西藏則不嚇鉛鋅礦床硫、鉛同位素組成及對成礦物質來源的指示

杜保峰，張榮臻，楊長青，李山坡，譚和勇，朱紅運

(1.河南省地質調查院，河南 鄭州 450001；2.河南省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，河南 鄭州 450001；3.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083)

0 引 言

青藏高原是全球范圍內規(guī)模最大、也是最典型的活動大陸碰撞造山帶[1]。新生代經歷了印度與亞洲大陸的碰撞造山過程，目前正處于后碰撞演化階段[2-3]，并伴隨有大規(guī)模的成礦作用，已成為研究大陸碰撞與成礦作用的理想場所[4]。西藏岡底斯銅鉬鉛鋅成礦帶位于雅魯藏布結合帶北側的岡底斯火山-巖漿弧內，近20年在該帶內已成功發(fā)現(xiàn)驅龍、甲瑪、雄村、邦鋪、亞貴拉、蒙亞阿、納如松多、龍瑪拉等大型—超大型礦床[5-12]，顯示岡底斯是一條資源潛力巨大的銅多金屬礦帶，是青藏高原巨型成礦省的重要組成部分。

則不嚇鉛鋅礦床位于岡底斯成礦帶北緣西部，是一個近年來新發(fā)現(xiàn)的具有較好找礦前景的礦床，目前對該礦床僅有少量的研究報道[13]，認為其屬熱液脈型鉛鋅礦。本文基于詳細的野外地質調查工作，通過對則不嚇鉛鋅礦床礦石中硫化物的S、Pb同位素研究，探討其成礦物質來源，為研究該區(qū)域的成礦作用及礦產勘查提供新的資料和依據(jù)。

1 地質背景

則不嚇鉛鋅礦床的大地構造位置位于岡底斯—喜馬拉雅造山系拉達克—岡底斯—伯舒拉嶺弧盆系的隆格爾—工布江達復合島弧帶南部(圖1(a))，南臨岡底斯—下察隅巖漿弧帶[14]。區(qū)域岡底斯火山-巖漿弧的形成與新特提斯洋殼俯沖→弧-陸碰撞→伸展走滑作用密切相關。該帶東部地層以三疊系—白堊系沉積為主，西部有大面積古近系、新近系沉積，沉積物以中酸性火山巖或火山碎屑巖為主。燕山晚期—喜馬拉雅期的火山巖、與俯沖-碰撞作用有關的重熔和同熔型鈣堿性巖漿巖廣泛分布。其中侵入巖在喜馬拉雅期則以酸性巖為主，由石英二長巖、二長花崗巖、黑云母花崗巖及花崗斑巖等組成。岡底斯弧花崗巖帶巖漿活動有2個高峰時期，即55～45 Ma和30～24 Ma[15-16]，而前者活動于岡底斯北緣，后者位于岡底斯中南部，它們分別與印度—亞洲大規(guī)模碰撞和岡底斯逆沖斷裂活動的時間相對應[17]；此外，該帶南部發(fā)育的含礦斑巖體侵位于岡底斯花崗巖基及三疊紀—白堊紀地層中，含礦斑巖體形成于17～12 Ma之間[9,18]。區(qū)域構造線總體呈近東西向，以線性復式褶皺、壓扭性逆沖推覆構造為主；北東向及近南北向構造形成較晚，以發(fā)育張性構造為主要特征。

2 礦區(qū)地質

礦區(qū)出露地層主要為下二疊統(tǒng)昂杰組(P1a)、古近系林子宗群典中組(E1d)及第四系(Q)(圖1(b))。昂杰組出露較多，主要巖性為變石英砂巖、粉砂質板巖、泥質板巖；典中組廣泛分布于礦區(qū)，主要巖性為安山質凝灰?guī)r、英安質晶屑凝灰?guī)r、流紋質(巖屑)晶屑凝灰?guī)r和含角礫凝灰?guī)r組成；第四系主要沿溝谷及河流兩側發(fā)育，以砂礫石堆積為主，為含泥礫石層、含砂礫石層。出露侵入巖主要為始新世的似斑狀黑云母二長花崗巖及鉀長花崗斑巖脈，其中似斑狀黑云母二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(52.9±0.2) Ma(另文發(fā)表)，鉀長花崗斑巖脈數(shù)量眾多，廣泛發(fā)育，多沿斷裂帶走向分布(圖2a)，其內可見零星黃鐵礦化。區(qū)內發(fā)育NNE—NE、近SN和NWW向3組脆性斷裂，其中以NNE—NE向斷裂較為發(fā)育，與成礦關系最為密切，其與NW向斷層交匯部位嚴格控制了鉛鋅礦(化)體的展布。

礦區(qū)內現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)7條鉛鋅礦(化)體。礦體呈不規(guī)則扁透鏡狀和脈狀產出，均賦存于典中組流紋質晶屑凝灰?guī)r和含角礫凝灰?guī)r中的NE—近SN向展布的斷層破碎帶內(圖2b)。礦體產狀變化于280°～315°∠55°～70°，長度240～470 m，厚度5.6～20.2 m。Pb品位變化于0.24%～19.42%，Zn品位為0.32%～5.46%，伴生Ag品位為2.7～125 g/t。

礦體中礦石礦物主要有方鉛礦、黃鐵礦和少量黃銅礦、閃鋅礦，以及氧化礦物褐鐵礦、鉛礬、孔雀石；方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦等主要以集合體形式呈浸染狀、細脈狀分布于碎裂凝灰?guī)r中(圖2c)，少量呈致密塊狀(圖2d)，局部可見自形方鉛礦。脈石礦物有石英、絹云母、斜長石、方解石和高嶺石。礦石具自形-半自形粒狀結構、它形填隙結構、交代殘余結構、結狀結構(圖2e)、脈狀充填結構、乳滴狀結構(圖2f)等，礦石構造類型主要為浸染狀構造，其次為塊狀構造和細脈狀構造。圍巖蝕變發(fā)育，可見硅化、絹云母化、高嶺石化、碳酸鹽化，鉛鋅礦化主要與硅化和絹云母化密切相關。

根據(jù)則不嚇鉛鋅礦體明顯受NE—NNE向和近SN向斷裂控制，且地表出露的鉀長花崗斑巖等超淺成小巖脈與礦體走向一致，其內有星點狀方鉛礦化和黃鐵礦化，初步認為則不嚇鉛鋅礦為一受構造-巖漿活動控制的中低溫熱液充填交代型礦床。

3 樣品采集與分析方法

本次用于S、Pb同位素分析的樣品主要采自礦區(qū)Pb1、Pb2和Pb5鉛鋅礦體，主要包括稀疏浸染狀、團塊狀和脈狀礦石的黃鐵礦和方鉛礦，金屬硫化物均屬于熱液成礦期產物。分析方法及步驟如下：選取具代表性樣品，經手工進行逐級破碎、過篩、清洗、干燥后，在雙目鏡下挑選40～60目、純度>99%的單礦物樣品5 g以上，然后將挑純后的單礦物樣品在瑪瑙缽里研磨至200目以下。樣品分析測試均在核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心完成。其中，硫同位素樣品是將硫化物單礦物與氧化亞銅按一定比例研磨、混合均勻后，進行氧化反應生成SO2并用冷凍法收集，然后用MAT251氣體同位素質譜儀分析硫同位素組成，測量結果以V-CDT為標準，分析精度優(yōu)于±0.2%。鉛同位素樣品先用混合酸分解，然后用樹脂交換法分離出鉛，蒸干后用熱表面電離質譜法進行鉛同位素測量，儀器型號為ISOPROBE-T，測量精度為207Pb/204Pb、208Pb/204Pb和206Pb/204Pb比值誤差小于0.05‰。

4 測試結果

4.1 硫同位素組成

則不嚇鉛鋅礦床9件金屬硫化物樣品的δ34S值變化于-0.6‰～2.7‰之間(表1)，極差為3.3‰，平均值為1.34‰，變化范圍較窄，硫同位素組成比較穩(wěn)定，顯示硫來源較單一。在所分析的9件硫化物樣品中，2件黃鐵礦的δ34S值為1.8‰～2.7‰，平均值為2.25‰；7件方鉛礦的δ34S值為-0.6‰～2.4‰，平均值為1.09‰，樣品ZB/S2、ZB/S6中方鉛礦與樣品ZB/S4、ZB/S5中黃鐵礦均為共生關系。通常認為，在硫同位素分餾達到平衡條件下，共生硫化物(包括硫酸鹽)的δ34S值按硫酸鹽>輝鉬礦>黃鐵礦>磁黃鐵礦和閃鋅礦>黃銅礦>方鉛礦的順序遞減[19]，在則不嚇礦床共生礦石礦物組合中硫化物的δ34S值大致表現(xiàn)出δ34S黃鐵礦﹥δ34S方鉛礦的趨勢，反映主成礦期礦床中共生的硫化物硫同位素分餾基本達到了平衡。

表1 則不嚇鉛鋅礦床礦石硫化物的硫同位素組成

4.2 鉛同位素組成

則不嚇鉛鋅礦床金屬硫化物的鉛同位素組成及其以H-H單階段模式計算[20]的相關參數(shù)值見表2。其中，206Pb/204Pb變化范圍為18.637～18.812，平均值為18.720；207Pb/204Pb變化范圍為15.683～15.896，平均值為15.785；208Pb/204Pb變化范圍為39.087～ 39.596，平均值為39.375。礦石鉛的上述各同位素比值十分穩(wěn)定，變化范圍較小，顯示正常鉛特征。此外，μ值的變化范圍為9.61～10.0，平均值為9.79；ω值變化范圍為38.67～ 41.5，平均值為40.33；Th/U值變化范圍為3.90～4.07，平均值為3.99，除ω值稍偏高外，μ值和Th/U值均在正常鉛的變化范圍之內[21]。

5 討 論

5.1 硫的來源

硫化物金屬礦床中，硫元素在成礦物質富集和沉淀成礦過程中具有重要的作用，其同位素可提供礦化劑來源的重要信息[22-24]。研究認為，對于一個礦床中硫來源的討論需要借助流體總硫同位素特征才能加以分析[25]，在一定的條件下可以根據(jù)礦床的礦物共生組合關系估計成礦流體的總硫同位素組成[26-27]。根據(jù)Ohmoto[28]的理論計算，如果氧逸度較低體系中硫酸鹽不能存在，礦物組合為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦時，硫化物的δ34S值可大致代表熱液的總硫同位素組成。在則不嚇鉛鋅礦床中，通過野外地質調查及光薄片鏡下鑒定均未發(fā)現(xiàn)硫酸鹽類礦物的存在，而大量發(fā)育黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等硫化物礦物組合，且黃鐵礦和方鉛礦的δ34S值也比較接近，硫同位素基本達到了平衡。因此，則不嚇礦床金屬硫化物的硫同位素組成基本可以代表成礦熱液體系中總硫同位素組成(∑δ34S)。

表2 則不嚇鉛鋅礦床礦石鉛同位素組成及相關參數(shù)

則不嚇礦床礦石的δ34S值變化較窄，δ34S峰值主要集中在-1‰～3‰之間，具有明顯的塔式分布特征(圖3)，且硫化物礦石δ34S平均值為1.34‰，與我國與巖漿活動有關的鉛鋅礦床δ34S值(-5.0‰～5.0‰)相似[29]，并且與巖漿硫的δ34S值(0±3‰)一致[23]；此外，在與自然界主要硫儲庫的同位素組成對比圖(圖4)中可以看出，則不嚇礦床硫同位素組成位于巖漿硫(花崗巖)組成范圍內，顯示出硫具有巖漿硫的特征，這與岡底斯成礦帶北緣主要鉛鋅礦床的δ34S值(-6.9‰～6.7‰)相似[24,27,31-36]，但后者范圍更寬，可能與受到圍巖混染有關。綜合指示則不嚇礦床的硫源與礦區(qū)的巖漿作用有關，硫同位素具有巖漿硫特征，可能與區(qū)內花崗斑巖及深部相關的隱伏巖體有關。

5.2 鉛的來源

硫化物礦石通常含較少量的U、Th和非放射成因的Pb同位素[37-38]，且鉛同位素在礦石運移和沉淀過程中較為穩(wěn)定，受外界環(huán)境影響小，幾乎不發(fā)生分餾作用，礦物形成環(huán)境中的U、Th、Pb特征決定其組成特征[39]。因此，鉛同位素組成被廣泛應用于各種礦床的研究中，是示蹤成礦物質來源的有效方法之一[40]；尤其μ特征值的變化能提供地質體經歷地質作用的信息，反映鉛的來源，而具有高值μ(μ>9.58)的鉛或者位于零等時線右側的放射成因鉛通常被認為是來自U、Th相對富集的上部地殼物質[41-42]。則不嚇礦床硫化物礦石鉛同位素μ值的變化范圍為9.61～10.0，明顯高于9.58，指示礦區(qū)內礦石鉛主要起源于上地殼物質，這也與岡底斯成礦帶北緣主要鉛鋅礦床的μ值(9.30～9.83)類似[24, 31-37,43]，但其μ值總體略偏高，反映上部地殼成分明顯占主導。

為進一步探討則不嚇鉛鋅礦床礦石鉛的來源，將其礦石鉛同位素組成數(shù)據(jù)進行鉛構造演化模式投圖。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖中(圖5(a))，硫化物礦石基本全部落入上地殼鉛源區(qū)域，少量靠近造山帶鉛源區(qū)域；在208Pb/204Pb-206Pb/204圖中(圖5(b))，硫化物礦石分布于造山帶與上地殼Pb演化線之間，但更靠近上地殼Pb演化線，亦表明本區(qū)礦石鉛主要來自于上地殼物質，少量來源于造山帶。

研究表明，鉛同位素特征值Δβ-Δγ能消除時間因素的影響，可利用鉛同位素特征值Δβ-Δγ成因分類圖解對成礦物質來源進行有效示蹤[44]。在Δβ-Δγ圖解(圖6)上，所有樣品數(shù)據(jù)點均落于上地殼來源鉛區(qū)域內，這一特征與Zartman的鉛構造模式中上地殼樣品的分布特征基本是一致的，進一步確定則不嚇鉛鋅礦床礦石鉛主要來自上地殼物質。

已有研究成果顯示[9, 31]，不同于岡底斯中南部斑巖銅礦帶成礦物質來源于地殼深部，岡底斯北緣Pb-Zn-Ag礦床類型雖然有夕卡巖型、隱爆角礫巖型和熱液脈型，且成礦物質來源并不單一，但均以上地殼為主[24,31-36]，且成巖-成礦年齡集中于62～41 Ma之間[2,7-8,45-49]，形成于印度與歐亞大陸主碰撞時期[6,11]。則不嚇鉛鋅礦床硫同位素顯示其具有巖漿硫的特征，鉛同位素指示主要來自上地殼物質，綜合說明成礦物質可能來源于上地殼部分熔融形成的巖漿。則不嚇鉛鋅礦床位于岡底斯成礦帶北緣西部，區(qū)內似斑狀二長花崗巖年齡屬始新世，雖然暫無直接成礦年齡，但區(qū)內的巖漿活動及成礦物質來源與岡底斯北緣具有明顯相似性，反映其與岡底斯北緣Pb-Zn-Ag礦床主要成巖成礦的形成環(huán)境應一致。因此，認為則不嚇鉛鋅礦床的成礦物質很可能來源于印亞大陸主碰撞時期上地殼部分熔融形成的中酸性巖漿。

6 結 論

(1)則不嚇鉛鋅礦床金屬硫化物樣品的δ34S值變化于-0.6‰～2.7‰之間，變化范圍較窄，具有明顯的塔式分布特征，硫同位素組成比較穩(wěn)定，顯示硫來源較單一，具有巖漿硫的特征，可能與區(qū)內花崗斑巖及深部相關的隱伏巖體有關。

(2)則不嚇鉛鋅礦床礦石鉛的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb同位素比值十分穩(wěn)定，變化范圍較小，顯示正常鉛特征；根據(jù)高的鉛同位素μ值和構造演化模式投圖，均表明本區(qū)礦石鉛主要來自于上地殼物質；結合區(qū)域成巖成礦事件和礦區(qū)地質特征，認為該礦床成礦物質很可能來源于印亞大陸主碰撞時期上地殼部分熔融形成的巖漿。

致謝：野外地質調查及成文過程中得到張彥啟教授級高級工程師、何凱工程師等人的指導幫助，編輯及審稿專家給予了修改建議，在此一并表示感謝！