西藏哈姆曲锑(金)矿床曲珍矿段S、Pb同位素组成及意义

李保亮,王立强*,张相国,平措多吉,高 腾,王 勇

1)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;2)西藏自治区地质矿产勘查开发局区域地质调查大队,西藏拉萨 851400;3)成都理工大学,地球科学学院,四川成都 610059

稳定同位素地球化学是示踪成矿物质来源的有力工具之一(郑永飞和陈江峰,2000),S、Pb同位素可以分别用于示踪成矿体系中的成矿流体来源以及成矿金属物质的来源,被广泛的应用于矿床学研究中。哈姆曲锑(金)矿位于西藏阿里地区噶尔县狮泉河镇南东方向约164 km处。哈姆曲锑(金)矿床目前已完成详查工作,但矿床成因的相关研究工作尚属空白。哈姆曲矿区共分为五个矿段,即:曲珍矿段、牛瑞矿段、强玛矿段、达让矿段和哈姆曲矿段。本研究在详细的野外地质调查和室内矿相学研究的基础上,重点针对矿床勘查程度最高的曲珍矿段开展金属硫化物S、Pb同位素研究,并与藏南金锑成矿带典型矿床进行对比,旨在明确其成矿物质来源特征,为进一步探讨矿床成因提供支撑。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置上隶属于雅鲁藏布江结合带。区域地层主要出露为泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系及第四系(图1)。泥盆系主要出露有先钦组(D1x)及曲门夏拉组(D2-3q)。二者均分布于研究区中,前者主要由细晶白云岩夹强白云石化灰岩组成,后者岩性主要为变质石英砂岩。石炭系主要为哲弄组(C1ẑ)和滚江浦组(C2g)。哲弄组岩性由弱变质的砂岩、板岩组成; 滚江浦组岩石组合主要为石英、长石及岩屑砂岩。二叠系主要为普次丁组(P1p)与曲嘎组(P2-3q),分布于研究区南西部。其中普丁次组岩性主要为变质砂岩、白云岩等; 曲噶组岩性以变质灰岩、板岩等为主。三叠系主要为穷果组(T1-2Q),以板岩、变质砂(砾)岩、灰岩为主,小范围分布于研究区北部。古近系主要出露柳区群(E1-2Lq),呈北西向展布,角度不整合于混杂岩之上; 岩性为复成分的砾岩、砂岩。

图1 哈姆曲锑(金)矿区域地质简图(改自张相国等,2014)Fig.1 Regional geological map of Hamuqu Sb-Au deposit(after ZHANG et al.,2014)

区内混杂岩主要为扎朗混杂岩和你扎混杂岩,两者均由岩块和基质组成。扎朗混杂岩主要分布于区内北部,属蛇绿质混杂岩亚类,基质以方辉橄榄岩为主; 岩块既有与基质同成分的原地岩块,又含有大量硅质岩、生物碎屑灰岩、灰岩等外来岩块。你扎混杂岩分布于区内中部,属泥砂质混杂岩亚类,基质成分为灰色变质细砂岩、板岩、粉砂质板岩; 岩块主要为来自其自身变形过程中的砂岩,还有少量的砂砾岩、辉橄岩、灰岩及硅质岩等外来岩块。

除蛇绿混杂岩带内的基性岩外,区域内岩浆岩发育极少,仅在哈姆曲矿区内有少量露头出现,岩性为石英闪长岩。受雅鲁藏布江缝合带影响,区域内发育一系列的近NW–SE向断裂及构造。其中,以NWW–SEE向的F1深大断裂为主,与其他次级断裂共同构成了区域主体构造格架。

2 矿床地质特征

曲珍矿段出露的地层由老到新包括:古近系柳区群(E1-2Lq)、第四系香孜组(Qpx)及第四系冲洪积物(Qhalp)(图2)。其中,柳区群(E1-2Lq)在区内分布较为广泛,角度不整合于矿区东南部的混杂岩带上,为一套山间磨拉石沉积。根据其出露岩性组合特征,将其分为两个岩性阶段:柳区群一段(E1-2Lq1),由蛇纹质砂砾岩及砂岩组成,砾石成分主要为蛇纹石化橄榄岩、二辉橄榄岩、辉石岩、白云石等,岩石普遍具碳酸盐化、硅化; 柳区群二段(E1-2Lq2),岩性主要为复成分砂砾岩(图 2)。第四系香孜组(Qpx)仅在东北角出露,小面积不整合覆盖于柳区群二段(E1-2Lq2)之上,岩性主要为复成分的砾岩。

图2 哈姆曲锑(金)矿曲珍矿段地质简图(改自张相国等,2014)Fig.2 Simplified geological map of the Quzhen mineralization section,Hamuqu Sb-Au deposit (after ZHANG et al.,2014)

矿区内主要发育NW–SE向(F4)和NNE–SSW向(F5)两条断层(图2)。其中,F4断层位于矿区西部,大部分被第四系掩盖,倾向 38°～40°,倾角为 30°～34°;F5为重要的容矿构造,下盘岩性为灰色砂板岩,上盘为炭质泥岩,断层倾向 282°～284°,倾角为75°～79°。岩浆岩在曲珍矿段北部出露较多,总体呈NW–SE走向展布,岩性为糜棱岩化和碎裂角砾化的闪长玢岩及变质橄榄岩。其中,糜棱岩化闪长玢岩为矿区内重要的赋矿岩石,与成矿关系较为密切。矿区内亦发育有大量混杂岩,其基质成分为灰色的变质细砂岩、板岩、粉砂质板岩,偶夹薄层灰岩,岩块主要为来自其自身变形过程中的砂岩,此外还有少量的变质橄榄岩和灰岩等外来岩块。此外,矿区中还发育有少量电气石脉和白云石脉。其中,白云石脉出露于矿区西北部的柳区群地层中,地表出露宽度1～2 m,长度约140 m; 电气石脉位于矿区东部的糜棱岩化闪长玢岩中,地表出露宽度0.5～1 m,长度约100 m。

目前矿区地表圈出矿体 5条,由南向北依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿体,所有矿体全部受控于F5断裂。除Ⅲ号矿体外,基本为 NE—SW延伸,主要呈脉状、似层状和透镜状产出。矿体规模相差不多,其中Ⅰ号矿体规模略大,主要赋存于闪长玢岩的破碎带内,地表出露宽度1.5～5 m,长约150 m,延伸方向与断层带走向一致。曲珍矿段内金属矿物主要为辉锑矿、黄铁矿和毒砂(图3a-f),次为锑华、褐铁矿等; 非金属矿物主要为石英、白云母、绢云母、绿泥石和绿帘石等(图3g-i)。矿石构造以块状、晶簇状为主(图3a,b); 矿石结构以结晶作用形成的自形、半自形结晶结构为主,可见碎裂结构、交代结构等。结晶结构主要表现为自形-半自形柱状的辉锑矿(图 3c)、针状(菱形)毒砂以及他形粒状的黄铁矿(图 3d); 碎裂结构表现为受应力作用影响发生碎裂的黄铁矿(图 3e); 交代结构以后生毒砂交代黄铁矿呈港湾状结构为主(图3f)。

围岩蚀变类型主要为硅化、绢云母化、绿泥石化和绿帘石化、碳酸盐化等,蚀变分带特征不太明显。其中,硅化多以脉状石英的形式产出,或弥散状石英颗粒形式发育于围岩中,与成矿关系最为密切,辉锑矿常伴随强硅化或石英脉产出(图 3g)。绢云母化发育于蚀变的闪长玢岩中,表现为细小鳞片状的绢云母(图3g)。绿帘石化以细脉状或团块状形式产出(图 3h)。局部发育白云母化,以片状及鲜艳的干涉色为特点(图3h,i)。

图3 用于S、Pb同位素测试的辉锑矿矿石样品特征Fig.3 Characteristics of stibnite ore samples for S and Pb isotope analyses in the Quzhen mineralization section

3 样品采集与测试

本文用于S、Pb同位素测试的辉锑矿样品采自曲珍矿段南部Ⅰ号矿体平硐01及平硐02的原生矿石。挑选新鲜辉锑矿样品,将矿石破碎至 60目,在双目镜下手工完成挑纯。S、Pb同位素组成于核工业北京地质研究院分析测试中心完成。其中,硫同位素测试,将处理好的辉锑矿单矿物与氧化亚铜按一定比例研磨、混合后进行氧化反应,收集生成SO2后用Delta v plus气体同位素质谱仪测试硫同位素组成,测试精度优于±0.05‰; 铅同位素测试,先将样品用混合酸(盐酸与氢溴酸按2:1混合)分解,后用树脂交换法分离出铅,最后用 Phoenix热表面电离质谱仪进行同位素测试,测试精度优于±2‰。

4 测试结果

测得的曲珍矿段六件辉锑矿的S、Pb同位素数据列于表1和表2。

表1 哈姆曲锑(金)矿床曲珍矿段辉锑矿硫同位素测试结果Table 1 Sulfur isotope test results of stibnite in the Quzhen mineralizataion section of the Hamuqu Sb-Au deposit

表2 哈姆曲锑(金)矿床曲珍矿段辉锑矿铅同位素测试结果Table 2 Lead isotope test results of stibnite in Quzhen mineralization section of the Hamuqu Sb-Au deposit

4.1 硫同位素

根据表 1可知,哈姆曲锑(金)矿床的辉锑矿的δ34S 值较为集中,分布在–4.7‰～–3.2‰之间,极差为 1.5‰,平均值为–3.97±0.05‰。6件样品硫同位素的组成变化范围较窄具塔式分布特征(图 4),显示硫的来源相对统一。

图4 藏南金锑成矿带典型矿床硫同位素频率分布直方图(a)和硫同位素组成图(b)Fig.4 Sulfur isotope frequency distribution histogram (a) and sulfur isotope (b) of typical deposits in the Southern Tibet gold-antimony metallogenic belt

4.2 铅同位素

哈姆曲锑(金)矿床的辉锑矿铅同位素组成见表2。其中,206Pb/204Pb的变化范围为18.557～18.690,极差为0.133,平均值为18.622±0.002;207Pb/204Pb的变化范围为 15.607～15.681,极差为 0.074,平均值为15.647±0.002;208Pb/204Pb的变化范围为 38.793～39.147,极差为 0.354,平均值为 38.967±0.002。6件辉锑矿的上述各同位素比值离散程度很低,变化范围较小,显示正常铅的特征(图5)。

图5 正常铅的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)判别图(底图据地质部宜昌地质矿产研究所同位素地质研究室,1979)Fig.5 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb (a) and 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (b) discriminant graph of normal lead(base map after Department of Isotopic Geology,Yichang Institute of Geology and Mineral Resources,1979)

利用 H-H单阶段铅演化模式(Cannon et al.,1961; 地质部宜昌地质矿产研究所同位素地质研究室,1979),计算的到曲珍矿段辉锑矿铅同位素的相关参数见表2。其中,μ值变化范围为9.46～9.59,均值为 9.53; ω 值变化范围为 37.17～38.61,均值为37.94; Th/U值变化范围为3.8～3.9。其中,ω值与Th/U值都在正常铅的变化范围之内,μ值略大于正常铅的范围。在铅同位素单阶段铅演化(正常铅)的判别图中(图5),曲珍锑矿6件辉锑矿样品点分布十分集中,均落在两条演化线之内,表明辉锑矿中的铅为不含放射性成因的正常铅。

5 讨论

5.1 硫的来源

当矿床中存在硫酸盐矿物时,那么34S更倾向于进入硫酸盐矿物中,代表了高氧逸度条件(δ34S硫酸盐矿物≈δ34S∑S); 相反,则代表了低氧逸度条件(Ohmoto,1972; 邓舟等,2019)。对于一个矿床中硫的来源的研究需要借助流体的总硫同位素特征(δ34S∑S),但是当矿床中没有硫酸盐存在时(低氧逸度条件),矿床矿物组合为硫化物时,那么硫化物的硫同位素组成大致可以代表矿床总硫同位素的组成(Ohmoto,1972)。哈姆曲锑(金)矿曲珍矿段的野外地质调查及光、薄片镜下鉴定过程中,均未发现硫酸盐矿物,含硫矿物组合以辉锑矿、毒砂、黄铁矿等金属硫化物为主。因此,本次所研究的辉锑矿样品硫同位素特征基本可以代表热液的硫同位素组成。哈姆曲锑金矿曲珍矿段的 δ34S平均值为–3.97‰(–4.7‰～–3.2‰),接近于岩浆硫(花岗岩)的δ34S 值(–4‰～9‰),推测哈姆曲锑(金)矿曲珍矿段成矿流体中的硫主要来源于岩浆。

藏南金锑成矿带内的锑矿床中,扎西康铅锌锑多金属矿床金属硫化物δ34S值在4.5‰～12‰之间、柯月铅锌锑多金属矿床金属硫化物 δ34S值为4.9‰～11.2‰,二者硫同位素组成基本一致。其余矿床锑(金)矿床硫同位素组成变化范围较窄:车穷卓布锑矿床 δ34S值为–1.7‰～0.9‰、拉琼锑矿床δ34S值为–1.5‰～–3.5‰、沙拉岗锑矿床 δ34S值为–3.9‰～2.1‰、拉木由塔锑矿床 δ34S值为–2.9‰～1.3‰、马扎拉金锑矿床δ34S值为–4.1‰～4.09‰、哲古锑金矿床δ34S值为–4.3‰～0.3‰(图4b)。

从藏南成矿带主要矿床硫同位素组成图解上可以看到(图4),典型金锑、铅锌锑多金属矿床的硫同位素组成大致可以分为两类(图 4a)。第一类是以扎西康、柯月为代表的铅锌锑多金属矿床,其 δ34S峰值在 9‰～12‰之间,与其所在研究区的赋矿地层—日当组(4.9‰～11.5‰)相似(张刚阳,2012),显示地层物质明显参与了矿床的成矿过程(Sun et al.,2017; Zhou et al.,2017)。第二类是以车穷卓布、拉琼、哲古、拉木由塔、沙拉岗和马扎拉等锑-金锑矿床为代表,其δ34S峰值在–4.5‰～1‰之间,基本都在 0附近,与扎西康、柯月多金属矿床存在明显差异(图4); 具有岩浆硫的特征,成矿与岩浆作用密切相关(Zhou et al.,2017)。本次研究的曲珍矿段硫同位素组成与第二类矿床硫同位素组成一致,均显示成矿过程中明显的岩浆来源硫的特征。从成矿元素组成方面来看,包括曲珍在内的、具有岩浆来源硫的矿床以锑或锑金矿化为主; 而地层参与成矿的矿化元素组合多以铅锌为主,伴生锑的多金属矿床。硫同位素组成对于识别矿床类型和藏南成矿带矿种找矿方向具有一定指示意义。

5.2 铅的来源

一般来说,铅同位素的特征值 μ的变化可以反映铅的来源(王立强等,2010),高μ值(大于9.58)的铅通常被认为是主要来自U、Th相对富集的上地壳物质(Zartman and Doe,1981; 吴开兴等,2002)。哈姆曲锑金矿曲珍矿段6件辉锑矿矿石的μ值变化范围为 9.46～9.59其中有三件样品的 μ值小于 9.58,大于地幔铅 μ值(8～9),表明铅来源主要为上地壳物质,并且伴有幔源物质的混入。为了进一步明确铅的来源,将 6件辉锑矿铅同位素组成数据投到207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造演化图解上(图 6),所有样品点均落于上地壳与造山带增长曲线之间。其中,有 3个样品点靠近上地壳演化曲线,其余 3个样品点靠近造山带演化曲线。这一分布特征亦显示矿床铅的来源部分为上地壳物质,另有部分为幔源来源,与铅同位素特征值 μ所反映的结果基本一致。

本次研究亦对藏南金锑成矿带内典型矿床的Pb同位素组成资料进行了收集。在该成矿带主要锑多金属矿床的铅同位素构造演化图解(图 6)中可以看出,沙拉岗、拉木由塔、车穷卓布锑矿床以及柯月铅锌锑多金属矿床的样品点几乎全部分布于上地壳演化线之上,指示其铅的来源均为上地壳物质;扎西康铅锌锑多金属矿床的铅同位素绝大部分位于上地壳铅演化线附近,少量样品位于造山带演化曲线附近,指示扎西康矿床铅主要来源于上地壳,同时有少量幔源铅的混入; 洗贡、哲古金锑矿床和本次研究的哈姆曲锑(金)矿床的铅同位素主要位于造山带与地幔演化线之间,显示幔源物质明显参与成矿的特征(Stacey and Hedlund,1983)。曲珍矿段及藏南锑金成矿带中主要矿床铅同位素组成特征表明,锑成矿以上地壳来源物质为主,并伴有少量幔源物质的加入; 金锑矿或锑金矿成矿金属物源中有明显幔源物质的参与。尤其,本次研究的曲珍矿段位于雅鲁藏布江结合带内,其成矿物质中幔源铅的特征反应了结合带演化过程中幔源物质参与成矿的可能。因此,本次研究结果支持前人研究的锑成矿过程中有幔源物质参与的观点(Pavlova and Borisenko,2009; 陈娴等,2016)。

6 结论

(1)哈姆曲锑(金)矿床曲珍矿段辉锑矿的δ34S值分布在–4.7‰～–3.2‰之间,平均值为–3.97‰,反映出矿床的硫主要为岩浆来源。

(2)曲珍矿段辉锑矿铅同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值均较为稳定,为普通铅;其特征值μ及其组成位于上地壳与造山带演化曲线之间的特征,指示成矿金属物质主要源自上地壳并有幔源物质的加入。

(3)藏南锑多金属成矿带内主要铅锌锑多金属矿床成矿流体中有地层硫参与,成矿金属物质则主要为上地壳来源; 而锑矿和锑金矿成矿物质中硫主要源自岩浆岩,成矿金属物质则显示出上地壳来源物质为主,壳幔混合的特征。

致谢:野外得到了西藏坤成矿业的大力支持,得到西藏自治区地质矿产勘查开发局区域地质调查大队相关人员帮助; 审稿专家与编辑部老师给予了建设性意见与建议,在此一并表示衷心感谢。

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research and Development Program of China (No.2018YFC0604106),Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (Nos.KK1903 and SYSCR2019-03),National Natural Science Foundation of China (No.41873046),and China Geological Survey (No.DD2019167).