內蒙古查干哈達廟銅礦床硫鉛同位素特征及其地質意義

王守光 張青 張成 曹磊

摘要：內蒙古查干哈達廟銅礦床處于古亞洲成礦域。銅礦體呈層狀、似層狀，賦存于上石炭統本巴圖組下部流紋質凝灰巖、凝灰質板巖中，產狀與巖層產狀一致。礦石具有條帶狀、層紋狀構造，礦石中主成礦元素為Cu，伴生有益元素為Au、S、Pb、Zn。礦床礦石硫鉛同位素分析顯示，礦石金屬硫化物的δ34SV-CDT值分布范圍為2.8‰～3.4‰，均值為3.1‰，變化范圍較窄，硫具有上地幔（或地殼深部）來源特征，屬深源硫。礦石鉛同位素組成較為集中，206Pb/204Pb為18.085～18.132，207Pb/204Pb為15.507～15.534，208Pb/204Pb為37.883～37.982，具有上地幔及地殼深部（或殼幔混合）來源特征。硫、鉛同位素分析結果進一步證實礦床類型屬火山成因塊狀硫化物型（VMS型）銅礦床。

關鍵詞：銅礦床；硫鉛同位素特征；查干哈達廟；內蒙古自治區

引言

查干哈達廟銅礦床位于包頭市達茂旗北部約75公里。前人工作初步確認該礦床屬產于石炭系本巴圖組火山巖系中的塊狀硫化物型（VMS型）銅礦床[1]。該類型屬銅礦床的重要礦床類型之一[2—4]。該礦床成因類型的確認，為在華北陸塊北緣斷續延伸1600km的上石炭統本巴圖組分布區及下二疊統大石寨組分布區尋找晚古生代塊狀硫化物型富銅礦床提供了一個新的實例。因礦區未開展成礦物質來源等方面的深入研究，項目組2018年在礦區進行了野外調查，并采集了礦石樣品，對礦區的黃鐵礦和黃銅礦金屬硫化物進行了硫鉛同位素分析。目的是為了研究成礦物質來源、進一步證實已確認的礦床類型，以指導本區域塊狀硫化物型（VMS型）銅礦床的找礦與勘查。

1.地質背景及含礦巖系

查干哈達廟銅礦床位于華北板塊與西伯利亞板塊對接帶。區域內出露地層以上古生界淺海相碎屑巖—碳酸鹽巖夾海相中基性、中酸性火山巖建造為主。上石炭統本巴圖組為活動陸緣類復理石、碳酸鹽巖夾火山巖建造；下二疊統大石寨組為陸緣弧火山巖、火山巖屑復理石建造；中上二疊統哲斯組為殘留陸表海碎屑巖、碳酸鹽巖夾火山巖建造⑴。

礦區出露地層主要為上石炭統本巴圖組一段（C2bb1）。下部為灰紫色、灰白色流紋質含角礫巖屑晶屑熔結凝灰巖、流紋質晶屑凝灰巖、流紋質凝灰巖及凝灰質板巖，夾有結晶灰巖透鏡體。巖層走向北東，傾向南東，傾角40°～60°。中部為灰白色、青灰色條帶狀結晶灰巖，夾有含錳礦的生物碎屑結晶灰巖。上部為灰紫色、灰白色流紋質凝灰巖，變質含礫粗砂巖，局部夾有結晶灰巖和少量的綠泥石化安山巖。

查干哈達廟銅礦床礦體賦存于上石炭統本巴圖組一段下部流紋質凝灰巖及凝灰質板巖巖層中。礦區賦礦巖層中地表可見灰黃色層紋狀硅質巖，坑道中可見層紋狀含鐵硅質巖（碧玉巖），表明礦床賦礦巖層夾有熱液沉積巖[1]。

2.礦床地質特征

前人工作⑵，在全礦區共圈出銅礦（化）體15條。Cu1～Cu7礦體有一定規模，通過工程揭露，圈出四條銅礦體，其中Cu6礦體規模較大，為該礦床的主礦體。Cu6礦體有鉆探工程和穿脈工程控制。該礦體長475m，寬5m～11.45m，呈層狀、似層狀、大透鏡狀，傾向南東125°，傾角43°～47°，與地層產狀一致，具有與地層整合產出特征，Cu平均品位0.85%～2.32%。

礦石具有浸染狀、塊狀、條帶狀和紋層狀及層狀構造。礦石具有自形、半自及以他形粒狀結構。礦石中原生礦石礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦，局部黃鐵礦達60%，黃銅礦達25%；次為斑銅礦、輝銅礦、閃鋅礦、方鉛礦，局部閃鋅礦、方鉛礦含量較高，達10%～15%。脈石礦物主要為絹云母、石英、螢石、重晶石及碳酸鹽。礦石主成礦元素為Cu，伴生有益元素Au、S、Pb、Zn。

上述含礦巖系、賦礦巖層及礦床地質均顯示該礦床具有典型火山成因塊狀硫化物型銅礦床的特征[4—6]。

3.硫、鉛同位素組成及來源

本次在查干哈達廟銅礦床采集樣品進行S、Pb同位素測試。樣品均采集于礦區新鮮的黃鐵礦型銅礦石，經野外觀測和室內鑒定，用于測試的黃鐵礦和黃銅礦均為主成礦期的產物。測試用的黃鐵礦型銅礦石樣品經粉碎、研磨，在雙目鏡下經手工挑選，單礦物純度均在99%以上。礦物的S、Pb同位素組成分析測試在核工業北京地質研究所分析測試中心完成。

3.1礦床硫同位素

礦床中金屬礦物的硫同位素組成能夠反映來源物質的硫同位素特征。因此，可以根據礦石硫化物的δ34S值所獲得的成礦溶液的總硫同位素組成推測礦石中硫的來源，從而探討金屬硫化物（即成礦物質）的來源[8、9]。

本礦床礦石中以恒有黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦為特點，反映成礦流體在沉積硫化物時fo2低，為弱還原環境，硫為還原型硫，礦石硫化物的硫同位素組成可以近似代表成礦流體的總的硫同位素組成δ34S∑S。礦石硫同位素分析結果見表1。

黃鐵礦和黃銅礦樣品，硫同位素值δ34SV- CDT為+

2.8‰～+3.4‰，變化范圍較小，極差為0.6‰，均值為+ 3.1‰，為較小的正值。已有的研究成果表明，地幔硫δ34S值接近0‰，一般為0±3‰，變化范圍比較窄。上述表明，礦區礦石硫主要來源于上地幔（或地殼深部），屬深源硫。

3.2礦床鉛同位素

成礦流體中鉛繼承其源區的同位素組成，礦石的鉛同位素可以作為構造環境、物質來源的指示劑[8-10]。本礦床硫化物鉛同位素組成及特征值見表2。

表2可見，本礦床礦石鉛同位素206Pb/204Pb介于18.085～18.132之間，平均為18.105；207Pb/204Pb介于15.507～15.534之間，平均為15.519；208Pb/204Pb介于37.883～37.982之間，平均為37.938。差值均小于0.1，礦石鉛同位素組成穩定。

在查干哈達廟銅礦床鉛同位構造模式圖解中[11]（圖2），可以看出本礦床黃鐵礦的Pb同位素投影點分布比較集中，均落在地幔與造山帶增長曲線之間。依據“當投影點位于造山帶增長線下方，表明礦石鉛必定源于地幔或下地殼[10]”，可以判斷礦區礦石鉛主要來源于地幔或下地殼，屬深源鉛，表示礦床的形成與巖漿活動關系密切。

在查干哈達廟銅礦床鉛同位素構造環境判別圖解中[12]（圖3），礦石中黃鐵礦的Pb同位素投影點分布比較集中。在Pb206/Pb204—207Pb/204Pb圖解中，均落入代表地幔來源的洋島火山巖區（OIV區）及下地殼（LC區），且靠近洋島火山巖區及下地殼區域的樣品相對集中區，同時又分布于造山帶（OR區）的邊部；在Pb206/Pb204—208Pb/204Pb圖解中，亦均落在洋島火山巖區（OIV區）及靠近該區域的樣品相對集中區，同時又分布于下地殼（LC區）及造山帶（OR區）的邊部。綜合反映礦石鉛具有地幔來源及下地殼來源的混合鉛源特征，屬深源鉛。

按正常鉛Pb206/Pb204計算的μ值為9.32～9.37；按正常鉛Pb207/Pb204計算的W值為35.14～35.60；據礦石的μ值和W值推測的源區中的Th/U值為3.65～3.68。

前人研究表明，高μ值（大于9.58）的鉛一般是由U、Th相對富集的上部地殼提供，而低μ值（小于9.58）的鉛多由下地殼或上地幔提供（Zartman and Doe，1981；吳開興等；2002）。本礦床黃鐵礦的鉛同位素的μ值變化范圍介于9.32～9.37之間，均值為9.34，低于上地殼鉛μ值（9.58），高于原始地幔鉛μ值（8.92）；ω值分布范圍介于35.14～35.60之間，均值為35.38，近似于地殼平均值（36.33），介于上地殼（41.860）與地幔（31.844）之間；Th/U值的分布范圍介于3.65～3.68之間，平均值3.67，高于地幔鉛的Th/U值（3.45），低于地殼鉛的Th/U值（約為4），上述數據表明鉛為地幔源鉛和上地殼源鉛的混合來源。

朱炳泉等[13]為了消除時間對鉛同位素示蹤結果的影響，將3種同位素表示成與同時代地幔的相對偏差Δα、Δβ、Δγ，進而提出了Δβ-Δγ成因分類圖解，以此則能很好地判斷不同成因類型的礦石鉛，從而不必考慮時間的因素。通過計算得到本礦床礦石鉛的特征參數Δα、Δβ、Δγ，并將其投影到鉛同位素的Δβ-Δγ成因分類圖解中（圖4），3個投影點均落在了地幔源鉛（1區）和巖漿作用鉛（3a）的范圍內，進一步指示黃鐵礦的鉛來源具有地幔源鉛和上地殼源鉛的混合來源特征。

4.結論

綜上所述，礦床硫同位素組成接近地幔值，礦區礦石硫主要來源于上地幔（或地殼深部），屬深源硫。礦床鉛同位素組成表明礦石鉛具有地幔源鉛和上地殼源鉛的混合來源特征。礦床硫、鉛同位素地球化學特征總體表明成礦物質來源于地殼深部或地幔與下地殼之過渡帶，與國內塊狀硫化物型（VMS型）銅礦床硫、鉛同位素特征[8—10、14、15]相似，進一步證實該礦床屬塊狀硫化物型（VMS型）銅礦床。

（1）內蒙古自治區地質調查院. K49C002002滿都拉幅1/25萬區域地質調查報告. 2004.

（2）內蒙古地質礦產勘查院.內蒙古達茂旗查干哈達廟銅礦普查工作總結. 2005.參考文獻：

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