廣西大福樓錫多金屬礦床鉛同位素地球化學

成永生 ，胡瑞忠

(1.中南大學 地球科學與信息物理學院，有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083；2.中國科學院 地球化學研究所 礦床地球化學國家重點實驗室，貴州 貴陽，550002)

廣西大廠礦田是世界著名的錫多金屬礦產地，一直被國內外學者視為研究錫多金屬礦床的最佳天然實驗室，基礎資料豐富，但由于大廠錫多金屬礦床的復雜性，一些關鍵的基礎地質問題依然存有分歧，如對礦床成因一直存在著燕山期巖漿熱液成礦以及泥盆紀同生噴流沉積成礦的不同觀點[1-6]。成礦物質來源是礦床成因研究的核心問題，鉛同位素是研究成礦物質來源的有效方法，現已建立地球不同深度的鉛同位素演化模式，在示蹤成礦物質來源、研究礦床成因機制以及礦床的垂直分帶等方面具有積極意義[7-8]。關于大廠錫多金屬礦鉛同位素的研究，韓發等[9]認為，大廠脈狀礦體的鉛源與侵入巖有關，而層狀礦體的鉛源與侵入體無關，2種不同形態的礦體是不同地質作用的產物；葉緒孫等[10]研究發現，從大廠由近而遠的錫礦為北山鉛鋅礦、泗頂鉛鋅礦及桂北九毛錫礦，雪峰期九毛礦區為地殼下部經均一化形成的正常鉛，泗頂為殼源型，至北山則為殼源為主，開始有殼幔混合，至大廠呈漸變過渡關系；何海洲等[11]認為，大廠礦田成礦作用具有“巖漿正常鉛”與地層多階段正常鉛的混合；梁婷等[12-13]通過對不同類型、不同產狀礦體的鉛同位素研究表明，大廠錫多金屬礦床鉛的來源主要為與巖漿作用有關的殼源鉛，但也有上地殼及殼幔混合來源的鉛參與。這些研究成果極大地豐富了大廠錫礦的成礦理論，為礦床的成因理論研究提供了詳實的資料。位于大廠礦田東礦帶的大福樓礦床是一個大型規模的錫多金屬礦床，地處丹池大背斜東翼[14]，最早的地質勘探工作始于20世紀50年代冶金地質勘探公司二一五勘探隊對0號脈的勘探。該礦床研究程度較低，公開發表的研究成果也較少。在已有認識與研究的基礎之上，本文作者采集22號水平似層狀礦體新開采地段的樣品，通過鉛同位素地球化學的研究，探討成礦物質的來源及其源區環境，為進一步深化大廠礦田錫多金屬礦床的成礦機制補充了新資料。

1 地質背景

廣西大廠錫－多金屬礦田是我國著名的丹池成礦帶中部的主體礦田，位于江南古陸西南緣的丹池褶皺帶北段，主要含礦層位為泥盆系，優越的成礦條件使該礦帶內產有豐富的錫、鉛、鋅、銻、銅、汞、鎢等多種礦產資源[15]。丹池及整個桂北地區地質歷史時期遭受了多期構造運動的影響，致使在不同階段發育不同的沉積盆地，具有不同的沉積層序、巖漿活動和成礦作用特點，丹池成礦帶就是海西—印支期右江被動陸緣裂谷盆地北部的1個斷裂凹陷盆地[16]。構造與成礦的關系非常密切，丹池成礦帶構造活動具有多期性，形成以北西走向為主導的構造體系。從區域上看，丹池成礦帶裂陷盆地是由地殼沿丹池斷裂拉張、裂陷形成的，礦帶沿丹池大斷裂呈北西向展布[17]。在丹池成礦帶內，各主要礦田的分布受后期的走滑斷層與丹池大斷裂交匯產生的一組次級構造坳陷控制，礦田主要產于這些次級坳陷內，沿丹池同沉積斷裂呈串珠狀展布，自北西向南東依次為麻陽汞礦、芒場錫多金屬礦、大廠錫多金屬礦、北香錫多金屬礦和五圩鉛鋅礦，大廠礦田位于丹池成礦帶的中段(圖1)，丹池斷裂與北東向大廠—撈村走滑斷層的交匯部位。

圖1 大廠礦田構造綱要及礦床分布圖Fig.1 Structural outline and deposit distribution map of Dachang ore field

2 礦床地質

礦床位于廣西南丹縣車河鎮大灣村、大廠礦田的東礦帶丹池大背斜的東翼，區內發育以北西向為主導的線性斷裂構造(如逆掩斷裂和小擾曲構造)，其次則為北東向和近南北向的斷裂構造(如北東向橫張平移斷裂)，2組方向的構造相互疊加導致該礦帶上的礦化段具有等間距排列的典型特征。由于長期受擠壓作用的影響，丹池大背斜東翼產生一些與主背斜近似平行的北西向壓(扭)性斷裂、次級擾曲、深部的層間滑裂等有利的成礦構造環境[18-20]。礦床的主要容礦地層為下泥盆統塘丁組灰黑色含鈣質泥(頁)巖夾薄層泥灰巖，以及少量的粉砂質泥灰巖、粉砂巖及含礫泥(頁)巖。礦床主要由0號、21號和22號3個礦體所構成(圖2)，其中，0號礦體為陡傾斜脈狀礦體，受斷層裂隙控制，礦體切層展布，礦體平均厚度為2.07 m，主要工業礦物包括錫石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂以及鐵閃鋅礦等；21號和22號礦體為水平似層狀礦體，21號礦體位于22號礦體的上部，主要工業礦物由錫石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、鐵閃鋅礦等組成，21號礦體平均厚度為2.38 m，產狀為50°∠8°～10°，最高Sn含量達2.80%，22號礦體平均厚度為1.65 m，最高含Sn 6.16%。已有研究證實，0號、21號和22號礦體以及地表的裂隙脈群等錫石硫化物礦體(脈)均受與主背斜近似平行的北西向次級構造所控制。

圖2 廣西大福樓錫多金屬礦床剖面圖Fig.2 Profile of Dafulou tin-polymetallic ore deposit,Guangxi

總體而言，大福樓礦床深部賦存似層狀細脈型礦體(如21號、22號礦體)，上部產出裂隙大脈型和細脈型礦體(0號礦體)。根據礦物成分、礦石的結構與構造，礦區礦石大體可劃分為浸染狀礦石、致密塊狀礦石、細脈狀礦石和角礫狀礦石4種類型，其中浸染狀礦石和致密塊狀礦石是主要的礦石類型，浸染狀礦石主要由黃鐵礦、磁黃鐵礦等組成，常表現為黃鐵礦、磁黃鐵礦于圍巖中呈浸染狀分布。礦區圍巖蝕變較發育，包括硅化、碳酸鹽化、絹云母化、黃鐵礦化、磁黃鐵礦化等。

3 樣品描述

8個樣品均采自22號礦體新開采的地段，樣品新鮮，均為硫化礦物，包括方鉛礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦。Y11-3樣分析礦物為方鉛礦，采自于12號采場1號面；Y29-2-1號樣品來自于818面斷層中的黃鐵礦化礦體；Y03-1號樣品采自8號采場斷層中，分析礦物黃鐵礦發育于石英脈中，其間晶洞發育，見有結晶良好的石英晶體；Y01-3 號樣采于6-1號礦體，其主要礦物為磁黃鐵礦和錫石，為粒狀結構、塊狀構造；樣品Y21-1采自6-1號采場，礦化發育于斷裂破碎帶中，主要礦物成分為磁黃鐵礦和錫石，分析礦物為磁黃鐵礦；Y30-2分析礦物為磁黃鐵礦，為斷層角礫巖；Y29-4測試礦物為黃鐵礦，采自818號面，礦石成分主要為黃鐵礦，呈塊狀構造；Y03-2號樣采自8號采場斷層處，礦石主要礦物為黃鐵礦以及錫石，礦化體發育于石英脈中。

4 分析方法及結果

鉛同位素分析由國土資源部中南礦產資源監督檢測中心(武漢地質礦產研究所)同位素地球化學研究室檢測完成，儀器設備為MAT-262多接受器的熱電離質譜儀，以硅膠作為發射劑，測定采用靜態模式，用標準樣SRM 981控制質譜計中的質量分餾，國際標樣NBS—981的測定值為w(206Pb)/w(204Pb)=16.937，w(207Pb)/w(204Pb)=15.491，w(208Pb)/w(204Pb)=36.722。

將礦石和巖石樣品破碎后過篩，在雙目鏡下挑選出新鮮巖石顆粒和單礦物，單礦物純度＞98%。硫化物樣品用0.15 mol/L HCl和高純水清洗，然后在瑪瑙研缽中研磨到74 μm以下。樣品在聚四氟乙烯PFA管形瓶中分解，硫化物樣品用HCl+HNO3分解，分解完全后蒸發到近干燥并轉化為0.15 mol/L HCl+0.65 mol/L HBr介質。在陰離子Bio-RadAG 1×8交換柱上分離，用1.0 mol/L HNO3淋洗Pb，然后將溶液加熱至干燥。閃鋅礦樣品在淋洗Pb前先用大量0.15 mol/L HBr溶液淋洗Zn，所有試劑都經過2次雙瓶亞沸蒸餾，具體分析結果見表1。

表1 廣西大福樓錫多金屬礦鉛同位素組成Table1 Lead isotope composition of the Dafulou tin-polymetallic ore deposit, Guangxi

從表1可以看出：w(206Pb)/w(204Pb)介于17.478～18.431之間，平均為17.991，極差為0.953；w(207Pb)/w(204Pb)相對較高，變化范圍為15.440～15.717，均值為15.582，極差值為0.277；w(208Pb)/w(204Pb)也較高，介于37.556～38.839之間，均值為38.233，極差值為1.283；Φ 變化范圍為0.592～0.638之間；μ范圍為9.26～9.69之間；w(Th)/w(U)于3.74～3.97之間變化。

由圖3可知：w(206Pb)/w(204Pb)變化范圍較大且比較分散，投影點集中在17.4～17.6以及18.2～18.4這2個區域；w(206Pb)/w(204Pb)-w(208Pb)/w(204Pb)投影點也同樣較分散，具有一定的線性分布特征。

5 討論

圖3 廣西大福樓錫礦鉛同位素組成圖Fig.3 Lead isotope composition of Dafulou tin-polymetallic ore deposit, Guangxi

不同類型不同產狀礦體中鉛同位素組成相近，說明它們具有相同的來源或演化歷史。Zartman等[21]在研究世界上各類礦床大量鉛同位素數據的基礎上，提出把鉛同位素與地質環境和時間聯系起來的構造模式，根據同位素比值投影點的分布特征及與不同地質單元平均演化曲線的關系判斷成礦物質的來源。Zartman構造模式圖[2]是使用最普遍的礦石鉛同位素示蹤圖解法。自20世紀90年代以來，我國許多學者主張并積極采用礦石、巖漿巖、地層鉛同位素全方位對比的方法來研究礦石鉛來源。一個礦床的礦質來源并非僅來自地球的某個圈層，需要把礦質來源定位到某個具體的巖體和層位，這樣才具有實際意義。盡管Zartman鉛構造模式是比較粗略的平均演化值，具有一定的局限性，但仍可作為對比的基礎，并可加深對研究實例的鉛同位素組成特征、礦石和巖石物質來源以及成因的認識，因此，依然是目前礦床成因研究中判斷鉛源的常用方法之一。

葉緒孫等[10]對大廠礦田鉛同位素進行了測定，w(206Pb)/w(204Pb)于18.3～18.7之間變化，w(207Pb)/w(204Pb)于15.55～15.67之間變化，w(208Pb)/w(204Pb)于38.38～38.29之間變化，認為鉛源既有地層的，也有巖漿的，相當部分鉛是與巖漿混合程度較高的地層鉛。

根據Zartman的鉛構造模式[21]，將鉛同位素分別按w(207Pb)/w(204Pb)-w(206Pb)/w(204Pb)和w(208Pb)/w(204Pb)-w(206Pb)/w(204Pb)進行投影。在w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)圖解中(圖4)，大福樓錫礦床金屬硫化物鉛同位素數據聚為2個區域，部分數值投影于上地幔與造山帶演化線之間；其他數值位于造山帶與上地殼演化線之間，在其他區間幾乎沒有分布，表明礦石鉛既有地幔來源也包含上地殼成分或來自于上地殼，暗示礦床的礦石鉛并非全部由花崗巖漿所提供，礦床的鉛來源可能并不是單一的，反映了礦石鉛的殼幔混合來源特點。在鉛同位素w(206Pb)/w(204Pb)-w(208Pb)/w(204Pb)增長曲線模式圖上(圖5)[21]，投影點具有相對集中分布的特點，鉛同位素組成主要位于造山帶與下地殼演化線之間，即造山帶演化線的上方，反映了礦石鉛的殼源性質，即地殼也是成礦物質的主要來源之一，該區錫多金屬礦床成礦物質鉛具有多來源特點。與銅坑—長坡錫石硫化物礦床一樣同是殼-幔共同作用的產物[22]，鉛的來源主要為與巖漿作用有關的殼源鉛，但也有上地殼及殼幔混合來源的鉛參與[13]。

圖4 大福樓礦床金屬硫化物w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)圖解Fig.4 w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)diagram of metal sulfides in Dafulou ore deposit

據Doe等[23]研究的鉛同位素構造環境判別圖，將鉛同位素組成分別以w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)和w(206Pb)/w(204Pb)-w(208Pb)/w(204Pb)作圖，見圖6和圖7。由圖6可知：6個點落入下地殼區內，另外2個投影點落入造山帶區內。從圖7可以看出，3個投影點落入下地殼區域，另有5個投影點落入造山帶區域。以上結果表明：大福樓錫多金屬礦床形成于造山帶構造環境中，地殼為成礦提供了主要物質來源。

圖5 大福樓礦床金屬硫化物w(206Pb)/w(204Pb)-w(208Pb)/w(204Pb)圖解Fig.5 w(206Pb)/w(204Pb)-w(208Pb)/w(204Pb)diagram of metal sulfides in Dafulou ore deposit

圖6 鉛同位素w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)構造環境判別圖Fig.6 w(206Pb)/w(204Pb)-w(207Pb)/w(204Pb)diagram for discriminating tectonic settings

圖7 鉛同位素206Pb/204Pb-208Pb/204Pb構造環境判別圖Fig.7 206Pb/204Pb-208Pb/204Pb diagram for discriminating tectonic settings

6 結論

(1)廣西大福樓錫多金屬礦床礦石鉛具有多來源特征，既有地幔來源也包含上地殼成分或來源于上地殼，在成礦過程中上地殼是成礦物質的主要源區，為成礦提供了部分鉛源。

(2)礦床的礦石鉛并非全部由花崗巖漿所提供，該種類型礦床的鉛來源并不是單一的，礦石鉛具有殼幔混合來源的特點。

(3)礦床成礦作用與造山構造事件有關，大福樓錫多金屬礦床主要形成于造山帶構造環境中。

[1]Fu M, Changkakoti A, Krouse H R, et al.An oxygen, hydrogen,sulfur, and carbon isotope study of carbonate-replacement (skarn)tin deposit of the Dachang tin field, China[J].Economic Geology,1991, 86: 1683-1703.

[2]韓發, 趙汝松, 沈建忠, 等.大廠錫多金屬礦床地質及成因[M].北京: 地質出版社, 1997: 142-155.HAN Fa, ZHAO Ru-song, SHEN Jian-zhong, et al.Geology and origin of ores in the Dachang tin-polymetallic ore field[M].Beijing: Geological Publishing House, 1997: 142-155.

[3]葉緒孫, 嚴云秀, 何海洲.廣西大廠超大型錫礦成礦條件與歷史演化[J].地球化學, 1999, 28(3): 213-221.YE Xu-sun, YAN Yun-xiu, HE Hai-zhou.The mineralization factors and tectonic evolution of Dachang superlarge tin deposit,Guangxi, China[J].Geochimica, 1999, 28(3): 213-221.

[4]趙財勝.廣西大廠錫礦成因研究綜述[J].世界地質, 2000,19(3): 224-229.ZHAO Cai-sheng.A review about the genetic study of the Guangxi Dachang tin deposit[J].World Geology, 2000, 19(3):224-229.

[5]王登紅, 陳毓川, 陳文, 等.廣西南丹大廠超大型錫多金屬礦床的成礦時代[J].礦床地質, 2004, 78(1): 132-138.WANG Deng-hong, CHEN Yu-chuan, CHEN Wen, et al.Dating the Dachang giant tin-polymetallic deposit in Nandan,Guangxi[J].Acta Geologica Sinica, 2004, 78(1): 132-138.

[6]Wang D H, Chen Y C, et al.Dating of the Dachang superlarge tin-polymetallic deposit in Guangxi and its implication for the genesis of the No.100 orebody[J].Acta Geological Sinica, 2004,78(2): 452-458.

[7]鄭永飛, 陳江峰.穩定同位素地球化學[M].北京: 科學出版社, 2000: 21-68.ZHENG Yong-fei, CHEN Jiang-feng.Stable isotope geochemistry[M].Beijing: Science Press, 2000: 21-68.

[8]Zhao K D, Jiang S Y, Ni P, et al.Sulfur, lead and helium isotopic compositions of sulfide minerals from the Dachang Sn-polymetallic ore district in South China: Implication for ore genesis[J].Mineralogy and Petrology, 2007, 89: 251-273.

[9]韓發, 哈欽森R W.大廠錫礦床成因綜合分析及成礦模式[J].中國地質科學院院報, 1991, 22: 61－80.HAN Fa, Hutchinson R W.Synthetic studies on the origin of the Dachang tin-polymetallic deposits and their metallogenetic model[J].Bulletin of the Chinese Academy of Geological Sciences, 1991, 22: 61-80.

[10]葉緒孫, 嚴云秀, 何海洲.廣西大廠超大型錫礦床成礦條件[M].北京: 冶金工業出版社, 1996: 169-173.YE Xu-sun, YAN Yun-xiu, HE Hai-zhou.The metallogenic condition of Dachang super large tin deposit in Guangxi[M].Beijing: Metallurgical Industry Press, 1996: 169-173.

[11]何海洲, 葉緒孫.廣西大廠礦田礦質來源研究[J].廣西地質,1996, 9(4): 33-41.HE Hai-zhou, YE Xu-sun.Study on source of ore-forming materials in Dachang ore field, Guangxi[J].Guangxi Geology,1996, 9(4): 33-41.

[12]梁婷, 陳毓川, 王登紅, 等.廣西大廠錫多金屬礦床地質與地球化學[M].北京: 地質出版社, 2008: 38-109.LIANG Ting, CHEN Yu-chuan, WANG Deng-hong, et al.Geology and geochemistry of the Dachang tin-polymetallic deposit in Guangxi[M].Beijing: Geological Publishing House,2008: 38-109.

[13]梁婷, 王登紅, 蔡明海, 等.廣西大廠錫多金屬礦床S、Pb同位素組成對成礦物質來源的示蹤[J].地質學報, 2008, 82(7):967-977.LIANG Ting, WANG Deng-hong, CAI Ming-hai, et al.Sulfur and lead isotope composition tracing for the sources of ore-forming material in Dachang tin-polymentallic orefield,Guangxi[J].Acta Geologica Sinica, 2008, 82(7): 967-977.

[14]蔡明海, 梁婷, 吳德成, 等.廣西大廠礦田花崗巖地球化學特征及其構造環境[J].地質科技情報, 2004, 23(2): 57-62.CAI Ming-hai, LIANG Ting, WU De-cheng, et al.Geochenical characteristics of granites and their tectonic setting of Dachang ore field in Guangxi[J].Geological Science and Technology Information, 2004, 23(2): 57-62.

[15]范森葵, 黎修旦, 成永生, 等.廣西大廠礦區脈巖的地球化學特征及其構造和成礦意義[J].地質與勘探, 2010, 46(5):828-835.FAN Sen-kui, LI Xiu-dan, CHENG Yong-sheng, et al.Geochemical features of vein rocks and their significance to structure and mineralization in the Dachang ore district, Guangxi province[J].Geology and Exploration, 2010, 46(5): 828-835.

[16]Cai M H, Mao J W, Liang T, et al.The origin of the Tongkeng-Changpo tin deposit, Dachang metal district, Guangxi,China: clues from fluid inclusions and He isotope systematics[J].Miner Deposita, 2007, 42: 613-626.

[17]李蔭清, 陳偉十.大廠錫礦的成礦流體[J].巖石學報, 1989(3):12-24.LI Yin-qing, CHEN Wei-shi.The ore-forming fluid of Dachang tin deposit[J].Acta Petrologica Sinica, 1989(3): 12-24.

[18]Fan D, Zhang T, Ye J, et al.Geochemistry and origin of tin–polymetallic sulfide deposits hosted by the Devonian black shale series near Dachang, Guangxi, China[J].Ore Geology Reviews, 2004, 24: 103-120.

[19]蔡明海, 梁婷, 吳德成, 等.廣西丹池成礦帶構造特征及其控礦作用[J].地質與勘探, 2004, 40(6): 5-10.CAI Ming-hai, LIANG Ting, WU De-cheng, et al.Structure characteristics and mingeralization controls of the Nandan-hechi metallogenic belt in Guangxi province[J].Geology and Prospecting, 2004, 40(6): 5-10.

[20]蔡明海, 梁婷, 吳德成, 等.桂西北丹池成礦帶花崗巖地球化學特征及其構造環境[J].大地構造與成礦學, 2004, 28(3):306-313.CAI Ming-hai, LIANG Ting, WU De-cheng, et al.Geochemical characteristics of granites and its structural genetic environment in the Nandan-hechi metallogenetic belt, northwest Guangxi[J].Geotectonica et Metallogenia, 2004, 28(3): 306-313.

[21]Zartman R E, Doe B R.Plumbotectonics-The model[J].Tectonophysics, 1981, 75: 135-162.

[22]蔡明海, 毛景文, 梁婷, 等.大廠錫多金屬礦田銅坑－長坡礦床流體包裹體研究[J].礦床地質, 2005, 24(3): 228-241.CAI Ming-hai, MAO Jing-wen, LIANG Ting, et al.Fluid inclusion studies of Tongkeng-Changpo deposit in Dachang polymetallic tin orefield[J].Mineral Deposits, 2005, 24(3):228-241.

[23]Doe B R, Zartman R E.Plumbotectonics: The phanerozoic[C]//Barnes H L.Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits.New York: Wiley Inter Science, 1979: 22-70.