云南白牛廠銀多金屬礦床硫同位素組成及滇東南多金屬礦找礦遠景

李開文 張 愷 郭君功 劉 坤 方懷賓 張 乾

（1.河南省地質調查院，河南鄭州450001；2.河南省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室，河南鄭州450001；3.河南省地質礦產勘查開發(fā)局第二地質勘查院，河南鄭州450000；4.河南省地質科學研究所，河南鄭州450001；5.中國科學院地球化學研究所，貴州貴陽550002）

白牛廠銀多金屬礦床位于滇東南錫多金屬成礦帶，與個舊、都龍多金屬礦床共同構成了滇東南三大多金屬礦床，并且其各自伴生一個大的花崗巖體。其中，白牛廠多金屬礦床的銀、錫、鉛、鋅資源量達到了大型—超大型規(guī)模，伴生有豐富的分散元素In、Cd、Ga、Ge等，并且深部勘探仍在進行中［1］。目前，白牛廠銀多金屬礦床成因主要存在巖漿熱液成因［2］、海底熱水噴流沉積成因［3］、巖漿熱液疊加后期改造成因［4］、熱水噴流沉積疊加巖漿熱液疊加改造成因［5］等4種觀點。白牛廠礦床資源儲量巨大，并且具有較好的找礦前景，由于該礦床成因存在爭議，嚴重制約了進一步的勘查與找礦工作。對于不同地質成因形成的礦床，其礦體賦存部位、礦體形態(tài)、礦物組合等通常也會有較大差別，導致找礦方向和找礦方法也有所不同。因此，進一步確定礦床成因，對于礦區(qū)后續(xù)找礦工作的有效開展具有較為關鍵的指導作用。本研究對白牛廠礦床的硫同位素重新進行分析，并結合已有的研究成果，對白牛廠銀多金屬礦床硫來源進行討論，對礦床成因進行進一步論證，并對滇東南地區(qū)的找礦遠景進行探討。

1 區(qū)域地質概況

滇東南地區(qū)位于揚子地塊、南嶺褶皺系和三江褶皺系的交匯部位，北西以彌勒—師宗斷裂與揚子地塊為界，南西以紅河斷裂與哀牢山斷塊相連，南接越北古陸，東部與文麻斷裂、南嶺褶皺系相接（圖1）。白牛廠多金屬礦床位于該區(qū)域中部，由于受相鄰構造單元影響，是地質構造較為復雜的地區(qū)［1］。

滇東南地區(qū)巖漿活動較為強烈，以燕山中—晚期最為發(fā)育且與成礦作用最為密切，主要分布有個舊雜巖體、都龍老君山巖體和薄竹山巖體，成分上主要為酸性侵入巖，多呈巖基或巖株產出，其次為基性—超基性巖。該區(qū)地層出露主要有元古界、寒武系、中下奧陶統(tǒng)、泥盆系及石炭系等，其中寒武系主要為一套淺海陸棚—濱海潮坪及瀉湖相細碎屑巖-碳酸鹽建造，下寒武統(tǒng)以碎屑巖為主，中—上寒武統(tǒng)主要為碳酸鹽組合，是區(qū)內較為重要的賦礦層位。泥盆系廣泛發(fā)育，為一套濱海—淺海相碳酸鹽巖及碎屑巖組合［1］。

2 礦床地質特征

礦區(qū)出露的地層主要為寒武系中、下統(tǒng)及泥盆系下統(tǒng)，主體構造為圓寶山復式向斜及NWW向斷裂，其中，NWW向斷裂為礦區(qū)主要的控礦構造（圖2）。圓寶山復式向斜位于礦區(qū)北西部，軸面呈NWW向展布，軸長約2 km，其核部主要由龍哈組白云巖組成，樞紐兩端延伸至礦區(qū)外圍，地層產狀由四周向中心槽部傾斜，總體顯示為一個寬緩的構造盆地，從而控制了沉積相的空間配置方式［6］。

白牛廠礦床礦化范圍較大，共分為白羊、咪尾、穿心洞、對門山和阿尾5個礦段（圖2），礦體主要賦存于中寒武系統(tǒng)田蓬組上部及龍哈組下部，礦體按產狀可分為2種，一種為與沉積巖層產狀基本一致的層狀、似層狀、透鏡狀整合礦體，另一種為與地層不整合的脈狀、網脈狀和浸染狀礦體。其中以V1#礦體規(guī)模最大，金屬量占礦床總金屬儲量的95%以上，該礦體幾乎貫穿了所有礦段。V1#礦體長度約1 200 m，沿傾向延深超過1 400 m，總體傾斜南，傾角一般為20°左右，由于受圓寶山復式向斜控制，與地層同步彎曲。該礦床中的礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、黃銅礦等，主要的銀礦物有銀黝銅礦、黝銻銀礦、深紅銀礦、輝銻銀礦等，主要成礦元素為鋅、鉛、銀和錫，伴生成礦元素為銅、硫、銻、砷、鎵、銦、鎘等，脈石礦物主要為微晶石英、方解石、白云母、絹云母等［6］。

白牛廠多金屬礦床圍巖蝕變總體偏弱，而東南部阿尾礦段圍繞隱伏花崗巖體圍巖蝕變表現較強，由內向外總體可分為云英巖化、角巖化、矽卡巖化、碳酸鹽化4個蝕變帶（圖3）。

薄竹山復式花崗巖體位于文山縣城以西約30 km（圖1），地表呈紡錘體狀沿NW向展布，軸向為300°～320°，長約20 km，寬度為2～10 km，出露面積約為120 km2，主體為黑云母二長花崗巖，向北西侵位于寒武系和奧陶系并隱伏于白牛廠礦床之下［7-8］。

3 硫同位素測試分析

本研究硫同位素分析在中國科學院地球化學研究所環(huán)境地球化學國家重點實驗室完成。具體流程為：首先在雙目鏡下手工挑選出磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦，純度均達99%以上，在瑪瑙缽中研磨至200目以下，對不同礦物加入不同質量比例的 CuO（（黃鐵礦）：（CuO）=1∶6，（磁黃鐵礦）：（CuO）=1∶8，（閃鋅礦）：（CuO）=1∶6，（方鉛礦）：（CuO）=1∶4）并充分混合后裝入容器中，置于馬弗爐內，加熱至1 000℃，在真空條件下保持15 min，將礦物中的S氧化為SO2。分析測試采用連續(xù)硫同位素質譜儀CFIRMS配備Elemental Analyzer進樣器完成，標準物 質 選 用 GBW 04414（Ag2S，δ34SCDT=（-0.07±0.13）‰）、GBW 04415（Ag2S，δ34SCDT=（22.15±0.14）‰），數據采用相對國際硫同位素標準CDT（Canyon Diablo Troilite）值表示，測試誤差小于±0.2‰（2σ）［9］。本研究共分析了44件白牛廠礦床新開采礦段的硫化物樣品，樣品包括黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦，相關測試結果見表1。

4 討論

根據礦床中硫同位素組成，可以分析礦床中硫的來源，進而可以探討礦床成因。一般來說，硫主要有3個來源，即幔源硫（δ34S值約為0）、地殼硫及混合硫，而成礦流體中的總硫同位素組成主要受制于硫源的同位素組成、成礦物理化學條件和水—巖相互作用程度等條件［8］。白牛廠礦床中的礦石礦物以硫化物為主，主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等。本研究結合白牛場礦床新開采礦段硫化物的硫同位素組成（表1），對該礦床硫同位素組成特征及硫來源進行分析，并進一步討論礦床成因。

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4.1 硫同位素組成

白牛廠礦床原生礦物組成相對簡單，主要為硫化物。本研究測試結果（表1）表明：白牛廠礦床δ34S值分布范圍較小，黃鐵礦δ34S值為2.5‰～4.0‰，磁黃鐵礦δ34S值為2.7‰～3.9‰，閃鋅礦δ34S值為2.9‰～4.3‰，方鉛礦δ34S值為1.5‰～2.3‰，黃銅礦δ34S值為3.4‰～4.3‰。

由圖4可知：白牛廠礦床δ34S值分布比較集中，所有硫化物樣品的δ34S值為1.5‰～5.3‰，均值為3.2‰，δ34S值集中分布于2‰～5‰，峰值為2‰～4‰，相近的δ34S值說明硫化物樣品可能具有相同的來源。不同礦物的δ34S值差別不大，但從δ34S值均值來看，δ34S磁黃鐵礦＞δ34S黃銅礦＞δ34S黃鐵礦＞δ34S毒砂＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦，不符合成礦流體處于平衡狀態(tài)下δ34S黃鐵礦＞δ34S閃鋅礦＞δ34S磁黃鐵礦＞δ34S黃銅礦＞δ34S方鉛礦的特征，說明成礦流體總體未能達到平衡狀態(tài)，可能由于多期作用疊加所致。

4.2 硫來源探討

在熱液礦床中，由于成礦作用中固—液相之間的同位素分餾作用，熱液形成的硫化物δ34S值一般不等于熱液總δ34S值（δ34SΣS），而是熱液體系中總硫同位素組成、fO2、fS2、pH、離子強度和溫度的函數，即δ34S=f（δ34SΣS，fO2，fS2，pH，I，T）。因此，熱液礦床中礦物的硫同位素組成不僅取決于源區(qū)物質的δ34S值，而且與含硫成礦物質在熱液體系中遷移和沉淀時的物理化學條件有關。熱液體系中總硫的同位素組成δ34SΣS=（δ34SH2S×XH2S）+（δ34SHS-×XHS-）+（δ34SS2-×XS2-）+（δ34SSO42-×XSO42-）+（δ34SHSO4-×XHSO4-）+（δ34SKSO4-×XKSO4-）+（δ34SNaSO4-×XNaSO4-），其中X為硫化物或硫酸鹽相對于總硫的摩爾分數。在白牛廠礦區(qū)尚未發(fā)現硫酸鹽類礦物，主要的礦石礦物均為硫化物。因此，根據上式，白牛廠礦床硫化物的δ34S值可以近似代表成礦流體的總硫同位素組成［8］。

白牛廠礦床主要賦存于中寒武統(tǒng)田蓬組與龍哈組界面附近的斷層破碎部位的細碎屑巖中，張乾［11］通過對比研究國內外泥巖-細碎屑巖型鉛鋅礦床發(fā)現，該類型礦床大部分δ34S值為正值，變化范圍為10‰～30‰，礦床中的硫主要來自海水硫酸鹽的分解。白牛廠礦床中所有硫化物的δ34S值為1.5‰～5.3‰，難以采用“海水硫酸鹽還原理論”進行解釋。白牛廠礦床硫化物具有與S型花崗巖相關熱液礦床δ34S值相似的特征［8］，這種相對均一的硫同位素值表明硫源來自均一的熱液體系，而非由同位素組成的不同來源硫均一化形成。

徐文炘［12］根據600多件硫化物的硫同位素數據的分析，將我國錫礦床的硫源分為巖漿硫和巖漿與地層混合硫2種。巖漿來源硫δ34S值較小，一般為-2‰～6‰，而混合來源硫δ34S值較大，一般大于12‰。Xie等［9］在研究白牛廠礦床硫同位素組成特征時，將其分為白羊礦段和東南部其他礦段2組進行討論，得出早期的硫來自下地殼基底巖石的淋慮，晚期的硫來自燕山期的花崗巖漿。實際上白牛廠礦床多數礦體同時跨越數個礦段，并且2組硫同位素組成并無本質區(qū)別（白羊礦段δ34S值為2‰～5‰，東南部礦段δ34S值為2‰～6‰）。結合區(qū)域地質特征，可知薄竹山花崗巖體隱伏侵入于礦床東南部，而在白羊礦段底部也發(fā)現了隱伏巖體。因此，本研究認為白牛廠礦床礦石礦物中的硫主要由燕山晚期花崗巖巖漿提供。

4.3 礦床成因

白牛廠礦床由于開采較晚，研究深度欠缺，有關礦床成因爭議較大，白牛廠礦床與薄竹山巖體的關系是研究礦床成因的一個關鍵因素［1］。王吉珺等［13］通過對我國遼西地區(qū)中生代花崗巖的研究表明，硫型二長花崗巖的δ34S值為1.5‰～5.9‰，與白牛廠礦床δ34S值極其相近，說明白牛廠礦床與花崗巖巖漿有密切聯系，硫可能主要由花崗巖巖漿提供。李開文等［14］獲得的白牛廠礦床以往曾認為是最具有典型熱水沉積作用特征的白羊礦段錫石的形成年齡為（87.4±3.7）Ma～（88.4±4.3）Ma，與薄竹山花崗巖的成巖時代（（84.22±0.74）Ma～（88.10±0.66）Ma）極其匹配，說明錫成礦主要受巖漿作用控制，而非主要來自海底熱水噴流作用。白牛廠鉛同位素研究表明，白牛廠礦床的鉛主要來自巖漿作用［1］。隨著白牛廠礦床的進一步勘探和研究發(fā)現，礦床的礦化特征主要受晚白堊世酸性巖漿活動控制，尤以東南部阿尾礦段最具典型，以阿尾隱伏花崗巖體為中心向外和向上的礦化具有水平和垂直分帶現象（圖5），分別形成了高—中溫鎢錫礦化帶、鉛鋅礦化帶、銅礦化帶和中—低溫銀錫鉛鋅礦化帶、銀鉛鋅礦化帶和低溫銻礦化帶，并在相應的礦化部位形成了礦體［15］。

4.4 滇東南成礦帶找礦遠景

滇東南成礦帶位于南嶺成礦帶西段，是我國重要的錫多金屬礦產地，該成礦帶產出的白牛廠、個舊、都龍3個超大型多金屬礦床均伴生有晚白堊世花崗巖體，分別為薄竹山巖體、個舊巖體和老君山巖體。隨著礦床的開發(fā)及研究工作的深入，越來越多的證據顯示滇東南多金屬礦床的成因與晚白堊世巖漿活動有密切的關系。個舊花崗巖鋯石U-Pb年齡多集中于（85.8±0.6）Ma～（77.4 ±2.5）Ma［16］，個舊礦床的成礦時代多集中于（95.3±0.7）Ma～（77.4± 0.6）Ma。老君山巖體的鋯石U-Pb年齡集中于（86.83±0.45）Ma～（86.0±0.5）Ma［17］，都龍礦床的錫石U-Pb年齡為（89.4±1.4）Ma［18］。結合白牛廠礦床地球化學與年代學研究認為，在晚白堊世，滇東南地區(qū)發(fā)生了大規(guī)模的區(qū)域伸展作用，從而誘發(fā)了富含Sn、Pb、Zn等成礦物質的花崗質巖漿底辟上侵，并在有利地段富集成礦［19-21］。因此，在滇東南地區(qū)圍繞晚白堊世巖體周圍及外緣為尋找同類型多金屬礦產的有利地段。

5 結語

分析了白牛廠銀多金屬礦床的硫同位素組成特征，認為該礦床礦石礦物的δ34S值分布范圍較小，該礦床的的硫主要由巖漿作用提供，為巖漿熱液型礦床；滇東南地區(qū)圍繞晚白堊世花崗巖體及外圍為尋找多金屬礦產的有利地段。