云南德钦鲁春铜铅锌矿床硫铅氢氧同位素特征及地质意义

杨喜安, 刘家军*, 韩思宇, 汪 欢, 翟德高,刘月东, 罗 诚

(1.中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083; 2.云南迪庆矿业开发有限责任公司, 云南 德钦 674507)

0 引 言

鲁春铜铅锌矿床位于云南省德钦县城南东3 km处, 矿区面积约12 km2, 214国道从矿区西侧通过。研究区内群山绵亘、沟壑纵横、峭壁林立, 属金沙江中上游强烈侵蚀和切割的高山地貌。地理位置上位于著名的横断山区, 矿区海拔3000 ～ 4500 m。鲁春铜铅锌矿床最早于 1979年由云南地矿局第七地质队发现, 随后云南地矿局在此进行了大量的勘查工作, 1996后成都地质矿产研究所、西南地调中心、云南地质调查研究院等多家单位先后对鲁春铜铅锌矿床开展了一些科研和评价工作,一致认为鲁春铜铅锌矿床为 Cu、Pb、Zn、Au、Ag多金属矿床, 找矿潜力巨大。目前对鲁春铜铅锌矿床的成因存在不同的认识, 王立全等研究认为鲁春铜铅锌矿床为赋存在伸展环境下形成的鲁春-红坡牛场上叠裂谷盆地内的 Sedex型喷流-沉积块状硫化物矿床[1–2], 赵灿华等认为该矿床为热液矿床[3]。本文通过鲁春铜铅锌矿床硫铅氢氧同位素的研究, 来探讨其成矿物质来源, 这对进一步查明鲁春铜铅锌矿床的成因类型与找矿具有重要的意义。

1 矿区地质概况

王立全等认为鲁春铜铅锌矿床是金沙江成矿带中部一个十分典型的 Sedex型火山成因块状硫化物矿床[1]。区内印支期北北东向、北西向逆断层、喜马拉雅期北东向、北西向走滑断层发育[4–5]。区内出露三叠系地层(图 1), 由老到新为[3]: 中三叠统上兰组下段第一层(T2s1–1), 其下部为结晶灰岩和钙质板岩夹长石石英砂岩, 中部为绢云板岩夹硅质绢云板岩, 上部为绢云板岩夹变质石英砂岩; 第二层(T2s1–2): 其下部为深灰色绢云板岩和钙质板岩, 中部为绢云板岩夹泥质板岩和变质石英砂岩, 上部为绢云板岩夹泥质板岩。中三叠统上兰组上段第一层(T2s2–1), 其下部为绿泥板岩、钙质板岩, 中部为绢云泥质板岩、绿泥板岩、大理岩, 上部为绿泥绢云板岩、绢云板岩夹薄层状片理化流纹岩; 上段第二层(T2s2–2), 其下部为硅质绢云板岩夹绢云板岩, 中部为绢云板岩夹变质石英砂岩, 上部以绢云板岩为主,夹含碳质绢云千枚岩和片理化流纹岩。中三叠统攀天阁组下段(T2p), 其下部以片理化流纹英安岩为主,夹变质石英砂岩、硅质绢云板岩和泥质板岩, 中部为含碳绢云板岩夹泥质板岩、绢云板岩, 上部以蚀变流纹岩英安岩为主夹绢云千枚岩, 最顶部为浅灰白色绢云板岩。中三叠统攀天阁组下段(T2p)与下伏中三叠统上兰组(T2s)呈断层接触。

印支期岩浆岩主要为白茫雪山岩体。白茫雪山岩体的岩性为浅灰色中粒黑云母花岗闪长岩, 中粒等粒结构, 块状构造。主要由黑云母(15%)、角闪石(20% ～ 25%)、石英(20% ～ 25%)、斜长石(30%)和钾长石(10%)组成。可见暗色包体, 形态多呈椭圆形,与寄主岩石界限较清晰, 其矿物粒度明显小于寄主岩石。包体岩性为二长闪长岩, 主要由角闪石(40%)、石英(20%)、斜长石(25%)和钾长石(15%)组成[6]。局部有绿泥石化、黄(褐)铁矿化、磁黄铁矿化、夕卡岩化和角岩化等蚀变, 距岩体越近蚀变越强[3]。

喜马拉雅期花岗岩零星分布于研究区的南部,岩性为石英二长斑岩、花岗斑岩和二长花岗岩等。研究区的喜马拉雅期花岗岩是著名的金沙江-红河新生代富碱岩浆岩带的组成部分, 与喜马拉雅期铜钼金等矿化带的分布密切相关[7]。

鲁春铜铅锌矿床的容矿围岩为中三叠统上兰组上段的一套强绿泥石化、绢云母化、硅化的浅变质火山-沉积岩系, 赋存在近南北向的打郭-鲁春断裂(F1断层)东侧的次级断层中(图 1)。矿体总体倾向 70° ～ 120°, 倾角 25° ～ 76°, 长约 3 km, 近南北向分布, 呈透镜状、脉状产出, 断续出露, 厚度在1.06 ～ 16.35 m之间[8]。鲁春铜铅锌矿床分为南矿段和北矿段。

鲁春铜铅锌矿床南矿段(图 2a), 赋矿断层上盘为绿泥石板岩, 下盘为绢云母板岩。控矿断层产状76°35°, ∠断层上盘绿泥石板岩产状118°45°, ∠断层下盘绢云母板岩产状63°46°∠, 断层宽约27 m。断层下盘一侧发育断层泥, 厚 30 ～ 45 cm, 呈砂土状。断层内发育节理, 根据节理的排列方向, 推断此断层为逆断层。断层破碎带主要由破碎围岩、矿化角砾和矿化体等组成。断层破碎带强烈蚀变, 局部矿化达到工业品位, 民采矿洞沿断层破碎带线性分布(图2a), 显示了断层控矿的热液矿床特点。

图1 鲁春铜铅锌矿床地质图[1, 3]Fig.1 Geological sketch map of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit[1, 3]

鲁春铜铅锌矿床北矿段(图 2b), 赋矿断层上盘为绿泥石板岩, 下盘为绢云母板岩。控矿断层产状87°∠76°, 断层上盘绿泥石板岩产状 104°∠49°, 断层下盘绢云母板岩产状103°∠60°, 断层宽约33 m。断层上盘一侧发育断层泥, 厚约 17 ～ 40 cm, 呈泥状。断层面发育阶步(图2c)、擦痕(图2d), 断层上盘发育密集节理。根据断层上盘节理的排列方向(图2b), 推断此断层为逆断层。在断层破碎带内可见矿化断层角砾(图 2e), 矿体内有残余的围岩碎块, 硫化物沿裂隙分布(图 2f), 表明成矿热液沿断层裂隙侵入, 显示了断层控矿的热液矿床特点。

鲁春铜铅锌矿床圈定5个工业矿体(图1), 矿床规模为中型[3]。

图2 鲁春铜铅锌矿床矿体与围岩的断层接触关系Fig.2 The fault contact relations between the orebody and host rock in the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

KT1矿体: 矿区最主要矿体。赋存于上兰组上段第一层底部。顶板为绿泥板岩、薄层状大理岩; 底板为绢云绿泥板岩、流纹质安山岩, 含矿岩石为绿泥板岩、大理岩。矿体长 1760 m, 控制矿体斜深35 ～ 50 m, 厚度 0.52 ～ 6.69 m, 近南北向, 矿石品位Cu 0.3% ～ 2.76%, Pb 0.6% ～ 10.28%, Zn 0.88% ～15.71%, (Pb + Zn) 4.78%。

KT2矿体: 矿区主矿体。位于KT1 之(上)东侧,平行产出。与KT1矿体间距10 ～ 40 m, 赋矿层位同KT1, 含矿岩石为薄层大理岩及绢云板岩。矿体长2260 m, 矿体厚 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矿体: 位于 KT2之上东侧, 平行产出, 与KT2矿体间距10 ～ 40 m, 层位同KT2。顶板为砂质绢云板岩, 底板为砂质绢云板岩、绿泥绢云板岩, 含矿岩石为构造角砾岩。矿体长555 m, 厚0.99 ～ 6.74 m,近南北走向。矿石品位Cu 0.32% ～ 0.89%, 局部含Pb 2.08%, Zn 1.06% ～ 2.34%, (Pb +Zn) 4.42%。

KT4矿体: 位于KT3之上东侧, 特征与KT3类似, 但矿化不连续, 且规模较小, 矿体厚0.99 ～ 2.44 m,矿石品位Cu 0.61% ～ 1.6%。

KT5矿体: 沿打郭-鲁春断裂(F1断层)脉状产出。顶板岩石为流纹岩, 底板为流纹岩, 含矿岩石为构造角砾岩。矿体长185 m, 厚1.86 ～ 3.59 m。矿体产状与断裂一致, 北北西走向。矿石品位Pb 0.85% ～12.66%, Zn 0.086% ～ 7.51%, (Pb + Zn) 8.79%。

金属矿物为黄铜矿、辉铜矿、黄铁矿、闪锌矿、铁闪锌矿、方铅矿、磁铁矿和赤铁矿等。次生矿物为孔雀石、蓝铜矿、硅孔雀石、白铅矿和水锌矿。脉石矿物为方解石、石英、绿泥石、萤石、绿帘石和绢云母等。自形-半自形粒状结构、他形粒状结构、碎裂结构、包裹或包含结构、充填交代结构。浸染状构造、斑状构造、块状构造、脉状构造。

2 样品采集和分析方法

本次研究的样品 LC-3采自鲁春铜铅锌矿床南矿段 KT2矿体, LC-4-1、LC-4-2、LC-4-3、LC-9、LC-10、LC-11、LC-12、LC-13采自鲁春铜铅锌矿床南矿段 KT1矿体, 采样位置见图 1。用于测试的样品首先经过破碎, 然后在双目镜下挑纯。

4个样品的硫同位素分析在核工业地质实验室利用 MAT-251型质谱计完成。硫化物矿样以 Cu2O作氧化剂制备SO2, 分析精度为±0.2‰, 相对标准为V-CDT。

5个样品的铅同位素分析在中国地质科学院地质所同位素实验室完成, 铅同位素比值用多接收器等离子体质谱法(MC-ICPMS)测定, 所用仪器为英国Nu Plasma HR。对1 μg的铅208Pb/206Pb测量精度≤ 0.005%, NBS981标准值 (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个样品的氢氧同位素分析在中国地质科学院地质所同位素实验室完成。石英氧同位素和包裹体氢同位素采用MAT252型质谱测试。质谱分析样品的制备过程如下: 石英氧同位素分析采用传统的BrF5分析方法, 用 BrF5与含氧矿物在真空和高温条件下反应提取矿物氧, 并与灼热电阻-石墨棒燃烧转化成 CO2气体, 分析精度为±0.2‰, 相对标准为V-SMOW。石英包裹体氢同位素通过真空热爆法打开包裹体, 分离获得水, 将获得的水与锌反应, 获得可供质谱测试的氢气, 分析精度为±0.2‰, 相对标准为V-SMOW。

3 结 果

3.1 硫同位素

硫同位素测试样品采自鲁春铜铅锌矿床块状硫化物矿石中的黄铁矿、磁黄铁矿。测试结果表明(表1), 鲁春铜铅锌矿床的 4件硫化物样品的δ34S值均为正值, 在 3.5‰ ～ 6.8‰之间, 平均值为 5.3‰, 极差为3.3‰, 分布相对集中。

表1 鲁春铜铅锌矿床硫同位素组成Table 1 The S isotopic composition of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

3.2 铅同位素

鲁春铜铅锌矿床的5件硫化物样品的铅同位素成分比较均一(表 2),208Pb/204Pb=38.801～39.009,207Pb/204Pb = 15.662～15.752,206Pb/204Pb = 18.554 ～18.656。

3.3 氢氧同位素

鲁春铜铅锌矿床石英包裹体的δ18OV-SMOW、δDV-SMOW值分别为 10.2‰ ～ 11.8‰、−107‰ ～ −123‰。据 Clayton 的计算公式[9]: 1000lnα=δ18O矿物−δ18O水=3.38×106T−2− 3.4, 式中δ18O 含水矿物的测定对象为石英,T代表形成温度, 结果列入表3, 从表中看出,流体的值域为−2.74‰ ～ −1.25‰。

4 讨 论

4.1 硫铅氢氧同位素的来源

鲁春铜铅锌矿床的硫同位素组成变化范围在3.5‰ ～ 6.8‰之间, 极差为3.3‰。该矿床硫同位素组成单一, 具有明显的塔式分布特征(图 3), 硫同位素组成接近零值且均为正值表明成矿物质来自岩浆或地幔。王立全等对鲁春铜铅锌矿床进行了硫同位素地球化学研究[1], 研究结果表明,δ34S的值为12.6‰ ～ 14.7‰, 介于岩浆硫与海水硫之间(现代海水硫酸盐的δ34S平均值为 20.0‰±0.8‰), 暗示岩浆硫与海水硫混合, 硫同位素达到分馏平衡, 所沉淀的硫化物的δ34S值低于海水的δ34S值。川西马松岭铜矿床为火山成因块状硫化物矿床, 该矿床的δ34S的值为−1.5‰ ～ 15.9‰[10], 鲁春铜铅锌矿床δ34S的值在川西马松岭铜矿床δ34S的值域内, 表明鲁春铜铅锌矿床δ34S的值符合火山成因块状硫化物矿床的特点。鲁春铜铅锌矿床位于海拔3000 ～ 4500 m的山区, 野外观察具有一定的局限性, 鲁春铜铅锌矿床δ34S的值具有海水来源的特点意味着该矿床可能为Sedex矿床, 晚期与热液矿床叠加。

图3 鲁春铜铅锌矿床硫同位素组成直方图Fig.3 Composite sulfur isotopic histogram of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

表2 鲁春铜铅锌矿床铅同位素组成Table 2 The Pb isotopic composition of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

表3 鲁春铜铅锌矿床、羊拉铜矿床氢氧同位素组成Table 3 Hydrogen and oxygen isotopic compositions from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit and Yangla copper deposit

在矿石铅同位素的208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解中(图4), 样品点落在下地壳演化线与造山带演化线之间, 靠近地幔、造山带演化线一侧, 这与鲁春铜铅锌矿床形成于金沙江洋盆向西俯冲消减的构造背景相一致, 表明该铜矿床成矿物质铅来源于岩浆或地幔[12]。

图4 鲁春铜铅锌矿床金属硫化物208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(底图据[11])Fig.4 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb diagram of sulfides from the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

在成矿流体的氢氧同位素判别图中, 可以看出,该矿床成矿流体的投影点分布比较集中, 落在原生岩浆水的左下方区域内(图5), 表明其热液来源于岩浆, 在流体上升过程中, 与地层建造水或大气降水混合[14]。鲁春铜铅锌矿床样品点与羊拉铜矿床样品点的范围接近。滇西羊拉铜矿床位于鲁春铜铅锌矿床的北部, 该矿床矿体中辉钼矿的 Re-Os同位素模式年龄为(230.9±3.2) Ma[15]。鲁春铜铅锌矿床矿石铅的模式年龄均为正值, 在140.8 ～ 199.6 Ma之间, 平均值为 182.8 Ma, 接近羊拉铜矿床的成矿年龄。鲁春铜铅锌矿床、羊拉铜矿床分别赋存在白茫雪山花岗闪长岩体和羊拉花岗闪长岩体附近的逆断层中,白茫雪山花岗闪长岩体的年龄为232 Ma[6], 与羊拉花岗闪长岩的年龄(234.1 ～ 235.6 Ma)[15]一致。因此,鲁春铜铅锌矿床和羊拉铜矿床的成因相似, 均与该地区印支期花岗闪长岩体有密切的成因联系。羊拉铜矿床的硫铅碳氧硅同位素组成表明成矿物质来源于岩浆或地幔[16]。

图5 鲁春铜铅锌矿床图(底图据[13])Fig.5 diagram of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

4.2 矿床成因

鲁春铜铅锌矿床位于中咱-中甸板块和昌都-思茅板块之间的金沙江构造带中部。金沙江构造带经历了印支期裂隙盆地、洋盆扩张、俯冲消减等一系列构造演化过程和喜马拉雅期印度大陆与亚洲大陆的碰撞造山运动与成矿作用[17−21]。

早二叠世晚期, 金沙江洋盆向西侧的昌都-思茅板块俯冲消减。金沙江构造带受到东西向的挤压,形成了鲁春弧前盆地及一系列NNE向的逆断层, 并伴有大规模的火山岩浆活动。

金沙江洋盆向西低角度、较远地俯冲到大陆内部[22], 导致俯冲板片附近产生了温度梯度, 最高温度位于俯冲板块紧贴仰冲板块底板附近, 俯冲带上部的下地壳因高温发生变质作用并部分熔融。同时,地壳由于昌都-思茅板块和金沙江洋板块堆垛而增厚, 等温线上升, 诱发增厚下地壳发生部分熔融形成花岗质岩浆和相应的花岗岩。白茫雪山花岗闪长岩是金沙江洋盆俯冲消减过程中产生的花岗岩, 该岩体的年龄为232 Ma[6]。

在挤压阶段, 成矿流体和金属主要来自深部俯冲板片的变质脱水作用, 该逆断层因受挤压而紧闭,不能为成矿流体循环提供良好的通道致使浅部流体活动较弱, 难以有效淋滤地层中的成矿元素形成矿化。

晚三叠世早期, 俯冲板片断裂, 地幔上隆, 岩石圈减薄, 导致金沙江构造带由挤压环境转换为伸展环境。王立全等[18,23]、侯增谦等[20]、莫宣学等[24]、李勇等[25]认为晚三叠世早期金沙江构造带由挤压环境转换为伸展环境。在金沙江洋盆俯冲消减作用的挤压向伸展转变阶段, 是成矿作用的主阶段[26−27],俯冲带处于减压增温的特殊构造体制, 减压促进下地壳的熔融和流体的产生, 增温同样促进下地壳的熔融和流体的产生, 两者联合更能导致整个板块碰撞过程中最强烈的岩浆作用和流体作用。

在金沙江洋盆俯冲消减过程中, 地幔楔内产生了角流[28]。角流的循环原理是低密度物质上升, 高密度物质下沉。不断循环的角流使得地幔楔内聚集了大量的流体。这种流体含有成矿物质。在构造背景由挤压环境转化为伸展环境的转折期, 金沙江洋向西俯冲形成的逆断层由压性转为张性[29], 为成矿流体提供了容矿空间。向上侵入的岩浆为地幔楔内的成矿流体提供了通道[30]。在岩浆到达白茫雪山花岗闪长岩体底部后, 板状或面状分布的岩体是后期岩浆侵位的屏蔽层[31], 也是容矿构造的盖层。由于岩浆冷却速度较慢, 岩浆内的部分成矿流体进入白茫雪山花岗闪长岩体附近逆断层富集成矿(图6)。

图6 鲁春铜铅锌矿床成矿模式Fig.6 Schematic longitudinal section through the Luchun Cu-Pb-Zn deposit

5 结 论

(1)鲁春铜铅锌矿床的硫铅氢氧同位素表明成矿物质来源于地幔, 部分来源于岩浆。在成矿流体上升过程中, 有壳源物质的加入。

(2)早二叠世晚期金沙江洋盆向西俯冲形成了一系列逆断层。同时, 导致下地壳部分熔融, 引发大规模的火山岩浆作用。在晚三叠世早期, 构造背景由挤压环境到伸展环境的转折期, 这些逆断层具有张性的特点, 为后期的成矿热液提供了有利的容矿构造。上升的岩浆为地幔楔内的成矿流体提供了通道,岩浆内的部分成矿流体进入白茫雪山花岗闪长岩体附近的逆断层富集成矿。

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