西藏哈姆曲銻(金)礦床曲珍礦段S、Pb同位素組成及意義

李保亮,王立強(qiáng)*,張相國,平措多吉,高 騰,王 勇

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,自然資源部成礦作用與資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100037;2)西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì),西藏拉薩 851400;3)成都理工大學(xué),地球科學(xué)學(xué)院,四川成都 610059

穩(wěn)定同位素地球化學(xué)是示蹤成礦物質(zhì)來源的有力工具之一(鄭永飛和陳江峰,2000),S、Pb同位素可以分別用于示蹤成礦體系中的成礦流體來源以及成礦金屬物質(zhì)的來源,被廣泛的應(yīng)用于礦床學(xué)研究中。哈姆曲銻(金)礦位于西藏阿里地區(qū)噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)南東方向約164 km處。哈姆曲銻(金)礦床目前已完成詳查工作,但礦床成因的相關(guān)研究工作尚屬空白。哈姆曲礦區(qū)共分為五個(gè)礦段,即:曲珍礦段、牛瑞礦段、強(qiáng)瑪?shù)V段、達(dá)讓礦段和哈姆曲礦段。本研究在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)礦相學(xué)研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對礦床勘查程度最高的曲珍礦段開展金屬硫化物S、Pb同位素研究,并與藏南金銻成礦帶典型礦床進(jìn)行對比,旨在明確其成礦物質(zhì)來源特征,為進(jìn)一步探討礦床成因提供支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置上隸屬于雅魯藏布江結(jié)合帶。區(qū)域地層主要出露為泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系及第四系(圖1)。泥盆系主要出露有先欽組(D1x)及曲門夏拉組(D2-3q)。二者均分布于研究區(qū)中,前者主要由細(xì)晶白云巖夾強(qiáng)白云石化灰?guī)r組成,后者巖性主要為變質(zhì)石英砂巖。石炭系主要為哲弄組(C1?)和滾江浦組(C2g)。哲弄組巖性由弱變質(zhì)的砂巖、板巖組成; 滾江浦組巖石組合主要為石英、長石及巖屑砂巖。二疊系主要為普次丁組(P1p)與曲嘎組(P2-3q),分布于研究區(qū)南西部。其中普丁次組巖性主要為變質(zhì)砂巖、白云巖等; 曲噶組巖性以變質(zhì)灰?guī)r、板巖等為主。三疊系主要為窮果組(T1-2Q),以板巖、變質(zhì)砂(礫)巖、灰?guī)r為主,小范圍分布于研究區(qū)北部。古近系主要出露柳區(qū)群(E1-2Lq),呈北西向展布,角度不整合于混雜巖之上; 巖性為復(fù)成分的礫巖、砂巖。

圖1 哈姆曲銻(金)礦區(qū)域地質(zhì)簡圖(改自張相國等,2014)Fig.1 Regional geological map of Hamuqu Sb-Au deposit(after ZHANG et al.,2014)

區(qū)內(nèi)混雜巖主要為扎朗混雜巖和你扎混雜巖,兩者均由巖塊和基質(zhì)組成。扎朗混雜巖主要分布于區(qū)內(nèi)北部,屬蛇綠質(zhì)混雜巖亞類,基質(zhì)以方輝橄欖巖為主; 巖塊既有與基質(zhì)同成分的原地巖塊,又含有大量硅質(zhì)巖、生物碎屑灰?guī)r、灰?guī)r等外來巖塊。你扎混雜巖分布于區(qū)內(nèi)中部,屬泥砂質(zhì)混雜巖亞類,基質(zhì)成分為灰色變質(zhì)細(xì)砂巖、板巖、粉砂質(zhì)板巖; 巖塊主要為來自其自身變形過程中的砂巖,還有少量的砂礫巖、輝橄巖、灰?guī)r及硅質(zhì)巖等外來巖塊。

除蛇綠混雜巖帶內(nèi)的基性巖外,區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育極少,僅在哈姆曲礦區(qū)內(nèi)有少量露頭出現(xiàn),巖性為石英閃長巖。受雅魯藏布江縫合帶影響,區(qū)域內(nèi)發(fā)育一系列的近NW–SE向斷裂及構(gòu)造。其中,以NWW–SEE向的F1深大斷裂為主,與其他次級斷裂共同構(gòu)成了區(qū)域主體構(gòu)造格架。

2 礦床地質(zhì)特征

曲珍礦段出露的地層由老到新包括:古近系柳區(qū)群(E1-2Lq)、第四系香孜組(Qpx)及第四系沖洪積物(Qhalp)(圖2)。其中,柳區(qū)群(E1-2Lq)在區(qū)內(nèi)分布較為廣泛,角度不整合于礦區(qū)東南部的混雜巖帶上,為一套山間磨拉石沉積。根據(jù)其出露巖性組合特征,將其分為兩個(gè)巖性階段:柳區(qū)群一段(E1-2Lq1),由蛇紋質(zhì)砂礫巖及砂巖組成,礫石成分主要為蛇紋石化橄欖巖、二輝橄欖巖、輝石巖、白云石等,巖石普遍具碳酸鹽化、硅化; 柳區(qū)群二段(E1-2Lq2),巖性主要為復(fù)成分砂礫巖(圖 2)。第四系香孜組(Qpx)僅在東北角出露,小面積不整合覆蓋于柳區(qū)群二段(E1-2Lq2)之上,巖性主要為復(fù)成分的礫巖。

圖2 哈姆曲銻(金)礦曲珍礦段地質(zhì)簡圖(改自張相國等,2014)Fig.2 Simplified geological map of the Quzhen mineralization section,Hamuqu Sb-Au deposit (after ZHANG et al.,2014)

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NW–SE向(F4)和NNE–SSW向(F5)兩條斷層(圖2)。其中,F4斷層位于礦區(qū)西部,大部分被第四系掩蓋,傾向 38°～40°,傾角為 30°～34°;F5為重要的容礦構(gòu)造,下盤巖性為灰色砂板巖,上盤為炭質(zhì)泥巖,斷層傾向 282°～284°,傾角為75°～79°。巖漿巖在曲珍礦段北部出露較多,總體呈NW–SE走向展布,巖性為糜棱巖化和碎裂角礫化的閃長玢巖及變質(zhì)橄欖巖。其中,糜棱巖化閃長玢巖為礦區(qū)內(nèi)重要的賦礦巖石,與成礦關(guān)系較為密切。礦區(qū)內(nèi)亦發(fā)育有大量混雜巖,其基質(zhì)成分為灰色的變質(zhì)細(xì)砂巖、板巖、粉砂質(zhì)板巖,偶夾薄層灰?guī)r,巖塊主要為來自其自身變形過程中的砂巖,此外還有少量的變質(zhì)橄欖巖和灰?guī)r等外來巖塊。此外,礦區(qū)中還發(fā)育有少量電氣石脈和白云石脈。其中,白云石脈出露于礦區(qū)西北部的柳區(qū)群地層中,地表出露寬度1～2 m,長度約140 m; 電氣石脈位于礦區(qū)東部的糜棱巖化閃長玢巖中,地表出露寬度0.5～1 m,長度約100 m。

目前礦區(qū)地表圈出礦體 5條,由南向北依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ號礦體,所有礦體全部受控于F5斷裂。除Ⅲ號礦體外,基本為 NE—SW延伸,主要呈脈狀、似層狀和透鏡狀產(chǎn)出。礦體規(guī)模相差不多,其中Ⅰ號礦體規(guī)模略大,主要賦存于閃長玢巖的破碎帶內(nèi),地表出露寬度1.5～5 m,長約150 m,延伸方向與斷層帶走向一致。曲珍礦段內(nèi)金屬礦物主要為輝銻礦、黃鐵礦和毒砂(圖3a-f),次為銻華、褐鐵礦等; 非金屬礦物主要為石英、白云母、絹云母、綠泥石和綠簾石等(圖3g-i)。礦石構(gòu)造以塊狀、晶簇狀為主(圖3a,b); 礦石結(jié)構(gòu)以結(jié)晶作用形成的自形、半自形結(jié)晶結(jié)構(gòu)為主,可見碎裂結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為自形-半自形柱狀的輝銻礦(圖 3c)、針狀(菱形)毒砂以及他形粒狀的黃鐵礦(圖 3d); 碎裂結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為受應(yīng)力作用影響發(fā)生碎裂的黃鐵礦(圖 3e); 交代結(jié)構(gòu)以后生毒砂交代黃鐵礦呈港灣狀結(jié)構(gòu)為主(圖3f)。

圍巖蝕變類型主要為硅化、絹云母化、綠泥石化和綠簾石化、碳酸鹽化等,蝕變分帶特征不太明顯。其中,硅化多以脈狀石英的形式產(chǎn)出,或彌散狀石英顆粒形式發(fā)育于圍巖中,與成礦關(guān)系最為密切,輝銻礦常伴隨強(qiáng)硅化或石英脈產(chǎn)出(圖 3g)。絹云母化發(fā)育于蝕變的閃長玢巖中,表現(xiàn)為細(xì)小鱗片狀的絹云母(圖3g)。綠簾石化以細(xì)脈狀或團(tuán)塊狀形式產(chǎn)出(圖 3h)。局部發(fā)育白云母化,以片狀及鮮艷的干涉色為特點(diǎn)(圖3h,i)。

圖3 用于S、Pb同位素測試的輝銻礦礦石樣品特征Fig.3 Characteristics of stibnite ore samples for S and Pb isotope analyses in the Quzhen mineralization section

3 樣品采集與測試

本文用于S、Pb同位素測試的輝銻礦樣品采自曲珍礦段南部Ⅰ號礦體平硐01及平硐02的原生礦石。挑選新鮮輝銻礦樣品,將礦石破碎至 60目,在雙目鏡下手工完成挑純。S、Pb同位素組成于核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成。其中,硫同位素測試,將處理好的輝銻礦單礦物與氧化亞銅按一定比例研磨、混合后進(jìn)行氧化反應(yīng),收集生成SO2后用Delta v plus氣體同位素質(zhì)譜儀測試硫同位素組成,測試精度優(yōu)于±0.05‰; 鉛同位素測試,先將樣品用混合酸(鹽酸與氫溴酸按2:1混合)分解,后用樹脂交換法分離出鉛,最后用 Phoenix熱表面電離質(zhì)譜儀進(jìn)行同位素測試,測試精度優(yōu)于±2‰。

4 測試結(jié)果

測得的曲珍礦段六件輝銻礦的S、Pb同位素?cái)?shù)據(jù)列于表1和表2。

表1 哈姆曲銻(金)礦床曲珍礦段輝銻礦硫同位素測試結(jié)果Table 1 Sulfur isotope test results of stibnite in the Quzhen mineralizataion section of the Hamuqu Sb-Au deposit

表2 哈姆曲銻(金)礦床曲珍礦段輝銻礦鉛同位素測試結(jié)果Table 2 Lead isotope test results of stibnite in Quzhen mineralization section of the Hamuqu Sb-Au deposit

4.1 硫同位素

根據(jù)表 1可知,哈姆曲銻(金)礦床的輝銻礦的δ34S 值較為集中,分布在–4.7‰～–3.2‰之間,極差為 1.5‰,平均值為–3.97±0.05‰。6件樣品硫同位素的組成變化范圍較窄具塔式分布特征(圖 4),顯示硫的來源相對統(tǒng)一。

圖4 藏南金銻成礦帶典型礦床硫同位素頻率分布直方圖(a)和硫同位素組成圖(b)Fig.4 Sulfur isotope frequency distribution histogram (a) and sulfur isotope (b) of typical deposits in the Southern Tibet gold-antimony metallogenic belt

4.2 鉛同位素

哈姆曲銻(金)礦床的輝銻礦鉛同位素組成見表2。其中,206Pb/204Pb的變化范圍為18.557～18.690,極差為0.133,平均值為18.622±0.002;207Pb/204Pb的變化范圍為 15.607～15.681,極差為 0.074,平均值為15.647±0.002;208Pb/204Pb的變化范圍為 38.793～39.147,極差為 0.354,平均值為 38.967±0.002。6件輝銻礦的上述各同位素比值離散程度很低,變化范圍較小,顯示正常鉛的特征(圖5)。

圖5 正常鉛的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)判別圖(底圖據(jù)地質(zhì)部宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素地質(zhì)研究室,1979)Fig.5 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb (a) and 208Pb/204Pb-206Pb/204Pb (b) discriminant graph of normal lead(base map after Department of Isotopic Geology,Yichang Institute of Geology and Mineral Resources,1979)

利用 H-H單階段鉛演化模式(Cannon et al.,1961; 地質(zhì)部宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素地質(zhì)研究室,1979),計(jì)算的到曲珍礦段輝銻礦鉛同位素的相關(guān)參數(shù)見表2。其中,μ值變化范圍為9.46～9.59,均值為 9.53; ω 值變化范圍為 37.17～38.61,均值為37.94; Th/U值變化范圍為3.8～3.9。其中,ω值與Th/U值都在正常鉛的變化范圍之內(nèi),μ值略大于正常鉛的范圍。在鉛同位素單階段鉛演化(正常鉛)的判別圖中(圖5),曲珍銻礦6件輝銻礦樣品點(diǎn)分布十分集中,均落在兩條演化線之內(nèi),表明輝銻礦中的鉛為不含放射性成因的正常鉛。

5 討論

5.1 硫的來源

當(dāng)?shù)V床中存在硫酸鹽礦物時(shí),那么34S更傾向于進(jìn)入硫酸鹽礦物中,代表了高氧逸度條件(δ34S硫酸鹽礦物≈δ34S∑S); 相反,則代表了低氧逸度條件(Ohmoto,1972; 鄧舟等,2019)。對于一個(gè)礦床中硫的來源的研究需要借助流體的總硫同位素特征(δ34S∑S),但是當(dāng)?shù)V床中沒有硫酸鹽存在時(shí)(低氧逸度條件),礦床礦物組合為硫化物時(shí),那么硫化物的硫同位素組成大致可以代表礦床總硫同位素的組成(Ohmoto,1972)。哈姆曲銻(金)礦曲珍礦段的野外地質(zhì)調(diào)查及光、薄片鏡下鑒定過程中,均未發(fā)現(xiàn)硫酸鹽礦物,含硫礦物組合以輝銻礦、毒砂、黃鐵礦等金屬硫化物為主。因此,本次所研究的輝銻礦樣品硫同位素特征基本可以代表熱液的硫同位素組成。哈姆曲銻金礦曲珍礦段的 δ34S平均值為–3.97‰(–4.7‰～–3.2‰),接近于巖漿硫(花崗巖)的δ34S 值(–4‰～9‰),推測哈姆曲銻(金)礦曲珍礦段成礦流體中的硫主要來源于巖漿。

藏南金銻成礦帶內(nèi)的銻礦床中,扎西康鉛鋅銻多金屬礦床金屬硫化物δ34S值在4.5‰～12‰之間、柯月鉛鋅銻多金屬礦床金屬硫化物 δ34S值為4.9‰～11.2‰,二者硫同位素組成基本一致。其余礦床銻(金)礦床硫同位素組成變化范圍較窄:車窮卓布銻礦床 δ34S值為–1.7‰～0.9‰、拉瓊銻礦床δ34S值為–1.5‰～–3.5‰、沙拉崗銻礦床 δ34S值為–3.9‰～2.1‰、拉木由塔銻礦床 δ34S值為–2.9‰～1.3‰、馬扎拉金銻礦床δ34S值為–4.1‰～4.09‰、哲古銻金礦床δ34S值為–4.3‰～0.3‰(圖4b)。

從藏南成礦帶主要礦床硫同位素組成圖解上可以看到(圖4),典型金銻、鉛鋅銻多金屬礦床的硫同位素組成大致可以分為兩類(圖 4a)。第一類是以扎西康、柯月為代表的鉛鋅銻多金屬礦床,其 δ34S峰值在 9‰～12‰之間,與其所在研究區(qū)的賦礦地層—日當(dāng)組(4.9‰～11.5‰)相似(張剛陽,2012),顯示地層物質(zhì)明顯參與了礦床的成礦過程(Sun et al.,2017; Zhou et al.,2017)。第二類是以車窮卓布、拉瓊、哲古、拉木由塔、沙拉崗和馬扎拉等銻-金銻礦床為代表,其δ34S峰值在–4.5‰～1‰之間,基本都在 0附近,與扎西康、柯月多金屬礦床存在明顯差異(圖4); 具有巖漿硫的特征,成礦與巖漿作用密切相關(guān)(Zhou et al.,2017)。本次研究的曲珍礦段硫同位素組成與第二類礦床硫同位素組成一致,均顯示成礦過程中明顯的巖漿來源硫的特征。從成礦元素組成方面來看,包括曲珍在內(nèi)的、具有巖漿來源硫的礦床以銻或銻金礦化為主; 而地層參與成礦的礦化元素組合多以鉛鋅為主,伴生銻的多金屬礦床。硫同位素組成對于識(shí)別礦床類型和藏南成礦帶礦種找礦方向具有一定指示意義。

5.2 鉛的來源

一般來說,鉛同位素的特征值 μ的變化可以反映鉛的來源(王立強(qiáng)等,2010),高μ值(大于9.58)的鉛通常被認(rèn)為是主要來自U、Th相對富集的上地殼物質(zhì)(Zartman and Doe,1981; 吳開興等,2002)。哈姆曲銻金礦曲珍礦段6件輝銻礦礦石的μ值變化范圍為 9.46～9.59其中有三件樣品的 μ值小于 9.58,大于地幔鉛 μ值(8～9),表明鉛來源主要為上地殼物質(zhì),并且伴有幔源物質(zhì)的混入。為了進(jìn)一步明確鉛的來源,將 6件輝銻礦鉛同位素組成數(shù)據(jù)投到207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb構(gòu)造演化圖解上(圖 6),所有樣品點(diǎn)均落于上地殼與造山帶增長曲線之間。其中,有 3個(gè)樣品點(diǎn)靠近上地殼演化曲線,其余 3個(gè)樣品點(diǎn)靠近造山帶演化曲線。這一分布特征亦顯示礦床鉛的來源部分為上地殼物質(zhì),另有部分為幔源來源,與鉛同位素特征值 μ所反映的結(jié)果基本一致。

本次研究亦對藏南金銻成礦帶內(nèi)典型礦床的Pb同位素組成資料進(jìn)行了收集。在該成礦帶主要銻多金屬礦床的鉛同位素構(gòu)造演化圖解(圖 6)中可以看出,沙拉崗、拉木由塔、車窮卓布銻礦床以及柯月鉛鋅銻多金屬礦床的樣品點(diǎn)幾乎全部分布于上地殼演化線之上,指示其鉛的來源均為上地殼物質(zhì);扎西康鉛鋅銻多金屬礦床的鉛同位素絕大部分位于上地殼鉛演化線附近,少量樣品位于造山帶演化曲線附近,指示扎西康礦床鉛主要來源于上地殼,同時(shí)有少量幔源鉛的混入; 洗貢、哲古金銻礦床和本次研究的哈姆曲銻(金)礦床的鉛同位素主要位于造山帶與地幔演化線之間,顯示幔源物質(zhì)明顯參與成礦的特征(Stacey and Hedlund,1983)。曲珍礦段及藏南銻金成礦帶中主要礦床鉛同位素組成特征表明,銻成礦以上地殼來源物質(zhì)為主,并伴有少量幔源物質(zhì)的加入; 金銻礦或銻金礦成礦金屬物源中有明顯幔源物質(zhì)的參與。尤其,本次研究的曲珍礦段位于雅魯藏布江結(jié)合帶內(nèi),其成礦物質(zhì)中幔源鉛的特征反應(yīng)了結(jié)合帶演化過程中幔源物質(zhì)參與成礦的可能。因此,本次研究結(jié)果支持前人研究的銻成礦過程中有幔源物質(zhì)參與的觀點(diǎn)(Pavlova and Borisenko,2009; 陳嫻等,2016)。

6 結(jié)論

(1)哈姆曲銻(金)礦床曲珍礦段輝銻礦的δ34S值分布在–4.7‰～–3.2‰之間,平均值為–3.97‰,反映出礦床的硫主要為巖漿來源。

(2)曲珍礦段輝銻礦鉛同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值均較為穩(wěn)定,為普通鉛;其特征值μ及其組成位于上地殼與造山帶演化曲線之間的特征,指示成礦金屬物質(zhì)主要源自上地殼并有幔源物質(zhì)的加入。

(3)藏南銻多金屬成礦帶內(nèi)主要鉛鋅銻多金屬礦床成礦流體中有地層硫參與,成礦金屬物質(zhì)則主要為上地殼來源; 而銻礦和銻金礦成礦物質(zhì)中硫主要源自巖漿巖,成礦金屬物質(zhì)則顯示出上地殼來源物質(zhì)為主,殼幔混合的特征。

致謝:野外得到了西藏坤成礦業(yè)的大力支持,得到西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)相關(guān)人員幫助; 審稿專家與編輯部老師給予了建設(shè)性意見與建議,在此一并表示衷心感謝。

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research and Development Program of China (No.2018YFC0604106),Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (Nos.KK1903 and SYSCR2019-03),National Natural Science Foundation of China (No.41873046),and China Geological Survey (No.DD2019167).