楊喜安, 劉家軍*, 韓思宇, 汪 歡, 翟德高,劉月東, 羅 誠

(1.中國地質大學 地質過程與礦產資源國家重點實驗室, 北京 100083; 2.云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責任公司, 云南 德欽 674507)

0 引 言

魯春銅鉛鋅礦床位于云南省德欽縣城南東3 km處, 礦區(qū)面積約12 km2, 214國道從礦區(qū)西側通過。研究區(qū)內群山綿亙、溝壑縱橫、峭壁林立, 屬金沙江中上游強烈侵蝕和切割的高山地貌。地理位置上位于著名的橫斷山區(qū), 礦區(qū)海拔3000 ～ 4500 m。魯春銅鉛鋅礦床最早于 1979年由云南地礦局第七地質隊發(fā)現(xiàn), 隨后云南地礦局在此進行了大量的勘查工作, 1996后成都地質礦產研究所、西南地調中心、云南地質調查研究院等多家單位先后對魯春銅鉛鋅礦床開展了一些科研和評價工作,一致認為魯春銅鉛鋅礦床為 Cu、Pb、Zn、Au、Ag多金屬礦床, 找礦潛力巨大。目前對魯春銅鉛鋅礦床的成因存在不同的認識, 王立全等研究認為魯春銅鉛鋅礦床為賦存在伸展環(huán)境下形成的魯春-紅坡牛場上疊裂谷盆地內的 Sedex型噴流-沉積塊狀硫化物礦床[1–2], 趙燦華等認為該礦床為熱液礦床[3]。本文通過魯春銅鉛鋅礦床硫鉛氫氧同位素的研究, 來探討其成礦物質來源, 這對進一步查明魯春銅鉛鋅礦床的成因類型與找礦具有重要的意義。

1 礦區(qū)地質概況

王立全等認為魯春銅鉛鋅礦床是金沙江成礦帶中部一個十分典型的 Sedex型火山成因塊狀硫化物礦床[1]。區(qū)內印支期北北東向、北西向逆斷層、喜馬拉雅期北東向、北西向走滑斷層發(fā)育[4–5]。區(qū)內出露三疊系地層(圖 1), 由老到新為[3]: 中三疊統(tǒng)上蘭組下段第一層(T2s1–1), 其下部為結晶灰?guī)r和鈣質板巖夾長石石英砂巖, 中部為絹云板巖夾硅質絹云板巖, 上部為絹云板巖夾變質石英砂巖; 第二層(T2s1–2): 其下部為深灰色絹云板巖和鈣質板巖, 中部為絹云板巖夾泥質板巖和變質石英砂巖, 上部為絹云板巖夾泥質板巖。中三疊統(tǒng)上蘭組上段第一層(T2s2–1), 其下部為綠泥板巖、鈣質板巖, 中部為絹云泥質板巖、綠泥板巖、大理巖, 上部為綠泥絹云板巖、絹云板巖夾薄層狀片理化流紋巖; 上段第二層(T2s2–2), 其下部為硅質絹云板巖夾絹云板巖, 中部為絹云板巖夾變質石英砂巖, 上部以絹云板巖為主,夾含碳質絹云千枚巖和片理化流紋巖。中三疊統(tǒng)攀天閣組下段(T2p), 其下部以片理化流紋英安巖為主,夾變質石英砂巖、硅質絹云板巖和泥質板巖, 中部為含碳絹云板巖夾泥質板巖、絹云板巖, 上部以蝕變流紋巖英安巖為主夾絹云千枚巖, 最頂部為淺灰白色絹云板巖。中三疊統(tǒng)攀天閣組下段(T2p)與下伏中三疊統(tǒng)上蘭組(T2s)呈斷層接觸。

印支期巖漿巖主要為白茫雪山巖體。白茫雪山巖體的巖性為淺灰色中粒黑云母花崗閃長巖, 中粒等粒結構, 塊狀構造。主要由黑云母(15%)、角閃石(20% ～ 25%)、石英(20% ～ 25%)、斜長石(30%)和鉀長石(10%)組成。可見暗色包體, 形態(tài)多呈橢圓形,與寄主巖石界限較清晰, 其礦物粒度明顯小于寄主巖石。包體巖性為二長閃長巖, 主要由角閃石(40%)、石英(20%)、斜長石(25%)和鉀長石(15%)組成[6]。局部有綠泥石化、黃(褐)鐵礦化、磁黃鐵礦化、夕卡巖化和角巖化等蝕變, 距巖體越近蝕變越強[3]。

喜馬拉雅期花崗巖零星分布于研究區(qū)的南部,巖性為石英二長斑巖、花崗斑巖和二長花崗巖等。研究區(qū)的喜馬拉雅期花崗巖是著名的金沙江-紅河新生代富堿巖漿巖帶的組成部分, 與喜馬拉雅期銅鉬金等礦化帶的分布密切相關[7]。

魯春銅鉛鋅礦床的容礦圍巖為中三疊統(tǒng)上蘭組上段的一套強綠泥石化、絹云母化、硅化的淺變質火山-沉積巖系, 賦存在近南北向的打郭-魯春斷裂(F1斷層)東側的次級斷層中(圖 1)。礦體總體傾向 70° ～ 120°, 傾角 25° ～ 76°, 長約 3 km, 近南北向分布, 呈透鏡狀、脈狀產出, 斷續(xù)出露, 厚度在1.06 ～ 16.35 m之間[8]。魯春銅鉛鋅礦床分為南礦段和北礦段。

魯春銅鉛鋅礦床南礦段(圖 2a), 賦礦斷層上盤為綠泥石板巖, 下盤為絹云母板巖?？氐V斷層產狀76°35°, ∠斷層上盤綠泥石板巖產狀118°45°, ∠斷層下盤絹云母板巖產狀63°46°∠, 斷層寬約27 m。斷層下盤一側發(fā)育斷層泥, 厚 30 ～ 45 cm, 呈砂土狀。斷層內發(fā)育節(jié)理, 根據節(jié)理的排列方向, 推斷此斷層為逆斷層。斷層破碎帶主要由破碎圍巖、礦化角礫和礦化體等組成。斷層破碎帶強烈蝕變, 局部礦化達到工業(yè)品位, 民采礦洞沿斷層破碎帶線性分布(圖2a), 顯示了斷層控礦的熱液礦床特點。

圖1 魯春銅鉛鋅礦床地質圖[1, 3]Fig.1 Geological sketch map of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit[1, 3]

魯春銅鉛鋅礦床北礦段(圖 2b), 賦礦斷層上盤為綠泥石板巖, 下盤為絹云母板巖?？氐V斷層產狀87°∠76°, 斷層上盤綠泥石板巖產狀 104°∠49°, 斷層下盤絹云母板巖產狀103°∠60°, 斷層寬約33 m。斷層上盤一側發(fā)育斷層泥, 厚約 17 ～ 40 cm, 呈泥狀。斷層面發(fā)育階步(圖2c)、擦痕(圖2d), 斷層上盤發(fā)育密集節(jié)理。根據斷層上盤節(jié)理的排列方向(圖2b), 推斷此斷層為逆斷層。在斷層破碎帶內可見礦化斷層角礫(圖 2e), 礦體內有殘余的圍巖碎塊, 硫化物沿裂隙分布(圖 2f), 表明成礦熱液沿斷層裂隙侵入, 顯示了斷層控礦的熱液礦床特點。

魯春銅鉛鋅礦床圈定5個工業(yè)礦體(圖1), 礦床規(guī)模為中型[3]。

圖2 魯春銅鉛鋅礦床礦體與圍巖的斷層接觸關系Fig.2 The fault contact relations between the orebody and host rock in the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

KT1礦體: 礦區(qū)最主要礦體。賦存于上蘭組上段第一層底部。頂板為綠泥板巖、薄層狀大理巖; 底板為絹云綠泥板巖、流紋質安山巖, 含礦巖石為綠泥板巖、大理巖。礦體長 1760 m, 控制礦體斜深35 ～ 50 m, 厚度 0.52 ～ 6.69 m, 近南北向, 礦石品位Cu 0.3% ～ 2.76%, Pb 0.6% ～ 10.28%, Zn 0.88% ～15.71%, (Pb + Zn) 4.78%。

KT2礦體: 礦區(qū)主礦體。位于KT1 之(上)東側,平行產出。與KT1礦體間距10 ～ 40 m, 賦礦層位同KT1, 含礦巖石為薄層大理巖及絹云板巖。礦體長2260 m, 礦體厚 0.45 ～ 15.32 m, 控制斜深 27 ～ 125 m,近南北向展布。品位Cu 0.36% ～ 3.85%, Pb 0.57% ～9.2%, Zn 0.98% ～ 10.05%, (Pb +Zn) 4.53%。

KT3礦體: 位于 KT2之上東側, 平行產出, 與KT2礦體間距10 ～ 40 m, 層位同KT2。頂板為砂質絹云板巖, 底板為砂質絹云板巖、綠泥絹云板巖, 含礦巖石為構造角礫巖。礦體長555 m, 厚0.99 ～ 6.74 m,近南北走向。礦石品位Cu 0.32% ～ 0.89%, 局部含Pb 2.08%, Zn 1.06% ～ 2.34%, (Pb +Zn) 4.42%。

KT4礦體: 位于KT3之上東側, 特征與KT3類似, 但礦化不連續(xù), 且規(guī)模較小, 礦體厚0.99 ～ 2.44 m,礦石品位Cu 0.61% ～ 1.6%。

KT5礦體: 沿打郭-魯春斷裂(F1斷層)脈狀產出。頂板巖石為流紋巖, 底板為流紋巖, 含礦巖石為構造角礫巖。礦體長185 m, 厚1.86 ～ 3.59 m。礦體產狀與斷裂一致, 北北西走向。礦石品位Pb 0.85% ～12.66%, Zn 0.086% ～ 7.51%, (Pb + Zn) 8.79%。

金屬礦物為黃銅礦、輝銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、鐵閃鋅礦、方鉛礦、磁鐵礦和赤鐵礦等。次生礦物為孔雀石、藍銅礦、硅孔雀石、白鉛礦和水鋅礦。脈石礦物為方解石、石英、綠泥石、螢石、綠簾石和絹云母等。自形-半自形粒狀結構、他形粒狀結構、碎裂結構、包裹或包含結構、充填交代結構。浸染狀構造、斑狀構造、塊狀構造、脈狀構造。

2 樣品采集和分析方法

本次研究的樣品 LC-3采自魯春銅鉛鋅礦床南礦段 KT2礦體, LC-4-1、LC-4-2、LC-4-3、LC-9、LC-10、LC-11、LC-12、LC-13采自魯春銅鉛鋅礦床南礦段 KT1礦體, 采樣位置見圖 1。用于測試的樣品首先經過破碎, 然后在雙目鏡下挑純。

4個樣品的硫同位素分析在核工業(yè)地質實驗室利用 MAT-251型質譜計完成。硫化物礦樣以 Cu2O作氧化劑制備SO2, 分析精度為±0.2‰, 相對標準為V-CDT。

5個樣品的鉛同位素分析在中國地質科學院地質所同位素實驗室完成, 鉛同位素比值用多接收器等離子體質譜法(MC-ICPMS)測定, 所用儀器為英國Nu Plasma HR。對1 μg的鉛208Pb/206Pb測量精度≤ 0.005%, NBS981標準值 (2σ):208Pb/206Pb =2.16736±0.00066,207Pb/206Pb = 0.91488±0.00028,206Pb/204Pb = 16.9386±0.0131,207Pb/204Pb =15.4968±0.0107,208Pb/204Pb = 36.7119±0.0331。

4個樣品的氫氧同位素分析在中國地質科學院地質所同位素實驗室完成。石英氧同位素和包裹體氫同位素采用MAT252型質譜測試。質譜分析樣品的制備過程如下: 石英氧同位素分析采用傳統(tǒng)的BrF5分析方法, 用 BrF5與含氧礦物在真空和高溫條件下反應提取礦物氧, 并與灼熱電阻-石墨棒燃燒轉化成 CO2氣體, 分析精度為±0.2‰, 相對標準為V-SMOW。石英包裹體氫同位素通過真空熱爆法打開包裹體, 分離獲得水, 將獲得的水與鋅反應, 獲得可供質譜測試的氫氣, 分析精度為±0.2‰, 相對標準為V-SMOW。

3 結 果

3.1 硫同位素

硫同位素測試樣品采自魯春銅鉛鋅礦床塊狀硫化物礦石中的黃鐵礦、磁黃鐵礦。測試結果表明(表1), 魯春銅鉛鋅礦床的 4件硫化物樣品的δ34S值均為正值, 在 3.5‰ ～ 6.8‰之間, 平均值為 5.3‰, 極差為3.3‰, 分布相對集中。

表1 魯春銅鉛鋅礦床硫同位素組成Table 1 The S isotopic composition of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

3.2 鉛同位素

魯春銅鉛鋅礦床的5件硫化物樣品的鉛同位素成分比較均一(表 2),208Pb/204Pb=38.801～39.009,207Pb/204Pb = 15.662～15.752,206Pb/204Pb = 18.554 ～18.656。

3.3 氫氧同位素

魯春銅鉛鋅礦床石英包裹體的δ18OV-SMOW、δDV-SMOW值分別為 10.2‰ ～ 11.8‰、?107‰ ～ ?123‰。據 Clayton 的計算公式[9]: 1000lnα=δ18O礦物?δ18O水=3.38×106T?2? 3.4, 式中δ18O 含水礦物的測定對象為石英,T代表形成溫度, 結果列入表3, 從表中看出,流體的值域為?2.74‰ ～ ?1.25‰。

4 討 論

4.1 硫鉛氫氧同位素的來源

魯春銅鉛鋅礦床的硫同位素組成變化范圍在3.5‰ ～ 6.8‰之間, 極差為3.3‰。該礦床硫同位素組成單一, 具有明顯的塔式分布特征(圖 3), 硫同位素組成接近零值且均為正值表明成礦物質來自巖漿或地幔。王立全等對魯春銅鉛鋅礦床進行了硫同位素地球化學研究[1], 研究結果表明,δ34S的值為12.6‰ ～ 14.7‰, 介于巖漿硫與海水硫之間(現(xiàn)代海水硫酸鹽的δ34S平均值為 20.0‰±0.8‰), 暗示巖漿硫與海水硫混合, 硫同位素達到分餾平衡, 所沉淀的硫化物的δ34S值低于海水的δ34S值。川西馬松嶺銅礦床為火山成因塊狀硫化物礦床, 該礦床的δ34S的值為?1.5‰ ～ 15.9‰[10], 魯春銅鉛鋅礦床δ34S的值在川西馬松嶺銅礦床δ34S的值域內, 表明魯春銅鉛鋅礦床δ34S的值符合火山成因塊狀硫化物礦床的特點。魯春銅鉛鋅礦床位于海拔3000 ～ 4500 m的山區(qū), 野外觀察具有一定的局限性, 魯春銅鉛鋅礦床δ34S的值具有海水來源的特點意味著該礦床可能為Sedex礦床, 晚期與熱液礦床疊加。

圖3 魯春銅鉛鋅礦床硫同位素組成直方圖Fig.3 Composite sulfur isotopic histogram of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

表2 魯春銅鉛鋅礦床鉛同位素組成Table 2 The Pb isotopic composition of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

表3 魯春銅鉛鋅礦床、羊拉銅礦床氫氧同位素組成Table 3 Hydrogen and oxygen isotopic compositions from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit and Yangla copper deposit

在礦石鉛同位素的208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解中(圖4), 樣品點落在下地殼演化線與造山帶演化線之間, 靠近地幔、造山帶演化線一側, 這與魯春銅鉛鋅礦床形成于金沙江洋盆向西俯沖消減的構造背景相一致, 表明該銅礦床成礦物質鉛來源于巖漿或地幔[12]。

圖4 魯春銅鉛鋅礦床金屬硫化物208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(底圖據[11])Fig.4 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb diagram of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

在成礦流體的氫氧同位素判別圖中, 可以看出,該礦床成礦流體的投影點分布比較集中, 落在原生巖漿水的左下方區(qū)域內(圖5), 表明其熱液來源于巖漿, 在流體上升過程中, 與地層建造水或大氣降水混合[14]。魯春銅鉛鋅礦床樣品點與羊拉銅礦床樣品點的范圍接近。滇西羊拉銅礦床位于魯春銅鉛鋅礦床的北部, 該礦床礦體中輝鉬礦的 Re-Os同位素模式年齡為(230.9±3.2) Ma[15]。魯春銅鉛鋅礦床礦石鉛的模式年齡均為正值, 在140.8 ～ 199.6 Ma之間, 平均值為 182.8 Ma, 接近羊拉銅礦床的成礦年齡。魯春銅鉛鋅礦床、羊拉銅礦床分別賦存在白茫雪山花崗閃長巖體和羊拉花崗閃長巖體附近的逆斷層中,白茫雪山花崗閃長巖體的年齡為232 Ma[6], 與羊拉花崗閃長巖的年齡(234.1 ～ 235.6 Ma)[15]一致。因此,魯春銅鉛鋅礦床和羊拉銅礦床的成因相似, 均與該地區(qū)印支期花崗閃長巖體有密切的成因聯(lián)系。羊拉銅礦床的硫鉛碳氧硅同位素組成表明成礦物質來源于巖漿或地幔[16]。

圖5 魯春銅鉛鋅礦床圖(底圖據[13])Fig.5 diagram of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

4.2 礦床成因

魯春銅鉛鋅礦床位于中咱-中甸板塊和昌都-思茅板塊之間的金沙江構造帶中部。金沙江構造帶經歷了印支期裂隙盆地、洋盆擴張、俯沖消減等一系列構造演化過程和喜馬拉雅期印度大陸與亞洲大陸的碰撞造山運動與成礦作用[17?21]。

早二疊世晚期, 金沙江洋盆向西側的昌都-思茅板塊俯沖消減。金沙江構造帶受到東西向的擠壓,形成了魯春弧前盆地及一系列NNE向的逆斷層, 并伴有大規(guī)模的火山巖漿活動。

金沙江洋盆向西低角度、較遠地俯沖到大陸內部[22], 導致俯沖板片附近產生了溫度梯度, 最高溫度位于俯沖板塊緊貼仰沖板塊底板附近, 俯沖帶上部的下地殼因高溫發(fā)生變質作用并部分熔融。同時,地殼由于昌都-思茅板塊和金沙江洋板塊堆垛而增厚, 等溫線上升, 誘發(fā)增厚下地殼發(fā)生部分熔融形成花崗質巖漿和相應的花崗巖。白茫雪山花崗閃長巖是金沙江洋盆俯沖消減過程中產生的花崗巖, 該巖體的年齡為232 Ma[6]。

在擠壓階段, 成礦流體和金屬主要來自深部俯沖板片的變質脫水作用, 該逆斷層因受擠壓而緊閉,不能為成礦流體循環(huán)提供良好的通道致使淺部流體活動較弱, 難以有效淋濾地層中的成礦元素形成礦化。

晚三疊世早期, 俯沖板片斷裂, 地幔上隆, 巖石圈減薄, 導致金沙江構造帶由擠壓環(huán)境轉換為伸展環(huán)境。王立全等[18,23]、侯增謙等[20]、莫宣學等[24]、李勇等[25]認為晚三疊世早期金沙江構造帶由擠壓環(huán)境轉換為伸展環(huán)境。在金沙江洋盆俯沖消減作用的擠壓向伸展轉變階段, 是成礦作用的主階段[26?27],俯沖帶處于減壓增溫的特殊構造體制, 減壓促進下地殼的熔融和流體的產生, 增溫同樣促進下地殼的熔融和流體的產生, 兩者聯(lián)合更能導致整個板塊碰撞過程中最強烈的巖漿作用和流體作用。

在金沙江洋盆俯沖消減過程中, 地幔楔內產生了角流[28]。角流的循環(huán)原理是低密度物質上升, 高密度物質下沉。不斷循環(huán)的角流使得地幔楔內聚集了大量的流體。這種流體含有成礦物質。在構造背景由擠壓環(huán)境轉化為伸展環(huán)境的轉折期, 金沙江洋向西俯沖形成的逆斷層由壓性轉為張性[29], 為成礦流體提供了容礦空間。向上侵入的巖漿為地幔楔內的成礦流體提供了通道[30]。在巖漿到達白茫雪山花崗閃長巖體底部后, 板狀或面狀分布的巖體是后期巖漿侵位的屏蔽層[31], 也是容礦構造的蓋層。由于巖漿冷卻速度較慢, 巖漿內的部分成礦流體進入白茫雪山花崗閃長巖體附近逆斷層富集成礦(圖6)。

圖6 魯春銅鉛鋅礦床成礦模式Fig.6 Schematic longitudinal section through the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

5 結 論

(1)魯春銅鉛鋅礦床的硫鉛氫氧同位素表明成礦物質來源于地幔, 部分來源于巖漿。在成礦流體上升過程中, 有殼源物質的加入。

(2)早二疊世晚期金沙江洋盆向西俯沖形成了一系列逆斷層。同時, 導致下地殼部分熔融, 引發(fā)大規(guī)模的火山巖漿作用。在晚三疊世早期, 構造背景由擠壓環(huán)境到伸展環(huán)境的轉折期, 這些逆斷層具有張性的特點, 為后期的成礦熱液提供了有利的容礦構造。上升的巖漿為地幔楔內的成礦流體提供了通道,巖漿內的部分成礦流體進入白茫雪山花崗閃長巖體附近的逆斷層富集成礦。

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