四川大梁子铅锌矿成矿物质来源与成矿机制:硫、碳、氢、氧、锶同位素及闪锌矿微量元素制约**

袁波 毛景文 闫兴虎 吴越 张锋 赵亮亮YUAN Bo, MAO JingWen, YAN XingHu, WU Yue, ZHANG Feng and ZHAO LiangLiang

1. 中国地质大学地球科学与资源学院，北京 1000832. 中国地质科学院矿产资源研究所，国土资源部成矿作用与资源评价实验室，北京 1000373. 金堆城钼业集团有限公司，华县 7141024. 长江大学地球环境与水资源学院, 武汉 4301001. Faculty of Geoscience and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China2. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assesment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China3. Jinduicheng Molybdenum Group Co., LTD., Huaxian 714102, China4. School of Earth Environment and Water Resource, Yangtze University, Wuhan 430100, China2013-08-10 收稿, 2013-11-22 改回.

1 引言

川滇黔Pb-Zn-Ag多金属成矿带位于扬子克拉通西南缘，为冈瓦纳古陆和劳亚古陆的接触带，迄今已发现和探明400多个Pb-Zn矿床和矿化点，已经成为我国重要的铅锌银锗生产基地之一(刘文周和徐新煌，1996；柳贺昌和林文达，1999；王奖臻等，2002；刘家铎等，2003；沈冰，2004；张长青等，2005，2008；刘心开等，2011；张羽旭等，2012；韩奎等，2012)。

大梁子铅锌矿是川滇黔Pb-Zn-Ag多金属带内典型的铅锌矿床，是国内著名大型铅锌矿产地，自20世纪50年代发现以来，本区经历了半个多世纪的开采，前人已完成大量科研工作，并取得了众多成果。该矿床与“黑色破碎带”在时间和空间上关系密切，因此具有明显的特色性。对该矿床成因目前仍然存在较大分歧，主要观点有：①由灯影组顶部层状铅锌矿化溶滤改造而成(曾忻耕等，1982)；②古岩溶洞穴堆积成因(王则江和汪岸儒，1982)；③沉积改造成因(廖文，1984; 陈士杰，1986; 赵准，1995)；④循环的大气降水及地层水淋滤会理群等浅变质岩系中的铅锌组分与盖层中的蒸发硫酸盐经混合作用形成的后生中-低温热液矿床(林方成，1994)；⑤沉积改造层控成因(朱赖民等，1995a，b)；⑥MVT型铅锌矿(Zheng and Wang，1991；王奖臻等, 2001， 2002；张长青等，2005; 张长青，2008；吴越，2013)。

本文利用闪锌矿微量元素和矿物C、H、O、S、Sr同位素分析制约大梁子铅锌矿成矿物质、成矿流体来源，并探讨其成矿作用过程。

2 矿床地质背景

大梁子大型铅锌矿床在大地构造上位于扬子地台西南缘、甘洛-小江深大裂带西缘16km。扬子地台西南缘在太古宙-中元古代的结晶基底和褶皱基底组成研究区的基底地层，新元古代以来一系列不同岩性特征的沉积岩层，构成沉积盖层。前震旦纪形成基底以后，转为震旦纪-早、中二叠世被动大陆边缘沉积阶段，经历了晚二叠世到三叠世陆内裂谷作用过程，随后由于印支期古特提斯洋闭合作用的影响，川滇黔地区及其周缘进入了碰撞造山和前陆盆地演化阶段，其内部(康滇古陆)则遭受了强烈的陆内变形作用，并在燕山期进一步加强，最终在新生代定形。

矿区出露的地层有震旦系灯影组白云岩、下寒武统筇竹寺组砂页岩，下寒武统地层与震旦系灯影组地层呈平行不整合接触(图1)。灯影组为主要赋矿层，厚928m，岩性主要为白云岩：下部富含藻类化石；中部细碎屑成分较多，含石英脉及重晶石脉；上部富含磷质条带及燧石条带。筇竹寺组地层岩性分为上下两层：上层厚206m，上部为褐黄色鲕状赤铁矿和细粒含铁长石石英砂岩，中部为黑色页岩、黄绿色砂质页岩，下部为砖红色砂岩、砂质页岩、灰绿色钙质细粒砂岩及石英长石砂岩互层，具韵律和交错层理，产武定虫和青盘虫化石；下层厚143m，下部为深灰、黄灰色中厚层状细粒钙质砂岩、粉砂岩夹页岩，含海绿石条带、薄层泥灰岩和钙质结核，钙质砂岩具水平层纹；中部为绿灰色、浅黄色薄-中厚层含海绿石砂岩、石英碎屑砂岩，底部海绿石增多；上部为灰黑色厚层细粒灰质砂岩及砂质页岩，自下而上黄铁矿结核增多。

矿区控矿构造发育，断裂构造以北西西向高角度断层最发育，北北西向次之，北东向和东西向的断裂更次之。北西西向断裂(F6、F8、F15)成组出现，具有多期活动和继承性，断距大而延长远，它们控制矿区所有工业矿体的产出，是区内最主要的断裂构造；北西向(F7、F12、F13、F14、F16、F17、F19、F20、F21)断裂多受到北西西向断裂构造的限制，显示出次级构造的特征；北东向和东西向断裂构造出露零星，对矿体控制作用不明显(图1)。

图1 大梁子铅锌矿矿区地质图(据张长青，2008修改)1-寒武系筇竹寺组碳质粉砂岩；2-上震旦统灯影组白云岩；3-地层界线；4-断层及编号；5-“黑破带”；6-矿体；(a)-研究区范围Fig.1 Geological sketch map of the Daliangzi Pb-Zn deposit (modified after Zhang, 2008)

大梁子铅锌矿床主要由①、②号两个矿体组成，均赋存于由F15和F1所构成的地堑式构造中，空间上与“黑破带”关系十分紧密。“黑破带”是指研究区发育的炭化构造角砾岩带，矿体往往分布在“黑破带”中，远离“黑破带”矿化变弱。根据野外调查、室内岩矿显微鉴定辅助，将研究区成矿期次划分为热液改造富集期和表生期。热液改造富集期又可划分为三个阶段，从早到晚的顺序为：黄铁矿-毒砂-石英阶段；闪锌矿-方铅矿-黄铁矿-黄铜矿-石英-方解石主成矿阶段和闪锌矿-方铅矿-石英-碳酸盐阶段，第二阶段生成的矿物有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿、银黝铜矿、深红银矿、方解石、白云石、石英、石墨等，其中闪锌矿呈现深黑及棕褐色，为葡萄状、环带状似胶状结构，内部往往含有呈乳滴状产出的黄铜矿，方铅矿内部往往有银黝铜矿、深红银矿呈包体产出；晚阶段闪锌矿往往呈现出色调较浅的棕黄色。表生期生成的矿物有：白铅矿、铅矾、磷氯铅矿、菱锌矿、异极矿、水锌矿、硅锌矿、白铁矿、铜蓝、孔雀石、褐铁矿和钟乳状方解石、白云石等。

大梁子铅锌矿床矿体呈不规则透镜状、脉状和囊状产出，具有延长长、延深大和厚度大的特点。矿石按氧化程度分为原生矿、氧化矿和混合矿。矿石构造有块状、脉状-网脉状、角砾状、土状构造等。矿石的结构主要为自形-半自形结构、粒状结构、交代溶蚀结、碎裂结构和表生结构等。矿石矿物主要为闪锌矿，次为方铅矿，此外还有少量白铅矿、铅矾、磷氯铅矿、菱锌矿、异极矿、水锌矿和硅锌矿等铅、锌氧化物及黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、银黝铜矿、辉铜矿、硫镉矿、毒砂、铜蓝、蓝铜矿、孔雀石等金属矿物。脉石矿物以白云石、方解石和石英为主，次为绢云母、高岭石、胶磷矿、玉髓、重晶石和石墨等。

矿区围岩蚀变较弱，主要有炭化、硅化、黄铁矿化和碳酸盐化，与矿化关系紧密。

3 样品采集及分析方法

3.1 样品采集

在详细的野外地质调查基础上，我们采集能够代表矿区主矿体主成矿阶段形成的矿石为研究对象，样品主要采集于①号矿体不同中段，其编号为DLZ1884-3-1、DLZ1884-3-8、DLZ2004-4、DLZ2104-2-1、DLZ2104-2-2、DLZ-2090-5、Z-14、DLZ-x-1、DLZ-3、DLZ-4、DLZ-5和DLZ-9(具体分析项目详见表1、表2、表3)。样品显微照片(图2)显示，黄铁矿形成较早，往往被闪锌矿和方铅矿交代呈“孤岛”、“港湾”、骸晶结构；闪锌矿为主要产出的金属矿物，晶形呈他形，矿物颗粒内部黄铜矿呈“乳滴”状产出，呈现固溶体分离结构，闪锌矿被方铅矿交代呈“港湾”状；方铅矿形成较晚，晶形呈他形，含量较少，往往交代闪锌矿、黄铁矿或者充填黄铁矿、闪锌矿粒间空隙；方解石最后形成，主要充填金属矿物结晶颗粒粒间空隙。

表1大梁子铅锌矿硫同位素测试结果

Table 1δ34S values of sulfide from Daliangzi Pb-Zn deposit

样品号样品描述检测结果δ34(‰)δ34(‰)平均值来源DLZ2104-2-2DLZ1884-3-1DLZ2104-2-1DLZ-9DLZ2004-4DLZ2104-2-2LZ1884-3-8Z-14DLZ1884-3-1DLZ2104-2-1矿石矿物方铅矿矿石矿物方铅矿矿石矿物方铅矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿矿石矿物闪锌矿17.216.716.315.120.614.214.29.711.410.3本文黄铁矿(成矿期)黄铁矿(成矿期)矿石矿物闪锌矿矿石矿物方铅矿-6.5～15.116.3710.5～158.3～10.97.5216.3712.810.2朱赖民等,1995b矿石矿物闪锌矿12.91～14.1313.47李发源,2003基底会理群中黄铁矿灯影组白云岩中黄铁矿20.320.5张长青,2008

表2大梁子铅锌矿白云岩、热液方解石碳氧同位素组成

Table 2δ13C andδ18O values of dolomite and hydrothermal calcite from Daliangzi Pb-Zn deposit

样品号矿物和地层δ13CV-PDB(‰)δ18OV-SMOW(‰)来源DLZ-x-1DLZ-3DLZ-4DLZ-5DLZ-2090-5DLZ-2004-4热液方解石-1.6-0.1-3.5-3.2-0.41.413.616.711.811.617.518.1本文PDL-1PDL-4PDL-4PDL-26PDL-31PDL-9PDL-21深灰色白云石浅灰色细晶白云岩浅灰色细晶白云岩浅灰色白云岩灰白色白云岩浅灰色硅质白云岩含闪锌矿浅灰色白云岩1.5071.9121.9252.0631.7681.2633.14919.94322.60722.60822.60822.47421.90417.373李发源(2003)

图2 矿石样品野外、显微镜下照片(a)-角砾状矿石；(b)-细(网)脉状矿石；(c)-早阶段自形黄铁矿；(d)-闪锌矿交代黄铁矿；(e)-固溶体分离结构，闪锌矿中黄铜矿呈乳滴状产出；(f)-方铅矿交代闪锌矿；(g)-方铅矿交代黄铁矿；(h)-方铅矿交代闪锌矿、黄铁矿. Py-黄铁矿；Sph-闪锌矿；Gn-方铅矿；Cp-黄铜矿；Cal-方解石Fig.2 Photograph of samples from No.1 ore-body

3.2 分析方法

对大梁子铅锌矿矿区与铅锌矿石共生的胶结物热液方解石样品进行了碳、氧同位素组成分析。首先将热液方解石样品表面清洗晾干后，粉碎至40～60目，经淘洗和低温烘干，然后在双目镜下挑选样品，纯度达99%以上；将挑纯后的单矿物样品在玛瑙钵里研磨至200目以下，供碳、氧同位素测试。测试单位为核工业北京地质研究院分析测试研究中心，测试仪器为MAT-253型稳定同位素质谱仪，采用的国际标准为CDT，分析精度为±0.2‰。

对大梁子铅锌矿矿区①号矿体不同中段角砾状及(网)脉状矿石中的闪锌矿、方铅矿及黄铁矿进行单矿物挑样，并进行硫同位素测试。硫同位素测试是在核工业北京地质研究院分析测试研究中心进行，测试仪器为MAT-253型稳定同位素质谱仪。闪锌矿的微量测试是在国土资源部国家地质实验测试中心完成，采用DZ/T1223方法在等离子质谱仪上测定，该仪器对微量元素和稀土元素的检测下限为(0.n～n)×10-9，分析误差一般小于10%。

表3大梁子铅锌矿闪锌矿微量元素测试结果(×10-6)

Table 3 Values of trace elements from Daliangzi Pb-Zn deposit(×10-6)

样品DL-6DL-7DL-8DL-10DL-11DL-12碳酸盐地层中沉积改造型矿床海相火山热泉沉积矿床陆相火山热液矿床矽卡岩矿床碳酸盐地层中岩浆期后热液矿床矿物闪锌矿Mn21.82928.849.433.531.3Cu709752665847949940Pb555532831874579523144051Zn670800657400660100665300649500655500Ga12.88.679.338.91713.4438402823Ge82.490.257.164.442.359.22992445Cd52663778413445779188862225003200260036006700In0.920.010.040.010.030.18441110910053Ag150858883212127As37.732.237.747.171682Sn1.941.180.963.781.081.29Sb243165137156350354Tl0.70.850.560.990.961.88Bi0.50.2<0.2<0.2<0.2<0.2Mo9.9219.310.25.592.762.53Co116.675.537.179.088.66Ni31.826.42726.125.525.7In/Ga0.07190.00120.00430.00110.00170.0134110.822.7253.57-2.30In/Ge0.01120.00010.00070.00020.00070.00300.013205.527.252510.6Ga/In13.91867.00233.25890.00566.6774.4410.0920.370.280.43Ge/In89.579020.001427.56440.01410.0328.8974.750.004870.03670.040.094Co/Ni0.350.250.200.270.360.34Zn/Cd127.38174.01159.68145.3670.6976.03来源本文叶庆同,1985;转引自朱赖民等,1995b

4 测试结果

4.1 硫同位素

硫同位素被广泛用来示踪成矿物质的来源，推测硫化物沉淀机制和判断矿物对之间的同位素平衡。大梁子铅锌矿矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿和黄铁矿，矿石矿物硫同位素测定结果见表1。

大梁子铅锌矿闪锌矿δ34S分布于9.7‰～20.6‰之间，平均值为13.53‰；方铅矿δ34S分布于8.3‰～17.2‰之间，平均值为15.1‰；黄铁矿结果与闪锌矿分析结果相似(朱赖民等，1995b；张长青，2008)，与方铅矿δ34S相比整体偏小(图3)。大梁子铅锌矿矿石矿物(闪锌矿、方铅矿、黄铁矿)δ34S变化区间重叠，整体呈正态分布，众值出现在10‰～20‰之间。

图3 大梁子铅锌矿床硫化物同位素直方图Fig.3 Histogram for δ34S values of sulfides from Daliangzi Pb-Zn deposit

4.2 碳、氧同位素

由于碳、氧元素特殊的地球化学性质，其同位素在不同的地球化学环境会出现明显的分馏，它们常被用来探讨成矿物质来源及水-岩反应过程。研究区内围岩主要为灯影组白云岩，与矿化关系紧密的脉石矿物为方解石，对其碳、氧同位素的测量能够示踪其物质来源，其测定结果见表2。

研究区内地层灯影组白云岩δ13C介于1.263‰～2.063‰，平均值为1.740‰；δ18O值介于19.943‰～22.608‰之间，平均值为14.88‰。热液方解石δ13C介于-3.5‰～+1.4‰之间，平均值为-1.23‰；δ18O介于+11.6‰～18.1‰之间，平均值为14.88‰。地层白云岩δ13C、δ18O较热液方解石高。

4.3 微量元素

研究区内闪锌矿微量元素测试结果见表3。结果反应出闪锌矿主要的微量元素为Cu、Pb、Ge、Cd、Ag、As和Sb，其含量变化范围为Cu: 665×10-6～949×10-6，Pb: 0.1874%～0.5795%，Ge: 42.3×10-6～90.2×10-6，Cd: 3778×10-6～9188×10-6，Ag: 83×10-6～212×10-6，As: 32.2×10-6～682×10-6，Sb: 137×10-6～354×10-6；其他元素富集程度不明显。总体而言，研究区内主要矿石矿物闪锌矿微量元素组成具有如下特征。

(1)Cu、Pb显著富集，其含量分别为Cu: 665×10-6～949×10-6，平均值为810×10-6；Pb：0.19%～0.58%，平均值为0.38%，单个元素接近矿床开采边界品位，暗示闪锌矿颗粒内部具有丰富的黄铜矿和方铅矿包体。

(2)Cd富集，其含量变化范围为3778×10-6～9188×10-6，平均值为5928×10-6。研究区内闪锌矿Cd的含量略高于附近铅锌矿，比如赤普为940×10-6～1600×10-6，天宝山为944×10-6～1472×10-6，金沙厂为1137×10-6～2410×10-6，茂租为2900×10-6(刘文周等，2002)，这为该区一个显著特点。

(3)富Ge，Ga一般，贫In，其含量变化分别为Ge：42.3×10-6～90.2×10-6(均值65.9×10-6，n=6)、Ga：8.67×10-6～13.4×10-6(均值11.7×10-6，n=6)和In：0.01×10-6～0.92×10-6(均值0.20×10-6，n=6)之间，具低In高Ge，Ga/In(13.91～890，均值441)和Ge/Cd比值高的特点，具碳酸盐岩型层控铅锌矿床的一般特点。

(4)富集As和Sb，其变化范围分别在32.2×10-6～682×10-6(均值151×10-6，n=6)、137×10-6～354×10-6(均值234×10-6，n=6)之间。

(5)富集Ag，其变化范围在83×10-6～212×10-6(均值124×10-6，n=6)，其含量相对高于三江地区的矽卡岩型铅锌矿床闪锌矿中的Ag含量，如云南核桃坪铅锌矿床闪锌矿含Ag: 4.5×10-6～33.2×10-6(均值8.3×10-6，n=24)与鲁子园铅锌矿床闪锌矿含Ag: 3.8×10-6～17.2×10-6(均值6.0×10-6，n=24)；略高于喷流沉积铅锌矿床闪锌矿，如滇东南白牛厂铅锌矿床闪锌矿含Ag: 9.0×10-6～188×10-6(均值63.8×10-6，n=18)；但是比研究区近临其他典型的MVT型铅锌矿床要更富集Ag，如云南金顶铅锌矿床闪锌矿含Ag: 3.4×10-6～136×10-6(均值22.2×10-6，n=32)、会泽铅锌矿床闪锌矿含Ag：6.0×10-6～76.8×10-6(均值22.7×10-6，n=24)、勐兴铅锌矿床含Ag： 3.8×10-6～5.1×10-6(均值4.3×10-6，n=18)和贵州牛角塘3.5×10-6～75.4×10-6(均值11.1×10-6，n=26) (闪锌矿Ag分析数据据Yeetal., 2011；分析方法不同，对比结果供参考)。

图4 闪锌矿Cd-(Ga+Ge)×10-In×100关系图解A-碳酸盐地层中岩浆期后热液矿床; B-碳酸盐地层中沉积改造型矿床; C-矽卡岩矿床; D-陆相火山热液矿床; E-海相火山热泉沉积矿床Fig.4 Cd-(Ga+Ge)×10-In×100 relationship diagram of sphalerite

5 讨论

5.1 成矿温度

闪锌矿中的某些微量元素含量与形成温度及成因类型有关(张乾，1987；Möller，1987；朱赖民等，1995b；Cooketal., 2009;邹志超等，2012)。岩浆热液型和温度较高条件下形成的闪锌矿(湖南黄沙坪矿床闪锌矿(张乾，1987))呈深色，Fe和In含量高，Ga、Ge和Tl含量低，Ga/In或Ge/In比值小等特征；中温条件下形成的闪锌矿则富Cd和In，Ga/In比值为0.1～5.0；而低温条件下形成的闪锌矿则与上述相反，呈浅色，Ga和Ge含量高，Ga/In值为1.0～100(邹志超等，2012)。将研究区闪锌矿中微量元素以Cd、(Ga+Ge)×10和In×100制成了三角关系图解(图4)，显示出明显区别岩浆(火山)热液型铅锌矿床的特征，结合表3可清楚地看出，大梁子闪锌矿中In含量低，Cd和Ge含量相对较高，Ga含量中等，其中Ga/In比值为13.91～890，均值440.88，Ge/In比值多>100，表明该矿床中的闪锌矿属中-低温产物。另外，Zn/Cd比值也被用来指示成矿温度(刘英俊等，1984)，Zn/Cd>500指示高温；Zn/Cd=250±指示中温；Zn/Cd<100指示低温；研究区Zn/Cd比值变化范围为70.69～174.01，指示出闪锌矿为中低温条件下的产物。大梁子铅锌矿Ag的含量较高，其变化范围为83×10-6～212×10-6，均值124×10-6；由于Ag在溶液中稳定，常与Pb和Zn一同迁移，且中-低温热液是Ag的主要富集阶段(刘英俊等，1984)，亦表明大梁子铅锌矿成矿期成矿温度为中-低温，这与流体包裹体显微测温结果(150～200℃)(刘文周等，2002)也是相吻合的。As和Sb的富集也同样指示出了成矿环境温度属于中-低温范畴。

5.2 成矿物质来源

5.2.1 硫同位素示踪

根据矿床中硫同位素的组成， 分析矿床中硫的来源， 进而可以用来探讨矿床的成因。在硫化物矿床中，硫的来源是多种多样的，大致可以分为三类：l)地幔硫，接近于陨石中的硫，其δ34S接近0，并且变化范围小；2)地壳硫，在沉积、变质和岩浆作用过程中，地壳物质的硫同位素发生了很大的变化，各类地壳岩石的硫同位素组成变化很大，海水或海相硫酸盐的硫以富34S为特征，生物成因硫则以贫34S富32S为特征；3)混合硫，地幔来源的岩浆在上升的侵位过程中混染了地壳物质，各种硫源的同位素相混合。

表4大梁子铅锌矿床C-8和C-23样品闪锌矿Rb-Sr同位素分析结果

Table 4 Rb-Sr dating data for sphalerites from the Daliangzi Pb-Zn deposit

测点号样品重(mg)Rb(×10-6)Sr(×10-6)87Rb86Sr87Sr86Sr87Sr86Sri误差(2σ)来源D-23-1D-23-2D-23-3D-23-4D-23-5D-23-6D-23-2-1D-23-2-2D-23-2-3D-23-2-417.712.472.544.211.823.201.501.734.306.582.91371.12320.32790.29100.21221.07190.11951.35010.25890.78941.12460.45300.56590.58050.79860.47311.47880.76110.51840.59207.52837.20381.67861.45180.76946.58010.23405.14531.44703.86790.7522120.7496940.7214510.7200940.7149140.7471040.7123230.7339700.7202370.7347590.7129520.7121260.7126970.7125230.7109020.7127890.7111030.7071370.7126910.7145880.0000640.0000340.0000480.0000540.0000210.0000370.0000210.0000380.0000290.000012张长青等,2008

成矿热液总硫同位素组成δ34S∑s数据为判断改造热液硫的来源提供了定量依据。Ohmoto and Rye (1979)认为，在矿物组合简单的情况下，矿物的δ34S平均值可代表热液的总硫值(δ34S∑s)。研究区内矿石矿物构成较简单，以闪锌矿为主，方铅矿和黄铁矿较少，其δ34S众值介于10‰～20‰之间(图3)，显示出浅部硫硫同位素特征。密西西比河谷型铅锌矿床中硫化物的δ34S变化范围较广，但主要集中在10‰～25.5‰之间(Sangester，1991)，与大梁子铅锌矿矿石矿物δ34S的变化区间重叠，暗示了它们硫源来源的相似性。研究区内矿石矿物闪锌矿δ34S众值介于10‰～20‰之间，比正常膏岩层δ34S值20‰(研究区内灯影组白云岩中硫酸盐的δ34S值变化区间为20.2‰～38.7‰，张同钢等，2004)略低。呈氧化态SO42-到还原态S2-的转变主要有两种机制：热化学还原模式(thermochemical sulfate reduction，简称TSR)和细菌还原模式(bacterial sulfate reduction，简称BSR)(Ohmoto，1986)。由TSR作用形成的还原硫δ34S与硫酸盐之间的同位素分馏很小甚至没有(Hoefs，1997)，而由BSR形成的还原硫δ34S与硫酸盐相比低40‰(Ohmoto and Rye，1979；Ohmoto，1986)。BSR模式要求温度不宜过高(<150°)，TSR模式中有机质往往扮演重要作用 (Yuanetal., 2013)；在研究区内，无论是上震旦统灯影组，还是下寒武统的龙王庙组及石炭系的摆佐组都有膏盐层相伴生，且下寒武统筇竹寺组黑色页岩富含丰富的碳质(刘文周等，2002)，为研究区硫酸盐按TSR模式演变提供了便利条件。综合分析研究区内δ34S变化区间、TSR和BSR作用发生条件和对δ34S分馏影响，认为区内震旦系富含硫酸盐的白云岩可能为矿床的形成提供了丰富的硫，硫酸盐的演化与TSR模式紧密相关。

5.2.2 锶同位素构成及来源

锶同位素组成在海相碳酸盐岩研究中广泛应用。锶同位素组成及其演化，不仅是研究地质事件、海相地层等对比研究的重要手段，同时在研究碳酸盐沉积地层中各种矿物和流体之间的相互作用以及沉积-层控矿床形成机制等方面都具有十分重要的意义(黄思静，1997)。通常情况下，在利用锶同位素资料解决地质问题时需要根据矿物中的Rb含量或87Sr/86Sr值对矿物锶同位素测定值进行初始化校正；但由于晶体的化学习性，Rb很难进入碳酸盐矿物晶格，纯碳酸盐中的Rb含量较低，对于纯碳酸盐矿物的锶同位素资料应用可免去这一校正过程(刘淑文等，2012)。表4中测试结果等时线年龄为369±41Ma，87Sr/86Sri为0.7118±0.0026；除D23-5、D23-2-1、D23-2-2、D23-2-4号点外其余六点测试结果等时线年龄为366.3±7.7Ma，87Sr/86Sri为0.71264±0.00031(张长青等，2008)；该结果表明：

(1)闪锌矿87Sr/86Sri值均很高，表明成矿流体中的锶应为壳源(陈衍景等，2004)，而非幔源(通常低于0.710)；

(2)赋矿围岩为扬子地台西缘震旦系碳酸盐岩87Sr/86Sri范围为0.70834～0.70861，平均值为0.708464(张自超，1995)，与以上测试结果相比较低；但研究区空间距离较近的川东南地区震旦系灯影组白云岩的87Sr/86Sri为0.72017(潘中华和范德廉，1996)，较研究区闪锌矿更富放射成因Sr，表明了成矿物质有可能来自于赋矿围岩；

(3)李复汉等(1988)获得东川因民组白云岩的87Sr/86Sri为0.7288 (年龄984Ma)，河口群岔河组炭质板岩的87Sr/86Sri为0.7283(年龄1006Ma)，易门铜厂因民组板岩的87Sr/86Sri为0.7249(年龄1115Ma)，它们也可能是引起研究区矿石矿物闪锌矿富放射成因Sr的重要因素；

(4)峨眉山玄武岩87Sr/86Sri为0.70437～0.70757(张招崇和王福生，2003)，与研究区中闪锌矿相比较低，大梁子铅锌矿床成矿物质来源与之关系不密切。

图5 大梁子铅锌矿围岩白云岩、热液方解石δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW图解(底图据刘建明等，1997；毛景文等，2002；刘家军等，2004修改)Fig.5 δ13CV-PDB vs. δ18OV-SMOW diagram of carbonate minerals in Daliangzi Pb-Zn deposit (modified after Liu et al., 1997；Mao et al., 2002; Liu et al., 2004)

表5大梁子铅锌矿床氢、氧同位素组成一览表

Table 5 Values of H and O isotope in Daliangzi Pb-Zn deposit

样品号样品名称δDH2O(‰)δ18O矿物(‰)δ18OH2O(‰)来源DM12石英-74.611.58-6.62朱赖民等,1995aD36D6D27D12闪锌矿闪锌矿石英方解石-68.5-73.2-69.7-64.43.05-2.89-5.261.24Wangetal.,2003DK-111DK1闪锌矿石英-40.3-74.63.31-4.67杨应选,1994

从以上分析可以认为，研究区成矿物质来源可能为围岩碳酸盐岩和基底地层的混合。

5.3 流体来源和运移方向探讨

5.3.1 碳、氧同位素示踪

已有研究表明，地质流体中CO2大致有3个源区，即海相碳酸盐岩溶解和去碳酸作用(δ13CV-PDB=0±4‰)(Veizer and Hoefs，1976)、地幔去气和岩浆结晶分异作用(δ13CV-PDB分别为-5‰～-2‰、-9‰～-3‰)、有机质脱羟基和氧化作用(δ13CV-PD=-30‰～-15‰，平均-22‰) (Veizeretal., 1980; Taylor, 1986; Ohmoto, 1972)，不同源区CO2的碳、氧同位素具有不同的分馏趋势(图5)。

研究区赋矿围岩及脉石矿物的碳、氧同位素数据投至δ13C-δ18O图中(图5)，赋矿围岩震旦系灯影组白云岩的样品点落在海相碳酸盐岩区域，印证了震旦系灯影组白云岩形成于海相环境。胶结物中热液脉状方解石的样品点则落在海相碳酸盐岩与岩浆岩之间，分布在碳酸盐溶解和低温蚀变区，其中三个样品点靠近海相碳酸盐岩区域，表明胶结物中脉石矿物方解石流体来源于碳酸盐岩的溶解，进一步指示出大梁子铅锌矿床成矿流体主要来自海相碳酸盐岩的溶解；另外三个样品点靠近岩浆岩一侧，落在低温蚀变区，碳、氧同位素值的显著降低，反映出了外部环境的强烈影响；研究区内广泛分布与成矿关系紧密的“黑色破碎带”，表明了大量有机碳(δ13CV-PDB均值约为-25‰，Artheretal., 1985)的存在(刘文周，2002)，有机碳和大气降水的影响可能是引起碳、氧同位素值显著降低的主要因素。

图6 大梁子铅锌矿床δD-δ18O图解(底图据张长青，2008)Fig.6 δD vs. δ18O diagram of fluid inclusions in Daliangzi Pb-Zn deposit (modified after Zhang, 2008)

5.3.2 氢、氧同位素示踪

大梁子铅锌矿床具有明显的后生成矿特点，热液流体在成矿过程中起到了很重要的作用，氢、氧同位素的研究能较好的解释流体来源及演化特征。大梁子铅锌矿区成矿流体δ18O水的变化范围(表5)在-6.62‰～3.31‰在之间，δD的变化范围(表5)为-74.6‰～-40.3‰，在δD-δ18O关系图(图6)中，除一个点紧邻变质水(建造水)外，其他落点位于海水、岩浆水区域之外，并且强烈漂移向大气降水线，与美国索尔顿湖地热水(Borshershiy，1980)相似，显示出经强烈流体交换后向大气降水“漂移”特点。这是因为大气降水与岩石相互作用时发生氢氧同位素平衡交换反应，研究区赋矿围岩为碳酸盐岩，碳酸盐岩富含δ18O，不含氢或所含氢与大气降水相比可忽略不计，因此，当大气降水在下渗过程中与碳酸盐岩发生同位素平衡交换时，主要产生氧同位素的交换，其结果是成矿溶液的氧同位素较大气降水的偏重，导致了“δ18O漂移”，而氢同位素基本不变(图6)，仍保持了大气降水的氢同位素组成特点，而且热水的温度越高，同位素交换就越充分，漂移的距离就越大。结合矿床地质特征及矿区无岩浆岩出露的事实，可推测大梁子矿床成矿热液主要来自大气降水和变质水(建造水)的混合。需要说明的是，本区δD的变化范围与岩浆流体δD的变化范围一致，参照前人对于川滇黔成矿域其他典型铅锌矿床流体的研究(张长青，2008)，诸如茂祖铅锌矿、会泽铅锌矿、赤普铅锌矿、天宝山铅锌矿和毛坪铅锌矿，δD的变化范围也显示出相似的特点，这代表了本区内成矿流体区别于其他地区铅锌矿床成矿流体的又一独特标志。

5.4 成矿机制

描述矿床的形成机制，应主要围绕金属来源，流体组分构成特征、携带成矿金属离子的能力和运移模式、金属沉淀机制等方面展开。综合以上研究成果，大梁子铅锌矿床的成矿机制可阐述为：在前震旦纪形成变质基底以后，扬子地台西南缘转入被动大陆边缘沉积环境，形成了厚达千米富含硫酸盐的震旦系灯影组白云岩，它与上覆寒武系地层呈平行不整合接触，区内缺失寒武纪以后的沉积地层直至二叠纪后出现沉积，此阶段地壳的抬升使得区内大规模来自大气降水和变质水(建造水)的混合流体运移，并萃取流经围岩灯影组海相碳酸盐岩层的膏盐层硫酸盐、基底及地层中的Pb2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+主要成矿金属离子及Ge、Ga和Cd等微量元素在有利的地质、构造部位卸载、沉淀形成矿床。张长青等(2008)测得大梁子铅锌矿主成矿阶段年龄为366.3±7.7Ma，为早泥盆世，与地质事实相吻合。

大梁子铅锌矿床绝大部分工业矿体赋存在以白云岩为容矿主岩的震旦系地层中，成矿作用发生显示出了对岩性一定的选择性。网脉状、脉状矿(化)体存在反映了硫化物从过饱和成矿流体中快速沉淀作用，矿体硫化物与围岩截然的接触关系同样说明硫化物沉淀速度快的特点，同时成矿流体温度盐度变化不大(150～200℃)的特点也支持快速成矿过程。在矿区内硫化物充填砾间孔隙和裂隙说明成矿溶液具有后期充填的特征，快速沉淀成矿暗示着两种流体的混合，即富还原剂(还原性)流体与富金属和硫酸盐(氧化性)流体的混和作用导致本矿床的形成。

研究区内“黑色破碎带”与矿体紧密共生，由于“黑破带”外侧为较完整的白云岩，破裂程度有限，渗透性较差，富SO42-的成矿流体难以与其发生TSR反应。成矿流体运移到矿区“黑破带”内开放空间时，成矿流体遭遇大量具有还原性碳质组分，进而通过硫酸盐的热化学还原作用，还原成矿流体中的SO42-形成还原硫，促使成矿流体向还原态转变，最终使得硫化物在“黑破带”内以充填白云岩、黑色页岩角砾之间的张性空间等方式沉淀成矿，并在“黑破带”外侧的白云岩张裂隙中形成小规模脉状矿体。随成矿作用的推进，流体向硫离子活度、成矿温度降低和pH值、Cd/Zn值增高的趋势演化(王乾，2006)。

6 结论

(1)主要矿石矿物闪锌矿Ge/In、Ga/In的比值较大(远大于100)，并富集As、Sb、Ag元素，指示出了成矿温度属于中-低温范畴，有别于与岩浆作用有关的铅锌矿床。

(2)矿石矿物中δ34S众值出现在10‰～20‰之间，与现代海相沉积物及蒸发沉积岩相比略低，可能为震旦系富含硫酸盐的白云岩经TSR作用形成。

(3)脉石矿物方解石、白云石的δ13CV-PDB、δ18OV-SMOW特征表明其物质主要来源于赋矿围岩震旦系灯影组的白云岩；δ13CV-PDB、δ18OV-SMOW出现向低值“漂移”现象，指示出区内有机碳及大气降水的强烈影响。

(4)岩浆岩无出露，结合D、O同位素特征，表明成矿流体水主要来自于大气降水与变质水(建造水)的混合。

致谢野外工作得到西部矿业集团四川会东大梁矿业有限公司的大力支持和张锋、王恒、李光昭同学的帮助；审稿人提出了诸多宝贵意见，让作者受益匪浅；在此一并表示感谢。

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