云南会泽铅锌矿床硫同位素问题探讨

钟康惠，廖 文，宋梦莹，张勇强

（1.国土资源部 构造与成矿成藏重点实验室，成都610059；2.成都理工大学 地球科学学院，成都610059）

云南会泽铅锌矿床包括矿山厂和麒麟厂2个矿段，规模达超大型。众多科技人员针对会泽铅锌矿床开展了大量科研工作，对矿床的成功勘查起到了非常重要的作用。就矿床硫同位素而言，先后有不同学者进行研究［1－7］。但因研究时工程控制不到位或样品选取不当等原因，有关矿床硫同位素组成特征以及硫源判别等认识方面存在问题，影响到对矿床成因的正确认识，不利于矿床的进一步勘查。笔者拟根据所在团队的研究，对上述问题进行再探讨。

1 矿床地质简介

会泽铅锌矿床处于川滇黔被动陆缘－陆内裂谷褶皱造山系内，产于会泽地堑褶皱亚带之金牛厂－矿山厂褶断带。该褶断带发育矿山厂、麒麟厂、银厂坡3条上冲断层，呈叠瓦状，是会泽铅锌矿床的导矿和容矿构造（图1）。

矿区主要容矿层为下石炭统摆佐组粗晶白云岩夹灰岩，次要容矿层为上泥盆统宰格组上段粗晶白云岩与灰岩互层。晚二叠世喷溢玄武岩，厚717～2044m，覆盖于茅口组灰岩之上，其中常见斑点状或片状自然铜。

北东向金牛厂－矿山厂褶皱上冲断裂带控制矿床产出。其中，上冲断层导矿，与断裂配套的裂隙系统及层间剪切裂隙系统容矿。成矿物质来源复杂，既有上地幔－下地壳玄武质熔融体去气作用形成的含金属元素而贫硫的流体，又有储存于容矿层的富硫（硫酸盐）、偏碱、高成矿金属元素丰度［8，9］的海水溶液，属壳幔混源［10－12］。

矿床勘查深度＞1km，上部为氧化矿，中部少量混合矿，深部为硫化矿。铅锌氧化矿物主要为菱锌矿和白铅矿。硫化物矿物组合简单，主要有黄铁矿、闪锌矿和方铅矿等。脉石矿物主要为方解石。

2 矿床硫同位素组成特征问题

2.1 前人厘定的矿床硫同位素组成特征剖析

图1 会泽超大型铅锌矿床地质图Fig.1 Geological map of the Huize supergiant Pb－Zn deposit

关于会泽铅锌矿床硫同位素组成特征，以李文博等［7］、韩润生等［8］研究较为系统（表1）。但是，李文博等与韩润生等厘定的会泽铅锌矿床硫同位素组成特征存在明显差异。

为了探明造成这种差异的原因，笔者结合自身研究对他们的文献进行了研读，认为他们在样品与测试数据选取、所得硫同位素组成特征及其解释等方面，均存在一定问题，现剖析如下。

李文博等［6］由于取样代表性不足，样品位置局域集中（例如，矿山厂1号矿体采集了18件样品，其中14件样品采自5块手标本；麒麟厂6号矿体11件样品采自5块手标本；10号矿体共采集13件样品，其中12件样品采自4块手标本；8号矿体采集了22件样品，其中11件采自同一钻孔，样品间距不足1m），由此可能会导致系列不当认识或解释。

表1 李文博和韩润生厘定的会泽铅锌矿床硫同位素组成（δ34S／‰）Table 1 Sulfur isotope compositions of the Huize giant Pb－Zn deposit determined by Li Wenbo and Han Runsheng

a.李文博等认为矿山厂氧化带硫化物矿物δ34S值较低，系“原生矿石氧化过程是一个脱重硫过程”所致［6］，进而舍弃氧化带中硫化矿物δ34S数据，因此，可能会误判矿床硫同位素组成。

一方面，廖文曾对采于矿山厂氧化带的方铅矿和闪锌矿样品曾进行严格检查，未发现有硫酸盐污染，即不存在硫化物矿物受氧化作用影响［1］。

另一方面，氧化作用对硫同位素的影响，不仅不会脱重硫，而且会增加重硫。因为，氧化作用可使还原态硫转变成氧化态硫；氧化态硫比还原态硫含有更高的34S［13，14］。因此，李文博等所谓“原生矿石氧化过程是一个脱重硫过程”的认识可能是不正确的。

李文博等据“原生矿石氧化过程是一个脱重硫过程”的认识，舍弃氧化带全部δ34S值，直接影响了对方铅矿、闪锌矿（氧化带未采集到黄铁矿）硫同位素组成特征的判断（见表1）。

b.李文博等认为由于矿山厂Ⅰ号矿体深部硫化矿体局部存在弱氧化现象，导致了矿山厂Ⅰ号矿体深部硫化矿的方铅矿和闪锌矿δ34S值低于麒麟厂硫化矿体对应矿物的δ34S值。

据廖文［1］对矿山厂的研究，包裹体均一温度最高的样品，位于金牛厂－矿山厂上冲断层与容矿层接触处，在坑内随着取样位置海拔高度的降低，包裹体均一温度亦降低（表2），显示成矿流体沿导矿断裂上移，至容矿层后，转而向下运移。

表2 矿山厂Ⅰ号矿体方解石均一温度与方铅矿δ34S值的关系Table 2 Relationship between the homogenization temperature for calcite andδ34S value for galena of Kuangshanchang No.1ore body

众所周知，成矿流体晶出硫化物时，硫同位素配分要受交换动力学参数的影响。由于32S的交换速率大于34S，致使早期晶出的硫化矿物富32S；随着成矿作用的进行，流体中的32S的浓度会不断降低，34S的浓度会相对升高，导致晶出矿物的δ34S值不断增高。这是硫同位素组成出现空间变化的重要原因［15，16］。

经查，李文博等在矿山厂的取样位置海拔高度约为1600m，而麒麟厂的取样位置海拔高度约为1350km，高差达250m左右。

因此，矿山厂Ⅰ号矿体深部硫化矿体的方铅矿和闪锌矿的δ34S值低于麒麟厂硫化矿体的方铅矿和闪锌矿的δ34S值，实应系样品高差所致，并非矿山厂深部硫化矿体受氧化所致。

c.李文博等根据麒麟厂深部样品黄铁矿δ34S值的极差仅为3.07‰，认为同一矿体相同矿物的δ34S值极差非常小。

经查，李文博等的麒麟厂深部样品均采于1.35m左右的深度，Ⅵ号、Ⅷ号、Ⅹ号矿体，采样高度几无差异。

因此，麒麟厂深部样品的黄铁矿δ34S差异仅为3.07‰，实系取样过于集中无法反映δ34S值的空间变化所致，而非存在“同一矿体相同矿物的δ34S值极差非常小”的规律。

韩润生等则因样品选取、数据应用与舍弃问题，也可能产生系列不当的认识或解释。

a.由于同样认为“原生矿石氧化过程是一个脱重硫过程”，舍弃了氧化带全部硫同位素数据，致使方铅矿δ34S极差减小为4.97‰（见表1）。

b.由于将2个低δ34S值（3.16‰，5.72‰）的矿化围岩黄铁矿样品列为矿床黄铁矿样品，造成黄铁矿δ34S值极差甚大（12.65‰）假象。

c.由于引用问题数据，造成闪锌矿δ34S极差甚大（11.69‰）。

韩润生等引用了1个闪锌矿δ34S＝23.49‰的数据［6］。然而，硫化物的硫同位素平衡分馏时，黄铁矿（py）、闪锌矿（sp）、方铅矿（gl）的硫同位素具有δ34Spy＞δ34Ssp＞δ34Sgl特点；可是矿床的黄铁矿δ34S最高值仅为17.42‰，显然闪锌矿δ34S＝23.49‰是个问题数据。经查，李文博等同一编号样品闪锌矿δ34S值为13.62‰，由此也证实上述判断。

2.2 矿床硫同位素组成特征的再厘定

笔者认为，正确厘定硫化物矿床的硫同位素特征，对矿床硫源判定和成矿机理分析至关重要，其依据的样品必须采自矿体内且分布合理，数据必须准确无误。

在全面搜集矿床相关硫同位素资料基础上，遴选出80件样品的134组可用数据（表3），其中闪锌矿硫同位素数据57组、方铅矿数据58组，样品涵盖矿体上部（海拔高度2380m）至现勘探深度（海拔高度1250m），基本上控制了整个矿床；黄铁矿数据32组，样品分布的海拔高度为1931～1250m，缺失氧化带样品，仅控制矿床下部的硫化矿带。从样品的空间分布看，能够较真实地反映矿床的硫同位素组成特征。

对所遴选的134组数据进行分析发现，会泽铅锌矿床的硫同位素组成特征（图2）为：方铅矿δ34S值的变化范围为4.8‰～14.5‰，极差为9.7‰；闪锌矿δ34S值的变化范围为 6.9‰ ～16.0‰，极差为9.1‰。矿床下部硫化矿带的黄铁矿δ34S值的变化范围为12.1‰～17.4‰，极差为5.3‰；总的δ34S值的变化范围为4.8‰～17.4‰，极差为12.6‰。

3 矿床硫源判别问题

3.1 前人有关矿床硫源认识的剖析

前人有关矿床硫源的认识，总的有单一来源和多来源2类；而且，无论持单一来源认识，还是持多来源认识，均认同海水蒸发膏盐层为矿床主要硫源。这些认识，由于赖以立论的硫同位素组成认识存在问题或引用理论不当，颇值商榷。现逐一剖析如下。

3.1.1 关于膏盐层硫源

几乎所有研究者都认为石炭系以下各个海水蒸发膏盐层构成矿床的主要硫源，甚至是惟一硫源。

表3 会泽超大型铅锌矿床硫同位素组成Table 3 The sulfur isotope compositions of the Huize supergiant Pb－Zn deposit

（续表3）

图2 会泽超大型铅锌矿床硫同位素组成直方图Fig.2 The histogram of sulfur isotope composition of the Huize supergiant lead－zinc deposit

认为膏盐层构成矿床惟一硫源的学者，以柳贺昌等［5］和廖文［2］为代表，提出了混合和非混合2种模式。

柳贺昌等的混合模式认为，由玄武岩浆分离出来的含成矿金属物质的流体，在上升途中带入膏盐卤水，形成成矿热卤水，进入容矿层后成矿［5］。

然而，含成矿金属物质的流体，不仅温度高，而且含有丰富的Fe2＋。由于Fe2＋是硫酸盐最好的还原剂［17］，可使氧化态的膏盐硫还原成还原态硫，即生成硫化物矿物而沉淀，将导致成矿热卤水未进入容矿层即成矿。

廖文的非混合模式认为，膏盐层溶解成膏盐卤水，在增高的地温驱动下，沿着另一构造体系上升至容矿层，与经导矿构造搬运至容矿层的含成矿物质的流体相遇而成矿［12］。

然而，一方面，非混合模式设想的条件是无法满足的；另一方面，矿相学研究发现矿石中存在多种硫盐矿物（铜磁黄铁矿、砷黝铜矿、硫铋铜矿、灰硫砷铅矿等），说明成矿时矿液温度曾迅速下降，不可能是上升的热膏盐卤水：也不支持这一模式。

综上所述，膏盐层硫源，无论混合模式，还是非混合模式，都是不可能的。

3.1.2 关于矿床硫源多源

韩润生等持矿床硫源多源观点［8］。他们依据δ34S值将硫源分为3类，认为：①δ34S值在10‰～15‰之间为海水硫酸盐硫，是主要硫源；②δ34S值在16‰～23‰之间为来自蒸发岩（盐）的硫；③δ34S值在3‰～5‰之间，可能与岩浆热液有关。

然而，对于海水硫酸盐，韩润生等［7］并未言明判据的出处，无法置评。

对于蒸发岩（盐）硫源，一方面，前已述及，是不可能的。还需要特别指出的是，韩润生等赖以判定蒸发盐硫的低δ34S数据（16‰）源于1件石膏样品［8］，而用硫酸盐硫替代硫化物硫，是不对的。另一方面，由表3列出的4个共生矿物组，其中黄铁矿δ34S值均＞16‰（属蒸发硫盐），而与其共生的闪锌矿或方铅矿的δ34S值均＜15‰（属海水硫酸盐硫），即共生矿物之硫源各异，显然分类是不合理的。

对于岩浆硫源，其赖以判断的低δ34S值黄铁矿，李文博等称之为 “地层中的黄铁矿”［7］，不能作为矿床硫化物硫源判据。一般认为，在低温条件下，海水硫酸盐经细菌还原作用或有机还原作用生成低δ34S值的黄铁矿。显然，这种δ34S值黄铁矿与岩浆热液无关。

因此，矿床多硫源论也是不成立的。

3.2 矿床的理想硫源及成矿机理

会泽铅锌矿床容矿层为形成于海退环境的摆佐组顶部海退粗粒结晶白云岩［8，19］。由于外海低盐度海水对内海的补给受限，利于形成高盐度潟湖；同时，海平面的下降又导致大量陆源淡水注入潟湖，发生冲淡作用，使饱含Ca2＋和Mg2＋的潟湖沉淀出结晶白云岩［20］，并饱含被冲淡了的海水硫酸盐。

种种地质特征表明，容矿层的层间海水硫酸盐是理想的硫源。

a.结晶白云岩层间海水硫酸盐其δ34S值约为18‰［21］。高温（＞250℃）而富含成矿金属元素（包括Fe2＋）的成矿流体，在注入容矿层时，将使层间海水硫酸盐发生无机还原作用，生成还原态硫，其δ34S值变化于－5‰～20‰［17］。

会泽铅锌矿床的硫化物矿物δ34S值为4.8‰～17.4‰，极差为12.6‰，恰在这个范围之内［12］，显示其硫源来自容矿层的层间海水硫酸盐。

另外，在会泽铅锌矿床，成矿流体于容矿层外留下多处大块方解石，却找不到硫化物矿物；只有当含成矿金属元素的成矿流体进入容矿层之后，才形成铅锌矿体。这也表明硫源来自容矿层内。

b.中国科学院地球化学研究所（1977）对矿山厂矿物流体包裹体的研究认为，成矿流体为低盐度高密度溶液；尔后，韩润生等获得了大量中等盐度流体包裹体数据，显示容矿层的层间海水硫酸盐受成岩时的冲淡作用的影响而降低了盐度［7］。

c.经包相臣老师的精心鉴定，在会泽铅锌矿床的大量矿石标本中已发现多种硫盐矿物，如：铜磁黄铁矿（CuFeS2·FeS）、砷黝铜矿（4Cu2S·As2S3）、硫铋铜矿（Cu3BiS3）、灰硫砷铅矿（4PbS·As2S3）等。硫盐矿物的出现，显示成矿时发生过温度迅速下降，例如：铜磁黄铁矿出溶成黄铜矿和磁黄铁矿的温度为350～400℃［22，23］，只有温度迅速下降才不会出溶，进而形成铜磁黄铁矿。而高温含矿流体温度迅速下降，可能与其受层间低温海水硫酸盐溶液冷却作用有关。

d.会泽铅锌矿床只有纯液相和液相包裹体，未见气相包裹体。包裹体的类型单一，显示成矿过程未发生沸腾作用［24］。矿床中大量细粒硫化物矿物以及显示温度迅速下降的硫盐矿物的存在，最可能的原因就是高温成矿流体缓慢注入充满温度较低的海水硫酸盐溶液的溶洞，而非直接进入减压空间。

e.会泽铅锌矿床的矿体与围岩界限清晰，形态具有喀斯特的特征（图3），极可能系成矿流体注入白云岩中因海水硫酸盐潜蚀而形成的溶洞所致［25］。

f.会泽铅锌矿床的规模达超大型，可能与成矿流体注入白云岩中因海水硫酸盐潜蚀而形成的溶洞有关。因为，一方面，硫化物矿物的沉淀将产生H＋，使成矿流体的pH值降低；另一方面，海水硫酸盐的喀斯特作用产生OH－，使pH值升高。上述2种作用同时发生，就能使成矿流体始终保持中－微碱性，从而使成矿作用持续进行，规模不断增大［26］。

图3 会泽铅锌矿床矿体形态示意Fig.3 Schematic of the orebody shape of Huize lead－zinc deposit

综上所述，会泽铅锌矿床可能的成矿机理是：源于上地幔－下地壳的高温、贫硫、富成矿金属元素（包括Fe2＋）的成矿流体，沿导矿断裂上移，至容矿层后，转而向下运移，与层间海水硫酸盐相遇并将其不断还原，持续成矿，最终形成超大型铅锌矿床。

4 结论

a.确定矿床硫同位素组成特征，样品应为矿床的主要硫化物，样点应控制整个矿床。

b.会泽铅锌矿床硫同位素特征为：方铅矿δ34S＝4.8‰～14.5‰，极差为9.7‰；闪锌矿δ34S＝6.9‰～16.0‰，极差为9.1‰。矿床下部硫化矿物的黄铁矿δ34S＝12.1‰～17.4‰，极差为5.3‰；总 的 δ34S＝4.8‰ ～17.4‰，极 差 为12.6‰。

c.成矿流体至容矿层后，转而向下运移，具自上而下流动特点，导致上部早期形成的硫化物矿物富轻硫，向下较晚晶出的硫化物矿物的含量随着深度增加而增高。

d.矿床硫源来自容矿层的层间海水硫酸盐。

e.成矿机理为：源于地壳深部的高温、贫硫、富金属（包括Fe2＋）的成矿流体沿导矿断裂上移，至容矿层后，转而向下运移，与层间海水硫酸盐相遇并将其不断还原，持续成矿，最终形成超大型铅锌矿床。

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