华南印支期湘东北三墩铜铅锌多金属矿岩浆热液成因：稀土元素和硫同位素证据

张 鲲，徐德明，胡俊良，卢友月，黄 皓

(中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205)

华南印支期湘东北三墩铜铅锌多金属矿岩浆热液成因：稀土元素和硫同位素证据

张 鲲，徐德明，胡俊良，卢友月，黄 皓

(中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205)

本文对三墩铜铅锌多金属矿进行了系统矿石微量元素、矿石硫化物S同位素研究，并结合矿床地质特征探讨其矿床成因。微量元素结果表明：三墩铜铅锌多金属矿成矿元素Cu、Pb、Zn明显富集，Ag、Au比较富集。稀土元素研究表明，矿石稀土总量较低，稀土模式配分曲线与花岗岩稀土模式配方曲线类似，成矿作用与岩浆作用相关。硫同位素分析结果暗示矿床硫同位素主要来自上地幔或下地壳的深源岩浆，有部分围岩地层物质的混入。矿床为中低温岩浆热液充填矿床。

幕阜山岩体；岩浆热液；S同位素；钦杭成矿带

钦杭结合带是扬子和华夏两个古陆块于新元古代碰撞拼接所形成的板块结合带[1-2]，其南西起自广西钦州湾，经湘、赣往北东延伸至浙江杭州湾，总体呈NE向反S状弧形展布。钦杭成矿带是沿着钦杭结合带两侧扩展而新圈定的一个重要成矿带，该带成矿地质条件优越，开展地质大调查工作以来，相继在该成矿带内心发现一批大中型矿床，找矿突破成果显著[3]。对成矿带内一些典型矿床进行系统全面的研究对了解区域成矿地质条件、矿床成因、矿床分布规律等具有重要意义。

湖南省岳阳市平江县三墩乡三墩铜铅锌多金属矿位于钦杭成矿带中段幕阜山岩体南缘，是钦杭成矿带部署的幕阜山-望湘铜金钨多金属找矿远景区重点调查研究矿床之一。三墩铜铅锌多金属矿在1∶20万平江幅和1∶5万虹桥幅都有提及，又称梅树湾-栗木铜铅锌多金属矿床，依据矿床地质特征，判定为中-低温热液充填型矿床[4-5]。本文在野外地质调查的基础上，通过稀土元素地球化学和硫同位素研究探讨其矿床成因。

1 地质背景

图1 三墩铜铅锌多金属矿区地质简图Fig.1 Geological Sketch map of Sandun area

矿区位于幕阜山岩体南部与冷家溪群接触带附近，新华夏系天府山-幕阜山断裂与枫林-浆市断裂复合处北西侧。矿区出露地层比较简单，主要为冷家溪群第三岩组浅变质岩，其中有大量伟晶岩岩脉及石英脉穿插（图1）。区内断裂构造发育，其中以北北西向和近南北向断裂最为发育，延伸稳定、规模较大，断裂带内构造透镜体、石英脉、角砾岩等发育。区内岩浆活动强烈，出露幕阜山岩体。1∶20万区域地质调查时将幕阜山岩体的侵入活动划分出了两期四次侵入[4-5]，燕山早期侵入体岩性主要为黑云母二长花岗岩；燕山晚期三次侵入体岩性分别为：中粗粒二云母二长花岗岩，中粒黑云母二长花岗岩，细粒二云母二长花岗岩。区内主要出露幕阜山岩体燕山晚期第一次侵入体，在矿区东北角还见出露有燕山早期侵入体和燕山晚期第三次侵入体。矿区内还有大量伟晶岩脉、石英脉分布，伟晶岩脉分布在燕山早期岩体及冷家溪群中，石英脉主要分布在燕山晚期第一次侵入体内，少量延伸至冷家溪群中。

2 矿床地质特征

矿区内热液活动强烈，硅化显著，尤其在断裂带内硅化现象最为明显，往往被石英脉充填，石英脉除少数呈透镜状产出外，大部分呈整脉状充填在断裂带内。矿区内已探明的有19条含矿石英脉，总体上呈“帚状”分布（图1），其中形成工业矿体的含矿石英脉有4条，皆呈脉状、透镜状产出，其走向为北北西向，倾向为北东东向。矿脉形态不规则，厚度变化，有时在数米范围内可见矿脉呈弧形弯曲和宽窄变化现象。矿体规模有限，厚度及延深均不大，沿地表不连续，沿倾斜方向迅速尖灭。矿化极不均匀，品味变化较大。一般在断层构造带的中部，断裂构造转折处，两组断裂相交处，硅化、绿泥石化强烈处，北北西向断裂（节理）带中，形成较富的矿体。

金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铜矿（图2），次为斑铜矿、黄铁矿，偶见磁黄铁矿、辉铜矿、蓝铜矿、砷黝铜矿。脉石矿物主要有石英、萤石，其次绿泥石、方解石、重晶石。次生矿物主要为褐铁矿，偶见孔雀石、铜蓝。矿石结构主要有自形、半自形、它形粒状结构以及交代残留、网状、镶嵌状结构等。矿石构造主要为浸染状、斑块状、条带状、角砾状、块状等构造，近地表风化还可见蜂窝状构造。

根据矿物共生组合及其相互关系大致可以分为两个成矿阶段，即：第一成矿阶段，主要由石英、萤石、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿组成；第二成矿阶段，主要由石英、重晶石、少量方铅矿、闪锌矿、方解石组成。围岩蚀变有绢云母化、绿泥石化、硅化、萤石化，偶见碳酸盐化、重晶石化等，其中萤石化与矿化关系密切，绿泥石化强烈处往往铜矿品位较高。

3 样品采集及测试方法

本次研究主要对三墩铜铅锌多金属矿区不同种类矿石进行微量元素测定，矿石样品均采自于三墩铜铅锌多金属矿床采矿平垌。围岩花岗岩SD1-4和SD1-5采自于矿体直接共生的花岗岩；花岗岩SD2-2、SD3-1和SD4-1采自于矿脉边部离平硐约200 m的地表露头（113°45.626′，28°52.622′）。

主、微量元素测试在中国地质调查局武汉地质矿产研究所中南矿产资源监督检查中心进行（前者用X-射线荧光光谱法XRF，后者用ICP-MS法），花岗岩的主量元素已另文发表，本文不再累述。地球化学参数计算与图解生成使用GeoKit软件[6]完成。

选取了14件矿石硫化物样品进行硫同位素分析。将样品破碎至40-80目后，在双目镜下挑选纯净的方铅矿、黄铜矿、闪锌矿，纯度达到98%。硫化物挑选由廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。硫同位素样品分析在中国地质调查局武汉地质矿产研究所中南矿产资源监督检查中心进行。

4 分析结果

4.1 微量元素

图2 三墩铜铅锌多金属矿石英脉和矿石照片Fig.2 Photograhs of the quartz veins and the ore hand sample for Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

三墩铜铅锌多金属矿床矿石样品的微量元素测试结果见表1，矿石成矿元素Cu、Pb、Zn明显富集，Ag、Au比较富集。三墩铜铅锌多金属矿矿石球粒陨石标准化[7]稀土元素配分模式图显示（图3），矿石具有LREE相对富集、HREE平坦分布的特征，矿石样品中稀土的总量∑REE=7.63×10-6～36.17×10-6，LaN/YbN=3.91～56.59，δEu=0.44～1.24，δCe=0.83～3.04，其中 LREE分异相对较强，LaN/SmN=3.01～14.70，HREE分异相对较弱，GdN/YbN=1.12～8.53。

表2为矿区花岗岩和引用的冷家溪群[8]稀土元素数据。矿区花岗岩稀土元素∑REE=77.81×10-6～107.64×10-6，LaN/YbN=6.03～22.10，δEu=0.31～0.46，δCe=0.79～1.03，LaN/SmN=2.95～3.54，HREE分异相对较弱，GdN/YbN=1.24～4.28。冷家溪群[7]稀土 元 素∑ REE=176.87×10-6～230.65×10-6，LaN/YbN=6.80～8.17，δEu=0.62～0.71，δCe=0.93～1.03，LaN/SmN=3.41～3.98，HREE分异相对较弱，GdN/YbN=1.34～1.55。

稀土元素的地球化学性质相似，在地质作用过程中往往作为一个整体迁移，因而广泛用于矿床成矿流体来源与演化的示踪研究[9-10]。研究区矿石稀土总量为7.63×10-6～36.17×10-6，较低的稀土总量特征一般代表热液活动形成[11]。矿石稀土模式配分曲线与花岗岩稀土模式配分曲线类似（图3），都具有右倾型、轻稀土较为富集、重稀土较为平坦的特征，由此说明成矿作用与花岗岩体密切相关，热液成分可能源自于岩浆。

Ce异常通常与Ca元素分配有关，Eu异常通常与斜长石的晶出有关，矿石的稀土元素中存在着Eu的正异常和Ce的正异常组合、Eu的负异常和Ce的正异常组合以及Eu的负异常和Ce的负异常组合，三种组合同时出现在矿石中，暗示了多次的热液活动叠加和改造，宏观上早期成矿的萤石硫化物组合多被后期热液活动改造，呈团块状产出。

4.2 硫同位素测试

矿石硫化物硫同位素测定结果列于表3，从分析结果可以看出，硫化物的δ34S值为-7.84‰～0.77‰，变化范围8.61‰。其中闪锌矿的δ34S值为-4.07‰～0.77‰；方铅矿的δ34S值为-7.84‰～-3.58‰；黄铜矿的δ34S值为-2.73‰～-2.52‰。

在平衡条件下矿石硫化物对34S富集的顺序通常为黄铁矿＞闪锌矿＞黄铜矿＞方铅矿[12]。从上述矿石硫化物中硫同位素组成看，硫化物间的硫同位素基本达到了平衡，且矿床中硫酸盐矿物不甚发育，故矿床中几种简单硫化物的硫同位素组成基本可代表成矿流体的硫同位素组成。

在硫同位素的频率直方图上，δ34S的峰值主要几种在-3‰～-2‰之间，各种矿石矿物的δ34S值也比较接近，为比较小的负数。资料表明[13]，各类的岩石的δ34S变化范围如图4和图5所以，其中基性岩的δ34S平均值为+2.7‰（+7.6‰～+5.7‰），超镁铁质岩 δ34S平均值为 +1.2‰（+7.3‰～-1. 3‰），石陨石δ34S变化于+2.6‰～-5.6‰。通过对比矿石的δ34S变化范围与其它岩石δ34S变化范围，认为三墩铜铅锌多金属矿床硫同位素主要来自上地幔或下地壳的深源岩浆，在岩浆上升的过程中，混染了部分围岩地层的成分。

图3 矿石和围岩稀土元素球粒陨石标准化分布模式Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns for the ores and the surrounding rock from Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

表1 矿石微量元素组成Table 1 Trace element contents of the ores from Sandun Cu polymetallic deposit

5 讨论与结论

钦杭成矿带是一条巨型的构造岩浆活动带，其在新元古代完成了拼接，但在中侏罗世又复活[14-16]，活化裂开，在早白垩世随着太平洋板块运动方向发生转向，由原来的斜俯冲转向几乎平行大陆边缘运动，钦杭成矿带区域处于持续的伸展阶段，且由于古板块拼接部位相对薄弱，壳幔相互作用更加活跃，成岩成矿事件爆发，三墩铜铅锌多金属矿床就是成岩成矿事件爆发的响应。

表3 矿石硫化物硫同位素测试结果Table 3 Sulfur isotope compositions of the sulfides in ores

图4 不同天然含硫物质中δ34S的特征Fig.4 δ34S characteristics of different natural sulfur substances

图5 矿石硫化物硫同位素频数直方图Fig.5 δ34S histogram of the sulfides in ores

三墩铜铅锌多金属矿床矿体主要赋存在花岗岩体断裂破碎带中，以石英脉形式产出，成矿与花岗岩体密切相关。在系统野外地质调查基础上，总结三墩铜铅锌多金属矿床的矿床地质特征，并结合矿石稀土元素、矿石硫同位素研究，得出了以下结论：

（1）稀土元素分析表明，矿石稀土元素配分曲线与花岗岩稀土元素配分曲线类似，矿床的形成与岩浆作用关系密切。

（2）硫同位素的分析表明，矿石硫主要来自上地幔或下地壳的深源岩浆，有少量地层组分的贡献。

（3）依据矿物组合、围岩蚀变特征，综合地球化学研究，初步认为三墩铜铅锌多金属矿床为中低温岩浆热液充填矿床，岩浆热液起源于深部，矿区及周边范围还具有良好的深部找矿前景。

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ZHANG Kun,XU De-Ming,HU Jun-Liang,LU You-Yue,HUANG Hao

(Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,China)

Zhang K,Xu D M,Hu J L,Lu Y Y and Huang H.Magmatic hydrothermal metallogenic for the Sandun Cu-Pb-Zn deposit:REE and S isotope Evidences.,2015,31(3):253-260.

In this paper,we study the area-metallogenic of the Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit,northeastern Hunan province by trace element and S isotope analysis of ores and minerals.The trace element results of ores and wall rocks show that the rocks in Sandun deposit are high-rich in Cu-Pb-Zn and little-rich in Ag-Au. The REE element results show that the ores and the granite have the similar REE distribution patterns,and the counts of REE in ores are lower than the surrounding rocks.The area-metallogenic is relationship with the magmatic.The S isotpe results show that the isotope of the Sandun area was drived from the depth magma of the upper mantle or lower crust,and mixed with some surrounding rocks.The Sandun deposit is a magmatic hydrothermal medium-low temperature infilling-replacement Cu-Pb-Zn ploymetallic deposit.

Sandun Cu-Pb-Zn polymetallic deposit;Mufushan granite;magmatic hydrothermal;S isotope; Qinzhou-Hangzhou metallogenic belt

P618.41；P597+.2

A

1007-3701（2015）03-253-08

10.3969/j.issn.1007-3701.2015.03.004

2015-02-10；

2015-07-03.

中国地质调查局地质矿产调查评价专项（编号：1212011085405，1212011085416，12120113067200）.

张鲲（1982—），男，工程师，从事地质与矿产调查研究；E-mail：zhangkun019@163.com.