西藏多不雜銅礦床鍶、釹、鉿同位素特征及其地質(zhì)意義

何陽陽,溫春齊,劉顯凡

(1.內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院， 四川 內(nèi)江 641112；2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 成都 610059)

多不雜銅礦床所處位置隸屬于西藏改則縣，據(jù)西藏地調(diào)院報告，該礦床目前提交的銅、金資源儲量均已達(dá)到超大型規(guī)模[1]。巖石或礦物的Rb-Sr同位素組成常用于判別樣品的源區(qū)類型，由于自然界存在87Rb衰變形成87Sr，因此，含銣巖石或礦物中精確的鍶同位素組成取決于那種巖石或礦物的年齡及wRb/wSr比值[2](w表示質(zhì)量分?jǐn)?shù))。釤和釹都是稀土元素，地殼中含量很少，在礦床研究中Sm-Nd同位素體系常用來分析物質(zhì)來源、確定基底巖石年齡和成礦時代[2]；鋯石中的wLu/wHf值一般很小，w(176Hf)/w(177Hf)比值常用來分析其Hf同位素組成，進(jìn)而反演原巖的成因性質(zhì)[3]。本文通過對多不雜銅礦床相關(guān)樣品中的銣鍶、釤釹、镥鉿同位素進(jìn)行研究，以此來示蹤其成礦物質(zhì)來源。

1　礦床地質(zhì)概況

班公湖-怒江縫合帶是拉薩地塊和羌塘地塊之間的分界線，總長度約為2 000 km，呈近東西方向展布，主要出露SSZ型蛇綠混雜巖[4-6]。伴隨著一系列構(gòu)造運(yùn)動及巖漿活動，大量中酸性侵入體在班怒西段羌塘地塊的南緣增生形成構(gòu)造-巖漿弧[7-8]，本文研究的多不雜銅礦床位于其中(圖1-A)。

礦區(qū)依次出露下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段(J1q2)、下白堊統(tǒng)美日切組(K1m)、新近系康托組(N1k)、第四系等地層。F2和F10為多不雜礦區(qū)內(nèi)的主要斷裂構(gòu)造，周邊次級裂隙較為發(fā)育。礦區(qū)出露巖漿巖主要有花崗閃長斑巖、石英閃長巖、輝綠巖等，呈巖脈、巖株產(chǎn)出。

礦體走向?yàn)闁|-西方向，傾向南，長度約1.6 km，厚度約0.5 km，延深約0.6 km，主要產(chǎn)于花崗閃長斑巖體及與其接觸的變質(zhì)砂巖中(圖1-B)，產(chǎn)出部位主要為鉀化帶、石英絹云巖化帶及青磐巖化帶。主要礦石構(gòu)造包括：脈狀及細(xì)脈浸染狀構(gòu)造，次為塊狀及團(tuán)塊狀構(gòu)造等；主要礦石結(jié)構(gòu)包括：交代結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。黃銅礦和黃鐵礦為主要的礦物成分，其次為輝鉬礦、斑銅礦、黝銅礦、閃鋅礦、磁鐵礦等[9]。

多不雜銅礦床圍巖蝕變十分強(qiáng)烈，主要包括鉀硅化帶、絹英巖化帶和青磐巖化帶3種類型。從平面上看，總體表現(xiàn)出近環(huán)帶狀；從剖面上看，總體表現(xiàn)為“中心式”的面型蝕變。

2　樣品特征

2.1　花崗閃長斑巖

花崗閃長斑巖(γδπ53)是多不雜銅礦區(qū)內(nèi)的主要成礦斑巖體(圖2)，呈東西向展布，長約2 km，寬100～320 m，面積約0.5 km2。斑巖體總體上為向南傾斜的“板狀體”，北側(cè)界線處產(chǎn)狀較緩，約40°；南側(cè)界線處相對較陡。巖體與曲色組第二巖段的變質(zhì)砂巖呈侵入接觸關(guān)系，接觸帶部位蝕變強(qiáng)烈[10]。

塊狀構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)為花崗閃長斑巖的主要礦石組構(gòu)，顯微鏡下觀測見不等粒結(jié)構(gòu)。斑晶和基質(zhì)是花崗閃長斑巖的2個重要組成部分，其中，斑晶所占體積比例為35%～40%，基質(zhì)占整個巖石體積的比例為60%～65%。斑晶的構(gòu)成主要為斜長石(體積分?jǐn)?shù)約60%)、石英(約30%)、鉀長石(約5%)、角閃石(約3%)、黑云母(約2%)?；|(zhì)主要為花崗結(jié)構(gòu)、粒晶結(jié)構(gòu)等。

2.2　黃鐵礦

黃鐵礦為礦床中分布最廣、數(shù)量最多的金屬礦物之一(圖3)?？傮w上看，從花崗閃長斑巖到接觸帶再到變質(zhì)砂巖，從鉀化帶依次到黃鐵絹英巖化帶、硅化泥化帶、青磐巖化帶，黃鐵礦表現(xiàn)為礦化程度逐漸增強(qiáng)。其中在黃鐵絹英巖化帶的外圈礦化強(qiáng)度最高，可見大量呈團(tuán)塊狀、脈狀、浸染狀的黃鐵礦，其次是青磐巖化帶的內(nèi)圈。隨著遠(yuǎn)離礦體到圍巖，黃鐵礦的礦化強(qiáng)度逐漸減弱。黃鐵礦化分布區(qū)的中心地帶總體上與銅礦化帶相對應(yīng)[10]。

圖1　多不雜銅礦床大地構(gòu)造位置及礦體平面圖Fig.1　Tectonic location and plane graph of ore body in the Duobuza copper depositQ4.第四系； N1k.康托組； K1m1.美日切組第一段； J1q2.曲色組第二段； γδπ53.花崗閃長斑巖； ν.灰綠色輝長巖； αβ53.玄武質(zhì)安山巖； βμ53.墨綠色輝綠巖。1.斷層； 2.礦體范圍； 3.勘探線； 4.鉆孔

圖2　多不雜銅礦床花崗閃長斑巖勘探剖面示意圖Fig.2　Sketch showing exploration sections for the granodiorite porphyry in the Duobuza copper deposit

在原生礦體中，黃鐵礦的粒徑多數(shù)為0.01～0.8 mm，最大粒徑1 mm左右，常呈脈狀、浸染狀分布。脈石礦物及相關(guān)硫化物常對呈他形粒狀的浸染狀黃鐵礦進(jìn)行交代，可見黃銅礦等礦物分布其中。在表生帶中，黃鐵礦常被褐鐵礦交代。局部可見硬石膏與黃鐵礦伴生。

2.3　鋯石

河北省區(qū)調(diào)所利用重選和磁選的方法分選出相關(guān)鋯石，陰極發(fā)光圖像在西北大學(xué)完成。由圖4可見，鋯石呈長柱狀，長度在100～350 μm，長軸與短軸的比例為(2∶1)～(3.5∶1)，有震蕩環(huán)帶現(xiàn)象。

圖3　多不雜銅礦床黃鐵礦宏觀及微觀照片F(xiàn)ig.3　Macroscopic and microscopic photos showing pyrite from the Duobuza copper deposit(A)標(biāo)本照片;(B)反射單偏光鏡下照片

圖4　DB048樣品代表性鋯石陰極發(fā)光圖像及測試位置Fig.4　DB048 CL images showing representative zircons and tested positions

3　鍶、釹、鉿同位素特征

3.1　鍶、釹同位素

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院參考相關(guān)規(guī)范和方法對本文相關(guān)樣品進(jìn)行了鍶、釹同位素測試，結(jié)果如表1所示，其中銣、鍶的誤差以2σ計。

由表1可見，5件黃鐵礦樣品(包括1件圍巖)Rb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wRb)為(0.355～9.19)×10-6，平均為2.279×10-6；Sr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wSr)為(4.3～74.7)×10-6，平均為26.92×10-6；87Rb/86Sr為0.081 8～0.355 9，平均為0.176 2；87Sr/86Sr為0.708 429～0.709 167，平均為0.708 909。其中圍巖黃鐵礦樣品中的Rb、Sr含量與其他4個樣品相比明顯偏高。本文測試的全巖樣品中Rb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(107～142)×10-6，平均為122.6×10-6；Sr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(203～393)×10-6，平均為302.4×10-6；87Rb/86Sr比值為0.791 8～1.938 8，平均為1.252 1；87Sr/86Sr比值為0.707 419～0.709 968，平均為0.708 344。

周雄等[12]認(rèn)為鍶初始值在花崗質(zhì)巖石起源的認(rèn)識上具有重要指示意義。多不雜銅礦床相關(guān)樣品的Sr初始值位于全球殼源硅鋁質(zhì)巖和幔源鎂鐵質(zhì)巖Sr同位素的平均值之間(其值分別為0.720±0.005和0.703 50)，且相對靠近幔源巖石[13]，說明樣品具有殼?；烊咎卣?。

在地質(zhì)作用過程中，鍶同位素與成礦元素的遷移方式較為相似[14]。圍巖樣品鍶初始值較斑巖樣品鍶初始值高，表明成礦流體的遷移方式是由斑巖體→圍巖，在這一遷移過程中與圍巖物質(zhì)發(fā)生充填交代作用從而導(dǎo)致Sr含量增高。

143Nd/144Nd比值在一定程度上可以示蹤地質(zhì)體殼幔物質(zhì)之間的相互作用?；◢忛W長斑巖中(87Sr/86Sr)i和143Nd/144Nd原始地?，F(xiàn)代值分別為0.704 5和0.512 638。將表1數(shù)據(jù)與其對比，顯示礦區(qū)樣品具有高(87Sr/86Sr)i、低143Nd/144Nd的特征。在圖5中，樣品投影點(diǎn)集中在地幔演化線周圍。富集地幔單元EMⅠ和EMⅡ通過俯沖帶混染了大陸殼物質(zhì)，是形成上述特征的主要原因。這樣可以認(rèn)為多不雜銅礦區(qū)樣品的特征是交代富集地幔的反映。

3.2　镥鉿同位素

委托西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋯石原位Lu-Hf同位素微區(qū)測定，使用的方法和儀器設(shè)備參數(shù)等詳見Yuan等[16]，測試結(jié)果見表2。

將表2數(shù)據(jù)在εHf(t)-年齡圖解中投點(diǎn)(圖6)，可以看到，樣品投影點(diǎn)均處于下地殼和虧損地幔之間，靠近球粒隕石線的上面，進(jìn)一步表明樣品具備虧損地幔的特征，同時有地殼物質(zhì)加入混染。另外，從表2以及圖7中可以看到，鋯石εHf(t)值全部為正，分布范圍較廣，集中于4～5之間。正的εHf(t)值指示有幔源組分參與成巖成礦，且幔源成分占據(jù)主動[3]。該礦床的鋯石樣品具有上述特征，指示伴有多種組分參與寄主巖石的形成，進(jìn)一步暗示地幔流體作用下有殼源流體參與混染。

*數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[11];εNd(t)=[(143Nd/144Nd)t/(143Nd/144Nd)CHUR-1]×104,t=120 Ma

圖5　(87Sr/86Sr)i -εNd(t)圖解Fig.5　(87Sr/86Sr)i -εNd(t) diagram(作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[15])BSE．原始未分異地幔單元；HIMU．高U/Pb地幔單元；EMⅠ．Ⅰ型富集地幔；EMⅡ．Ⅱ型富集地幔； PREMA．流行地幔單元； DM．虧損地幔單元

圖6　花崗閃長斑巖鋯石年齡與εHf(t)關(guān)系圖解Fig.6　Relationship diagram showing zircon age and εHf(t) of granodiorite porphyry(作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[17])

4　討 論

前人在該區(qū)進(jìn)行勘查和研究時發(fā)現(xiàn)，礦體同時賦存于花崗閃長斑巖和變質(zhì)砂巖中[18-22]，且對該礦床進(jìn)行過成因方面的研究，在成礦物質(zhì)來源方面有3種觀點(diǎn)，分別認(rèn)為其來源于斑巖巖漿、圍巖以及二者混合，但大多數(shù)數(shù)據(jù)都顯示幔源組分參與了成礦[23-26]。

表2　多不雜銅礦床花崗閃長斑巖的鋯石Hf同位素組成Table 2　Zircon Hf isotopic compositions of the granitic porphyry in the Duobuza copper deposit

續(xù)表2

樣號t/Ma176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177HfεHf(0)εHf(t)tDM1/MatDM2/Maf Lu/HfDW2-814114.00.03440.00130.2828482.75.1577845-0.96DW2-815116.00.02070.00110.2828954.36.8508739-0.97DW2-816130.00.01590.00080.2828021.13.8635938-0.98DW2-817123.00.01410.00070.282742-1.11.67181077-0.98DW2-818131.00.00920.00050.2828402.45.2577850-0.99DW2-819123.00.01700.00090.2828272.04.6601886-0.97DW2-820233.00.01820.00090.282633-4.90.18741257-0.97Dbz-γδπ-01121.00.00980.00050.2828151.54.1612914-0.99Dbz-γδπ-02121.00.03350.00160.2828623.25.7562813-0.95Dbz-γδπ-03124.00.01790.00090.2828251.94.5604890-0.97Dbz-γδπ-04128.00.01260.00060.2828312.14.8592874-0.98Dbz-γδπ-05128.00.01290.00060.2828091.34.1622922-0.98Dbz-γδπ-06124.00.02210.00100.2828201.74.3614903-0.97Dbz-γδπ-07122.00.01710.00080.2828141.54.1618916-0.98Dbz-γδπ-08119.00.02620.00120.2828322.14.6599879-0.96Dbz-γδπ-09125.00.01790.00080.2828181.64.3613905-0.97Dbz-γδπ-10122.00.03260.00150.2828302.04.6607884-0.96Dbz-γδπ-11120.00.01680.00080.2828312.14.7594879-0.98Dbz-γδπ-12118.00.02250.00110.2828613.15.6556814-0.97Dbz-γδπ-13127.00.02120.00100.2828302.04.7599878-0.97Dbz-γδπ-14122.00.02640.00130.2828382.34.9592864-0.96Dbz-γδπ-15120.00.00970.00050.2828623.25.8546808-0.99Dbz-γδπ-16125.00.01720.00080.2828141.54.2618913-0.98Dbz-γδπ-17111.00.02470.00110.2828733.65.9538789-0.97Dbz-γδπ-18118.00.02100.00100.2828753.76.2535781-0.97Dbz-γδπ-19120.00.03280.00150.2828984.57.0509731-0.95Dbz-γδπ-20120.00.02020.00090.2828292.04.6599884-0.97

DB048系列18個樣品為本文數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[11]；t為鋯石的結(jié)晶年齡

本文鍶、釹、鉿同位素綜合研究亦顯示出花崗閃長斑巖具有殼幔混染特征，幔源組分參與了成礦。有學(xué)者認(rèn)為在花崗質(zhì)巖石形成及成礦時，幔源組分不僅提供熱能，而且提供礦質(zhì)[27]。多不雜礦區(qū)發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)的磁鐵礦化現(xiàn)象，指示巖漿-熱液體系有較強(qiáng)烈的氧化性，地幔流體加入地表流體循環(huán)，進(jìn)而進(jìn)行能量和礦質(zhì)的轉(zhuǎn)換，這一地質(zhì)事件記錄了地幔流體作用導(dǎo)致該礦區(qū)大規(guī)模成礦的事實(shí)。在這一過程中，不僅可以通過降低原流體中還原性礦物的溶解度而促使其沉淀結(jié)晶，而且可導(dǎo)致相對氧化的礦物和典型還原礦物的相互疊加共存，如黃鐵礦與硬石膏的伴生。

多不雜銅礦床符合地幔流體成礦作用的條件[28]，具有地幔流體成礦作用的特征[29]，其成礦動力學(xué)模型如圖8所示。羌塘地體和拉薩地體發(fā)生碰撞閉合以及俯沖，導(dǎo)致該區(qū)發(fā)育深大斷裂，誘發(fā)深部地質(zhì)作用。在其作用下，原始地幔一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻淮患蒯＃硪徊糠职l(fā)生熔融，形成含有礦質(zhì)的地幔流體；同時，板塊的俯沖形成了一定的富銅鈣堿性熔漿。它們相互混染，誘發(fā)地幔底辟作用，導(dǎo)致深部地殼部分熔融，三者混染在一起沿斷裂通道上升結(jié)晶，形成含銅的花崗閃長斑巖。另有部分混合流體溢出巖漿及巖體，滲入到圍巖的裂隙之中，相互之間會發(fā)生能量和礦質(zhì)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而形成多不雜變質(zhì)砂巖型礦體，即接觸帶成礦體系[30-31]。

5　結(jié) 論

a.多不雜銅礦床樣品中的Sr初始值接近幔源鎂鐵質(zhì)巖石Sr同位素平均值，暗示礦區(qū)含礦斑巖的原始巖漿可能來源于地幔，在上升侵位時與硅鋁質(zhì)地殼物質(zhì)之間發(fā)生充填交代，使其具有殼?；烊咎卣?。

圖7　多不雜銅礦床花崗閃長斑巖的鋯石Hf同位素組成直方圖Fig.7　Zircon Hf isotopic compositions of the granitic porphyry in the Duobuza copper deposit

圖8　多不雜銅礦床成礦動力學(xué)模型Fig.8　Metallogenic dynamic model of the Duobuza copper deposit1.地幔流體； 2.板塊俯沖流體； 3.富硅成礦流體； 4.富堿巖漿； 5.銅金礦； 6.矽卡巖銅金礦； 7.矽卡巖鐵礦； 8.矽卡巖銅礦； 9.斑巖銅礦； 10.矽卡巖銅多金屬礦； 11.金礦； 12.城鎮(zhèn)。Ⅲ-1.南巴顏額拉-雅魯藏布江； Ⅲ-3.西金烏蘭-金沙江； Ⅲ-4.喬爾天山-甜水海； Ⅲ-5.北羌塘-昌都； Ⅲ-6.南羌塘-昌都； Ⅲ-7.班公湖-怒江；Ⅲ-8.北岡底斯；Ⅲ-9.中岡底斯； Ⅲ-10.南岡底斯-念青唐古拉； Ⅲ-11.雅魯藏布江； Ⅲ-12.喜馬拉雅

b.花崗閃長斑巖具有相對高(87Sr/86Sr)i以及低143Nd/144Nd的特征，鍶同位素的遷移行為與成礦元素相似，含礦流體由斑巖體向圍巖進(jìn)行了遷移，并與圍巖之間發(fā)生充填交代，導(dǎo)致變質(zhì)砂巖含礦。

c.鋯石εHf(t)值為正值，且變化范圍較大，是有較多幔源組分參與成巖的標(biāo)志，指示幔源巖漿作用過程中伴有地殼流體的混染。綜合分析表明，在地幔流體作用下該礦床符合透巖漿流體成礦理論中的接觸帶成礦體系。