铜陵冬瓜山层控矽卡岩型铜金矿床的成因机制:硫同位素制约

铜陵冬瓜山层控矽卡岩型铜金矿床的成因机制：硫同位素制约徐晓春;尹滔;楼金伟;陆三明;谢巧勤;褚平利

【摘要】冬瓜山铜金矿床是铜陵矿集区乃至长江中下游成矿带中的一个重要矿床.矿床上部受石炭系层位控制,发育层状、似层状层控矽卡岩型矿体;下部受岩体及其接触带控制,在岩体及其接触带围岩中发育脉状、细脉浸染状矿体.上部层控矽卡岩型矿体中的矿石类型以含铜(金)石英硫化物为主,矿石硫化物矿物的硫同位素组成显示主要成矿阶段的硫同位素基本达到了平衡.矿石矿物中的硫化物和硫酸盐的硫同位素组成对比表明,冬瓜山矿床与斑岩型矿床相似,而与Sedex型和VHMS型矿床不同.结合矿床成矿物理化学条件和矿石矿物共生组合关系,根据硫同位素储库效应,认为冬瓜山矿床硫化物阶段成矿热液中的含硫物种以H2S为主(XH2S>0.99),硫化物的结晶沉淀对成矿热液的δ34S值影响不大.应用大本模式,高温岩浆来源的热液与熔体之间的硫同位素分馏△34S为0‰～+5‰,依据岩浆岩全岩硫同位素组成可以确定岩浆来源热液的硫同位素组成为+0.3‰～+12.0‰.在高温(600～350℃)硅酸盐阶段和氧化物阶段,硬石膏与成矿热液之间的硫同位素分馏△34S为+5.0‰～+19.0‰,而在高温(450～350℃)氧化物阶段后期及低温(350～200℃)硫化物阶段,黄铁矿与成矿热液之间的硫同位素分馏△34S分别为-1.0‰～0‰和0‰～

+1.5‰.据此计算的含硫矿物硫同位素组成理论值与冬瓜山矿床实测值基本一致,显示成矿热液流体中的硫源为岩浆来源.综合前人对区域及冬瓜山矿床的研究,本文认为冬瓜山矿床为与燕山期岩浆作用密切相关的层控矽卡岩型铜金矿床.岩浆及其平衡热液中较高的总硫同位素组成暗示岩浆混染了区域沉积地层中广泛发育的膏盐成分.虽然硫同位素组成特征显示区域沉积岩成岩过程中经历了明显的海水沉积作用和细菌硫酸盐还原作用,但冬瓜山矿床矿石没有保存海西期沉积成矿的硫同位素证据.

【期刊名称】《岩石学报》

【年(卷),期】2010(026)009

【总页数】12页(P2739-2750)

【关键词】硫同位素;物理化学条件;矿床成因;冬瓜山铜金矿床

【作者】徐晓春;尹滔;楼金伟;陆三明;谢巧勤;褚平利

【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;安徽省公益性地质调查管理中心,合肥,230001;安徽省公益性地质调查管理中心,合肥,230001;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009

【正文语种】中文

【中图分类】P618.41;P618.51

1 引言

硫同位素是成岩成矿过程中物质来源的有效指示剂之一，尤其在矿床学研究中得到了广泛应用。Sakai(1968)最先认识到热液矿物硫同位素组成的影响因素，开拓性地进行了硫同位素的热力学研究。Ohmoto(1972)在其基础上建立了硫同位素平衡分馏的大本模式，认为热液矿物的硫同位素组成是热液中的总硫同位素组成(δ34S∑S)、氧逸度( fO2)、酸碱度(pH)、离子强度(I)及温度(T)的函数。程伟基和陈江峰(1980)应用瑞利分馏理论，定量估算了总硫浓度对硫同位素组成的影响。支霞臣和程伟基(1982)基于硫的存在状态和热力学数据以及同位素分馏系数的修正，推导并构筑了不同条件下的硫同位素log fO2-pH图解；储雪蕾等(1984)则重

点阐述了高温和低温平衡热液系统的硫同位素log fO2-T图解。Zheng and Hoefs(1993)应用瑞利蒸馏原理，分别进行了硫酸盐和硫化物沉淀的理论模拟计算，对硫同位素的储库效应进行了研究。上述硫同位素模型和方法在确定成矿物质中硫的来源上得到了广泛应用，有助于深入探索矿床的成矿物质来源，并进而揭示矿床的成因机制。

铜陵狮子山矿田以发育层状和似层状层控矽卡岩型铜金硫化物矿体为特征，前人对矿床的成因一直存在不同的观点，大部分学者认为燕山期岩浆热液成矿作用是矿床形成的主导因素，成矿受层间滑脱构造控制(常印佛等，1991；唐永成等，1999；储国正，2003；毛景文等，2009)，但亦有部分学者认为存在先期的海西期沉积

成矿作用，其后叠加了燕山期的热液成矿作用(顾连兴，1984；顾连兴和徐克勤，1986；陆建军等，2003；Gu et al.,2007；蒋少涌等，2008；徐克勤和朱金初，2009)。本文试图运用硫同位素的地球化学理论和模型对铜陵狮子山矿田中的冬瓜山层控矽卡岩型铜金矿床进行深入的研究和系统的计算，以确定矿床成矿物质中硫的来源，查明是否存在或保存有海西期沉积成矿的证据。

2 矿床地质

冬瓜山铜金矿床产于铜陵狮子山“多层楼式”铜-金-多金属矿田的深部，构造上位于铜陵顺安复式向斜青山次级背斜的核部及其与包村后山-青山E-W向基底构造带的交汇部位。矿体发育于泥盆系上统五通组(D3w)粉砂质页岩与石炭系上统黄龙组(C2h)白云质灰岩、灰岩以及船山组(C2c)灰岩之间的层间滑脱构造中。与成矿相关的岩浆岩为青山脚石英二长闪长(斑)岩，岩石具半自形中粒结构和斑状结构，后者基质呈显微粒状嵌晶结构，由微晶斜长石、钾长石和石英以及少量的磁铁矿、磷灰石和榍石及锆石等组成，斑晶以斜长石为主，次为角闪石(储国正，2003)。冬瓜

山矿床分上部和下部两部分。上部矿床严格受石炭系地层控制，矿体呈层状或似层状产出；下部矿床受侵入岩体及其接触带控制，呈脉状和细脉浸染状产出。矿床的

矿石类型复杂且具有明显的垂直分带性。热液蚀变主要有钾化、矽卡岩化、蛇纹石化、碳酸盐化、滑石化、绿帘石化、绢云母化、水云母化、高岭石化及硬石膏化。矿石结构主要为自形粒状结构、半自形-他形粒状结构、交代结构等。矿石构造主

要为块状构造、浸染状构造、脉状构造、条带状构造、条纹状构造。金属矿物主要为磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、银金矿、自然金等，次为方黄铜矿、闪锌矿、菱铁矿、白铁矿等，微量矿物为自然铋、辉钼矿、白钨矿等。脉石矿物主要为石榴子石、透辉石、透闪石、蛇纹石、滑石、硬石膏、绿帘石、石英及方解石等，次为金云母、黑云母。

图1 冬瓜山铜金矿床的硫同位素组成的频率分布直方图及相关岩石硫同位素组成

范围部分数据引自刘裕庆等，1984；顾连兴，1984；周真，1984；321地质队，1995；李文达等，1997；Pan and Dong,1999；储国正，2003；臧文拴，2004；徐兆文等，2007; 其余数据见表1Fig.1 Frequency distribution diagram of sulfur isotopic comparison from Dongguashan Cu-Au deposit and range of sulfur isotopic comparison for related sedimentary and magmatic rocksParts of data from Liu et al.,1984; Gu,1984; Zhou,1984; Li et al.,1997; Pan and Dong,1999; Chu,2003; Zang,2004; Xu et al.,2007; Other data in Table 1

根据矿床地质特征和矿物共生组合特点，常印佛等(1991)将包括冬瓜山矿床在内

的整个狮子山矿田成矿作用划分为硅酸盐阶段、氧化物阶段和硫化物阶段。硅酸盐阶段以发育层间矽卡岩为特征；氧化物阶段的标志矿物为磁铁矿、白钨矿及含水硅酸盐(绿帘石、阳起石、金云母等)；硬石膏则可能始于硅酸盐阶段，至氧化物阶段基本结束；硫化物阶段是该矿床的主要成矿阶段，矿石矿物的晶出顺序大致为辉钼矿→磁黄铁矿→黄铁矿→黄铜矿→闪锌矿→方铅矿，磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿具多期次性。