云南易門銅廠銅礦床C、O同位素組成及其地質(zhì)意義

肖術(shù)安，李 峰，王 蓉，余 璨，呂俊男

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院， 云南昆明 650093)

?

云南易門銅廠銅礦床C、O同位素組成及其地質(zhì)意義

肖術(shù)安，李 峰，王 蓉，余 璨，呂俊男

(昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院， 云南昆明 650093)

易門銅廠礦床是滇中易門銅礦帶中的Cu品位較低的大型礦床，是礦帶中的一種代表性礦床。礦區(qū)發(fā)育沉積-成巖型銅礦(銅廠式)和熱液脈狀銅礦(大尖山式)兩種礦(化)體，成礦地質(zhì)作用較特殊。本文系統(tǒng)分析兩類礦體和賦礦碳酸鹽地層的C、O同位素組成。結(jié)果表明，銅廠式礦石中白云石的δ13CPDB=-3.7‰～1.4‰，平均值-0.1‰，δ18OSMOW=19.7‰～21.7‰，平均值20.8‰，與賦礦碳酸鹽地層(落雪組)中的白云石C、O同位素組成一致，均在正常海相沉積碳酸鹽巖的范圍，且受成巖期后作用的影響小，具有典型的沉積-成巖成因標(biāo)志。尖山式礦體的脈石礦物方解石的δ13CPDB=-3.7‰～0.1‰ (均值為-1.5‰)，δ18OSMOW=11.9‰～17.0‰(均值為14.1‰)，與沉積-成巖型礦體和賦礦碳酸鹽地層的C、O同位素組成明顯不同，在δ13CPDB-δ18OSMOW圖上集中于巖漿碳酸巖與海相碳酸鹽巖之間的狹小范圍內(nèi)，指示其成礦流體與幔源或深部巖漿活動(dòng)有關(guān)，為殼-?；旌狭黧w。其中殼源組分可能主要由礦區(qū)碳酸鹽地層提供，而幔源組分則可能與晉寧-澄江期基性巖漿活動(dòng)過程中的去氣作用有關(guān)。C、O同位素組成證據(jù)說明，銅廠礦區(qū)層狀銅礦和脈狀銅礦的成礦作用類型不同，成礦流體也不具同源性，是典型的沉積-成巖型+熱液疊加型礦床。

C、O同位素組成 成礦流體 成因類型 易門銅廠

0 引 言

易門銅礦帶位于南北向易門斷裂與綠汁江斷裂夾持的地段中(圖1)，礦體產(chǎn)于元古界昆陽(yáng)群中，可分東、西兩個(gè)礦帶(孫家驄，1995)。東部礦帶包括獅子山、里士、銅廠和七步郎等礦床。西部礦帶以獅山和鳳山銅礦床最為典型。前人對(duì)易門銅礦帶做了大量研究工作，但對(duì)典型礦床的研究主要集中在獅子山、三家廠、鳳山等礦床。銅廠礦區(qū)是東礦帶的重要礦床之一，資源規(guī)模達(dá)大型，因礦體的銅品位偏低，對(duì)其研究程度一直較薄弱，相關(guān)研究文獻(xiàn)極少。關(guān)于銅廠礦床的成因，主要有層控中溫?zé)嵋旱V床(吳禮錕，1983)、沉積-改造型礦床(涂光熾，1984)、沉積-成巖改造礦床(冉崇英等，1981，1993，2015)、海相沉積(變質(zhì))型礦床(王之田等，1988)等觀點(diǎn)。雖然前人對(duì)礦床成因的歸類有些差異，但在礦體產(chǎn)出及礦石組構(gòu)等宏觀特征方面，已均注意到銅廠礦區(qū)層狀礦與脈狀礦共存的基本事實(shí)，而且傾向性認(rèn)為層狀礦主要形成于沉積-成巖期，脈狀礦形成于成巖期-成巖期后，均強(qiáng)調(diào)層狀礦與脈狀礦的成礦物質(zhì)來自賦礦層和下伏因民組紫色層，具有近源性和同源性。然而，由于缺乏應(yīng)有的礦床地球化學(xué)資料數(shù)據(jù)的支持，層狀礦與脈狀礦的成因及其物質(zhì)來源是否相同等問題，一直未解決。本文在對(duì)銅廠礦床成礦地質(zhì)特征詳細(xì)分析研究的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)采集兩種礦石樣品進(jìn)行C、O同位素測(cè)定，為兩種礦體的成礦物質(zhì)來源及礦床成因提供新的證據(jù)。

圖1 易門銅廠區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)冉崇英等，1993)Fig.1 Geological map of the Tongchang mining area ofYimen (after Ran et al.,1993) Ptk1-下昆陽(yáng)亞群；Ptk2j-軍哨組；Ptk2l-綠汁江組；J-K-侏羅系-白堊系；V-火山巖；1-花崗巖；2-不整合面；3-地層界線；4-壓性斷裂；5-扭性斷裂；6-性質(zhì)不明斷裂；7-背、向斜軸；8-銅產(chǎn)地Ptk1-Sub-Kunyang Group; Ptk2j-Junshao Formation; Ptk2l-Lvzhijiang Formation; J-K-Jurassic-Cretaceous; V-volcanics; 1-granite; 2-unconformity surface; 3-geological boundary; 4-compressional fracture; 5-shear fracture; 6-unknown nature fracture; 7-anticlinal (synclinal) axis; 8-copper producing area

1 礦床地質(zhì)特征

易門銅廠銅礦區(qū)位于云南省易門縣以西26km處，出露的地層由老到新有昆陽(yáng)群大龍口組(Pt2d)、美黨組(Pt2m)、因民組(Pt2y)、落雪組(Pt2l)和鵝頭廠組(Pt2e)。其中，落雪組(Pt2l)為礦區(qū)的主要含礦層位，含礦層巖性以白云巖為主，部分為板巖。NE向銅廠向斜為礦區(qū)主體構(gòu)造，向斜南東翼發(fā)育F1、F2縱向斷層，礦體沿銅廠向斜南東翼及F1、F2斷續(xù)分布。除NE向主干構(gòu)造外，礦區(qū)還發(fā)育較多的次級(jí)NW向斷層，它們多切割含礦層或礦體，但錯(cuò)距總體較小(圖2)。根據(jù)礦化類型及其空間分布特征，由北向南，可分為大尖山-新莊礦段、銅廠礦段和小馬山礦段。其中，銅廠礦段礦體主要沿落雪組二段(Pt2l2)白云巖分布，沉積-成巖成因標(biāo)志清楚，層控性典型。大尖山-新莊礦段和小馬山礦段的礦體主要沿?cái)嗔褞Х植?，熱液充填成因?biāo)志清楚，穿層性顯著。

詳細(xì)調(diào)研表明，銅廠礦區(qū)兩種不同成因類型銅礦的地質(zhì)特征差異顯著：

(1)沉積-成巖型銅礦 礦體主要沿落雪組二段灰白色白云巖中分布，成層性好，嚴(yán)格受層位(Pt2l2)及巖性控制，沿走向及傾向的延伸較穩(wěn)定。主要礦石礦物為斑銅礦，黃銅礦稀少，斑銅礦呈微細(xì)粒(Φ=0.05mm～0.5mm)沿白云巖中微細(xì)層理面和縫合線分布，或呈微粒浸染狀充填于白云石粒間空隙中，構(gòu)成典型的紋層狀構(gòu)造、縫合線構(gòu)造、韻律條帶狀和浸染狀構(gòu)造等。礦體的Cu品位總體偏低，一般在0.1%～0.5%之間，但規(guī)模較大，連續(xù)性較好，構(gòu)成礦區(qū)的主要成礦類型。礦石中除白云石變質(zhì)重結(jié)晶外，其它蝕變微弱，同生礦化特征典型。

(2)熱液脈狀銅礦 礦體沿F1、F2及其旁側(cè)裂隙帶斷續(xù)分布，可見于因民組、落雪組和鵝頭廠組等不同地層巖性中。在主斷層帶中，可形成由密集細(xì)(薄)-網(wǎng)脈帶構(gòu)成的厚大富礦體。如新莊南西礦體，受F1斷裂破碎帶控制，產(chǎn)于鵝頭廠組炭質(zhì)板巖與白云巖接觸部位，走向長(zhǎng)420m～500m，厚1.50m～11.28m，平均品位0.73%。在主斷層旁側(cè)節(jié)理裂隙帶，則形成稀疏分布的細(xì)-網(wǎng)脈狀礦化帶，如銅廠礦段ZK10-2 和ZK10-3等鉆孔，深部由落雪組一段至落雪組二段，均可見后期黃銅礦-方解石(重晶石)脈和黃銅礦-石英細(xì)脈疊加于層狀礦體中，脈幅寬度0.5cm～10cm不等，并穿切斑銅礦紋層。本類型銅的成礦作用，即可形成獨(dú)立的厚大富礦體(如大尖山、新莊和小馬山等)，也可在沉積-成巖型銅礦體中疊加細(xì)-網(wǎng)脈狀礦化帶(如銅廠礦段)，是貧礦帶中的富礦體。黃銅礦為主要的礦石礦物，脈石礦物有石英、方解石和白云石等。與礦石礦物共生的方解石均一溫度主要在100℃～220℃之間，屬中低溫范圍。

在空間分布上，沉積-成巖型礦化主要集中在銅廠礦段16線～19線之間，沿銅廠向斜東翼落雪組二段穩(wěn)定分布，該類成礦作用形成的礦體厚8m～128m，Cu品位0.3%，本文將其稱為銅廠式礦體。熱液脈狀礦化主要沿銅廠向斜東翼的縱向F1斷裂帶分布，在銅廠向斜東翼北段的大尖山-新莊-銅廠30號(hào)勘探線一帶形成斷續(xù)分布的脈狀-透鏡狀的陡傾礦體。如大尖山礦段最為典型，該類礦體厚度可達(dá)30m，延長(zhǎng)約500m，Cu平均品位0.6%，可稱大尖山式礦體。銅廠向斜南段的小馬山礦段，熱液脈狀礦化也較明顯。據(jù)已有勘探資料分析，小馬山0線、4線、8線等揭露到Cu品位0.8%、厚約10m的脈狀礦體。

由上可見，銅廠礦區(qū)除發(fā)育沉積-成巖型銅礦外，熱液脈狀也是重要的成礦作用類型。根據(jù)二者在空間上的疊合程度不同，可將銅廠礦區(qū)礦化類型區(qū)分為熱液脈狀礦為主的區(qū)段(大尖山-銅廠30線、小馬山礦段)、沉積-成巖型與熱液脈狀礦顯著疊加區(qū)段(銅廠20線～10線)、沉積-成巖型礦化為主的區(qū)段(銅廠10線～19線及西部層狀礦體延深區(qū))。今后在該區(qū)實(shí)施地質(zhì)找礦工作時(shí)，應(yīng)高度注意此問題，有針對(duì)性地順層或沿構(gòu)造帶部署找礦工程。

2 樣品采集及分析測(cè)試結(jié)果

2.1 樣品來源

本文研究所用的測(cè)試樣品采集于銅廠礦區(qū)銅廠礦段和尖山礦段，取自鉆孔巖芯和坑道，其中：無(wú)礦地段地層巖性(白云巖)樣品32件，主要取自落雪組(Pt2l)一段至三段白云巖，少量取自鵝頭廠組(Pt2e)和因民組(Pt2y)白云巖夾層；沉積-成巖型礦石(含斑銅礦白云巖型礦石)樣品18件，取自落雪組(Pt2l)主要含礦巖性段；熱液脈狀礦石樣品13件，取自大尖山礦段和銅廠礦段的黃銅礦-(石英)-方解石脈。

2.2 分析測(cè)試方法

沉積-成巖型和熱液脈型樣品前處理過程不同，沉積-成巖型樣品取新鮮塊體，將適量樣品細(xì)碎至200目以下粉末；熱液脈型樣品主要從中挑取純凈的方解石礦物顆粒，用離子水清洗，晾干，再用瑪瑙研缽粉磨至200目以下粉末，稱量一部分粉末樣品用足量的HAc(醋酸)溶解，反應(yīng)完全后，保留未溶解的殘?jiān)?，清洗烘干稱重，后計(jì)算樣品碳酸鹽的含量。

樣品的C-O同位素分析測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室連續(xù)流質(zhì)譜儀實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，分析儀器為MAT252。采用的方法是磷酸分解法，該方法的原理是將樣品在恒溫下與純磷酸反應(yīng)生成CO2氣體，用MAT252對(duì)氣體進(jìn)行碳-氧同位素測(cè)定，分析精度為±0.2‰ (2σ)。碳同位素標(biāo)準(zhǔn)為PDB，氧同位素標(biāo)準(zhǔn)為PDB。其中沉積-成巖型碳酸鹽礦物的δ18OV-SMOW(‰)用δ18OV-SMOW(‰)=1.03091×δ18OV-PDB(‰)+30.91公式進(jìn)行換算。

2.3 碳、氧同位素測(cè)定結(jié)果

63件樣品 C、O同位素組成分析測(cè)試結(jié)果見表1和表2。不同礦石及圍巖中白云石或方解石的碳、氧同位素組成差異較顯著。

表1 易門銅廠礦區(qū)沉積-成巖型礦石及圍巖C、O同位素組成Table1 C-O isotopic compositions of sedimentary-diagenetic ore and wall rock in Yimen Tongchang mine

續(xù)表1

表2 易門銅廠礦區(qū)熱液脈狀礦石C、O同位素組成Table 2 C-O isotopic compositions of hydrothermal vein-type ore in Yimen Tongchang mine

沉積-成巖型礦石中白云石(表1中1號(hào)～18號(hào)樣)的δ18OSMOW值從19.7‰～21.7‰，極差2‰，集中區(qū)間為20‰～22‰(圖3b)，平均值20.8‰；δ13CPDB值從-3.7‰～1.4‰，極差5.1‰，集中區(qū)間為-1‰～1‰(圖3a)，平均值-0.1‰。

無(wú)礦白云巖(圍巖)中白云石(表1中19號(hào)～50號(hào)樣)的δ18OSMOW值從16.7‰～21.6‰，極差4.9‰，集中區(qū)間20‰～22‰(圖3b)，平均值20.2‰；δ13CPDB值從-1.9‰～1‰，極差2.9‰，集中區(qū)間-1‰～1‰(圖3a)，平均值-0.01‰。

熱液脈狀礦石中方解石(表2)的δ18OSMOW值從11.9‰～17.0‰，極差5.1‰，集中區(qū)間13‰～15‰(圖4b)，平均值為14.1‰；δ13CPDB值從-3.7‰～0.1‰，極差3.8‰，集中區(qū)間-4‰～0‰(圖4a)，平均值為-1.5‰。

圖3 沉積-成巖型礦石及其圍巖C、O同位素組成直方圖Fig.3 Histograms of the C-O isotopic compositions of sedimentary-diagenetic ore and wall rock

圖4 熱液脈狀型礦石C、O同位素組成直方圖Fig.4 Histograms of The C-O isotopic compositions of hydrothermal vein-type ore deposit in Yimen area a-沉積-成巖型礦石及其圍巖；b-熱液脈狀礦石a-sedimentary-diagenetic ore and wall rock; b-hydrothermal vein-type ore

3 不同礦石C、O同位素組成及地質(zhì)意義討論

3.1 沉積-成巖型礦石及其圍巖的C、O同位素組成

對(duì)測(cè)試結(jié)果綜合分析顯示，沉積-成巖型礦石與無(wú)礦白云巖(圍巖)中白云石的C、O同位素組成的變化范圍、平均值等均相似，既與Veizer(1974)提出的正常海相沉積碳酸鹽巖的δ13CPDB值(0‰)接近，又與前寒武紀(jì)沉積碳酸鹽巖δ18OSMOW平均值(20±4‰)基本一致(李兆龍等,1986)。在δ13CPDB-δ18OSMOW的相關(guān)圖上，二者的投點(diǎn)區(qū)集中在海相碳酸鹽巖區(qū)及其附近(圖5)。

前人研究表明，海相碳酸鹽的δ13CPDB值接近于0‰，而且穩(wěn)定性較好，不隨地質(zhì)時(shí)代而發(fā)生較大變化，基本保留原生碳酸鹽的碳同位素組成，能夠準(zhǔn)確反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境(華仁民等，1988；王宏偉等，2013)。銅廠礦區(qū)沉積-成巖型礦石及圍巖的C同位素組成不僅在數(shù)值上總體表現(xiàn)海相碳酸鹽巖的特征，在C、O同位素組成隨層位變化曲線圖上，δ13CPDB值雖略有變小趨勢(shì)，但變幅僅在-1‰～1‰之間(圖6)，也體現(xiàn)穩(wěn)定較均一的特點(diǎn)。尤其在落雪組主含礦層范圍內(nèi)，無(wú)論礦石還是圍巖，δ13CPDB總體穩(wěn)定在0‰附近。δ13CPDB變化小指示沉積環(huán)境變化小(關(guān)平等，2009)。δ13CPDB值變化略大的部位在落雪組一段(Pt2l1)與因民組(Pt2y)過渡帶及落雪組三段(Pt2l3)與鵝頭廠組(Pt2e1)過渡帶，應(yīng)與地層巖性由紫色層(Pt2y)→灰紫色泥質(zhì)白云巖(Pt2l1)→灰白色白云巖(Pt2l2)→青灰色白云巖(Pt2l3)→灰黑色炭質(zhì)層(Pt2e1)反映的沉積期氧化-還原條件變化有關(guān)。δ18OSMOW隨層位變化也具類似特征，基本保持20‰～22‰之間，穩(wěn)定較好。上述現(xiàn)象表明，沉積-成巖型礦石其無(wú)礦圍巖的C、O同位素組成分布區(qū)間和變化趨勢(shì)相同，在較大范圍內(nèi)保持其穩(wěn)定性，具有明顯的海相沉積成因特征。由此，我們認(rèn)為，銅廠式礦體應(yīng)屬典型的沉積-成巖作用產(chǎn)物，成礦物質(zhì)來自含礦層。

一般來講，碳酸鹽巖在沉積之后，受成巖、變質(zhì)和熱液蝕變作用等因素的影響，均會(huì)使碳、氧同位素發(fā)生變化(Verizeretal.，1976；陳衍景等，2000；祁進(jìn)平等，2005；劉德良等，2006；王安甲等，2008)。這種現(xiàn)象在礦區(qū)白云巖中有所表現(xiàn)，但以氧同位素組成變化相對(duì)較明顯。表1中13JS-5、ZK30-4-1、ZK30-4-2、ZK30-4-4樣品的δ18OSMOW為 16.7‰～18.0‰之間，相對(duì)沉積-成巖型礦石和無(wú)礦圍巖，δ18OSMOW值明顯偏小，介于熱液方解石與沉積-成巖白云石之間。在δ13CPDB-δ18OSMOW圖中(圖5)，部分沉積-成巖型礦石和無(wú)礦圍巖的投點(diǎn)落在海相碳酸鹽巖區(qū)外，有向原生碳酸巖區(qū)漂移的特點(diǎn)。仔細(xì)甄別表明，13JS-5、ZK30-4-1、ZK30-4-2、ZK30-4-4樣品取自熱液脈狀礦為主的區(qū)段(大尖山-銅廠30線)，圖5中向原生碳酸巖區(qū)漂移的樣點(diǎn)基本來自主含礦層(Pt2l2)之下的落雪組一段(Pt2l1)，它們均來自熱液活動(dòng)的中心地帶或相對(duì)深部。說明受成巖后熱液及變質(zhì)等作用的影響，礦區(qū)沉積-成巖型礦石及碳酸鹽巖的碳、氧同位素組成，除在熱液活動(dòng)較強(qiáng)的地段或深部層位發(fā)生局部變化外，并未產(chǎn)生重大影響，總體保留原生組成特征，具較好的地質(zhì)成因指示意義。

3.2 熱液脈狀礦石的碳、氧同位素組成特征

尖山式銅礦(化)體的13件熱液方解石的C、O同位素組成無(wú)論在變化范圍、平均值等方面，均與沉積-成巖型礦石及無(wú)礦圍巖有顯著差別(表2)。其中，δ18OSMOW平均值比圍巖小6.0‰，為14.1‰，位于火成巖(5‰～15‰) 的范圍內(nèi)(陳駿等，2004)；δ13CPDB平均值顯著偏離0值(-1.5‰)。在圖5上，投點(diǎn)集中于巖漿碳酸巖與海相碳酸鹽巖之間的狹小范圍內(nèi)，明顯靠近原生碳酸巖區(qū)。根據(jù)O’Neiletal.(1969) 的方解石-水體系平衡分餾方程(1000lnα方解石-水= 2.78×106/T2-3.39)，求得所對(duì)應(yīng)的成礦流體δ18OSMOW值為-3.1‰～6.0‰，具有鄭永飛等(2000)提出的正常巖漿水( 約5.5‰～9.0‰)的特征。

國(guó)內(nèi)外許多研究資料表明，在空間上與海相碳酸鹽巖有關(guān)、含δ18OSMOW又偏低的碳酸鹽礦物可能與火成活動(dòng)有成因聯(lián)系(華仁民等，1988)。例如：云南鶴慶老廠大型銀多金屬礦床中近礦圍巖(火成侵入體方向)的δ18OSMOW低于遠(yuǎn)礦碳酸鹽巖 (王宏偉等，2013)；華仁民等(1988)在研究東川銅礦床時(shí)，也得出兩類碳、氧同位素?cái)?shù)值，受熱液影響的δ18OSMOW平均值為(13.18‰)，明顯低于其他未受強(qiáng)烈變形和熱變質(zhì)形成的碳酸鹽巖(20.41‰)值。與國(guó)內(nèi)外一些礦區(qū)的碳酸鹽圍巖與巖漿熱液方解石氧同位素組成對(duì)比(表3)，也顯示銅廠礦區(qū)熱液方解石的O同位素組成基本落在巖漿熱液成因方解石范圍，指示本區(qū)脈狀礦石中的方解石不是碳酸鹽地層淋濾的產(chǎn)物。

圖5 易門銅廠銅礦床圖Fig.deposit in Yimen area 1-沉積-成巖型礦石及其圍巖；2-熱液脈狀礦石.1-sedimentary-diagenetic ore and wall rock; 2-hydrothermal veintype ore

圖6 ZK10-2 孔的C、O同位素組成的垂向變化Fig.6 Vertical variation of carbon-oxygen isotope composition in drilling borehole ZK10-2 1-砂質(zhì)板巖；2-黑色炭質(zhì)板巖；3-青灰色白云巖；4-灰白色硅質(zhì)白云巖；5-紫紅色含泥質(zhì)條帶白云巖；6-紫紅 色鈣質(zhì)板巖；7-沉積-成巖型銅礦體(化)；8-熱液脈狀銅礦體(化)1-silt-slate; 2-black carbonaceous slate; 3-cinerous dolomite; 4-hoary siliceous dolomite; 5-hoary amaranth argillaceous banded contains dolomite; 6-hoary amaranth calcareous slate; 7-sedimentary-diagenetic type copper orebody; 8-hydrothermal vein-type copper orebody

表3 一些礦區(qū)碳酸鹽巖圍巖與熱液方解石的δ18OSMOW(‰)值(據(jù)華仁民等，1988)Table 3 Comparison of δ18OSMOW(‰) in carbonate host rocks and hydrothermalcalcite from selected areas(after Hua et al.,1988)

陳思堯等(2013)在研究羊拉銅礦時(shí)，曾對(duì)成礦熱液中碳的來源做過研究和總結(jié)，指出其來源主要有3種：①地幔射氣或巖漿來源的δ13CPDB值為-5‰～-2‰(Tayloretal.，1986)；②有機(jī)碳來源，δ13CPDB為-30‰～-15‰(Hoef，1997)；③海相碳酸鹽來源的δ13CPDB值為0±4‰(Veizeretal.，1976)。易門銅廠熱液脈狀方解石的δ13CPDB為-3.7‰～0.1‰，可排除有機(jī)質(zhì)為方解石提供主要碳的可能性。根據(jù)Bottinga(1968)的方解石-CO2的分餾方程〔1000lnαCO2-方解石=δ13CCO2-δ13CCaCO3=-2.4612+(7.6663×103/T)-(2.9880×106/T2) 〕，計(jì)算得出成礦流體中CO2的δ13C 值為-6.24‰～-0.35‰(平均-3.0‰)。將脈狀礦石中方解石的C同位素組成與其他有關(guān)物質(zhì)碳同位素組成作對(duì)比，可以看出易門銅廠方解石的δ13CPDB值位于地幔源與海相碳酸鹽巖區(qū)之間(圖7)。此外，在圖5中，礦區(qū)熱液脈狀方解石C、O同位素組成分布點(diǎn)還具趨勢(shì)②的分布特征，這種現(xiàn)象被證明是碳源與巖漿去氣作用有關(guān)(黃智龍等，2004)。由此，我們認(rèn)為，易門銅廠熱液脈狀方解石的碳應(yīng)為深源巖漿碳和部分地層碳的混合。

總體看，礦區(qū)熱液脈狀方解石中的碳、氧同位素顯示較明顯的幔源或巖漿源特征，與沉積-成巖型礦石及無(wú)礦圍巖中碳酸鹽的碳、氧來源不同，指示尖山式礦體的成因應(yīng)與深部巖漿活動(dòng)有關(guān)。從區(qū)域地質(zhì)條件看，易門銅礦帶中昆陽(yáng)群內(nèi)普遍有晉寧-澄江期輝綠巖脈侵入，伴隨深源巖漿活動(dòng)，地幔流體參與脈狀銅礦的成礦作用是可能的。

4 結(jié) 論

眾所周知，C、O同位素組成是成礦流體來源示蹤的有效方法，是分析成礦作用及礦床成因的重要地球化學(xué)依據(jù)。本文研究獲得以下主要結(jié)論：

(1)易門銅廠礦區(qū)銅廠式礦體和大尖山式礦體中碳酸鹽礦物的C、O同位素組成截然不同。結(jié)合兩類礦體的地質(zhì)特征，可以確認(rèn)，銅廠礦區(qū)從落雪組沉積期至昆陽(yáng)群褶皺隆升過程中，存在兩期銅的成礦作用，即早期具同生特征的沉積-成巖型層狀礦體和晚期具后生特征的脈狀礦體，銅廠礦區(qū)銅礦應(yīng)為沉積-成巖成因+深源熱液成因的疊加型礦床。二者的C、O同位素組成清晰地反映它們?cè)诔傻V作用和成礦流體來源上顯著不同。

圖7 不同物質(zhì)碳同位素組成對(duì)比圖(圖中數(shù)據(jù)和底圖據(jù)毛景文等，2003)Fig.7 Comparison of carbon isotope composition of di-fferent material(modified after Mao et al.,2003)

(2)沉積-成巖型礦石與無(wú)礦圍巖的C、O同位素組成均顯示正常的海相沉積環(huán)境特征，在較大范圍內(nèi)保持其穩(wěn)定，受成巖后的地質(zhì)作用影響較小。層狀礦的成礦物質(zhì)源自礦區(qū)含礦層及附近碳酸鹽地層，屬典型的沉積-成巖成因。

(3)脈狀礦的C、O同位素組成指示其成礦流體與幔源或深部巖漿活動(dòng)有關(guān)，為殼-?；旌狭黧w，屬典型的巖漿熱液成因。其中殼源組分可能主要由礦區(qū)碳酸鹽地層提供，而幔源組分則可能與晉寧-澄江期區(qū)域基性巖漿活動(dòng)過程中的去氣作用有關(guān)。

[注釋]

① 云南省有色地質(zhì)局地質(zhì)地球物理化學(xué)勘查院.2011.云南省易門縣銅廠銅礦區(qū)及外圍綜合預(yù)查報(bào)告[R].

Bottinga Y. 1968. Calculation of fractionation factors for carbon and oxygen isotopic exchange in the system calcite-carbon dioxide-water[J]. Journal of Physical Chemistry, 72(3): 800-808

Chen Si-yao, Gu Xue-xiang, Cheng Wen-bin, Zhang Yong-mei,Zheng Luo,Peng Yi-wei,Liu Rui-ping. 2013. Characteristics of stable isotopic compositions and its geological significances of the Yangla copper deposit,northwestern Yunnan Province[J]. Acta Petrologica Sinica, 29(4): 1290-1300(in Chinese with English abstract)

Chen Yan-jing, Liu Cong-qiang, Chen Hua-yong, Zhang Zeng-jie, Li Chao. 2000. Carbon isotope geochemistry of graphite deposits and ore-bearing khondalite series in North China: implications for several geoscientific problems[J]. Acta Petrologica Sinica, 16(2): 233-244(in Chinese with English abstract)

Chen Jun, Wang He-nian. 2004. Geochemistry of Stable[M]. Beijing: Science Press:115-133(in Chinese)

Chen You-liang, Wei Jia, Ye Yong-qin, Song Hao, Sun Ze-xuan. 2012. Significance and geochemical characteristics of ree and carbon-oxygen isotopes of calcites in the zoige uranium orefield in sichuan province,China[J]. Advances in Earth Science, 27(10): 1061-1067

Guan Ping, Wang Ying-jia. 2009. A Review on the Global Palaeoproterozoic Positive δ13C Excursion: Data Analysis and Matter Comment[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 45(5): 906-914(in Chinese with English abstract)

Hua Ren-min, Ruan Hui-chu, Liu Yan, Huang Yao-sheng. 1988. Characteristics of carbon and oxygen isotope composition of the Dongchuan Copper Deposits[J]. Journal of Guilin Institute of Technology, 8(1): 57-62(in Chinese with English abstract)

Huang Zhi-long, Li Wen-bo, Chen Jin, Xu De-ru,Han Run-sheng,Liu Cong-qiang, 2004. Carbon and oxygen isotope geochemistry of the Huize superlarge Pb-Zn ore deposits,Yunnan Province[J]. Geotectonica Et Metallogenia, 1: 53-59(in Chinese with English abstract).

Hoefs J. 1997. Stable Isotope Geochemistry[M]. 4thEdition. Berlin: Spring Verlag:65-168

Li Zhao-long, Xu Wen-dou , Pang Wen-zhong. 1986. S,Pb,C and O isotopic compositions and ore genesis of the stratabound polymetallic sulfide deposits in middle inner mongol,China[J]. Geochimica, (1): 13-22(in Chinese with English abstract)

Liu De-liang, Sun Xian-ru, Li Zhen-sheng, Tang Nan-an, Tan-Ying, Liu Bo. 2006. Analysis of carbon and oxygen isotope on the ordovician dolostones in the ordos basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 28(2): 155-161(in Chinese with English abstract)

Mao Jing-wen, Wang Zhi-liang, Li Hou-min, Wang Cheng-yu, Chen Yu-chuan. 2003. Carbon and oxygen isotope components in the Pemfian basalt-hosted copper deposit in Ludian Area,Yunnan:Implication for the mineralization proeess[J]. GeologyReview, 49(6): 610-615(in Chinese with English abstract)

O’Neil J R, Clayton R N, Mayeda T K. 1969. Oxygen isotope fractionat ion in Divalent metal carbonates [J]. The J.Chemical Physics, 51(12): 5547-5558

Qi Jin-Ping, Zhang Jing, Tang Guo-Jun. 2005. Carbon and oxygen isotope composition of the Meso-Neoproterozoic strata south of the Xiong'er terrane: evidence of the CMF model[J]. Acta Petrologica Sinica, 21:1365-1372(in Chinese with English abstract)

Ran Chong-ying. 1981. On the sedimentary environment and diagenetic metallogenesis of DongChuan type stratiform copper deposit in the KangDian earth’s Axis[J].Geochimica,12(2):114-120

Ran Chong-ying, Liu Wei-hua. 1993. Geochemistry of Copper Deposits and their Mechanism of Storeyed Texture in Kangdian Axis [M]. Beijing: Science Press, 30-163(in Chinese)

Ran Chong-ying, Wu Peng. 2014. Discussions on the Metallogeny of the Dongchuan-Yimen Type Copper Deposits, Yunnan,China[J]. Geotectonica et Metallogenia, 38(4):848-854

Sun Jia-cong. 1995. The tectonogeochemical characteristics and the blind ore prediction of Yimen-type copper deposit[R]:1-121(in Chinese)

Taylor HP Jr, Frechen J, Degens E T. 1967. Oxygen and carbon isotope studies of carbonatites from the Laacher See District, West Germany and the Alno District Sweden[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 31:407-430

Taylor HP Jr, Sheppard SMF.1986.Igneous rocks. I. Processes of isotopic fractionation and isotopic systematics. In: Valley JW, Taylor HP Jr, O'Neil JR (eds) Stable isotopes in high temperature geological processes[J]. Reviews in Mineralogy, 16:227-273

Tu Guang-chi. 1984. Stratabound ore deposit geochemical in China[M]. Beijing:Science Press:1-354(in Chinese)

Veizer J, Demovic R.1974. Strontium as a tool for facies analysis[J]. Sedimentary Petrology,44(1):93-115

Verizer J, Hoefs J. 1976. The nature of18O/16O and13C/12C secular trend in sedimentary carbonate rocks[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 40: 1387-1395

Wang An-jia, Chu Guang-zhen, Huang Wen-hui, Wang Xu. 2008. Geochemical characteristics of carbon,oxygen stable isotopes in the Lower-Middle Ordovician carbonate rock in Tazhong and Bachu,Tarim Basin,China[J]. Journal of Chengdu University of Technology(Sci & Technol Ed), 35(6): 700-704(in Chinese with English abstract)

Wang Hong-wei, Wen Xing-ping, Chang Hai-liang, Liu-Can, Li Lin-qiang. 2013. Characteristics of Carbon and Oxygen Isotope in Heqing Manganese Deposit，Yunnan，China[J]. Geoscience, 27(3): 612-620(in Chinese with English abstract)

Wang Zhi-tian, Qin Ke-zhang.1988.Types, Metallogenic environments and Characteristics of temporal and Spatial Distribution of Copper Deposits in China[J]. Acta Geological Sinica, (1-4): 257-268(in Chinese with English abstract)

Wu Li-kun. 1983. The prospecting direction and the genesis of Tongchang deposit in YiMen copper mine[J]. Geology and Exploration, 3:24-30(in Chinese)

Zheng Yong-fei, Chen Jiang-feng. 2000. Stable Isotope Geochemistry[M]. Beijing:Science Press:1-316(in Chinese)

[附中文參考文獻(xiàn)]

陳思堯, 顧雪祥, 程文斌, 章永梅, 鄭 硌, 彭義偉, 劉瑞萍. 2013. 滇西北羊拉銅礦床穩(wěn)定同位素特征及其地質(zhì)意義[J]. 巖石學(xué)報(bào),29(4):1290-1300

陳衍景, 劉叢強(qiáng), 陳華勇, 張?jiān)鼋? 李 超. 2000. 中國(guó)北方石墨礦床及賦礦孔達(dá)巖系碳同位素特征及有關(guān)問題討論[J].巖石學(xué)報(bào),16(2):233-244

陳 駿, 王鶴年. 2004. 地球化學(xué)[M]. 北京:科學(xué)出版社:115-133

陳友良, 魏 佳, 葉永欽, 宋 昊, 孫澤軒. 2012. 若爾蓋鈾礦田方解石稀土元素與碳氧同位素地球化學(xué)特征及其意義[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,27(10):1061-1067

關(guān) 平, 王穎嘉. 2009. 全球古元古代碳同位素正異常的數(shù)據(jù)分析與成因評(píng)述[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),45(5):906-914

華仁民, 阮惠礎(chǔ), 劉 燕, 黃耀生. 1988. 東川銅礦的碳、氧同位素地質(zhì)特征[J]. 桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),8(1):57-62

黃智龍, 李文博, 陳 進(jìn), 許德如, 韓潤(rùn)生, 劉叢強(qiáng). 2004. 云南會(huì)澤超大型鉛鋅礦床C、O同位素地球化學(xué)[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué),1:53-59

李兆龍, 許文斗, 龐文忠. 1986. 內(nèi)蒙古中部層控多金屬礦床硫、鉛、碳和氧同位素組成及礦床成因[J]. 地球化學(xué),(1):13-22

劉德良, 孫先如, 李振生, 唐南安, 談 迎, 劉 波. 2006. 鄂爾多斯盆地奧陶系白云巖碳氧同位素分析[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),28(2):155-161

毛景文, 王志良, 李厚民, 王成玉, 陳毓川. 2003. 云南魯?shù)榈貐^(qū)二疊紀(jì)玄武巖中銅礦床的碳氧同位素對(duì)成礦過程的指示[J]. 地質(zhì)評(píng)論,49(6):610-615

祁進(jìn)平, 張 靜, 唐國(guó)軍. 2005. 熊耳地體南側(cè)中晚元古代地層碳氧同位素組成:CMF模式的證據(jù)[J]. 巖石學(xué)報(bào),21:1365-1372

冉崇英. 1981. 康滇地軸東川式層狀銅礦的沉積環(huán)境與成巖成礦作用[J]. 地球化學(xué)，12(2):114-120

冉崇英, 劉偉華. 1993. 康滇地軸銅礦床地球化學(xué)與礦床層樓結(jié)構(gòu)機(jī)理[M]. 北京:科學(xué)出版社:30-163

冉崇英, 吳 鵬. 2014. 東川-易門式銅礦成礦作用研究的幾個(gè)問題[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué),38(4):848-854

孫家驄. 1995. 易門式銅礦床構(gòu)造地球化學(xué)特征及盲礦預(yù)測(cè)[R]:1-121

涂光熾. 1984. 中國(guó)層控礦床地球化學(xué)(第1卷)[M]. 北京:科學(xué)出版社:1-354

王安甲, 初廣震, 黃文輝, 王 旭. 2008. 塔里木盆地奧陶系碳酸鹽巖碳氧穩(wěn)定同位素地球化學(xué)特征[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào), 35(6):700-704

王宏偉, 溫興平, 常海亮, 劉 燦, 李林強(qiáng). 2013. 云南鶴慶錳礦碳氧同位素特征分析[J]. 現(xiàn)代地質(zhì),27(3): 612-620

王之田, 秦克章. 1988. 中國(guó)銅礦床類型、成礦環(huán)境及其時(shí)空分布特點(diǎn)[J]. 地質(zhì)學(xué)報(bào),(1-4): 257-268

吳禮錕. 1983. 易門銅礦銅廠段礦床成因及其找礦方向[J]. 地質(zhì)與勘探,3:24-30

鄭永飛, 陳江峰. 2000. 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)[M]. 北京:科學(xué)出版社:1-316

Carbon and Oxygen Isotopic Compositions in the Tongchang Copper Deposit in Yimen,Yunnan and Their Geological Implications

XIAO Shu-an，LI Feng，WANG Rong，YU Can，LV Jun-nan

(DepartmentofLandResourcesEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093)

The Tongchang copper deposit in Yimen county, a large one of low grade in within the Yimen copper ore belt in middle Yunnan Province, is a representative deposit. Two kinds of ore bodies (or mineralized bodies)-sedimentary-diagenetic copper ore (Tongchang type) and hydrothermal vein-like copper ore (Dajianshan type) are present in the ore district with special geological metallogenesis. This paper analyzes these two bodies as well as isotopic composition of carbon and oxygen in their ore-bearing carbonate strata. The results suggest that dolomite in Tongchang-type ore shows δ13CPDB=-3.7‰～1.4‰ with an average value of -0.1‰ and δ18OSMOW=19.7‰～21.7‰ with an average value of 20.8‰, which is consistent with carbon and oxygen isotope composition of dolomite in the ore-bearing carbonate formation (Luoxue Formation). Both of them are within the range of normal marine sedimentary carbonatite, and little influenced by the process after the diagenetic period, showing a characteristic sedimentary-diagentic origin sign. Calcite as a gangue mineral in the Jianshan-type ore body displays δ13CPDB=-3.7‰～0.1‰ (a mean value of -1.5‰) and δ18OSMOW=11.9‰～17.0‰ (a mean value of 14.1‰), which is obviously different from the carbon and oxygen isotope composition of sedimentary-diagentic ore body and ore-bearing carbonate formation. On the δ13CPDB-δ18OSMOWdiagram, these data are gathered within a narrow scope between magmatic carbonatite and marine carbonatite, indicating the metallogenic fluids related with mantle source or deep magma activity are crust-mantle mixed fluids. Therefore, crust-derived components may be mainly provided by carbonate formation in the ore area; while mantle-derived constitutes are probably associated with degasification in the process of basic magma action during Jinning-Chengjiang stage. Such evidence as isotopic composition of carbon and oxygen shows that the Tongchang mineral deposit is typically sedimentary-diagenetic type + hydrothermal-superimposing type for that stratiform and veined copper ores are produced by different metallogenetic processes in the Tongchang orefield, and ore-forming fluids are not derived from a same source.

C-O isotopic compositions, ore-forming fluids, genetic types, Yimen Tongchang

2015-04-15；

2016-01-26；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

國(guó)家危機(jī)礦山接替資源勘查項(xiàng)目(編號(hào)20089943)及云南銅業(yè)(集團(tuán))股份有限公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目資助。

肖術(shù)安(1990年-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榈V床學(xué)。E-mail:411455068@qq.com。

李 峰(1957年-)，男，教授，主要從事成礦學(xué)的教學(xué)與研究工作。E-mail:lifeng@kmust.edu.cn。

P618.41

A

0495-5331(2016)02-0228-11

Xiao Shu-an, Li Feng, Wang Rong, Yu Can, Lv Jun-nan. Carbon and oxygen isotopic compositions in the Tongchang copper deposit of Yimen, Yunnan and their geological implications [J]. Geology and Exploration, 2016, 52(2):0228-0238