3408 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2016,32(11) (mean38 840,n=3),andμ=9 75~9 78) ThisrevealsaclearlycrustalsourceofPb,andCu dominantoreshavethe same

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1 /2016/032(11) ActaPetrologicaSinica 岩石学报 四川会理天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿的 成因关系探讨 1,2,3 孙海瑞 3 周家喜 3 黄智龙 3 樊海峰 3 叶霖 3,4 罗开 5 高建国 SUNHaiRui 1,2,3,ZHOUJiaXi 3,HUANGZhiLong 3,FANHaiFeng 3,YELin 3,LUOKai 3,4 andgaojianguo 5 1 中国地质调查局发展研究中心, 北京 中国地质大学, 北京 中国科学院地球化学研究所, 矿床地球化学国家重点实验室, 贵阳 中国科学院大学, 北京 昆明理工大学国土资源工程学院, 昆明 DevelopmentResearchCenterofChinaGeologicalSurvey,Beijing100037,China 2 ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China 3 StakeKeyLaboratoryofOreDepositGeochemistry,InstituteofGeochemistry,ChineseAcademySciences,Guiyang550081,China 4 UniversityofChineseAcademySciences,Beijing100049,China 5 KunmingUniversityofScienceandTechnology,FacultyofLandResourceandEnginering,Kunming650093,China 收稿, 改回 SunHR,ZhouJX,HuangZL,FanHF,YeL,LuoK andgaojg 2016 ThegeneticrelationshipbetweenCu andzn dominantmineralizationinthetianbaoshandeposit,southwestchina ActaPetrologicaSinica,32(11): Abstract TheTianbaoshan,atypicalZn PbdepositintheSichuan Yunnan Guizhou(SYG)Pb Znmetalogenicprovince,is hostedbydolostoneofuppersiniandengyingformation Recently,aCu dominantmineralizationwasdiscoveredinthedeepofthe TianbaoshandepositandevenformedCuorebody However,theoriginoftheCuoresandthegeneticrelationshipbetweenCu and Zn dominantmineralizationarestilunclear ThispaperpresentsthemineralogicalandisotopegeochemicaldataoftheCuores, integrateswiththoseofzn Pbores,inordertorevealingthesourcesofore formingmineralizedelements,anddiscusingitsoregenesis andthegeneticrelationshipwithzn Pbores Themicroscopicobservationandscanningelectronmicroscope(SEM)analysisindicate thatcuoresaremainlycomposedofchalcopyriteandfreibergite,folowedbygalenaandarsenopyrite,withasmalnumberof sphaleriteandpyrite SphaleriteisthemainsulfidemineralinPb Znores,folowedbygalenaandpyrite,withalitleofchalcopyrite andpyrargyrite IntheCuores,sphaleriteoccursassubhedral xenomorphicgranularandcoexistswithchalcopyriteorenclosedby chalcopyritegrain,whilegalenafilsintothefractureofchalcopyrite,freibergiteandarsenopyriteasveinletoroccursasxenomorphic granularthatwasenclosedbythoseminerals InthePb Znores,chalcopyritepresentsasdiseminatedstructureanddistributesin sphalerite Themineralogy,texturesandstructuresofmetalmineralsinCu andzn dominantoressuggestthatchalcopyritehasclosely symbiotic,insertedandenclosedrelationshipwithsphaleriteandgalena,andtheyshouldbeformedatthesametime δ 34 S CDT valuesof chalcopyritefromcu dominantoresrangefrom3 9 to4 2 (mean4 1,n=3),similartothoseofsphaleritefromZn dominant ores(3 3 to3 9,mean3 5,n=3),indicatingthatthesourcesofreducedsulfurforthetwotypesoforesaresimilarandal aremainlyrelatedtothesulfateinevaporiteswithinore hostingstrata 206 Pb/ 204 Pb, 207 Pb/ 204 Pband 208 Pb/ 204 Pbvaluesofchalcopyrite fromcu dominantoresrangefrom18 441to18 476(mean18 461,n=3),15 731to15 751(mean15 741,n=3),and to38 873(mean38 849,n=3)withμvaluesrangefrom9 72to9 76,similartothoseofgalenafromZn dominantores( 206 Pb/ 204 Pb=18 442~18 480(mean18 455,n=3), 207 Pb/ 204 Pb=15 746~15 763(mean15 752,n=3), 208 Pb/ 204 Pb=38 793~ 本文受国家重点基础研究发展规划项目 (2014CB440905) 国家自然科学基金重点项目 ( ) 和面上项目 ( ) 联合资助. 第一作者简介 : 孙海瑞, 男,1987 年生, 博士后, 主要从事矿床学研究,E mail:hairuisun@126.com 通讯作者 : 周家喜, 男,1982 年生, 博士, 副研究员, 主要从事低温热液矿床研究,E mail:zhoujiaxi@vip.gyig.ac.cn

2 3408 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2016,32(11) (mean38 840,n=3),andμ=9 75~9 78) ThisrevealsaclearlycrustalsourceofPb,andCu dominantoreshavethe samemetalsourcestothezn dominantores,whicharealrelatedtouppercrust(theore hostingsedimentaryrocks) Studieson mineralogy,texturesandstructures,sandpbisotopegeochemistrydemonstratethatthesourcesofnewlyfoundcuoresandpb Znores arethesame,andthetwotypesoforeswerebelongedtoonehydrothermalsystemandtheyweretheproducesformedatthesameage withdiferentore formingstages TheoregenesisoftheTianbaoshanCu Pb Zndepositisabsolutelydiferentfrom MVTdeposit, suggestingaspecialmineralization(environment)relatedtolocalgeologicalseting ThispaperhasvitalguidingsignificanceforCuore prospectinginthedeepofthepb ZndepositsintheSYGprovince,westernYangtzeBlock,SW China Keywords Mineralogy;SandPbisotopes;GeneticrelationshipbetweenZn andcu dominantmineralization;tianbaoshan(cu) Pb Zndeposit 摘要天宝山矿床是川滇黔接壤铅锌矿集区内的代表性铅锌矿床之一, 赋存于上震旦统灯影组白云岩中 近年来, 该矿床深部发现了以铜为主的矿化, 甚至形成铜矿体 目前, 对铜矿成因及其与铅锌矿的关系尚不清晰 本文报道新发现铜矿的矿物学和同位素地球化学资料, 以期揭示铜矿的成矿物质来源, 结合铅锌矿的相关研究, 探讨铜矿形成机制及其与铅锌矿的成因关系 镜下观察和扫描电镜分析显示, 铜矿石中主要金属矿物为黄铜矿和银黝铜矿, 其次为方铅矿和毒砂, 含少量闪锌矿和黄铁矿 ; 铅锌矿石中闪锌矿是主要金属矿物, 方铅矿和黄铁矿次之, 含少量黄铜矿和深红银矿 铜矿石中闪锌矿主要呈半自形 他形粒状, 与黄铜矿共生或被其包裹, 方铅矿主要呈细脉状充填在黄铜矿 银黝铜矿和毒砂的裂隙中或呈他形粒状分布在这些矿物中 ; 铅锌矿石中黄铜矿主要呈浸染状分布于闪锌矿之中 两类矿石金属矿物的组构特征, 显示铜矿物与铅锌矿物具有密切的共生 穿插和包裹关系, 应属同期成矿 同位素地球化学数据显示, 铜矿石中黄铜矿的 δ 34 S CDT 值为 3 9 ~ 4 2 ( 均值为 4 1,n=3), 铅锌矿石闪锌矿的 δ 34 S CDT 值为 3 3 ~3 9 ( 均值为 3 5,n=3), 十分相近, 暗示它们具有相似的 S 源, 应均属赋矿地层海相蒸发岩中硫酸盐热化学还原作用的产物 铜矿石中黄铜矿的 206 Pb/ 204 Pb=18 441~18 476( 均值为 ,n=3), 207 Pb/ 204 Pb=15 731~15 751( 均值为 ,n=3), 208 Pb/ 204 Pb=38 809~38 873( 均值为 ,n= 3),μ=9 72~9 76; 铅锌矿石中方铅矿的 206 Pb/ 204 Pb=18 442~18 480( 均值为 ,n=3), 207 Pb/ 204 Pb=15 746~ ( 均值为 ,n=3), 208 Pb/ 204 Pb=38 793~38 892( 均值为 ,n=3),μ=9 75~9 78 两者具有相近的 Pb 同位素组成且其壳源特征明显, 表明它们的成矿金属来源相似, 均来自上地壳, 与赋矿沉积岩有关 综上, 矿物学和同位素地球化学证据表明, 天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿具有明显的同期共生关系和相似的成矿物质来源, 是同一成矿热液体系不同阶段演化的产物 天宝山铜铅锌矿床与 MVT 矿床的成矿特征不同, 暗示其成矿作用 ( 环境 ) 特殊, 可能与矿床所处的地质背景有关, 其成因认识对川滇黔接壤区同类型矿床深部找铜矿具有重要的指导意义 关键词 中图法分类号 矿物学 ;S 和 Pb 同位素 ; 铜矿成因及其与铅锌矿的关系 ; 天宝山铜铅锌矿床 P597 2;P618 1 引言 四川天宝山矿床位于扬子陆块西南缘川滇黔接壤铅锌矿集区西部, 受区域性安宁河构造带控制 (Wangetal., 2000;Zhouetal.,2013a), 已探明铅锌金属储量超过 260 万吨 (Cromieetal.,1996;Wangetal.,2010), 是矿集区内最具代表性的铅锌矿床之一 尽管已有较多的研究积累, 但对其成因认识仍存有较大分歧, 从以下三个方面进行简要分析 : 成矿物质来源方面 :1) 由赋矿灯影组白云岩 元古界基底岩石 寒武系及其以新的盖层沉积岩及二叠系峨眉山玄武岩共同提供 (Zhouetal.,2013a);2) 由矿集区内上地壳和造山带各类岩石共同提供 ( 李发源,2003; 张长青,2008; 喻磊,2014);3) 由上震旦统灯影组白云岩和峨眉山玄武岩共同提供 ( 涂首业,2014);4) 成矿金属主要来自上震旦统灯影组白云岩, 硫则主要来源于赋矿地层 ( 王乾,2013) 或元古界基底岩石 ( 或地幔 ) 和沉积岩源区的混合 (Zhuetal.,2016) 成矿年代学和动力学背景方面 :1) 存在晚三叠世和早侏 罗世的两期成矿作用, 分别对应扬子板块与兰坪 思茅地块碰撞及义敦弧与扬子板块碰撞和雅鲁藏布江洋打开 扩张的时间 ( 张志斌等,2006);2) 与印度 欧亚板块碰撞作用诱发的陆内造山相关的构造 岩浆 热液活动有关, 属于晚燕山期 喜马拉雅期形成的后成矿床 ( 寇林林等,2015);3) 形成在 260Ma( 峨眉山玄武岩年龄 ) 和 156Ma( 穿插矿体的辉绿岩年龄 ) 之间, 与印支运动有关 ( 吴越,2013;Zhangetal., 2015);4) 形成于晚三叠 早侏罗世 (226~192Ma), 与导致古特提斯洋闭合的印支造山作用有关 (HuandZhou,2012; Zhouetal.,2013b,c,2015) 矿床成因和类型方面 :1) 古岩溶洞穴沉积成因 ( 王则江, 1985);2) 地下水热液矿床 ( 成会章,2013a,b);3) 与典型 MVT 不同的会泽式 ( 或 SYG 型 ; 黄智龙等,2004;Zhouet al.,2013a);4)mvt 矿床 ( 王小春,1992;Wangetal., 2000,2010; 冯镜权等,2009; 蔡露明,2012; 喻磊,2014; 刘洋,2015; 余冲等,2015) 随着天宝山矿床深部以铜为主矿化的逐步揭露, 其蕴含的特殊地质信息值得深入研究 目前, 对深部铜矿的研究, 除少量的矿相学资料外 ( 涂首业,2014), 其成矿物质来源

3 孙海瑞等 : 四川会理天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿的成因关系探讨 3409 形成机制及其与铅锌矿的成因关系, 尚未见报道 本文在详细的镜下观察和扫描电镜分析基础上, 通过铜矿和铅锌矿矿物学和同位素地球化学特征的对比研究, 揭示新发现铜矿的矿质来源, 分析其与铅锌矿的成因联系, 结合以往研究资料, 探讨天宝山矿床成因及成矿动力学背景, 为川滇黔接壤区内同类型矿床深部找铜矿提供新的理论指导 2 区域地质概况和矿床地质特征 2 1 区域地质概况天宝山矿床位于攀西裂谷中部, 该裂谷由中部的元古界基底岩石和外侧的两个中生代盆地组成, 发育有酸性火山岩 层状侵入岩和碱性花岗杂岩带 (Wangetal.,2000) 峨眉山玄武岩及同源基性脉岩以及 6 条 NS 向区域性深大断裂带 ( 图 1) 这些深大断裂构造带控制着川滇黔接壤区内铅锌矿床 ( 点 ) 的分布, 其中天宝山和小石房两个大型铅锌矿床就产于安宁河断裂带内 有关川滇黔矿集区的区域地质背景资料, 可参阅相关文献 (ZhengandWang,1991;Wangetal., 2000;Zhouetal.,2001;HuandZhou,2012; 黄智龙等, 2004; 胡瑞忠等,2015; 王峰等,2015 等及其中文献 ), 本文不再赘述 2 2 矿床地质特征天宝山矿区地层出露简单 ( 图 2), 主要为中 上元古界会理群天宝山组碎屑岩 上震旦统灯影组白云岩 中寒武统西王庙组砂岩 上三叠统白果湾组陆相砂页岩和第四系残坡积物 其中, 灯影组可分为三段, 上 ( 第一 ) 段在矿区及外围均缺失 ; 中 ( 第二 ) 段在矿区广泛分布, 以结晶白云岩为主, 其次为条带状硅质白云岩 白云质砂岩 紫红色页岩和碧玉岩等, 产核形石和叠层石等藻类化石, 其走向近 EW, 倾向变化较大, 倾角 20 ~30, 厚度大于 1000m 该段又分四层, 第一层 : 灰白色 浅灰色中厚层状硅质白云岩 白云岩, 隐晶 细晶结构, 可见灰色砾石结核及条带, 局部有白云石和方解石穿插, 厚度大于 320m; 第二层 : 矿区南部为灰 浅灰色细粒薄层状白云质砂岩, 夹少量紫红色碧玉岩, 矿区北部为暗紫红色 杂色碧玉岩, 夹少量紫红色铁质板岩, 致密胶状 显微粒状结构, 厚约 30~112m; 第三层 : 上部为灰白色 浅灰色厚层状白云岩, 下部为深灰色 灰色中厚层至厚层状白云岩, 局部见有硅质白云岩, 厚约 240~470m; 第四层 : 主要为灰白色 白色硅质白云岩, 微粒结构, 薄层状 条带状构造, 局部见硅质岩, 岩石中常见硅质结核及条带, 厚度小于 160m; 下 ( 第三 ) 段, 矿区范围内缺失, 主要为灰白至深灰色厚层白云岩夹白云质灰岩, 产藻类化石 其中, 灯影组中 ( 第二段 ) 第三层是铜和铅锌矿体的赋矿层位 矿区内构造形迹复杂, 以断裂和褶皱构造为主, 主要断层包括 F 1 F 2 等, 其中 F 1 走向 NNW, 与天宝山向斜轴走向近垂直 ( 图 2), 倾向 SW, 属于益门断裂的分支断裂, 而 F 2 为近 图 1 攀西裂谷地质略图 ( 据 Wangetal.,2000 修改 ) Fig.1 ThegeologicalsketchmapofthePanxirift(modified afterwangetal.,2000) EW 向延伸的张扭性隐伏角砾破碎带 (Wangetal.,2000) 此外, 在区域性 SN 向边界断裂间, 还分布小规模 NE NW 近 EW 向断裂构造及产状平缓的层间剥离构造 矿区最大褶皱构造为天宝山向斜, 其轴向 NEE, 为一北冀稍陡的宽缓不对称小型复式向斜, 长度约 2km, 向斜核部为西王庙组砂岩, 两翼为灯影组白云岩 区域主要岩浆岩为酸性火山岩 峨眉山玄武岩及同源基性岩脉 (Wangetal.,2000), 其中基性岩脉一般沿 SN 和 NW 向侵入, 岩性以辉绿岩为主, 其次为煌斑岩和橄榄辉绿岩等 ( 王小春,1992; 涂首业,2014), 常见其切穿矿体和地层现象 ( 图 2), 且无矿化, 表明其与铅锌成矿作用无关, 其形成要晚于铅锌矿化 该岩体锆石 U Pb 年龄约 156Ma( 吴越, 2013;Zhangetal.,2015) 天宝山矿床由天宝山和新山两个矿段组成, 探获三个主矿体 ( 图 2), 累计探明 Pb+Zn 金属储量约 260 万吨 天宝山矿段的矿体规模最大, 其 EW 向长约 285m, 垂向上延深超过 400m, 被晚期 F 3 断层切割破坏, 在平面上形成顺时针方向的平错位移 其中,F 3 断层东侧矿体 (I+ I 号矿体 ) 出露面积最大, 平面形态近似于四边形, 而 F 3 断层西侧矿体面积较小 ( 图 2), 分叉并趋于尖灭, 平面形态似一个三角形, 总体

4 3410 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2016,32(11) 图 2 天宝山矿床地质图 ( 据 Zhouetal.,2013a 修改 ) Fig.2 ThegeologicalmapoftheTianbaoshandeposit(modifiedafterZhouetal.,2013a) 走向为近 EW 向 各矿体形态和产状相似, 呈与地层层理斜交的脉状或筒柱状产出, 边部多为锯齿状, 向下往往出现简单分支并逐渐尖灭 ( 图 3) 以往工作对铅锌矿石的矿物学 结构构造 成分等进行了较为详细的研究 (Wangetal.,2000;Zhouetal.,2013a; 涂首业,2014), 显示铅锌矿化主要充填于断层白云岩角砾间隙, 呈脉状或网脉状产出, 矿石中矿物组成简单, 金属硫化物以闪锌矿为主, 其次为方铅矿和黄铁矿, 含少量黄铜矿和深红银矿 铅锌矿石中 Zn Pb 品位分别为 7 76% ~10 09% 和 1 28% ~1 50%,Zn/(Zn+Pb) 比值为 0 87( 王小春, 1992) 脉石矿物主要为白云石和方解石, 石英次之 矿石结构以交代结构为主, 其次为他形 半自形粒状结构 脉状或网脉状交代结构等, 矿石构造有角砾状 块状 脉状和浸染状构造等 (Wangetal.,2000; 涂首业,2014) 围岩蚀变较弱, 主要表现为方解石化 弱硅化 白云石化和黄铁矿化等 新发现的铜矿 ( 化 ) 体出露自 2064m 中段以下, 至 2014m 中段仍见铜矿 ( 化 ) 体 ( 图 3), 但受矿业经济下行影响, 矿山处于停产状态, 没有新工程控制, 铜 ( 矿 ) 化体的产状 规模等不祥 现有资料显示, 铜 ( 矿 ) 化体与铅锌矿体呈过渡关系 ( 图 3), 界限以铜矿物明显增多为特征 铜矿石具有块状 豆状和浸染状构造 ( 图 4) 镜下观察和扫描电镜分析显示, 铜矿石中主要金属矿物 为黄铜矿和银黝铜矿, 其次为方铅矿和毒砂, 含少量闪锌矿和黄铁矿 ( 图 5), 其中闪锌矿主要呈半自形 他形粒状与黄铜矿共生 ( 图 5a) 或被其包裹 ( 图 5b), 银黝铜矿呈脉状或他形与黄铜矿共生 ( 图 5b f), 方铅矿主要呈细脉状充填在黄铜矿 银黝铜矿和毒砂的裂隙中 ( 图 5d e) 或呈他形粒状分别在这些矿物中 ( 图 5f) 3 样品和分析方法 本次研究样品采自 2064m 2036m 2014m 三个中段, 为铜矿石和铅锌矿石, 来自不同采场 样品在详细的手标本观察 描述 拍照和光 薄片磨制后, 进行粉碎至 40~60 目, 分选黄铜矿 闪锌矿和方铅矿 分选后的硫化物单矿物样品在超声清洗后, 用玛瑙研钵研磨至 200 目, 以备 S 和 Pb 同位素分析 S 同位素分析在矿床地球化学重点实验室采用 MAT 253 气体质谱仪上完成, 以 ViennaCanyonDiabloTroilite (V CDT) 作为参照标准, 以 STD 1(-0 22 ) STD 2 (22 57 ) STD 3( ) 为标样校正, 测试误差 ±0 1 Pb 同位素分析在核工业北京地质研究院 TIMS 上完成, 标样 NBS981 的分析结果为 206 Pb/ 204 Pb=16 936± 0 03, 207 Pb/ 204 Pb=15 489±0 04, 208 Pb/ 204 Pb=36 672± 0 05, 与报道值一致 (Zhouetal.,2013d,2014a)

5 孙海瑞等 : 四川会理天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿的成因关系探讨 3411 图 3 天宝山矿床 29 号勘探线剖面图 ( 据 Zhouetal.,2013a) Fig.3 TheprofilemapofNo 29explorationlineintheTianbaoshandeposit(afterZhouetal.,2013a) 4 分析结果 4 1 S 同位素黄铜矿和闪锌矿的 S 同位素分析结果列于表 1 铜矿石中黄铜矿的 δ 34 S CDT 值为 3 9 ~4 2 ( 均值为 4 1 ), 铅锌矿石中闪锌矿的 δ 34 S CDT 值为 3 3 ~3 9 ( 均值为 3 5 ), 其中闪锌矿 δ 34 S CDT 值与之前获得的结果 (4 ~5 ) 相近 (Zhouetal.,2013a;Zhuetal.,2016) 可见, 两种矿石硫化物的 δ 34 S 值相近, 暗示它们具有相似的 S 源 此外, 选自不同类型矿石的黄铜矿和闪锌矿, 其 δ 34 S 值亦没有显著差别, 指示它们具有一致的 S 源和形成条件 ( 环境 ) 4 2 Pb 同位素黄铜矿和方铅矿的 Pb 同位素组成分析结果列于表 2 铜矿石中黄铜矿的 206 Pb/ 204 Pb=18 441~18 476( 均值为 ), 207 Pb/ 204 Pb=15 731~15 751( 均值为 ), 208 Pb/ 204 Pb=38 809~38 873( 均值为 ),μ=9 72~ 9 76; 铅锌矿石中方铅矿的 206 Pb/ 204 Pb=18 442~18 480( 均值为 ), 207 Pb/ 204 Pb=15 746~15 763( 均值为 ), 表 1 天宝山矿床黄铜矿和闪锌矿 S 同位素组成 Table1 Sisotopiccompositionsofchalcopyriteandsphalerite fromthetianbaoshandeposit 样品号 采样位置 矿石特征 测试对象 δ 34 S CDT ( ) TB4C 2064m 块状铜矿石 黄铜矿 4.2 TB36C 2036m 豆状铜矿石 黄铜矿 4.1 TB40C 2014m 浸染状铜矿石 黄铜矿 3.9 TB2S 2064m 块状铅锌矿石 闪锌矿 3.9 TB9S 2044m 块状铅锌矿石 闪锌矿 3.4 TB20S 2036m 浸染状铅锌矿石 闪锌矿 Pb/ 204 Pb=38 793~38 892( 均值为 ),μ=9 75~ 9 78 可见, 两种矿石硫化物具有相近的 Pb 同位素组成和 μ 值, 暗示它们具有相似的 Pb 等金属来源 选自不同类型 矿石的黄铜矿和方铅矿, 其 Pb 同位素组成和 μ 值亦不存在 明显差别, 进一步说明它们具有相似的物源 5 讨论 5 1 铜矿 ( 化 ) 体的成矿物质来源 硫源 S 和 Pb 同位素是示踪热液流体中硫和铅等成矿物质来

6 Ａ Ｐ Ｓ 岩石学报 ２ １ ６ ３ ２ １ １ ３４１２ 图 ４ 天宝山矿床深部铜矿石特征 块状铜矿石 浸染状铜矿石 豆粒状铜矿石 ｆ 浸染状和块状铜矿石 Ｆ ４ Ｔ ｆ ｆｃ ｍ ｆ Ｔ ｍ ｖ Ｃ ｍ Ｃ Ｃ ｆ ｍ ｍ ｖ Ｃ 图 ５ 铜矿石中金属矿物的共生关系 他形黄铜矿 Ｃ 与半自形 他形粒状闪锌矿 Ｓ 和自形黄铁矿 Ｐ 共生 他形闪锌矿被他形黄铜矿包裹 脉状银黝铜矿 Ｆ 与他 形黄铜矿共生 脉状银黝铜矿与他形黄铜矿共生 半自形方铅矿 Ｇ 和自形毒砂 Ａ 分布在他形黄铜矿中 脉状方铅矿充填在他 自形毒砂被方铅矿包裹分布在银黝铜矿中 ｆ 半自形方铅矿和银黝铜矿分布在黄铜矿中 形黄铜矿和银黝铜矿间隙中 Ｆ ５ Ｔ ｍ ｆｍ ｍ Ｃ ｍ ｘ ｍ Ｃ ｘ ｗ ｘ ｍ Ｓ Ｐ ｘ ｍ ｖ ｆ Ｆ ｘ ｗ ｘ ｍ ｖ ｆ ｘ ｍ ｘ ｗ ｘ ｍ Ｇ Ａ ｘ ｍ ｖ ｆ ｆｘ ｍ ｆ ｗ ｍ ｗ ｆ ｆ ｆ 源的最直接有效手段之一 Ｚ Ｗ １ １ Ｃ 致性 以往研究报道了铅锌矿石中硫化物 黄铁矿 闪锌矿 １ ５ Ｚ ２ １ ２ １ ６ 天宝山矿床铜矿 ３ ４ 和方铅矿 的 δ Ｓ值 ４ ６ 王小春 １ ２ Ｗ ３ ４ 石中黄铜矿的 δ ＳＣＤＴ值 ３ ４ ２ 与铅锌矿石中闪锌 ２ Ｚ ２ １ ３ Ｚ ２ １ ６ 并计算了 ３ ４ 矿的 δ ＳＣＤＴ值 ３ ３ ３ 接近 表明两类矿石 Ｓ源的一 ３ ４ 成矿流体的 δ Ｓ Ｓ值为 ４ ７ 王小春 １ ２ Ｗ ２

7 孙海瑞等 : 四川会理天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿的成因关系探讨 3413 表 2 天宝山矿床黄铜矿和方铅矿 Pb 同位素组成 Table2 PbisotopiccompositionsofchalcopyriteandgalenafromtheTianbaoshandeposit 样品号 测试对象 206 Pb/ 204 Pb 1s 207 Pb/ 204 Pb 1s 208 Pb/ 204 Pb 1s μ TB4C 黄铜矿 TB36C 黄铜矿 TB40C 黄铜矿 TB2S 方铅矿 TB9S 方铅矿 TB20S 方铅矿 或 4 2 (Zhuetal.,2016) 可见, 无论是铅锌矿石中硫化物还是成矿流体, 其 δ 34 S 值均高于生物成因硫 ( 多为负值 ) 和幔源岩浆硫 (0±3 :Chausidonetal.,1989), 而明显低于震旦系同期海水硫 (24 ~32 :Claypooletal.,1980) 据此, 王小春 (1992) 认为铅锌矿石的 S 是海相硫酸盐热化学还原后产生的 H 2 S 与成岩期黄铁矿提供的生物成因硫的混合, 但也有学者认为该矿床铅锌矿中的 S 是来源于下元古界基底 ( 或地幔 ) 和沉积岩源区硫的混合 ( 管士平和李忠雄, 1999; 寇林林等,2015), 而 Zhuetal.(2016) 则认为其是淋滤基底火成岩的硫与沉积岩源区硫的混合 天宝山矿床所在攀西裂谷内岩浆岩较为发育, 包括酸性火山岩 层状侵入岩 峨眉山玄武岩及其同源基性岩脉 ( 图 1 图 2 图 3) 等 ( 王小春,1992;Wangetal.,2000;Zhouetal.,2013a; 涂首业, 2014;Zhangetal.,2015), 这些岩浆作用是否可能为热液成矿提供硫源? 构造应力场分析显示, 天宝山矿床铅锌矿的形成可能存在两期, 分别为晚三叠世和早侏罗世 ( 张志斌等, 2006); 而天宝山矿区穿插铅锌矿体和围岩的基性岩脉 ( 图 2 图 3) 形成于约 156Ma( 吴越,2013;Zhangetal.,2015), 将铅锌矿的形成约束老于该年龄 ; 同时大量的地质和同位素地质年代学研究则表明, 包括天宝山在内的川滇黔地区铅锌矿床的形成晚于峨眉山玄武岩 ( 约 260Ma), 集中在约 226~ 192Ma, 即晚三叠 早侏罗世 ( 黄智龙等,2004;Zhouetal., 2013b,c,2015) 综上, 天宝山矿床铅锌矿的形成与上述岩浆事件均非同期, 它们直接提供大量岩浆硫源的可能性不大, 除非天宝山矿床深边部还存在隐伏晚印支期岩浆作用, 但目前还没有足够的证据支持 相反, 已有研究表明硫酸盐岩的热化学还原作用所产生的 H 2 S 及其形成的硫化物, 其 δ 34 S 值较硫酸盐岩的 δ 34 S 值可低达约 20 (Ohmoto,1972; J rgensonetal.,1992;basukietal.,2008), 而天宝山矿床铜矿石中黄铜矿和铅锌矿石中闪锌矿的 S 同位素组成 (3 3 ~4 2 ) 及以往报道的 S 同位素组成 (-0 4 ~ 9 6 : 王小春,1992;Wangetal.,2000;Zhou etal., 2013a;Zhuetal.,2016) 与赋矿震旦纪海水硫酸盐岩经热化学还原的理论 δ 34 S 值 (4 ~12 ) 相近 因此, 本文认为无论是铜矿还是铅锌矿, 其硫源均与赋存地层同期古海水有关, 这与区域上赋存于不同时代地层铅锌矿床 S 来源于其赋 矿地层同期海水蒸发岩的认识是一致的 (Zhouetal.,2013e, 2014b) 此外, 天宝山矿区灯影组中发育石膏 石盐假晶和鸟眼状白云岩 ( 王小春,1992), 进一步支持该结论 金属源铜矿石中黄铜矿和铅锌矿石中方铅矿的 Pb 同位素组成及 μ 值 ( 表 2) 相近, 且变化范围很窄及壳源特征明显, 指示它们的金属来源相似且与上地壳岩石有关, 这基本排除了幔源岩浆作用提供大量金属的可能性 尽管如此, 以往对天宝山矿床成矿金属来源的认识仍存有分歧 ( 见引言 ; 李发源, 2003; 张长青,2008; 王乾,2013;Zhouetal.,2013a; 涂首业,2014; 喻磊,2014), 概括起来可分为两种 : 一是认为由单一的赋矿震旦系灯影组地层提供 ; 二是上地壳和造山带各类沉积岩甚至峨眉山玄武岩共同提供, 并在成矿前存在均一化过程 天宝山矿区出露的地层为中 上元古界会理群天宝山组 上震旦统灯影组 中寒武统西王庙组和上三叠统白果湾组, 矿体赋存于灯影组白云岩中 由于矿体的形成晚于这些地层, 且地层中 Pb Zn 等成矿元素的背景值较高 ( 王小春, 1992) 因此, 会理群 寒武系 三叠系与赋矿灯影组地层共同提供 Pb Zn 等成矿金属是可能的 这些地层是否可能为铜矿 ( 化 ) 体提供来源呢? 在 207 Pb/ 204 Pb 206 Pb/ 204 Pb( 图 6), 铜矿石中黄铜矿和铅锌矿石中方铅矿的 Pb 同位素数据均落入上地壳 Pb 平均演化线上, 集中于一个很小的区域且重叠, 与峨眉山玄武岩显著不同, 介于基底岩石和灯影组白云岩所投影区域之间, 更靠近赋矿地层区域 这排除了峨眉山玄武岩作为铜矿和铅锌矿主要金属物源区的可能, 然而不能排除基底岩石的贡献以及是否存在成矿前多来源成矿流体的均一化过程, 但可以肯定的是天宝山矿床铜矿和铅锌矿成矿金属来源是一致的 5 2 铜矿与铅锌矿的成因关系及矿床成因 铜矿与铅锌矿的成因关系在空间分布上, 铜矿 ( 化 ) 体和铅锌矿体密切共生, 没有明显的界线 ( 图 3), 表明二者具有内在的成因联系 ; 在矿物组合上, 铅锌矿石中黄铜矿 银黝铜矿 毒砂等较为发育, 其中黄铜矿呈浸染状分布于闪锌矿中 ( 王小春,1992), 而铜矿石中方铅矿和闪锌矿亦很发育, 其中闪锌矿主要呈半自形

8 3414 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2016,32(11) 图 6 天宝山矿床 赋矿白云岩 基底岩石和峨眉山玄武岩的 207 Pb/ 204 Pb 206 Pb/ 204 Pb 图解 ( 据 ZartmanandDoe, 1981) 上地壳 (U) 造山带 (O) 地幔 (M) 和下地壳 (L) Fig.6 Plotof 207 Pb/ 204 Pbvs 206 Pb/ 204 Pb(afterZartman anddoe, 1981) among the Tianbaoshan, dolostone of SinianDengyingFormation, basementrocks(huiliand Kunyanggroups)andEmeishanfloodbasalts UpperCrust(U),OrogenBelt(O),Mantle(M)andLowerCrust (L) 他形粒状与黄铜矿共生或被其包裹, 方铅矿主要呈细脉状充填在黄铜矿 银黝铜矿和毒砂的裂隙中或呈他形粒状分布在这些矿物中 ( 图 5a,b,d f), 显示二者 你中有我 我中有你 的共生 穿插和包裹关系, 说明它们同属一个成矿热液体系 ; 黄铜矿和闪锌矿 方铅矿的 S 和 Pb 同位素组成相似或重叠, 表明它们的硫源和金属来源一致 因此, 矿床地质 矿物学和同位素地球化学资料均指示铜矿 ( 化 ) 体和铅锌矿体是同期形成的, 为成矿不同阶段演化的产物 矿床成因及动力学背景 一直以来, 学者们对天宝山矿床的成因争议不断, 归纳起来主要有沉积 改造型 ( 王则江,1985; 成会章,2013a,b) 和后生低温热液型 ( 又分为会泽式或 SYG 型 : 黄智龙等, 2004;Zhouetal.,2013a 和 MVT 型 : 王小春,1992;Wanget al.,2000,2010; 冯镜权等,2009; 蔡露明,2012; 喻磊, 2014; 刘洋,2015; 余冲等,2015; 叶霖等,2016) 矿床地质资料显示, 天宝山矿床铅锌矿体呈与层理斜交的脉状 筒状状, 向下呈简单分支 ( 图 3), 充填于断层白云岩角砾间隙 (Wangetal.,2000;Zhouetal.,2013a; 涂首业,2014), 铅锌矿石构造有角砾状 块状 脉状和浸染状构造等 (Wanget al.,2000; 涂首业,2014) 上述特征可以肯定该矿床属于后生热液成矿 由于该矿床赋存于白云岩中 ( 图 3), 铅锌矿以富锌为特征, 其 Zn/(Zn+Pb) 比值为 0 87( 王小春, 1992), 闪锌矿流体包裹体测温结果显示, 其成矿温度为 150 ~250, 盐度为 4 94% NaCleqv, 并富 CH 4 ( 王小春,1992), 石英流体包裹体测温结果显示, 其成矿温度为 120~220, 盐度为 5 11% ~8 45% NaCleqv, 为 NaCl H 2 O 体系 ( 喻磊, 2014) 加之国外的一些 MVT 矿床中也常伴生铜 (Sverjensky,1989) 因此, 多数学者倾向认为其属于 MVT 矿床 ( 王小春,1992;Wangetal.,2000,2010; 冯镜权等, 2009; 蔡露明,2012; 喻磊,2014; 刘洋,2015; 余冲等, 2015; 叶霖等,2016) 事实上, 天宝山矿床与 MVT 矿床亦存有诸多差异 :1) 天宝山矿床产于层间断层和向斜构造中, 受控于区域性安宁河断裂带 ( 图 2), 位于扬子陆块西南边缘 ( 陆缘挤压构造背景 ), 与产于前陆伸展盆地的 MVT 矿床不同 ;2) 矿体呈筒状或大脉状产出 ( 图 3), 矿石铅锌平均品位 >10%, 而 MVT 矿床铅锌体常呈似层状, 平均品位常小于 10%;3) 超常富集 Cd 等分散元素 (Zhuetal.,2016), 并存在大量块状 脉状和浸染状铜矿石 ( 图 4 和图 5; 由黄铜矿 银黝铜矿和毒砂等构成 ), 甚至形成铜矿体, 而 MVT 矿床仅伴生少量铜和 Cd 等分散元素 ;4) 成矿温度 150~250, 盐度小于 10% NaCleqv, 而 MVT 矿床常常具有低温 ( 通常 <150 ) 和高盐度 ( 通常 >10% NaCleqv) 的特征 ;5) 天宝山矿床与峨眉山玄武岩及同源基性岩脉的空间关系极为密切 ( 图 1 和图 2), 特别是基性脉岩穿插地层和矿体 ( 图 2 和图 3), 而 MVT 矿床与岩浆作用没有直接的时空关系 ;6) 天宝山矿床围岩蚀变弱, 溶 ( 塌 ) 积角砾等 MVT 矿床特征不发育 因此, 本文认为天宝山矿床成矿极为特殊, 特别是富铜的主要原因很可能与其所处的地质背景有关, 这些均与低温盆地卤水成因的 MVT 矿床 (Leachetal.,2005,2010) 不同 此外, 区域上的会泽 富乐等铅锌矿床深部均已有多种铜矿物发现 ( 黄智龙等,2004), 暗示这些矿床的深部很可能蕴藏着丰富的铜资源, 同时表明它们成矿作用 ( 环境 ) 的特殊性 综上, 本文认为天宝山等川滇黔接壤区铅锌矿集区内的典型矿床明显有别于 MVT 矿床, 不适合套用 MVT 矿床概念 天宝山铜铅锌矿床位于攀西裂谷中部, 该裂谷内前震旦纪基底地层广泛出露 ( 如会理群 ; 图 1), 岩浆 (1 0Ga 酸性火山岩 260Ma 峨眉山玄武岩 156Ma 基性脉岩等 ; 图 1 图 2 和图 3) 活动较为强烈, 区域性的安宁河断裂对成矿具有明显的控制作用 ( 图 1), 这些独特的成矿地质条件为天宝山矿床形成 ( 特别是铜矿化 ) 提供了特殊的地质背景和丰富的物质来源 ( 王小春,1992;Wangetal.,2000,2010; 黄智龙等, 2004; 冯镜权等,2009; 蔡露明,2012;Zhouetal.,2013a; 喻磊,2014; 刘洋,2015; 余冲等,2015;Zhuetal.,2016) 大量的构造和地质年代学等资料 ( 张志斌等,2006; 黄智龙等,2004; 吴越,2013;Zhouetal.,2013b,c,2015;Zhanget al.,2015), 显示包括天宝山矿床在内的川滇黔接壤铅锌矿集区内的矿床主体形成于 226~192Ma, 即晚三叠 早侏罗世, 集中于约 200Ma 而根据构造应力场分析资料, 张志斌等 (2006) 认为天宝山矿床形成可能经历了晚三叠世和早侏罗世的两期成矿作用, 分别对应扬子板块与兰坪 思茅地块碰撞及义敦弧与扬子板块碰撞和雅鲁藏布江洋打开 扩张的时间 从天宝山矿床 ( 特别是铜矿化 ) 的矿物组构特征 ( 图 4 和图 5) 和同位素地球化学信息上看, 两期或多期成矿的可能性不大或其它期次成矿作用的强度有限 因此, 本文认为天宝山矿床铜矿和铅锌矿均主要形成于晚三叠世 ( 晚印支期 ),

9 孙海瑞等 : 四川会理天宝山矿床深部新发现铜矿与铅锌矿的成因关系探讨 3415 与导致古特提斯洋闭合的印支造山作用有关 (HuandZhou, 2012), 是晚三叠世 早侏罗世构造应力由挤压向伸展转换的动力学背景下热液流体卸载充填成矿的产物, 与典型 MVT 矿床的成矿特征不同, 其矿床成因或矿床类型还有待更深入研究 6 结论 (1) 天宝山矿床铜矿石具有块状 豆 ( 脉 ) 状和浸染状构造, 主要金属矿物为黄铜矿和银黝铜矿, 其次为方铅矿和毒砂, 含少量闪锌矿和黄铁矿, 金属矿物具有半自形 他形粒状结构 交代残余结构等 铜矿石中铜矿物与铅锌矿物具有密切的包裹 穿插等共生关系, 表明它们属于同一个成矿热液体系 (2) 铜矿石中黄铜矿与铅锌矿石中闪锌矿具有相近的 S 同位素组成, 且与铅锌矿石中方铅矿具有相似的 Pb 同位素组成, 指示铜矿石与铅锌矿石的成矿物质 (S 和 Pb 等金属 ) 来源一致 (3) 天宝山矿床成矿作用 ( 环境 ) 特殊, 与典型 MVT 矿床成矿特征不同, 其形成于晚印支期 早燕山期挤压向伸展转换的动力学背景下, 与导致古特提斯洋闭合的印支造山作用有关 致谢实验得到矿床地球化学国家重点实验室谷静高级工程师的帮助 ; 成矿过程与朱丹研究员 沈能平副研究员等进行了有益的讨论 ; 温汉捷研究员 赵新福教授和胡瑞忠研究员提出了宝贵的修改建议和意见 ; 在此对他们及引文作者表示衷心的感谢! References BasukiNI,TaylorBEandSpoonerETC 2008 Sulfurisotopeevidence forthermochemicalreduction ofdisolved sulfate in Misisippi Valey typezinc leadmineralization,bongaraarea,northernperu EconomicGeology,103(4): CaiLM 2012 Studyontheore controlingstructuresintianbaoshanpb Zndeposit, Huili, Sichuan MasterDegree Thesis Chengdu: ChengduUniversityofTechnology,1-59(inChinesewithEnglish summary) CarGR,DeanJA,SuppelDW andheithersayps 1995 Preciselead isotope fingerprinting of hydrothermal activity asociated with OrdoviciantoCarboniferousmetalogeniceventsintheLachlanfold beltofnewsouthwales EconomicGeology,90(6): ChausidonM,AlbarèdeFandSheppardSMF 1989 Sulphurisotope variationsin themantlefrom ionmicroprobeanalysesofmicro sulphideinclusions EarthandPlanetaryScienceLeters,92(2): ChengHZ 2013a A researchandaprospectingpracticeonthefault structureintianbaoshanlead zincmine,huili,sichuan Mineral ResourcesandGeology,27(4): (inchinesewith Englishabstract) ChengHZ 2013b DiscusiononthegenesisofTianbaoshanPb Zn deposit SichuanNonferousMetals,(3):41-44(inChinesewith Englishabstract) ClaypoolGE,HolserWT,KaplanIR,SakaiHandZakI 1980 Theage curvesofsulfurandoxygenisotopesinmarinesulfateandtheir mutualinterpretation ChemicalGeology,28: CromiePW,GoseRR,ZhangPandZhuX 1996 Explorationfor carbonate hosted Pb Zn deposits, Sichuan, P R C In: Proceedingsofthe30 th InternationalGeologicalCongres Beijing, China,412 FengJQ,LiYandLiuWZ 2009 Geologicalfeaturesandorecontrol conditionsforthe Tianbaoshan Pb Zn depositin Huili Acta GeologicaSichuan,29(4): ,434(inChinesewith Englishabstract) GuanSPandLiZX 1999 Lead sulfurisotopestudyofcarbonate hosted lead zincdepositsattheeastern margin ofthekangdian axis Geology Geochemistry,27(4):45-54(inChinesewithEnglish abstract) HuRZandZhouMF 2012 MultipleMesozoicmineralizationeventsin SouthChina:Anintroductiontothethematicisue Mineralium Deposita,47(6): HuRZ,MaoJW,HuaRM andfanwm 2015 Intra Continental MineralizationofSouthChinaCraton Beijing:SciencePres, (inChinese) HuangZL,ChenJ,HanRS,LiWB,LiuCQ,ZhangZL,MaDY,Gao DRandYangHL 2004 GeochemistryandOre Formationofthe Huize Giant Lead Zinc Deposit, Yunnan Province, China: DiscusionontheRelationshipbetweentheEmeishanFloodBasalts and Lead Zinc Mineralization Beijing: Geological Publishing House,1-214(inChinese) J rgensonbb,isaksenmfandjannaschhw 1992 Bacterialsulfate reductionabove100 indeep seahydrothermalventsediments Science,258(5089): Kou LL, ZhangS and ZhongKH 2015 Geochemicaldiferences betweendaliangziand Tianbaoshan lead zincdepositsin Huili Huidongarea,Sichuan,China:Tectonicimplication Geologyand Resources,24(1):26-32(inChinesewithEnglishabstract) LeachDL,SangsterDF,KeleyKD,LargeRR,GarvenG,AlenCR, GutzmerJ and Walters SG 2005 Sediment hosted lead zinc deposits:aglobalperspective EconomicGeology,100: LeachDL,BradleyDC,HustonD,PisarevskySA,TaylorRD and GardolSJ 2010 Sediment hosted lead zinc depositsin Earth history EconomicGeology,105(3): LiFY 2003 Studyonoccurencestateandenrichmentmechanism of dispersed elements in MVT deposites: A case study forthe TianbaoshanandDaliangziPb ZndepositsinSichuanProvince MasterDegreeThesis Chengdu:ChengduUniversityofTechnology, 1-64(inChinesewithEnglishsummary) LiuY 2015 Theapplicationofhigh precisionmagneticmethodtosearch forlead zincmineintianbaoshan MasterDegreeThesis Chengdu: ChengduUniversityofTechnology,1-57(inChinesewithEnglish summary) Ohmoto H 1972 Systematics of sulfur and carbon isotopes in hydrothermaloredeposits EconomicGeology,67(5): SverjenskyDA 1989 Chemicalevolutionofbasinalbrinesthatformed sediment hostedcu Pb Zndeposits In:BoyleRW,BrownAC, JefersonCJ,JowetECandKirkhamRV(eds ) SedimentHosted StratiformCopperDeposits GeologicalAsociationofCanadaSpecial Paper,36: Tu SY 2014 The mineralography characteristics and its genetic significanceofthetianbaoshanpb ZndepositinHuiliSichuan MasterDegreeThesis Chengdu:ChengduUniversityofTechnology, 1-50(inChinesewithEnglishsummary) WangCM,DengJ,ZhangST,XueCJ,YangLQ,WangQFandSunX 2010 Sediment hostedpb ZndepositsinSouthwestSanjiangTethys

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