南岭是世界著名的钨锡多金属矿产地，其成矿作用多与中细粒碱长花岗岩成因演化有关，成矿物质主要来自于岩浆岩的分异演化作用(图 1)。黄沙坪是南岭有色金属成矿带的代表性矿床之一(图 2)，花岗斑岩为成矿地质体，未出露地表，成矿部位水平横截面积也仅有200m×300m，探明铅锌金属资源量超过200万吨，近年来探明的矽卡岩型钨、钼、铋、萤石矿均达到大型以上规模(共生)。不仅成矿地质体(花岗斑岩)与其它矽卡岩型矿床不同，铅锌矿的比例也非常大，规模远大于柿竹园、瑶岗仙等钨多金属矿。导致这些特点的主要机制是什么？本文通过对黄沙坪矿床花岗斑岩体及矽卡岩成矿系统的硫铅同位素组成研究，并与宝山矿床和南岭地区其它钨锡多金属矿床开展对比, 提出黄沙坪矿床花岗斑岩独特的成因与演化机制可能是导致黄沙坪矿床成矿特殊性的主要原因。

图 1

Fig. 1

图 1 南岭钨锡多金属成矿带地质略图 图中标出了矽卡岩型钨锡矿δ34S平均值 Fig. 1 Sketch geological map of Nanling region δ34S value of skarn type W-Sn deposits in this figure

图 2

Fig. 2

图 2 黄沙坪矿区地质简图(a)及16线剖面简图(b) Fig. 2 Geological map of surface (a) and section map (b) of the Huangshaping W-Mo-Pb-Zn polymetallic ore deposit

黄沙坪矿床地处华厦地块中部，骑田岭岩体的西北侧。矿区发育一套晚古生代浅海相台地沉积岩，包括上泥盆统锡矿山组(D₃x)砂岩，下石炭统岩关阶石磴子组(C₁s)厚层灰岩、测水组(C₁c)细砂岩及泥质砂岩等，呈NNE向展布。由C₁s灰岩与C₁c细碎屑岩构成向东倾伏的上银山倒转背斜，沿背斜核部附近发育NNE纵向逆冲断裂F₁、F₃、F₂，以及NWW向横向断裂F₀，共同构成黄沙坪矿床“田”字型构造框架(图 1)。石英斑岩沿F₁、F₂侵入，形成51^#和52^#岩株(0.3km²)和NNE向岩脉。英安斑岩(54^#)在矿区南部沿F₀侵入。花斑岩(304^#)和花岗斑岩(301^#)分别位于矿区西北部和东南部，均为隐伏小岩株，岩体与C₁s灰岩接触带出现大规模的矽卡岩。地质地球化学研究显示，花斑岩与花岗斑岩属同一类岩体，只是侵位高度和蚀变程度不同，二者沿NNW向断裂侵入，NNW与NNE向构造一同控制区内成矿作用(祝新友等，2010)。

黄沙坪矿床矿化类型包括钨钼多金属矿和铅锌矿，前者为矽卡岩型，分布于花岗斑岩、花斑岩与灰岩的接触带，后者呈囊状、不规则脉状分布于矽卡岩边部和外围，主要分散于花岗斑岩的北西部灰岩中，二者共同构成黄沙坪矽卡岩型矿床成矿系统。不同矿化类型围绕花岗斑岩构成良好的分带，矽卡岩型钨钼矿分布于花岗斑岩岩体与灰岩的接触带，主要矿物为石榴子石、透辉石、萤石、磁铁矿、白钨矿、辉钼矿、辉铋矿、黄铁矿等，发育碱交代脉(钾长石-萤石脉)。钨钼铋矿化主要形成于退变质-氧化物阶段，与碱交代脉两侧阳起石化、磁铁矿化相伴随。铅锌硫化物属矽卡岩演化的晚期阶段。分布于矽卡岩边部的硫化物矿体以囊状块状磁黄铁矿为主，其中含粗粒黑色闪锌矿(图 3a)，方铅矿较少，局部含黄铜矿；外侧的铅锌矿呈不规则脉状分布于灰岩中，或石英斑岩边部，块状，含大量磁黄铁矿、闪锌矿和方铅矿，是铅锌矿的主要类型，在矿床深部这类脉体中富含黄铜矿，局部达到工业品位；最外侧的是铅锌银矿，分布于远离花岗斑岩的灰岩中，不规则脉状，矿石呈块状，矿物以方铅矿、闪锌矿、黄铁矿为主，主要呈胶状结构(图 3b)，富含银(王静纯等，1993)，局部见少量镜铁矿。

图 3

Fig. 3

图 3 黄沙坪矿床主要铅锌矿石结构 (a)-矽卡岩边部的铅锌矿体，中粗粒状，闪锌矿中含乳滴状黝铜矿和黄铜矿；(b)-远离矽卡岩产于灰岩中的铅锌矿体，胶状结构，胶状白铁矿交代黄铁矿.Apy-毒砂; Cal-方解石; Cp-黄铜矿; Sp-闪锌矿; Tt-黝铜矿; Mc-白铁矿; Py-黄铁矿 Fig. 3 Photomicrographs of lead-zinc ore (a)-lead-zinc ore in skarn, texture of coarse-grain; (b)-lead-zinc ore in distal limestone rocks, pyrite alterated by colloidal marcacite. Apy-arsenopyrite; Cal-calcite; Cp-chalcopyrite; Sp-sphalerite; Tt-tetrahedrite; Mc-marcasite; Py-pyrite

前人在黄沙坪矿床开展了大量的硫同位素分析研究工作，不同作者共测定硫化物硫同位素样品146件(童潜明，1986；车勤建，2005；息朝庄等，2009)，其中，黄铁矿43件，闪锌矿50件，方铅矿44件、黄铜矿4件、磁黄铁矿3件、毒砂2件。除1件黄铁矿δ³⁴S为-2.2‰外，其它所有数据均落在2.3‰~17.5‰范围内，大部分数据分布于6‰~17‰范围内(图 4)。黄铁矿2.8‰~16.8‰，平均10.5‰，闪锌矿4‰~17.5‰，平均12.3‰，方铅矿2.3‰~14.5‰，平均9.8‰、黄铜矿3.8‰~5.9‰，平均4.5‰，磁黄铁矿4.2‰~10.6‰，平均7.0‰、毒砂13‰~14.9‰，平均14.0‰。

图 4

Fig. 4

图 4 黄沙坪和宝山矿床硫同位素组成直方图 (a)-黄沙坪，息朝庄(2009)；(b)-黄沙坪，本文；(c)-宝山，本文 Fig. 4 Histogram of the δ34S values of sulfide minerals from the Huangshaping and Baoshan deposits

这些分析结果显示出黄沙坪具有与南岭地区大多数钨矿明显不同的硫同位素组成。早在20世纪80年代，童潜明(1986)对黄沙坪273中段作了系统的硫化物硫同位素分析工作，发现黄铁矿、闪锌矿、方铅矿的δ³⁴S值均以花岗斑岩为中心向北、向西降低。该分带与硫化物矿物中微量元素含量的分带相对应，进而确定花岗斑岩为铅锌矿成矿母岩。息朝庄等(2009)总结出301矿段较304矿段δ³⁴S值高，硫源可能是岩浆来源与海水(地层)硫混合作用形成。

为进一步探讨黄沙坪矿床成矿物质来源与成矿机制，在前人工作基础上，我们针对黄沙坪矿床中不同地质体、不同产状作了系统的采样分析。分析单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心，分析方法参照行标“DZ/T 0184.14-1997硫化物中硫同位素组成的测定”(中华人民共和国地质矿产行业标准, 1997)。硫同位素分布范围与前人分析结果一致(表 1)，δ³⁴S为3.0~17.4‰(除一件黄铁矿为24.2‰外)。其中，黄铁矿8.7‰~24.2‰，平均14.6‰；闪锌矿3.8‰~17.4‰，平均10.5‰；方铅矿3.0%~15.0‰，平均9.0‰；辉钼矿14.0‰~17.1‰，平均14.8‰。δ³⁴S值呈现出辉钼矿>黄铁矿>闪锌矿>方铅矿的特征，表明这些矿物间硫同位素基本上达到平衡分馏状态(图 4)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 黄沙坪钨钼铅锌多金属矿和宝山铜钼铅锌矿床硫铅同位素分析结果 Table 1 The sulfur and lead isotope compositions of sulfide minerals from the Huangshaping W-Mo-Pb-Zn and Baoshan Cu-Mo-Pb-Zn ore deposits 序号 样品号 岩性 取样位置 矿物组合 矿物 δ34S (‰) 2σ 2σ 2σ 批次 1 BSC-1 矽卡岩型铜矿石 -110m，165线北穿 Gn+Di+Py+Cp 黄铁矿 2.1 18.647 0.002 15.780 0.002 39.186 0.005 2 2 BSC-2 矽卡岩型铜矿石 -110m，165线北穿 Gn+Di+Py+Cp 黄铁矿 2 3 BSC-7 矽卡岩型黄铜矿矿石 -110m，165线北穿 Py+Cp 黄铁矿 -1.0 18.641 0.002 15.739 0.002 39.048 0.005 2 4 BSC-16 方铅矿闪锌矿矿石 -110m，153线北沿脉 Sp+Ga+Py, Cal 方铅矿 1.7 18.615 0.001 15.717 0.001 38.970 0.001 1 5 BSC-17 铅锌矿石 ZK16501，1663m Sp+Ga 方铅矿 18.625 0.002 15.708 0.002 38.948 0.005 2 6 BSC-20 方铅矿闪锌矿矿石 -70-7 163北穿2号采场 Sp+Ga 闪锌矿 3.6 18.622 0.001 15.725 0.001 38.996 0.003 1 7 BSC-20 方铅矿闪锌矿矿石 -70-7 163北穿2号采场 Sp+Ga 方铅矿 1.1 8 BSC-22A 铜矿石 -70-11 9#东侧，铜矿体 Py+Cp 黄铜矿 18.672 0.002 15.759 0.003 39.131 0.006 2 9 NBSC-82 铅锌矿石 -110m, 152线南穿 Sp+Ga 方铅矿 18.629 0.002 15.709 0.002 38.973 0.005 3 10 NBSC-83 铅锌矿石 -110m, 158线北穿 Sp+Ga 方铅矿 18.628 0.002 15.704 0.002 38.949 0.004 3 11 NBSC-5 角砾状矿体 -70m, 445线北穿 Ga+Sp+Py 方铅矿 -0.3 18.658 0.002 15.718 0.002 39.003 0.004 3 12 NBSC-6 黄铁铅锌矿石 -70m, 181线北部 Ga+Sp+Py 方铅矿 0.3 18.665 0.003 15.721 0.002 39.024 0.006 3 13 NBSC-7 黄铁、黄铜矿体 -110m，165线北穿掌子面 Py+Cp 黄铁矿 1.8 14 NBSC-8 黄铁、铅锌矿石 -110m, 165线北穿20m Ga+Sp+Py 黄铁矿 2.7 15 NBSC-17 铅锌黄铁矿石 -110m, 159线北穿入口 Ga+Sp+Py 方铅矿 2.1 18.602 0.002 15.693 0.002 38.901 0.005 3 16 NBSC-18 铅锌黄铁矿石 -110m, 150线北穿入口25m Ga+Sp+Py 闪锌矿 1.8 17 NBSC-20 铅锌黄铁矿石 -110m, 156线北穿入口 Ga+Sp+Py 闪锌矿 1.9 18 NBSC-20 铅锌黄铁矿石 -110m, 156线北穿入口 Ga+Sp+Py 方铅矿 1.1 18.622 0.002 15.697 0.002 38.937 0.004 3 19 NBSC-21 铅锌黄铁矿石 -110m, 158线北穿入口20m Ga+Sp+Py 闪锌矿 2.3 20 NBSC-21 铅锌黄铁矿石 -110m, 158线北穿入口20m Ga+Sp+Py 方铅矿 0.6 18.653 0.001 15.724 0.001 39.023 0.002 3 21 HSC-03 方铅矿闪锌矿矿石 -56m, 1-1号铅锌矿 Sp+Ga 闪锌矿 10.7 18.563 0.001 15.737 0.001 38.991 0.002 1 22 HSC-03 方铅矿闪锌矿矿石 -56m, 1-1号铅锌矿 Sp+Ga 方铅矿 7.6 23 HSC-10 粗粒石榴子石矽卡岩 -56m, 石门11中613采场 Gn+Di+Mo+Sch 辉钼矿 14.0 18.498 0.002 15.730 0.002 38.882 0.005 2 24 HSC-11 含辉钼矿石榴石矽卡岩 GK11104, 813.3m处 Gn+Di+Mo+Sch 辉钼矿 14.7 18.605 0.001 15.682 0.001 39.260 0.003 2 25 HSC-13 方铅矿闪锌矿矿石 -56m, 石门11中613采场 Ga+Sp+Py 黄铁矿 11.0 18.567 0.001 15.740 0.001 39.003 0.003 1 26 HSC-13 方铅矿闪锌矿矿石 -56m, 石门11中613采场 Ga+Sp+Py 闪锌矿 10.7 27 HSC-14 方铅矿闪锌矿矿石 20-6, 31号矿体下部巷道 Ga+Sp+Po 黄铁矿 8.7 28 HSC-16 含辉钼矿矽卡岩 20m, 石门11-13联通巷 Gn+Di+Mo+Sch 辉钼矿 14.2 18.584 0.002 15.672 0.001 38.978 0.003 2 29 HSC-17 方铅矿闪锌矿矿石 20中段, 石门7，21-2东矿体 Ga+Sp+Po 方铅矿 15.0 18.570 0.003 15.745 0.003 39.017 0.008 2 30 HSC-18 方铅矿闪锌矿矿石 20m, 石门12，615矿体 Sp+Ga+Po+F 闪锌矿 8.9 18.552 0.001 15.731 0.001 38.979 0.003 2 31 HSC-21 方铅矿闪锌矿矿石 20m, 石门3, 铅锌矿体II 1-2 Sp+Ga+Po+F 闪锌矿 3.8 32 HSC-21 方铅矿闪锌矿矿石 20m, 石门3, 铅锌矿体II 1-2 Sp+Ga+Po+F 方铅矿 10.2 18.551 0.001 15.725 0.001 38.951 0.002 1 33 HSC-22 方铅矿闪锌矿矿石 20m, 石门2，46-1矿体 Ga+Sp+Po 方铅矿 3.0 18.596 0.002 15.792 0.003 39.178 0.006 1 34 HSC-27 方铅矿闪锌矿矿石 56m, W2斗5南北向平巷 Sp+Ga 闪锌矿 16.2 18.572 0.001 15.749 0.001 39.032 0.003 2 35 HSC-28 网脉状辉钼矿化花岗斑岩 56m, W2斗5南北向平巷 Mo+Q 辉钼矿 17.1 18.658 0.002 15.683 0.002 38.842 0.004 2 36 HSC-29 方铅矿闪锌矿矿石 56m, 461-1号铅锌矿体 Ga+Sp+Py 方铅矿 9.2 18.545 0.003 15.723 0.002 38.951 0.005 2 37 HSC-39 矽卡岩型铁闪锌矿矿石 20中段17石门9#穿 Ga+Sp+Po 闪锌矿 17.4 18.535 0.002 15.706 0.001 38.889 0.003 1 38 HSC-56 矽卡岩型铅锌矿矿石 -16m, 9石门主巷 Ga+Sp+Po 黄铁矿 24.2 18.525 0.002 15.712 0.002 38.900 0.004 1 39 HSC-76 铅锌矿石 56m, 石门15，斗5，W1矿体 Ga+Sp+Py 闪锌矿 5.5 18.603 0.002 15.785 0.002 39.155 0.006 1 40 HSP129-11 富辉钼矿石榴石矽卡岩 Gn+Di+Mo+Sch 辉钼矿 14.0 18.528 0.002 15.694 0.002 38.770 0.005 1 41 H-S-1a C1s灰岩中铅锌矿脉 西部上银山民窿 黄铁矿 8.0 42 H-S-1c C1s灰岩中铅锌矿脉 西部上银山民窿 闪锌矿 6.2 43 H-S-3 C1c炭质页岩黄铁矿结核 532孔560m 黄铁矿 -22.6 44 H-S-4 C1c炭质页岩黄铁矿结核 北部三公井440/zk, 270m 黄铁矿 -11.7 45 B13S C1s灰岩中星点状黄铁矿 桂阳县水泥厂采石场 黄铁矿 -3.1 46 273-42-1 灰岩中含黄铁矿方解石脉 硫化物 -12.8 47 200-32-3 灰岩中含黄铁矿方解石脉 硫化物 -18.8 48 273-177-2 后期含黄铁矿方解石脉 硫化物 -32.4 注：样品核工业北京地质研究院分析测试中心分析.BSC-，NBSC-宝山，HSC-，HSP-黄沙坪   数据来源：1-40：本文；41-45：王育民等(1988)；46-48：黄崇轲等，1995①

表 1 黄沙坪钨钼铅锌多金属矿和宝山铜钼铅锌矿床硫铅同位素分析结果 Table 1 The sulfur and lead isotope compositions of sulfide minerals from the Huangshaping W-Mo-Pb-Zn and Baoshan Cu-Mo-Pb-Zn ore deposits

①黄崇轲等.1995.南岭地区与钨锡(铅锌)相关银矿成矿规律与成矿预测研究报告.白银地质基金委员会研究报告(内部资料)

宝山矿区的硫同位素组成较集中，全部样品δ³⁴S为-1‰~3.6‰，与车勤建(2005)测定的δ³⁴S (4.4‰~4.5‰)范围略有不同。其中，黄铁矿-1.0‰~2.7‰，平均1.4‰；闪锌矿1.8‰~3.6‰，平均2.4‰；方铅矿-0.3%~2.1‰，平均0.94‰。呈塔式分布，其中黄铁矿主要取自矽卡岩，闪锌矿和方铅矿主要取自铅锌矿石，可能是黄铁矿与铅锌矿物的硫同位素显示不平衡状态的主要原因。

硫化物的硫同位素值与样品产出的空间位置密切相关，图 5是以黄沙坪矿床20m中段为研究对象，将20m中段及上、下-16m、56m中段的样品投影在20m中段后的结果，显然，硫化物的硫同位素δ³⁴S值围绕301岩体呈现明显的分带现象。以301花岗斑岩体为中心，产于矽卡岩中的硫化物，包括辉钼矿、部分黄铁矿和磁黄铁矿，大部分样品的δ³⁴S>15‰，外侧的铅锌矿体10‰ < δ³⁴S < 15‰，更外侧，主要是铅锌银矿体，也包括部分334^#花斑岩体有关矽卡岩中的铅锌矿，δ³⁴S < 10‰, 甚至更低。这种围绕花岗斑岩体形成的分带，其总体走向呈NNW向，SSE方向开口，与矿化分带完全一致，花岗斑岩边部为矽卡岩，外侧为不规则脉状铅锌矿，更外侧为脉状铅锌银矿。

图 5

Fig. 5

图 5 黄沙坪矿床20m中段硫化物硫同位素分带 Fig. 5 The zoning of the δ34S values of sulfide minerals at 20m level of the Huangshaping deposit

这种分带现象在垂向上同样明显，上部中段较下部中段具有明显不同的δ³⁴S值。上部中段δ³⁴S值高，往下逐渐减小。

依据20m中段硫同位素δ³⁴S值的变化规律，NNW方向上，自矽卡岩往外，δ³⁴S值的递减梯度大约为3‰/100m，这与成矿温度的递减梯度约60~80℃/100m相对应(矽卡岩温度约550℃，外带铅锌银矿成矿温度约150~200℃)。

前人也开展了大量的铅同位素研究工作，其中，息朝庄等(2009)测定的黄沙坪矿床共47件硫化物样品，测试矿物以方铅矿为主，这些资料表现在铅同位素图件上部分数据点非常分散，一部分甚至分布于地球增长线右侧。数据是由桂林矿产地质研究院分析完成，由于年代较早，且设备老化，测定结果误差较大。在本项目的研究中，共测定了29件铅同位素样品，其中黄沙坪16件，宝山13件(表 1)。分析单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心，分析方法参照国标GB/T 17672-1999《岩石中铅锶钕同位素测定方法》(中华人民共和国国家标准, 1999)。

本文测定的黄沙坪矿床铅同位素组成与息朝庄(2009)的数据平均值接近。这些数据共分3批测试，第二批测试结果误差相对较大，尤其是其中含Pb较低的辉钼矿，这3件辉钼矿样品的²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb明显高，相对富含放射性成因铅。如果不考虑这3件样品，黄沙坪矿床与宝山矿床的样品大体呈平行的线性分布关系，黄沙坪矿床分布于左侧，这种线性关系与²⁰⁴Pb的分析误差有关。在后面的分析讨论中，我们也扣除了这3件样品。

对比黄沙坪、宝山、瑶岗仙三个矿床，黄沙坪与瑶岗仙矿床铅同位素组成更接近，宝山矿床具有明显多的放射性成因铅。

有关黄沙坪矿床硫同位素的研究较多，不同研究者获得的δ³⁴S数据值范围大体一致, 但对硫的来源有不同认识。部分研究者认为成矿物质硫来自于花岗斑岩(童潜明，1986；李裕祖, 1986)，也有一些研究者认为有部分地层硫的加入(毕承思，1986)，或地层与岩浆硫的混合(息朝庄等，2009)。

黄沙坪矿区矽卡岩成矿系统自矽卡岩中心至外围铅锌银矿床，硫化物δ³⁴S呈现有规律的变化，形成以碱长花岗斑岩为中心的环带，因此，本文认为成矿物质硫主要来自于花岗斑岩体。由于矽卡岩外围铅锌矿成矿温度较低，其热力学分馏可引起δ³⁴S值降低，而下石炭统围岩中低δ³⁴S值硫的加入也可能导致外围铅锌矿体δ³⁴S值降低。那么，黄沙坪矿床硫化物δ³⁴S值围绕矽卡岩(或花岗斑岩)降低的主要机制是什么呢？

1)矽卡岩成矿系统自内向外降温引起的热力学分馏是引起δ³⁴S值分带的重要原因

由于黄沙坪矿床中没有明显的有机质或生物参与成矿的证据，因此，硫同位素的分馏机制可能主要是通过热力学分馏完成的。反映成矿物理化学环境变化的矿物组合在退变质矽卡岩-氧化物阶段为磁铁矿-钾长石；硫化物阶段，内带铅锌矿为磁黄铁矿-黄铁矿-方解石，外带铅锌银矿为黄铁矿-方解石-绢云母-少量镜铁矿。显示出成矿作用自早至晚，成矿系统自内而外，成矿温度降低，成矿环境自偏还原态向偏氧化态、偏碱性向偏酸性发展。若来自岩浆的流体δ³⁴S_ΣS值未发生显著变化，根据大本硫同位素分馏模型(Ohmoto and Lasaga, 1982)，晚期以及外围沉淀的硫化物矿物δ³⁴S值必然逐渐降低。因此，成矿系统自内向外环境变化引起的热力学分馏会导致δ³⁴S值的逐渐降低。

我们大体将硫化物根据产状分为：花岗斑岩中浸染状硫化物、矽卡岩退变质阶段的硫化物、矽卡岩及近矽卡岩中产出的不规则状硫铁铅锌矿、远离矽卡岩的脉状铅锌矿。流体包裹体研究显示，矽卡岩中石榴子石均一温度>500℃，退变质氧化物阶段的温度为400℃±，矽卡岩中的辉钼矿、黄铁矿多形成于此阶段。硫化物阶段形成块状硫铁铅锌矿石，其中，矽卡岩内及附近富含磁黄铁矿，形成温度约为300~350℃，远离矽卡岩磁黄铁矿含量降低，逐渐变为铅锌矿，分布于外侧的铅锌银矿体温度更低，一般在200~250℃，矿石中常见胶状结构。据此，根据不同矿物间的硫同位素分馏关系，以及不同矿物产出关系，以辉钼矿、闪锌矿为例，计算该矿物形成时对应的体系δ³⁴S_H2S值(表 2)。计算结果显示，岩体及附近或高温阶段流体中δ³⁴S_H2S为13.2‰~16.2‰，岩体边部为16.6‰，外侧为9.8‰，远离矽卡岩产于灰岩中的脉状矿体，其成矿流体δ³⁴S_H2S为4.3‰。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 根据辉钼矿、闪锌矿计算的体系H2S的δ34S值 Table 2 The calculated δ34S value of the H2S in ore-forming fluids based on the δ34S values of molybdenite and sphalerite 位置 花岗斑岩中网脉 矽卡岩 矽卡岩边部 矽卡岩外侧 远矽卡岩 温度(℃) 450 400 350 300 250 矿物组合 Mo+Py Po+Py+Mo Po+Py+Sp+Ga Py+Sp+Ga+Hem 辉钼矿δ34S (‰) 17.1 14.2 闪锌矿δ34S (‰) 16.8 10.1 4.7 H2S δ34S (‰) 16.2 13.2 16.6 9.8 4.3 x=SO42-/H2S 0 0.35 0.52 注：分馏方程分别为，辉钼矿：H2S Δ=0.45×106/T2、闪锌矿：H2S Δ=0.10×106/T2 (Ohmoto and Rye, 1979). Mo-辉钼矿; Py-黄铁矿; Po-磁黄 铁矿; Sp-闪锌矿; Ga-方铅矿; Hem-镜铁矿

表 2 根据辉钼矿、闪锌矿计算的体系H2S的δ34S值 Table 2 The calculated δ34S value of the H2S in ore-forming fluids based on the δ34S values of molybdenite and sphalerite

假定成矿过程中形成矽卡岩及铅锌矿的流体均直接来自碱长花岗岩岩浆，且热液δ³⁴S_ΣS值未发生明显变化，可以根据大本模型(Ohomoto and Rye, 1979)计算出铅锌银矿形成时体系的x=SO₄^2-/H₂S摩尔比为0.52。如果考虑外围铅锌矿、铅锌银矿的成矿热液可能是内带矿物沉淀后的热液向外迁移的产物，形成外带铅锌银矿的流体δ³⁴S_ΣS值可能更高，要达到δ³⁴S_H2S=4.3‰的水平，x=SO₄^2-/H₂S摩尔比会更高。虽然铅锌银矿体中出现微量镜铁矿，但主要矿物为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿，这种矿物组合不大可能形成于氧化环境之中。

另外，宝山矿床的矽卡岩中也发育镜铁矿，发育程度甚至超过黄沙坪，但矿床δ³⁴S分布于0值附近，无显著分馏。因此，黄沙坪晚阶段尤其是外围矿体中硫化物δ³⁴S的降低(平均δ³⁴S=4.7‰)不大可能全部因热力学分馏导致，应该还存在其它原因，这就是外来低δ³⁴S硫的参与。

2)下石炭统围岩中低δ³⁴S硫的参与也是外围铅锌矿体中δ³⁴S值降低的重要原因

矽卡岩阶段→硫化物阶段硫同位素经历了复杂的演化，分布于矽卡岩中的硫化物δ³⁴S值远高于外围的铅锌矿体。流体包裹体研究发现，位于矽卡岩阶段与硫化物阶段之间的退变质-氧化物阶段(钨钼成矿阶段)，成矿流体性质发生迅速变化，不仅有氧化还原环境的变化，也存在大量大气降水的参与。伴随大气降水的外来物质尤其是来自围岩中的硫的加入也可能导致体系硫同位素组成发生变化。

黄沙坪容矿地层石磴子组(C₁s)灰岩夹炭质薄层灰岩，局部含有浸染状细粒黄铁矿，前人测定了其中的黄铁矿δ³⁴S为-3.1‰，而矿区测水组(C₁c)炭质页岩中的黄铁矿结核两个样品δ³⁴S值分别为-11.7‰和-22.6‰(王育民等, 1988, 转引自桂林冶金地质研究院)，显示矿区容矿围岩δ³⁴S值低，远低于花岗斑岩的δ³⁴S值。这种来自围岩中的低δ³⁴S值的硫的加入将引起黄沙坪矿床花岗斑岩外侧铅锌矿δ³⁴S值的降低。Ishihara et al.(2003)在研究南岭钨矿时也认识到这一点，认为黄沙坪硫同位素分带与大量地层中低δ³⁴S值硫加入有关。

位于湖南宜章县的界牌岭锡钨铍多金属矿亦产于石磴子组(C₁s)灰岩顶部附近，产出层位与黄沙坪矿床相当。矿床中发育大范围的顺层萤石化，其中黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等硫化物δ³⁴S为-1.0‰~7.5‰，平均4.48‰，塔式分布(彭振安，1991)。矿区未出露成矿岩体，流体包裹体均一温度200~250℃，属远离岩体的矿化。虽然如此，硫同位素组成特点显示硫主要源自岩浆，围岩的影响有限。这也显示出黄沙坪矿床外围铅锌矿体的硫也主要来自于碱长花岗斑岩，围岩只提供了少量的低δ³⁴S硫。也就是说，造成黄沙坪矿床硫同位素分带的主要原因可能是自内而外的物理化学条件和系统变化导致的热力学分馏引起，其次是围岩中低δ³⁴S硫的加入。

综上所述，形成花岗斑岩的岩浆具有较高的δ³⁴S值，围绕花岗斑岩和矽卡岩的硫同位素分带现象主要原因是由于体系成矿温度和氧化还原环境变化引发的热力学分馏引起，但外界尤其是来自容矿地层中低δ³⁴S值的硫的参与也是重要原因。因此，黄沙坪矿床成矿硫主要来自于花岗斑岩体，少量来自矿区下石炭统。

宝山矿床硫化物矿物δ³⁴S为-1‰~3.6‰，平均1.5‰，接近陨石硫的组成，硫主要源自于花岗闪长斑岩。

锡钨多金属矿成矿作用与酸性侵入岩的岩浆分异与岩浆热液作用有关，一般认为，这些矿床成矿物质来自岩浆岩。国内外绝大多数钨矿床，尤其是南岭地区大部分的钨矿区，矿石硫同位素大多分布于0值附近，尤其是石英脉型钨矿，显示出岩浆硫的性质。如湖南瑶岗仙石英脉型钨矿床δ³⁴S为-2.6‰~3.9‰(n=42，样品数，下同)，平均-0.4‰(陈依壤，1988；祝新友等，2012)；川口钨矿δ³⁴S为0.6‰~2.2‰(n=7)(车勤建，2005)；江西淘锡坑黄铁矿的δ³⁴S为0.1‰~-2.1‰(n=20)，平均-1.2‰(宋生琼等，2011)；大吉山钨矿δ³⁴S为-0.2‰~-3.7‰(n=24)，平均-2..4‰(庄龙池等，1991)；西华山钨矿δ³⁴S为-1.1‰~2.2‰(n=33)(刘家齐，1989)；黄砂脉型钨矿床δ³⁴S为-1.3‰~2.2‰(n=59)(冯志文等，1989)；广西栗木δ³⁴S为-3.5‰~2.5‰(n=28)(徐文炘，1988)等。部分矽卡岩型钨锡矿δ³⁴S值呈现不同程度的正值，如锡田矿区δ³⁴S为3.2‰~3.7‰(n=3)(车勤建，2005)、杮竹园野鸡尾矿区δ³⁴S为2.8‰~8.9‰(n=21)(刘悟辉等，2006)、香花岭矿区δ³⁴S为-1.0‰~6.7‰(周涛等，2008)。湘南芙蓉矿区δ³⁴S则分为两组，一组在零值附近并呈现不同程度的正值(-0.5‰~8.5‰, 刘悟辉等，2006; 蒋少涌等, 2006)；另一组δ³⁴S为较低的负值(-20.4‰~-10.0‰，蒋少涌等，2006), 指示硫可能来自围岩。

国外一些著名矽卡岩型钨矿床也有类似特点，如加拿大MacDame矽卡岩型钨矿平均δ³⁴S为7.7‰(Cooke et al., 1984)；韩国Sannae W-Mo矽卡岩型钨钼矿床中辉钼矿δ³⁴S为5.2‰~6.0‰, 黄铁矿δ³⁴S为6.0‰~7.1‰(Shelton et al., 1986)。Weolag矽卡岩型钨钼矿中，辉钼矿δ³⁴S为3.0‰~5.7‰、黄铁矿δ³⁴S为4.5‰~7.6‰、磁黄铁矿δ³⁴S为4.8‰~5.1‰、黄铜矿δ³⁴S为4.8‰、闪锌矿δ³⁴S为3.0‰~5.7‰、方铅矿δ³⁴S为3.9‰，水岩值也很高(So et al., 1983)。秘鲁San Cristobal矽卡岩型钨矿贱金属含量较高，δ³⁴S较高，具有蒸发岩来源，而3个石英脉型钨矿Pasto Bueno, Panasqueira, 和Tungsten Queen矿床，δ³⁴S在0值附近，具有岩浆源(Campbell, 1987)。石英脉型钨矿硫同位素更多显示出岩浆来源的特点，如美国北卡罗来那Queen钨矿床，δ³⁴S在0值附近，具有深源特点(Casadevall and Rey, 1980)，南非Namaqualand石英脉型钨矿，δ³⁴S为3.6‰~4.5‰(Raith et al., 2000)。

黄沙坪钨多金属矿硫化物δ³⁴S为3‰~17‰，明显不同于南岭地区大多数锡钨多金属矿δ³⁴S接近0值幔源硫或岩浆岩硫的特点，以往的研究均将其简单地解释为地层来源或复杂来源(息朝庄等，2009)，或回避这一问题。已有研究证明，碱长花岗斑岩体是矽卡岩及铅锌矿床的成矿母岩，为成矿地质体(童潜明，1986；祝新友等，2010)。硫化物硫同位素δ³⁴S值围绕花岗斑岩体发生分带说明，岩浆是成矿作用中硫的重要供体。由于高温下辉钼矿、黄铁矿与流体H₂S的分馏很小，且高温还原条件下流体中S的主要形式为H₂S (Ohmoto and Lasaga, 1982)，因此，取自301花岗斑岩体附近的矽卡岩中辉钼矿、黄铁矿的δ³⁴S值可大体代表岩浆的值，花岗斑岩岩浆的δ³⁴S>15‰。取自花岗斑岩中网脉状矿化石英细脉中的辉钼矿δ³⁴S为17.1‰，也说明形成花岗斑岩的岩浆具有较高的δ³⁴S值。

本文的研究赞同成矿物质硫主要来自于花岗斑岩，这也意味着花岗斑岩岩浆具有较高的δ³⁴S值，导致这一现象的原因是什么？有以下3种可能：

1)深部高δ³⁴S值硫化物及膏盐层的混合

华南地区泥盆系-石炭系为连续沉积，上泥盆统中富含浸染状硫化物，其δ³⁴S较高。在广东凡口铅锌矿、大宝山多金属矿区的中、上泥盆统碳酸盐岩中，已获得大量的浸染状细粒黄铁矿δ³⁴S值，主要分布于10‰~25‰(张术根等，2009)。黄沙坪矿区含矿地层为下石炭统，深部存在泥盆系。形成钨锡多金属矿的花岗斑岩富含挥发份，尤其是其中Li-F含量较高，有利于萃取围岩中的硫，从而改变岩体的性质。正是由于岩体富硫的特性，形成规模巨大的铅锌矿床。相对于杮竹园的钨钼规模，黄沙坪矿床的铅锌矿规模大得多。

2)碳酸盐岩中硫酸盐的影响

一般情况下，海相沉积形成的碳酸盐岩中含有微量的硫酸根离子，其δ³⁴S值较高，相当于海水硫酸盐的水平(Claypool et al., 1980；Strauss，1983)。湘南地区大多数矽卡岩型矿床的赋矿围岩为中、上泥盆系碳酸盐岩，富硫且δ³⁴S值较高。矽卡岩型钨矿床δ³⁴S值高于石英脉型钨矿，可能与灰岩中微量硫酸根离子的加入有关，同时，也与矽卡岩型钨矿床成矿机制有关，成矿过程中碳酸盐岩地层对岩浆产生了较大程度的同化混杂作用。研究发现，在石榴子石、透辉石矽卡岩形成之前，碳酸盐岩围岩与岩浆的混染作用已经进行，并改变了岩浆的成分，如岩体边部、岩枝或岩脉的钠/斜长石的An值升高(另文论述)。这一同化混染过程也会提高岩浆的硫的含量、导致岩浆δ³⁴S值的升高。

3)岩浆演化的液态分离作用

纵观南岭地区两类钨矿床，脉型矿床δ³⁴S值范围狭窄，且绝大多数局限在0值附近。矽卡岩型矿床δ³⁴S值普遍较高。研究已经发现，脉型矿床形成于相对封闭系统中(另文发表)，矽卡岩型矿床形成于相对开放系统中。开放系统的岩浆热液分异过程有大量气态物质的逸失，可能会导致残留的岩浆中相对富集³⁴S，进而有利于矽卡岩型矿体中硫化物δ³⁴S值的升高。有关这一点还需要寻找进一步的证据。

综合黄沙坪地区岩浆演化与地球化学特征，花岗斑岩岩浆侵入时受到高δ³⁴S值的围岩混染应是岩浆δ³⁴S值增高的主要原因。有关岩浆上侵过程中遭受围岩中硫混染的研究，多集中于超基性岩有关Cu-Ni-Pt矿床方面(Ripley et al., 2003；王瑞廷等，2005)，在一些矽卡岩型铜、铁矿床以及斑岩铜矿床的研究中，很多成果也发现围岩的混染作用，尤其是硫的加入对金属物质富集成矿的影响。在湘南地区，黄沙坪矿床矽卡岩的硫化物δ³⁴S值最高，外围的柿竹园、新田岭、锡田等矽卡岩矿床硫化物δ³⁴S值也较高，大体以黄沙坪为中心，周边的矽卡岩型矿床构成δ³⁴S值的高值区(图 1)。瑶岗仙和尚滩矽卡岩矿床δ³⁴S为-1.3‰~3.6‰，平均1.0‰(作者未发表数据)，大体可作为其边界；江西崇义宝山矽卡岩型钨矿δ³⁴S平均1.7‰(朱焱龄等，1981)。这一地区性的δ³⁴S值增高与矽卡岩矿床分布相对应，显示这一区域的围岩对硫的混染作用很可能对矽卡岩演化及其成矿作用有着制约性影响，这种影响可能首先从改变岩浆岩的性质开始。

从图 6可知，黄沙坪、宝山以及瑶岗仙、凡口矿床矿石的μ值(²³⁸U/²⁰⁴Pb)相近，大体在9.7左右(图 6)。凡口铅锌矿床²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb值比其他几个矿体稍低，这可能与该矿床的形成与盆地卤水作用有关(祝新友等，2013)，容矿地层为中、上泥盆统碳酸盐岩，成矿物质来源与围岩相对应。宝山、黄沙坪、瑶岗仙矿床的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb值变化基本相同，其成矿作用与燕山早期中酸性侵入岩有关，铅主要来自于岩浆岩。肖红全等(2003)对柿竹园矿田金船塘矿床的铅同位素分析结果也表明该矿床的铅来源于千里山花岗岩浆，他们还获得一条Pb-Pb等时线年龄，与千里山岩浆侵入年龄一致，进一步说明成岩成矿的一致性。

图 6

Fig. 6

图 6 黄沙坪矿床207Pb /204Pb-206Pb /204Pb演化图解 虚线为基于Doe and Zartman (1979)的上地壳、造山带和地幔演化图解(图中也标出了宝山、瑶岗仙和凡口矿床的铅同位素数据，供对比，数据引自祝新友等, 2012①) Fig. 6 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb diagram of the Huangshaping deposit The dash lines present the evolution of the upper crust, orogenic and mantle evolution curves adopted from Doe and Zartman (1979)

①祝新友，王艳丽，汤静如. 2012.湖南瑶岗仙钨矿典型矿床研究(湘南-粤北地区锡钨多金属矿床成矿规律总结研究专题).研究报告(内部资料)

在Doe and Zartman (1979)的铅同位素来源演化图解上(图 6虚线)，不同矿床具有相似的初始来源，样品点均落在上地壳演化曲线附近，这与岩浆岩的成因相对应，黄沙坪、瑶岗仙矿床的成矿花岗岩均属幔源物质上涌导致的地壳物质重熔的产物，宝山矿床花岗闪长岩被认为属I型花岗岩，有更多幔源物质的参与(路远发等，2006)。

黄沙坪矿床侵入岩成岩年龄为152±3Ma (SHRIMP U-Pb，雷泽恒等，2010)，成矿年龄为158.4±1.3Ma (Re-Os等时线，齐钒宇等，2012)。宝山矿床花岗闪长斑岩成岩年龄SHRIMP U-Pb 158±2Ma，辉钼矿Re-Os等时线年龄为160±2Ma (路远发等，2006)。两个矿床侵入岩成岩年龄与成矿年龄大体相当，显然铅同位素的差异性主要不是年龄问题，而是来源与演化过程不同所致。

宝山与黄沙坪、瑶岗仙的差异更大程度上反映出成岩物质U/Th含量的差异，最终导致放射性成因铅含量的不同，尤其是²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb的不同。宝山矿床铅同位素单阶段模式年龄更加靠近岩体的年龄值，而钨矿有关花岗岩单阶段模式年龄远大于成岩成矿年龄，显示出宝山花岗闪长岩的铅同位素组成更加接近于地球铅同位素单阶段演化历史，这与宝山花岗闪长岩属I型花岗岩、有较多幔源物质参与的结论是一致的；而黄沙坪、瑶岗仙及其它一些钨矿区花岗岩成岩物质为古老变质岩的重熔，因此其铅同位素演化不符合单阶段演化模式的前提，从而其单阶段模式年龄值偏老。

以方铅矿、闪锌矿、黄铁矿的硫、铅同位素分析结果制作黄沙坪、宝山矿床的Pb-S同位素图解，如图 7。黄沙坪矿床铅同位素比值与δ³⁴S值之间存在较显著的线性相关关系，δ³⁴S值与²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb的相关系数分别为-0.720、-0.699、-0.724，为避免²⁰⁴Pb分析误差，图中也显示了δ³⁴S值与²⁰⁶Pb/²⁰⁸Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁸Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb的相关关系，线性关系也很明显。这种线性关系一方面说明Pb来源与S的来源相同，另一方面也显示出2种来源物质混合的特性，即S和Pb均存在两种来源。

图 7

Fig. 7

图 7 黄沙坪、宝山矿床矿石铅同位素值-δ34S图解 Fig. 7 δ34S value vs. lead isotope ratio of sulfide minerals in the Huangshaping and Baoshan deposits

结合黄沙坪矿床硫化物δ³⁴S值围绕花岗斑岩分带的现象，主要物质应来自于花岗斑岩体，其具有较高的δ³⁴S值，和相对低的放射性成因铅，另一类物质具有相对低的δ³⁴S值，放射性成因铅含量相对高，对应的源区可能是矿区下石炭统容矿围岩，其中的浸染状黄铁矿内有较低的δ³⁴S值。大多数情况下，沉积岩较同时代侵入岩往往具有更高含量的放射性成因铅。

宝山矿床δ³⁴S、铅同位素值分布范围均很小，也不存在线性分布特点，显示S、Pb来源较单一，成矿物质来自于花岗闪长斑岩。

比较黄沙坪、宝山矿床的S、Pb同位素组成，在图 7中，二者分布特点、位置完全不同，也显示出两个矿床完全不同的岩石成因、成矿物质来源和矿床成因。黄沙坪矿床成矿岩体与南岭钨多金属矿区花岗岩相似，具有陆壳重熔花岗岩的特点，成矿矿种为W-Mo-Bi-Pb-Zn及萤石等，宝山矿床花岗闪长斑岩具有I型花岗岩特点，成矿矿种为Cu-Mo-Pb-Zn。

在南岭钨矿床中，黄沙坪矿床成矿岩体小，矿床规模大，是南岭地区小岩体成大矿的典型。除此之外，与南岭钨多金属矿相比，成矿作用具有独特性：1)深部W-Mo-Bi规模巨大，铁品位较高，共生大型铁矿，而且外围发育大规模的铅锌矿化，其铅锌矿规模居南岭锡钨多金属矿床之首，超过杮竹园等矿床；2)成矿地质体为花岗斑岩，黄沙坪为南岭地区唯一与斑岩体有关的大型锡钨多金属矿床；3)岩体具有异常高的δ³⁴S值。

这些特点也说明成矿地质体花岗斑岩具有独特的演化过程。花岗斑岩岩浆侵位深度更高，岩浆结晶温度和成矿温度相对更低，这就要求岩浆具有更高的Li-F等挥发份，使岩浆上侵至较高的高度(Robb, 2005)。在南岭地区，黄沙坪矿床的萤石含量不仅远高于石英脉型钨矿，也高于柿竹园矽卡岩型钨矿床。

岩体侵位高，赋存的围岩较新，黄沙坪地区位于下石炭统沉积岩之下更深部层位的泥盆系厚层碳酸盐岩富含浸染状黄铁矿，且具有较高的δ³⁴S值。这种较大的迁移路径以及富F特点增加了岩浆与地层同化混染的机会，也可能是黄沙坪花岗斑岩岩浆具有高δ³⁴S的重要原因。相比之下，杮竹园、瑶岗仙、锡田、香花岭与矿化有关的沉积岩为泥盆系，芙蓉、新田岭下部为大规模岩基，δ³⁴S呈小的正值可能与此有关。

矽卡岩型矿床较石英脉型钨矿具有明显高的δ³⁴S值，如果这些硫主要是深部及围岩地层同化混染的结果，将导致这类岩浆具有更高含量的硫，这也就可以进一步解释为什么富含硫的铅锌矿只出现于矽卡岩的外围，而石英脉型钨矿床则缺乏这类铅锌矿，虽然石英脉型钨矿对应的成矿花岗岩中Pb、Zn含量也较高。

宝山矿床的成矿特点不同于黄沙坪，而更相似于水口山、银山等矿床，属于南岭另一类矽卡岩成矿系列(胡永嘉等，1984)。由于岩浆性质不同，如F含量低，属正常I型花岗岩等，受围岩的同化混染程度低，成矿物质基本来自岩浆岩，受地层影响不明显。

黄沙坪锡钨铅锌多金属矿床硫化物δ³⁴S值围绕碱长花岗斑岩形成分带，花岗斑岩δ³⁴S>14‰。铅同位素组成较均一，其比值与δ³⁴S值呈线性分布，相关度较高。成矿的硫和铅主要来自花岗斑岩，少量的硫可能来自含矿地层，后者较前者更加富含放射性成因铅。引起δ³⁴S值围绕花岗斑岩体分带的原因和机制主要是硫同位素的热力学分馏作用，以及成矿作用过程中来自地层的低δ³⁴S值硫的加入。

黄沙坪矿床的花岗斑岩具有南岭地区钨矿床中最高的δ³⁴S值，引起花岗斑岩岩浆高δ³⁴S值的主要原因是深部富含硫化物(δ³⁴S值高)的地层的混染作用，其次是成矿围岩碳酸盐岩的同化混染作用。富含挥发份(Li-F)的岩浆、赋矿地层较新且深部存在泥盆系等是黄沙坪花岗斑岩δ³⁴S值增高的重要因素。矽卡岩型钨矿床成矿作用过程中地层与岩浆的强烈作用(包括同化混染)也会促进这一趋势，而石英脉型钨矿床这一特点不明显，δ³⁴S值一般都在0值附近，成矿物质来自岩浆岩。

湘南地区围绕黄沙坪矿床存在一个δ³⁴S值较高的区域矽卡岩型钨矿带。

宝山矿床硫、铅同位素组成更加集中，分布范围不同于黄沙坪，成矿物质来自岩浆岩。黄沙坪与宝山矿床均为矽卡岩型，但岩浆岩性质不同、成矿机制不同，二者代表了南岭地区燕山早期存在的两类不同性质的岩浆活动以及不同类型的成矿作用。