欽－杭成礦帶中成礦元素銻的物質(zhì)來(lái)源探討

王永華，鮑征宇，曾鍵年，龔 敏，龔 鵬，馬振東

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074;2.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都 610081)

欽－杭成礦帶是揚(yáng)子陸塊東南緣與華南褶皺系之間的巨型多金屬成礦帶(楊明桂等，1997;賀菊瑞等，2005;胡肇榮等，2009)，僅其中所發(fā)現(xiàn)的銻礦就占我國(guó)銻儲(chǔ)量的87%(達(dá)80萬(wàn)噸以上)(張國(guó)林等，1998)。我國(guó)的十個(gè)大型銻礦有九個(gè)分布在此礦帶，其中湖南錫礦山銻礦是目前世界上唯一的超大型銻礦。那么，如此大量的Sb元素聚集在該成礦帶中，它們是從哪里來(lái)(源)?是什么成礦機(jī)制使它們富集(動(dòng))?它們的濃集空間位置在哪里(儲(chǔ))?這些都是礦床學(xué)家一直關(guān)心的問(wèn)題。本文僅從銻元素的豐度及鉛同位素組成的視角，來(lái)探討欽－杭成礦帶中銻元素的物質(zhì)來(lái)源。

1 礦帶中銻礦床的地質(zhì)特征

產(chǎn)于欽－杭成礦帶中的華南巨型銻礦帶，位于揚(yáng)子陸塊東南緣與華南褶皺系間的過(guò)渡帶(圖1)。銻礦床的主要賦礦層位有江南古陸的中－晚元古代的淺變質(zhì)碎屑巖系、加里東期江南古陸邊緣的殘留洋盆，及海西－印支期裂谷盆地中的碳酸鹽巖－碎屑巖建造(劉建明等，1998)。礦床具明顯的層控性，礦體常呈似層狀、層狀產(chǎn)出。根據(jù)銻礦床的構(gòu)造環(huán)境、賦礦地層、礦體產(chǎn)狀、成礦元素組合及礦石類型等將欽－杭成礦帶中銻礦床分為四種類型:沃溪式、龍山式、錫礦山式及晴隆式(諶錫霖等，1983;陳豫等，1984;烏家達(dá)等，1989;羅獻(xiàn)林，1994;崔銀亮，1995;張國(guó)林等，1998)，見(jiàn)表1。

2 銻元素豐度

某成礦元素的含量在空間區(qū)域上的分布是一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)。元素含量在區(qū)域空間上的分布隨地質(zhì)歷史的演化而變化，其變化之一是元素含量在區(qū)域空間上集中和分散的行為，這是是否發(fā)生成礦作用的標(biāo)志。為此，了解銻元素在欽－杭成礦帶區(qū)域空間上豐度特征，是探討物質(zhì)來(lái)源的重要基礎(chǔ)。

首先從我國(guó)東部各構(gòu)造單元的變質(zhì)基底中Sb (As、Au、Hg)元素的豐度特征來(lái)看(鄢明才等，1997)(圖2)，挾持欽－杭成礦帶的揚(yáng)子陸塊與華南褶皺系這兩大構(gòu)造單元的變質(zhì)基底中的Sb等成礦元素豐度，明顯高于其它構(gòu)造單元，尤其是泥質(zhì)類巖石(頁(yè)巖、板巖、千枚巖、片巖等)。

其次，從馬振東等(馬振東等，1998;馬振東等，1999)在江西修水縣中－晚元古界雙橋山群及震旦系測(cè)制的基巖地球化學(xué)剖面中Sb等元素在各類巖石中的含量特征來(lái)分析(見(jiàn)表2):

圖1 欽－杭巨型銻礦帶分布示意圖(據(jù)劉建明等，1998;賀菊瑞等，2005修改)Fig.1 Sketch map showing distribution of the Qinzhou－h(huán)angzhou giant antimony metallogenic belt(modified from Liu et al.，1998 and He et al.，2005)I－揚(yáng)子板塊;I－1－上揚(yáng)子板塊;I－2－下?lián)P子板塊;I－3－浙西地塊;I－4－江南古陸;I－5－右江印支褶皺帶;II－華南褶皺系;II－1－華夏古陸;II－2－武夷－云開(kāi)褶皺帶;II－3－武功－褚廣褶皺帶;III－欽州灣－杭州灣結(jié)合帶;IV－東南沿海中生代火山斷陷帶;V－大別地體;VI－新生代沉積拗陷;VI－1－杭州灣;VI－2－鄱陽(yáng)湖;VI－3－洞庭湖;1－構(gòu)造單元界線;2－斷裂;3－欽－杭成礦帶;4－礦床;5－省會(huì)I－Yangtze plate;I－1－Upper Yangtze plate;I－2－Lower Yangtze plate;I－3－West Zhejiang block;I－4－Jiangnan ancient block;I－5－Youjiang Indosinian folded belt;II－South China fold system;II－1－Cathaysia;II－2－Wuyi－Yunkai folded belt;II－3－Wugong－Zhuguang folded belt;III－Qinzhou Bay－Hangzhou Bay bonding zone;IV－Mesozoic volcanic faubltelt in Southeast coastal area;V－Dabie terrane;VI－Cenozoic sedimentary depression;VI－1－Hangzhou Bay;VI－2－Poyang Lake;VI－3－Dongting Lake;1－boundary of tectonic units;2－fault;3－Qinzhou－Hangzhou metallogenic belt;4－deposit;5－provincial capital

表1 欽－杭成礦帶中銻礦床地質(zhì)特征Table 1 Geological characteristics of Sb deposits in the Qinzhou－h(huán)angzhou metallogenic belt

圖2 中國(guó)東部各構(gòu)造單元泥質(zhì)巖類Sb等元素豐度(單位:Au、Hg為10－9，As、Sb為10－6，原始數(shù)據(jù)來(lái)源于鄢明才等，1997)Fig.2 Abundance of Sb and other elements in pelitic rocks of tectonic units in East China(Unit:Au，Hg to 10－9，As，Sb to 10－6，the original data from Yan et al.，1997)

(1)Sb元素在基底各類巖石中均具有較高的豐度，是地殼豐度(0.2×10－6)的8～25倍，與世界沉積巖和中國(guó)東部沉積巖中同巖類的銻元素豐度相比，明顯富集2～12倍;

(2)蓋層震旦系繼承了Sb元素的高豐度，尤其是在泥質(zhì)巖(4.40×10－6)及硅質(zhì)巖(2.60×10－6)中，基底和蓋層間成礦元素的這種繼承性，示蹤著揚(yáng)子陸塊東南緣的生長(zhǎng)歷史及其后在大陸地殼的基底上演化的蹤跡;

(3)據(jù)前人(馬東升，2008)研究表明，除了基底成礦元素豐度顯著偏高外，也發(fā)育Sb、Au成礦元素的區(qū)域虧損帶和礦體旁側(cè)的負(fù)異常。結(jié)合其它地球化學(xué)證據(jù)，認(rèn)為錫礦山超大型銻礦床的成礦物質(zhì)主要來(lái)源于湘中盆地的元古界基底;

從以上區(qū)域銻元素的豐度特征分析，欽－杭成礦帶中的華南Sb礦帶賦存于富銻的地球化學(xué)場(chǎng)(銻的豐度是地殼豐度的幾倍～幾十倍)中，它是揚(yáng)子陸塊與華南褶皺系之間多期多次作用的結(jié)果，是形成巨型銻礦床的有利條件。但仍不是決定因素，決定因素是Sb元素在初步富集的礦源層中有無(wú)活化、遷移、沉淀的物理化學(xué)機(jī)制，也就是Sb元素活化、遷移、沉淀的地質(zhì)營(yíng)力和賦存空間(“運(yùn)”和“儲(chǔ)”將另文論述)。

表2 江西修水雙橋山群、震旦系各巖類中銻元素豐度Table 2 Abundance of Sb in various rocks of the Sinian and Shuangqiao Group at Xiushui，Jiangxi Province

3 鉛同位素示蹤

3.1 鉛同位素示蹤物源基本原理

對(duì)于礦床物質(zhì)來(lái)源探討的另一個(gè)有效途徑是鉛同位素示蹤。根據(jù)普通鉛的原理:在普通鉛礦物(方鉛礦、黃鐵礦、鉀長(zhǎng)石等)形成以后，其鉛同位素組成基本保持不變，能較好地反映普通鉛礦物物源的U、Th、Pb豐度特征，為此常用來(lái)示蹤物源。

眾所周知，成礦元素濃集的直接物源，不外于巖漿源和沉積礦源層。用巖漿作用過(guò)程中形成的造巖礦物鉀長(zhǎng)石中微量鉛(Pb2++Al3+→K++Si4+類質(zhì)同像置換)同位素組成代表巖漿源。用礦源層中的似層狀黃鐵礦(其顯微草莓狀結(jié)構(gòu)，黃鐵礦Co/Ni＞＞1)代表沉積作用環(huán)境下的鉛同位素組成。為此在礦區(qū)配套地采集各具代表性的普通鉛礦物就能較客觀地示蹤成礦元素的物質(zhì)來(lái)源。

前人(馬振東等，1999)在對(duì)江西德安曾家垅錫多金屬礦田各成礦元素的物源探討中(圖3)，列出了在隱伏二云母堿長(zhǎng)花崗巖接觸帶矽卡巖型錫礦床及其外圍的震旦系中層狀、似層狀張十八鉛鋅礦的鉛同位素組成(見(jiàn)表3)。從鉛同位素組成特征來(lái)看，錫礦和鉛鋅礦明顯有別，一個(gè)富放射成因鉛，其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb比值高，另一個(gè)貧放射成因鉛，該比值相對(duì)較低。錫礦和二云母堿長(zhǎng)花崗巖、鉛鋅礦和震旦系沉積黃鐵礦鉛同位素組成的兩兩對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象不是偶然的，而是示蹤各自不同的源區(qū)，Sn元素主要來(lái)自二云母堿長(zhǎng)花崗巖，而Pb、Zn(Ag)等礦質(zhì)主要源于基底和賦礦圍巖。

圖3 曾家垅錫多金屬礦田金屬元素面狀分帶(據(jù)馬振東等，1999)Fig.3 Planar zoning of metallic elements in the Zengjialong tin－polymetallic ore field (after Ma et al.，1999)1－Sn－As帶(I);2－Ag－Pb－Zn帶(II);3－Sb－Au帶(III);4－FBa帶(IV);5－隱伏花崗巖;6－花崗巖脈;7－分帶線;8－地質(zhì)界線;9－震旦系;10－寒武系;11－奧陶系1－Sn－As belt(I);2－Ag－Pb－Zn belt(II);3－Sb－Au belt(III);4－F－Ba belt(IV);5－h(huán)idden granite;6－granite dikes;7－zoning boundary;8－geological boundary;9－Sinian System;10－Cambrian System; 1 1－Ordovician System

3.2 江南古陸基底及其東南緣各時(shí)期盆地環(huán)境的鉛同位素組成演化特征

江南古陸基底及其東南緣各時(shí)期沉積盆地中的沉積黃鐵礦的鉛同位素組成特征，反映了揚(yáng)子陸塊南緣各時(shí)期的沉積環(huán)境(馬振東等，1996):

(1)中元古界泥砂巖質(zhì)復(fù)理石建造中沉積黃鐵礦的鉛同位素組成較穩(wěn)定，206Pb/204Pb:17.693～18.073，207Pb/204Pb:15.503～15.728，208Pb/204Pb: 37.918～38.388，代表了揚(yáng)子陸塊當(dāng)時(shí)的物源環(huán)境，Th/U比值穩(wěn)定在4.61～5.05之間;

(2)震旦紀(jì)揚(yáng)子陸塊南緣處于濱海相碎屑巖及大陸冰磧巖或冰水沉積環(huán)境，其物質(zhì)來(lái)源主要來(lái)自中元古基底，為此其鉛同位素組成(及Th/U比值)繼承了基底物源的特征;

表3 江西曾家垅錫多金屬礦田鉛同位素組成Table 3 Lead isotope composition of the Zeng－Jialong tin－polymetallic ore field，Jiangxi Province

(3)至早寒武世江南古陸東南緣沉積環(huán)境發(fā)生了變化，為殘留洋盆地，水體較深，含氧度很低，陸源易溶的(UO2)2+(鈾銑)大量進(jìn)入海盆，被碳泥質(zhì)吸附，造成了寒武系的硅泥質(zhì)巖、硅質(zhì)巖普遍含較高的鈾，為此放射成因的鉛明顯增大，206Pb/204Pb: 18.396～21.584，207Pb/204Pb:15.527～16.045，208Pb/204Pb:38.180～39.130，而Th/U比值下降為0.35～3.66。

3.3 華南各類型的銻礦床的鉛同位素組成特征

以上討論了江南古陸基底及其東南緣各時(shí)期盆地環(huán)境的鉛同位素組成的演化特征，再結(jié)合賦存于其中的華南各類型的銻礦床的鉛同位素組成(表4)，可以用來(lái)對(duì)其礦質(zhì)來(lái)源進(jìn)行探討。

(1)賦存于基底中－上元古界淺變質(zhì)砂－板巖中的沃溪式銻(金)、銻礦其鉛同位素組成相對(duì)穩(wěn)定(Th/U比值4.5～5)，屬貧放射性成因鉛同位素組成，206Pb/204Pb:17.539～18.481，207Pb/204Pb:15.536～15.739，208Pb/204Pb:38.027～38.999，與基底地層沉積黃鐵礦鉛同位素組成一致。

(2)龍山式銻(金)礦賦存在沉積蓋層震旦系中，銻礦石的鉛同位素組成以低放射性成因鉛為主，206Pb/204Pb:17.022～17.997，207Pb/204Pb:15.426～15.745，208Pb/204Pb:37.651～38.233。但賦存于上震旦統(tǒng)湖北徐家山銻礦中有一組富鈾放射性成因的礦石鉛同位素組成，206Pb/204Pb:18.874～19.288 (平均19.104)，207Pb/204Pb:15.708～15.805(平均15.745)，208Pb/204Pb:38.642～39.001(平均38.793)，其Th/U比值平均為3.57。

(3)無(wú)論是賦存于泥盆紀(jì)碳酸鹽巖—碎屑巖中的錫礦山式銻礦床，還是貴州獨(dú)山銻礦床，其礦石鉛同位素組成比較復(fù)雜，明顯可分為三組(圖4):

①貧放射性成因組:206Pb/204Pb:17.723～17.851，207Pb/204Pb:15.504～15.583，208Pb/204Pb: 37.609～38.242(圖4中A區(qū)域);

②富放射性成因組:206Pb/204Pb:18.636～18.874，207Pb/204Pb:15.682～15.818，208Pb/204Pb: 38.549～39.110(圖4中C區(qū)域);

③過(guò)渡組:206Pb/204Pb:18.146～18.474，207Pb/204Pb:15.583～15.662，208Pb/204Pb:38.338～38.494(圖4中B區(qū)域)。

表4 華南銻礦帶中典型礦床鉛同位素組成Table 4 Lead isotopic composition of typical deposits in the antimony metallogenic belt of South China

從以上各類型銻礦床礦石鉛同位素組成的特征來(lái)看，隨著賦礦圍巖從基底到蓋層(震旦系－泥盆系)的變化(表3)，鉛同位素組成由簡(jiǎn)單、穩(wěn)定(貧放射性成因鉛為主)到復(fù)雜、多變(富放射性成因鉛同位素組成)，這一特征與江南古陸基底及各時(shí)期沉積盆地的環(huán)境(制約物源)十分相似。這種趨勢(shì)，不是偶然的，它示蹤著銻成礦物質(zhì)來(lái)源于江南古陸基底及蓋層中各賦礦圍巖。由于揚(yáng)子陸塊東南緣在各期構(gòu)造—巖漿作用下(尤其是燕山晚期)(劉建明等，1998)，無(wú)論是自下而上的深源成礦熱鹵水，還是自上而下經(jīng)深部循環(huán)的大氣降水，都從基底及蓋層中各賦礦圍巖內(nèi)萃取經(jīng)初步富集的銻等元素(馬東升，2008)，在一定的物理化學(xué)條件下，沉淀在層間裂隙、不整合面及構(gòu)造裂隙中，形成了華南巨型銻礦帶。

4 結(jié)論

(1)欽－杭成礦帶中無(wú)論是江南古陸基底還是蓋層中各賦礦層位，均有較高的銻元素的豐度，比地殼克拉克值高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，它為形成華南銻礦帶提供充足的物源條件;

(2)從江南古陸基底到蓋層各盆地的沉積黃鐵礦鉛同位素組成與賦存于其中的各類銻礦床礦石鉛鉛同位素的變化特征來(lái)看，它們具有明顯的相似性，這一信息示蹤著銻等成礦元素的物源來(lái)自于江南古陸基底及其后演化的沉積盆地。

致謝 本文成文期間得到了成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球化學(xué)研究所各位老師的大力幫助，在此一并表示衷心的感謝。

［注釋］

① 江西省916地質(zhì)隊(duì).1986.江西德安曾家垅錫礦地質(zhì)特征(內(nèi)部資料)

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圖4 華南銻礦帶中典型礦床鉛同位素組成Fig.4 Lead isotopic composition of typical deposits in the antimony metallogenic belt of South China

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