吳歡歡，黃河，高永寶，魏立勇，李志丹，張振，范堡程，孟五一，李國英

（1中國地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；2中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037；4中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

南秦嶺旬陽盆地是我國重要的金汞銻鉛鋅多金屬成礦區(qū)。以南羊山斷裂為界，盆地北緣發(fā)育有著名的公館和青銅溝2個(gè)汞銻共生的大型、超大型礦床（張穎等,2010;Zhang et al.,2014），與小河金礦、曹家?guī)X金礦、惠家溝等金礦組成一條金汞銻成礦帶（葛家昆,2015），盆地南緣自西向東發(fā)育有以紅花坪、甘溝、泗人溝、關(guān)子溝、南沙溝為代表的一大批鉛鋅礦床（點(diǎn)），構(gòu)成一條賦存在志留系黑色巖系中的鉛鋅成礦帶（周小康等,2020）（圖1a）。據(jù)旬北鉛鋅礦評(píng)價(jià)報(bào)告統(tǒng)計(jì)（唐永忠等,2006)，該區(qū)域鉛鋅資源總量累計(jì)達(dá)132.6萬t，預(yù)測(cè)資源量在588.6萬t，有望成為一處大型鉛鋅資源基地，勘探潛力巨大。區(qū)內(nèi)礦床（點(diǎn)）沿盆地南緣成群成帶分布，主要賦存在下志留統(tǒng)梅子埡組、中志留統(tǒng)雙河鎮(zhèn)組和中泥盆統(tǒng)石家溝組中。前人對(duì)區(qū)內(nèi)泗人溝、紅花坪、南沙溝等鉛鋅礦開展了地質(zhì)特征（李超等,2015;王林等,2019;張煦等,2020）、礦床及圍巖地球化學(xué)特征（侯滿堂等,2006;劉淑文等,2008;徐林剛等,2021）、成礦規(guī)律總結(jié)（王濤等,2008;周小康等,2020）等方面研究，但成因上仍存在不同認(rèn)識(shí)，包括早期勘查報(bào)告中的變質(zhì)熱液脈型，朱華平等（2002）和張西社等（2011）提出的噴流沉積型，鄭三忠（1996）和王濤等（2008）提出的熱水沉積型以及侯滿堂等（2007）認(rèn)為的沉積-改造型等。這些觀點(diǎn)的不同主要源于對(duì)成礦流體性質(zhì)和成礦物質(zhì)來源的認(rèn)識(shí)不同，因此,深化對(duì)該區(qū)域鉛鋅礦床成礦機(jī)制的認(rèn)識(shí)還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)典型礦床的研究。關(guān)子溝鉛鋅礦床是區(qū)內(nèi)最具有代表性的礦床之一，鉛鋅資源量超過15萬t，平均品位13.4%?；诖?，本文在野外調(diào)查基礎(chǔ)上對(duì)其開展了流體包裹體特征、H-O-S-Pb穩(wěn)定同位素組成等研究，同時(shí)對(duì)比區(qū)內(nèi)其他鉛鋅礦床對(duì)成礦機(jī)制進(jìn)行約束，為區(qū)域勘查找礦提供新的理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶是橫跨中國東西的中央造山帶的中間部分，是古特提斯洋俯沖消減后于中生代華北克拉通與揚(yáng)子克拉通碰撞形成的典型的復(fù)合型大陸造山帶（Yan et al.,2006;王宗起等，2009）。秦嶺造山帶從北到南以商丹構(gòu)造帶和勉略-巴山弧形構(gòu)造帶為界分為北秦嶺、南秦嶺和揚(yáng)子板塊北緣3個(gè)單元（圖1a～b）。旬陽盆地位于南秦嶺中部，自寒武系至二疊系連續(xù)沉積了一套海相頁巖、碳酸鹽巖和碎屑巖（劉淑文等,2008）。由于受東西兩側(cè)的武當(dāng)-陡嶺和佛坪-安康-平利古老基底的保護(hù)，造山作用僅引發(fā)了區(qū)域地層發(fā)生低級(jí)變質(zhì)，形成一套板巖-千枚巖組合（薛春紀(jì)等,2005;徐林剛等,2021）。

圖1 中國區(qū)域構(gòu)造簡圖（a）及秦嶺造山帶地質(zhì)簡圖（b，據(jù)Yan et al.,2006修改）Fig.1 Tectonic sketch map of China showing the location of the Qinling Orogen(a)and simplified geological map showing the tectonic framework of the Qinling Orogen(b,modified after Yan et al.,2006)

旬陽盆地南緣發(fā)育有數(shù)十個(gè)中小型鉛鋅礦床，且近幾年不斷有新的礦床（點(diǎn)）發(fā)現(xiàn)，該區(qū)已成為秦嶺造山帶重要的鉛鋅礦集區(qū)（圖2）。區(qū)內(nèi)主要出露一套早古生代—晚古生代沉積，其中下古生界為一套淺變質(zhì)的泥質(zhì)-砂質(zhì)碎屑巖、碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖，與上覆泥盆系呈不整合接觸。泥盆系在區(qū)內(nèi)發(fā)育最廣，主要為濱淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖組合，石炭系—二疊系主要為一套淺海相碳酸鹽巖夾碎屑巖組合。與鉛鋅成礦聯(lián)系緊密的是志留系和泥盆系，其中下志留統(tǒng)梅子埡組下部、梅子埡組中部、中志留統(tǒng)雙河鎮(zhèn)組上部層位、中泥盆統(tǒng)石家溝組上部是主要的賦礦層位（宋小文等,2003）。南羊山斷裂是區(qū)域上發(fā)育的近東西向主干斷裂，同時(shí)發(fā)育的一系列北東向-南西向與近東西向次級(jí)斷裂與大羊山復(fù)背斜、旬陽復(fù)背斜構(gòu)成區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造格架（王濤,2005；周小康等,2020）。大羊山復(fù)向斜總體沿東西向呈近橢圓狀展布，核部出露下石炭統(tǒng)，兩翼主要為泥盆系和志留系，關(guān)子溝鉛鋅礦位于其南翼東部。區(qū)內(nèi)無明顯巖漿活動(dòng)，變質(zhì)程度為綠片巖相。

圖2 南秦嶺旬陽盆地區(qū)域地質(zhì)簡圖（據(jù)唐永忠等，2006）Fig.2 Regional geological map of Xunyang Basin,South Qinling(after Tang et al.,2006)

2 礦床地質(zhì)特征

關(guān)子溝鉛鋅礦位于旬陽盆地東南部關(guān)子溝腦-周家溝口一帶，目前已圈定11條礦體，其中K1、K2、K3為主礦體（圖3a）。礦體主要賦存于雙河鎮(zhèn)組第二、三巖性段中上部灰色千枚巖夾粉砂質(zhì)千枚巖中，含礦層中有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦含量較高，并伴隨有紋層狀硅質(zhì)巖產(chǎn)出。礦體多為鉛鋅共生礦體，鋅品位1.84%～16.00%，鉛品位0～2.56%。礦體平均產(chǎn)狀為225°∠27°，常呈層狀、似層狀產(chǎn)出。由于受印支期造山作用影響，含礦地層發(fā)生褶皺變形，礦體與地層大多發(fā)生同步彎曲（圖3b，圖4a～c），這表明成礦作用主要發(fā)生在后期變形前。

圖3 關(guān)子溝鉛鋅礦床礦體平面地質(zhì)簡圖（a）及勘探線剖面圖（b）Fig.3 Geological map of the ore body(a)and cross section along exploration line(b)of the Guanzigou Pb-Zn deposit

關(guān)子溝鉛鋅礦礦石構(gòu)造主要為透鏡狀構(gòu)造（圖4d）、塊狀構(gòu)造（圖4e）、似層狀構(gòu)造（圖4f）。礦石結(jié)構(gòu)為他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)（圖4g、h、k、l）和交代結(jié)構(gòu)（圖4i、j），金屬礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦，次為黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦，少量白鐵礦、鈦鐵礦和毒砂，脈石礦物以石英、絹云母為主。主要的圍巖蝕變?yōu)楣杌⒎浇馐?、絹云母化等。根?jù)礦物共生組合和穿插關(guān)系，將關(guān)子溝鉛鋅礦床成礦過程劃分為3個(gè)階段（表1），描述如下：

表1 關(guān)子溝鉛鋅礦床成礦期次及成礦階段劃分表Table 1 Metallogenetic periods and stages of the Guanzigou Pb-Zn deposit

Ⅰ階段（石英-黃鐵礦階段）：成礦早期，表現(xiàn)為順層發(fā)育于圍巖地層中黃鐵礦化石英脈，脈寬3～10 cm（圖4a）。主要金屬礦物為黃鐵礦，少量發(fā)育毒砂，以自形-半自形產(chǎn)出，脈石礦物主要為石英。局部可見閃鋅礦脈沿石英-黃鐵礦脈邊界產(chǎn)出，界線清晰，顯示黃鐵礦化石英脈形成早于閃鋅礦脈。

Ⅱ階段（石英-多金屬硫化物階段）：主礦化階段，表現(xiàn)為似層狀、條帶狀閃鋅礦-方鉛礦順層發(fā)育于圍巖地層中（圖4a、b），主要金屬礦物為閃鋅礦和方鉛礦，脈石礦物主要為石英，脈體寬度變化較大（2～20 cm不等）。

Ⅲ階段（石英-碳酸鹽階段）：成礦晚期，成礦流體溫度有所降低。發(fā)育脈狀、囊狀石英-方解石，可見切穿圍巖地層和礦體（圖4c），指示晚于主礦化期形成，脈體中硫化物含量較少，可見少量黃鐵礦、閃鋅礦在脈體邊部結(jié)晶。

圖4 關(guān)子溝鉛鋅礦床野外及鏡下照片a.似層狀閃鋅礦脈和早期含黃鐵礦石英脈順層產(chǎn)出；b.條帶狀方鉛-閃鋅礦脈；c.條帶狀方鉛-閃鋅礦順層產(chǎn)出，被晚期石英方解石脈切穿；d～f.透鏡狀、塊狀、似層狀礦石；g.閃鋅礦與自形-半自形黃鐵礦共生；h.自形-半自形黃鐵礦被閃鋅礦包裹，黃銅礦呈不規(guī)則狀產(chǎn)出在閃鋅礦邊部；i.黃銅礦、黃鐵礦和閃鋅礦共生；j.閃鋅礦被方鉛礦交代呈乳滴狀；k～l.黃銅礦-方鉛礦共生Qz—石英；Gn—方鉛礦；Sp—閃鋅礦；Py—黃鐵礦；Ccp—黃銅礦Fig.4 Field and microscopic photos of the Guanzigou Pb-Zn deposita.Layered sphalerite veins and early pyrite-bearing quartz veins;b.Banded galena-sphalerite veins;c.Bedding banded galena-sphalerite veins,which is cut through by a late quartz-calcite vein;d～f.Lenticular,massive,and layered ore;g.Symbiosis of sphalerite and euhedral-subhedral pyrite;h.Euhedral-subhedral pyrite wrapped by sphalerite,with irregular chalcopyrite on the edge of sphalerite;i.Symbiosis of chalcopyrite,pyrite and sphalerite;j.Sphalerite replaced by galena in a milky-drop shape;k～l.Symbiosis of galena and chalcopyriteQz—Quartz;Gn—Galena;Sp—Sphalerite;Py—Pyrite;Ccp—Chalcopyrite

3 樣品及測(cè)試方法

本次對(duì)關(guān)子溝鉛鋅礦床開展研究的樣品均采自探采工程PD1內(nèi)，所采樣品記錄了各成礦階段的信息，包括含黃鐵礦石英脈、塊狀閃鋅礦石、條帶狀閃鋅礦石和晚期石英脈。樣品經(jīng)過詳細(xì)的觀察和記錄后，選取不同階段的樣品挑選石英顆粒進(jìn)行H-O同位素測(cè)試，選?、螂A段的礦石樣品挑選閃鋅礦和方鉛礦顆粒進(jìn)行Pb同位素測(cè)試。磨制光薄片后，開展詳細(xì)的鏡下觀察，并選取合適的硫化物顆粒開展原位S同位素測(cè)試。

3.1 流體包裹體

流體包裹體顯微測(cè)溫和激光拉曼測(cè)試在長安大學(xué)成礦作用及其動(dòng)力學(xué)自然資源部開放研究實(shí)驗(yàn)室完成。使用Linkam THMSG600型冷熱臺(tái)對(duì)流體包裹體進(jìn)行測(cè)溫分析，測(cè)溫范圍為196～600℃，在＜50℃條件下其誤差為±0.1℃，在＞100℃條件下其誤差為±2℃。流體包裹體的激光拉曼使用顯微激光拉曼光譜儀Lab RAM HR800測(cè)試，發(fā)射波長63 nm，曝光時(shí)間為30 s，掃描范圍100～4000 cm-1。

3.2 石英氫氧同位素

石英氫、氧同位素測(cè)試分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果以SMOW為標(biāo)準(zhǔn)。

氫同位素測(cè)試：首先清洗石英去除其中的吸附水和次生包裹體，然后采用加熱爆裂法獲得原生包裹體中的水，在高溫裂解爐中裂解為H2后送入質(zhì)譜儀測(cè)定，測(cè)試精度為±1‰；氧同位素測(cè)試：首先選取粉碎至200目并且純度達(dá)到98%以上的石英，取烘干后的石英樣品6 mg，在550℃與BrF5反應(yīng)生成O2后，在253plus氣體同位素質(zhì)譜儀上測(cè)試氧同位素組成，測(cè)試精度為±0.2‰。

3.3 硫化物Pb同位素

硫化物鉛同位素測(cè)試工作在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。Pb同位素測(cè)試由Pb同位素的分離和測(cè)試2個(gè)部分組成，分離采用Sr特效樹脂（Triskem公司生產(chǎn)，100～150 μm，0.2 mL柱床體積），經(jīng)過預(yù)清洗、淋洗，配置成1∶1的Pb：Tl溶液。

測(cè)試全部采取靜態(tài)方式，通過202Hg+監(jiān)控204Hg+對(duì)204Pb+的干擾，使用203Tl/205Tl作為外標(biāo)校正儀器質(zhì)量分餾效應(yīng)，最后經(jīng)過測(cè)試的Pb同位素比值采用203Tl/205Tl=0.418 922進(jìn)行指數(shù)歸一化校正。

3.4 硫化物原位S同位素

硫化物樣品微區(qū)原位S同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。激光剝蝕系統(tǒng)選取193 nm準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)（RESOlutionM-50，ASI）。測(cè)試S同位素使用激光能量密度為3.6 J/cm2，頻率3 Hz，剝蝕束斑大小30 μm。S同位素分析采用NuPlasma1700多接收等離子體質(zhì)譜。

測(cè)試過程中使用的數(shù)據(jù)校正方法為“標(biāo)準(zhǔn)-樣品-標(biāo)準(zhǔn)”交叉測(cè)試（SSB），實(shí)驗(yàn)室標(biāo)樣選取閃鋅礦（NBS123，δ34SV-CDT=17.8‰±0.2‰），黃鐵礦（Py-4，δ34SV-CDT=1.7‰±0.3‰），方鉛礦（CBI-3，δ34SV-CDT=28.5‰±0.4‰），為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每隔8個(gè)樣品插入測(cè)試一對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)（Bao et al.,2017;Chen et al.,2019）。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 流體包裹體巖相學(xué)

考慮到關(guān)子溝鉛鋅礦床鉛鋅礦化主要在成礦Ⅱ階段和Ⅲ階段，對(duì)2個(gè)階段的樣品開展了流體包裹體測(cè)溫工作（圖5a～f）。其中，Ⅱ階段流體包裹體較為發(fā)育，Ⅲ階段流體包裹體相對(duì)較少，根據(jù)Roedder（1984）和盧煥章等（2004）提出的流體包裹體相態(tài)分類準(zhǔn)則，將流體包裹體分為以下2種類型：

Ⅰ型包裹體：為單相水溶液包裹體，大小2～6 μm，相對(duì)較小，形態(tài)主要為橢圓狀（圖5c）、不規(guī)則狀（圖5d～f），該類包裹體在Ⅱ階段出現(xiàn)較少，Ⅲ階段較為發(fā)育，多數(shù)出現(xiàn)在石英顆粒邊部，沿裂隙或呈串珠狀分布（圖5f），呈現(xiàn)次生或假次生包裹體特點(diǎn)；

Ⅱ型包裹體：富液相兩相水溶液包裹體，包裹體顏色較淺，透明度高，加熱可均一至液相。該類包裹體在Ⅱ階段石英中廣泛分布，大小3～15 μm，氣相分?jǐn)?shù)變化較大（15%～50%）。在Ⅲ階段石英中大?。?～8 μm）和氣相分?jǐn)?shù)相對(duì)較?。?0%～30%）。形態(tài)主要為橢圓狀、不規(guī)則狀、長條狀，通常為孤立或隨機(jī)成群分布（圖5a～c）。

圖5 流體包裹體顯微照片a、b.Ⅱ階段石英中Ⅱ型富液相氣液兩相包裹體成群分布；c.Ⅱ階段石英中Ⅰ型單相水溶液包裹體與Ⅱ型氣液兩相包裹體共存；d.Ⅲ階段石英中Ⅰ型單相水溶液包裹體與Ⅱ型氣液兩相包裹體共存；e.Ⅲ階段石英中Ⅰ型單相水溶液包裹體成群分布；f.Ⅲ階段石英中Ⅰ型單相水溶液假次生包裹體呈串珠狀分布L—液相；V—?dú)庀郌ig.5 Micrographs of fluid inclusions in quratza,b.Type-Ⅱinclusions distributed in groups in quartz of the stage-Ⅱ;c.Type-Ⅰand type-Ⅱinclusions coexist in quartz of the stage-Ⅱ;d.Type-Ⅰand type-Ⅱinclusions coexist in quartz of the stage-Ⅲ;e.Type-Ⅰinclusions distributed in groups in quartz of the stage-Ⅲ;f.Pseudo-secondary type-I inclusions distributed in a string of beads in quartz of the stage-ⅢL—Liquid;V—Vapor

4.2 流體包裹體顯微測(cè)溫

本次研究主要針對(duì)成礦期Ⅱ階段與閃鋅礦-方鉛礦密切伴生的石英及Ⅲ階段的石英開展流體包裹體測(cè)溫。為了排除次生包裹體的影響從而獲得更為準(zhǔn)確的成礦溫度，本次測(cè)試主要選取遠(yuǎn)離石英晶體邊部孤立的或隨機(jī)簇狀的包裹體進(jìn)行測(cè)試。本次測(cè)試共獲得102個(gè)均一溫度和84個(gè)冰點(diǎn)溫度，數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。鹽度根據(jù)獲得的冰點(diǎn)溫度，利用Bodnar（1993;2003）提供的方程計(jì)算得到，均一溫度和鹽度分布見圖（圖6），分述如下：

圖6 關(guān)子溝鉛鋅礦床流體包裹體的均一溫度（a、c）和鹽度（b、d）直方圖a、b.Ⅱ階段；c、d.Ⅲ階段Fig.6 Histograms of homogenization temperatures(a,c)and salinities(b,d)of fluid inclusions in quartz from the Guanzigou Pb-Zn deposita,b.stage-Ⅱ；c,d.stage-Ⅲ

表2 關(guān)子溝鉛鋅礦流體包裹體溫度測(cè)試結(jié)果Table 2 Summary of microthermometric data of fluid inclusions in quartz from the Guanzigou deposit

Ⅱ階段石英中包裹體類型主要為Ⅱ型，加熱后均一至液相，測(cè)得均一溫度范圍為215～393℃，主要集中在260～340℃，冰點(diǎn)溫度范圍-6.7～-1.3℃，鹽度w(NaCleq）范圍為2.2%～10.1%，主要集中在4%～7%（圖6a、b）。

Ⅲ階段石英中Ⅱ型流體包裹體均一至液相，均一溫度范圍介于124～255℃，主要集中在160～220℃之間，冰點(diǎn)溫度范圍為-4.1～-1.1℃，鹽度w(Na-Cleq）范圍為1.8%～6.6%（圖6c、d）。

4.3 流體包裹體激光拉曼特征

利用激光拉曼對(duì)Ⅱ階段和Ⅲ階段石英中流體包裹體氣相組成進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示所有包裹體中液相成分主要為H2O（圖7a）。

圖7 關(guān)子溝鉛鋅礦石英中流體包裹體拉曼圖譜a.Ⅱ階段原生包裹體液相成分；b、c.Ⅱ階段原生包裹體氣相成分；d.Ⅲ階段原生包裹體氣相成分Fig.7 Representative Raman spectra of fluid inclusions in quartz from the Guanzigou Pb-Zn deposita.Liquid phase composition of primary inclusions of the stage-Ⅱ;b,c.Vapor phase composition of primary inclusions of the stage-Ⅱ;d.Vapor phase composition of primary inclusions of the stage-Ⅲ

Ⅱ階段石英中包裹體氣相成分可檢測(cè)出CH4（特征峰值為2913～2914 cm-1，圖7b、c），Ⅲ階段流體包裹體氣相成分主要為H2O，CH4特征峰不明顯（圖7d）。

4.4 H、O同位素組成

本次研究分別選取關(guān)子溝鉛鋅礦床代表Ⅱ階段和Ⅲ階段的5件石英單礦物樣品分析H-O同位素，分析結(jié)果列于表3。

表3 關(guān)子溝一帶鉛鋅礦床氫氧同位素特征Table 3 Hydrogen-oxygen isotopic characteristics of Pb-Zn deposits in the Guanzigou area

其中，Ⅱ階段與閃鋅礦、方鉛礦共生的3件石英樣品的δ18OH2O較為均一，均為10.9‰，δDH2O-SMOW范圍為-82‰～-73.6‰；Ⅲ階段石英δ18OH2O為6.0‰～6.4‰，δDH2O-SMOW范圍為-82.9‰～-77.7‰。

4.5 S同位素組成

對(duì)Ⅱ階段礦石樣品開展的黃鐵礦和閃鋅礦原位S同位素組成分析結(jié)果列于表4。

表4 關(guān)子溝一帶鉛鋅礦床硫化物S同位素組成Table 4 S isotopic compositions of sulfides from Pb-Zn deposits in the Guanzigou area

所有黃鐵礦和閃鋅礦原位δ34S值變化范圍為4.63‰～8.73‰，數(shù)值較為一致?？傮w而言，單個(gè)黃鐵礦或閃鋅礦顆粒邊部δ34S值略低于中部。

4.6 Pb同位素組成

本次研究選取了Ⅱ階段礦石中的閃鋅礦和方鉛礦進(jìn)行Pb同位素測(cè)試分析，結(jié)果如表5所示。測(cè)試結(jié)果顯示方鉛礦與閃鋅礦的207Pb/204Pb、206Pb/204Pb和208Pb/204Pb值變化均很小，且2種礦物數(shù)值基本一致。

礦石硫化 物的206Pb/204Pb為17.8254～17.9470，平 均 值17.8622；207Pb/204Pb為15.6233～15.6396，平均值15.6282；208Pb/204Pb為38.1 706～38.3 143，平均值38.2082。通過 計(jì) 算 得出，礦石Pb的μ值 為9.58～9.60，平 均 值9.59；ω值 為38.85～39.04，平 均 值38.98；232Th/238U值為3.92～3.94，平均值3.93。

5 討論

5.1 成礦流體性質(zhì)及來源

在δ18OH2O-δDV-SMOW圖解（圖8）中，關(guān)子溝鉛鋅礦床Ⅱ階段礦石和Ⅲ階段石英中流體包裹體氫、氧同位素?cái)?shù)據(jù)落在巖漿水和變質(zhì)水附近。然而區(qū)域上并未發(fā)現(xiàn)有明顯的巖漿活動(dòng)跡象，指示巖漿水可能參與了成礦作用，但不是成礦流體的主要來源。有機(jī)水一般具有較低的δDV-SMOW，旬陽盆地志留系中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，向下偏移的氫同位素特征很有可能是海水與有機(jī)水的混合導(dǎo)致的，相似的氫同位素垂向漂移特征也出現(xiàn)在赤普、天寶山等鉛鋅礦床中（吳越,2013;楊清等,2018）。同時(shí)從成礦Ⅱ階段到Ⅲ階段δ18OH2O值降低，結(jié)合含礦層中硅質(zhì)巖的氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)，顯示出向大氣降水線偏移的趨勢(shì)，暗示在成礦過程中大氣降水比例逐漸增大。流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果顯示，關(guān)子溝鉛鋅礦床從Ⅱ階段（均一溫度為215.4～393.7℃）到Ⅲ階段（均一溫度為124.2～255.7℃）溫度發(fā)生顯著降低（圖6），主要成礦溫度在260～340℃。氣液兩相包裹體鹽度范圍為1.8%～10.1%，也顯示出自Ⅱ階段到Ⅲ階段降低的趨勢(shì)。值得注意的是，本次研究在礦石石英中發(fā)現(xiàn)了許多含甲烷的氣液兩相包裹體。前人研究表明，海底熱液中的甲烷可能是低溫細(xì)菌還原（Martin et al.,1988）、地幔去氣作用（Martin et al.,1988）、水巖反應(yīng)（Charlou et al.,1998）或熱化學(xué)還原海底有機(jī)物（Welhan,1988）等方式產(chǎn)生。關(guān)子溝礦床較高的包裹體均一溫度以及區(qū)內(nèi)基性巖的缺失，指示低溫細(xì)菌還原作用以及基性巖蛇紋石化水巖反應(yīng)不是甲烷產(chǎn)生的主要途徑。關(guān)子溝鉛鋅礦成礦流體的甲烷很可能源于海底有機(jī)物的熱化學(xué)還原，區(qū)內(nèi)廣泛分布的黑色巖系為這一過程提供了充分的有機(jī)質(zhì)（王濤，2005；薛春紀(jì)等，2005；徐林剛等，2021），這進(jìn)一步指示了有機(jī)水對(duì)成礦流體的貢獻(xiàn)。同時(shí)，地幔去氣作用也可能是成礦流體中甲烷的來源之一（王天剛等，2008）。

圖8 關(guān)子溝鉛鋅礦床成礦流體δ18OH2O-δDV-SMOW圖解原生巖漿水范圍據(jù)Taylor,1974；變質(zhì)水范圍據(jù)Giggenbach,1992；有機(jī)水范圍據(jù)Sheppard,1986；Fig.8 Metallogenic fluid δ18OH2O-δDV-SMOW diagram of the Guanzigou Pb-Zn depositPrimary magmatic fluid after Taylor,1974;metamorphic fluid after Giggenbach,1992;organic fluid after Sheppard,1986

綜上所述，關(guān)子溝鉛鋅礦床成礦流體屬于中高溫、中低鹽度的熱液流體，結(jié)合氫氧同位素特征，成礦流體主要是海水和有機(jī)水的混合，同時(shí)在成礦過程中大氣降水的混入導(dǎo)致溫度和鹽度降低可能是鉛鋅等礦質(zhì)沉淀的重要機(jī)制。

5.2 成礦物質(zhì)來源

硫同位素是示蹤成礦物質(zhì)來源、推測(cè)硫化物沉淀機(jī)制的重要手段（Rye et al.,1974）。熱液礦床中硫通常具有3種來源：①地幔硫：δ34S組成接近0，并且變化范圍較窄；②地層硫：不同巖石的δ34S值變化較大，海相硫酸鹽δ34S為20‰±10‰；③混合硫：其硫同位素值取決于混雜地殼物質(zhì)的性質(zhì)和程度。關(guān)子溝鉛鋅礦硫同位素?cái)?shù)據(jù)顯示成礦期不同金屬硫化物之間具有較為均一的δ34S同位素組成（3.50‰～8.73‰，平均為6.38‰），指示成礦熱液具有較為均一的來源，同時(shí)未出現(xiàn)硫酸鹽，指示硫化物的δ34S能代表成礦流體的硫同位素組成（Ohomoto et al.,1979）。Leach等（2005）統(tǒng)計(jì)了世界上主要的SEDEX型礦床中硫化物硫同位素組成，顯示δ34S值變化在-8‰～30‰之間，主要集中在5‰～15‰之間（圖9）。黃石板、南沙溝、任家溝和泗人溝4個(gè)鉛鋅礦床與關(guān)子溝鉛鋅礦具有相似礦床地質(zhì)特征，5個(gè)礦床δ34S值變化范圍為0.17‰～11.4‰，均落在SEDEX型礦床硫同位素組成范圍內(nèi)，明顯區(qū)別于地幔硫特征。海洋硫酸鹽的細(xì)菌硫酸鹽還原（BSR）和熱化學(xué)還原（TSR）通常是沉積巖容礦金屬礦床中硫的重要來源（Ohomoto,1986），其中低溫（低于120℃，一般為50～70℃）的BSR作用可導(dǎo)致4‰～46‰的硫同位素分餾（Ohomoto et al.,1979；Greenwood et al.,2013），相對(duì)較高溫（150℃以上）的TSR作用在可形成10‰～25‰的分餾（Machel et al.,1995;Machel,2001）。流體包裹體測(cè)溫顯示關(guān)子溝鉛鋅礦成礦流體溫度集中260～340℃之間，遠(yuǎn)超過還原細(xì)菌存活溫度。雖然BSR作用也可以發(fā)生在成礦前，但相對(duì)較弱的S同位素分餾特征暗示BSR還原硫不是流體中硫的主要來源。Yao等（2019）報(bào)道了志留紀(jì)海相硫酸鹽的δ34S值為21‰～36‰，假設(shè)TSR過程導(dǎo)致了20‰的分餾，還原后硫同位素組成范圍為1‰～16‰，這與關(guān)子溝地區(qū)鉛鋅礦礦石中硫化物δ34S特征基本一致。有機(jī)質(zhì)在TSR過程中可作為還原劑將硫酸鹽還原成硫化氫，旬陽盆地志留系中豐富的有機(jī)質(zhì)為這一過程提供了重要基礎(chǔ)（劉淑文等,2016;徐林剛等,2021），關(guān)子溝鉛鋅礦床成礦期流體包裹體中CH4的存在進(jìn)一步指示有機(jī)質(zhì)參與了成礦過程。因此，關(guān)子溝地區(qū)鉛鋅礦床中的硫主要來源于海相硫酸鹽的熱化學(xué)還原，志留系黑色巖系中的有機(jī)質(zhì)提供了充分的還原劑。

圖9 關(guān)子溝一帶鉛鋅礦床S同位素組成與不同來源S同位素組成對(duì)比（據(jù)Leach et al.,2005;Lu et al.,2018;Thode et al.,1961）Fig.9 Comparison of S isotope composition of Pb-Zn deposits in the Guanzigou area and S isotope composition of different sources（after Leach et al.,2005;Lu et al.,2018;Thode et al.,1961）

前人對(duì)旬陽盆地志留系鉛鋅礦床成礦物質(zhì)來源的研究，表明礦床中的鉛主要來源于地殼深部或上地幔（劉天航等,2021;王濤等,2008;侯滿堂等,2006）。關(guān)子溝不同硫化物的鉛同位素變化較小，表明金屬來源較為均一（表4）。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解（圖10a～b）中，區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床數(shù)據(jù)均落在造山帶增長線上方，并靠近上地殼演化線，顯示鉛主要來源于上地殼。同時(shí)，在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解（圖10a）中，除個(gè)別樣品外，絕大部分樣品均落在Leach等（2005）總結(jié)的全球主要SEDEX型鉛鋅礦床鉛同位素范圍內(nèi)，指示其金屬來源同樣受結(jié)晶基底和沉積蓋層的控制。對(duì)比南秦嶺結(jié)晶基底和志留系千枚巖的鉛同位素?cái)?shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)礦床207Pb/204Pb比值明顯高于基底比值，而與圍巖地層中的鉛同位素則非常相近（圖10a），指示礦石中的鉛主要來源于沉積蓋層。

圖10 旬陽盆地關(guān)子溝一帶鉛鋅礦床中硫化物鉛同位素組成（底圖據(jù)Zartmanetal.,1981，數(shù)據(jù)見表4；灰色區(qū)域?yàn)榈湫蚐EDEX型鉛鋅礦床鉛同位素組成，據(jù)Leach et al.,2005）Fig.10 Lead isotope composition of sulfides from the Pb-Zn deposits in the Guanzigou area of Xunyang basin(base map after Zartmanetal.,1981,data are listed in Table 4;gray area represents the lead isotope range of typical SEDEX lead-zinc deposits reported by Leach et al.,2005）

5.3 成礦機(jī)制探討

學(xué)界對(duì)于旬北鉛鋅礦床成因機(jī)制長期存在不同認(rèn)識(shí)，主要包括早期勘查報(bào)告中的變質(zhì)熱液脈型，朱華平等（2002）和張西社等（2011）提出的噴流沉積型，宋小文等（2003）提出的細(xì)碎屑巖沉積-改造成礦，鄭三忠（1996）和王濤等（2008）提出的熱水沉積型以及薛春紀(jì)等（2005）和侯滿堂等（2007）認(rèn)為的沉積-改造型等。關(guān)子溝鉛鋅礦床主要賦存在雙河鎮(zhèn)組二段和三段千枚巖地層中，地層控礦明顯。從礦體特征來看，主成礦期的多金屬硫化物脈為層狀、似層狀與地層整合產(chǎn)出，并在印支期的構(gòu)造變形中發(fā)生同步彎曲，指示成礦作用具有同生沉積特點(diǎn)。石英-碳酸鹽階段發(fā)育的石英方解石脈發(fā)育切穿圍巖和礦體的特征，表明主礦體形成后仍有部分熱液活動(dòng)，但該類脈體中僅有少量金屬硫化物出現(xiàn)，指示該期熱液活動(dòng)對(duì)成礦元素活化和富集較弱。同時(shí)，中高溫-中低鹽度成礦流體特征，以及主要來自海相硫酸鹽還原的S和主要源于沉積蓋層的Pb等特征與典型的SEDEX型礦床基本一致。此外，伴生熱水沉積巖是SEDEX型鉛鋅礦重要特點(diǎn)之一。研究區(qū)梅子埡組中廣泛發(fā)育碳硅質(zhì)巖，含礦層內(nèi)發(fā)育有含礦微晶-細(xì)晶硅質(zhì)巖；同時(shí)在區(qū)內(nèi)梅子埡組發(fā)現(xiàn)了一條東西延伸長達(dá)10余千米的鈉長石巖帶，與圍巖相似的微量元素特征以及來自基底和下伏地層柱中捕獲鋯石的發(fā)現(xiàn)指示該鈉長石巖為熱水沉積成因（薛春紀(jì)等,2005；劉淑文等,2008），進(jìn)一步印證了區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床屬于熱水沉積成因。

旬陽盆地自寒武紀(jì)以來屬于次穩(wěn)定型沉積盆地，其中下古生界屬于揚(yáng)子北緣被動(dòng)陸緣沉積，伸展背景下形成裂谷和裂陷盆地（唐永忠等,2007；李鵬,2008），這為形成SEDEX型礦床提供了構(gòu)造基礎(chǔ)。區(qū)內(nèi)正常水成沉積巖和鈉長巖、硅質(zhì)巖等熱水沉積巖共存的現(xiàn)象提供了裂陷盆地內(nèi)熱水循環(huán)的直接證據(jù)（王濤,2005;劉淑文等,2008）。前已述及，關(guān)子溝地區(qū)鉛鋅礦S同位素特征指示海相硫酸鹽的熱化學(xué)還原是成礦主要硫源，還原產(chǎn)生的富S2-離子的熱液能對(duì)圍巖中的Pb、Zn等成礦元素進(jìn)行有效萃?。˙arnes et al.,1979）。這些熱水在上升至海底后與海水混合，因溫度壓力的變化促使鉛鋅等成礦元素卸載形成金屬硫化物。熱水沉積與正常水成沉積交替形成了（似）層狀的鉛鋅礦脈，并在隨后的造山運(yùn)動(dòng)中發(fā)生變形和改造，形成了旬北地區(qū)廣泛分布的鉛鋅礦床。

6 結(jié)論

（1）旬北關(guān)子溝鉛鋅礦主要賦存在雙河鎮(zhèn)組千枚巖地層中，成礦過程可分為石英-黃鐵礦階段、石英-多金屬硫化物階段和石英-碳酸鹽階段。

（2）流體包裹體研究顯示主成礦期成礦流體為中高溫、中低鹽度流體。成礦流體主要是參與熱水循環(huán)的海水和有機(jī)水，同時(shí)在成礦過程中大氣降水的混入導(dǎo)致溫度和鹽度降低可能是鉛鋅等礦質(zhì)沉淀的重要機(jī)制。

（3）關(guān)子溝鉛鋅礦床主成礦期礦石硫化物原位δ34S介于3.50‰～8.73‰，硫主要來源于海相硫酸鹽的熱化學(xué)還原，志留系黑色巖系中的有機(jī)質(zhì)提供了還原劑。礦石Pb同位素具有殼源特征，指示關(guān)子溝鉛鋅礦床的Pb主要來源于蓋層沉積地層。

（4）關(guān)子溝鉛鋅礦床與典型SEDEX型鉛鋅礦床在礦床地質(zhì)特征、成礦流體特征及成礦物質(zhì)來源等方面較為相似，其礦床成因?qū)儆跓崴练e型。

致謝野外工作得到了陜西地礦第一地質(zhì)隊(duì)有限公司趙新科總工程師的支持，實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作得到長安大學(xué)風(fēng)永剛老師和西北大學(xué)陳開運(yùn)老師的指導(dǎo)和幫助，成文過程中與何西恒、陳碩博士進(jìn)行了有益討論，在此一并致以衷心的感謝！