贵州半边街铅锌矿床C-O-S-Pb同位素地球化学特征

卢贸达, 徐 磊, 任厚州, 刘 雨, 杨兴玉,

赵 征1, 孟庆田1, 周昌祥1, 周家喜3, 4*

(1.贵州省地质矿产勘查开发局 一〇四地质大队, 贵州 都匀 558000; 2.中国地质大学(武汉) 地球科学学院 湖北 武汉 430074; 3.云南大学 地球科学学院, 云南 昆明 650500; 4.云南省高校关键矿产成矿学重点 实验室, 云南 昆明 650500)

0 引 言

黔南-黔东南地区是贵州省重要的铅锌矿产地之一, 也是湘西-黔东铅锌成矿带的重要组成部分, 发育有牛角塘、老东寨和卜口场等多个铅锌矿床。与湘西花垣铅锌矿床的研究和勘查程度相比, 黔南-黔东南地区铅锌矿床的相关工作程度较低(王华云, 1996; 叶霖等, 2005; 赵征等, 2018)。半边街铅锌矿床位于贵定县黄丝背斜西翼, 赋存于泥盆系碳酸盐岩中, 是研究区赋矿层位最新的铅锌矿床。由于该矿床成矿颇具特色, 一些学者对其矿床地质特征和成因机制等方面, 进行了探索性研究(陈国勇等, 2006; 左佳丽, 2013), 认为其属于“准同生沉积型”铅锌矿床。随着半边街铅锌矿床最近找矿勘查的新突破(周家喜等, 2020), 以及笔者在该矿床深部发现了切穿层理的脉状矿体, 结合广泛发育的充填交代结构, 其后生成矿特征逐步突显, 很难再用同生沉积成矿模式来解释其成因和指导找矿。因此, 重新厘定半边街铅锌矿床的成因类型, 揭示其成矿物质来源尤为必要。

已有研究表明, 同位素在示踪热液矿床成矿物质来源方面具有不可替代的优势(黄智龙等, 2001; 胡瑞忠等, 2007; 周家喜等, 2010, 2012; Zhou et al., 2018a)。C-O-S-Pb等同位素体系已广泛应用于各类热液矿床的成矿物质来源研究中(马东升, 1999; 金中国等, 2007; 金灿海等, 2015; 胡瑞忠等, 2016; 金中国等, 2016; Zhou et al., 2018b), 为认识热液矿床成因提供了丰富的同位素地球化学信息。近年来, 随着激光剥蚀多接收器等离子质谱(LA-MC-ICPMS)原位微区微束分析技术的快速发展, 突破了以往传统手段难以在微观尺度测定矿物同位素组成的局限(付佳丽, 2016), 也解决了矿物颗粒细小无法挑纯和传统溶液法获得的结果是混合值的难题(金中国等, 2016; Zhou et al., 2018a)。基于此, 本文在详细的野外地质调查和热液白云石C-O同位素地球化学分析基础上, 开展了硫化物LA-MC-ICPMS微区原位S-Pb同位素地球化学研究, 以期揭示半边街铅锌矿床的成矿物质来源, 为深入认识该矿床成因提供更加详实的地球化学依据, 并为进一步找矿勘查提供理论指导。

1 区域地质背景

黔南-黔东南地区大地构造位置属江南造山带西缘, 位于由贵阳-镇远、紫云-罗甸和铜仁-三都三条区域性深大断裂所围限的区域。区内出露地层由老至新为青白口系至第四系, 除志留系仅出露下统外, 其余地层出露较完整, 空间分布具有从东至西由老至新的特征。研究区自武陵-晋宁运动基底形成时期以来, 先后经历了雪峰-加里东期洋陆转换、印支-燕山期碰撞造山以及喜山期差异升降的构造演化历史(代传固, 2010; 徐政语等, 2010; 戴传固等, 2013), 侏罗山式褶皱、逆冲推覆构造、韧性剪切带、平行走滑构造以及伸展-剥离断层系等构造样式在研究区广泛发育(崔敏等, 2009; 杨坤光等, 2012)。

雪峰-加里东期是区内重要的成矿时期, 裂陷洋盆演化与区内众多内生热液矿产(如Au、Sb、Pb、Zn、Mn、Mo和Ni等)和沉积矿产(如磷矿和页岩气等)的形成关系密切(戴传固等, 2013)。从本区构造行迹与热液矿床的空间分布关系来看, 与热液成矿关系密切的区域性构造主要为NE向早楼断裂与近EW向黄丝断裂(图1)。

图1 黔南地区区域地质简图(据贵州省地质矿产局, 1987; 1∶20万都匀幅修改) Fig.1 Sketch geological map of the southern Guizhou province

2 矿床地质特征

2.1 地 层

矿区出露地层由老至新依次为志留系、泥盆系、石炭系和二叠系, 其中志留系-中泥盆统为滨海相碎屑岩沉积, 上泥盆统为一套局限海台地相-礁后瀉湖相碳酸盐岩, 石炭系-二叠系分别为碳酸盐缓坡-碳酸盐台地相沉积(图2、3)。矿区铅锌矿床赋存于上泥盆统高坡场组二段, 总体岩性可分为三部分: 上部为深灰色含燧石团块细晶白云岩, 间夹黑色泥质条带, 晶洞、裂隙、白云石脉较为发育; 中部为深灰色生物碎屑细晶白云岩, 间夹黑色、灰黄色泥质条带, 裂隙较发育, 白云石呈团块状、脉状杂乱分布; 底部为浅灰、灰色中厚层状硅质细晶白云岩, 间夹灰褐、灰黄、灰黑色泥质条带。黑色泥质条带中偶见浅色条带状锌矿体, 在生物碎屑白云岩中发育脉状、透镜状锌矿体。

图2 半边街铅锌矿床地质简图 Fig.2 Sketch geological map of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.2 构 造

矿区内褶皱不发育, 地层总体呈单斜构造, 倾向北西, 倾角约10°～21°。断裂分为近EW向和NW向两组, 以往研究认为主要的控矿构造是区域性黄丝断裂以及一系列与之平行的EW向构造, 主要表现为深大断裂控制沉积相, 进而控制成矿(陈国勇等, 2006)。本次研究新发现了一组NW向构造, 其倾向一般50°, 倾角75°～80°, 断距往往难以观察, 多表现为走滑断层。该组构造与成矿关系极为明显, 通常靠近构造附近, 矿体厚度变大, 品位升高。在该组构造的旁侧出现了前人未曾报道过的切穿层理的脉状矿体。在野外观察过程中, 发现NW向构造组的旁侧广泛发育黄铁矿化、沥青化等蚀变, 通过快速分析仪简易测定, NW向断裂的构造岩中Pb + Zn的含量接近边界品位。可见, NW向构造与成矿的关系也很明显(图4)。

图4 NW向断裂旁侧矿体特征 Fig.4 Characteristics of ore bodies occurring along the NW-trending faults

2.3 矿体特征

上泥盆统高坡场组二段a层(D3g2a)和b层(D3g2b)是半边街铅锌矿床的赋矿层位, 矿体厚度约3～10 m, 大致可分为两个矿体: Ⅰ号矿体赋存于D3g2a底部, 矿体底板即为含矿层底板, 其下为中泥盆统蟒山组(D2m); Ⅱ号矿体位于含矿层中上部, 底板距蟒山组顶板约15 m, 其中Ⅱ号矿体为矿床主矿体。矿体呈似层状产出, 在近地表处附近产状与围岩基本一致, 而在深部表现为切穿层理的脉状矿体。矿区铅锌矿体沿走向延伸范围超过600 m, Zn平均品位为1.78%～ 9.50%, 总体而言, 矿体在空间上厚度和品位变化不大, 属于厚度、品位变化稳定的矿体(图5)。

图5 半边街铅锌矿床9号勘探线剖面简图 Fig.5 The No.9 prospecting line profile of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.4 矿物组构特征

半边街铅锌矿床矿物组成较简单, 主要矿石矿物为闪锌矿和黄铁矿, 次为方铅矿和菱锌矿, 脉石矿物主要为白云石和方解石, 含少量石英。宏观上, 闪锌矿集合体多呈团块状、块状、脉状和层纹状产出, 颜色多为米黄色、浅黄色和浅棕色。综合来看主要分为三种矿石类型: ①发育于深灰色生物碎屑白云岩中的团块状矿石, 闪锌矿呈米黄色、浅黄色它形-半自形晶体, 旁侧发育团块状白云石, 黑色碳质成分往往沿闪锌矿团块旁侧展布(图6a); ②产于控矿构造旁侧的脉状矿石, 闪锌矿呈深黄色-浅棕色集合体沿围岩裂隙充填, 脉宽10～60 cm不等, 黄铁矿沿闪锌矿脉走向呈细脉状发育, 具有明显的分带现象(图6b、e); ③充填于围岩孔隙中的块状矿石, 闪锌矿呈棕色, 浅褐色集合体, 旁侧往往共生团块状白云石及它形-半自形黄铁矿(图6c、d)。微观上, 闪锌矿多呈碎粒(图6f)、港湾状(图6h)和交代残余结构(图6g)。综合宏观和微观特征, 可将闪锌矿划分为两个成矿阶段, 第一阶段闪锌矿呈浅褐色、浅棕色, 残晶呈草莓状、粒径通常＜1 mm; 第二阶段闪锌矿呈浅黄色, 仅边缘有与黄铁矿交代现象, 晶型较为完整, 粒径一般＞1 mm(图6i)。

图6 半边街铅锌矿床典型矿物组构特征 Fig.6 Photos of hand specimens and microphotographs of ores from the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.5 围岩蚀变

矿区围岩蚀变相对简单, 主要有碳酸盐化、黄铁矿化、硅化和沥青化等。碳酸盐化形成方解石和白云石, 是主要的脉石矿物, 其形成具有多期多阶段性, 为重要的找矿标志; 黄铁矿化与铅锌矿化关系密切且分布范围较广; 硅化形成的石英是次要的脉石矿物, 含量较少; 沥青化形成的沥青主要分布在NW向构造带内。

图3 半边街矿床地层柱状图 Fig.3 Stratigraphic units in the Banbianjie Pb-Zn deposit

3 样品采集与测试方法

本次研究所有样品均采自半边街铅锌矿床井下探采坑道主矿体和围岩, 为便于对比研究, 同时采集了牛角塘铅锌矿床768矿段样品。在系统野外和细致室内工作的基础上, 选择具有代表性的样品, 进行破碎和过筛分选, 随后在双目镜下挑选40～60目白云石、方解石、闪锌矿和黄铁矿单矿物, 使其纯度达到99%以上, 再用玛瑙研钵研磨至200目。 围岩白云岩、热液白云石和方解石C-O同位素组成分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成, 采用100%磷酸法, 在MAT-253上进行C-O同位素组成测定。分析结果δ13C以V-PDB为标准, δ18O以V-SMOW为标准, 分析精度为±0.2‰(2σ)。闪锌矿和黄铁矿S同位素测试在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成, 仪器为MAT-253, 以Vienna Canyon Diablo Troilite(V-CDT)作为参照标准, 以STD-1(δ34SCDT= -0.22‰)、STD-2(δ34SCDT=22.57%)和STD-3(δ34SCDT= -32.53‰)作为标样校正, 测试误差±0.1‰(2σ)。

方铅矿原位S-Pb同位素在西北大学大陆动力学国家重点实验室采用LA-MC-ICPMS测试, 采用“标准-样品-标准”交叉测试(SSB)。原位S同位素分析的标样为IAEA-S-1、IAEA-S-2和IAEA-S-3(Ag2S粉末), 监控标样为闪锌矿NBS123 (δ34SCDT=17.8‰± 0.2‰), 黄铁矿Py-4 (δ34SCDT=1.7‰±0.3‰), 黄铜矿Cpy-1(δ34SCDT=4.2‰±0.3‰)和 方 铅 矿 标 样 CBI-3 (δ34SCDT=28.5‰±0.4‰)。为监控数据的准确性, 每隔8个样品插入测试一对实验室内标, 如黄铜矿Cpy-1/GC, 黄铁矿 Py-4/PTST-2或闪锌矿NBS123/ PTST-3, 其中GC、PTST-2和PTST-3的δ34SCDT值分别为-0.7‰±0.3‰, 32.5‰±0.3‰和26.4‰±0.3‰。原位Pb同位素分析流程和标样见金中国等(2016)。

4 结 果

4.1 C-O同位素组成

本次获得的碳酸盐岩和碳酸盐矿物C-O同位素组成见表1。

由表1可见, 半边街铅锌矿床热液白云石δ13C值范围为-1.08‰ ～ -0.22‰, 均值为-0.63‰, δ18O值范围为19.57‰～22.47‰, 均值为20.63‰; 高坡场组白云岩δ13C值范围为-0.84‰～0.01‰, δ18O值范围为23.22‰～24.29‰, 均值为23.88‰; 牛角塘铅锌矿床768矿段热液方解石δ13C值范围为-3.03‰ ～ -1.60‰, δ18O值范围为18.70‰～22.03‰, 均值为21.25‰。

表1 半边街和牛角塘铅锌矿床碳酸盐岩和碳酸盐矿物的C-O同位素组成 Table 1 C-O isotopic compositions of carbonate and carbonate minerals from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

4.2 S同位素组成

本次研究通过单矿物法和微区原位法获得硫化物S同位素组成见表2。

表2 半边街铅锌矿床硫化物S同位素组成 Table 2 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

半边街铅锌矿床硫化物的S同位素组成有以下特征:

(1) 硫化物具有贫重硫特征, 全部样品/测点的δ34S值都＜0。其中层纹状闪锌矿δ34S值范围为-9.60‰ ～ -0.40‰, 均值为-6.3‰(n=5); 脉状闪锌矿δ34S值范围为-10.30‰ ～ -7.74‰, 均值为-9.30‰(n=5); 黄铁矿δ34S值范围为-8.52‰ ～ -4.03‰, 均值为-7.36‰ (n=4); 方铅矿δ34S值范围在-18.33‰ ～ -13.84‰之间, 均值为-16.38‰(n=7)。

(2) 同种硫化物间S同位素组成较为相近, 闪锌矿δ34S值极差为2.90‰, 黄铁矿δ34S值极差为2.22‰和方铅矿δ34S值极差为1.69‰, 表明同种硫化物间δ34S值离散程度相近。全部硫化物δ34S值极差为17.93‰, 显示不同硫化物间S同位素分馏相对较大。

(3) 硫化物间总体具有δ34S黄铁矿＞δ34S闪锌矿＞δ34S方铅矿特征, 暗示硫化物间S同位素分馏基本达到了平衡。

4.3 Pb同位素组成

本次获得的方铅矿原位Pb同位素组成见表3。

由表3可见, 半边街铅锌矿床方铅矿206Pb/204Pb= 18.36～18.37,207Pb/204Pb=15.71～15.73,208Pb/204Pb= 38.26～38.30,μ=9.70～9.72。

表3 半边街和牛角塘铅锌矿床Pb同位素组成 Table 3 Pb isotopic ratios of sulfides from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

5 讨 论

5.1 成矿物质来源

5.1.1 CO2来源及碳酸盐矿物沉淀机制

热液碳酸盐矿物是诸多热液矿床的重要脉石矿物, 更是碳酸盐岩型铅锌矿床的主要脉石矿物(Zhou et al., 2018a), 其C-O同位素组成对示踪成矿流体中CO2的来源和演化及碳酸盐矿物的沉淀机制具有重要的指示意义(刘家军等, 2004; 周家喜等, 2012; 赵征等, 2018)。研究表明, 成矿流体中的CO2来源主要有3个源区: ①地幔, 该源区提供的CO2往往与地幔的去气和脱气作用有关, 其δ13C值介于-8‰ ～ -4‰之间, δ18O值为6‰～10‰; ②沉积有机质, 其δ13C值为-30‰ ～ -15‰, δ18O值为+24‰～+30‰; ③海相碳酸盐岩, 其δ13C值为-4‰～4‰, δ18O值为20‰～30‰(刘家军等, 2004; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2012; 段其发, 2014; 周云等, 2016; 赵征等, 2018)。

综合本次获得的半边街铅锌矿床热液白云石和赋矿白云岩, 以及牛角塘铅锌矿床两个矿段(768和双龙泉)热液方解石C-O同位素组成数据进行分析, 在δ13C-δ18O图解中(图7), 半边街与牛角塘铅锌矿床热液碳酸盐矿物C-O同位素组成具有较高的相似性,均落入海相碳酸盐岩C-O同位素组成范围内, 与地幔起源的CO2的δ13C值差异较大。结合研究区岩浆岩并不发育这一地质事实, 本文认为半边街铅锌矿床成矿流体中的CO2与地幔起源的CO2关系不大。此外, 半边街铅锌矿床热液白云石δ13C值也远大于有机碳的δ13C值范围, 基本排除了有机质在成矿过程中直接提供C来源的可能性。因此, 成矿流体中的CO2最可能来自于赋矿白云岩。

图7 半边街铅锌矿床δ13C-δ18O图解(底图据刘家军等, 2004) Fig.7 δ13C vs.δ18O plot for the Banbianjie Pb-Zn deposit

在δ13C-δ18O图解(图7)上, 半边街铅锌矿床热液白云石C-O同位素组成大致呈水平直线分布, 表明O同位素在碳酸盐矿物沉淀过程中较C同位素存在更明显的分馏。以往研究表明, 导致热液碳酸盐矿物C-O同位素组成呈线性分布有两种可能(郑永飞, 2001; 刘家军等, 2004; 周家喜等, 2012; 周云等, 2016; Zhou et al., 2018b): ①碳酸盐溶解作用; ②CO2去气作用。CO2去气作用对成矿流体中的O同位素分馏影响不大, 而会造成C同位素组成发生较大变化(刘家军等, 2004; 周家喜等, 2012)。相反, 流体/围岩之间的水/岩相互作用会发生碳酸盐溶解作用, 导致成矿流体中O同位素组成发生较大变化, 而不会造成C同位素发生显著分馏(刘家军等, 2004; 周家喜等, 2012)。因此, 碳酸盐溶解作用是导致半边街铅锌矿床热液白云石C-O同位素组成呈水平直线分布的主要原因。

由于碳酸盐矿物的溶解度往往随着温度的降低而升高, 相反分馏系数α(CaCO3-CO2)会随着温度的降低而降低(郑永飞和陈江峰, 2000)。因此, 单纯的降温作用对半边街矿床热液白云石C-O同位素分馏的影响十分有限。综上, 本文认为半边街铅锌矿床热液碳酸盐矿物的沉淀及其δ13C值的集中分布是水/岩相互作用和降温过程二者的耦合所致。

5.1.2 还原S的来源及形成机制

大量研究表明, S同位素是示踪成矿流体中S的来源与形成机制最直接的手段(Rye and Ohmoto, 1974; Ohmoto and Rye, 1979; 汪在聪等, 2010; 周家喜等, 2012; 张云新等, 2014; 谈树成等, 2019)。研究表明, 成矿流体中S的来源主要有3个源区: ①地幔, 其δ34S值接近0, 变化范围较小; ②地壳, 主要由壳源岩石提供, 其S同位素组成变化范围大; ③混合源区, 各种来源S的相互混合。

半边街铅锌矿床硫化物δ34S值范围为-18.33‰～ -0.40‰, 均值为-10.57‰, 具有显著贫重硫特征(图8), 与邻区铅锌矿床(如牛角塘等)富重硫特征(δ34S＞10‰, 图9)明显不同, 而与华南泥盆系铅锌矿床具有相似的S同位素组成特征(王华云, 1996; 李祥能, 2002; 叶霖等, 2005; 金灿海等, 2016; 祝新友等, 2017), 暗示半边街铅锌矿床的形成机制或还原S的来源很可能与邻区铅锌矿床不同, 而与华南泥盆系铅锌矿床相似。

图8 半边街铅锌矿床S同位素直方图 Fig.8 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

图9 半边街铅锌床S同位素组成及其与邻区矿床对比 Fig.9 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit and other Pb-Zn deposits in the region

半边街铅锌矿床硫化物明显亏损重S同位素, 这与岩浆S同位素组成不同, 尤其是与幔源岩浆S同位素组成存在显著差异, 因此基本排除地幔源区的贡献; 地壳岩石中S同位素组成范围较宽, 与硫源经历的各种地质作用或过程有关。例如, 海水硫酸盐矿物以富重S同位素为特征, 而生物成因的沉积黄铁矿则以富轻S为特征(Ohmoto and Rye, 1979; Zhou et al., 2018a)。半边街铅锌矿床直接赋矿地层为上泥盆统高坡场组白云岩, 其中生物成因的沉积黄铁矿少见, 相反海水硫酸盐矿物存在的鸟眼、晶洞等构造发育。因此, 推测半边街铅锌矿床还原硫很可能来自海水硫酸盐矿物。

大量研究证实: 热化学还原(TSR)作用和细菌还原(BSR)作用是海水硫酸盐矿物中S6+形成S2-的 主要途径或作用。通常, TSR发生于温度＞120 ℃的环境下, 能快速产生大量S2-且形成的硫化物δ34S值较为稳定, 变化范围较小; BSR发生于温度＜110 ℃的环境下, 形成S2-的速率较TSR低, 形成的硫化物δ34S值变化范围较大(一般较海相硫酸盐矿物的δ34S值低15‰～40‰)(金中国等, 2016; 陈伟等, 2017; 杨兴玉等, 2018)。前人研究表明, 泥盆纪海水δ34S值为17.5‰～20‰(Chang et al., 2008)。半边街铅锌矿床硫化物δ34S为-18.33‰ ～ -0.40‰, 最大分馏超过30‰, 具有BSR作用特征。因此, 本文认为半边街铅锌矿床还原S的形成很可能经历了BSR过程。

由于BSR作用通常在低温环境下启动, 此时影响S同位素分馏的主要因素是体系对H2S和SO42-是开放还是封闭(图10), 当体系中SO42-的还原速率远小于其补给速率, 可以将其视为对SO42-开放, 反之则为封闭(Ohmoto and Rye, 1979)。相对静止的海相和瀉湖相常被认为是体系对SO42-开放的典型代表(Canfield and Thamdurp, 1994; Canfield et al., 2010), 其特征是形成硫化物的δ34S值比同时期的海水低40‰～60‰。例如, 对δ34S值为10‰～30‰的海水硫酸盐矿物而言, 形成硫化物的δ34S值可以在-50‰ ～ -10‰之间变动。半边街铅锌矿床的赋矿地层为上泥盆统高坡场组二段, 岩性为含燧石白云岩夹泥质白云岩, 属礁后瀉湖相沉积, 利于BSR作用启动。关于华南泥盆系铅锌矿床的研究普遍认为, 低δ34S值硫化物的铅锌矿床均发育有利的沉积相, 且其还原S的形成与BSR作用有关, 以火德红铅锌矿床为代表; 相反, 高δ34S值硫化物的铅锌矿床, 其 沉积相不利于BSR作用启动, 还原S的形成则与TSR作用更密切, 以凡口铅锌矿床为代表(金灿海等, 2016; 祝新友等, 2017)。因此, 本文认为赋矿地层的沉积相很可能在还原S的形成过程中扮演重要的角色。

图10 不同还原机制下S同位素组成特征(据Ohmoto and Rye, 1979) Fig.10 S isotope compositions of different reduction mechanisms

5.1.3 成矿金属来源

Pb同位素是示踪成矿金属来源的有效方法之一(叶霖等, 2005; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2010)。由于方铅矿中放射性成因Pb可以忽略不计, 是示踪成矿金属Pb来源最直接的载体。通常, 成矿流体中的Pb来源主要有3个源区: 地幔、地壳和混合源区(Zartman and Doe, 1981)。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图中(图11), 半边街铅锌矿床的方铅矿均位于上地壳演化线之上, 和华南泥盆系铅锌矿床重叠, 表明其壳源特征明显, 且与华南泥盆系铅锌矿床具有相似的成矿金属来源。

与邻区牛角塘铅锌矿床对比显示, 半边街铅锌矿床成矿金属的来源与其具有较高的相似性, 暗示半边街铅锌矿床成矿金属的来源很可能与牛角塘铅锌矿床相同。已有研究表明, 下伏寒武纪地层(如下寒武统乌训组、九门冲组等)和前寒武纪基底岩石是湘西-黔东铅锌成矿带成矿金属来源的潜在源区(蔡应雄等, 2014; 胡太平等, 2015; 隗含涛等, 2015; 李堃, 2018)。研究区震旦系-寒武系为一套碎屑岩+冰积砾岩+白云岩+黑色页岩+灰岩组合, 富含Zn、Pb等成矿元素, 其相对地壳丰度的富集系数可高达98(王华云和施继锡, 1997)。尤其是贵阳-榕江以南的早寒武世黑色岩系中还富含Ga、Ge、Cd等稀散元素(Zhu et al., 2013), 这与半边街铅锌矿床超常富Ge吻合(周家喜等, 2020)。此外, 在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图中(图11), 下伏寒武纪碎屑岩与半边街铅锌矿床具有基本相似的Pb同位素组成, 进一步表明下覆地层很可能为半边街铅锌矿床提供了部分成矿金属来源。

Δγ-Δβ图解广泛应用于Pb的源区判别(朱炳泉, 1998)。在Δγ-Δβ图解中(图12), 研究区铅锌矿床的Pb同位素组成主要落于上地壳区内, 部分落入上地壳与地幔混合俯冲带区内, 表明除了下伏地层是Pb的主要源区外, 还可能存在其他金属源区。在图11中, 下伏地层和半边街铅锌矿床Pb同位素组成未完全重合, 也暗示了有其他金属来源的可能性。

图11 半边街铅锌矿床207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解 Fig.11 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb and 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plots of the Banbianjie Pb-Zn deposit

图12 研究区典型铅锌矿床Δγ-Δβ图解 Fig.12 Δγ vs.Δβ plot for the Pb-Zn deposits in the study area

前人研究证实, 华南低温成矿域热液矿床的集中产出与元古代基底密切相关(李朝阳, 1999; 胡瑞忠等, 2016; Zhou et al., 2018a), 研究区基底是一套原岩为火山-碎屑岩系的中-低级绿片岩相地层, 具有Pb、Zn等成矿元素富集的特征(陈永清等, 2003), 被认为是湘西-黔东铅锌成矿带成矿金属的主要来源之一(汤朝阳等, 2012; 李堃等, 2014; 段其发, 2014; 周云等, 2016; 李堃, 2018)。陈国勇等(2006)开展的Sr同位素研究(87Sr/86Sr=0.711～0.721)也支持这一认识。因此, 不排除前寒武纪基底为半边街铅锌矿床提供部分成矿金属的可能。此外, 从构造条件来看, 半边街铅锌矿床产出于向下切割基底的区域性黄丝断裂旁侧, 而深大断裂往往是成矿金属运移的重要通道, 为成矿金属的远距离搬运提供了良好的构造条件。综上, 本文认为下伏寒武系与基底岩石在半边街铅锌矿床成矿金属来源方面具有贡献作用。

5.2 矿床成因浅析

以往研究认为半边街铅锌矿床成因分类属“准同生沉积型”铅锌矿床(陈国勇等, 2006), 主要依据是矿体呈层状、似层状产出, 未见到切割层理的脉状矿体, 矿石构造以层纹状、浸染状为特征, 构造在成矿作用过程中的意义不大, 矿床的后生特征不明显。本次野外实地调研以及地勘工作推进中发现:

①矿体在空间上表现为近地表处呈层状、似层状产出, 深部发育切割层理的脉状矿体, 同时发育各类脉状、网脉状矿石, 镜下多见交代结构, 具有显著的后生特征;

②NW向构造旁侧, 矿体出现富集的现象, 越接近该组构造, 矿体厚度越大, 品位越高, 表明矿体的形成明显受构造的控制;

③矿石中广泛发育交代结构, 暗示了交代作用的存在。

结合区域构造演化认为, 四堡运动之后, 研究区内元古代岩石接受广泛的区域变质作用, 形成变质基底, 随后海侵形成被动大陆边缘盆地, 同时广泛接受陆源物质补给并发育较厚的海相碳酸盐岩沉积, 为成矿提供了良好的沉积相环境和丰富的物质基础(代传固, 2010; 徐政语等, 2010)。在经历被动大陆边缘演化之后, 在加里东末期迎来了短暂的海退, 其证据为区内广泛缺失中-上志留统和下泥盆统, 表明在广西运动之后, 研究区曾部分上升为陆地, 而中-上泥盆统表现为滨岸潮间陆源碎屑沉积-局限海台地相碳酸盐岩沉积, 表明在经历短暂的海退之后, 区内再次进入海进阶段。受加里东期挤压作用后张弛的影响, 研究区形成一系列EW向正断层(崔敏等, 2009; 杨坤光等, 2012), 它们控制了部分地区沉积相的发育。海西期盆地进一步拉张, 形成一系列NW向构造以及走滑断层。之后成矿流体经区域性深大断裂运移至对成矿有利的构造-岩性圈闭组合区, 与经BSR作用形成的还原硫发生混合, 沉淀成矿, 其形成机制与邻区铅锌矿床和MVT铅锌矿床颇为相似(表4), 均为流体-构造-岩性耦合成矿作用的产物(Zhou et al., 2018a, 2018b; 杨德智等, 2020)。

表4 半边街铅锌矿床与MVT及邻区典型铅锌矿床对比表 Table 4 Major features of the Banbianjie Pb-Zn deposit, typical MVT deposits and Pb-Zn deposits in the adjacent areas

6 结 论

(1) CO2来源及碳酸盐矿物沉淀受水-岩反应碳酸盐溶解作用和温度降低过程二者的耦合作用的控制; 上泥盆统高坡场组为封闭-半封闭的礁后瀉湖相,利于BSR作用形成还原S, 为成矿提供了有利物质条件; 下伏寒武纪地层和前寒武纪基底岩石共同提供了半边街铅锌矿床的成矿金属来源。

(2) 半边街铅锌矿床与邻区典型铅锌矿床具有相似的成矿机制, 均为流体-构造-岩性耦合成矿作用的产物。

致谢:野外工作得到中国地质大学(武汉)杨坤光教授的指导和帮助, 实验工作得到中国科学院地球化学研究所和西北大学相关实验室工作人员的支持和帮助, 成文过程中云南大学罗开博士和孙国涛博士提供了若干宝贵的修改建议, 中国科学院地球化学研究所叶霖研究员和中国科学院广州地球化学研究所包志伟研究员对本文进行了极其认真负责的审阅, 在此一并表示感谢。