盧貿(mào)達(dá), 徐 磊, 任厚州, 劉 雨, 楊興玉,

趙 征1, 孟慶田1, 周昌祥1, 周家喜3, 4*

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 一〇四地質(zhì)大隊(duì), 貴州 都勻 558000; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院 湖北 武漢 430074; 3.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650500; 4.云南省高校關(guān)鍵礦產(chǎn)成礦學(xué)重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室, 云南 昆明 650500)

0 引 言

黔南-黔東南地區(qū)是貴州省重要的鉛鋅礦產(chǎn)地之一, 也是湘西-黔東鉛鋅成礦帶的重要組成部分, 發(fā)育有牛角塘、老東寨和卜口場(chǎng)等多個(gè)鉛鋅礦床。與湘西花垣鉛鋅礦床的研究和勘查程度相比, 黔南-黔東南地區(qū)鉛鋅礦床的相關(guān)工作程度較低(王華云, 1996; 葉霖等, 2005; 趙征等, 2018)。半邊街鉛鋅礦床位于貴定縣黃絲背斜西翼, 賦存于泥盆系碳酸鹽巖中, 是研究區(qū)賦礦層位最新的鉛鋅礦床。由于該礦床成礦頗具特色, 一些學(xué)者對(duì)其礦床地質(zhì)特征和成因機(jī)制等方面, 進(jìn)行了探索性研究(陳國(guó)勇等, 2006; 左佳麗, 2013), 認(rèn)為其屬于“準(zhǔn)同生沉積型”鉛鋅礦床。隨著半邊街鉛鋅礦床最近找礦勘查的新突破(周家喜等, 2020), 以及筆者在該礦床深部發(fā)現(xiàn)了切穿層理的脈狀礦體, 結(jié)合廣泛發(fā)育的充填交代結(jié)構(gòu), 其后生成礦特征逐步突顯, 很難再用同生沉積成礦模式來(lái)解釋其成因和指導(dǎo)找礦。因此, 重新厘定半邊街鉛鋅礦床的成因類型, 揭示其成礦物質(zhì)來(lái)源尤為必要。

已有研究表明, 同位素在示蹤熱液礦床成礦物質(zhì)來(lái)源方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)(黃智龍等, 2001; 胡瑞忠等, 2007; 周家喜等, 2010, 2012; Zhou et al., 2018a)。C-O-S-Pb等同位素體系已廣泛應(yīng)用于各類熱液礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源研究中(馬東升, 1999; 金中國(guó)等, 2007; 金燦海等, 2015; 胡瑞忠等, 2016; 金中國(guó)等, 2016; Zhou et al., 2018b), 為認(rèn)識(shí)熱液礦床成因提供了豐富的同位素地球化學(xué)信息。近年來(lái), 隨著激光剝蝕多接收器等離子質(zhì)譜(LA-MC-ICPMS)原位微區(qū)微束分析技術(shù)的快速發(fā)展, 突破了以往傳統(tǒng)手段難以在微觀尺度測(cè)定礦物同位素組成的局限(付佳麗, 2016), 也解決了礦物顆粒細(xì)小無(wú)法挑純和傳統(tǒng)溶液法獲得的結(jié)果是混合值的難題(金中國(guó)等, 2016; Zhou et al., 2018a)?；诖? 本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和熱液白云石C-O同位素地球化學(xué)分析基礎(chǔ)上, 開(kāi)展了硫化物L(fēng)A-MC-ICPMS微區(qū)原位S-Pb同位素地球化學(xué)研究, 以期揭示半邊街鉛鋅礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源, 為深入認(rèn)識(shí)該礦床成因提供更加詳實(shí)的地球化學(xué)依據(jù), 并為進(jìn)一步找礦勘查提供理論指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔南-黔東南地區(qū)大地構(gòu)造位置屬江南造山帶西緣, 位于由貴陽(yáng)-鎮(zhèn)遠(yuǎn)、紫云-羅甸和銅仁-三都三條區(qū)域性深大斷裂所圍限的區(qū)域。區(qū)內(nèi)出露地層由老至新為青白口系至第四系, 除志留系僅出露下統(tǒng)外, 其余地層出露較完整, 空間分布具有從東至西由老至新的特征。研究區(qū)自武陵-晉寧運(yùn)動(dòng)基底形成時(shí)期以來(lái), 先后經(jīng)歷了雪峰-加里東期洋陸轉(zhuǎn)換、印支-燕山期碰撞造山以及喜山期差異升降的構(gòu)造演化歷史(代傳固, 2010; 徐政語(yǔ)等, 2010; 戴傳固等, 2013), 侏羅山式褶皺、逆沖推覆構(gòu)造、韌性剪切帶、平行走滑構(gòu)造以及伸展-剝離斷層系等構(gòu)造樣式在研究區(qū)廣泛發(fā)育(崔敏等, 2009; 楊坤光等, 2012)。

雪峰-加里東期是區(qū)內(nèi)重要的成礦時(shí)期, 裂陷洋盆演化與區(qū)內(nèi)眾多內(nèi)生熱液礦產(chǎn)(如Au、Sb、Pb、Zn、Mn、Mo和Ni等)和沉積礦產(chǎn)(如磷礦和頁(yè)巖氣等)的形成關(guān)系密切(戴傳固等, 2013)。從本區(qū)構(gòu)造行跡與熱液礦床的空間分布關(guān)系來(lái)看, 與熱液成礦關(guān)系密切的區(qū)域性構(gòu)造主要為NE向早樓斷裂與近EW向黃絲斷裂(圖1)。

圖1 黔南地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987; 1∶20萬(wàn)都勻幅修改) Fig.1 Sketch geological map of the southern Guizhou province

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地 層

礦區(qū)出露地層由老至新依次為志留系、泥盆系、石炭系和二疊系, 其中志留系-中泥盆統(tǒng)為濱海相碎屑巖沉積, 上泥盆統(tǒng)為一套局限海臺(tái)地相-礁后瀉湖相碳酸鹽巖, 石炭系-二疊系分別為碳酸鹽緩坡-碳酸鹽臺(tái)地相沉積(圖2、3)。礦區(qū)鉛鋅礦床賦存于上泥盆統(tǒng)高坡場(chǎng)組二段, 總體巖性可分為三部分: 上部為深灰色含燧石團(tuán)塊細(xì)晶白云巖, 間夾黑色泥質(zhì)條帶, 晶洞、裂隙、白云石脈較為發(fā)育; 中部為深灰色生物碎屑細(xì)晶白云巖, 間夾黑色、灰黃色泥質(zhì)條帶, 裂隙較發(fā)育, 白云石呈團(tuán)塊狀、脈狀雜亂分布; 底部為淺灰、灰色中厚層狀硅質(zhì)細(xì)晶白云巖, 間夾灰褐、灰黃、灰黑色泥質(zhì)條帶。黑色泥質(zhì)條帶中偶見(jiàn)淺色條帶狀鋅礦體, 在生物碎屑白云巖中發(fā)育脈狀、透鏡狀鋅礦體。

圖2 半邊街鉛鋅礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖 Fig.2 Sketch geological map of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.2 構(gòu) 造

礦區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育, 地層總體呈單斜構(gòu)造, 傾向北西, 傾角約10°～21°。斷裂分為近EW向和NW向兩組, 以往研究認(rèn)為主要的控礦構(gòu)造是區(qū)域性黃絲斷裂以及一系列與之平行的EW向構(gòu)造, 主要表現(xiàn)為深大斷裂控制沉積相, 進(jìn)而控制成礦(陳國(guó)勇等, 2006)。本次研究新發(fā)現(xiàn)了一組NW向構(gòu)造, 其傾向一般50°, 傾角75°～80°, 斷距往往難以觀察, 多表現(xiàn)為走滑斷層。該組構(gòu)造與成礦關(guān)系極為明顯, 通?？拷鼧?gòu)造附近, 礦體厚度變大, 品位升高。在該組構(gòu)造的旁側(cè)出現(xiàn)了前人未曾報(bào)道過(guò)的切穿層理的脈狀礦體。在野外觀察過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)NW向構(gòu)造組的旁側(cè)廣泛發(fā)育黃鐵礦化、瀝青化等蝕變, 通過(guò)快速分析儀簡(jiǎn)易測(cè)定, NW向斷裂的構(gòu)造巖中Pb + Zn的含量接近邊界品位。可見(jiàn), NW向構(gòu)造與成礦的關(guān)系也很明顯(圖4)。

圖4 NW向斷裂旁側(cè)礦體特征 Fig.4 Characteristics of ore bodies occurring along the NW-trending faults

2.3 礦體特征

上泥盆統(tǒng)高坡場(chǎng)組二段a層(D3g2a)和b層(D3g2b)是半邊街鉛鋅礦床的賦礦層位, 礦體厚度約3～10 m, 大致可分為兩個(gè)礦體: Ⅰ號(hào)礦體賦存于D3g2a底部, 礦體底板即為含礦層底板, 其下為中泥盆統(tǒng)蟒山組(D2m); Ⅱ號(hào)礦體位于含礦層中上部, 底板距蟒山組頂板約15 m, 其中Ⅱ號(hào)礦體為礦床主礦體。礦體呈似層狀產(chǎn)出, 在近地表處附近產(chǎn)狀與圍巖基本一致, 而在深部表現(xiàn)為切穿層理的脈狀礦體。礦區(qū)鉛鋅礦體沿走向延伸范圍超過(guò)600 m, Zn平均品位為1.78%～ 9.50%, 總體而言, 礦體在空間上厚度和品位變化不大, 屬于厚度、品位變化穩(wěn)定的礦體(圖5)。

圖5 半邊街鉛鋅礦床9號(hào)勘探線剖面簡(jiǎn)圖 Fig.5 The No.9 prospecting line profile of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.4 礦物組構(gòu)特征

半邊街鉛鋅礦床礦物組成較簡(jiǎn)單, 主要礦石礦物為閃鋅礦和黃鐵礦, 次為方鉛礦和菱鋅礦, 脈石礦物主要為白云石和方解石, 含少量石英。宏觀上, 閃鋅礦集合體多呈團(tuán)塊狀、塊狀、脈狀和層紋狀產(chǎn)出, 顏色多為米黃色、淺黃色和淺棕色。綜合來(lái)看主要分為三種礦石類型: ①發(fā)育于深灰色生物碎屑白云巖中的團(tuán)塊狀礦石, 閃鋅礦呈米黃色、淺黃色它形-半自形晶體, 旁側(cè)發(fā)育團(tuán)塊狀白云石, 黑色碳質(zhì)成分往往沿閃鋅礦團(tuán)塊旁側(cè)展布(圖6a); ②產(chǎn)于控礦構(gòu)造旁側(cè)的脈狀礦石, 閃鋅礦呈深黃色-淺棕色集合體沿圍巖裂隙充填, 脈寬10～60 cm不等, 黃鐵礦沿閃鋅礦脈走向呈細(xì)脈狀發(fā)育, 具有明顯的分帶現(xiàn)象(圖6b、e); ③充填于圍巖孔隙中的塊狀礦石, 閃鋅礦呈棕色, 淺褐色集合體, 旁側(cè)往往共生團(tuán)塊狀白云石及它形-半自形黃鐵礦(圖6c、d)。微觀上, 閃鋅礦多呈碎粒(圖6f)、港灣狀(圖6h)和交代殘余結(jié)構(gòu)(圖6g)。綜合宏觀和微觀特征, 可將閃鋅礦劃分為兩個(gè)成礦階段, 第一階段閃鋅礦呈淺褐色、淺棕色, 殘晶呈草莓狀、粒徑通常＜1 mm; 第二階段閃鋅礦呈淺黃色, 僅邊緣有與黃鐵礦交代現(xiàn)象, 晶型較為完整, 粒徑一般＞1 mm(圖6i)。

圖6 半邊街鉛鋅礦床典型礦物組構(gòu)特征 Fig.6 Photos of hand specimens and microphotographs of ores from the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.5 圍巖蝕變

礦區(qū)圍巖蝕變相對(duì)簡(jiǎn)單, 主要有碳酸鹽化、黃鐵礦化、硅化和瀝青化等。碳酸鹽化形成方解石和白云石, 是主要的脈石礦物, 其形成具有多期多階段性, 為重要的找礦標(biāo)志; 黃鐵礦化與鉛鋅礦化關(guān)系密切且分布范圍較廣; 硅化形成的石英是次要的脈石礦物, 含量較少; 瀝青化形成的瀝青主要分布在NW向構(gòu)造帶內(nèi)。

圖3 半邊街礦床地層柱狀圖 Fig.3 Stratigraphic units in the Banbianjie Pb-Zn deposit

3 樣品采集與測(cè)試方法

本次研究所有樣品均采自半邊街鉛鋅礦床井下探采坑道主礦體和圍巖, 為便于對(duì)比研究, 同時(shí)采集了牛角塘鉛鋅礦床768礦段樣品。在系統(tǒng)野外和細(xì)致室內(nèi)工作的基礎(chǔ)上, 選擇具有代表性的樣品, 進(jìn)行破碎和過(guò)篩分選, 隨后在雙目鏡下挑選40～60目白云石、方解石、閃鋅礦和黃鐵礦單礦物, 使其純度達(dá)到99%以上, 再用瑪瑙研缽研磨至200目。 圍巖白云巖、熱液白云石和方解石C-O同位素組成分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 采用100%磷酸法, 在MAT-253上進(jìn)行C-O同位素組成測(cè)定。分析結(jié)果δ13C以V-PDB為標(biāo)準(zhǔn), δ18O以V-SMOW為標(biāo)準(zhǔn), 分析精度為±0.2‰(2σ)。閃鋅礦和黃鐵礦S同位素測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成, 儀器為MAT-253, 以Vienna Canyon Diablo Troilite(V-CDT)作為參照標(biāo)準(zhǔn), 以STD-1(δ34SCDT= -0.22‰)、STD-2(δ34SCDT=22.57%)和STD-3(δ34SCDT= -32.53‰)作為標(biāo)樣校正, 測(cè)試誤差±0.1‰(2σ)。

方鉛礦原位S-Pb同位素在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用LA-MC-ICPMS測(cè)試, 采用“標(biāo)準(zhǔn)-樣品-標(biāo)準(zhǔn)”交叉測(cè)試(SSB)。原位S同位素分析的標(biāo)樣為IAEA-S-1、IAEA-S-2和IAEA-S-3(Ag2S粉末), 監(jiān)控標(biāo)樣為閃鋅礦NBS123 (δ34SCDT=17.8‰± 0.2‰), 黃鐵礦Py-4 (δ34SCDT=1.7‰±0.3‰), 黃銅礦Cpy-1(δ34SCDT=4.2‰±0.3‰)和 方 鉛 礦 標(biāo) 樣 CBI-3 (δ34SCDT=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), 如黃銅礦Cpy-1/GC, 黃鐵礦 Py-4/PTST-2或閃鋅礦NBS123/ PTST-3, 其中GC、PTST-2和PTST-3的δ34SCDT值分別為-0.7‰±0.3‰, 32.5‰±0.3‰和26.4‰±0.3‰。原位Pb同位素分析流程和標(biāo)樣見(jiàn)金中國(guó)等(2016)。

4 結(jié) 果

4.1 C-O同位素組成

本次獲得的碳酸鹽巖和碳酸鹽礦物C-O同位素組成見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn), 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石δ13C值范圍為-1.08‰ ～ -0.22‰, 均值為-0.63‰, δ18O值范圍為19.57‰～22.47‰, 均值為20.63‰; 高坡場(chǎng)組白云巖δ13C值范圍為-0.84‰～0.01‰, δ18O值范圍為23.22‰～24.29‰, 均值為23.88‰; 牛角塘鉛鋅礦床768礦段熱液方解石δ13C值范圍為-3.03‰ ～ -1.60‰, δ18O值范圍為18.70‰～22.03‰, 均值為21.25‰。

表1 半邊街和牛角塘鉛鋅礦床碳酸鹽巖和碳酸鹽礦物的C-O同位素組成 Table 1 C-O isotopic compositions of carbonate and carbonate minerals from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

4.2 S同位素組成

本次研究通過(guò)單礦物法和微區(qū)原位法獲得硫化物S同位素組成見(jiàn)表2。

表2 半邊街鉛鋅礦床硫化物S同位素組成 Table 2 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

半邊街鉛鋅礦床硫化物的S同位素組成有以下特征:

(1) 硫化物具有貧重硫特征, 全部樣品/測(cè)點(diǎn)的δ34S值都＜0。其中層紋狀閃鋅礦δ34S值范圍為-9.60‰ ～ -0.40‰, 均值為-6.3‰(n=5); 脈狀閃鋅礦δ34S值范圍為-10.30‰ ～ -7.74‰, 均值為-9.30‰(n=5); 黃鐵礦δ34S值范圍為-8.52‰ ～ -4.03‰, 均值為-7.36‰ (n=4); 方鉛礦δ34S值范圍在-18.33‰ ～ -13.84‰之間, 均值為-16.38‰(n=7)。

(2) 同種硫化物間S同位素組成較為相近, 閃鋅礦δ34S值極差為2.90‰, 黃鐵礦δ34S值極差為2.22‰和方鉛礦δ34S值極差為1.69‰, 表明同種硫化物間δ34S值離散程度相近。全部硫化物δ34S值極差為17.93‰, 顯示不同硫化物間S同位素分餾相對(duì)較大。

(3) 硫化物間總體具有δ34S黃鐵礦＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦特征, 暗示硫化物間S同位素分餾基本達(dá)到了平衡。

4.3 Pb同位素組成

本次獲得的方鉛礦原位Pb同位素組成見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn), 半邊街鉛鋅礦床方鉛礦206Pb/204Pb= 18.36～18.37,207Pb/204Pb=15.71～15.73,208Pb/204Pb= 38.26～38.30,μ=9.70～9.72。

表3 半邊街和牛角塘鉛鋅礦床Pb同位素組成 Table 3 Pb isotopic ratios of sulfides from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

5 討 論

5.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

5.1.1 CO2來(lái)源及碳酸鹽礦物沉淀機(jī)制

熱液碳酸鹽礦物是諸多熱液礦床的重要脈石礦物, 更是碳酸鹽巖型鉛鋅礦床的主要脈石礦物(Zhou et al., 2018a), 其C-O同位素組成對(duì)示蹤成礦流體中CO2的來(lái)源和演化及碳酸鹽礦物的沉淀機(jī)制具有重要的指示意義(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012; 趙征等, 2018)。研究表明, 成礦流體中的CO2來(lái)源主要有3個(gè)源區(qū): ①地幔, 該源區(qū)提供的CO2往往與地幔的去氣和脫氣作用有關(guān), 其δ13C值介于-8‰ ～ -4‰之間, δ18O值為6‰～10‰; ②沉積有機(jī)質(zhì), 其δ13C值為-30‰ ～ -15‰, δ18O值為+24‰～+30‰; ③海相碳酸鹽巖, 其δ13C值為-4‰～4‰, δ18O值為20‰～30‰(劉家軍等, 2004; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2012; 段其發(fā), 2014; 周云等, 2016; 趙征等, 2018)。

綜合本次獲得的半邊街鉛鋅礦床熱液白云石和賦礦白云巖, 以及牛角塘鉛鋅礦床兩個(gè)礦段(768和雙龍泉)熱液方解石C-O同位素組成數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 在δ13C-δ18O圖解中(圖7), 半邊街與牛角塘鉛鋅礦床熱液碳酸鹽礦物C-O同位素組成具有較高的相似性,均落入海相碳酸鹽巖C-O同位素組成范圍內(nèi), 與地幔起源的CO2的δ13C值差異較大。結(jié)合研究區(qū)巖漿巖并不發(fā)育這一地質(zhì)事實(shí), 本文認(rèn)為半邊街鉛鋅礦床成礦流體中的CO2與地幔起源的CO2關(guān)系不大。此外, 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石δ13C值也遠(yuǎn)大于有機(jī)碳的δ13C值范圍, 基本排除了有機(jī)質(zhì)在成礦過(guò)程中直接提供C來(lái)源的可能性。因此, 成礦流體中的CO2最可能來(lái)自于賦礦白云巖。

圖7 半邊街鉛鋅礦床δ13C-δ18O圖解(底圖據(jù)劉家軍等, 2004) Fig.7 δ13C vs.δ18O plot for the Banbianjie Pb-Zn deposit

在δ13C-δ18O圖解(圖7)上, 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石C-O同位素組成大致呈水平直線分布, 表明O同位素在碳酸鹽礦物沉淀過(guò)程中較C同位素存在更明顯的分餾。以往研究表明, 導(dǎo)致熱液碳酸鹽礦物C-O同位素組成呈線性分布有兩種可能(鄭永飛, 2001; 劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012; 周云等, 2016; Zhou et al., 2018b): ①碳酸鹽溶解作用; ②CO2去氣作用。CO2去氣作用對(duì)成礦流體中的O同位素分餾影響不大, 而會(huì)造成C同位素組成發(fā)生較大變化(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012)。相反, 流體/圍巖之間的水/巖相互作用會(huì)發(fā)生碳酸鹽溶解作用, 導(dǎo)致成礦流體中O同位素組成發(fā)生較大變化, 而不會(huì)造成C同位素發(fā)生顯著分餾(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012)。因此, 碳酸鹽溶解作用是導(dǎo)致半邊街鉛鋅礦床熱液白云石C-O同位素組成呈水平直線分布的主要原因。

由于碳酸鹽礦物的溶解度往往隨著溫度的降低而升高, 相反分餾系數(shù)α(CaCO3-CO2)會(huì)隨著溫度的降低而降低(鄭永飛和陳江峰, 2000)。因此, 單純的降溫作用對(duì)半邊街礦床熱液白云石C-O同位素分餾的影響十分有限。綜上, 本文認(rèn)為半邊街鉛鋅礦床熱液碳酸鹽礦物的沉淀及其δ13C值的集中分布是水/巖相互作用和降溫過(guò)程二者的耦合所致。

5.1.2 還原S的來(lái)源及形成機(jī)制

大量研究表明, S同位素是示蹤成礦流體中S的來(lái)源與形成機(jī)制最直接的手段(Rye and Ohmoto, 1974; Ohmoto and Rye, 1979; 汪在聰?shù)? 2010; 周家喜等, 2012; 張?jiān)菩碌? 2014; 談樹(shù)成等, 2019)。研究表明, 成礦流體中S的來(lái)源主要有3個(gè)源區(qū): ①地幔, 其δ34S值接近0, 變化范圍較小; ②地殼, 主要由殼源巖石提供, 其S同位素組成變化范圍大; ③混合源區(qū), 各種來(lái)源S的相互混合。

半邊街鉛鋅礦床硫化物δ34S值范圍為-18.33‰～ -0.40‰, 均值為-10.57‰, 具有顯著貧重硫特征(圖8), 與鄰區(qū)鉛鋅礦床(如牛角塘等)富重硫特征(δ34S＞10‰, 圖9)明顯不同, 而與華南泥盆系鉛鋅礦床具有相似的S同位素組成特征(王華云, 1996; 李祥能, 2002; 葉霖等, 2005; 金燦海等, 2016; 祝新友等, 2017), 暗示半邊街鉛鋅礦床的形成機(jī)制或還原S的來(lái)源很可能與鄰區(qū)鉛鋅礦床不同, 而與華南泥盆系鉛鋅礦床相似。

圖8 半邊街鉛鋅礦床S同位素直方圖 Fig.8 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

圖9 半邊街鉛鋅床S同位素組成及其與鄰區(qū)礦床對(duì)比 Fig.9 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit and other Pb-Zn deposits in the region

半邊街鉛鋅礦床硫化物明顯虧損重S同位素, 這與巖漿S同位素組成不同, 尤其是與幔源巖漿S同位素組成存在顯著差異, 因此基本排除地幔源區(qū)的貢獻(xiàn); 地殼巖石中S同位素組成范圍較寬, 與硫源經(jīng)歷的各種地質(zhì)作用或過(guò)程有關(guān)。例如, 海水硫酸鹽礦物以富重S同位素為特征, 而生物成因的沉積黃鐵礦則以富輕S為特征(Ohmoto and Rye, 1979; Zhou et al., 2018a)。半邊街鉛鋅礦床直接賦礦地層為上泥盆統(tǒng)高坡場(chǎng)組白云巖, 其中生物成因的沉積黃鐵礦少見(jiàn), 相反海水硫酸鹽礦物存在的鳥(niǎo)眼、晶洞等構(gòu)造發(fā)育。因此, 推測(cè)半邊街鉛鋅礦床還原硫很可能來(lái)自海水硫酸鹽礦物。

大量研究證實(shí): 熱化學(xué)還原(TSR)作用和細(xì)菌還原(BSR)作用是海水硫酸鹽礦物中S6+形成S2-的 主要途徑或作用。通常, TSR發(fā)生于溫度＞120 ℃的環(huán)境下, 能快速產(chǎn)生大量S2-且形成的硫化物δ34S值較為穩(wěn)定, 變化范圍較小; BSR發(fā)生于溫度＜110 ℃的環(huán)境下, 形成S2-的速率較TSR低, 形成的硫化物δ34S值變化范圍較大(一般較海相硫酸鹽礦物的δ34S值低15‰～40‰)(金中國(guó)等, 2016; 陳偉等, 2017; 楊興玉等, 2018)。前人研究表明, 泥盆紀(jì)海水δ34S值為17.5‰～20‰(Chang et al., 2008)。半邊街鉛鋅礦床硫化物δ34S為-18.33‰ ～ -0.40‰, 最大分餾超過(guò)30‰, 具有BSR作用特征。因此, 本文認(rèn)為半邊街鉛鋅礦床還原S的形成很可能經(jīng)歷了BSR過(guò)程。

由于BSR作用通常在低溫環(huán)境下啟動(dòng), 此時(shí)影響S同位素分餾的主要因素是體系對(duì)H2S和SO42-是開(kāi)放還是封閉(圖10), 當(dāng)體系中SO42-的還原速率遠(yuǎn)小于其補(bǔ)給速率, 可以將其視為對(duì)SO42-開(kāi)放, 反之則為封閉(Ohmoto and Rye, 1979)。相對(duì)靜止的海相和瀉湖相常被認(rèn)為是體系對(duì)SO42-開(kāi)放的典型代表(Canfield and Thamdurp, 1994; Canfield et al., 2010), 其特征是形成硫化物的δ34S值比同時(shí)期的海水低40‰～60‰。例如, 對(duì)δ34S值為10‰～30‰的海水硫酸鹽礦物而言, 形成硫化物的δ34S值可以在-50‰ ～ -10‰之間變動(dòng)。半邊街鉛鋅礦床的賦礦地層為上泥盆統(tǒng)高坡場(chǎng)組二段, 巖性為含燧石白云巖夾泥質(zhì)白云巖, 屬礁后瀉湖相沉積, 利于BSR作用啟動(dòng)。關(guān)于華南泥盆系鉛鋅礦床的研究普遍認(rèn)為, 低δ34S值硫化物的鉛鋅礦床均發(fā)育有利的沉積相, 且其還原S的形成與BSR作用有關(guān), 以火德紅鉛鋅礦床為代表; 相反, 高δ34S值硫化物的鉛鋅礦床, 其 沉積相不利于BSR作用啟動(dòng), 還原S的形成則與TSR作用更密切, 以凡口鉛鋅礦床為代表(金燦海等, 2016; 祝新友等, 2017)。因此, 本文認(rèn)為賦礦地層的沉積相很可能在還原S的形成過(guò)程中扮演重要的角色。

圖10 不同還原機(jī)制下S同位素組成特征(據(jù)Ohmoto and Rye, 1979) Fig.10 S isotope compositions of different reduction mechanisms

5.1.3 成礦金屬來(lái)源

Pb同位素是示蹤成礦金屬來(lái)源的有效方法之一(葉霖等, 2005; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2010)。由于方鉛礦中放射性成因Pb可以忽略不計(jì), 是示蹤成礦金屬Pb來(lái)源最直接的載體。通常, 成礦流體中的Pb來(lái)源主要有3個(gè)源區(qū): 地幔、地殼和混合源區(qū)(Zartman and Doe, 1981)。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖中(圖11), 半邊街鉛鋅礦床的方鉛礦均位于上地殼演化線之上, 和華南泥盆系鉛鋅礦床重疊, 表明其殼源特征明顯, 且與華南泥盆系鉛鋅礦床具有相似的成礦金屬來(lái)源。

與鄰區(qū)牛角塘鉛鋅礦床對(duì)比顯示, 半邊街鉛鋅礦床成礦金屬的來(lái)源與其具有較高的相似性, 暗示半邊街鉛鋅礦床成礦金屬的來(lái)源很可能與牛角塘鉛鋅礦床相同。已有研究表明, 下伏寒武紀(jì)地層(如下寒武統(tǒng)烏訓(xùn)組、九門沖組等)和前寒武紀(jì)基底巖石是湘西-黔東鉛鋅成礦帶成礦金屬來(lái)源的潛在源區(qū)(蔡應(yīng)雄等, 2014; 胡太平等, 2015; 隗含濤等, 2015; 李堃, 2018)。研究區(qū)震旦系-寒武系為一套碎屑巖+冰積礫巖+白云巖+黑色頁(yè)巖+灰?guī)r組合, 富含Zn、Pb等成礦元素, 其相對(duì)地殼豐度的富集系數(shù)可高達(dá)98(王華云和施繼錫, 1997)。尤其是貴陽(yáng)-榕江以南的早寒武世黑色巖系中還富含Ga、Ge、Cd等稀散元素(Zhu et al., 2013), 這與半邊街鉛鋅礦床超常富Ge吻合(周家喜等, 2020)。此外, 在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖中(圖11), 下伏寒武紀(jì)碎屑巖與半邊街鉛鋅礦床具有基本相似的Pb同位素組成, 進(jìn)一步表明下覆地層很可能為半邊街鉛鋅礦床提供了部分成礦金屬來(lái)源。

Δγ-Δβ圖解廣泛應(yīng)用于Pb的源區(qū)判別(朱炳泉, 1998)。在Δγ-Δβ圖解中(圖12), 研究區(qū)鉛鋅礦床的Pb同位素組成主要落于上地殼區(qū)內(nèi), 部分落入上地殼與地?；旌细_帶區(qū)內(nèi), 表明除了下伏地層是Pb的主要源區(qū)外, 還可能存在其他金屬源區(qū)。在圖11中, 下伏地層和半邊街鉛鋅礦床Pb同位素組成未完全重合, 也暗示了有其他金屬來(lái)源的可能性。

圖11 半邊街鉛鋅礦床207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解 Fig.11 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb and 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plots of the Banbianjie Pb-Zn deposit

圖12 研究區(qū)典型鉛鋅礦床Δγ-Δβ圖解 Fig.12 Δγ vs.Δβ plot for the Pb-Zn deposits in the study area

前人研究證實(shí), 華南低溫成礦域熱液礦床的集中產(chǎn)出與元古代基底密切相關(guān)(李朝陽(yáng), 1999; 胡瑞忠等, 2016; Zhou et al., 2018a), 研究區(qū)基底是一套原巖為火山-碎屑巖系的中-低級(jí)綠片巖相地層, 具有Pb、Zn等成礦元素富集的特征(陳永清等, 2003), 被認(rèn)為是湘西-黔東鉛鋅成礦帶成礦金屬的主要來(lái)源之一(湯朝陽(yáng)等, 2012; 李堃等, 2014; 段其發(fā), 2014; 周云等, 2016; 李堃, 2018)。陳國(guó)勇等(2006)開(kāi)展的Sr同位素研究(87Sr/86Sr=0.711～0.721)也支持這一認(rèn)識(shí)。因此, 不排除前寒武紀(jì)基底為半邊街鉛鋅礦床提供部分成礦金屬的可能。此外, 從構(gòu)造條件來(lái)看, 半邊街鉛鋅礦床產(chǎn)出于向下切割基底的區(qū)域性黃絲斷裂旁側(cè), 而深大斷裂往往是成礦金屬運(yùn)移的重要通道, 為成礦金屬的遠(yuǎn)距離搬運(yùn)提供了良好的構(gòu)造條件。綜上, 本文認(rèn)為下伏寒武系與基底巖石在半邊街鉛鋅礦床成礦金屬來(lái)源方面具有貢獻(xiàn)作用。

5.2 礦床成因淺析

以往研究認(rèn)為半邊街鉛鋅礦床成因分類屬“準(zhǔn)同生沉積型”鉛鋅礦床(陳國(guó)勇等, 2006), 主要依據(jù)是礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出, 未見(jiàn)到切割層理的脈狀礦體, 礦石構(gòu)造以層紋狀、浸染狀為特征, 構(gòu)造在成礦作用過(guò)程中的意義不大, 礦床的后生特征不明顯。本次野外實(shí)地調(diào)研以及地勘工作推進(jìn)中發(fā)現(xiàn):

①礦體在空間上表現(xiàn)為近地表處呈層狀、似層狀產(chǎn)出, 深部發(fā)育切割層理的脈狀礦體, 同時(shí)發(fā)育各類脈狀、網(wǎng)脈狀礦石, 鏡下多見(jiàn)交代結(jié)構(gòu), 具有顯著的后生特征;

②NW向構(gòu)造旁側(cè), 礦體出現(xiàn)富集的現(xiàn)象, 越接近該組構(gòu)造, 礦體厚度越大, 品位越高, 表明礦體的形成明顯受構(gòu)造的控制;

③礦石中廣泛發(fā)育交代結(jié)構(gòu), 暗示了交代作用的存在。

結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化認(rèn)為, 四堡運(yùn)動(dòng)之后, 研究區(qū)內(nèi)元古代巖石接受廣泛的區(qū)域變質(zhì)作用, 形成變質(zhì)基底, 隨后海侵形成被動(dòng)大陸邊緣盆地, 同時(shí)廣泛接受陸源物質(zhì)補(bǔ)給并發(fā)育較厚的海相碳酸鹽巖沉積, 為成礦提供了良好的沉積相環(huán)境和豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)(代傳固, 2010; 徐政語(yǔ)等, 2010)。在經(jīng)歷被動(dòng)大陸邊緣演化之后, 在加里東末期迎來(lái)了短暫的海退, 其證據(jù)為區(qū)內(nèi)廣泛缺失中-上志留統(tǒng)和下泥盆統(tǒng), 表明在廣西運(yùn)動(dòng)之后, 研究區(qū)曾部分上升為陸地, 而中-上泥盆統(tǒng)表現(xiàn)為濱岸潮間陸源碎屑沉積-局限海臺(tái)地相碳酸鹽巖沉積, 表明在經(jīng)歷短暫的海退之后, 區(qū)內(nèi)再次進(jìn)入海進(jìn)階段。受加里東期擠壓作用后張弛的影響, 研究區(qū)形成一系列EW向正斷層(崔敏等, 2009; 楊坤光等, 2012), 它們控制了部分地區(qū)沉積相的發(fā)育。海西期盆地進(jìn)一步拉張, 形成一系列NW向構(gòu)造以及走滑斷層。之后成礦流體經(jīng)區(qū)域性深大斷裂運(yùn)移至對(duì)成礦有利的構(gòu)造-巖性圈閉組合區(qū), 與經(jīng)BSR作用形成的還原硫發(fā)生混合, 沉淀成礦, 其形成機(jī)制與鄰區(qū)鉛鋅礦床和MVT鉛鋅礦床頗為相似(表4), 均為流體-構(gòu)造-巖性耦合成礦作用的產(chǎn)物(Zhou et al., 2018a, 2018b; 楊德智等, 2020)。

表4 半邊街鉛鋅礦床與MVT及鄰區(qū)典型鉛鋅礦床對(duì)比表 Table 4 Major features of the Banbianjie Pb-Zn deposit, typical MVT deposits and Pb-Zn deposits in the adjacent areas

6 結(jié) 論

(1) CO2來(lái)源及碳酸鹽礦物沉淀受水-巖反應(yīng)碳酸鹽溶解作用和溫度降低過(guò)程二者的耦合作用的控制; 上泥盆統(tǒng)高坡場(chǎng)組為封閉-半封閉的礁后瀉湖相,利于BSR作用形成還原S, 為成礦提供了有利物質(zhì)條件; 下伏寒武紀(jì)地層和前寒武紀(jì)基底巖石共同提供了半邊街鉛鋅礦床的成礦金屬來(lái)源。

(2) 半邊街鉛鋅礦床與鄰區(qū)典型鉛鋅礦床具有相似的成礦機(jī)制, 均為流體-構(gòu)造-巖性耦合成礦作用的產(chǎn)物。

致謝:野外工作得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)楊坤光教授的指導(dǎo)和幫助, 實(shí)驗(yàn)工作得到中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所和西北大學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室工作人員的支持和幫助, 成文過(guò)程中云南大學(xué)羅開(kāi)博士和孫國(guó)濤博士提供了若干寶貴的修改建議, 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所葉霖研究員和中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所包志偉研究員對(duì)本文進(jìn)行了極其認(rèn)真負(fù)責(zé)的審閱, 在此一并表示感謝。