西藏雄村礦集區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體的硫、鉛同位素特征研究及其指示意義

佘昭勇，曾文亮，張海軍

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059）

在目前的全球大地構(gòu)造格架范圍內(nèi)，青藏高原是規(guī)模最大、也是具有典型代表的活動大陸碰撞造山帶（Chung S Letal.，2005）。青藏高原造山帶的產(chǎn)生是早新生代以來的印度和亞洲板塊碰撞的結(jié)果（鄒光富等，2017）。在研究成礦方面，青藏高原有十分突出的貢獻(xiàn)。青藏高原的大地構(gòu)造演化過程與成礦機(jī)制緊密聯(lián)系。從侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)的演化階段中，在岡底斯帶形成了岡底斯島弧及燕山期花崗巖帶，并伴有W、Sn、Cu、Pb、Zn、Au、Fe 等成礦作用（鄒光富等，2017）。

岡底斯成礦帶是青藏高原主碰撞帶內(nèi)重要的礦化集中區(qū)，在岡底斯成礦帶東段，已經(jīng)進(jìn)行勘探的主要銅礦床有：雄村銅金礦、驅(qū)龍銅多金屬礦、甲瑪銅多金屬礦等（唐菊興等，2009）。岡底斯南緣經(jīng)歷了新特提斯洋俯沖及其后的陸陸碰撞，發(fā)育眾多后碰撞環(huán)境的斑巖銅礦床，但與洋殼俯沖有關(guān)斑巖型礦床卻發(fā)現(xiàn)不多，目前僅有雄村斑巖型銅金礦床（鄒銀橋等，2017）。

雄村礦區(qū)是位于西藏岡底斯斑巖銅成礦帶上一個以中侏羅世成礦為鮮明特色的斑巖型銅金礦集區(qū)（尹青等，2015），并且是研究新特提斯洋洋殼俯沖成礦作用的關(guān)鍵突破口（郎興海等，2018）。本文通過對雄村斑巖型銅金礦床三個礦體S-Pb 同位素數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，以此來探討其成礦物質(zhì)來源，具有重要的理論意義。

1 雄村礦集區(qū)地質(zhì)概況

雄村礦集區(qū)位于岡底斯成礦帶中段的南緣，其南側(cè)為日喀則弧前盆地（郎興海等，2013）。雄村礦集區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中-下侏羅統(tǒng)雄村組火山-沉積巖地層，其巖性組合主要是火山集塊巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r，另外還夾有少量的砂巖、粉砂巖和灰?guī)r（郎興海等，2019）。其中，含礦圍巖主要是早-中侏羅世凝灰?guī)r，其原巖蝕變強(qiáng)烈，但還可見變余斑狀結(jié)構(gòu)和變余晶屑，大體上可見原巖的斑狀結(jié)構(gòu)。礦集區(qū)內(nèi)主要的侵入巖的形成時代為侏羅紀(jì)和始新世。其中侏羅紀(jì)侵入體主要包括早侏羅世、早-中侏羅世、中侏羅世的石英閃長斑巖和輝綠巖脈；另外始新世侵入體主要包括礦區(qū)東側(cè)的黑云母花崗閃長巖、石英閃長巖和少量的煌斑巖脈（郎興海等，2019）。

雄村礦集區(qū)的構(gòu)造較為發(fā)育，包括斷層和褶皺構(gòu)造。其中斷層主要為東西向、北東-南西向、北西-南東向三個方位的斷層構(gòu)造。最主要的斷層為F1、F2 斷層，F(xiàn)1 呈近東西向分布于Ⅰ號礦體南部；F2 呈近東西向展布于Ⅰ號礦體中部，多發(fā)育牽引褶皺（圖1）兩斷層均具有多期次活動的特點，為成礦后斷層。礦集區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造主要為背斜，位于礦區(qū)南部的F1 斷層的北側(cè)，屬于倒轉(zhuǎn)背斜褶皺（郎興海，2012）（圖1）。

圖1 雄村礦區(qū)地質(zhì)簡圖（郎興海等，2019；郎興海，2012）

2 雄村礦床地質(zhì)特征

雄村礦集區(qū)內(nèi)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體呈北西近于等距離的展布，而在平面尺度上看近于巨型透鏡體（圖1）。Ⅰ號礦體受含礦斑巖體及其含礦圍巖控制，蝕變類型主要為鈉化-鈣化蝕變、角巖化、鉀硅酸鹽化蝕變、強(qiáng)硅化蝕變、絹英巖化蝕變、青磐巖化蝕；礦化呈細(xì)脈-浸染狀產(chǎn)出，主要金屬礦物黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦以及少量的閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦、輝銅礦、毒砂和藍(lán)輝銅礦等。Ⅱ號礦體主要受角閃石英閃長玢巖及其含礦圍巖控制，蝕變類型主要為鉀硅酸鹽化蝕變、鈉化-鈣化蝕變、黑云母-絹云母-石英化蝕變和絹云母-石英-黃鐵礦蝕變、角巖化、青磐巖化；礦化主要呈細(xì)脈-浸染狀產(chǎn)出，主要金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦以及少量的磁鐵礦、金紅石、輝鉬礦、閃鋅礦、毒砂、方鉛礦、輝銅礦、輝砷銅礦和藍(lán)輝銅礦等，另外出現(xiàn)石膏和大量的磁鐵礦，缺乏磁黃鐵礦，表現(xiàn)出與氧化性斑巖銅礦相似礦物組合特征。Ⅲ號礦體主要受角閃石英閃長玢巖控制，圍巖蝕變包括鉀硅酸鹽化蝕變、鈉化-鈣化蝕變和絹云母-石英-黃鐵礦蝕變、青磐巖化蝕變；礦化主要呈細(xì)脈-浸染狀產(chǎn)出，主要金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦，次要金屬礦物為磁鐵礦、金紅石、閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦、輝銅礦、毒砂、輝砷銅礦和藍(lán)輝銅礦等。與Ⅱ號礦體一樣出現(xiàn)大量的磁鐵礦，缺乏磁黃鐵礦，也一樣顯示出了與氧化性斑巖銅礦相似礦物組合特征（郎興海，2012）。

3 樣品采集及分析方法

本文涉及到的雄村礦集區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體樣品均采自鉆孔巖芯，其中徐文藝等（2006）的樣品根據(jù)Robinson 等（1975）方法制備SO2，在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所穩(wěn)定同位素實驗室測試，采用測試儀器為FinniganMAT-251EM，δ34S 分析可重復(fù)性優(yōu)于±0.2%。其余數(shù)據(jù)均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院同位素室完成測試，郎興海等（2012）硫同位素器采用MAT-251 質(zhì)譜計，尹青等（2015）硫同位素采用OMAT-251EM 質(zhì)譜儀測定，郎興海等（2018）硫同位素使用儀器為DeltaV Plus 同位素質(zhì)譜儀，分析精度為±0.2‰。鉛同位素數(shù)據(jù)均采用ISOPROBE-T 熱電離質(zhì)譜儀，檢測方法和依據(jù)為GB/T17672-1999《巖石中鉛鍶釹同位素測定方法》，鉛同位素比值誤差小于0.05‰?

4 S、Pb 同位素

4.1 硫同位素

雄村礦集區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體的金屬硫化物樣品S 同位素分析數(shù)據(jù)見表1。

其中雄村Ⅰ號礦體黃鐵礦樣品δ34S 變化于-2.7‰～2.7‰；黃銅礦樣品δ34S變化于-1.7‰～-1.1‰；總的樣品δ34S 變化于-2.7‰～2.7‰。雄村Ⅱ號礦體黃鐵礦樣品δ34S 變化于-0.7‰～1.2‰；黃銅礦樣品δ34S 變化于-2.4‰～1‰；總的樣品δ34S 變化-2.4‰～1.2‰。雄村Ⅲ號礦體黃鐵礦樣品δ34S 變化于-0.6‰～1.4‰；黃銅礦樣品δ34S 變化于-1.3‰～-0.4‰；總的樣品δ34S 變化于-1.3‰～1.4‰。整體來看，以上三個礦體的礦石硫化物的S 同位素組成變化范圍窄，分布相對比較集中（尤其是同一礦物）。在各個礦體硫化物的硫同位素組成頻率直方圖中（圖2），均呈明顯的塔式分布，說明硫同位素分餾基本達(dá)到平衡，且來源較單一，且所處的物理化學(xué)環(huán)境未發(fā)生明顯變化。

圖2 金屬硫化物δ34S 分布直方圖

4.2 鉛同位素

雄村礦集區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體的金屬硫化物樣品Pb 同位素分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 雄村礦集區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體的金屬硫化物鉛同位素分析數(shù)據(jù)

其中雄村Ⅰ號礦體黃鐵礦樣品206Pb/204Pb 為18.121～18.422，平均值為18.256；207Pb/204Pb 為15.497～15.589，平均值為15.539；208Pb/204Pb 為38.001～38.593，平均值為38.260。黃銅礦樣品206Pb/204Pb 為18.384～18.425，平均值為18.405；207Pb/204Pb 為15.578～15.581，平均值為15.580；208Pb/204Pb 為38.491～38.534，平均值為38.513。雄村Ⅱ號礦體黃鐵礦樣品206Pb/204Pb 為17.972～18.341，平均值為18.183；207Pb/204Pb 為15.528～15.575，平均值為-0.71；208Pb/204Pb 為38.024～38.428，平均值為38.286。黃銅礦樣品206Pb/204Pb為18.327～18.425，平均值為18.389；207Pb/204Pb 為15.532～15.570，平均值為15.556；208Pb/204Pb 為38.305～38.489，平均值為38.427。雄村Ⅲ號礦體黃鐵礦樣品206Pb/204Pb為18.204～18.468，平均值為18.342；207Pb/204Pb為15.549～15.593，平均值為15.568；208Pb/204Pb 為38.213～38.404，平均值為38.338。黃銅礦樣品206Pb/204Pb為18.405～18.416，平均值為18.411；207Pb/204Pb 為15.553～15.571，平均值為15.562；208Pb/204Pb 為38.344～38.441，平均值為38.393。

通過Geokit 軟件（路遠(yuǎn)發(fā)，2004）計算得出的Pb 同位素相關(guān)參數(shù)μ、ω、Th/U 也記錄于表2。其中雄村Ⅰ號礦體μ為9.29～9.44，平均值為9.38；ω為35.34～36.98，平均值為36.26；Th/U 為3.68～3.79，平均值為3.74?雄村Ⅱ號礦體μ為9.34～9.45，平均值為9.39；ω為35.80～37.59，平均值為36.52；Th/U為3.71～3.85，平均值為3.76。雄村Ⅲ號礦體μ為9.37～9.45，平均值為9.40；ω為35.66～36.75，平均值為36.14；Th/U 為3.66～3.78，平均值為3.72。關(guān)于鉛同位素的研究，陳好壽（陳好壽，1978）認(rèn)為，某一礦體、礦床及礦區(qū)，鉛同位素變化范圍為0.3%～1%，μ為8.99±0.07，ω為35.55±0.59，Th/U 為3.92±0.09，則意味著該礦體、礦床或礦區(qū)的鉛屬于正常鉛。雄村礦區(qū)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體、驅(qū)龍斑巖銅礦床和甲瑪銅多金屬礦床鉛同位素相關(guān)參數(shù)μ和Th/U 均不在正常鉛同位素組成的變化范圍內(nèi)，只有ω的分布處于正常鉛同位素組成變化范圍之內(nèi)，表明以上所述礦體鉛同位素組成與簡單的鉛演化歷史不符（郎興海等，2018），屬于異常鉛，具有多階段的演化特征。

5 討論

5.1 硫的來源

硫同位素的研究經(jīng)常用來指示成礦物質(zhì)來源。但由于硫同位素組成容易受物理化學(xué)條件（溫度、氧逸度、pH 和離子強(qiáng)度及熱液中δ34S∑S）因素的影響，這些因素共同制約著硫同位素的組成及分餾程度，因此某些環(huán)境下，成礦流體的δ34S∑S組成不能用礦石礦物的δ34S 代替（孟祥金等，2006；張永濤等，2017）。張理剛（1985）研究認(rèn)為，在硫同位素分餾過程中，共生硫化物（包括硫酸鹽）的δ34S 值按硫酸鹽＞黃鐵礦＞磁黃鐵礦和閃鋅礦＞黃銅礦＞方鉛礦的順序遞減，表明礦床中共生硫化物的硫同位素在主成礦期的分餾已經(jīng)達(dá)到了平衡。從以上所述礦床的硫同位素組成頻率直方圖（圖2），可明顯看出黃鐵礦δ34S>黃銅礦δ34S，與硫化物δ34S 富集順序一致，表明已經(jīng)達(dá)到分餾平衡。因此根據(jù)硫同位素分餾平衡，利用共生硫化物估計熱液體系中的δ34S∑S。本次通過同位素對圖解（Pinckney）法（溫春齊等，1999）對上述礦床的總硫進(jìn)行計算，求出雄村Ⅰ號礦體δ34S∑S值為-2.17‰（圖3a），雄村Ⅱ號礦體δ34S∑S值為1‰（圖3b），雄村Ⅲ號礦體δ34S∑S值為-0.04‰（圖3c）。

圖3 黃鐵礦－黃銅礦礦物對總硫圖解（a.雄村Ⅰ號礦體，b.雄村Ⅱ號礦體，c.雄村Ⅲ號礦體）

金屬礦床中硫的來源目前認(rèn)為有三方面（杜思敏，2019）：①深源巖漿硫：其同位素平均組成成分接近于隕石硫同位素組成，其δ34S 接近0，變化范圍為（0±3）‰。②地殼硫：包括生物硫和海水硫，同位素變化范圍較大。其中生物硫的δ34S 以負(fù)值為特征；海水硫的δ34S 可達(dá)到+20‰。一般認(rèn)為海相蒸發(fā)鹽巖δ34S 代表海水硫酸鹽的硫同位素（陜亮等，2009）。③混合硫：其混雜了上述的硫源，相對復(fù)雜，因此δ34S 發(fā)生改變，一般認(rèn)為其δ34S 為5‰～15‰，該值介于地幔硫和海水硫酸鹽硫同位素組成之間。本次計算得出的三個礦體總硫δ34S∑S值接近深源巖漿硫，表明上述礦體的硫主要來源于深源巖漿（地幔）。

5.2 鉛的來源

鉛同位素作為穩(wěn)定同位素，其組分一般只受放射性衰變和混合作用的影響，在物理、化學(xué)和生物作用過程中不發(fā)生變化，即在成礦物質(zhì)運移和沉淀過程中其組成保持穩(wěn)定不變（沈渭洲，1987）。因此鉛同位素組成經(jīng)常用來指示成礦物質(zhì)的來源，是一種直接、有效的方法。上文已經(jīng)指出，所研究的礦體的鉛同位素屬于異常鉛，具有多階段演化過程，可能存在有不同的源區(qū)或在演化過程中有不同源區(qū)物質(zhì)的混入。

Zartmam 在1981 年根據(jù)不同源區(qū)的鉛同位素組成特征建立了鉛的增長曲線圖解和鉛同位素源區(qū)構(gòu)造環(huán)境判別圖解，根據(jù)樣品投影點位置以此來反映了不同的鉛源區(qū)。本文主要將雄村礦區(qū)三個礦體的鉛同位素數(shù)據(jù)投影于上述圖解中。

在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 鉛同位素增長曲線圖解中（圖4），明顯看出雄村礦區(qū)的樣品基本落在造山帶與地幔之間，并且相對靠近地幔鉛演化線。這表明雄村礦區(qū)的鉛主要來源于地幔，可能有少量造山帶物質(zhì)的混源。

圖4 雄村礦區(qū)礦體金屬硫化物207Pb/204Pb-206Pb/204Pb（a）和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb（b）鉛同位素增長曲線圖（底圖據(jù)Zartman R E et al.，1981）

在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 鉛同位素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中（圖5），雄村礦區(qū)樣品依舊處于造山帶和洋島火山巖構(gòu)造環(huán)境中，再次論證了雄村礦區(qū)的成礦環(huán)境為洋殼俯沖消減作用有關(guān)的島弧構(gòu)造環(huán)境；而驅(qū)龍和甲瑪?shù)V床的樣品落在地殼與造山帶之間，鉛的主要來源依舊是造山帶和下地殼，有鉛源混合的現(xiàn)象，也表明了這兩個礦床的成礦環(huán)境為碰撞造山環(huán)境。

圖5 雄村礦區(qū)礦體金屬硫化物207Pb/204Pb-206Pb/204Pb（a）和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb（b）鉛同位素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（底圖據(jù)Zartman R E et al.，1981）

朱炳泉（1998）通過對大量礦石鉛和巖石鉛同位素的深入研究表明，提出了鉛同位素的Δγ－Δ β成因分類圖解，以此來突出鉛同位素組成之間的變化關(guān)系和消除時間因素的影響。因此本文對研究礦體進(jìn)一步投圖分析，在Δγ－Δβ成因分類圖解（圖6）中，雄村礦區(qū)礦體樣品基本落在上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛和造山帶鉛過渡區(qū)，表明雄村礦區(qū)礦體的鉛主要來源于與俯沖作用相關(guān)的地幔源區(qū)，這與之前Zartman 圖解所反映的現(xiàn)象高度一致，相互證實了結(jié)論的準(zhǔn)確性和可信度。

圖6 雄村礦區(qū)礦體金屬硫化物Δγ－Δβ成因分類圖解（底圖據(jù)朱炳泉，1998）

綜上所述，本文認(rèn)為雄村礦區(qū)的成礦環(huán)境為洋殼俯沖消減作用有關(guān)的島弧構(gòu)造環(huán)境，金屬硫化物的鉛主要來源于地幔物質(zhì)，可能少量混有地殼物質(zhì)；揭示了岡底斯銅成礦帶上一條由地殼到造山帶至地幔鉛的演化線。

6 結(jié)論

（1）雄村礦區(qū)三個礦體的金屬硫化物的δ34S直方圖呈塔式分布，且均表現(xiàn)出黃鐵礦δ34S>黃銅礦δ34S，硫同位素分餾基本達(dá)到平衡，且來源較單一，成礦熱液的δ34S∑S均表現(xiàn)為深源巖漿硫。

（2）雄村礦區(qū)三個礦體的金屬硫化物鉛同位素相關(guān)參數(shù)均表現(xiàn)為異常鉛的特征。通過Zartman 鉛的增長曲線圖解和鉛同位素源區(qū)構(gòu)造環(huán)境判別圖解及朱炳泉的Δγ－Δβ成因分類圖解投圖，表明雄村礦區(qū)金屬硫化物的鉛主要來源于地幔物質(zhì)，可能有少量俯沖沉積物混入。