滇東北銀廠Pb-Zn礦床成礦物質來源研究

楊天云露，彥廷龍，陳 偉，陸 亮

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，昆明 650093；2. 云南南方地勘工程總公司，云南 大理 671000)

滇東北礦集區是揚子陸塊西南緣川滇黔多金屬成礦域的重要組成部分，蘊藏著200多個鉛鋅多金屬礦床(點)[1]，也是我國重要的鉛鋅生產基地之一。大地構造位置處于特提斯構造域東南緣，毗鄰環太平洋構造域，夾持于小江深大斷裂帶、埡都—紫云深大斷裂帶和彌勒—師宗深大斷裂帶所構成的“三角區”內(見圖1)。眾多數學者對滇東北鉛鋅成礦域的研究多集中于小江深斷深裂帶、昭通—曲靖隱伏深斷附近的大—中型鉛鋅礦床，如會澤、茂租、樂馬廠、金沙廠、富樂廠、天寶山、大梁子以及毛坪等大型鉛鋅多金屬礦床[1-13]，雖然在成礦物質來源、成礦時代、礦床成因以及成礦預測等方面均取得了巨大進展，但在成礦物質來源方面的認識尚未統一。眾多學者研究認為主要來源于碳酸鹽巖地層，可能有部分由峨眉山玄武巖提供[5,14]；而部分學者認為川滇黔地區的MVT型礦床的成礦物質來源于早震旦紀的火山巖[15]；還有學者通過玄武巖和碳酸鹽巖地層中成礦元素豐度的對比，認為成礦物質由不同時代的碳酸鹽巖地層提供[8]。隨著研究的深入，目前有關成礦物質來源的主流觀點認為滇東北成礦域的鉛鋅成礦物質來源具有“多源性”[2,5,16-17]。因而目前的成礦物質來源觀點制約了對礦床成因及成礦機制的全面認識和理解。

相對于同一構造帶內的金牛廠、會澤等鉛鋅礦床，前人對燈影組典型的銀廠鉛鋅礦床研究較少，為此本文系統采集了會澤銀廠不同類型礦石和早階段重晶石樣品，開展了較詳細的礦石主微量、REE和不同階段單礦物S同位素組成特征研究，并與區域地層和玄武巖進行對比，結合區域構造背景和礦床地質特征探討成礦物質來源，以期為認識礦床成因和區域找礦突破提供科學依據。

圖1 滇東北礦集區構造簡圖Fig.1 Tectonic sketch map of the northeast Yunnan metallogenic zone

1 礦床地質特征

銀廠鉛鋅礦床位于礦山廠—金牛廠構造帶中部，NE向舍居河大背斜SE翼(見圖2a)。礦區地層由核部向兩翼依次為震旦系上統—寒武系下統燈影組下段(Z∈d1)、中段(Z∈d2)和上段(Z∈d3)白云巖地層；寒武系下統筇竹寺組(∈1q)碎屑巖地層；泥盆系中統?？诮M(D2h)石英砂巖和上統宰格組(D3z)碳酸鹽巖地層；石炭系(C)碳酸鹽巖地層；二疊系中統梁山組(P2l)碎屑巖和陽新組(P2y)碳酸鹽巖地層，而燈影組白云巖是該區重要賦礦地層。地層產狀總體上表現出背斜核部附近的地層較陡，傾角近55°，向兩翼逐漸變緩。區內巖漿巖僅有峨眉山玄武巖的第三段(P3e3)大面積出露(見圖2b)。礦區內構造主要發育3條斷裂，分別為NE向待補逆斷層(F1)、NW向會澤斷層(F2)和NE向雨碌逆斷層(F3)。

銀廠礦床由三官廟、銀廠、地獄箐及團箐等礦段組成，礦區延伸長約7km，礦體位于待補逆斷層上盤燈影組白云巖中，揭露礦體共19條[16]。由于受到待補逆斷層影響，礦體多為產狀與地層相近的似層狀礦體，以及賦存于次級羽狀斷裂中的穿層礦脈。其中具有工業價值的礦體主要為Ⅰ、Ⅱ號礦體。

Ⅰ號礦體被1～4勘探線控制(見圖2b)，主要賦存于燈影組上中部白云巖中，呈層狀產出，礦體厚度變化較大，平均厚度2.5 m。上部為氧化礦，下部為硫化礦。走向30°～40°，延伸長480 m，向南西陡傾，傾角35°～50°，傾向延深達280 m，ω(Pb)平均為1.42%，ω(Zn)平均為0.5%。

Ⅱ號礦體是礦區內的主要礦體，被3～6勘探線控制，表現出巖性控礦，呈似層狀賦存于燈影組上部含磷白云巖中。走向40°～55°，長740 m，傾向南西，傾角40°～55°，延深達640 m，平均厚度 1.73 m，ω(Pb)平均為1.18%，ω(Zn)平均為2.0%。

圖2 銀廠Pb-Zn礦區地質簡圖Fig.2 Geological map of the Yinchang Pb-Zn deoposit

礦石礦物以方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦為主，次為少量黃銅礦和輝銀礦，脈石礦物主要為重晶石、白云石和石英。礦石構造主要為塊狀構造、浸染狀構造和條帶狀構造；結構以它形-半自形晶粒狀結構為主，交代和包含結構次之。圍巖蝕變微弱、分布較為廣泛，主要發育重晶石化、白云石化和硅化。

2 樣品采集與分析方法

本次主微量及稀土元素及硫同位素測試樣品均采自銀廠鉛鋅礦床的Ⅱ號礦體，硫同位素測試分析樣品為不同階段黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦和重晶石。主量、微量和稀土元素測試均在云南省核工業二〇九地質大隊完成。主量元素測定采用X-熒光光譜儀(XRF)分析，微量、稀土元素的測定采用等離子體質譜儀(ICP-MS)分析，測試數據誤差小于0.5%。S同位素測試在東華理工大學核資源與環境省部共建國家重點實驗室完成，測試前將礦石研磨至0.85～0.18 mm，在雙目鏡下挑選出純度達99%的方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦和重晶石。測試儀器為Flash-EA與MAT-253質譜儀，結果采取CDT標準，精度為:δS≤0.2‰。

3 分析結果

3.1 主量元素

主量元素分析結果見表1，其中SiO2含量26.43%～49.55%(平均36.03%)，遠高于研究區內燈影組各段白云巖的平均值，略低于峨眉山玄武巖的平均值，接近筇竹寺組粉砂巖的平均值[18]；Na2O含量為0.02%～0.07%(平均0.04%)，K2O含量為0.02%～0.18%(平均0.11%)，Al2O3的含量為0.01%～1.44%(平均0.91%)，Na2O、K2O含量小于峨眉山玄武巖中的含量，與燈影組白云巖相近，Al2O3含量與燈影組上段和中段的白云巖組成相近；MgO含量為0.06%～0.11%(平均0.08%)，CaO含量為1.65%～3.78%(平均2.37%)，Fe2O3含量為2.70%～3.38%(平均2.97%)，SO3含量為13.03%～20.28%(平均17.76%)，P2O5含量為1.23%～3.31%(平均1.97%)，均與燈影組白云巖相近。

表1 銀廠鉛Pb-Zn床礦石主、微量元素及稀土元素分析結果Table 1 Analysis data of major, trace element and REE of ore from the Yinchang lead-zinc deposit /10-6

注：主量元素和微量元素中Cu、Pb、Zn單位為%，其余元素均為10-6，測試單位為云南省核工業二〇九地質大隊。

3. 2 微量及稀土元素特征

微量及稀土元素分析結果如表1所示，地幔標準化圖表現出了左傾的多峰谷模式(見圖3)，其組成具有以下特征。微量元素表現出相對富集Ca、Fe、Sr、Ba、W和Pb等元素，虧損K、V、Co、Zr、Cs、La、Ce和U等元素。稀土總量(ΣREE)為(31.39～73.94)×10-6(平均49.27×10-6)，變化范圍較大，輕稀土(LREE)和重稀土(HREE)含量范圍分別為(22.66～53.53)×10-6(平均36.63×10-6)和(8.73～20.41)×10-6(平均12.64×10-6)，LREE/HREE為2.60～3.84(平均3.02)，變化范圍相對較小，LaN/YbN為2.63～5.36(平均3.79)，說明輕、重稀土元素分異程度不高，顯示出比較平緩的右傾型稀土元素配分模式(見圖4)，具有輕稀土元素相對富集、分異程度相對較低，而重稀土元素表現出虧損、分異程度相對較高的特征。

圖3 銀廠鉛鋅礦床鉛鋅礦微量元素地幔標準化蛛網圖Fig.3 Spider diagram of trace elements of the Yinchang lead-zinc deposit

圖4 銀廠鉛鋅礦床鉛鋅礦稀土元素配分模式圖Fig.4 Chondrite-standardized REE distribution pattern of the Yinchang lead-zinc deposit

3.3 S同位素組成特征

銀廠鉛鋅礦床不同階段硫化物和重晶石硫同位素組成測試分析結果見表2和圖5。其中，沉積期黃鐵礦δ34S值變化范圍較大，介于-7.25‰～5‰，平均-0.25‰。而熱液改造期的S同位素組成相對穩定，并以富集δ34S為特征，該期黃鐵礦的δ34S值顯著升高，為10.6‰；2個閃鋅礦的δ34S值分別為10.8‰和13.0‰；方鉛礦的δ34S值變化于8.4‰～13.2‰，極差4.8‰，平均+10.5‰；早階段的重晶石δ34S值介于26.8‰～29.3‰，極差2.5‰，平均+27.8‰。

4 成礦物質來源

前已述及，主量元素中的SiO2含量遠高于研究區內燈影組各段白云巖的平均值，略低于峨眉山玄武巖，而接近筇竹寺組粉砂巖的平均值[18]；Na2O和K2O含量小于峨眉山玄武巖中的含量，與燈影組白云巖相近，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3和P2O5含量均與燈影組上段和中段的白云巖組成相近。表明礦體的形成與燈影組白云巖和筇竹寺組粉砂巖存在一定關系。微量元素Zn含量0.10%～0.91%(平均0.42%)，Pb含量8.22%～39.75%(平均19.78%)，Cu含量0.13%～0.23%(平均0.16%)，而研究區燈影組上段硅質粉砂巖和頁巖Zn、Pb、Cu分別為43.60×10-6、48.30×10-6、11.10×10-6，和160.41×10-6、25.00×10-6、56.00×10-6，筇竹寺組粉砂巖Zn、Pb、Cu含量為100.12×10-6、7.23×10-6、621.00×10-6，泥巖和硅質巖分別為159.36×10-6、21.47×10-6、17.30×10-6，和303.34×10-6、14.23×10-6、25.90×10-6，峨眉山玄武巖Zn、Pb、Cu含量為124.40×10-6、8.42×10-6、188.59×10-6。Ni含量為(7.15～12.40)×10-6(平均8.94×10-6)，Co含量為(2.15～3.75)×10-6(平均3.11×10-6)，數值范圍均表現出與燈影組上段硅質粉砂巖(Ni、Co含量分別為6.46×10-6、2.07×10-6)相近的特點，略高于燈影組各段白云巖中的Ni、Co含量，而遠低于峨眉山玄武巖中的Ni、Co含量。而Ge和Tl含量分別為(2.12～3.07)×10-6(平均2.68×10-6)和(1.22～2.15)×10-6(平均1.61×10-6)，均大于研究區內出露的各地層中Ge、Tl元素含量，說明成礦流體來源不僅受到區域地層的影響，還可能有來自玄武巖的貢獻。

表2 銀廠鉛鋅礦床主要礦物的硫同位素值Table 2 The δ34S values of main minerals from the Yinchang Pb-Zn deposit

注：熱液改造期Ⅰ代表成礦早階段；熱液改造期Ⅱ代表成礦晚階段；測試在東華理工大學核資源與環境省部共建國家重點實驗室完成。

此外，鉛鋅礦中Cr、V和W元素含量具有以下特征，Cr含量為(5.0～8.3)×10-6(平均7.1×10-6)，接近于燈影組白云巖的Cr值含量(5.00～10.70)×10-6及地殼碳酸鹽巖Cr的含量(11.00×10-6)；V含量為(8.1～19.1)×10-6(平均12.13×10-6)，與燈影組白云巖的(7.49～19.95) ×10-6相接近，而遠小于研究區其它地層的巖石；W含量為(2.42～4.58)×10-6(平均3.40×10-6)，除筇竹寺組硅質巖外，與研究區內各地層中的W含量相近，而Ba的強富集可能由于早階段形成的重晶石和區域硫酸鹽在礦化時的帶入。REE總量總體相對較低，與燈影組碳酸鹽巖地層相近。較大的稀土元素含量范圍，表明成礦物質并非單一來源，應該是具有多種物質來源的原因所致。上述數據與區域地層、玄武巖相關元素進行對比，表明在成礦作用過程中，這些成礦元素來源具有“多來源混合特征”，可能主要來源于燈影組白云巖，其次受到筇竹寺組地層和峨眉山玄武巖的貢獻。

銀廠鉛鋅礦床沉積期主要富集輕硫，而熱液改造期以富集δ34S為特征，該期晚階段硫化物的硫同位素組成顯著低于早階段重晶石的δ34S值，指示該礦床S有多種來源或還原機制不同。根據δ34S值的范圍，可將熱液礦床的δ34S值來源分為4種：1)地幔和深部巖漿中的硫，δ34S值0‰～5‰；2)海水硫酸鹽中的硫，δ34S值在10‰～15‰以上；3)生物成因作用的硫，δ34S值以負值為特征，變化較大，且分餾未達到平衡；4)混合硫，δ34S值在地幔硫和海水硫酸鹽硫同位素組成之間[19-20]。銀廠鉛鋅礦床沉積期黃鐵礦的δ34S值變化范圍比較大，多以負值為特征，表明該階段的還原硫主要來源于硫酸鹽的生物還原作用。沉積改造期早階段重晶石的δ34S值介于26.8‰～29.3‰，極差2.5‰，分布范圍較窄，主要集中在+28‰左右，說明其硫的來源相對單一。其組成與茂租鉛鋅礦床重晶石的δ34S值(30.5‰)相近，略低于金沙廠鉛鋅礦中重晶石的δ34S值(34.5‰)[2]，應該與茂租和金沙廠礦床相同，主要來源于區域地層海相碳酸鹽中的蒸發鹽。熱液改造期晚階段硫化物的硫同位素組成相對穩定，δ34S值比早階段重晶石顯著降低(27.84‰)而高于沉積期黃鐵礦，與海水硫酸鹽的δ34S值相近，而明顯區別于幔源硫的特征[21]。該階段同一樣品的閃鋅礦的δ34S值大于方鉛礦的δ34S值，表明銀廠礦床該階段成礦流體的硫達到了分餾平衡。通過石英包裹體獲得的成礦流體溫度在178～250 ℃(另文發表)，遠大于生物細菌生存的最高溫度，極易于硫酸鹽熱化學還原作用的發生。此外，前人研究認為硫化物中硫完全來自震旦系上統—寒武系下統的燈影組地層時，δ34S值為10‰～15‰[2]，所以，銀廠礦床中硫化物的S主要來自于燈影組地層硫酸鹽和早階段形成的重晶石。這也與滇東北地區會澤鉛鋅礦床、樂紅鉛鋅礦床和茂租鉛鋅礦床等眾多鉛鋅礦床的硫源為海相硫酸鹽的還原硫相一致[7,9,22]。

圖5 銀廠Pb-Zn礦床硫化物和硫酸鹽δ34S直方圖Fig.5 Frequency histogram of δ34S in sulfide and sulfate minerals from the Yinchang lead-zinc deposit

5 結論

1)通過主微量元素、REE含量與區域地層、玄武巖進行對比，表明在銀廠礦床成礦作用過程中，成礦元素來源具有“多來源混合特征”，可能主要來源于燈影組白云巖，次為與筇竹寺組地層，并且和峨眉山玄武巖有關。

2)銀廠鉛鋅礦床S同位素組成變化范圍較大，不同階段礦化劑硫源及還原機制不同，沉積期的硫主要來源于生物還原作用，而熱液改造期主要來源于礦區硫酸鹽及早階段形成的重晶石的熱化學還原作用。