河北省淶源縣木吉村銅(鉬)多金屬礦田成礦物質(zhì)來源探討

陳 超，王寶德，牛樹銀，張福祥，馬寶軍，張建珍，孫愛群，王海濤，馬國璽，陳志寬，王自力

1.石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院，石家莊 050031 2.河北省保定地質(zhì)工程勘查院，河北 保定 071051 3.天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300170

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河北省淶源縣木吉村銅(鉬)多金屬礦田成礦物質(zhì)來源探討

陳 超1，王寶德1，牛樹銀1，張福祥1，馬寶軍1，張建珍1，孫愛群1，王海濤1，馬國璽2，陳志寬2，王自力3

1.石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院，石家莊 050031 2.河北省保定地質(zhì)工程勘查院，河北 保定 071051 3.天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300170

木吉村銅(鉬)礦田位于太行山脈中、北段阜平幔枝構(gòu)造的北東傾伏端，淶源啞鈴狀雜巖體連接處西側(cè)上盤拆離帶的次級斷陷盆地中，主要由斑巖型銅(鉬)礦、矽卡巖型鐵銅礦和外圍熱液脈型鉛鋅礦構(gòu)成，是河北省目前探明的唯一大型銅(鉬)多金屬礦田，找礦遠景巨大。鑒于礦床成礦物質(zhì)來源在研究礦床成因和指導(dǎo)找礦中的重要作用，對木吉村礦田主要礦床礦石中黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、輝鉬礦、磁鐵礦、石英和石膏等單礦物進行了硫、鉛、碳、氫、氧、硅、錸等同位素測定、對比和分析。結(jié)果表明:礦田中硫同位素主值域δ34S=-3.5‰～3.2‰，主平均值為0.3‰；鉛同位素206Pb/204Pb=15.566 0～17.072 0，平均為16.547 0，207Pb/204Pb=15.031 0～15.523 0，平均為15.258 0，208Pb/204Pb=36.292 0～37.375 0，平均為36.721 0；碳同位素δ13C為-2.94‰～-2.18‰，平均為-2.62‰；硅同位素δ30SiNBS-28值域為-0.3‰～0.2‰，平均0.0‰；輝鉬礦w(Re)為(23.65～266.50)×10-6，平均值為142.33×10-6；δ18OH2O值為-10.64‰～7.70‰，極差為18.34‰，平均值為-1.47‰，較標(biāo)準(zhǔn)巖漿水值稍低，δD值為-148.4‰～-89.0‰，極差為59.4‰，平均值為-113.7‰，略低于巖漿巖δD值域。從而認(rèn)為,木吉村礦田成礦物質(zhì)主要來源于地球深部，成礦溶液以巖漿水為主，部分來自大氣降水。

幔枝構(gòu)造；物質(zhì)來源；成礦溶液；銅(鉬)礦床；木吉村礦田；太行山

0 前言

銅礦資源在國民經(jīng)濟建設(shè)中意義重大，國家極為重視銅礦資源的找礦工作。自從20世紀(jì)60——70年代發(fā)現(xiàn)河北淶源縣木吉村銅(鉬)礦床以來，經(jīng)80年代普查、2002年詳查以及2010年危機礦山項目深入研究，該礦床探明儲量迅速增加，目前控制礦體南北長度1.5 km，東西寬度600～700 m，埋深200～1 200 m，探明銅98.11 萬t、鉬3.14 萬t，伴生金6.13 t、銀243 t，且礦帶南東側(cè)深部尚未控制，成礦遠景巨大，已探明為一大型銅(鉬)金銀多金屬礦床。其目前潛在經(jīng)濟價值超過500 億元。該成果榮獲2010年度全國十大地質(zhì)找礦成果獎。該礦床與在空間上緊鄰的鴿子嶺、小立溝、鐵嶺、浮圖峪、茅兒峪、東溝等中、小型鐵銅礦床和合兒溝、顧家溝、刺溝等鉛鋅礦床(點)一起構(gòu)成以木吉村銅(鉬)礦床為主的多金屬礦田，區(qū)域外圍的大灣、安妥嶺、野狐、龍門斑巖型(銅)鉬礦均有大型礦床的遠景，展示了很好的找礦潛力，有望為河北省摘掉“貧銅”的帽子[1-3]。

眾所周知，成礦物質(zhì)來源在研究某一礦床成因以及指導(dǎo)找礦方向等方面具有重大意義。大多熱液礦床成礦物質(zhì)為多因多源，其來源主要有巖漿熔體、地殼巖石、上地幔等。近年地質(zhì)專家和學(xué)者主要用同位素對成礦物質(zhì)來源進行示蹤，且表明許多熱液礦床成礦物質(zhì)越來越與地球深部密切相關(guān)[4-10]。對于本區(qū)而言，專家和學(xué)者們[1-3，11-14]著重研究了木吉村礦床地質(zhì)特征，初步探討了其成礦規(guī)律和成礦作用，而對木吉村礦田成礦物質(zhì)來源的專題研究相對較少?；谏鲜霰尘埃敬窝芯恐饕槍ΦV田中主要礦床礦石硫、鉛、碳、氫、氧、硅以及錸等同位素進行細致研究，著重論述了木吉村礦田成礦物質(zhì)來源于地球深部這一基本認(rèn)識，以期為日后本區(qū)工作開展提供重要的參考依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

木吉村銅(鉬)多金屬礦田位于河北省淶源縣楊家莊鎮(zhèn)木吉村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°48′41.6″——114°53′36.7″，北緯39°19′28.1″——39°23′17.2″。其賦存于太行山脈中、北段阜平幔枝構(gòu)造的北東傾伏端，淶源啞鈴狀雜巖體連接處西側(cè)上盤拆離帶的次級斷陷盆地中，是NNE向展布的中生代構(gòu)造-巖漿-多金屬成礦帶內(nèi)的重要基地(圖1)。

a.木吉村礦田區(qū)域位置；b.木吉村礦田地質(zhì)簡圖。1.第四系；2.侏羅系髫髻山組安山巖；3.寒武——奧陶系灰?guī)r；4.長城系——薊縣系白云巖；5.太古宇五臺群片麻巖；6.鉀長花崗巖；7.二長斑巖；8.閃長玢巖；9.矽卡巖；10.正斷層；11.逆斷層；12.古火山口；13.礦床(段)；14.村莊。①木吉村銅鉬礦；②鴿子嶺鐵銅礦；③小立溝鐵銅礦；④鐵嶺鐵銅礦；⑤浮圖峪鐵銅礦；⑥茅兒峪鐵銅礦；⑦東溝鐵銅礦。圖1 河北省木吉村礦田地質(zhì)略圖(據(jù)文獻[1]修編)Fig.1 Geological sketch map of Mujicun orefield in Hebei Province(modified from reference[1])

區(qū)內(nèi)地層受斷裂切割和巖漿巖侵入，已經(jīng)支離破碎，多呈斷塊狀分布，出露的地層由老到新主要有太古宇五臺群變質(zhì)巖系，元古宇長城系高于莊組，薊縣系霧迷山組、鐵嶺組，青白口系長龍山組，下古生界寒武系，下奧陶統(tǒng)和中生界中侏羅統(tǒng)。各界之間均為不整合接觸關(guān)系。本區(qū)的賦礦圍巖以高于莊組及霧迷山組白云巖及矽卡巖為主，少數(shù)為寒武系灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造、古火山構(gòu)造為主。斷裂構(gòu)造有NNE、NE、NEE、近SN、NW向等多組方向，以NNE、NE向烏龍溝斷裂系為主，大多具多期活動歷史。成礦斷裂主要為F4，斷層位于礦區(qū)中部小立溝——磨石溝一帶，長5～6 km，斷距超2 km，走向5°～15°，傾向南東，傾角50°～70°，向深部變緩。斷層破碎帶發(fā)育，由斷層泥、角礫巖、構(gòu)造透鏡體等組成，帶寬1～3 m，其上盤為寒武——奧陶系灰?guī)r、侏羅系火山巖，下盤為中元古界白云巖。區(qū)內(nèi)木吉村、鴿子嶺、小立溝、浮圖峪、鐵嶺、東溝、茅兒峪等礦床(段)均受其控制，由于受F3、F16等斷層切割，將上述礦床(段)錯斷為三部分。

區(qū)內(nèi)巖漿巖是淶源雜巖體的一部分，繞北、東、南三面呈虎口狀嵌布。主要巖石類型有黑云母石英閃長巖、花崗閃長巖和斑狀花崗閃長巖、粗粒斑狀花崗巖、鉀長花崗巖、二長斑巖和閃長玢巖。木吉村閃長玢巖體分布于礦區(qū)中部木吉村一帶，北由鐵嶺南至磨石溝，西自F4斷裂東到顧家溝，地表出露面積約1.5 km2。巖體總體呈“蘑菇狀”，頂蓋展布受NNE向斷裂(F4)及層間裂隙破碎帶控制，呈巖枝、巖床疊層產(chǎn)出，一般厚度150～200 m，主體“巖頸”長軸近南北向，南東側(cè)較深且深部尚未控制，東西兩壁陡立，長大于600 m，寬約400 m。巖體“蘑菇”頂蓋大致可劃分為閃長玢巖(主體相)、角礫狀閃長玢巖、安山玢巖等巖相，主體巖頸蝕變程度較深。

2 礦田地質(zhì)概況

木吉村銅(鉬)多金屬礦田位于淶源縣城東北約20 km，以銅鉬礦床為主體(目前探明銅資源量達到大型，鉬為中型，共生和伴生的金、銀、硫為大型)，加之外圍緊鄰的中、小型鐵銅礦床和鉛鋅礦床等一起構(gòu)成木吉村銅(鉬)多金屬礦田(表1)。

表1 河北省木吉村銅鉬多金屬礦田主要地質(zhì)特征

表1(續(xù))

1.安山巖；2.二長斑巖；3.蝕變閃長玢巖；4.大理巖化碳酸鹽巖；5.蛇紋石化碳酸鹽巖；6.矽卡巖；7.斑巖鉬(銅)礦區(qū)域;8.斑巖銅(鉬)礦區(qū)域;9.熱液疊加矽卡巖型鏡鐵-黃銅礦區(qū)域;10.蝕變帶界線；11.斷層；12.礦床類型。①斑巖鉬(銅)礦；②斑巖銅(鉬)礦；③斑巖硫鐵礦；④矽卡巖含銅磁鐵礦；⑤熱液疊加矽卡巖型鏡鐵-黃銅礦；⑥矽卡巖鋅礦；⑦熱液鉛鋅礦。圖2 木吉村銅(鉬)礦田蝕變分帶模式和礦化分布特征Fig.2 Mode of alteration zoning and the distribution of mineralization in Mujicun copper (molybdenum) orefield

本區(qū)已發(fā)現(xiàn)礦體260余個，主要分布在閃長玢巖體及與其相關(guān)的構(gòu)造-矽卡巖帶中。由于燕山期巖體的侵入溝通了深部含礦流體，礦化在空間上形成以閃長玢巖巖體為中心，巖體內(nèi)部為斑巖型銅鉬礦化，巖體周圍的碳酸鹽巖圍巖為矽卡巖型與熱液疊加型含銅磁鐵礦化，外圍則形成熱液脈型鉛鋅礦化。時間上由早至晚，空間上從巖體到圍巖，成礦組合為斑巖型銅(鉬)礦、矽卡巖鐵銅礦(高溫)、熱液疊加矽卡巖銅鐵礦(中——高溫)、熱液脈型鉛鋅礦(低溫)[1]。綜合起來考慮，從巖體到圍巖及向外可依次構(gòu)成斑巖型銅(鉬)-矽卡巖型鐵銅-熱液脈型鉛鋅等三位一體的銅多金屬礦田(圖2)。

3 成礦物質(zhì)來源分析

成礦物質(zhì)來源一直是縈繞成礦理論和找礦靶區(qū)優(yōu)選的關(guān)鍵問題，也一直是地質(zhì)學(xué)家關(guān)注并努力探索的重要地學(xué)問題之一。對于太行山地區(qū)來說，其焦點應(yīng)該是研究礦體硫化物中存在大量金、銀、鉛、鋅、銅、鉬等金屬元素和成礦溶液“水”的問題。弄清楚成礦物質(zhì)來源，對于分析成礦作用和成礦遠景預(yù)測具有舉足輕重的意義，目前研究成礦物質(zhì)來源比較有效的方法仍是同位素地球化學(xué)特征。

針對木吉村礦床成礦物質(zhì)來源這一重要課題，項目組本次在野外針對性地采集了木吉村礦床(田)不同類型礦石標(biāo)本，經(jīng)初步分析重點對木吉村銅(鉬)礦ZK7202、ZK7805、ZK7806、ZK7807、ZK8204等鉆孔15件礦石和茅兒峪鐵銅礦以及鴿子嶺鐵銅礦各2件標(biāo)本進行室內(nèi)編號(礦石具體取樣位置及樣品類型詳見表2——表5)和碎樣(粒徑為40～60目)，對黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、輝鉬礦、磁鐵礦、石英和石膏進行單礦物挑選(要求純度大于99%)，逐一編號后送至中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所進行測試。為了便于對比，還收集了來自相關(guān)木吉村礦床礦石同位素數(shù)據(jù)以及區(qū)域上太行山中、北段多金屬礦床礦石同位素數(shù)據(jù)，以期解決該區(qū)成礦物質(zhì)來源問題。

3.1 硫同位素特征

本次通過對木吉村銅礦(10件)、茅兒峪鐵銅礦(2件)、鴿子嶺鐵銅礦(2件)礦石黃鐵礦、黃銅礦和石膏硫化物進行測定，并結(jié)合50個太行山科研隊關(guān)于本區(qū)的硫同位素數(shù)據(jù)(表2)，綜合統(tǒng)計、分析表明，本區(qū)硫化物δ34S=-16.4‰～15.2‰，主值域δ34S=-3.5‰～3.2‰，主平均值0.3‰。其中：斑巖型銅鉬礦床硫化物δ34S=-3.0‰～2.6‰，矽卡巖鐵、銅礦床硫化物δ34S=-3.5‰～1.6‰，熱液疊加銅(鐵)礦床硫化物δ34S=-1.1‰～3.2‰，外帶熱液型鉛鋅礦δ34S=-16.4‰，在硫同位素頻率直方圖上總體呈陡塔狀分布(圖3)，大體為-5‰～5‰，體現(xiàn)深源巖漿硫特征，晚期可能有部分沉積硫加入。礦田硫同位素初步具有δ34S石膏(12.8‰)>δ34S輝鉬礦(1.3‰)>δ34S黃鐵礦(0.7‰)>δ34S黃銅礦(0.1‰)>δ34S方鉛礦(-16.4‰)的變化規(guī)律，其中石膏和方鉛礦測試數(shù)據(jù)較少但數(shù)值較大，可能與熱液晚期物化環(huán)境和圍巖沉積硫參與有關(guān)，但上述總體表明區(qū)內(nèi)硫同位素已基本達到平衡。

圖3 木吉村礦田主要硫化物硫同位素組成Fig.3 Sulfur isotopic composition of primary sulfide ore from the Mujicun orefield

為便于區(qū)域?qū)Ρ?，綜合太行山中、北段石湖金礦、大灣鉬礦、木吉村銅(鉬)礦等16個礦床150多件樣品可見[15]，無論是太行山中段，還是北段，盡管礦種有差別，成礦時限有差異，產(chǎn)出的空間位置各異，但硫同位素差別很小，絕大多數(shù)均界于-2‰～2‰，應(yīng)為深源硫，說明區(qū)域上成礦具有相對一致的深部硫的物質(zhì)來源。

3.2 鉛同位素特征

鉛有4種穩(wěn)定同位素：204Pb、206Pb、207Pb和208Pb，其中204Pb為非放射性成因，206Pb、207Pb和208Pb為放射性成因，鉛同位素比值是目前判斷礦石鉛來源的一種相對有效的方法。

對比本礦區(qū)礦石硫化物(黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、輝鉬礦)和閃長玢巖共計20件樣品鉛同位素組成數(shù)據(jù)(表3)可見：礦石鉛同位素206Pb/204Pb=15.566 0～17.072 0，平均16.547 0；207Pb/204Pb=15.031 0～15.523 0，平均15.258 0；208Pb/204Pb=36.292 0～37.375 0，平均36.721 0。將各礦段硫化物鉛同位素投點于演化圖(圖4)上，可見浮圖峪礦段1個樣落于造山帶演化線外(茅兒峪個別樣品位于下地殼之下，可能為制樣至測試過程中的偏差所致)，其余各礦段礦石的硫化物鉛、閃長玢巖巖石鉛均屬地幔鉛演化線附近和地幔與下地殼鉛演化線之間，說明成巖成礦物質(zhì)源自深部，與硫同位素標(biāo)示的信息一致。

圖4 木吉村礦田鉛同位素演化圖(底圖據(jù)文獻[16])Fig.4 Tectonic evolution mode of lead isotope in the Mujicun orefield(base map after reference[16])

位置產(chǎn)狀測試礦物δ34S/‰資料來源位置產(chǎn)狀測試礦物δ34S/‰資料來源木吉村斑巖型黃銅礦-0.4本文小立溝熱液疊加矽卡型黃銅礦0.8表注①黃鐵礦-1.5本文黃銅礦0.2表注①黃鐵礦-0.3本文黃銅礦0.0表注①黃鐵礦0.5本文黃鐵礦1.1表注①石膏14.2本文黃銅礦0.4表注①黃鐵礦-3.0本文黃銅礦1.3表注①黃鐵礦2.0本文黃銅礦0.8表注①黃鐵礦0.4本文黃銅礦0.8表注①石膏10.8本文黃銅礦0.2表注①石膏11.0本文黃銅礦0.2表注①黃銅礦1.7表注①黃銅礦0.3文獻[1]黃鐵礦0.6表注①黃銅礦-0.6文獻[1]黃鐵礦2.0表注①黃銅礦-1.1文獻[1]黃鐵礦2.6表注①黃銅礦-0.4文獻[1]黃鐵礦2.4表注①黃銅礦-1.0文獻[1]黃鐵礦2.0表注①黃銅礦-0.8文獻[1]黃鐵礦0.4表注①黃銅礦-0.1文獻[1]石膏15.2表注①黃銅礦-0.3文獻[1]茅兒峪矽卡巖型黃鐵礦1.2本文黃銅礦-0.3文獻[1]黃鐵礦0.4本文黃銅礦-0.1文獻[1]輝鉬礦1.3表注①黃鐵礦0.6文獻[1]黃銅礦1.6表注①黃鐵礦1.8文獻[1]黃鐵礦0.6表注①黃鐵礦3.2文獻[1]黃銅礦-3.3表注①黃鐵礦1.1文獻[1]浮圖峪熱液疊加矽卡巖型黃銅礦0.3表注①黃鐵礦1.0文獻[1]黃銅礦0.3表注①黃鐵礦0.5文獻[1]黃銅礦0.3表注①鴿子嶺矽卡巖型黃銅礦-0.3本文黃銅礦0.6表注①黃鐵礦-3.5本文黃銅礦-0.3表注①刺溝熱液型方鉛礦-16.4文獻[1]黃鐵礦-0.6表注①黃鐵礦0.6表注①黃鐵礦2.1表注①黃銅礦0.3表注①黃銅礦-1.1表注①黃鐵礦-0.2表注①

注：①太行山科研隊.太行山構(gòu)造巖漿帶對金屬礦的控制研究.石家莊:河北地質(zhì)學(xué)院，1993.

表3 木吉村礦床(田)鉛同位素組成

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，太行山中、北段石湖金礦、木吉村銅(鉬)礦、大灣鉬礦、浮圖峪銅鉬礦等15個礦床73件樣品鉛同位素數(shù)據(jù)[15]，206Pb/204Pb為15.77～17.42，207Pb/204Pb為15.09～15.45，208Pb/204Pb為36.29～38.74，鉛同位素變化值大致界于地幔至造山帶之間?？梢姡猩降貐^(qū)成礦物質(zhì)鉛的來源應(yīng)以深部為主，有不同程度的殼源物質(zhì)加入。

3.3 碳、氫、氧同位素特征

石英的氫氧同位素數(shù)值對于判別熱液礦床成礦流體的來源和性質(zhì)具有指示作用。將本次測試數(shù)據(jù)和已收集到的氫、氧、碳同位素分別統(tǒng)計(表4)可見如下特點。

一般認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)巖漿水δ18OH2O為5‰～10‰，δD為-40‰～-80‰，δ13C為-5‰～-8‰。礦區(qū)內(nèi)37個石英、(穆)磁鐵礦、石榴石、黃銅礦、鏡鐵礦、綠簾石、方解石包裹體的氧同位素δ18O為-12.40‰～9.00‰，極差21.40‰，平均值-2.92‰，分布范圍較寬。利用測試樣品流體包裹體均一溫度平均值及石英-水的氧同位素分餾方程(1 000 lnα石英-水=3.38×106T-2-3.40，3.38和-3.40為石英和水之間氧同位素分餾作用常數(shù)，α為分餾系數(shù)，T為絕對溫度，K)[17]，可以獲得與石英達到平衡時成礦熱液的δ18OH2O值。本區(qū)31件δ18OH2O值為-10.64‰～7.70‰，極差18.34‰，平均值-1.47‰，較標(biāo)準(zhǔn)巖漿水低。其中外帶矽卡巖期礦物δ18OH2O=0.35‰～5.07‰，平均3.00‰，與巖漿水接近。熱液疊加期鏡鐵礦和石英中δ18OH2O=-6.45‰～6.31‰，平均-3.38‰，晚期方解石中δ18OH2O=-10.64‰～-8.92‰，平均-9.57‰。從矽卡巖期到熱液期，隨成礦階段推移成礦介質(zhì)δ18OH2O值趨于降低，說明大氣降水成分逐漸增加。

12件樣品δD值為-148.4‰～-89.0‰，極差為59.4‰，平均值為-113.7‰，低于巖漿巖δD值域。將本課題組8個δ18OH2O和δD值投入δD-18OH2O坐標(biāo)圖上(圖5)。投影點落點為原生巖漿水的左下方，表明礦區(qū)的成礦溶液具有以巖漿水為主并混入大氣降水的混合水特點。

表4 木吉村礦床(田)氫、氧、碳同位素特征

Table 4 Feature of hydrogen, oxygen, and carbon isotope composition in the Mujicun copper-molybdenum polymetallic deposit (orefield)

位置產(chǎn)狀序號測定對象均一溫度/℃δD/‰δ18O/‰δ18OH2O/‰δ13C/‰資料來源內(nèi)帶木吉村礦床斑巖型1石英340-133.05.52-0.72文獻[1]2石英355-97.08.012.20文獻[1]3石英244-93.09.000.25本文4石英173-111.07.905.70本文5石英247-112.08.200.92本文6石英334-89.04.301.48本文矽卡巖型7磁鐵礦403×-105.0-3.707.70本文8磁鐵礦403×-139.03.100.89本文9石榴石-148.4文獻[1]熱液疊加型10黃銅礦-122.4文獻[1]11石英-94.1文獻[1]12鏡鐵礦-120.9文獻[1]外帶小立溝礦床矽卡巖型13石榴石450×2.034.47文獻[1]14透輝石-2.69文獻[1]15磁鐵礦403×-2.305.07文獻[1]16磁鐵礦403×-3.224.15文獻[1]17磁鐵礦403×-6.840.53文獻[1]18磁鐵礦403×-7.020.35文獻[1]19磁鐵礦403×-3.733.64文獻[1]20磁鐵礦403×-4.502.87文獻[1]熱液疊加型21石英385×-1.906.31文獻[1]22石英385×4.14-0.27文獻[1]23綠簾石332×-2.37文獻[1]24鏡鐵礦332×-10.81-4.86文獻[1]25鏡鐵礦332×-11.80-5.85文獻[1]26鏡鐵礦332×-12.40-6.45文獻[1]27鏡鐵礦332×-9.20-3.25文獻[1]28鏡鐵礦332×-9.90-3.95文獻[1]29鏡鐵礦332×-9.10-3.15文獻[1]30鏡鐵礦332×-10.80-4.85文獻[1]31鏡鐵礦332×-11.40-5.45文獻[1]32鏡鐵礦332×-11.40-5.45文獻[1]33穆磁鐵礦-4.00文獻[1]34穆磁鐵礦-3.90文獻[1]35穆磁鐵礦-3.40文獻[1]36穆磁鐵礦-3.90文獻[1]37方解石262×-3.20-9.52-2.34文獻[1]38方解石262×3.07-9.39-2.90文獻[1]39方解石262×-4.32-10.64-2.75文獻[1]40方解石262×-2.60-8.92-2.18文獻[1]41方解石262×-3.07-9.39-2.94文獻[1]

注：×為爆裂溫度。

圖5 木吉村銅(鉬)礦床δD-δ18OH2O組成圖(底圖據(jù)文獻[18])Fig.5 δD-δ18OH2O coordinate chart of the Mujicun copper-molybdenum polymetallic deposit(base map after reference[18])

一般認(rèn)為：有機質(zhì)平均δ13CPDB=-27‰，大氣δ13CPDB約為-8‰，淡水δ13CPDB=-9‰～-20‰，地殼δ13CPDB=-7‰，地幔δ13CPDB=-5‰～-7‰，火成巖δ13CPDB-3‰～-30‰。本區(qū)石英中的δ13C為-2.94‰～-2.18‰，極差0.76‰，平均為-2.62‰。與自然界某些已知地質(zhì)體中的δ13C相比，本區(qū)的δ13C應(yīng)屬地幔射氣和巖漿來源的碳同位素組成(-5‰～-2‰和-9‰～-3‰)[19]變化范圍，說明該區(qū)的碳酸鹽化屬巖漿熱液成因。

此外，從均一溫度或爆裂溫度來看，礦田從矽卡巖期到熱液期總體上有溫度逐漸降低的趨勢。另據(jù)前人[15]統(tǒng)計太行山中、北段不同構(gòu)造部位產(chǎn)出的銀硐金礦、石湖金礦、孔各莊金礦等17個金、銀多金屬礦床39件碳、氫、氧、硅同位素數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，δ18OH2O平均值為-5.6‰～7.6‰；δDSMOW值為-115.0‰～-64.0‰，表明區(qū)域氫、氧同位素均支持多金屬礦的成礦溶液主要來自巖漿水，有部分大氣水的加入。而太行山中、北段5個礦床8件石英中流體包裹體CO2的δ13CPDB值為-4.9‰～-3.5‰，表明金、銀多金屬礦床碳同位素屬于地幔射氣或巖漿來源范疇。

3.4 硅同位素特征

熱液成因的石英脈體的硅同位素與熱液中硅質(zhì)的來源有關(guān)，是成礦物質(zhì)的良好指示劑。本次分析的4個礦石石英δ30SiNBS-28值為-0.3‰～0.2‰(表5)，平均0.0‰，以及太行山中、北段石湖金礦、鐮巴嶺鉛鋅礦等7個多金屬礦床δ30SiNBS-28值為-0.1‰～0.3‰，平均0.1‰[15]，均位于熱液來源(-1.5‰～0.8‰)和生物成因硅質(zhì)巖(-1.1‰～1.7‰)范圍內(nèi)，接近火山噴發(fā)-化學(xué)沉積硅質(zhì)巖(-0.4‰～-0.5‰)，而與交代成因硅質(zhì)巖(2.4‰～3.4‰)相差甚遠[20-22]。到目前為止，太行山地區(qū)硅質(zhì)巖中至今尚未發(fā)現(xiàn)硅藻等生物結(jié)構(gòu)，可以排除生物成因的可能，它們應(yīng)主要由巖漿熱液來源SiO2經(jīng)化學(xué)作用形成。

表5 木吉村銅(鉬)礦床硅同位素分析結(jié)果

Table 5 Feature of silicon isotope in the Mujicun copper-molybdenum polymetallic deposit

樣品號巖(礦)石名稱樣品名稱δ30SiNBS-28/‰Fmj7202-6石英鉀長石化輝鉬礦礦石石英0.1Fmj7806-4石英硫化物礦石石英-0.3Fmj8204-1黃鐵礦化蝕變閃長玢巖石英-0.1Fmj7202-1黃銅礦化礦石石英0.2

3.5 錸同位素特征

前人在綜合分析、對比了中國各種類型鉬礦床中輝鉬礦的錸含量后，總結(jié)認(rèn)為從地幔到殼幔混源再到地殼，礦石中的含錸量大幅下降，從與幔源→Ⅳ型→S型花崗巖有關(guān)的礦床，含錸量從萬分之幾→十萬分之幾→百萬分之幾。因此，輝鉬礦的Re含量可以用作指示成礦物質(zhì)來源的指標(biāo)之一。此外，對全國斑巖型輝鉬礦Re-Os同位素測試數(shù)據(jù)進行了分析總結(jié)，并將其歸納為：成礦物質(zhì)來源是以地幔物質(zhì)為主的鉬礦，其輝鉬礦Re質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本為(100～1 000)×10-6；成礦物質(zhì)是具有殼?；旌显吹你f礦，其輝鉬礦中Re質(zhì)量大多在十幾微克至幾十微克；成礦物質(zhì)完全來自殼源的礦床，其輝鉬礦w(Re)為(1～n)×10-6或更低[23-25]。

本次采集3個鉆孔ZK7807、ZK7202、ZK7805銅鉬礦石中共計5個輝鉬礦樣品進行測試，其輝鉬礦w(Re)數(shù)值分別為266.50×10-6、142.30×10-6、225.70×10-6、23.65×10-6、53.52×10-6，平均值為142.33×10-6，位于前人[25]所劃分的地幔來源和部分殼幔混合源數(shù)據(jù)區(qū)間，也表明木吉村銅鉬礦的成礦物質(zhì)主要來源于地球深部。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過對木吉村礦田中木吉村銅(鉬)礦，浮圖峪、茅兒峪、小立溝鐵銅礦等礦床礦石硫、鉛、碳、氫、氧、硅、錸同位素進行測定、對比、分析發(fā)現(xiàn)：礦田中硫同位素主值域δ34S=-3.5‰～3.2‰，主平均值為0.3‰；鉛同位素206Pb/204Pb=15.566 0～17.072 0，平均16.547 0，207Pb/204Pb=15.031 0～15.523 0，平均15.258 0，208Pb/204Pb=36.292 0～37.375 0，平均36.721 0；碳同位素δ13C為-2.94‰～-2.18‰，平均為-2.62‰；硅同位素δ30SiNBS-28值域為-0.3‰～0.2‰，平均值為0.0‰；輝鉬礦w(Re)為(23.65～266.50)×10-6，平均值為142.33×10-6；δ18OH2O值為-10.64‰～7.70‰，極差18.34‰，平均值為-1.47‰，較標(biāo)準(zhǔn)巖漿水值稍低，δD值為-148.4‰～-89.0‰，極差為59.4‰，平均值為-113.7‰，略低于巖漿巖δD值域。上述數(shù)據(jù)特征表明：木吉村礦田成礦物質(zhì)主要來源于地球深部，呈現(xiàn)以幔源為主、殼幔混合特征，推測成礦元素甚至可能起源于核幔邊界，經(jīng)地幔熱柱多級演化呈反重力向上遷移演化，途中可能萃取、混染部分地殼成礦元素；成礦溶液以巖漿水為主，后期逐漸有少量大氣降水，少量數(shù)值較高或低可能與取樣數(shù)量或熱液演化階段有關(guān)。此外，從均一溫度或爆裂溫度來看，礦田從矽卡巖期到熱液期總體上有溫度逐漸降低的趨勢。

經(jīng)統(tǒng)計、對比太行山中、北段多金屬礦床同位素數(shù)據(jù)表明，區(qū)域上燕山期有一次較為統(tǒng)一的大成礦事件，且大多成礦物質(zhì)均具有來自于地球深部的特點。可進一步推測燕山期阜平幔枝構(gòu)造活動期間，有大量中酸性巖漿沿阜平幔枝構(gòu)造軸部上侵過程中將地球深部的成礦物質(zhì)和硫質(zhì)帶到地表淺部，并在合適的容礦空間、相應(yīng)的物理化學(xué)條件下富集成礦。

4.2 討論

幔枝構(gòu)造是地幔熱柱演化的三級構(gòu)造單元，主要由核部巖漿-變質(zhì)雜巖、外圍拆離滑脫層和上疊斷陷火山-沉積盆地組成。在具體研究礦田構(gòu)造控礦體系及其成礦作用時，主要觀點為大多數(shù)熱液礦床中金銀等多金屬深部成礦物質(zhì)伴隨地幔熱柱多級演化在地殼淺部幔枝構(gòu)造有利部位富集成礦，這已得到廣大學(xué)者們的運用和推廣。

木吉村礦田各礦床主要分布在閃長玢巖體及與其相關(guān)的構(gòu)造-矽卡巖帶中，它們自閃長玢巖巖體中心向外總體構(gòu)成斑巖型銅(鉬)-矽卡巖型鐵銅-熱液脈型鉛鋅等三位一體的銅多金屬礦田，處于不同構(gòu)造部位的上述三者主體則是巖漿-熱液體系不同演化階段的結(jié)果。結(jié)合幔枝構(gòu)造成礦控礦理論，本區(qū)深部礦源在上升過程中可混染少量殼源礦質(zhì)，在淺部不同的有利構(gòu)造部位成礦：當(dāng)?shù)V質(zhì)上升到巖體內(nèi)部有利部位時可形成斑巖型礦床；遇到巖體與圍巖接觸帶合適部位時可形成矽卡巖型礦床；遷移到圍巖淺部的有利構(gòu)造裂隙則可形成熱液脈型礦床。礦田范圍三者主成礦期總體上為一次大的成礦事件。鑒于成礦物質(zhì)主要來自于地球深部和巖體向南東側(cè)伏這一基本認(rèn)識，下一輪找礦應(yīng)注重閃長玢巖南東側(cè)伏方向的成礦熱液上行通道處等成礦有利部位，同時建議加強本礦田、礦床構(gòu)造專題的解剖研究。

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Discussion on the Ore-Forming Material Sources of Mujicun Copper (Molybdenum) Polymetallic Orefield in Laiyuan County, Hebei Province, China

Chen Chao1, Wang Baode1, Niu Shuyin1, Zhang Fuxiang1, Ma Baojun1, Zhang Jianzhen1, Sun Aiqun1, Wang Haitao1, Ma Guoxi2, Chen Zhikuan2, Wang Zili3

1.CollegeofResources,ShijiazhuangUniversityofEconomics,Shijiazhuang050031,China2.BaodingInstituteofGeologicalEngineeringandExplorationofHebeiProvince,Baoding071051,Hebei,China
3.NorthChinaBureauforGeologicalExploration,Tianjin300170,China

The Mujicun copper (molybdenum) polymetallic orefield in the Taihang Mountains, is located in the secondary faulted basin developed in the upper block of detachment zone on the west side of the neck of the dumbbell shaped Laiyuan igneous complex, the northeastern pitching end of the Fuping mantle branch structure. It is composed of porphyry copper (molybdenum) deposit, skarn iron-copper deposit and hydrothermal vein lead-zinc-silver deposit in periphery, and become the most perspective large-scale copper (molybdenum) polymetallic orefield in Hebei Province at present. Considering the study of ore-forming material sources is crucial for further understanding the metallogenesis of the deposit and the direction of ore-prospecting, authors tested and analyzed sulfur, lead, carbon, hydrogen, oxygen, silicon, and rhenium isotopic compositions in such minerals from the ore as chalcopyrite, galena, pyrite, molybdenite, magnetite, quartz and gypsum. The data showed that the major value ofδ34S changes from -3.5‰ to 3.2‰, with the average of 0.3‰;206Pb/204Pb from 15.566 0 to 17.072 0, with the average of 16.547 0;207Pb/204Pb from 15.031 0 to 15.523 0, with the average of 15.258 0;208Pb/204Pb from 36.292 0 to 37.375 0, with the average of 36.721 0;δ13C from -2.94‰ to -2.18‰, with the average of -2.62‰;δ30Si from -0.3 ‰ to 0.2 ‰, with the average of 0.0‰;w(Re) from 23.65 μg/g to 266.50 μg/g, with the average of 142.33 μg/g;δ18OH2O from -10.64‰ to 7.70‰, with the average of -1.47%,δD from -148.4‰ to -89.0‰, with the average of -113.7‰ which is less than that of the standard magmatic water. These isotopic data mentioned above show that the ore-forming materials were mainly derived from the deep source and the ore-forming solutions are mainly composed of magmatic water and partly of atmospheric water.

mantle branch structure; ore-forming material sources; ore-forming solution; copper (molybdenum ) deposit；Mujicun orefield; Taihang Mountains

10.13278/j.cnki.jjuese.201501109.

2014-04-05

全國危機礦山項目(20109901，20089948);國家自然科學(xué)基金項目(40872137);河北省自然基金項目(D2013403018)；石家莊經(jīng)濟學(xué)院博士基金項目(BQ201320)

陳超(1981——)，男，講師，博士，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與構(gòu)造成礦控礦的教學(xué)與科研工作，E-mail:goldcc@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201501109

P618.3

A

陳超，王寶德，牛樹銀，等. 河北省淶源縣木吉村銅(鉬)多金屬礦田成礦物質(zhì)來源探討.吉林大學(xué)學(xué)報:地球科學(xué)版,2015,45(1):106-118.

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