；7.寒武—奥陶系石瓮子组；8.寒武—奥陶系水沟口组—石瓮子组；9.震旦系陡山沱组—灯影组；10.震旦系灯影组；11.青白口系耀岭河组；12.古元古界陡岭岩群；13.中细粒黑云二长花岗岩；14.断层；15.推覆断层；16.矿点
2 矿区地质特征
矿区内出露地层主要为震旦系灯影组、奥陶系两岔口组、白龙洞组和泥盆系大枫沟组，岩性为大理岩、灰岩、白云质大理岩和片岩，岩层产状较缓，呈穹隆状构造，倾角20°~30°，局部较陡，地层走向为近EW向。目前矿区内未发现岩浆岩出露。
棋盘沟矿区内断裂发育，4条较大断裂横贯全区，主要表现为NWW向主断裂和SN向次级断裂，后者为含钨石英脉的赋存构造。矿区内已圈出2条矿体，编号为K1和K2，矿化类型主要为石英脉型钨矿。矿区内石英脉发育，以近SN向石英脉为主，也有近EW向石英脉，其中矿区主矿体K1就赋存在一条厚度约为90 cm的SN向石英脉中。通过野外观察，近EW向与近SN向的裂隙虽然有交切关系，但是充填其中的石英脉在交切处并未发生错动或脆性破碎。这表明石英脉是在近EW向和近SN向的裂隙形成之后由热液侵入形成的。顺地层的石英脉体不含矿或者含矿性差，切割地层的脉体含矿性好。近SN向裂隙为热液主通道，EW向层间裂隙或节理为次级通道，NNE向构造是棋盘沟矿区的主要控矿构造。
3 矿体地质特征
3.1 白钨矿体特征
棋盘沟矿区的白钨矿矿体产于中奥陶统两岔口组近SN向的石英脉中，主要赋存在长石石英脉与围岩大理岩（或石灰岩）的接触带部位，白钨矿呈团块状，厚度为3~4 cm，不连续。含钨长石石英脉主要赋存在NNE向断裂中。截至目前，在棋盘沟、银洞湾等地区共发现9条近平行、规模不等、近SN走向的钨矿体，产状269°∠63°，矿体长度为100~660 m，厚度为0.48~2.50 m，WO3品位为0.440%~0.861%。以石英脉型钨矿体K1、K2为主（图3），矿区主矿体K1走向10°~15°，总体产状285°∠75°，控制长度为440 m，水平厚度为0.75~1.50 m，平均品位为1.08%，其中白钨矿主要赋存在石英脉与围岩接触带10 cm范围内（图4），部分乳白色石英脉与围岩发生云英岩化和矽卡岩化。可见石英脉与围岩接触部位发育有大量黑云母，粒径为0.5~1.0 cm，部分石英脉内部已发生白钨矿化，也可见黄铁矿化、辉钼矿化和绿泥石化。总的来说，矿区内主要为石英脉型白钨矿，矽卡岩型白钨矿化较弱。
图3
图4
图4
棋盘沟矿区K1矿体
Fig.4
K1 ore body in Qipangou mining area
（a）紫光灯下白钨矿；（b）石英脉型白钨矿；（c）紫光灯下团块状白钨矿集合体；（d）棋盘沟K1主矿体Sch-白钨矿；ls-灰岩；Qtz-石英
3.2 矿石特征
棋盘沟矿区矿石矿物成分比较简单，主矿物为白钨矿，多呈微细—中细晶结构，个别呈粗晶—伟晶结构，浸染状和条带状构造。金属硫化物以黄铁矿、辉钼矿和黄铜矿为主，脉石矿物主要为石英、方解石、钾长石、金云母和黑云母等。多呈微细—中细晶结构，个别呈粗晶—伟晶结构，浸染状和条带状构造。矿石类型主要为石英—白钨矿型，其次是石英—白钨矿—黄铁矿型（图5）。
图5
图5
棋盘沟矿区白钨矿矿石特征
Fig.5
Characteristics of scheelite ore in Qipangou mining area
（a）白钨矿与辉钼矿、黄铁矿共生（光片，单偏）；（b）白钨矿与黄铁矿共生（光片，单偏）；（c）产于石英脉与灰岩接触部位的白钨矿；（d）紫光灯下白钨矿特征；（e）白钨矿、辉钼矿与黄铁矿伴生；（f）紫光灯下白钨矿特征Sch-白钨矿;Mol-辉钼矿;Py-黄铁矿;ls-灰岩;Qtz-石英
白钨矿以不规则块状和团块状分布于石英脉边部与围岩接触部位，部分石英脉内部也发育有少量星点状白钨矿。其中白钨矿与长石石英脉关系密切。
4 白钨矿流体包裹体研究
4.1 样品采集及测试方法
本次样品主要采自棋盘沟矿区910、1130中段，均为主成矿阶段形成的含粗粒白钨矿石英。而后在室内将典型的样品磨制成双面抛光的包裹体薄片，厚度为0.06~0.08 mm。经镜下观察，选择了4件包裹体薄片进行测试，本次流体包裹体显微测温工作在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成，实验仪器为LinkamTHMS600型冷热台，测温范围为-196~+600 ℃，数据精度为±0.1 ℃。实验室温度为恒温20 ℃。采用显微冷热台测定包裹体的冰点温度和均一温度，再根据公式[9]，结合冰点温度计算水溶液的盐度和密度。
4.2 流体包裹体测温结果
本次研究对象为采自矿区矿洞中段的含白钨矿长石石英脉和含矿方解石石英脉，测温的主矿物为白钨矿和石英，选择其中直径大于2 μm的包裹体进行测温，共测试了57个流体包裹体。棋盘沟矿区石英脉中含有丰富的原生流体包裹体，含钨矿石英脉中气液两相流体包裹体多为椭圆形或不规则形态，大小不等，主要集中于（4×4） μm~（10×10） μm，成群或散乱分布，少量孤立产出，气液比为5％~30％；单相流体包裹体总体较小，主要集中于（2×2） μm~（3×4） μm，常温下较难观察到，以椭圆状的纯气相包裹体为主。棋盘沟矿区流体包裹体主要是气液两相包裹体，加热后都均一成水溶液相（图6）。
图6
图6
棋盘沟矿区白钨矿流体包裹体镜下显微特征
Fig.6
Microscopic characteristics of fluid inclusions of scheelite in Qipangou mining area
（a）孤立分布的包裹体；（b）成群分布的包裹体；（c）圆形包裹体；（d）椭圆形包裹体；L-液相；V-气相
图7
图7
白钨矿流体包裹体均一温度、盐度分布直方图
Fig.7
Histogram of uniform temperature and salinity distribution of fluid inclusions in scheelite
表1 棋盘沟矿区白钨矿流体包裹体测温结果统计
Table 1
| 样品编号 | 大小/μm | 气液比/% | 均一温度/℃ | 冰点/℃ | 盐度[w(NaCl)]/% | 密度/(g | 采样位置 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BGQP-01 | 3×3~4×7 | 5~25 | 291.4~423.7 | -8.5~-2.0 | 3.4~12.3 | 0.52~0.78 | 910中段 |
| BGQP-02 | 3×5~5×8 | 5~25 | 323.3~383.2 | -6.9~-2.9 | 4.6~10.3 | 0.62~0.76 | 910中段 |
| BGQP-10 | 4×4~5×7 | 5~15 | 295.4~412.5 | -6.6~-2.8 | 4.6~10.6 | 0.65~0.76 | 1130中段 |
| BGQP-12 | 5×5~6×7 | 10~30 | 356.3~397.1 | -7.6~-3.1 | 5.1~10.1 | 0.60~1.08 | 1130中段 |
5 H、O、S同位素特征
5.1 样品采集及测试方法
用于H、O同位素测定的样品采自棋盘沟矿区1130中段和910中段，采集对象均为含白钨矿石英脉。
S同位素样品采集对象主要为矿区内石英—白钨矿—黄铁矿型矿石中的黄铁矿。
本次H、O、S同位素样品分析测试均由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，所使用的仪器为德国Finnigan公司生产的MAT 253型稳定同位素质谱仪，测试精度为±0.013‰。H同位素分析采用锌提取法，O同位素分析采用五氟化溴法，H、O同位素δ值均相对于SMOW计算。
S同位素分析采用SO2法进行，先采用直接氧化法将矿物中的硫转化成SO2并用冷冻法收集，然后用Finnigan MAT-251气体同位素质谱仪测试，测量结果采用国际标准δ34SCDT表达，分析精度优于 ±0.12‰。
5.2 H、O同位素组成
流体的H同位素即为寄主矿物石英的H同位素，O同位素则需根据石英的O同位素和不同成矿阶段的成矿温度来计算。流体包裹体平均均一温度即为成矿温度。H、O同位素分析结果见表2。
表2 棋盘沟矿区H、O同位素测试组成
Table 2
| 样品编号 | 采样位置 | 岩（矿）石类型 | δDv-SMOW/‰ | δ18Ov-SMOW/‰ | 成矿温度/℃ | δ18O水-SMOW/‰ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TWOH-QP-1 | 1130中段 | 含白钨矿石英脉 | -71.0 | 11.0 | 374.7 | 6.35 |
| TWOH-QP-2 | 1030中段 | 含白钨矿石英脉 | -69.8 | 11.6 | 367.7 | 6.77 |
| TWOH-QP-3 | 910中段 | 含白钨矿石英脉 | -64.9 | 10.9 | 364.3 | 5.98 |
将测试结果投于D-18O水-SMOW关系图（图8）中，结果显示镇安棋盘沟矿区含钨矿石英脉样品的H、O同位素落在岩浆水区域，成矿流体具有明显岩浆水特征。
图8
图8
棋盘沟矿区D-18O水-SMOW关系图
Fig.8
D-18O水-SMOW relationship diagram of Qipangou mining area
5.3 S同位素组成
图9
图9
棋盘沟钨矿与不同成因钨矿及不同岩石S同位素组成对比图
Fig. 9
Comparison of sulfur isotope composition among Qipangou tungsten deposit and different genesis tungsten deposits and different rocks
表3 棋盘沟矿区S同位素组成
Table 3
| 样品编号 | 采样位置 | 岩性 | δ34Sv-CTD/‰ |
|---|---|---|---|
| TWS-QP-1 | 1030中段 | 黄铁矿 | 10.0 |
| TWS-QP-2 | 1130中段 | 黄铁矿 | 10.2 |
| TWS-QP-3 | 1130中段 | 黄铁矿 | 8.8 |
6 成矿流体分析
从流体包裹体测温结果来看，流体包裹体均一温度介于291.4~423.7 ℃之间，峰值为353.5~399.8 ℃(图7)，平均值为367.7 ℃；盐度[w(NaCl)]为5.1%~7.7%，平均值为7.3%。根据前人对与白钨矿成矿有关的流体包裹体研究统计结果，白钨矿成矿流体主要为中高温、低盐度流体。钨矿的形成温度主要集中在200～500 ℃。位于我国南岭地区的柿竹园超大型钨矿床，大规模白钨矿成矿作用主要发生在250～350 ℃温度范围内，且成矿流体盐度[w(NaCl)]主要在-1%～4%之间波动，属于低盐度流体[13,14]。棋盘沟石英脉型钨矿床成矿物理化学条件与这些热液型钨矿具有较高的相似性，成矿流体都属于中高温(353.5~399.8 ℃)、低盐度[w(NaCl)=5.1%~7.7%]体系。
图10
图10
流体包裹体均一温度—密度关系图
Fig.10
Fluid inclusion uniform temperature-density diagram
刘茜[16]对镇安西部东阳矿区似层状矿体进行的流体包裹体测试结果表明，总体上石英—白钨矿阶段中石英内的包裹体均一温度变化范围为187～296 ℃，平均值为246 ℃，为中低温成矿流体。东阳矿区位于棋盘沟矿区西侧，同属镇安西部钨钼多金属矿集区西段，与棋盘沟矿区白钨矿同产出近SN向断裂的石英脉中，不同的是东阳似层状白钨矿赋存于地层中，沿着层间裂隙顺层产出，受EW向构造控制明显。对比2个矿区不同类型钨矿成矿温度，棋盘沟石英脉型白钨矿成矿流体属于中高温热液，推测在成矿过程中成矿热液的主通道为区域NNE向断裂，成矿热液顺NNE向断裂上升形成石英脉白钨矿，成矿流体在运移过程中温度不断降低，之后又沿层间裂隙贯入形成似层状型白钨矿。
目前镇安西部棋盘沟、核桃坪矿区内虽然均未发现大的岩浆岩体出露，但该区域周围岩浆活动频繁，研究区内分布的岩体主要有胭脂坝岩体、四海坪岩枝和懒板凳岩枝。胭脂坝岩体主要岩性为黑云母花岗岩，属于过铝质壳源S型花岗岩，形成的构造环境为主碰撞期后的伸展构造环境[17]。近年对胭脂坝岩体的一系列LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试显示，胭脂坝岩体年龄为（201.9±1.5）~（210.8±5.0） Ma（表4）。四海坪和懒板凳岩枝的主要岩性为二长花岗岩，锆石LA-ICP-MS和锆石U-Pb年龄分别为（168.2±1.1） Ma和（165.7±1.1） Ma，形成于侏罗世，晚于胭脂坝岩体[18]，且偏晚于前胭脂坝岩体锆石U-Pb年龄，这也反映四海坪—胭脂坝岩体群多期次侵入，即从晚三叠世到中侏罗世存在多期次岩浆活动。而最新对镇安西部核桃坪矿区W-Be矿成矿年代的厘定，经辉钼矿Re-Os测年显示成矿年龄为（196.3±3.3） Ma[19]，成矿年龄与胭脂坝岩体形成时代相近。由此可初步判断钨矿的成矿热液来源与四海坪—胭脂坝岩体群多期次侵入有关。晚印支—早燕山期南秦岭进入陆内造山期，伴随有大规模中酸性岩浆活动，为研究区白钨矿—辉钼矿提供了充分的成矿物质来源，区内走向NE的构造—岩浆岩带对多种金属矿床的形成十分有利，镇安西部钨—钼矿集区将会是陕西重要钨矿找矿远景区。
表4 胭脂坝岩体测年数据一览表
Table 4
| 测试对象 | 年龄/Ma | 测试方法 | 数据来源 |
|---|---|---|---|
| 黑云母花岗岩 | 200±4 | LA-ICP-M锆石U-Pb | 文献[17] |
| 黑云母花岗岩 | 201.9±1.5 | LA-ICP-M锆石U-Pb | 文献[20] |
| 二云母二长花岗岩 | 208±2，209±2 | LA-ICP-M锆石U-Pb | 文献[21] |
| 二长花岗岩 | 210.8±5.0 | LA-ICP-M锆石U-Pb | 文献[22] |
7 结论
（1）棋盘沟白钨矿类型主要为热液石英脉型，产于长石石英脉中，受NNE向断裂控制，白钨矿多呈大颗粒状分布于长石石英脉与围岩接触部位。
（2）棋盘沟白钨矿石英流体包裹体类型为气液两相水溶液包裹体，均一温度较高，属于中高温热液，成矿流体盐度较低，这些特征均与热液型钨矿成矿流体特征相同。
（3）棋盘沟矿区H、O同位素落在岩浆水区域，S同位素落入岩浆岩S同位素组成范围内，说明钨矿成矿物质可能来源于岩浆热液。
（4）与周围典型钨矿流体包裹体测温结果进行对比分析，结果显示NNE向断裂是该区域钨矿成矿热液运移的主要通道，对指示找矿有着重要意义。
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