華南印支期湘東北三墩銅鉛鋅多金屬礦巖漿熱液成因：稀土元素和硫同位素證據(jù)

張 鯤，徐德明，胡俊良，盧友月，黃 皓

(中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205)

華南印支期湘東北三墩銅鉛鋅多金屬礦巖漿熱液成因：稀土元素和硫同位素證據(jù)

張 鯤，徐德明，胡俊良，盧友月，黃 皓

(中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205)

本文對三墩銅鉛鋅多金屬礦進行了系統(tǒng)礦石微量元素、礦石硫化物S同位素研究，并結(jié)合礦床地質(zhì)特征探討其礦床成因。微量元素結(jié)果表明：三墩銅鉛鋅多金屬礦成礦元素Cu、Pb、Zn明顯富集，Ag、Au比較富集。稀土元素研究表明，礦石稀土總量較低，稀土模式配分曲線與花崗巖稀土模式配方曲線類似，成礦作用與巖漿作用相關(guān)。硫同位素分析結(jié)果暗示礦床硫同位素主要來自上地?；蛳碌貧さ纳钤磶r漿，有部分圍巖地層物質(zhì)的混入。礦床為中低溫巖漿熱液充填礦床。

幕阜山巖體；巖漿熱液；S同位素；欽杭成礦帶

欽杭結(jié)合帶是揚子和華夏兩個古陸塊于新元古代碰撞拼接所形成的板塊結(jié)合帶[1-2]，其南西起自廣西欽州灣，經(jīng)湘、贛往北東延伸至浙江杭州灣，總體呈NE向反S狀弧形展布。欽杭成礦帶是沿著欽杭結(jié)合帶兩側(cè)擴展而新圈定的一個重要成礦帶，該帶成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，開展地質(zhì)大調(diào)查工作以來，相繼在該成礦帶內(nèi)心發(fā)現(xiàn)一批大中型礦床，找礦突破成果顯著[3]。對成礦帶內(nèi)一些典型礦床進行系統(tǒng)全面的研究對了解區(qū)域成礦地質(zhì)條件、礦床成因、礦床分布規(guī)律等具有重要意義。

湖南省岳陽市平江縣三墩鄉(xiāng)三墩銅鉛鋅多金屬礦位于欽杭成礦帶中段幕阜山巖體南緣，是欽杭成礦帶部署的幕阜山-望湘銅金鎢多金屬找礦遠景區(qū)重點調(diào)查研究礦床之一。三墩銅鉛鋅多金屬礦在1∶20萬平江幅和1∶5萬虹橋幅都有提及，又稱梅樹灣-栗木銅鉛鋅多金屬礦床，依據(jù)礦床地質(zhì)特征，判定為中-低溫?zé)嵋撼涮钚偷V床[4-5]。本文在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過稀土元素地球化學(xué)和硫同位素研究探討其礦床成因。

1 地質(zhì)背景

圖1 三墩銅鉛鋅多金屬礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological Sketch map of Sandun area

礦區(qū)位于幕阜山巖體南部與冷家溪群接觸帶附近，新華夏系天府山-幕阜山斷裂與楓林-漿市斷裂復(fù)合處北西側(cè)。礦區(qū)出露地層比較簡單，主要為冷家溪群第三巖組淺變質(zhì)巖，其中有大量偉晶巖巖脈及石英脈穿插（圖1）。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中以北北西向和近南北向斷裂最為發(fā)育，延伸穩(wěn)定、規(guī)模較大，斷裂帶內(nèi)構(gòu)造透鏡體、石英脈、角礫巖等發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈，出露幕阜山巖體。1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時將幕阜山巖體的侵入活動劃分出了兩期四次侵入[4-5]，燕山早期侵入體巖性主要為黑云母二長花崗巖；燕山晚期三次侵入體巖性分別為：中粗粒二云母二長花崗巖，中粒黑云母二長花崗巖，細粒二云母二長花崗巖。區(qū)內(nèi)主要出露幕阜山巖體燕山晚期第一次侵入體，在礦區(qū)東北角還見出露有燕山早期侵入體和燕山晚期第三次侵入體。礦區(qū)內(nèi)還有大量偉晶巖脈、石英脈分布，偉晶巖脈分布在燕山早期巖體及冷家溪群中，石英脈主要分布在燕山晚期第一次侵入體內(nèi)，少量延伸至冷家溪群中。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)熱液活動強烈，硅化顯著，尤其在斷裂帶內(nèi)硅化現(xiàn)象最為明顯，往往被石英脈充填，石英脈除少數(shù)呈透鏡狀產(chǎn)出外，大部分呈整脈狀充填在斷裂帶內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)已探明的有19條含礦石英脈，總體上呈“帚狀”分布（圖1），其中形成工業(yè)礦體的含礦石英脈有4條，皆呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，其走向為北北西向，傾向為北東東向。礦脈形態(tài)不規(guī)則，厚度變化，有時在數(shù)米范圍內(nèi)可見礦脈呈弧形彎曲和寬窄變化現(xiàn)象。礦體規(guī)模有限，厚度及延深均不大，沿地表不連續(xù)，沿傾斜方向迅速尖滅。礦化極不均勻，品味變化較大。一般在斷層構(gòu)造帶的中部，斷裂構(gòu)造轉(zhuǎn)折處，兩組斷裂相交處，硅化、綠泥石化強烈處，北北西向斷裂（節(jié)理）帶中，形成較富的礦體。

金屬礦物主要有閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦（圖2），次為斑銅礦、黃鐵礦，偶見磁黃鐵礦、輝銅礦、藍銅礦、砷黝銅礦。脈石礦物主要有石英、螢石，其次綠泥石、方解石、重晶石。次生礦物主要為褐鐵礦，偶見孔雀石、銅藍。礦石結(jié)構(gòu)主要有自形、半自形、它形粒狀結(jié)構(gòu)以及交代殘留、網(wǎng)狀、鑲嵌狀結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為浸染狀、斑塊狀、條帶狀、角礫狀、塊狀等構(gòu)造，近地表風(fēng)化還可見蜂窩狀構(gòu)造。

根據(jù)礦物共生組合及其相互關(guān)系大致可以分為兩個成礦階段，即：第一成礦階段，主要由石英、螢石、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦組成；第二成礦階段，主要由石英、重晶石、少量方鉛礦、閃鋅礦、方解石組成。圍巖蝕變有絹云母化、綠泥石化、硅化、螢石化，偶見碳酸鹽化、重晶石化等，其中螢石化與礦化關(guān)系密切，綠泥石化強烈處往往銅礦品位較高。

3 樣品采集及測試方法

本次研究主要對三墩銅鉛鋅多金屬礦區(qū)不同種類礦石進行微量元素測定，礦石樣品均采自于三墩銅鉛鋅多金屬礦床采礦平垌。圍巖花崗巖SD1-4和SD1-5采自于礦體直接共生的花崗巖；花崗巖SD2-2、SD3-1和SD4-1采自于礦脈邊部離平硐約200 m的地表露頭（113°45.626′，28°52.622′）。

主、微量元素測試在中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢查中心進行（前者用X-射線熒光光譜法XRF，后者用ICP-MS法），花崗巖的主量元素已另文發(fā)表，本文不再累述。地球化學(xué)參數(shù)計算與圖解生成使用GeoKit軟件[6]完成。

選取了14件礦石硫化物樣品進行硫同位素分析。將樣品破碎至40-80目后，在雙目鏡下挑選純凈的方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦，純度達到98%。硫化物挑選由廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成。硫同位素樣品分析在中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)礦產(chǎn)研究所中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢查中心進行。

4 分析結(jié)果

4.1 微量元素

圖2 三墩銅鉛鋅多金屬礦石英脈和礦石照片F(xiàn)ig.2 Photograhs of the quartz veins and the ore hand sample for Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

三墩銅鉛鋅多金屬礦床礦石樣品的微量元素測試結(jié)果見表1，礦石成礦元素Cu、Pb、Zn明顯富集，Ag、Au比較富集。三墩銅鉛鋅多金屬礦礦石球粒隕石標準化[7]稀土元素配分模式圖顯示（圖3），礦石具有LREE相對富集、HREE平坦分布的特征，礦石樣品中稀土的總量∑REE=7.63×10-6～36.17×10-6，LaN/YbN=3.91～56.59，δEu=0.44～1.24，δCe=0.83～3.04，其中 LREE分異相對較強，LaN/SmN=3.01～14.70，HREE分異相對較弱，GdN/YbN=1.12～8.53。

表2為礦區(qū)花崗巖和引用的冷家溪群[8]稀土元素數(shù)據(jù)。礦區(qū)花崗巖稀土元素∑REE=77.81×10-6～107.64×10-6，LaN/YbN=6.03～22.10，δEu=0.31～0.46，δCe=0.79～1.03，LaN/SmN=2.95～3.54，HREE分異相對較弱，GdN/YbN=1.24～4.28。冷家溪群[7]稀土 元 素∑ REE=176.87×10-6～230.65×10-6，LaN/YbN=6.80～8.17，δEu=0.62～0.71，δCe=0.93～1.03，LaN/SmN=3.41～3.98，HREE分異相對較弱，GdN/YbN=1.34～1.55。

稀土元素的地球化學(xué)性質(zhì)相似，在地質(zhì)作用過程中往往作為一個整體遷移，因而廣泛用于礦床成礦流體來源與演化的示蹤研究[9-10]。研究區(qū)礦石稀土總量為7.63×10-6～36.17×10-6，較低的稀土總量特征一般代表熱液活動形成[11]。礦石稀土模式配分曲線與花崗巖稀土模式配分曲線類似（圖3），都具有右傾型、輕稀土較為富集、重稀土較為平坦的特征，由此說明成礦作用與花崗巖體密切相關(guān)，熱液成分可能源自于巖漿。

Ce異常通常與Ca元素分配有關(guān)，Eu異常通常與斜長石的晶出有關(guān)，礦石的稀土元素中存在著Eu的正異常和Ce的正異常組合、Eu的負異常和Ce的正異常組合以及Eu的負異常和Ce的負異常組合，三種組合同時出現(xiàn)在礦石中，暗示了多次的熱液活動疊加和改造，宏觀上早期成礦的螢石硫化物組合多被后期熱液活動改造，呈團塊狀產(chǎn)出。

4.2 硫同位素測試

礦石硫化物硫同位素測定結(jié)果列于表3，從分析結(jié)果可以看出，硫化物的δ34S值為-7.84‰～0.77‰，變化范圍8.61‰。其中閃鋅礦的δ34S值為-4.07‰～0.77‰；方鉛礦的δ34S值為-7.84‰～-3.58‰；黃銅礦的δ34S值為-2.73‰～-2.52‰。

在平衡條件下礦石硫化物對34S富集的順序通常為黃鐵礦＞閃鋅礦＞黃銅礦＞方鉛礦[12]。從上述礦石硫化物中硫同位素組成看，硫化物間的硫同位素基本達到了平衡，且礦床中硫酸鹽礦物不甚發(fā)育，故礦床中幾種簡單硫化物的硫同位素組成基本可代表成礦流體的硫同位素組成。

在硫同位素的頻率直方圖上，δ34S的峰值主要幾種在-3‰～-2‰之間，各種礦石礦物的δ34S值也比較接近，為比較小的負數(shù)。資料表明[13]，各類的巖石的δ34S變化范圍如圖4和圖5所以，其中基性巖的δ34S平均值為+2.7‰（+7.6‰～+5.7‰），超鎂鐵質(zhì)巖 δ34S平均值為 +1.2‰（+7.3‰～-1. 3‰），石隕石δ34S變化于+2.6‰～-5.6‰。通過對比礦石的δ34S變化范圍與其它巖石δ34S變化范圍，認為三墩銅鉛鋅多金屬礦床硫同位素主要來自上地?；蛳碌貧さ纳钤磶r漿，在巖漿上升的過程中，混染了部分圍巖地層的成分。

圖3 礦石和圍巖稀土元素球粒隕石標準化分布模式Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns for the ores and the surrounding rock from Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

表1 礦石微量元素組成Table 1 Trace element contents of the ores from Sandun Cu polymetallic deposit

5 討論與結(jié)論

欽杭成礦帶是一條巨型的構(gòu)造巖漿活動帶，其在新元古代完成了拼接，但在中侏羅世又復(fù)活[14-16]，活化裂開，在早白堊世隨著太平洋板塊運動方向發(fā)生轉(zhuǎn)向，由原來的斜俯沖轉(zhuǎn)向幾乎平行大陸邊緣運動，欽杭成礦帶區(qū)域處于持續(xù)的伸展階段，且由于古板塊拼接部位相對薄弱，殼幔相互作用更加活躍，成巖成礦事件爆發(fā)，三墩銅鉛鋅多金屬礦床就是成巖成礦事件爆發(fā)的響應(yīng)。

表3 礦石硫化物硫同位素測試結(jié)果Table 3 Sulfur isotope compositions of the sulfides in ores

圖4 不同天然含硫物質(zhì)中δ34S的特征Fig.4 δ34S characteristics of different natural sulfur substances

圖5 礦石硫化物硫同位素頻數(shù)直方圖Fig.5 δ34S histogram of the sulfides in ores

三墩銅鉛鋅多金屬礦床礦體主要賦存在花崗巖體斷裂破碎帶中，以石英脈形式產(chǎn)出，成礦與花崗巖體密切相關(guān)。在系統(tǒng)野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，總結(jié)三墩銅鉛鋅多金屬礦床的礦床地質(zhì)特征，并結(jié)合礦石稀土元素、礦石硫同位素研究，得出了以下結(jié)論：

（1）稀土元素分析表明，礦石稀土元素配分曲線與花崗巖稀土元素配分曲線類似，礦床的形成與巖漿作用關(guān)系密切。

（2）硫同位素的分析表明，礦石硫主要來自上地?；蛳碌貧さ纳钤磶r漿，有少量地層組分的貢獻。

（3）依據(jù)礦物組合、圍巖蝕變特征，綜合地球化學(xué)研究，初步認為三墩銅鉛鋅多金屬礦床為中低溫巖漿熱液充填礦床，巖漿熱液起源于深部，礦區(qū)及周邊范圍還具有良好的深部找礦前景。

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ZHANG Kun,XU De-Ming,HU Jun-Liang,LU You-Yue,HUANG Hao

(Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,China)

Zhang K,Xu D M,Hu J L,Lu Y Y and Huang H.Magmatic hydrothermal metallogenic for the Sandun Cu-Pb-Zn deposit:REE and S isotope Evidences.,2015,31(3):253-260.

In this paper,we study the area-metallogenic of the Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit,northeastern Hunan province by trace element and S isotope analysis of ores and minerals.The trace element results of ores and wall rocks show that the rocks in Sandun deposit are high-rich in Cu-Pb-Zn and little-rich in Ag-Au. The REE element results show that the ores and the granite have the similar REE distribution patterns,and the counts of REE in ores are lower than the surrounding rocks.The area-metallogenic is relationship with the magmatic.The S isotpe results show that the isotope of the Sandun area was drived from the depth magma of the upper mantle or lower crust,and mixed with some surrounding rocks.The Sandun deposit is a magmatic hydrothermal medium-low temperature infilling-replacement Cu-Pb-Zn ploymetallic deposit.

Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit;Mufushan granite;magmatic hydrothermal;S isotope; Qinzhou-Hangzhou metallogenic belt

P618.41；P597+.2

A

1007-3701（2015）03-253-08

10.3969/j.issn.1007-3701.2015.03.004

2015-02-10；

2015-07-03.

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項（編號：1212011085405，1212011085416，12120113067200）.

張鯤（1982—），男，工程師，從事地質(zhì)與礦產(chǎn)調(diào)查研究；E-mail：zhangkun019@163.com.