2013, Vol. 29
2. 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083
2. State key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
鲁春铜铅锌矿床位于云南省德钦县城南东3km处，矿区面积约12km2，214国道从矿区西侧通过。地理位置上位于著名的横断山区，矿区海拔3000~4500m。鲁春铜铅锌矿床最早于1979年由云南地矿局第七地质队发现，随后云南地矿局在此进行了大量的勘查工作，1996后成都地质矿产研究所、西南地调中心、云南地质调查研究院等多家单位先后对鲁春铜铅锌矿床开展了一些科研和评价工作，一致认为鲁春铜铅锌矿床为Cu、Pb、Zn、Au、Ag多金属矿床，找矿潜力巨大。目前对鲁春铜铅锌矿床的成因存在不同的认识，王立全等(2001a,b )研究认为鲁春铜铅锌矿床为赋存在伸展环境下形成的鲁春-红坡牛场上叠裂谷盆地内的SEDEX型喷流-沉积块状硫化物矿床，赵灿华等(2011)认为该矿床为热液矿床。王立全等(2002)采用Rb-Sr同位素年代学方法对鲁春-红坡牛场上叠裂谷盆地中玄武岩和流纹岩的年龄进行了测定，获得了“双峰式”火山岩的平均年龄值为224Ma, 认为该火山岩形成于金沙江弧-陆碰撞后的地壳伸展构造环境。本文通过鲁春火山岩的锆石U-Pb年龄、地球化学，来探讨滇西鲁春火山岩形成的构造环境，并对鲁春火山岩地球化学与鲁春铜铅锌矿床矿石、容矿围岩进行了对比研究，这为进一步查明鲁春铜铅锌矿床的成因类型与找矿具有重要的意义。
1 矿区地质概况鲁春铜矿床在构造位置上位于金沙江构造带中部。区内出露三叠系地层(图 1)，由老到新为：中三叠统上兰组(T2s)：底部为中-厚层状灰岩，下部为中-厚层状石英砂岩夹薄-中层状粉砂岩，中部为薄-中层状粉砂岩-粉砂质泥岩夹中层状砂岩、基性火山岩，上部薄层状砂泥质复理石夹硅质岩。上三叠统人支雪山组(T3r)：T3r1(人支雪山组一段)主要为一套基性火山岩(玄武岩)、火山碎屑岩、碎屑岩夹碳酸盐岩及凝灰质硅质岩组合；T3r2(人支雪山组二段)主要由一套灰色薄层钙质绢云板岩-绿泥绢云板岩-绢云绿泥板岩(砂泥质复理石)、薄层泥质灰岩-灰质泥岩(灰泥建造)夹玄武岩、流纹岩和中-厚层状灰岩透镜体(滑塌体)构成；T3r3(人支雪山组三段)主要由一套浅灰白色流纹岩为主夹薄层钙质绢云板岩、砂质板岩、碳质板岩构成。上三叠统红坡组(T3h)：主要由基性-酸性的火山岩、火山角砾熔岩、泥质条带石膏层夹生物碎屑灰岩、紫红色中-厚层砂岩夹砂质泥岩组成(王立全等，2001a)。
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图 1 鲁春铜铅锌矿床地质简图(据王立全等，2001a修改) 1-石炭-二叠系浅变质岩；2-中三叠世上兰组；3-上三叠统人支雪山组一段；4-上三叠统人支雪山组二段；5-上三叠统人支雪山组三段；6-上三叠统红坡组；7-第四系；8-白茫雪山花岗闪长岩；9-矿体；10-研究区 Fig. 1 Geological sketch map of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit (modifying after Wang et al., 2001a) 1-Carboniferous-Permain epimetamorphics; 2-Upper Triassic Shanglan Formation; 3-Upper Triassic Renzhixueshan Formation unit 1; 4-Upper Triassic Renzhixueshan Formation unit 2; 5-Upper Triassic Renzhixueshan Formation unit 3; 6-Upper Triassic Hongpo Formation; 7-Quaternary; 8-Baimangxueshan granodiorite; 9-orebody; 10-research region |
鲁春铜矿床赋存在上三叠统人支雪山组二段的一套强绿泥石化、绢云母化、硅化的浅变质火山-沉积岩系中。火山-沉积岩系普遍矿化，具多层矿化层，矿化层由中细粒硫化物组成，具粒序结构、韵律结构，层纹状构造、层带状构造等沉积作用的特点(王立全等，2000)。矿体倾向70°~120°，倾角25°~60°。矿体长约3km，近南北向分布，呈透镜状、脉状产出，断续出露，厚度在1.06~16.35m之间。
鲁春铜矿的矿石主要为原生矿石，少量氧化矿石。原生矿石分布于地表及地表以下，灰黑色-灰色、浅绿色-墨绿色，根据矿石构造，原生矿石可分为：浸染状矿石、脉状-网脉状矿石、块状矿石、条带状矿石、条纹状矿石五种。氧化矿石主要分布于地表及浅部，在鲁春矿床中所占份额很少，黄褐色、浅黄色、绿色或蓝色，金属矿物成分为(硅)孔雀石、水锌矿、铅矾、蓝铜矿、褐铁矿，脉石矿物成分为石英、绢云母及粘土矿物。
2 样品采集和分析方法本文对鲁春火山岩、矿石和容矿围岩样品进行了系统采样和分析测试(图 2)。本次试验鲁春火山岩样品采自鲁春铜矿床北矿段，容矿板岩、铜矿石样品采自鲁春铜矿床南矿段。对采集到的样品选择相对新鲜者进行主量元素、微量元素、稀土元素分析。样品分析在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成。其中主量元素均采用XRF法完成，微量元素和稀土元素分析方法为ICP-MS，具体方法见朱赖民等(2009)。
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图 2
鲁春铜铅锌矿床鲁春火山岩岩相学特征和矿石矿相学特征
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火山岩样品首先经过破碎，经浮选和电磁等方法挑选出单颗粒锆石，然后在双目镜下手工挑出晶形完好、透明度和色泽度好的锆石，粘于环氧树脂表面。精抛光后进行透射光和反射光照相，据此选择晶体特征良好的锆石阴极发光(CL)分析，最后根据阴极发光照射结果选择典型的岩浆锆石进行LA-ICP-MS测年分析。锆石的CL图像在中国地质科学院资源所电子探针分析室完成，锆石的U-Pb年龄测定在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室LA-ICP-MS室完成。分析仪器为美国Agilent科技有限公司7500a型ICP-MS与美国New Wave贸易有限公司UP193SS型激光剥蚀系统。
锆石U-Pb年龄分析采用的光斑直径为36μm，并用国际标准锆石91500作为外标标准物质，外标校正方法为每隔4~5个样品分析点测一次标准，保证标准和样品的仪器条件完全一致。样品的同位素数据处理采用Glitter (4.4.1版)软件进行，普通铅校正采用Andersen的方法(Andersen, 2002)，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot (3.23版)进行(Ludwig, 2003)，测试中的误差标准为1σ，实验详细的流程参见Black et al. (2004)。
3 分析结果 3.1 鲁春火山岩地球化学特征鲁春火山岩的主量元素、微量元素和稀土元素分析见表 1。由分析结果可知，鲁春火山岩烧失量为2.64%~8.39%，明显经历了蚀变作用。因此，不能用活动元素来讨论岩石系列和成因(如Na, K, Ca, Cs, Rb, Ba和Sr)。我们用不活泼元素(如高场强元素和稀土元素)、过度元素对岩石分类和讨论岩石的构造背景及成因(朱弟成等，2006)。
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表 1 鲁春火山岩和容矿板岩常量(wt%)、微量稀土元素(×10-6)分析结果 Table 1 Major elements (wt%), trace elements and REEs composition (×10-6) of the Luchun volcanic rocks and the host slate |
鲁春火山岩样品的SiO2含量分布在两个区间，分别为50.93%~53.47%、79.78%~80.24%。在SiO2-Zr/TiO2分类图中(Winchester and Floyd, 1977; Zhu et al., 2012)，样品落在玄武岩、流纹岩区域内(图 3)。玄武岩的MgO含量为6.27%~7.75%，Mg#为65~76，Cr (233×10-6~282×10-6)、Ni (103×10-6~123×10-6)，表明玄武岩没有经历显著的橄榄石和辉石等镁铁质矿物的结晶分离(朱弟成等，2006)。低Al2O3(15.67%~15.83%)。在Th-Co图中，样品点落在钙碱性玄武岩区域内；流纹岩的MgO含量为1.19%~1.25%，低Al2O3(8.90%~8.96%)，低Mg#(27~31)、Cr (75.7×10-6~95.7×10-6)、Ni (7.24×10-6~8.76×10-6)，表明在岩浆演化过程中经历了橄榄石和辉石的结晶分离(Zhu et al., 2012)。在Th-Co图中，样品点落在高钾钙碱性玄武岩和橄榄玄粗岩区域内(图 3)。
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图 3 SiO2-Zr/TiO2图解(a, 底图据Winchester and Floyd, 1977; Zhu et al., 2012)和Th-Co图(b, 据Hastie et al., 2007) Fig. 3 SiO2-Zr/TiO2 diagram (a, after Winchester and Floyd, 1977; Zhu et al., 2012) and Th-Co plot (b, after Hastie et al., 2007) |
鲁春玄武岩的稀土含量低，∑REE=84.80×10-6~98.81×10-6，轻重稀土分异(图 4a)，轻稀土相对富集，(La/Yb)N=9.01~11.67，具弱的负Eu异常，δEu=0.74~0.82。在微量元素原始地幔标准化图上(图 4b)，鲁春玄武岩强烈亏损Ta、Nb、Ti，Dy-Lu较平坦。鲁春流纹岩的稀土含量较低，∑REE=36.13×10-6~41.31×10-6，轻重稀土分异(图 4c)，轻稀土相对富集，(La/Yb)N=8.85~12.35，具有明显的负Eu异常，δEu=0.77，表明在岩浆演化过程中有斜长石的结晶分离。在微量元素原始地幔标准化图上(图 4d)，鲁春流纹岩富集Nd，强烈亏损Ti。
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图 4 鲁春玄武岩(a)和流纹岩(c)的球粒陨石标准化稀土元素配分图及玄武岩(b)和流纹岩(d)的原始地幔标准化微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns for the Luchun basalt (a), rhyolite (c) and primitive mantle-normalized trace element patterns for the Luchun basalt (b), rhyolite (d) (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
容矿板岩的主量元素、微量元素和稀土元素分析见表 1，由分析结果可知，板岩样品的SiO2含量为59.24%~79.58%，平均值70.08%，Al2O3为11.83%~17.56%，平均值为15.19%，低TiO2 (0.17%~0.46%，平均值为0.30%)、Na2O (0.16%~0.25%，平均值为0.17 %)，CaO为0.09%~0.31%，平均值为0.20%，MgO (0.81%~4.22%，平均值为2.03%)，富K2O (3.75%~5.14%，平均值为4.66%)，鲁春板岩岩石的稀土含量低，∑REE=24.78×10-6~147.6×10-6(平均值为67.65×10-6)，轻稀土元素相对富集(图 5a)，LREE/HREE=0.57~8.04(平均值为3.32)，(La/Yb)N=0.33~6.53(平均值为2.62)。样品出现明显的负Eu异常，δEu=0.12~0.45，平均值为0.25。在微量元素原始地幔标准化图上(图 5b)，鲁春板岩富集U、Zr，强烈亏损P、Ti。
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图 5 容矿板岩的球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) for the host slate (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
矿石的微量分析结果列于表 2，矿石的稀土元素含量低，∑REE为31.15×10-6~118.7×10-6, 平均值为66.71×10-6，在稀土配分模式图上其稀土配分形式为略向右倾(图 6a)，LREE富集，轻重稀土元素分馏明显，LREE/HREE=5.91~10.02(平均值为7.62)，(La/ Yb) N=7.17~11.92，Eu具有明显的负异常(δEu=0.17~0.54)。在微量元素原始地幔标准化图上(图 6b), 矿石富集U、La，强烈亏损Ta、Nb、，Dy-Lu较平坦。
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表 2 鲁春铜铅锌矿床矿石的微量及稀土元素(×10-6)分析结果 Table 2 Trace element and REE contents of the ores (×10-6) of the Luchun Cu-Pb-Zn deposit |
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图 6 鲁春铜铅锌矿床矿石的球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b) (标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) for the ores in the Luchun Cu-Pb-Zn deposit (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
CL分析显示流纹岩样品LC34锆石颗粒晶形良好，外形特征主要呈长柱状或短柱状，无色、透明，锆石具有较典型的岩浆振荡环带结构(生长环带)，表明这些锆石为典型的岩浆锆石(图 7；吴元保和郑永飞，2004)。
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图 7 样品LC34中锆石的阴极发光图像和年龄值 Fig. 7 CL images of zircons and ages from the sample LC34 |
样品LC34的10个锆石分析点的206Pb/238U年龄范围为262~277Ma (表 3)，位于206Pb/238U-207Pb/235U谐和曲线上(图 8)。利用Isoplot软件得到这个样品10个锆石分析点的206Pb/238U加权平均年龄为270.0±4.6Ma (95% confidence, MSWD=0.52)。该年龄代表了鲁春火山岩的结晶时代，为早二叠世晚期。
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图 8 鲁春火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig. 8 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram of the Luchun volcanic rocks |
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表 3 鲁春火山岩(LC34) LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定结果 Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for the Luchun volcanic rocks (LC34) |
鲁春流纹岩锆石U-Pb年龄为270.0±4.6Ma，和羊拉火山岩锆石U-Pb年龄最小值(296Ma)接近(路远发等，2000)。该地区羊拉铜矿床是火山成因VMS型矿床，说明在此期间，该地区曾发生过火山成矿作用。许多学者(Winchester and Floyd, 1976；Sun and Nesbitt, 1978; Arndt and Nesbitt, 1982; Ludden et al., 1982; Jochum et al., 1991; Laflèche et al., 1992; Condie, 1994; Arndt, 1994; Arndt et al., 2008)认为主要元素(Al, Ti, P)，高场强元素(Th, Nb, Ta, Zr, Hf), 稀土元素(除了Eu, Ce)，Y和过渡金属元素(Cr, Co, Ni, Sc, V)是相对不活泼的，不受热液蚀变和变质作用的影响。相反，大离子亲石元素，如Cs、Na、K、Rb、Ba、Pb、Sr和Ca是相对活泼的，易受热液蚀变和变质作用的影响(Arndt et al., 2008; Lesher et al., 2001)。这些不活泼元素的比值常常可以用来判断成矿物质的来源。鲁春火山岩的Zr/Hf、Th/Nd、Nb/Nd的平均值分别为37.30、1.35、0.82，鲁春铜铅锌矿床铜矿石的Zr/Hf、Th/Nd、Nb/Nd的平均值和鲁春火山岩的平均值相近，分别为31.04、0.44、0.30。同时，鲁春铜铅锌矿床矿石具有条带状、层状构造等沉积作用的特点(图 2)，说明鲁春铜铅锌矿床经历了海西期火山喷流沉积成矿作用。
王立全等(2002)采用Rb-Sr同位素年代学方法对鲁春-红坡牛场上叠裂谷盆地中玄武岩和流纹岩的年龄进行了测定，获得了“双峰式”火山岩的平均年龄值为224Ma，和矿区白茫雪山花岗岩的年龄(232Ma)(高睿等，2010)、羊拉铜矿床羊拉花岗岩的年龄(230~235Ma)接近(高睿等，2010；杨喜安等，2011)，是印支期岩浆活动。本文测定的鲁春火山岩的锆石U-Pb年龄为270Ma，接近羊拉火山岩锆石U-Pb年龄的最小值(296Ma)，为研究区海西期火山活动提供了证据。研究表明鲁春铜铅锌矿床、羊拉铜矿床经历了海西期喷流沉积成矿作用和印支期热液叠加成矿作用(潘桂棠等，2003；邓军等, 2011, 2012；杨喜安，2012)。
4.2 鲁春铜矿床容矿板岩与成矿的关系鲁春铜矿床容矿板岩的稀土含量低，∑REE=24.78×10-6~147.6×10-6(平均值为67.65×10-6)，轻重稀土明显分异，LREE/HREE=0.57~8.04(平均值为3.32)，(La/Yb)N=0.33~6.53(平均值为2.62)。样品出现明显的负Eu异常，δEu=0.12~0.45，平均值为0.25。鲁春铜矿石的稀土元素含量低(∑REE=31.15×10-6~118.7×10-6)，平均值为66.71×10-6, 在稀土配分模式图上其稀土配分形式为略向右倾，LREE富集，轻重稀土元素分馏明显，LREE/HREE=5.91~10.02(平均值为7.62)，(La/ Yb) N=7.17~11.92，Eu具有明显的负异常(δEu=0.17~0.54)。鲁春铜铅锌矿床容矿板岩的稀土配分形式和鲁春铜矿石相似，表明鲁春铜铅锌矿床和围岩岩物质来源一致，鲁春铜铅锌矿床经历了海西期火山喷流沉积成矿作用。
4.3 地质意义滇西鲁春铜铅锌矿床位于金沙江构造带中部。金沙江构造带东部为中咱-中甸板块，西部为昌都-思茅板块。金沙江构造带经历了海西期-印支期裂隙盆地、洋盆扩张、俯冲消减、陆陆碰撞等一系列构造演化过程(侯增谦等，1996；李文昌和莫宣学，2001；王立全等，2002；刘家军等，2003；曾普胜等，2004)。
金沙江洋盆在早泥盆世形成(侯增谦等，1996；魏君奇等，1999；路远发等，2000)，至晚泥盆世，金沙江洋盆已经形成了浅海相-次深海相的碳酸盐岩、硅质岩、砂泥质复理石建造，并伴有中基性火山岩喷发。早石炭世至早二叠世金沙江洋盆进一步扩张为成熟的大洋，洋盆宽达数百千米，以大洋中脊型玄武岩、放射虫硅质岩、粉砂岩、黑色碳质页岩组成的硅泥质-砂泥质复理石建造代表深海沉积。该玄武岩具有“双峰式”的组合特征，它们与广泛分布在中咱地块西侧的枕状构造的洋脊-准洋脊拉斑玄武岩和嘎金雪山、贡卡、吉义独等地的镁铁-超镁铁岩共同组成洋盆蛇绿岩套(莫宣学等, 1993, 1998)。
在Th/Yb-Nb/Yb判别图上(图 9)，玄武岩、流纹岩样品点分别落入弧前玄武岩区及岛弧玄武岩区附近。岛弧玄武岩强烈亏损高场强元素Ti、Nb和Ta，与大洋中脊玄武岩和板内玄武岩有明显的区别(Pearce, 2008)。在鲁春火山岩微量元素的原始地幔标准化蛛网图上，所有样品均显示了强烈亏损高场强元素Ti、Nb和Ta；鲁春火山岩锆石U-Pb年龄为270.0±4.6Ma，反映了鲁春火山岩形成于早二叠世晚期金沙江洋盆消减阶段的岛弧构造环境(朱弟成等，2009；陶琰等，2011)。德钦鲁春火山岩位于江达-德钦-维西陆缘火山弧中部，本文与潘桂棠等(2003)的研究一致。潘桂棠等(2003)研究认为金沙江洋盆于早二叠世晚期开始向西俯冲消减于昌都-兰坪陆块之下，自东向西形成朱巴龙-羊拉-东竹林一带洋内弧及其洋内弧西侧的西渠河-雪压央口-工农一带弧后盆地(P12-P2)、江达-德钦-维西陆缘火山弧及其陆缘弧西侧的昌都-兰坪弧后盆地(P12-P2)。
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图 9
Th/Yb-Nb/Yb构造图解(据Pearce，2008；Kerrich and Said, 2011)
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滇西金沙江构造带发育由板岩、大理岩、石英岩、石英砂岩、蛇绿岩等组成的混杂堆积及一系列叠瓦状的断层(曲晓明等，2004)，这是金沙江洋盆向西俯冲消减过程中，大洋板块表面的沉积物、相当数量的松散远海堆积、蛇绿岩碎片及海山被刮落下来，连同从仰冲的昌都-思茅板块一侧由于重力下掉的岩块一起组成的增生楔(Gutscher et al., 2009；Miyakawa et al., 2010)，是板块碰撞缝合带的标志(马文璞，1992；Malavieille and Trullenque, 2009)。在金沙江洋盆向西消减过程中，昌都-思茅板块受到东西向的挤压，在增生楔后产生挠曲形成了鲁春弧前盆地(王成善和李祥辉，2003)。
晚二叠世晚期, 火山活动导致海底火山喷流热液活动系统, 在鲁春弧前盆地中，形成半封闭-封闭条件下的卤水池，成矿流体进入鲁春弧前盆地的次级洼地中和盆地内部的构造中，形成层状和脉状矿体。
5 结论(1)鲁春火山岩锆石U-Pb年龄为270.0±4.6Ma。稀土和微量元素分布图显示该火山岩富集轻稀土元素、强烈亏损Na、Ta、和Ti，表明该火山岩具有岛弧火山岩的地球化学特点，反映了该火山岩形成于早二叠世晚期金沙江洋盆消减阶段的岛弧构造环境。
(2)鲁春铜铅锌矿床矿石的不活泼元素和矿区火山岩相似，鲁春铜铅锌矿床矿石具有条带状、层状构造等沉积作用的特点，表明鲁春铜铅锌矿床经历了海西期火山喷流沉积成矿作用。
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