錫鐵山SEDEX型鉛鋅礦床成礦物質來源探討

錫鐵山SEDEX型鉛鋅礦床成礦物質來源探討

錫鐵山鉛鋅礦床是我國西部地區規模最大的鉛鋅礦床之一,研究其成礦物質來源，是研究礦床成因中一個至關重要又極為復雜的問題。本文即是在對鉛同位素、硫同位素、銣鍶同位素及氫、氧、碳等同位素綜合分析的基礎上，對錫鐵山鉛鋅礦床成礦物質來源進行系統的論述。錫鐵山鉛鋅礦床是我國西部地區規模最大的鉛鋅礦床之提綱1.區域地質及礦床地質2.成礦物質來源特征3.成礦溶液來源特征4.結論提綱1.區域地質及礦床地質1.區域地質及礦床地質錫鐵山鉛鋅礦床位于青海省柴達木盆地北緣(圖1),我國西部重要成礦區帶塞什騰-綠梁山-錫鐵山加里東褶皺巖系中。礦區構造線方向與區域構造線方向一致，呈北西-南東向展布。圖1柴達木北緣地質略圖（據鄔介人等，1987局部修改）1-第四系；2-第三系；3-白堊系；4-侏羅系；5-下石炭統；6-上泥盆統；7-上奧陶統火山巖；8-元古宇；9-華力西期花崗巖；10-加里東期輝長巖；11-加里東期超基性巖；12-礦區1.區域地質及礦床地質錫鐵山鉛鋅礦床位于青海省柴達木盆地北緣區內褶皺基底出露在北緣，由元古代的達肯大板群（Pt1dk）的混合巖、片麻巖及片巖等變質巖系組成。礦區內主要出露奧陶統灘間山群（Otn）含礦巖系以及上泥盆統（D3a）和下石炭統（C1）砂礫巖系。礦區火山活動較強烈，主要火山噴發物為中基性火山巖—基性凝灰巖、玄武巖夾安山巖和中酸性火山巖—流紋巖及英安巖等。錫鐵山鉛鋅礦床主要賦存于上奧陶統灘間山群c巖組中，自下至上分為三個巖性組(李峰等，柴達木盆地北緣灘間山群新厘定,2006)：①

(下部)火山碎屑巖組(Oh1-2t)，②(中部)沉積巖組(Oc3-t)及③(上部)溶巖次火山巖組(Oy3t)。區內褶皺基底出露在北緣，由元古代的達肯大板群（2．成礦物質來源特征2.1鉛同位素組成特征1）大理巖型礦體中Zn/（Pb+Zn）比值低,較穩定。在0.49-0.59之間變化；相對于大理巖型礦體，片巖型礦體Zn/(Pb+Zn)比值變化較大，在0.41-0.87之間。據Lydon(1984)等經大量研統計究表明，錫鐵山礦床Zn/(Pb+Zn)在0.41-0.87之間，成礦物質來源應主要與下伏英安流紋質火山巖和沉積巖有關。2）大理巖型礦體中礦石硫化物中206Pb/204Pb，207Pb/204Pb，208Pb/204Pb的變化范圍分別為17.650-18.467，15.106-15.813，37.447-39.30，與圍巖變英安流紋巖中鉛同位素組成基本一致。片巖型礦體中礦石硫化物中206Pb/204Pb，207Pb/204Pb，208Pb/204Pb的變化范圍分別為18.060-18.284，15.421-15.648，37.993-38.631,與圍巖硅質巖中鉛同位素組成相近（表1、表2、表3）。2．成礦物質來源特征2.1鉛同位素組成特征1）大理巖型礦表1

錫鐵山礦床大理巖型礦體硫化物鉛同位素組成特征樣品名稱樣品數206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb變化范圍平均變化范圍平均變化范圍平均偉晶狀方鉛礦218.259～18.3218.2915.587～15.6815.6338.168～38.7138.439塊狀方鉛礦517.73～18.4518.0915.545～15.76615.6637.447～39.3038.374條帶狀方鉛礦317.650～18.46718.05915.106～15.81315.46036.927～39.20638.067似脈狀方鉛礦117.94715.32837.565條帶狀(硅質)黃鐵閃鋅礦石118.33915.72938.737條帶狀(硅質)鉛鋅礦石218.350～18.46718.40915.729～15.81315.71138.840～39.20639.023粗晶塊狀鉛鋅礦石318.225～18.25918.24215.545～15.58715.56638.309～38.36538.337磁黃鐵礦膠黃鐵礦礦石218.071～18.13418.10315.428～15.48315.45638.067～38.08238.075表1錫鐵山礦床大理巖型礦體硫化物鉛同位素組成特征樣品名稱表2

錫鐵山礦床片巖型礦體硫化物鉛同位素組成及參數特征樣品號礦石名稱分析結果同位素比值表面年齡(Ma)Ф值μ值Th/U206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb17-3-1黃鐵礦18.210±0.00915.561±0.01038.356±0.0382650.5929.413.8017-3-2磁黃鐵礦18.214±0.00715.562±0.00538.348±0.0172630.5919.413.7917-5-1方鉛礦18.215±0.00215.536±0.00238.235±0.0042300.5889.363.7417-5-2磁黃鐵礦18.284±0.00815.648±0.00738.631±0.0263170.5969.573.8917-6磁黃鐵礦18.201±0.00615.541±0.00638.278±0.0132460.5909.373.7717-8-1閃鋅礦18.060±0.00715.421±0.00637.993±0.0192000.5869.153.7017-8-2磁黃鐵礦18.223±0.00815.580±0.00638.438±0.0142790.5939.443.8318-9方鉛礦18.195±0.00315.528±0.00238.221±0.0052350.5899.353.7418-10-1方鉛礦18.230±0.00315.564±0.00238.323±0.0042540.5919.413.7718-10-2閃鋅礦18.108±0.00815.456±0.00738.061±0.0192080.5879.213.71等時線年齡為：0Ma±0.0Ma（1σ）說明：模式年齡據（Doe,1974）表2錫鐵山礦床片巖型礦體硫化物鉛同位素組成及參數特征樣品號表3錫鐵山礦區巖石鉛同位素組成樣品號巖石名稱分析結果同位素比值表面年齡(Ma)Ф值μ值Th/U206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb03-17-10硅質巖18.369±0.00215.651±0.00338.673±0.0122650.5929.413.8003-18-2硅質巖18.405±0.01815.523±0.01138.686±0.02172.60.5759.313.8303-18-3蝕變硅質巖18.020±0.02215.404±0.01837.891±0.0232080.5869.123.6703-17-12變英安流紋巖18.517±0.02015.465±0.01039.677±0.040-89.0.5619.193.7503-18-19變英安流紋巖18.198±0.01415.327±0.01237.835±0.037-32.20.5668.953.54L－4變英安流紋巖18.280±0.01415.504±0.00738.250±0.0161410.5819.293.71dt-3-5變玄武安山巖17.767±0.01015.447±0.01137.669±0.0284490.6099.243.71dy-66-1變玄武巖17.824±0.02115.541±0.01837.978±0.0455190.6169.423.84上地殼19.3315.7339.08據霍夫斯(1980)、趙倉山《地球化學》下地殼17.2715.2938.57地幔18.115.4237.3造山帶18.8615.6238.83等時線年齡為：0Ma±0.0Ma（1σ）說明：模式年齡據（Doe,1974）表3錫鐵山礦區巖石鉛同位素組成樣品號巖石名稱分析結果同

1）礦石組成比較穩定，μ值為9.15～9.57，基本上屬于正常鉛范疇，但表面年齡差別大，從317Ma至200Ma，反映了成礦作用的復雜性。2）巖石鉛與礦石鉛組成中，尤以μ值近似,為9.12～9.42，個別為8.95。由于變質、蝕變，表面年齡僅玄武安山巖為449Ma，中基性火山巖449－519Ma，與灘間山群形成年齡相近。（蝕變）硅質巖208～265Ma，與礦石鉛的主要表面年齡（200～279Ma）十分接近，說明礦床不是在一次地質作用過程中形成的。至少經歷了兩次以上的成礦作用過程，200～279Ma是主要的變質改造成礦期。3）礦石鉛、巖石鉛的Th/U比值介于3.54～3.89比值亦十分均一，一般認為，各變質相的Th/U比值均在1～10之間,但Th和U的豐度隨變質程度加深而增加，結合野外觀察和室內鑒定結果,錫鐵山鉛鋅礦區變質巖相為綠片巖相-綠簾角閃巖相,較為均一。自表1、表2及表3列出的礦石鉛及巖石鉛同位素組成可以看出：1）礦石組成比較穩定，μ值為9.15～9.57，基本上4)礦石鉛同位素特征值Φ變化為0.586～0.596,平均值為0.59,十分集中。礦石鉛同位素組成（圖2）及其特征值總體上介于造山帶與地幔之間，少數介于地幔與下地殼之間（2個點）。

圖2青海錫鐵山鉛鋅礦床礦石巖石鉛在全球鉛構造演化模式圖解（據多伊和扎特曼，1979）4)礦石鉛同位素特征值Φ變化為0.586～0.596,平均值2.2錫鐵山鉛鋅礦礦床與秦嶺型鉛鋅礦床礦石鉛源區對比圖3不同地質環境鉛同位素組成綜合圖

在多伊、扎特曼源區圖解上(圖3,圖4)，可以看出,錫鐵山鉛鋅礦床礦石鉛同位素數據絕大部分落入克拉通地殼鉛與成熟島弧鉛的交界處，出現異常密集區，少部分礦石鉛同位素落入大洋火山巖鉛區。（據多伊和扎特曼，1979）2.2錫鐵山鉛鋅礦礦床與秦嶺型鉛鋅礦床礦石鉛源區對比圖3圖4鉛同位素組成對比圖（引自多伊等，1979）

綜上分析結果表明:1)錫鐵山鉛鋅礦床的初始鉛應該來源于火山巖，與秦嶺型鉛鋅礦床初始鉛來源于克拉通化基底地殼不同。錫鐵山鉛鋅礦床的大地構造環境介于克拉通化地殼邊緣與成熟島弧過渡區域，有火山巖發育。而秦嶺型鉛鋅礦床則主要為克拉通化地殼大地構造環境，火山巖不發育。

圖4鉛同位素組成對比圖綜上分析結果表明:

2）錫鐵山鉛鋅礦床在晚奧陶世的初始成礦主要是一次成礦作用完成的，反映在鉛同位素組成上比較均一。源區下中奧陶統火山巖（如變英安凝灰巖等）中富集的鉛主要是通過海盆地下熱水淋濾，并沿同生斷列運移到局限海盆洼地初始成礦的。

3）錫鐵山鉛鋅礦初始成礦后經歷了多次變質、改造，使之富集、粗晶化。并且在后期改造作用中有殼源鉛的混入，故表面年偏小(200Ma)。

4）近礦圍巖硅質巖應是伴隨初始成礦作用在局限海盆洼地同時形成的，稍早于主成礦期，又晚于遠礦的變英安晶屑凝灰巖等的形成年齡。2）錫鐵山鉛鋅礦床在晚奧陶世的初始成礦主要是一2.3硫同位素組成特征錫鐵山鉛鋅礦兩種類型礦體中礦石硫化物的δ34S具有相似的特征，均分布在0.19－3.89‰之間，屬低正值范圍，變化區間較窄（表4），平均2.39。且均具有黃鐵礦（或磁黃鐵礦）＞閃鋅礦＞方鉛礦的特點，平均值之間的離差值小，反映二者在物質來源和成因上的一致性。2.3硫同位素組成特征錫鐵山鉛鋅礦兩種類型礦體中礦石硫化表4錫鐵山式鉛鋅礦床不同類型礦體硫同位素組成特征比較礦體類型樣品名稱樣品數δ34S(‰)資料來源變化范圍平均大理巖型塊狀及條帶狀黃鐵礦63.6－5.54.48據鄔介人等（1987）資料綜合整理膠黃鐵礦42.0－3.22.83塊狀及條帶狀閃鋅礦72.9－3.93.44花斑狀和網脈狀閃鋅礦22.2－2.32.25塊狀及條帶狀方鉛礦71.0－2.01.66花斑狀和網脈狀方鉛礦21.3－1.61.45片巖型層狀黃鐵礦10.19本文細粒層狀磁黃鐵礦43.24－3.893.47層狀閃鋅礦32.79－3.473.17層狀方鉛礦51.23－1.991.51數據測試在國土資源部中南礦產資源監督監測中心完成表4錫鐵山式鉛鋅礦床不同類型礦體硫同位素組成特征比較礦錫鐵山鉛鋅礦床總體屬SEDEX型，但與國內外典型VMS型及SEDEX型鉛鋅礦床硫同位素組成比較(圖5)，其硫同位素組成與隕石硫接近，更類似于海相火山巖容礦的VMS型礦床，而與硫主要來源于海水碳酸鹽的大多數SEDEX型礦床明顯不同。說明來自盆下的含礦熱液具深源流體特征，不僅富含金屬物質，還含有較多的硫。其中，礦石中的硫主要是來自地殼深部或與上地幔脫氣作用有關。這應是錫鐵山式熱水噴流礦床成礦作用的特點之一。錫鐵山鉛鋅礦床總體屬SEDEX型，但與國內外典圖5國內外典型VMS型和SEDEX型鉛鋅礦床硫化物硫同位素組成圖5國內外典型VMS型和SEDEX型鉛鋅礦床硫化物硫同位素組2.4銣鍶同位素分析

錫鐵山礦床的礦石礦物與脈石礦物銣鍶同位素組成也具高相似性（表5），總體具Rb、Sr含量較低，87Rb/86Sr值變化范圍大和高（87Sr/86Sr）的特點。對表6中不同類型巖石比較，除個別樣品外（87Sr/86Sr）集中在0.70875－0.72240之間，總體繼承了灘間山群的礦下變英安流紋巖的87Rb/86Sr值較高、變化范圍大和富含放射成因87Sr的特點，而與灘間山群的礦上玄武巖和綠梁山基性-超基性巖有明顯差別，與紫色砂質板巖差別更顯著。

2.4銣鍶同位素分析錫鐵山礦床的礦表5

錫鐵山礦區礦石礦物與脈石礦物銣鍶同位素組成樣號樣品名稱W(Rb)/10-6）W(Sr)/10-687Rb/86Sr（87Sr/86Sr）IⅠ33－1－1黃鐵礦0.054880.33160.47750.71419Ⅰ33－5－1黃鐵礦0.06431.530.12120.71418Ⅰ33－7－1黃鐵礦0.029870.68950.1250.71755Ⅰ33－9－1閃鋅礦0.043860.39030.32420.71401Ⅰ33－1－3黃鐵礦0.35180.0630516.180.67326Ⅰ33－1－2石英0.25351.2330.59330.71401Ⅰ33－5－2石英0.17450.90280.55760.71276Ⅰ33－9－2石英0.54774.1030.38520.71306Ⅱ9－43－1黃鐵礦0.065110.12951.4520.71207Ⅱ9－43－1閃鋅礦0.025220.25910.2810.71720Ⅱ10－47－1閃鋅礦0.021630.21270.29350.71685Ⅱ10－49－1黃鐵礦0.12050.14452.4080.71294Ⅱ10－49－1閃鋅礦0.043370.23740.52740.71994Ⅱ10－51－1黃鐵礦0.077590.15971.4020.70875Ⅱ10－51－1閃鋅礦0.035030.29450.34330.71905Ⅱ30－33－1黃鐵礦0.13650.22351.7620.71256Ⅱ86－51－1黃鐵礦0.086590.74613.3520.71282Ⅱ86－51－1閃鋅礦0.053310.16610.92610.71285Ⅱ87－51－1黃鐵礦0.02850.065331.2590.71442Ⅱ87－51－1閃鋅礦0.022620.42920.15210.71753表5錫鐵山礦區礦石礦物與脈石礦物銣鍶同位素組成樣號樣品Ⅱ98－68－1黃鐵礦0.028220.46470.17530.71903Ⅱ10－3－13－1黃鐵礦0.13130.1921.9750.71281Ⅱ10－3－13－1閃鋅礦0.026140.9160.08310.71876Ⅱ10－3－15－1黃鐵礦0.28350.11826.9220.68826Ⅱ10－3－15－1閃鋅礦0.005010.28280.051120.71382Ⅱ10－3－3－2石英0.27323.9240.20090.71382Ⅱ10－3－15－2石英0.27073.9470.19790.71285Ⅱ9－43－1閃鋅礦0.028061.6490.049110.71952Ⅱ10－49－1閃鋅礦0.12040.74640.45810.71800Ⅱ98－68－1黃鐵礦0.043540.71870.17490.72240注：Rb、Sr同位素分析在宜昌地礦所FinniganMAT-26l可調多接收固體質譜計上進行；Rb、Sr的含量采用同位素稀釋質譜法測定；87Sr／86Sr比值是使用加稀釋劑的一次測量，按常規公式計算而獲得；據張德會等（2004）資料綜合。

Ⅱ98－68－1黃鐵礦0.028220.46470.1753表6錫鐵山礦區及不同巖石銣鍶同位素組成RbandSrisotopiccompositionsofvolcanicrocksfromthenorthernmarginofQaidambasin采樣點巖性W(Rb)/10-6）W(Sr)/10-687Rb/86Sr（87Sr/86Sr）I資料來源錫鐵山變英安流紋巖（O1-2h）14.73187.80.22620.70845本項目（2005）13.81181.00.22010.7082420.63198.20.30010.7102217.76191.40.26760.7094112.90187.00.19880.7088513.74205.40.19280.70743玄武巖（O3y）6.57165.560.1150.707121.56564.230.0640.7064.581143.780.0120.7062.40150.210.0460.7092.401548.840.2990.708紫色砂質板巖（S1l）132.455.866.8590.74634224.740.5316.10.78431216.339.6915.830.78641186.150.0110.790.76410147.964.486.6370.74559綠梁山輝綠巖7.408110.900.19780.707083楊經綏等（2004）6.095141.700.29130.708092基性熔巖3.99781.850.14620.7064986.735169.300.11870.70620420.131397.000.03980.705340輝石巖53.261451.000.10460.706045表6錫鐵山礦區及不同巖石銣鍶同位素組成采樣點巖性W(Rb

據銣鍶同位素組成特點分析，87Sr/86Sr低于地殼巖石的平均值(約為0.720)，明顯高于地幔平均值（約為0.707),礦床中的成礦物質來源應以殼源為主，與深部循環熱水活化遷移礦下火山巖中的物質有關，成礦熱液形成過程實際上是殼源物質不斷加入、成礦物質不斷富集的過程。但不排除有部分幔源物質混入的可能。據銣鍶同位素組成特點分析，87Sr/86Sr低于3.成礦溶液來源據鄔介人(1987)資料，對采自不同類型大理巖中（11件樣品）的方解石進行碳同位素測試，結果為：δ13C為－4.22‰～＋1.14‰，平均－0.26‰，離差2.31‰，均在低負值－低正值區間，接近0‰。克萊頓(1972)和希德洛斯基（1975）認為，沉積碳酸鹽的δ13C值離散度只有3.5‰，通常δ13C接近0‰，而一般非海相碳酸鹽，δ13C值一般為－11.07‰～－2.50‰。錫鐵山大理巖中10個樣品的δ18O值為－8.20‰～－17.24‰。與我國秦嶺廠壩鉛鋅礦床中的海相碳酸鹽巖（－7.26‰～－18.51‰）和大西溝菱鐵礦礦床的海相沉積碳酸鹽巖(－11.26‰～－13.79‰)的δ18O值相似。大理巖屬海相沉積成因。3.成礦溶液來源據鄔介人(1987)資料，對采自不同類型大理

祝新友等（2007）通過對礦區大理巖的O、Sr同位素組成研究，獲得大理巖δ18O＝＋10.1～12.5‰，87Sr/86Sr=0.7170-0.7118,數值介于熱液型方解石與沉積灰