湖南寶山cu-mo-pb-zn-ag多金屬礦床硫同位素組成特征及其成因探討

湖南保山銅銀多金礦床是湘南多金屬成礦帶的代表性礦山之一。他在采礦地質(zhì)勘探方面取得了巨大成功，但其研究方向相對薄弱。以往的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）礦質(zhì)勘探、成礦構(gòu)造和采礦方向；（2）圍巖侵蝕帶；（3）銀賦狀態(tài)和（4）保山巖石學(xué)和成巖時(shí)代，少數(shù)科學(xué)家進(jìn)行了初步礦化學(xué)研究。因此，在正確識(shí)別礦山成礦過程時(shí)，缺乏實(shí)際的地球化學(xué)證據(jù)。此外,近年來地質(zhì)勘探過程中發(fā)現(xiàn)除下石炭統(tǒng)石凳子組灰?guī)r和梓門橋組白云巖為礦區(qū)主要賦礦圍巖外,測水組砂頁巖也是鉛鋅多金屬礦體賦礦圍巖之一,其中不同賦礦地層中礦體是否存在聯(lián)系還不清楚。熱液礦床硫化物硫同位素組成是示蹤成礦物質(zhì)來源的重要手段,也是熱液成礦作用研究的核心問題。因此,本文擬通過研究該礦床不同賦礦地層礦體中硫化物硫同位素組成,探討其成礦物質(zhì)來源,并與鄰區(qū)水口山鉛鋅金銀礦床和銅山嶺銅鉛鋅礦床進(jìn)行對比,為認(rèn)識(shí)寶山礦床成礦作用提供實(shí)際地球化學(xué)證據(jù)。1cu-au-pb-zn-ag成礦帶寶山銅鉬鉛鋅銀多金屬礦床大地構(gòu)造上位于揚(yáng)子和華夏2個(gè)板塊的新元古代碰撞拼接帶—?dú)J杭結(jié)合帶的中南段,板塊邊界呈SW-NE走向(圖1a)。欽杭結(jié)合帶及其旁側(cè)是華南地區(qū)最為重要的Cu-Au-Pb-Zn-Ag多金屬成礦帶,分布著一系列(特)大型銅金鉛鋅礦床,湘南構(gòu)造-巖漿-成礦帶是這一巨型金屬成礦帶的典型代表,寶山、水口山、銅山嶺等花崗閃長質(zhì)小巖體就位于該帶,與之相關(guān)的礦化以銅、鉛、鋅、金等為主,代表性礦床有寶山銅鉬鉛鋅銀礦床、水口山鉛鋅金銀礦床和銅山嶺銅鉛鋅礦床等(圖1b)。已有的研究表明這幾個(gè)花崗閃長質(zhì)小巖體集中形成于160Ma左右,其相關(guān)的成礦作用與花崗閃長巖的成巖作用基本同時(shí)或稍晚于成巖作用,成巖成礦形成于巖石圈“伸展-減薄”為主的地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境中。2泥盆紀(jì)之后蓋層構(gòu)造寶山礦田地處坪寶復(fù)式向斜的北端,礦田由寶山中部、寶山東、寶山西和財(cái)神廟4個(gè)礦床組成(圖1c)。礦區(qū)出露地層以石炭系碳酸鹽巖為主,自新而老依次為下二疊和上石炭統(tǒng)壺天群白云巖、下石炭統(tǒng)梓門橋組白云巖、測水組砂頁巖、石凳子組灰?guī)r,其中梓門橋組和石凳子組為該區(qū)Pb-Zn礦化的主要賦礦圍巖。此外,測水組地層和花崗閃長斑巖附近夕卡巖中也存在脈狀鉛鋅礦化。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,前泥盆紀(jì)基底構(gòu)造呈EW方向,泥盆紀(jì)以后的蓋層構(gòu)造為SN-NE方向,構(gòu)造型式表現(xiàn)為由3個(gè)復(fù)式向斜與2個(gè)復(fù)式背斜及發(fā)育在褶皺之間的斷層組合而成的一個(gè)往南收斂、向北撒開的褶斷帶,寶山礦田恰處于該褶斷帶由SN-EW-NE轉(zhuǎn)向的拐彎部位。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育,在地表呈巖墻、巖脈,至深部呈小巖株?duì)町a(chǎn)出,成群成帶分布,主要以花崗閃長斑巖為主,屬于典型的殼?；旌螴型花崗巖,鋯石SHRIMPU-Pb同位素定年結(jié)果表明其形成于160Ma左右,為中生代早期巖石圈伸展-減薄、軟流圈上涌、殼幔相互作用的產(chǎn)物。礦床成礦作用與燕山期花崗閃長斑巖密切相關(guān),成礦元素環(huán)繞花崗閃長斑巖具有明顯分帶,形成中部夕卡巖型Cu-Mo-W-Bi礦化和外帶Pb-Zn-Ag礦化。礦體多呈脈狀、似層狀、囊狀、透鏡狀和楔形狀產(chǎn)出,受各種類型的褶皺構(gòu)造、斷層構(gòu)造、層間滑動(dòng)構(gòu)造和節(jié)理裂隙構(gòu)造等控制。主要礦石礦物為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦、白鎢礦、輝鉬礦和輝鉍礦等,脈石礦物主要為石榴石、輝石、綠泥石、綠簾石、石英和方解石。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜,礦石構(gòu)造包括致密塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造和角礫構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)包括自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。與Cu-Mo-W-Bi礦化有關(guān)的蝕變主要有:夕卡巖化、硅化、綠泥石化、大理巖化等,多見于寶嶺背斜及其北翼測水組中。而與鉛鋅銀礦有關(guān)的蝕變主要有鐵錳碳酸鹽化和黃鐵礦化。3研究方法與儀器前人在寶山礦床開展了一些硫同位素的研究工作,但由于測試數(shù)據(jù)較少且不夠系統(tǒng),故不能準(zhǔn)確反映寶山礦床硫同位素的整體特征以及硫的來源。為了探討寶山礦床成礦物質(zhì)來源與成礦機(jī)制,我們針對寶山礦床不同中段和不同賦礦地層中的礦體,包括寶山西區(qū)和北區(qū)梓門橋組白云巖、測水組砂頁巖和石凳子組灰?guī)r地層中脈狀鉛鋅礦化帶進(jìn)行了系統(tǒng)采樣。對采集到的樣品,破碎到40~80目,在雙目鏡下挑選出硫化物單礦物(主要為黃鐵礦、閃鋅礦和少量方鉛礦),純度到達(dá)99%以上。本研究對寶山礦床42件硫化物單礦物進(jìn)行了S同位素測試分析,分析工作在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的,其中黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦分別加不同比例的CuO(黃鐵礦∶CuO=1∶8;閃鋅礦∶CuO=1∶6;方鉛礦∶CuO=1∶2)置于馬弗爐內(nèi),在1000℃真空條件下反應(yīng)15min,將S氧化成SO2,分析儀器為CF-IRMS(EA-IsoPrime,型號(hào)為Euro3000,GVinstruments)同位素質(zhì)譜儀,并對同一樣品重復(fù)測定兩次,測試結(jié)果采用以國家硫同位素CDT標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定的國家硫同位素標(biāo)準(zhǔn)(硫化銀)GBW04414和GBW04415校正,誤差小于±0.2‰。分析結(jié)果見表1。4結(jié)果與討論4.1中閃鋅礦32s值寶山礦床42件硫化物的硫同位素分析結(jié)果如表1所示。可以看出,δ34S值變化不大,均為較小正值,其中閃鋅礦δ34S值相對中等,變化范圍較窄(+2.3‰~+5.1‰),均值為+3.5‰(n=19);方鉛礦δ34S值相對最低,變化范圍相對較窄,多低于+2.5‰,均值為+1.8‰(n=6);黃鐵礦δ34S值相對高,變化范圍較小(+2.3‰~+4.6‰),均值為+3.9‰(n=17)。4.2礦物及硫同位素組成分析如表1所示,總體上,礦床硫化物δ34S黃鐵礦>δ34S閃鋅礦>δ34S方鉛礦,這與硫同位素在熱液礦物體系中的平衡結(jié)晶順序相一致,表明成礦物質(zhì)沉淀時(shí)基本達(dá)到了硫同位素分餾平衡。從表1還可以看出,本礦床各類硫化物δ34S值相對集中,主要分布在較小正值之間(+1.5‰~+4.5‰),峰值集中在3‰左右,且變化范圍狹窄,略高于與深部巖漿作用有關(guān)硫化物的硫同位素組成(δ34S=0±3‰),明顯低于研究區(qū)石炭系碳酸鹽地層硫同位素組成(+17.8‰~+22.6‰,據(jù)湖南省有色地質(zhì)勘查局二三八隊(duì),1989,湖南省桂陽縣寶山西部礦區(qū)鉛鋅銀礦詳查地質(zhì)報(bào)告),在硫同位素直方圖(圖2a)中呈現(xiàn)明顯的塔式分布特征,具巖漿硫特征。此外,不同圍巖礦體中硫化物硫同位素值比較相近,δ34S主要集中于2.0‰~4.0‰之間。從不同礦區(qū)(圖3)、不同中段(圖2b)礦體硫化物的硫同位素組成對比圖看,它們之間同樣具有相似的硫同位素組成,均以較低正值為主,δ34S變化范圍主要集中在2.0‰~5.0‰之間。且從靠近花崗斑巖體的夕卡巖型銅鉬礦化向外到地層中的鉛鋅礦化,其硫化物硫同位素組成也基本一致,沒有明顯的分帶現(xiàn)象和變化趨勢,表明其來源具有一致性,且礦床中至今未發(fā)現(xiàn)重晶石等硫酸鹽,可以指示硫化物的硫?yàn)閹r漿來源。上述研究結(jié)果不僅表明礦床中不同賦礦圍巖(地層)中礦石硫的來源具有一致性,而且暗示其主要來源于花崗閃長斑巖有關(guān)的巖漿分異,不同地層中的礦化具有相同成因。由此判斷,寶山礦床成礦作用與燕山期花崗閃長斑巖密切相關(guān),成礦元素環(huán)繞花崗閃長斑巖具有明顯分帶,形成中部夕卡巖型Cu-Mo-W-Bi礦化,外帶Pb-Zn-Ag礦化,它們應(yīng)為同一巖漿-熱液系統(tǒng)演化的產(chǎn)物。4.3巖漿巖地球化學(xué)特征與寶山礦床硫同位素特征類似,鄰近的水口山鉛鋅金礦床(δ34S=-2.2‰~+4.4‰)、銅山嶺銅鉛鋅礦床(δ34S=-0.6‰~3.8‰),硫同位素組成相對集中,均為較低的正值,具巖漿硫特征(圖3),均為相應(yīng)的花崗閃長質(zhì)巖漿提供硫源。與這3個(gè)礦床有成因聯(lián)系的巖漿巖的基本特征對比如表2所示,可以看出這3個(gè)巖體的形成時(shí)代基本一致,其巖石類型、成巖物質(zhì)來源和稀土配分模式方面也基本一致,導(dǎo)致礦化類型也大致相同。礦物學(xué)、巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)研究表明,寶山、水口山和銅山嶺巖體是典型的殼?；旌螴型花崗巖,源巖是虧損地幔來源的玄武巖與少量的中下地殼古老物質(zhì)的混合物。因?yàn)獒Ｔ磶r石或玄武巖的硫同位素值一般為0‰左右,變化較小,由它們部分熔融、結(jié)晶分異演化而來的花崗巖類繼承源區(qū)硫同位素特征,使得形成的花崗巖類巖體硫同位素組成均接近0‰。湘南地區(qū)在中生代處于巖石圈伸展減薄的背景之下,由于軟流圈上涌導(dǎo)致幔源巖漿底侵,殼幔相互作用形成富含Cu、Pb、Zn、Au、Ag以及S的母巖漿,上升到淺