陕西西沟钼矿床辉钼矿Re-Os 年代学和同位素地球化学特征及其地质意义*

2020-09-11杜芷葳叶会寿毛景文丁建华

矿床地质 2020年4期

杜芷葳，叶会寿，毛景文，孟芳，曹晶，王鹏，魏征，丁建华

（1中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083；2中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；3中国地质大学珠宝学院，北京 100083）

东秦岭地区是中国主要的钼矿化集中区，已查明的钼矿资源储量达900万吨以上，为中国乃至全球最大的钼矿带（Mao et al.,2011）。迄今为止发现了许多大中型钼矿床，主要有金堆城钼矿、黄龙铺钼矿、大石沟钼矿、石家湾钼矿、雷门沟钼矿、东沟钼矿、南泥湖钼矿、石宝沟钼矿、鱼池岭钼矿等（朱广彬等，2005；李永峰等，2006；焦建刚等，2009；2010a；2010b；陈衍景，2010；张娟等，2013；李金宝等，2013；叶会寿等，2006a；2006b）。东秦岭地区钼矿床的成矿时代大致可以分为三叠世（230～210 Ma）、晚侏罗世—早白垩世（145～140 Ma）、早白垩世（132～110 Ma）3期，其中,三叠纪钼矿床以石英方解石碳酸岩型脉状矿床为主，侏罗纪—白垩纪钼矿床以斑岩和矽卡岩型钼矿床为主。

陕西黄龙铺地区发育有黄龙铺碳酸岩型钼矿床、金堆城和石家湾斑岩型钼矿床等，已对它们开展了矿床地质特征、矿床地球化学、成矿背景、矿床成因等研究，取得了一系列的成果（许成等,2009；宋文磊等,2009；赵海杰等，2010；李洪英等，2016），对找矿勘查起到了重要的指导作用。近年来，黄龙铺地区找矿取得了重大进展，勘探发现了西沟中型钼矿床和华阳川特大型铀铌矿床。对西沟钼矿床开展了矿床地质、控矿因素及成矿潜力的研究（焦建刚等,2007；王勇茗等,2006；袁海潮等，2014；代军治等，2018），取得了初步成果，但在矿床类型、成矿时代、成矿物质来源、矿床成因、区域成矿规律等方面存在争议。本次工作在野外矿床地质调查研究基础上，应用辉钼矿Re-Os同位素测年法对西沟钼矿床的成矿年龄进行精确测定，并运用同位素地球化学方法对西沟钼矿床的成矿物质来源进行示踪，然后与东秦岭地区黄龙铺钼（铅）矿床和黄水庵钼（铅）矿床等碳酸岩型钼矿床进行对比，从而确定矿床类型、成矿时代、成矿物质来源和矿床成因，为今后寻找同类型的矿床提供有益借鉴。

1 区域地质概况

黄龙铺地区位于东秦岭钼矿带的西段，地处华北陆块南缘。区域上，华北陆块南缘分布于近EW向黑沟-栾川区域性断裂带以北地区，出露的地层主要有新太古界太华群、中元古界熊耳群与官道口群、新元古界陶湾群等，其中，西沟钼矿出露于新太华群片麻岩中。

区域构造主要有近EW向和NNE向2组，呈格子状产出，在2组断裂构造的交汇处控制了侏罗纪—白垩纪中酸性小岩体分布。区内岩浆活动强烈，发育的岩体主要有中生代老牛山、华山、娘娘山等花岗岩基，金堆城、石家湾等晚侏罗世—早白垩世花岗斑岩体，此外还有众多的岩脉，成矿地质条件优越。

2 矿床地质

西沟钼矿床位于老牛山岩体与华山岩体所夹持的EW向长廊中，出露的地层主要为新太古界太华群角闪黑云斜长片麻岩，呈单斜构造，多为北倾；出露的岩体主要有山神庙黑云二长花岗岩岩体，雪花沟花岗斑岩岩体等。区内断裂构造发育，以近EW向为主，其次为NE向和NW向。其中，近EW向构造主要有3条剪切带，即王沟-庙上剪切带（F1）、冰冷沟-苍家坪剪切带（F2）以及阴司台-南台剪切带（F3），为区内主要的控矿构造带，控制了区内岩体和部分石英方解石碳酸岩脉的分布（图2）。

图1 秦岭造山带构造简图（a）和西沟钼矿区域地质略图（b）（据Mao et al.,2009）1—第四系沉积物；2—寒武系碳酸盐岩；3—新元古界陶湾群大理岩；4—中-新元古界宽坪群绿片岩；5—中元古界官道口群大理岩；6—中元古界熊耳群火山岩；7—古元古界秦岭群变质岩；8—太古界太华群片麻岩；9—中生代花岗岩；10—断裂或地质界线；11—碳酸岩型矿床；12—石英脉型矿床；13—斑岩型矿床Fig.1 Structural map of the Qinling orogenic belt(a)and schematic geological map of the Xigou molybdenum deposit(b)(after Mao et al.,2009)1—Quaternary sediments;2—Cambrian carbonate rock;3—Marble of Taowan Group in Neoproterozoic;4—Greenschist of Kuanping Group in the Middle-Neoproterozoic;5—Marble of Guandaokou Group in Middle Proterozoic;6—Volcanic rocks of Xiong'er Group in Mesoproterozoic;7—Lower Proterozoic metamorphic rocks of Qinling Group;8—Gneiss of Taihua Group,Archean;9—Mesozoic granite;10—Fault or geological boundaries;11—Carbonate type deposit;12—Quartz vein type deposit;13—Porphyry deposit

西沟钼矿床在南、北矿带中圈出了矿化带4条，含工业矿体 59条，其中，以Mo-Ⅰ、Mo-Ⅱ、Mo-Ⅶ、Mo-Ⅸ矿体为主。Mo-Ⅸ矿体严格受近NW向断裂构造控制，产状总体与构造一致，但局部也可见脉体相互交错的现象（图3）。矿体长2800 m，厚度为3.50～13.82 m，钼品位为 0.077%～0.171%。伴生组分主要有硫、铅、银等。矿体主要由石英脉型、长石-石英脉型、石英-方解石脉型和蚀变片麻岩型辉钼矿矿石组成，含矿脉体一般呈扁豆状产出，具有明显的分支复合、尖灭侧现、尖灭再现现象。矿石矿物主要为辉钼矿、黄铁矿，其次为方铅矿、磁铁矿，还有少量黄铜矿等。辉钼矿主要呈他形-半自形晶结构，主要有细脉状浸染状、团块状构造、薄膜状构造。方铅矿主要呈半自形-自形晶粒状结构，主要有团块状构造、脉状构造。赋矿围岩为角闪斜长片麻岩，近矿围岩蚀变主要有硅化、绿帘石化、钾长石化、碳酸盐化、绢云母化等，其中，硅化、钾长石化与钼矿化关系密切。

根据矿脉穿切关系和矿物共生组合等特征，将热液成矿期划分为4个阶段，即钾长石-石英阶段（Ⅰ）、石英-碳酸岩阶段（Ⅱ）、硫化物阶段（Ⅲ）和硫酸盐阶段（Ⅳ）。

图2 西沟钼矿床矿区地质图（据袁海潮等，2014）1—新太古界太华群片麻岩；2—花岗斑岩；3—黑云二长花岗岩；4—实测及推测剪切带；5—矿带及编号；6—地名Fig.2 Geological map of the Xigou molybdenum deposit(after Yuan et al.，2014)1—Gneiss of Taihua Group,Neoarchean;2—Granite porphyry;3—Biotite monzonitic monzogranite;4—Measured shear zone and inferred shear zone;5—Ore zone and its serial number;6—Place name

钾长石-石英阶段（Ⅰ）：主要形成含黄铁矿、重晶石、钾长石的石英脉。金属矿物为黄铁矿，脉石矿物主要为石英，其次为重晶石、钾长石。石英呈乳白色，颗粒较大。黄铁矿多呈自形的立方体，粒径大者可达1 cm以上，可见立方体黄铁矿被后期辉钼矿脉切过而发生破碎。重晶石颜色为淡绿色，多呈团块状或不规则状。

石英-碳酸岩阶段（Ⅱ）：主要形成石英方解石脉及含重晶石方解石脉。几乎不含金属矿物，脉石矿物主要有石英、方解石，其次为重晶石。石英呈烟灰色，方解石呈肉粉色，重晶石呈淡绿色。

硫化物阶段（Ⅲ）：为主成矿阶段，主要形成辉钼矿脉及黄铁矿细脉，金属矿物以黄铁矿和辉钼矿为主，少量的方铅矿、闪锌矿等。辉钼矿呈浸染状、薄膜状或团块状产出，黄铁矿呈团块状、细脉状或浸染状产出，方铅矿分布于方解石粒间或沿方解石裂缝充填。

硫酸盐阶段（Ⅳ）：为成矿晚阶段，出现沸石和硬石膏等。

3 样品采集及分析测试

3.1 Re-Os同位素年代学

用于Re-Os同位素测年的6件辉钼矿样品均采自西沟钼矿床Mo-Ⅸ矿带的PD1608坑道Ⅻ-4和Ⅻ-5主钼矿体，辉钼矿呈细脉浸染状、薄膜状分布于含重晶石石英方解石脉裂隙中。辉钼矿单矿物样品分离在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成。矿石样品经粉碎、分离、粗选和精选，获得了纯度＞98%的辉钼矿单矿物。辉钼矿颗粒细小，单颗粒粒径为0.03～0.10 mm，这样可以避免大颗粒辉钼矿由于Re、Os失偶而引起的测年误差。单矿物晶体新鲜、无氧化、无污染，符合测试要求。

图3 西沟钼矿床N40勘探线剖面（据袁海潮等，2014）1—角闪斜长片麻岩；2—长石石英脉；3—钼矿体位置及编号；4—蚀变带；5—产状；6—钻孔位置、编号及孔深；7—坑道位置及编号Fig.3 Geological section along No.40 exploration line of the Xigou molybdenum deposit(after Yuan et al.,2014)1—Hornblende-plagioclase gneiss;2—Feldspar quartz vein;3—Molybdenum ore location and serial number;4—Alteration belt;5—Attitude;6—Drill hole location,serial number and depth;7—Tunnel location and serial number

辉钼矿的Re-Os同位素分析测试工作在国家地质测试中心Re-Os同位素实验室完成，采用Carius管封闭溶样分解样品。Re-Os同位素分析原理及详细分析流程参考文献（杜安道等，1994；2009；2012；屈文俊等，2003；2008；2009；李超等，2009a；2009b；2010）。采用美国TJA公司生产的TJAX-series电感耦合等离子体质谱仪（美国Thermo公司）测定同位素比值。对于Re，选择质量数185、187，用质量数190 监测 Os；对于 Os，选择质量数 186、187、188、189、190、192，用质量分数 185 监测 Re。TJAX-series ICP-MS测得Re-Os和187Os含量（质量分数，下同）空白值分别为0.0024 ng（不确定度0.0003）、0.000 36 ng（不确定度0.000 05）和0.000 02 ng（不确定度0.000 02），远小于所测样品和标样中Re、Os含量，因此对实验结果的影响可忽略不计。

3.2 同位素地球化学分析

用于S同位素分析测试的22个样品（含辉钼矿8件，黄铁矿9件，方铅矿3件，重晶石2件）采自于西沟钼矿床PD1608坑道Ⅻ-4和Ⅻ-5主矿体中。单矿物样品分离在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成。测试在中国地质科学院矿产资源研究所完成，所使用的仪器型号为MAT 251，仪器编号3708，检测方法参考《硫化物中硫同位素组成的测定》。

图4 西沟钼矿床不同矿化阶段矿物组合a.第一阶段乳白色石英脉；b.第二阶段含重晶石方解石脉；c.第三阶段辉钼矿细脉切穿第二阶段方解石脉；d.第三阶段叶片状辉钼矿；e.第三阶段黄铁矿、辉钼矿共生；f.第三阶段硫化物特征Q—石英；Brt—重晶石；Cal—方解石；Py—黄铁矿；Mo—辉钼矿；Mag—磁铁矿；Gn—方铅矿Fig.4 Mineral assemblages in different mineralization stages of the Xigou molybdenum deposita.The firststage milky quartz vein;b.Barite calcite veins in the second stage;c.The third stage molybdenite vein cutting through the calcite vein of the second stage;d.Leaf molybdenite of the third stage;e.Intergrowth of pyrite and molybdenite in the third stage;f.Third-stage sulfide characteristics Q—Quartz;Brt—Barite;Cal—Calcite;Py—Pyrite;Mo—Molybdenite;Mag—Magnetite;Gn—Galena

用于Sr-Nd同位素分析的5件方解石，1件重晶石样品采自西沟钼矿床的PD1608坑道主矿体，测试在核工业北京地质研究院完成，Sm-Nd测试所使用的仪器型号为ISOPROBE-T，仪器编号为7734，检测方法参考《岩石中铅、锶、钕同位素测定方法》；Rb-Sr测试所使用的仪器型号为PHOENIX，仪器编号为9444，检测方法参考《岩石矿物铷锶等时年龄测定》。

用于C-O同位素分析的5件方解石样品来自西沟钼矿床的PD1608坑道的主矿体，测试在中国地质科学院矿产资源研究所完成，采用100%磷酸法，所使用的仪器型号为MAT 253，仪器编号为8633，检测方法参考《碳酸盐矿物或岩石中碳、氧同位素组成的磷酸法测定》。

4 测试结果

4.1 Re-Os同位素年代学

西沟钼矿床辉钼矿样品Re-Os同位素测试结果见表1，本次测得的辉钼矿中的普Os含量很低，接近于零，表明辉钼矿形成时几乎不含187Os，其中，187Os由187Reβ衰变而来，说明所获得的模式年龄能准确的反映矿化年龄。模式年龄计算所用公式为：t=1/λ[ln（1+187Os/187Re）]，其中，衰变常数 λ=1.666×10-11a-1（Smoliar et al.，1996）。

6件样品的模式年龄介于（222.3±3.4）Ma～（226.6±3.7）Ma；加权平均年龄为（225.1±1.4）Ma（MSWD=0.82)（图5b）。利用Isoplot软件（Ludwig,2009）对6组数据进行187Re-187Os等时线拟合，线性关系很好，获得等时线年龄为（224.6±9.1）Ma（MSWD=1.4)（图5a）。

4.2 S同位素组成

西沟钼矿床22件样品硫同位素分析结果见表2和图6。其中，黄铁矿的δ34S值变化于-8.4‰～-6.8‰，平均值-7.4‰，辉钼矿的δ34S值变化于-8.1‰～-6.7‰，平均值-7.4‰，方铅矿的δ34S值变化于-12‰～-6.8‰，平均值-9.1‰，重晶石的δ34S值变化于+4.4‰～+5.1‰，平均值+4.75‰。

张理刚（1985）认为,共生硫化物的δ34S值按硫酸盐、辉钼矿、黄铁矿、磁黄铁矿和闪锌矿、黄铜矿、方铅矿的顺序依次递减，而在西沟钼矿床中，δ34S硫酸盐＞δ34S辉钼矿＞δ34S黄铁矿＞δ34S方铅矿，说明该矿床的主要硫化物沉淀于同一物理化学条件体系之中，且不同矿物之间的硫同位素分馏基本达到了平衡。

4.3 Sr-Nd同位素组成

西沟钼矿Rb、Sr含量，87Rb/86Sr、87Sr/86Sr比值结果见表3。西沟钼矿Rb、Sr含量变化范围较大，w(Rb)为 0.038～1.890 μg/g，w(Sr)为 7403～129 949 μg/g。87Rb/86Sr比值0～0.0007。87Sr/86Sr比值变化较小，分布在0.705 36～0.705 46。

将西沟钼矿 Sm、Nd 含量，147Sm/144Nd、143Nd/144Nd、（143Nd/144Nd）0比值和tDM（Ga）、εNd（t）、εNd（0）数据和黄水庵、华阳川、黄龙铺碳酸岩型矿床的Sr-Nd同位素数据一并列入表3。西沟钼矿Sm、Nd含量变化范围较大，w(Sm)分布在0.31～61.90 μg/g，w(Nb)分布在6.0～151.0 μg/g。147Sm/144Nd比值分布在 0.0307～0.2477，（143Nd/144Nd）0比值分布在0.511 81～0.512 03，tDM（Ga）分布在-3.68～48.24、εNd（t）在-10.5～-6.2、εNd（0）值分布在-15.3129～-5.8911。

4.4 C-O同位素组成

西沟钼矿床的5件方解石样品C-O同位素分析结果及黄龙铺钼（铅）矿、黄水庵钼（铅）矿的C-O同位素分析结果一并列入表4。西沟钼矿床的全部样品中，方解石的 δ13CPDB值为-6.6‰～-6‰，δ18OSMOW值为+7.7‰～+7.9‰，变化范围较小。

黄龙铺钼（铅）矿床中方解石的C-O同位素组成比较稳定，δ13CPDB值为-7‰～-6.6‰，平均值-6.7‰，δ18OSMOW值为+8.5‰～+9.5‰，平均值约+9.0‰。黄水庵钼（铅）矿床所分析样品表现出变化范围非常窄的δ13CPDB值（-5.3‰～-4.7‰）和δ18OSMOW值（+7.1‰～+8.2‰）。

表1 西沟钼矿床辉钼矿Re-Os同位素组成Table 1 Re-Os isotopic composition of molybdenite in the Xigoumolybdenum deposit

图5 西沟钼矿床辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄(a)和加权平均年龄(b)Fig.5 Re-Os isotopic isochron age(a)and weighted mean age(b)of molybdenite in the Xigou molybdenum deposit

表2 西沟钼矿床S同位素组成Table 2 S isotopic compositions of the Xigou molybdenum deposit

5 讨论

5.1 成矿时代

辉钼矿Re-Os同位素体系是目前认为最合适的用于金属矿床直接定年的方法（Stein et al.,2001），因为辉钼矿富集Re（10-6级），而普Os含量极低（接近于零），即辉钼矿中的Os完全是放射成因的187Os。国内外已有很多成功的案例（Mao et al.,2008）。因此，应用Re-Os同位素体系测定辉钼矿形成年龄能为相关矿床的形成时代，以及区域成矿作用和构造演化提供高精度的年代学制约。

图6 西沟钼矿床硫同位素分布直方图Fig.6 Histogram of sulfur isotopic compositions in the Xigou molybdenum deposit

本次分析的西沟钼矿床中辉钼矿的w(普Os)很低，变化范围为（0.0188±0.0211）×10-9～（0.0823±0.0423）×10-9，而w(Re)高，变化范围介于（57 882±638）×10-6～（88 417±793）×10-6，Re-Os模式年龄为(222.3±3.4)Ma～(228.2±3.4)Ma，其加权平均年龄（（225.1±1.4）Ma）与等时线年龄（（224.6±9.1）Ma）在误差范围内一致，表明辉钼矿的Re-Os等时线年龄可以代表辉钼矿的形成年龄。由于本次用于Re-Os同位素测年的样品均为该矿床的主要矿石类型，因而辉钼矿的Re-Os等时线年龄（（224.6±9.1）Ma）可以直接代表该矿床的形成年龄。

根据本次研究所测数据，限定西沟钼矿床的形成年龄为225 Ma左右，成矿时代为晚三叠世。

Mao等（2008)根据15个钼矿床的成矿年龄数据，并与相应的构造事件对应，提出在东秦岭-大别地区存在3个钼成矿作用峰期，即印支期的242～215 Ma和燕山期的 148～138 Ma以及131～112 Ma。后2期钼矿化主要与侏罗纪—白垩纪中酸性花岗斑岩体有密切的时空联系（卢欣祥等,2002；Mao et al.,2011），属斑岩型钼矿床，是东秦岭-大别地区最为重要的大规模成矿事件。近些年来，陆续发现一些三叠纪矿床，如小秦岭大湖辉钼矿床Re-Os年龄为215.4～255.6 Ma（李厚民等,2007；李诺等,2008）、马家洼金（钼）矿床Re-Os年龄为232.5～268.4 Ma（王义天等，2010）、黄龙铺钼（铅）矿床（辉钼矿Re-Os等时线年龄为221 Ma（黄典豪等,1984；Stein et al.,1997）；以及近期发现的西沟钼矿床(（222.3±3.4）Ma～(228.2±3.4)Ma）和华阳川铀铅矿床：熊耳山地区黄水庵钼（铅）矿床辉钼矿Re-Os等时线年龄为(208.4±3.6)Ma（曹晶，2018）和嵩县南部13个石英脉型钼矿床，辉钼矿Re-Os年龄为230～242 Ma（高阳，2011），因此，东秦岭三叠纪钼具有寻找大型钼矿床的潜力。

表3 西沟钼矿床、华阳川矿床、黄龙铺钼（铅）矿床及黄水庵钼（铅）矿床Sr-Nd同位素组成Table 3 Sr-Nd isotopic compositions in the Xigou molybdenum deposit,the Huayangchuan deposit,the Huanglongpu molybdenum(lead)deposit and the Huangshuian molybdenum(lead)deposit

表4 西沟钼矿床、黄龙铺钼（铅）矿床及黄水庵钼（铅）矿床C-O同位素组成Table 4 C-O isotopic compositions in the Xigou molybdenum deposit,the Huanglongpu molybdenum(lead)deposit and the Huangshuian molybdenum(lead)deposit

5.2 同位素组成特征及成矿物质来源

硫是绝大多数矿床中最重要的成矿元素之一，因而判断硫的来源可以为解决成矿物质来源及矿床成因等问题提供重要依据。一般认为硫的储库有3种（Rollinson,1993）：即幔源或深源硫（δ34S=0±3‰)、海水硫（δ34S=+20‰）、地壳硫；地壳硫来源复杂，同位素值变化大，主要以较大的负值为特征（图7）。

各种矿物从成矿热液中沉淀是由于溶液本身的物理化学条件发生了变化所引起，由于同位素分馏效应，含硫热液矿物中的硫同位素组成不仅取决于热液中原始硫同位素组成，还受到沉淀时温度、压力、pH值、氧逸度等因素的控制（Ohmoto,1972）。因此，为了研究硫的来源，不能简单地将热液矿物硫同位素组成的分布特点与硫源相联系，而应依据硫化物沉淀期间热液的总硫同位素组成来判断。

西沟钼矿床中的硫化物明显富集32S而具有负的δ34S值（-12‰～-6.6‰），硫酸盐相对富集34S，具有正的δ34S值（+4.4‰～+5.1‰）。硫化物和硫酸盐的值均偏离了地幔的硫同位素值（+1‰，Ohmoto et al.,1979）。Pinckney等（1972）提出，在一定温度条件下，从成矿热液中同时沉淀出的矿物与剩余溶液之间处于同位素平衡时，矿物的硫同位素组成可看作成矿温度和总硫同位素组成的函数。如果有2个以上矿物对是从化学成分和同位素组成均一而温度变化的热液中晶出，相关样品的△34SA-B-δ34SA与δ34SB的关系图上应构成一条直线，该直线在δ34S轴上的截距为沉淀出这些矿物的成矿热液的总硫同位素组成。这种方法的原理是依据同位素数据本身进行判断，前提是体系处于封闭状态。封闭体系条件下的热力学交换，共生矿物的△34S值对应平衡分馏。

根据以上理论，现选择实验测得的共生的重晶石和黄铁矿的硫同位素组成作图（图8），斜率大小指示体系中硫酸盐与硫化物的相对比例。获得热液总硫同位素组成约为+1‰，所以推测西沟钼矿床的成矿物质来源可能是地幔。

图7 S同位素分布规律（黄龙铺钼(铅)矿床数据引自黄典豪等，1984；黄水庵钼(铅)矿床数据引自曹晶，2018）Fig.7 Distribution of sulfur isotopes(Huanglongpu molybdenum(lead)deposit data after Huang et al.,1984；Huangshui'an molybdenum(lead)deposit data after Cao,2018)

大量研究表明，C-O同位素组成是示踪成矿流体中C来源的有效方法之一（王华云,1993；毛健全等,1998；张启厚等,1999；毛德明,2000；周家喜等,2012；Zhou et al.,2013a;2013b）。从表4可以看出，该区域的西沟钼矿床、黄龙铺钼（铅）矿床及黄水庵钼（铅）矿床的δ13C值组成较为均一，介于-7‰～-4.7‰，由于区域内矿床中基本上未见碳酸盐矿物与石墨共生，因此，其碳酸岩的碳同位素组成可近似看作是成矿流体的总碳同位素组成（卢欣祥等，2002）。在δ13CPDB-δ18OSMOW图解（图9）中，西沟钼矿床及黄龙铺钼（铅）矿床、黄水庵钼（铅）矿床的方解石C-O同位素组成均落在初始火成碳酸岩的碳（-8‰～-4‰）、氧同位素（6‰～10‰）组成范围内。由此可见，这些矿床方解石的C和O同位素组成特点反映了它们具有相同的来源及δ13C值与碳酸岩方解石的相一致。所以，成矿流体的C-O同位素组成特征指示西沟钼矿床的成矿物质与黄龙铺、黄水庵钼（铅）矿床的成矿物质一样均来自于地幔。

Sr-Nd同位素作为成岩成矿过程中重要指标，在矿床地质研究中常利用其来示踪成矿物质来源(De-Paolo et al.,1979)。由表3可知，西沟钼矿床、华阳川和黄龙铺岩体的εNd（t）值集中在-10.1～-4.6，具有明显的负值特征，但比扬子陆块下地壳、华北陆块上下地壳的初始Nd要高，显示其岩浆来源有幔源物质的加入。东秦岭地区三叠纪碳酸岩中的方解石C、O同位素非常稳定，均落在“初始火成碳酸岩”范围之内，说明未受到次生过程的影响（许成等，2009）。而西沟及华阳川、黄龙铺岩体的Sr-Nd同位素都紧靠EMⅠ地幔端员（图10），这个特征表明华北板块南缘在三叠纪就已经出现了EMⅠ富集地幔的特征。经过前人多年的研究总结，富集地幔EMⅠ的起源可能有以下4个方面：①来自于幔源物质（岩石圈地幔或者软流圈）的热侵蚀；②洋壳物质的俯冲交代；③造山阶段地壳物质的俯冲混合；④造山后的下地壳拆层作用（Rollison，1993）。本区三叠纪的碳酸岩型钼矿有相似的Sr-Nd同位素组成和较低的εNd（t）值，表明其可能具有相同的源区，源区物质主要来自于幔源物质的热侵蚀。

图8 西沟钼矿床黄铁矿和重晶石的△34S-δ34S关系图Fig.8 Diagram of△34S-δ34S for pyrite and barite in the Xigou molybdenum deposit

图9 西沟钼矿样品δ13CPDBvs.δ18OSMOW图解（底图引自刘建明等,1997；黄龙铺钼(铅)矿床数据引自许成等，2009；黄水庵钼(铅)矿床数据引自曹晶，2018）Fig.9 δ13CPDBvs.δ18OSMOWdiagram of the Xigou molybdenum sample(base map modified after Liu et al.,1997)(Huanglongpu molybdenum(lead)deposit data after Xu et al.,1984；Huangshui'an molybdenum(lead)deposit data after Cao,2018)

图10 西沟钼矿床εNd（t）-87Sr/86Sr图（DM、HIMU、EM1、EM2地幔端员值据DePaolo，1979）Fig.10εNd（t）-87Sr/86Sr diagram of the Xigou molybdenum deposit(end element values of DM,HIMU,EM1 and EM2 after DePaol.,1979)

综上所述，西沟钼矿的S、C-O及Sr-Nd同位素组成均指示西沟钼矿床的成矿物质来源是地幔。

5.3 成矿作用与成矿机制

经对比可知，西沟钼矿床与黄龙铺、黄水庵钼（铅）矿床等矿床的矿化类型相似，成矿时代均为晚三叠世，成矿物质均来自于地幔（表5），因此，可以将西沟钼矿床划为碳酸岩型脉状钼矿床。

秦岭造山带是扬子板块与华北板块经历了长期复杂的构造演化，于三叠纪中晚期全面碰撞对接拼合，并由此转入陆内构造演化阶段（李曙光等,1990；Ames et al.,1993；张国伟等 ,2001；Zhang et al.,2002；Xie et al.,2004）。前人通过大别超高压变质带的年代学研究,证明了三叠纪碰撞造山的峰期大致在242～227 Ma之间（Ames et al.,1993；Chavagnac et al.,1996；Hacker et al.,1998；Zheng et al.,2007）。弓虎军等（2009）在研究了南秦岭地体东江口花岗岩之后提出，秦岭造山带由挤压向伸展的构造体制转变发生在220 Ma左右。因此,可基本确定在220 Ma以前秦岭地区的碰撞造山作用已经结束，并转入后碰撞的伸展环境。

表5 西沟与黄龙铺、黄水庵矿床特征对比Table 5 Comparisons of characteristics between Xigou,Huanglongpu and Huangshuian deposits

关于秦岭造山带三叠纪岩石圈地幔的性质，张成立等（2007）在研究了南秦岭基性岩脉后认为，秦岭造山带岩石圈地幔从新元古代到早古生代一直保持着相对亏损的特征；秦江峰（2010）在研究了秦岭造山带晚三叠世花岗岩后提出，该带在晚三叠世时期具有富集地幔的特征，并将秦岭地区岩石圈地幔发生明显交代富集的时间限定在晚古生代到三叠纪这段时间内，并认为这种富集地幔的形成是由于勉-略洋壳在晚古生代—中生代早期向北俯冲过程中，源于玄武质洋壳和大洋沉积物的流体与上覆的地幔楔橄榄岩发生了富集反应。

本文测得的西沟钼矿床的成矿年龄为(222.3±3.4)Ma～(226.6±3.7)Ma，结合前人研究成果认为，该矿床形成于扬子板块与华北板块碰撞造山的后碰撞伸展阶段，软流圈上涌诱发了上覆富集岩石圈地幔发生低程度部分熔融，形成了碳酸质流体，碳酸岩流体富含挥发分、低粘度、低密度的特性（杨学明等,1998），使其能够不受周围物质混染而快速迁移至地表形成了碳酸岩脉。

西沟钼矿床的成矿过程可概括如下：在成岩-成矿过程中，首先是钾长石-石英阶段，形成含黄铁矿、重晶石、钾长石的石英脉，是一种氧逸度较高的酸性环境。然后是石英-碳酸岩阶段，主要形成石英碳酸岩脉，此阶段几乎不形成金属矿物。接着是硫化物阶段，主要形成辉钼矿脉及黄铁矿细脉，在成矿流体沸腾、硫逸度较高的条件下，黄铁矿、方铅矿和辉钼矿等相继形成，黄铁矿呈团块状或浸染状产出，方铅矿分布于方解石粒间或沿方解石裂缝充填，辉钼矿呈浸染状、薄膜状或团块状产出，或充填于方解石、石英的不规则裂缝内。随后在硫酸盐阶段，随着硫逸度和温度降低，氧逸度增高，硬石膏、沸石的出现，标志着内生矿化作用终止。