貴州半邊街鉛鋅礦床C-O-S-Pb同位素地球化學特征

盧貿達, 徐 磊, 任厚州, 劉 雨, 楊興玉,

趙 征1, 孟慶田1, 周昌祥1, 周家喜3, 4*

(1.貴州省地質礦產勘查開發局 一〇四地質大隊, 貴州 都勻 558000; 2.中國地質大學(武漢) 地球科學學院 湖北 武漢 430074; 3.云南大學 地球科學學院, 云南 昆明 650500; 4.云南省高校關鍵礦產成礦學重點 實驗室, 云南 昆明 650500)

0 引 言

黔南-黔東南地區是貴州省重要的鉛鋅礦產地之一, 也是湘西-黔東鉛鋅成礦帶的重要組成部分, 發育有牛角塘、老東寨和卜口場等多個鉛鋅礦床。與湘西花垣鉛鋅礦床的研究和勘查程度相比, 黔南-黔東南地區鉛鋅礦床的相關工作程度較低(王華云, 1996; 葉霖等, 2005; 趙征等, 2018)。半邊街鉛鋅礦床位于貴定縣黃絲背斜西翼, 賦存于泥盆系碳酸鹽巖中, 是研究區賦礦層位最新的鉛鋅礦床。由于該礦床成礦頗具特色, 一些學者對其礦床地質特征和成因機制等方面, 進行了探索性研究(陳國勇等, 2006; 左佳麗, 2013), 認為其屬于“準同生沉積型”鉛鋅礦床。隨著半邊街鉛鋅礦床最近找礦勘查的新突破(周家喜等, 2020), 以及筆者在該礦床深部發現了切穿層理的脈狀礦體, 結合廣泛發育的充填交代結構, 其后生成礦特征逐步突顯, 很難再用同生沉積成礦模式來解釋其成因和指導找礦。因此, 重新厘定半邊街鉛鋅礦床的成因類型, 揭示其成礦物質來源尤為必要。

已有研究表明, 同位素在示蹤熱液礦床成礦物質來源方面具有不可替代的優勢(黃智龍等, 2001; 胡瑞忠等, 2007; 周家喜等, 2010, 2012; Zhou et al., 2018a)。C-O-S-Pb等同位素體系已廣泛應用于各類熱液礦床的成礦物質來源研究中(馬東升, 1999; 金中國等, 2007; 金燦海等, 2015; 胡瑞忠等, 2016; 金中國等, 2016; Zhou et al., 2018b), 為認識熱液礦床成因提供了豐富的同位素地球化學信息。近年來, 隨著激光剝蝕多接收器等離子質譜(LA-MC-ICPMS)原位微區微束分析技術的快速發展, 突破了以往傳統手段難以在微觀尺度測定礦物同位素組成的局限(付佳麗, 2016), 也解決了礦物顆粒細小無法挑純和傳統溶液法獲得的結果是混合值的難題(金中國等, 2016; Zhou et al., 2018a)?；诖? 本文在詳細的野外地質調查和熱液白云石C-O同位素地球化學分析基礎上, 開展了硫化物LA-MC-ICPMS微區原位S-Pb同位素地球化學研究, 以期揭示半邊街鉛鋅礦床的成礦物質來源, 為深入認識該礦床成因提供更加詳實的地球化學依據, 并為進一步找礦勘查提供理論指導。

1 區域地質背景

黔南-黔東南地區大地構造位置屬江南造山帶西緣, 位于由貴陽-鎮遠、紫云-羅甸和銅仁-三都三條區域性深大斷裂所圍限的區域。區內出露地層由老至新為青白口系至第四系, 除志留系僅出露下統外, 其余地層出露較完整, 空間分布具有從東至西由老至新的特征。研究區自武陵-晉寧運動基底形成時期以來, 先后經歷了雪峰-加里東期洋陸轉換、印支-燕山期碰撞造山以及喜山期差異升降的構造演化歷史(代傳固, 2010; 徐政語等, 2010; 戴傳固等, 2013), 侏羅山式褶皺、逆沖推覆構造、韌性剪切帶、平行走滑構造以及伸展-剝離斷層系等構造樣式在研究區廣泛發育(崔敏等, 2009; 楊坤光等, 2012)。

雪峰-加里東期是區內重要的成礦時期, 裂陷洋盆演化與區內眾多內生熱液礦產(如Au、Sb、Pb、Zn、Mn、Mo和Ni等)和沉積礦產(如磷礦和頁巖氣等)的形成關系密切(戴傳固等, 2013)。從本區構造行跡與熱液礦床的空間分布關系來看, 與熱液成礦關系密切的區域性構造主要為NE向早樓斷裂與近EW向黃絲斷裂(圖1)。

圖1 黔南地區區域地質簡圖(據貴州省地質礦產局, 1987; 1∶20萬都勻幅修改) Fig.1 Sketch geological map of the southern Guizhou province

2 礦床地質特征

2.1 地 層

礦區出露地層由老至新依次為志留系、泥盆系、石炭系和二疊系, 其中志留系-中泥盆統為濱海相碎屑巖沉積, 上泥盆統為一套局限海臺地相-礁后瀉湖相碳酸鹽巖, 石炭系-二疊系分別為碳酸鹽緩坡-碳酸鹽臺地相沉積(圖2、3)。礦區鉛鋅礦床賦存于上泥盆統高坡場組二段, 總體巖性可分為三部分: 上部為深灰色含燧石團塊細晶白云巖, 間夾黑色泥質條帶, 晶洞、裂隙、白云石脈較為發育; 中部為深灰色生物碎屑細晶白云巖, 間夾黑色、灰黃色泥質條帶, 裂隙較發育, 白云石呈團塊狀、脈狀雜亂分布; 底部為淺灰、灰色中厚層狀硅質細晶白云巖, 間夾灰褐、灰黃、灰黑色泥質條帶。黑色泥質條帶中偶見淺色條帶狀鋅礦體, 在生物碎屑白云巖中發育脈狀、透鏡狀鋅礦體。

圖2 半邊街鉛鋅礦床地質簡圖 Fig.2 Sketch geological map of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.2 構 造

礦區內褶皺不發育, 地層總體呈單斜構造, 傾向北西, 傾角約10°～21°。斷裂分為近EW向和NW向兩組, 以往研究認為主要的控礦構造是區域性黃絲斷裂以及一系列與之平行的EW向構造, 主要表現為深大斷裂控制沉積相, 進而控制成礦(陳國勇等, 2006)。本次研究新發現了一組NW向構造, 其傾向一般50°, 傾角75°～80°, 斷距往往難以觀察, 多表現為走滑斷層。該組構造與成礦關系極為明顯, 通?？拷鼧嬙旄浇? 礦體厚度變大, 品位升高。在該組構造的旁側出現了前人未曾報道過的切穿層理的脈狀礦體。在野外觀察過程中, 發現NW向構造組的旁側廣泛發育黃鐵礦化、瀝青化等蝕變, 通過快速分析儀簡易測定, NW向斷裂的構造巖中Pb + Zn的含量接近邊界品位?？梢? NW向構造與成礦的關系也很明顯(圖4)。

圖4 NW向斷裂旁側礦體特征 Fig.4 Characteristics of ore bodies occurring along the NW-trending faults

2.3 礦體特征

上泥盆統高坡場組二段a層(D3g2a)和b層(D3g2b)是半邊街鉛鋅礦床的賦礦層位, 礦體厚度約3～10 m, 大致可分為兩個礦體: Ⅰ號礦體賦存于D3g2a底部, 礦體底板即為含礦層底板, 其下為中泥盆統蟒山組(D2m); Ⅱ號礦體位于含礦層中上部, 底板距蟒山組頂板約15 m, 其中Ⅱ號礦體為礦床主礦體。礦體呈似層狀產出, 在近地表處附近產狀與圍巖基本一致, 而在深部表現為切穿層理的脈狀礦體。礦區鉛鋅礦體沿走向延伸范圍超過600 m, Zn平均品位為1.78%～ 9.50%, 總體而言, 礦體在空間上厚度和品位變化不大, 屬于厚度、品位變化穩定的礦體(圖5)。

圖5 半邊街鉛鋅礦床9號勘探線剖面簡圖 Fig.5 The No.9 prospecting line profile of the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.4 礦物組構特征

半邊街鉛鋅礦床礦物組成較簡單, 主要礦石礦物為閃鋅礦和黃鐵礦, 次為方鉛礦和菱鋅礦, 脈石礦物主要為白云石和方解石, 含少量石英。宏觀上, 閃鋅礦集合體多呈團塊狀、塊狀、脈狀和層紋狀產出, 顏色多為米黃色、淺黃色和淺棕色。綜合來看主要分為三種礦石類型: ①發育于深灰色生物碎屑白云巖中的團塊狀礦石, 閃鋅礦呈米黃色、淺黃色它形-半自形晶體, 旁側發育團塊狀白云石, 黑色碳質成分往往沿閃鋅礦團塊旁側展布(圖6a); ②產于控礦構造旁側的脈狀礦石, 閃鋅礦呈深黃色-淺棕色集合體沿圍巖裂隙充填, 脈寬10～60 cm不等, 黃鐵礦沿閃鋅礦脈走向呈細脈狀發育, 具有明顯的分帶現象(圖6b、e); ③充填于圍巖孔隙中的塊狀礦石, 閃鋅礦呈棕色, 淺褐色集合體, 旁側往往共生團塊狀白云石及它形-半自形黃鐵礦(圖6c、d)。微觀上, 閃鋅礦多呈碎粒(圖6f)、港灣狀(圖6h)和交代殘余結構(圖6g)。綜合宏觀和微觀特征, 可將閃鋅礦劃分為兩個成礦階段, 第一階段閃鋅礦呈淺褐色、淺棕色, 殘晶呈草莓狀、粒徑通常＜1 mm; 第二階段閃鋅礦呈淺黃色, 僅邊緣有與黃鐵礦交代現象, 晶型較為完整, 粒徑一般＞1 mm(圖6i)。

圖6 半邊街鉛鋅礦床典型礦物組構特征 Fig.6 Photos of hand specimens and microphotographs of ores from the Banbianjie Pb-Zn deposit

2.5 圍巖蝕變

礦區圍巖蝕變相對簡單, 主要有碳酸鹽化、黃鐵礦化、硅化和瀝青化等。碳酸鹽化形成方解石和白云石, 是主要的脈石礦物, 其形成具有多期多階段性, 為重要的找礦標志; 黃鐵礦化與鉛鋅礦化關系密切且分布范圍較廣; 硅化形成的石英是次要的脈石礦物, 含量較少; 瀝青化形成的瀝青主要分布在NW向構造帶內。

圖3 半邊街礦床地層柱狀圖 Fig.3 Stratigraphic units in the Banbianjie Pb-Zn deposit

3 樣品采集與測試方法

本次研究所有樣品均采自半邊街鉛鋅礦床井下探采坑道主礦體和圍巖, 為便于對比研究, 同時采集了牛角塘鉛鋅礦床768礦段樣品。在系統野外和細致室內工作的基礎上, 選擇具有代表性的樣品, 進行破碎和過篩分選, 隨后在雙目鏡下挑選40～60目白云石、方解石、閃鋅礦和黃鐵礦單礦物, 使其純度達到99%以上, 再用瑪瑙研缽研磨至200目。 圍巖白云巖、熱液白云石和方解石C-O同位素組成分析在中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室完成, 采用100%磷酸法, 在MAT-253上進行C-O同位素組成測定。分析結果δ13C以V-PDB為標準, δ18O以V-SMOW為標準, 分析精度為±0.2‰(2σ)。閃鋅礦和黃鐵礦S同位素測試在中國科學院地球化學研究所礦床地球化學國家重點實驗室完成, 儀器為MAT-253, 以Vienna Canyon Diablo Troilite(V-CDT)作為參照標準, 以STD-1(δ34SCDT= -0.22‰)、STD-2(δ34SCDT=22.57%)和STD-3(δ34SCDT= -32.53‰)作為標樣校正, 測試誤差±0.1‰(2σ)。

方鉛礦原位S-Pb同位素在西北大學大陸動力學國家重點實驗室采用LA-MC-ICPMS測試, 采用“標準-樣品-標準”交叉測試(SSB)。原位S同位素分析的標樣為IAEA-S-1、IAEA-S-2和IAEA-S-3(Ag2S粉末), 監控標樣為閃鋅礦NBS123 (δ34SCDT=17.8‰± 0.2‰), 黃鐵礦Py-4 (δ34SCDT=1.7‰±0.3‰), 黃銅礦Cpy-1(δ34SCDT=4.2‰±0.3‰)和 方 鉛 礦 標 樣 CBI-3 (δ34SCDT=28.5‰±0.4‰)。為監控數據的準確性, 每隔8個樣品插入測試一對實驗室內標, 如黃銅礦Cpy-1/GC, 黃鐵礦 Py-4/PTST-2或閃鋅礦NBS123/ PTST-3, 其中GC、PTST-2和PTST-3的δ34SCDT值分別為-0.7‰±0.3‰, 32.5‰±0.3‰和26.4‰±0.3‰。原位Pb同位素分析流程和標樣見金中國等(2016)。

4 結 果

4.1 C-O同位素組成

本次獲得的碳酸鹽巖和碳酸鹽礦物C-O同位素組成見表1。

由表1可見, 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石δ13C值范圍為-1.08‰ ～ -0.22‰, 均值為-0.63‰, δ18O值范圍為19.57‰～22.47‰, 均值為20.63‰; 高坡場組白云巖δ13C值范圍為-0.84‰～0.01‰, δ18O值范圍為23.22‰～24.29‰, 均值為23.88‰; 牛角塘鉛鋅礦床768礦段熱液方解石δ13C值范圍為-3.03‰ ～ -1.60‰, δ18O值范圍為18.70‰～22.03‰, 均值為21.25‰。

表1 半邊街和牛角塘鉛鋅礦床碳酸鹽巖和碳酸鹽礦物的C-O同位素組成 Table 1 C-O isotopic compositions of carbonate and carbonate minerals from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

4.2 S同位素組成

本次研究通過單礦物法和微區原位法獲得硫化物S同位素組成見表2。

表2 半邊街鉛鋅礦床硫化物S同位素組成 Table 2 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

半邊街鉛鋅礦床硫化物的S同位素組成有以下特征:

(1) 硫化物具有貧重硫特征, 全部樣品/測點的δ34S值都＜0。其中層紋狀閃鋅礦δ34S值范圍為-9.60‰ ～ -0.40‰, 均值為-6.3‰(n=5); 脈狀閃鋅礦δ34S值范圍為-10.30‰ ～ -7.74‰, 均值為-9.30‰(n=5); 黃鐵礦δ34S值范圍為-8.52‰ ～ -4.03‰, 均值為-7.36‰ (n=4); 方鉛礦δ34S值范圍在-18.33‰ ～ -13.84‰之間, 均值為-16.38‰(n=7)。

(2) 同種硫化物間S同位素組成較為相近, 閃鋅礦δ34S值極差為2.90‰, 黃鐵礦δ34S值極差為2.22‰和方鉛礦δ34S值極差為1.69‰, 表明同種硫化物間δ34S值離散程度相近。全部硫化物δ34S值極差為17.93‰, 顯示不同硫化物間S同位素分餾相對較大。

(3) 硫化物間總體具有δ34S黃鐵礦＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦特征, 暗示硫化物間S同位素分餾基本達到了平衡。

4.3 Pb同位素組成

本次獲得的方鉛礦原位Pb同位素組成見表3。

由表3可見, 半邊街鉛鋅礦床方鉛礦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 半邊街和牛角塘鉛鋅礦床Pb同位素組成 Table 3 Pb isotopic ratios of sulfides from the Banbianjie and Niujiaotang Pb-Zn deposits

5 討 論

5.1 成礦物質來源

5.1.1 CO2來源及碳酸鹽礦物沉淀機制

熱液碳酸鹽礦物是諸多熱液礦床的重要脈石礦物, 更是碳酸鹽巖型鉛鋅礦床的主要脈石礦物(Zhou et al., 2018a), 其C-O同位素組成對示蹤成礦流體中CO2的來源和演化及碳酸鹽礦物的沉淀機制具有重要的指示意義(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012; 趙征等, 2018)。研究表明, 成礦流體中的CO2來源主要有3個源區: ①地幔, 該源區提供的CO2往往與地幔的去氣和脫氣作用有關, 其δ13C值介于-8‰ ～ -4‰之間, δ18O值為6‰～10‰; ②沉積有機質, 其δ13C值為-30‰ ～ -15‰, δ18O值為+24‰～+30‰; ③海相碳酸鹽巖, 其δ13C值為-4‰～4‰, δ18O值為20‰～30‰(劉家軍等, 2004; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2012; 段其發, 2014; 周云等, 2016; 趙征等, 2018)。

綜合本次獲得的半邊街鉛鋅礦床熱液白云石和賦礦白云巖, 以及牛角塘鉛鋅礦床兩個礦段(768和雙龍泉)熱液方解石C-O同位素組成數據進行分析, 在δ13C-δ18O圖解中(圖7), 半邊街與牛角塘鉛鋅礦床熱液碳酸鹽礦物C-O同位素組成具有較高的相似性,均落入海相碳酸鹽巖C-O同位素組成范圍內, 與地幔起源的CO2的δ13C值差異較大。結合研究區巖漿巖并不發育這一地質事實, 本文認為半邊街鉛鋅礦床成礦流體中的CO2與地幔起源的CO2關系不大。此外, 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石δ13C值也遠大于有機碳的δ13C值范圍, 基本排除了有機質在成礦過程中直接提供C來源的可能性。因此, 成礦流體中的CO2最可能來自于賦礦白云巖。

圖7 半邊街鉛鋅礦床δ13C-δ18O圖解(底圖據劉家軍等, 2004) Fig.7 δ13C vs.δ18O plot for the Banbianjie Pb-Zn deposit

在δ13C-δ18O圖解(圖7)上, 半邊街鉛鋅礦床熱液白云石C-O同位素組成大致呈水平直線分布, 表明O同位素在碳酸鹽礦物沉淀過程中較C同位素存在更明顯的分餾。以往研究表明, 導致熱液碳酸鹽礦物C-O同位素組成呈線性分布有兩種可能(鄭永飛, 2001; 劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012; 周云等, 2016; Zhou et al., 2018b): ①碳酸鹽溶解作用; ②CO2去氣作用。CO2去氣作用對成礦流體中的O同位素分餾影響不大, 而會造成C同位素組成發生較大變化(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012)。相反, 流體/圍巖之間的水/巖相互作用會發生碳酸鹽溶解作用, 導致成礦流體中O同位素組成發生較大變化, 而不會造成C同位素發生顯著分餾(劉家軍等, 2004; 周家喜等, 2012)。因此, 碳酸鹽溶解作用是導致半邊街鉛鋅礦床熱液白云石C-O同位素組成呈水平直線分布的主要原因。

由于碳酸鹽礦物的溶解度往往隨著溫度的降低而升高, 相反分餾系數α(CaCO3-CO2)會隨著溫度的降低而降低(鄭永飛和陳江峰, 2000)。因此, 單純的降溫作用對半邊街礦床熱液白云石C-O同位素分餾的影響十分有限。綜上, 本文認為半邊街鉛鋅礦床熱液碳酸鹽礦物的沉淀及其δ13C值的集中分布是水/巖相互作用和降溫過程二者的耦合所致。

5.1.2 還原S的來源及形成機制

大量研究表明, S同位素是示蹤成礦流體中S的來源與形成機制最直接的手段(Rye and Ohmoto, 1974; Ohmoto and Rye, 1979; 汪在聰等, 2010; 周家喜等, 2012; 張云新等, 2014; 談樹成等, 2019)。研究表明, 成礦流體中S的來源主要有3個源區: ①地幔, 其δ34S值接近0, 變化范圍較小; ②地殼, 主要由殼源巖石提供, 其S同位素組成變化范圍大; ③混合源區, 各種來源S的相互混合。

半邊街鉛鋅礦床硫化物δ34S值范圍為-18.33‰～ -0.40‰, 均值為-10.57‰, 具有顯著貧重硫特征(圖8), 與鄰區鉛鋅礦床(如牛角塘等)富重硫特征(δ34S＞10‰, 圖9)明顯不同, 而與華南泥盆系鉛鋅礦床具有相似的S同位素組成特征(王華云, 1996; 李祥能, 2002; 葉霖等, 2005; 金燦海等, 2016; 祝新友等, 2017), 暗示半邊街鉛鋅礦床的形成機制或還原S的來源很可能與鄰區鉛鋅礦床不同, 而與華南泥盆系鉛鋅礦床相似。

圖8 半邊街鉛鋅礦床S同位素直方圖 Fig.8 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit

圖9 半邊街鉛鋅床S同位素組成及其與鄰區礦床對比 Fig.9 S isotopic compositions of sulfides from the Banbianjie Pb-Zn deposit and other Pb-Zn deposits in the region

半邊街鉛鋅礦床硫化物明顯虧損重S同位素, 這與巖漿S同位素組成不同, 尤其是與幔源巖漿S同位素組成存在顯著差異, 因此基本排除地幔源區的貢獻; 地殼巖石中S同位素組成范圍較寬, 與硫源經歷的各種地質作用或過程有關。例如, 海水硫酸鹽礦物以富重S同位素為特征, 而生物成因的沉積黃鐵礦則以富輕S為特征(Ohmoto and Rye, 1979; Zhou et al., 2018a)。半邊街鉛鋅礦床直接賦礦地層為上泥盆統高坡場組白云巖, 其中生物成因的沉積黃鐵礦少見, 相反海水硫酸鹽礦物存在的鳥眼、晶洞等構造發育。因此, 推測半邊街鉛鋅礦床還原硫很可能來自海水硫酸鹽礦物。

大量研究證實: 熱化學還原(TSR)作用和細菌還原(BSR)作用是海水硫酸鹽礦物中S6+形成S2-的 主要途徑或作用。通常, TSR發生于溫度＞120 ℃的環境下, 能快速產生大量S2-且形成的硫化物δ34S值較為穩定, 變化范圍較小; BSR發生于溫度＜110 ℃的環境下, 形成S2-的速率較TSR低, 形成的硫化物δ34S值變化范圍較大(一般較海相硫酸鹽礦物的δ34S值低15‰～40‰)(金中國等, 2016; 陳偉等, 2017; 楊興玉等, 2018)。前人研究表明, 泥盆紀海水δ34S值為17.5‰～20‰(Chang et al., 2008)。半邊街鉛鋅礦床硫化物δ34S為-18.33‰ ～ -0.40‰, 最大分餾超過30‰, 具有BSR作用特征。因此, 本文認為半邊街鉛鋅礦床還原S的形成很可能經歷了BSR過程。

由于BSR作用通常在低溫環境下啟動, 此時影響S同位素分餾的主要因素是體系對H2S和SO42-是開放還是封閉(圖10), 當體系中SO42-的還原速率遠小于其補給速率, 可以將其視為對SO42-開放, 反之則為封閉(Ohmoto and Rye, 1979)。相對靜止的海相和瀉湖相常被認為是體系對SO42-開放的典型代表(Canfield and Thamdurp, 1994; Canfield et al., 2010), 其特征是形成硫化物的δ34S值比同時期的海水低40‰～60‰。例如, 對δ34S值為10‰～30‰的海水硫酸鹽礦物而言, 形成硫化物的δ34S值可以在-50‰ ～ -10‰之間變動。半邊街鉛鋅礦床的賦礦地層為上泥盆統高坡場組二段, 巖性為含燧石白云巖夾泥質白云巖, 屬礁后瀉湖相沉積, 利于BSR作用啟動。關于華南泥盆系鉛鋅礦床的研究普遍認為, 低δ34S值硫化物的鉛鋅礦床均發育有利的沉積相, 且其還原S的形成與BSR作用有關, 以火德紅鉛鋅礦床為代表; 相反, 高δ34S值硫化物的鉛鋅礦床, 其 沉積相不利于BSR作用啟動, 還原S的形成則與TSR作用更密切, 以凡口鉛鋅礦床為代表(金燦海等, 2016; 祝新友等, 2017)。因此, 本文認為賦礦地層的沉積相很可能在還原S的形成過程中扮演重要的角色。

圖10 不同還原機制下S同位素組成特征(據Ohmoto and Rye, 1979) Fig.10 S isotope compositions of different reduction mechanisms

5.1.3 成礦金屬來源

Pb同位素是示蹤成礦金屬來源的有效方法之一(葉霖等, 2005; 李文博等, 2006; 周家喜等, 2010)。由于方鉛礦中放射性成因Pb可以忽略不計, 是示蹤成礦金屬Pb來源最直接的載體。通常, 成礦流體中的Pb來源主要有3個源區: 地幔、地殼和混合源區(Zartman and Doe, 1981)。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖中(圖11), 半邊街鉛鋅礦床的方鉛礦均位于上地殼演化線之上, 和華南泥盆系鉛鋅礦床重疊, 表明其殼源特征明顯, 且與華南泥盆系鉛鋅礦床具有相似的成礦金屬來源。

與鄰區牛角塘鉛鋅礦床對比顯示, 半邊街鉛鋅礦床成礦金屬的來源與其具有較高的相似性, 暗示半邊街鉛鋅礦床成礦金屬的來源很可能與牛角塘鉛鋅礦床相同。已有研究表明, 下伏寒武紀地層(如下寒武統烏訓組、九門沖組等)和前寒武紀基底巖石是湘西-黔東鉛鋅成礦帶成礦金屬來源的潛在源區(蔡應雄等, 2014; 胡太平等, 2015; 隗含濤等, 2015; 李堃, 2018)。研究區震旦系-寒武系為一套碎屑巖+冰積礫巖+白云巖+黑色頁巖+灰巖組合, 富含Zn、Pb等成礦元素, 其相對地殼豐度的富集系數可高達98(王華云和施繼錫, 1997)。尤其是貴陽-榕江以南的早寒武世黑色巖系中還富含Ga、Ge、Cd等稀散元素(Zhu et al., 2013), 這與半邊街鉛鋅礦床超常富Ge吻合(周家喜等, 2020)。此外, 在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖中(圖11), 下伏寒武紀碎屑巖與半邊街鉛鋅礦床具有基本相似的Pb同位素組成, 進一步表明下覆地層很可能為半邊街鉛鋅礦床提供了部分成礦金屬來源。

Δγ-Δβ圖解廣泛應用于Pb的源區判別(朱炳泉, 1998)。在Δγ-Δβ圖解中(圖12), 研究區鉛鋅礦床的Pb同位素組成主要落于上地殼區內, 部分落入上地殼與地?；旌细_帶區內, 表明除了下伏地層是Pb的主要源區外, 還可能存在其他金屬源區。在圖11中, 下伏地層和半邊街鉛鋅礦床Pb同位素組成未完全重合, 也暗示了有其他金屬來源的可能性。

圖11 半邊街鉛鋅礦床207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解 Fig.11 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb and 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb plots of the Banbianjie Pb-Zn deposit

圖12 研究區典型鉛鋅礦床Δγ-Δβ圖解 Fig.12 Δγ vs.Δβ plot for the Pb-Zn deposits in the study area

前人研究證實, 華南低溫成礦域熱液礦床的集中產出與元古代基底密切相關(李朝陽, 1999; 胡瑞忠等, 2016; Zhou et al., 2018a), 研究區基底是一套原巖為火山-碎屑巖系的中-低級綠片巖相地層, 具有Pb、Zn等成礦元素富集的特征(陳永清等, 2003), 被認為是湘西-黔東鉛鋅成礦帶成礦金屬的主要來源之一(湯朝陽等, 2012; 李堃等, 2014; 段其發, 2014; 周云等, 2016; 李堃, 2018)。陳國勇等(2006)開展的Sr同位素研究(87Sr/86Sr=0.711～0.721)也支持這一認識。因此, 不排除前寒武紀基底為半邊街鉛鋅礦床提供部分成礦金屬的可能。此外, 從構造條件來看, 半邊街鉛鋅礦床產出于向下切割基底的區域性黃絲斷裂旁側, 而深大斷裂往往是成礦金屬運移的重要通道, 為成礦金屬的遠距離搬運提供了良好的構造條件。綜上, 本文認為下伏寒武系與基底巖石在半邊街鉛鋅礦床成礦金屬來源方面具有貢獻作用。

5.2 礦床成因淺析

以往研究認為半邊街鉛鋅礦床成因分類屬“準同生沉積型”鉛鋅礦床(陳國勇等, 2006), 主要依據是礦體呈層狀、似層狀產出, 未見到切割層理的脈狀礦體, 礦石構造以層紋狀、浸染狀為特征, 構造在成礦作用過程中的意義不大, 礦床的后生特征不明顯。本次野外實地調研以及地勘工作推進中發現:

①礦體在空間上表現為近地表處呈層狀、似層狀產出, 深部發育切割層理的脈狀礦體, 同時發育各類脈狀、網脈狀礦石, 鏡下多見交代結構, 具有顯著的后生特征;

②NW向構造旁側, 礦體出現富集的現象, 越接近該組構造, 礦體厚度越大, 品位越高, 表明礦體的形成明顯受構造的控制;

③礦石中廣泛發育交代結構, 暗示了交代作用的存在。

結合區域構造演化認為, 四堡運動之后, 研究區內元古代巖石接受廣泛的區域變質作用, 形成變質基底, 隨后海侵形成被動大陸邊緣盆地, 同時廣泛接受陸源物質補給并發育較厚的海相碳酸鹽巖沉積, 為成礦提供了良好的沉積相環境和豐富的物質基礎(代傳固, 2010; 徐政語等, 2010)。在經歷被動大陸邊緣演化之后, 在加里東末期迎來了短暫的海退, 其證據為區內廣泛缺失中-上志留統和下泥盆統, 表明在廣西運動之后, 研究區曾部分上升為陸地, 而中-上泥盆統表現為濱岸潮間陸源碎屑沉積-局限海臺地相碳酸鹽巖沉積, 表明在經歷短暫的海退之后, 區內再次進入海進階段。受加里東期擠壓作用后張弛的影響, 研究區形成一系列EW向正斷層(崔敏等, 2009; 楊坤光等, 2012), 它們控制了部分地區沉積相的發育。海西期盆地進一步拉張, 形成一系列NW向構造以及走滑斷層。之后成礦流體經區域性深大斷裂運移至對成礦有利的構造-巖性圈閉組合區, 與經BSR作用形成的還原硫發生混合, 沉淀成礦, 其形成機制與鄰區鉛鋅礦床和MVT鉛鋅礦床頗為相似(表4), 均為流體-構造-巖性耦合成礦作用的產物(Zhou et al., 2018a, 2018b; 楊德智等, 2020)。

表4 半邊街鉛鋅礦床與MVT及鄰區典型鉛鋅礦床對比表 Table 4 Major features of the Banbianjie Pb-Zn deposit, typical MVT deposits and Pb-Zn deposits in the adjacent areas

6 結 論

(1) CO2來源及碳酸鹽礦物沉淀受水-巖反應碳酸鹽溶解作用和溫度降低過程二者的耦合作用的控制; 上泥盆統高坡場組為封閉-半封閉的礁后瀉湖相,利于BSR作用形成還原S, 為成礦提供了有利物質條件; 下伏寒武紀地層和前寒武紀基底巖石共同提供了半邊街鉛鋅礦床的成礦金屬來源。

(2) 半邊街鉛鋅礦床與鄰區典型鉛鋅礦床具有相似的成礦機制, 均為流體-構造-巖性耦合成礦作用的產物。

致謝:野外工作得到中國地質大學(武漢)楊坤光教授的指導和幫助, 實驗工作得到中國科學院地球化學研究所和西北大學相關實驗室工作人員的支持和幫助, 成文過程中云南大學羅開博士和孫國濤博士提供了若干寶貴的修改建議, 中國科學院地球化學研究所葉霖研究員和中國科學院廣州地球化學研究所包志偉研究員對本文進行了極其認真負責的審閱, 在此一并表示感謝。