東秦嶺龍門(mén)店銀鉛鋅礦穩(wěn)定同位素組成特征研究

李軍亭，陳書(shū)中

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局 第六地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016)

龍門(mén)店銀鉛鋅礦位于東秦嶺重要的熊耳山銀金鉬成礦帶內(nèi)，在熊耳山隆起變質(zhì)核雜巖西段。熊耳山成礦帶位于華北板塊南緣，西段富集銀鉛金，已探明Ag資源儲(chǔ)量超過(guò)4 100 t，是我國(guó)重要的銀成礦區(qū)之一。龍門(mén)店銀鉛鋅礦區(qū)位于河南省洛寧縣下峪鎮(zhèn)和興華鄉(xiāng)境內(nèi)，區(qū)內(nèi)西到沙溝斷裂，東至全寶山林場(chǎng)，南到漫子溝，北止洛寧山前斷裂。龍門(mén)店礦區(qū)面積約17.06 km2。礦區(qū)位于豫西東秦嶺熊耳山西段，區(qū)內(nèi)地形條件復(fù)雜。

前人在龍門(mén)店礦區(qū)針對(duì)銀鉛鋅礦開(kāi)展了部分研究工作，趙定生[1]對(duì)龍門(mén)店銀礦成礦地質(zhì)背景及成礦地質(zhì)條件進(jìn)行了深入研究；漆何為[2]探討了龍門(mén)店銀礦各礦體特點(diǎn)及找礦思路；龐緒成等[3]劃分了龍門(mén)店銀礦成礦階段；張凱濤等[4]對(duì)豫西龍門(mén)店銀礦成礦規(guī)律進(jìn)行研究，并開(kāi)展深部預(yù)測(cè)等。2017—2018年，河南省國(guó)土資源廳開(kāi)展了河南省洛寧縣龍門(mén)店銀礦控礦規(guī)律及找礦方向的研究。

目前，東秦嶺龍門(mén)店銀鉛鋅礦研究程度仍較低，成礦規(guī)律尚不明確，尤其是礦床成礦規(guī)律中成礦物質(zhì)來(lái)源尚不明確，制約了龍門(mén)店礦區(qū)銀鉛鋅礦床的進(jìn)一步找礦勘探。此次研究工作收集了礦區(qū)及鄰區(qū)區(qū)域地質(zhì)和礦床資料，在基本了解礦區(qū)礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，開(kāi)展野外地質(zhì)調(diào)查，采集巖礦和同位素測(cè)試樣品，探究礦床成礦物質(zhì)來(lái)源，以期服務(wù)于礦床成礦規(guī)律研究。

1 礦床地質(zhì)背景

龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床地域上位于河南省洛寧縣，大地構(gòu)造位置處于華熊地塊[5]。此次研究的崤山—熊耳山地塊這一構(gòu)造單元位于潘河—馬超營(yíng)斷裂帶以北，南與盧氏—欒川陸緣褶斷帶相鄰。礦區(qū)地層分區(qū)為華北地層區(qū)熊耳山小區(qū)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為基底太古宙太華巖群和蓋層中元古界熊耳群，地殼結(jié)構(gòu)具有較典型的地臺(tái)型上、下2層結(jié)構(gòu)型式，太古宙基底巖系經(jīng)歷了多期次與深層次的強(qiáng)變質(zhì)、變形；蓋層巖系變形較強(qiáng)，以淺層次的脆性變形為主，僅局部輕微變質(zhì)[6]。東秦嶺龍門(mén)店地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 東秦嶺龍門(mén)店地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological map of Longmendian area in East Qinling Mountains

1.1 火成巖

礦區(qū)火山活動(dòng)主要發(fā)生在太古宙、中元古代和中生代。①新太古代侵入巖系可分為正片麻巖系和古侵入巖系。正片麻巖系總體特點(diǎn)為具較強(qiáng)變質(zhì)變形而呈片麻狀構(gòu)造、保留侵入巖外貌特征而形成渾圓山包，可分為石板溝角閃斜長(zhǎng)片麻巖(Sog，占8.4%)、馬家溝黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖(Mog，占45.8%)、西草溝黑云斜長(zhǎng)片麻巖(Xog，占36.1%)、東草溝黑云二長(zhǎng)片麻巖(Dog，9.6%)，形成順序?yàn)镾og→Mog→Xog→Dog。據(jù)巖石類(lèi)型、接觸關(guān)系等，古侵入巖系可分為變超鎂鐵質(zhì)巖、變輝長(zhǎng)巖、變閃長(zhǎng)巖及變花崗巖4類(lèi)變輝長(zhǎng)巖。②中元古代火成巖主要為熊耳群，早期為噴溢形成的火山巖，晚期為輝綠巖脈、閃長(zhǎng)巖脈等。③中生代火成巖主要發(fā)育于燕山期，對(duì)礦區(qū)成礦有重要的控制作用，該期巖漿活動(dòng)是古老結(jié)晶基底中金、銀等多金屬元素活化遷移的重要熱動(dòng)力條件。燕山期火成巖主要為中酸性巖侵入巖，分布廣、規(guī)模大，包括一些深成侵入花崗巖體和淺成侵入的小型斑巖體(如南泥湖)、巖株(如祁雨溝)和巖脈。

1.2 構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向可分為NNE-NE向、近E-W向及NW向3組，褶皺不發(fā)育。NNE-NE向斷裂為主要含礦構(gòu)造破碎帶，具多期、多階段活動(dòng)的特點(diǎn)，為區(qū)內(nèi)的主要含礦構(gòu)造破碎帶。破碎帶內(nèi)構(gòu)造巖主要為蝕變碎裂巖，由多條大致平行的斷裂組成，總體走向一般40°，傾向北西，部分南東向，傾角18°～85°。出露長(zhǎng)度為500～1 500 m，最長(zhǎng)已有2 400 m，厚度1～8 m，局部可達(dá)約20 m。有分支復(fù)合，有膨大縮小現(xiàn)象，局部直立或有反傾現(xiàn)象，斷裂構(gòu)造為成礦熱液的循環(huán)與儲(chǔ)集成礦提供了良好的條件[7]。近東西向斷裂也較發(fā)育，不集中構(gòu)成斷裂帶，帶內(nèi)主要發(fā)育破碎的片麻巖或糜棱巖，多被中基性巖脈所充填，傾角較陡。該組斷裂被后期北北東向含礦斷裂帶切穿，斷裂帶局部有硅化現(xiàn)象，帶內(nèi)發(fā)育有綠泥石構(gòu)造片巖，平面上呈舒緩波狀，走向?yàn)?0°～-90°(∠30°～60°)。北西向斷裂構(gòu)造規(guī)模較小，幅寬大多在1 m之內(nèi)，礦化蝕變見(jiàn)于局部地段[8]。

2 樣品采樣及測(cè)試結(jié)果

此次主要研究龍門(mén)店礦區(qū)K1、K9、K11-5礦脈，在地表、坑道、鉆孔構(gòu)造帶詳細(xì)觀察的基礎(chǔ)上，采取測(cè)試分析樣品，在礦化較好的部位采集光薄片樣品，在篩選光薄片結(jié)果中為礦石的樣品中，挑選方鉛礦進(jìn)行S、鉛同位素組成分析；在礦脈中挑選方解石進(jìn)行碳—氧同位素組成分析。此次所采樣品同位素分析由中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)，巖石光薄片制作與鑒定由中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司、河南省巖石礦物測(cè)試中心承擔(dān)。

碳—氧同位素、硫同位素和鉛同位素分析結(jié)果分別見(jiàn)表1—表3。

表1 龍門(mén)店銀鉛鋅礦床碳—氧同位素測(cè)試結(jié)果Tab.1 Carbon-Oxygen isotopic test results of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit ‰

表2 龍門(mén)店銀鉛鋅礦床硫同位素測(cè)試結(jié)果Tab.2 S isotope test results of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit ‰

表3 龍門(mén)店銀鉛鋅礦床鉛同位素測(cè)試結(jié)果Tab.3 Pb isotope test results of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit

3 研究區(qū)同位素特征分析與討論

3.1 碳—氧同位素

龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床方解石中碳同位素(δ13CVPDB)和氧同位素(δ18OSMOW)平均分別為-1.67‰和13.66‰。巖漿或深部地殼流體的碳同位素(δ13CVPDB)和氧同位素(δ18OSMOW)值分別為-9‰～4‰和6‰～15‰；大氣降水中碳同位素(δ13CVPDB)和氧同位素(δ18OSMOW)值分別為30‰～ -20‰和<0；海水中碳同位素(δ13CVPDB)和氧同位素(δ18OSMOW)值均接近0。由此可見(jiàn)，龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床的碳—氧同位素與巖漿或深部地殼流體的碳—氧同位素組成相似。

龍門(mén)店一帶龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床碳—氧同位素特征、沙溝礦床碳—氧同位素特征[5]、鐵爐坪礦床碳—氧同位素特征[9]、祁雨溝礦床碳—氧同位素特征和蒿坪溝礦床碳—氧同位素特征如圖2所示，較大一部分樣品落入花崗巖區(qū)，另一部分位于其右側(cè)，整體顯示具有向低溫蝕變方向演變的趨勢(shì)。綜合分析認(rèn)為，龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床成礦物質(zhì)來(lái)源復(fù)雜，成礦流體與巖漿活動(dòng)關(guān)系密切。

圖2 龍門(mén)店一帶C-O同位素圖解Fig.2 Carbon-Oxygen isotope diagram of Longmendian area

3.2 硫同位素

由硫同位素分析，以K1為代表的緩傾斜礦脈變化范圍大(K1礦石硫化物(方鉛礦)δ34S的變化范圍為-25.93‰～1.03‰)，顯示出與沉積硫化物、火成巖關(guān)系密切的特點(diǎn)，具有較大的負(fù)值，與上宮金礦床類(lèi)似。有人將δ34S的較大負(fù)值解釋為氧化的成礦環(huán)境，重硫集中到同期形成的重晶石中。但是此次坑道調(diào)查及鏡下鑒定中并未發(fā)現(xiàn)有重晶石礦物的存在，且根據(jù)包裹體特征得出成礦環(huán)境應(yīng)為還原環(huán)境，因此排除了這種可能。δ34S的較大負(fù)值可能是官道口群、欒川群等地層提供[10]。

以K9、K11-5為代表的陡傾斜礦脈變化范圍小(K9礦石硫化物(方鉛礦)δ34S的變化范圍為-2.16‰～3.98‰，K11-5礦石硫化物(方鉛礦)δ34S的變化范圍為-4.94‰～5.16‰)，在0附近(圖3)，成礦物質(zhì)來(lái)源以地幔為主，落入火成巖范圍內(nèi)，其特點(diǎn)與沙溝、蒿坪溝、燕山期花崗巖類(lèi)似。

圖3 硫同位素對(duì)比Fig.3 Sulfur isotope comparison

3.3 鉛同位素

此次研究工作主要對(duì)龍門(mén)店礦區(qū)K11-5、K9及K1三條礦脈中的方鉛礦中的鉛同位素進(jìn)行了分析。系統(tǒng)做出龍門(mén)店礦石與區(qū)域性巖石的鉛同位素206Pb/204Pb-208Pb/204Pb、206Pb/204Pb-207Pb/204Pb相關(guān)圖解(圖4)。

圖4 龍門(mén)店礦區(qū)鉛同位素圖解Fig.4 Pb isotope diagram of longmendian mining area

(1)龍門(mén)店礦區(qū)礦石中鉛同位素相對(duì)變化較大，206Pb/204Pb變化范圍為17.523～18.146，207Pb/204Pb變化范圍為15.525～15.873，208Pb/204Pb變化范圍為38.014～38.960。可能表明成礦流體經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過(guò)程，流體組成具有較大的不均一性。

(2)在鉛同位素構(gòu)造模式圖上，龍門(mén)店礦區(qū)K9、K11-5礦脈的鉛同位素集中分布在地幔鉛與造山帶鉛演化線內(nèi)，K1礦脈的鉛同位素樣品在上地殼演化線內(nèi)，進(jìn)一步反映成礦環(huán)境復(fù)雜。但總體上與燕山期花崗巖演化環(huán)境相符，表明成礦熱源和燕山期花崗巖關(guān)系密切。K1礦脈鉛同位素分布在造山帶和上地殼演化線內(nèi)以及上地殼演化線之上，反映了成礦熱液在演化過(guò)程中可能與上地殼物質(zhì)發(fā)生了較為強(qiáng)烈的交換[11-13]。

(3)熊耳群火山巖和太華群片麻巖全巖鉛同位素變化范圍較大。龍門(mén)店礦區(qū)礦石中鉛同位素特征明顯不同于熊耳群地層，這表明成礦物質(zhì)不是來(lái)自熊耳群或衍生層位，K9、K11-5樣品與部分結(jié)晶基底和燕山期巖體鉛同位素較為接近，龍門(mén)店礦區(qū)的成礦物質(zhì)可能主要與燕山期巖體有關(guān)，還和其圍巖結(jié)晶基底有一定的關(guān)系，同時(shí)受到后期熱液活動(dòng)的影響。K1與結(jié)晶基底和燕山期巖體相距較遠(yuǎn)，說(shuō)明K1的成礦物質(zhì)與二者關(guān)系不明顯。

龍門(mén)店銀鉛鋅礦床礦石鉛同位素特征參數(shù)w(Th)/w(U)和μ值分別為3.93～4.17和9.39～10.06，略大于中國(guó)大陸中新生代長(zhǎng)石平均鉛同位素演化的模式計(jì)算結(jié)果(w(Th)/w(U)=3.60，地幔)，與地殼中w(Th)/w(U)值相差較大。成礦熱液向上運(yùn)移時(shí)可能受到了Th含量高的下地殼鉛的混染，導(dǎo)致礦床中w(Th)/w(U)值較高。其μ值(9.39～10.06)平均值為9.55，低于9.58，僅有2個(gè)數(shù)值(10.06、9.85)高于9.58，表明龍門(mén)店礦床金屬硫化物的鉛主要來(lái)自地幔，并有上部地殼物質(zhì)的混染。

3.4 研究意義

綜上所述，區(qū)內(nèi)成礦流體和成礦物質(zhì)來(lái)源均較復(fù)雜，K1成礦物質(zhì)為上地殼，K9、K11-5成礦物質(zhì)為地幔與下地殼混熔后形成的花崗巖漿。礦液在上升過(guò)程中與圍巖發(fā)生了有限的物質(zhì)交換，并有大氣降水混入，在適當(dāng)場(chǎng)所進(jìn)行沉淀。

4 結(jié)論

(1)龍門(mén)店Ag-Pb-Zn礦床方解石中碳同位素(δ13CVPDB)和氧同位素(δ18OSMOW)平均分別為-1.67‰和13.66‰，與巖漿或深部地殼流體的碳—氧同位素組成相似，表明龍門(mén)店銀礦床的形成與巖漿活動(dòng)密切相關(guān)。

(2)龍門(mén)店K1礦化蝕變帶硫同位素值δ34S為-25.93‰～1.03‰，變化范圍大，顯示出與沉積硫化物、火成巖關(guān)系密切的特點(diǎn)；K9和K11-5礦化蝕變帶S同位素值δ34S為-2.16‰～3.98‰，變化范圍小，表明其成礦物質(zhì)來(lái)源以地幔為主。

(3)龍門(mén)店礦區(qū)礦石中鉛同位素相對(duì)變化較大，表明成礦流體經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過(guò)程。K1與結(jié)晶基底和燕山期巖體相距較遠(yuǎn)，其成礦熱液在演化過(guò)程中與上地殼物質(zhì)發(fā)生了較為強(qiáng)烈的交換。K9、K11-5樣品與部分結(jié)晶基底和燕山期巖體鉛同位素較為接近，表明其金屬硫化物的鉛主要來(lái)自地幔，并有上部地殼物質(zhì)的混染。