黔北桑木背斜鉛鋅成礦帶S、Pb同位素特征及成礦物質(zhì)來源探討

朱華利，王 波，譙 常，張晗彬，韓 雪

(1.貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550000；2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

1 引言

黔北桑木背斜鉛鋅成礦帶位于揚(yáng)子地塊西南緣的北東向構(gòu)造帶。前人對桑木背斜鉛鋅成礦帶做了較多研究，陳云明、劉金海等對黔北桑木背斜鉛鋅成礦帶地質(zhì)特征和找礦前景進(jìn)行了研究，認(rèn)為桑木場鉛鋅成礦帶有較好的找礦前景(陳云明 等，2014；劉金海，2010)；張燕等基于對洞子溝鉛鋅礦的稀土和微量元素特征，認(rèn)為其成礦模型屬于MVT型鉛鋅礦成因(張燕 等，2011；陳云明 等，2014)。但整體工作程度仍然較低，還沒有做過系統(tǒng)研究；特別是成礦物質(zhì)來源的研究；到目前為止在該區(qū)僅發(fā)現(xiàn)少量的鉛鋅礦床(點(diǎn))，均屬于中小型，未見大型鉛鋅礦床。所以有必要對該成礦帶進(jìn)行深入研究，為后續(xù)鉛鋅礦找礦工作提供重要的基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)。

硫元素廣泛分布于火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖、海水以及大氣降水中。硫是一個很好的示蹤劑，可以根據(jù)礦物的硫同位素組成判斷礦物的原始形成條件(劉子燕，2017)。此外金屬硫化物中通常含有一定量的鉛，而U、Th含量很低，硫化物結(jié)晶以后通過衰變作用所產(chǎn)生的放射性成因的鉛含量非常低，對硫化物的鉛同位素組成影響也可以忽略不計(jì)，因此，硫化物的普通鉛同位素組成也被廣泛應(yīng)用于礦床定年和成礦物質(zhì)示蹤(Cumming G，Richards J.1975；張海 等，2016)。故本文選擇桑木背斜鉛鋅成礦帶中典型的鉛鋅礦床(點(diǎn))進(jìn)行了系統(tǒng)采樣并開展了S、Pb同位素研究，探討其成礦物質(zhì)來源。

2 地質(zhì)背景

黔北桑木背斜北接四川盆地，南鄰黔中隆起北緣，為一北東向背斜構(gòu)造，桑木斷裂帶呈北東走向切割桑木背斜核部。背斜核部出露最老地層為震旦系燈影組(未見底)，上覆寒武系戈仲伍組、牛蹄塘組、明心寺組、金頂山組、清虛洞組、陡坡寺組、石冷水組、婁山關(guān)組；奧陶系桐梓組、紅花園組、湄潭組、十字鋪組、寶塔組；及志留系至侏羅系地層；巖性以碳酸鹽巖為主，碎屑巖次之，除二疊與三疊之交出現(xiàn)少量的凝灰?guī)r外，未見其它巖漿巖出露。研究區(qū)內(nèi)未見變質(zhì)巖基底巖石出露，但區(qū)域地質(zhì)信息顯示下伏有較老的前震旦系變質(zhì)巖基底地層，與滇東北地區(qū)對比，下伏基底地層可能為與昆陽群或會理群相當(dāng)?shù)牡貙印?/p>

3 礦床及礦石特征

研究區(qū)鉛鋅礦床(點(diǎn))主要集中產(chǎn)于震旦系燈影組白云巖中，其次在寒武系清虛洞組白云巖以及奧陶系寶塔組灰?guī)r中亦有產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，主要以NE向的桑木構(gòu)造斷裂帶為主，NW向斷層和節(jié)理次之。NE向桑木構(gòu)造斷裂帶嚴(yán)格控制了鉛鋅礦的展布(圖1)，所有鉛鋅礦床(點(diǎn))均產(chǎn)出于桑木斷層北西盤，其中棕巖溝、謝家壩、鄧家溝等鉛鋅礦床(點(diǎn))均沿桑木斷層展布；而晶車井、洞子溝、大巖、槽溝等鉛鋅礦床(點(diǎn))均產(chǎn)于次級斷層或破碎帶中。

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的礦體主要呈似層狀、透鏡狀，其次為脈狀。嚴(yán)格受層間剝離裂隙、節(jié)理或斷層破碎帶的控制。礦床圍巖蝕變有重晶石化、硅化、白云石化、螢石化等。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖(圖片來源于1∶5萬桑木場幅礦產(chǎn)地質(zhì)圖，略有改動)

礦石礦物主要有閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦。脈石礦物主要有重晶石、石英、白云石、方解石、螢石等。閃鋅礦為黃棕、紅棕色(圖2)；方鉛礦為鉛灰色。礦石具粒狀結(jié)構(gòu)(圖3)、溶蝕交代結(jié)構(gòu)；團(tuán)塊狀構(gòu)造、侵染狀構(gòu)造和角礫狀構(gòu)造。礦石類型有鉛鋅礦石、鉛礦石和鋅礦石等。

圖2 洞子溝鉛鋅礦床紅棕色閃鋅礦脈體

圖3 鄧家溝鉛鋅礦點(diǎn)淺灰色粒狀方鉛礦

4 硫同位素特征

本次研究在桑木背斜鉛鋅礦成礦帶共采集了12件樣品挑選單礦物樣品進(jìn)行硫同位素測試分析，其中黃鐵礦7件、方鉛礦2件、閃鋅礦3件。采自洞子溝、謝家壩的樣品含礦圍巖均為震旦系燈影組白云巖；棕巖溝的樣品含礦圍巖為清虛洞組白云巖；而采自鄧家溝的樣品含礦圍巖為奧陶系寶塔組灰?guī)r；圍巖差異是因?yàn)槌傻V熱液向上運(yùn)移過程中遇到適合的圍巖析出成礦，為斷層控礦和圍巖雙重控礦，故研究區(qū)鉛鋅礦能夠在不同時期的碳酸鹽巖中產(chǎn)出。樣品測試方法為： S-ISTP-01，由澳實(shí)分析檢測(廣州)有限公司測試分析，測試分析結(jié)果列于表1，根據(jù)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行硫化物及硫酸鹽中硫同位素投圖得到圖4?？傮w桑木背斜鉛鋅。

表1 研究區(qū)硫化物的硫同位素組成

續(xù)表

圖4 研究區(qū)硫化物中硫同位素投影圖

5 鉛同位素特征

筆者利用路遠(yuǎn)發(fā)開發(fā)的GeoKit軟件將表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb構(gòu)造模式投圖得到圖5和圖6；從圖5和圖6的投圖曲線可以看出，所有點(diǎn)均落于造山帶或上地殼曲線之上，說明桑木背斜成礦帶的成礦物質(zhì)鉛來源與造山帶或上地殼有關(guān)。因桑木背斜所處的大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子地塊西南緣，屬于板塊內(nèi)部，并不屬于造山帶，所以其鉛來源可能為上地殼的沉積地層。

表2 研究區(qū)硫化物的鉛同位素組成

圖5 研究區(qū)鉛鋅礦床(點(diǎn))

圖6 鄧家溝鉛鋅礦點(diǎn)淺灰色粒狀方鉛礦

將表2數(shù)據(jù)進(jìn)行朱炳泉礦石鉛同位素的Δγ-Δβ成因分類圖解投圖得到圖7。從圖7可以看出，所有點(diǎn)均落于上地殼鉛(2)及上地殼與地?；旌系母_帶鉛(3a巖漿作用)區(qū)域，表明研究區(qū)鉛來源于上地殼且與熱液活動有關(guān)。

圖7 鉛同位素的Δγ-Δβ成因分類圖解

6 成礦物質(zhì)來源探討

(1)成礦物質(zhì)硫的來源探討

根據(jù)張青等研究成果，研究區(qū)海相沉積地層震旦系的硫同位素δ34S平均值17‰左右，而寒武系的硫同位素δ34S平均值28‰左右，與研究區(qū)硫化物的硫同位素平均值25.6‰相近。據(jù)圖4可知桑木背斜鉛鋅成礦帶硫化物及硫酸鹽中硫同位素投圖均落于沉積巖區(qū)；據(jù)此判斷其硫的來源為沉積巖。故筆者認(rèn)為桑木背斜鉛鋅成礦帶成礦礦物硫來源于圍巖或下伏基底地層。

(2)金屬鉛的來源探討

桑木背斜鉛鋅礦成礦帶已知礦床點(diǎn)產(chǎn)出的地層從震旦系燈影組到奧陶系寶塔組碳酸鹽巖中均可見及，無論是最老的燈影組還是上覆的寒武系至奧陶系地層，其巖石地層中鉛的背景值均很低，不具有提供鉛源的條件。而根據(jù)前面鉛同位素投圖分析，其鉛來源于上地殼沉積地層，且與熱液活動有關(guān)，故推測桑木背斜鉛鋅成礦帶的鉛來源于該區(qū)下伏前寒武紀(jì)基底地層。故筆者認(rèn)為研究區(qū)鉛來源為受斷層影響的熱液活動將基底巖石中的鉛溶出，并跟隨熱液運(yùn)移，在熱液向上運(yùn)移過程中與圍巖中溶出的硫結(jié)合，最終在碳酸鹽巖地層中析出成礦。

7 結(jié)論

(1)桑木背斜鉛鋅礦帶的硫化物的δ34S值變化范圍較大，為相對富集重硫型。其成礦物質(zhì)硫來源于圍巖或下伏基底地層。

(2)桑木背斜地區(qū)鉛鋅礦床具有較為單一的鉛金屬來源。鉛來源于該區(qū)下伏前寒武紀(jì)基底地層。

致謝：本文在成文過程中得到中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)韓慶森博士的悉心指導(dǎo)；得到習(xí)水區(qū)調(diào)項(xiàng)目全體項(xiàng)目成員的支持和幫助，在此一并表示衷心的感謝！