川西爾呷地吉Pb－Zn礦床方解石Sm－Nd等時線年齡及其地質意義

張進平，黃從俊

1.山東省第四地質礦產勘查院，山東 濰坊 261021；2.中國地質調查局 成都地質調查中心，四川 成都 610081

0 引言

揚子地塊西南緣的川－滇－黔交界地帶，是我國密西西比河谷型（MVT）鉛鋅礦床集中產出區（圖1a）.該礦集區北起四川漢源，向南經會東至云南昆明，西起四川會理天寶山，向東經云南巧家到貴州威寧.在這一狹長地帶中，分布著MVT Pb－Zn礦床、礦點和礦化點400多處［1］，其中（超）大型10余處（如會澤、大梁子、樂紅、天寶山和赤普大型鉛鋅礦床）、中型礦床幾十處，小型礦床百余處.爾呷地吉Pb－Zn礦床位于赤普大型MVT Pb－Zn礦床北側，是新近發現的中型Pb－Zn礦床（Pb＋Zn金屬儲量大于30×104t，Zn平均品位5.30%，Pb平均品位3.25%）（圖1a）.目前存在該礦床成因類型不清、成礦作用與峨眉山玄武巖巖漿活動是否有關等問題，這些問題不僅制約了對該礦床成因的認識，還制約了該礦床的進一步找礦方向與勘探工作，其主要原因之一，是缺乏對礦床成礦時代的精確定年.

由于缺乏可直接用于同位素定年的礦物，MVT鉛鋅礦床如何精確定年的問題一直困擾著國內外礦床地質學家［2-3］.輕稀土元素（LREE）Sm和Nd的地球化學性質相近，由放射性母體衰變形成的穩定子體可在礦物晶格中穩定保存，因為礦物晶格中的Sm－Nd同位素體系具較高的封閉性、較強的抗風化和蝕變能力，所以在熱液活動和蝕變作用強烈的礦床中，Sm－Nd同位素等時線法是精確、有效的定年手段［4］.稀土元素（REE）在流體體系中通常與CO32－、HCO3－、OH－、F－、HPO42－等絡陰離子結合以穩定絡合物形式運移［5］；六次配位的REE3＋離子半徑為1.032～0.861 pm，其中Sm3＋、Nd3＋離子半徑分別為0.958 pm和0.983 pm，而方解石中六次配位的Ca2＋半徑為1.0 pm.由于六次配位的Sm3＋、Nd3＋離子半徑與六次配位的Ca2＋半徑非常相近，因此在方解石結晶沉淀時，Sm3＋、Nd3＋可大量類質同象替換Ca2＋進入方解石晶格［6］.目前，已有許多中國學者成功利用方解石Sm－Nd等時線法對MVT Pb－Zn礦床進行了精確定年，如云南會澤超大型鉛鋅礦床［7］、云南茂租中型鉛鋅礦［8］、四川大梁子大型鉛鋅礦［9］等.方解石是爾呷地吉Pb－Zn礦床中重要的脈石礦物之一，主成礦期方解石與方鉛礦和閃鋅礦緊密共生.因此，本文首次對爾呷地吉Pb－Zn礦床主成礦期方解石進行Sm－Nd同位素等時線定年，并討論其地質意義.

1 礦床地質特征

爾呷地吉Pb－Zn礦床所在區域為揚子地塊西南緣龍門山造山帶前緣的巨厚碳酸鹽巖臺地，其北東側與四川盆地相接，北西側靠近東門山造山帶，西南與三江造山帶接壤，東南臨近華南褶皺系與南盤江前陸盆地［9］.區內發育多條深大主斷裂，主斷裂旁側發育多條次級斷裂，MVT Pb－Zn礦床主要分布于這些主斷裂或其次級斷裂附近.爾呷地吉Pb－Zn礦床就位于近南北走向的石棉－小江斷裂北段（圖1a）.

礦區內出露地層以沉積成因為主，從震旦系到奧陶系均有出露（圖1b）.地層從新到老有奧陶中統上巧家組（O2q）中層（粉砂質）泥巖夾長石石英砂巖，奧陶系下統下巧家組上段中厚層塊狀細晶白云巖（O1q2），奧陶系下統下巧家組下段（O1q1）灰白色厚層狀泥質細粒石英砂巖，奧陶系下統紅石崖組（O1h）互層灰綠色－紫紅色泥巖、砂巖，寒武系上統二道水群（C3e）淺灰色—灰色中厚層狀白云巖，寒武系中統西王廟組（C2x）中厚層狀粉砂巖夾微晶白云巖，寒武系下統龍王廟組（C1l）黃灰色中厚層狀粉晶白云巖，寒武系下統滄浪鋪組（C1c）紫紅色－灰綠色砂泥巖夾白云巖，寒武系下統筇竹寺組（C1q）灰黑色薄—中厚層狀炭質頁巖夾粉砂巖及震旦系燈影組（Z2dn）白云巖地層.此外前人調查發現在礦區外的西南和東南方向有峨眉山玄武巖出露［10］.爾呷地吉Pb－Zn礦床的礦體主要賦存于震旦系燈影組三段的第二巖性段（Z2dn3－2）中，巖性為含黑色燧石條帶的白云巖；礦體的頂板為寒武系下統筇竹寺組炭質頁巖夾粉砂巖（圖2a）.礦區位于走向近南北、樞紐南端傾伏的沙岱向斜中.該向斜從核部到翼部，地層巖性由奧陶系向震旦系地層變化，地層厚度逐漸變薄.礦區發育斷層4條，均為走向近北西、傾向北東的逆斷層，其中主斷層F1（馬拉哈逆沖斷層）沿北西走向貫穿礦區，傾角74～80°，切錯沙岱向斜各組成地層，在該斷層兩盤均有礦體存在（圖1）.

礦床分為南西、中部和北東3個礦區，鉆探和平硐等探礦工程在這3個礦區已控制4條礦體.礦體呈似層狀、透鏡狀和不規則囊狀.低品位似層狀礦體中方鉛礦和閃鋅礦呈浸染狀分布，高品位角礫狀礦體中方鉛礦和閃鋅礦呈網脈狀膠結白云巖角礫（圖2a）.部分礦體明顯受構造裂隙控制，具有順斷裂分布的特征（圖1b）.礦石礦物主要為方鉛礦和閃鋅礦，少量黃鐵礦，極少量黃銅礦.脈石礦物主要有白云石、方解石和石英.礦石構造主要有細脈－浸染狀、塊狀和角礫狀（圖2a、c）.礦石結構主要有自形晶結構（圖1d）、交代－侵蝕結構和固溶體分離結構［8］.礦床中鉛鋅礦化與硅化、方解石化（圖2b、d）和瀝青化密切相關［9-11］.礦床經歷了沉積成巖期、熱液成礦期和表生氧化期3個階段，其中熱液成礦期為礦床Pb－Zn主要成礦期［10］.

圖1 爾呷地吉Pb－Zn礦床地質概況Fig.1 Geological sketch map of Ergadiji Pb-Zn deposit

圖2 爾呷地吉Pb－Zn礦床蝕變及礦化特征的典型野外及鏡下照片Fig.2 Typical photographs showing the alteration and mineralization features of Ergadiji Pb-Zn deposit

2 樣品及分析方法

本研究選取爾呷地吉Pb－Zn礦床主成礦期中與方鉛礦和閃鋅礦緊密共生的8件方解石樣品對其進行Sm－Nd同位素分析，樣品采自礦床中4個主要礦體的采礦平硐和鉆孔巖心.方解石樣品經破碎后過30目尼龍篩，在30～60目粒度范圍內，借助雙目體式顯微鏡手工挑選純度達99%的方解石顆粒2 g；然后在超聲波清洗器中，用優級純酒精對挑純后的方解石表面和裂隙中的雜質進行清洗，低溫蒸干后磨至200目.Sm－Nd同位素組成分析測試在中國地質調查局武漢地質調查中心同位素實驗室完成，分析測試方法為同位素稀釋—熱電離質譜分析法.具體步驟為：1）每個樣品平行稱取兩組0.1 g方解石樣品，第一組加入145Nd＋149Sm混合稀釋劑，第二組不加稀釋劑；2）用氫氟酸和高氯酸溶解樣品，趕酸后用鹽酸提取上清液，用陽離子交換樹脂對上清液進行分離和純化；3）第一組解吸液蒸干后用于Sm、Nd含量質譜分析，第二組解吸液蒸干后繼續用鹽酸提取上清液，用有機萃取樹脂柱分離和純化Nd，用于Nd同位素比值分析；4）采用熱電離質譜儀Triton進行Sm－Nd同位素組成分析，采用146Nd/144Nd＝0.7219對質譜分析過程中產生的質量分餾進行冪定律校正，采用同位素稀釋劑公式計算Sm、Nd含量.分析過程中Nd同位素標樣GB204419測定結果為Sm＝2.018×10－6，Nd＝10.18×10－6，143Nd/144Nd＝0.512726±0.000008，全程Sm、Nd空白分別為1.92×10－6和3.88×10－6.分析結果見表1.

表1 爾呷地吉Pb－Zn礦床方解石Sm－Nd同位素組成Table 1 Sm-Nd isotopic composition of the calcite samples from Ergadiji Pb-Zn deposit

3 分析結果

從表1中可知，爾呷地吉MVT Pb－Zn礦床主成礦期與方鉛礦和閃鋅礦緊密共生的8件方解石樣品的Sm含量變化于0.175×10－6～0.876×10－6，平均0.556×10－6；Nd含量變化 于0.414×10－6～6.550×10－6，平均1.722×10－6；147Sm/144Nd值變化于0.058489～0.663246，134Nd/144Nd值變化于0.511852～0.512626.總體來看，方解石的Sm、Nd含量變化較大，Sm/Nd變化于0.097～1.103，且不具有線性變化特征，這為利用方解石進行Sm－Nd同位素等時線定年奠定了基礎.

在147Sm/144Nd－143Nd/144Nd圖中（圖3），8件主成礦期方解石Sm－Nd同位素組成擬合出一條具有高度相關性的直線（y＝0.0013x＋0.511757，R2＝0.9948），1/Nd和143Nd/144Nd之間不存在線性關系（表1），樣品采自同一礦床的不同礦體且未受到蝕變，具有同時、同源、封閉體系特征，這些均表明圖3所示直線具有真實的等時線意義.利用Sm－Nd同位素等時線方程m＝eλt－1［4］（m為等時線斜率0.0013，λ為Nd同位素衰變常數6.54×10－12/a），計算出爾呷地吉Pb－Zn礦床8件與方鉛礦、閃鋅礦密切共生的方解石樣品的等時線年齡t＝203±6 Ma（MSWD＝1.2），Nd同位素初始值（143Nd/144Nd）i＝0.511757±16.

圖3 爾呷地吉MVT Pb－Zn礦床方解石的Sm－Nd同位素等時線圖解Fig.3 The Sm-Nd isochron curve for calcite samples from Ergadiji MVT Pb-Zn deposit

爾呷地吉Pb－Zn礦床中主成礦期方解石的Sm－Nd等時線年齡為203±6 Ma（MSWD＝1.2），代表了方解石從成礦流體中沉淀結晶，Sm－Nd同位素體系封閉至今的時間.由于方解石與方鉛礦和閃鋅礦緊密共生（圖2c、d），因此，方解石的結晶年齡亦可代表方鉛礦和閃鋅礦的結晶年齡，即爾呷地吉Pb－Zn礦的成礦年齡為晚三疊世末期203±6 Ma.

4 討論

4.1 峨眉山玄武巖巖漿活動與礦床Pb－Zn成礦作用關系

前人研究認為，川滇黔交界地區的MVT Pb－Zn礦床（點）與峨眉山玄武巖分布范圍具有基本一致的特征，尤其是與陸相峨眉山玄武巖的分布范圍相重合.但許多學者對峨眉山玄武巖巖漿活動與川滇黔地區MVT型Pb－Zn礦化間的關系卻產生了分歧，分為有關和無關兩種觀點.有關的觀點認為：1）峨眉山玄武巖的噴發時限及范圍與川滇黔地區的Pb－Zn礦床的成礦時限及分布范圍具有一致性［12-13］；2）峨眉山玄武巖巖漿活動驅動的區域性地下熱鹵水活動，使得川滇黔地區廣泛分布的Pb－Zn－Ag成礦元素活化、遷移，并在有利地段富集形成礦床和礦集區，最終形成以峨眉山玄武巖分布區為中心，向邊緣依次出現Pb－Zn－Ag－Hg－Sb－Au的成礦分帶特征［13-14］；3）峨眉山玄武巖巖漿活動不僅提供了部分成礦物質，而且其巖漿去氣作用形成的流體參與了成礦作用，是成礦熱動力的主要來源［15-16］.無關的觀點認為：1）時空上的一致性和相關性不足以完全替代礦床的成礦機理，區內鉛鋅礦床為典型的MVT Pb－Zn礦床，其成礦作用具有顯著的層控性、受斷裂控制、后生成因、沉積－改造特征等非巖漿成因特征［9，11，17-18］；2）成礦流體具有溫度、鹽度較低、富含油氣包裹體的特征，H－O同位素亦不具有巖漿水特征，而是可能與造山運動及古油藏破壞有關［9，11］.

從本次研究結果來看，雖然峨眉山玄武巖與Pb－Zn礦床存在空間上的相關性，但是：1）峨眉山玄武巖是以富含Cu、Ni等過渡組元素和Pt、Pd等鉑組元素、貧Pb元素為特征的地幔柱成因產物［19］，不具備形成大型、超大型Pb－Zn礦床的潛力，且川滇黔地區已發現的Pb－Zn礦床中幾乎不含Cu；2）獲得的爾呷地吉Pb－Zn礦床中與方鉛礦和閃鋅礦緊密共生的方解石的εNd（t）值變化于－12.76～－11.76，具有顯著的殼源成因特征，與地幔柱成因峨眉山玄武巖的εNd（t）值大多數為正值的特征［19］顯著不同；3）獲得的爾呷地吉Pb－Zn礦床的成礦年齡為203±6 Ma，顯著晚于峨眉山玄武巖的噴發時限（253～260 Ma），二者時差大于同源巖漿成因礦床的成巖成礦時差（0～16 Ma）［20］；4）雖然爾呷地吉Pb－Zn礦床的外圍有峨眉山玄武巖，但礦區內部、礦體周圍均未見有峨眉山玄武巖，空間關系并不緊密.因此，本文認為峨眉山玄武巖巖漿活動與爾呷地吉Pb－Zn礦成礦作用無關.

4.2 礦床成因類型

爾呷地吉Pb－Zn礦床具有如下特征：1）礦床產出于震旦系燈影組白云巖地層中；2）Pb－Zn礦化發生在晚三疊世末期203±6 Ma，晚于震旦紀白云巖形成時代；3）Pb－Zn成礦作用與峨眉山玄武巖巖漿活動無關；4）礦物組合簡單，主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、白云石、石英和方解石；5）礦石主要有浸染狀構造、塊狀構造和角礫狀構造；6）礦床產出于四川盆地西南緣、龍門山造山帶前緣；7）礦體呈似層狀、透鏡狀和不規則囊狀；8）礦體受地層、斷層（破碎帶）控制；9）方解石的鈣質具有殼源成因特征；10）方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦充填白云巖粒間孔隙或交代白云巖形式存在；11）圍巖蝕變主要有方解石化、硅化和瀝青化等.

通過與位于美國中部的密西西比河谷流域經典的密西西比河谷型（MVT）鉛鋅礦床［21］對比可知，在已有研究現狀的基礎上，爾呷地吉Pb－Zn礦床與經典MVT Pb－Zn礦床具有高度一致的基本特征，因此，爾呷地吉Pb－Zn礦床應為川滇黔交界地區的一個典型MVT Pb－Zn礦床.

4.3 礦床成因簡析

川滇黔地區不同MVT Pb－Zn礦床通過不同方法所獲得的成礦時限為226～165 Ma，主要集中在晚三疊世—早侏羅世之間，成礦年齡具有從滇東北－黔西北→川滇黔交界區→四川盆地西南緣逐漸變新的特征（圖4）.圖4中：會澤鉛鋅礦方解石Sm－Nd等時年齡為222±14 Ma［7］；會澤鉛鋅礦閃鋅礦Rb－Sr等時線年齡為226±6.4 Ma和233.5±3.9 Ma［22］；會澤鉛鋅礦黏土礦物K－Ar年齡為176.5±2.5 Ma［23］；福來廠鉛鋅礦Pb同位素H－H模式年齡為240～229 Ma［24］；大梁子鉛鋅礦方解石Sm－Nd等時線年齡為204.4±1.2 Ma［9］；樂紅鉛鋅礦閃鋅礦Rb－Sr等時線年齡為200.9±8.3 Ma［25］；跑馬鉛鋅礦閃鋅礦Rb－Sr等時線年齡為200.1±4 Ma［26］；茂租鉛鋅礦方解石Sm－Nd等時線年齡為196±13 Ma［8］；金沙廠鉛鋅礦螢石Sm－Nd等時線年齡為201.1±2.9 Ma［9］；赤普鉛鋅礦瀝青Re－Os等時線年齡為200～165 Ma［9］.川滇黔地區MVT鉛鋅礦床成礦時限與古特提斯洋閉合時限（260～206 Ma）［27-29］具有一致性（圖4），則暗示古特提斯洋閉合背景下，發生在川滇黔交界區周緣的造山事件可能與區內MVT Pb－Zn礦床成礦密切相關.

圖4 川滇黔地區代表性MVT Pb－Zn礦床成礦時限分布圖Fig.4 Mineralization durations of typical MVT Pb-Zn deposits in Sichuan-Yunnan-Guizhou region

大量研究成果表明，造山作用誘發前陸盆地中流體的運移活動對絕大部分的MVT Pb－Zn礦床成礦作用具有引擎作用［30-31］.在川滇黔交界地區，晚二疊世—三疊紀期間強烈的造山作用下，在其周緣形成了一系列的前陸盆地，如發育在川西MVT Pb－Zn成礦區北東側的龍門山前陸盆地，發育在滇東北－黔西北MVT Pb－Zn礦床成礦區東南側的南盤江前陸盆地等［32-33］.龍門山前陸盆地被證實為晚三疊世時期由松潘－甘孜海盆（古特提斯洋分支洋盆）封閉所產生的周緣前陸盆地［34-35］.

綜上可知：在古特提斯洋閉合背景下，隨著松潘－甘孜海盆的關閉及南盤江盆地和越北地塊之間古特提斯洋分支洋盆的關閉［36］，在中三疊世時，川滇黔交界地區發生了強烈擠壓造山作用，伴隨著強烈的擠壓變形應力作用向康滇古陸內傳遞，前陸盆地中的盆地流體向陸內發生長距離、深循環運移；至中三疊世晚期，在靠近南盤江前陸盆地邊緣的滇東北地區的震旦系燈影組地層中形成了變形強烈的雙重－逆沖推覆構造/斷裂褶皺構造帶［9］，富含成礦物質的盆地流體沿深大斷裂運移到礦區后，萃取圍巖中成礦物質，形成品位高、儲量大的Pb－Zn礦床，如會澤超大型Pb－Zn礦床；隨后，擠壓應力進一步向陸內傳遞，并呈現出逐漸減弱趨勢形成楔沖構造［9］，成礦流體中礦質在大梁子－天寶山－樂紅礦區、赤普礦區一帶發生沉淀，形成品位較高的大型Pb－Zn礦床；最后，隨著特提斯洋的徹底關閉，擠壓應力作用在康滇古陸內部減弱，形成一系列層間滑脫構造［7］，成礦流體的供給也逐漸衰竭，形成了品位較低的中小型Pb－Zn礦床，如爾呷地吉Pb－Zn礦床、跑馬Pb－Zn礦床、金沙廠Pb－Zn礦床等.

5 結論

（1）爾呷地吉Pb－Zn礦床的成礦年齡為203±6 Ma，其成礦作用與峨眉山玄武巖巖漿活動無關.

（2）爾呷地吉Pb－Zn礦床是典型的MVT Pb－Zn礦床，其成礦作用與古特提斯洋閉合背景下的造山運動有關.