与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床硫同位素地球化学证据

与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床硫同位素地球化学证据徐文炘;李蘅
【摘要】对国内与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床新疆阿巴宫、铁-铅锌矿、
甘肃桦树沟铁-铜矿床、新疆阿舍勒铜锌矿、新疆阿尔泰可可塔勒铅锌矿等矿床硫
化物进行硫同位素测定，这些矿床硫化物和硫酸盐的硫同位素组成分别为-
4.3‰~1‰(阿巴宫)、+8.1‰~+33.4‰(桦树沟)、-3.3‰~+8.2‰(阿舍勒矿床
硫化物)、-20.6‰~5.1‰(阿尔泰可可塔勒)。

硫化物的硫同位素变化范围较小，
硫同位素可以达到平衡，也可以没有达到平衡，获得的δ34 SΣS 值有+18‰~29‰之间，δ34 SΣS 值高；表明与火山岩控矿有关的海底热水沉积矿床热液中硫的来源，不是直接来源岩浆去气的硫，而是岩浆去气硫与海水硫酸盐硫混合而成的硫。

%According to the S isotope dating of sulphides in volcanic-hosted submarine hydrothermal sedimen-tary deposits such as Abagong Fe-Pb-
Zn deposit in Xinjiang,Huashugou Fe-Cu deposit in Gansu,Ashele Cu-Zn deposit in Xinjiang,and Aertai Keketale Pb-Zn deposit in Xinjiang,the S isotope composition of the sul-phide and sulphate respectively are-
4.3‰~1‰(Abagong),+8.1‰~+33.4‰ (Huashugou),-3.3‰~+8.2‰ (sulphides in Ashele deposit),-20.6‰~
5.1‰ (Aertai Keketale).The v ariation range of S iso-tope in sulphides is relatively small,and S isotope may or
may not have accomplished equilibrium state.The value ofδ34 SΣS ranges between +18‰~29‰,and the value ofδ34 SΣS is high.It is suggested that the source of sulphur in hydrothermal fluid of volcanic-hosted submarine hydrothermal sedimentary deposits comes from sulphur mixed by magma-
degassing sulphur and seawater sulphate sulphur,instead of direct source of magma-degassing sulphur.
【期刊名称】《矿产与地质》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】8页(P620-627)
【关键词】火山岩容矿;海底热水沉积;硫同位素组成
【作者】徐文炘;李蘅
【作者单位】中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004
【正文语种】中文
【中图分类】P61;P59
与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床成矿物质来源及成矿作用，最典型是日本黑矿和塞浦路斯块状硫化物矿床。

这种类型矿床地质和地球化学研究工作表明[8～13，22～26]，成矿物质主体源可能来自含矿火山岩系及其下伏基底物质。

大量研究表明，海底热水沉积矿床硫化物的硫同位素是示踪成矿物质来源良好的示踪剂，可以区分硫的来源[1～2，14，24，29]。

本文试图对赋存在火山岩容矿的海底热水沉积矿床硫化物的硫同位素分析，结合前人在该区的地质工作，阐述与火山岩容矿有关的海底热水沉积硫化物硫的来源。

1 新疆阿巴宫铁-铅锌热水沉积矿床硫同位素地球化学特征
1.1 地质特征
阿巴宫铁-铅锌热水沉积矿床位于西伯利亚板块阿勒泰陆缘拉张裂谷带[18，33](图1)，出露地层有下泥盆统和中泥盆统。

蒙库铁-铅锌热水沉积矿床位于下泥盆统康
布铁堡组下亚组变细角斑岩—硅质岩建造中，主要矿物组合为磁铁矿-赤铁矿-石英-黄铁矿-长石等。

围岩蚀变常为透辉石化、硅质岩化、角闪石-阳起石化、绿帘石等。

矿物包裹体均一温度为250℃。

1.2 硫同位素地球化学特征
与磁铁矿+赤铁矿+黄铁矿共生的黄铁矿的δ34 S值为-4.3‰～+1.0‰(表1)，具有变化范围小的特点，根据矿床出现磁铁矿+赤铁矿+黄铁矿矿物共生组合，磁铁
矿+赤铁矿+黄铁矿三相点在log f o2-p H值图上，p H值为4；a k+的活度为0.01，从绢云母和长石的稳定场可求出的p H值为6。

采用Ohmoto(1979)模式，如果是热液δ34 S∑S值为0‰±3‰，矿床黄铁矿的硫同位素应为-25.2‰～-19.2‰，δ34 S值最大变化在6.0‰，实际矿床黄铁矿的δ34 S值为-4.3‰～
+1.0‰。

因此可以估算出矿床δ34 S∑S值约为+21‰±3‰，才能合理解释矿床硫同位素组成特征(图2)。

矿床获得δ34 S∑S值高，表明矿床主要硫的来源不是岩浆来源而是海水硫酸盐还原硫来源。

图1 阿巴宫矿区地质略图(据刘瑛等，1991)Fig.1 Geologic scheme of Abagong mining areaQ—第四系 D2a—中泥盆统阿勒泰组变质泥岩、砂岩、泥灰岩、千枚岩及大理岩D1k—上志留统-下泥盆统康布铁堡组变质统纹岩、火山角砾岩、砂岩、大理岩、变石英角斑岩、凝灰岩、片岩 S2-3kl—志留系中上统库鲁姆提群变长石
石英砂岩-砾岩、片岩、片麻岩、混合岩γ25—燕山期二云碱长花岗岩、白云母花岗岩γ34b—华力西晚期二云正长花岗岩γ34a—华力西晚期斑状二长花岗岩
γ24b—华力西中期正长花岗岩、斜长混合花岗岩●—铁矿床■—铅锌矿床 1—实
测剖面线 2—断层 3—地层界限
表1 阿巴宫铅锌矿床黄铁矿的硫同位素组成Table 1 Sisotope composition of
pyrite of Abagong Pb-Zn deposit注:由中国有色桂林矿产地质研究院分析矿物组合矿物名称δ34 SvCDT(‰)磁铁矿—赤铁矿—黄铁矿磁铁矿—赤铁矿—黄铁矿磁铁矿—赤铁矿—黄铁矿磁铁矿—赤铁矿—黄铁矿磁铁矿—赤铁矿—黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿-0.8-0.2-2.4-4.3+1.0
图2 阿巴宫矿床log f o2-p H-δ34 S i图 (温度为250℃条件下，p H值4～
6)Fig.2 Diagram of log f o2-p H-δ34 S i ofAbagong deposit(t=250℃，p H value is 4～6)Py—黄铁矿 Po—磁黄铁矿 M—磁铁矿 H—赤铁矿Bn—斑铜矿Cp—黄铜矿ΣS—硫酸浓度 I—离子强度
2 甘肃桦树沟铁—铜热水沉积矿床硫同位素地球化学特征
2.1 地质特征
桦树沟铁铜热水沉积矿床位于北部祁连加里东褶皱带之西复背斜带轴部地带[16](图3)，矿区除零星分布的第四系外，均为寒武—奥陶纪火山—沉积岩系，共分八层，除石英岩及铁矿层外，均为千枚岩。

矿体主要赋存于FeI矿层，铁矿石矿物组合以赤铁矿、菱铁矿、镜铁矿为主，磁铁矿、黄铁矿次之；铜矿石矿物为黄铜矿、黄铁矿、菱铁矿、斑铜矿，其次为铜蓝、黄铜矿、辉铜矿、黝铜矿、闪锌矿，针铁矿脉石矿物为石英、铁白云石、方解石、绢云母、重晶石、绿泥石等。

围岩蚀变常有硅化、绢云母化、碳酸盐化、重晶石化等。

矿床流体包裹体均一温度在100℃～200℃之间[13]，压力校正后温度可达250℃。

图3 桦树沟—黑沟矿区地质略图Fig.3 Geologic scheme of Huashugou-Heigou mining area1—第四系2—白云岩及白云质大理岩3—灰黑色千枚岩 4—灰绿色千枚岩 5—钙质千枚岩 6—石英岩 7—碳质千枚岩 8—绢云母千枚岩 9—杂色千枚岩 10—碧玉-菱铁矿-镜铁矿 11—地质界线 12—逆掩断层 13—断层
2.2 硫同位素地球化学特征
矿床硫化物和重晶石的δ34 S值为+8.1‰～+33.4‰[16]，其中黄铁矿的δ34 S
值为+8.1‰～+31.7‰，黄铜矿的δ34 S值为+14.0‰～+23.1‰，重晶石的
δ34 S值为+24.5‰～+33.6‰。

根据矿床形成的赤铁矿-磁铁矿-黄铁矿-黄铜矿-辉钼矿矿物组合，在温度为250℃时，磁铁矿-黄铁矿-赤铁矿三相点在log f o2-p H值图上，p H值约为4；a k+的活度为0.01，从绢云母的稳定场可以求出p H
值约为6。

log f o2上限为赤铁矿矿-磁铁矿-黄铁矿控制，log f o2下限为黄铁矿-斑铜矿-黄铜矿控制。

假设溶液的δ34 S∑S值等于0‰，沉淀黄铁矿的δ34 S值应为-25.2‰～0‰之间变化[3～5]，实际矿床黄铁矿的δ34 S值为+8.1‰～
+31.7‰。

根据Ohmoto模式布满原理可以估算出溶液的δ34 S∑S值约为
+29‰±3‰(图4)。

δ34 S∑S值高，表明矿床硫的来源于海水硫酸盐还原硫。

图4 桦树沟矿床log f o2-p H-δ34 S i图(温度为250℃条件下)Fig.4 Diagram of log f o2-p H-δ34 S i of Huashugou deposit(t=250℃)Py—黄铁矿 Po—磁黄铁矿 M—磁铁矿H—赤铁矿 Bn—斑铜矿 Cp—黄铜矿
3 新疆阿舍勒铜-锌热水沉积矿床硫同位素地球化学特征
3.1 地质特征
阿舍勒铜-锌热水沉积矿床位于西伯利亚大陆边缘泥盆纪夭折裂谷，矿区泥盆统齐
也组上部为细碧岩，下部为灰绿色石英角斑质集块岩和角砾岩；阿舍勒组上部为细碧岩和沉凝灰岩，下部为石英角斑凝灰岩和集块岩(图5)。

矿床具有明显双层构造
及矿石分带性，上部为层状矿体，下部为细脉状、浸染状硫化物带。

上部层状矿体的矿石分带由下而上依次出现黄铁矿矿石带、含铜黄铁矿矿石带，铜锌黄铁矿矿石带、多金属矿石带。

重晶石-多金属和重晶石矿石带属于顶部层位的侧向分带[21]。

矿物共生组合自早到晚为石英(绿泥石)-黄铁矿、黄铜矿-黄铁矿、黄铁矿-磁黄铁矿-古巴矿、黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿、黄铁矿-黄铜矿(锌砷黝铜矿)-方铅矿-闪锌矿、
重晶石-黄铜矿(锌砷黝铜矿、砷黝铜矿)-闪锌矿-方铅矿、黄铁矿-黄铜矿-辉铋矿-
石英等。

流体包裹体均一温度在178℃～270℃，平均温度为220℃。

图5 阿舍勒矿区地质略图Fig.5 Geologic scheme of Ashele mining area1—第四系(Q) 2—下石炭统红山嘴组(C1h) 3～5为中上泥盆统齐也组(D3q) 3—第三岩
性段(D3q 3) 4—第二岩性段(D3q2) 5—第一岩性段 (D3q 1) 6～9—下中泥盆统
阿舍勒组(D2as) 6—第三岩性段 (D2as3) 7—第二岩性段第二层(D2as2-2) 8—第
二岩性段第一层 (D2as 2-1) 9—第一岩性段 (D2as1) 10—中下泥盆统托克萨雷组(D1-2t) 11—闪长岩 12—石英闪长岩 13—钠长闪长岩 14—细碧岩 15—石英钠
长斑岩 16—断裂 17—向斜 18—背斜
3.2 硫同位素地球化学特征
石英-黄铁矿物组合的黄铁矿的δ34 S值在+4.1‰～+8.2‰；黄铜矿-黄铁矿物组合黄铁矿的δ34 S值在+2.6‰～+5.8‰，黄铜矿的δ34 S值在+2.2‰～
+4.1‰；黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿、黄铁矿-黄铜矿-方铅矿矿物组合中黄铁矿的
δ34 S值在+3.4‰～+4.0‰，黄铜矿的δ34 S值在+2.3‰～+3.0‰；重晶石多金属矿带中黄铁矿的δ34 S值在+4.0‰～+5.3‰，黄铜矿的δ34 S值在-
3.3‰～+
4.5‰，闪锌矿的δ34 S值在+0.8‰～+4.3‰，重晶石的δ34 S值在
+16.4‰～+23.5‰。

黄铁矿和黄铜矿、重晶石和闪锌矿、重晶石-方铅矿、重晶石和黄铁矿的共生矿物对硫同位素平衡温度为87℃～325℃，平均温度为209℃，平均温度与矿物包裹体平均温度接近，表明硫同位素达到平衡。

根据矿物共生组合可以获得石英-黄铁矿、黄铜矿-黄铁矿、黄铁矿-磁黄铁矿-古巴矿矿物组合，可以认为log f o2和p H值不改变矿物硫同位素发生变化[3](表2)。

这三种组合中黄
铁矿的δ34 S最高值约等于δ34 S∑S值，这样可以估算出δ34 S∑S值约等于
8‰±3‰，δ34 S∑S值较高，暗示出硫可能来源于海底火山喷发还原硫与海水硫酸盐还原硫混合。

表2 矿石沉淀的化学环境与热液矿物的硫同位素组成物的关系Table 2 Relationship between the chemical environment of ore depositions and
the S isotope compositions of hydrothermal minerals区间氧化状态可能的
矿物组合同位素组成:矿物与溶液的相比数f o2的p H改变引起的同位素组成变
化1 2 3 4高↑低重晶石δ34 S重晶石≈δ34 S∑S 变化范围很小重晶石、黄铁矿
δ34 S重晶石＞δ34 S∑S 变化较大黄铁矿、磁黄铁矿δ34 S黄铁矿≈δ34 S∑S 变
化范围很小磁黄铁矿δ34 S磁黄铁矿≈δ34 S∑S变化范围很小
4 新疆阿尔泰可可塔勒铅锌热水沉积矿床硫同位素地球化学特征
4.1 地质特征
新疆阿尔泰可可塔勒铅锌热水沉积矿床位于西伯利亚板块阿勒泰陆缘拉张裂谷带麦兹火山—沉积盆地[17～18]，出露地层为下泥盆统康布铁堡和中泥盆统阿尔泰组，岩性为一套变质碱性英安岩—流纹质火山岩—砂泥质岩—碳酸盐岩建造(图5)。

下泥盆统康布铁堡组，岩石为容矿围岩为黑云母变粒岩、石榴黑云变粒岩、二云石英片岩、变钙质砂岩以及大理岩。

矿体呈似层状、透镜状，与地层产状基本一致。

主要矿物为黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。

围岩蚀变有钾长石化、绿泥石化、硅化、黑云母化、绿帘石化、碳酸盐岩化等，蚀变具有一定分带性。

矿物包裹体均一温度为340℃～260℃。

4.2 硫同位素地球化学特征
矿床硫化物的硫同位素结果表明，δ34 S值为 -20.6‰～+5.1‰，其中黄铁矿的δ34 S值为-20.6‰～+5.1‰，方铅矿的δ34 S值为 -15.3‰～+1.0‰，闪锌矿的δ34 S值为 -16.2‰～ -10.7‰，磁黄铁矿的δ34 S值为 -15.0‰～ -
1.4‰(表3)。

硫化物共生矿物对硫同位素组成多数具有黄铁矿大于闪锌矿大于方
铅矿，矿物对硫同位素平衡温度为363℃～682℃，高于矿物包裹体均一温度，表明硫同位素接近平衡。

毒砂、黄铁矿、斑铜矿、绿泥石、石英、白云母等组合可以估算出[20]log f o2为 -32.75～ -33.91；log f s2为 -9.75～ -10.0；p H值为
7～5.3。

这样可以估算出δ34 S约为+2.0‰才能合理的解释矿床硫同位素组成变
化，δ34 S∑S小，硫主要来自岩浆。

表3 可可塔勒铅锌矿硫同位素组成表Table 3 S isotope composition of Keketale Pb-Zn deposit注:地质科学院矿床研究所同位素测试中心测试，2004；· :据韩东南等，1992；*:据王京彬等，1998序号样品号样品性质测试矿物δ34 S(CDP)‰1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 BK117 BK118 BK120-1 BK123 BK125 BK125 BK125 BK127 BK127 BK127 BK129 BK135 BK139 BK139 BK139 BK140 BK142 BK143 BK143 BK144 BK144 KB201
ZK15-7-26A ZK15-7-26B ZK15-7-26C ZK15-7-26D侵染状黄铁绿帘石变粒岩块状石英黄铁矿石(稠密侵染)块状含石英黄铁矿石块状黄铁磁黄铁矿石块状黄铁磁黄铁方铅闪锌矿石块状黄铁磁黄铁方铅闪锌矿石块状黄铁磁黄铁方铅闪锌矿石块状铅锌矿石块状铅锌矿石块状铅锌矿石含黄铁磁黄铁石英脉条带状矿石星点黄铁磁黄铁闪锌方铅矿石星点黄铁磁黄铁闪锌方铅矿石星点黄铁磁黄铁闪锌方铅矿石黄铁磁黄铁方铅闪锌矿石黄铁矿方铅矿石英脉块状铅锌矿石块状铅锌矿石闪锌方铅矿磁黄铁矿闪锌方铅矿磁黄铁矿含重晶石条带状矿石块状矿石块状矿石块状矿石块状矿石块状矿石块状矿石块状矿石稠密浸染矿石稠密浸染矿石稠密浸染矿石稠密浸染矿石浅粒中条纹状矿石方铅矿石英脉层凝灰岩中条纹状矿石矿化方解变粒岩浅粒中浸染条带状矿石块状块状黄铁矿(组)黄铁矿黄铁矿(早)黄铁矿黄铁矿闪锌矿方铅矿黄铁矿闪锌矿方铅矿磁黄铁矿闪锌矿(组)黄铁矿磁黄铁矿方铅矿闪锌矿黄铁矿闪锌矿方铅矿黄铁矿闪锌矿重晶石黄铁矿方铅矿磁黄铁矿闪锌矿黄铁矿闪锌矿磁黄铁矿黄铁矿磁黄铁矿方铅矿闪锌矿黄铁矿方铅矿黄铁矿磁黄铁矿黄铁矿黄铁矿闪锌矿-2.8-20.6-18.7-12.4-13.4-13.1-13.6-13.3-10.7-12.3-15.0-14.3-9.8-11.4-12.5-13.7-12.1-14.8-15.5-14.6-16.2 2.89-12.9-14.7-14.2-13.2-13.0-12.9-13.2-14.3-14.6-15.3-14.5 5.1 1 3.9-1.4-6.5-15.6-14.8
5 结论与讨论
通过上述与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床硫同位素研究，可以认为这些矿床硫的来源有两种，第一种是海水硫酸盐通过下伏火山岩的含铁组分发生反应而产生的无机还原硫[4]，另外一种是岩浆去气作用直接提供或来自循环对流热液淋滤作
用硫[28，30，31]。

海水硫酸盐还原的硫δ34 S∑S值较高，一般都大于+20‰[3，28]，而岩浆去气作用或淋滤对流热液作用的δ34 S∑S值较低，接近于零值[3，6]。

因此与火山岩容矿有关的海底热水沉积矿床硫源δ34 S∑S值为高值，硫的来源有
可能大多数是海水硫酸盐还原作用硫；δ34 S∑S值为小的正值，硫的来源可能是
岩浆去气作用直接提供或来自循环对流热液淋滤作用为主的硫；介于两者之间的
δ34 S∑S值取于海水硫酸盐还原作用硫和岩浆去气作用直接提供或来自循环对流
热液淋滤作用硫的比例。

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