湖北隨縣黑龍?zhí)督鸬V穩(wěn)定同位素特征及其地質(zhì)意義

張 戰(zhàn)， 向祥輝， 吳鳳賢， 朱小平， 孫漢勇， 楊建中

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊，湖北 襄陽 441002)

湖北省北部隨縣黑龍?zhí)督鸬V屬隨縣萬和鎮(zhèn)所管轄,處于秦嶺—大別成礦帶桐柏山南側(cè)的隨棗地區(qū)金、銀成礦帶內(nèi),自上世紀(jì)80年代以來進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘查及科學(xué)研究等工作,已開采20余年,屬中型金礦床。礦體賦存于斷裂蝕變帶中,礦化類型主要為黃鐵絹英蝕變巖型、石英—多金屬硫化物礦脈蝕變巖型,礦體圍巖為南華紀(jì)早世武當(dāng)巖群(Nh1W)一套綠片巖相—綠簾-角閃巖相變質(zhì)火山—沉積巖系,不具成礦專屬性。本文通過對氫氧、硫同位素的測試分析，查明了黑龍?zhí)督鸬V成礦物質(zhì)、成礦流體的來源及礦體類型、形成機制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

隨縣黑龍?zhí)督鸬V位于秦嶺造山帶和大別—蘇魯造山帶銜接部位的桐柏造山帶,構(gòu)造演化、巖漿活動及變質(zhì)作用強烈。

礦區(qū)處于青苔—封江口斷裂帶,其北東側(cè)、南西側(cè)分別為北西展布的新(城)—黃(陂)斷裂帶和新(市)—太(山廟)斷裂帶。主要出露地層有新元古代南華紀(jì)早世武當(dāng)巖群(Nh1W)、晚世耀嶺河組(Nh2-3y)和震旦紀(jì)早世陡山沱組(Z1d)、晚世燈影組(Z2∈1y)等,構(gòu)造線北西向,緊閉線狀褶皺、脆(韌)性剪切帶發(fā)育。

區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁,除元古代強烈火山活動外,元古代、中生代侵入活動亦非常強烈,巖體分布廣、規(guī)模大。元古代變基性巖呈不規(guī)則的橢圓狀、長條狀產(chǎn)于新元古代南華紀(jì)地層中,展布方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致,規(guī)模一般較小;中生代七尖峰花崗巖分布于礦區(qū)西北部約6 km,中生代桐柏變形花崗巖(桐柏雜巖)[1]發(fā)育于新(城)—黃(陂)斷裂帶的北東側(cè)(圖1);此外,局部見有中生代煌斑巖脈、閃長玢巖脈、正長(斑)巖脈、花崗偉晶巖脈等脈巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)位于黑龍?zhí)兜罐D(zhuǎn)背斜和下袁家溝—黑龍?zhí)端畮斓罐D(zhuǎn)向斜南翼東段,構(gòu)造復(fù)雜,斷裂和褶皺發(fā)育,總體構(gòu)造線呈北西向,成礦期斷裂主要為NW-NWW向韌—脆性剪切蝕變帶及其分支,礦體主要賦存于礦區(qū)NW-NWW向斷裂帶(青苔—封江口斷裂帶)中。出露地層主要為新元古代南華紀(jì)武當(dāng)巖群雙峰式火山—沉積巖(礦區(qū)中部)、耀嶺河組基性火山—沉積巖(礦區(qū)西北部、南部邊緣);局部見有新元古代震旦紀(jì)陡山沱組白云石英片巖等,為低溫高壓變質(zhì)帶產(chǎn)物,屬藍(lán)閃石綠片巖相(圖1)。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育,僅在武當(dāng)巖群和耀嶺河組地層中見有變基性巖脈、煌斑巖脈、閃長玢巖脈等脈巖。

2.2 礦體地質(zhì)特征

黑龍?zhí)督鸬V受主斷裂帶及分支斷裂控制,礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀(個別為不規(guī)則狀),賦存于斷裂帶的頂、底板附近強蝕變帶底部不同部位(一般不超出斷裂蝕變帶范圍),單礦體規(guī)模一般較小，走向、傾向和垂向上均具有等距性分布的規(guī)律。黑龍?zhí)督鸬V礦石自然類型可劃分為蝕變巖型礦石、蝕變碎裂巖型礦石、多金屬硫化物型礦石等三類;礦石工業(yè)類型依據(jù)礦石中有用組合含量劃分為：金礦石、銀礦石和銀金礦石。

圖1 黑龍?zhí)督鸬V地質(zhì)圖

黑龍?zhí)督鸬V圍巖蝕變多發(fā)育在韌—脆性剪切強應(yīng)變地段與礦化相應(yīng)部位,主要為硅化、絹云母化、黃鐵礦化、鉀長石化、碳酸鹽巖化及黃鐵鉀礬化和褐鐵礦化等,其中硅化、絹云母化、黃鐵礦化與金礦化關(guān)系密切。

黑龍?zhí)督鸬V從早到晚可劃分為：黃鐵絹英巖階段(弱礦化早階段)，石英—多金屬硫化物階段(主成礦階段)，方解石—石英—多金屬硫化物階段(無礦化晚階段)三個階段。

3 穩(wěn)定同位素特征

樣品采自黑龍?zhí)督鸬VⅢ號礦體不同礦化階段的巖石(圖1),其中黃鐵絹英巖階段樣品5件,石英—多金屬硫化物階段樣品8件(氫氧同位素、硫同位素測試對象相同的2件),方解石—石英—多金屬硫化物階段樣品3件。

3.1 氫氧同位素

氫氧同位素測試對象為石英中流體包裹體,樣品來自從石英至多金屬硫化物階段挑選出的6件純凈石英;由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所穩(wěn)定同位素實驗室測試,測試儀器質(zhì)譜型號為 MAT253EM。測試中氧氣由樣品與BrF5反應(yīng)測得,氧同位素測試精度為±0.2‰。氫氣是將金屬鋅與爆裂法取得的水于反應(yīng)中生成,測試精度為±2‰。

黑龍?zhí)督鸬VH-O同位素組成測試結(jié)果(表1)顯示：主成礦階段的δ18O流體值介于0.4‰～2.2‰,平均1.3‰;δD值變化范圍為-98‰～-78‰,平均-86‰;H-O同位素組成圖解(圖2)[2-3]的投影點既不在典型的原生巖漿水區(qū)(或變質(zhì)水區(qū)),也不在典型的大氣降水區(qū),而是在原生巖漿水與東秦嶺中生代大氣降水區(qū)之間的范圍[2],具原生巖漿水與東秦嶺中生代大氣降水混合的氫氧同位素特征[4]。根據(jù)石英和水之間的同位素分餾方程[5]將石英中的礦物δ18O石英值換算成流體的δ18O流體值,該階段有流體不混溶發(fā)生,成礦溫度(T)取包裹體平均均一溫度236 ℃。

表1 黑龍?zhí)督鸬V礦石中石英流體包裹體的H-O同位素

3.2 硫同位素

硫同位素選取12件來自三個階段的樣品進(jìn)行分析測試，由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室礦床地球化學(xué)分室測試。測試的激光剝蝕系統(tǒng)是瑞索公司制造的Resonetics-S155,光束斑直徑一般選擇為33 μm,剝蝕頻率5 Hz,剝蝕40 s,多接收等離子體質(zhì)譜儀為Nu儀器公司制造的Nu Plasma II。

圖2 主成礦階段H-O同位素組成圖解(底圖據(jù)Taylor,1974[3];東秦嶺中生代大氣降水區(qū)據(jù)張理剛,1985[2])

黑龍?zhí)督鸬V不同階段硫化合物δ34S值介于-20.5‰～15.9‰(表2、圖3),變化范圍較大。早階段測試礦物均為黃鐵礦,硫同位素值范圍為1.4‰～9.6‰(n=32,平均5.2‰);主成礦階段測試對象為多種硫化物,總范圍-7.7‰～4.4‰(n=40,平均-2.0‰),其中黃鐵礦硫同位素值介于-7.7‰～4.4‰(n=11,平均-0.9‰),黃銅礦硫同位素值介于-2.2‰～1.7‰(n=9,平均-0.8‰),閃鋅礦硫同位素值介于-1.6‰～-0.4‰(n=6,平均-1.1‰),黝銅礦硫同位素值介于-6.4‰～-1.5‰(n=5,平均-4.2‰),方鉛礦硫同位素值介于-7.5‰～-1.7‰(n=9,平均-4.1‰),此階段硫化物的硫同位素組成明顯比早階段更低;晚階段測試對象為多種硫化物和硫酸鹽(重晶石,BaSO4),總范圍為-20.5‰～9.2‰(n=23,平均-4.2‰),其中黃鐵礦硫同位素值-5.9‰～5.4‰(n=7,平均2.0‰),黃銅礦硫同位素值介于-20.5‰～-7.9‰(n=4,平均-13.5‰),閃鋅礦硫同位素值介于-10.1‰～1.6‰(n=3,平均-5.6‰),黝銅礦硫同位素值介于-9.9‰～-8.0‰(n=2,平均-9.0‰),方鉛礦硫同位素值介于-12.9‰～-2.2‰(n=5,平均-8.0‰),重晶石硫同位素范圍為8.5‰～9.7‰(n=3,平均9.1‰),此階段硫同位素組成明顯比前兩個階段更低,另外,晚階段各種硫化物的δ34S值均比重晶石低。

表2 黑龍?zhí)督鸬V金屬硫化物的硫同位素組成分析結(jié)果

圖3 黑龍?zhí)督鸬V各階段金屬硫化物硫同位素分布直方圖

4 穩(wěn)定同位素來源分析

黑龍?zhí)督鸬VδD值范圍為-98‰～-78‰,與正常巖漿水范圍(巖漿水-85‰～-45‰，變質(zhì)水-65‰～-20‰)相近,偏離變質(zhì)水,δD值較低，說明成礦流體加入了有機水;δ18O石英范圍為10.0‰～11.8‰,接近巖漿水范圍(巖漿水5.5‰～9.5‰，變質(zhì)水5‰～25‰，大氣降水-55‰～10‰)[6]外,與變質(zhì)水、大氣降水范圍一致,表明成礦流體為巖漿水與大氣降水、變質(zhì)水混合的產(chǎn)物;δ18O流體范圍為0.4‰～2.2‰,分布較集中,是不同熱液混合的產(chǎn)物。H-O同位素組成圖解中,成礦流體投影在原生巖漿水與東秦嶺中生代大氣降水的過渡區(qū),發(fā)生了明顯的“氧漂移”,表明成礦流體為原生巖漿水與東秦嶺中生代大氣降水混合形成。

黑龍?zhí)督鸬Vδ34S值介于-20.5‰～15.9‰,總體變化范圍較大,除晚階段外,早階段、主成礦階段變化范圍均較窄,表明礦石中硫具多源性(圖4),各階段礦物的硫同位素組成無明顯分帶現(xiàn)象,說明礦石沉淀較快。早階段δ34S值為1.4‰～9.6‰(平均5.2‰),相對集中,硫源單一,接近“隕石硫”,在“花崗巖硫”范圍內(nèi),為殼?；旌狭?主成礦階段礦石大量沉淀,δ34S值逐漸降低,為-7.7‰～4.4‰,變化范圍較窄,總體呈塔式分布,均一化程度較高,有地層硫混入;晚階段δ34S值為-20.5‰～9.2‰,進(jìn)一步變小,變化范圍明顯變大,均一化程度低,呈脈沖分布,表明在成礦演化過程中有兩個或兩個以上的硫源,有大量的地層硫加入。

圖4 黑龍?zhí)督鸬V各階段金屬硫化物δ34S區(qū)間圖

彭三國等研究成果表明：黑龍?zhí)督鸬V礦石石英中流體包裹體Sr同位素初始比(87Sr/86Sr)i平均值暗示成礦物質(zhì)來源于殼?；旌显?石英包裹體Rb-Sr等時線年齡為(132.6±2.7) Ma[7],屬早白堊世中期。此時為揚子板塊與華北板塊碰撞造山事件的擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的體制,是大規(guī)模流體、巖漿、成礦作用時期,大陸碰撞造山作用形成礦區(qū)內(nèi)復(fù)雜的巖漿—流體成礦系統(tǒng),為巖漿熱液型金礦;早期深部高溫成礦流體沿斷裂向上遷移,同時對圍巖進(jìn)行疊加改造,金進(jìn)一步富集,成礦流體沸騰，淺源大氣降水熱液系統(tǒng)大量涌入導(dǎo)致金的沉淀,形成黑龍?zhí)督鸬V。

5 結(jié)論

黑龍?zhí)督鸬VH-O同位素特征說明成礦流體為原生巖漿水與東秦嶺中生代大氣降水混合形成,混有變質(zhì)水;δ34S值顯示早期礦石硫為殼?；旌狭?演化過程中有大量的地層硫加入。

結(jié)合“武當(dāng)—桐柏—大別成礦帶資源遠(yuǎn)景調(diào)查評價”研究成果,黑龍?zhí)督鸬V為早白堊世中期揚子板塊與華北板塊碰撞造山事件的擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的機制下,大陸碰撞造山作用形成的巖漿熱液型金礦。