滇西北蘭坪盆地金滿?連城脈狀Cu多金屬礦床Cu-S同位素特征及其指示意義

張錦讓, 溫漢捷, 鄒志超, 杜勝江, 顧純源

滇西北蘭坪盆地金滿?連城脈狀Cu多金屬礦床Cu-S同位素特征及其指示意義

張錦讓1, 溫漢捷2*, 鄒志超3, 杜勝江2, 顧純源1

(1.西南石油大學 地球科學與技術學院, 四川 成都 610059; 2. 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, 貴州 貴陽 550002; 3. 成都理工大學 地球科學學院, 四川 成都 610059)

蘭坪盆地西緣發育一系列脈狀Cu多金屬礦床, 成礦獨具特色, 它們的成礦流體普遍存在大量富CO2流體包裹體, 在整個蘭坪盆地罕見, 顯著區別于世界上已知的各類賤金屬礦床。本研究測定了蘭坪盆地西緣兩個代表性脈狀Cu礦床(金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床)主成礦階段黃銅礦和黝銅礦的Cu-S同位素組成, 探討其成礦物質來源和成礦機制。結果表明, 金滿Cu礦床黃銅礦的δ65Cu值變化較大(?3.62‰～0.48‰), δ34S值為?4.0‰～12.1‰, 可能與多期流體活動、成礦物質多來源有關, 成礦主要與深部巖漿活動有關, 成礦晚期有地層物質的加入。連城Cu-Mo礦床主成礦期黃銅礦δ65Cu值為?0.31‰～2.12‰, δ34S值為?3.6‰～1.4‰, 暗示成礦與深部巖漿作用有關。

富CO2流體; Cu-S同位素; 脈狀Cu多金屬礦床; 蘭坪盆地西緣; 云南

0 引 言

滇西北三江中段蘭坪盆地是一個典型的中新生代陸內盆地, 是三江構造–成礦帶的一個重要組成部分, 廣泛發育一系列沉積巖容礦Pb、Zn、Cu多金屬礦床, 如金頂超大型Pb-Zn礦床、白秧坪超大型Pb-Zn-Ag多金屬礦集區、金滿中型Cu礦床以及一系列小型Cu-Pb-Zn礦床(點), 國內外高度關注其成礦作用、找礦勘查和開發利用的研究(胡瑞忠等, 1998; 徐啟東和周煉, 2004; Xue et al., 2007; 侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 鄧軍等, 2010; 王光輝, 2010; Chi and Xue, 2011; 宋玉財等, 2011; Deng et al., 2017; Wang et al., 2018a, 2018b; Yalikun et al., 2018)。

蘭坪盆地西緣產出大量脈狀Cu多金屬礦床, 主要包括白秧坪Cu-Ag-Co礦床、金滿Cu礦床、連城Cu-Mo礦床、茅草坪Cu-Pb-Zn礦床以及一系列小型Cu礦床(點)(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; Chi and Xue, 2011; 宋玉財等, 2011; Huang et al., 2016; Wang et al., 2018a)。這些脈狀Cu多金屬礦床大致沿瀾滄江深大斷裂呈帶狀展布, 受逆沖推覆構造系統控制, 礦物組成復雜, 不同礦床具有各自獨特的Cu±Mo±Co±Ag礦化組合, 成礦獨具特色, 在世界上罕見, 顯著區別于世界上已知的各類賤金屬礦床(多為Pb-Zn礦脈, 獨立的Cu礦脈比較少見), 是研究脈狀Cu多金屬礦床成礦作用的理想對象(Misra, 2000; 侯增謙等, 2008; 宋玉財等, 2011; Huang et al., 2016; Wang et al., 2018a)。

金滿Cu礦床緊靠瀾滄江深大斷裂, 是西礦帶規模最大、品位最高的Cu礦床, 擁有大于20萬噸的銅。連城Cu-Mo多金屬礦床距金滿Cu礦床僅3 km左右, 是盆地內僅有的一個含Mo礦化的脈狀Cu礦床。Chi and Xue (2011)研究發現, 金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床的成礦流體獨具特色, 主成礦期石英脈中存在大量富CO2流體包裹體, 這在整個蘭坪盆地是十分特殊的, 不屬于典型的盆地流體系統, 顯示深源流體的特征。多年來, 對金滿–連城脈狀Cu多金屬礦床的研究主要集中于地質學、成礦年代學和成礦流體地球化學等方面(李峰和甫為民, 2000; 劉家軍等, 2000, 2001; 張乾等, 2002; 吳南平等, 2003; 徐曉春等, 2005; 趙海濱, 2006; 侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; Chi and Xue, 2011;宋玉財等, 2011; 張錦讓, 2013; Huang et al., 2016; 楊立飛等, 2016; Wang et al., 2018a)。然而, 關于蘭坪盆地西緣脈狀Cu多金屬礦床成礦物質來源仍然存在很大的爭議, 主要有以下3個觀點: 巖漿或地幔來源(Jiand Li, 1998; 闕梅英等, 1998; 吳南平等, 2003; 趙海濱, 2006)、變質基底來源(張乾等, 2002; 王光輝, 2010; 宋玉財等, 2011)和盆地來源(李峰和甫為民, 2000; 劉家軍等, 2000; 吳南平等, 2003)。成礦物質來源認識的巨大分歧, 也導致礦床成因存在很大爭議, 如改造成因礦床(何明勤等, 1998; 徐曉春等, 2005)、噴流(熱水)沉積礦床(顏文和李朝陽, 1997; 劉家軍等, 2000)和造山型礦床(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; Deng et al., 2017; Wang et al., 2018a)等。

探討成礦物質來源對研究成礦過程和礦床成因具有非常重要的意義。Cu同位素組成可以在一定程度上反映Cu礦床的成礦溫度、礦化階段和成礦物質來源, 為示蹤成礦過程、揭示礦床成因提供關鍵信息(蔣少涌等, 2001)。

前人對巖漿礦床、矽卡巖型礦床、斑巖型礦床、熱液脈型礦床、火山成因塊狀硫化物(簡稱VMS)礦床、現代大洋底熱液體系和沉積礦床中的黃銅礦開展了大量Cu同位素研究(蔣少涌等, 2001; Graham et al., 2004; Mason et al., 2005; Mathur et al., 2005; Haest et al., 2009; 李振清等, 2009; Li et al., 2010; 王躍等, 2014; 楊立飛等, 2016; Wang et al., 2018a), 結果表明, 低溫環境下形成的礦物比高溫環境下形成的礦物具有更大的Cu同位素組成變化范圍, 因此, 含Cu礦物的Cu同位素組成特征可以指示成礦溫度(蔣少涌等, 2001)。不同地質條件和成礦環境中含Cu礦物的Cu同位素組成存在顯著差異(Mason et al., 2005; Li et al., 2010), 且對Cu礦床而言, Cu是直接成礦元素, 利用含Cu礦物的Cu同位素組成, 再結合礦石S同位素組成來確定成礦物質來源和成礦過程是一個直接有效的手段(李振清等, 2009)。

本研究在野外地質工作基礎上, 開展了蘭坪盆地西緣兩個代表性脈狀Cu礦床(金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床)主成礦階段形成的黃銅礦和黝銅礦的Cu-S同位素組成分析, 并結合已有的流體包裹體和C-H-O同位素研究成果, 進一步探討成礦物質來源及成礦機制, 為研究脈狀Cu多金屬礦床成礦作用提供參考, 同時為本區進一步找礦勘查提供科學依據。

1 區域地質背景和礦床地質特征

滇西北三江地區包括怒江、瀾滄江和金沙江三江并流地段, 大地構造上處于特提斯與環太平洋兩大巨型構造域的結合部位, 受到印度板塊和歐亞板塊相互作用的影響, 地質構造活動復雜, 形成特提斯、碰撞造山兩大成礦系統(薛春紀等, 2002; Xue et al., 2007; 侯增謙等, 2008; He et al., 2009;李文昌等, 2010; 王光輝, 2010; 宋玉財等, 2011; Deng et al., 2014, 2018; Wang et al., 2018a, 2018b)。

蘭坪盆地位于阿爾卑斯–喜馬拉雅巨型構造帶東段弧形轉彎處(即青藏高原東緣)(薛春紀等, 2002; 侯增謙等, 2008; He et al., 2009; Deng et al., 2018)。以盆地東、西邊緣金沙江–哀牢山斷裂和瀾滄江斷裂及盆地中軸斷裂為主的盆地斷裂系統控制了盆地的構造演化(薛春紀等, 2002; He et al., 2009)。

蘭坪盆地古生界主要為海相碳酸鹽巖夾碎屑巖建造, 僅零星出露于盆地邊緣, 盆地內大面積出露中新生界(薛春紀等, 2002; 侯增謙等, 2008; He et al., 2009; Wang et al., 2018a)。研究區內與成礦關系密切的地層主要包括: ①上三疊統三合洞組(T3), 巖性比較單一, 主要為一套陸源生物碎屑灰巖、砂屑灰巖和白云質灰巖; ②中侏羅統花開佐組(J2), 巖性比較復雜, 主要為紫紅色、淺灰綠色長石石英雜砂巖、灰白色薄層絹云母鈣質板巖, 夾灰巖和泥灰巖; ③下白堊統景星組(K1), 為一套紫紅色粉砂巖、中粗粒砂巖夾灰綠色砂巖、礫巖和泥巖; ④古新統云龍組(El), 主要為泥巖、粉砂質泥巖、灰紫色鈣質粉砂巖, 局部見石膏層。蘭坪盆地新生代巖漿巖多出露于盆地的邊緣, 分布受瀾滄江和金沙江–哀牢山等斷裂控制(薛春紀等, 2002; He et al., 2009)。盆地內部只在南部永平、巍山一帶出露水云巖體、卓潘巖體、蓮花山巖體等堿性巖體, 這些巖體的成巖年齡在68～23 Ma之間(薛春紀等, 2002; 董方瀏等, 2005)。盆地中北部至今沒有新生代巖漿活動的報道, 雖然張成江等(2000)根據航磁資料、重力測量及遙感資料分析, 推測蘭坪盆地中北部沿蘭坪–思茅斷裂有一個巨大的隱伏巖漿系統。

盆地內礦產十分豐富, 主要有Pb、Zn、Cu、Ag、Hg、As、Sb、Au以及石膏、石鹽等礦產, 構成我國西部一個重要的Pb-Zn-Cu多金屬大型成礦集區。受印度–亞洲大陸對接碰撞(始于65 Ma左右)的影響, 盆地兩側的中生代地層作為構造巖片, 由盆地兩側向中央推進, 推覆于古近系之上, 形成近平行的東、西兩大逆沖推覆構造系統, 在盆地內形成一系列的推覆體和飛來峰, 控制著盆地內Pb-Zn-Ag-Cu多金屬礦床的分布(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 宋玉財等, 2011)。東部逆沖推覆構造控制了盆地東緣的Pb-Zn-Ag-Cu多金屬礦床, 主要包括金頂Pb-Zn礦床(Pb+Zn>1000萬噸)、河西–三山Pb-Zn-Ag-Cu多金屬成礦帶及一系列小型Pb-Zn礦床(點); 西部逆沖推覆構造則控制了盆地西緣一系列脈狀Cu-Ag (±Pb-Zn)多金屬礦床(圖1)。

1.1 金滿Cu礦床地質特征

金滿Cu礦床位于蘭坪盆地西北緣, 緊靠瀾滄江深大斷裂, 是盆地西緣規模最大、品位最高的Cu礦床, 儲量大于20萬噸, 平均品位為2.6%(He et al., 2009;王光輝, 2010; Chi and Xue, 2011)。礦區內斷裂和褶皺非常發育, 主要構造為金滿–連城復式倒轉背斜, 背斜軸向為NNE向, 并伴有一系列走向近SN、傾向W的逆斷層(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; 宋玉財等, 2011)。礦區廣泛出露中侏羅統花開佐組(J2)和上侏羅統壩注路組(J3)(圖2a、b)?；ㄩ_佐組為礦區主要賦礦層位, 可大致分成兩段, 巖性主要為淺綠灰色、灰白色長石石英砂巖夾絹云母板巖、鈣質板巖, 局部夾白云巖, 礦體主要產出在花開佐組上段(J22)雜色石英砂巖夾鈣質板巖中。上侏羅統壩注路組巖性主要為紫紅色絹云母板巖夾數層薄至中厚層砂巖, 砂巖厚度向上逐漸變少變薄(He et al., 2009; Chi and Xue, 2011)。礦區內無巖漿巖出露。

礦體主要分布在次級背斜的層間破碎帶和軸部附近的張裂隙中(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; 宋玉財等, 2011)。礦體按產出特征可大致分為兩類: 一類產于花開佐組上段砂巖與泥巖接觸界面及其附近的層間斷裂破碎帶中, 規模大、品位高、穩定性好, 呈帶狀、似層狀或大脈狀產出, 如Ⅰ號主礦體(圖2b)。Ⅰ號主礦體長1350 m, 厚1～15 m,平均厚度8.2 m, 延深350 m, 走向NE25°, 傾向NW, 傾角介于70°～85°之間, Cu品位為0.65%～12.02%, 平均品位2.58%, 平均含Ag 21.9 g/t (李峰和甫為民, 2000)。另一類賦存于花開佐組上段上部砂巖或砂巖夾泥巖的裂隙、斷裂或劈理帶中, 呈脈狀, 主礦體以外的所有礦體均賦存于該層位。礦體的規模較小、品位低、穩定性差, 為細脈型礦體。礦床圍巖蝕變以中–低溫蝕變為主, 主要有硅化、方解石化、重晶石化和菱鐵礦化等, 主要形成大量含礦石英脈和方解石脈, 脈體厚度變化較大, 幾毫米到幾十厘米不等(圖3a～c)。

礦石礦物以黝銅礦、砷黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銻礦等銅和銻硫化物為主; 脈石礦物有石英、方解石和鐵白云石等。礦石構造多為浸染狀、塊狀、角礫狀、脈狀和網脈狀等。結構以充填、交代及半自形粒狀結構為主, 有的礦石中還出現生物結構, 如黃鐵礦的草莓結構和黃銅礦、斑銅礦木質結構(李峰和甫為民, 2000; 劉家軍等, 2011)。根據礦床礦化形式、礦物共生組合和礦脈穿插關系, 金滿Cu礦床熱液期成礦作用可分為成礦早階段、主成礦階段和成礦晚階段(李峰和甫為民, 2000; Chi and Xue, 2011), 3個階段的礦物組合分別是: ①石英+鐵白云石+少量黃銅礦+黝銅礦+少量黃鐵礦; ②石英+方解石+大量黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦+少量砷黃鐵礦; ③方解石+少量石英+少量黃銅礦、斑銅礦、銅藍及黃鐵礦。

1. 第四紀沉積物; 2. 始新世砂巖、泥巖; 3. 古新世砂巖; 4. 白堊紀砂巖、粉砂巖; 5. 侏羅紀泥巖、砂巖; 6. 三疊紀碎屑巖、灰巖; 7. 中–晚三疊世泥頁巖; 8. 三疊紀變質巖; 9. 石炭紀–二疊紀安山巖、玄武質安山巖; 10. 巖漿巖; 11. 雪龍山變質巖; 12. 逆斷層; 13. 正斷層; 14. 斷層(性質不明); 15. 走滑斷層; 16. 礦床; 17. 城鎮; 18. 斷層編號。

1. 第四紀沉積物; 2. 上侏羅統壩注路組(J3b)絹云母板巖; 3. 中侏羅統花開佐組上段上部(J2h22)砂巖; 4. 花開佐組上段下部(J2h21)鈣質板巖; 5. 背斜軸部; 6. 倒轉地層; 7. 斷層; 8. 推測斷層; 9. 鉆孔; 10. 勘探線; 11. 礦體及編號。

1.2 連城Cu-Mo礦床地質特征

連城Cu-Mo多金屬礦床位于蘭坪縣營盤鎮以南約2.2 km, 距金滿Cu礦床僅3 km左右, 構造位置上與金滿Cu礦床同處于西部逆沖推覆構造帶根部位置, 是盆地內僅有的一個含Mo礦化脈狀Cu礦床(侯增謙等, 2008; He et al., 2009; 王光輝, 2010; Chi and Xue, 2011)。區內出露地層與金滿礦區基本相同, 主要賦礦巖層為中侏羅統花開佐組上段紫紅色厚層狀砂巖。區內斷裂、褶皺、裂隙和劈理非常發育, 主要控礦構造為金滿–連城復式倒轉背斜, 背斜軸向為NNE向。礦區范圍內未見巖漿巖出露。連城Cu-Mo多金屬礦床由8個大小不等的脈狀、透鏡狀礦體組成, 礦體主要分布在次級背斜的層間破碎帶和軸部附近的張裂隙中(圖2a)。礦石礦物主要有黃銅礦、輝鉬礦、黝銅礦、斑銅礦和輝銅礦及銅氧化物; 脈石礦物主要有石英、方解石和鐵白云石, 含少量絹云母。礦石構造以脈狀為主, 次為塊狀和浸染狀, 局部發育少量紋層狀黃銅礦、斑銅礦, 礦石結構為半自形–它形粒狀結構、溶蝕結構和交代結構等。礦區最常見的圍巖蝕變為硅化和碳酸鹽化, 其次為重晶石化、絹云母化、菱鐵礦化和黃鐵礦化等。根據礦物共生組合和礦脈穿插關系, 連城Cu-Mo多金屬礦床成礦作用可大致分為3個階段: 早階段主要發育含輝鉬礦±黃鐵礦石英脈, 其中輝鉬礦多呈片狀、纖維狀產在石英脈的表面, 石英脈中常發育少量黃鐵礦、黃銅礦(圖3d～f); 中階段主要發育含銅硫化物石英脈±方解石/菱鐵礦, 其中含銅硫化物以黃銅礦、黝銅礦、斑銅礦為主, 多呈脈狀、點狀產出; 晚階段則主要發育石英–方解石礦或菱鐵礦細脈, 偶含黃鐵礦, 伴隨礦化較弱, 交切早中階段礦脈。成礦后的表生氧化作用形成了褐鐵礦、銅藍等次生礦物。

2 樣品及分析測試方法

9件黃銅礦和1件黝銅礦樣品采自金滿Cu礦床地下采場1230～1300 m中段Ⅰ號礦體和連城Cu-Mo礦床2號礦洞主成礦階段硫化物石英脈。在系統的礦物巖相學、電子探針觀察基礎上, 選擇兩個礦床主成礦階段含銅硫化物–石英脈中合適的硫化物樣品。測試用的黃銅礦和黝銅礦樣品具有新鮮、無氧化的特點, 具有代表性。將礦石樣品破碎并過篩, 粒級為40～60目, 采用人工分選方法, 在雙目顯微鏡下反復挑選, 礦物純度達到99%以上, 以備Cu同位素和S同位素分析。

(a) 金滿Cu礦床主成礦階段硫化物石英–方解石脈切割早期石英鐵白云石脈; (b) 金滿Cu礦床主成礦階段網脈狀含黃銅礦石英脈; (c) 金滿Cu礦床含黃銅礦石英脈充填在早期碎裂狀石英脈中; (d) 連城Cu-Mo礦床含輝鉬礦、黃銅礦砂巖中的含黝銅礦石英脈; (e) 連城Cu-Mo礦床主成礦階段硫化物石英脈呈網脈狀充填在早階段輝鉬礦中; (f) 連城Cu-Mo礦床主成礦階段硫化物石英網脈狀切割早階段輝鉬礦。礦物代號: Qz. 石英; Ank. 鐵白云石; Cal. 方解石; Cp. 黃銅礦; Tet. 黝銅礦; Mo. 輝鉬礦。

同時, 為了保證所選硫化物的代表性, 對與這些硫化物密切共生的石英進行了流體包裹體巖相學觀察和測溫工作, 流體包裹體的測溫工作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的流體包裹體室完成, 測試儀器為Linkam THMSG 600型冷熱臺, 測溫范圍為?196～600 ℃, 冷凍數據(50 ℃以下)和加熱數據(100 ℃以上)精度分別為±0.2 ℃和±2 ℃(Su et al., 2009)。

Cu同位素測試在中國地質大學(北京)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。將挑選的黃銅礦單礦物放入容器中, 加入HNO3+HCl, 在電熱板上160 ℃加熱, 150 ℃蒸干樣品。選用AG MP-1M大孔徑強陰離子交換樹脂(Bio-Rad, 100～200目)通過離子交換層析法實現Cu與其他基質元素的分離, 流程詳見李丹丹(2015)。實驗中, Cu的回收率>99.7%, 本底<2 ng(Li et al., 2015; 李丹丹, 2015)。收集的溶液在電熱板上120 ℃蒸干, 然后加入1 mL 3% HNO3, 再蒸干, 加入1 mL 3% HNO3待測。測試儀器為Neptune Plus型高分辨多接收電感耦合等離子質譜儀(MC-ICP-MS, Thermo-Finnigan)。每個樣品測試40個數據點, 且重復測試2次, 取平均值。使用的標樣是國際標樣NIST 976。測試流程和分析方法詳見Liu et al. (2014)和李丹丹(2015)。

S同位素測試在中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室完成。在瑪瑙缽中將樣品研磨至200目以下, 裝入容器中, 置于馬弗爐內, 加熱至1000 ℃, 在真空條件下保持15 min, 將礦物中的S氧化成SO2。分析測試采用連續S同位素質譜儀(CF-IRMS, EA-IsoPrine Euro3000, GV instruments)配備元素分析儀完成, 標準物質選用GBW 04414和GBW 04415, 數據采用相對國際S同位素標準CDT(canyon diablo troilite)值表示, 測試誤差小于±0.2‰。

3 結果分析

流體包裹體巖相學觀察和測溫結果(表1)表明, 金滿Cu礦床主成礦階段石英脈中流體包裹體以NaCl-H2O (A型)包裹體為主, 含一定數量的CO2-H2O(B型)包裹體, A型包裹體均一溫度為146～239 ℃, 鹽度為3.1%～18.0% NaCleq; B型包裹體均一溫度為220～327 ℃,鹽度為0.4%～4.6% NaCleq。砂巖中紋層狀黃銅礦–石英脈中僅發育A型包裹體, 均一溫度為120～185 ℃,鹽度為1.4%～9.3% NaCleq。連城Cu-Mo礦床共生脈石礦物中流體包裹體以原生包裹體為主, 主要為B型包裹體, 含一定數量的A型包裹體, A型包裹體均一溫度為236～346 ℃, 鹽度為9.0%～22.3% NaCleq; B型包裹體均一溫度為240～343 ℃, 鹽度為0.6%～4.1% NaCleq。

金滿Cu礦床主成礦階段黃銅礦和黝銅礦樣品的δ65Cu值為?3.62‰～0.48‰(表2), 平均值?0.97‰, 極差為4.10‰, 范圍較廣, 總體偏負值。其中, 不同產狀樣品Cu同位素和S同位素特征差別較大, 含硫化物石英脈中黃銅礦和黝銅礦δ65Cu值為?1.62‰～0.48‰,平均值?0.41‰, 跨度較大, 總體偏負值; δ34S值為?4.0‰～4.6‰, 變化范圍較大, 平均值0.9‰, 極差為8.6‰, 范圍較廣。粉砂巖、泥巖中紋層狀黃銅礦δ65Cu值為?3.62‰ ～ ?1.07‰, 平均值?2.47‰, 顯示較大的負值; δ34S值為10.9‰～12.1‰, 平均值11.5‰, 顯示較大的正值。

連城Cu-Mo礦床主成礦階段含硫化物石英脈中黃銅礦、黝銅礦和斑銅礦樣品的δ65Cu值為?0.31‰～ 2.12‰(表2), 平均值為0.84‰, 跨度較大, 總體偏正值; δ34S值為?3.6‰～1.4‰(表2), 平均值?1.9‰, 極差為5.0‰, 范圍較窄。其中, 5個黃銅礦樣品的δ65Cu值為0.20‰～2.12‰, 平均值1.26‰; 1個黝銅礦樣品的δ65Cu值為?0.11‰; 1個斑銅礦樣品的δ65Cu值為?0.31‰。

表1 金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床流體包裹體特點

注: 中僅列出伴生脈石礦物中包裹體數據范圍, 詳見張錦讓等, 2015。

表2 金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床Cu-S同位素組成

注: “-”表示無數據。

4 討 論

4.1 成礦物質S來源

S是研究成礦物質來源的重要示蹤元素, 熱液硫化物的S同位素組成, 不僅取決于其源區物質的S同位素組成, 還取決于成礦流體演化的物理化學條件(Ohmoto and Rye, 1979)。研究表明, 金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床的成礦流體整體上顯示出中–高溫、中–低鹽度、極富CO2的特征, 流體平均pH值為6.0, 處于相對弱還原、酸性環境(趙海濱, 2006; Chi and Xue, 2011)。同時, 原生礦石主要由石英和黃銅礦、黝銅礦組成, 未見硫酸鹽礦物, 在此條件下, 金屬硫化物δ34S值可近似代表熱液中S同位素特征(Ohmoto and Rye, 1979; Chi and Xue, 2011)。

金滿Cu礦床不同產狀樣品S同位素特征差別較大, 含硫化物石英脈中黃銅礦和黝銅礦的δ34S值為?4.0‰～4.6‰(表2), 變化范圍較大, 平均值0.9‰, 極差為8.6‰, 大致呈零值附近的塔式分布(圖4a), 具有深部巖漿硫的特征(Ohmoto and Rye, 1979)。粉砂巖、泥巖中紋層狀黃銅礦δ34S值為10.9‰～12.1‰, 平均值11.5‰, 顯示較大的正值, 具有地層硫的特征(Ohmoto and Rye, 1979)。

連城Cu-Mo礦床主成礦階段含硫化物石英脈中黃銅礦、黝銅礦和斑銅礦樣品的δ34S值為?3.6‰～1.4‰(表2), 極差為5.0‰, 范圍較窄, 大致呈零值附近塔式分布(圖4b), 推測連城Cu-Mo礦床成礦流體的S主要來自深部巖漿, 無明顯圍巖地層硫加入。

圖4 金滿Cu礦床(a)和連城Cu-Mo礦床(b)S同位素組成

整體上, 金滿Cu礦床成礦早階段硫化物S同位素比較穩定, 可能主要來源于深部巖漿硫, 隨著成礦作用進行, 成礦物質來源也在逐漸變化, 海相沉積巖地層硫來源相對增多。連城Cu-Mo礦床成礦流體的S主要來自深部巖漿, 無明顯圍巖地層硫加入。

4.2 成礦金屬Cu的來源

研究表明, 不同類型礦床中Cu同位素組成存在較大差別, 巖漿礦床Cu同位素組成變化范圍較小(?0.62‰～0.40‰; Zhu et al., 2000), 集中分布在零值附近; 矽卡巖、斑巖(?1.29‰～2.98‰; 李振清等, 2009; Mathur et al., 2009; 王躍等, 2014)、熱液脈型礦床(?3.70‰～2.41‰; 蔣少涌等, 2001; Markl et al., 2006)的Cu同位素組成變化范圍較大; 低溫熱液脈型礦床和沉積礦床中的黃銅礦較為富集Cu的輕同位素(Asael et al., 2007)。

流體包裹體測溫結果表明, 隨著成礦的進行, 金滿Cu礦床黃銅礦和黝銅礦δ65Cu值的變化呈現明顯的規律, δ65Cu正值來自高溫脈的黃銅礦(220～327 ℃),而δ65Cu負值來自低溫沉淀的黃銅礦(120～185 ℃), 表明硫化物的δ65Cu值與形成溫度相關, 較低的成礦溫度可能是造成金滿Cu礦床δ65Cu值較低的原因之一(Zhu et al., 2000; 蔣少涌等, 2001)。同時, 熱液交代過程中圍巖組分的加入也可能是金滿Cu礦床Cu-S同位素變化較大的重要原因(蔣少涌等, 2001)。

連城Cu-Mo礦床主成礦期黃銅礦、黝銅礦和斑銅礦樣品的δ65Cu值為?0.31‰～2.12‰, 跨度較大, 總體偏正值(表2, 圖5), 和花崗巖的δ65Cu值變化范圍一致(Markl et al., 2006; 李振清等, 2009; Li et al., 2009), 而與海洋沉積物、生物材料、沉積型礦床、低溫熱液礦床的δ65Cu值相差較大(圖5), 暗示Cu可能主要來自深部巖漿。δ34S值為?3.6‰～1.4‰, 具有以零值附近為中心的塔式分布特征, 亦顯示巖漿硫特征。

金滿Cu礦床明顯存在兩種性質的流體參與成礦, 一種為中–高溫、中–低鹽度、富CO2的流體(CO2-H2O包裹體均一溫度集中在280～340 ℃之間, 鹽度集中在1%～4% NaCleq之間), 另一種為中–低溫、中–高鹽度、貧CO2的流體(均一溫度集中在160～220 ℃之間, 鹽度集中在8%～18% NaCleq之間), 顯示出低鹽度、富CO2流體和中–高鹽度NaCl-H2O流體混合的結果?？紤]到蘭坪盆地廣泛發育中–低溫、高鹽度的盆地鹵水系統(趙海濱, 2006; Chi and Xue, 2011), 推測這種中–高鹽度NaCl-H2O流體可能與廣泛存在的盆地流體系統有關, 而與富CO2流體不存在成因上的聯系。金滿Cu礦床成礦過程中多種性質流體的參與, 可能也是造成其Cu-S同位素特征十分復雜的重要原因之一(圖6)。連城Cu-Mo礦床成礦流體整體上是一種中–高溫、中–低鹽度、極富CO2的流體(CO2-H2O包裹體均一溫度集中在280～340 ℃之間, 鹽度集中在1%～4% NaCleq之間), 結合C、H、O同位素特征, 推斷成礦流體主要來源于深部巖漿, 不排除變質流體的可能(Chi and Xue, 2011; 張錦讓等, 2015)。

MORB. 洋中脊玄武巖; OIB. 洋島玄武巖; VMS. 火山成因塊狀硫化物; SSC. 沉積巖型層狀銅。全球不同類型巖石及礦床的Cu同位素數據引自Zhu et al., 2000; 蔣少涌等, 2001; Graham et al., 2004; Markl et al., 2006; Asael et al., 2007; Haest et al., 2009; Li et al., 2009; Mathur et al., 2009; 李振清等, 2009; Song et al., 2017; Wang et al., 2017; Wu et al., 2017a, 2017b。

圖6 金滿Cu礦床和連城Cu-Mo礦床δ65Cu-δ34S圖解

基于以上討論, 認為金滿Cu礦床金屬Cu可能具有多來源特征, 成礦早階段主要與深部巖漿或變質作用有關, 成礦晚階段有地層物質的加入。連城Cu-Mo礦床成礦金屬Cu可能主要來自深部巖漿巖, 圍巖貢獻較少。由于本研究尚未獲得不同成礦階段詳細的Cu同位素數據, 且礦區內未出露同期的巖漿巖, 因此以上推測仍需要進一步的工作來證實。

5 結 論

(1) 蘭坪盆地西緣發育一系列脈狀Cu多金屬礦床, 這些脈狀Cu礦床的成礦流體普遍存在大量富CO2流體包裹體, 這在整個蘭坪盆地罕見, 顯著區別于盆地流體成礦系統主導成礦的Pb-Zn礦床。

(2) 金滿Cu礦床黃銅礦的δ65Cu值變化較大(?3.62‰～0.48‰), δ34S值為?4.0‰～12.1‰。連城Cu-Mo礦床主成礦階段黃銅礦δ65Cu值為?0.31‰～ 2.12‰, δ34S值為?3.6‰～1.4‰, 暗示成礦與深部巖漿作用有關。

(3) 金滿Cu礦床金屬Cu可能具有多來源特征, 成礦早階段可能主要與深部巖漿或變質作用有關, 成礦晚階段有地層物質的加入。連城Cu-Mo礦床成礦金屬Cu可能主要來自深部巖漿, 圍巖貢獻較少。

致謝:野外工作得到三江銅業領導及生產部地質人員的熱情幫助; 中國地質大學(北京)劉家軍教授和王長明副教授提出了寶貴修改意見, 在此一并致以衷心感謝！

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Copper and sulfur isotopic characteristics of the Jinman-Liancheng vein-type copper deposit in the western Lanping Basin and its significance

ZHANG Jinrang1, WEN Hanjie2*, ZOU Zhichao3, DU Shengjiang2, GU Chunyuan1

(1. College of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, Guizhou, China; 3. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China)

A series of vein-type Cu deposits occur in the western Lanping Basin. Cu polymetallic mineralization in China has unique characteristics, distinguishing it from other sediment-hosted base metal deposits worldwide. The ore-forming fluids responsible for these vein-type Cu deposits are characterized by abundant CO2-rich fluid inclusions significantly different from the basinal fluid systems in the Lanping Basin. To better understand the ore-forming material sources and the metallogenic mechanism, we provide new Cu isotope data and the corresponding sulfur isotopic compositions of copper-bearing sulfides from the main mineralization stage of two vein-type copper deposits (Jinman and Liancheng) in the western Lanping Basin. The Jinman Cu-Ag deposit yields δ65Cu of ?3.62‰ to 0.48‰ and δ34S of ?4.0‰ to 12.1‰. In conjunction with existing fluid inclusions and C-H-O isotope data, we suggest that the ore-forming materials were mainly sourced from the magmatic reservoir, with the addition of some strata components in the late stage. It is suggested that multistage fluid activity and multiple sources of metallogenic materials may be the primary factors contributing to the variations in sulfur and Cu isotopic compositions in the Jinman deposit. The Liancheng Cu-Mo deposit yields δ65Cu of ?0.31‰ to 2.12‰ and δ34S of ?3.6‰ to 1.4‰, consistent with that of granites. These features indicate that the ore-forming metals were predominantly derived from unexposed magmatic rocks of the Lanping Basin.

CO2-rich fluids; Cu and S isotopes; vein-type Cu deposit; western Lanping Basin; Yunnan Province

P611; P736.44

A

0379-1726(2023)06-0734-12

10.19700/j.0379-1726.2023.06.008

2021-12-06;

2022-04-12

國家自然科學基金項目(42173071、41962005)資助。

張錦讓(1985–), 男, 副研究員, 主要從事礦床地球化學研究。E-mail: zhangjinrang123@163.com

溫漢捷(1971–), 男, 研究員, 主要從事同位素地球化學和分散元素成礦作用研究。E-mail: wenhanjie@vip.gyig.ac.cn