铅锌矿床地球化学差异范文

《地质与资源杂志》2015年第一期

1天宝山和大梁子铅锌矿床的地球化学差异

1.1微量元素特征差异大梁子铅锌矿的赋矿围岩为龙王庙组砂页岩.天宝山铅锌矿的围岩为白果湾组砂岩、泥岩、炭质页岩.矿区岩浆活动较弱，辉绿岩侵入为铅锌成矿提供热能和部分矿质.矿床矿石及围岩的微量元素分析表明（表1），天宝山矿床块状矿石和大梁子矿床矿石的微量元素组成基本一致，具有相同的Ni/Co或Co/Ni比值，并与辉绿岩的比值接近.但天宝山矿床的黄铁矿型矿石和角砾状矿石与块状矿石及大梁子矿床矿石的微量元素组成存在明显差异.黄铁矿型矿石贫Co，显示与龙王庙组砂页岩和白果湾组存在亲缘性.角砾状矿石贫Ni，与矿区地层及脉岩的微量元素组成很难比对，这可能与角砾状矿石形成过程的复杂性有关.单矿物的电子探针分析结果（表1）显示，天宝山和大梁子矿床差异明显.就Co、Ni含量及Ni/Co比值而论，在闪锌矿中，大梁子矿床的对应值均较天宝山矿床高；在方铅矿中，大梁子矿床虽Co、Ni含量低于天宝山矿床，但Ni/Co值为天宝山矿床的2倍左右；在黄铁矿中，两矿床Co含量相当，但大梁子矿床Ni含量和Ni/Co值是天宝山矿床的3倍左右.总体而言，就Ni、Co元素的分异看，大梁子矿床成矿热液中相对富Ni贫Co.在热液状态下，Co、Ni、Zn、Pb均以络合物形式存在，其不稳定系数递减，Co、Ni的分异状况在一定程度反映成矿溶液的演化.天宝山矿床闪锌矿、方铅矿的Ni/Co比值接近，显示和酸性岩浆衍生物有某种联系；大梁子矿床闪锌矿的Ni/Co比与天宝山矿床接近，而2个矿床方铅矿的Ni/Co比值相差两倍多，似乎说明，大梁子矿床形成闪锌矿时矿液的性质与天宝山矿床形成闪锌矿与方铅矿时的热液性质相似，而形成方铅矿时的矿液性质发生了较大的改变.2个矿床闪锌矿中Co、Ni含量接近，而方铅矿中Co、Ni含量相差甚远似乎佐证了这一看法.2个矿床黄铁矿Ni/Co比表面上合乎上述矿液演化趋势，但就其中Co、Ni含量而论，天宝山矿床的黄铁矿明显富Co，而大梁子矿床Co、Ni并无明显分异，似乎说明形成黄铁矿的溶液与形成闪锌矿和方铅矿的溶液在本质上有所不同.同时，由于黄铁矿形成的条件要比形成闪锌矿、方铅矿（尤其是闪锌矿）的条件宽泛得多，上述结果还可能受到黄铁矿多期性的影响.2个矿床主要矿石矿物闪锌矿的微量元素含量（表1）显示，4个稀散元素在2个矿床间存在明显差异.大梁子矿床的Cd、In、Ga含量比天宝山矿床相应元素高近一倍，而Ge则偏低；除Ga外，其他元素均介于碳酸盐岩沉积改造矿床与碳酸盐岩中的岩浆期后热液矿床之间，似乎暗示上述2个矿床成因上也介于其间，即有岩浆的成分介入.Ga、Ge、In、Cd、均倾向于在酸性岩浆的热液中富集，其富集度与氧分压密切相关，富集于低氧或不强的氧化环境，在碱性环境中很难迁移［19-22］，这也从另一个侧面反映，形成这些稀散元素的富集，不可能是溶液自容矿地层萃取那么简单，应有深源物质的加入.上述元素在天宝山、大梁子矿床中的富集，似乎从另一个侧面反映了成矿物质来源的多样性.综上所述，天宝山和大梁子矿床存在微量元素地球化学特征差异，既显示它们具有多期成矿，成矿溶液有多期演化，成矿物质具有深源等特征，又反映两者之间存在明显差异.天宝山矿床成矿物质有更多岩浆源成分，大梁子矿床在后期可能有源于地层的低温热液混入.

1.2稀土元素特征差异天宝山和大梁子矿床的稀土矿床的稀土元素总量较低，配分曲线均为右倾型（图2），具有程度不同的Pr、Tb、Tm正异常.但两者的差异是明显的：大梁子矿床矿石的∑REE＝6.934×10-6，天宝山矿床矿石的∑REE=12.420×10-6～22.349×10-6，后者约为前者的2～3倍；大梁子矿床具有很明显的富铕异常，天宝山矿床富铕异常十分微弱.2个矿床的围岩的稀土元素总量均较矿石高得多，配分曲线显示内部分异强度也明显较弱（图3），但2个矿床的近矿围岩样品（天宝山：Bp95；大梁子：PDL-2）的配分曲线则和矿床的矿石样品的分异趋势呈趋同态势（图2）.2个矿床的稀土配分曲线的分异很难用萃取溶液的特征加以解释.如，富铕异常解释为还原环境所致，则无法回答Tm的正异常；又如，Pr、Tb的正异常解释为氧化所致，则难以回答负铕异常和正Tm异常的同时存在.同时，碳酸盐岩中溶液至少不可能长期保持酸性，而REE为弱碱性，在碱性溶液中将被活化，如此，作为容矿的碳酸盐围岩中的REE应大量转入成矿溶液才对，然而，2个矿床矿石的REE均低于围岩，而不是相反.既然不能从元素的地球化学特征来解释上述现象，那么最可能的答案就是成矿溶液是外来的，即是深部的.矿床矿体的宏观筒柱状产状支持这种判断.而2个矿床的差异既可能是源区的差异所致，也可能是矿液运移的路径的差异所致.

1.3硫同位素差异天宝山和大梁子矿床的稳定同位素，前人作过大量研究，但以硫、铅同位素最为系统.硫同位素样品分别为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿（图4）.其中，黄铁矿的δ34S（‰）值较分散，这是因为黄铁矿形成的条件非常宽泛，可能在不同时期形成于不同环境，对成矿的硫源指示意义不强，故不宜在讨论成矿物源时引用.除去黄铁矿的分析值，2个矿床硫同位素的共同特征是，方铅矿的δ34S（‰）总体比闪锌矿的δ34S（‰）小，似反映了成矿溶液的演化.2个矿床矿物的生成顺序研究［23］发现，闪锌矿比方铅矿晶出范围宽的结论，佐证了上述判断.从图4可见，2个矿床的硫同位素特征的差异十分明显.天宝山矿床（30件）δ34S（‰）＝-2.20～+7.50，平均为3.20.其中闪锌矿（18件）δ34S（‰）＝3.89～7.50，平均为4.60；方铅矿（12件）δ34S（‰）＝-2.20～+3.40，平均为1.06.大梁子矿床（28件）δ34S（‰）＝7.56～14.99，平均为11.60.其中闪锌矿（18件）δ34S（‰）＝9.86～14.99，平均为12.70；方铅矿（10件）δ34S（‰）＝6.72～11.10，平均为9.70.两个矿床的δ34S（‰）值具有首尾相接特征，总平均值相差8.40，闪锌矿的δ34S（‰）平均值相差8.10，方铅矿的δ34S（‰）平均值相差8.64.2个矿床各自的δ34S（‰）变化范围均不大.天宝山为9.90，其中，闪锌矿为3.61，方铅矿为5.60.大梁子为7.33，其中，闪锌矿为5.16，方铅矿为4.38.硫同位素的这种变化特征，与δ34S变化范围宽泛的石油、煤、沉积硫化物［19，24］明显不同，与火成岩或火山成因硫具有很强的相似性.如果考虑成矿热液的供给时段性，其前锋和尾流受到环境的影响将大于中间时段的流体.结合矿物的生成顺序，方铅矿的硫同位素特征更能代表成矿流体的硫同位素特点.这样，2个矿床的硫同位素特点，与火成硫完全吻合.上述表明，2个矿床的硫同位素特征有差异，但均应是与岩浆活动有关的深源硫.

1.4铅同位素特征差异不同的研究者先后分析了39件同位素样品，其中天宝山20件（闪锌矿5件，方铅矿14件，黄铜矿1件），大梁子19件（闪锌矿5件，方铅矿14件），均为普通铅.在207Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解（图5）上，2个矿床的铅都具有多储库特征，但差异也较明显：上部地壳储库，大梁子矿床投点较多；下部地壳储库，天宝山投点稍多.造山带储库，大梁子矿床投点占主体.地幔储库，只有大梁子矿床的一个投点.在反映成矿物质来源及其与地球各构造圈各种岩石相互关系的△γ－△β图解［27］（图6）上，2个矿床的差异十分明显.天宝山矿床的投点主体集中于造山带，极个别落在中深变质作用区.大梁子矿床的投点，主体落在上地壳与地幔混合俯冲带区，少数投点落在地幔源区和深变质下地壳区.铅同位素的特征参数μ值亦常用来判断铅源区.经计算，天宝山矿床平均μ＝9.73，大梁子矿床平均μ＝9.62，两者均介于造山带μ（10.80）与地幔μ（8.92）之间，但大梁子矿床平均μ值偏小，显示稍强的地幔铅特征.单阶段铅模式年龄，过去多用来说明成矿的年代，后来的研究发现，铅模式年龄其实反映的是铅源区的年龄.天宝山矿床的铅模式年龄为193～774Ma，大梁子矿床的铅模式年龄为91～597Ma，反映它们在铅源区时代上也存在差异.上述铅同位素的特征表明，2个矿床成矿溶液的铅具有深、浅源多源复成特征.天宝山矿床具有浓郁的造山带源区特征，与大梁子矿床差异明显.2个矿床铅源区年龄跨度都比较大，均大于500Ma（天宝山为581Ma，大梁子为506Ma）；天宝山矿床铅源区年龄较大梁子矿床老100Ma（上限为177Ma，下限为102Ma），显示两者铅源区的时代也存在明显差异.2个矿床铅源区的年龄都达燕山期，说明其成矿可能在晚燕山—喜马拉雅期.

2双会地区区域构造演化特征研究发现

在中—新元古代，扬子大陆西部为龙门山－安宁河洋的被动陆缘，在此被动陆缘上存在与龙门山－安宁河洋近于垂直的以会理－东川拗拉槽为代表的拗拉槽裂谷系（见图1）.会理－东川拗拉槽北界为天宝山－巧家断裂带，南界为宝台厂－九龙断裂，自洋向东伸入扬子陆内数百千米，并可能延伸至水城一带.拗拉槽的发育始于中元古代长城纪河口期，止于新元古代晋宁期，经历了始晋宁（河口期）火山地堑阶段→早晋宁（东川期）火山地堑向岩石圈挠曲拗陷过渡阶段→中晋宁（会理期）岩石圈拗陷阶段→晚晋宁（天宝山期）撞击－封闭阶段.在拗拉槽发育过程中，沿拗拉槽延伸方向，自洋向陆，地壳类型由近大洋一带的洋壳—准洋壳型→陆壳型变化，沉积组合由活动型→次活动型→稳定型变化（在纵向上也有类似变化）.晚晋宁（新元古代天宝山期）龙门山－安宁河洋的关闭，导致扬子西部广泛的地体增生、碰撞造山作用，沿拗拉槽轴部发育撞击性岩浆活动，扬子大陆迅速扩大，进入显生宙演化阶段.在显生宙，扬子大陆西部经历古生代被动陆缘裂谷系和晚古生代—中生代陆内裂谷两个阶段的演化.在古生代，双会地区作为昆明－宜良陆架裂陷的一个凹陷中心，堆积了厚度巨大的冰碛磨拉石建造（南沱组）、细屑岩－碳酸盐岩建造（陡山沱组）和镁硅质碳酸盐岩建造（灯影组）、页岩建造（梅树村组、筇竹寺组）.中寒武世后，随着昆明－宜良陆架裂陷萎缩，于晚奥陶世后隆升为陆.中志留世后，裂陷作用主要沿小江断裂带及其以东地区发育，会东地区受到较强影响.晚古生代—中生代，以晚二叠世裂前峨眉玄武岩喷发为标志的陆内裂谷活动，遍及整个扬子西南部，双会地区受到了较强影响，近南北向的断块活动强烈，导致部分地区上叠了中生代陆内裂谷层系.新生代，欧亚－印度板块的碰撞及其后的持续作用，诱发了西南地区广泛而强烈的陆内造山活动，双会地区理应不可避免地受到不可忽视的影响.

3天宝山和大梁子矿床地球化学特征差异的构造含义

双会地区中、晚元古代的拗拉槽演化，造就了天宝山矿床所在的紧邻安宁河一带洋壳—准洋壳型地壳类型和相关的活动型火山－沉积组合以及大梁子矿床所在的远安宁河带的准陆壳型地壳类型及相关的次稳定—稳定型沉积组合.新元古代安宁河洋关闭碰撞，造就了天宝山一带的造山带基底和大梁子一带的亲板（陆）内基底属性.古生代被动陆缘裂谷作用，一方面形成了2个矿床的容矿地层，另一方面使天宝山和大梁子地区基底受到程度不同的裂谷作用改造.晚古生代—中生代陆内裂谷作用，一方面对双会地区基底和盖层进一步改造，在局部形成陆内裂谷层系盖层，另一方面使其深部和浅部得以进一步沟通.其间，印支期末，受三江地区中小洋盆关闭碰撞影响，沿先存断裂（安宁河等）发生沿边叠缩造山［4］，使天宝山一带地壳的造山带特征得以加强.燕山晚期—喜马拉雅期，印度河－雅鲁藏布江洋关闭，印度－欧亚板块碰撞及其后的持续作用，使扬子板块的地幔岩石圈沿先存缝合带向青藏岩石圈俯冲，地幔软流圈沿扬子板块岩石圈拆离带上涌侧侵，在双会地区形成近东西向鼻状地幔隆起带.相应地，表壳发生广泛褶皱、断裂和逆冲推覆，相伴深源煌斑岩侵位和构造－岩浆－热液成矿作用.构造－岩浆－成矿热液，实质是构造导入、驱动，含深源岩浆因子，广泛吸纳了路径附近的各种物质成分，富含矿质的复合热液.其具体的物质成分既受到深源岩浆热液的影响，也受到所经路径物质成分的影响.这种复合热液在浅表具有储、蔽条件的构造－岩性空间改造，最终形成工业矿床.综上所述，天宝山、大梁子矿床地球化学特征差异的构造含义可表述为：晚燕山期—喜马拉雅期，与陆内俯冲－造山导致的地幔上涌、侧侵有关的构造－岩浆－热液，在构造的驱动下，沿构造通道上侵，在发生过多次造山作用、基底和下部盖层具有明显造山带特征、地壳多次加厚的双会地区西部，形成天宝山矿床.在基底和下部盖层受造山作用影响较弱的双会东部地区，形成大梁子矿床.2个矿床的地球化学特征差异，本质上是由中元古代以来长期地质演化形成的两地的构造地质背景差异决定的，也即，构造－岩浆－热液运移路径所在的物质组成差异决定的.构造－岩浆－成矿热液，使得2个矿床微量元素特征既不同于沉积－改造型，也不同于岩浆热液型.西部造山带特征明显的基底－盖层，一方面使天宝山矿床打上造山带烙印，另一方面加厚的地壳使得构造－岩浆－热液能较充分吸纳路径上的稀土元素，导致天宝山矿床具有比大梁子矿床高的稀土总量，同时，Ni、Co等反应深部信息的元素浓度被稀释.曾经为洋壳—准洋壳的近造山带的基底和盖层中比重较大的火成岩，致使天宝山矿床的硫同位素组成变化较小，更接近火成硫特征.曾经为准陆壳的远造山带基底和盖层中火成岩比例较小，致使大梁子矿床硫同位素向富重硫方向发展.

4结论

（1）双会地区的天宝山和大梁子铅锌矿床，虽然赋矿层位相同、地质宏观特征相似，但微量元素、稀土元素、硫同位素、铅同位素等地球化学特征存在明显差异.（2）双会地区，作为突兀于扬子大陆西部康滇构造带东侧的近东西向构造带，经历了中—晚元古代拗拉槽，新元古代碰撞造山，古生代被动陆缘裂谷，晚古生代—中生代陆内裂谷，喜马拉雅期陆内造山等地质演化阶段.其内部，沿构造带走向，具体地质环境存在差异.如，西部基底及盖层含较高比例火成岩，具浓厚的造山带特征.东部基底及盖层具更多板内特征.（3）矿床的宏观地质特征及地球化学特征显示，天宝山和大梁子矿床，是与印度－欧亚板块碰撞作用诱发的陆内造山相关的构造－岩浆－热液，于晚燕山期—喜马拉雅期形成的后成矿床.

作者：寇林林 张森 钟康惠 单位：沈阳地质矿产研究所 中国地质调查局 沈阳地质调查中心 成都理工大学