湘西起車鉛鋅礦同位素地球化學(xué)特征

陳帥奇，蔣啟生，陳渡平，邱駿挺，梁恩云

（1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長沙410116；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

湘西起車鉛鋅礦同位素地球化學(xué)特征

陳帥奇1，蔣啟生1，陳渡平1，邱駿挺2，梁恩云1

（1.湖南省地質(zhì)調(diào)查院，長沙410116；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

起車鉛鋅礦位于湘西—鄂西成礦帶內(nèi)，賦礦圍巖為奧陶系下統(tǒng)桐梓組與紅花園組灰?guī)r，礦體嚴(yán)格受地層、構(gòu)造控制，硅化和碳酸鹽化蝕變強(qiáng)烈。對礦床中閃鋅礦、方鉛礦、方解石等礦物的S－Pb－C－O－H同位素組成進(jìn)行了分析測試。測試結(jié)果表明，δ34S值為15.1‰～15.8‰，高于有機(jī)硫、地幔硫或巖漿硫；方解石中包裹體δ13C值為－1.7‰～1.1‰，δ18OV－SMOW值為12.3‰～19.0‰，與海相碳酸鹽巖一致；其206Pb/204Pb為18.214～18.247，207Pb/204Pb為15.674～15.711，208Pb/204Pb為38.154～38.278，顯示鈾鉛富集，釷鉛微弱虧損。同位素特征顯示成礦流體主要來自海相碳酸鹽巖的溶解，成礦物質(zhì)來源于容礦地層及下伏地層。嘗試提出礦床成因類型屬具層控特征的低溫?zé)嵋盒偷V床。

鉛鋅礦；同位素地球化學(xué)

起車鉛鋅礦位于湘西—鄂西成礦帶上，該帶分布有龍山洛塔鉛鋅礦田、保靖鉛鋅礦田、花垣漁塘鉛鋅礦田和鳳凰汞鉛鋅礦田。近年在該成礦帶上整裝勘查實(shí)現(xiàn)找礦重大突破（2011年全國十大找礦重大突破之一，2014年十大地質(zhì)找礦成果之一），使其有望成為全國最大的鉛鋅礦基地。目前，關(guān)于湘西鉛鋅礦成因認(rèn)識不盡一致，存在構(gòu)造控礦、沉積—改造型、海底噴流型、層控低溫?zé)嵋盒图癕VT型等觀點(diǎn)［1－10］。

起車鉛鋅礦是2011—2013年開展中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目時發(fā)現(xiàn)的小型礦床，本文依托區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，對起車鉛鋅礦進(jìn)行了同位素地球化學(xué)等方面的研究，從而為總結(jié)礦床特征及探討礦床成因提供依據(jù)，以期推進(jìn)該鉛鋅礦的綜合研究及加強(qiáng)該區(qū)找礦工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

保靖地區(qū)位于二級構(gòu)造單元揚(yáng)子陸塊內(nèi)，跨湘北斷褶帶和雪峰構(gòu)造帶兩個三級大地構(gòu)造單元＊（湖南省區(qū)域地質(zhì)志，待出版）。區(qū)內(nèi)主要經(jīng)歷了武陵運(yùn)動、雪峰運(yùn)動、加里東運(yùn)動、海西—印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動及喜馬拉雅運(yùn)動等發(fā)展階段。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡主要為北東向的斷裂和褶皺變形兩種形式；以保靖大斷裂為界，北西以褶皺變形為主，南東以斷裂構(gòu)造為主。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造雛形于武陵期孕育，雪峰期為水下隆起及坳陷，于加里東期最后定型，燕山期褶皺主要分布于區(qū)內(nèi)北西部侏羅山式褶皺變形區(qū)。斷裂則以保靖深大斷裂帶為主，由一系列平行、不同規(guī)模的高角度逆斷層組成，南東盤向北西盤自南東向北西向擠壓而成，該斷裂控制了中元古代以后兩側(cè)沉積、古生物、構(gòu)造、礦產(chǎn)等諸多地質(zhì)要素特征與演化［11－12］。在斷裂帶北西側(cè)發(fā)育有后期小規(guī)模的張性斷裂。

起車鉛鋅礦位于保靖深大斷裂北西盤，保靖背斜北西翼，距保靖深大斷裂帶14km。區(qū)內(nèi)出露地層簡單，為碳酸鹽巖沉積區(qū)，主要有寒武系婁山關(guān)組，奧陶系桐梓組、紅花園組、大灣組，為傾向北西近水平單斜巖層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為北東、北北東、北北西向及近東西向斷裂。礦區(qū)內(nèi)熱液活動強(qiáng)烈，遍布硅化和方解石化蝕變（圖1）。

圖1 起車鉛鋅礦地質(zhì)簡圖（據(jù)地質(zhì)圖修改）Fig.1 The geological sketch map of Qiche Pb－Zn Deposit（modified from geological map）1—婁山關(guān)組；2—桐梓組；3—紅花園組；4—大灣組；5—斷層；6—白云巖；7—灰?guī)r；8—泥灰?guī)r；9—硅質(zhì)帶；10—鉛鋅礦

2 礦床地質(zhì)

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦具有地層專屬性，賦存于奧陶系下統(tǒng)桐梓組與紅花園組碳酸鹽巖中，巖性主要為藻（礁）灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。

賦礦圍巖為奧陶系紅花園組藻（礁）灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀290°∠16°。硅化脈呈北北東向似層狀分布在紅花園組中，礦體則分布在似層狀硅化脈內(nèi)，并嚴(yán)格受其控制，礦體在走向與傾向上均局部存在尖滅再現(xiàn)特征，尖滅再現(xiàn)間距一般為10～50 m，其走向穩(wěn)定性好于傾向，礦體呈北北東10°～30°走向，產(chǎn)狀平緩（傾角5°～20°），礦體局部呈囊狀、雞窩狀產(chǎn)出。礦體沿走向延伸長100～250m，沿傾向延伸長20～100m，厚0.2～5.0m，平均厚度1.5～2.7m，厚度變化大且礦化不均勻。

2.2 礦石特征

礦石的組成極為簡單，礦石礦物主要為閃鋅礦、氧化鋅，少見方鉛礦，偶見孔雀石。脈石礦物主要為石英，次為方解石，屬閃鋅礦—石英—碳酸鹽巖組合。

礦石的結(jié)構(gòu)主要為他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造與蜂窩狀構(gòu)造（圖2、3），另有少量氧化鉛鋅礦石賦存于具蜂窩狀構(gòu)造的硅化蝕變帶中。

圖2 浸染狀閃鋅礦Fig.2 Disseminated sphalerite

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變與礦化關(guān)系極為密切，奧陶系灰?guī)r中蝕變類型主要為硅化，次為碳酸鹽巖化，硅化蝕變體呈似層狀或脈狀分布，厚度不均，延伸200～2 000m，此外，還常伴隨弱黃鐵礦化。它們都屬于較典型的低溫?zé)嵋盒臀g變。

圖3 團(tuán)塊狀閃鋅礦Fig.3 Nodular sphalerite

3 礦床地球化學(xué)特征

在對礦區(qū)重點(diǎn)檢查的基礎(chǔ)上，選取主礦體主成礦階段形成的代表性樣品為研究對象，方鉛礦樣品采自脈型礦脈，閃鋅礦樣品采自浸染狀礦脈，方解石樣品采自與礦脈共生的方解石脈，石英樣品采自與礦脈共生的硅化帶中。

對所采樣品在雙目鏡下挑選高純度單礦物，碎樣至－74μm。其中在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心進(jìn)行C、S、O、H同位素測試，測試儀器為MAT253型穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀，采用的國際標(biāo)準(zhǔn)為CDT，分析精度為±0.2‰。在國土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行Pb同位素測試，使用熱電離質(zhì)譜計(jì)MAT－261（0382）按照DZ/T0184方法測試。同位素分析方法參見相應(yīng)文獻(xiàn)介紹。

3.1 鉛同位素

對其熱液脈型方鉛礦、閃鋅礦礦物樣品進(jìn)行了鉛同位素測試。測試結(jié)果如表1所示。

表1 起車鉛鋅礦硫、鉛同位素Table 1 Sulfur and lead isotopic compositions of Qiche Pb－Zn Deposit

從表1可以看出，起車鉛鋅礦不同礦脈硫化物單礦物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值浮動范圍較小，差別不明顯，表明其物質(zhì)來源具有一致性，即不同礦脈的鉛物質(zhì)來源具有同一性。

206Pb/204Pb為18.214～18.247，均值為18.233；207Pb/204Pb為15.674～15.711，均值為15.695；208Pb/204Pb為38.154～38.278，均值為38.226。三組礦石中206Pb/204Pb均高于18.20，207Pb/204Pb大于15.60，顯示鈾鉛富集明顯。208Pb/204Pb值在39.00以下，說明釷鉛存在虧損。正常鉛μ值范圍（8.686～9.238），而礦石中鉛μ值范圍介于9.63～9.70，遠(yuǎn)高于正常鉛μ值，依據(jù)Doe等的標(biāo)準(zhǔn)（μ值﹥9.58為上地殼，μ值﹤9.58為下地幔），成礦物質(zhì)來源顯示出明顯上地殼的特征；而ω值介于37.11～37.85，也高于正常鉛ω值（35.55±0.59）。以上數(shù)據(jù)特征說明，起車鉛鋅礦相對富集鈾鉛、虧損釷鉛，且鉛源物質(zhì)成熟度較高，成礦物質(zhì)鉛源具有上地殼的特征。

為進(jìn)一步確定鉛物質(zhì)來源，利用207Pb/204Pb—206Pb/204Pb進(jìn)行投圖（圖4），發(fā)現(xiàn)樣品落在上地殼演化線附近，表明鉛來自較高成熟度的物源區(qū)，相當(dāng)于上地殼。綜合起車鉛鋅礦鉛同位素特征，起車鉛鋅礦鉛源為殼源鉛，根據(jù)區(qū)內(nèi)地層含礦元素測試結(jié)果＊，鉛源主要來自于容礦地層，下伏地層可能貢獻(xiàn)部分鉛源。

圖4 起車鉛鋅礦鉛同位素構(gòu)造模式圖（據(jù)Doe et al，1979）Fig.4207Pb/204Pb versus206Pb/204Pb diagram of Qiche Pb－Zn Deposit（after Doe et al，1979）

雖然鉛同位素組成不能作為定年依據(jù)，但其結(jié)果仍具有一定的參考價值。方鉛礦等礦物含U、Th量極低或基本不含U、Th等能產(chǎn)生放射性成因鉛的母體元素，硫化物形成后不會再有放射性成因鉛加入，其鉛同位素比值保持基本穩(wěn)定。因此礦石鉛同位素比值決定于鉛源、流體運(yùn)移通道和參與水巖作用的賦礦圍巖。成礦流體的源區(qū)、賦礦圍巖和運(yùn)移通道圍巖一定早于礦床存在，這就決定鉛模式年齡一般大于實(shí)際成礦年齡［14］，本次采用Holmes Houtermans法通過線性內(nèi)插（H－H模式）［15］，計(jì)算出礦床3組鉛模式年齡值（397Ma、404Ma、423 Ma）非常接近，低于其賦礦地層年齡，據(jù)此認(rèn)為該區(qū)礦床形成在加里東末期。

3.2 硫同位素

從表1可以看出，起車鉛鋅礦中金屬硫化物的δ34S值介于15.1‰～15.8‰，極差0.7‰，變化范圍較小，以富含淺部重硫?yàn)樘卣?。由于流體在運(yùn)移過程中存在物理化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物的δ34S要低于初始流體系統(tǒng)的δ34S。起車鉛鋅礦硫化物δ34S均為較高正值，推斷初始流體系統(tǒng)的δ34S應(yīng)為更高的正值［16－17］。結(jié)合硫化物礦床硫的來源分類，如此高的正值難以直接來自地幔硫或混合硫（δ34S＝0～＋2‰）、生物成因硫（δ34S為很低的負(fù)值、富δ32S），僅可能來自含沉積硫酸鹽（海相沉積物）的巖石建造變質(zhì)脫水。依此特征，起車鉛鋅礦其硫源主要來自于下伏海相硫酸鹽地層。

3.3 碳、氧同位素

賦礦圍巖主要為奧陶系碳酸鹽巖，脈石礦物方解石與礦化關(guān)系緊密，對方解石碳、氧同位素的測定能判定其流體來源，碳氧同位素測定結(jié)果見表2。

表2 起車鉛鋅礦方解石碳氧同位素值Table 2 C and O isotope values of calcite in Qiche Pb－Zn Deposit/‰

已有研究結(jié)果表明，地質(zhì)流體中CO2源區(qū)大致有3個［18］，即有機(jī)質(zhì)脫羥基和氧化作用（δ13CV－PDB＝－30‰～－15‰，平均－22‰）［19－21］、地幔去氣和巖漿結(jié)晶分異作用（δ13CV－PDB分別為－5‰～－2‰、－9‰～－3‰）、海相碳酸鹽巖溶解和去碳酸作用（δ13CV－PDB＝0±4‰）［21］，不同源區(qū)CO2的碳、氧同位素分餾趨勢不同。

把起車鉛鋅礦脈石礦物的碳、氧同位素?cái)?shù)據(jù)投至δ13CPDB－δ18OSMOW圖中（圖5），樣品點(diǎn)落在花崗巖與海相碳酸鹽巖之間，分布在低溫蝕變區(qū)和碳酸鹽溶解作用區(qū)。根據(jù)區(qū)域內(nèi)廣泛存在碳酸鹽巖而無巖漿巖巖體的存在，判斷脈石礦物方解石來源于碳酸鹽巖的溶解，進(jìn)一步指示海相碳酸鹽巖的溶解是起車鉛鋅礦成礦流體的主要來源。

起車鉛鋅礦物質(zhì)來源為殼源，主要來自于容礦地層，可能兼有下伏地層鉛源。成礦時代可能為加里東末期，成礦熱液流體主要為地層水，還有大量雨水的加入。

圖5 起車鉛鋅礦方解石δ13CPDB－δ18OSMOW圖（底圖據(jù)劉建明等，1997；劉家軍等，2004；毛景文等，2002；修改）Fig.5δ13CPDB－δ18OSMOWdiagram of calcite in Qiche Pb－Zn Deposit（modified after Liu et al.，1997；Liu et al.，2004；Mao et al.，2002）

3.4 氫、氧同位素

本次工作僅對起車鉛鋅礦含礦石英脈采集一個樣品進(jìn)行測試，考慮到樣品的單一性，其氫、氧同位素僅供參考。含礦石英脈測試結(jié)果：δDV－SMOW＝－73.0，δ18OV－SMOW＝17.9。該結(jié)果接近變質(zhì)水［25］，這是因?yàn)橘x礦圍巖為奧陶系碳酸鹽巖，其富含δ18O，不含氫或含氫極低，與大氣降水含氫相比可忽略不計(jì)，當(dāng)大氣降水在下滲過程中與圍巖主要發(fā)生氧同位素平衡交換，造成成礦溶液的氧同位素較大氣降水的偏重，而氫同位素基本不變。

4 探討及結(jié)論

保靖深大斷裂為很好的導(dǎo)礦構(gòu)造，海相碳酸鹽巖的溶解熱液將活動性較強(qiáng)Pb、Zn等元素從地下深處或沉積地層中活化、遷移、攜帶出來，由于溫度和壓力等物理化學(xué)條件的改變，金屬成礦物質(zhì)會在適當(dāng)?shù)臉?gòu)造空間中沉淀成礦流體，在深大斷裂附近的斷裂、裂隙、節(jié)理、層間薄弱帶中富集成礦，形成熱液脈型礦石。

同位素特征表明，起車鉛鋅礦物質(zhì)來源為殼源，主要來自于容礦地層本身，可能兼有下伏地層鉛源。成礦時代可能為加里東末期，成礦流體主要為地層建造水，還有大量雨水的加入。參考同類型的臨區(qū)花垣鉛鋅礦成礦溫度和深度，成礦流體溫度為100～180℃，以低溫為主，成礦深度不超過1.5km［9－10，26］，起車鉛鋅礦屬具層控特征的淺成低溫?zé)嵋盒偷V床。

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The isotopic geochemistry characteristics of Qiche Pb－Zn Deposit in Western Hunan Province

CHEN Shuaiqi1，JIANG Qisheng1，CHEN Duping1，QIU Junting2，LIANG Enyun1
（1.Hunan Institute of Geological Survey，Changsha 410116，China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Qiche Pb－Zn Deposit is located in Western Hunan－Hubei metallogenic belt，which is hosted in the lower Ordovician Honghuayuan and Tongzi group limestone.The ore bodies，whose wall rocks are strongly silicification and calcitization altered，are obviously controlled by strata and regional structures.This paper presents new tests and analysis for the mineral S－Pb－C－O－H isotopic compositions such as galena，sphalerite，and calcite in this deposit.As the result shows，theδ34S values of the ore minerals are from＋15.1‰to＋15.8‰，higher than those of organic matter，mantle and magmatic rocks.Theδ13CCO2values of its ore－fluids vary from－1.7‰to＋1.1‰and theδ18O values of the ore minerals from 12.3‰to 19.0‰，which is consistent with those of the marine carbonate.The ore minerals have a unified lead isotope compositions，with206Pb/204Pb＝18.214～18.247，207Pb/204Pb＝15.674～15.711，208Pb/204Pb＝38.154～38.278，indicating the samples are enriched in uraniumrelated lead，but depleted in thorium－related lead.The isotopic characteristics indicate that the ore－forming fluid mainly source from the dissolution of marine carbonate rocks，while the ore－forming materials came from the ore hosting strata and lower strata.The deposit belongs to the epithermal deposit rich in strata bound.

Pb－Zn Deposit；isotopic geochemistry

TD15

A

1671－4172（2015）05－0041－06

中國地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（212011120785）

陳帥奇（1984－），男，工程師，碩士，應(yīng)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)及礦產(chǎn)調(diào)查工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.009

＊ 湖南省地質(zhì)調(diào)查院《湖南省區(qū)域地質(zhì)志》第七篇，柏道遠(yuǎn)

＊湖南省地質(zhì)調(diào)查院.2014.1∶5萬隆頭鎮(zhèn)幅、普戍幅、里耶幅、保靖縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告。