壹、概述
石英是常見的造巖礦物，也是最常見的脈石礦物，在大多數的熱液礦床中都可以找到石英，尤其是石英脈型金礦和石英脈型的鎢礦等礦床中，石英更是最主要的礦物之壹。因此，這些礦床中的石英，無論是熱液充填結晶的自形石英還是交代圍巖或圍巖蝕變過程中生成的他形石英，都必然蘊含著與成礦作用有關的信息。這些信息除了常用的氫氧同位素、溫度、壓力和氧逸度等成礦物理化學條件方面的信息之外，還包括成礦物質及流體來源、成礦演化的過程、礦化分帶，等等。但是，除了成礦物理化學條件方面的研究比較多之外，如何從石英礦物本身挖掘關於物質來源、礦化分帶乃至於如何指導找礦方面的研究，相對少見。
由於石英主要是SiO2(而SiO2又是地殼中最主要的成分)，晶體結構和礦物化學成分相對簡單而穩定，是利用中子活化法測定其中微量元素含量的最理想礦物。國內外利用中子活化法測定金礦中石英的微量元素含量，已經有不少的成果積累(李幼寧，1989;管和國等，1991;曹誌敏，1991;胡楚雁等，1992;屈文俊等，1997)，但對石英脈型黑鎢礦中石英的研究還鮮見報道。曹誌敏(1991)曾對四川大渡河黃金坪金礦的石英進行過中子活化分析，結果表明，分散在石英中的超顯微金在礦體上部含量較高，最高達6.7×10-6，向深部減少，ZK301孔揭露的礦體石英含金0.115×10-6，六中段0.12×10-6～1.5×10-6。對於少硫化物石英脈型礦石，如無可見金出現，很難形成獨立金礦體。石英中的Ba/As比值表現為上部小(＜36.7)，中部大(185～225)，下部又變小(7.7)，因為金礦化的原生暈壹般以Ba為前緣暈，As為尾暈，而Mn含量與六中段的富金礦有關。
我國江西南部地區是石英脈型鎢礦的最主要產地，但那裏也有破碎帶-石英脈型金礦;贛南地表的石英脈更是星羅棋布，這些石英脈是否含礦、含什麽礦、如果含礦其潛力多大、是否值得進壹步工作?這些問題既現實又具體。本次利用中子活化法，對贛南鎢礦區的典型石英脈型金礦(留龍金礦)和鎢礦(淘錫坑鎢錫多金屬礦)作了初步對比研究，獲得了很有意義的成果，即:不但可以從石英中獲得是否含礦的信息，可以了解其含礦性的好壞，還可以為勘探工作的部署提供參考依據。
二、方法及要求
石英樣品中子活化分析的方法和步驟簡述如下:將準確稱取的試料和標準物質，用高壓聚乙烯薄膜包好，放入輻照管中，送入中國原子能科學研究院微型反應堆內輻射孔道中進行輻照，按照所測量元素的種類不同，選擇短照和長照兩種輻照方式，時間分別為2分鐘～35小時，反應堆的中子註量率為2～8×1011n/s·cm2，照射後的試料和標準物質經過不同時間的冷卻，在相同的幾何條件下用高純Ge探測器測量γ-射線放射性強度。其中，γ-射線能譜分析、各種幹擾校正及元素含量的計算，均由微機γ-射線能譜儀系統完成。
本次研究對淘錫坑礦區寶山區段的V11號鎢礦脈(是淘錫坑的王牌脈之壹)、留龍金礦的10號金礦脈(主礦脈)以及八仙腦和巋美山礦區的部分礦脈分別進行了采樣，分別采集、選純石英單礦物樣品進行中子活化分析，每個樣品可以壹次性測定24個元素。中子活化分析由國家地質測試中心屈文俊研究員在中國原子能研究院進行照射處理後完成測試。從分析結果看，石英中除了有0.2%左右的Al2O3之外，其他物質W、Ca、Mn、As、K、Na、Cr、Cs、Fe、Rb、Zn的含量均在×10-6級別而Sb、Sm、Au、Ag、Ce、Co、Hf、Lu、Sc、Ta、Th、Yb的含量均在×10-9級別，表明石英中SiO2的含量在99.7%以上，即單礦物中無雜質，測試結果具有很好的代表性。
另外，石英中子活化測試對於石英樣品的用量很小，同時可以直接精確地測定W、Au、Ag、Pb、Zn、Sb等主要成礦元素(尤其是對Au的靈敏度是各類方法中最高的)，較其他分析測試方法有其顯著的優勢。
三、石英脈型金礦———以留龍金礦為例
1.地質概況與樣品代表性
留龍金礦是贛南發現和勘探的第壹個有工業價值的中型巖金礦床。礦區位於興國縣城東南20km的留龍鄉，地處SN向永豐-安遠構造帶與新華夏系於山構造帶交接復合部位，區內斷裂構造發育，以SN向、EW向、NE至NNE向為主，對成礦均有不同程度的控制作用。礦區內僅見呈巖墻狀和巖脈狀產出的輝綠巖和斜閃煌斑巖，但區域內巖漿活動頻繁，四周被早自加裏東期、晚至燕山晚期的花崗巖體所圍繞。礦脈賦存於下震旦統上施組的變凝灰巖、變沈凝灰巖、變凝灰質砂巖及凝灰質千枚巖中。礦床類型為石英脈型和石英復脈型金礦。全區已知礦脈31條，以10號礦脈規模最大，全脈金平均品位8.31g/t。主要金屬礦物有黃鐵礦、毒砂，脈石礦物為石英、絹雲母、綠泥石、綠簾石等。金礦物為自然金、銀金礦和金銀礦，主要賦存於黃鐵礦中。
本次研究的樣品采自10號主礦脈，同時也采集了八仙腦礦區含鎢石英脈中的石英，同時利用中子活化法測定其微量元素的含量，以便於對比。
2.結果與討論
對留龍金礦和八仙腦兩種不同類型石英脈型礦床中石英中子活化測定的結果列於表8-4中。
表8-4 八仙腦鎢礦和留龍金礦區石英脈中石英的中子活化分析結果
註:單位為×10-6。樣號帶LL者采自留龍金礦，其余采自八仙腦鎢礦。Ag的含量在LLw-0113中為0.00652×10-6，在V2H44-3Q中為0.000419×10-6。留龍金礦石英脈中的硫化物主要是黃鐵礦，未見黑鎢礦和白鎢礦，也未見閃鋅礦和方鉛礦;八仙腦鎢礦石英脈中除了黑鎢礦之外還有閃鋅礦、黃銅礦和黃鐵礦。
3.成因類型的判別及示蹤意義
根據初步的分析結果可以看出，留龍金礦與八仙腦鎢礦雖然都是石英脈型礦床，但主礦種不同，因此，石英脈石英中所蘊含的微量元素信息是不壹樣的，具體表現為:
1)從表中可見，無論是留龍金礦還是八仙腦鎢礦，石英中Au的含量甚微，均小於0.03×10-6。如此低含量的Au能被準確地測定，有賴於中子活化分析方法的精確性。其中，金礦平均0.00776×10-6，鎢礦平均0.00192×10-6，前者是後者的4倍。
2)相對於鎢礦區石英而言，金礦區石英中富集的元素有:Cl、Mn、As、Sb、Fe、Zn，尤其是Mn、As、Sb的富集較為顯著。這與As、Sb、Cl等元素經常作為金礦的找礦標誌也是壹致的。Mn和W的含量在金礦石英中比鎢礦石英中還要高，其原因待進壹步研究，也可能是由於南嶺W區域性富集而留龍金礦尚未發現鎢的獨立礦物，以至於在由“石英”代表的熱熔體-流體中相對富集。八仙腦鎢礦石英中K、Rb、Cs的含量明顯高於金礦，顯示鎢礦與花崗巖(富含K、Rb、Cs)在成因上具有明顯的物質來源上的聯系。
3)從元素組合的角度考察(圖8-5)，在Cl-Au圖解中，在Mn-Au圖解中，在As-Au圖解中，在Cs-Au圖解中，在Sc-Au圖解中，在Rb-Au圖解中，在Cl×Mn-As×La圖解中，在Cl×Mn-As×Sb圖解中(圖8-6)，金礦區石英與鎢礦區石英均落在不同的區域。其中，金礦石英中Au的含量與Cl的含量明顯高於鎢礦區石英，與Au在熱液中遷移主要與Cl有關的基本規律是壹致的。
圖8-5 八仙腦石英脈型鎢礦與留龍石英脈型金礦中石英中子活化分析雙元素對比
圖8-6 八仙腦石英脈型鎢礦與留龍石英脈型金礦中石英中子活化結果元素組合乘積對比
4)對於同為鎢礦的淘錫坑和八仙腦，前者屬於巖漿熱液充填型石英脈，後者屬於破碎帶蝕變巖型石英脈。通過對比，二者具有明顯不同的微量元素分組特征。八仙腦礦區石英中微量元素的種類比較少，不同元素之間的相關性程度也不同於淘錫坑。由於淘錫坑的石英樣品主要采自充填型石英脈中，成礦流體主要來自於深部花崗巖結晶分異出來的巖漿熱液，因此微量元素含量比較多且具有巖漿熱液成礦元素的典型組合特征;八仙腦的樣品也采自石英脈但主要屬於破碎帶熱液充填交代型石英脈，構造變形的特點比較明顯，因此微量元素種類較少而且巖漿熱液的特征不那麽直接顯示。這在聚類分析圖中明顯可見，八仙腦石英中的W與親硫化物元素(As、Sb、Fe等)的關聯程度較高，而淘錫坑石英中的W則與稀土元素關聯程度最高(圖8-7)。
圖8-7 石英中子活化分析結果的R型聚類分析左為八仙腦;右為淘錫坑
5)石英中的W含量與儲量具有較強的相關性。這在下文論述。
總體上看，鎢礦區石英中W的含量變化大且可高達1000×10-6以上，金礦區石英中Au的含量變化大且較高(四川黃金坪礦區高達6700×10-9。曹誌敏等，1991)。
對於鎢礦來說，淘錫坑、巋美山和八仙腦也有區別(圖8-8，圖8-9)，八仙腦石英中的Fe含量變化小而Al含量變化大(即隨著Al的變化Fe基本不變)，巋美山石英中的Fe含量與Al含量呈正相關(即隨著Al含量升高Fe也升高)，淘錫坑礦區則與八仙腦明顯不同，Fe含量變化大而Al含量變化小(即隨著Fe含量的變化Al含量基本不變)。
圖8-8 不同類型石英脈型礦床石英W-Au關系圖
圖8-9 不同類型石英脈型鎢礦石英Al-Fe關系圖
四、石英脈型鎢礦———以淘錫坑為例
我國的石英脈型黑鎢礦聞名天下，石英是其中最常見的脈石礦物。石英作為純凈礦物，其中蘊含的各種信息對於研究成礦物質的來源、成礦流體的性質以及礦化分帶都有很大的幫助。利用中子活化分析的辦法可以獲得多種信息，但以往多應用於金礦而對鎢礦的研究少見。此處對江西南部崇義縣淘錫坑鎢礦中壹條王牌鎢礦脈進行了系統的分析測試，獲得了有意義的結果。
1.地質特征概述及樣品代表性對於淘錫坑鎢礦的地質特征，已在前述章節有詳細介紹，此不贅述。本次研究對淘錫坑礦區寶山區段的V11號鎢礦脈(是淘錫坑的王牌脈之壹。圖8-10)進行了系統采樣，***采集、選純42個石英單礦物樣品進行了中子活化分析，每個樣品包括24個元素。中子活化分析由國家地質測試中心屈文俊研究員在中國原子能研究院進行照射處理後完成測試。
V11號礦脈在地表出露長度340～682m不等，傾向延深250～660m。礦體產出標高為690至-56m，已控制最低標高-56m，尚未尖滅。礦化屬於石英大脈型，局部見黑鎢礦賦存於雲英巖脈或雲英巖化巖石中。礦脈形態變化不大，脈幅穩定，延伸較深。根據贛南地質調查大隊在該礦區的工作資料，在寶山區段V11號礦脈由356m中段標高到106m中段標高，礦體厚度由0.3～0.5m變大到1.7～1.9m，WO3品位上也由淺部到深部有變富的趨勢。
圖8-10 淘錫坑104線剖面圖(據贛南地質大隊改編)
2.測試結果
從分析結果(表8-5)看，石英中除了有0.2%左右的Al2O3之外，其他物質W、Ca、Mn、As、K、Na、Cr、Cs、Fe、Rb、Zn的含量均在×10-6級別而Sb、Sm、Au、Ag、Ce、Co、Hf、Lu、Sc、Ta、Th、Yb的含量均在×10-9級別，表明石英中SiO2的含量在99.7%以上，即單礦物中無雜質，測試結果具有很好的代表性。
表8-5 淘錫坑V11號脈中石英的中子活化分析結果
註:Al含量單位是%，W、Ca、Mn、As、K、Na、Cr、Cs、Fe、Rb、Zn的含量單位為×10-6，其他元素為×10-9。
3.元素之間的相關性分析
對淘錫坑全部元素進行R型聚類分析和因子分析，獲得所有元素之間的相關性信息(表8-6，圖8-9)。由表8-6可以看出，W元素主要與Sm、Lu、Yb、Mn、Sc、Ta、Fe等元素相關性比較好，相關性系數分別為0.76、0.66、0.55、0.45、0.41、0.33、0.28，而與Cs、Co、K、Rb、Zn、Ag、Al、Na等元素成負相關。從聚類分析譜系圖上也能夠得到類似的信息，即:如果以0.4為分界線(圖8-9中紅線所在位置)，則這24個元素可以分為8組:①W、Sm、Mn、Sc、Ta、Lu、Yb等;②Al、K、Rb;③As、Fe、Ag、Co、Zn;④Au、Hf、Th;⑤Na、Sb;而Ca、Cr、Cs各自獨立。這說明W與稀有、稀土元素和Mn的相關性比較好。這和區域上W與稀有、稀土元素的良好相關性是壹致的，同時也代表了石英-氧化物組合的特征，As、Fe、Ag、Co、Zn等的壹組與本區的黃銅礦、黃鐵礦、毒砂、磁黃鐵礦等硫化物組合是相關的，代表了石英硫化物組合。
表8-6 淘錫坑V11號脈各個元素的相關性系數
4.W元素的空間分布特征
W元素在不同礦脈之間石英單礦物中的分布特征是有區別的，同壹脈中也有低含量和特高含量，而且與深度似乎無關。此外，相鄰樣品之間也可能出現較大的差異，如Bs156-1、Bs156-2、Bs156-3、Bs156-4、Bs156-5為相鄰的間隔50m的樣品，W的含量分別為172×10-6、7.43×10-6、130×10-6、1855×10-6、17.1×10-6。統計全部數據，W的最大值為1855×10-6，最小值為0.215×10-6，均值為187.67×10-6，方差為373.12。說明數據的分布極分散。
從W元素空間分布的等值線圖上可以看出:自深部往地表，W品位有逐漸降低的趨勢。據目前采礦資料，156～56m中段是寶山區段V11號礦脈相對富的地方。這與礦區采樣分析的結果極為相似(表8-7)。在寶山區段156m、106m中段的平面等值線圖上(圖8-11)，兩個中段都有3個W的濃集中心，但兩個區段的濃集中心位置不完全對應，而是有“偏移”，顯示濃集中心在空間上從南東往北西遷移的趨勢。這可能代表了礦液的運移方向。這意味著，寶山區段的V11號礦脈往南東方向有可能延伸到楓林坑區段，而目前楓林坑區段雖然開拓到了256m中段，但尚未見比較大的黑鎢礦石英脈體，預測在楓林坑區段深部可能存在比較富大的礦體。
圖8-11 淘錫坑鎢礦W元素在寶山區段156m、106m中段的平面等值線圖(×10-6)
5.礦體儲量的預測研究
對區內礦體儲量的預測，是礦山企業非常關註的，也是礦產資源潛力評價的基本工作。除了通過勘探工程揭露、采樣分析的常規方法外，石英中子活化分析的結果也可以提供可參考的信息。鑒於鎢在自然界中非常穩定，不溶於酸堿溶液，鎢在從溶液中沈澱時存在壹個非常低的臨界含量，此時W以絡合物或鹵化物等形式存在。因此，可以根據流體的體積和礦床中W的平均品位來探討成礦流體中W的原始豐度(李逸群等，1991)。成礦流體的體積，主要根據礦體體積、非礦和貧礦脈體的體積、蝕變帶的範圍以及可能逸散流失物質的體積來估算。假若在整個礦化體系中，蝕變體積為礦體體積的10倍，非礦和貧礦脈體的體積為礦體體積的2倍，並有20%的濾後殘液被逸散流失，按此推算，現見的礦體是由比它體積約大37.5倍的成礦流體濃縮而成。據此可根據礦床的平均品位推算成礦流體中的原始鎢豐度。例如，形成含鎢品位為0.12%的壹般工業鎢礦床，其成礦流體中的原始鎢豐度不能低於32×10-6(相當於10～3.86mol/L的水溶液);若形成品位為1%的富鎢礦床，則成礦流體中的原始鎢豐度不能低於267×10-6(相當於10～2.94mol/L濃度的水溶液)。那麽，在不考慮蝕變體積而只考慮了鎢礦體體積時，用石英中實測的W含量來代替原始W豐度，與坑道中刻槽取樣測定的W品位之間是否也存在對應關系呢?下面以淘錫坑V11號脈為例進行探討(表8-7，圖8-12)。
淘錫坑V11號王牌礦脈從356中段到156中段已經進行了勘探，上部356中段到206中段基本采空，目前正在開采206中段到156中段，迫切需要預測106中段～56中段乃至更深部位的儲量，並對該儲量有個評價(實際開采獲得的儲量是否與探明儲量壹致)，為深部找礦和礦山生產提供依據。
表8-8是V11號脈體156中段～356中段探明的儲量計算結果。根據W元素中子活化分析資料，假定W的實測數據代表了含礦溶液中的W含量，根據156～356中段計算的體積，可以得出在相當體積的水溶液中W的原始含量=W平均豐度×V體積;然後根據這個部分礦體W的儲量除以(W平均豐度×V體積)，得到礦體流體的體積倍數，然後根據這個倍數進行106m、56m中段的儲量計算。
表8-7 淘錫坑V11號礦脈的礦體特征
註:據贛南地質大隊《江西省崇義縣章源鎢制品有限公司淘錫坑鎢礦區北西段儲量地質報告》資料整理。
圖8-12 淘錫坑鎢礦V11礦脈石英中微量元素含量與鎢礦品位之間的關系
體積倍數的計算為，F=W儲量/(W平均豐度×V體積)=9576.247/(155.7×65731.16×10-6)=935.697
其中W平均豐度是根據156中段～356中段中采樣的數據進行加權平均得到的，為155.7×10-6，根據這個計算的倍數。我們根據礦體在坑道中的變化情況(如在進行礦體形態描述中所述)假定106m和56m中段的礦體走向上均為600m，厚度均為1m，進行計算。計算結果見表8-8。
表8-8 淘錫坑V11號脈體156m和56m中段資源量預測結果
說明:合計1中106中段采用的是該區段W的算術平均豐度。56中段采用的是網格化後的推測豐度，合計2中106中段采用的是該區段網格化後W的算術平均豐度。
贛南地質大隊在《江西省崇義縣章源鎢制品有限公司淘錫坑鎢礦區北西段儲量地質報告》中探明的V11號脈體儲量***19643.07t。那麽，對106m中段的W元素豐度采用原始的算術平均豐度，則計算得到的106m中段與56m中段的儲量合計為10275.69t，加上156中段～356中段的9576.24t***計19851.93t，與探明儲量接近;如果106m中段采用網格化後的W算術平均豐度，則計算得到106m中段與56m中段的儲量***8046.33t，加上156中段～356中段合計為17922.57t，略小於探明儲量。這兩組數據都較好地說明，應用這種方法可以比較有效地進行礦體深部儲量的預測。而據礦區的爛埂子區段值班長介紹，現在開采的156中段有礦體貧化現象。因此，可考慮用本方法進行儲量預測和W豐度的空間預測模擬，以指導找礦。
五、結論和討論
對淘錫坑礦區的研究表明:①通過對淘錫坑礦區V11號王牌礦脈不同中段石英的中子活化分析，發現W元素主要與Sm、Lu、Yb、Mn、Sc、Ta、Fe等元素相關性比較好;②在礦體的縱投影面上，通過對156中段和106中段鎢元素等值線的繪制，均識別出3個濃集中心，並有從地表往深部W含量逐漸升高的趨勢，顯示礦液由南東往北西富集。這意味著成礦流體是自下而上、由南東向北西遷移的，故可預測楓林坑深部具有較好的找礦前景;③嘗試性地進行了礦脈深部儲量的預測研究，獲得了106m和56m兩個中段的儲量***10275.6t，加上156中段～356中段，合計V11號脈體的儲量為19851.93t，與探明儲量接近。可見，利用石英中子活化分析資料，有助於礦體深部儲量的估算。
應該指出，利用石英中子活化方法測定石英單礦物中微量元素的含量，雖然具有用量少，樣品易采集易加工處理等優點，但總體上還處於探索性階段，需要在積累大量資料之後才能得出更加科學的規律性認識。