河南姚沖鉬礦床S、Pb同位素組成及地質(zhì)意義

劉清泉 陳昕夢 李 冰 張智慧

(1.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；4.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016)

·地質(zhì)與測量·

河南姚沖鉬礦床S、Pb同位素組成及地質(zhì)意義

劉清泉1,2,3陳昕夢4李 冰2張智慧2

(1.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；3.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，河南 鄭州 450052；4.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016)

以姚沖鉬礦床為研究對象，通過礦石硫化物S、Pb同位素組成特征的分析，探討礦床成礦物質(zhì)來源。分析結(jié)果表明，礦石δ34S為-2.89‰～-1.6‰，同位素組成具塔式分布特點，反映其來源較單一，顯示巖漿硫特征；礦石δ206Pb/δ204Pb為16.193～16.818，δ207Pb/δ204Pb為15.105～15.288，δ208Pb/δ204Pb為36.698～37.319，同位素組成變化范圍較窄。礦床鉛同位素μ值較小且相對集中，而ω值則相對較大，均顯示鉛源下地殼來源特征。結(jié)合姚沖鉬礦床的成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征以及已有礦床成因認識，綜合分析認為，姚沖鉬礦床成礦斑巖體源于加厚下地殼部分熔融形成的花崗質(zhì)巖漿，礦床屬于與下地殼熔融作用有關(guān)的斑巖型鉬礦床，其成礦物質(zhì)來源于下地殼。

姚沖鉬礦床 S同位素 Pb同位素 地質(zhì)意義

姚沖鉬礦床是東秦嶺—大別山鉬成礦帶上目前已探明的中型斑巖型鉬礦床，東秦嶺—大別山鉬成礦帶已成為世界第一大鉬礦帶。近年來，該地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)大銀尖、肖畈、母山等超大型及大中型鉬礦。其中姚沖鉬礦床位于大別山北麓的河南省新縣戴嘴鎮(zhèn)，為東秦嶺—大別山鉬成礦帶上新發(fā)現(xiàn)的斑巖型鉬礦床，前人對該礦床在成礦流體包裹體和成礦年代學方面做了一定的研究，但缺少對成礦物質(zhì)來源方面的探討。本研究對姚沖鉬礦床S、Pb同位素組成進行分析，探討其成礦物質(zhì)來源，為東秦嶺—大別山鉬成礦帶礦床成因研究和建立成礦模式提供參考，為進一步找礦勘探提供理論依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

姚沖鉬礦床出露地層為元古界大別片麻雜巖和第四系，巖性主要為黑云斜長片麻巖、含榴白云斜長片麻巖和斜長角閃(片)巖等，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要是一些小斷裂，巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，是礦區(qū)的主要賦礦部位，礦區(qū)內(nèi)酸性巖脈出露較多，主要為花崗斑巖脈，并有少量的花崗巖巖脈出露。鉬礦體呈透鏡狀、似層狀和不規(guī)則狀產(chǎn)出，主礦體東西向延伸960 m，南北寬約800 m，鉬礦體平均厚度為28.19 m，平均品位為0.062%，鉬礦資源量達中型規(guī)模[1]。礦石類型主要為浸染狀、細脈-網(wǎng)脈狀、薄膜狀和角礫狀礦石，礦石礦物有輝鉬礦、黃鐵礦、黃銅礦和黑鎢礦等，脈石礦物有石英、長石和綠泥石等。圍巖蝕變常顯示疊加特征，與鉬礦化關(guān)系最為密切的蝕變主要是硅化、鉀長石化和絹云母化。

2 樣品及測試方法

用于本次S、Pb同位素分析測試的樣品均采自鉆孔中的原生礦石，選擇主成礦階段的代表性礦石樣品挑選黃鐵礦和輝鉬礦，將挑選好的純度大于95%的單礦物在瑪瑙研缽中磨到粒度小于200目送實驗室。分析測試由國土資源部同位素實驗室完成，硫同位素樣品首先與Cu2O以一定比例混合研磨均勻，在高溫真空條件下反應提取SO2，利用MAT-251型質(zhì)譜計測定，以V-CDT為標準，分析精度優(yōu)于0.1‰；鉛同位素樣品采用HNO3或HCl溶解，然后通過陰離子交換樹脂提取Pb，蒸干后用磷酸提取樣品，單錸帶硅膠做發(fā)射劑質(zhì)譜測試，利用MAT261型質(zhì)譜計測定，同位素分餾優(yōu)于1‰。

3 測試結(jié)果

3.1 S同位素組成

姚沖鉬礦床硫化物樣品的硫同位素組成見表1。分析測試結(jié)果顯示，礦石硫化物樣品的硫同位素組成比較穩(wěn)定，δ34SCDT為-2.89‰～-1.6‰，極差為1.29‰，平均值為-2.18‰，總體上變化范圍較窄，其中，黃鐵礦δ34SCDT為-2.84‰～-1.6‰，極差為1.24‰，平均值為-2.06‰，輝鉬礦δ34SCDT為-2.89‰～-2.71‰，極差為0.18‰，平均值為-2.8‰。

表1 姚沖鉬礦床礦石硫化物S同位素組成Table 1 Sulfur isotopic composition of ore sulfides in Yaochong Mo deposit

3.2 Pb同位素組成

姚沖鉬礦床硫化物樣品的鉛同位素組成見表2。分析測試結(jié)果顯示，礦石硫化物δ206Pb/δ204Pb為16.193～16.818，極差為0.625，平均值為16.448，δ207Pb/δ204Pb為15.105～15.288，極差為0.183，平均值為15.238，δ208Pb/δ204Pb為36.698～37.319，極差為0.621，平均值為37.134，δTh/δU為4.07～4.39，極差為0.36，平均值為4.22，總體上鉛同位素組成比較穩(wěn)定。通過計算，獲得特征參數(shù)μ(δ238U/δ204Pb)為8.82～9.18，平均值為9.05，ω(δ232Th/δ204Pb)為37.69～41.62，平均值為39.48，Δα為-57.86～-21.5，平均值為-43.02，Δβ為-14.39～-3.03，平均值為-5.74，Δγ為-14.99～-0.02，平均值為-3.30。Δα、Δβ、Δγ按以下公式[2]計算：

式中，α、β、γ為樣品δ206Pb/δ204Pb、δ207Pb/δ204Pb、δ208Pb/δ204Pb的測定值，α0、β0、γ0為地幔原始值。

4 討 論

4.1 S的來源

姚沖鉬礦床礦石δ34S在硫化物中的分布顯示，輝鉬礦(-2.89‰～-2.71‰，平均值為-2.8‰)大于黃鐵礦(-2.84‰～-1.6‰，平均值為-2.06‰)[3-4]，這種δ34S在硫化物中的含量順序與硫化物結(jié)晶時的富集順序基本一致，說明姚沖鉬礦床成礦流體中S同位素總體上達到了平衡。礦石硫同位素分布較窄，極差相對較小，具有較均一的硫源，硫同位素直方圖顯示硫同位素組成呈塔式分布，全部落在幔源硫區(qū)域[5-7]，具有地幔硫和下地殼硫的特點，見圖1。因此，總體上硫同位素組成變化范圍小，且相對穩(wěn)定，顯示巖漿硫的組成特點，表明姚沖鉬礦床硫可能來自于巖漿，巖漿起源于下地殼。

表2 姚沖鉬礦床礦石硫化物Pb同位素組成Table 2 Pb isotopic composition of ore sulfides in Yaochong Mo deposit

圖1 姚沖鉬礦床硫同位素組成Fig.1 δ34S values of ore sulfides in Yaochong Mo deposit

4.2 Pb的來源

鉛同位素源區(qū)特征值μ的變化能夠指示地質(zhì)作用過程，提供鉛的來源信息，一般認為μ值大于9.58的礦石鉛是來自U、Th相當富集的上地殼物質(zhì)，具有低μ值(小于9.58)的鉛被認為來自下地殼或上地幔[2,8]，姚沖鉬礦床μ值為8.82～9.18，ω值為37.69～41.62，總體上高于平均地殼鉛的ω值(36.84)。低μ、高ω值是下地殼的顯示特征[9]。姚沖鉬礦床礦石鉛的δTh/δU值為4.07～4.39，比值變化范圍小且均高于地幔值(3.45)，與地殼的δTh/δU比值(約為4)較為接近，顯示出成礦物質(zhì)來自殼源的特征。

將礦石鉛同位素測試數(shù)據(jù)在鉛同位素增長線演化圖解和構(gòu)造環(huán)境演化圖解上進行投點，進一步探討姚沖鉬礦床礦石鉛的來源，結(jié)果表明，在增長線演化圖解中，樣品都位于下地殼演化線附近，在構(gòu)造環(huán)境演化圖解中，樣品同樣均落于下地殼區(qū)域，見圖2、圖3。

圖2 姚沖鉬礦床鉛同位素增長線演化Fig.2 Growth evolutionary lines of Pb isotope in Yaochong Mo deposit A—地幔；B—造山帶；C—上地殼；D—下地殼

通過不同成因類型礦石鉛資料的分析研究，朱炳泉[10]獲得了不同成因類型礦石鉛的Δγ-Δβ變化范圍，該模式具有更好的示蹤意義。在鉛同位素Δγ-Δβ成因分類圖解上，姚沖鉬礦床礦石鉛樣品大部分落于下地殼范圍內(nèi)，見圖4。綜合上述分析，認為姚沖鉬礦床Pb同位素具有下地殼的特征，反映成礦物質(zhì)來自于下地殼。

圖3 姚沖鉬礦床鉛同位素構(gòu)造環(huán)境演化Fig.3 Evolutionary tectonic settings of Pb isotope in Yaochong Mo deposit LC—下地殼；UC—上地殼；OIV—洋島火山巖； OR—造山帶；A、B、C、D為各區(qū)域中樣品相對集中區(qū)

圖4 姚沖鉬礦床鉛同位素的Δγ-Δβ成因分類Fig.4 Δγ-Δβ genetic classification of Pb isotopes in Yaochong Mo deposit1—地幔源鉛；2—上地殼鉛；3—上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛 (3a.巖漿作用；3b.沉積作用)；4—化學沉積鉛；5—海底熱水 作用鉛；6—中深變質(zhì)作用鉛；7—深變質(zhì)下地殼鉛；8—造山帶鉛； 9—古老頁巖地殼鉛；10—退變質(zhì)鉛

5 結(jié) 論

(1)姚沖鉬礦床礦石硫同位素δ34SCDT=-2.89‰～-1.6‰，平均值為-2.18‰，顯示出巖漿硫的組成特點，硫源相對均一，硫可能主要來自于下地殼。

(2)礦石硫化物δ206Pb/δ204Pb值為16.193～16.818(平均值為16.448)，δ207Pb/δ204Pb值為15.105～15.288(平均值為15.238)，δ208Pb/δ204Pb值為36.698～37.319(平均值為37.134)，數(shù)值變化范圍窄，特征參數(shù)μ值較小，而ω值較大，充分顯示下地殼鉛組成特征，表明鉛來源于下地殼。綜合分析認為，姚沖斑巖型鉬礦床成礦物質(zhì)來源于下地殼。

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(責任編輯 鄧永前)

S and Pb Isotope Compositions and Their Geological Implications of Yaochong Mo Deposit in Henan Province

Liu Qingquan1,2,3Chen Xinmeng4Li Bing2Zhang Zhihui2

(1.SchoolofGeosciencesandInfo-physics，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China;2.Non-FerrousMineralExplorationEngineeringResearchCenterofHenanProvince，Zhengzhou450016，China;3.HenanNonferrousMetalsGeologicalExplorationInstitute，Zhengzhou450052，China；4.No.7GeologicalTeam,HenanProvincialNonferrousMetalsGeologicalandMineralResourcesBureau，Zhengzhou450016，China)

Taking Yaochong Mo deposit as the research object，the metallogenic material sources are discussed by analyzing the S and Pb isotope compositions characteristics of sulfide ore. The research results indicated that，theδ34S values of ore range from -2.89‰ to -1.6‰，and its isotope compositions owns tower distribution. It is inferred that，the isotope material sources are single and the ore has the characteristics of magmatic sulfur. Theδ206Pb/δ204Pb value of sulfide minerals varies from 16.193 to 16.818,δ207Pb/δ204Pb value of sulfide minerals varies from 15.105 to 15.288，δ208Pb/δ204Pb value of sulfide minerals varies from 36.698 to 37.319，that is，the isotopic composition ranges narrowly. Theμvalue of Pb isotope in the ore deposit is low and its distribution is relatively concentrated，butωvalue of Pb isotope is high，indicating that the lead isotope derives from the lower crust. According to the comprehensive analysis results of the mineralization geological background，geological characteristics and the exiting ore deposit genesis of Yaochong Mo deposit，it is concluded that，the porphyry mineralization of Yaochong Mo deposit come from the granitic magma that derive from the partial melting of the thickening lower crust. Yaochong Mo deposit belongs to the porphyry molybdenum deposit that is associated with lower crust molten role，and the minerals come from the lower crust.

Yaochong Mo deposit,S isotope，Pb isotope，Geological implication

2014-02-04

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項(編號：12120113091200)，國土資源公益性行業(yè)科研專項(編號：20111107-2)。

劉清泉(1982—)，男，博士研究生。

P595，P618.31

A

1001-1250(2014)-05-114-04