西藏浦桑果铜铅锌多金属矿床S、Pb同位素组成及对成矿物质来源的示踪

李 壮，王立强，李海峰，旦真王修，施 硕

(1.中国地质科学院 矿产资源研究所，国土资源部深部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；3.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059)

0 引 言

西藏冈底斯Cu-Pb-Zn-Ag-Fe-Mo-W多金属成矿带东西向延伸近400 km，由北向南可依次划分为北冈底斯带、中冈底斯带、冈底斯弧背断隆带和南冈底斯带[1-2]，该成矿带内已发现超过20多个斑岩型Cu-Mo和矽卡岩型Pb-Zn-Ag矿床[3]，包括驱龙、甲玛、雄村、邦铺、知不拉、亚贵拉、蒙亚啊、纳如松多、龙玛拉等大型—超大型矿床[4-12](图1)。浦桑果铜铅锌多金属矿床位于南冈底斯成矿带北缘，属近年来勘查评价发现的规模可达中—大型的多金属矿床，前人主要针对矿床成因[13]、成矿作用[14]、侵入岩岩石地球化学[15-16]、矿石矿物[17]等方面展开了初步的研究。

同位素地球化学示踪是探讨成矿物质来源最为有力的工具之一[18]，S、Pb同位素可以用于有效示踪成矿体系中金属元素的来源[19-22]，在矿床研究中一直得到广泛应用[23-25]。崔晓亮2013年主要对浦桑果矿床地表及平硐内金属硫化物矿石的S、Pb同位素特征进行了初步的研究[14]，得出硫具岩浆硫的特征且主要与矿区西侧的黑云母花岗闪长岩有关，铅主要来源于下地壳且可能有部分上地壳物质混入的结论，但该研究由于采样存在局限性，研究主要集中在矿区浅部的硫、铅物质来源，而对深部成矿物质来源未开展综合研究，以致整个矿区的成矿物质来源的研究缺乏系统性和综合性。本文基于详细的野外地质调查和钻孔编录工作，通过S、Pb同位素地球化学研究手段，对采自不同钻孔不同深度的金属硫化物矿石进行硫、铅同位素测试，并结合前人所获得的浅部硫化物S、Pb同位素数据，综合探讨浦桑果铜铅锌多金属矿床的成矿物质来源，为区域成矿资料的补充完善和矿产勘查提供重要依据。

1 成矿地质背景

西藏浦桑果铅锌多金属矿床的大地构造位置位于南冈底斯成矿带火山岩浆弧内(图1)。区域内出露地层从侏罗系到第四系皆有分布，由老到新依次为昂杰组(C2a)、下拉组(P2x)、雄村组(J1-2x)、麻木下组(J2K1m)、比马组(K1b)、楚木龙组(K1c)、塔克那组(K1t)、昂仁组(K1-2a)、设兴组(K2s)、秋乌组(E2q)、典中组(E1d)、年波组(E2n)、日贡拉组(E3r)、大竹卡组(E3-N1d)、芒乡组(N1m)、嘎扎村组(N2g)、宗当村组(N2z)及第四系(Q)。其中赋矿地层主要包括雄村组(J1-2x)凝灰岩、塔克那组(K1t)灰岩、典中组(E1d)流纹岩、年波组(E2n)火山碎屑岩等，伴随着区域内俯冲到碰撞的构造转换，地层由较老的石炭纪地层昂杰组(C2a)逐渐过渡至新近系地层宗当村组(N2z)。受南侧雅鲁藏布江缝合带、北侧班公湖—怒江缝合带构造影响，区域内发育一系列近东西向的断裂构造及南北向次级断裂构造、环形构造体系[26]。区内岩浆岩发育并广泛出露，主要包括晚三叠世—中侏罗世花岗岩(215～175 Ma)[6,27-28]；晚侏罗世—白垩纪花岗岩和中酸性火山岩(160～80 Ma)[1]；古新世—中新世火山岩(70～40 Ma)[29-30]和渐新世—中新世中酸性闪长岩、二长花岗岩等(33～10 Ma)[31]。区域内至少经历了4期不同的成矿事件：(1)与新特提斯洋壳俯冲有关的岛弧型斑岩铜金矿成矿事件，典型矿床为雄村斑岩型超大型铜(金)矿床[32-33]；(2)与印度—欧亚大陆主碰撞汇聚有关的多金属成矿事件，矿床类型主要为矽卡岩型、隐爆角砾岩型和浅成低温热液型多金属矿床，典型矿床包括洞中拉、洞中松多、亚贵拉、蒙亚啊、龙马拉、纳如松多、斯弄多等[34-41]；(3)与晚碰撞转换有关的矽卡岩型及热液脉型Cu、Mo、Au、W矿化事件，典型矿床为冲木达、程巴、克鲁、努日等矿床[42]；(4)与后碰撞伸展阶段有关的斑岩型Cu-Mo矿化，此期成矿事件构成了冈底斯铜矿带的主体，典型矿床包括甲玛、驱龙、邦铺、厅宫、拉抗俄等[43]。

图1 西藏大地构造简图(a)和冈底斯构造单元划分及矿产分布图(b)(据参考文献[44]和[45]修编) Fig.1 The tectonic sketch map (a) of Tibet and geological unit division and mineral distribution of Gangdese region(b)(modified after reference[44] and [45])

2 矿床地质特征

浦桑果矿区出露地层为白垩系塔克那组和古新统典中组。典中组主要分布于矿区北部，岩性为一套火山碎屑岩；塔克那组可分为K1t1、K1t2、K1t3、K1t44个岩性段。其中，塔克那组第一岩性段(K1t1)主要为一套凝灰质火山岩；塔克那组第二岩性段(K1t2)主要为一套大理岩化灰岩；塔克那组第三岩性段(K1t3)主要为一套含炭质泥质岩、火山碎屑岩；塔克那组第四岩性段(K1t4)为一套大理岩化、矽卡岩化灰岩(图2)。矿区构造发育，主要发育一系列以南北挤压应力为主导的构造，主要表现为断裂构造，次为褶皱构造。主干构造由近东西向横贯矿区的F1多期活动断裂为主导，与F2逆断层及F平移断层共同组成矿区的构造格局；褶皱构造在矿区多以层间小褶皱呈现。矿区岩浆岩比较发育，发育多期次的侵入岩和喷出岩。主要包括分布于矿区西侧的黑云母花岗闪长岩((14.8±0.2) Ma)、位于矿区中部的闪长玢岩((14.6±0.2) Ma)以及穿插发育于矿区最北部典中组的基性辉长岩脉((14.9±0.1) Ma，未发表数据)(图2)，成矿作用与矿区中部的闪长玢岩密切相关。

浦桑果矿区已探明6条矿体，自北向南依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ号矿体，矿体类型主要为矽卡岩型铜铅锌(钴)矿体。其中，Ⅰ号矿体为矿区的主矿体，主要赋存于塔克那组第四岩性段(K1t4)矽卡岩化大理岩和典中组(E1d)火山碎屑岩中，呈近东西向展布，矿体走向约350 m，平均厚41.8 m，主要呈层状、似层状和不规则状产出。矿石构造主要有块状构造、稠密浸染状构造、稀疏浸染状构造、层纹状构造、角砾状构造及团斑状构造等。矿石结构主要包括自形晶粒状结构、它形-半自形晶粒状结构、乳滴状结构、交代残余结构、固溶体分离结构、包含结构，次为碎裂结构、揉皱结构等。主要矿石矿物为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、辉砷钴镍矿，次为针硫铋铅矿、硫铋铜铅矿、蓝辉铜矿及斑铜矿等；主要脉石矿物为石榴子石、硅灰石、辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石等矽卡岩矿物，次为石英、方解石等。

图2 浦桑果多金属矿床矿区地质简图(据文献[14]修改)Fig.2 The simplified geological map of the Pusangguo polymetallic deposit (modified after reference [14])

围岩蚀变类型主要为矽卡岩化、大理岩化，次为硅化、碳酸盐化、角岩化、绿帘石化、绿泥石化等热液蚀变类型。矿区中部闪长玢岩与塔克那组第四岩性段接触部位，自东向西，围岩蚀变分带明显，依次为矽卡岩化→角岩化→硅化→大理岩化→绿帘石化→绿泥石化→碳酸盐化。根据矿体野外产出特征及矿物共生组合特征，可将浦桑果矿床的成矿期次初步划分为：矽卡岩成矿期、热液成矿期和表生成矿期3个成矿期；矽卡岩成矿期可进一步划分为早期矽卡岩阶段和晚期矽卡岩阶段两个成矿阶段；热液成矿期划分为铁铜硫化物阶段、铜钴镍硫化物阶段和铅锌硫化物阶段3个成矿阶段。早期矽卡岩阶段矿物组合为石榴子石、硅灰石、辉石；晚期矽卡岩阶段矿物组合为角闪石、绿帘石、绿泥石、石英等；铁铜硫化物阶段矿物组合为黄铜矿、黄铁矿；铜钴镍硫化物阶段矿物共生组合为黄铜矿、辉砷钴镍矿；铅锌硫化物阶段矿物共生组合为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等。

3 样品采集与测试方法

本次用于S、Pb同位素分析的样品主要采自矿区钻孔ZK504、ZK005和ZK004内硫化物矿石，主要包括稀疏-稠密浸染状和脉状黄铜矿、黄铁矿及脉状方铅矿、闪锌矿矿石(图3)，金属硫化物均属于热液成矿期产物。样品经粉碎、过筛、清洗、干燥后，在双目镜下挑选至纯度大于99%的单矿物分析样5 g以上，然后将挑选后的单矿物样品研磨至200目以下后送实验室进行分析。样品分析测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。硫同位素测试是将挑选好的硫化物单矿物与氧化亚铜按一定比例研磨、混合均匀后，进行氧化反应生成SO2，并用冷冻法进行收集，然后用MAT251气体同位素质谱仪分析硫同位素组成，采用V-CDT国际标准，分析精度优于±0.2%；铅同位素比值利用ISOTOPE-T热电离质谱仪测定，208Pb/204Pb、207Pb/204Pb、206Pb/204Pb比值误差小于0.05‰。

图3 浦桑果铜铅锌多金属矿床典型金属硫化物矿石样品特征Fig.3 The characteristics of typical sulfide ores in the Pusangguo Cu-Pb-Zn polymetallic deposit 块状黄铜矿及少量细脉状闪锌矿(ZK504-102.72)； 稠密浸染状黄铁矿(PH027)； 块状黄铁矿(PH003)； 矽卡岩中的浸染状方铅矿(ZK005-202.8)； 矽卡岩中细脉状闪锌矿(ZK504-171)； 块状方铅矿及浸染状黄铜矿(PH034)；Ccp.黄铜矿；Py.黄铁矿；Sp.闪锌矿；Gn.方铅矿；Q.石英

4 测试结果

4.1 硫同位素

本次研究得到的浦桑果矿区5件金属硫化物样品的硫同位素测试结果及前人的数据一并列于表1中。结果显示，浦桑果矿床22件样品δ34S值变化较大，金属硫化物(黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿)δ34S值介于-2.4‰～1.0‰之间，平均值为-0.40‰。其中，8件黄铜矿δ34S值介于-0.6‰～0.7‰之间，平均值为0.025‰；6件方铅矿δ34S值介于-2.4‰～-0.9‰，平均值为-1.67‰；5件闪锌矿δ34S值介于-0.9‰～0.8‰，平均值为-0.12‰；3件黄铁矿δ34S值介于0.1‰～1.0‰之间，平均值为0.57‰。可以看出，浦桑果矿区金属硫化物δ34S值虽然变化较大，但区内主要金属硫化物δ34S峰值介于0～1.0‰之间，总体具典型的塔式分布特征(图4)，表明矿区主要硫来源仍较单一。

前人研究资料表明，在硫同位素分馏达到平衡的条件下，共生硫化物(包括硫酸盐)的δ34S值按硫酸盐-辉钼矿-黄铁矿-磁黄铁矿-闪锌矿-黄铜矿-方铅矿的顺序递减[18,46]。浦桑果矿床硫同位素组成表现出明显的δ34S黄铁矿>δ34S黄铜矿>δ34S闪锌矿>δ34S方铅矿的富集规律(表1)，与正常的硫同位素平衡交换顺序不一致。

4.2 铅同位素

图4 浦桑果铜铅锌多金属矿床矿石硫化物硫同位素组成频率直方图 Fig.4 Frequency histogram of δ34S for ore sulfides in thePusangguo Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

浦桑果铜铅锌多金属矿床金属硫化物(黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿)的铅同位素组成及其以H-H单阶段模式计算的μ值[47-48]见表2。从表2可看出，矿区矿石硫化物的206Pb/204Pb变化于18.344～18.625之间，平均值为18.555；207Pb/204Pb变化于15.549～15.794之间，平均值为15.716；208Pb/204Pb变化于38.120～39.340之间，平均值为39.044。其中，8件黄铜矿中的206Pb/204Pb比值变化于18.407～18.586之间，平均值为18.531；207Pb/204Pb比值变化于15.612～15.746之间，平均值为15.701；208Pb/204Pb变化于38.120～39.221之间，平均值为38.931。6件方铅矿中的206Pb/204Pb比值变化于18.542～18.625之间，平均值为18.583；207Pb/204Pb比值变化于15.692～15.794之间，平均值为15.743；208Pb/204Pb变化于39.004～39.340之间，平均值为39.169。5件闪锌矿中的206Pb/204Pb比值变化于18.545～18.593之间，平均值为18.563；207Pb/204Pb比值变化于15.694～15.755之间，平均值为15.715；208Pb/204Pb变化于39.011～39.211之间，平均值为39.080。3件黄铁矿中的206Pb/204Pb比值变化于18.547～18.557之间，平均值为18.553；207Pb/204Pb比值变化于15.697～15.705之间，平均值为15.701；208Pb/204Pb变化于39.020～39.045之间，平均值为39.034。由上述可知，浦桑果矿床不同金属硫化物中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值变化均较小，比值相对稳定，矿石中Pb同位素变化不大，显示出普通铅的特征而非放射铅，表明矿床铅来自较为稳定的铅源。

表1 浦桑果铜铅锌多金属矿床矿石硫化物S同位素组成

表2 浦桑果铜铅锌多金属矿床矿石硫化物Pb同位素组成

5 讨 论

5.1 硫的来源

硫化物金属矿床中，硫元素在成矿物质富集和沉淀成矿过程中具有重要的作用，其同位素可提供矿化剂来源的重要信息[49-52]。研究认为，对于一个矿床中硫来源的讨论需要借助流体总硫同位素特征才能加以分析[53]，而通常矿床中硫化物δ34S值是不能代表流体中总硫(δ34S∑S)同位素特征的[54-55]。但在一定的条件下可以根据矿床的矿物共生组合关系估计成矿流体的总硫同位素组成[46,56]。根据Ohmoto 1972年的理论计算，如果氧逸度较低体系中硫酸盐不能存在，矿物组合为黄铁矿+方铅矿+闪锌矿时，硫化物的δ34S值可大致代表热液的总硫同位素组成[57]。浦桑果矿床中，通过野外地质调查及光薄片镜下鉴定均未发现硫酸盐类矿物的存在，而大量发育黄铜矿+闪锌矿+黄铁矿+方铅矿等硫化物矿物组合。因此，浦桑果矿床成矿热液体系中总硫同位素组成(δ34S∑S)与金属硫化物的硫同位素组成大体一致。在浦桑果铜铅锌矿床与自然界主要硫储库的同位素组成对比图(图5)中可以看出，浦桑果铜铅锌矿床硫同位素组成位于岩浆硫(花岗岩)组成范围内，显示出硫具有岩浆硫的特征。此外，浦桑果矿床矿石的δ34S值变化较窄，δ34S峰值主要集中在0～1.0‰之间，具有明显的塔式分布特征(图4)，浦桑果矿床金属硫化物矿石δ34S平均值为-0.40‰，与我国与岩浆活动有关的铅锌矿床δ34S值(-5.0‰～5.0‰)相似[58]，并且与岩浆硫的δ34S值(0±3‰)相似[50]，综合指示浦桑果矿床的硫源与矿区的岩浆作用有关，硫同位素具有岩浆硫特征，且主要与闪长玢岩有关。

5.2 铅的来源

图5 浦桑果铜铅锌多金属矿床硫同位素组成分布图Fig.5 Distribution of δ34S of ore sulfides from the Pusangguo Cu-Pb-Zn polymetallic deposit

图6 浦桑果铜铅锌多金属矿床铅同位素Δβ-Δγ成因分类图解(底图据文献[67])Fig.6 Plot of Δβ-Δγ of Pb isotope from the Pusangguo Cu-Pb-Zn polymetallic deposit (after reference [67])

硫化物矿石通常含较少量的U、Th和非放射成因的Pb同位素[59-60]，且铅同位素在矿石运移和沉淀过程中较为稳定，受外界环境影响小，几乎不发生分馏作用，矿物形成环境中的U-Th-Pb特征决定其组成特征[61]。因此，铅同位素组成被广泛应用于各种矿床的研究中，是示踪成矿物质来源最有效、最直接的一种方法[62-65]。通常铅同位素的μ特征值大小对铅的来源具有一定的追踪指示意义，低μ值和低ω值铅一般为上地幔源，低μ值和高ω值铅则为典型的下地壳来源，高μ值(μ>9.58)铅一般来自上地壳来源[39,66]。从表2中可以看出，浦桑果矿床硫化物矿石铅同位素μ值在9.37～9.82之间，平均值为9.67；ω值在35.11～40.88之间，平均值为39.29。μ值和ω值均表现为偏高值特征，指示矿区内铅主要起源于上地壳物质，且伴有地幔物质的加入。

图7 浦桑果矿床207Pb/204Pb-206Pb/204Pb ()和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb ()的构造环境演化图(底图据文献[66]) Fig.7 Diagram showing evolutionary tectonic setting for 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb ()和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb () ofore lead isotope from the Pusangguo deposit (after reference [66])

研究表明，铅同位素特征值Δβ-Δγ能消除时间的影响，可利用铅同位素特征值Δβ-Δγ图解对成矿物质来源进行有效示踪[67]。浦桑果矿床22件矿石铅同位素投于Δβ-Δγ图解(图6)上，4件样品数据点落于上地壳与地幔混合俯冲带铅区域内，其余所有数据点均位于上地壳铅范围内，表明浦桑果矿床铅主要来源于上地壳铅，局部混染有上地壳与地幔混合的俯冲带铅。为进一步明确浦桑果铜铅锌多金属矿床矿石铅的来源，将22件金属硫化物铅同位素组成数据投影到Zartman等1981年提出的207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造演化图解[66]上，从图7中可以清晰地看到4个样品点均落在上地壳与地幔混合俯冲带铅的范围内；其余18个样品点均落在上地壳铅范围内，综合表明浦桑果矿床的铅主要来源于上地壳物质，且伴有地幔物质铅的加入，铅同位素具壳幔混源的特征。

6 结 论

(1)浦桑果铅锌多金属矿床主要金属硫化物(方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿)的硫同位素值变化较大，δ34S值介于-2.4‰～1.0‰，平均值为-0.4‰，其δ34S峰值主要集中在0～1.0‰之间，具有明显的塔式分布效应，矿床硫主要来源于矿区岩浆岩，硫同位素具有岩浆硫特征，主要与闪长玢岩有关。

(2)浦桑果铅锌多金属矿床不同金属硫化物中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值变化均较小，比值相对稳定，矿石中Pb同位素变化不大，均显示出普通铅的特征。铅同位素构造环境演化图解中，大多数样品位于上地壳铅范围内，少数位于上地壳与地幔混合俯冲带铅范围内，指示铅主要来源于上地壳物质，伴有地幔物质的加入，铅同位素具有壳幔混源的特征。

致谢：野外样品采集中得到了中国地质科学院康浩然硕士的帮助和支持，在此表示衷心感谢。

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