楊德智, 周家喜, 王勁松, 劉金海, 劉永坤

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)武漢 430074;2.中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室,貴陽 550002;3.貴州地礦局102地質(zhì)大隊,遵義 563003)

黔東南從江那哥銅多金屬礦床成礦流體來源的S-H-O同位素制約

楊德智1,3, 周家喜2, 王勁松3, 劉金海3, 劉永坤3

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)武漢 430074;2.中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室,貴陽 550002;3.貴州地礦局102地質(zhì)大隊,遵義 563003)

從江那哥銅多金屬礦床位于揚子陸塊與華夏陸塊過渡帶上的江南造山帶西南段,是本區(qū)多金屬礦床的典型代表。為確定礦床的成礦流體來源,本文利用連續(xù)流動質(zhì)譜和MAT-253等先進分析設(shè)備系統(tǒng)研究了礦床的S-H-O同位素組成。礦石硫化物的δ34SV-CDT值介于-2.7‰～2.8‰之間,均值為0.1‰,多數(shù)集中在-2.5‰～2.5‰之間,具有幔源硫特征,暗示成礦物質(zhì)中硫來源于深部幔源;脈石石英包裹體的δDV-SMOW和δ18OH2O值,分別介于-60.7‰～-44.4‰之間和7.9‰～9.0‰之間,在δD和δ18O圖解中,全部樣品落入巖漿水和/或變質(zhì)水范圍內(nèi)。S、H和O同位素結(jié)果表明存在地幔流體參與成礦,其賦礦淺變質(zhì)沉積巖地層也為成礦提供了部分成礦流體。綜合研究認為該礦床成礦流體具有多來源特征。

同位素地球化學 成礦流體 那哥銅多金屬礦床

Yang De-zhi,Zhou Jia-xi,Wang Jing-song,L iu Jin-ha i,L iu Yong-kun.Isotopic constra int of S-H-O on ore-form ing fluids origin of the Congjiang-Nage Cu multiple-metallic ore deposit, Southeast Guizhou Province[J].Geology and Exploration,2010,46(3):0455-0461.

黔東南的從江那哥銅多金屬礦床位于揚子陸塊與華夏陸塊過渡帶上,即江南造山帶的西南段(曾昭光等,2003),該礦床產(chǎn)于新元古代青白口系下江群甲路組(Qbj)和烏葉組(Qbw)淺變質(zhì)沉積絹云母板巖及砂質(zhì)板巖中,嚴格受近南北向的區(qū)域F1斷裂(宰便深大斷裂)及其次級斷裂的控制,與加榜-那哥鎂鐵質(zhì)侵入體(輝綠巖)呈接觸關(guān)系,新元古代巖漿活動與礦床的形成密切相關(guān)(楊德智等,2010)。那哥銅多金屬礦床以其礦化規(guī)模較大,與巖漿巖接觸,嚴格受區(qū)域構(gòu)造控制及勘查最高為本區(qū)多金屬礦床的典型代表,但目前僅對該礦床進行了基礎(chǔ)地質(zhì)和少量的地球化學研究(楊德智等,2010),詳細地球化學研究工作尚未開展,對礦床的成礦物質(zhì)和成礦流體來源還不清晰,礦床的成因尚不明確,制約了成礦模式的建立和對找礦突破勘查的理論指導。眾所周知,成礦流體來源是研究礦床成因的關(guān)鍵,同位素地球化學是示蹤成礦流體的有效手段,而單一同位素數(shù)據(jù)可能會得出與地質(zhì)事實不符的結(jié)論(Dejongheet al.,1989),本文系統(tǒng)介紹那哥銅多金屬礦床S-H-O同位素組成資料,結(jié)合前人地質(zhì)研究成果,進一步探討其成礦流體的來源。

1 區(qū)域及礦床地質(zhì)概況

區(qū)域大地構(gòu)造位置位于揚子陸塊與華夏陸塊過渡帶上的江南造山帶西南段。該區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中元古界四堡巖群文通組(Pt2w)和新元古界青白口系下江群甲路組(Qbj)、烏葉組(Qbw)、番召組(Qbf)和拱洞組(Qbg),以淺變質(zhì)沉積巖為主,主要為絹云母板巖及砂質(zhì)板巖(楊德智等,2010)。構(gòu)造以近南北向、北西向、北東向構(gòu)造為主要格架,尤其以吉羊穹窿、加車鼻狀背斜、宰便逆斷層最為典型,并發(fā)育規(guī)模不等、方向各異的韌性剪切帶,這些構(gòu)造控制著多個區(qū)域礦(化)點(楊德智等,2010)。區(qū)內(nèi)新元古代巖漿巖十分發(fā)育,巖類復(fù)雜,有超基性巖、基性巖、酸性侵入巖,其中以摩天嶺花崗巖(桂北稱三防巖體)規(guī)模最大,其形成于825Ma(曾雯等, 2005);鎂鐵質(zhì)巖主要出露在宰便-加榜-大弄一帶,年齡分布在年齡在830Ma～780Ma之間(曾雯等,2005;黃隆輝等,2007),其中那哥-加榜鎂鐵質(zhì)巖體群出露規(guī)模較大,其出露范圍約為4km2(圖1)。

那哥銅多金屬礦床位于加榜背斜西翼,賦存于上元古界青白口系下江群甲路組(Qbj)和烏葉組(Qbw)變質(zhì)沉積巖中。構(gòu)造以F1斷層(宰便斷層)為區(qū)域?qū)УV構(gòu)造,該斷層走向大致為南北向,全長約34km,為區(qū)域性高角度正斷層。傾向東、東南,傾角55°～80°,垂直斷距300-500m,斷層破碎帶寬數(shù)米至十余米(圖1、圖2)。

那哥銅多金屬礦床受F2斷層控制,該斷層走向近東西向,已知長約4km,傾角45°～85°,該斷層北盤為下降盤,兩盤均出露甲路組、烏葉組地層和鎂鐵質(zhì)巖體,斷層破碎帶寬4～6m,破碎帶巖石硅化、黃鐵礦化明顯,局部地段含礦,為張扭性斷層,是主要的容礦構(gòu)造。該礦床目前發(fā)現(xiàn)礦體2個,Ⅰ號礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀,賦存F2斷裂破碎帶中,主要賦礦圍巖Qbj絹云母板巖、片巖及千枚巖,該礦體主要礦石礦物為方鉛礦、黃銅礦,少量黃鐵礦。Ⅱ號礦體與Ⅰ號礦體賦存于同一條礦化破碎帶(F2斷裂)中,兩礦體相距約400m。主要礦石礦物是方鉛礦,少量黃銅礦。

圖1 黔東南宰便區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)楊德智等,2010修改)Fig.1 S implified geologicalmap of Za ibian southeastern Guizhou Province (modified from Yanget al.,2010)

圖2 礦床地質(zhì)略圖(據(jù)楊德智等,2010修改)Fig.2 Sketch map showing geology of the deposit(modified from Yanget al.,2010)

礦床中礦石結(jié)構(gòu)主要為它形-半自形-自形晶粒結(jié)構(gòu)。構(gòu)造有條帶狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、細脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。主要礦石礦物有方鉛礦、黃銅礦,少量閃鋅礦,脈石礦物以石英、絹云母、陸源碎屑、黃鐵礦、綠泥石、白云石為主,次為含鈦礦物、電氣石、鐵泥質(zhì)等。圍巖蝕變多發(fā)育于脆-韌性斷層破碎帶、片理化及節(jié)理化部位和兩側(cè)圍巖,主要有硅化(呈煙灰色)、方解石化、白云石化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化等,以硅化(呈煙灰色)、黃鐵礦化、綠泥石化最為廣泛(楊德智等,2010)。

2 樣品及實驗方法

樣品采自那哥銅多金屬礦床的探礦及采礦坑道不同位置,經(jīng)粉碎至40目～60目,在雙目鏡下進行單礦物分選,挑選出的黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和石英使用超純水超聲清洗。硫同位素分析方法為將清洗干凈的黃鐵礦、黃銅礦和方鉛礦用瑪瑙研缽磨至200目以下,準確稱取不同重量的礦物樣品在中國科學院地球化學研究所環(huán)境地球化學國家重點實驗室由安寧高級工程師采用連續(xù)流動質(zhì)譜測量,儀器對δ34SV-CDT值的分析精度為±0.2‰(2σ)。氫和氧同位素分析方法為對清洗干凈的石英在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院MAT-253上進行石英包裹體δDV-SMOW和石英δ18OV-SMOW值測試,其分析誤差范圍為±0.2‰(2σ)。

3 結(jié)果

21件礦石單礦物硫同位素結(jié)果見表1。由表1可見如下特征:

表1 那哥銅多金屬礦床硫同位素組成(‰)Table.1 δ34SV-CDT values of the Nage Cu polymetallic ore deposit

1)礦石硫化物黃鐵礦和黃銅礦富集重硫,方鉛礦相對富集輕硫。1個黃鐵礦δ34SV-CDT值為2.8‰,7件黃銅礦δ34SV-CDT值范圍為0.6‰～2.7‰,平均為2.1‰,極差為2.1‰,13件方鉛礦δ34SV-CDT值范圍為-2.7‰～0.7‰,平均為-1.5‰,極差為3.4‰。

2)雖然有部分重疊,但總體上呈現(xiàn)δ34S黃鐵礦> δ34S黃銅礦>δ34S方鉛礦,同一手標本上這種特征更明顯(如NG09-21),表明成礦流體中硫達到平衡(圖3)。

3)礦石礦物δ34S值不具有明顯差別,表明硫來源唯一,與幔源(±3‰)一致,表明硫來源深部幔源。

圖3 硫化物δ34SV-CDT直方圖Fig.3 Histogram showing δ34SV-CDTof sulfides

5件石英包裹體δDV-SMOW和石英δ18OV-SMOW值測試結(jié)果見表2。由表2可見,全部樣品H、O同位素組成相對穩(wěn)定,其δDV-SMOW值介于-60.7‰～-44.4‰之間,δ18OV-SMOW值介于14.9‰～16.0‰,根據(jù)理論在300℃(根據(jù)硫同位素平衡計算的溫度)計算成礦流體中水的δ18OV-SMOW值介于7.9‰～9.0‰之間(鄭永飛等,2000),在δDV-SMOW和δ18OH2O圖解中,全部樣品落入巖漿水與變質(zhì)水重疊區(qū)域內(nèi)(圖4)。

4 討論

地幔流體參與成礦已得到廣泛論證,也是當今礦床學研究的前沿課題之一。李紅陽等(1996)和牛樹銀等(1996)指出,地幔柱-熱點活動可形成有利于成礦的“成礦物質(zhì)大規(guī)模聚集的成礦物質(zhì)場”、“驅(qū)動殼/幔成礦物質(zhì)的熱-化學交換和流體輸導運移的成礦能量場”和“礦質(zhì)遷移和沉淀的成礦空間場”,因而從根本上控制了“大礦集中區(qū)”的發(fā)育;劉叢強等(2001)例舉了大量實例說明伴隨地幔柱活動的巖漿作用過程中的地幔去氣和巖漿去氣作用形成的流體參與了成礦作用,黃智龍等(2004)將峨眉山玄武巖歸為地幔柱活動的產(chǎn)物,并認為其與川滇黔鉛鋅礦成礦域內(nèi)大面積鉛鋅成礦具有內(nèi)在聯(lián)系。國外較早開展地幔柱-熱點成礦作用研究, Sawkins(1976)、Mitchell and Garson(1981)和Piragno(2000)分別總結(jié)了該領(lǐng)域的研究成果,發(fā)現(xiàn)自然界許多金屬、非金屬礦床成礦都與地幔柱-熱點活動有密切聯(lián)系。

圖4 δD-δ18O圖解Fig.4 D iagram ofδD vsδ18O

揚子地臺周緣巖漿構(gòu)造十分發(fā)育,這些巖漿活動的時期主要為830Ma～780Ma之間的新元古代(Li 1999;Liet al.,2003),對這些巖漿巖的成因和形成的構(gòu)造背景存在3種認識:(1)認為華南新元古代早期(≥880 Ma)巖漿巖的形成與Rodinia超大陸聚合有關(guān)的四堡期造山運動有關(guān),而新元古代中期(850～740Ma)的巖漿巖為板內(nèi)非造山成因,其中830～795Ma和780～750Ma兩個主要時期的巖漿活動很可能與導致Rodinia超大陸裂解的地幔柱-超級地幔柱活動有關(guān)(Liet al.,2002,2003, 2006;Liet al.,1995,2003,2007);(2)認為華南新元古代巖漿活動(特別是≥800Ma),是與洋殼俯沖消減于揚子地塊之下的俯沖造山運動有關(guān)的大陸邊緣巖漿島弧,并認為新元古代時期揚子地塊是一個被洋殼包圍起來的孤立陸塊(Liet al.,1995,1999, 2002;Liet al.,2009),揚子地塊周緣的俯沖造山運動可能持續(xù)到820Ma或更晚,一些研究人員還認為華南很可能位于Rodinia超大陸的邊緣或根本不屬于Rodinia超大陸的一部分(Zhaoet al.,1994;Zhao and Zhou 2007;Zhouet al.,2000;Zhouet al.,2009); (3)認為揚子地塊周緣新元古代巖漿活動是早期弧-陸碰撞、晚期伸展垮塌和大陸裂谷再造產(chǎn)物(Wanget al.,2004;Zhenget al.,2008;Zhouet al., 2004)。黔東南從江地區(qū)新元古代巖漿巖廣泛分布,筆者通過對那哥-加榜鎂鐵質(zhì)巖體S IMS鋯石U -Pb定年和地球化學研究認為該鎂鐵質(zhì)巖體形成年齡為約830Ma(筆者未發(fā)表數(shù)據(jù)),是在板內(nèi)拉張環(huán)境下形成的,結(jié)合區(qū)域資料認為其為導致Rodinia超大陸裂解的地幔柱活動的產(chǎn)物。

對那哥銅多金屬礦床地質(zhì)地球化學的初步研究(楊德智等,2010),認為那哥-加榜巖體與成礦關(guān)系密切,特別是Pb同位素數(shù)據(jù)顯示礦床的礦石Pb同位素介于賦礦淺變質(zhì)地層千枚巖和那哥鎂鐵質(zhì)巖體輝綠巖的Pb同位素組成之間(圖5),礦石鉛和最近獲得的硫化物單礦物鉛模式年齡均約為550Ma (未發(fā)表數(shù)據(jù)),該時間為Rodinia超大陸最終裂解時間(黃隆輝等,2007),表明巖漿活動可以為成礦提供成礦流體和成礦熱動力。

硫同位素結(jié)果顯示該礦床的成礦流體中的硫來源于深部(Chaussidonet al.,1989),同時δ34S黃鐵礦> δ34S黃銅礦>δ34S方鉛礦,指示硫同位素達到平衡。根據(jù)Kaj iwara and Krouse(1971)和Czamanske and Rey (1974)平衡硫同位素分餾溫度計算公式:Δ34S=δ34Sa-δ34Sb=A＊106/T2,利用Δ34S黃鐵礦-黃銅礦、Δ34S黃鐵礦-方鉛礦,Δ34S黃銅礦-方鉛礦,求得硫同位素平衡溫度為250-550℃,平均約300℃,暗示其形成溫度較高。根據(jù)硫同位素平衡計算溫度和石英流體包裹體均一溫度(筆者未發(fā)表數(shù)據(jù)),取300℃為成礦溫度,依據(jù)該溫度計算流體中的δ18OV-SMOW(δ18OH2O計算公式為1000lnα石英-水=4.48×106/T2-4.77×103/ T+1.71,鄭永飛等,2000)和測試流體包裹體中δDV-SMOW值在δDV-SMOW和δ18OV-SMOW圖解中,全部樣品落入巖漿水與變質(zhì)水區(qū)域內(nèi)(圖4),表明成礦流體為巖漿水和/或變質(zhì)水。

圖5208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(據(jù)楊德智等,2010)Fig.5 D iagram of208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (modified from Yanget al.,2010)

該礦床的礦石稀土元素組成具有輕稀土富集特征(未發(fā)表數(shù)據(jù)),而賦礦地層及巖體也具有輕稀土富集特征,在球粒隕石標準化圖中(圖6),礦石、賦礦圍巖及巖體均具有Eu和Ce不明顯異常特征,且配分模式也具有相似性。眾所周知,近年來,稀土元素在示蹤成礦流體來源方面得到了廣泛應(yīng)用,那哥銅多金屬礦床礦石的稀土元素組成和配分模式與賦礦淺變質(zhì)巖(板巖及千枚巖)及鎂鐵質(zhì)侵入巖體(輝綠巖)具有相似性,暗示成礦流體中稀土來源賦礦地層及幔源巖漿活動,具有多來源特征。

圖6 稀土元素球粒隕石標準化配分圖(實線空心為礦石樣品;實線實心為地層樣品;虛線空心為巖體樣品)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(Hollow real l ine for the ore samples;solid real l ine for the hosted stratum samples;hollow broken line for the mafics rock samples)

5 結(jié)論

1)δ34SV-CDT值介于-2.7‰～2.8‰之間,與幔源δ34SV-CDT值相似,暗示成礦物質(zhì)中硫來源于深部幔源。

2)δDV-SMOW和δ18OV-SMOW值分別介于-60.7‰～-44.4‰和14.9‰～16.0‰,在δDV-SMOW和δ18OV-SMOW圖中,全部樣品落入巖漿水與變質(zhì)水區(qū)重疊區(qū)域,表明成礦流體具有混合特征。

致謝 本文野外工作得到中科院地化所范良伍博士、貴州地礦局102地質(zhì)隊的杜國華隊長及陳遠興工程師和曾繼富工程師的大力支持和幫助,在此向他們及匿名評委和引文作者表示感謝!

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Isotopic Constra int of S-H-O on Ore-Form ing FluidsOrig in of the Congj iang-Nage CuM ultiple-M etallic Ore Deposit,Southeast Guizhou Province

YANGDe-zhi1,3ZHOU Jia-xi2WANG Jing-song3L IU Jin-hai3L IU Yong-kun3
(1.China University of Geosciences(W uhan),W uhan 430074;2.State key Laboratory of O re Deposits Geochem istry,Institute of Geochem istry,Chinese Academ y of Science,Guiyang 550002; 3.The102Geological Team,Guizhou Bureau of Exploration and Developm ent of Geology and M ineral Resources,Zunyi 563003)

The Nage Cu multiple-metallic ore deposit is located in the transitional zone of the Yangtze craton and Cathaysia,which is the southwest of Jiangnan orogenic belt,and is a representative ore deposit of this region.Isotopic geochemistry of S,H and O is analyzed in this paper to help understand the sources of the ore-for ming fluids.Theδ34SV-CDTvalues of the ores sulfides show a total range from-2.7‰to 2.8‰,the average value is 0.1‰,and most of them are between-2.5‰and 2.5‰,indicating that the sulfur should be originated from the mantle material.TheδDV-SMOWand δ18OH2Ovalues of the gangue quartz inclusion range from-60.7‰to-44.4‰and from 7.9‰to 9.0‰,respectively.In the diagram ofδD versusδ18O,all samples fall into the region ofmagmatic and/ormetamorphic water,which means that the ore-forming fluidswere provided by the mantle and/or the hosted-metamorphic sedimentary rocks.Thiswork suggests that the mineralization fluids of this deposit have a characteristic ofmultiple sources.

isotope geochemistry,ore-for ming fluids,Nage CuMultiple-metallic ore deposit

book=5,ebook=134

P597+P618.4

A

0495-5331(2010)03-0455-07

2010-04-28;[責任編輯]鄭 杰。

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)課題(2007CB411402)、中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室開放基金(2009014)和中科院地化所與貴州地礦局102隊合作項目資助。

楊德智(1981年-),男,畢業(yè)于貴州大學,在讀碩士研究生,工程師,從事礦產(chǎn)勘查和研究工作,E-mail:ydz102@ 126.com。

周家喜(1982年-),男,博士,主要從事元素和同位素地球化學研究,E-mail:jarcyz@163.com。