赣东北地区是我国铜金多金属矿重点成矿域之一，也是我国重要的铜、金资源产地和工业基地。位于江西省东北部景德镇市的朱溪铜钨矿是一个以铜为主，伴生锌、银及钨的多金属矿床。近年来在朱溪地区又发现了钨铜锌多金属矿体，经工程勘察在ZK4208钻孔见钨铜锌多金属矿体厚度达200 m，钨矿化呈似层状、透镜状和脉状产出。

前人对赣东北地区主体矿区所在的塔前-赋春成矿带等进行了大量的研究，取得了一定的认识：如徐良国等^[1]对该区域成矿带的叠生成矿作用进行了论述，认为矿源层、低洼断裂及岩浆的叠生成矿作用是该区矿床形成的必要条件；项新葵^[2]探讨了该区新生代构造演化与成矿作用的关系，认为多期次的构造运动为成矿提供条件；又如高文亮等^[3]和沈蕾^[4]对区域上金矿进行讨论，而林黎等^[5]、何细荣等^[6]则重点对矿区大湖塘矿区、朱溪矿区的矿床地质特征进行了描述。但总体上对该区工作程度较低，尤其一些新发现的大型-特大型矿床需要投入必要的工作量开展研究。

朱溪矿区是继赣西北大湖塘发现特大型钨矿之后江南地区又一特大型钨矿，该区蕴藏的铜钨多金属资源潜力巨大，因此急需对矿床的成矿规律进行深入研究，以为进一步勘探工作与成矿预测提供理论依据。本文应用XEPOS型X射线荧光光谱仪，该仪器具有性能稳定、操作简便、直观、快速灵活等特点，适合快速开展样品分析，能较快地获得分析结果^[7]，对研究区钻孔岩芯样品进行主量元素(SiO₂、CaO、MgO)，微量元素(Cu、W、Zn、Ag)的测试，分析该区成矿元素地球化学特征与成因，并对成矿关系进行探讨。

1.   地质背景

研究区(如图 1所示)位于下扬子陆块江南古岛弧带东南部，钦杭接合带江西段萍乐拗陷带之东端，赣东北深大断裂北西侧，处于长江中下游、江南、钦杭接合带等巨型成矿带与中国东南部滨太平洋NNE向成矿带纵横叠加复合有利成矿区域内，具多旋回、多期次岩浆活动，有巨大成矿潜力。与区内成矿较密切的地层主要为上古生界石炭系-二叠系，倾向北西，与中元古界浅变质岩系呈角度不整合接触或断层接触。岩浆岩是构成区内成矿的重要因素之一，出露的岩浆岩主要为浅成-超浅成相，从超基性至酸性均有发育。多呈脉状，少数呈岩株、岩瘤产出。侵入岩成岩时代主要为燕山期，脉体多成群产出，侵入于中元古界浅变质岩系及上覆地层之中。区内经历了多期多阶段的构造运动，中元古代褶皱造山作用强烈，加里东期褶皱叠加和韧性变形，印支-燕山期断裂构造活动强烈，推覆构造发育。区域上燕山期塔前-朱溪-赋春北东向断裂控制了整个矿带的形成，其次一级的北东向压性断裂和褶皱，以及近东西向和北西向扭性断裂，则是区域上控制矿床的主要构造，而黄龙组与中元古界浅变质岩系接触部位的断裂构造，以及黄龙组中层间破碎带则是矿体的赋存部位^[8]。

图  1  朱溪地区地质简图(据江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，有修改)

1—第四系；2—上三叠统安源群；3—上二叠统长兴组；4—上二叠统乐平组；5—下二叠统茅口组；6—下二叠统栖霞组上段；7—下二叠统栖霞组中段；8—下二叠统栖霞组下段；9—上石炭统船山组；10—上石炭统黄龙组；11—中元古界双桥山群；12—花岗闪长斑岩；13—闪长玢岩；14煌斑岩；15—绿色蚀变带(阳起石透闪石化)；16—大理岩化；17—实测及推测地质界线；18—推测压性断层；19—实测压性断层；20—压扭性断层；21—向斜及倒转背斜；22—铜矿体；23—不整合界线。

Figure  1.  Simplified geological map of Zhuxi mining area

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如图 2所示，朱溪矿区Ⅱ矿带42号勘探线钻孔中ZK4207钻孔见矿最好，共见23个白钨矿体和1个铜锌矿体，全孔白钨矿体视厚度累计达131.91 m，铜矿体视厚度累计为10.23 m，锌矿体视厚度累计为21.58 m，其中视厚度达5 m的钨矿体有6个。在孔深854.40~916.40 m处为该孔见矿最好地段，见矿视厚度为62.00 m(真厚度为41.22 m)。矿体走向220°，倾向北西，倾角40°~80°。金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和白钨矿，其次为磁黄铁矿、砷黝铜矿、斑铜矿、辉铜矿、白铁矿、毒砂、方铅矿、辉铋矿、赤铁矿、菱铁矿、针硫铋矿和黄锡矿等；非金属矿物有方解石、白云石、石英、透辉石和透闪石。次要矿物有绿泥石、绿帘石、滑石、蛇纹石、石榴子石和水白云母等。

图  2  朱溪矿区42号勘探线地质剖面图

Figure  2.  Geological general drawing of No.42 exploration line in Zhuxi mining area

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2011年度，在ZK4208钻孔的1000 m以下揭露到厚达200 m的钨多金属矿体，表明朱溪矿区深部矿体个数变多，厚度变大，揭示矿区深部有极好的找矿前景。

2.   样品采集和X射线荧光光谱分析

2.1   样品采集

本次采集的样品来自2010~2012年度江西省地质矿产勘查开发局九一二大队在朱溪矿区Ⅱ矿带42号勘探线上ZK4207、ZK4208、ZK4209共3个钻孔的319个化学分析样品及其副样。其中ZK4207钻孔72个，ZK4208钻孔94个，ZK4209钻孔153个，基本上代表了朱溪矿区Ⅱ矿带的矿化特征。经初碎、中碎、细碎后，粉碎至0.074 mm，再风干后作为待测样品。

2.2   仪器设备和样品制备

本次测试分析实验采用直接粉末法制样^[9]：利用中国地质科学院矿产资源研究所高温高压实验室XEPOS型台式能量色散偏振X射线荧光光谱仪(EDXRF,德国Spectro公司)对岩芯粉末样品中近50个元素进行同时探测。该仪器可定量分析主量元素(K₂O、CaO、TiO₂、Fe₂O₃、MnO₂)和微量元素(V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Pb、Th等)；半定量分析MgO、P₂O₅、Al₂O₃、SiO₂、Cl、Hf、S、Co等。XEPOS型台式能量色散偏振X射线荧光光谱仪配备Pd靶X射线管，最高电压60 kV，最大电流2 mA，最大功率50 W，分辨率155 eV；配备Mo、Co、Pd(l)、Al₂O₃、Al、Ti、Zr和Pd(K)等8个二级靶(偏振靶)，为达到较好的激发效率和较快的分析速度，本实验采用Mo、Al₂O₃、Co、Pd(l)等4个不同的激发条件。试样盒由内环、外环和盖子3套件组成，内环内径28 mm；盒底为TF-240型聚丙烯薄膜(德国Fluxana公司)，厚度4 μm。

样品盒的准备：将内环放置在平滑、干净的平面上(铺上硫酸纸)，顶端放置一块宽约4.0 cm的聚丙烯薄膜，再用外环将内环连同薄膜一起扣好，然后上下颠倒内外环组件，双手均匀向下平压内环边缘，直至内环和外环的下沿均与衬底面平行，薄膜被拉平，形成光滑的杯底。

样品制备：在制备好的样品杯中，加入10.6 g风干后的试样(或校准样品)，用平底玻璃棒压实，盖上盖子后，即可放入仪器进行测量。

2.3   分析测量条件

样品测量在空气气氛中进行。表 1是所采用的各激发条件和对应的检测元素。实验时需要待XRF光谱仪开机后老化光管，稳定1 h后开始测试样品^[10]。

表  1  偏振激发-能量色散X射线荧光光谱法分析地质样品的测量条件

Table  1.  Instrument conditions for geological sample measurement by EDXRF

测量元素	X光管条件		二级靶 (偏振靶)	测量时间t/s
	U/kV	i/mA
Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Ge，As，Se，Br，Rb，Sr，Y，Hf，Ta，W，Bi，Tl，Pb，Th，U	40	1.0	Mo	200
Zr，Nb，Mo，Ag，Cd，In，Sn，Sb，I，Cs，Ba，La，Ce	60	0.66	Al2O3	220
K，Ca，Sc，Ti，V，Cr，Mn	25	1.6	Co	200
Na，Mg，Al，Si，P，S，Cl	25	2.0	Pa	100
注：Pr、Hf、Ta、W、Bi、Tl、Th、U等元素采用Lα线，Pb采用Lβ1线，其他各元素均采用Kα线进行分析。

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3.   矿床地球化学特征

对钻孔岩芯的观察可知，三个钻孔所揭露地层的岩性以灰岩、白云岩和大理岩为主，仅有少量的花岗斑岩和花岗闪长岩呈脉状侵入(其他勘探线见闪长岩及煌斑岩)，矽卡岩矿体自上而下也穿插这三种岩性。因此对于元素在脉状侵入的岩浆岩和沉积岩中的迁移变化研究十分有必要。

3.1   主量元素特征

白云岩中Mg的含量较高，灰岩中Ca含量较高，花岗斑岩(花岗闪长岩)中Si元素含量较高，在保证实验结果可以反映元素的变化趋势且可靠的前提下，本文对Si、Mg、Ca这三种主量元素之间的关系进行探讨。

3.1.1   SiO₂、MgO、CaO在钻孔中分布特征

主量元素分析结果见表 2。对比三个钻孔主量元素含量可以发现，钻孔ZK4208中SiO₂含量最低，但CaO含量最高；钻孔ZK4209中SiO₂含量最高，而CaO与MgO含量相对较低；钻孔ZK4207三种元素都相对平均，MgO含量为三个钻孔中最高，但相差较小，而SiO₂与CaO含量则介于其他两个钻孔之间。

表  2  朱溪矿区42号勘探线钻孔岩芯样品主量元素分析

Table  2.  Analytical results of major elements from drilling core samples of No.42 exploration line in Zhuxi mining area

钻孔编号	样数/个	采样深度/m	w(SiO2)/%			w(MgO)/%			w(CaO)/%
			含量范围	平均值		含量范围	平均值		含量范围	平均值
ZK4207	72	528.3~1044.8	0.05~81.92	21.86		1.14~30.35	16.87		3.79~52.89	30.97
ZK4208	94	78.5~1400.1	0.03~76.62	20.98		1.22~28.17	12.49		1.42~56.4	37.76
ZK4209	153	74.5~163.2	0.02~80.38	28.61		0.57~29.59	13.58		0.37~57.22	31.68

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SiO₂含量范围的变化大及平均值较低，也印证了花岗闪长岩(花岗闪长岩)岩体的脉状侵入。CaO较MgO含量总体更高的特征与揭露的岩性灰岩比白云岩更多的地质事实相符。

3.1.2   SiO₂、MgO、CaO元素交代特征

值得注意的是，通过对ZK4209钻孔SiO₂、MgO、CaO三种主量元素含量随深度变化如图 3所示，发现三种元素呈明显的线性相关性，反映了该地区的岩石交代作用。

图  3  ZK4209钻孔中SiO₂、MgO、CaO含量随深度变化的曲线

Figure  3.  The changes of SiO₂, MgO, CaO content with depth in ZK4209 drilling core

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将图 3对不同深度、不同元素拆分作图 4。可以发现，在深度70~200 m之间，Si、Mg的含量下降，Ca的含量上升；180~450 m之间，Ca的含量处于45%以上，Si、Mg均在5%以下，与该段岩性以灰岩为主的地质事实相符。值得注意的是，在深度180 m、280 m、360 m左右，Si和Ca的含量在图上明显地呈“对顶”之势，表明在这一深度岩石的交代作用十分强烈；在深度500 m左右，Mg含量突然上升到25%，而Ca含量降低至25%，该段岩性也确为白云岩。在深度600~1000 m因无样品而无数据。在深度1100 m之下，Ca含量进一步上升，达到55%；而Si含量进一步下降，约1%；Mg含量在5%左右。在深度1250~1550 m，Mg和Ca的含量再一次接近，都大约是25%，此时岩性再次以白云岩为主，而Si的含量正呈动荡式下降，影响到Mg和Ca的含量也不稳定。在深度1530 m以下，Mg和Ca的含量直线下降到1%，Si含量升高到70%左右，该深度为底部花岗闪长岩。综合可知，灰岩和白云岩随着岩浆热液侵入，岩石被交代，SiO₂的含量增加，CaO和MgO含量减小。MgO和CaO含量平均值的比值接近1:3，也印证了揭露岩芯中灰岩与白云岩所占的比例。

图  4  (a)和(b)：Si、Ca的“对顶”之势(上)和SiO₂含量的动荡下降；(c)和(d)：Mg和Ca的含量随深度互补的变化

Figure  4.  (a)and(b)：The opposite situation of Si and Ca(up)and the turmoil decline of SiO₂ content，(c)and(d)：Complementary to the change of the Mg and Ca content with depth

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3.1.3   主量元素相关关系分析

为了了解矿区不同钻孔中SiO₂与其他氧化物之间的关系，本文进行了主量元素相关性投图^[11]。如图 5所示，三个钻孔都表现出了一致的线性相关性。总体上，随SiO₂含量增高，Fe₂O₃和MnO的含量也在增加，呈正相关，而CaO和MgO的含量具有降低趋势，呈负相关。这种明显的正负相关表明这些组分在热液交代蚀变过程中的活动性较强，CaO和MgO大量迁出，而Fe₂O₃和MnO则表现为大量的迁入，这种变化在矿物组分上印证了萤石矿物、黑云母、绿泥石等蚀变矿物的形成^[12]。

图  5  不同钻孔中SiO₂与主要氧化物Fe₂O₃(a)、MgO(b)、MnO(c)、CaO(d)的图解

Figure  5.  Correlation of SiO₂ and major oxides Fe₂O₃(a), MgO (b), MnO (c), CaO (d) in different drilling holes

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3.2   微量元素特征

钨和铜是朱溪矿区最主要的成矿元素，上部是薄层的铜钨矿，下部是厚大的白钨矿矿体，伴生铅、锌等多金属。工作区内所布钻孔北东方向已知有开采已久的铜、锌矿床，区域上南东方向有胡家岭铅、银矿靶区。虽然本次所使用的测试方法未曾对较高含量Ag的分析效果进行品质评价，但考虑到分析结果依然可以反映元素的变化趋势，综合考虑后，在微量元素方面主要对Cu、W、Zn、Ag四种成矿元素进行探讨^[13]。

分析结果见表 3(由于分析数据量较大，表 3中仅列出四种元素在三个钻孔中的含量范围及平均值)，Cu的最高含量出现在ZK4208钻孔1376~1377.2 m深度(38900 μg/g，白云石大理岩)，其次出现在ZK4208钻孔202.68~203.98 m深度(14000 μg/g，石英脉)，再次出现在ZK4207钻孔593.6~594.7 m深度(12090 μg/g，大理岩的矿化层)。另外，在ZK4209钻孔454.3~455.9 m深度Cu含量也达到了8633 μg/g(长英质角岩)。由此可见，钻孔ZK4208中的样品Cu含量较高，平均值也达到1052.54 μg/g，而钻孔ZK4207和ZK4209虽然有个别样品Cu含量超过边界品位，但绝大多数样品Cu含量都较低，平均值仅为499.43~640.66 μg/g。因此Cu自北西向南东方向，含量有中间高、两边低的趋势，也即Cu的成矿作用从钻孔ZK4208向两侧趋于减弱(图 6)。

图  6  不同钻孔中铜和钨含量的变化

Figure  6.  The change of Cu and W content in different drilling holes

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表  3  朱溪矿区42号勘探线钻孔岩芯样品成矿元素分析

Table  3.  Analysis results of primary ore-forming elements from drilling core samples of No.42 exploration line in Zhuxi mining area

钻孔编号	样数/个	采样深度/m	w(Cu)/(μg·g-1)			w(W)/(μg·g-1)			w(Zn)/(μg·g-1)			w(Ag)/(μg·g-1)
			含量范围	平均值		含量范围	平均值		含量范围	平均值		含量范围	平均值
ZK4207	72	528.3~1044.84	3.1~12090	640.66		6.2~11950	709.97		103.8~56040	2957.53		0.6~289.2	20.23
ZK4208	94	78.5~1400.13	7.7~38900	1052.54		2.2~33510	1966.27		10.7~11440	699.53		0.6~288.5	18.84
ZK4209	153	74.5~163.2	1.2~8633	499.43		2.5~32780	1896.31		11~18620	646.37		0.5~133.1	7.85

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W在空间上的分布，与Cu有所不同但也有类似之处。即，W的最高含量出现在ZK4208钻孔的1376~1377.2 m深度，W含量达33510 μg/g(白云石大理岩)；在ZK4209钻孔454.3~455.9 m深度，W也达到3.3 μg/g。另外，在ZK4209钻孔中W含量在454.3~455.9 m深度达到32780 μg/g，ZK4207钻孔在893.9~894.9 m深度W的含量也达到该钻孔中样品的最大值11950 μg/g(长英质角岩)。各个深度的W元素含量都表现出与Cu的直接对应关系。三个钻孔ZK4207、ZK4208、ZK4209的W含量平均值依次为709.97 μg/g、1966.27 μg/g、1896.31 μg/g。W自北西向南东，W含量仍然有中间高、两边低的趋势。

Zn含量最高值出现在ZK4207钻孔549.66~550.66 m深度(56040 μg/g，大理岩的矿化层)，其次出现在ZK4207钻孔893.9~894.9 m处深度(1.4 μg/g，长英质角岩)，再次出现在ZK4207钻孔593.6~594.7 m深度(21000 μg/g，大理岩的矿化层)。另外，在ZK4209钻孔509.35~510.85 m深度Zn含量也达到了18620 μg/g(黄铜矿化的白云质大理岩)，ZK4208钻孔Zn含量在202.68~203.98 m深度为11440 μg/g。由此可见，ZK4207钻孔中的样品Zn相较ZK4208钻孔和ZK4209钻孔含量较高，平均值也达到2957.53 μg/g，而ZK4208和ZK4209钻孔绝大多数样品Zn含量都较低，平均含量仅为699.53 μg/g和646.37 μg/g。因此Zn自北西向南东方向，含量有逐渐降低趋势，即成矿作用趋于减弱(图 7)。

图  7  不同钻孔中锌和银含量的变化

Figure  7.  The change of Zn and Ag content in different drilling holes

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Ag含量最高值出现在ZK4207钻孔593.7~594.7 m深度(289.2 μg/g，大理岩的矿化层)，其次出现在ZK4208钻孔202.68~203.98 m深度(288.5 μg/g，石英脉)，再次出现在ZK4208钻孔1376~1377.2 m深度(200 μg/g，白云石大理岩)。另外，在ZK4209钻孔509.35~510.85 m深度Ag含量也达到了133.1 μg/g(黄铜矿化的白云质大理岩)，ZK4207和ZK4208钻孔中的样品Ag含量平均值为20 μg/g，而ZK4209钻孔绝大多数样品Ag含量更低，平均含量不足10 μg/g。因此Ag自北西向南东方向，含量有逐渐升高的趋势，即成矿作用趋于增强(图 7)。

4.   矿化富集探讨

朱溪铜钨多金属矿床是近年来在原有矿床的基础上以成矿系列理论为指导^[14]，对该地区区域成矿规律和找矿潜力进行总结和分析，取得新的找矿突破性进展的又一成功范例。该矿床的层状、似层状矿体主要产于石炭统船山组与黄龙组地层界面之上30~40 m范围，以及中性岩脉中，顶底板为白云岩或大理岩。矿带总的走向为北东-南西，边部都有花岗闪长岩、花岗闪长斑岩脉等相伴，矿体受层间破碎带及断裂构造控制，主要由许多层间小脉和顺层大脉复合组成，而矿化蚀变也具有顺层分布的特点。

ZK4208钻孔下揭露到的厚层钨多金属矿体具有多样性，如花岗闪长岩也有铜钨矿化，甚至某些小的岩脉本身即构成铜钨的工业矿体，表明该矿区的成矿作用以Cu和W的富集为特征。成矿作用以W和Cu为主，形成以矽卡岩为最主要的矿石矿物^[15]，从成矿元素相关性图解(图 8)可以看出，亲S元素的Zn、Pb、Sb、Ag元素也表现出明显的富集特征。W和Cu、Zn、Bi、Sn之间都存在一定的正相关性，表明Cu，W以及其他成矿元素都有可能是共生的。从成矿元素的空间分布可见，随着深度的增加，Cu含量减小而W含量增加，反映为垂向上由上至下铜矿体-铜钨矿体-钨矿体的过渡变化，表明充填交代成矿作用过程中垂向上的变化^[16]。在同一钻孔中，随着深度的增加，元素的含量呈现波状起伏的变化而不是截然变化，这也是受构造控制的岩层交代的明显特征。

图  8  不同钻孔中钨与其他成矿元素含量的变化相关性

Figure  8.  Changes in the content of W and other ore-forming elements in different drilling holes

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42号勘探线所揭露的矿体均有较为明显的充填交代特征。已揭露到矿体中见黄铜矿交代溶蚀黄铁矿，从晶粒中心向外进行而形成的骸晶结构和磁黄铁矿、黄铁矿等外缘局部被黄铜矿交代溶蚀的交代残余结构。在主要的矿体赋存部位，透辉石、黑云母、硅灰石、绿泥石等交代作用形成的矽卡岩矿物组合发育，这在主量元素的变化中直接体现。蚀变带常见有对称分布，其中心为矽卡岩化、滑石化，边缘为透闪石化，晚期有硅化、绿泥石化和碳酸盐化以及矿化的叠加，多受断裂带控制，顺层产出，也表明了顺层交代的特点。而角岩化、大理岩化与成矿关系相对较弱。

5.   结语

朱溪铜钨多金属矿床是以钨、铜为主的超大型矿床。本文应用XEPOS型偏振能量色散X射线荧光光谱仪，以快速、简便、低能耗的优势，获得了可以反映矿体中元素变化趋势的数据，表现为主量元素硅和钙的“对顶”之势，硅、镁、钙随深度互补的变化趋势；成矿元素铜、钨、锌、银随着深度的增加元素含量呈波状起伏变化，反映了受构造控制的岩层交代特征，这些元素的空间分布特征均表明该矿体属于交代成因。元素迁移反映在矿物组分上的变化也表明成矿物质与花岗岩、花岗斑岩、花岗岩闪长岩等侵入蚀变形成的矽卡岩矿物组合有密切关系。根据本次研究的情况，建议今后应积极加强对侵入岩脉及深部隐伏岩体与成矿作用关系的研究。