2. 西澳大利亚大学CET研究中心, 澳大利亚 珀斯 6009;
3. 五矿资源勘探和开发有限公司, 北京 100010
2. Centre for Exploration Targeting of University of Western Australia, Perth 6009, Australia;
3. Minmetals Exploration and Development Co., Ltd, Beijing 100010, China
0 引言
流体包裹体已成为研究流体成矿作用的“化石”或“探针”。这是因为热液矿床是成矿流体活动的产物,热液矿物及其流体包裹体记录了成矿流体的活动信息[1]。流体包裹体在不同的地质环境中均可出现,是约束地质过程中成矿压力、成矿温度和流体组成的有效方法之一[2-4]。因此,流体包裹体研究是解释地质过程的关键所在,如热液系统的演化、成矿物质运输、成岩作用和成矿机制[4]。流体包裹体研究包括单个包裹体原位观测和群体包裹体分析,且两种途径的分析结果可相互补充[5]。其中,显微测温和激光拉曼光谱是两种最常见的非破坏性技术,已被广泛应用于流体包裹体研究中[6-10]。利用流体包裹体,结合稳定同位素的研究,可较好约束矿床的成矿流体和物质来源[11-15]。
河南瓦房铅锌矿床位于华北克拉通南缘的熊耳山-外方山矿集区。研究区前人侧重对金矿床的研究[16-22]。Groves等[23]论述了造山型金矿床的概念、特征和成因,使之成为热点研究方向;然而,Ag、Cu、Pb、Zn和Mo等元素与Au元素的地球化学特征具有很大的相似性,因此陈衍景[24]将造山型金矿概念扩展为造山型矿床,之后涌出了大量关于造山型银矿、造山型铅锌矿、造山型钼矿以及造山型铜矿的报道。本区内造山型银铅锌铜钼矿床有铁炉坪银矿床[25]、银洞沟银矿床[26]、沙沟银铅锌矿床[27]、王坪西沟铅锌矿床[28]、纸房钼矿[29]等。
瓦房铅锌矿床是一个正在勘查开发的多金属矿床。前人[30]已对外方山地区Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W等地球化学异常进行了研究,而瓦房铅锌矿床的工作进展较缓。近年来只对外方山地区(银)铅锌矿床地质特征、地球化学特征等开展了初步的研究工作[31-33],但对其成矿物质来源及成矿流体特征的研究较少[34-36],成矿理论研究较为薄弱,在一定程度上影响了下一步找矿工作及研究工作的开展。为了深入揭示成矿流体性质和成矿关系,笔者在矿床地质特征的基础上,对瓦房铅锌矿床进行流体包裹体显微测温和激光拉曼光谱分析,并结合碳、氧、硫同位素特征,探讨了成矿物质和流体来源,以期为该矿床下一步研究工作提供参考。
1 区域地质背景河南瓦房铅锌矿床位于华北克拉通南缘的熊耳山-外方山矿集区。秦岭造山带是典型的碰撞造山带,是华南与华北两大古板块在中生代早期碰撞造山的结果[37],以洛南-栾川断裂带和商丹缝合带(图 1a)为界,可划分为华北板块南缘、北秦岭和南秦岭3个次级构造带(图 1a)[38]。
研究区出露的地层具有典型的双层结构,即结晶基底为新太古界太华群中深变质岩(绿岩建造)及片麻状花岗岩,盖层为中元古界熊耳群浅变质火山岩及管道口群滨-浅海相含硅质碳酸盐脉和新元古界栾川群浅海相陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造、陶湾群陆源碎屑岩-碳酸盐岩建造,上部为中生代伸展断陷盆地内发育的碎屑沉积岩。
研究区经历了从古元古代到中生代多期次构造运动。区内断裂构造发育,从北向南依次发育了三宝断裂(三门峡-宝丰断裂)、马超营断裂(图 1b)和栾川断裂(洛南-栾川断裂)等一系列近东西向深大断裂带(图 1b),其中马超营断裂是本区最大的主导构造[40]。马超营断裂以北发育多条NE-NEE向次级断裂,自西向东分别为:洛宁断裂、康山-七里坪断裂、陶村-马元断裂、伊川-潭头断裂等,在平面上呈近等距性分布[41],是本区重要的控矿构造。在断裂带及其两侧附近有大量的金属矿床发育,马超营断裂在中生代扬子和华北板块碰撞期间表现为A型俯冲带[37]。据前人研究[42-47],马超营断裂带内及其附近的矿床中以近EW向、NE向和NEE向断裂含矿最为普遍,进一步限制了成矿时代应晚于晚古生代,而庙岭金矿和店房金矿的矿体多赋存于近SN向断裂中[48],这些近SN向的断裂是由NNW和NE向断裂组成的复合断裂,是有利的容矿构造。
区内岩浆岩广泛分布,岩浆作用贯穿整个地区的演化历史,并具有多期性和长期性,主要有太古宙晚期、中元古代早期和燕山期3期。新太古代为构成本区结晶基底的太华群基性火山岩及侵入的花岗岩,经过区域变质作用成为各类片麻岩和角闪岩类;中元古代岩浆活动主要为发生在1 800~1 650 Ma的裂谷型中基-中酸性火山岩;中生代形成了两期岩墙群,从时间来看,主要集中在早中生代230 Ma左右和晚中生代120 Ma左右,个别可以延续到100 Ma[49]。早中生代(约230 Ma)岩墙群富镁,而且大部分岩石从拉斑系列转变为钙碱系列;晚中生代岩墙基本上属钙碱性系列岩石,碱性程度明显增高[38]。中生代中晚期(约140 Ma)以来主要以拉张伸展背景下的岩浆浅成侵位活动为主要特征,形成了燕山期大规模酸性岩浆侵入活动和区内的黑云母二长花岗岩岩体[50],如太山庙岩体、花山岩体、五丈山岩体、合峪岩体、嵩坪岩体(图 1b)[51-56],以及中酸性小斑岩体,如雷门沟斑岩体[57]。
2 矿床地质特征瓦房矿区出露的地层主要为熊耳群鸡蛋坪组上段(Chj3)(图 2),岩性为巨厚层流纹斑岩、石英斑岩,夹有安山岩、英安岩透镜体,局部夹有流纹质火山角砾岩和集块岩。矿区内沿冲沟有小面积的第四系分布,一般厚度不大。主要为洪积、冲积的砾石、砂砾石、粗砂,在山坡上局部有少量的残坡积物,一般厚0~3.5 m。
① 白德胜,杨显道,张参辉,等.河南省嵩县瓦房铅锌勘查工作总结.郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院,2014.
矿区内出露的岩浆岩为中元古代闪长岩,侵入到熊耳群。闪长岩主要矿物成分为斜长石(50%)、角闪石(40%)及少量石英和磁铁矿。闪长岩具有富K、Fe,贫Na、Mg、Ca的特征,其里特曼指数为1.883~2.543,平均值为2.353,属于钙碱性系列[58]。闪长岩中轻、重稀土元素的分异程度较高,显示了轻稀土元素富集的特征[58]。闪长岩富集Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素(LILE),相对亏损Zr、Hf、Y、Yb等高场强元素(HFSE)和Nb、Ta、P、Ti等元素,相对具有Sr的负异常[58]。闪长岩样品锆石U-Pb年龄为1 790~1 746 Ma[58],属于中元古代熊耳期,说明该区闪长岩应属于熊耳期岩浆事件的产物。
矿区内构造以断裂为主,分为NE向、近EW向和近NS向(图 2)。
NE向F13断裂位于矿区南部,西起红石岩,东至小南沟延伸至矿区外,区内控制长度超过3 000 m,整体走向70°,倾向北西,倾角55°~81°。矿区南部的2、3、4及X1号老硐内均见NE向断裂的踪迹;NW向构造为区域性构造,处于马超营断裂带中带段。NW向构造位于矿区中北部,区内延伸长度超过3 100 m,宽度20~60 m,整体走向100°~110°,东段倾向SW,倾角76°~86°,西段倾向NE,倾角69°~80°。
近NS向构造以大王庙沟断裂束(F1-F6断裂组)为主,位于小壮子沟东南部(图 2)。F1、F2、F3、F4、F5、F6断裂组构造位于大王庙沟,构造相互平行,宽度为0.2~1.6 m,走向340°~350°,相互间距50~100 m,倾向西,倾角近直立。
瓦房矿区矿体受F13断裂带(图 2)控制,走向约70°,倾向北西,倾角55°~81°,在研究区大南沟段矿化带长度约400 m,宽度为1~5 m。龙潭沟段形成了一条明显的矿化带,长度约800 m,宽度为1.39~1.50 m,在M13矿脉00勘探线剖面图中可见矿化(图 3)。
① 白德胜,杨显道,张参辉,等.河南省嵩县瓦房铅锌勘查工作总结.郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院,2014.
瓦房矿区矿石可分为蚀变岩型(图 4a、b、c)和石英脉型(图 4d、e、f)。前者多产于断裂带的两侧或近顶底板。矿石矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和少量黄铜矿、褐铁矿、赤铁矿(图 4g、h)。脉石矿物有石英、碳酸盐、钾长石、斜长石、绿泥石、绢云母等。矿石结构主要有交代残余、包含、港湾、变晶粒状等,矿石构造主要有碎裂、角砾、糜棱、块状、浸染状、脉状、细脉浸染状等。
根据矿脉穿插关系、矿床的地质特征、矿石中矿物共生组合及矿物组构特点等,将成矿过程划分为以下3个阶段: 1) 石英-黄铁矿阶段(早阶段),矿物组合为石英+黄铁矿+碳酸盐,脉体发生了明显的破碎变形(图 4i、j);2) 石英-多金属阶段(中阶段),矿物组合为石英+黄铁矿+方铅矿+碳酸盐,伴有少量黄铜矿和闪锌矿,该阶段金属硫化物以网脉状为特征(图 4g、h、k),穿插于破碎或变形的早阶段组合中,未经历变形改造,通常出现于剪切裂隙中;3) 石英-碳酸盐脉(晚阶段),矿物组合为石英+碳酸盐,通常呈脉状分布,在矿化蚀变带和围岩裂隙中均可见,有时呈晶簇状发育(图 4l)。因此,黄铁矿按时间顺序可分为两期,在光片中,石英-黄铁矿阶段形成的黄铁矿明显被石英-多金属阶段形成的方铅矿、闪锌矿交代溶蚀(图 5)。
围岩蚀变主要有钾长石化、硅化、绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化,次为褐铁矿化、黄铁矿化,蚀变强度自矿体向围岩逐渐减弱至消失。
3 样品及测试分析用于测试δ13C和δ18O的样品有13件碳酸盐样品,其中中阶段9件,晚阶段4件。此次实验在中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室完成,样品采用Gas Bench与Delta V Plus同位素比值质谱仪在线测定完成,所给出的碳和氧同位素值均为相对于VPDB的千分值。
此次研究用于测试δ34S的矿物有黄铁矿13件,方铅矿2件。按成矿阶段将金属硫化物分为两类:早阶段金属矿物为黄铁矿,呈星点状或细脉状分布,共7件;中阶段金属矿物为黄铁矿和方铅矿、黄铜矿,呈集合状、稠密浸染状分布于蚀变岩中,或呈较宽的石英脉-多金属脉分布于蚀变岩中,共8件。硫同位素分析在中科院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室测试,所用质谱型号为Delta-S,数据结果均相对国际标准CDT(canon diablo troilite)之值。
用于做流体包裹体显微测温和激光拉曼光谱的样品共15件。通过前期镜下的观察结合包裹体岩相学,挑选了其中有利于测温实验和激光拉曼实验的较大的流体包裹体:早阶段的石英5件,中阶段的石英6件,晚阶段石英和方解石各2件,并进行实验分析。流体包裹体测温实验在中国地质科学院矿产资源研究所国家重点实验室流体包裹体室完成,所使用的测温仪器是英国产Linkam THMS G600显微冷热台。流体包裹体激光拉曼光谱分析在中国地质科学院矿产资源研究所国家重点实验室阴极发光实验室完成,所用仪器为英国Renishaw System-2000显微共焦激光拉曼光谱仪。
根据冷热台试验测得的NaCl-H2O溶液包裹体的冰点温度(Tm),利用Hall等[59]提出的H2O-NaCl体系盐度-冰点计算公式,可获得NaCl-H2O溶液包裹体的盐度。根据冷热台试验测得的NaCl-CO2-H2O型包裹体的笼合物熔化温度(Tm,cla),结合Roedder[60]给出的水溶液相盐度的函数,可获得NaCl-CO2-H2O型包裹体的盐度。
4 分析结果 4.1 碳、氧同位素瓦房铅锌矿床13件石英-碳酸盐样品的C-O同位素分析结果(表 1)显示:中阶段样品的δ13CVPDB平均值为-7.34‰,δ18OSMOW平均值为-15.56‰(其中δ18OSMOW值由公式δ18OV PDB=0.970 06×δ18OSMOW-29.94而得),在δ13CVPDB-δ18OSMOW关系图(图 6)中,样品落到了淡水碳酸盐区及其附近,说明成矿流体与淡水碳酸盐关系密切;晚阶段样品的δ13CVPDB平均值为-3.05‰,δ18OSMOW平均值为2.21‰(其中δ18OSMOW值由公式δ18OV PDB=0.970 06×δ18OSMOW-29.94而得),在图 6中,样品明显受大气水影响,说明成矿流体随着成矿作用的进行演变为大气降水。
样品编号 | 阶段 | δ13C VPDB/‰ | δ18O VPDB/‰ | δ18O SMOW/‰ |
ZK4601B61ad | 中 | -7.87 | -15.52 | 14.87 |
WF14LD03B9 | 中 | -7.20 | -14.72 | 15.69 |
ZK4601B51 | 中 | -7.27 | -14.22 | 16.21 |
WF14LD03B11 | 中 | -7.82 | -15.42 | 14.97 |
WF14LD03B5 | 中 | -6.66 | -15.10 | 15.30 |
ZK4601B60 | 中 | -7.96 | -14.79 | 15.62 |
ZK13-0002B53 | 中 | -8.85 | -12.63 | 17.84 |
ZK13-0002B43 | 中 | -6.61 | -13.50 | 16.95 |
WF14LD04B1 | 中 | -5.82 | -17.77 | 12.55 |
ZK13-0002B22 | 晚 | -3.51 | -28.87 | 1.10 |
ZK13-0002B45 | 晚 | -4.93 | -26.05 | 4.01 |
ZK13-0002B1 | 晚 | -2.51 | -27.26 | 2.76 |
ZK4601B41 | 晚 | -1.24 | -29.01 | 0.96 |
瓦房铅锌矿床的15件硫化物S同位素分析结果(表 2)显示,样品的δ34SCDT大多以正值为主(2.747‰~7.737‰),平均值为5.557‰,峰值为4.000‰~7.000‰(图 7),表明硫源以深源为主。另外,中阶段2个样品的δ34SCDT出现负值,且其中1个为绝对值较大的负值,这可能与地下水的混合有关,含矿热液沿构造破碎带向上运移,与自上而下渗滤的地下水混合,所形成的混合热液氧逸度升高,即H2S/SO42-值明显变小,此时沉淀的硫化物δ34S为负值[62]。早阶段δ34SCDT的平均值为5.183‰,而中阶段由于出现2个负值,因此降低了该阶段δ34SCDT的平均值(2.934‰);若不考虑2个负值,则该阶段δ34S的平均值为5.995‰。可见,瓦房矿床硫化物δ34SCDT值分布较为集中。
样品编号 | 阶段 | 矿物 | 矿物赋存状态 | σ/‰ | δ34SCDT/‰ |
ZK4601B66 | 早 | 黄铁矿 | 星点状 | 0.016 | 2.747 |
ZK4601B23 | 早 | 黄铁矿 | 星点状 | 0.009 | 4.582 |
ZK13-0002B62 | 早 | 黄铁矿 | 细脉状 | 0.009 | 4.504 |
ZK13-0002B51 | 早 | 黄铁矿 | 细脉状 | 0.037 | 4.877 |
ZK4601B50 | 早 | 黄铁矿 | 浸染状 | 0.006 | 7.737 |
ZK13-0002B23 | 早 | 黄铁矿 | 石英-黄铁矿细脉 | 0.003 | 5.839 |
WF14LD03B5 | 早 | 黄铁矿 | 星点状 | 0.008 | 5.993 |
ZK4601B33 | 中 | 黄铁矿 | 集合状 | 0.019 | 6.487 |
ZK13-0002B64 | 中 | 黄铁矿 | 集合状 | 0.013 | 7.286 |
ZK4601B13 | 中 | 黄铁矿 | 石英-多金属脉 | 0.002 | 6.372 |
WF14LD03B1 | 中 | 黄铁矿 | 石英-多金属脉 | 0.002 | 5.427 |
WF14LD03B2-2 | 中 | 黄铁矿 | 石英-多金属脉 | 0.007 | 6.519 |
WF14LD02B6 | 中 | 方铅矿 | 稠密浸染状 | 0.013 | 3.876 |
ZK4601B57 | 中 | 黄铁矿 | 石英-多金属脉 | 0.008 | -1.309 |
ZK4601B46 | 中 | 方铅矿 | 石英-方铅矿脉 | 0.002 | -11.187 |
此次测试的流体包裹体的主要寄主矿物是石英和方解石。
石英中的包裹体特征总体呈星散状随机分布,局部可见沿微裂隙排列的包裹体群。包裹体最小者<1 μm,最大者可达25 μm,大多数为3~12 μm。包裹体形态多样,有圆形、椭圆形、不规则矩形、长条形、斧型、麦粒型、船型等。包裹体类型主要以纯气相包裹体(V型)、气液两相包裹体(W型)和CO2三相包裹体(C型)为主。气液两相包裹体的气液相比为8%~40%,CO2三相包裹体的气液相比为20%~ 40%。
方解石中包裹体普遍较大,大多数>10 μm,最小者约3 μm,最大者约20 μm。包裹体形态以长条形、椭圆形及不规则形为主。包裹体类型主要以气液两相包裹体(W型)为主,偶见纯气相包裹体(V型)。气液两相包裹体气液比为5%~15%(图 8)。
4.3.2 流体包裹体均一温度用于本次测试包裹体的主矿物为石英、方解石,其分别代表早阶段、中阶段和晚阶段的流体特征。本文对样品中气液两相包裹体和CO2三相包裹体进行了均一温度测试,其结果如表 3。
样品 | 寄主矿物 | 成矿阶段 | 类型 | 冰点或水合物熔化温度/℃ | w(NaCl)/% | 均一温度/℃ |
ZK4601B23 | 石英 | 早 | W型 | -8.3~-1.0 | 1.73~12.07 | 176.2~242.0(7) |
ZK4601B66 | 石英 | 早 | W型 | -12.8~-12.3 | 16.34~18.62 | 170.5~196.8(2) |
ZK4601B24 | 石英 | 早 | W型 | -14.4~-6.3 | 9.60~18.27 | 169.7~247.0(11) |
ZK4601B24 | 石英 | 早 | C型 | 3.1~7.2(笼熔) | 5.33~11.75 | 182.3~253.2(7) |
WF14LD03B2-2 | 石英 | 早 | W型 | -8.3~-3.3 | 5.40~12.07 | 160.4~197.3(9) |
WF15LDX1B5 | 石英 | 早 | W型 | -14.5~-4.3 | 6.87~18.36 | 155.8~240.2(9) |
ZK4601B57 | 石英 | 中 | W型 | -8.9~-0.9 | 1.56~12.76 | 150.2~223.5(9) |
WF15LDX1B4 | 石英 | 中 | W型 | -9.8~-5.3 | 8.27~13.77 | 150.1~184.9(4) |
WF15LDX1B2 | 石英 | 中 | W型 | -1.2~-0.3 | 0.53~2.06 | 159.1~162.1(2) |
WF15LD04B1-2 | 石英 | 中 | W型 | -10.0~-6.7 | 10.11~13.99 | 160.8~188.5(4) |
WF15LD04B5 | 石英 | 中 | W型 | -3.3 | 5.40 | 150.8(1) |
WF15LD04B7 | 石英 | 中 | W型 | -2.2 | 3.69 | 152.8(1) |
ZK4601B41 | 方解石 | 晚 | W型 | -6.6~-0.3 | 0.53~9.98 | 122.5~152.8(19) |
ZK4601B54a | 石英 | 晚 | W型 | -7.2~-1.1 | 1.90~10.74 | 114.0~150.6(8) |
WF14D009B1 | 石英 | 晚 | W型 | -5.8~-2.2 | 3.69~4.01 | 144.2~156.5(5) |
WF15LDX1B3 | 方解石 | 晚 | W型 | -6.7 | 10.11 | 155.7(1) |
注:括号中数字为包裹体个数。 |
此次研究共有99个包裹体,均一温度范围为114.0~253.2 ℃。由图 9可见,均一温度集中分布于140.0~200.0 ℃,约占总数的65%左右,峰值为140.0~160.0 ℃,因此均一温度整体较低。
从各阶段均一温度直方图(图 10a、b、c)可以看出,瓦房铅锌矿床的3个成矿阶段的成矿温度区间分别为150.0~260.0、150.0~230.0和110.0~160.0 ℃,平均均一温度分别为195.6、170.4和142.1 ℃,即从早阶段到晚阶段,成矿流体的温度逐渐降低。鉴于350.0和200.0 ℃是划分高温、中温和低温热液作用的分界温度[63],因此早阶段属于中温热液作用(>200.0 ℃),中晚阶段阶段属于低温热液作用(<200.0 ℃)。
4.3.3 流体包裹体盐度对各阶段样品中气液两相包裹体和CO2三相包裹体进行了冷冻法测温,结果如表 3。
根据冷热台试验测得的气液两相包裹体的冰点温度(Tm),利用Hall等[58]提出的H2O-NaCl体系盐度-冰点计算公式,可获得气液两相包裹体的盐度(表 3)。
对于NaCl-H2O型流体包裹体,盐度计算公式为
式中: S为盐度(%);t为冰点降低的温度(℃)[64]。该公式只适用于盐度为0%~23.3%的NaCl溶液,不适用于高盐度NaCl溶液。流体包裹体盐度计算采用龚庆杰①编写的Geofluid1.0软件估算得到。
① 龚庆杰.地质流体的热力学与化学动力学分析及其应用研究.北京:中国地质科学院矿产资源研究所,2005.
对于CO2三相流体包裹体,可利用CO2笼合物熔化温度和盐度关系表[65],获得该类型包裹体水溶液相的盐度(表 3)。
由图 10d、e和f可见,瓦房铅锌矿床的3个成矿阶段的流体的盐度区间分别为1.00%~19.00%、0.00%~14.00%和0.00%~11.00%,平均盐度分别为11.51%、8.55%和6.29%,即从石英-黄铁矿阶段到石英-碳酸盐阶段,盐度随着成矿流体的演化,呈现出逐渐降低的趋势。
由图 11可见,瓦房矿床流体包裹体盐度分布广泛,变化范围为0.53%~18.62%,总体表现为低盐度,有少量中等盐度流体包裹体发育可能是流体相分离过程导致的成矿流体盐度升高所致[66]。
4.3.4 激光拉曼显微探针分析结果在实验过程中,不同类型包裹体的激光拉曼光谱图呈现不同的形态。
在早阶段的激光拉曼光谱图上,除了出现寄主矿物石英的特征峰以外,还出现CO2的特征峰(1 283.1和1 387.7 cm-1)(图 12)和液相H2O的峰值(3 459.2 cm-1)(图 12),表明该阶段石英中捕获了CO2和H2O。其余阶段只发现H2O的特征峰,未发现CO2或其他成分的特征峰。
5 讨论 5.1 成矿流体来源及演化通过流体包裹体研究,认为瓦房铅锌矿床的硫化物发生沉淀时成矿流体为中温(114.0~253.2 ℃)、中等盐度(0.53%~18.62%)的热液流体,并从CO2-H2O-NaCl体系演变为H2O-NaCl体系。均一温度直方图(图 9)和盐度直方图(图 11)表明均一温度和盐度从早阶段到晚阶段逐渐降低,认为矿物沉淀可能是由于高温、高盐度的热液流体与低温、低盐度流体混合的结果,低温、低盐度的流体与大气降水混入有关。
C-O同位素研究结果也显示成矿流体的阶段性演化过程。中阶段样品的δ13CVPDB平均值为-7.34‰,δ18OSMOW平均值为15.56‰,在图 6中,样品落到了淡水碳酸盐岩区及其附近,认为成矿流体与淡水碳酸盐关系密切。瓦房铅锌矿床的赋矿围岩为熊耳群火山岩,根据前人[36]研究,熊耳群安山岩的δ18OSMOW为6.7‰~8.0‰,平均为7.4‰,由于绝大多数造岩矿物的1 000 ln α矿物·水>0[67]。因此,熊耳群派生出δ18OSMOW大于7.4‰流体的可能性不大。另外,矿区南部亦出露元古宙碳酸盐地层,有可能成为成矿流体的来源。中生代扬子克拉通和华北克拉通陆陆碰撞时期,中-新元古代俯冲板片沿马超营断裂向北俯冲到华北克拉通南缘,变质脱水派生出成矿流体[25, 68]。在中阶段,深层物质因减压和增温派生大规模变质流体,同时浅部构造因减压扩容成为大气降水的通道,使之涌入成矿构造带,并与上升的变质流体混合,导致大量成矿物质沉淀。瓦房矿床碳同位素特征与海相碳酸盐岩对比,呈现负偏离,这可能由于淡水的淋滤作用引起,富含轻碳同位素的水溶液与海相碳酸盐岩作用,使其δ13C值降低[69-70]。
Fature[71]认为多数热液脉中的早阶段碳酸盐矿物的δ13C为-9‰~-6‰,晚阶段沉淀的碳酸盐矿物δ13C往往增高,瓦房铅锌矿床两个阶段的碳同位素变化支持该认识。晚阶段样品的δ13CVPDB平均值为-3.05‰,δ18OSMOW平均值为2.21‰。在图 6中样品落到了大气降水区,说明成矿流体随着成矿作用进行,逐渐演化为大气降水。该阶段不再产生变质流体,只有较弱的大气降水参与热液循环活动,对成矿贡献不大。
5.2 硫的来源硫同位素示踪成矿物质来源,在矿床研究中应用广泛 。瓦房铅锌矿床的15件硫化物S同位素分析结果(表 2)显示,δ34SCDT以正值为主,峰值为4.000‰~7.000‰(图 7),平均值为5.557‰。
早阶段硫化物的δ34SCDT均为正值(平均5.183‰),表明初始流体系统的δ34SCDT应为较高的正值。如此高的正值很可能来自于含沉积硫酸盐的岩石变质脱水,或与其他硫源的混合作用,如有机硫(δ34SCDT为很低的负值)、地幔硫或岩浆硫(δ34SCDT=0~2‰[75])。硫同位素结果所显示的物源区与碳、氧同位素研究的结果一致,均要求碳酸盐建造的存在,因为硫酸盐沉积总发生在碳酸盐沉积之后[27]。熊耳群火山岩和太华群变质岩很难提供这样的碳酸盐地层,因此,矿区南部的元古宙碳酸盐地层很可能提供了部分硫。所以,认为硫来自地层,为海相硫酸盐(δ34SCDT约为20‰)的还原产物。
海相硫酸盐的还原机制一般有3种:热化学还原作用、有机质热降解作用和细菌还原作用,其中后两种一般会产生较大的硫同位素分馏效应[76]。一般认为有机质热降解还原作用通常发生于100~150 ℃,热化学还原作用发生在相对高温条件下,而细菌还原反应主要发生在小于100 ℃的温度条件下。流体包裹体测温结果显示成矿温度的变化范围为114.0~253.2 ℃,因此,认为矿区硫酸盐还原的主要机制可能为热还原作用。
中阶段硫化物的δ34SCDT值为-11.187‰~7.286‰,与早阶段不同的是出现了2个负值,且其中一个负值较小(-11.187‰)。一般认为,导致矿石的δ34SCDT出现负值的原因有两种:一是硫源的变化导致硫同位素组成发生改变[77];二是成矿过程中物理化学条件的变化引起硫同位素发生分馏[78]。由于研究区内未发现δ34SCDT为负值的地质体,因此认为引起部分硫化物δ34SCDT呈负值最大的可能性是第二个原因。在中晚阶段,浅部构造由于伸展作用减压扩容,大气降水通过浅部构造混入成矿流体中,并带来较多的H2S,与上升的变质流体混合沉淀大量硫化物,使得成矿流体的H2S/SO42-值减小,氧逸度升高,从而导致δ34SCDT出现负值[79]。
5.3 矿床类型探讨据前人[80-81]研究,造山型金矿是变质地体中受构造控制的脉状后生金矿床,在时间和空间上与造山作用有关。一个完整的碰撞造山事件包括3个阶段,即早阶段挤压转换、地壳加厚和温度梯度增高,中阶段挤压向伸展隆升、地壳热隆升,晚阶段伸展、地壳和岩石圈减薄以及热异常消退[24]。区域大地构造演化研究表明,研究区在中生代发生了最强烈的陆陆碰撞造山作用,且该造山过程经历了3个阶段的演化: 1) 三叠纪-早侏罗世的地壳挤压缩短增厚;2) 中侏罗世-早白垩世的挤压向伸展体制的构造转换;3) 白垩纪的造山带垮塌和断陷伸展[82-83]。小秦岭-熊耳山地区造山型金矿有河南洛宁上宫金矿[68]、河南栾川康山金矿[42]和河南灵宝大湖金钼矿床(上部为金矿,下部为钼矿)[84]等,它们的成矿机理可用碰撞造山过程中的成岩成矿与流体作用模式解释。
Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Mo、Sb等成矿元素都属于亲硫元素,其地球化学行为相似,当金在造山过程中活化、迁移、富集成矿时,这些元素也应该发生一定程度的活化、迁移、富集矿化[37],因此,陈衍景[24]将造山型金矿的概念延伸为造山型矿床。近年来,造山型银铅锌矿床、造山型铜矿床、造山型钼矿床等陆续被报道出来,如河南洛宁铁炉坪银矿床[25]、河南洛宁沙沟银铅锌矿床[27]、河南内乡县银洞沟矿床[26]、河南桐柏县破山银矿床[85]、内蒙古白乃庙铜(伴金、钼)矿床[86]和河南嵩县纸房钼矿床[29]等。
瓦房矿床成矿金属元素以Pb、Zn为主,伴有少量Ag和Au。关于造山型铅锌矿床的实例报道尚少,如祁进平[87]对河南冷水北沟铅锌银矿床地质、地球化学及稳定同位素特征进行了详细研究,并将研究成果与小秦岭和熊耳山两个陆内碰撞体制下形成的矿床进行对比,认为冷水北沟铅锌银矿床属于造山型矿床。
瓦房铅锌矿床地质特征、成矿流体与造山型矿床相似,成矿机理可用碰撞环境下的成岩成矿与流体作用模式进行解释,因此,认为瓦房铅锌矿床是造山型铅锌(银)矿床。
6 结论1) 河南瓦房铅锌矿床成矿过程划分如下:石英-黄铁矿阶段(早阶段);石英-多金属阶段(中阶段);石英-碳酸盐脉(晚阶段)。
2) 流体包裹体研究表明从早阶段到晚阶段,流体包裹体平均均一温度分别195.6、170.4和142.1 ℃,平均盐度分别为11.51%、8.55%和6.29%,说明成矿流体的温度和盐度随着成矿作用的演化,呈现出逐渐降低的趋势。
3) C-O同位素结果表明中阶段样品的δ13CVPDB平均值为-7.34‰,δ18OSMOW平均值为15.56‰,说明成矿流体与淡水碳酸盐关系密切;晚阶段样品的δ13CVPDB平均值为-3.05‰,δ18OSMOW平均值为2.21‰,说明随着成矿作用进行,流体逐渐演化为大气降水。
4) S同位素结果表明早阶段硫化物的δ34SCDT均为正值(平均5.183‰),认为硫来自地层,为海相硫酸盐(δ34SCDT约为20‰)的还原产物;中阶段硫化物的δ34SCDT值为-11.187‰~7.286‰,浅部构造由于伸展作用减压扩容,大气降水通过浅部构造混入成矿流体中,并带来较多的H2S,使得成矿流体的H2S/SO42-值减小,氧逸度升高,从而导致δ34SCDT出现负值。
5) 河南瓦房铅锌矿床属于造山型铅锌(银)矿床,成矿机理可用碰撞环境下的成岩成矿与流体作用模式进行解释。
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