東昆侖野馬泉鐵多金屬礦床硫同位素地球化學特征及意義

喬保星+潘彤+陳靜+楊媛

摘要：野馬泉鐵多金屬礦床位于柴達木盆地西南邊緣與青海祁漫塔格結合部位，地殼結構復雜，巖漿活動強烈，成礦地質條件優越，是青海省重要的鐵多金屬成礦區，本文對該礦床硫同位素組成進行詳細研究，探討了成礦物質來源和礦床成因。結果表明，該礦床黃鐵礦、黃銅礦δ34S的平均值為3.73‰，屬于混合硫，受區域構造演化殼幔混合的影響，成礦物質主要來源于深源巖漿區，成礦物質在上移過程中混入了圍巖硫。野馬泉鐵多金屬礦床是可能存在兩期成礦的、與深成巖漿巖源區有密切成因聯系的矽卡巖型鐵多金屬礦床。

關鍵詞：地球化學；硫同位素；野馬泉；東昆侖

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（B）-00

野馬泉鐵多金屬礦床位于柴達木盆地西南邊緣與青海祁漫塔格結合部位，地殼結構復雜，巖漿活動強烈，北西西向和北東東向斷裂發育，該區成礦地質條件優越，是青海省重要的鐵多金屬成礦區，已發現鐵礦床、礦化點20余處。目前，已在祁漫塔格區域的成礦條件和成礦規律方面研究了很多，野馬泉地區也取得了良好的找礦成果，并積累了大量的資料，目前對于野馬泉鐵礦床較為統一的認識為形成于大約220Ma印支期巖漿作用的矽卡巖型礦床（王存等，2007；劉云華等，2006；張愛奎等，2010；衛崗等，2012；劉建楠等，2013），但隨著新的年齡及一些新證據的發現，不同的研究者開始對礦床的成礦物質來源及成因產生置疑：高永寶野馬泉礦區的侵入巖進行測年：花崗巖U-Pb年齡為212.9±1.1Ma，斑狀石英二長閃長巖U-Pb年齡為219±1.1Ma，二長花崗巖U-Pb年齡為392.6±2.2Ma，認為在中泥盆也是一個成礦時期，為兩期成礦；由于礦區內硅質巖的發現并且部分礦體受地層控制，認為礦體前期受噴流沉積作用后期受到巖漿活動的疊加，為噴流沉積+矽卡巖型（潘彤，2008；宋忠寶，2010）。本文也是基于此點進行的選題，依據礦區內的硫同位素進行研究，分析其成礦物質來源，進而判定礦床成因。

1 礦區地質概況

野馬泉鐵多金屬礦區處于柴達木準地臺南緣，大地構造位置在區域上位于東昆侖祁漫塔格早古生代裂陷槽。礦區出露地層主要為寒武-奧陶紀灘間山群（∈-OT），晚泥盆世牦牛山組（D3m），晚石炭世締敖蘇組（C2d），早-中二疊世打柴溝組（P1-2dc），第四系。礦區西北部發現隱伏的中元古代狼牙山組（Jxl）。礦區斷裂發育，共出露有17條斷裂，區內斷裂主要為NWW、NW向，NE向和NE向三種類型，其中NWW、NW向斷裂是成礦期構造為成礦熱液的運移、儲存提供了便利，是礦區的主要控礦構造，NE向斷裂為成礦后斷裂。

礦區內加里東期至燕山期巖漿巖均發育。印支期三疊世的巖體在地表大面積出露，巖性主要為花崗閃長巖、含黑云母閃長巖及（似斑狀）二長花崗巖。礦區依據地磁異常共圈出14處異常，劃分為南、北兩個礦帶。目前礦區已發現的礦體，主要產于中酸性侵入巖與晚石炭世締敖蘇組、寒武-奧陶紀灘間山群外接觸帶矽卡巖中，礦種以鐵、銅為主，成礦類型屬于接觸交代型。

圖1 野馬泉礦區地質圖（據孫豐月等，2009修改）

1—第四系； 2—早-中二疊統打柴溝組碎屑巖及灰巖； 3—早-中二疊統打柴溝組燧石條帶灰巖； 4—晚石炭世締敖蘇組灰巖； 5—晚泥盆世牦牛山組安山巖夾英安巖； 6—寒武-奧陶紀灘間山群大理巖、鈣板巖夾硅質巖； 7—輝綠玢巖； 8—閃長玢巖； 9—閃長巖； 10—花崗閃長巖； 11—花崗巖； 12—矽卡巖； 13—鐵礦體； 14—地質界線； 15—推測斷層； 16—逆斷層； 17—轉換斷層； 18—地磁異常及編號

2 硫同位素特征

2.1 樣品及測試方法

本次共采集9件硫化物樣品，分別挑選單礦物進行S同位素測試，樣品采自野馬泉礦區、尕林格礦區、卡而卻卡礦區的矽卡巖及原生礦石。硫同位素分析方法及步驟如下：選取具代表性樣品，經手工進行逐級破碎、過篩，在雙目鏡下挑選粒度0.2-0.4mm，純度>98%，2g以上的單礦物。單礦物的挑選在廊坊科大完成的。最后選500mg以上的樣品送核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成，儀器型號為Delta v plus，檢測方法和依據為DZ/T 0184.14-1997《硫化物中硫同位素組成的測定》。

2.2 測試結果

根據野馬泉礦區的9個硫同位素樣，共9個分析結果（表1），可以看出δ34S的值為1.5‰～4.9‰，其中集中于于3.3～4.9‰，變化范圍窄，平均值為3.73‰。黃鐵礦、黃銅礦的δ34S的特征如圖2所示。其中6件黃鐵礦的δ34S變化范圍為1.5‰～4.9‰，平均值為3.8‰；3件黃銅礦的δ34S變化范圍為2.4‰～4.3‰，平均值為3.6‰。黃鐵礦δ34S的平均值略大于黃銅礦，符合礦物與H2S之間硫同位素的平衡分餾系數 。因此各硫化物晶出過程中礦區中的硫化物34S的分配已處于平衡狀態。

表1 野馬泉礦區硫同位素組成

序號 樣號 樣品名稱 δ34SCDT/×10-3

1 M4df-S1 黃鐵礦 3.3

2 ZK6821-S1 黃鐵礦 4.8

3 ZK11201-S1 黃鐵礦 1.5

4 ZK90801-S2 黃鐵礦 3.5

5 ZK801-S4 黃鐵礦 4.9

6 ZK9008-S2 黃鐵礦 4.8

7 2012野（Re-Os）-TW1-1 黃銅礦 4.1

8 2012野（Re-Os）-TW1-2 黃銅礦 4.3

9 2012野（Re-Os）-TW1-3 黃銅礦 2.4

3 討論

3.1硫同位素特征

硫同位素是礦床成因和成礦物理化學條件的指示劑，金屬礦床中硫的來源主要有原生硫、地殼硫和混合硫（王奎仁等，1989）主要有3個儲存庫，即幔源硫（δ34S=0±3‰）、海水硫（δ34S=20‰）和沉積物中還原硫。野馬泉礦區硫同位素特征如圖2所示，δ34S值為1.5‰～4.9‰，集中于3.3～4.9‰，變化范圍窄，全是正值，偏重硫同位素。說明硫同位素均一化程度高，而硫來源比較穩定。根據硫化物的δ34S平均值估計成礦熱液的δ34S值為3.73‰。地幔δ34S值通常為-2～2‰的范圍內（ Thode等，1961），大洋島弧玄武巖硫化物δ34S值在 -0.9～2.9‰范圍內（ Seal，2006），混合巖漿硫的δ34S值范圍為-2.9～4.9‰，并且由于地殼物質的混入使得該范圍值有所提高（馬圣鈔，2012）。通過δ34S的范圍可以看出野馬泉礦床中的硫為混合硫。endprint

3.2 成礦物質來源

對比鄰區的虎頭崖礦區及尕林格礦區，馬圣鈔（2012）得到虎頭崖礦區硫化物硫中的δ34S平均值為4.4‰，雷源保（2014）得出的虎頭崖礦區硫化物硫中的δ34S平均值為5.2‰，孔德峰（2013）得尕林格礦區礦石中δ34S平均值為3.53‰。可以看出野馬泉礦區中硫化物的δ34S平均值3.73‰與鄰區硫同位素化學特征相符，礦區成礦物質主要來源于深源巖漿區，成礦物質在上移過程中混入了圍巖硫。結合區域的區域構造演化歷史來看：東昆侖花崗巖的形成與4期構造-巖漿旋回有關，其中以早古生代和晚古生代-早中生代這兩期構造-巖漿旋回為主。在這兩期構造-巖漿旋回的末期都對應著世洋盆閉合俯沖和碰撞造山運動并伴隨著巖漿混合作用與底侵作用。野馬泉礦區與成礦有關的花崗巖體是一種富硅富鉀過鋁質鈣堿性、具有殼幔混合特征的 I型花崗巖，形成于構造-巖漿旋回的俯沖結束-碰撞轉變期，由碰撞擠壓環境轉向后碰撞的伸展環境該背景之下，巖體源區經歷過板狀俯沖，殼幔物質混合形成母巖巖漿，而后巖漿上侵經分異演化并最終固結成巖（另文發表）。礦區δ34S為1.5‰～4.9‰，平均值為3.73‰，這一范圍落在花崗巖類δ34S （?13.4～26.7‰）（鄭永飛，2000）中，且與磁鐵礦系列花崗類δ34S （0.6～9.2‰）（Seal R R II，2006）接近。豐成友（2010）對祁漫塔格地區硫同位素研究表明，該地區與巖漿成礦關系密切的海西?印支期典型斑巖型礦床的δ34S （0.5～4.5‰），矽卡巖型礦床δ34S （-2.1～10.1‰），其成礦物質主要來自巖漿巖和被交代的圍巖。野馬泉鐵多金屬礦床成礦物質主要來源于巖漿巖，部分來源于圍巖。

3.3 礦床成因

本次研究還對礦區內的M13中與成礦有關的花崗閃長巖進行LA-LCP-MS鋯石U-Pb測年，得到的年齡為220.53±0.69 Ma和400.8±1.4 Ma（另文發表），表明礦區成巖應該有兩期，即加里東晚期和印支晚期；同時高永寶對野馬泉礦區M13異常內隱伏的花崗閃長巖和二長花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得的年齡分別為386±1Ma和393±2Ma，屬于早中泥盆世。結合本區的硫同位素特征，說明在早古生代和晚古生代-早中生代這兩期構造-巖漿旋回的末期礦區都有巖漿侵入，深源巖漿經歷板狀俯沖以及巖漿混合作用和底侵作用，這種殼幔物質混合形成的巖漿在上侵過程中經分異演化及同化混染作用與圍巖發生物質交換，汲取了部分地層中的成分，并最終固結成巖。此次研究還行了礦石Re-Os同位素測試，得到的年齡約為230Ma，因此推測野馬泉鐵礦區早-中泥盆世的花崗巖可能只是對成礦物質進行了富集或初步成礦，主成礦還是由于形成于中-晚三疊世的花崗巖，也說明野馬泉鐵多金屬礦床可能存在兩期成礦，礦床類型為矽卡巖型礦床，與深成巖漿巖源區有密切成因聯系。

4 結論

（1）野馬泉礦區的黃鐵礦、黃銅礦的硫主要來源于硫同位素比較均一的、富重硫同位素的深源巖漿源區，成礦物質在上移過程中混入了一定的圍巖硫。

（2）通過對比鄰區及區域構造演化，野馬泉鐵多金屬礦床成礦物質主要來源于經歷了殼幔混合的漿巖，部分來源于圍巖。

（3）野馬泉鐵多金屬礦床是可能存在兩期成礦的、與深成巖漿巖源區有密切成因聯系的矽卡巖型鐵多金屬礦床。

參考文獻：

[1]安勇勝，李建放，逯積明. 青海省格爾木市那陵郭勒河中游六幅1∶5萬區域礦產調查[R]. 青海省地質調查院.2008.

[2]豐成友，李東生，吳正壽，李軍紅，張占玉，張愛奎，舒曉峰，蘇生順.東昆侖祁漫塔格成礦帶礦床類型、時空分布及多金屬成礦作用[J].西北地質，2010，43（4）： 10-17.

[3]高永寶，李文淵，李侃，錢兵，李東生，何書躍，張照偉，張江偉，王亞磊.東昆侖野馬泉鐵礦有關花崗巖年代學、Hf同位素及其地質意義[J].礦床地質，2012，31（增刊）：1021-1023.

[4]孔德峰，賴健清，劉洪川，馬曉光，王召鵬.尕林格鐵多金屬礦床成礦物質來源——以S、Pb同位素組成為依據[J].現代礦業，2013，11（11）：42-50.

[5]雷源保，賴健清，王雄軍，蘇生順，王守良，陶詩龍.虎頭崖多金屬礦床成礦物質來源及演化[J].中國有色金屬學報，2014，24（8）：2117-2128.

[6]李厚民，胡正國，錢壯志等.對東昆侖金及多金屬主要成礦系列的初步認識[J].西安工程學院學報，1999，21（4）：51-56.

[7]劉建楠，豐成友，趙一鳴.青海野馬泉矽卡巖鐵鋅多金屬礦區侵入巖、交代巖及礦化蝕變特征[J]. 礦床地質，2013，32（1）：77-93.

[8]劉云華，寞宣學，張雪亭.東昆侖野馬泉地區矽卡巖礦床地球化學特征及其成因意義[J]. 華南地質與礦產，2006，（3）：31-36.

[9]劉云華，莫宣學，喻學惠，張雪亭，許國武.東昆侖野馬地區景忍花崗巖鋯石 LA-LCP-MS U-P定年及其地質意義[J].巖石學報，2006，022（010）： 2457-2463.

[10]馬圣鈔，豐成友，李國臣，蘇曉峰.青海虎頭崖銅鉛鋅多金屬礦床硫、鉛同位素組成及成因意義[J].地質與勘探，2012，48（2）：321?331.

[11]潘彤.青海祁漫塔格地區鐵多金屬礦床成礦地質特征及找礦潛力[J].礦產與地質，2008，22 （3）：232-235.

[12]喬耿彪，伍躍中.青海祁漫塔格地區花崗巖成因類型對成礦作用的控制[J].西北地質，2010， 43（4）：134-142.

[13]SEAL R R II.2006.Sulfur isotope geochemistry of sulfide minerals[J].Rev Mineral Geochem， 61：633?677.endprint

[14]宋忠寶，賈群子，張占玉.東昆侖祁漫塔格地區野馬泉鐵銅礦床地質特征及成因探討[J].西北地質，2010，43（4）：209-217.

[15]Thode HG，Monster J，Dunford HB.1961.Sulphur isotope geochemistry[J].Geochim Cosmochim Acta.25：159-174.

[16]譚文娟，姜寒冰，楊合群.祁漫塔格地區鐵多金屬礦床成礦特征及成因探討[J]. 地質與勘探，2011，47（2）：244-250.

[17]Wang kui-ren.Genetic Mineralogy of The Earth and The Universe[M].Hefei： Anhui Educational Press，1989：334-342（in chinese）

[18]王存，梁德玉.青海省野馬泉鐵多金屬礦成礦控制條件探討[J].西部探礦工程，2007，（7）： 127-129.

[19]衛崗，張普斌，李宏錄.2012.青海祁漫塔格地區鐵多金屬礦床成礦地質特征及找礦前景[J].礦產勘查，3（3）：346-355.

[20]伍躍中，喬耿彪，陳登輝.東昆侖祁漫塔格地區構造巖漿作用與成礦關系初步探討[J].大地構造與成礦學，2011，35（2）：232-241.

[21]許長坤，劉世寶，趙子基.青海省東昆侖成礦帶鐵礦成礦規律與找礦方向研究[J]. 地質學報，2012，86（10）：1621-1678.

[22]薛寧，安勇勝，李五福.青海野馬泉地區正長花崗巖的基本特征及成因[J].青海大學學報（自然科學版），2009，27（2）：18-22.

[23]張愛奎，景向陽，范光雄.青海省格爾木市野馬泉地區鐵多金屬礦普查報告[R].青海省第三地質礦產勘查院.2010.

[24]張愛奎，莫宣學，李云平等.青海西部祁漫塔格成礦帶找礦新進展及其意義[J].地質通報， 2010，29（7）：1062-1074.

[25]張愛奎，莫宣學，劉光蓮.野馬泉礦床特征及找礦潛力分析[J].礦產與地，2010，24（2）：97- 106.

[26]鄭永飛，陳江峰.穩定同位素地球化學[M].北京：科學出版社，2010：218?234.endprint