云南都龙锡锌多金属矿床硫铅同位素地球化学示踪

成永生，孙午萌

(1.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学)，长沙 410083；2.有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室，长沙 410083；3.中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083)

云南都龙锡锌多金属矿床地处老君山南部，该矿区是马关县境内非常重要的矿业开发基地[1]。都龙矿床锡锌储量巨大，其中锡的含量可达40余万t，锌的含量可达400万t，同时伴生铜、铟、镉、钨等30余种有用元素，属于典型的超大型矿床，具有极高的研究价值、经济价值以及工业价值，备受国内外学者以及矿业界的广泛关注[2]。

长期以来，国内外学者在该区域取得了非常丰富的研究成果，极大地推动了矿区及矿床地质研究，更为持续深化矿床成因理论且有效指导矿床深边部地质找矿奠定了坚实基础[3-4]。然而，已有研究成果及认识对都龙锡锌多金属矿床的成因机制认识并不统一，主要包括岩浆热液成因、热水沉积-热液改造成因、多成因复成等[5-11]，而学术界争论的核心主要聚焦于矿床的成矿物质来源。岩浆热液成因观点者认为，成矿物质来自于岩浆分异；热水沉积-热液改造成因观点者认为，成矿物质来源于基底以及围岩；多成因观点者认为成矿物质具有多来源性，矿床属不同来源物质复合成矿作用的综合结果。

因此，进一步探究矿床的成矿物质来源，对于揭示矿床成因机制、建立矿床成因模式具有重要理论价值，对于指导矿床的深部地质找矿以及矿产资源勘查具有现实意义。本研究紧紧围绕都龙锡锌多金属矿床的成矿物质来源问题，采集矿床新揭露剖面的岩矿石样品，利用硫铅同位素示踪方法及研究手段，深入探索矿床金属硫化物的硫、铅来源，旨在为丰富和发展都龙锡锌多金属矿床的成矿理论提供新素材。

1 区域地质背景

都龙锡锌多金属矿床位于都龙花岗岩体西面，矿区大地构造位置处于越北地块、华南褶皱系、扬子地块、哀牢山褶皱系等几大构造单元接合部位(见图1所示)，属于典型的变杂岩浆穹窿构造[1, 7]。

区域地层出露较齐全，主要发育下古生界寒武系和奥陶系，中古生界泥盆系，与矿区关系密切的地层为田篷组[5-6]。都龙锡锌多金属矿床历经漫长且复杂的地质演化过程，导致区内构造变形强烈，构造十分复杂，构造演化的主体集中于印支期和燕山期。区内岩浆岩极为发育，酸性岩浆侵入活动强烈，从而形成了与锡锌多金属矿床密切相关的老君山复式花岗岩体[12-14]。

1-老君山第一期花岗岩；2-老君山第二期花岗岩；3-老君山第三期花岗岩；4-矿体；5-矽卡岩；6-区域断层；7-次级断层(矿区主要控矿构造)；8-寒武统冲庄组，图中出露为该组第二段，岩性为板岩夹灰岩；9-寒武统田蓬组；10-研究区；a-矿区图；b-区域大地构造图图1 云南都龙区域地质构造简图(据何芳等，2015)[15]Fig.1 Regional geological and tectonic sketch map of Dulong in Yunnan province

2 矿床地质特征

都龙锡锌矿区自北向南由铜街、曼家寨、辣子寨、五口硐、南当厂等多个矿段组成，自南至北约为八公里，构成锡、锌、铜、铅、银多金属矿带[1, 6]。

都龙锡锌多金属矿床赋存于田蓬组第二段至第四段片岩、大理岩夹似层状矽卡岩中。矿床的矿石类型主要为锡石-硫化物-矽卡岩型，主矿带外围还发育硫化物-碳酸盐型和硫化物-萤石-石英脉型。金属矿物主要为铁闪锌矿、磁黄铁矿、锡石、磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿和毒砂。脉石矿物主要为石英、绿泥石、角闪石(阳起石-透闪石系列为主)、透辉石、绿帘石、绢云母、斜长石等。变晶结构、交代结构和固溶体出溶结构广泛发育，在一些矽卡岩型矿石中还可见变余胶状结构。矿石构造主要为纹层状-条带状构造、块状构造、片状-片麻状构造、斑点状-斑杂状构造、浸染状构造和脉状-网脉状构造[6-8, 15-16]。

3 样品及分析方法

本次用于分析测试的15件岩矿石样品均采集于都龙锡锌矿区的露天采场，样品非常新鲜，均无风化现象，其中，黄铁矿样品6件，磁黄铁矿样品6件，闪锌矿样品2件，毒砂样品1件。黄铁矿主要呈脉状和浸染状两种形式产出，且两种不同产出形式的黄铁矿结晶形态差异明显。脉状黄铁矿一般产出于解理裂隙中，形成充填型裂隙脉，此类型黄铁矿结晶形态均较好，颗粒较大。浸染状产出的黄铁矿结晶普遍较细，用肉眼一般难以辨认矿物晶形。脉状和浸染状黄铁矿完全差异的产出形态，可能反映了不同的成矿期次，体现了不同的成矿地质环境，如压力条件、温度条件、构造体制等。野外地质研究发现，块状矿石中黄铁矿通常与闪锌矿、磁黄铁矿、黄铜矿等共生。(铁)闪锌矿矿石通常为块状构造，部分呈浸染状产出。毒砂矿物产出于块状矿石中，与闪锌矿、黄铁矿等共生。

本次硫、铅同位素分析在武汉地质矿产研究所完成，铅同位素测试使用的仪器设备为MAT-262多接受器的热电离质谱仪，以硅胶作为发射剂，测定采用静态模式，采用标准样SRM 981控制质谱计中的质量分馏，国际标样NBS-981的测定值为206Pb/204Pb等于16.937，207Pb/204Pb等于15.491，208Pb/204Pb等于36.722。

4 分析测试结果

4.1 硫同位素组成

都龙锡锌多金属矿硫同位素测试结果如表1所示，总体而言，δ34SCDT值介于-1.27‰～2.92‰，主要以正值为主，极差为4.19‰，平均值为0.87‰。6个黄铁矿样品的δ34SCDT值均为正，介于0.74‰～2.92‰，极差为2.18‰，平均值为1.66‰。6个磁黄铁矿样品中，3个样品的δ34SCDT值为正，3个样品的δ34SCDT值为负，总体介于-1.27‰～2.48‰，极差为3.75‰，平均值为0.28‰。两个闪锌矿样品的δ34SCDT值均为较小的正值，分别为0.10‰和0.17‰，极差为0.07‰，平均值为0.14‰。1个毒砂样品的δ34SCDT值亦为正值(1.18‰)，大于15个样品硫同位素δ34SCDT值的平均值(0.87‰)。

表1 云南都龙锡锌多金属矿硫同位素组成

4.2 铅同位素组成

从都龙锡锌多金属矿床矿石硫化物铅同位素组成可以看出(如表2所示)，206Pb/204Pb值介于17.573～18.574，极差为1.001，平均值为18.267；207Pb/204Pb值介于15.526～15.746，极差为0.22，相对较为均一，平均值为15.677；208Pb/204Pb值介于38.077～39.158，极差为1.081，均值为38.81；ω值变化范围为38.87～41.09，平均值为39.66；μ值范围为9.43～9.74，均值为9.64；Th/U为3.91～4.13，平均值为3.98。

表2 云南都龙锡锌多金属矿铅同位素组成

5 讨论

5.1 硫来源分析

硫同位素被广泛应用于矿床学的研究，特别是通过硫同位素组成可以判断热液硫化物矿床的成因及其硫源，具有极好的示踪作用。已有研究表明，岩浆硫来源的矿床同位素值介于-2.0‰～6.5‰。都龙锡锌矿床的硫同位素值变化于-1.27‰～2.92‰，变化范围较窄，且以较小的正值为主，总体显示出岩浆硫的特点。然而，刘玉平等认为[16]，都龙矿床硫同位素组成反映了深部岩浆房和海水硫酸盐两种不同源区所提供的硫，在热水沉积作用中可能存在动态的混合过程，总体上表现出随层序向上深部岩浆源硫所占比例逐步减少的趋势，硫同位素组成保留了Sedex型矿床的部分特征，硫源主要来自于热水沉积期间深部岩浆房和海水硫酸盐，二者可能存在混合机制，另外老君山花岗岩也提供了部分硫。

5.2 铅来源分析

铅同位素组成是研究金属矿床甚至非金属矿床的重要手段，对于探究矿床的物质来源以及成矿作用的深部地质背景具有重要作用，主要包括模式年龄法、等时线年龄法、Δβ-Δγ图解法、构造模式法以及全方位对比法等方法。Zartman和Doe将铅同位素与地质环境以及时间联系起来，根据同位素比值投影点的分布特征及与不同地质单元平均演化曲线的关系判断成矿物质来源，时至今日，该方法依然被学术界广泛接受与应用，尤其在揭示深部成矿地球动力学机制、发展矿床成因理论等方面发挥着重要作用[17]。何芳等通过对都龙矿床的矿石矿物、花岗斑岩长石、大理岩、片岩和基底片麻岩的铅同位素特征深入研究，指出该矿床的铅主要来源于老君山花岗岩，基底片麻岩对铅的贡献很小；而片岩和大理岩分布分散，明显偏离矿石矿物铅同位素组成，基本对该矿床的铅来源没有贡献[15]。

依据都龙锡锌矿床硫化物铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图(图2)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图(图3)，黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、毒砂矿物的铅同位素投点分布较为集中，铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图中投影点主要位于造山带和上地壳增长曲线，铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图中投影点主要位于造山带和下地壳增长曲线之间，表明矿床金属硫化物的铅源具有多来源特征，主要来自于下地壳，同时造山带型铅也发挥了一定作用，二者共同组成了铅的来源。

图2 都龙锡锌矿床硫化物铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图Fig.2 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb diagram of sulfides from the Dulong Sn-Zn polymetallic ore deposit in Yunnan, ChinaA-地幔(Mantle)；B-造山带(Orogene)；C-上地壳(Upper Crust)；D-下地壳(Lower Crust)

图3 都龙锡锌矿床硫化物铅同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb增长曲线图Fig.3 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb diagram of sulfides from the Dulong Sn-Zn polymetallic ore deposit in Yunnan, China

5.3 成矿构造背景

Zartman构造模式图已是使用最普遍的矿石铅同位素示踪图解法[17-18]，至今依然是使用频率较高的铅同位素示踪成矿物质来源方法之一。据Zartman和Doe的铅同位素构造环境判别图[17]，铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图中，所有投影点基本落入下地壳区域；而铅同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图中，投影点也完全落入下地壳构造区域。因此，以上两个判别图一致表明，都龙锡锌多金属矿床主体形成于下地壳构造环境，同时下地壳为成矿作用提供了非常重要的物质来源。都龙锡锌矿床属于多因复成矿床，主要与滇东南地区晚白垩世大规模的花岗岩成岩—成矿事件有关，受到晚中生代以来华南地块岩石圈伸展作用的影响与制约[13]。

6 结论

1)云南都龙锡锌多金属矿床金属硫化物硫同位素δ34SCDT值介于-1.27‰～2.92‰，极差4.19‰，均值0.87‰，总体表现为岩浆硫的特点，暗示矿床硫主要来自于岩浆作用。

图4 都龙锡锌矿床硫化物铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图解Fig.4 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb diagram for discriminating tectonic settings

LC-下地壳；UC-上地壳；OIV-洋岛火山岩；OR-造山带；A，B，C，D分别为各区域中样品相对集中区。图5 都龙锡锌矿床硫化物铅同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图解Fig.5 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb diagram for discriminating tectonic settings

2)矿床金属硫化物206Pb/204Pb为17.573～18.574，均值18.267；207Pb/204Pb为15.526～15.746，均值15.677；208Pb/204Pb为38.077～39.158，均值38.81；ω=38.87～41.09；μ=9.43～9.74；Th/U=3.91～4.13。矿床铅源表现出多来源，以下地壳铅源为主，次为造山带铅，矿床形成受下地壳构造环境影响和控制。