湘東大壟鉛鋅礦床成礦機理

邵擁軍，隗含濤，鄭明泓，劉忠法，熊伊曲，徐卓彬，蔣夢同

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湘東大壟鉛鋅礦床成礦機理

邵擁軍1, 2，隗含濤1, 2，鄭明泓1, 3，劉忠法1, 2，熊伊曲1, 2，徐卓彬1, 2，蔣夢同1, 2

(1. 中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，長沙410083；2. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙410083；3. 貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴陽550005)

大壟鉛鋅礦床位于湘東新華夏構(gòu)造體系中坊樓北北東向構(gòu)造帶中部南東側(cè)，鄧阜仙復(fù)式巖體北端，礦體受南北向斷裂控制。通過電子探針、流體包裹體和S、Pb、H、O同位素研究，分析礦床的成礦物質(zhì)來源、成礦物理化學(xué)條件，探討礦床成因及成礦過程。結(jié)果表明：礦床的形成與燕山期巖漿活動密切相關(guān)，成礦物質(zhì)具有殼?；旌系奶卣?，成礦流體主要源于巖漿水，有大氣降水的加入；成礦溫度屬于中低溫，成礦初期流體處于弱堿性、弱氧化的環(huán)境，后期向低溫、低氧逸度、低硫逸度的環(huán)境轉(zhuǎn)換，成礦深度為中深成。綜合認為大壟鉛鋅礦床屬于與燕山期巖漿活動有關(guān)的中低溫?zé)嵋恒U鋅礦床。

電子探針；流體包裹體；同位素；成礦機理；大壟鉛鋅礦床

大壟鉛鋅礦床位于茶陵縣城北八團鄉(xiāng)境內(nèi)，大地構(gòu)造上位于贛南隆起與湘桂坳陷的交接部位，鄧阜仙復(fù)式花崗巖體的北端(見圖1(a))。鄧阜仙地區(qū)鎢錫鈮鉭鉛鋅等資源豐富，代表性礦床有巖體東南部的鄧阜仙鎢礦(即湘東鎢礦)床、東部的卸甲山鉛鋅礦床、北部的金竹垅鈮鉭礦床和大壟鉛鋅礦床等(見圖1(a))。前人圍繞鄧阜仙巖體地質(zhì)特征、成巖年齡，鄧阜仙鎢礦成礦年齡、成礦流體等方面做過研究，將鄧阜仙復(fù)式花崗巖體從早到晚分為3個期次，分別為中粗粒斑狀黑云母花崗巖(鋯石U-Pb年齡為(230.0±1.6) Ma、(225.70±1.6) Ma、(218.22±0.85) Ma[1])、中細粒二云母花崗巖(成巖年齡存在爭議，鋯石U-Pb年齡為(222.9±1.6) Ma、(224.3±2.4) Ma[2]、(154.4±2.2) Ma[1]和(159±0.8) Ma[3])和細粒白云母花崗巖(白云母K-Ar年齡為136 Ma)。蔡楊等[4]測得鄧阜仙鎢礦中的輝鉬礦Re-Os等時線年齡為(150.5±5.2) Ma，與燕山期二云母花崗巖年齡接近，說明鄧阜仙鎢礦是二云母花崗巖巖漿成礦作用的產(chǎn)物。鄧阜仙鎢礦床成礦流體表現(xiàn)為中高溫、低鹽度特征，混合作用與流體溫度的降低是形成礦床的主要因素[5]。雖然對于鄧阜仙巖體及鎢礦床的研究已較為成熟，但針對區(qū)內(nèi)鉛鋅礦的研究卻鮮有報道，這在一定程度上制約了該區(qū)成礦規(guī)律的研究。本文作者以大壟鉛鋅礦床為研究對象，在礦床地質(zhì)特征研究基礎(chǔ)上，通過電子探針、同位素以及流體包裹體研究，探討了礦床的成礦物質(zhì)來源、成礦物理化學(xué)條件、礦床成因和成礦過程，總結(jié)了成礦機理，對深化本區(qū)成礦理論具有一定促進意義。

1 成礦地質(zhì)背景

大壟鉛鋅礦床所在的鄧阜仙地區(qū)出露地層由下至上依次為中寒武統(tǒng)的變質(zhì)砂巖、板巖和千枚巖，上泥盆統(tǒng)錫礦山組灰?guī)r和頁巖，上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M石英砂巖和炭質(zhì)頁巖，侏羅系石英砂巖與粉砂巖，上白堊統(tǒng)戴家坪組鈣質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖，以及第四系沖積層。區(qū)內(nèi)斷裂廣泛發(fā)育，主要有NE向、NNE向和NNW向3組，其中NE向斷裂最為發(fā)育。

礦區(qū)出露地層主要為第四系，由花崗巖的風(fēng)化物組成，分布于礦區(qū)北部和西部的低洼地帶(見圖1(b))。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為簡單，以斷裂為主，按其走向可分為NE、NW、近EW及SN向4組，其中以SN向斷裂規(guī)模最大，呈壓扭性，為區(qū)內(nèi)控礦、導(dǎo)礦及容礦構(gòu)造。SN向斷裂總體走向350°~10°，傾向東，局部傾向南，傾角52°~87°，被硅質(zhì)所充填，形成六條彼此平行排列的硅化帶(V1~V6)。NE向斷裂主要為張性，呈雁行排列，被煌斑巖脈所充填，一般長10~220 m，寬0.1~6 m，走向42°~60°，傾向SE或NW，傾角49°~79°。NW及近EW向斷裂規(guī)模較小。礦區(qū)巖漿巖主要為燕山早期(γ25)八團巖體，巖性為中粒二云母花崗巖和中細粒少斑狀二云母花崗巖，呈巖基產(chǎn)出，是大壟鉛鋅礦床的主要賦礦圍巖。

圖1 大壟鉛鋅礦床區(qū)域構(gòu)造關(guān)系圖(據(jù)文獻[5]修改)及地質(zhì)簡圖：1—燕山期花崗巖；2—印支期花崗巖；3—礦區(qū)位置；4—第四系地層；5—鉛鋅礦脈及編號；6—煌斑巖脈；7—地質(zhì)界線；8—斷層及編號

2 礦床地質(zhì)特征

礦體賦存于硅化帶(V1~V6)中，主要富集在硅化破碎帶具有膨大、分支復(fù)合，擠壓破碎強，硅化、綠泥石化發(fā)育的地段，均呈短脈狀和板狀。6條硅化帶中以V1帶規(guī)模最大，寬0.5~8.5 m，總體傾向東，傾角52°~85°，由V1-Ⅰ、V1-Ⅱ和V1-Ⅲ等3個工業(yè)礦體組成。其中V1-Ⅰ礦體厚度0.80~4.33 m，平均1.81 m，傾向東，傾角70°~85°(見圖2)。礦石組份簡單，金屬礦物以方鉛礦、閃鋅礦為主，次為黃鐵礦、毒砂，含少量黃銅礦、斑銅礦。脈石礦物以石英為主，次為螢石、硅質(zhì)、綠泥石、絹云母及粘土礦物等。礦石結(jié)構(gòu)以它形粒狀為主，次為包含結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造主要為浸染狀、塊狀構(gòu)造，次為條帶狀、團包狀、網(wǎng)脈狀和角礫狀構(gòu)造等(見圖3)。

礦區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，包括硅化、綠泥石化、絹云母化、電氣石化、葉臘石化、高嶺土化、碳酸鹽化、鉀化，其中硅化與成礦關(guān)系最為密切。根據(jù)礦脈穿插關(guān)系及礦物共生組合、礦石組構(gòu)等特征，將大壟鉛鋅礦床成礦過程劃分為3個階段。①石英?多金屬硫化物階段(Ⅰ)：典型礦物組合為石英+閃鋅礦+方鉛礦±黃鐵礦±黃銅礦，閃鋅礦為棕褐色，呈浸染狀、塊狀、條帶狀和細脈狀產(chǎn)出。②石英?黃鐵礦?閃鋅礦階段(Ⅱ)：以石英+黃鐵礦+閃鋅礦組合為標志，閃鋅礦為淺黃色，呈浸染狀、條帶狀和細脈狀產(chǎn)出。③石英?螢石?閃鋅礦階段(Ⅲ)：典型礦物組合為石英+螢石+閃鋅礦，閃鋅礦為淺黃色，呈浸染狀和團包狀產(chǎn)出。其中石英?多金屬硫化物階段及石英?黃鐵礦?閃鋅礦階段為主成礦階段。

圖2 V1-Ⅰ號礦脈勘探線剖面圖：1—燕山期花崗巖；2—硅化帶；3—礦體

3 樣品采集及測試方法

本研究用于電子探針分析的樣品均采自大壟礦區(qū)第3中段采場或采空區(qū)，其中綠泥石樣品采自靠近礦體的蝕變花崗巖，而黃鐵礦、黃銅礦樣品則采自第3中段采場處的礦體；流體包裹體及氫氧同位素樣品均來自第3中段采場的新鮮鉛鋅礦石，且均按成礦階段進行了分類(流體包裹體測溫及成分分析樣品Ⅰ階段2件、Ⅱ階段4件、Ⅲ階段2件，氫氧同位素分析樣品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段均2件)；硫、鉛同位素分析的樣品采自第3中段采場，測試對象為鉛鋅礦石中的黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦。

圖3 大壟鉛鋅礦床典型的礦石組構(gòu)：(a) 黃銅礦包含粒狀黃鐵礦，呈包含結(jié)構(gòu)，方鉛礦穿插交代黃銅礦，呈交代結(jié)構(gòu)(?)；(b) 黃鐵礦的碎裂結(jié)構(gòu)，以及不規(guī)則粒狀的第一世代閃鋅礦(?)；(c) 浸染狀構(gòu)造，閃鋅礦集合體呈浸染狀分布于石英中；(d) 塊狀構(gòu)造，塊狀方鉛閃鋅礦礦石；Sp—閃鋅礦；Gn—方鉛礦；Ccp—黃銅礦；Py—黃鐵礦；Qtz—石英

電子探針微區(qū)常量元素點分析測試工作在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院教育部有色金屬成礦預(yù)測重點實驗室電子探針微區(qū)分析實驗室完成。采用日本島津公司生產(chǎn)的EPMA?1720型電子探針(EPMA)，加速電壓選擇為15 kV，電子束流大小為2.0×10?8 A，束斑大小一般為1 μm，檢出限0.001%，校正方法為ZAF校正。元素的峰值計數(shù)時間和背景計數(shù)時間分別為20s和10s。綠泥石主要測試SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O及K2O共9種氧化物的含量，黃鐵礦、黃銅礦測試元素有As、S、Fe、Pb、Co、Ag、Ni、Te、Se、Cu及Zn共11種元素。

流體包裹體顯微測溫在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院流體包裹體實驗室進行，使用儀器為英國產(chǎn)Linkam THMS?600型地質(zhì)用冷熱臺，儀器可操作的溫度范圍在?196~600 ℃之間。經(jīng)校準，溫度范圍為?196~30 ℃時，精度為0.1 ℃；溫度范圍為30~600 ℃時，精度為1 ℃。本次實驗主要通過顯微冷熱臺測定了包裹體的均一溫度，水溶液包裹體的冰點溫度或二氧化碳絡(luò)合物的熔化溫度，利用BROWN[6]的FLINCOR計算機程序，計算了包裹體的鹽度和密度，采用經(jīng)驗公式估算了成礦壓力。

流體包裹體氣液相成分分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。測試氣相成分儀器為美國PerkinElmer公司Clarus600氣相色譜儀。實驗條件為溫度25 ℃，載氣氣體Ar2氣，載氣氣流25 mL/min，載氣壓力100 kPa，檢測器TCD，柱箱溫度120 ℃，熱導(dǎo)檢測器溫度150 ℃，包裹體的爆裂溫度為550 ℃。測試液相成分使用儀器為美國DIONEX?500型離子色譜儀。

硫鉛同位素測試在廣州澳實礦物實驗室完成。硫同位素組成由MAT?251質(zhì)譜儀測定，采用標準為國際標準VCDT，分析精度為±0.2×10?3；鉛同位素樣品溶解、分離后，在相對濕度36%，室溫20 ℃的條件下，根據(jù)標準 GB/T17672—1999《巖石中鉛鍶釹同位素測定方法》，利用英國GV公司生產(chǎn)的ISOPROBE?T熱電離質(zhì)譜儀測定其同位素比值，結(jié)果用國際標樣NBS981進行校正，誤差在2以內(nèi)。

氫氧同位素測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成，使用儀器為德國Finnigan公司生產(chǎn)的MAT?253穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀，氫同位素組成通過鋅還原法測定，氧同位素組成采用常規(guī)BrF5法測定，氫氧同位素測試精度分別為±2×10?3和±0.2×10?3。

4 實驗結(jié)果

4.1 電子探針分析

4.1.1 綠泥石

在蝕變巖體中綠泥石較為常見，多呈自形片狀結(jié)構(gòu)，可見呈黑云母假象(見圖4)。由于個別綠泥石粒徑較小，且與其他礦物共生，導(dǎo)致分析結(jié)果可能會出現(xiàn)誤差，因此，首先利用FOSTER[7]提出的綠泥石判定指標((Na2O+K2O+CaO)＜0.5%時，綠泥石沒有被混染)將被混染的綠泥石進行了剔除。由于通過電子探針直接測試得的Fe氧化物數(shù)據(jù)只有FeOT的含量，故而采用鄭巧榮[8]提出的電價差值法計算了綠泥石中FeO與Fe2O3的含量，進而以14個O原子為基礎(chǔ)計算了綠泥石的特征值。綠泥石成分分析結(jié)果及計算的特征值如表1所lie。

本區(qū)蝕變巖體中綠泥石SiO2含量為25.13%~ 25.95%，平均值為25.40%；Al2O3含量為17.73%~ 20.50%，平均值為20.37%；FeO含量為25.21%~27.33%，平均值為26.14%；MgO含量為15.08%~ 16.44%，平均值為15.66%。總體上具有低硅高鋁高鎂的特征。

圖4 綠泥石鏡下特征(?)：Chl—綠泥石；Ms—白云母；Pl—斜長石；Q—石英；Mc—微斜長石

4.1.2 黃鐵礦

黃鐵礦在礦床中分布較為廣泛，主要呈現(xiàn)自形?半自形粒狀及碎裂狀產(chǎn)出(見圖3(a)和(b))。電子探針測試數(shù)據(jù)表明(見表2)，第一階段的黃鐵礦中(S)為53.608%~54.533%，平均值為54.006%；(Fe)為44.625%~46.079%，平均值為45.421%。嚴育通等[9]提出用Fe和S進行黃鐵礦的主量元素標型特征分析，其中Fe=[(Fe)×100?46.55]/46.55×100，S= [(S)×100? 53.45]/53.45×100，(Fe)和(S)理論值分別為46.55%和53.45%。Fe和S既可表示質(zhì)量的偏離程度，也可表示原子個數(shù)的偏離程度。礦區(qū)中黃鐵礦的(Fe)/(S)值范圍為0.828~0.845，平均值為0.84，小于標準值0.875；S和Fe的原子個數(shù)比為2.07~2.11，平均值為2.08；Fe和S值分別為?4.14~?1.01、0.30~2.03，平均值分別為?2.43和1.04，表現(xiàn)出虧Fe、富S的特征。

BRALIA等[10]對不同成因類型黃鐵礦的Co、Ni含量進行系統(tǒng)研究后認為：沉積黃鐵礦(Co)/(Ni)小于l，平均值為0.63；熱液(脈狀)黃鐵礦的Co、Ni含量變化較大，1.17＜(Co)/(Ni)＜5；火山噴氣塊狀硫化物礦床(Co)/(Ni)比值變化范圍為5~50，平均值為8.7。研究區(qū)內(nèi)黃鐵礦的(Co)/(Ni)值為1.70~6.92，平均為3.99，除個別數(shù)值外，大多落入熱液黃鐵礦的范圍內(nèi)，表明本區(qū)的黃鐵礦屬于熱液成因。一般來說，(Co)/(Ni)比值越大，礦物的形成溫度越高，研究區(qū)內(nèi)黃鐵礦(Co)/(Ni)比值不大，表明其形成溫度不高。

表1 綠泥石電子探針成分及特征值

表2 黃鐵礦電子探針成分

Se、Te為黃鐵礦的標型元素，(S)/(Se)和(Se)/(Te)同樣具有標型意義[9, 11]，可用于區(qū)分不同成因的黃鐵礦。沉積成因的黃鐵礦(Se)、(Te)分別為0.5×10?6~2.0×10?6和0.35×10?6~3.0×10?6，(S)/(Se)比值為25×10?6~50×104，(Se)/(Te)比值為0.2~4；而巖漿熱液成因的黃鐵礦(Se)、(Te)分別為20×10?6~50×10?6和1×10?6~2.67×104，(Se)/(Te)比值為0.4~75[9, 12]。研究區(qū)內(nèi)黃鐵礦的(Se)介于20×10?6~340×10?6之間，平均值為20.2×10?6；(Te)介于10×10?6~600×10?6，平均值為20.3×10?6；(S)/(Se)比值介于1584~27175之間，平均值為5530；(Se)/(Te)比值介于0.1~10.7之間，平均值為2.5，這些特征均與巖漿熱液成因的黃鐵礦接近。

4.1.3 黃銅礦

研究區(qū)內(nèi)黃銅礦主要呈團包狀、脈狀，與黃鐵礦、方鉛礦等共生，可見其包含黃鐵礦形成包含結(jié)構(gòu)(見圖5)，或被方鉛礦交代，呈鑲邊結(jié)構(gòu)。

黃銅礦電子探針分析結(jié)果(見表3)顯示，黃銅礦中(Cu)為30.441%~34.396%，平均值為32.711%；(Fe)為28.153%~30.028%，平均值為29.346%；(S)為34.400%~35.810%，平均值為34.976%。黃銅礦中常量元素含量與標準值(Cu：34.56%，F(xiàn)e：30.52%，S：34.92%)相比，均顯示Cu、Fe含量偏低，S含量偏高的特征，這可能與成礦流體中含有大量的SO42?有關(guān)，同時也反映了成礦過程處于氧化環(huán)境[11]。

圖5 黃銅礦的鏡下特征：Sp—閃鋅礦；Gn—方鉛礦；Ccp—黃銅礦；Py—黃鐵礦

4.2 流體包裹體特征

4.2.1 包裹體巖相學(xué)特征

流體包裹體巖相學(xué)研究表明，大壟鉛鋅礦床與礦化伴生的石英中發(fā)育原生、次生及假次生等3種類型包裹體，大小多為4~6 μm。其中原生包裹體含量最多，主要為以液相為主的氣液兩相包裹體，且不同成礦階段的流體包裹體巖相學(xué)特征具有相似性。包裹體大小為2~12 μm，外形多為橢圓狀、長條狀及不規(guī)則狀，多呈孤立狀分布(見圖6)。室溫條件下，包裹體氣相充填度介于10%~25%之間，所測包裹體加熱過程中都均一至液相。

4.2.2 包裹體溫度、鹽度和密度

對各成礦階段石英中的包裹體進行了冷凍法及均一法測溫，測溫結(jié)果及計算所得的鹽度、密度等物理參數(shù)列于表4，并繪制了溫度、鹽度直方圖(見圖7)。

結(jié)合表4和圖7可知，石英?多金屬硫化物階段石英中的包裹體均一溫度范圍為172~297 ℃，平均為222 ℃，峰值為220~260 ℃；石英?黃鐵礦?閃鋅礦階段石英中的包裹體均一溫度范圍為136~201 ℃，平均為163 ℃，峰值為140~180 ℃；石英?螢石?閃鋅礦階段石英中的包裹體均一溫度范圍為102~180 ℃，平均為130 ℃，峰值為100~140 ℃?？傮w看來，隨著成礦作用的進行，溫度逐漸降低。

各成礦階段鹽度(NaCleq)分別為2.79%~9.45%、3.48%~9.32%和2.79%~9.45%，平均值分別為6.25%、6.38%和6.01%，鹽度相差不大，主要集中于5%~7%。計算得出各階段成礦流體的密度范圍相似，介于0.76~0.99 g/cm3之間，小于1 g/cm3。綜上所述，研究區(qū)成礦流體屬于中低溫、中低鹽度的低密度流體。

4.2.3 成礦壓力

根據(jù)流體包裹體均一溫度和鹽度，應(yīng)用邵潔漣[13]計算鹽水流體壓力的經(jīng)驗公式：=0h/0(式中：o=219+2620s；0=374+920s；h為均一溫度；s為成礦流體鹽度；為成礦壓力，105Pa)，求得相應(yīng)成礦流體壓力。各成礦階段成礦流體壓力分別為：Ⅰ階段47.5~83.0 MPa，平均值為61.5 MPa；Ⅱ階段37.2~56.0 MPa，平均值為45.3 MPa；Ⅲ階段28.3~49.1 MPa，平均值為36.0 MPa。成礦壓力從Ⅰ到Ⅲ階段，逐漸減小。

表3 黃銅礦電子探針成分

圖6 大壟鉛鋅礦床中包裹體的顯微照片：V—氣相；L—液相

表4 大壟鉛鋅礦床流體包裹體特征及參數(shù)

圖7 流體包裹體均一溫度以及鹽度統(tǒng)計直方圖

4.3 同位素特征

4.3.1 硫同位素

大壟鉛鋅礦床金屬硫化物硫同位素分析結(jié)果如表5所列。硫同位素分餾平衡是其示蹤應(yīng)用的前提，鄭永飛等[14]研究發(fā)現(xiàn)，如果共生硫化物中34S值符合黃鐵礦＞閃鋅礦＞方鉛礦的特征，則說明硫同位素分餾達到平衡。研究區(qū)硫化物的34S值按黃鐵礦→閃鋅礦→方鉛礦遞減，表明其同位素分餾達到平衡。硫化物的34S值均為負值，介于?8.28×10?3~?6.22×10?3之間，離差2.06×10?3，平均值為?7.07×10?3，反映成礦體系在近地表相對開放的高氧逸度環(huán)境和較低溫度條件下發(fā)生了較強的硫同位素分餾作用。

表5 大壟鉛鋅礦床硫同位素特征

4.3.2 鉛同位素

大壟鉛鋅礦床金屬硫化物鉛同位素分析結(jié)果見表6。硫化物的206Pb/204Pb為18.03~18.16，平均為18.09，極差為0.13；207Pb/204Pb為15.57~15.67，平均為15.63，極差為0.10；208Pb/204Pb為38.15~38.63，平均為38.48，極差為0.48。礦石中的鉛同位素比值變化不大，反應(yīng)其組成比較穩(wěn)定，同時黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦的鉛同位素均無明顯差別，顯示鉛源較為一致。

4.3.3 氫?氧同位素分析

大壟鉛鋅礦床石英的氫、氧同位素直接測定，流體的18OH2O利用CLAYTON等[15]提出的石英與水體系同位素平衡方程計算(為各成礦階段包裹體均一溫度平均值)：

18OQ-H2O≈3.38×106/2?3.40×103/(=200~500 ℃) (1)

18OQ-H2O≈3.65×106/2?2.59×103/(=100~200 ℃) (2)

結(jié)果如表7所列，石英δDV-SMOW為?65.5×10?3~ ?83.4×10?3，18OV-SMOW為8.8×10?3~11.1×10?3，均屬于正常巖漿水的范圍[14]；石英的18OV-SMOW各階段平均值分別為9.5×10?3、9.8×10?3、10.3×10?3，隨流體演化有增大的趨勢，反映可能存在流體的沸騰[14]。計算得到流體的18OH2O為?0.11×10?3~?7.07×10?3，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段平均值分別為?0.96×10?3、?7.41×10?3、?7.82×10?3，呈減小趨勢。

表6 大壟鉛鋅礦床鉛同位素特征

表7 大壟鉛鋅礦床氫氧同位素特征

5 討論

5.1 成礦物質(zhì)來源

5.1.1 成礦物質(zhì)來源

礦石34S同位素組成為?8.28×10?3~?6.22×10?3，處于殼源重融型花崗巖的硫同位素組成范圍內(nèi)，表現(xiàn)出巖漿硫的組成特點。本區(qū)主要金屬硫化物(黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦)值接近或大于9.58，Th/U值和值接近平均地殼鉛的Th/U值(4)和值(36.84)[17]，表明礦石的鉛可能主要來自于上地殼，但有部分外來物質(zhì)的混入。研究區(qū)內(nèi)花崗巖的值介于9.67~9.73，值介于36.92~38.31，Th/U比值介于3.67~3.83，而硫化物的值介于9.45~9.63，值介于37.16~39.53，Th/U比值介于3.81~3.97，兩者鉛同位素特征參數(shù)相似，表明巖體與成礦有密切的關(guān)系。在鉛同位素構(gòu)造模式圖上(見圖8(a))，樣品點主要分布于造山帶與上地殼演化線之間，在鉛同位素構(gòu)造環(huán)境分類圖上(見圖8(b))，樣品點主要分布于上地殼與地?；旌系母_帶鉛的巖漿作用區(qū)，表明礦石中鉛屬于殼幔混合鉛，成礦作用與巖漿作用有關(guān)。綜合認為，成礦物質(zhì)具有殼幔混合的特征，礦體的形成與燕山期巖漿活動密切相關(guān)。

5.1.2 成礦流體來源

氫氧同位素分析結(jié)果在D?18OH2O圖解中(見圖9)，所有樣品點均落入巖漿水與大氣降水的過渡帶中，且早期樣品點更加靠近巖漿水的范圍，晚期樣品點往大氣降水線遷移，同時D、18OH2O具有從早到晚逐漸降低的趨勢，說明成礦流體主要來源于巖漿水，隨著成礦作用的進行有大氣降水的加入。

5.2 成礦物理化學(xué)條件

肖榮閣等[18]認為在熱液礦床中伴生的黃銅礦與黃鐵礦中微量元素Co的分配系數(shù)與溫度有一定的關(guān)系，根據(jù)實驗提出黃銅礦?黃鐵礦地質(zhì)溫度計經(jīng)驗公式：

=103/(1.2921×lgDCpy-Py+2.382)?273.15 (3)

DCpy-Py=(Co)Cpy/(Co)Py×1.53 (4)

式中：代表黃銅礦與黃鐵礦的形成溫度，℃；DCpy-Py為黃銅礦與黃鐵礦中微量元素Co的分配系數(shù)。(Co)Cpy和(Co)Py分別代表黃銅礦與黃鐵礦中的Co含量。通過計算可以得出研究區(qū)的DCpy-Py介于0.51~0.83之間，得出兩者的形成溫度介于166~225 ℃之間。

研究區(qū)硫化物34S值按黃鐵礦→閃鋅礦→方鉛礦遞減，表明其同位素分餾達到平衡[15]，因此可根據(jù)共生硫化物對計溫法計算其成礦溫度。選用的樣品為共生但無明顯交代穿插關(guān)系的方鉛礦與閃鋅礦，采用的計算公式為CZAMANSKE等[19]提出的共生硫同位素分餾方程：

1000lnSp-Gn=7.0×105/2(5)

式中：Sp-Gn為分餾系數(shù)，為兩者的形成溫度，℃。計算得到礦床硫化物沉淀溫度為184~229 ℃，與流體包裹體測溫結(jié)果一致。

前人研究發(fā)現(xiàn)[20?22]通過綠泥石中Al、Fe、Mg的陽離子數(shù)可以計算綠泥石的形成溫度。采用KRANIDIOTIS等[20]提出的溫度計算公式：

=106×[(AlIV)+0.35×(Fe2+)/((Mg2+)+(Fe2+))]+18 (6)

式中：為形成溫度，℃；(AlIV)、(Fe2+)和(Mg2+)分別表示基于O原子數(shù)為14計算得到的綠泥石中四次配位鋁的陽離子數(shù)、Fe2+離子數(shù)和Mg2+離子數(shù)。通過計算可以得出大壟礦床中綠泥石的形成溫度為161~178 ℃，平均為168 ℃。

主成礦階段的成礦壓力介于37.2~83.0 MPa之間，平均為50.7 MPa，采用靜巖壓力進行計算，得到成礦深度介于1.38~3.07 km之間，平均為1.88 km。

圖8 大壟鉛鋅礦床鉛同位素構(gòu)造模式圖和構(gòu)造環(huán)境分類圖：1—地幔源鉛；2—上地殼源鉛；3—上地殼與地?；旌系母_帶鉛((3a) 巖漿作用；(3b) 沉積作用)；4—化學(xué)沉積作型鉛；5—海底熱水作用鉛；6—中深變質(zhì)作用鉛；7—深變質(zhì)下地殼鉛；8—造山帶鉛；9—古老頁巖上地殼鉛；10—退變質(zhì)

圖9 大壟鉛鋅礦床石英氫氧同位素圖解

采用劉斌[23]給出的計算方法，可估算NaCl?H2O體系包裹體的pH值。大壟鉛鋅礦床石英?多金屬硫化物階段捕獲溫度平均值為242.5 ℃，鹽度平均值為6.25%，捕獲壓力取61.5 MPa，經(jīng)估算pH=5.75(在250 ℃，壓力40 MPa下，純水的pH=5.60[24])；石英?黃鐵礦?閃鋅礦階段溫度平均值為171.3 ℃，鹽度平均值為6.38%，捕獲壓力取45.3 MPa，經(jīng)估算pH=5.74(在175 ℃，壓力40 MPa下，純水的pH=5.72[24])；石英?螢石?閃鋅礦物階段溫度平均值為144.2 ℃，鹽度平均值為6.02%，捕獲壓力取36.0 MPa，經(jīng)估算pH=5.79(在150 ℃，壓力40 MPa下，純水的pH=5.80[24])。各成礦階段流體pH值接近純水，有助于硫化物沉淀。

根據(jù)RYZHENKO等[24]給出的公式計算Eh，得到各成礦階段流體Eh值分別為0.089、0.195和0.254 V，均呈弱氧化性。隨著成礦的進行流體Eh值呈增大趨勢，反應(yīng)流體在成礦過程中一直發(fā)生氧化反應(yīng)，有助于硫化物的沉淀。

WALSHE[25]將綠泥石的組成分成了6個端元，以熱力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合各個端元之間的關(guān)系，提出了一套根據(jù)其組分來分析各個端元的活度，再利用活度計算綠泥石形成時的氧逸度和硫逸度的方法。據(jù)此計算得到研究區(qū)綠泥石形成的氧逸度為?57.3~?51.0，平均值為?53，硫逸度為?16.1?11.9，平均值為?13.4，表明綠泥石的形成環(huán)境屬于低氧逸度、低硫逸度的環(huán)境，這與綠泥石中Fe3+離子數(shù)遠小于Fe2+離子數(shù)的特征相符合。

綜上所述認為，大壟鉛鋅礦床成礦溫度屬于中低溫，成礦初期流體處于弱堿性、弱氧化環(huán)境，后期向低溫、低氧逸度、低硫逸度的環(huán)境轉(zhuǎn)換，成礦深度為中深成。

5.3 礦床成因

綜合礦床地質(zhì)特征、礦物學(xué)特征以及同位素地球化學(xué)特征，總結(jié)大壟鉛鋅礦床具有如下基本特征：

1) 硫化物石英脈是礦體的主要產(chǎn)出形態(tài)，且嚴格受SN向斷裂控制產(chǎn)出，與圍巖界限明顯。主成礦階段(石英?多金屬硫化物階段和石英?黃鐵礦?閃鋅礦階段)所形成的礦物組合(石英?黃鐵礦?閃鋅礦?方鉛礦和石英?黃鐵礦?閃鋅礦)和礦石組構(gòu)(半自形?他形粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙充填結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)；塊狀、條帶狀、網(wǎng)脈狀、梳狀構(gòu)造)等特征均與熱液礦床的特征相似。

2) 礦區(qū)廣泛發(fā)育有鉀化、電氣石化?硅化、黃鐵絹云巖化?高嶺石化及綠泥石化等圍巖蝕變，這些蝕變從早期到晚期，從高溫到低溫均有分布，反映了巖漿熱液始終貫穿著成礦過程，說明礦體的形成是巖漿熱液活動的結(jié)果。

3) 礦物學(xué)特征表明，金屬礦物屬于巖漿熱液成因，其形成與巖漿作用密切相關(guān)。同時通過黃銅礦?黃鐵礦地質(zhì)溫度計，硫同位素溫度計、綠泥石溫度計等估算硫化物的形成溫度主要介于150~250 ℃，結(jié)合流體包裹體顯微測溫結(jié)果，認為成礦溫度屬于中低溫范圍。

4) 通過S、Pb、H、O同位素研究表明，本區(qū)成礦物質(zhì)具有殼?；旌系奶卣?，礦體的形成與燕山期巖漿活動密切相關(guān)，成礦流體主要來源于巖漿水，但有大氣降水的加入。

綜合以上分析可知，大垅鉛鋅礦床成礦溫度屬于中低溫范圍，礦床的形成與燕山期中酸性巖漿的侵位有密切的成因聯(lián)系，巖漿活動為礦床的形成提供了大量的成礦物質(zhì)和運移能量，各級斷裂為流體的運移和定位提供了有利的空間，礦體產(chǎn)狀具有明顯的充填特征，大壟鉛鋅礦床屬于與燕山期巖漿活動有關(guān)的中低溫?zé)嵋盒豌U鋅礦床。

5.4 成礦過程

燕山期在大規(guī)模構(gòu)造運動和巖漿活動作用下，深部巖漿沿構(gòu)造裂隙上侵，在有利部位就位形成八團巖體，先形成的八團巖體在后期構(gòu)造運動作用下，形成SN向切割較深的斷裂，起源于深部巖漿房內(nèi)的流體沿著區(qū)域上的SN向斷裂上升，在上升過程中，與圍巖發(fā)生交代作用，帶入堿質(zhì)成分，帶出硅質(zhì)成分，產(chǎn)生硅化、綠泥石化等蝕變，早期的成礦熱液隨之產(chǎn)生。隨著流體的上升，壓力及溫度快速下降，加之外界流體的混入，成礦流體性質(zhì)發(fā)生變化，承載成礦物質(zhì)的絡(luò)合物的穩(wěn)定性遭受破壞，從而促使金屬硫化物在有利的構(gòu)造位置大量淀積成礦。同時，由于成礦熱液的溫度逐漸下降，熱液中大量的H2S與Zn2+、Pb2+、Fe2+、Cu2+等金屬元素反應(yīng)形成大量的閃鋅礦(此時溫度較高，以深色閃鋅礦為主)、方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦；到了石英?閃鋅礦?黃鐵礦階段，隨著流體中成礦元素比例的變化以及溫度的降低，形成的金屬礦物以低溫閃鋅礦和黃鐵礦為主；到了成礦末期(石英?螢石?閃鋅礦階段)，外界流體混入成分(主要為大氣降水)顯著增加，成礦流體的溫度進一步降低，成礦流體系統(tǒng)逐漸冷卻，只有少量的H2S與Zn2+發(fā)生反應(yīng)，生成少量閃鋅礦，成礦過程逐漸結(jié)束，該階段石英大量生成，螢石次之。由此可見，前面兩個階段是本區(qū)的主要成礦階段，石英?螢石?閃鋅礦階段只是對前面兩個成礦階段礦質(zhì)的沉淀起到了一定程度的疊加富集作用。

6 結(jié)論

1) 通過S、Pb、H、O同位素研究表明，本區(qū)成礦物質(zhì)具有殼?；旌系奶卣?，礦體的形成與燕山期巖漿活動密切相關(guān)，成礦流體主要來源于巖漿水，但是有大氣降水的加入。

2) 通過電子探針分析及流體包裹體研究表明成礦溫度屬于中低溫，成礦初期成礦流體處于弱堿性、弱氧化的環(huán)境，后期向低溫、低氧逸度、低硫逸度的環(huán)境轉(zhuǎn)換，成礦深度為中深成。

3) 綜合認為大壟鉛鋅礦床屬于與燕山期巖漿活動有關(guān)的中低溫?zé)嵋恒U鋅礦床。

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(編輯 何學(xué)鋒)

Mineralization mechanism of Dalong Pb-Zn deposit,eastern Hunan Province, China

SHAO Yong-jun1, 2, WEI Han-tao1, 2, ZHENG Ming-hong1, 3, LIU Zhong-fa1, 2,XIONG Yi-qu1, 2, XU Zhuo-bin1, 2, JIANG Meng-tong1, 2

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring,Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geoscience and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;3. Non-Ferrous Metals and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau of Guizhou, Guiyang 550005, China)

Dalong Pb-Zn deposit is located in the southeast of the middle Fanglou NNE structural belt of Neocathaysian structural system and the north head of the Dengfuxian composite granite. Ore occurrence is controlled by south-north faults. Through the electron microprobe analysis, fluid inclusions and S, Pb, H, O isotope characteristics research, the source of ore-forming materials, ore-forming physicochemical conditions were analyzed, and the ore deposit genesis and metallogenic process were discussed. The results indicate that the formation of ore bodies is closely related to the Yanshanian magmatic activity; the ore-forming materials have the feature of crust-mantle mixing; the ore-forming fluid is mainly derived from magmatic water, but with the mixing of atmospheric precipitation; the metallogenetic temperature is low-medium temperature; the ore-forming fluid is weak alkali, weak oxidizing environment, and late it transforms to low temperature and low oxygen fugacity of low sulfur fugacity environment; the metallogenetic depth is shallow-moderate depth. Dalong Pb-Zn deposit belongs to low-medium temperature magmatic hydrothermal deposit relating to the Yanshanian magmatic activity.

electronic mircoprobe? fluid inclusion? isotope? metallogenic mechanism? Dalong Pb-Zn deposit

Projects(12120114052201, 12120114052201) supported by the China Geological Survey; Project (41472302) supported by the National Natural Sciences Foundation of China; Project supported by the Development Foundation of Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitor, Ministry of Education, China; Project(2015zzts069) supported by the Independent Innovation Program for Doctoral Candidates of Central South University, China

2016-07-21; Accepted date: 2016-12-26

SHAO Yong-jun; Tel: +86-13973149482; E-mail: shaoyongjun@126.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.09.21

1004-0609(2017)-09-1916-13

P611.1

A

中國地質(zhì)調(diào)查局資助項目(12120114052101，12120114052201)；國家自然科學(xué)基金資助項目(41472302)；有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室發(fā)展基金資助項目；中南大學(xué)博士生自主探索創(chuàng)新基金資助項目(2015zzts069)

2016-07-21；

2016-12-26

邵擁軍，教授，博士；電話：13973149482；E-mail：shaoyongjun@126.com