青海沱沱河地区多才玛铅锌矿床成因:原位S和Pb同位素证据
  岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 1285-1298   PDF    
青海沱沱河地区多才玛铅锌矿床成因:原位S和Pb同位素证据
贾文彬1,2,3 , 李永胜2,3 , 严光生4 , 吕志成2,3 , 于晓飞2,3     
1. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083;
2. 中国地质调查局发展研究中心, 北京 100037;
3. 国土资源部矿产勘查技术指导中心, 北京 100083;
4. 中国地质调查局, 北京 100037
摘要:青海沱沱河地区多才玛铅锌矿床是西南三江特提斯北段新生代铅锌矿集区的典型矿床之一,本文首次应用飞秒激光剥蚀多接受器等离子体质谱法对多才玛铅锌矿床中金属硫化物的原位S和Pb同位素进行了测定。结果显示:黄铁矿、方铅矿和闪锌矿的原位S同位素的δ34SV-CDT值介于-26.34‰~4.24‰之间,均值-12.15‰(n=20),其中闪锌矿的δ34SV-CDT值介于-10.30‰~-3.52‰,均值-7.39‰(n=9);方铅矿的δ34SV-CDT值为-26.34‰~-11.74‰,均值-20.36‰(n=9);黄铁矿的δ34SV-CDT值分别为2.50‰,4.24‰。矿床δ34S数据范围较宽,总体表现为富集负值硫的特征,说明有机质可能参与成矿。岩浆热液期发育的黄铁矿δ34S值具有深源特征,沉积热液期发育的方铅矿和闪锌矿的δ34S值表明成矿过程存在还原作用,指示盆地地层还原流体的混入,综上可认为多才玛铅锌矿床硫具有混合来源的特征。方铅矿原位Pb同位素结果为206Pb/204Pb=18.866~18.929,207Pb/204Pb=15.674~15.689,208Pb/204Pb=39.052~39.174。方铅矿与地层的Pb同位素组成一致,位于上地壳平均Pb演化线之上,具上地壳和地幔混合俯冲带铅的特征,表明其成矿物质的来源多样。结合矿床学、矿物学及同位素数据,本文认为多才玛铅锌矿床S元素主要来源于赋矿围岩,Pb金属元素主要来源于藏北钾质火山岩,侵入地层岩浆与盆地流体的混合是金属硫化物沉淀的重要机制。
关键词: 三江特提斯     多才玛铅锌矿     原位S和Pb同位素     物质来源     矿床成因    
Ore genesis of the Duocaima Pb-Zn deposit, Tuotuohe area, Qinghai Province, China: Evidences from in situ S and Pb isotopes.
JIA WenBin1,2,3, LI YongSheng2,3, YAN GuangSheng4, Lü ZhiCheng2,3, YU XiaoFei2,3     
1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037, China;
3. Technical Guidance Center for Mineral Resources Exploration, MLR, Beijing 100083, China;
4. China Geological Survey, Beijing 100037, China
Abstract: The Duocaima Pb-Zn deposit in Tuotuohe area, Qinghai Province is one of the typical deposits of the Cenozoic Pb-Zn metallogenic region in the northern Sanjiang-Tethys. In this paper, in-situ S and Pb isotope data of metallic sulfide in Duocaima deposit is first determine by fs LA-MC-ICPMS method. The results show that the δ34SV-CDT values of metal sulfides range from -26.34‰~4.24‰, with an average of -12.15‰, which the sphalerite, galena and pyrite has δ34SV-CDT values ranging from -10.30‰~-3.52‰ (mean=-7.39‰, n=9), 26.34‰~-11.74‰ (mean=-20.36‰, n=9) and 2.50‰ to 4.24‰, respectively. The widely ranged data suggests the enrichment of the negative sulfur, which may indicate the involvement of organic matter in the mineralization. The δ34SV-CDT value of pyrite developed in the magmatic hydrothermal stage has deep source features, however, the δ34SV-CDT value of galena and sphalerite developed during the depositional hydrothermal stage indicate that there are reduction in the mineralization process. Meanwhile, the incorporation of reducing fluid in the basin formation is necessary, so that the sulfur of Duocaima Pb-Zn deposit has the characteristics of mixed sources. In situ Pb isotopes of galena analyzed by fs LA-MC-ICPMS results are 206Pb/204Pb within 18.866~18.929 (average at 18.897), 207Pb/204Pb within 15.674~15.689 (average at 15.680), 208Pb/204Pb within 39.052~39.174 (average at 39.120). The Pb isotopic composition of galena and stratum is consistent with the average lead evolution line in the upper crust, with the characteristics of the upper crust and mantle mixed subduction zone lead, indicating that the ore-forming materials is diverse. Based on Mineral deposits, Mineralogy and isotope data, the S and Pb mainly derived from the surrounding rock, northern Tibetan volcanic rocks, respectively. The mechanism of sedimentation is the mixture of the intrusive stratum magma with the basin fluid.
Key words: Sanjiang Tethys     Duocaima Pb-Zn deposit     in situ S and Pb isotopes     materials source of metallization     genesis of deposit    

西南三江特提斯造山带是我国重要的矿集区,区内不同地质阶段、不同构造环境的成矿作用叠加在一起,成矿条件十分有利(邓军等, 2010, 2016; Deng and Wang, 2016; Li et al., 2016)。三江特提斯造山带新生代发育有众多的碳酸盐岩容矿铅锌矿床,主要发育在中新生代陆相盆地边缘,由南向北依次分布有:兰坪盆地的金顶铅锌矿床(Xue et al., 2007; He et al., 2009)、昌都盆地的赵发涌铅锌矿床(Liu et al., 2011)以及玉树-囊谦盆地的东莫扎抓和莫海拉亨铅锌矿床等(Liu et al., 2015, 2017)。近年来,随着三江特提斯北段地区找矿工作的全面开展,又相继发现了楚多曲、多才玛等一系列大型、超大型铅锌矿床和众多的矿(化)点,一些学者们对这些矿床的的成矿地质特征、成矿条件、找矿前景分析进行了较为详细的研究(王贵仁等, 2012; 宋玉财等, 2013; 陈生彦等, 2014; 刘长征等, 2011, 2015b; 晁温馨等, 2017);并在区域成矿规律(钱烨, 2014; 杨文龙, 2017)、成矿特征(王贵仁等, 2012; 宋玉财等, 2013; 张翀, 2013; 张辉善, 2014)及矿产预测方面取得了诸多进展(刘长征等, 2011)。对于三江特提斯北段铅锌矿床成矿类型,不同学者分别提出了浅成中低温热液脉型、MVT型、沉积岩容矿型等方面的认识,为三江特提斯北段沉积岩容矿铅锌矿床成矿规律的研究奠定了基础(侯增谦等, 2008; 宋玉财等, 2011),推动了沱沱河地区铅锌矿床的找矿突破(宋玉财等, 2011; 王贵仁等, 2012)。

多才玛铅锌矿资源量约为635万吨(333+334),达超大型规模,是目前青藏高原东北部已发现的最大的铅锌多金属矿床(刘长征等, 2015a)。相比丰硕的找矿成果,多才玛矿床的研究工作较为滞后,对矿床的成矿物质来源、成矿机理等方面的研究相对匮乏。对矿床成因的认识,仍存在很大争议。其中宋玉财等(2013)通过区域对比金顶等矿床及其矿化类型,认为多才玛矿床应属产于逆冲推覆构造前锋带的MVT型矿床;钱烨(2014)对该矿床成矿物质来源的研究表明,深部侵入体为成矿提供物源和热动力,暗示矿床具热液脉型成因特点;刘长征等(2015c)综合前人研究的基础上,提出了类MVT矿床类型成因的概念。

S和Pb同位素在地质研究中具有重要的应用,通常用于研究成矿物质来源,成矿地质过程和矿床形成时代等(Yuan et al., 2016; Chen et al., 2017a)。以往的同位素分析多采用单矿物粉末测试方法,对于具有多期次成矿作用的矿床而言,单矿物提纯难度大,以至于同位素结果可信度不高。近年来,随着激光剥蚀技术和质谱分析的急速发展,使高精度原位测试矿物元素含量和同位素组成变为现实(Lin et al., 2011; Darling et al., 2012; Pettke et al., 2012; Bao et al., 2016a, b; Chen et al., 2017b)。本文在矿床学研究基础上,首次使用飞秒激光剥蚀多接收器等离子体质谱分析方法分析沱沱河铅锌矿床中方铅矿、闪锌矿和黄铁矿的S、Pb同位素组成,研究多才玛铅锌矿床的成矿物质来源。并与区内相近矿床对比,探讨矿床的成因类型,以期为进一步实现沱沱河地区及三江特提斯北段同类型矿床的重大找矿突破提供新的理论支持。

1 区域地质背景

沱沱河矿集区位于三江特提斯造山带的西北段(图 1),其地处欧亚大陆南缘、扬子古陆西缘,分布于金沙江缝合带和龙木错-双湖缝合带夹持的北羌塘地体内(Metcalfe, 2002; Ueno, 2003; Deng et al., 2014a, b; Li et al., 2016; Deng and Wang, 2016; Wang et al., 2016)。区内主要出露有石炭系浅海相海陆交互相含煤碎屑岩、碳酸盐岩,二叠纪至新近纪的火山-沉积岩。二叠系至侏罗系主要为海相碳酸盐岩和碎屑岩。其中,二叠系底部和上三叠统底部发育有基性和中性火山岩。白垩纪和新生代主要为陆相红色碎屑岩,并夹有石膏层。此外,在沱沱河北岸的扎木曲-扎拉夏格涌一带出露有新生代正长斑岩(宁传奇等, 2016),在沱沱河南岸的多才玛矿床内发育晚白垩世-早古新世的二长岩(晁温馨等, 2017),在唐古拉山一带出露大面积的白垩纪花岗岩。

图 1 印度-欧亚板块位置简图(a)和青藏高原大地构造简图及研究区位置(b, 据Spurlin et al., 2005) Fig. 1 Sketch map of India-Eurasic Block (a) and sketch tectonic map of the Tibetan collision belt and locations of the study zones (b, after Spurlin et al., 2005)

区内断裂构造发育,其中北西-南东向断裂是区域内的主要构造线,该组断裂延伸较远,规模较大,严格控制着区内地层、岩浆岩、矿产的分布。该组断裂主体为逆冲断层,属唐古拉山推覆构造,其形成演化受控于印度-欧亚板块碰撞造山和其后印度板块持续向北俯冲的影响,并造成唐古拉山地区地壳在始新世-渐新世的强烈缩短、增厚和唐古拉山脉的隆起(Li et al., 2012; 李亚林等, 2006)。区内地层经受了复杂的造山运动的改造,造成各岩石地层单位发生了不同程度的构造形变,以至于区内地层褶皱构造十分发育(Li et al., 2012)。

沱沱河地区主要发育两期矿化事件和四种矿化类型(宋玉财等, 2013; Song et al., 2015)。一是古特提斯弧盆演化阶段形成的火山岩容矿块状硫化物型(VMS型)Fe-Cu矿化和玢岩型Fe矿化;二是新生代印-亚大陆碰撞阶段形成与岩浆活动有关的热液脉型Pb-Zn和沉积岩容矿Pb-Zn矿化。在这些矿化类型中,以新生代沉积岩容矿Pb-Zn矿化最为普遍和重要,多才玛Pb-Zn矿床是其中最典型的代表,成矿时代晚于九十道班组灰岩地层的形成时间,约20~16Ma(Song et al., 2015)。

2 矿床地质特征 2.1 地层和构造

多才玛矿床位于沱沱河矿集区中部,矿区主要出露的地层有二叠纪九十道班组(P1j)、三叠纪甲丕拉组(T3jp)、侏罗纪夏里组(J2x)、古近纪沱沱河组(Et)、雅西措组(E3N1y)、五道梁组(E3N1w)和第四系(Q)。其中二叠纪九十道班组(P1j)主要出露于矿区中部,呈条带状自西段孔莫陇经中段查曲怕查向东段多才玛展布,分上下两段。下段(P2j1)为一套浅灰白色结晶灰岩、生物碎屑灰岩夹少量长石岩屑砾岩。上段(P2j2)由浅灰白色层状灰岩组成,目前圈定铅锌矿体大多产于该套地层中。

矿区断裂构造极为发育,主要有近EW向、NW向、近SN向和NE向4组。F1断层为矿区规模最大的断层,走向与地层走向基本一致,近东西向局部NE向,倾向总体向北,为主要容矿构造。矿区内未见岩浆岩出露,仅在茶曲怕查南部见花岗斑岩侵入到二叠系碳酸岩盐地层中(图 2)。

图 2 沱沱河地区矿产地质图(底图据钱烨, 2014) 1-多才玛铅锌矿;2-那日尼亚铅锌矿;3-楚多曲铅锌矿;4-那保扎陇铅锌矿;5-郭仓乐玛-宗陇巴铅锌矿;6-八十八道班铅锌矿;7-扎拉夏格涌铜铅矿;8-巴斯湖铅锌矿;9-孔介铅锌矿 Fig. 2 Sketch geological map of the Tuotuohe area (after Qian, 2014) 1-Duocaima Pb-Zn deposit; 2-Nariniya Pb-Zn deposit; 3-Chuduoqu Pb-Zn deposit; 4-Nabaozhalong Pb-Zn deposit; 5-Guocanglema-Zonglongba Pb-Zn deposit; 6-Bashibadaoban Pb-Zn deposit; 7-Zhalaxiageyong Cu-Pb deposit; 8-Basihu Pb-Zn deposit; 9-Kongjie Pb-Zn deposit
2.2 矿体展布

多才玛矿床矿体赋存于近EW向的构造破碎带中,矿区圈出长约19km矿化蚀变异常带,其中圈定铅锌矿体29条,主要由深部钻探工程及少量地表槽探工程控制,以隐伏矿体为主,地表出露矿体较少,含矿岩性为浅青灰色方铅矿化褐铁矿化碎裂灰岩、结晶灰岩,矿体呈脉状、板状、哑铃状、透镜状等(图 3)。矿体类型有铅锌共生矿体,也有独立铅、锌矿体,长度300~1400m不等,厚度为2.07~82.50m。铅矿体品位为0.66%~8.82%,锌矿体品位为1.31%~3.38%,在深部见到两段较富铅锌矿体,铅和锌的品位最高可达33.82%和51.92%。孔莫陇矿段的层间破碎带有一定程度的矿化,矿化富集的主体受陡倾的穿层断裂控制,在两种构造叠加部位矿化较富集,即主容矿构造为陡倾的穿层断裂而非层间破碎带(钱烨, 2014)。

图 3 沱沱河地区多才玛铅锌矿0号勘探线剖面图(底图据宋玉财等, 2013) Fig. 3 No.0 prospecting line profile map of Duocaima Pb-Zn deposit in the Tuotuohe area (after Song et al., 2013)
2.3 矿石组构

原生矿石矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿,次生矿物有铅矾、菱锌矿、褐铁矿、孔雀石等。脉石矿物主要有方解石、白云石、重晶石、玉髓、石英和石膏。矿石结构构造复杂,主要呈细脉状、网脉状、层状、块状、角砾状构造产出(图 4),具粒状结构、碎裂结构、他形填隙结构和胶状结构等(图 5)。矿化强度与围岩构造破碎的程度有关,破碎愈烈,矿化愈强(钱烨, 2014)。

图 4 多才玛铅锌矿床矿石构造特征 (a-f)沉积热液期矿石: (a)脉状矿石,胶结物为方解石;(b)角砾状矿石;(c)纹层状矿石,方铅矿与闪锌矿互层;(d)网脉状矿石,方解石呈脉状充填;(e)溶蚀角砾状矿石;(f)浸染状矿石;(g-i)岩浆热液期矿床: (g)网脉状矿石;(h)块状矿石;(i)细脉状矿石 Fig. 4 The structural feature of ores in the Duocaima Pb-Zn deposit (a-f) sedimentary hydrothermal ore stage: (a) vein ores, the cement is calcite; (b) brecciated ores; (c) beded ores, galena interbeds with sphalerite; (d) stockwork ores, calcite vein filling; (e) corrosion brecciated ores; (f) disseminated ore; (g-i) magmatic hydrothermal ore stage: (g) stockwork ores; (h) massive ores; (i) fine vein ore

图 5 多才玛铅锌矿床矿石显微结构特征 (a)方铅矿交代黄铁矿;(b)自形-半自形粒状方铅矿充填在方解石中;(c)浸染状方铅矿沿边部交代黄铁矿;(d)闪锌矿交代黄铁矿;(e)沉积热液期闪锌矿交代方铅矿;(f)方铅矿分布在方解石中 Fig. 5 The textural feature of ores in the Duocaima Pb-Zn deposit (a) galena metasomatic pyrite; (b) euhedral-subhedral granular galena is filled in calcite; (c) dissemination galena metasomatic edge of the pyrite; (d) sphalerite metasomatic pyrite; (e) deposition hydrothermal phase sphalerite substituted galena; (f) galena is filled in calcite
2.4 矿化时序与围岩蚀变

依据矿物组合、穿插关系,多才玛铅锌矿床成矿期可划分为三期四个成矿阶段,分别为岩浆热液成矿期、沉积热液成矿期和表生成矿期,由早到晚为(表 1):

表 1 沱沱河地区多才玛铅锌矿床矿物生成顺序 Table 1 Mineral paragenesis of the Duocaima Pb-Zn deposit in Tuotuohe area

(Ⅰ)石英+黄铁矿+闪锌矿阶段;

(Ⅱ)重晶石+多金属硫化物阶段;

(Ⅲ)碳酸盐+石膏阶段;

(Ⅳ)氧化阶段。

其中(Ⅰ)和(Ⅱ)为主成矿阶段。

赋矿围岩以碎裂岩化、白云石化、硅化含生物屑泥晶灰岩为主,方解石脉发育。因此,蚀变类型主要有:碳酸盐化(包括白云岩化)、硅化、泥化,围岩及矿石中发育石英细脉。砂岩中主要为弱的硅化和碳酸盐化,沿灰岩与砂岩接触带向外总体变弱且分布不均匀。

3 样品和分析方法

样品均采自多才玛铅锌矿床的矿体及含矿岩芯中,样品较新鲜。进行手标本与光、薄片观察后,圈定合适的部分以备测试原位硫、铅同位素组成。用2%HNO3超声整个样品靶(5s)并用超纯水淋洗以去除可能存在于样品及样品靶表面的污染物,以高纯Ar或N2气枪吹干样品,待上机分析。激光剥蚀微区分析实验在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成,采用飞秒激光剥蚀(fs LA)多接收器等离子体质谱(MC-ICP-MS)进行。其中飞秒激光剥蚀系统为266nm NWR UP Femto(ESI, USA),多接收器等离子体质谱为Nu Instruments公司的Nu Plasma Ⅱ型MC-ICP-MS。该仪器的激光器型号为Quantronix Integra-HE Ti: sapphire,3倍频,输出波长266nm,剥蚀束斑15~65μm,激光频率5~50Hz,剥蚀方式为3μm/s线扫描,He气为0.7L/min。仪器的详细描述及分析方法和数据处理过程见有关文献(Bao et al., 2016a; Chen et al., 2014, 2017b; Yuan et al., 2016)。硫同位素采用国际标准样品NBS123/IAEA-S-2和IAEA-S-3,并给出CDT标样比值(即V-CDT值),分别为δ34SNBS123=17.44±0.28‰(2sd),δ34SIAEA-S-2=22.67±0.22‰(2sd),δ34SIAEA-S-3=-32.15±0.37‰(2sd);铅同位素采用NIST610作为标样,其分析结果为206Pb/204Pb=17.052±0.003,207Pb/204Pb=15.515±0.003,208Pb/204Pb=36.980±0.007(n=183)。

4 分析结果 4.1 原位硫同位素

本次研究测试了2件矿石样品中3种金属矿物的20个测点原位硫同位素组成(图 6),分析结果见表 2

图 6 多才玛铅锌矿床原位S (a、b)和Pb (c、d)同位素测试点分布图 Fig. 6 In situ S (a, b) and Pb (c, d) isotope test points in the Duocaima Pb-Zn deposit

表 2 沱沱河地区多才玛铅锌矿床矿石矿物原位S同位素组成 Table 2 In situ S isotope compositions sulfide minerals from the Duocaima Pb-Zn deposit in the Tuotuohe area

全部硫化物测点δ34SV-CDT值介于-26.34‰~4.24‰,均值-12.15‰,其中闪锌矿的9个测点的δ34SV-CDT值介于-10.30‰~-3.52‰,均值-7.39‰;方铅矿的9个测点的δ34SV-CDT值介于-26.34‰~-11.74‰,均值-20.36‰;黄铁矿的2个测点的δ34SV-CDT值分别为2.50‰、4.24‰。δ34S数据范围较宽,总体表现为富集负硫的特征,说明有机质可能参与成矿,指示盆地地层存在还原流体的混入。

4.2 原位铅同位素

本次研究共测试了2件方铅矿样品12个测点的原位Pb同位素组成(图 6),样品分别为浸染状方铅矿和脉状方铅矿,分析结果列于表 3,全部方铅矿测点的206Pb/204Pb=18.866~18.929,均值18.897,207Pb/204Pb=15.674~15.689,均值15.680,208Pb/204Pb=39.052~39.174,均值39.120,所有测定值变化范围很窄,数据非常集中,暗示铅的来源单一或者均一化程度高。但是,不同结构的方铅矿的铅同位素值也有差异,脉状方铅矿的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb值(均值分别为:18.914、15.682、39.146)明显高于浸染状方铅矿样品的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb值(均值分别为:18.880、15.677、39.094),说明前者更富集放射性成因Pb。

表 3 沱沱河地区多才玛铅锌矿床方铅矿原位Pb同位素组成 Table 3 In situ Pb isotopic compositions of galena from Duocaima Pb-Zn deposit in the Tuotuohe area
5 讨论 5.1 成矿物质来源 5.1.1 硫的来源及还原机制

硫化物矿床S的来源可分为3类(Ohmoto, 1972, 1986):(1)幔源硫,δ34S值在0值附近,呈塔式分布;(2)壳源硫,δ34S值变化范围大,海水或者海相硫酸盐富集重硫,生物成因则富集轻硫;(3)混合硫,具混合δ34S值特征。多才玛铅锌矿床的硫化物以方铅矿为主,闪锌矿和黄铁矿次之,偶见硫酸盐矿物。区内δ34S值(-26.34‰~4.24‰)变化范围较宽可能指示成矿流体在构造活动期间与不同的地层单元发生了相互作用,继承了不同物质单元的硫同位素特点,或者反映了矿石硫的形成方式来源多样(李志丹等, 2013; Chen et al., 2018)。多才玛矿床中方铅矿和闪锌矿的δ34S的负值分布范围较宽(图 7),且方铅矿中更富集轻硫,暗示两者形成时对S的淋虑作用存在差异(侯增谦等, 2006a, 2006c; 田世洪等, 2011a)。类似于盆地热液流体成因的矿床如MVT型矿床,还原态S2-富集轻硫同位素,而低负值的δ34S与有机成因还原硫关系密切(韩吟文等, 2003)。显微结构特征表明,方铅矿被闪锌矿交代(图 5e),且δ34S方铅矿 < δ34S闪锌矿,表明岩浆热液期硫化物首先结晶时地层硫的加入使得成矿流体中的δ34SΣS一度降低,但因为地层硫并非主要来源,导致δ34SΣS出现回升(Ohmoto, 1986)。

图 7 沱沱河地区多才玛铅锌矿床S同位素组成直方图 Fig. 7 Histogram of S isotope compositions of sulfide minerals from Duocaima Pb-Zn deposit in the Tuotuohe area

多才玛铅锌矿床内闪锌矿和方铅矿都有交代黄铁矿的现象(图 5),结合硫同位素δ34S的分布,说明黄铁矿和部分闪锌矿属于岩浆热液期,其δ34S值在地幔硫(δ34S=0±3‰)附近,因此该阶段硫化物中硫的最终来源与幔源岩浆关系密切,可能是幔源或/幔混源岩浆活动的结果;然而沉积热液期的硫化物中硫的同位素特征则表现出较大的差异性,这种硫同位素的大幅度波动,与硫酸盐的细菌还原作用相关(Leach et al., 2005)。海相硫酸盐的还原机制主要有细菌还原机制和热化学还原机制两种(Ohmoto, 1986):温度小于120℃时以细菌还原机制为主但形成的S2-有限,δ34S‰值为负;温度大于175℃时硫酸根大量被还原为低价S,但几乎没有同位素的分馏(Hoefs, 1980),因此δ34S值保持相对稳定,经热化学还原海相硫酸盐产生的硫化物具有初始δ34S(‰)值。而海相硫酸盐通过细菌还原产生的硫化物具有明显负的δ34S(‰),远低于初始值。多才玛矿石中石英、方解石和重晶石中包裹体温度在146~410℃之间,明显大于120℃(杨文龙, 2017),δ34S值理应保持趋近于零,但实际为分散负值,表明多才玛矿床还原硫的生成除了受热化学还原机制影响,还有一定的细菌还原作用。

总之,多才玛铅锌矿床不同的成矿阶段硫的来源是不同的,岩浆热液期硫的来源带有幔源特征,与新生代岩浆活动有关;沉积热液期部分硫元素来源于沉积盆地地层,与喜马拉雅碰撞-造山系产生的大规模逆冲推覆作用相关。

5.1.2 成矿金属的富集和来源

已有研究表明,硫化物中(特别是方铅矿)的U和Th含量较低,其铅同位素组成无需进行年龄校正亦能够代表成矿流体的初始铅同位素组成(Carr et al., 1995; Zhou et al., 2013; 金中国等, 2016)。本研究获得的方铅矿原位Pb同位素组成变化范围很窄,指示成矿物质来源单一或均一化程度很高(钱烨, 2014; 刘长征等, 2015c)。

多才玛矿床方铅矿的铅同位素值均一于造山带与上地壳之间(图 8a),位于造山带演化线之上(图 8b),这种特征的铅同位素组成指示成矿物质来源于上地壳和造山带剥蚀区。本研究中所有方铅矿测点的μ值(9.57~9.59)近似于上地壳值(μ=9.58),表明成矿物质具有壳源特征(Zartman and Doe, 1981; 朱炳泉, 1998; 吴开兴等, 2002; 李善平等, 2013)(图 9)。同时,由于造山带铅同位素值并不具有均一性但最终方铅矿铅同位素值均一,暗示成矿可能混合了多储库的铅(Stacey and Hedlund, 1983; 吴开兴等, 2002)。成矿金属物质不仅来自上地壳和造山带,也继承了深部幔源物质(刘长征等, 2015c; 孙永刚, 2016)。结合该区处在碰撞造山阶段的大地构造背景,这一混合作用最可能是由于地幔上涌造成。对于成矿物质来源的争议问题一直存在,部分学者认为印度-亚洲大陆碰撞环境下发生的喜山期钾质岩浆活动与三江西北段铅锌矿床具有密切的关系(赵志丹等, 2007; 钱烨, 2014; 刘长征等, 2015c; 杨文龙, 2017)。本文将多才玛矿床方铅矿原位Pb同位素组成与藏北钾质火山岩和沱沱河盆地碳酸岩地层Pb同位素进行比较(图 8图 9),可以发现多才玛铅锌矿的Pb同位素投影点均落入藏北钾质火山岩的投影区内,也为该区铅来源于上地壳或沉积物提供了佐证,而沱沱河地层Pb同位素的分布范围比较广,含矿流体在碰撞挤压驱动作用下发生运移,在迁移过程中淋虑了不同层位的铅,造成铅来源的多样性,进一步说明多才玛铅锌矿的物质来源与藏北钾质火山岩关系密切。

图 8 多才玛铅锌矿床方铅矿206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb投影图解(据Zartman and Doe, 1981) Fig. 8 Plots of 206Pb/204Pb vs. 207Pb/204Pb (a) and 206Pb/204Pb vs. 208Pb/204Pb (b) (after Zartman and Doe, 1981)

图 9 多才玛铅锌矿床方铅矿铅同位素Δγ-Δβ成因分类图解(据朱炳泉, 1998) 1-地幔源铅;2-上地壳铅;3-上地壳与地幔混合的俯冲带铅(3a岩浆作用,3b沉积作用);4-化学沉积型铅;5-海底热水作用铅;6-中深变质作用铅;7-深变质下地壳铅;8-造山带铅;9-古老页岩上地壳铅;10-退变质铅;Δβ=1000×β/(βM-1),Δγ=1000×γ/(γM-1),β、γ和βM、γM分别为样品和地幔的207Pb/204Pb和208Pb/204Pb Fig. 9 Δγ-Δβ genetic classification diagram of lead isotopes in sulfide minerals and gangue minerals from the Mohailaheng Pb-Zn deposit in the Yushu area (after Zhu, 1998) 1-mantle-derived lead; 2-upper crust lead; 3-mixed lead of the upper crust and mantle subduction zones (3a: magmatism; 3b: sedimentation); 4-chemical sedimentary lead; 5-submarine hydrothermal lead; 6-medium-high grade metamorphism lead; 7-lower crust lead of high grade metamorphism; 8-orogenic belt lead; 9-upper crust lead of ancient shale; 10-retrograde metamorphism lead; Δβ=1000×β/(βM-1), Δγ=1000×γ/(γM-1), β and γ are values of 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb respectively in samples, βM and γM are values of 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb respectively in the mantle

值得注意的是,脉状方铅矿与浸染状方铅矿虽然Pb同位素表现集中,均位于上地壳和造山带之间,但是阶段性也较明显,浸染状方铅矿Pb同位素总体值高于脉状方铅矿。虽然多才玛铅锌矿床的Pb同位素来源于上地壳,并与藏北钾质火山岩关系密切,但是不同成矿阶段也会导致Pb来源的区别,比如多才玛铅锌矿床中脉状方铅矿一般与岩浆热液有关,Pb元素来自于深部岩浆及其对周围地层的萃取;而浸染状方铅矿主要与同生沉积作用关系密切,Pb元素可能来自热液流体对地层的淋虑,这也就可以解释两种不同类型矿体Pb同位素的微观差异性。岩浆热液期主要是岩浆活动带来成矿热液流体在盆地低处富集,形成黄铁矿和少量闪锌矿;沉积热液期受区域大规模逆冲推覆构造体系影响,强烈的挤压导致盆地卤水沿着边缘盆地运移,最后沉积形成大量的硫化物,这也解释了前人对该矿床在矿床成因方面不同的认识。同时,体现了原位同位素在矿床地球化学领域比单矿物粉末同位素测定法的优越性,对矿石的微区进行分析能更精确的厘定不同成矿阶段的物质来源。

5.2 矿床成因及动力学背景

宋玉财等(2013)根据矿石类型和围岩特征认为多才玛铅锌矿床属于MVT型;但是矿区附近的岩浆岩与矿体有一定联系,并受控于大型推覆构造,亦有学者归类为中低温热液脉型矿床(钱烨, 2014)。虽然多才玛铅锌矿在矿床地质特征及构造背景等方面与莫海拉亨铅锌矿床、东莫扎抓铅锌矿和兰坪铅锌矿具有一定的相似性(Liu et al., 2011),但是矿物共生组合和原位S同位素特征显示并非一期成矿,岩浆热液期的石英-黄铁矿阶段与沉积热液期的碳酸盐-方铅矿-闪锌矿阶段即主成矿阶段具有明显差异性,显示了硫源的复杂与成矿物理化学条件的多变性,是深源硫与地层硫的共同作用的结果。而铅同位素结果说明铅源为混合铅,具有上地壳或沉积物的特点,同时深源地幔铅参与了成矿,具有典型的近地表条件下热液型成矿系统的特征,可能与新生代始新世大规模富钾质碱性岩活化作用关系密切(侯增谦等, 2004, 2006b, 2008)。因此,本文认为矿床成因类型为受到陡倾断裂控制的沉积岩容矿型矿床。

流体长距离迁移是形成热液型矿床的必须条件(Oliver, 1986; Leach et al., 2005, 2017),大规模逆冲推覆系统、碰撞造山体系中地块内部大规模拆离滑脱带、都可以满足流体迁移、疏导和金属汇聚、沉淀的条件。盆地卤水顺拆离薄弱带和逆冲推覆断层网络迁移,大气水顺地表裂隙体系可以对火山岩进行淋滤,与碳酸盐围岩进行物质交换,并与先存富S2-流体混合,形成的富Pb-Zn-S的含矿流体(Xia et al., 2015)。富金属流体在碎裂带裂隙、溶蚀、坍塌空间中减压,溶解度降低,硫化物析出、沉淀和富集,最终形成大规模铅锌矿床。沱沱河地区有西藏北部最大的新生代逆冲推覆构造,该推覆带呈NW向,沿走向向西可延至风火山地区(Spurlin et al., 2005; Li et al., 2012; Wang et al., 2014a),大规模的新生代逆冲挤压和走滑运动控制了该地区第三纪沉积盆地的分布格局(Spurlin et al., 2005; 田世洪等, 2011a; 邓军等, 2014),所以逆冲推覆构造对青海南部铅锌、银多金属矿床的形成和分布具有重要意义(侯增谦等, 2008)。

金属元素活化、富集是形成沉积改造型矿床的重要基础。俯冲-碰撞引起的地幔上涌和岩浆活动都可以为金属元素活化、富集提供条件。沱沱河、囊谦盆地和三江成矿带中南段的兰坪-思茅、昌都盆地在盆地形成上有相同的大地构造背景、近似的演化发育过程(Spurlin et al., 2005; Deng et al., 2017)。相同的大地构造背景使得三江北段与南段共同经历了古生代-中生代特提斯多岛弧盆演化(Wang et al., 2014b),也都经历了喜山期碰撞造山作用,形成大规模走滑断裂体系和逆冲推覆构造。新生代的大规模岩浆活动,形成了藏北地区广泛分布的钾质火山岩,在热动力作用的驱使下,含矿热液沿断裂或者地层裂隙灌入,钾质岩浆岩在地壳减薄处侵入、喷溢(肖序常, 2010; 田世洪等, 2011b),大量金属元素随热液顺深大裂隙进入地层,并在有利部位富集成矿,形成低温热液脉型矿床;随着特提斯洋的闭合,形成了一系列的弧后盆地,伴随着大陆刚性碰撞挤压加厚,造成下地壳大规模拆沉、上地壳大规模的逆冲推覆,部分海水被隔离到盆地中,形成高浓度的盆地卤水,并富含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-等物质,这类流体随深部地层中渗透性良好的层位迁移,由于较高的溶解能力,萃取了地层中的Pb、Zn,为成矿作用提供了金属物质储备。随着印度板块继续向欧亚板块挤压,导致盆地卤水受挤压作用向北长距离运移,并在应力作用减弱及盆地内部聚集,最终在有机质的催化下形成一定规模高品位的沉积岩型容矿矿床。

6 结论

(1) 多才玛铅锌矿床的硫具有混合来源的特征,Pb同位素组成具有壳源特征,与藏北钾质火山岩关系密切;

(2) 多才玛铅锌矿床的成矿流体受构造应力驱动,在盆地边缘或构造空间与富硫流体发生混合作用,在大量有机质的催化下沉淀成矿;

(3) 多才玛铅锌矿属沉积岩容矿型矿床,可能与新生代大陆碰撞-造山体系中的逆冲推覆作用相关。

致谢 本次研究的野外工作得到了青海省第五地质矿产勘查院的支持与帮助;实验测试分析得到了西北大学大陆动力学国家重点实验室的协助;王庆飞教授对论文提出了许多建设性的意见与指导;宓奎峰博士、戴蒙博士在论文编写过程中给予了热情的帮助;评审专家审阅论文并提出宝贵修改意见;在此一并感谢。
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