贵州云炉河坝地区铅锌矿床元素地球化学特征、碳氧同位素组成及其地质意义

金翔霖++孟昌忠++冷成彪+齐有强++唐永永张海陈星

文章编号：16726561（2016）06077813

摘要：黔西北是中国川滇黔铅锌成矿域的一个重要组成部分，以该区研究程度较低的云炉河坝地区为研究对象，采用元素地球化学和碳氧同位素地球化学分析方法，对区内典型铅锌矿床（如昊星、顺达、富强和狮子洞等）进行了研究。成矿元素和稀土元素分析结果表明，包括赋矿围岩在内的区域各时代地层中的Pb、Zn、Cu等成矿元素含量普遍低于地壳克拉克值，不可能构成铅锌矿床的主要物质来源，结合前人S、Pb同位素研究，推测该区铅锌矿床的成矿物质可能主要来自于基底岩石。碳氧同位素分析结果表明，铅锌矿石和赋矿围岩的碳氧同位素组成整体上均接近海相碳酸盐岩范围，说明相关流体主要来自于海相碳酸盐的溶解作用。然而，矿石与围岩相比却具有相对更高的δ18O值，表明成矿流体并非直接源自于赋矿地层，而更可能来自于深源流体的长距离迁移。此外，个别方解石显示较低的δ13C值（-10.9‰～-8.1‰，PDB），接近沉积有机物的碳同位素组成范围，表明其受到了有机物脱羟基作用的影响。

关键词：铅锌矿床；元素地球化学；碳氧同位素；碳酸盐岩；成矿元素；深源流体；贵州

中图分类号：P618.4文献标志码：A

Element Geochemical Characteristics and CO Isotopic Compositions

of PbZn Deposit in Yunluheba Area of Guizhou and Their Geological Implications

JIN Xianglin1， MENG Changzhong1， LENG Chengbiao2， QI Youqiang2， TANG Yongyong2， ZHANG Hai1，2， CHEN Xing1

（1. No.113 Geological Team， Guizhou Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources， Liupanshui 553001，

Guizhou， China； 2. State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry， Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences，

Guiyang 550081， Guizhou， China）

Abstract： Northwestern Guizhou is an important area in SichuanYunnanGuizhou PbZn metallogenic domain. Yunluheba area in the northwestern Guizhou was taken as the object of the study. The element geochemical characteristics and CO isotopic compositions of typical PbZn deposits in the area including Haoxing， Shunda， Fuqiang and Shizidong were studied. The results of metallogenic and earth rare elements show that the contents of metallogenic elements （Pb， Zn and Cu， etc.） from the strata with different ages including host rocks are generally lower than the Clark value of the continental crust； PAASnormalized REE patterns have a wide range with weak negative Ce anomaly and noinfluencing from hydrothermal fluid. It is suggested that all the strata including host rocks do not supply the material sources for PbZn deposits， but the characteristics are derived from the sedimentary environment. According to the previous result of S and Pb compositions， it is inferred that the main material sources of PbZn deposits may be the basement rocks. The CO Isotopic compositions show that dolomite has relatively high δ13C values （-1.0‰1.1‰， PDB） and δ18O values （20.4‰23.6‰， VSMOW）， whereas the asphalt has relatively low δ13C values （-6.0‰3.9‰） and δ18O value （15.2‰）； most of the calcites have δ13C values of -4.1‰-0.5‰ and δ18O values of 15.2‰21.3‰， which are between those of dolomite and asphalt； CO Isotopic values of PbZn and host rocks are consistent with those of marine carbonate rocks as a whole， suggesting that they are mainly derived from the dissolution of marine carbonate. PbZn rocks have higher δ18O values than those of host rocks， suggesting that metallogenic fluids are not directly derived from host strata， and may be derived from the longdistance migration of deep source fluid. In addition， the individual calcite has lower δ13C values （-10.9‰-8.1‰）， which are consistent with C isotopic value of sedimentary organic material， so that the calcite suffers the dehydroxylation of organic material.

Key words： PbZn deposit； element geochemistry； CO isotope； carbonatite； oreforming element； deep source fluid； Guizhou

0引言

密西西比河谷（MVT）型铅锌矿床是一类后生、层控、以碳酸盐岩为赋矿围岩的矿床，资源量占全球铅锌总量的25%[15]。川滇黔铅锌多金属成矿域位于扬子地块西南缘，是中国重要的铅锌（银镉）等金属的生产基地[611]。其中许多典型矿床被认为具有MVT型铅锌矿床的地质特征，如云南会泽麒麟厂[6]。黔西北地区是川滇黔铅锌成矿域的一个重要组成部分[1214]。区内已发现的铅锌矿床（点）超过100处，矿床规模均属于中、小型，目前暂无大型及以上矿床的报道，而其邻区皆有大型、超大型铅锌矿床的发现，如云南会泽麒麟厂、矿山厂和毛坪以及四川天宝山、大梁子和银厂等矿床[6，1517]。因此，黔西北地区一直被国土资源部列为中国急需加强地质工作的重点成矿区带之一[16]。近年来，众多地质单位在黔西北地区开展了大量的勘查工作，并从不同角度对该区已有的铅锌矿床（点）进行了基础研究[1726]。研究显示矿体多赋存于震旦系、石炭系、泥盆系中粗晶白云岩中，矿体与围岩接触界线清晰，围岩蚀变相对简单，主要为碳酸盐岩的白云岩化，矿体多

受到构造的控制等。

然而，位于黔西北与邻省交界的云炉河坝地区成矿作用研究较少[19，26]，新一轮的勘探工作为深入研究该地区提供了契机。研究区围岩地层发育广泛，但是赋矿层位较为单一。此外，不含矿地层及矿石脉石矿物中皆发育白云石、方解石，这为系统研究赋矿围岩的成矿专属性以及成矿流体来源、地层方解石脉与成矿关系等科学问题提供了条件。基于此，本文以云炉河坝地区为研究对象，对区内主要矿床（点）和区域碳酸盐岩地层进行系统的地质考察及取样分析；通过对地层的岩石化学分析，探讨赋矿围岩与成矿的关系；通过对矿石中方解石、白云石和沥青以及围岩地层中方解石脉的碳氧同位素分析，揭示成矿流体来源及围岩方解石脉与成矿的关系，从而深化该地区铅锌成矿作用的认识。

图件引自文献[22]，有所修改

1地质背景与矿区地质概况

云炉河坝地区位于贵州省威宁县城西南约110 km，为云南会泽超大型铅锌矿床NE 向铅锌成矿带的北延部分，长90 km，宽6～10 km（图1）。矿区断裂发育，褶皱较为简单，NE向及NW向断裂控制了矿化蚀变带及矿体的产出。该区NE向断裂构造发育，主要以银厂坡—云炉河逆断层为代表，倾向100°～150°，倾角60°～70°，为左行高角度压扭性逆冲断层，最大垂直断距为1 743 m，控制着铅锌成矿带的展布[26]。研究区出露地层主要有中泥盆统独山组，上泥盆统望城坡组和尧梭组，下石炭统汤粑沟组、祥摆组、旧司组、上司组和摆佐组，上石炭统滑石板组、达拉组和马平组，下二叠统梁山组和栖霞组等[19]。地层岩性以灰岩、白云岩、碎裂白云岩、白云质灰岩为主，砂岩、页岩次之。已发现的矿床（点）或矿化蚀变主要赋存于望城坡组泥质白云岩中。主要采样地层的地质特征描述见表1。

研究区主要代表性铅锌矿床（点）有顺达、富强、昊星、狮子洞等（图2），其中富强、昊星铅锌矿规模较大，矿体主要产于断裂带内及其派生的羽状断层、层间破碎带及多组断层交汇部位（图3）。矿体在中细—粗晶白云岩、灰质白云岩以及其上覆的泥质层、细碎屑岩层等屏蔽层影响下，常形成似层状富铅锌矿体，显示出断裂和岩性的双重控制作用。围岩蚀变主要有碳酸盐岩的白云石化，其次为铁锰碳酸盐化、方解石化、硅化。矿体具有分带性，从地表浅部到深部依次为氧化矿、混合矿和原生硫化矿，氧化矿与硫化矿的垂直高差通常为50～200 m，个别矿床垂直高差为300～500 m。氧化矿在地表发育，常以淋滤后的铁帽为特点，可以作为深部找矿的线索。

硫化矿中主要矿石矿物为方铅矿+闪锌矿+黄铁矿（图4），混合矿与氧化矿中的矿物组合为白铅矿+黄铁矿+闪锌矿+纤锌矿+褐铁矿。硫化矿中方铅矿为细粒自形、半自形，呈团块状、斑状、条带状等，与闪锌矿、黄铁矿共生，或交代早期黄铁矿。闪锌矿以细—粗晶、他形粒状集合体产出，在矿石中呈团块状、斑状、条带状，与方铅矿、黄铁矿共生。黄铁矿形成具有多期性，重结晶可使粒度增大，在矿石中呈条带状、块状，与方铅矿、闪锌矿共生，或被后期的闪锌矿和方铅矿交代。脉石矿物主要为白云石、方解石和石英。硫化矿矿石主要呈粒状结构、交代结构、包含碎裂状结构，常见块状构造、斑状构造、星散状构造、角砾状构造；氧化矿矿石主要呈土状结构、皮壳状结构。氧化矿具有与硫化矿一致的产状特征，显示原地的表生氧化及淋滤作用。

本区铅锌矿床为同期不同阶段成矿作用的产物。根据矿石结构构造、各种矿脉相互穿插关系，再结合显微镜下的矿相学研究，将铅锌矿床的成矿过程划分为成岩期、成矿期和表生期3个阶段。其中，成矿期又可以划分为3个成矿阶段（表2）：①阶段1主要为黄铁矿+闪锌矿+白云石±方解石组合；②阶段2为主成矿阶段，形成闪锌矿+方铅矿+黄铁矿+方解石±石英±白云石组合；③阶段3为次要成矿阶段，存在对早期矿物的改造和叠加作用，可见晚期方铅矿交代早期的黄铁矿，闪锌矿在黄铁矿边缘成矿以及在后期阶段发育大颗粒黄铁矿（图4）。表生期主要发育矿物有褐铁矿、菱锌矿、赤铁矿、纤锌矿、白铅矿。该时期主要为在表生作用以及地表水、大气氧化条件下的淋滤、氧化作用。

图4云炉河坝地区野外断层、矿石手标本及镜下照片

Fig.4Field Fault， Ore Specimens and Photomicrographs in Yunluheba Area

2样品采集及分析方法

本文对研究区主要出露地层（包括独山组、融县组、望城坡组、尧梭组、汤粑沟组、祥摆组和旧司组等）进行了系统采样，开展了常量元素和微量元素的分析和对比。采集样品及岩性见表1。样品均采自已知矿床（点）的外围，未见到明显的铅锌矿化，因此，可排除金属矿化作用的影响。这些能够代表区域地层的成矿元素背景值。全岩微量元素含量在武汉上谱分析科技有限责任公司分析测试中心利用Agilent 7700e型ICPMS仪分析完成。样品的消解处理过程、分析精密度和准确度详见文献[27]。

用于碳氧同位素分析测试的样品主要采自昊星、狮子洞、富强和顺达等矿床以及矿区外围的尧梭组、融县组、望城坡组等地层。样品特征详见表3。碳氧同位素分析在国家海洋局第三海洋研究所稳定同位素实验室完成，采用GasBenchIRMS仪在线连续分析，使用MAT253质谱仪进行测试。δ13C值、δ18O值均以

PDB国际标准为参考标准，分析精度为±0.2‰。详细测试流程详见文献[28]和[29]。

3结果分析与讨论

3.1成矿元素分析

不同时代地层中的Zn、Pb、Cu和Fe等成矿元素含量总体较低（表3），绝大多数样品元素含量低于地壳克拉克值。1件来自下石炭统祥摆组的碳质泥岩具有相对较高的Pb、Cu和Fe含量；2件来自中泥盆统独山组的粉砂质泥岩和粉砂岩具有略高的Pb、Zn、Cu和Fe含量。主要赋矿地层望城坡组的泥质白云岩和灰岩中成矿元素含量也变化较大。Pb含量（质量分数，下同）为（2～54）×10-6，平均为116×10-6（样本数为11个）；Zn含量为（7～215）×10-6，平均为49×10-6（样本数为11个）；仅个别样品的成矿元素含量略高于地壳克拉克值（图5）。与其他地层样品相比，望城坡组显示相对富集金属元素的特征。地层中元素含量总体较低的原因有两种可能：①地层中成矿元素参与了成矿，从而造成地层中元素含量的降低；②受控于地层沉积环境的影响，其原始含量较低。鉴于MVT型铅锌矿床是一种后生矿床，当地层参与成矿后，其金属含量应显示较均一的特征[23]，但是所研究的大部分样品元素含量均低于地壳克拉克值，且各自间又存在一定的差异，因此，低原始含量应是各地层化学沉淀条件的差异造成的。

张海等通过对云炉河坝地区矿石硫化物的S、Pb同位素研究，发现硫化物的δ34S值变化范围很地壳克拉克值引自文献[31]

小（-1.5‰～2.7‰），且集中于零值附近，暗示矿区S可能主要来自于幔源岩浆硫，同时Pb同位素组成十分均一且集中，可能具有统一的铅来源[26]。由于黔西北地区铅锌矿床在不同时代的地层（震旦系—二叠系）中均有分布，且各时期碳酸盐岩地层Pb、Zn的丰度均很低[30]，所以地层可能并未提供足量Pb、Zn成矿物质。结合前人研究，推测云炉河坝地区围岩地层在物质上未对铅锌成矿作用提供支持，成矿物质可能主要来自于该区的基底岩石。

3.2稀土元素地球化学特征

研究区出露地层的稀土元素数据见表3，配分模式见图6。总体上，各地层稀土元素含量差异较大，稀土元素总含量为（0.96～243.75）×10-6，其中独山组、祥摆组及望城坡组一段稀土元素总含量较高，尧梭组、汤粑沟组及旧司组稀土元素总含量相对低，融县组稀土元素总含量处于中等水平。澳大利亚后太古代页岩（PAAS）[32]标准化之后，轻、重稀土元素分馏不明显。w（La）N/w（Yb）N[KG-30x]值为059～167，平均为096；Eu异常不显著，Eu/Eu*[KG-30x]值为0.64～1.14，平均为086；Ce异常在各地层中具有明显差异，Ce/Ce*值为038～0.99，平均为079，总体显示弱的负Ce异常。其中旧司组、汤粑沟组和望城坡组二段碳酸盐岩具有较明显的负Ce异常。Ce异常通常与碳酸盐岩沉积时海水的氧化还原状态有关。在氧化条件下，Ce3+常被氧化成Ce4+，进而在溶液中产生沉淀，从而造成负Ce异常[33]。后期地表风化、蚀变、氧化淋滤影响不大，如融县组样品为地表的铁帽，依然具有明显负Ce异常。总体上，负Ce异常的样品一般具有较低的稀土元素总含量。此外，稀土元素总含量较高的样品往往含有较多的碳泥质、粉砂质成分，这是由于碳质岩富含有机质，在表生环境下有机质通过化学吸附作用和有机配位体络合作用而富集稀土元素[34]。

富矿围岩望城坡组总体上显示出较高的稀土元素含量[图6（d）]，与成矿元素含量相对较高的特征一致。但是含矿与不含矿的围岩地层之间，其稀土元素配分模式并未表现出差异[图6（d）]，皆为平坦型，且未有热液流体改造的痕迹。因此，稀土元素总含量的差异也来自其形成环境的不同。围岩地层的成矿专属性与地层元素含量之间的关系并不密切，基于矿床地质特征，推测围岩地层的成矿专属性可能更多地通过岩石地层的物理学差异来完成，如区域构造的控矿作用、地层岩石的粒度差异及岩石能干度等方面。

3.3碳氧同位素特征

云炉河坝地区铅锌矿床（点）及其赋矿地层碳氧同位素组成及分布特征见表4、图7。白云石普遍具有较高的碳氧同位素值，δ13CPDB值为-1.0‰～11‰，δ18OVSMOW值为20.4‰～23.6‰。而两个沥青样品具有较低的同位素值，δ13CPDB值介于-6.0～-3.9‰，δ18OVSMOW值为152‰。大多数方解石的δ13CPDB值为-4.1‰～05 ‰，δ18OVSMOW值为152‰～213‰，介于白云石和沥青之间。图7列出地幔、海相碳酸盐、沉积岩有机物以及邻区铅锌矿床的碳氧同位素组成范围。研究区样品总体接近海相碳酸盐范围，且与邻区会泽、天桥和杉树林矿区的碳氧同位素组成范围一致，表明成矿流体中的C、O主要来自于海相碳酸盐的溶解作用。其中，δ13CPDB为参照PDB国际标准的δ13C值，δ18OVSMOW为参照VSMOW国际标准的δ18O值。

研究区两件沥青样品显示出相对较低的碳氧同位素组成，明显偏离沉积有机物的范围，暗示可能受到成矿热液的影响，造成了碳同位素组成的升高及氧同位素组成的降低。氧化矿内发育的方解石（如样品SD1413c、SD1442a）和尧梭组地层中的方解石（样品YS1477、YS1478a）也具有偏低的δ13C值，接近沉积有机物区域，显示出受到沉积物中有机物质脱羟基作用的影响和改造。

此外，围岩中的方解石与矿石中的方解石氧同位素组成亦存在较大差异，其中与矿化有关的方解石总体具有较高的δ18O值，而围岩方解石则明显偏底图引自文献[35]；会泽、天桥、杉树林矿区数据引自文献[23]、[24]、[36]～[40]低。这表明尽管二者都与海相碳酸盐岩的溶解作用有关，但与成矿有关的流体并非来自矿区的围岩地层，而更可能来自其他区域。大量针对MVT型铅锌矿床的研究发现，铅锌成矿流体多非原地形成，常经历长距离的搬运，进而在有利条件（如流体混合、氧化还原环境及构造活动等）下发生沉淀成矿[3]。

4结语

（1）贵州云炉河坝地区不同时代碳酸盐岩的Pb、Zn、Cu等成矿元素含量相对较低，普遍低于地壳克拉克值，这主要受其化学沉积环境的影响。结合前人有关S、Pb同位素研究，赋矿地层未能给铅锌成矿提供主要的物质来源。

（2）不同时代碳酸盐岩的稀土元素含量差异较大，显示弱的负Ce异常，与碳酸盐岩沉积时海水的氧化还原状态有关。稀土元素总含量较高的样品往往含有较多的碳泥质，与有机质对稀土元素的吸附作用有关。围岩地层未显示出热液流体改造的作用，而受其化学沉积环境的影响。围岩地层的成矿专属性与化学成分关系不明显。

（3）研究区地层及矿石内发育的方解石、白云石及沥青的δ13CPDB值介于-10.9‰～1.1‰，δ18OVSMOW值为155‰～23.6‰，总体接近海相碳酸盐范围，表明流体的C、O主要来自于海相碳酸盐的溶解作用。矿石与围岩方解石C、O同位素的差异反映出成矿流体非原地形成，可能来自远距离的搬运。个别方解石样品显示较低的δ13C值，可能受到了有机物脱羟基作用的影响。

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