东昆仑野马泉铁多金属矿床硫同位素地球化学特征及意义

乔保星+潘彤+陈静+杨媛

摘要：野马泉铁多金属矿床位于柴达木盆地西南边缘与青海祁漫塔格结合部位，地壳结构复杂，岩浆活动强烈，成矿地质条件优越，是青海省重要的铁多金属成矿区，本文对该矿床硫同位素组成进行详细研究，探讨了成矿物质来源和矿床成因。结果表明，该矿床黄铁矿、黄铜矿δ34S的平均值为3.73‰，属于混合硫，受区域构造演化壳幔混合的影响，成矿物质主要来源于深源岩浆区，成矿物质在上移过程中混入了围岩硫。野马泉铁多金属矿床是可能存在两期成矿的、与深成岩浆岩源区有密切成因联系的矽卡岩型铁多金属矿床。

关键词：地球化学；硫同位素；野马泉；东昆仑

中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（B）-00

野马泉铁多金属矿床位于柴达木盆地西南边缘与青海祁漫塔格结合部位，地壳结构复杂，岩浆活动强烈，北西西向和北东东向断裂发育，该区成矿地质条件优越，是青海省重要的铁多金属成矿区，已发现铁矿床、矿化点20余处。目前，已在祁漫塔格区域的成矿条件和成矿规律方面研究了很多，野马泉地区也取得了良好的找矿成果，并积累了大量的资料，目前对于野马泉铁矿床较为统一的认识为形成于大约220Ma印支期岩浆作用的矽卡岩型矿床（王存等，2007；刘云华等，2006；张爱奎等，2010；卫岗等，2012；刘建楠等，2013），但随着新的年龄及一些新证据的发现，不同的研究者开始对矿床的成矿物质来源及成因产生置疑：高永宝野马泉矿区的侵入岩进行测年：花岗岩U-Pb年龄为212.9±1.1Ma，斑状石英二长闪长岩U-Pb年龄为219±1.1Ma，二长花岗岩U-Pb年龄为392.6±2.2Ma，认为在中泥盆也是一个成矿时期，为两期成矿；由于矿区内硅质岩的发现并且部分矿体受地层控制，认为矿体前期受喷流沉积作用后期受到岩浆活动的叠加，为喷流沉积+矽卡岩型（潘彤，2008；宋忠宝，2010）。本文也是基于此点进行的选题，依据矿区内的硫同位素进行研究，分析其成矿物质来源，进而判定矿床成因。

1 矿区地质概况

野马泉铁多金属矿区处于柴达木准地台南缘，大地构造位置在区域上位于东昆仑祁漫塔格早古生代裂陷槽。矿区出露地层主要为寒武-奥陶纪滩间山群（∈-OT），晚泥盆世牦牛山组（D3m），晚石炭世缔敖苏组（C2d），早-中二叠世打柴沟组（P1-2dc），第四系。矿区西北部发现隐伏的中元古代狼牙山组（Jxl）。矿区断裂发育，共出露有17条断裂，区内断裂主要为NWW、NW向，NE向和NE向三种类型，其中NWW、NW向断裂是成矿期构造为成矿热液的运移、储存提供了便利，是矿区的主要控矿构造，NE向断裂为成矿后断裂。

矿区内加里东期至燕山期岩浆岩均发育。印支期三叠世的岩体在地表大面积出露，岩性主要为花岗闪长岩、含黑云母闪长岩及（似斑状）二长花岗岩。矿区依据地磁异常共圈出14处异常，划分为南、北两个矿带。目前矿区已发现的矿体，主要产于中酸性侵入岩与晚石炭世缔敖苏组、寒武-奥陶纪滩间山群外接触带矽卡岩中，矿种以铁、铜为主，成矿类型属于接触交代型。

图1 野马泉矿区地质图（据孙丰月等，2009修改）

1—第四系； 2—早-中二叠统打柴沟组碎屑岩及灰岩； 3—早-中二叠统打柴沟组燧石条带灰岩； 4—晚石炭世缔敖苏组灰岩； 5—晚泥盆世牦牛山组安山岩夹英安岩； 6—寒武-奥陶纪滩间山群大理岩、钙板岩夹硅质岩； 7—辉绿玢岩； 8—闪长玢岩； 9—闪长岩； 10—花岗闪长岩； 11—花岗岩； 12—矽卡岩； 13—铁矿体； 14—地质界线； 15—推测断层； 16—逆断层； 17—转换断层； 18—地磁异常及编号

2 硫同位素特征

2.1 样品及测试方法

本次共采集9件硫化物样品，分别挑选单矿物进行S同位素测试，样品采自野马泉矿区、尕林格矿区、卡而却卡矿区的矽卡岩及原生矿石。硫同位素分析方法及步骤如下：选取具代表性样品，经手工进行逐级破碎、过筛，在双目镜下挑选粒度0.2-0.4mm，纯度>98%，2g以上的单矿物。单矿物的挑选在廊坊科大完成的。最后选500mg以上的样品送核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，仪器型号为Delta v plus，检测方法和依据为DZ/T 0184.14-1997《硫化物中硫同位素组成的测定》。

2.2 测试结果

根据野马泉矿区的9个硫同位素样，共9个分析结果（表1），可以看出δ34S的值为1.5‰～4.9‰，其中集中于于3.3～4.9‰，变化范围窄，平均值为3.73‰。黄铁矿、黄铜矿的δ34S的特征如图2所示。其中6件黄铁矿的δ34S变化范围为1.5‰～4.9‰，平均值为3.8‰；3件黄铜矿的δ34S变化范围为2.4‰～4.3‰，平均值为3.6‰。黄铁矿δ34S的平均值略大于黄铜矿，符合矿物与H2S之间硫同位素的平衡分馏系数 。因此各硫化物晶出过程中矿区中的硫化物34S的分配已处于平衡状态。

表1 野马泉矿区硫同位素组成

序号 样号 样品名称 δ34SCDT/×10-3

1 M4df-S1 黄铁矿 3.3

2 ZK6821-S1 黄铁矿 4.8

3 ZK11201-S1 黄铁矿 1.5

4 ZK90801-S2 黄铁矿 3.5

5 ZK801-S4 黄铁矿 4.9

6 ZK9008-S2 黄铁矿 4.8

7 2012野（Re-Os）-TW1-1 黄铜矿 4.1

8 2012野（Re-Os）-TW1-2 黄铜矿 4.3

9 2012野（Re-Os）-TW1-3 黄铜矿 2.4

3 讨论

3.1硫同位素特征

硫同位素是矿床成因和成矿物理化学条件的指示剂，金属矿床中硫的来源主要有原生硫、地壳硫和混合硫（王奎仁等，1989）主要有3个储存库，即幔源硫（δ34S=0±3‰）、海水硫（δ34S=20‰）和沉积物中还原硫。野马泉矿区硫同位素特征如图2所示，δ34S值为1.5‰～4.9‰，集中于3.3～4.9‰，变化范围窄，全是正值，偏重硫同位素。说明硫同位素均一化程度高，而硫来源比较稳定。根据硫化物的δ34S平均值估计成矿热液的δ34S值为3.73‰。地幔δ34S值通常为-2～2‰的范围内（ Thode等，1961），大洋岛弧玄武岩硫化物δ34S值在 -0.9～2.9‰范围内（ Seal，2006），混合岩浆硫的δ34S值范围为-2.9～4.9‰，并且由于地壳物质的混入使得该范围值有所提高（马圣钞，2012）。通过δ34S的范围可以看出野马泉矿床中的硫为混合硫。endprint

3.2 成矿物质来源

对比邻区的虎头崖矿区及尕林格矿区，马圣钞（2012）得到虎头崖矿区硫化物硫中的δ34S平均值为4.4‰，雷源保（2014）得出的虎头崖矿区硫化物硫中的δ34S平均值为5.2‰，孔德峰（2013）得尕林格矿区矿石中δ34S平均值为3.53‰。可以看出野马泉矿区中硫化物的δ34S平均值3.73‰与邻区硫同位素化学特征相符，矿区成矿物质主要来源于深源岩浆区，成矿物质在上移过程中混入了围岩硫。结合区域的区域构造演化历史来看：东昆仑花岗岩的形成与4期构造-岩浆旋回有关，其中以早古生代和晚古生代-早中生代这两期构造-岩浆旋回为主。在这两期构造-岩浆旋回的末期都对应着世洋盆闭合俯冲和碰撞造山运动并伴随着岩浆混合作用与底侵作用。野马泉矿区与成矿有关的花岗岩体是一种富硅富钾过铝质钙碱性、具有壳幔混合特征的 I型花岗岩，形成于构造-岩浆旋回的俯冲结束-碰撞转变期，由碰撞挤压环境转向后碰撞的伸展环境该背景之下，岩体源区经历过板状俯冲，壳幔物质混合形成母岩岩浆，而后岩浆上侵经分异演化并最终固结成岩（另文发表）。矿区δ34S为1.5‰～4.9‰，平均值为3.73‰，这一范围落在花岗岩类δ34S （?13.4～26.7‰）（郑永飞，2000）中，且与磁铁矿系列花岗类δ34S （0.6～9.2‰）（Seal R R II，2006）接近。丰成友（2010）对祁漫塔格地区硫同位素研究表明，该地区与岩浆成矿关系密切的海西?印支期典型斑岩型矿床的δ34S （0.5～4.5‰），矽卡岩型矿床δ34S （-2.1～10.1‰），其成矿物质主要来自岩浆岩和被交代的围岩。野马泉铁多金属矿床成矿物质主要来源于岩浆岩，部分来源于围岩。

3.3 矿床成因

本次研究还对矿区内的M13中与成矿有关的花岗闪长岩进行LA-LCP-MS锆石U-Pb测年，得到的年龄为220.53±0.69 Ma和400.8±1.4 Ma（另文发表），表明矿区成岩应该有两期，即加里东晚期和印支晚期；同时高永宝对野马泉矿区M13异常内隐伏的花岗闪长岩和二长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得的年龄分别为386±1Ma和393±2Ma，属于早中泥盆世。结合本区的硫同位素特征，说明在早古生代和晚古生代-早中生代这两期构造-岩浆旋回的末期矿区都有岩浆侵入，深源岩浆经历板状俯冲以及岩浆混合作用和底侵作用，这种壳幔物质混合形成的岩浆在上侵过程中经分异演化及同化混染作用与围岩发生物质交换，汲取了部分地层中的成分，并最终固结成岩。此次研究还行了矿石Re-Os同位素测试，得到的年龄约为230Ma，因此推测野马泉铁矿区早-中泥盆世的花岗岩可能只是对成矿物质进行了富集或初步成矿，主成矿还是由于形成于中-晚三叠世的花岗岩，也说明野马泉铁多金属矿床可能存在两期成矿，矿床类型为矽卡岩型矿床，与深成岩浆岩源区有密切成因联系。

4 结论

（1）野马泉矿区的黄铁矿、黄铜矿的硫主要来源于硫同位素比较均一的、富重硫同位素的深源岩浆源区，成矿物质在上移过程中混入了一定的围岩硫。

（2）通过对比邻区及区域构造演化，野马泉铁多金属矿床成矿物质主要来源于经历了壳幔混合的浆岩，部分来源于围岩。

（3）野马泉铁多金属矿床是可能存在两期成矿的、与深成岩浆岩源区有密切成因联系的矽卡岩型铁多金属矿床。

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