云南白牛厂银多金属矿床硫同位素组成及滇东南多金属矿找矿远景

2018-11-10李开文郭君功方怀宾

金属矿山 2018年10期

李开文张恺郭君功刘坤方怀宾张乾

（1.河南省地质调查院，河南郑州450001；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南郑州450001；3.河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南郑州450000；4.河南省地质科学研究所，河南郑州450001；5.中国科学院地球化学研究所，贵州贵阳550002）

白牛厂银多金属矿床位于滇东南锡多金属成矿带，与个旧、都龙多金属矿床共同构成了滇东南三大多金属矿床，并且其各自伴生一个大的花岗岩体。其中，白牛厂多金属矿床的银、锡、铅、锌资源量达到了大型—超大型规模，伴生有丰富的分散元素In、Cd、Ga、Ge等，并且深部勘探仍在进行中［1］。目前，白牛厂银多金属矿床成因主要存在岩浆热液成因［2］、海底热水喷流沉积成因［3］、岩浆热液叠加后期改造成因［4］、热水喷流沉积叠加岩浆热液叠加改造成因［5］等4种观点。白牛厂矿床资源储量巨大，并且具有较好的找矿前景，由于该矿床成因存在争议，严重制约了进一步的勘查与找矿工作。对于不同地质成因形成的矿床，其矿体赋存部位、矿体形态、矿物组合等通常也会有较大差别，导致找矿方向和找矿方法也有所不同。因此，进一步确定矿床成因，对于矿区后续找矿工作的有效开展具有较为关键的指导作用。本研究对白牛厂矿床的硫同位素重新进行分析，并结合已有的研究成果，对白牛厂银多金属矿床硫来源进行讨论，对矿床成因进行进一步论证，并对滇东南地区的找矿远景进行探讨。

1 区域地质概况

滇东南地区位于扬子地块、南岭褶皱系和三江褶皱系的交汇部位，北西以弥勒—师宗断裂与扬子地块为界，南西以红河断裂与哀牢山断块相连，南接越北古陆，东部与文麻断裂、南岭褶皱系相接（图1）。白牛厂多金属矿床位于该区域中部，由于受相邻构造单元影响，是地质构造较为复杂的地区［1］。

滇东南地区岩浆活动较为强烈，以燕山中—晚期最为发育且与成矿作用最为密切，主要分布有个旧杂岩体、都龙老君山岩体和薄竹山岩体，成分上主要为酸性侵入岩，多呈岩基或岩株产出，其次为基性—超基性岩。该区地层出露主要有元古界、寒武系、中下奥陶统、泥盆系及石炭系等，其中寒武系主要为一套浅海陆棚—滨海潮坪及泻湖相细碎屑岩-碳酸盐建造，下寒武统以碎屑岩为主，中—上寒武统主要为碳酸盐组合，是区内较为重要的赋矿层位。泥盆系广泛发育，为一套滨海—浅海相碳酸盐岩及碎屑岩组合［1］。

2 矿床地质特征

矿区出露的地层主要为寒武系中、下统及泥盆系下统，主体构造为圆宝山复式向斜及NWW向断裂，其中，NWW向断裂为矿区主要的控矿构造（图2）。圆宝山复式向斜位于矿区北西部，轴面呈NWW向展布，轴长约2 km，其核部主要由龙哈组白云岩组成，枢纽两端延伸至矿区外围，地层产状由四周向中心槽部倾斜，总体显示为一个宽缓的构造盆地，从而控制了沉积相的空间配置方式［6］。

白牛厂矿床矿化范围较大，共分为白羊、咪尾、穿心洞、对门山和阿尾5个矿段（图2），矿体主要赋存于中寒武系统田蓬组上部及龙哈组下部，矿体按产状可分为2种，一种为与沉积岩层产状基本一致的层状、似层状、透镜状整合矿体，另一种为与地层不整合的脉状、网脉状和浸染状矿体。其中以V1#矿体规模最大，金属量占矿床总金属储量的95%以上，该矿体几乎贯穿了所有矿段。V1#矿体长度约1 200 m，沿倾向延深超过1 400 m，总体倾斜南，倾角一般为20°左右，由于受圆宝山复式向斜控制，与地层同步弯曲。该矿床中的矿石矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、黄铜矿等，主要的银矿物有银黝铜矿、黝锑银矿、深红银矿、辉锑银矿等，主要成矿元素为锌、铅、银和锡，伴生成矿元素为铜、硫、锑、砷、镓、铟、镉等，脉石矿物主要为微晶石英、方解石、白云母、绢云母等［6］。

白牛厂多金属矿床围岩蚀变总体偏弱，而东南部阿尾矿段围绕隐伏花岗岩体围岩蚀变表现较强，由内向外总体可分为云英岩化、角岩化、矽卡岩化、碳酸盐化4个蚀变带（图3）。

薄竹山复式花岗岩体位于文山县城以西约30 km（图1），地表呈纺锤体状沿NW向展布，轴向为300°～320°，长约20 km，宽度为2～10 km，出露面积约为120 km2，主体为黑云母二长花岗岩，向北西侵位于寒武系和奥陶系并隐伏于白牛厂矿床之下［7-8］。

3 硫同位素测试分析

本研究硫同位素分析在中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室完成。具体流程为：首先在双目镜下手工挑选出磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和黄铜矿，纯度均达99%以上，在玛瑙钵中研磨至200目以下，对不同矿物加入不同质量比例的 CuO（（黄铁矿）：（CuO）=1∶6，（磁黄铁矿）：（CuO）=1∶8，（闪锌矿）：（CuO）=1∶6，（方铅矿）：（CuO）=1∶4）并充分混合后装入容器中，置于马弗炉内，加热至1 000℃，在真空条件下保持15 min，将矿物中的S氧化为SO2。分析测试采用连续硫同位素质谱仪CFIRMS配备Elemental Analyzer进样器完成，标准物质选用 GBW 04414（Ag2S，δ34SCDT=（-0.07±0.13）‰）、GBW 04415（Ag2S，δ34SCDT=（22.15±0.14）‰），数据采用相对国际硫同位素标准CDT（Canyon Diablo Troilite）值表示，测试误差小于±0.2‰（2σ）［9］。本研究共分析了44件白牛厂矿床新开采矿段的硫化物样品，样品包括黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和黄铜矿，相关测试结果见表1。

4 讨论

根据矿床中硫同位素组成，可以分析矿床中硫的来源，进而可以探讨矿床成因。一般来说，硫主要有3个来源，即幔源硫（δ34S值约为0）、地壳硫及混合硫，而成矿流体中的总硫同位素组成主要受制于硫源的同位素组成、成矿物理化学条件和水—岩相互作用程度等条件［8］。白牛厂矿床中的矿石矿物以硫化物为主，主要为黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等。本研究结合白牛场矿床新开采矿段硫化物的硫同位素组成（表1），对该矿床硫同位素组成特征及硫来源进行分析，并进一步讨论矿床成因。

4.1 硫同位素组成

白牛厂矿床原生矿物组成相对简单，主要为硫化物。本研究测试结果（表1）表明：白牛厂矿床δ34S值分布范围较小，黄铁矿δ34S值为2.5‰～4.0‰，磁黄铁矿δ34S值为2.7‰～3.9‰，闪锌矿δ34S值为2.9‰～4.3‰，方铅矿δ34S值为1.5‰～2.3‰，黄铜矿δ34S值为3.4‰～4.3‰。

由图4可知：白牛厂矿床δ34S值分布比较集中，所有硫化物样品的δ34S值为1.5‰～5.3‰，均值为3.2‰，δ34S值集中分布于2‰～5‰，峰值为2‰～4‰，相近的δ34S值说明硫化物样品可能具有相同的来源。不同矿物的δ34S值差别不大，但从δ34S值均值来看，δ34S磁黄铁矿＞δ34S黄铜矿＞δ34S黄铁矿＞δ34S毒砂＞δ34S闪锌矿＞δ34S方铅矿，不符合成矿流体处于平衡状态下δ34S黄铁矿＞δ34S闪锌矿＞δ34S磁黄铁矿＞δ34S黄铜矿＞δ34S方铅矿的特征，说明成矿流体总体未能达到平衡状态，可能由于多期作用叠加所致。

4.2 硫来源探讨

在热液矿床中，由于成矿作用中固—液相之间的同位素分馏作用，热液形成的硫化物δ34S值一般不等于热液总δ34S值（δ34SΣS），而是热液体系中总硫同位素组成、fO2、fS2、pH、离子强度和温度的函数，即δ34S=f（δ34SΣS，fO2，fS2，pH，I，T）。因此，热液矿床中矿物的硫同位素组成不仅取决于源区物质的δ34S值，而且与含硫成矿物质在热液体系中迁移和沉淀时的物理化学条件有关。热液体系中总硫的同位素组成δ34SΣS=（δ34SH2S×XH2S）+（δ34SHS-×XHS-）+（δ34SS2-×XS2-）+（δ34SSO42-×XSO42-）+（δ34SHSO4-×XHSO4-）+（δ34SKSO4-×XKSO4-）+（δ34SNaSO4-×XNaSO4-），其中X为硫化物或硫酸盐相对于总硫的摩尔分数。在白牛厂矿区尚未发现硫酸盐类矿物，主要的矿石矿物均为硫化物。因此，根据上式，白牛厂矿床硫化物的δ34S值可以近似代表成矿流体的总硫同位素组成［8］。

白牛厂矿床主要赋存于中寒武统田蓬组与龙哈组界面附近的断层破碎部位的细碎屑岩中，张乾［11］通过对比研究国内外泥岩-细碎屑岩型铅锌矿床发现，该类型矿床大部分δ34S值为正值，变化范围为10‰～30‰，矿床中的硫主要来自海水硫酸盐的分解。白牛厂矿床中所有硫化物的δ34S值为1.5‰～5.3‰，难以采用“海水硫酸盐还原理论”进行解释。白牛厂矿床硫化物具有与S型花岗岩相关热液矿床δ34S值相似的特征［8］，这种相对均一的硫同位素值表明硫源来自均一的热液体系，而非由同位素组成的不同来源硫均一化形成。

徐文炘［12］根据600多件硫化物的硫同位素数据的分析，将我国锡矿床的硫源分为岩浆硫和岩浆与地层混合硫2种。岩浆来源硫δ34S值较小，一般为-2‰～6‰，而混合来源硫δ34S值较大，一般大于12‰。Xie等［9］在研究白牛厂矿床硫同位素组成特征时，将其分为白羊矿段和东南部其他矿段2组进行讨论，得出早期的硫来自下地壳基底岩石的淋虑，晚期的硫来自燕山期的花岗岩浆。实际上白牛厂矿床多数矿体同时跨越数个矿段，并且2组硫同位素组成并无本质区别（白羊矿段δ34S值为2‰～5‰，东南部矿段δ34S值为2‰～6‰）。结合区域地质特征，可知薄竹山花岗岩体隐伏侵入于矿床东南部，而在白羊矿段底部也发现了隐伏岩体。因此，本研究认为白牛厂矿床矿石矿物中的硫主要由燕山晚期花岗岩岩浆提供。

4.3 矿床成因

白牛厂矿床由于开采较晚，研究深度欠缺，有关矿床成因争议较大，白牛厂矿床与薄竹山岩体的关系是研究矿床成因的一个关键因素［1］。王吉珺等［13］通过对我国辽西地区中生代花岗岩的研究表明，硫型二长花岗岩的δ34S值为1.5‰～5.9‰，与白牛厂矿床δ34S值极其相近，说明白牛厂矿床与花岗岩岩浆有密切联系，硫可能主要由花岗岩岩浆提供。李开文等［14］获得的白牛厂矿床以往曾认为是最具有典型热水沉积作用特征的白羊矿段锡石的形成年龄为（87.4±3.7）Ma～（88.4±4.3）Ma，与薄竹山花岗岩的成岩时代（（84.22±0.74）Ma～（88.10±0.66）Ma）极其匹配，说明锡成矿主要受岩浆作用控制，而非主要来自海底热水喷流作用。白牛厂铅同位素研究表明，白牛厂矿床的铅主要来自岩浆作用［1］。随着白牛厂矿床的进一步勘探和研究发现，矿床的矿化特征主要受晚白垩世酸性岩浆活动控制，尤以东南部阿尾矿段最具典型，以阿尾隐伏花岗岩体为中心向外和向上的矿化具有水平和垂直分带现象（图5），分别形成了高—中温钨锡矿化带、铅锌矿化带、铜矿化带和中—低温银锡铅锌矿化带、银铅锌矿化带和低温锑矿化带，并在相应的矿化部位形成了矿体［15］。

4.4 滇东南成矿带找矿远景

滇东南成矿带位于南岭成矿带西段，是我国重要的锡多金属矿产地，该成矿带产出的白牛厂、个旧、都龙3个超大型多金属矿床均伴生有晚白垩世花岗岩体，分别为薄竹山岩体、个旧岩体和老君山岩体。随着矿床的开发及研究工作的深入，越来越多的证据显示滇东南多金属矿床的成因与晚白垩世岩浆活动有密切的关系。个旧花岗岩锆石U-Pb年龄多集中于（85.8±0.6）Ma～（77.4 ±2.5）Ma［16］，个旧矿床的成矿时代多集中于（95.3±0.7）Ma～（77.4± 0.6）Ma。老君山岩体的锆石U-Pb年龄集中于（86.83±0.45）Ma～（86.0±0.5）Ma［17］，都龙矿床的锡石U-Pb年龄为（89.4±1.4）Ma［18］。结合白牛厂矿床地球化学与年代学研究认为，在晚白垩世，滇东南地区发生了大规模的区域伸展作用，从而诱发了富含Sn、Pb、Zn等成矿物质的花岗质岩浆底辟上侵，并在有利地段富集成矿［19-21］。因此，在滇东南地区围绕晚白垩世岩体周围及外缘为寻找同类型多金属矿产的有利地段。