徐陽東, 余 杰, 鄭祿林, 田亞江

貴州丹寨老東寨鉛鋅礦床稀土元素和硫同位素地球化學(xué)特征

徐陽東1*, 余 杰1, 鄭祿林2, 田亞江1

(1. 貴州省地礦局 地球物理地球化學(xué)勘查院, 貴州 貴陽 550018; 2. 貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院, 貴州 貴陽 550025)

老東寨鉛鋅礦床是黔東南地區(qū)近年來新發(fā)現(xiàn)的中型鉛鋅礦床, 主礦體賦存于震旦系陡山沱組中, 該礦床尚未有地球化學(xué)等方面的研究報(bào)道, 導(dǎo)致對(duì)其成因機(jī)制知之甚少。本研究在系統(tǒng)分析礦床地質(zhì)的基礎(chǔ)上, 對(duì)該礦床開展硫化物和圍巖稀土元素及硫化物S同位素地球化學(xué)研究, 為厘清其成因機(jī)制提供地球化學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明硫化物稀土元素含量較低(∑REE=4.31×10?6～39.9×10?6, 均值21.1×10?6), 與容礦白云巖REE含量(13.9×10?6)相當(dāng), 但低于圍巖地層(10820×10?6)。閃鋅礦均具有弱的Ce負(fù)異常(Ce=0.62～0.89), Eu出現(xiàn)了負(fù)異常(Eu=0.45～0.86)和正異常(1.22～4.47)。金屬硫化物(閃鋅礦、方鉛礦)34S值介于9.99‰～17.31‰之間, 低于震旦紀(jì)–寒武紀(jì)海水的34S值(20‰～35‰), 揭示成礦流體中的硫可能主要來源于海相硫酸鹽熱化學(xué)還原作用(TSR)。結(jié)合區(qū)域鉛鋅礦床研究認(rèn)為, 老東寨鉛鋅礦床屬于構(gòu)造–巖性控制的后生熱液礦床, 鉛鋅等金屬元素來源與賦礦地層關(guān)系密切, 結(jié)合礦石REE地球化學(xué)特征及重晶石的產(chǎn)出及分布情況, 推測(cè)該礦床成礦環(huán)境經(jīng)歷了從氧化到還原的過程。

稀土元素; 硫同位素; 成礦物質(zhì)來源; 成礦環(huán)境; 老東寨鉛鋅礦床

0 引 言

貴州三丹多金屬成礦帶是貴州省重要的成礦帶之一。對(duì)于該成礦帶的研究主要集中在金銻成礦作用, 而對(duì)鉛鋅礦床的系統(tǒng)性研究相對(duì)較少(朱靄林和王常微, 1995; 陳恨水等, 2014)。丹寨老東寨鉛鋅礦床處于該多金屬成礦帶西南端(朱靄林和王常微, 1995), 主礦體賦存于震旦系陡山沱組中, 明顯不同于區(qū)域內(nèi)其他鉛鋅礦床的產(chǎn)出層位(青白口系和寒武系)(王華云, 1996; 陳國(guó)勇等, 2011; 楊宗文等, 2014)。該礦床是近年來黔東南地區(qū)陡山沱組中新發(fā)現(xiàn)的中型鉛鋅礦床, Pb、Zn金屬量達(dá)38萬余噸。由于該礦床發(fā)現(xiàn)時(shí)間較短, 在礦床地質(zhì)特征和成礦物質(zhì)來源方面研究不夠深入, 僅有余杰等(2018)和田亞江等(2018)對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單的報(bào)道, 這在一定程度上制約了對(duì)該礦床成因機(jī)理的認(rèn)識(shí)。前人研究發(fā)現(xiàn), 稀土元素能指示成礦物質(zhì)來源和成礦環(huán)境(周家喜等, 2010; Li et al., 2015), 而硫同位素可有效示蹤硫化物礦床成礦流體中硫的來源與演化(Michard, 1989; Chiaradia et al., 2004; 葉霖等, 2005)。本文以老東寨鉛鋅礦床成礦階段金屬硫化物(閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦)和容礦圍巖為主要研究對(duì)象, 開展金屬硫化物及圍巖的稀土元素和硫化物硫同位素組成研究, 結(jié)合礦床地質(zhì)特征及區(qū)域研究成果, 探討其成礦物質(zhì)來源及礦床成因, 從而增進(jìn)黔東南地區(qū)區(qū)域鉛鋅礦床成因認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

老東寨鉛鋅礦床位于貴州境內(nèi)揚(yáng)子陸塊江南造山帶內(nèi), 綜合地層區(qū)劃屬揚(yáng)子地層區(qū)黔南分區(qū)臺(tái)江–從江小區(qū), 成礦區(qū)帶劃屬上揚(yáng)子?xùn)|緣成礦帶(貴州省地質(zhì)調(diào)查院, 2017), 其中發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦床、礦(化)點(diǎn)50余個(gè)(楊宗文等, 2014)(圖1), 該成礦帶內(nèi)的鉛鋅礦、汞礦及多金屬礦多產(chǎn)于施洞–凱里逆推覆構(gòu)造帶及其兩側(cè), 呈近NE向展布, 主要受控于構(gòu)造形態(tài)及賦礦地層(陳國(guó)勇等, 2005)。施洞–凱里斷裂帶兩側(cè)出露地層明顯不同, 南東側(cè)為新元古代淺變質(zhì)巖, 出露地層主要為青白口系–震旦系; 北西側(cè)為古生代、中生代沉積巖, 出露地層有寒武系–三疊系。與鉛鋅成礦有密切關(guān)系的地層主要為青白口系和寒武系(王華云, 1996; 陳國(guó)勇等, 2011; 楊宗文等, 2014), 其次為震旦系和奧陶系(王華云和施繼錫, 1997; 陳國(guó)勇等, 2005)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造格架主要以NE向施洞–凱里逆沖斷裂和近EW向鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂為主, 大致以NE向施洞–凱里逆沖斷裂為界, 北西部的鎮(zhèn)遠(yuǎn)–黃平–麻江一帶主要發(fā)育早古生代褶皺、斷裂, 南東部三穗–臺(tái)江–雷山一帶主要發(fā)育新元古代褶皺。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育, 出露的巖漿巖主要為偏堿性基性巖(金伯利巖、鉀鎂煌斑巖、云煌巖)組合, 集中分布于鎮(zhèn)遠(yuǎn)斷裂與施洞斷裂交匯處附近, 巖漿侵位地層主要有青白口系清水江組和寒武系石冷水組–婁山關(guān)組, 少數(shù)巖體侵入于南華系及震旦系中。

2 礦床地質(zhì)特征

老東寨鉛鋅礦床位于施洞–凱里斷裂帶東側(cè), 礦區(qū)范圍及周邊主要發(fā)育NE向F1、F11斷裂和NNE向F3斷裂, 其中層間破碎帶F21與成礦作用密切(圖2)。礦區(qū)內(nèi)出露的地層包括青白口系平略組(Pt1d 3)、隆里組(Pt1d 3)、南華系富祿組(Pt2b 3)、大塘坡組(Pt2b 3)、南沱組(Pt2c 3)、震旦系陡山沱組(Pt3 3)及第四系(Q), 根據(jù)地層巖性組合特征, 震旦系陡山沱組(Pt3 3)可分為兩段: ①陡山沱組一段(Pt3 31), 為含粉砂質(zhì)炭質(zhì)泥質(zhì)板巖夾含白云質(zhì)炭質(zhì)鈣質(zhì)板巖及透鏡狀白云質(zhì)灰?guī)r; ②陡山沱組二段(Pt3 32), 為頁(yè)巖和黏土巖。全區(qū)共7個(gè)礦體, 其中本次新發(fā)現(xiàn)的I、II、III號(hào)鉛鋅礦體賦存于陡山沱組一段(Pt3 31)的層間破碎帶中, 屬于近隱伏礦體(圖3), 目前這些礦體已探明和控制的資源量占比達(dá)90.68%; 另4個(gè)礦體為較早勘查工作劃分的沿切層斷裂構(gòu)造破碎帶產(chǎn)出的脈狀、透鏡狀礦體, 資源量占比9.32%。主礦體長(zhǎng)約800 m, 沿傾向最大延伸約440 m, 礦體厚0.92～25.76 m, 平均厚5.91 m。礦石中Zn品位為0.50%～38.43%, 平均為7.18%; Pb品位為0.30%～32.00%, 平均為2.45%。礦石礦物粒度主要分布在0.38～0.83 mm之間, 脈石礦物粒度多在0.15 mm以下。受礦體構(gòu)造及地層巖性雙重控制, 賦礦巖石主要為斷裂角礫巖, 原巖為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。礦石構(gòu)造主要為浸染狀、角礫狀、塊狀及脈狀構(gòu)造(圖4)。礦石結(jié)構(gòu)主要有半自形晶、它形晶粒狀、填隙、交代及碎斑(粉)狀結(jié)構(gòu)。

老東寨鉛鋅礦床熱液蝕變主要為硅化, 其次為黃鐵礦化、白云石化或方解石化及重晶石化。其中硅化與礦化關(guān)系密切, 硅化越強(qiáng), 礦化越好; 因此，其為一種重要的直接找礦標(biāo)志。依據(jù)野外觀察及鏡下鑒定, 礦石礦物組成比較簡(jiǎn)單, 主要包括兩種共生組合類型: ①石英–閃鋅礦–方鉛礦–黃鐵礦組合; ②石英–閃鋅礦–方鉛礦–黃銅礦–黃鐵礦組合; 礦物生成順序?yàn)槭?硅化)→黃鐵礦→閃鋅礦→黃銅礦→方鉛礦→石英, 其中石英的形成貫穿整個(gè)成礦階段。

3 樣品來源與分析方法

通過野外詳細(xì)的地質(zhì)觀察及前期的地質(zhì)勘探成果, 選擇揭露主礦體的代表性鉆孔進(jìn)行樣品采集, 所采樣品具不同礦石組構(gòu)且多礦物(閃鋅礦、方鉛礦、硫鐵礦)共生, 并采集遠(yuǎn)離礦層圍巖中的黃鐵礦進(jìn)行對(duì)比分析。將樣品粉碎至40～60目, 在雙目鏡下手工反復(fù)挑選, 獲取純度達(dá)98%以上的閃鋅礦、方鉛礦或黃鐵礦單礦物。用超純水超聲清洗晾干后, 將硫化物單礦物用瑪瑙研缽研磨至200目備用。稀土元素組成分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所采用NexION300D型等離子體質(zhì)譜儀完成, 硫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, 測(cè)試儀器為MAT-253, 以Vienna Canyon Diablo Troilite (V-CDT)作為參照標(biāo)準(zhǔn), 以STD-1(?0.22‰)、STD-2 (22.57‰)和STD-3(?32.53‰)為標(biāo)樣進(jìn)行數(shù)據(jù)校正, 測(cè)試誤差為±0.1‰(2σ)。

圖1 黔東南地區(qū)區(qū)域構(gòu)造及鉛鋅礦床分布圖(據(jù)楊宗文等, 2014修編)

1. 震旦系陡山沱組一段; 2. 南華系南沱組; 3. 南華系大塘坡組二段; 4. 南華系大塘坡組一段; 5. 南華系富祿組; 6. 青白口系隆里組二段; 7. 地層界線; 8. 產(chǎn)狀; 9. 逆斷裂; 10. 推測(cè)斷裂; 11. 推測(cè)斷裂破碎帶地表位置。

1. 陡山沱組一段; 2. 南沱組; 3. 隆里組二段; 4. 變余砂巖; 5. 白云巖; 6. 冰磧礫巖; 7. 炭質(zhì)泥巖; 8. 斷裂破碎帶; 9. 礦體。

4 分析結(jié)果

4.1 稀土元素

礦石和圍巖樣品的稀土元素含量見表1, 其中4件閃鋅礦的稀土元素總量變化范圍為16.2×10?6～ 39.9×10?6, 均值27.2×10?6; 輕重稀土元素比值變化范圍為3.43～9.62, 相對(duì)富集輕稀土; (La/Yb)N=2.63～ 10.7, 均值 6.29, 輕稀土分餾程度較高; (Gd/Yb)N= 1.13～1.70, 均值1.35, 重稀土分餾不明顯。Eu值為0.45～0.86, 均值0.73, 存在中等程度的負(fù)Eu異常;Ce值變化范圍為0.80～0.81, 均值0.80, 具有弱的負(fù)Ce異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中曲線為平緩右傾型, 曲線形態(tài)與圍巖地層大體一致。

(a) 塊狀鉛鋅礦石; (b) 團(tuán)塊狀鉛鋅礦石; (c) 浸染狀鉛鋅礦石; (d) 脈狀鉛鋅礦石; (e) 閃鋅礦、方鉛礦呈不規(guī)則團(tuán)塊狀(反射光); (f) 閃鋅礦、黃鐵礦呈浸染狀充填于石英、炭質(zhì)裂隙中(反射光); (g) 重晶石脈穿插生長(zhǎng)的閃鋅礦; (h) 閃鋅礦、黃鐵礦呈浸染狀充填于石英、炭質(zhì)裂隙中(反射光); 礦物代號(hào): Sp. 閃鋅礦; Gn. 方鉛礦; Py. 黃鐵礦; Qz . 石英(脈); Brt. 重晶石(脈)。

表1 老東寨鉛鋅礦床硫化物和圍巖稀土元素(×10?6)及特征值

另有5件閃鋅礦的稀土元素總量變化范圍為4.31×10?6～26.5×10?6, 平均值為14.9×10?6; 輕重稀土元素比值變化范圍3.69～7.29, 相對(duì)富集輕稀土; (La/Yb)N=2.24～8.16, 均值4.86, 輕稀土分餾程度較高; (Gd/Yb)N=0.89～2.74,均值1.76, 重稀土分餾不明顯。Eu 值為1.22～4.47, 均值2.87, 存在明顯的正 Eu 異常;Ce值變化范圍為0.62～0.89, 均值0.77, 具有弱的負(fù)Ce異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖中曲線為平緩右傾型, 曲線形態(tài)與容礦白云巖大體一致。

4件圍巖樣品稀土元素總量變化范圍為65.3× 10?6～134×10?6, 均值107.9×10?6; 輕重稀土元素比值變化范圍為6.59～9.65, 相對(duì)富集輕稀土; (La/Yb)N=5.91～9.92, 均值7.34, 輕稀土分餾程度較高; (Gd/Yb)N=0.91～1.47, 均值1.18, 重稀土分餾不明顯。Eu 值為0.69～1.03, 平均為0.81, 存在中等程度的負(fù) Eu 異常;Ce值變化范圍為0.86～0.92, 均值0.87, 具有弱的負(fù)Ce異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖中曲線為平緩右傾型。

容礦白云巖稀土元素總量為13.9×10?6, 輕重稀土元素比值為6.95, 相對(duì)富集輕稀土; (La/Yb)N= 8.53, 輕稀土分餾程度較高; (Gd/Yb)N=1.30, 重稀土分餾不明顯。Eu 值為2.35, 存在明顯的正 Eu 異常;Ce 值為0.66, 具有弱的負(fù) Ce 異常。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖中曲線為平緩右傾型。

4.2 S同位素

對(duì)礦石及圍巖樣品所含硫化物進(jìn)行了S同位素測(cè)試(表2), 結(jié)果顯示S同位素具有以下特點(diǎn): ①金屬硫化物(閃鋅礦、方鉛礦)的34S值介于9.99‰～17.31‰之間, 均值為12.86‰, 顯示硫化物富集重硫同位素特征, 同時(shí)具有明顯的塔式分布特征, 峰值在13‰～14‰之間(圖6); ②礦石中閃鋅礦34S值介于14.06‰～17.31‰之間, 均值15.07‰; 方鉛礦34S值介于10.57‰～13.76‰之間, 均值11.70‰; 黃鐵礦34S值介于9.99‰～10.46‰之間, 均值10.23‰。閃鋅礦、方鉛礦及黃鐵礦的34S值變化范圍互不重復(fù), 呈現(xiàn)出34S閃鋅礦>34S方鉛礦>34S黃鐵礦, 同一礦石樣品中亦有如此現(xiàn)象, 如樣品ZK5-4和ZK106-2; ③容礦白云質(zhì)灰?guī)r中黃鐵礦34SCDT值為4.32‰, 遠(yuǎn)低于礦石硫化物34SCDT值; 遠(yuǎn)離礦層的圍巖含炭質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖中黃鐵礦34SCDT值介于29.67‰～29.80‰之間, 高度集中, 均值29.74‰, 介于震旦紀(jì)?寒武紀(jì)海水的34S值20‰～35‰(Claypool et al., 1980)之間。

5 討 論

5.1 成礦物質(zhì)來源與成礦環(huán)境

礦物和巖石的稀土元素特征可以反映物質(zhì)來源、形成環(huán)境和介質(zhì)性質(zhì)(Hanson, 1980; Qing and Mountjoy, 1994)。礦石及脈石礦物的REE 地球化學(xué)特征可以代表成礦流體的REE 特征, 可指示成礦流體的來源及演化等方面的重要信息(鄭永飛和陳江峰, 2000)。

圖5 老東寨鉛鋅礦床稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)

表2 老東寨鉛鋅礦床硫化物S同位素組成

圖6 老東寨鉛鋅礦床硫化物δ34S分布直方圖

含 Ca 礦物通常具有較高的稀土元素含量, 因?yàn)橄⊥猎乜梢灶愘|(zhì)同象形式替代含鈣質(zhì)礦物, 而無法交代閃鋅礦等硫化物中的陽離子, 只能以包裹體的形式存在。因此, 成礦流體中的稀土元素主要分布在方解石等含Ca礦物中, 而閃鋅礦等礦物則具有較低的稀土元素總量。礦區(qū)內(nèi)閃鋅礦稀土元素配分曲線形態(tài)一部分與容礦白云巖大體一致, 另一部分與圍巖地層的配分曲線相似, 反映了老東寨鉛鋅礦床成礦與容礦白云巖及圍巖地層有一定的關(guān)系, 成礦物質(zhì)可能主要來源于近礦巖層(Chen and Fu, 1991; 鄒志超等, 2012)。根據(jù)REE地球化學(xué)演化的氧化–還原模式(Rimstidt et al., 1998; Qi L et al., 2000), 在氧逸度較高的條件下, Ce3+容易被氧化成Ce4+而不易進(jìn)入成礦流體, 導(dǎo)致成礦流體體系虧損Ce, 礦石樣品及容礦圍巖等均出現(xiàn)弱的Ce異常(Qing and Mountjoy, 1994), 說明成礦流體具有負(fù)Ce異常。老東寨鉛鋅礦床以閃鋅礦為主, 說明成礦流體中存在大量的還原硫, 表明水/巖作用是在還原條件下進(jìn)行的(Hanson, 1980; Chaussidon et al., 1989)。針對(duì)一部分樣品表現(xiàn)為明顯的正Eu異常, 而另一部分樣品出現(xiàn)中等的負(fù)Eu異?；虍惓２幻黠@, 加之在部分早期勘查工作發(fā)現(xiàn)的礦體樣品中出現(xiàn)的少量重晶石, 而本次勘查新發(fā)現(xiàn)的主礦體中未發(fā)現(xiàn)重晶石, 說明礦床在形成過程中發(fā)生了成礦環(huán)境的明顯改變, 由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境, 為鉛鋅富集提供良好的成礦環(huán)境。

通過與容礦白云巖、圍巖地層等巖石REE特征的對(duì)比, 老東寨鉛鋅礦床硫化物REE配分模式與各類巖石都有一定的相似之處, 結(jié)合礦床規(guī)模和特征, 本文認(rèn)為老東寨鉛鋅礦床REE具有多來源特征, 但賦礦圍巖提供了主要的成礦物質(zhì), 其成因類型需更進(jìn)一步的研究。

5.2 硫的來源與形成機(jī)制

利用硫同位素示蹤手段進(jìn)行熱液礦床中硫化物硫源識(shí)別和成因厘定, 是一種較為直接有效的研究方法。在鉛鋅礦床研究領(lǐng)域, 前人利用金屬硫化物(方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦)進(jìn)行硫同位素分析有效示蹤成礦物質(zhì)來源(Zhou et al., 2011)。

以往眾多研究成果表明, 熱液礦床硫的來源主要有4種(Chaussidon et al., 1989; Zheng, 1991): ①34SΣS≈0(34SΣS為總硫同位素值), 硫來自地幔和深部地殼, 硫同位素平均組成與隕石硫接近, 變化范圍小, 塔式效應(yīng)明顯; ②34SΣS≈+20‰, 硫來自大洋水和海水蒸發(fā)鹽; ③34SΣS為較大的負(fù)值: 硫主要來自開放沉積條件下的細(xì)菌還原成因; ④34SΣS= +5‰～+15‰, 硫的來源比較復(fù)雜, 多為混合來源。成礦流體中的總硫同位素值是探討成礦物質(zhì)來源的重要參數(shù), 而硫化物的34S值能否代表成礦流體的總硫同位素組成是探討成礦物質(zhì)來源的關(guān)鍵。通常, 金屬硫化物硫同位素分餾達(dá)到平衡時(shí), 具有34S黃鐵礦>34S閃鋅礦>34S方鉛礦的特征, 其34S值能夠代表34SΣS值(張準(zhǔn)等, 2011; 向達(dá)福等, 2015; 林振文等, 2020)。

老東寨鉛鋅礦床硫化物34S值與黔西北埡都–蟒硐、威寧–水城一帶產(chǎn)于石炭系、二疊系中的典型鉛鋅礦床(蟒硐、筲箕灣、天橋等)基本一致, 不同的是上述典型礦床呈現(xiàn)出34S黃鐵礦>34S閃鋅礦>34S方鉛礦的特征(張準(zhǔn)等, 2011; Zhou et al., 2013), 而老東寨鉛鋅礦床呈現(xiàn)出34S閃鋅礦>34S方鉛礦>34S黃鐵礦, 反映成礦流體中的硫分餾未達(dá)平衡, 因此, 金屬硫化物的34S值不能代表成礦流體的34SΣS值。礦物學(xué)研究表明, 主要的金屬硫化物主要為閃鋅礦、方鉛礦, 其次為黃鐵礦, 微量黃銅礦, 硫化物組成簡(jiǎn)單, 且礦石中偶見重晶石, 說明成礦流體中的34SΣS值應(yīng)大于金屬硫化物的34S平均值(12.86‰), 該值遠(yuǎn)大于幔源巖漿(34SΣS≈0±3‰), 從而排除了深部巖漿提供硫源的可能性, 這與本區(qū)未見巖漿巖出露的地質(zhì)事實(shí)相吻合。

老東寨鉛鋅礦床金屬硫化物34S值介于9.99‰～ 17.31‰, 明顯富集重硫同位素, 其34SΣS值大于12.86‰, 低于震旦紀(jì)海水的34S值(20‰～35‰)。通常認(rèn)為, 海相硫酸鹽經(jīng)歷熱化學(xué)還原作用(TSR)反應(yīng)能快速產(chǎn)生大量還原硫且所形成的還原硫值34S相對(duì)穩(wěn)定, 而細(xì)菌還原作用發(fā)生反應(yīng)形成還原硫需要較長(zhǎng)時(shí)間, 且形成還原硫的34S值范圍較寬(Zhou et al., 2013; 金中國(guó)等, 2016)。老東寨鉛鋅礦床金屬硫化物34S值集中分布在12‰～15‰之間, 礦床規(guī)模達(dá)中型(鉛鋅金屬量38萬余噸), 礦床的形成需要大量還原硫, 這些特征揭示成礦流體中的還原硫主要是TSR的產(chǎn)物。因此, 認(rèn)為老東寨鉛鋅礦成礦流體中的硫可能主要來源于地層中的海相硫酸鹽, TSR可能是礦床形成的主要還原機(jī)制。

5.3 礦床成因淺析

老東寨鉛鋅礦床位于揚(yáng)子陸塊江南造山帶, 區(qū)域內(nèi)深大斷裂發(fā)育, 主要呈NE向展布, 與區(qū)域多金屬礦床分布密切相關(guān)。以往研究表明, 流體混合是硫化物沉淀的重要機(jī)制, 礦床的形成是區(qū)域構(gòu)造與大規(guī)模成礦流體耦合的產(chǎn)物(陳偉等, 2017)。老東寨鉛鋅礦主礦體賦存于陡山沱組一段層間破碎帶中, 受構(gòu)造控制明顯, 賦礦巖石主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r, 具有構(gòu)造、地層、巖性共同控礦的特征。礦體呈似層狀、透鏡狀及脈狀產(chǎn)出, 礦石構(gòu)造以浸染狀、角礫狀為主, 其次為塊狀、團(tuán)塊狀、脈狀, 熱液蝕變以硅化為主, 后生成礦特征明顯。礦層上下圍巖主要為黏土巖, 當(dāng)含礦熱液沿深大斷裂上升運(yùn)移至層間破碎帶中, 一方面, 層間破碎帶成為有利的熱液運(yùn)移場(chǎng)所, 有利于熱液與破碎帶中的白云巖、白云石灰?guī)r充分發(fā)生水/巖反應(yīng), 從而形成金屬硫化物并發(fā)生沉淀; 另一方面, 黏土巖可為成礦作用起到一定的屏蔽作用, 有利于成礦流體充分與賦礦范圍發(fā)生反應(yīng)及金屬硫化物得以保存。

區(qū)域內(nèi)各時(shí)代地層、不同巖性均相對(duì)富集成礦元素(楊宗文和劉靈, 2014), 可視為區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床(點(diǎn))的初始富集層。綜合分析認(rèn)為, 老東寨鉛鋅礦床的成礦熱流體在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下, 沿深大斷裂帶開始往上運(yùn)移, 區(qū)域性朱砂場(chǎng)斷裂的末端分支斷裂(F1、F10)及老東寨斷裂(F4)通過礦區(qū), 可為含礦熱液的運(yùn)移提供有利通道。在熱流體系統(tǒng)的活動(dòng)過程中, 流體淋濾萃取震旦系陡山沱組白云巖礦源層及圍巖地層中的鉛鋅等成礦物質(zhì), 從而演化為成礦流體, 加之震旦紀(jì)海水侵入上揚(yáng)子盆地, 形成廣闊的淺海區(qū), 局部呈現(xiàn)半封閉的狀態(tài), 為成礦元素的最終富集提供良好的地質(zhì)環(huán)境, 更加利于含礦熱液中富含的高活動(dòng)性的S2?與Zn2+、Pb2+、Fe2+等結(jié)合形成硫化礦物。

6 結(jié) 論

(1) 老東寨鉛鋅礦床主礦體賦存于陡山沱組一段層間破碎帶中, 受構(gòu)造控制明顯, 賦礦巖石主要為白云巖、白云石灰?guī)r, 具有構(gòu)造、地層、巖性共同控礦的特征; 熱液蝕變主要為硅化, 與鉛鋅成礦關(guān)系密切, 礦床具有明顯后生性。

(2) 根據(jù)REE特征和出現(xiàn)的Eu和Ce異常, 結(jié)合重晶石的產(chǎn)出特點(diǎn)推測(cè), 賦礦地層提供了主要的鉛鋅物質(zhì)來源, 且礦床在形成過程中成礦環(huán)境由氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境, 為鉛鋅富集和還原硫的生成提供良好的成礦環(huán)境。

(3) 金屬硫化物(閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦)硫同位素組成揭示成礦流體中的硫可能主要來源于地層中的海相硫酸鹽(蒸發(fā)巖), 熱化學(xué)還原作用可能是礦床形成的主要還原機(jī)制。

致謝:本文在成文過程中得到了云南大學(xué)周家喜教授及其研究團(tuán)隊(duì)給予悉心指導(dǎo), 中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所張乾研究員和另一位匿名審稿專家提出了建設(shè)性修改建議, 在此一并致以衷心感謝。

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Geochemical characteristics of REE and S isotopes for the Laodongzhai Pb-Zn deposit in Danzhai, Guizhou Province, China

XU Yangdong1*, YU Jie1, ZHENG Lulin2, TIAN Yajiang1

(1. Institute of Geophysical and Geochemical Prospecting, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province, Guiyang 550018, Guizhou, China; 2. Mining College of Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China)

The Laodongzhai Pb-Zn deposit is a representative medium-sized Pb-Zn deposit in SE Guizhou. Orebodies of the Laodongzhai Pb-Zn deposit occurred in silty dolostone of the Sinian Doushantuo Formation. So far, no report on its geochemistry has been presented. Thus, little is known about its genetic mechanism. Based on the systematic geological study, Rare Earth Elements (REE) and S isotope geochemical study of sulfides and wall rocks in this deposit has been undertaken in order to provide a geochemical basis for understanding its formation mechanism. The results show that the sulfides have low total REE contents (∑REE=4.31×10?6–39.9×10?6, average 21.1×10?6) with negative Ce anomalies (Ce=0.62–0.89), but obvious Eu anomalies from positive to negative (from 0.45–0.86 to 1.22–4.47). The34S values of sulfides, varying from 9.99‰ to 17.31‰, are lower than those of the Sinian-Cambrian seawater sulfate (20‰ to 35‰). It can be seen that reduced S of the Laodongzhai Pb-Zn deposit could be produced by the marine sulfate thermochemical reduction (TSR). With the regional geological and geochemical researches, it is believed that the Laodongzhai Pb-Zn deposit belongs to an epigenetic hydrothermal deposit that is controlled by structure and lithology, and its S was mainly sourced from the marine sulfate. It is believed that the ore-forming process experienced the transformation from oxidized to reduced environments.

rare earth elements; S isotopes; source of ore-forming elements; ore-forming enviroment; Laodongzhai Pb-Zn deposit

P597; P618

A

0379-1726(2022)01-0123-10

10.19700/j.0379-1726.2022.01.009

2020-04-29;

2020-07-10

貴州省地礦局科研基金項(xiàng)目(黔地礦科合2016(18)號(hào))和貴州大學(xué)引進(jìn)人才科研項(xiàng)目(貴大人基合字[2017]36號(hào))聯(lián)合資助。

徐陽東(1984–), 男, 高級(jí)工程師, 長(zhǎng)期從事地質(zhì)勘查找礦工作。E-mail: xuyangdong21th@163.com