安徽新橋礦床礦相學(xué)與Fe同位素特征及其對(duì)礦床成因的制約

王 躍，朱祥坤，程彥博，李志紅

1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所／國(guó)土資源部同位素地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037

2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所／國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037

0 前言

長(zhǎng)江中下游成礦帶是我國(guó)一個(gè)重要的Cu-Fe-Au-Mo多金屬成礦帶。其中，早白堊世斑巖-矽卡巖型Cu-Fe-Au-Mo礦床主要集中在鄂東南、九瑞、安慶-貴池、銅陵和寧鎮(zhèn)5個(gè)大型礦集區(qū)，在礦床規(guī)模和成礦復(fù)雜性等方面以銅陵礦集區(qū)為代表。新橋大型Cu-Au-Fe-S礦床為銅陵礦集區(qū)內(nèi)的重要礦床之一，前人已對(duì)新橋礦床的地質(zhì)特征、成礦作用過程和控礦構(gòu)造等方面開展了大量研究[1-18]，然而對(duì)該礦床的成因仍存在包括“海西期海底噴流沉積成礦作用的產(chǎn)物[4-11]”、“與燕山期花崗質(zhì)巖石有關(guān)的矽卡巖-熱液型礦床[12-17]”、“燕山期熱液活動(dòng)對(duì)海西期沉積礦胚層疊加改造的結(jié)果[2-3，18]”等不同認(rèn)識(shí)。存在上述爭(zhēng)議的主要原因在于新橋礦床以膠狀黃鐵礦為主的主礦體和棲霞組底部的菱鐵礦礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，呈現(xiàn)出某些同生沉積的特點(diǎn)。關(guān)于“礦胚層”，學(xué)者們認(rèn)為新橋礦床主礦體中的膠狀黃鐵礦和棲霞組底部發(fā)育的菱鐵礦為早期沉積形成的，磁鐵礦為燕山期熱液對(duì)礦胚層中的膠狀黃鐵礦或菱鐵礦改造而形成[2，18]。因此，膠狀黃鐵礦是否為早期沉積形成，磁鐵礦是否為膠狀黃鐵礦或菱鐵礦改造后的產(chǎn)物是準(zhǔn)確判別新橋礦床成因的關(guān)鍵所在。

隨著Fe同位素高精度測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者對(duì)Fe同位素在礦床學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究，F(xiàn)e同位素地球化學(xué)循環(huán)的基本輪廓已基本建立，F(xiàn)e同位素在示蹤成礦物質(zhì)來源和流體出溶、流體演化、表生蝕變等重要成礦作用過程方面顯示出了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性[19-37]。作為直接參與成礦的元素，F(xiàn)e同位素地球化學(xué)為成礦作用的直接示蹤提供了新的途徑。

為了解決新橋礦床層狀硫化物礦體到底是巖漿熱液成礦（與燕山期巖漿活動(dòng)有關(guān)）、沉積成礦（海西期火山噴流沉積）還是疊加成礦（熱液活動(dòng)改造礦胚層）這一基本問題，在大量野外地質(zhì)觀察基礎(chǔ)上，開展了礦相學(xué)和Fe同位素研究，以期為新橋礦床層狀硫化物礦體的成因研究提供新的資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

安徽新橋礦床位于貴池-馬鞍山斷褶帶中部的舒家店背斜與大成山背斜、盛沖向斜的疊加交匯部位。除第四系外，礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要有上泥盆統(tǒng)五通組石英砂巖和砂頁巖，上石炭統(tǒng)黃龍組白云巖和灰?guī)r、船山組灰?guī)r，下二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r和孤峰組硅質(zhì)巖。在礦區(qū)西北部還有上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M含煤砂頁巖、大隆組硅質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖以及下三疊統(tǒng)鈣質(zhì)頁巖和灰?guī)r分布[1，3]。礦區(qū)內(nèi)最主要的構(gòu)造是沿上泥盆統(tǒng)五通組砂巖和上石炭統(tǒng)黃龍組白云巖段之間發(fā)育的層間滑脫構(gòu)造（圖1）。這一構(gòu)造始生于印支期，在燕山期強(qiáng)烈的塊斷-褶皺變動(dòng)中受到強(qiáng)化和改造，特別是近盛沖向斜核部，該滑脫構(gòu)造帶已波及下二疊統(tǒng)棲霞組，從而構(gòu)成了巨大的層間（滑脫）破碎帶[20]，為區(qū)內(nèi)巖漿巖體的侵位及與之有關(guān)的熱（氣）液成礦活動(dòng)提供了空間。區(qū)內(nèi)出露巖漿巖多為中酸性巖株、巖枝及不同巖性的巖脈，其中與成礦有關(guān)的侵入巖為新橋石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體（磯頭巖體），其主體沿盛沖向斜核部侵位于上古生代地層中，地表形態(tài)近橢圓形，長(zhǎng)軸呈NE向，面積約0.5km2；其主要巖性為石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖，屬高鉀鈣堿性系列巖石[16-17，21]。前人對(duì)新橋石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體中的鋯石進(jìn)行了SHRIMP精確定年研究[22]，獲得的鋯石206Pb／238U年齡為（140.4±2.2）Ma，屬燕山期。

2 礦床地質(zhì)特征

新橋礦床由層狀-似層狀硫化物礦體、菱鐵礦礦體以及矽卡巖型和熱液脈型含銅硫化物礦體組成。層狀、似層狀礦體是新橋礦床的主礦體，占總儲(chǔ)量的90%[16]。沿上泥盆統(tǒng)五通組砂巖與二疊統(tǒng)黃龍組灰?guī)r之間的層間滑脫構(gòu)造帶穩(wěn)定延伸，沿走向長(zhǎng)約2560m，傾斜方向最寬約1810m，平均厚約20m，主要由含銅黃鐵礦石、含銅磁鐵礦和黃鐵礦礦石及褐鐵礦石等組成。礦石主要呈粒狀結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)和變余膠狀結(jié)構(gòu)，致密塊狀、膠狀、網(wǎng)脈狀和浸染狀構(gòu)造等。金屬礦物主要為磁鐵礦、粒狀黃鐵礦、膠狀黃鐵礦、黃銅礦、菱鐵礦等，以及少量方鉛礦、閃鋅礦、赤鐵礦及金銀類礦物等；非金屬礦物為方解石、白云石、綠泥石、石英，其次為長(zhǎng)石、絹云母等。

菱鐵礦礦體主要發(fā)育在二疊系棲霞組底部，礦體厚3～31m，延伸50～200m，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。菱鐵礦礦石主要為晶粒結(jié)構(gòu)，層紋狀構(gòu)造。粒度很細(xì)，呈微晶狀至泥晶狀。礦物組成主要為米黃色的菱鐵礦，伴生礦物有黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦。

矽卡巖型和熱液脈型礦體主要位于礦區(qū)中部，產(chǎn)于磯頭巖體與棲霞組、黃龍組以及船山組灰?guī)r的接觸帶。礦體呈透鏡狀或不規(guī)則狀。金屬礦物主要為磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等。非金屬礦物有石榴石、透輝石、石英和方解石。礦石類型以磁鐵礦為主，次為黃鐵礦礦石，以塊狀、浸染狀和脈狀構(gòu)造為特征[18]。有的學(xué)者認(rèn)為，礦石中有的磁鐵礦是經(jīng)由中生代構(gòu)造巖漿活動(dòng)改造了部分菱鐵礦礦體而形成的[18]。

與礦體密切相關(guān)的蝕變作用主要是伴隨巖漿熱液活動(dòng)而產(chǎn)生的矽卡巖化、硅化和綠泥石化等。矽卡巖化主要發(fā)育在巖體與棲霞組灰?guī)r接觸帶，形成透輝石-石榴石矽卡巖、透輝石-硅灰石-石榴石矽卡巖和矽卡巖化大理巖等，部分矽卡巖中有浸染狀黃鐵礦、黃銅礦，構(gòu)成矽卡巖銅礦石；硅化和綠泥石化主要伴隨熱液硫化物沉淀而發(fā)育，分布廣泛。此外，還發(fā)育有石英-碳酸鹽化，分布亦較為廣泛[3]。

3 礦相學(xué)

新橋礦床層狀主礦體的含鐵金屬礦物主要由鐵的氧化物（磁鐵礦）和硫化物（黃鐵礦、黃銅礦）組成，且以硫化物為主。據(jù)野外觀察，黃鐵礦可分為膠狀黃鐵礦、細(xì)粒黃鐵礦和粗晶黃鐵礦3種類型。在空間上，隨著遠(yuǎn)離侵入體，黃鐵礦呈現(xiàn)逐漸變粗、自形程度逐漸增高的規(guī)律，細(xì)粒黃鐵礦出現(xiàn)在靠近接觸帶的位置，遠(yuǎn)離侵入體轉(zhuǎn)變?yōu)榇志S鐵礦。膠狀黃鐵礦通常與粒狀黃鐵礦和黃銅礦共生，共同穿插交代磁鐵礦集合體（圖2a、b）；在塊狀構(gòu)造的膠狀黃鐵礦、粒狀黃鐵礦礦石中，往往可以見到磁鐵礦集合體呈殘塊狀產(chǎn)出（圖2c、d，圖3a），說明磁鐵礦早于黃鐵礦、黃銅礦形成。

上述主要含鐵金屬礦物的礦相學(xué)研究表明，細(xì)粒黃鐵礦往往呈自形-半自形粒狀，手標(biāo)本和鏡下均可見細(xì)粒黃鐵礦穿插交代磁鐵礦集合體，說明其晚于磁鐵礦形成 （圖3b、c）。同時(shí)可見細(xì)粒黃鐵礦穿插交代膠狀黃鐵礦，說明細(xì)粒黃鐵礦晚于膠狀黃鐵礦形成 （圖3d、e）；黃銅礦往往呈他形或半自形產(chǎn)出，交代了膠狀黃鐵礦和細(xì)粒黃鐵礦，說明其形成晚于膠狀黃鐵礦和細(xì)粒黃鐵礦 （圖3f、g）。粗晶黃鐵礦往往高度自形，與黃銅礦共生，說明二者形成時(shí)間近于相同 （圖3h）。

結(jié)合手標(biāo)本和鏡下礦相學(xué)研究結(jié)果，可以厘定新橋礦床主要金屬礦物的生成順序?yàn)椋捍盆F礦→膠狀黃鐵礦→細(xì)粒黃鐵礦→黃銅礦＋粗晶黃鐵礦。

4 Fe同位素

4.1 分析方法

本次研究選取新橋礦床和鳳凰山礦床的8件菱鐵礦樣品，樣品采自新橋礦床露天采場(chǎng)和鳳凰山礦床露天采場(chǎng)。

稱取質(zhì)量約1mg的菱鐵礦單礦物樣品并將其放入Teflon溶樣瓶中，加入2mL濃度為6mol／L的HCl，放置在125℃ 的電熱板上加熱至樣品完全溶解。完全溶解的樣品蒸干后以1.2mL濃度為6 mol／L的HCl定容溶解，并加入0.001%的H2O2以確保樣品中的Fe全部被氧化成Fe3＋后，采用離子交換層析法進(jìn)行Fe與其他元素的分離[23]。樣品的化學(xué)處理在國(guó)土資源部同位素重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的超凈實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)所需要的器皿均經(jīng)過了嚴(yán)格的清洗，實(shí)驗(yàn)所用的H2O經(jīng)Elga系統(tǒng)純化，電阻為18.2 MΩ，HCl為優(yōu)級(jí)純?cè)噭┰诔瑑羰医?jīng)二次亞沸蒸餾純化得到，H2O2為優(yōu)級(jí)純?cè)噭?/p>

圖1 新橋礦床地質(zhì)圖（據(jù)文獻(xiàn)[19]修編）Fig.1 Geological map of Xinqiao deposit（modified from reference[19]）

圖2 新橋礦床磁鐵礦與膠狀黃鐵礦穿插關(guān)系Fig.2 Photographs of magnetite and colloidal pyrite from the Xinqiao deposit

圖3 新橋礦床典型礦石的礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造Fig.3 Photographs and photomicrographs of selected mineral assemblages from the Xinqiao deposit

Fe同位素的測(cè)定在本實(shí)驗(yàn)室的Nu Plasma HR型多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICPMS）上進(jìn)行，儀器在高分辨模式下運(yùn)行，采用標(biāo)準(zhǔn)-樣品交叉法對(duì)儀器的質(zhì)量分餾進(jìn)行校正[24]?；瘜W(xué)分離后的樣品溶入0.1mol／L HNO3介質(zhì)中，通過自動(dòng)進(jìn)樣器和膜去溶DSN-100進(jìn)入等離子體火炬離子化，進(jìn)樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5×10-6，樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品之間分別用10%和1%的HNO3清洗3min和2min。Fe同位素信號(hào)在靜態(tài)模式下用3個(gè)法拉第杯同時(shí)接收。數(shù)據(jù)采用牛津大學(xué)Belshaw博士提供的基于Unix操作系統(tǒng)的控制軟件進(jìn)行自動(dòng)采集，每組數(shù)據(jù)采集10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的積分時(shí)間為10s，每組數(shù)據(jù)采集之前進(jìn)行20s的背景測(cè)定。Fe同位素的測(cè)定結(jié)果以樣品相對(duì)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（IRMM-014）的千分偏差表示，即：δ57FeIRMM-014（‰）＝[（57Fe／54Fe）樣品／（57Fe／54Fe）IRMM-014-1]×1000。

在95%的可信度內(nèi)，F(xiàn)e同位素比值測(cè)定的長(zhǎng)期重現(xiàn)性優(yōu)于0.04‰每質(zhì)量數(shù)。Fe同位素測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 新橋和鳳凰山礦床Fe同位素組成測(cè)試結(jié)果Table1 Fe isotope compositions of Xinqiao and Fenghuangshan deposits

4.2 分析結(jié)果

新橋礦床和鳳凰山礦床的8件菱鐵礦樣品δ57Fe的總體分布范圍為-1.04‰～-0.14‰（表1）。其中：新橋礦床菱鐵礦樣品的δ57Fe變化范圍為-0.68‰～-0.49‰，平均值為-0.61‰；鳳凰山礦床的菱鐵礦樣品δ57Fe變化范圍為-1.04‰～-0.14‰，平均值為-0.62‰。所獲結(jié)果顯示以下特征：1）相對(duì)于整體硅酸鹽地球平均Fe同位素組成[25-45]，新橋礦床和鳳凰山礦床的菱鐵礦均呈現(xiàn)出鐵的輕同位素富集的特征；2）與前人所報(bào)道的低溫?zé)嵋好}型礦床中菱鐵礦（δ57Fe變化范圍為-2.01‰～-1.04‰，平均值為-1.34‰[39]）和宣龍式沉積鐵礦床中的菱鐵礦（δ57Fe變化范圍為-1.06‰～-0.98‰，平均值為-1.03‰[29]）相比，新橋礦床的菱鐵礦相對(duì)整體硅酸鹽地球鐵的輕同位素富集程度較低，并且新橋礦床的菱鐵礦與鳳凰山礦床矽卡巖型礦體中菱鐵礦具有相近的平均Fe同位素組成，前者的δ57Fe平均值為-0.61‰，后者的δ57Fe平均值-0.62‰（表1）；3）新橋礦床的賦礦圍巖為二疊系灰?guī)r，其δ57Fe變化范圍為-0.13‰～0.41‰，平均值為0.07‰[38]，菱鐵礦比二疊系灰?guī)r更為富集鐵的輕同位素?？梢哉J(rèn)為，二疊系灰?guī)r全巖的平均Fe同位素組成代表了當(dāng)時(shí)海水的平均Fe同位素組成。根據(jù)前人所預(yù)測(cè)的菱鐵礦 與 Fe（II）溶液之間的平衡分餾系數(shù)（α56Fe菱鐵礦-Fe（II）溶液＝0.99952）[40]，可以計(jì)算出自二疊紀(jì)海水中沉淀出來的菱鐵礦理論平均值應(yīng)該為δ57Fe＝-0.65‰，本次研究所獲得的新橋礦床菱鐵礦平均Fe同位素組成（δ57Fe＝-0.61‰）與這一預(yù)測(cè)值接近。

5 討論

目前，對(duì)于新橋礦床的成因主要觀點(diǎn)有：1）海西期海底噴流沉積礦床[4-11]；2）燕山期層控矽卡巖-熱液型礦床[12-17]；3）海西期噴流沉積成礦和燕山期熱液成礦的疊加改造型礦床[2-3，18]。上述觀點(diǎn)中，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于以似層狀產(chǎn)出的膠狀黃鐵礦是否為海西期噴流沉積的產(chǎn)物，以及矽卡巖型礦體中的磁鐵礦等礦物是否為早期膠狀黃鐵礦礦胚層經(jīng)熱液疊加改造形成的。下面將結(jié)合礦相學(xué)和Fe同位素特征，對(duì)磁鐵礦成因、膠狀黃鐵礦與粒狀黃鐵礦的演化關(guān)系以及鐵的物質(zhì)來源3個(gè)方面進(jìn)行討論。

5.1 磁鐵礦成因

在沉積-熱液疊加改造型礦床的觀點(diǎn)中，新橋礦床被認(rèn)為是海西期沉積礦胚層被燕山期熱液活動(dòng)疊加改造的結(jié)果[2-3，18]。該認(rèn)識(shí)主要基于主礦體中的膠狀黃鐵礦和棲霞組底部發(fā)育的菱鐵礦為早期沉積形成的礦胚層，矽卡巖型礦體中的磁鐵礦等礦物是早期沉積的膠狀黃鐵礦或菱鐵礦礦胚層受燕山期熱液疊加改造形成的，礦胚層提供部分成礦物質(zhì)。

本次野外觀察和礦相學(xué)研究結(jié)果顯示，膠狀黃鐵礦與磁鐵礦兩者之間具有直接的穿插關(guān)系，磁鐵礦集合體或呈殘留體產(chǎn)出在膠狀黃鐵礦礦石中，或被膠狀黃鐵礦、粒狀黃鐵礦、黃銅礦網(wǎng)脈穿插交代（圖2、圖3a），磁鐵礦未見殘留膠狀黃鐵礦的變余結(jié)構(gòu)（圖3c）。這些特征說明，磁鐵礦不是由膠狀黃鐵礦改造轉(zhuǎn)變形成的，其形成早于膠狀黃鐵礦。

對(duì)新橋礦床中磁鐵礦、膠狀黃鐵礦和菱鐵礦Fe同位素組成的研究顯示，磁鐵礦的Fe同位素組成與膠狀黃鐵礦和菱鐵礦具有較大差別（表1）。首先，新橋礦床矽卡巖型磁鐵礦的δ57Fe變化范圍為-0.54‰～0.20‰，平均值為-0.11‰，膠狀黃鐵礦的δ57Fe變化范圍為-1.22‰～0.15‰，平均值為-0.41‰，磁鐵礦相對(duì)膠狀黃鐵礦富集鐵的重同位素。結(jié)合流體出溶過程中出溶流體富集鐵的輕同位素組成的特征[32]，如果磁鐵礦是膠狀黃鐵礦經(jīng)后期熱液改造而形成的，那么，磁鐵礦應(yīng)該繼承原礦物膠狀黃鐵礦的Fe同位素組成特征，或相對(duì)于膠狀黃鐵礦富集鐵的輕同位素。磁鐵礦相對(duì)于膠狀黃鐵礦富集鐵的重同位素的特征表明，磁鐵礦不是由膠狀黃鐵礦改造而成的，這與上述地質(zhì)觀察和礦相學(xué)研究結(jié)果相吻合。其次，新橋礦床菱鐵礦的δ57Fe變化范圍為-0.68‰～-0.49‰，平均值為-0.61‰，相對(duì)于磁鐵礦明顯富集鐵的輕同位素。同樣，結(jié)合流體出溶過程中出溶流體富集鐵的輕同位素組成的特征，如果磁鐵礦是菱鐵礦經(jīng)后期熱液改造而形成的，那么，磁鐵礦應(yīng)該繼承原礦物菱鐵礦的Fe同位素組成，或相對(duì)于菱鐵礦富集鐵的輕同位素。磁鐵礦相對(duì)于菱鐵礦富集鐵的重同位素的特征表明，磁鐵礦并非通過熱液改造菱鐵礦而形成。

礦相學(xué)和Fe同位素的研究結(jié)果一致表明，新橋礦床矽卡巖型礦體中的磁鐵礦不是由膠狀黃鐵礦或菱鐵礦礦胚層改造形成的。

5.2 不同形態(tài)黃鐵礦間的演化關(guān)系

新橋礦床發(fā)育膠狀、細(xì)粒和粗晶3種形態(tài)的黃鐵礦。其中，膠狀黃鐵礦是組成新橋礦床層狀硫化物礦體的主要礦物。由于此類黃鐵礦呈膠狀結(jié)構(gòu)，一些學(xué)者認(rèn)為其具有沉積特征，為同生沉積成因，而細(xì)粒黃鐵礦為膠狀黃鐵礦受熱液疊加改造形成。

本次研究結(jié)果顯示，細(xì)粒黃鐵礦往往呈自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，穿插交代膠狀黃鐵礦，細(xì)粒黃鐵礦中未見膠狀黃鐵礦殘留體（圖3d、e）。同時(shí)，膠狀黃鐵礦往往與粒狀黃鐵礦組合，共同交代磁鐵礦集合體（圖2，圖3a）。這些特征說明，粒狀黃鐵礦不是膠狀黃鐵礦改造形成的，膠狀黃鐵礦晚于矽卡巖型磁鐵礦而早于細(xì)粒黃鐵礦形成。

對(duì)新橋礦床不同形態(tài)黃鐵礦的Fe同位素組成對(duì)比研究顯示，膠狀黃鐵礦、細(xì)粒黃鐵礦、粗晶黃鐵礦的Fe同位素組成具有連續(xù)演化的趨勢(shì)（表1，圖4）。首先，在時(shí)間上，最早形成的膠狀黃鐵礦最為富集鐵的輕同位素，之后形成的細(xì)粒黃鐵礦相對(duì)于膠狀黃鐵礦富集鐵的重同位素，而最后形成的粗粒黃鐵礦具有最重的Fe同位素組成，呈現(xiàn)出從早期到晚期，黃鐵礦的Fe同位素組成逐漸變重的時(shí)間分帶特征（圖4）；其次，在空間上，從浸染狀分布在近巖體矽卡巖中的粒狀黃鐵礦，到礦體中的粒狀黃鐵礦，再到近圍巖矽卡巖中的粒狀黃鐵礦，F(xiàn)e同位素組成具逐漸變重的空間分帶特征（表1，圖5）。不同形態(tài)黃鐵礦之間的Fe同位素組成時(shí)空演化規(guī)律符合同位素分餾的基本理論。前人[41]實(shí)驗(yàn)研究表明，相對(duì)于Fe（II）溶液，硫化物（FeS）沉淀優(yōu)先攝取鐵的輕同位素。那么，根據(jù)瑞利分餾（Rayleigh fractionation）模式，隨著黃鐵礦沉淀的進(jìn)行，殘余熱液流體會(huì)逐漸富集鐵的重同位素，從而形成所觀測(cè)到的Fe同位素時(shí)空演化特征（圖4、圖5）。這說明膠狀黃鐵礦與細(xì)粒黃鐵礦、粗晶黃鐵礦是同一流體體系演化的產(chǎn)物，具有相同成因。

礦相學(xué)和Fe同位素的研究結(jié)果一致表明，上述不同形態(tài)產(chǎn)出的黃鐵礦為同一成礦流體體系演化的產(chǎn)物。

5.3 鐵的物質(zhì)來源

在層狀硫化物礦床的眾多成因觀點(diǎn)中，鐵的物質(zhì)來源是最為關(guān)鍵的問題。前人運(yùn)用了大量的地球化學(xué)方法來解決這個(gè)問題，比如微量元素、稀土元素、Pb同位 素 和 S 同 位 素 等[3，18，42-46]。但 這 些 傳 統(tǒng)的方法并沒有對(duì)成礦金屬的來源進(jìn)行直接約束。Fe作為新橋礦床直接參與成礦的元素，為解決這一問題提供了新的途徑。

圖4 新橋礦床不同生成順序礦物的鐵同位素時(shí)間分帶特征Fig.4 Temporal variations of iron isotope compositions of selected minerals in Xinqiao deposit

圖5 新橋礦床不同位置粒狀黃鐵礦的鐵同位素空間分帶特征Fig.5 Spatial variations of iron isotope compositions of granular pyrites in Xinqiao deposit

對(duì)新橋礦床層狀硫化物礦體和矽卡巖型礦床中含礦巖體、賦礦圍巖以及不同含鐵礦物的Fe同位素組成研究顯示，熱液流體交代產(chǎn)物（矽卡巖）和最早從含礦流體中沉淀出來的金屬礦物（磁鐵礦）均比新橋石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖富集鐵的輕同位素。相對(duì)于近巖體矽卡巖和磁鐵礦，圍巖（碳酸鹽巖）富集鐵的重同位素。根據(jù)近巖體矽卡巖和磁鐵礦富集鐵的輕同位素組成的特征，結(jié)合前人的理論和實(shí)驗(yàn)研究[47-48]，認(rèn)為初始的含礦流體富集鐵的輕同位素；由于圍巖比矽卡巖和磁鐵礦富集鐵的重同位素，也就是說，這種流體富集鐵的輕同位素組成的特征無法通過圍巖組分的混合加入來解釋，而是流體從巖漿中出溶的過程中分餾導(dǎo)致。這表明，初始流體中的Fe來自火成巖體；另外一個(gè)需要探討的問題是在流體出溶后的礦化過程中是否有其他Fe質(zhì)來源的加入。Fe同位素研究表明，不同生成順序、不同空間位置的含鐵礦物呈現(xiàn)出從氧化物到硫化物，硫化物從早期到晚期，F(xiàn)e同位素組成先變輕再變重的時(shí)間分帶現(xiàn)象（圖4）以及自巖體向外，硫化物的Fe同位素組成逐漸變重的空間分帶現(xiàn)象（圖5）。由于圍巖Fe同位素組成的最重端元（0.41‰）遠(yuǎn)比硫化物Fe同位素組成的最重端元（0.73‰）富集鐵的輕同位素，因此，即使圍巖貢獻(xiàn)百分之百的Fe，也無法形成硫化物Fe同位素的最重端元。也就是說，F(xiàn)e同位素組成的時(shí)空變化規(guī)律并不是由于礦化作用過程中圍巖中Fe的加入所導(dǎo)致的。根據(jù)前人的理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果[41，47-48]認(rèn)為，這種變化規(guī)律是在礦化過程中，隨著礦物的結(jié)晶沉淀，流體的Fe同位素組成隨著時(shí)間發(fā)生演化導(dǎo)致的，并且其演化趨勢(shì)與理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相吻合。這表明新橋礦床是同一流體體系演化的產(chǎn)物，礦化作用過程中沉淀的Fe主要來自一個(gè)單一來源，即初始流體Fe的物質(zhì)來源（巖漿源），其他來源的Fe的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。

礦相學(xué)和Fe同位素特征共同表明，新橋礦床矽卡巖型礦體中的磁鐵礦不是由膠狀黃鐵礦或菱鐵礦礦胚層改造形成的，層狀硫化物礦體中的膠狀黃鐵礦與磁鐵礦和粒狀黃鐵礦為同一成礦流體體系連續(xù)演化的產(chǎn)物，具有相同的物質(zhì)來源，F(xiàn)e主要來自巖漿。以膠狀黃鐵礦為主的層狀硫化物礦體與矽卡巖型礦體為同一流體體系的產(chǎn)物，與燕山期巖漿熱液具有明顯的成因關(guān)系，而不是早期沉積作用的產(chǎn)物。這一認(rèn)識(shí)與以膠狀黃鐵礦為主的層狀硫化物礦體直接產(chǎn)于泥盆紀(jì)五通組砂巖和二疊紀(jì)黃龍組灰?guī)r之間不整合面上的地質(zhì)事實(shí)相符合[16]。

6 結(jié)論

新橋Cu-S-Fe-Au礦床中膠狀黃鐵礦與磁鐵礦、粒狀黃鐵礦之間具有明顯的穿插關(guān)系表明，粒狀黃鐵礦和磁鐵礦不是由膠狀黃鐵礦改造形成的，膠狀黃鐵礦早于粒狀黃鐵礦而晚于磁鐵礦形成。同時(shí)，磁鐵礦相對(duì)膠狀黃鐵礦和菱鐵礦均富集鐵的重同位素，表明新橋礦床矽卡巖型礦體中的磁鐵礦不是通過熱液改造膠狀黃鐵礦或菱鐵礦礦胚層而形成；不同形態(tài)的黃鐵礦之間Fe同位素組成具有連續(xù)演化的趨勢(shì)，表明膠狀黃鐵礦、細(xì)粒黃鐵礦、粗粒黃鐵礦形成于同一流體體系，具有相同成因；層狀硫化物礦體和矽卡巖型礦體中不同含鐵礦物、巖體和圍巖的Fe同位素組成特征與流體出溶、流體演化規(guī)律相一致，并且符合同位素分餾基本理論，表明新橋礦床層狀硫化物礦體和矽卡巖型礦體為同一流體體系演化的產(chǎn)物，具有相同的物質(zhì)來源，F(xiàn)e主要來自巖漿。新橋礦床以膠狀黃鐵礦為主的層狀硫化物礦體為燕山期熱液成礦作用的產(chǎn)物。

本次研究工作一直得到毛景文研究員的指導(dǎo)和幫助，野外工作得到了銅陵有色集團(tuán)、新橋礦業(yè)集團(tuán)有限公司、安徽地質(zhì)礦產(chǎn)局321地質(zhì)隊(duì)的熱情幫助和大力支持，在此致以衷心的感謝。

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