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    西藏则不吓铅锌矿床硫、铅同位素组成及对成矿物质来源的指示

    时间：2023-01-24 16:25:08来源：百花范文网本文已影响人

    杜保峰，张荣臻，杨长青，李山坡，谭和勇，朱红运

    (1.河南省地质调查院，河南 郑州 450001；
    2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南 郑州 450001；
    3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083)

    青藏高原是全球范围内规模最大、也是最典型的活动大陆碰撞造山带[1]。新生代经历了印度与亚洲大陆的碰撞造山过程，目前正处于后碰撞演化阶段[2-3]，并伴随有大规模的成矿作用，已成为研究大陆碰撞与成矿作用的理想场所[4]。西藏冈底斯铜钼铅锌成矿带位于雅鲁藏布结合带北侧的冈底斯火山-岩浆弧内，近20年在该带内已成功发现驱龙、甲玛、雄村、邦铺、亚贵拉、蒙亚阿、纳如松多、龙玛拉等大型—超大型矿床[5-12]，显示冈底斯是一条资源潜力巨大的铜多金属矿带，是青藏高原巨型成矿省的重要组成部分。

    则不吓铅锌矿床位于冈底斯成矿带北缘西部，是一个近年来新发现的具有较好找矿前景的矿床，目前对该矿床仅有少量的研究报道[13]，认为其属热液脉型铅锌矿。本文基于详细的野外地质调查工作，通过对则不吓铅锌矿床矿石中硫化物的S、Pb同位素研究，探讨其成矿物质来源，为研究该区域的成矿作用及矿产勘查提供新的资料和依据。

    则不吓铅锌矿床的大地构造位置位于冈底斯—喜马拉雅造山系拉达克—冈底斯—伯舒拉岭弧盆系的隆格尔—工布江达复合岛弧带南部(图1(a))，南临冈底斯—下察隅岩浆弧带[14]。区域冈底斯火山-岩浆弧的形成与新特提斯洋壳俯冲→弧-陆碰撞→伸展走滑作用密切相关。该带东部地层以三叠系—白垩系沉积为主，西部有大面积古近系、新近系沉积，沉积物以中酸性火山岩或火山碎屑岩为主。燕山晚期—喜马拉雅期的火山岩、与俯冲-碰撞作用有关的重熔和同熔型钙碱性岩浆岩广泛分布。其中侵入岩在喜马拉雅期则以酸性岩为主，由石英二长岩、二长花岗岩、黑云母花岗岩及花岗斑岩等组成。冈底斯弧花岗岩带岩浆活动有2个高峰时期，即55～45 Ma和30～24 Ma[15-16]，而前者活动于冈底斯北缘，后者位于冈底斯中南部，它们分别与印度—亚洲大规模碰撞和冈底斯逆冲断裂活动的时间相对应[17]；
    此外，该带南部发育的含矿斑岩体侵位于冈底斯花岗岩基及三叠纪—白垩纪地层中，含矿斑岩体形成于17～12 Ma之间[9,18]。区域构造线总体呈近东西向，以线性复式褶皱、压扭性逆冲推覆构造为主；
    北东向及近南北向构造形成较晚，以发育张性构造为主要特征。

    矿区出露地层主要为下二叠统昂杰组(P1a)、古近系林子宗群典中组(E1d)及第四系(Q)(图1(b))。昂杰组出露较多，主要岩性为变石英砂岩、粉砂质板岩、泥质板岩；
    典中组广泛分布于矿区，主要岩性为安山质凝灰岩、英安质晶屑凝灰岩、流纹质(岩屑)晶屑凝灰岩和含角砾凝灰岩组成；
    第四系主要沿沟谷及河流两侧发育，以砂砾石堆积为主，为含泥砾石层、含砂砾石层。出露侵入岩主要为始新世的似斑状黑云母二长花岗岩及钾长花岗斑岩脉，其中似斑状黑云母二长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(52.9±0.2) Ma(另文发表)，钾长花岗斑岩脉数量众多，广泛发育，多沿断裂带走向分布(图2a)，其内可见零星黄铁矿化。区内发育NNE—NE、近SN和NWW向3组脆性断裂，其中以NNE—NE向断裂较为发育，与成矿关系最为密切，其与NW向断层交汇部位严格控制了铅锌矿(化)体的展布。

    矿区内现已发现7条铅锌矿(化)体。矿体呈不规则扁透镜状和脉状产出，均赋存于典中组流纹质晶屑凝灰岩和含角砾凝灰岩中的NE—近SN向展布的断层破碎带内(图2b)。矿体产状变化于280°～315°∠55°～70°，长度240～470 m，厚度5.6～20.2 m。Pb品位变化于0.24%～19.42%，Zn品位为0.32%～5.46%，伴生Ag品位为2.7～125 g/t。

    矿体中矿石矿物主要有方铅矿、黄铁矿和少量黄铜矿、闪锌矿，以及氧化矿物褐铁矿、铅矾、孔雀石；
    方铅矿、黄铜矿、黄铁矿等主要以集合体形式呈浸染状、细脉状分布于碎裂凝灰岩中(图2c)，少量呈致密块状(图2d)，局部可见自形方铅矿。脉石矿物有石英、绢云母、斜长石、方解石和高岭石。矿石具自形-半自形粒状结构、它形填隙结构、交代残余结构、结状结构(图2e)、脉状充填结构、乳滴状结构(图2f)等，矿石构造类型主要为浸染状构造，其次为块状构造和细脉状构造。围岩蚀变发育，可见硅化、绢云母化、高岭石化、碳酸盐化，铅锌矿化主要与硅化和绢云母化密切相关。

    根据则不吓铅锌矿体明显受NE—NNE向和近SN向断裂控制，且地表出露的钾长花岗斑岩等超浅成小岩脉与矿体走向一致，其内有星点状方铅矿化和黄铁矿化，初步认为则不吓铅锌矿为一受构造-岩浆活动控制的中低温热液充填交代型矿床。

    本次用于S、Pb同位素分析的样品主要采自矿区Pb1、Pb2和Pb5铅锌矿体，主要包括稀疏浸染状、团块状和脉状矿石的黄铁矿和方铅矿，金属硫化物均属于热液成矿期产物。分析方法及步骤如下：选取具代表性样品，经手工进行逐级破碎、过筛、清洗、干燥后，在双目镜下挑选40～60目、纯度>99%的单矿物样品5 g以上，然后将挑纯后的单矿物样品在玛瑙钵里研磨至200目以下。样品分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。其中，硫同位素样品是将硫化物单矿物与氧化亚铜按一定比例研磨、混合均匀后，进行氧化反应生成SO2并用冷冻法收集，然后用MAT251气体同位素质谱仪分析硫同位素组成，测量结果以V-CDT为标准，分析精度优于±0.2%。铅同位素样品先用混合酸分解，然后用树脂交换法分离出铅，蒸干后用热表面电离质谱法进行铅同位素测量，仪器型号为ISOPROBE-T，测量精度为207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和206Pb/204Pb比值误差小于0.05‰。

    4.1 硫同位素组成

    则不吓铅锌矿床9件金属硫化物样品的δ34S值变化于-0.6‰～2.7‰之间(表1)，极差为3.3‰，平均值为1.34‰，变化范围较窄，硫同位素组成比较稳定，显示硫来源较单一。在所分析的9件硫化物样品中，2件黄铁矿的δ34S值为1.8‰～2.7‰，平均值为2.25‰；
    7件方铅矿的δ34S值为-0.6‰～2.4‰，平均值为1.09‰，样品ZB/S2、ZB/S6中方铅矿与样品ZB/S4、ZB/S5中黄铁矿均为共生关系。通常认为，在硫同位素分馏达到平衡条件下，共生硫化物(包括硫酸盐)的δ34S值按硫酸盐>辉钼矿>黄铁矿>磁黄铁矿和闪锌矿>黄铜矿>方铅矿的顺序递减[19]，在则不吓矿床共生矿石矿物组合中硫化物的δ34S值大致表现出δ34S黄铁矿﹥δ34S方铅矿的趋势，反映主成矿期矿床中共生的硫化物硫同位素分馏基本达到了平衡。

    表1 则不吓铅锌矿床矿石硫化物的硫同位素组成

    4.2 铅同位素组成

    则不吓铅锌矿床金属硫化物的铅同位素组成及其以H-H单阶段模式计算[20]的相关参数值见表2。其中，206Pb/204Pb变化范围为18.637～18.812，平均值为18.720；
    207Pb/204Pb变化范围为15.683～15.896，平均值为15.785；
    208Pb/204Pb变化范围为39.087～ 39.596，平均值为39.375。矿石铅的上述各同位素比值十分稳定，变化范围较小，显示正常铅特征。此外，μ值的变化范围为9.61～10.0，平均值为9.79；
    ω值变化范围为38.67～ 41.5，平均值为40.33；
    Th/U值变化范围为3.90～4.07，平均值为3.99，除ω值稍偏高外，μ值和Th/U值均在正常铅的变化范围之内[21]。

    5.1 硫的来源

    硫化物金属矿床中，硫元素在成矿物质富集和沉淀成矿过程中具有重要的作用，其同位素可提供矿化剂来源的重要信息[22-24]。研究认为，对于一个矿床中硫来源的讨论需要借助流体总硫同位素特征才能加以分析[25]，在一定的条件下可以根据矿床的矿物共生组合关系估计成矿流体的总硫同位素组成[26-27]。根据Ohmoto[28]的理论计算，如果氧逸度较低体系中硫酸盐不能存在，矿物组合为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和黄铜矿时，硫化物的δ34S值可大致代表热液的总硫同位素组成。在则不吓铅锌矿床中，通过野外地质调查及光薄片镜下鉴定均未发现硫酸盐类矿物的存在，而大量发育黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等硫化物矿物组合，且黄铁矿和方铅矿的δ34S值也比较接近，硫同位素基本达到了平衡。因此，则不吓矿床金属硫化物的硫同位素组成基本可以代表成矿热液体系中总硫同位素组成(∑δ34S)。

    表2 则不吓铅锌矿床矿石铅同位素组成及相关参数

    则不吓矿床矿石的δ34S值变化较窄，δ34S峰值主要集中在-1‰～3‰之间，具有明显的塔式分布特征(图3)，且硫化物矿石δ34S平均值为1.34‰，与我国与岩浆活动有关的铅锌矿床δ34S值(-5.0‰～5.0‰)相似[29]，并且与岩浆硫的δ34S值(0±3‰)一致[23]；
    此外，在与自然界主要硫储库的同位素组成对比图(图4)中可以看出，则不吓矿床硫同位素组成位于岩浆硫(花岗岩)组成范围内，显示出硫具有岩浆硫的特征，这与冈底斯成矿带北缘主要铅锌矿床的δ34S值(-6.9‰～6.7‰)相似[24,27,31-36]，但后者范围更宽，可能与受到围岩混染有关。综合指示则不吓矿床的硫源与矿区的岩浆作用有关，硫同位素具有岩浆硫特征，可能与区内花岗斑岩及深部相关的隐伏岩体有关。

    5.2 铅的来源

    硫化物矿石通常含较少量的U、Th和非放射成因的Pb同位素[37-38]，且铅同位素在矿石运移和沉淀过程中较为稳定，受外界环境影响小，几乎不发生分馏作用，矿物形成环境中的U、Th、Pb特征决定其组成特征[39]。因此，铅同位素组成被广泛应用于各种矿床的研究中，是示踪成矿物质来源的有效方法之一[40]；
    尤其μ特征值的变化能提供地质体经历地质作用的信息，反映铅的来源，而具有高值μ(μ>9.58)的铅或者位于零等时线右侧的放射成因铅通常被认为是来自U、Th相对富集的上部地壳物质[41-42]。则不吓矿床硫化物矿石铅同位素μ值的变化范围为9.61～10.0，明显高于9.58，指示矿区内矿石铅主要起源于上地壳物质，这也与冈底斯成矿带北缘主要铅锌矿床的μ值(9.30～9.83)类似[24, 31-37,43]，但其μ值总体略偏高，反映上部地壳成分明显占主导。

    为进一步探讨则不吓铅锌矿床矿石铅的来源，将其矿石铅同位素组成数据进行铅构造演化模式投图。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图中(图5(a))，硫化物矿石基本全部落入上地壳铅源区域，少量靠近造山带铅源区域；
    在208Pb/204Pb-206Pb/204图中(图5(b))，硫化物矿石分布于造山带与上地壳Pb演化线之间，但更靠近上地壳Pb演化线，亦表明本区矿石铅主要来自于上地壳物质，少量来源于造山带。

    研究表明，铅同位素特征值Δβ-Δγ能消除时间因素的影响，可利用铅同位素特征值Δβ-Δγ成因分类图解对成矿物质来源进行有效示踪[44]。在Δβ-Δγ图解(图6)上，所有样品数据点均落于上地壳来源铅区域内，这一特征与Zartman的铅构造模式中上地壳样品的分布特征基本是一致的，进一步确定则不吓铅锌矿床矿石铅主要来自上地壳物质。

    已有研究成果显示[9, 31]，不同于冈底斯中南部斑岩铜矿带成矿物质来源于地壳深部，冈底斯北缘Pb-Zn-Ag矿床类型虽然有夕卡岩型、隐爆角砾岩型和热液脉型，且成矿物质来源并不单一，但均以上地壳为主[24,31-36]，且成岩-成矿年龄集中于62～41 Ma之间[2,7-8,45-49]，形成于印度与欧亚大陆主碰撞时期[6,11]。则不吓铅锌矿床硫同位素显示其具有岩浆硫的特征，铅同位素指示主要来自上地壳物质，综合说明成矿物质可能来源于上地壳部分熔融形成的岩浆。则不吓铅锌矿床位于冈底斯成矿带北缘西部，区内似斑状二长花岗岩年龄属始新世，虽然暂无直接成矿年龄，但区内的岩浆活动及成矿物质来源与冈底斯北缘具有明显相似性，反映其与冈底斯北缘Pb-Zn-Ag矿床主要成岩成矿的形成环境应一致。因此，认为则不吓铅锌矿床的成矿物质很可能来源于印亚大陆主碰撞时期上地壳部分熔融形成的中酸性岩浆。

    (1)则不吓铅锌矿床金属硫化物样品的δ34S值变化于-0.6‰～2.7‰之间，变化范围较窄，具有明显的塔式分布特征，硫同位素组成比较稳定，显示硫来源较单一，具有岩浆硫的特征，可能与区内花岗斑岩及深部相关的隐伏岩体有关。

    (2)则不吓铅锌矿床矿石铅的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb同位素比值十分稳定，变化范围较小，显示正常铅特征；
    根据高的铅同位素μ值和构造演化模式投图，均表明本区矿石铅主要来自于上地壳物质；
    结合区域成岩成矿事件和矿区地质特征，认为该矿床成矿物质很可能来源于印亚大陆主碰撞时期上地壳部分熔融形成的岩浆。

    致谢：野外地质调查及成文过程中得到张彦启教授级高级工程师、何凯工程师等人的指导帮助，编辑及审稿专家给予了修改建议，在此一并表示感谢！

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