湘西起车铅锌矿同位素地球化学特征

陈帅奇，蒋启生，陈渡平，邱骏挺，梁恩云

（1.湖南省地质调查院，长沙410116；2.核工业北京地质研究院，北京100029）

湘西起车铅锌矿同位素地球化学特征

陈帅奇1，蒋启生1，陈渡平1，邱骏挺2，梁恩云1

（1.湖南省地质调查院，长沙410116；2.核工业北京地质研究院，北京100029）

起车铅锌矿位于湘西—鄂西成矿带内，赋矿围岩为奥陶系下统桐梓组与红花园组灰岩，矿体严格受地层、构造控制，硅化和碳酸盐化蚀变强烈。对矿床中闪锌矿、方铅矿、方解石等矿物的S－Pb－C－O－H同位素组成进行了分析测试。测试结果表明，δ34S值为15.1‰～15.8‰，高于有机硫、地幔硫或岩浆硫；方解石中包裹体δ13C值为－1.7‰～1.1‰，δ18OV－SMOW值为12.3‰～19.0‰，与海相碳酸盐岩一致；其206Pb/204Pb为18.214～18.247，207Pb/204Pb为15.674～15.711，208Pb/204Pb为38.154～38.278，显示铀铅富集，钍铅微弱亏损。同位素特征显示成矿流体主要来自海相碳酸盐岩的溶解，成矿物质来源于容矿地层及下伏地层。尝试提出矿床成因类型属具层控特征的低温热液型矿床。

铅锌矿；同位素地球化学

起车铅锌矿位于湘西—鄂西成矿带上，该带分布有龙山洛塔铅锌矿田、保靖铅锌矿田、花垣渔塘铅锌矿田和凤凰汞铅锌矿田。近年在该成矿带上整装勘查实现找矿重大突破（2011年全国十大找矿重大突破之一，2014年十大地质找矿成果之一），使其有望成为全国最大的铅锌矿基地。目前，关于湘西铅锌矿成因认识不尽一致，存在构造控矿、沉积—改造型、海底喷流型、层控低温热液型及MVT型等观点［1－10］。

起车铅锌矿是2011—2013年开展中国地质调查局区域地质调查项目时发现的小型矿床，本文依托区域地质调查项目，对起车铅锌矿进行了同位素地球化学等方面的研究，从而为总结矿床特征及探讨矿床成因提供依据，以期推进该铅锌矿的综合研究及加强该区找矿工作。

1 区域地质背景

保靖地区位于二级构造单元扬子陆块内，跨湘北断褶带和雪峰构造带两个三级大地构造单元＊（湖南省区域地质志，待出版）。区内主要经历了武陵运动、雪峰运动、加里东运动、海西—印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动等发展阶段。区内构造形迹主要为北东向的断裂和褶皱变形两种形式；以保靖大断裂为界，北西以褶皱变形为主，南东以断裂构造为主。区内褶皱构造雏形于武陵期孕育，雪峰期为水下隆起及坳陷，于加里东期最后定型，燕山期褶皱主要分布于区内北西部侏罗山式褶皱变形区。断裂则以保靖深大断裂带为主，由一系列平行、不同规模的高角度逆断层组成，南东盘向北西盘自南东向北西向挤压而成，该断裂控制了中元古代以后两侧沉积、古生物、构造、矿产等诸多地质要素特征与演化［11－12］。在断裂带北西侧发育有后期小规模的张性断裂。

起车铅锌矿位于保靖深大断裂北西盘，保靖背斜北西翼，距保靖深大断裂带14km。区内出露地层简单，为碳酸盐岩沉积区，主要有寒武系娄山关组，奥陶系桐梓组、红花园组、大湾组，为倾向北西近水平单斜岩层。区内构造主要为北东、北北东、北北西向及近东西向断裂。矿区内热液活动强烈，遍布硅化和方解石化蚀变（图1）。

图1 起车铅锌矿地质简图（据地质图修改）Fig.1 The geological sketch map of Qiche Pb－Zn Deposit（modified from geological map）1—娄山关组；2—桐梓组；3—红花园组；4—大湾组；5—断层；6—白云岩；7—灰岩；8—泥灰岩；9—硅质带；10—铅锌矿

2 矿床地质

2.1 矿体特征

区内铅锌矿具有地层专属性，赋存于奥陶系下统桐梓组与红花园组碳酸盐岩中，岩性主要为藻（礁）灰岩、砂屑灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩。

赋矿围岩为奥陶系红花园组藻（礁）灰岩、生物碎屑灰岩，岩层产状290°∠16°。硅化脉呈北北东向似层状分布在红花园组中，矿体则分布在似层状硅化脉内，并严格受其控制，矿体在走向与倾向上均局部存在尖灭再现特征，尖灭再现间距一般为10～50 m，其走向稳定性好于倾向，矿体呈北北东10°～30°走向，产状平缓（倾角5°～20°），矿体局部呈囊状、鸡窝状产出。矿体沿走向延伸长100～250m，沿倾向延伸长20～100m，厚0.2～5.0m，平均厚度1.5～2.7m，厚度变化大且矿化不均匀。

2.2 矿石特征

矿石的组成极为简单，矿石矿物主要为闪锌矿、氧化锌，少见方铅矿，偶见孔雀石。脉石矿物主要为石英，次为方解石，属闪锌矿—石英—碳酸盐岩组合。

矿石的结构主要为他形—半自形粒状结构、填隙结构、交代残余结构；矿石构造主要为浸染状构造、团块状构造、网脉状构造、致密块状构造与蜂窝状构造（图2、3），另有少量氧化铅锌矿石赋存于具蜂窝状构造的硅化蚀变带中。

图2 浸染状闪锌矿Fig.2 Disseminated sphalerite

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变与矿化关系极为密切，奥陶系灰岩中蚀变类型主要为硅化，次为碳酸盐岩化，硅化蚀变体呈似层状或脉状分布，厚度不均，延伸200～2 000m，此外，还常伴随弱黄铁矿化。它们都属于较典型的低温热液型蚀变。

图3 团块状闪锌矿Fig.3 Nodular sphalerite

3 矿床地球化学特征

在对矿区重点检查的基础上，选取主矿体主成矿阶段形成的代表性样品为研究对象，方铅矿样品采自脉型矿脉，闪锌矿样品采自浸染状矿脉，方解石样品采自与矿脉共生的方解石脉，石英样品采自与矿脉共生的硅化带中。

对所采样品在双目镜下挑选高纯度单矿物，碎样至－74μm。其中在核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行C、S、O、H同位素测试，测试仪器为MAT253型稳定同位素质谱仪，采用的国际标准为CDT，分析精度为±0.2‰。在国土资源部中南矿产资源监督检测中心进行Pb同位素测试，使用热电离质谱计MAT－261（0382）按照DZ/T0184方法测试。同位素分析方法参见相应文献介绍。

3.1 铅同位素

对其热液脉型方铅矿、闪锌矿矿物样品进行了铅同位素测试。测试结果如表1所示。

表1 起车铅锌矿硫、铅同位素Table 1 Sulfur and lead isotopic compositions of Qiche Pb－Zn Deposit

从表1可以看出，起车铅锌矿不同矿脉硫化物单矿物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值浮动范围较小，差别不明显，表明其物质来源具有一致性，即不同矿脉的铅物质来源具有同一性。

206Pb/204Pb为18.214～18.247，均值为18.233；207Pb/204Pb为15.674～15.711，均值为15.695；208Pb/204Pb为38.154～38.278，均值为38.226。三组矿石中206Pb/204Pb均高于18.20，207Pb/204Pb大于15.60，显示铀铅富集明显。208Pb/204Pb值在39.00以下，说明钍铅存在亏损。正常铅μ值范围（8.686～9.238），而矿石中铅μ值范围介于9.63～9.70，远高于正常铅μ值，依据Doe等的标准（μ值﹥9.58为上地壳，μ值﹤9.58为下地幔），成矿物质来源显示出明显上地壳的特征；而ω值介于37.11～37.85，也高于正常铅ω值（35.55±0.59）。以上数据特征说明，起车铅锌矿相对富集铀铅、亏损钍铅，且铅源物质成熟度较高，成矿物质铅源具有上地壳的特征。

为进一步确定铅物质来源，利用207Pb/204Pb—206Pb/204Pb进行投图（图4），发现样品落在上地壳演化线附近，表明铅来自较高成熟度的物源区，相当于上地壳。综合起车铅锌矿铅同位素特征，起车铅锌矿铅源为壳源铅，根据区内地层含矿元素测试结果＊，铅源主要来自于容矿地层，下伏地层可能贡献部分铅源。

图4 起车铅锌矿铅同位素构造模式图（据Doe et al，1979）Fig.4207Pb/204Pb versus206Pb/204Pb diagram of Qiche Pb－Zn Deposit（after Doe et al，1979）

虽然铅同位素组成不能作为定年依据，但其结果仍具有一定的参考价值。方铅矿等矿物含U、Th量极低或基本不含U、Th等能产生放射性成因铅的母体元素，硫化物形成后不会再有放射性成因铅加入，其铅同位素比值保持基本稳定。因此矿石铅同位素比值决定于铅源、流体运移通道和参与水岩作用的赋矿围岩。成矿流体的源区、赋矿围岩和运移通道围岩一定早于矿床存在，这就决定铅模式年龄一般大于实际成矿年龄［14］，本次采用Holmes Houtermans法通过线性内插（H－H模式）［15］，计算出矿床3组铅模式年龄值（397Ma、404Ma、423 Ma）非常接近，低于其赋矿地层年龄，据此认为该区矿床形成在加里东末期。

3.2 硫同位素

从表1可以看出，起车铅锌矿中金属硫化物的δ34S值介于15.1‰～15.8‰，极差0.7‰，变化范围较小，以富含浅部重硫为特征。由于流体在运移过程中存在物理化学反应，生成硫化物的δ34S要低于初始流体系统的δ34S。起车铅锌矿硫化物δ34S均为较高正值，推断初始流体系统的δ34S应为更高的正值［16－17］。结合硫化物矿床硫的来源分类，如此高的正值难以直接来自地幔硫或混合硫（δ34S＝0～＋2‰）、生物成因硫（δ34S为很低的负值、富δ32S），仅可能来自含沉积硫酸盐（海相沉积物）的岩石建造变质脱水。依此特征，起车铅锌矿其硫源主要来自于下伏海相硫酸盐地层。

3.3 碳、氧同位素

赋矿围岩主要为奥陶系碳酸盐岩，脉石矿物方解石与矿化关系紧密，对方解石碳、氧同位素的测定能判定其流体来源，碳氧同位素测定结果见表2。

表2 起车铅锌矿方解石碳氧同位素值Table 2 C and O isotope values of calcite in Qiche Pb－Zn Deposit/‰

已有研究结果表明，地质流体中CO2源区大致有3个［18］，即有机质脱羟基和氧化作用（δ13CV－PDB＝－30‰～－15‰，平均－22‰）［19－21］、地幔去气和岩浆结晶分异作用（δ13CV－PDB分别为－5‰～－2‰、－9‰～－3‰）、海相碳酸盐岩溶解和去碳酸作用（δ13CV－PDB＝0±4‰）［21］，不同源区CO2的碳、氧同位素分馏趋势不同。

把起车铅锌矿脉石矿物的碳、氧同位素数据投至δ13CPDB－δ18OSMOW图中（图5），样品点落在花岗岩与海相碳酸盐岩之间，分布在低温蚀变区和碳酸盐溶解作用区。根据区域内广泛存在碳酸盐岩而无岩浆岩岩体的存在，判断脉石矿物方解石来源于碳酸盐岩的溶解，进一步指示海相碳酸盐岩的溶解是起车铅锌矿成矿流体的主要来源。

起车铅锌矿物质来源为壳源，主要来自于容矿地层，可能兼有下伏地层铅源。成矿时代可能为加里东末期，成矿热液流体主要为地层水，还有大量雨水的加入。

图5 起车铅锌矿方解石δ13CPDB－δ18OSMOW图（底图据刘建明等，1997；刘家军等，2004；毛景文等，2002；修改）Fig.5δ13CPDB－δ18OSMOWdiagram of calcite in Qiche Pb－Zn Deposit（modified after Liu et al.，1997；Liu et al.，2004；Mao et al.，2002）

3.4 氢、氧同位素

本次工作仅对起车铅锌矿含矿石英脉采集一个样品进行测试，考虑到样品的单一性，其氢、氧同位素仅供参考。含矿石英脉测试结果：δDV－SMOW＝－73.0，δ18OV－SMOW＝17.9。该结果接近变质水［25］，这是因为赋矿围岩为奥陶系碳酸盐岩，其富含δ18O，不含氢或含氢极低，与大气降水含氢相比可忽略不计，当大气降水在下渗过程中与围岩主要发生氧同位素平衡交换，造成成矿溶液的氧同位素较大气降水的偏重，而氢同位素基本不变。

4 探讨及结论

保靖深大断裂为很好的导矿构造，海相碳酸盐岩的溶解热液将活动性较强Pb、Zn等元素从地下深处或沉积地层中活化、迁移、携带出来，由于温度和压力等物理化学条件的改变，金属成矿物质会在适当的构造空间中沉淀成矿流体，在深大断裂附近的断裂、裂隙、节理、层间薄弱带中富集成矿，形成热液脉型矿石。

同位素特征表明，起车铅锌矿物质来源为壳源，主要来自于容矿地层本身，可能兼有下伏地层铅源。成矿时代可能为加里东末期，成矿流体主要为地层建造水，还有大量雨水的加入。参考同类型的临区花垣铅锌矿成矿温度和深度，成矿流体温度为100～180℃，以低温为主，成矿深度不超过1.5km［9－10，26］，起车铅锌矿属具层控特征的浅成低温热液型矿床。

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The isotopic geochemistry characteristics of Qiche Pb－Zn Deposit in Western Hunan Province

CHEN Shuaiqi1，JIANG Qisheng1，CHEN Duping1，QIU Junting2，LIANG Enyun1
（1.Hunan Institute of Geological Survey，Changsha 410116，China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Qiche Pb－Zn Deposit is located in Western Hunan－Hubei metallogenic belt，which is hosted in the lower Ordovician Honghuayuan and Tongzi group limestone.The ore bodies，whose wall rocks are strongly silicification and calcitization altered，are obviously controlled by strata and regional structures.This paper presents new tests and analysis for the mineral S－Pb－C－O－H isotopic compositions such as galena，sphalerite，and calcite in this deposit.As the result shows，theδ34S values of the ore minerals are from＋15.1‰to＋15.8‰，higher than those of organic matter，mantle and magmatic rocks.Theδ13CCO2values of its ore－fluids vary from－1.7‰to＋1.1‰and theδ18O values of the ore minerals from 12.3‰to 19.0‰，which is consistent with those of the marine carbonate.The ore minerals have a unified lead isotope compositions，with206Pb/204Pb＝18.214～18.247，207Pb/204Pb＝15.674～15.711，208Pb/204Pb＝38.154～38.278，indicating the samples are enriched in uraniumrelated lead，but depleted in thorium－related lead.The isotopic characteristics indicate that the ore－forming fluid mainly source from the dissolution of marine carbonate rocks，while the ore－forming materials came from the ore hosting strata and lower strata.The deposit belongs to the epithermal deposit rich in strata bound.

Pb－Zn Deposit；isotopic geochemistry

TD15

A

1671－4172（2015）05－0041－06

中国地质调查项目（212011120785）

陈帅奇（1984－），男，工程师，硕士，应用构造地质学专业，主要从事区域地质及矿产调查工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.009

＊ 湖南省地质调查院《湖南省区域地质志》第七篇，柏道远

＊湖南省地质调查院.2014.1∶5万隆头镇幅、普戍幅、里耶幅、保靖县幅区域地质调查报告。