湘西花垣漁塘鉛鋅礦床成礦物質來源的C、O、Pb、S同位素制約

1 樣品采集及測試

本次同位素單礦物采自漁塘鉛鋅礦床。其中，C、O同位素為5件鉛鋅礦成礦期的粗脈狀和團塊狀方解石；S-Pb同位素為成礦期的5件閃鋅礦和5件方鉛礦樣品。C、O、S、Pb同位素測試分析均在廣州澳實礦物實驗室完成。C、O同位素分析精度在0.20‰；S同位素測試結果以CDT為標準，精度優于0.2‰；Pb同位素用其標準物質和內標來控制精度為0.20‰。

2 礦床地球化學特征

2.1 碳-氧同位素特征

漁塘礦床成礦期方解石碳、氧同位素測試結果見表1及圖1。各樣品方解石碳、氧同位素組成較為一致，方解石的δ

C

值為0.16‰～1.24‰，均值為0.45‰；δ

O

均值為20.30‰～23.20‰，均值為21.82‰。

礦田圍巖δ

C

0.29～1.05‰，均值為0.58‰。δ

O

21.33‰～22.06‰，均值為21.59‰

。與熱液方解石相比，圍巖具有更高的δ

C

，這與礦床在成礦過程中由于熱液作用致使脈石方解石δ

C

值減小的結論一致，δ

O

值略大于圍巖值，暗示了可能有深部流體加入。

漁塘礦床圍巖為沉積成因，脈石方解石的δ

O

值明顯不同于巖漿巖的δ

O

值（多小于+10‰），說明與鉛鋅礦共生的方解石與巖漿作用無關，屬熱液成因。花垣地區海相灰巖背景值可用花垣礦田無蝕變的灰巖樣品制約

，成礦期方解石δ

C

和δ

O

均值分別為0.45‰、21.82‰，與海相灰巖背景值制約值基本相似。

在δ

C、δ

O值投影圖中，樣品主要分布于海相碳酸鹽巖區域及其溶解作用趨勢線上，呈近水平分布，這種分布形式是由于流體與碳酸鹽巖的水-巖反應及降溫共同作用的結果，說明成礦流體中的碳同位素主要來自于圍巖，由碳酸鹽巖溶解形成。

2.2 硫-鉛同位素特征

在礦物組合簡單的情況下，重晶石的δ

S與成礦流體的總硫值大致相當

。段其發等（2014）測試了圍巖中重晶石硫同位素δ

S

，均值為31.36‰；劉文均等（2000）測試重晶石δ

S

，均值為36.26‰；隗含濤等（2017）測試花垣鉛鋅礦田總硫33.6‰～33.9‰。推測漁塘礦床的成礦流體總硫同位素應該接近31.36‰～36.26‰，而寒武紀海水中的δ

S

為27‰～32‰，說明漁塘礦床中的S不僅來自寒武紀海水中硫酸鹽，還有其他更富集源區。通過對清虛洞組下伏地層資料分析

，下伏地層富集重硫且高于寒武紀海水中硫值，可能提供了硫源。

硫同位素分析結果見表2。12件硫化物δ

S

值分布范圍22.90‰～33.31‰，平均26.65‰，其中4件方鉛礦δ

S

值為23.96‰～26.59‰，均值為24.77‰。7件閃鋅礦δ

S

值為25.00‰～33.31‰，均值為27.70‰，黃鐵礦僅一個樣品δ

S

值為26.87‰。本礦床具富集重硫特征，符合δ

S閃鋅礦＞δ

S方鉛礦，表明成礦物質在成礦過程中S同位素分餾基本平衡。

漁塘礦床成礦階段方解石、重晶石中含有CH

、H

S及N

等，可認為地層中含還原硫的流體，為在一定溫度下經有機質經熱化學還原形成。

11個鉛同位素樣品組成如表3及圖2所示。

Pb/

Pb為17.87～18.22，平均為18.04，極差值為0.35；

Pb/

Pb為15.50～15.76，平均為15.66，極差值為0.26；

Pb/

Pb為37.57～38.47，平均為38.10，極差值為0.90。Pb同位素比值極差值均小于1，說明鉛來源較為穩定。Pb同位素μ值為9.33～9.81，平均為9.63，略高于上地殼（μ值9.58）；質量分數ω值為34.92～39.35，平均為37.74，高于上地殼Pb值(ω值35.55±0.59)；Th/U比值為3.57～3.93，平均為3.79，與上地殼平均值相似（3.88）。上述特征表明礦床Pb源物質成熟度較高，U、Pb富集，Th、Pb略微虧損，具有沉積物或上地殼的特點。

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綜上，漁塘礦床硫源可能來自清虛洞組下伏板溪群-寒武系沉積的硫酸鹽，并經過含礦熱液萃取后帶至含礦地層，在部分有機質的參與下發生TSR反應，提供了鉛鋅礦床的還原硫。

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碳酸鹽有熱化學還原模式（TSR）和細菌還原模式（BSR）2種，使氧化態的SO

變為還原的S

。兩者最大區別在于反應溫度，BSR的溫度多低于低溫熱液礦床，而TSR反應溫度更接近中低溫熱液礦床

，花垣礦田包裹體測溫表明該區符合中低溫熱液礦床特征，故認為TSR為本礦床還原硫生成的主要方式。

在

Pb/

Pb-

Pb/

Pb圖上（圖2a），樣品數據投影點大部分落在上地殼演化線之上及造山帶與上地殼演化線之間，個別落于地幔和造山帶演化線之間，表明硫化物Pb為混合來源。在

Pb/

Pb-

Pb/

Pb圖解中（圖2b），樣品多落于下地殼與上地殼間，且多靠近上地殼一側，表明Pb主要來自上地殼，但有部分幔源物質。由于花垣礦田中未見巖漿活動及巖漿礦床地質特征，因此漁塘礦床成礦物質來自上地殼的地層。根據李梅鉛鋅礦床Pb同位素與清虛洞組賦礦圍巖、牛蹄塘組黑色頁巖及板溪群全巖對比研究

，推測Pb主要來自于牛蹄塘組頁巖和板溪群等基底地層，部分來自于成礦圍巖。

3 結論

（1）漁塘鉛鋅礦床中成礦期熱液方解石碳主要來自含礦層圍巖，由碳酸鹽巖圍巖溶解形成。

（2）閃鋅礦、方鉛礦硫同位素特征顯示硫源主要來自清虛洞組下伏板溪群-寒武系沉積的硫酸鹽。Pb同位素特征指示鉛主要來自于上地殼，可能源于牛蹄塘組頁巖和板溪群等基底地層，部分來自于成礦圍巖。

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（3）漁塘鉛鋅礦床成礦物質可能由成礦熱液萃取后，從基底地層沿著構造通道向上流動帶至賦礦地層，在有機質參與下進行TSR反應，最終在淺地表環境成礦。

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