湘东北斑岩型和热液脉型铜矿成矿物质来源探讨
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
湘东北斑岩型和热液脉型铜矿
成矿物质来源探讨3
刘女后群金维群张录秀
沈克富3 3
(宜昌地质矿产研究所,宜昌443003)(湖南地质矿产局402 地质队,永安410323)
摘要通过对湘东北及其邻区的地质背景和铜多金属矿床地质- 地球化学特征的综合研究,提出斑岩型和热液脉型铜矿的成矿物质主要来自同含矿斑岩体或岩脉有联系的深部岩浆分异演化而析出的含矿气液流体,与此同时,含矿斑岩体或岩脉定位—结晶时通过周围受热地下水的对流循环作用,还可从围岩中萃取少量成矿物质加入成矿作用。
关键词铜矿床斑岩型热液脉型成矿物质来源湘东北
长(沙) - 平(江) 深大断裂带及其东侧含矿花岗岩岩体的成因类型及其地质- 地球化学特表明,其成因可能是地壳下部(深部) 幔质岩石(或洋壳物质) 和少量硅铝质岩石经部分混熔成的中酸性岩浆的产物。
岩浆热液成矿与含矿岩体之间时空和成因上的密切关系,在于二来源的一致性或同源关系1 。
本文将从湘东北及其邻区的地质背景和铜多金属矿床硫铅位素特征探讨斑岩型和热液脉型铜矿成矿物质来源。
地质标志
(1) 区内铜多金属矿床及其含矿岩体(脉) 主要分布于长(沙) - 平( 江) 断裂带附近及其以地区,具体受两组或两组以上不同方向构造复合部位控制,说明成岩成矿作用与切割较深的裂活动具有内在联系2 。
(2) 斑岩铜矿的蚀变和矿化作用常围绕斑岩体(筒) 呈环状、半环状分带( 如七宝山矿区)体(化) 主要赋存于一定的蚀变岩带内及岩体附近的断裂和裂隙中,说明矿床与斑岩成因上密切关系,或成岩成矿物质来源的一致性,即它们是深部同源岩浆不同阶段分异的产物,因,要形成一定规模的斑岩铜矿或岩浆热液脉状铜矿,则要求斑岩体(脉) 定位—结晶后还必须更深的部位存在一个较大的岩体(或岩浆房) ,并同斑岩体保持一定时期的联系,以提供大量
2000 年8 月20 日收稿。
3 地质矿产部定向研究基金项目“湘东北地区铜多金属矿床成矿规律及矿床预测”的部分成果。
3 3 参加该项目研究的还有褚立明、高艳君、袁道泉、陈贤良、王家成、刘正光和吕小明。
的含矿气液流体(或矿化剂) ,对已固结或基本固结的斑岩体和围岩进行带入交代才有可能。
这一点可以用很多斑岩铜矿的矿化范围和强度常与浅部或上部含矿斑岩体的规模极不相适应来说明。
含矿斑岩体的规模一般不大。
如以我国著名的德兴斑岩铜矿田为例,铜厂、富家坞和石朱砂红三个含矿斑岩体的出露面积均不超过 1 km2 3 。
在岩体原始含铜量不太高的情况下,形成了如此特大型铜矿,仅靠小岩体本身提供矿质是无法想象的。
另外,在我国或者国外,不少斑岩铜矿床(田) (如我国粤东、湘南、西藏玉龙等) ,都在面积不大的范围内常发育着几个、十几个、甚至数十个小岩体,都预示深部大岩体的存在。
通过钻探和物探工作, 我国一些矿床(田) (如沙溪、芒场、宝山等) 已经发现或预测深部大岩体(株) 的存在。
在苏联中亚的库拉明山地(阿尔马雷克) 斑岩铜矿与地表指状、岩株状、岩墙状小岩体相伴,而这些地表矿化小岩体向深部已被钻探证实会合成大岩体Ο。
2 硫同位素证据
综合对比表明,区内斑岩型和热液脉型铜多金属矿床硫同位素组成,与湘南宝山、铜山岭等同类矿床的硫同位素组成接近(表1 ,图1) ,明显不同于沉积型铜矿或层状铜矿,具一般岩浆热液矿床硫同位素组成的共同特点,即它们的δ34 S 值变化于零值附近( 图1) ,变化范围较窄,多呈“塔型”图案分布(图2) 。
这些特点虽与陨石硫和铜镍硫化物矿床硫同位素组成近似,但仍表现一定的差异。
分布于世界各地的铜镍硫化物矿床,尽管形成时代、构造环境和围岩条件不尽相同,但它们的硫同位素组成却都具成分均一(δ34 S 值变化于- 018 ‰~+ 312 ‰) ,离散度小(4 ‰左右) 、更接近陨石硫的共同特点,可视为上地幔来源的产物4 。
而区内铜多金属矿床的硫同位素组成,从总体上看δ,34 S 值变化区间较铜镍硫化物矿床明显增大。
这反映了区内该类矿床的硫源是一种地壳深部混合硫源,即主要是由地幔硫和少量地壳硫(包括硫酸盐硫和生物硫) 的混熔(合) 产物。
由于混染程度和硫源均一化程度等不尽一致,以致同类矿床中不同矿床在δ34 S 值、变化范围和分布图形等特征方面表现一定的差异: 如区内斑岩型铜多金属矿床(七宝山、鳌鱼山) 硫同位素组成,其平均值为低正值、投影点靠近O 线的右侧(图1) ,以富集重硫(34 S) 为特点,而热液脉状矿床( 井冲、东冲等) 的δ34 S 值则为负值,以富轻硫(32 S) 为特点。
后者富32 S 的特点,可能与成矿热液沿断裂、裂隙长途上侵活动过程中32 S 容易或优先扩散有关5。
至于单个矿床金属硫化物的δ34 S 值在时间上和空间上的变化规律,陆玉梅等对七宝山矿床研究后指出,从深部至浅部,金属硫化物δ34 S 值逐渐增大Π,反映了正常岩浆热液矿床成矿流体处于相对封闭条件下硫同位素发生瑞利分馏,导致34 S 渐趋富集。
3 铅同位素证据
资料表明,区内七宝山、井冲、鳌鱼山、枨冲和石塘冲等铜多金属矿床( 点) 的铅同位素组成,与湘南宝山等同类矿床的铅同位素组成十分近似(表2) 。
同南岭层控型铅锌矿床比较,相
Ο南京大学地质系矿床教研室斑岩铜矿研究小组,我国斑岩铜矿矿化岩体的主要地质特征及斑岩铜矿成因问题的探讨,1977 。
Π 陆玉梅等,湖南省浏阳县七宝山多金属矿床地质特征及成矿规律,1984 。
较大 (表 3) ,表现在后者铅同位素组成很不稳定 ,变化幅度较大 。
反映层控矿床铅同位素组可以是正常铅 、异常铅或者二者的混合铅 ,说明该类矿床成矿作用过程 (多阶段) 和物质来源多来源) 的复杂性 。
相反 ,与岩浆活动有关的铜多金属矿床的铅同位素组成相对稳定 ,变化幅较小 ,反映该类矿床 ,矿质来源比较单一 ,即主要是岩浆来源 。
表 1 铜多金属矿床金属硫化物的硫同位素组成
Sulf u r isotopic compositio n of the metal sulf i de in copp er - polymetall i c deposits
T a b le 1 刘女后群等
鳌
(1984)
212
方铅矿 1 - 3189~ - 1166
2123
- 2162
本文
东 (1984)
方铅矿
2 - 717
口 - 3111~3151
6162
0172 (1985)
铜 0104~216 1121 方铅矿 3 湖南冶金
宝
- 017~917
1014
2173
(1983) ; 山
(1985)
地 区
矿
测 定 样
δ34
S / ‰
矿区δ34
S / ‰
资料 品 床
矿 物 数
变化范围
平均值
变化范围 离差 平均值
来源
湘
东 北
黄铁矿
83 118~514 3172 七
黄铜矿 2
2173~4124 3148
陆玉梅等
宝 磁黄铁矿 1
3137 0158~514
418
3108
(1982)
山
闪锌矿 9 212~4189 3147 (1985)
方铅矿 3 0158~215 1136 黄铁矿 3 - 219~313 0173 鱼 闪锌矿 4 012~219
1178 - 219~313 612 1157
王育民
山 井
黄铁矿 3 - 3139~ - 1188 - 2154 冲
黄铜矿 3 - 3189~ - 1166
- 2170 黄铜矿 4 - 618 闪锌矿
3
- 611 - 611~ - 717
116
- 619
王育民
冲
湘
南
黄铁矿 18 0124~3151 1177 水 闪锌矿 21 - 2121~2106 0114 山
黄铜矿 7 013~3151 1147 方铅矿
16
- 3111~2130 - 0150
李洪昌等
磁黄铁矿 6 214~318 3101 山 闪锌矿 5 219~3179 3139 0104~318
3176
2154
岭
黄铁矿 33
- 017~917 3186 黄铜矿 2
217~311 219 238 队
闪锌矿 13 - 017~415 216 刘女后群等 方铅矿
15
- 011~314
1157
图 1 铜多金属矿床与其他类型铜矿硫同位素组成对比
Fig. 1 C o m p ariso n of su lf ur iso topic co m po sitio n bet w een t h e copp er - polymet allic
depo sit s and copp er depo sit s
11 陨石 21 铜 - 镍硫化物矿床 31 七宝山 41 鳌鱼山 51 井冲 61 宝山 71 水口山 81 铜山岭 91 砂岩
101 层状铜矿
铜矿 图 2 铜多金属矿床金属硫化物硫同位素组成直方图
Histograms of t h e su lf u r iso topic co m po sitio n of t h e met al su lfide in copp er - polymet allic depo sit s
11 黄铁矿 21 黄铜矿 31 闪锌矿 41 方铅矿 51 磁黄铁矿
Fig. 2
表2 铜多金属矿床铅同位素组成
Lea d isotopic compositio n of the copp er - polymetall i c d eposits
注: ①·Pb = 206 Pb + 207 Pb ; ②( ) 内数字代表样品数,下同;③中国科学院贵阳地球化学研究所,1980 年。
表3 湘东北铜多金属矿床与南岭地区层控铅锌矿床铅同位素组成对比
T a b le 3 Compariso n of the lea d isotopic compositio n of the copp er - polymetall i c d eposits in northea s tern H unan an d stra ta b oun d lea d - z i ne deposits in N anl i ng regio n
矿床类型铜多金属矿床层控铅锌矿床地区湘东北湘南南岭样品数/ 矿床数20/ 5 19/ 3 32/ 3 ①
181042~181478
181297
214 18110~18177
18138
316
17101~19102
181145
1111
变化范围
平均值
变化( %) 206 Pb/ 204 Pb
151537~151809
151651
117 15100~15181
15154
512
14175~16111
151502
818
变化范围
平均值
变化( %) 207 Pb/ 204 Pb
381201~381948
381666
119 36182~40117
38173
816
37115~41123
381892
1015
变化范围
平均值
变化( %)
208 Pb/ 204 Pb
注: ①三个层控铅锌矿床系指后江桥、凡口和白云铺矿床。
将表2 中数据,投影于R1 E1Zart man 和B1R1Doe 的铅构造模式之地幔、造山带、上地壳和下地壳现代铅同位素范围和演化曲线208 Pb/ 204 Pb 和207 Pb/ 204 Pb 对206 Pb/ 204 Pb 坐标图上( 图3) 。
不难看出,区内铜多金属矿床(点) (包括湘南宝山、铜山岭、水口山等矿床) 铅同位素组成的投影点分布相对比较集中,绝大多数点落在造山带铅演化曲线附近,或造山带或下地壳现代铅同位素组成范围内。
Doe 和Zart man 的铅构造模式认为,现代海相拉斑玄武岩或一些洋岛火山岩的铅同位素成分代表了地幔的主要铅同位素组成;岛弧( 原生弧) 到大陆岛弧( 成熟弧) 环境实际上就是铅构造模式中的造山带,一些原生岛弧,由于没有或很少有大陆碎屑的混入,其铅同位素成分接近地幔组成; 成熟弧是在靠近大陆地带演化形成的,其主要物质来自地幔(火山岩或深成岩) 与大陆地壳(沉积碎屑) 的混合物;起源于下地壳古老的深成岩或火山岩的后生矿床或岩石的铅同位素成分代表了下地壳铅同位素成分,这些岩石具有铀亏损的麻粒岩相特殊的同位素特征。
因此,从区内铜多金属矿床(点) 铅同位素成分具有或接近造山带或下地壳铅同位素特征来看,所研究的矿床不像是地幔来源,而可能是地壳深部(或下地壳) 幔质岩石(火山岩、深成岩) 和大陆地壳(碎屑沉积岩) 深部混熔岩浆分异演化的产物。
作为放射成因铅的组成,与铀、钍元素在地球中的演化有着密切的关系。
据R1 E1Zart man 提供的资料,地幔的Th/ U 比值为3135 ,下地壳为5180 ,上地壳为3133 ; 地幔、下地壳和上地壳的U / Pb 比值分别是0114 ,0111 和0123 。
即说明随着地幔→下地壳→上地壳不断地演化, 铀、钍丰度的变化趋势是不同的:对地幔而言,下地壳相对富钍贫铀; 上地壳则相反,相对富铀贫钍。
作为钍、铀元素最终衰变产物的钍铅(208 Pb) 和铀铅(207 Pb + 206 Pb) ,其比值在地壳演化成熟过程中也必将具有与Th/ U ( 或U / Pb) 比值相一致的变化规律: 地幔、下地壳和上地壳的208 Pb/ (207 Pb + 206 Pb) 比值分别为11123 7 ,11175 4 和11114 9 ,即说明下地壳表现相对富钍铅而贫铀铅的特征;上地壳则相反,相对富铀铅而贫钍铅。
与之相应,反映在μ值(238 U / 204 Pb) 上,地壳岩石中以上地壳最高( 13122) 。
从表2 列出的区内铜多金属矿床( 点) 的208 Pb/ (206 Pb + 207 Pb) 比值、μ值和Th/ U 比值来看,208 Pb/ (206 Pb + 207 Pb) 比值变化于11134 9~11155 3 ,平均11139 0 ,明显大于地幔同一比值;μ值为9101~9149 ,平均9121 ,明显低于上地壳; Th/ U 比
变化于3198~4125 ,平均4107 ,明显大于地幔值。
这就表明,区内铜多金属矿床(点) 的铅同素组成具下地壳富钍(铅) 贫铀(铅) 的特点,显示其成岩成矿物质来源于下地壳或地壳深部者在国内首次提出,208 Pb/ (206 Pb + 207 Pb) 比值是运用铅同位素组成划分花岗岩成因类型或讨矿床矿质来源时良好的稳定同位素标志。
图3 地幔、造山带、上地壳和下地壳现代铅同位素比值范围
(Doe 和Zart m an ,1979 ; Z art m an ,1984)
Fig. 3 Map sho wing range of t h e p r esent - day lead iso topic ratio s of p r imary mantle ,
o ro genic belt ,u pp er crust and lo wer crust
A 、
B 、
C 、
D 分别代表地幔、造山带、上地壳和下地壳现代铅同位素比值范围( 实线) 和可能的平均值( 虚线) ; a 、b 、
c 、
d 分别代表地幔、造山带、上地壳和下地壳铅演化曲线;11 湘东北地区铜多金属矿床;21 湘南铜多金属矿床
表2 记录的模式年龄,从14813~437 Ma ,变化极大,且互不协调,反映单阶段演化计算的模式年龄值一般缺乏指示时间的意义。
即使个别数据符合地质依据或其他同位素方法获得的年龄值,也只具参考意义。
综上所述,湘东北地区及其邻区的地质背景和铜多金属矿床地质- 地球化学特征的综合研究表明:斑岩型和热液脉型铜矿的成矿物质(包括Cu 、Mo 、Pb 、Zn 、A u 、Ag 和S 等) 主要来自同含矿斑岩体(或岩脉) 有联系的深部岩浆分异演化而析出的含矿气- 液流体;与此同时,含矿斑岩体(或岩脉) 定位—结晶时通过周围受热地下水的对流循环作用,可以从围岩中萃取少量成矿物质加入成矿作用。
在工作过程中,得到湖南省地质矿产局黄懋鸿总工程师、科技处处长张同欣、主任工程师李兰珍和402 地质队原总工程师沈瑞锦、总工程师吴林森、副总工程师陆玉梅和谭兴立的关心、支持和精心指导,得到402 地质队实验室、区测分队等的通力合作和帮助,在此一并致谢!
参考文献
1 2 3 刘女后群、张录秀、金维群等1 湘东北燕山期花岗岩1 华南地质与矿产,1999 , (4) :1 —9
金维群、刘女后群、张录秀等1 湘东北铜多金属矿床控岩控矿构造研究1 华南地质与矿产,2000 , (2) :51 —97刘女后群、杨世义等1 德兴斑岩铜矿斑岩和围岩蚀变特征及其成岩成矿物质来源的讨论1 中国地质科学院宜昌地质矿产研究所所刊,1983 ,第7 号
桂林冶金地质研究所同位素地质研究室1 怎样应用硫同位素组成判断金属矿床硫源1 地质与勘探, 1977 , (4)
韩友科1 稳定同位素分析中同位素动力学效应1 见:壳幔演化与成岩成矿同位素地球化学1 北京: 地震出版社,1993
4
5
D ISCUSSIO N O N SO URCES OF M
E TA LLO GENETIC MATERIA LS
OF PO RP H Y RY - TY P E A N D H YD ROTHERMA L COPPER
D EPOSIT S I N N O RTHEASTERN HUNA N P RO VI N CE
Liu Ho u qun J in Weiqun
( Y i chan g I n st i t u te of G eology an d M i n eral Resou r ces , Y i chan g443003)
Zhang L u xiu shen K ef u
( 402 G eological Pa r t y , Hu a n a n B u r eau of G eology an d M i n eral Resou r ces , Yon g an 410323)
Abstract
Based o n systematical st u dy of geol o g ical set t ings and geochemical feat u res of copper de2 po sit s , t he aut ho rs p ropo se t hat metall ogenetic materials of t he po rp hyry - t ype and hydrot h er m al vein - t ype copper depo sit s in no rt heaster n Hunan Province were mainly f ro m t he o re - bearing fluids derived f ro m t he granite - po rp hyry o r related dikes t hro ugh deep magmatic di fferenti ati o n and partly derived f ro m t h e wallrocks by e xt racti o n during t r anspo r t and em place ment of granite - po r p h yry o r dikes w h en t h e gro u nd water was heated and circulati o n aro u nd t h e co u nt r y rocks.
K ey w ords copper depo s it s po r p h yry - t y pe hydrot h er m al vein - t y pe so u rce of metal2 l o g enic materials no r t h easter n Hunan。