钨,74号元素,有色金属,钢灰色或银白色,硬度高,熔点高,用途多,具战略意义。中国是世界上最大的钨储藏国,江西是重要产出地之一。2012年,媒体报道赣西北大湖塘发现世界最大钨矿床(钨资源量百万吨左右)。然而不到四年,“世界最大钨矿”这个头衔就被赣东北的朱溪钨矿(钨资源量两百多万吨)所取代。全球钨矿界老二老大在赣北相继面世,让更多的目光投向了赣北。这么丰富的钨矿是如何形成的?
今天我们来重点介绍一下曾经的老大——大湖塘钨矿,是怎么成矿的。对大湖塘钨矿的成矿流体探索,中科院广州地化所有着自己的解说:燕山期,大湖塘,钨暴动,各路英杰齐出动;中科院,GIG,七剑客,北上九岭细察勘;狮尾洞,石门寺,人品爆发贵人助。坑道内,岩芯库,观貌察微识结构;切薄片,显微镜,察颜观色觅流体。包裹体,双眼皮,一闪一闪要说话;先冷冻,再烘烤,各个无奈皆招供。查卷宗,细思量,栩栩如生大湖塘。
这首小诗,说的就是科研人员如何深入大湖塘腹地,探寻标本,并揭示大湖塘钨成矿秘密的过程。要想揭开大湖塘钨成矿的秘密,就必须从矿石矿物入手,寻找大湖塘钨聚集事件的重要线索。于是,中科院广州地化所七人小分队北上大湖塘,在当地同仁的支持与帮助下,早出晚归,上山下沟,钻坑道,抬岩芯;收集了一箱箱钨矿见证者,并小心翼翼地运回广州。钨矿床中的钨矿物和含钨矿物有20余种,但具开采经济价值的只有黑钨矿和白钨矿两种。
虽然人类先认识白钨矿,但以黑钨矿为主的钨矿床更加容易被发现。1958年,地学工作者就在大湖塘发现了黑钨矿石英脉,2012年以白钨矿为主的巨量钨资源使大湖塘钨矿一举成名。因此,想要还原大湖塘钨成矿的始末,就必须抓住这两种关键矿物——黑钨矿和白钨矿。至关重要的是,我们更需要找到它们的协助者——流体包裹体。
流体包裹体是指,在矿物形成的过程中,由于各种因素的影响,使正在形成(或形成后)的矿物产生各种晶格缺陷,被矿物圈闭于这些缺陷中而保留、保存下来的介质。借助显微镜,科研人员在氟磷灰石、萤石、石英、黑钨矿和白钨矿等矿物中找到了封存上亿年的流体包裹体。这些流体包裹体记录着成矿时的丰富信息,就是它们搬运着钨、铁、钙等成矿元素,并在适当地点卸载成矿。
为了从这些流体包裹体中了解到更多的信息,科研人员历经三个月,对近千个流体包裹体分别进行低温、高温的不同处理,取得了流体温度、盐度及基本成分等方面的关键信息。经过科研人员查卷宗、汇信息、细梳理等工作,大湖塘的流体成矿过程逐渐清晰起来:八亿多年前,赣西北九岭地区超大范围的岩浆活动,形成了今天雄伟的九岭岩体,而我们的主角——大湖塘就位于九岭地区。
一亿五千万年前左右,太平洋板块有恃无恐地向着华南大陆之下俯冲,引发了大量的岩浆活动,伴随着爆发式成矿作用。当时,在大湖塘6公里以下的深处地带,由于温压条件的变化,深部的岩石正在慢慢地熔融着,经历着翻天覆地的变化。火热的岩浆翻滚着,携带着各种各样的元素,烘烤着上覆岩石,并在薄弱环节沿断裂上侵。富含钨等成矿元素的岩浆缓慢上侵,岩浆热液流体慢慢出溶。
这种流体除了富含钨、铁锰、钙等成矿元素外,还富含二氧化碳、甲烷和氮气等挥发份和氟、磷等元素。在成矿流体的运移过程中,钨与氟、磷这两种元素的关系最好,除了钨酸根离子外,经常以钨的氟(磷)络阴离子形式运移。随着成矿流体的不断运移上升,挥发份(主要是指岩浆演化过程中的气相成分)的不断聚集,导致水力致裂作用发生,压力突降,流体中析出并沉淀少量黑钨矿。与此同时,部分二氧化碳等开始逃逸,温度开始降低。
当温度降到400℃左右时,磷、氟相继与钙结合形成氟磷灰石并沉淀。随着磷和氟的离开,钨主要以钨酸根离子形式存在。而一些先知先觉的钨已经觉察到外围环境的变化而为自己寻找出路,争先恐后地与铁、锰结合。黑钨矿开始大量形成并沉淀,从此开启了大湖塘钨成矿事件的序幕。当流体进一步运移上升扩散,流体与围岩的水岩反应越来越充分,流体中的钙越来越丰富。
温度进一步降低到300℃左右时,在磷少氟多的情形下,活跃的氟与钙结合,萤石开始大量形成。随着氟的“移情别恋”,钨酸根离子也越来越不稳定,铁锰已经被掠夺得差不多了,大部分钨才猛然醒悟,转变观念,由寻找铁锰转换到寻找钙。整个流体顿时活跃起来,他们沿着各种裂隙细脉入侵。此时,以黑钨矿为代表的钨成矿作用已经越来越弱了,钨与钙结合形成白钨矿已经成为当时的主流,将大湖塘的钨成矿事件推向了高潮。
于是,就有了现在浸染状白钨矿遍布整个矿床的壮观景象。当温度降到200℃时,大部分钨都已经找到了自己的终身归宿——黑钨矿或白钨矿,大湖塘的钨成矿作用也落下帷幕。最后,它们定格在那里,静静地等待着人类的发现。在中国地学工作者近一个甲子的不断敲打下,在几代地质人汗水的不断浸润下,终于,这个躺了一亿五千万年的钨矿宝藏借着钻杆的上升而破土而出。