西藏冈底斯成矿带拉屋锌铜多金属矿床成矿物质来源：硫化物LA-MC-ICP-MS原位S同位素约束

2021-06-07凌晨李光明张志张林奎曹华文

西北地质 2021年2期

凌晨,李光明,张志,张林奎,曹华文

(1.成都理工大学地球科学学院,四川成都 610059；2.中国地质调查局成都地质调查中心,四川成都 610081)

冈底斯-喜马拉雅位于印度和亚洲板块之间，中生代以来受新特提斯洋俯冲和印度与亚洲板块碰撞的影响，经历了长期而复杂的构造活动和岩浆演化，在冈底斯和喜马拉雅形成了一系列的铜-铅-锌-铁多金属矿床，是世界上著名的陆-陆碰撞型多金属成矿带(Richards J P,2015)。

冈底斯构造带位于拉萨板块中南部，其南北界于雅鲁藏布江碰撞缝合结合带与班公湖-怒江碰撞缝合结合带之间(李光明等,2002)。冈底斯构造带在中生代发育典型的多岛弧-盆系(潘桂棠等,1997)。受雅鲁藏布江洋壳向冈底斯俯冲消减和洋壳消亡后碰撞造山作用的影响,在冈底斯南缘引起大规模弧火山活动和深成岩浆侵入活动，形成了规模宏大的弧火山-深成岩浆侵入岩带(西藏地质矿产局,1993)。其中，西藏当雄县拉屋铜多金属矿床与本次侵入岩浆活动有关(李光明等,2002)。

冈底斯成矿带可进一步进行划分为3个地块：①北拉萨地体。②中拉萨地体。③南拉萨地体。其中，南拉萨地体发育驱龙、甲马、雄村等斑岩铜矿，中拉萨地体发育包括拉屋在内的十余处铅锌多金属矿(图1)(何国朝等,2009)。拉屋锌铜多金属矿床自1996年被河南地调院发现以来，先后进行了多次地质调查与研究，现由西藏华钰矿业有限公司负责进行开采，是西藏北部少数几个正在开采的有色金属矿床之一(崔玉斌等,2011,杜欣等,2004,肖万峰等,2012)。前人对拉屋锌铜多金属矿床提出喷流成因矽卡岩型矿床(崔玉斌等,2011)、典型喷流沉积后期热液叠加改造型矿床(连永牢等,2010)等观点。前人观点虽对成矿模式讨论较为深入，但对于拉屋矿床成矿物质来源的研究还较为薄弱。因此，本次工作开展了原位S同位素研究，以期为矿床成因研究奠定基础。

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

拉屋矿床位于西藏当雄县乌玛塘乡境内(董磊等,2017)。矿区区域上地层分区属冈底斯-腾冲地层区拉萨-察隅地层分区。区域内主要出露上石炭统—下二叠统旁多群来姑组砂质板岩(C2—P1l)、古近系帕那组中酸性火山岩、火山碎屑岩(E2p)及第四系冲洪积砾岩(Q)等(中国地质调查局成都地质调查中心,2013)(图2a)。

其中，上石炭—下二叠统上旁多群来姑组自下而上可以划分为3个岩性段：①一段(C2—P1l1)，岩性为含砾砂质板岩夹砂质条带状大理岩。其下部岩性主要为含砾砂质板岩夹长石石英砂岩、中基性火山岩、火山碎屑岩；上部含砾板岩中常夹有含砂质的碳酸盐岩透镜体层。②二段(C2—P1l2)，岩性为千枚状板岩、千枚岩夹石英岩、片岩和斜长片麻岩。该段主要岩性为千枚状板岩、板状千枚岩，中间夹石英岩、变质长石石英砂岩、变粒岩、石英片岩、云母片岩，有的层段离岩体较近处则变质程度很深，为各种片岩和斜长片麻岩。③三段(C2—P1l3)，岩性为含砾砂质板岩、黑色板岩、千枚岩夹透镜状碳酸盐岩段。该段是以含砾细碎岩为主，如含砾黑色板岩、砂质板岩等，中间夹有各种粒级和成分的砂岩和碳酸盐岩透镜体。

古近系林子宗群帕那组(E2p)，其岩性为碎屑岩、中-酸性火山熔岩、火山碎屑岩，局部夹灰岩。

第四系分布面积不大，多为松散的粗碎屑沉积物。

矿床代号：1.纳如松多银铅锌矿床；2.则学铅锌矿床；3.轮朗铜铅锌矿床；4.勒青拉铅锌矿床；5.新嘎果铅锌铁矿床；6.帮浦铅锌矿床；7.龙马拉铅锌矿床；8.蒙亚啊铅锌矿床；9.洞中拉铅锌矿床；10.洞中松多铅锌矿床；11.亚贵拉铅锌银矿床(数据来源见表3)图1 (a)冈底斯成矿带构造单元划分及(b)矿产分布图(据程文斌等,2010,何国朝等,2009,李光明等,2002修改)Fig.1 (a) Structural unit division and (b) mineral distribution map of Gangdise metallogenic belt (Modified after (CHEN Wenbing,et al.,2010,HE Guochao,et al.,2009,LI Guangming,et al.,2002))

1.2 矿区岩浆岩

区域上岩浆岩分布广泛，主要发育白云母二长花岗岩(燕山晚期)，石英二长斑岩。

白云母二长花岗岩体(J2γβ)呈岩株状产出，侵入于旁多群来多组中，成岩时代为(109±1.3) Ma，为燕山晚期(杜欣等,2004)。在与围岩的接触带附近，可见较强的硅化及热接触变质现象。在岩体附近的千枚岩中，可见其表面有大小不等的瘤状物。岩相学研究表明，其中的部分瘤状物为新生十字石，这些十字石多为自形晶，斜切岩石千枚理，是变形后的产物，由热接触变质作用形成。

石英二长斑岩(E2ηοπ)侵入于旁多群来多组中，在接触带附近可见石英二长斑岩斜切旁多群的片理(板理)。后又被同时代火山岩呈火山沉积不整合覆盖。该期火山岩岩石类型比较复杂，主要为一套中酸火山岩及火山碎屑岩，其次可见玄武岩等。

1.3 矿区构造

矿区构造以发育一系列近东西向褶皱为主要特征，主要为色日绒-巴嘎复式背斜(吉林大学地质调查研究院,2005)。区内断裂以北向和北东向(F3)断层为主，并有一系列与其平行或近于平行、宽度从几厘米到几米不等的次级断裂。该组断裂为成矿前断裂，断裂破碎带内部分区段被矿体充填(郝军等,2007)(图2a、图2b)。

区内拉屋断裂(F3)分布于拉屋河以北，呈北西-南东向展布并延出区外。日音拿背斜主体位于矿区东部。由于日音拿背斜被拉屋断裂(F3)切割，沿背斜核部及断裂有燕山晚期二长花岗岩侵位，为区内铜铅锌等多金属矿产的形成创造了有利条件。拉屋断层(F3)与日音拿背斜联合组成了矿区的基本构造格架。

图2 (a)拉屋铜铅锌矿床区域地质图(b)矿区地质简图(c)P800线剖面图(据董磊,2013；王振琦等,2018修改)Fig.2 (a)Regional geological map (b) Simplified mineral geological map (c) No.P800 exploration section of the Lawu Cu-Pb-Zn deposit (Modified after DONG Lei,2013;WANG Zhenqi,et al.,2018)

1.4 矿石特征

在拉屋铜铅锌矿区内发现铜铅锌矿体共5个，编号分别为：Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅸ、Ⅹ(杜欣等,2004,连永牢等,2010)。其中，资源量较大的矿体有2个(Ⅲ、Ⅵ)，Ⅲ号矿体资源量最多。矿体之间多被断层裂隙分隔，均为隐伏矿，受到北东向拉屋断裂(F3)的控制。Ⅲ号矿体真厚度0.96～18.06 m，平均厚6.12 m，呈脉状分布；Ⅴ号矿体厚度1.03～7.97 m，平均厚2.60 m，呈脉状分布；Ⅵ号矿体真厚度1.47～8.59 m，平均厚4.21 m，呈脉状分布(图2c)。

矿石多为自形粒状结构、半自形粒状结构、他形粒状结构、交代残余结构、乳滴状结构(图3)。构造主要以致密块状构造、细脉浸染状构造为主，条带状、中等-稠密浸染状次之。主要金属矿物有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿和黄铁矿及少量的斑铜矿、白钨矿；主要非金属矿物有石英、方解石、辉石、绿帘石、绿泥石、符山石等(图3)。

a.致密块状铅锌矿化矿石；b、c.闪锌矿与粒状方铅矿、磁黄铁矿共生，黄铜矿被闪锌矿交代，闪锌矿中可见乳滴状黄铁矿颗粒，见半自形粒状白钨矿；d.致密块状黄铜-黄铁矿化矿石；e.含黄铜矿、黄铁矿颗粒矿石；f.黄铁矿呈半自形粒状包于黄铜矿中，黄铜矿与磁黄铁矿交代接触；g.含黄铜矿、黄铁矿矽卡岩岩心；h.正交偏光镜下石英-方解石-辉石接触关系；i.透射光镜下石英-方解石-辉石接触关系：进变质矽卡岩期形成辉石，退变质矽卡岩期形成石英、方解石等交代。Qtz.石英；Px.辉石；Cal.方解石；Ccp.黄铜矿；Py.黄铁矿；Gn.方铅矿；Sp.闪锌矿；Po.磁黄铁矿；Sh.白钨矿图3 拉屋铜铅锌矿区典型矿石及矿物显微特征照片Fig.3 Microscopic features of typical ores and minerals from the Lawu Cu-Pb-Zn deposit

方铅矿：铅灰色，呈细粒状与闪锌矿伴生。该矿物分布普遍，多呈他形粒状、不规则团块状与闪锌矿、磁黄铁矿共生(图3b)。

闪锌矿：浅棕色，呈细粒状与方铅矿共生，可见闪锌矿与黄铜矿呈交代接触(图3c)。

黄铜矿：该矿物是矿区分布广泛且重要的矿石金属矿物。在各类型矿石中，黄铜矿的含量不一。其中，浸染状、条带状矿石中黄铜矿的含量一般都较低，大约为1%～3%；在脉状、团块状矿石中其含量变化较大，且不稳定，一般可占金属矿物的3%～5 %。黄铜矿的形态在不同的矿石类型中亦有所差异。

黄铁矿：在含矿石英脉及裂隙构造中常见，含量1%～3%，粒度一般在0.05～1 mm，黄铁矿主要呈他形粒状或半自形粒状与黄铜矿连生或包于黄铜矿中(图3f)，另可见乳滴状与闪锌矿共生(图3b、图3c)。

磁黄铁矿：金黄-褐红色，呈他形斑点、粒状结构，在黄铜矿与围岩交接处可见斑状磁黄铁矿(图3f)。在钻孔岩心中可见非金属矿物石英、方解石和辉石(图3h、图3i)。

1.5 围岩及蚀变特征

拉屋矿床铅锌矿体的围岩大部分为矽卡岩和大理岩，铜矿体围岩为矽卡岩和少量矽卡岩化花岗岩。

矽卡岩：为近矿围岩，灰绿色，他形粒状变晶结构，块状构造；分布于岩体与大理岩接触带，呈宽度和密集程度不同的脉状、似层状产出，脉宽一般为数米，个别达数十米。其蚀变矿化主要表现为石榴子石、绿帘石、绿泥石、透闪石、透辉石等矽卡岩矿物，伴有黄铜矿及黄铁矿化，形成致密块状矿石及浸染状矿石。

大理岩：在矿区分布较多，呈灰白色、微晶、细粒结构，块状构造；主要矿物成分为石灰石、大理石等，呈自形-半自形微晶及细粒集合体，近矿部位有不同程度的褐铁矿化。

角岩化砂质板：为近矿围岩，灰-灰黑色，他形粒状变晶结构，块状构造；主要矿物为长石、云母、角闪石、石英。

接触变质作用与矽卡岩型矿化关系密切，动力变质作用形成的碎裂岩、破碎带构造裂隙等为成矿提供赋存空间(董磊,2013)。

1.6 成矿期、成矿阶段及矿物生成顺序

根据矿区蚀变矿化关系的野外观察和室内矿物共生组合及矿石组构特征研究，矿床形成定位的主成矿过程可划分一个中高温热液成矿期和中高温热液蚀变、中(低)温硫化物沉淀2个成矿阶段。前一成矿阶段以形成黑云母化为特征蚀变，伴有少量磁黄铁矿形成；后一成矿阶段以发育中(低)温绢云母、绿泥石化和大量硫化物沉淀为特征。矿床在表生成矿期改造作用甚弱，在此不单独划出。主成矿期成矿阶段以及矿物形成顺序见图4。

图4 矿床成矿期、阶段与矿物生成顺序图Fig.4 Metallogenic period,stage and mineral formation sequence of ore deposits

2 样品采集与测试

2.1 样品采集与制备

本文样品采集自拉屋矿床正在开采的Ⅲ号矿体平硐和钻孔岩心，样品岩性为致密块状矿石。本次野外所采样品送至河北廊坊辰昌岩矿测试有限公司进行清洗、矿物挑选及切片，制备出光片、电子探针片若干，用于镜下观察及原位S同位素实验。

2.2 分析测试

为获得拉屋铜铅锌矿床硫化物的S同位素组成，本次S同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行，实验选择激光剥蚀-多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)方法对矿石中含S矿物进行原位微区硫同位素研究。

分析方法：本研究中硫化物微区原位S同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行。实验所采用的激光剥蚀系统是193 nm 准分子激光剥蚀系统 (RESOlution M-50,ASI)，主要为一台193 nm ArF准分子激光器，一个双室样品室以及电脑控制的高精度X-Y样品台移动、定位系统。测试S同位素时使用的激光能量密度(fluence)为3.6 J/cm2,频率(frequency)为3Hz，剥蚀斑束(spot size)为25～37 μm，剥蚀方式为单点剥蚀，载气为高纯氦气(280 mL/min)，补充气体为Ar，一般为0.86 L/min。S同位素分析采用多接收等离子体质谱(Nu Plasma 1700 MC-ICP-MS)，由10个固定的法拉第杯和6个可移动的法拉第杯以及3个离子计数器组成。

测试S同位素实验室内标全部通过气体稳定同位素质谱进样的MC-ICP-MS方法定值，定值时使用的标准样品为IAEA-S-1、IAEA-S-2、IAEA-S-3(Ag2S粉末)。测试过程中使用的数据校正方法为“标准-样品-标准”交叉测试，每测一个样品前后各测一次标样，34S/32S standard为样品前后2个标样的同位素比值均值。由于LA-MC-ICP-MS测试S同位素同时存在明显的基体效应，所以测试过程中对不同类型硫化物一般选择相同基体作为标准样品，实验室目前有均一性较好的闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿标样，方铅矿标样均一性较差(δ34SV-CDT=28.5±0.4‰)。为监控数据准确性，实验中每隔8个样品插入测试一对实验室内标。详细分析方法见参考文献(Bao Zhian et al.,2017；Chen Lu et al.,2017,2019；Yuan Honglin et al.,2018)。

本次选择样品为多金属硫化物矿石，对样品中黄铜矿、黄铁矿、方铅矿进行了S同位素分析。首先将这些样品磨制成电子探针片，然后在显微镜下观察晶形。选择晶形较好、碎裂少的矿物进行测试，测试位置见图5。

Qtz.石英；Cal.方解石；Ccp.黄铜矿；Py.黄铁矿；Gn.方铅矿；Sp.闪锌矿图5 拉屋铜铅锌矿床LA-MC-ICP-MS原位S同位素测试点位图Fig.5 Test point of LA-MC-ICP-MS situ S isotope from Lawu Cu-Pb-Zn deposit

3 测试结果分析

本次原位S同位素测试共分析了Ⅲ号矿体中12件拉屋铜铅锌矿硫化物样品，分析的硫化矿物有3种，分别为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿。其中，4件黄铁矿的δ34Sv-CDT值为-2.57‰～-1.17‰，平均值为-1.65‰；4件黄铜矿的δ34Sv-CDT值为+1.32‰～+2.74‰，平均值为+1.73‰；4件方铅矿δ34Sv-CDT值为+0.84‰～+1.53‰，均值为+1.09‰(表1)。拉屋矿床原位S同位素总体分布较为集中，δ34Sv-CDT为-2.57‰～+2.74‰，极差为+5.31‰，平均值为+0.09‰，接近于0，变化范围较窄，显示成矿作用中S来源较单一。

4 讨论

4.1 成矿物质来源

S是金属元素搬运重要载体之一，研究S来源广泛应用于热液矿床成矿物质来源和矿质的运移中(胡庆成等,2012,刘洪等,2013)。自然界中S同位素主要有4个基本来源(Lorand J.P.et al.,1990,Ohmoto H,1972)：①地幔S(深源硫)，其δ34SV-CDT为0±3‰，接近于0‰，多认为是上地幔源或地壳深部均一化的结果。②大洋海水S，其δ34SV-CDT通常以较大正值为特征。③沉积S(地层S)，其δ34SV-CDT变化范围极大(-40‰～+50‰)，与生物成因有关。④混合成因S，这类S同位素数据特点为变化范围很宽，通常以混入物的S同位素组成和混入比例确定(尹观等,2009)，其中变质岩δ34SV-CDT值为-20‰～+20‰，沉积岩δ34S值为-50‰～+50‰。本次拉屋矿床硫化物δ34Sv-CDT为-2.57‰～+2.74‰，极差为+5.31‰，平均值为+0.09‰，与中国岩浆成因的铅锌矿床δ34S值(-5‰～+5‰)相接近(图5a)(陈好寿等,1994)，表现出岩浆S的特征(δ34S=0～±3‰)。结合前人数据分析(杜欣等,2004)，本次测试结果中δ34S黄铜矿、δ34S方铅矿与δ34S黄铁矿的差异较明显，表现出分异特征，表明矿体为多期次、多阶段成矿。

表1 拉屋铜铅锌矿床硫化矿物原位S同位素分析结果表Tab.1 Results in situ S isotope of sulfide mineral from Lawu Cu-Pb-Zn deposit

4.2 拉屋矿床成因

拉屋铜铅锌矿床断裂构造和花岗岩体均较为发育(图1)，矿区内矿石矿化蚀变明显(图3)，表明该地区具有较好的成矿地质条件。矿床中矿体受拉屋断裂(F3)和日音拿背斜影响，总体呈北东—南西向似层状-脉状展布。根据矿区内矿体的分布及其和日音拿白云二长花岗岩的关系，且笔者所测得S同位素均具有岩浆作用来源的特征，而拉屋铜铅锌多金属矿床存在二长花岗岩侵入现象，说明铜铅锌多金属矿化与白云二长花岗岩有密切的成因关系；白云二长花岗岩不仅为成矿提供了热源，也提供了主要物质来源；赋矿地质体主要为矽卡岩或矽卡岩化大理岩；有利构造部位主要为沿拉屋断裂带侵位的二长花岗岩与条带状大理岩接触带构造、日音拿背斜轴部的转折及倾伏部位、大理岩和砂质板岩的层间构造(江磊等,2012)。

根据日音拿白云二长花岗岩中获得K-Ar全岩年龄为(109±1.3) Ma，为燕山晚期(杜欣等,2004)，结合上述地质条件推测，拉屋矿区锌铜多金属矿的主成矿期应为燕山晚期。

4.3 冈底斯申扎-旁多成矿带铅锌矿床分布

通过统计冈底斯申扎-旁多成矿带内铅-锌矿床δ34S数据(表2)，除勒青拉、新嘎果矿床成矿作用中S来源较为复杂，可能受到上地壳围岩混染导致S同位素偏负值外，其余矿床δ34S大多表现出岩浆S的特征(图6a)，表明成矿带上铅-锌矿床成矿作用与岩浆活动密切相关。

图6 原位S同位素组成图(图a中1～11数据来源见表2，图b中数据见表1)Fig.6 The composition of in-situ S isotopes in Sulfides

结合冈底斯成矿带上铅锌矿床成岩成矿地质背景，矿床中岩浆岩所表现出的幔源特征与同期铅锌矿床的成矿物质来源相一致。因此，冈底斯成矿带中申扎-旁多成矿带成矿岩体可间接指示成矿流体的物质来源。此外，由于成矿带东、西侧不同区域铅锌矿床未表现出明显的S同位素差异，说明空间因素并未对成矿作用造成较大影响，推测申扎-旁多成矿带西段具有较大的找矿潜力。