成曦暉，徐九華，王建雄，禇海霞，肖 星，張 輝

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厄立特里亞阿斯馬拉VMS礦床S、Pb同位素對成礦物質(zhì)來源的約束

成曦暉1, 2，徐九華1, 2，王建雄3，禇海霞4，肖 星1, 2，張 輝1, 2

(1. 北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；2. 北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)3. 中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢430205；4. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083)

阿斯馬拉(Asmara)地區(qū)位于非洲東北部的厄立特里亞，是重要的VMS型礦床成礦帶。對其礦石結(jié)構(gòu)特征和成礦物質(zhì)來源的分析研究有利于區(qū)域成礦規(guī)律的總結(jié)。在分析礦床成礦地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，研究Emba Derho和Debarwa VMS型礦床的礦石結(jié)構(gòu)特征、礦石硫、鉛同位素組成及閃鋅礦中的流體包裹體特征。結(jié)果表明：Debarwa和Emba Derho礦床成礦作用在經(jīng)過VMS過程之后，其后期的變形變質(zhì)過程對成礦的改造和疊加作用有限。閃鋅礦中的流體包裹體研究顯示其成礦流體具有低鹽度、中?高溫的特征。Debarwa和Emba Derho礦床中黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等原生硫化物礦物的34SCDT值變化范圍較窄，數(shù)據(jù)集中在0.01%~0.48%之間，重晶石S同位素為高正值(34S=1.66%~1.73%)，具有地幔硫和海水硫的混合來源特征。Debarwa 和Emba Derho礦床礦石鉛同位素組成穩(wěn)定，顯示正常鉛的特征。對礦石鉛同位素進(jìn)行特征參數(shù)示蹤、鉛構(gòu)造模式示蹤和Δ?Δ圖解示蹤的結(jié)果表明：Debarwa和Emba Derho礦床中礦石鉛主要為地殼與地幔混合的俯沖鉛。

硫同位素；鉛同位素；流體包裹體；VMS型礦床；厄立特里亞

阿拉伯?努比亞地盾礦產(chǎn)資源十分豐富，以VMS型礦床最為特征。位處非洲東北部厄立特里亞的阿斯馬拉(Asmara)地塊是一條重要的VMS型礦床(Volcanogenic massive sulfide deposit，火山成因塊狀硫化物礦床)成礦帶。厄立特里亞新元古代VMS型礦床絕大部分都分布在NNE向構(gòu)造成礦帶，即Asmara- Nakfa Belt(ANB)[1?2]。大量的VMS 型礦床賦存于具有島弧特征的海相火山巖中[3?5]。21世紀(jì)以來，在厄立特里亞Asmara銅多金屬成礦帶發(fā)現(xiàn)了多個大型或超大型硫化物銅金礦床，典型的銅金礦床有埃博戴豪(Emba Derho)礦床、戴博瓦(Debarwa)礦床，2個礦床獲得的資源總量分別為6248和331.2萬t[6?8]。阿斯馬拉成礦帶VMS 型礦床在地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、容礦圍巖、礦床區(qū)域位置方面都與處于努比亞地盾的非洲東北部大地構(gòu)造背景有很大的聯(lián)系，具有優(yōu)越的區(qū)域地質(zhì)成礦條件和找礦前景。長期以來，對阿斯馬拉成礦帶VMS型礦床的研究重點(diǎn)一直集中在礦床地質(zhì)背景方面[1?2, 7]，前人對礦區(qū)地質(zhì)、礦床地質(zhì)特征和礦床成因等進(jìn)行了探索性的研究和討論，為阿斯馬拉地區(qū)的找礦和研究工作提供了基礎(chǔ)資料[1?2, 7?8]。而對成礦物質(zhì)來源的研究程度明顯不足，目前還缺乏系統(tǒng)的地質(zhì)和礦床地球化學(xué)方面的研究，這很大程度上制約了對該帶成礦理論的認(rèn)識深化以及對該區(qū)礦產(chǎn)資源的勘探與開發(fā)。雖然有一些國際性的文獻(xiàn)對這些礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行了描述，但是涉及礦石結(jié)構(gòu)及分帶，特別是關(guān)于礦區(qū)礦石硫和鉛同位素的研究鮮見報道。礦床的硫和鉛同位素組成是成礦物質(zhì)來源的重要標(biāo)志，對礦床成因的認(rèn)識也是重要的參數(shù)之一[9?14]。本文作者在前人的研究基礎(chǔ)上，對Emba Derho 和 Debarwa這兩個典型VMS礦床開展了礦相學(xué)、流體包裹體和礦石硫、鉛同位素地球化學(xué)的分析與研究，旨在揭示成礦流體和成礦物質(zhì)的基本特征及其來源，為研究礦床成礦機(jī)制和我國的全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略構(gòu)想提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

阿拉伯?努比亞地盾目前至少分布著60處VMS型礦床[3]。阿斯馬拉VMS型多金屬成礦帶位于非洲東北部厄立特里亞首都Asmara以西處，是近年來新發(fā)現(xiàn)的大型VMS型多金屬礦床。研究區(qū)位處厄立特里亞中部，屬努比亞地盾(見圖1)，是近年來新發(fā)現(xiàn)的大型VMS型多金屬礦集區(qū)[15?16]。在厄立特里亞中部發(fā)育一條斷續(xù)的南北向高級變質(zhì)巖帶，同構(gòu)造或后構(gòu)造的花崗巖類出露在低級變質(zhì)巖帶。Asmara火山沉積巖區(qū)出露急傾斜的層狀火山巖及沉積地層序列[6,17]。分布于厄立特里亞中部的 Nakfa群，主要由鈣堿性的火山巖、火山碎屑巖及整合上覆的變沉積巖組成，是該地區(qū)VMS型礦化的主要賦礦層位。Nakfa巖體中幾乎所有的火山沉積巖南北走向展布，并且在西部與東部之間分布有一些大體積的同碰撞?后碰撞花崗巖。阿斯馬拉成礦帶(包括Debarwa, Emba Derho礦床)于Nakfa群的東部部分巖體內(nèi)，其呈背斜產(chǎn)出，構(gòu)造呈北西向。區(qū)域主體構(gòu)造方向?yàn)橐幌盗斜北睎|向、北西西向斷裂帶和北北東向的緊閉褶皺。脆性斷裂幾乎發(fā)育在所有新老地層中。區(qū)域內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，火山巖或侵入巖都比較發(fā)育，區(qū)域內(nèi)出露巖漿巖以花崗巖、花崗閃長巖和閃長巖為主，其余有細(xì)晶巖、輝綠巖及石英斑巖，皆呈巖脈產(chǎn)出[2, 18?21]。

圖1 厄立特里亞阿斯馬拉(Asmara)成礦帶及埃博戴豪(Emba Derho)和戴博瓦(Debarwa)礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)趙忠孝等，2012；Ghebreab et al, 2009修繪)[2, 16]

Emba Derho礦床位于阿斯馬拉西北12 km，是阿斯馬拉成礦帶發(fā)現(xiàn)的最大的一個Cu-Zn-Au VMS型礦床。Cu-Zn-Au的賦礦層位為阿斯馬拉綠巖帶?阿斯馬拉向斜新元古代變質(zhì)火山巖中。原生VMS礦體形成以后，受近地表風(fēng)化、氧化作用和表生富集作用的影響，從地表至深部，礦化分為4個礦化帶：1) 淺部氧化帶，為主要賤金屬經(jīng)淋濾作用流失而形成的金礦化帶；2) 次生富集帶，位于氧化帶下部，不太發(fā)育；3) 原生硫化物銅富集帶，黃銅礦礦石為主；4) 原生硫化物鋅富集帶，位于最下部，大量閃鋅礦出現(xiàn)(見圖2)。硫礦化體主要產(chǎn)在分布不均但強(qiáng)烈的硫化物蝕變和中等發(fā)育絹云母、綠泥石、石英蝕變的長英質(zhì)變質(zhì)火山巖中。礦化體由幾個堆疊和褶皺的厚5~40 m的塊狀硫化物層組。Emba Derho礦床氧化帶在地表主要表現(xiàn)為鐵帽露頭。

圖2 Emba Derho 礦床鉆孔剖面圖

Debarwa礦床位于阿斯馬拉西南約26 km，礦床特征與Emba Derho礦床類似(見圖1)。Debarwa礦位于拉張彎曲部位，由于局部活化作用形成了E/SE向的擴(kuò)張帶，礦體呈不連續(xù)的透鏡體集中在相對較小的近平行陡立的剪切帶內(nèi)，剪切帶區(qū)域在深部逐漸變寬，表明深部塊狀硫化物也遭受了剪切作用，深部熱液蝕變以高嶺土化和硅化為主。在Debarwa礦區(qū)鐵帽地帶的鉆孔也顯示深部具有Cu-Zn-Ag-Au的成礦潛力。

2 樣品采集和分析方法

對Emba Derho礦床的各類礦石薄片進(jìn)行顯微鏡下鑒定研究。Emba Derho礦床的原生礦石類型分別是黃鐵礦型銅礦石和黃鐵礦型鋅礦石。對Debarwa礦床的礦石薄片也進(jìn)行了顯微鏡下鑒定研究。該礦床的礦石類型主要分為氧化礦石、原生黃鐵礦型銅、鋅礦石以及次生富集礦石。

重點(diǎn)研究閃鋅礦中的流體包裹體。流體包裹體冷熱臺分析在北京科技大學(xué)流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成，使用Linkam公司THMS600冷熱臺，測溫范圍為?196~+600 ℃。低溫下，接近各相變點(diǎn)時升溫速率控制在0.1~0.5 ℃(CO2三相點(diǎn)、CO2部分均一溫度、CO2籠形物溶化等)；溫度較高時，如包裹體完全均一溫度升溫速率控制在1 ℃。對氣液兩相水溶液包裹體而言,測定其冰點(diǎn), 利用冰點(diǎn)?鹽度關(guān)系表查出相應(yīng)的鹽度[22?23]。

為確認(rèn)單個流體包裹體成分，進(jìn)行了激光拉曼顯微探針分析。測試在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所包裹體實(shí)驗(yàn)室完成。采用法國Jobin Yevon公司生產(chǎn)的LabRAM-HR可見顯微共焦拉曼光譜儀，用Ar離子激光器，波長532 nm，輸出功率為44 mV，所測光譜的計數(shù)時間為3 s，每1 cm?1(波數(shù))計數(shù)一次，100~4000 cm?1全波段一次取峰，激光束斑大小約為1 μm，光譜分辨率0.65 cm?1，標(biāo)準(zhǔn)樣品使用的是法國生產(chǎn)純硅片，對峰值進(jìn)行校正，硅片的標(biāo)準(zhǔn)位移是520.7 cm?1。

硫同位素分析測試的樣品均采自上述兩個礦床的塊狀和浸染狀礦石。分析方法及步驟如下：選取具代表性樣品，經(jīng)手工進(jìn)行逐級破碎、過篩，在雙目鏡下挑選粒徑250~380 μm、純度＞99%的單礦物樣品5 g以上。將挑純后的單礦物樣品在瑪瑙缽里研磨至粒徑小于75 μm，送實(shí)驗(yàn)室分析。硫同位素樣品分析測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院同位素實(shí)驗(yàn)室完成。硫化物單礦物樣品的S同位素分析是將樣品與氧化亞銅在真空達(dá)2.0×10?2Pa 狀態(tài)下加熱，進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成SO2氣體經(jīng)純化后，并用Delta ⅤPlus氣體同位素質(zhì)譜分析S 同位素組成。測量結(jié)果以CDT為標(biāo)準(zhǔn)，相對標(biāo)淮為34SV-CDT，分析精度優(yōu)于±0.2‰。

鉛同位素示蹤是揭示成礦物質(zhì)來源的有效手段之一，所測試礦石的鉛同位素組成可基本代表形成時的鉛同位素組成。在此，重點(diǎn)對黃鐵礦鉛進(jìn)行了研究，樣品包括Debarwa和Emba Derho礦床的Zn-Cu礦石中的黃鐵礦(見表2)(Debarwa 4件樣品，Emba Derho 6件樣品)。鉛同位素樣品分析測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院同位素實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號為ISOPROBE-T，測試方法和依據(jù)為GB/T 17672—1999《巖石中鉛、鍶、釹同位素測定方法》。

3 礦石特征研究

3.1 Emba Derho礦床

1) 黃鐵礦型銅礦石

黃鐵礦型銅礦石的銅礦物含量較高，閃鋅礦含量少，黃鐵礦含量高，約70%~80%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，常呈碎裂狀、角礫狀產(chǎn)出, 黃鐵礦顆粒多為半自形?他形粒狀晶，粒徑0.1~1.8 mm。由于黃鐵礦性脆，常見其在構(gòu)造壓力影響下產(chǎn)生的壓碎結(jié)構(gòu)，裂隙多被后期黃銅礦等充填、交代(見圖3(a))。黃鐵礦型銅礦石中黃銅礦含量約7%~15%，有時達(dá)20%；充填于黃鐵礦顆粒間隙之間，常形成網(wǎng)脈狀交代結(jié)構(gòu)。次要礦物閃鋅礦含量較少，約2%~5%，灰黑色，與黃銅礦共生，有的礦石中無閃鋅礦產(chǎn)出。石英含量約為6%，黑色，不規(guī)則狀，充填于黃鐵礦顆粒間隙之間。主要的礦石結(jié)構(gòu)有粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。

圖3 Emba Derho和Debarwa礦床典型礦石特征(Py—黃鐵礦；Hm—赤鐵礦；Lm—針鐵礦；Cc—輝銅礦；Ac—藍(lán)輝銅礦；Cp—黃銅礦)：(a) 黃銅礦沿裂隙交代黃鐵礦，SRK-007-M；(b) 赤鐵礦交代褐鐵礦(針鐵礦)，SRK-017-M；(c) 輝銅礦和藍(lán)輝銅礦，SRK-023-M；(d) 黃鐵礦呈角礫狀被黃銅礦網(wǎng)脈狀交代，SRK-036-M

2) 黃鐵礦型鋅礦石

黃鐵礦型鋅礦石的銅礦物含量少，而閃鋅礦含量高，主要礦物黃鐵礦也呈碎裂狀、角礫狀產(chǎn)出，含量約為50%~80%。鏡下觀察的黃鐵礦顆粒多為半自形?他形粒狀，粒徑較小些，在0.02~1.2 mm之間不等。也常見壓碎結(jié)構(gòu)，裂隙多被閃鋅礦等充填、交代。閃鋅礦在黃鐵礦鋅礦石中呈主要金屬礦物存在，含量約為15%~25%。鏡下觀察閃鋅礦常呈他形晶充填于黃鐵礦角礫間隙之間，并交代黃鐵礦。有時見于黃銅礦共生，在個別巖礦樣品中，還可見閃鋅礦被云母類脈石礦物交代。黃銅礦在黃鐵礦鋅礦石中為次要金屬礦物，含量小于5%，呈他形晶充填于黃鐵礦顆粒間，多見與閃鋅礦共生，或在閃鋅礦中呈乳滴狀產(chǎn)出；石英含量約6%，黑色，呈不規(guī)則狀，充填于黃鐵礦顆粒間隙之間。黑云母片狀(＜5%)，可見交代閃鋅礦等金屬礦物，是后期變質(zhì)作用疊加改造的產(chǎn)物。主要的礦石結(jié)構(gòu)與銅礦石類同，有粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。

3.2 Debarwa礦床

1) 氧化礦石

氧化礦石產(chǎn)于Debarwa礦床塊狀硫化物礦體的上部，硫化物已氧化殆盡，殘留鐵的氧化物形成褐鐵礦(針鐵礦)鐵帽，脫水后形成赤鐵礦(見圖3(b))。礦石結(jié)構(gòu)主要為膠狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)，礦石構(gòu)造主要為多孔狀構(gòu)造，其次為條帶狀構(gòu)造。有時在氧化礦石中可見殘留的自然金。

2) 次生富集礦石

氧化帶中被淋濾的硫酸銅溶液滲入潛水面以下的還原帶，和原生硫化礦物互相交代形成含銅更高的次生硫化銅礦物，如銅藍(lán)、輝銅礦、藍(lán)輝銻礦等，該帶為次生富集帶。礦石結(jié)構(gòu)有交代網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、煙灰狀構(gòu)造等。次生富集帶中的金屬礦物有2類，即原生硫化物礦物和次生硫化物礦物。輝銅礦呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填、交代黃鐵礦(見圖3(c))，填隙于黃鐵礦殘余顆粒間。藍(lán)輝銅礦常與輝銅礦共生，含量較輝銅礦少。鏡下觀察時藍(lán)輝銅礦與輝銅礦共同呈網(wǎng)脈狀充填、交代黃鐵礦。次生富集帶中殘留的原生硫化物主要為黃鐵礦。

3) 原生黃鐵礦型銅、鋅礦石

與Emba Derho礦床不同的是，Debarwa礦床的原生礦石中閃鋅礦相對較少，礦石類型可分為黃鐵礦型鋅銅礦石和黃鐵礦型銅礦石，前者Zn、Cu都富集，后者富集Cu。主要金屬硫化物礦物為黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等，但黝銅礦、方鉛礦等也很常見(見圖3(d))。礦石結(jié)構(gòu)以填隙結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、交代網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等為主。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造，其次有條帶狀構(gòu)造、層紋狀、浸染狀構(gòu)造等。礦石礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黝銅礦等；脈石礦物則以石英為主(5%~15%)，其次有方解石等。

4 測試結(jié)果

4.1 流體包裹體研究

賦存VMS型礦床的新元古界地層已廣泛遭受綠片巖區(qū)域變質(zhì)和構(gòu)造變形影響，成礦物質(zhì)普遍遭受后期變質(zhì)改造，流體包裹體研究難度較大。閃鋅礦是難得的可供包裹體測試的半透明金屬礦物，而本次研究的對象正是銅鋅礦，對成礦期的閃鋅礦中原生包裹體的測試結(jié)果更加直接有效。兩個礦床中閃鋅礦多呈半自形，透射光下閃鋅礦呈黃褐色至鮮紅色。Emba Derho和Debarwa礦床的閃鋅礦和脈石英中都能見到流體包裹體(見圖4)。深色閃鋅礦中的流體包裹體主要為兩相水溶液包裹體，應(yīng)該為原生包裹體。液相體積占20%~80%，大小5~20 μm。很多包裹體加熱過程中無明顯的相變，一些包裹體在320 ℃以上發(fā)生爆裂，只有少量包裹體被測到完全均一溫度，變化于306~ 381 ℃之間，冰點(diǎn)為?2.0~?0.5 ℃，對應(yīng)于鹽度0.9%~ 3.4% (NaCleqv)。根據(jù)NaCl?H2O體系溫度?鹽度?密度關(guān)系[23]得到密度0.58~0.72 g/cm3。

圖4 Emba Derho和Debarwa Cu-Zn 礦床的流體包裹體特征：(a) 淺色閃鋅礦中具不同V/L比值的包裹體，SRK0035-M-3，Debarwa礦床；(b) 深色閃鋅礦中的包裹體，SRK002-M-2，Emba Derho；(c) 脈石英中被許多小包裹體包圍的破裂包裹體，SRK003-M-1，Emba Derho；(d) 與閃鋅礦伴生的脈石英中次生包裹體群，SRK0035-M-1，Debarwa礦床

激光拉曼探針分析發(fā)現(xiàn)，閃鋅礦中包裹體有4個特征峰，其拉曼位移值分別為986~987，453~462，619~650和1143~1162 cm?1(見圖5)。

圖5 閃鋅礦中流體包裹體的激光拉曼譜峰特征：(a) Emba Derho 礦床；(b) Debarwa 礦床

4.2 硫同位素特征

硫是絕大多數(shù)金屬礦床中最重要的成礦元素之一，許多金屬礦石礦物均以硫化物的形式出現(xiàn)。硫同位素地球化學(xué)在研究成礦物質(zhì)來源和成礦模式等方面起著其他同位素不可替代的作用，因此研究硫的地球化學(xué)組成可為探討礦床的成因問題提供重要的依據(jù)[24?25]。在礦物組合簡單的情況下，礦物34S的平均值可以代表熱液的總硫值，可用34SCDT表示礦床熱液的總硫同位素組成。

本次硫同位素分析結(jié)果顯示(見表1和圖6)，Debarwa 和Emba Derho礦床中黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等原生硫化物礦物的34SCDT值變化范圍較窄，且分布在較小的零值附近，數(shù)據(jù)集中在0.01%~0.48%之間，平均為0.121%。其中Emba Derho 礦床的黃鐵礦34SCDT值變化介于0.20%~0.48%之間，平均值為0.355%；黃銅礦34SCDT值變化介于0.08%~0.31%之間，平均值為0.23%；閃鋅礦34SCDT值變化介于0.26%~0.34%之間，平均值為0.30%。Debarwa礦床中的黃鐵礦34SCDT值變化介于0.04%~0.25%之間，平均值為0.13%；黃銅礦34SCDT值0.13%，閃鋅礦34SCDT值0.09%，輝銅礦34SCDT值變化于0.01%~0.14%之間，平均值為0.09%(見圖6)。

圖6 典型礦床的硫同位素組成(Py—黃鐵礦；Cp—黃銅礦；Sp—閃鋅礦；Cc—輝銅礦)：(a) Emba Derho硫同位素直方圖；(b) Debarwa硫同位素直方圖

表1 阿斯馬拉成礦帶Emba Derho和Debarwa礦床的礦石硫化物硫同位素組成

Emba Derho礦床中，就同一樣品中共生的黃鐵礦?閃鋅礦、黃鐵礦?黃銅礦而言，符合34SCDT, Py＞34SCDT, Sp＞34SCDT, Cp，利用硫同位素溫度計算公式=/2×103，1000=Δ=34Sore1?34Sore2。就兩對共生的黃鐵礦?閃鋅礦(SRK-001-M、SRK-002-M)和兩對黃鐵礦?黃銅礦(SRK-007-M、SRK-010-M)進(jìn)行平衡溫度計算(具體計算利用路遠(yuǎn)發(fā)編制的Geokit2010軟件完成)[26]，計算結(jié)果分別為331、394、377和339 ℃，表明這些硫化物沉淀時硫同位素基本達(dá)到了平衡。

本研究中獲得的Debarwa礦床中重晶石硫同位素為高正值(34S=1.66%~1.73%)，平均值為1.69%，顯示出其硫主要來自海水(見圖7)，同時也反映當(dāng)時的海水硫同位素值比較高。

圖7 Debarwa和Emba Derho VMS礦床硫同位素對比圖(據(jù)劉鋒，2009轉(zhuǎn)引自前人資料)[20]：(Py—黃鐵礦；Cp—黃銅礦；Sp—閃鋅礦；Cc—輝銅礦；Brt—重晶石)

4.3 鉛同位素特征

鉛同位素測試結(jié)果如表2，Emba Derho礦床中黃鐵礦的206Pb/204Pb范圍 17.523~18.721,平均值為18.117；207Pb/204Pb范圍15.467~15.647, 平均值為15.533；208Pb/204Pb范圍37.137~39.111，平均值為37.823。Debarwa礦床中黃鐵礦的206Pb/204Pb范圍 17.461~18.101，平均值為17.639；207Pb/204Pb 范圍15.455~15.540，平均值為15.507；208Pb/204Pb 范圍36.952~37.655，平均值為37.253。以上鉛同位素比值比較穩(wěn)定，變化范圍較小，基本顯示正常鉛的特征。

表2 Emba Derho和Debarwa礦床鉛同位素結(jié)果

Emba Derho礦床中礦石鉛值的變化范圍為9.30~9.53，平均值為 9.37；Th/U值變化范圍為3.35~3.86，平均值為3.61。Debarwa礦床中礦石鉛值的變化范圍為9.30~9.47，平均值為 9.38；Th/U值變化范圍為 3.54~3.66，平均值為3.59。這兩個礦床的礦石鉛值和Th/U值顯然基本一致，兩個參數(shù)值均較小，且都落入正常鉛的變化范圍內(nèi)。

5 討論

5.1 礦石結(jié)構(gòu)及其指示意義

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造是研究VMS 型礦床變質(zhì)改造作用的基礎(chǔ)，目前關(guān)于該方面的研究較多，一系列特征性的礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造用于指示VMS 型礦床的變質(zhì)疊加改造[28?30]。VMS礦床主要形成于洋中脊和弧后、弧間裂谷環(huán)境，在其后的成巖過程中，尤其是俯沖造山和碰撞造山過程中經(jīng)歷了強(qiáng)烈的變形變質(zhì)改造，如瑞典Renstrom VMS礦床[28]、遼寧紅透山銅礦等[29]。這些特征明顯不同于VMS型礦床的原生結(jié)構(gòu)構(gòu)造[3,30]，常用來證明VMS 型礦床在后期地質(zhì)事件中遭受的變質(zhì)改造作用。Debarwa和Emba Derho礦床是否也遭受了類似的變質(zhì)改造作用？

Debarwa和Emba Derho礦床中反映壓力作用的各種礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造在顯微鏡下非常清楚。Emba Derho礦床的特征具體表現(xiàn)為：黃鐵礦型銅礦石和黃鐵礦型鋅礦石的構(gòu)造均為塊狀為主，局部還可見浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、碎裂構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)為粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)及壓碎結(jié)構(gòu)等。由于黃鐵礦性脆，常見其在構(gòu)造壓力影響下產(chǎn)生的壓碎結(jié)構(gòu)，裂隙多被后期黃銅礦等充填、交代。在黃鐵礦型鋅礦石中可見黑云母交代閃鋅礦等金屬礦物，是后期變質(zhì)作用疊加改造的產(chǎn)物。Debarwa礦床的特征具體表現(xiàn)為：礦石結(jié)構(gòu)包括粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)、交代網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。由于黃鐵礦性脆，原生黃鐵礦型銅、鋅礦石鏡下常見其在構(gòu)造壓力影響下呈碎裂角礫狀、孤島狀殘余，或塊狀黃鐵礦表面出現(xiàn)裂紋，裂隙多被后期黃銅礦、閃鋅礦等充填、交代。還可見黃鐵礦集合體與黃銅礦、閃鋅礦相間呈層紋狀分布，且邊緣被黃銅礦、閃鋅礦交代殘余。顯示出區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力對圍巖、礦石形態(tài)的改造特征。Debarwa和Emba Derho礦床的這些礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造反映了與動力變質(zhì)有關(guān)的壓力作用特點(diǎn)。再者Debarwa和Emba Derho礦床表面通常疊加一層受到剪切作用的鐵帽。因壓扭性作用而產(chǎn)生的復(fù)合型褶皺，導(dǎo)致礦體的變形。盡管阿斯馬拉成礦帶處在努比亞地盾東南緣，伴隨洋盆關(guān)閉和匯聚造山作用，區(qū)內(nèi)遭受了廣泛的綠片巖相區(qū)域變質(zhì)和強(qiáng)烈的構(gòu)造變形, 但硫化物并沒有發(fā)生較明顯的重結(jié)晶改造，受相對較高的變質(zhì)熱力影響，黃銅礦等相對較為塑性的硫化物出現(xiàn)了塑性變形，但黃鐵礦仍在脆性變形域，故黃銅礦等在黃鐵礦集合體粒間及裂隙形成填隙交代現(xiàn)象。因此Debarwa和Emba Derho礦床的成礦作用在經(jīng)過了VMS過程之后，其后期的變形變質(zhì)過程對成礦的改造和疊加作用有限。流體包裹體巖相學(xué)研究表明，脈石英中破裂包裹體被許多小包裹體包圍，這可能反映了峰期變質(zhì)作用之后的退變質(zhì)作用。

5.2 硫同位素地球化學(xué)證據(jù)

硫同位素分析結(jié)果顯示(見表1和圖6)，Debarwa和Emba Derho礦床中黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等原生硫化物礦物的34SCDT值變化范圍較窄，且分布在較小的零值附近，數(shù)據(jù)集中在0.01%~0.48%之間，平均為0.121%。硫同位素對成礦物質(zhì)來源示蹤的前提條件為硫同位素已達(dá)到分餾平衡。黃鐵礦>閃鋅礦>黃銅礦，整體為一平衡體系，礦物間的34S分餾作用與礦物的生成次序吻合。這些數(shù)據(jù)都接近于幔源硫(0±0.3%)，與一般塊狀硫化物礦床34S (為正值或零值附近)特征相似[25]。次生礦物輝銅礦34SCDT值在0.01%~0.14%之間變化，平均值為0.9‰，也繼承了原生硫化物礦物的特點(diǎn)。原生硫化物礦物符合34SPy＞34SSp＞34SCp，說明原生硫化物在成礦時達(dá)到了平衡。Debarwa和Emba Derho礦床之間相同礦物硫化物礦物具有相似的34SCDT值，初步推測同樣位于阿斯馬拉成礦帶的這兩個礦床具有相似的硫來源。

根據(jù)礦床中硫同位素的組成，分析礦床中硫的來源，進(jìn)而可探討礦床的成因。硫主要有3個儲存庫，即幔源硫(34S=0±0.3%)、海水硫(34S=2.0%)和地殼 硫[31?32]。其中，地殼硫來源復(fù)雜，同位素值變化較大，主要以具有較大的負(fù)值為特征。熱液礦床硫化物的硫同位素研究可以指示熱液中硫的來源，并能為成礦環(huán)境及硫和金屬元素的搬運(yùn)、富集和沉淀機(jī)制提供信 息[33]。大量的研究表明，VMS礦床的34S值通常在0附近，如日本的黑礦(Uwamuki Kuroko黑礦34S= 0.2%~0.8%[25]；中國新疆阿舍勒銅礦床(34S= 0~0.8%)[34]等?，F(xiàn)代洋底火山熱液礦床中硫化物的34S值一般也具有大于0的小正值特征，如EPROM21°N熱液活動區(qū)硫化物34S值為0.09%~0.40%[35?36]；MARket23°N 熱液活動區(qū)硫化物的34S值為0.12%~ 0.28%[37]；Juan de Fauca Ridge熱液活動區(qū)硫化物34S值為0.16%~0.57%[33]；馬里亞納海溝的熱液硫化物34S值為0.21%~0.31%[31]；大西洋中脊TAG熱液區(qū)硫化物的34S值為0.03%~1.03%[38?40]。

前人的研究顯示，地幔來源的S值通常接近于0，而海水具有高的正值(如現(xiàn)代海水34S=2.0%)，因此34S接近0的礦床，其硫?yàn)閹r漿釋放的硫和熱液從火山巖中淋濾出來的硫；34S為正值且近于當(dāng)時海水硫酸鹽34S值的礦床，硫來自大洋水和海相蒸發(fā)鹽；34S值介于0和當(dāng)時海水34S值之間的礦床，是地幔與海水硫的混合來源[41]。大量的研究表明VMS型礦床的硫有2個主要來源: 1) 海水硫酸鹽的還原；2)地幔來源[34, 40, 42]。 Emba Derho和Debarwa塊狀硫化物礦床34S值接近0，且大部分具有一個小的正值，Debarwa礦床中重晶石的34S值為1.66%~1.73%，代表當(dāng)時海水的S同位素值，礦床硫化物34S介于0和當(dāng)時海水34S值之間，因此，Debarwa 和Emba Derho礦床的硫是地幔硫和海水硫的混合來源。

激光拉曼探針分析發(fā)現(xiàn)，閃鋅礦中包裹體有4個特征峰(圖5)。劉川江和鄭海飛[43]研究了重晶石的拉曼位移峰為987 cm?1(1)、452~462 cm-1(2)、1082~1165 cm?1(3)和616~645 cm?1(4)。鄭海飛等[44]還認(rèn)為拉曼位移峰988、461、616和1142 cm?1是鉛的硫酸鹽礦物。因此，Emba Derho和Debarwa礦床的閃鋅礦中流體包裹體拉曼位移特征峰組合一方面反映了較高的硫酸鹽含量，說明在成礦過程中，硫的含量較高；另一方面說明被捕獲的包裹體在后期的變形變質(zhì)過程中與寄主礦物可能發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，或溶解了寄主礦物閃鋅礦的成分，使包裹體的溶液成分中含較高的硫酸鹽。

5.3 鉛同位素地球化學(xué)證據(jù)

相比較于輕穩(wěn)定同位素，鉛同位素不受物理分餾作用影響，因而被認(rèn)為是反映礦石物源的最好途徑。其組成主要受源區(qū)的初始鉛、(即(238U)/(204Pb))、(即(235U)/(204Pb))、(即(232Th)/(204Pb))、(Th)/(U)及形成時間等因素的制約[39]。硫化物中因U和Th含量極低，鉛同位素組成主要與源區(qū)性質(zhì)有關(guān)，因而被廣泛用于成礦物質(zhì)示蹤。通過礦石取樣測試，并結(jié)合前人獲得的臨區(qū)礦床的鉛同位素數(shù)據(jù)，對Emba Derho和Debarwa礦床的礦石鉛來源進(jìn)行探討。

鉛的來源可以利用鉛同位素源區(qū)特征值進(jìn)行初步判斷。其中，值的變化可以有效地提供地質(zhì)體經(jīng)歷地質(zhì)作用的信息，反映鉛的來源[45]。兩個礦床中穩(wěn)定鉛同位素的3個比值208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb 變化范圍很小，表明礦區(qū)鉛同位素中放射性成因鉛含量很少，且Th/U 值變化范圍較小。Emba Derho Th/U 值變化范圍為 3.35~3.86，Debarwa礦床Th/U 值變化范圍為 3.54~3.66，說明Th/U 值穩(wěn)定，可以用于探討成礦物質(zhì)來源及演化。一般而言，具有低值(＜9.58)的鉛通常認(rèn)為來自下地殼或上地幔U、Th 相對稀缺的物質(zhì)[46?48]，由表2可知，Emba Derho礦床黃鐵礦鉛值的變化范圍為9.30~9.53，Debarwa礦床中黃鐵礦鉛值的變化范圍為9.30~9.47，均小于9.58，故可初步判斷這兩個礦床的黃鐵礦鉛源具有下地殼或上地幔物質(zhì)的性質(zhì)。

在鉛構(gòu)造模式示蹤時，投影點(diǎn)落在造山帶增長線上方的礦石鉛必然包含上地殼成分；而投影點(diǎn)位于造山帶增長線下方的礦石鉛則必定源于地?；蛳碌貧?；投影點(diǎn)位于造山帶增長線附近，礦石鉛為混合源[49]。據(jù)從鉛增長曲線206Pb/204Pb?207Pb/204Pb與206Pb/204Pb?208Pb/204Pb圖解上(見圖8(a)和(b))，Emba Derho和Debarwa礦床的礦石鉛具有相似的來源，均在地幔與造山帶之間集中，主要分布在地幔分帶附近，反映出成礦物質(zhì)來源較深，具有幔源來源和造山帶鉛加入的特點(diǎn)，Emba Derho礦床有一個樣品跨越了上地殼，這可能反映出成礦物質(zhì)還有上地殼鉛加入的特點(diǎn)。據(jù)從鉛構(gòu)造環(huán)境206Pb/204Pb?207Pb/204Pb與206Pb/204Pb?208Pb/204Pb判別圖解上(見圖8(c)和(d)) Emba Derho和Debarwa礦床的礦石鉛也具有相似的鉛構(gòu)造環(huán)境特點(diǎn)，大多數(shù)落在洋島火山巖和造山帶范圍內(nèi)。綜合以上分析結(jié)果，認(rèn)為礦區(qū)礦石鉛可能主要來源于與俯沖造山作用有關(guān)的地殼與地幔物質(zhì)的混合。

圖8 Emba Derho和Debarwa礦床鉛同位素增長曲線圖解和構(gòu)造環(huán)境圖解(LC—下地殼；UC—上地殼；OIV—洋島火山巖；OR—造山帶；A、B、C、D分別為各區(qū)域中樣品相對集中區(qū))：(a)206Pb/204Pb?207Pb/204Pb增長曲線圖；(b)206Pb/204Pb?208Pb/204Pb增長曲線圖；(c)206Pb/204Pb?207Pb/204Pb構(gòu)造模式圖；(d)206Pb/204Pb?208Pb/204Pb構(gòu)造模式圖

朱炳泉等[50]統(tǒng)計了不同地區(qū)不同時代的鉛同位素資料后，提出一種新的鉛構(gòu)造模式即用???表示研究樣品的鉛同位素組成與同時代地幔鉛的相對偏差。他認(rèn)為207Pb/204Pb 和208Pb/204Pb的變化才最能反映源區(qū)的變化，而206Pb/204Pb的變化只對成礦的時代有著靈敏的反應(yīng)：

?=[(207Pb/204Pb)CP/(207Pb/204Pb)MP?1]×1000 (1)

?=[(208Pb/204Pb)CP/(208Pb/204Pb)MP?1]×1000 (2)

式中：下標(biāo)CP表示時刻的普通鉛；MP表示時刻的地幔鉛。年齡可以是礦石鉛的模式年齡[50]。本實(shí)驗(yàn)中采用已經(jīng)獲得的礦石鉛的模式年齡來進(jìn)行計算，時刻的地幔鉛值可以通過增長線進(jìn)行計算。確定某一時間的(207Pb/204Pb)MP和(208Pb/204Pb)MP值，可采用現(xiàn)代地幔鉛值，即(207Pb/204Pb)MP=15.43，(208Pb/204Pb)MP=37.63，(206Pb/204Pb)MP=17.51。

為進(jìn)一步探討Emba Derho和Debarwa礦床礦石鉛的來源，對兩個礦床的礦石鉛進(jìn)行不同成因礦石鉛同位素的???成因分類圖解投圖(見圖9)，發(fā)現(xiàn)除1個上述異常點(diǎn)落入海底熱水作用鉛范圍，其余樣品均落入上地幔鉛和上地殼與地?；旌系母_鉛巖漿作用鉛區(qū)域內(nèi)，這與鉛增長曲線206Pb/204Pb?207Pb/204Pb與206Pb/204Pb?208Pb/204Pb圖解結(jié)果基本一致。綜和上述研究結(jié)果，Emba Derho和Debarwa礦床的鉛源具有相似性，主要源于地幔與上地殼源混合鉛。

圖9 礦石鉛同位素的?β??γ成因分類圖解(據(jù)朱炳泉[50])：1—地幔源鉛；2—上地殼源鉛；3—上地殼與地?；旌系母_鉛(3a—巖漿作用；3b—沉積作用)；4—化學(xué)沉積型鉛；5—海底熱水作用鉛；6—中深變質(zhì)鉛；7—深質(zhì)下地殼鉛；8—造山帶鉛；9—古老頁巖上地殼鉛；10—退變質(zhì)鉛

研究區(qū)處在西岡瓦納古陸東北緣與莫桑比克洋過渡部位，經(jīng)歷了多地殼演化階段。新元古代?早古生代(860~600 Ma)是該區(qū)溝?弧?盆演化階段，此階段莫桑比克洋洋殼向西岡瓦納古陸東北緣俯沖消減，發(fā)育陸緣島弧和弧后盆地，并且經(jīng)多次構(gòu)造事件，特別是泛非期造山事件。由于缺乏具體的成礦年齡數(shù)據(jù)，BARRIE等[51]認(rèn)為Adi Nefas礦床與Emba Derho和Debarwa礦床的成礦年齡基本一致，且通過鉛同位素定年得到相鄰礦床Adi Nefas Cu-Zn礦床的成礦年齡為720 Ma，該年齡對應(yīng)莫桑比克洋內(nèi)島弧與微板塊(地體)俯沖時期。再者Emba Derho和Debarwa礦床賦存層位為阿斯馬拉綠巖帶一阿斯馬拉向斜新元古代變質(zhì)火山巖，其形成背景與洋殼俯沖相關(guān)，具有典型島弧環(huán)境特征，這個弧內(nèi)盆地可能是在東非造山帶演化早期形成的，而東非造山帶是在向西或北西俯沖的大洋板塊之上演化的，另外厄立特里亞北部和南部的新元古代火山巖深部為傾向北西的俯沖帶[18, 52]。這與鉛構(gòu)造環(huán)境的圖解結(jié)果基本一致。因此，Emba Derho和Debarwa礦床的礦石鉛主要為地殼與地?；旌系母_鉛，這一結(jié)論符合礦區(qū)地質(zhì)成礦環(huán)境。

本實(shí)驗(yàn)中將測得的鉛同位素數(shù)據(jù)與鄰區(qū)的Adi Nefas 礦床、比薩(Bisha)VMS型礦床，連同位于沙特阿拉伯的新元古代VMS型礦床以及其他泛非運(yùn)動時期位于納米比亞和贊比亞的容礦圍巖為新元古代的塊狀硫化物礦床的Pb同位素特征進(jìn)行比較。如圖10所示，Emba Derho和Debarwa礦床中樣品的206Pb/204Pb比值與位于東部蘇丹以北250 km的Ariab VMS型礦區(qū)的鉛同位素結(jié)果相似[51]。分析結(jié)果顯示，Adi Nefas 礦床樣品的207Pb/204Pb 比值比Bisha礦床的207Pb/204Pb 比值更低，但與Emba Derho和Debarwa礦床的207Pb/204Pb 比值接近，其數(shù)據(jù)投點(diǎn)落在了阿拉伯VMS型礦床的區(qū)域內(nèi)。位于東部Nakfa群中的其他VMS型礦床的礦石鉛同位素分析數(shù)據(jù)也落在了阿拉伯VMS型礦床的區(qū)域內(nèi)[44]。總而言之，以Emba Derho和DebarwaVMS型礦床所代表的東部Nakfa群顯示出比以Bisha VMS型礦床為代表的西部Nakfa群更加明顯的鉛同位素演化特征，同時與阿拉伯VMS 礦區(qū)具有相似的鉛同位素演化特征。

圖10 Emba Derho和Debarwa礦床中黃鐵礦樣品的鉛同位素比較圖解

6 結(jié)論

1) Emba Derho和Debarwa礦床的成礦流體具有低鹽度、中?高溫的特征。通過礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造研究，雖然鏡下可見在構(gòu)造壓力影響下產(chǎn)生的壓碎結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等，且區(qū)內(nèi)遭受了廣泛的綠片巖相區(qū)域變質(zhì)和強(qiáng)烈的構(gòu)造變形，但硫化物并沒有發(fā)生較明顯的重結(jié)晶改造，黃鐵礦仍在脆性變形域。因此，Debarwa和Emba Derho 礦床成礦作用在經(jīng)過了VMS 過程之后，其后期的變形變質(zhì)過程對成礦的改造和疊加作用有限。

2) Debarwa和Emba Derho 礦床的硫化物(黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、輝銅礦) 樣品的34SCDT值說明其具有相似的硫來源。樣品的34SCDT值與成礦體系平衡條件下的硫化物中34SCDT的富集順序基本一致，表明在金屬硫化物沉淀過程中硫同位素分配已近乎達(dá)到平衡。Debarwa礦床中重晶石S同位素為高正值，顯示出其硫主要來自海水。Debarwa和Emba Derho 礦床的硫是地幔硫和海水硫的混合來源。

3) Debarwa和Emba Derho礦床中礦石鉛同位素比值較為穩(wěn)定，變化范圍較小，基本顯示為正常鉛的特征。通過總結(jié)特征參數(shù)示蹤、鉛構(gòu)造模式示蹤及Δ?Δ圖解示蹤等幾方面分析結(jié)果，可知Debarwa和Emba Derho礦石鉛主要為地殼與地?；旌系母_鉛。

致謝：

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[1] GHEBREAB W. An outline of major Pan-African and lithologic assemblages and shear zones in Eritrea: Implications for mineral exploration[J]. Africa Geoscience Review, 1996, 3: 355?366.

[2] GHEBREAB W, GREILING R O, SOLOMON S. Structural setting of Neoproterozoic mineralization, Asmara district, Eritrea[J]. Journal of African Earth Sciences, 2009, 55: 219?235.

[3] FRANKLIN J M, GIBSON H L, JONASSON I R, GALLEY A G. Volcanogenic massive sulfide deposits[C]. Economic Geology 100th Anniversary Volume, 2005: 523?560.

[4] TADESSE S, MILES J P, DESCHAMPS Y. Geology and mineral potential of Ethiopia: A note on geology and mineral map of Ethiopia[J]. Journal of African Earth Sciences, 2003, 36: 273?313.

[5] DRURY S A, de SOUSA FILHO C R. Neoproterozoic terrane assemblages in Eritrea: Review and prospects[J]. Journal of African Earth Sciences, 1998, 27: 331?348.

[6] TEKLAY M, KR?NER A, MEZGER K. Enrichment from plume interaction in the generation of Neoproterozoic arc rocks in northern Eritrea: Implications for crustal accretion in the southern Arabian-Nubian Shield[J]. Chemical Geology, 2002, 184: 167?184.

[7] GOLDFARB R J, GROVES D I, GARDOLL S. Orogenic gold and geologic time: A global synthesis[J]. Ore Geology Review, 2001, 18: 1?75.

[8] WOLDAI G, GREILING R O, SOLOMON S. Structural setting of Neoproterozoic mineralization, Asmara district, Eritrea[J]. Journal of African Earth Sciences, 2009. 55: 219?235.

[9] 雷源保, 賴健清, 王雄軍, 蘇生順, 王守良, 陶詩龍. 虎頭崖多金屬礦床成礦物質(zhì)來源及演化[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2014, 24(8): 2117?2128. LEI Yuan-bao, LAI Jian-qing, WANG Xiong-jun, SU Sheng-shun, WANG Shou-liang, TAO Shi-long. Origin and evolution of ore-forming material of Hutouya polymetallic deposit[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(8): 2117?2128.

[10] 薛 靜, 戴塔根, 付松武. 廣西武宣縣盤龍鉛鋅礦礦床成礦地球化學(xué)特征[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2012, 22(2): 533?545. XUE Jing, DAI Ta-gen, FU Song-wu. Metallogenic geochemistry characteristics of Panlong lead-zinc deposit in Wuxuan County, Guangxi Province[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(2): 533?545.

[11] 張辰光, 賴健清, 曹勇華, 劉印明, 楊金明, 韓永生. 新疆鐵克里克銅鉛鋅多金屬礦床多因復(fù)成成礦作用[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2016, 26(6): 1293?1302. ZHANG Chen-guang, LAI Jian-qing, CAO Yong-hua, LIU Yin-ming, YANG Jin-ming, HAN Yong-sheng. Polygenetic compound mineralization of Tiekelike copper-lead-zinc deposit, Xinjiang[J]. Journal of African Earth Sciences, 2016, 26(6): 1293?1302.

[12] 席 振, 高光明, 馬德成, 羅 晗. 厄瓜多爾Beroen金銀礦床硫鉛同位素地球化學(xué)[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2016, 26(4): 852?862. XI Zhen, GAO Guang-ming, MA De-cheng, LUO Han. Lead and sulfur isotope geochemistry of Ecuadorian Beroen gold-silver deposit[J]. Journal of African Earth Sciences, 2016, 26(4): 852?862.

[13] 賴健清, 鞠培姣, 周 鳳. 青海省果洛龍洼金礦多因復(fù)成成礦作用[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2016, 26(2): 402?415. LAI Jian-qing, JU Pei-jiao, ZHOU Feng. Polygenetic compound mineralization of Guoluolongwa gold deposit in Qinghai Province, China[J]. Journal of African Earth Sciences, 2016, 26(2): 402?415.

[14] 侯東壯, 吳湘濱, 李 貞, 劉玉紅. 貴州省天柱大河邊重晶石礦床成礦物質(zhì)來源[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 25(4): 1039?1048. HOU Dong-zhuang, WU Xiang-bin, LI Zhen, LIU Yu-hong. Ore-forming material sources of Dahebian barite deposit in Tianzhu county, Guizhou Province, China[J]. Journal of African Earth Sciences, 2015, 25(4): 1039?1048.

[15] JOHNSON P R, ANDRESEN A, COLLINS A S, FOWLER A R, FRITZ H, GHEBREAB W, KUSKY T, STERN R J. Late Cryogenian–Ediacaran history of the Arabian–Nubian Shield: A review of depositional, plutonic, structural, and tectonic events in the closing stages of the northern East African Orogen[J]. Journal of African Earth Sciences, 2011, 61: 167?232.

[16] 趙忠孝, 段煥春, 王鳳仙. 厄立特里亞地質(zhì)礦產(chǎn)概況及勘查新進(jìn)展[J]. 礦產(chǎn)勘查, 2012, 3(5): 707?715. ZHAO Zhong-xiao, DUAN Huan-chun, WANG Feng-xian. General characteristics of geology and mineral resources in Eritrea and exploration progress[J]. Mineral Exploration, 2012, 3(5): 707?715.

[17] MOHR P A. The Geology of Ethiopia: Haile Selassie[M]. Addis Ababa: Addis Ababa University Press, 1971: 268.

[18] TEKLAY M, KRONER A, MEZGER K. Geochemistry, geochronology and isotope geology of Nakfa intrusive rocks, northern Eritrea: Products of a tectonically thickened Neoproterozoic arc crust[J]. Journal of African Earth Sciences, 2001, 33: 283?301.

[19] ABDELSALAM M G, STERN R J. Sutures and shear zones in the Arabian-Nubian Shield [J]. Journal of African Earth Sciences, 1996, 23(3): 289?310.

[20] ANDERSSON U B, GHEBREAB W, TEKLAY A. Crustal evolution and metamorphism in east-central Eritrea, south-east Arabian-Nubian Shield [J]. Journal of African Earth Sciences, 2006, 44(1): 45?65.

[21] TADESSE S, MILES J P, DESCHAMPS Y. Geology and mineral potential of Ethiopia: a note on geology and mineral map of Ethiopia[J]. Journal of African Earth Sciences, 2003, 36: 273?313.

[22] HALL D L, STERNERS S M, BODNAR R J. Freezing point depression of NaCl-KCl-H2O solutions[J]. Economic Geology, 1988, 83: 197?202.

[23] BODNAR R J. Revised equation and table for determining the freezing point depression of H2O-NaCl solutions[J]. Geochim Cosmochim Acta, 1993, 57: 683?684.

[24] 鄭永飛, 陳江峰. 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2000: 15?26. ZHENG Yong-fei, CHEN Jiang-feng. Stable isotope geochemistry[M]. Beijing: Science Press, 2000: 15?26.

[25] OHMOTO H, GOLDHABER M B. Sulfur and carbon isotopes[C]// 3rd ed. BARNES H L. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. New York: John Wiley and Sons, 1997: 517?611.

[26] 路遠(yuǎn)發(fā). Geokit: 一個用于 VBA 構(gòu)建的地球化學(xué)工具軟件包[J]. 地球化學(xué), 2004, 33(5): 459?464. LU Yuan-fa. Geokit: A geochemical toolkit for microsoft excel [J]. Geochimica, 2004, 33(5): 459?464.

[27] 劉 鋒. 新疆阿爾泰阿巴宮?蒙庫一帶鐵礦床成礦作用與成礦規(guī)律研究[D]. 北京: 中國地質(zhì)科學(xué)院, 2009: 119. LIU Feng. The study on metalogeny and metallogenic regularity of iron deposits from Abagong to Mengku area in Altaid, Xinjiang[D]. Beijing: Philosophy of Chinese Academy of Geological Sciences, 2009: 119.

[28] DUCKWORTH R C, RICKARD D. Sulphide mylonites from the Renstrom VMS deposit, northern Sweden[J]. Mineralogical Magazine, 1993, 57: 83?92.

[29] GU Lian-xing, ZHENG Yuan-chuan, TANG Xiao-qian, FERNANDO D P, WU Chang-zhi, TIAN Z M, LU Jian-jun, NI Pei, LI Xin, YANG Fu-tian. Copper, gold and silver enrichment in ore mylonites within massive sulphide orebodies at Hongtoushan, NE China[J]. Ore Geology Reviews, 2007, 30: 1?29.

[30] PIRAJNO F. Hydrothermal processes and mineral system. Perth, Australia[M]. Perth: Springer Press, 2009: 1?1250.

[31] ROLLINSON H R. Using geochemical data: Evaluation, presentation, interpretation[M]. New York: John Wiley & Sons, 1993: 1?352.

[32] JOCHEN H. Stable isotope geochemistry[M]. 6th ed. Berlin: Springer, 2009: 1?285.

[33] SHANKS W G, SEYFRIED W E. Stable isotope studies of vent fluids and chimney minerals, southern Juan de Fuca Ridge: Sodium metasomatism and seawater sulfate reduction[J]. Journal of Geophysical Research, 1987, 93: 11387?11399.

[34] 王登紅. 新疆阿舍勒火山型塊狀硫化物銅礦硫、鉛同位素地球化學(xué)[J]. 地球化學(xué), 1996, 25(6): 582?590. WANG Deng-hong. Sulfur and Lead isotopic geochemistry of the Ashele volcanogenic massive sulfide deposit, Xinjiang, China[J]. Geochimica, 1996, 25(6): 582?590.

[35] STYRT M M, BRANCKMANN A J, HOLLAND H D, CLARK B C, PISUTHA ARNOND V, ELDRIDGE C S, OHMOTO H. The mineralogy and the isotopic composition of sulfur in hydrothermal sulfide/ sulfate deposits on the East Pacific Rise, 21°N latitude[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1981, 53(3): 382?390.

[36] WOODRUFF L G, SHANKS W C. Sulfur isotope study of chimney minerals and vent fluids from 21°N, East Pacific Rise: Hydrothermal sulfur sources and disequilibrium sulfate reduction[J]. Journal of Geophysical Research, 1988, 93: 4562?4572.

[37] KATSUO K, YAMAMOTO M, SHIBATA T. Copper-rich sulfide deposits near 23°N, Mid-Atlantic Ridge: Chemical composition, mineral chemistry and sulfur isotopes[J]. Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, 1990, 106(109): 163?177.

[38] KUSAKABE M, MAYEDA S, NAKAMURA E. S, O and Sr isotope systematic of active vent materials from the Mariana back arc basin spreading axis at 18°N[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1990, 100: 275?282.

[39] PETERSEN S, HERZIG P M, HANNINGTON M D. Third dimension of a presently forming VMS deposit: TAG hydrothermal mound, Mid-Atlantic Ridge, 26°N[J]. Mineralium Deposita, 2000, 35: 233?259.

[40] 蔣少涌, 楊 濤, 李 亮, 趙葵東, 凌洪飛. 大西洋洋中脊TAG熱液區(qū)硫化物鉛和硫同位素研究[J]. 巖石學(xué)報, 2006, 22: 2597?2602. JIANG Shao-yong, YANG Tao, LI Liang, ZHAO Kui-dong, LING Hong-fei. Lead and sulfur isotopic compositions of sulfides from the TAG hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge[J]. Acta Petroloica Sinica, 2006, 22: 2597?2602.

[41] SAKAI H, DES MARAIS D J, UEDA A, MOORE J G. Concentrations and isotope rations of carbon, nitrogen and sulfur in ocean-floor basalts[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1984, 48: 2433?2441.

[42] HUSTON D L. Stable isotopes and their significance for understanding the genesis of volcanic-hosted massive sulfide deposits: A review[J]. Reviews in Economic Geology, 1999, 8: 157?179.

[43] 劉川江, 鄭海飛. 常溫0~1 GPa壓力下重晶石的拉曼光譜研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2011, 31(6): 1529?1532. LIU Chuan-jiang, ZHENG Hai-fei. Raman Spectra Study of Barite at the Pressure of 0?1 GPa and Ambient Temperature[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2011, 31(6): 1529?1532.

[44] 鄭海飛, 喬二偉, 楊玉萍, 段體玉. 拉曼光譜方法測量流體包裹體的內(nèi)壓及其應(yīng)用[J]. 地學(xué)前緣, 2009, 16(1): 1?5. ZHENG Hai-fei, QIAO Er-wei, YANG Yu-ping, DUAN Ti-yu. Determination of inner pressure for fluid inclusion by Raman spectroscopy and its application[J]. Earth Science Frontiers, 2009, 16(1): 1?5.

[45] 王立強(qiáng), 顧雪祥, 程文斌, 唐菊興, 鐘康惠,劉曉吉. 西藏蒙亞阿鉛鋅礦床 S、Pb 同位素組成及對成礦物質(zhì)來源的示蹤[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2010, 24(1): 52?58. WANG Li-qiang, GU Xue-xiang, CHENG Wen-bin, TANG Ju-xing, ZHONG Kang-hui, LIU Xiao-ji. Sulfur and lead isotope composition and tracing for the sources of oreforming materials in the Mengya’a Pb-Zn deposit, Tibet[J]. Geoscience, 2010, 24(1): 52?58.

[46] 吳開興, 胡瑞忠, 畢獻(xiàn)武, 彭建堂, 唐群力. 礦石鉛同位素示蹤成礦物質(zhì)來源綜述[J]. 地質(zhì)地球化學(xué), 2002, 30(3): 73?79. WU Kai-xing, HU Rui-zhong, BI Xian-wu, PENG Jian-tang, TANG Qun-li. Ore lead isotopes as a tracer for oreforming material sources: A review[J]. Geology-Geochemistry, 2002, 30(3): 73?79.

[47] 成永生, 胡瑞忠, 伍永田. 廣西大廠礦田大福樓錫多金屬礦床地質(zhì)與地球化學(xué)特征[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2012, 22(3): 751?760. CHENG Yong-sheng, HU Rui-zhong, WU Yong-tian. Geology and geochemistry of Dafulou tinpolymetallic ore deposit in Dachang ore field, Guangxi, China[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(3): 751?760.

[48] 曹勇華, 賴健清, 康亞龍, 樊俊昌. 青海德合龍洼銅(金)礦成礦物質(zhì)來源[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2012, 22(3): 761?771. CAO Yong-hua, LAI Jian-qing, KANG Ya-long, FAN Jun-chang. Sources of ore forming materials of Dehelongwa copper(gold) deposit in Qinghai Province, China[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(3): 761?771.

[49] Zartman R E, Doe B R. Plumbotectonics—The model[J]. Tectonophysics, 1981, 75(1/2): 135?162.

[50] 朱炳泉, 李獻(xiàn)華, 戴橦謨. 地球科學(xué)中同位素體系理論與應(yīng)用—兼論中國大陸地殼演化[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1998: 216?230. ZHU Bing-quan, LI Xian-hua, DAI Tong-mo. Isotope system theory and application to the earth sciences—On crustmantle evolution of continent of China[M]. Beijing: Science Press, 1998: 216?230.

[51] BARRIE C T, NIELSEN F W, AUSSANT C H. The Bisha volcanic-associated massive sulfide deposit, Western Nakfa Terrane, Eritrea[J]. Economic Geology, 2007, 102: 717?738.

[52] ANDERSSON U B, GHEREAB W, TEKLAY M. Crustal evolution and metamorphism in the east-central Eritrea, south-east Arabian-Nubian shield[J]. Journal of African Earth Sciences, 2006, 44: 45?65.

[53] STACEY J S, KRAMERS J D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1975, 26: 207?221.

[54] DOE B R, ZARTMAN R E. Plumbotectonics (I). The phanerozoic[M]. 2nd ed. BARNES H L, ed. New York: John Wiley and Sons, 1979: 22?70.

(編輯 龍懷中)

Sulfur and lead isotope constrains on source of ore-forming materials in Asmara VMS-type deposits, Eritrea

CHENG Xi-hui1, 2,XU Jiu-hua1, 2, WANG Jian-xiong3, CHU Hai-xia4, XIAO Xing1, 2, ZHANG Hui1, 2

(1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;2. Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal, Ministry of Education,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;3. Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430205, China;4. China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Volcanogenic massive sulfide (VMS) deposit is an important type of nonferrous deposit. In Eritrea, Neoproterozoic volcanogenic massive sulphide deposits and occurrences, to a large extent, distribute in Asmara-Nakfa Belt (ANB). The most important mineral deposits and occurrences known in Asmara-Nakfa Belt are those of the Emba Derho and Debarwa VMS deposits. Based on the research related to the Debarwa and Emba Derho deposit’s oreforming geological conditions, the compositions of S, Pb isotopes as well as the characteristics about fluid inclusions in sphalerite and ore textures were studied, and the origin of oreforming materials was discussed. The results show that the transformation and superposition of regional metamorphism for deposits are limited. Ore-bearing fluids are characterized by medium-high temperature, low salinity. The34SCDTvalues of primary sulfide ore minerals distribute narrowly (0.01%?0.48%) in Debarwa and Emba Derho deposits,34SCDTvalue of barite in Debarwa deposit is 1.66%?1.73%. The characteristics of sulfur isotopic composition show that the sulfur in these two deposits is derived from the mantle mixed seawater. Meanwhile, the Pb isotopic composition of ore sulfides is stable and the ore lead is ordinary common lead with little U and Th radiogenic lead. According to the tracer analysis regarding the characteristic parameters, lead composition model and Δ?Δdiagram, the conclusion is drawn that the ore lead is typically crustmantle mixed subduction lead.

sulfur isotope? lead isotope? fluid inclusions; VMS deposit; Eritrea

Project(1212011220911) supported by China Geological Survey Commission; Projects(41372096, 41672070) supported by the National Natural Science Foundation of China

2015-12-15; Accepted date:2016-09-09

CHENG Xi-hui; Tel: +86-13269387139; E-mail: cheng_xihui@163.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.04.017

1004-0609(2017)-04-0795-16

P597；P616

A

中國地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目(1212011220911)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41372096，41672070)

2015-12-15；

2016-09-09

成曦暉，博士研究生；電話：13269387139；E-mail: cheng_xihui@163.com