黔东南从江那哥铜多金属矿床成矿流体来源的S-H-O同位素制约

杨德智, 周家喜, 王劲松, 刘金海, 刘永坤

(1.中国地质大学(武汉)武汉 430074;2.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室,贵阳 550002;3.贵州地矿局102地质大队,遵义 563003)

黔东南从江那哥铜多金属矿床成矿流体来源的S-H-O同位素制约

杨德智1,3, 周家喜2, 王劲松3, 刘金海3, 刘永坤3

(1.中国地质大学(武汉)武汉 430074;2.中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室,贵阳 550002;3.贵州地矿局102地质大队,遵义 563003)

从江那哥铜多金属矿床位于扬子陆块与华夏陆块过渡带上的江南造山带西南段,是本区多金属矿床的典型代表。为确定矿床的成矿流体来源,本文利用连续流动质谱和MAT-253等先进分析设备系统研究了矿床的S-H-O同位素组成。矿石硫化物的δ34SV-CDT值介于-2.7‰～2.8‰之间,均值为0.1‰,多数集中在-2.5‰～2.5‰之间,具有幔源硫特征,暗示成矿物质中硫来源于深部幔源;脉石石英包裹体的δDV-SMOW和δ18OH2O值,分别介于-60.7‰～-44.4‰之间和7.9‰～9.0‰之间,在δD和δ18O图解中,全部样品落入岩浆水和/或变质水范围内。S、H和O同位素结果表明存在地幔流体参与成矿,其赋矿浅变质沉积岩地层也为成矿提供了部分成矿流体。综合研究认为该矿床成矿流体具有多来源特征。

同位素地球化学 成矿流体 那哥铜多金属矿床

Yang De-zhi,Zhou Jia-xi,Wang Jing-song,L iu Jin-ha i,L iu Yong-kun.Isotopic constra int of S-H-O on ore-form ing fluids origin of the Congjiang-Nage Cu multiple-metallic ore deposit, Southeast Guizhou Province[J].Geology and Exploration,2010,46(3):0455-0461.

黔东南的从江那哥铜多金属矿床位于扬子陆块与华夏陆块过渡带上,即江南造山带的西南段(曾昭光等,2003),该矿床产于新元古代青白口系下江群甲路组(Qbj)和乌叶组(Qbw)浅变质沉积绢云母板岩及砂质板岩中,严格受近南北向的区域F1断裂(宰便深大断裂)及其次级断裂的控制,与加榜-那哥镁铁质侵入体(辉绿岩)呈接触关系,新元古代岩浆活动与矿床的形成密切相关(杨德智等,2010)。那哥铜多金属矿床以其矿化规模较大,与岩浆岩接触,严格受区域构造控制及勘查最高为本区多金属矿床的典型代表,但目前仅对该矿床进行了基础地质和少量的地球化学研究(杨德智等,2010),详细地球化学研究工作尚未开展,对矿床的成矿物质和成矿流体来源还不清晰,矿床的成因尚不明确,制约了成矿模式的建立和对找矿突破勘查的理论指导。众所周知,成矿流体来源是研究矿床成因的关键,同位素地球化学是示踪成矿流体的有效手段,而单一同位素数据可能会得出与地质事实不符的结论(Dejongheet al.,1989),本文系统介绍那哥铜多金属矿床S-H-O同位素组成资料,结合前人地质研究成果,进一步探讨其成矿流体的来源。

1 区域及矿床地质概况

区域大地构造位置位于扬子陆块与华夏陆块过渡带上的江南造山带西南段。该区内出露的地层主要为中元古界四堡岩群文通组(Pt2w)和新元古界青白口系下江群甲路组(Qbj)、乌叶组(Qbw)、番召组(Qbf)和拱洞组(Qbg),以浅变质沉积岩为主,主要为绢云母板岩及砂质板岩(杨德智等,2010)。构造以近南北向、北西向、北东向构造为主要格架,尤其以吉羊穹窿、加车鼻状背斜、宰便逆断层最为典型,并发育规模不等、方向各异的韧性剪切带,这些构造控制着多个区域矿(化)点(杨德智等,2010)。区内新元古代岩浆岩十分发育,岩类复杂,有超基性岩、基性岩、酸性侵入岩,其中以摩天岭花岗岩(桂北称三防岩体)规模最大,其形成于825Ma(曾雯等, 2005);镁铁质岩主要出露在宰便-加榜-大弄一带,年龄分布在年龄在830Ma～780Ma之间(曾雯等,2005;黄隆辉等,2007),其中那哥-加榜镁铁质岩体群出露规模较大,其出露范围约为4km2(图1)。

那哥铜多金属矿床位于加榜背斜西翼,赋存于上元古界青白口系下江群甲路组(Qbj)和乌叶组(Qbw)变质沉积岩中。构造以F1断层(宰便断层)为区域导矿构造,该断层走向大致为南北向,全长约34km,为区域性高角度正断层。倾向东、东南,倾角55°～80°,垂直断距300-500m,断层破碎带宽数米至十余米(图1、图2)。

那哥铜多金属矿床受F2断层控制,该断层走向近东西向,已知长约4km,倾角45°～85°,该断层北盘为下降盘,两盘均出露甲路组、乌叶组地层和镁铁质岩体,断层破碎带宽4～6m,破碎带岩石硅化、黄铁矿化明显,局部地段含矿,为张扭性断层,是主要的容矿构造。该矿床目前发现矿体2个,Ⅰ号矿体呈似层状、透镜状、脉状,赋存F2断裂破碎带中,主要赋矿围岩Qbj绢云母板岩、片岩及千枚岩,该矿体主要矿石矿物为方铅矿、黄铜矿,少量黄铁矿。Ⅱ号矿体与Ⅰ号矿体赋存于同一条矿化破碎带(F2断裂)中,两矿体相距约400m。主要矿石矿物是方铅矿,少量黄铜矿。

图1 黔东南宰便区域地质略图(据杨德智等,2010修改)Fig.1 S implified geologicalmap of Za ibian southeastern Guizhou Province (modified from Yanget al.,2010)

图2 矿床地质略图(据杨德智等,2010修改)Fig.2 Sketch map showing geology of the deposit(modified from Yanget al.,2010)

矿床中矿石结构主要为它形-半自形-自形晶粒结构。构造有条带状构造、角砾状构造、细脉状构造、浸染状构造、网脉状构造、块状构造等。主要矿石矿物有方铅矿、黄铜矿,少量闪锌矿,脉石矿物以石英、绢云母、陆源碎屑、黄铁矿、绿泥石、白云石为主,次为含钛矿物、电气石、铁泥质等。围岩蚀变多发育于脆-韧性断层破碎带、片理化及节理化部位和两侧围岩,主要有硅化(呈烟灰色)、方解石化、白云石化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化等,以硅化(呈烟灰色)、黄铁矿化、绿泥石化最为广泛(杨德智等,2010)。

2 样品及实验方法

样品采自那哥铜多金属矿床的探矿及采矿坑道不同位置,经粉碎至40目～60目,在双目镜下进行单矿物分选,挑选出的黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和石英使用超纯水超声清洗。硫同位素分析方法为将清洗干净的黄铁矿、黄铜矿和方铅矿用玛瑙研钵磨至200目以下,准确称取不同重量的矿物样品在中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室由安宁高级工程师采用连续流动质谱测量,仪器对δ34SV-CDT值的分析精度为±0.2‰(2σ)。氢和氧同位素分析方法为对清洗干净的石英在核工业北京地质研究院MAT-253上进行石英包裹体δDV-SMOW和石英δ18OV-SMOW值测试,其分析误差范围为±0.2‰(2σ)。

3 结果

21件矿石单矿物硫同位素结果见表1。由表1可见如下特征:

表1 那哥铜多金属矿床硫同位素组成(‰)Table.1 δ34SV-CDT values of the Nage Cu polymetallic ore deposit

1)矿石硫化物黄铁矿和黄铜矿富集重硫,方铅矿相对富集轻硫。1个黄铁矿δ34SV-CDT值为2.8‰,7件黄铜矿δ34SV-CDT值范围为0.6‰～2.7‰,平均为2.1‰,极差为2.1‰,13件方铅矿δ34SV-CDT值范围为-2.7‰～0.7‰,平均为-1.5‰,极差为3.4‰。

2)虽然有部分重叠,但总体上呈现δ34S黄铁矿> δ34S黄铜矿>δ34S方铅矿,同一手标本上这种特征更明显(如NG09-21),表明成矿流体中硫达到平衡(图3)。

3)矿石矿物δ34S值不具有明显差别,表明硫来源唯一,与幔源(±3‰)一致,表明硫来源深部幔源。

图3 硫化物δ34SV-CDT直方图Fig.3 Histogram showing δ34SV-CDTof sulfides

5件石英包裹体δDV-SMOW和石英δ18OV-SMOW值测试结果见表2。由表2可见,全部样品H、O同位素组成相对稳定,其δDV-SMOW值介于-60.7‰～-44.4‰之间,δ18OV-SMOW值介于14.9‰～16.0‰,根据理论在300℃(根据硫同位素平衡计算的温度)计算成矿流体中水的δ18OV-SMOW值介于7.9‰～9.0‰之间(郑永飞等,2000),在δDV-SMOW和δ18OH2O图解中,全部样品落入岩浆水与变质水重叠区域内(图4)。

4 讨论

地幔流体参与成矿已得到广泛论证,也是当今矿床学研究的前沿课题之一。李红阳等(1996)和牛树银等(1996)指出,地幔柱-热点活动可形成有利于成矿的“成矿物质大规模聚集的成矿物质场”、“驱动壳/幔成矿物质的热-化学交换和流体输导运移的成矿能量场”和“矿质迁移和沉淀的成矿空间场”,因而从根本上控制了“大矿集中区”的发育;刘丛强等(2001)例举了大量实例说明伴随地幔柱活动的岩浆作用过程中的地幔去气和岩浆去气作用形成的流体参与了成矿作用,黄智龙等(2004)将峨眉山玄武岩归为地幔柱活动的产物,并认为其与川滇黔铅锌矿成矿域内大面积铅锌成矿具有内在联系。国外较早开展地幔柱-热点成矿作用研究, Sawkins(1976)、Mitchell and Garson(1981)和Piragno(2000)分别总结了该领域的研究成果,发现自然界许多金属、非金属矿床成矿都与地幔柱-热点活动有密切联系。

图4 δD-δ18O图解Fig.4 D iagram ofδD vsδ18O

扬子地台周缘岩浆构造十分发育,这些岩浆活动的时期主要为830Ma～780Ma之间的新元古代(Li 1999;Liet al.,2003),对这些岩浆岩的成因和形成的构造背景存在3种认识:(1)认为华南新元古代早期(≥880 Ma)岩浆岩的形成与Rodinia超大陆聚合有关的四堡期造山运动有关,而新元古代中期(850～740Ma)的岩浆岩为板内非造山成因,其中830～795Ma和780～750Ma两个主要时期的岩浆活动很可能与导致Rodinia超大陆裂解的地幔柱-超级地幔柱活动有关(Liet al.,2002,2003, 2006;Liet al.,1995,2003,2007);(2)认为华南新元古代岩浆活动(特别是≥800Ma),是与洋壳俯冲消减于扬子地块之下的俯冲造山运动有关的大陆边缘岩浆岛弧,并认为新元古代时期扬子地块是一个被洋壳包围起来的孤立陆块(Liet al.,1995,1999, 2002;Liet al.,2009),扬子地块周缘的俯冲造山运动可能持续到820Ma或更晚,一些研究人员还认为华南很可能位于Rodinia超大陆的边缘或根本不属于Rodinia超大陆的一部分(Zhaoet al.,1994;Zhao and Zhou 2007;Zhouet al.,2000;Zhouet al.,2009); (3)认为扬子地块周缘新元古代岩浆活动是早期弧-陆碰撞、晚期伸展垮塌和大陆裂谷再造产物(Wanget al.,2004;Zhenget al.,2008;Zhouet al., 2004)。黔东南从江地区新元古代岩浆岩广泛分布,笔者通过对那哥-加榜镁铁质岩体S IMS锆石U -Pb定年和地球化学研究认为该镁铁质岩体形成年龄为约830Ma(笔者未发表数据),是在板内拉张环境下形成的,结合区域资料认为其为导致Rodinia超大陆裂解的地幔柱活动的产物。

对那哥铜多金属矿床地质地球化学的初步研究(杨德智等,2010),认为那哥-加榜岩体与成矿关系密切,特别是Pb同位素数据显示矿床的矿石Pb同位素介于赋矿浅变质地层千枚岩和那哥镁铁质岩体辉绿岩的Pb同位素组成之间(图5),矿石铅和最近获得的硫化物单矿物铅模式年龄均约为550Ma (未发表数据),该时间为Rodinia超大陆最终裂解时间(黄隆辉等,2007),表明岩浆活动可以为成矿提供成矿流体和成矿热动力。

硫同位素结果显示该矿床的成矿流体中的硫来源于深部(Chaussidonet al.,1989),同时δ34S黄铁矿> δ34S黄铜矿>δ34S方铅矿,指示硫同位素达到平衡。根据Kaj iwara and Krouse(1971)和Czamanske and Rey (1974)平衡硫同位素分馏温度计算公式:Δ34S=δ34Sa-δ34Sb=A＊106/T2,利用Δ34S黄铁矿-黄铜矿、Δ34S黄铁矿-方铅矿,Δ34S黄铜矿-方铅矿,求得硫同位素平衡温度为250-550℃,平均约300℃,暗示其形成温度较高。根据硫同位素平衡计算温度和石英流体包裹体均一温度(笔者未发表数据),取300℃为成矿温度,依据该温度计算流体中的δ18OV-SMOW(δ18OH2O计算公式为1000lnα石英-水=4.48×106/T2-4.77×103/ T+1.71,郑永飞等,2000)和测试流体包裹体中δDV-SMOW值在δDV-SMOW和δ18OV-SMOW图解中,全部样品落入岩浆水与变质水区域内(图4),表明成矿流体为岩浆水和/或变质水。

图5208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(据杨德智等,2010)Fig.5 D iagram of208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (modified from Yanget al.,2010)

该矿床的矿石稀土元素组成具有轻稀土富集特征(未发表数据),而赋矿地层及岩体也具有轻稀土富集特征,在球粒陨石标准化图中(图6),矿石、赋矿围岩及岩体均具有Eu和Ce不明显异常特征,且配分模式也具有相似性。众所周知,近年来,稀土元素在示踪成矿流体来源方面得到了广泛应用,那哥铜多金属矿床矿石的稀土元素组成和配分模式与赋矿浅变质岩(板岩及千枚岩)及镁铁质侵入岩体(辉绿岩)具有相似性,暗示成矿流体中稀土来源赋矿地层及幔源岩浆活动,具有多来源特征。

图6 稀土元素球粒陨石标准化配分图(实线空心为矿石样品;实线实心为地层样品;虚线空心为岩体样品)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(Hollow real l ine for the ore samples;solid real l ine for the hosted stratum samples;hollow broken line for the mafics rock samples)

5 结论

1)δ34SV-CDT值介于-2.7‰～2.8‰之间,与幔源δ34SV-CDT值相似,暗示成矿物质中硫来源于深部幔源。

2)δDV-SMOW和δ18OV-SMOW值分别介于-60.7‰～-44.4‰和14.9‰～16.0‰,在δDV-SMOW和δ18OV-SMOW图中,全部样品落入岩浆水与变质水区重叠区域,表明成矿流体具有混合特征。

致谢 本文野外工作得到中科院地化所范良伍博士、贵州地矿局102地质队的杜国华队长及陈远兴工程师和曾继富工程师的大力支持和帮助,在此向他们及匿名评委和引文作者表示感谢!

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[附中文参考文献]

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Isotopic Constra int of S-H-O on Ore-Form ing FluidsOrig in of the Congj iang-Nage CuM ultiple-M etallic Ore Deposit,Southeast Guizhou Province

YANGDe-zhi1,3ZHOU Jia-xi2WANG Jing-song3L IU Jin-hai3L IU Yong-kun3
(1.China University of Geosciences(W uhan),W uhan 430074;2.State key Laboratory of O re Deposits Geochem istry,Institute of Geochem istry,Chinese Academ y of Science,Guiyang 550002; 3.The102Geological Team,Guizhou Bureau of Exploration and Developm ent of Geology and M ineral Resources,Zunyi 563003)

The Nage Cu multiple-metallic ore deposit is located in the transitional zone of the Yangtze craton and Cathaysia,which is the southwest of Jiangnan orogenic belt,and is a representative ore deposit of this region.Isotopic geochemistry of S,H and O is analyzed in this paper to help understand the sources of the ore-for ming fluids.Theδ34SV-CDTvalues of the ores sulfides show a total range from-2.7‰to 2.8‰,the average value is 0.1‰,and most of them are between-2.5‰and 2.5‰,indicating that the sulfur should be originated from the mantle material.TheδDV-SMOWand δ18OH2Ovalues of the gangue quartz inclusion range from-60.7‰to-44.4‰and from 7.9‰to 9.0‰,respectively.In the diagram ofδD versusδ18O,all samples fall into the region ofmagmatic and/ormetamorphic water,which means that the ore-forming fluidswere provided by the mantle and/or the hosted-metamorphic sedimentary rocks.Thiswork suggests that the mineralization fluids of this deposit have a characteristic ofmultiple sources.

isotope geochemistry,ore-for ming fluids,Nage CuMultiple-metallic ore deposit

book=5,ebook=134

P597+P618.4

A

0495-5331(2010)03-0455-07

2010-04-28;[责任编辑]郑 杰。

国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(2007CB411402)、中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室开放基金(2009014)和中科院地化所与贵州地矿局102队合作项目资助。

杨德智(1981年-),男,毕业于贵州大学,在读硕士研究生,工程师,从事矿产勘查和研究工作,E-mail:ydz102@ 126.com。

周家喜(1982年-),男,博士,主要从事元素和同位素地球化学研究,E-mail:jarcyz@163.com。