鉛鋅礦床地球化學(xué)差異范文

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《地質(zhì)與資源雜志》2015年第一期

1天寶山和大梁子鉛鋅礦床的地球化學(xué)差異

1.1微量元素特征差異大梁子鉛鋅礦的賦礦圍巖為龍王廟組砂頁巖.天寶山鉛鋅礦的圍巖為白果灣組砂巖、泥巖、炭質(zhì)頁巖.礦區(qū)巖漿活動(dòng)較弱，輝綠巖侵入為鉛鋅成礦提供熱能和部分礦質(zhì).礦床礦石及圍巖的微量元素分析表明（表1），天寶山礦床塊狀礦石和大梁子礦床礦石的微量元素組成基本一致，具有相同的Ni/Co或Co/Ni比值，并與輝綠巖的比值接近.但天寶山礦床的黃鐵礦型礦石和角礫狀礦石與塊狀礦石及大梁子礦床礦石的微量元素組成存在明顯差異.黃鐵礦型礦石貧Co，顯示與龍王廟組砂頁巖和白果灣組存在親緣性.角礫狀礦石貧Ni，與礦區(qū)地層及脈巖的微量元素組成很難比對(duì)，這可能與角礫狀礦石形成過程的復(fù)雜性有關(guān).單礦物的電子探針分析結(jié)果（表1）顯示，天寶山和大梁子礦床差異明顯.就Co、Ni含量及Ni/Co比值而論，在閃鋅礦中，大梁子礦床的對(duì)應(yīng)值均較天寶山礦床高；在方鉛礦中，大梁子礦床雖Co、Ni含量低于天寶山礦床，但Ni/Co值為天寶山礦床的2倍左右；在黃鐵礦中，兩礦床Co含量相當(dāng)，但大梁子礦床Ni含量和Ni/Co值是天寶山礦床的3倍左右.總體而言，就Ni、Co元素的分異看，大梁子礦床成礦熱液中相對(duì)富Ni貧Co.在熱液狀態(tài)下，Co、Ni、Zn、Pb均以絡(luò)合物形式存在，其不穩(wěn)定系數(shù)遞減，Co、Ni的分異狀況在一定程度反映成礦溶液的演化.天寶山礦床閃鋅礦、方鉛礦的Ni/Co比值接近，顯示和酸性巖漿衍生物有某種聯(lián)系；大梁子礦床閃鋅礦的Ni/Co比與天寶山礦床接近，而2個(gè)礦床方鉛礦的Ni/Co比值相差兩倍多，似乎說明，大梁子礦床形成閃鋅礦時(shí)礦液的性質(zhì)與天寶山礦床形成閃鋅礦與方鉛礦時(shí)的熱液性質(zhì)相似，而形成方鉛礦時(shí)的礦液性質(zhì)發(fā)生了較大的改變.2個(gè)礦床閃鋅礦中Co、Ni含量接近，而方鉛礦中Co、Ni含量相差甚遠(yuǎn)似乎佐證了這一看法.2個(gè)礦床黃鐵礦Ni/Co比表面上合乎上述礦液演化趨勢，但就其中Co、Ni含量而論，天寶山礦床的黃鐵礦明顯富Co，而大梁子礦床Co、Ni并無明顯分異，似乎說明形成黃鐵礦的溶液與形成閃鋅礦和方鉛礦的溶液在本質(zhì)上有所不同.同時(shí)，由于黃鐵礦形成的條件要比形成閃鋅礦、方鉛礦（尤其是閃鋅礦）的條件寬泛得多，上述結(jié)果還可能受到黃鐵礦多期性的影響.2個(gè)礦床主要礦石礦物閃鋅礦的微量元素含量（表1）顯示，4個(gè)稀散元素在2個(gè)礦床間存在明顯差異.大梁子礦床的Cd、In、Ga含量比天寶山礦床相應(yīng)元素高近一倍，而Ge則偏低；除Ga外，其他元素均介于碳酸鹽巖沉積改造礦床與碳酸鹽巖中的巖漿期后熱液礦床之間，似乎暗示上述2個(gè)礦床成因上也介于其間，即有巖漿的成分介入.Ga、Ge、In、Cd、均傾向于在酸性巖漿的熱液中富集，其富集度與氧分壓密切相關(guān)，富集于低氧或不強(qiáng)的氧化環(huán)境，在堿性環(huán)境中很難遷移［19-22］，這也從另一個(gè)側(cè)面反映，形成這些稀散元素的富集，不可能是溶液自容礦地層萃取那么簡單，應(yīng)有深源物質(zhì)的加入.上述元素在天寶山、大梁子礦床中的富集，似乎從另一個(gè)側(cè)面反映了成礦物質(zhì)來源的多樣性.綜上所述，天寶山和大梁子礦床存在微量元素地球化學(xué)特征差異，既顯示它們具有多期成礦，成礦溶液有多期演化，成礦物質(zhì)具有深源等特征，又反映兩者之間存在明顯差異.天寶山礦床成礦物質(zhì)有更多巖漿源成分，大梁子礦床在后期可能有源于地層的低溫?zé)嵋夯烊?

1.2稀土元素特征差異天寶山和大梁子礦床的稀土礦床的稀土元素總量較低，配分曲線均為右傾型（圖2），具有程度不同的Pr、Tb、Tm正異常.但兩者的差異是明顯的：大梁子礦床礦石的∑REE＝6.934×10-6，天寶山礦床礦石的∑REE=12.420×10-6～22.349×10-6，后者約為前者的2～3倍；大梁子礦床具有很明顯的富銪異常，天寶山礦床富銪異常十分微弱.2個(gè)礦床的圍巖的稀土元素總量均較礦石高得多，配分曲線顯示內(nèi)部分異強(qiáng)度也明顯較弱（圖3），但2個(gè)礦床的近礦圍巖樣品（天寶山：Bp95；大梁子：PDL-2）的配分曲線則和礦床的礦石樣品的分異趨勢呈趨同態(tài)勢（圖2）.2個(gè)礦床的稀土配分曲線的分異很難用萃取溶液的特征加以解釋.如，富銪異常解釋為還原環(huán)境所致，則無法回答Tm的正異常；又如，Pr、Tb的正異常解釋為氧化所致，則難以回答負(fù)銪異常和正Tm異常的同時(shí)存在.同時(shí)，碳酸鹽巖中溶液至少不可能長期保持酸性，而REE為弱堿性，在堿性溶液中將被活化，如此，作為容礦的碳酸鹽圍巖中的REE應(yīng)大量轉(zhuǎn)入成礦溶液才對(duì)，然而，2個(gè)礦床礦石的REE均低于圍巖，而不是相反.既然不能從元素的地球化學(xué)特征來解釋上述現(xiàn)象，那么最可能的答案就是成礦溶液是外來的，即是深部的.礦床礦體的宏觀筒柱狀產(chǎn)狀支持這種判斷.而2個(gè)礦床的差異既可能是源區(qū)的差異所致，也可能是礦液運(yùn)移的路徑的差異所致.

1.3硫同位素差異天寶山和大梁子礦床的穩(wěn)定同位素，前人作過大量研究，但以硫、鉛同位素最為系統(tǒng).硫同位素樣品分別為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦（圖4）.其中，黃鐵礦的δ34S（‰）值較分散，這是因?yàn)辄S鐵礦形成的條件非常寬泛，可能在不同時(shí)期形成于不同環(huán)境，對(duì)成礦的硫源指示意義不強(qiáng)，故不宜在討論成礦物源時(shí)引用.除去黃鐵礦的分析值，2個(gè)礦床硫同位素的共同特征是，方鉛礦的δ34S（‰）總體比閃鋅礦的δ34S（‰）小，似反映了成礦溶液的演化.2個(gè)礦床礦物的生成順序研究［23］發(fā)現(xiàn)，閃鋅礦比方鉛礦晶出范圍寬的結(jié)論，佐證了上述判斷.從圖4可見，2個(gè)礦床的硫同位素特征的差異十分明顯.天寶山礦床（30件）δ34S（‰）＝-2.20～+7.50，平均為3.20.其中閃鋅礦（18件）δ34S（‰）＝3.89～7.50，平均為4.60；方鉛礦（12件）δ34S（‰）＝-2.20～+3.40，平均為1.06.大梁子礦床（28件）δ34S（‰）＝7.56～14.99，平均為11.60.其中閃鋅礦（18件）δ34S（‰）＝9.86～14.99，平均為12.70；方鉛礦（10件）δ34S（‰）＝6.72～11.10，平均為9.70.兩個(gè)礦床的δ34S（‰）值具有首尾相接特征，總平均值相差8.40，閃鋅礦的δ34S（‰）平均值相差8.10，方鉛礦的δ34S（‰）平均值相差8.64.2個(gè)礦床各自的δ34S（‰）變化范圍均不大.天寶山為9.90，其中，閃鋅礦為3.61，方鉛礦為5.60.大梁子為7.33，其中，閃鋅礦為5.16，方鉛礦為4.38.硫同位素的這種變化特征，與δ34S變化范圍寬泛的石油、煤、沉積硫化物［19，24］明顯不同，與火成巖或火山成因硫具有很強(qiáng)的相似性.如果考慮成礦熱液的供給時(shí)段性，其前鋒和尾流受到環(huán)境的影響將大于中間時(shí)段的流體.結(jié)合礦物的生成順序，方鉛礦的硫同位素特征更能代表成礦流體的硫同位素特點(diǎn).這樣，2個(gè)礦床的硫同位素特點(diǎn)，與火成硫完全吻合.上述表明，2個(gè)礦床的硫同位素特征有差異，但均應(yīng)是與巖漿活動(dòng)有關(guān)的深源硫.

1.4鉛同位素特征差異不同的研究者先后分析了39件同位素樣品，其中天寶山20件（閃鋅礦5件，方鉛礦14件，黃銅礦1件），大梁子19件（閃鋅礦5件，方鉛礦14件），均為普通鉛.在207Pb/204Pb－206Pb/204Pb圖解（圖5）上，2個(gè)礦床的鉛都具有多儲(chǔ)庫特征，但差異也較明顯：上部地殼儲(chǔ)庫，大梁子礦床投點(diǎn)較多；下部地殼儲(chǔ)庫，天寶山投點(diǎn)稍多.造山帶儲(chǔ)庫，大梁子礦床投點(diǎn)占主體.地幔儲(chǔ)庫，只有大梁子礦床的一個(gè)投點(diǎn).在反映成礦物質(zhì)來源及其與地球各構(gòu)造圈各種巖石相互關(guān)系的△γ－△β圖解［27］（圖6）上，2個(gè)礦床的差異十分明顯.天寶山礦床的投點(diǎn)主體集中于造山帶，極個(gè)別落在中深變質(zhì)作用區(qū).大梁子礦床的投點(diǎn)，主體落在上地殼與地幔混合俯沖帶區(qū)，少數(shù)投點(diǎn)落在地幔源區(qū)和深變質(zhì)下地殼區(qū).鉛同位素的特征參數(shù)μ值亦常用來判斷鉛源區(qū).經(jīng)計(jì)算，天寶山礦床平均μ＝9.73，大梁子礦床平均μ＝9.62，兩者均介于造山帶μ（10.80）與地幔μ（8.92）之間，但大梁子礦床平均μ值偏小，顯示稍強(qiáng)的地幔鉛特征.單階段鉛模式年齡，過去多用來說明成礦的年代，后來的研究發(fā)現(xiàn)，鉛模式年齡其實(shí)反映的是鉛源區(qū)的年齡.天寶山礦床的鉛模式年齡為193～774Ma，大梁子礦床的鉛模式年齡為91～597Ma，反映它們?cè)阢U源區(qū)時(shí)代上也存在差異.上述鉛同位素的特征表明，2個(gè)礦床成礦溶液的鉛具有深、淺源多源復(fù)成特征.天寶山礦床具有濃郁的造山帶源區(qū)特征，與大梁子礦床差異明顯.2個(gè)礦床鉛源區(qū)年齡跨度都比較大，均大于500Ma（天寶山為581Ma，大梁子為506Ma）；天寶山礦床鉛源區(qū)年齡較大梁子礦床老100Ma（上限為177Ma，下限為102Ma），顯示兩者鉛源區(qū)的時(shí)代也存在明顯差異.2個(gè)礦床鉛源區(qū)的年齡都達(dá)燕山期，說明其成礦可能在晚燕山—喜馬拉雅期.

2雙會(huì)地區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化特征研究發(fā)現(xiàn)

在中—新元古代，揚(yáng)子大陸西部為龍門山－安寧河洋的被動(dòng)陸緣，在此被動(dòng)陸緣上存在與龍門山－安寧河洋近于垂直的以會(huì)理－東川拗拉槽為代表的拗拉槽裂谷系（見圖1）.會(huì)理－東川拗拉槽北界為天寶山－巧家斷裂帶，南界為寶臺(tái)廠－九龍斷裂，自洋向東伸入揚(yáng)子陸內(nèi)數(shù)百千米，并可能延伸至水城一帶.拗拉槽的發(fā)育始于中元古代長城紀(jì)河口期，止于新元古代晉寧期，經(jīng)歷了始晉寧（河口期）火山地塹階段→早晉寧（東川期）火山地塹向巖石圈撓曲拗陷過渡階段→中晉寧（會(huì)理期）巖石圈拗陷階段→晚晉寧（天寶山期）撞擊－封閉階段.在拗拉槽發(fā)育過程中，沿拗拉槽延伸方向，自洋向陸，地殼類型由近大洋一帶的洋殼—準(zhǔn)洋殼型→陸殼型變化，沉積組合由活動(dòng)型→次活動(dòng)型→穩(wěn)定型變化（在縱向上也有類似變化）.晚晉寧（新元古代天寶山期）龍門山－安寧河洋的關(guān)閉，導(dǎo)致?lián)P子西部廣泛的地體增生、碰撞造山作用，沿拗拉槽軸部發(fā)育撞擊性巖漿活動(dòng)，揚(yáng)子大陸迅速擴(kuò)大，進(jìn)入顯生宙演化階段.在顯生宙，揚(yáng)子大陸西部經(jīng)歷古生代被動(dòng)陸緣裂谷系和晚古生代—中生代陸內(nèi)裂谷兩個(gè)階段的演化.在古生代，雙會(huì)地區(qū)作為昆明－宜良陸架裂陷的一個(gè)凹陷中心，堆積了厚度巨大的冰磧磨拉石建造（南沱組）、細(xì)屑巖－碳酸鹽巖建造（陡山沱組）和鎂硅質(zhì)碳酸鹽巖建造（燈影組）、頁巖建造（梅樹村組、筇竹寺組）.中寒武世后，隨著昆明－宜良陸架裂陷萎縮，于晚奧陶世后隆升為陸.中志留世后，裂陷作用主要沿小江斷裂帶及其以東地區(qū)發(fā)育，會(huì)東地區(qū)受到較強(qiáng)影響.晚古生代—中生代，以晚二疊世裂前峨眉玄武巖噴發(fā)為標(biāo)志的陸內(nèi)裂谷活動(dòng)，遍及整個(gè)揚(yáng)子西南部，雙會(huì)地區(qū)受到了較強(qiáng)影響，近南北向的斷塊活動(dòng)強(qiáng)烈，導(dǎo)致部分地區(qū)上疊了中生代陸內(nèi)裂谷層系.新生代，歐亞－印度板塊的碰撞及其后的持續(xù)作用，誘發(fā)了西南地區(qū)廣泛而強(qiáng)烈的陸內(nèi)造山活動(dòng)，雙會(huì)地區(qū)理應(yīng)不可避免地受到不可忽視的影響.

3天寶山和大梁子礦床地球化學(xué)特征差異的構(gòu)造含義

雙會(huì)地區(qū)中、晚元古代的拗拉槽演化，造就了天寶山礦床所在的緊鄰安寧河一帶洋殼—準(zhǔn)洋殼型地殼類型和相關(guān)的活動(dòng)型火山－沉積組合以及大梁子礦床所在的遠(yuǎn)安寧河帶的準(zhǔn)陸殼型地殼類型及相關(guān)的次穩(wěn)定—穩(wěn)定型沉積組合.新元古代安寧河洋關(guān)閉碰撞，造就了天寶山一帶的造山帶基底和大梁子一帶的親板（陸）內(nèi)基底屬性.古生代被動(dòng)陸緣裂谷作用，一方面形成了2個(gè)礦床的容礦地層，另一方面使天寶山和大梁子地區(qū)基底受到程度不同的裂谷作用改造.晚古生代—中生代陸內(nèi)裂谷作用，一方面對(duì)雙會(huì)地區(qū)基底和蓋層進(jìn)一步改造，在局部形成陸內(nèi)裂谷層系蓋層，另一方面使其深部和淺部得以進(jìn)一步溝通.其間，印支期末，受三江地區(qū)中小洋盆關(guān)閉碰撞影響，沿先存斷裂（安寧河等）發(fā)生沿邊疊縮造山［4］，使天寶山一帶地殼的造山帶特征得以加強(qiáng).燕山晚期—喜馬拉雅期，印度河－雅魯藏布江洋關(guān)閉，印度－歐亞板塊碰撞及其后的持續(xù)作用，使揚(yáng)子板塊的地幔巖石圈沿先存縫合帶向青藏巖石圈俯沖，地幔軟流圈沿?fù)P子板塊巖石圈拆離帶上涌側(cè)侵，在雙會(huì)地區(qū)形成近東西向鼻狀地幔隆起帶.相應(yīng)地，表殼發(fā)生廣泛褶皺、斷裂和逆沖推覆，相伴深源煌斑巖侵位和構(gòu)造－巖漿－熱液成礦作用.構(gòu)造－巖漿－成礦熱液，實(shí)質(zhì)是構(gòu)造導(dǎo)入、驅(qū)動(dòng)，含深源巖漿因子，廣泛吸納了路徑附近的各種物質(zhì)成分，富含礦質(zhì)的復(fù)合熱液.其具體的物質(zhì)成分既受到深源巖漿熱液的影響，也受到所經(jīng)路徑物質(zhì)成分的影響.這種復(fù)合熱液在淺表具有儲(chǔ)、蔽條件的構(gòu)造－巖性空間改造，最終形成工業(yè)礦床.綜上所述，天寶山、大梁子礦床地球化學(xué)特征差異的構(gòu)造含義可表述為：晚燕山期—喜馬拉雅期，與陸內(nèi)俯沖－造山導(dǎo)致的地幔上涌、側(cè)侵有關(guān)的構(gòu)造－巖漿－熱液，在構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)下，沿構(gòu)造通道上侵，在發(fā)生過多次造山作用、基底和下部蓋層具有明顯造山帶特征、地殼多次加厚的雙會(huì)地區(qū)西部，形成天寶山礦床.在基底和下部蓋層受造山作用影響較弱的雙會(huì)東部地區(qū)，形成大梁子礦床.2個(gè)礦床的地球化學(xué)特征差異，本質(zhì)上是由中元古代以來長期地質(zhì)演化形成的兩地的構(gòu)造地質(zhì)背景差異決定的，也即，構(gòu)造－巖漿－熱液運(yùn)移路徑所在的物質(zhì)組成差異決定的.構(gòu)造－巖漿－成礦熱液，使得2個(gè)礦床微量元素特征既不同于沉積－改造型，也不同于巖漿熱液型.西部造山帶特征明顯的基底－蓋層，一方面使天寶山礦床打上造山帶烙印，另一方面加厚的地殼使得構(gòu)造－巖漿－熱液能較充分吸納路徑上的稀土元素，導(dǎo)致天寶山礦床具有比大梁子礦床高的稀土總量，同時(shí)，Ni、Co等反應(yīng)深部信息的元素濃度被稀釋.曾經(jīng)為洋殼—準(zhǔn)洋殼的近造山帶的基底和蓋層中比重較大的火成巖，致使天寶山礦床的硫同位素組成變化較小，更接近火成硫特征.曾經(jīng)為準(zhǔn)陸殼的遠(yuǎn)造山帶基底和蓋層中火成巖比例較小，致使大梁子礦床硫同位素向富重硫方向發(fā)展.

4結(jié)論

（1）雙會(huì)地區(qū)的天寶山和大梁子鉛鋅礦床，雖然賦礦層位相同、地質(zhì)宏觀特征相似，但微量元素、稀土元素、硫同位素、鉛同位素等地球化學(xué)特征存在明顯差異.（2）雙會(huì)地區(qū)，作為突兀于揚(yáng)子大陸西部康滇構(gòu)造帶東側(cè)的近東西向構(gòu)造帶，經(jīng)歷了中—晚元古代拗拉槽，新元古代碰撞造山，古生代被動(dòng)陸緣裂谷，晚古生代—中生代陸內(nèi)裂谷，喜馬拉雅期陸內(nèi)造山等地質(zhì)演化階段.其內(nèi)部，沿構(gòu)造帶走向，具體地質(zhì)環(huán)境存在差異.如，西部基底及蓋層含較高比例火成巖，具濃厚的造山帶特征.東部基底及蓋層具更多板內(nèi)特征.（3）礦床的宏觀地質(zhì)特征及地球化學(xué)特征顯示，天寶山和大梁子礦床，是與印度－歐亞板塊碰撞作用誘發(fā)的陸內(nèi)造山相關(guān)的構(gòu)造－巖漿－熱液，于晚燕山期—喜馬拉雅期形成的后成礦床.

作者：寇林林 張森 鐘康惠 單位：沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所 中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心 成都理工大學(xué)