滇东北银厂Pb-Zn矿床成矿物质来源研究

杨天云露，彦廷龙，陈 伟，陆 亮

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093；2. 云南南方地勘工程总公司，云南 大理 671000)

滇东北矿集区是扬子陆块西南缘川滇黔多金属成矿域的重要组成部分，蕴藏着200多个铅锌多金属矿床(点)[1]，也是我国重要的铅锌生产基地之一。大地构造位置处于特提斯构造域东南缘，毗邻环太平洋构造域，夹持于小江深大断裂带、垭都—紫云深大断裂带和弥勒—师宗深大断裂带所构成的“三角区”内(见图1)。众多数学者对滇东北铅锌成矿域的研究多集中于小江深断深裂带、昭通—曲靖隐伏深断附近的大—中型铅锌矿床，如会泽、茂租、乐马厂、金沙厂、富乐厂、天宝山、大梁子以及毛坪等大型铅锌多金属矿床[1-13]，虽然在成矿物质来源、成矿时代、矿床成因以及成矿预测等方面均取得了巨大进展，但在成矿物质来源方面的认识尚未统一。众多学者研究认为主要来源于碳酸盐岩地层，可能有部分由峨眉山玄武岩提供[5,14]；而部分学者认为川滇黔地区的MVT型矿床的成矿物质来源于早震旦纪的火山岩[15]；还有学者通过玄武岩和碳酸盐岩地层中成矿元素丰度的对比，认为成矿物质由不同时代的碳酸盐岩地层提供[8]。随着研究的深入，目前有关成矿物质来源的主流观点认为滇东北成矿域的铅锌成矿物质来源具有“多源性”[2,5,16-17]。因而目前的成矿物质来源观点制约了对矿床成因及成矿机制的全面认识和理解。

相对于同一构造带内的金牛厂、会泽等铅锌矿床，前人对灯影组典型的银厂铅锌矿床研究较少，为此本文系统采集了会泽银厂不同类型矿石和早阶段重晶石样品，开展了较详细的矿石主微量、REE和不同阶段单矿物S同位素组成特征研究，并与区域地层和玄武岩进行对比，结合区域构造背景和矿床地质特征探讨成矿物质来源，以期为认识矿床成因和区域找矿突破提供科学依据。

图1 滇东北矿集区构造简图Fig.1 Tectonic sketch map of the northeast Yunnan metallogenic zone

1 矿床地质特征

银厂铅锌矿床位于矿山厂—金牛厂构造带中部，NE向舍居河大背斜SE翼(见图2a)。矿区地层由核部向两翼依次为震旦系上统—寒武系下统灯影组下段(Z∈d1)、中段(Z∈d2)和上段(Z∈d3)白云岩地层；寒武系下统筇竹寺组(∈1q)碎屑岩地层；泥盆系中统海口组(D2h)石英砂岩和上统宰格组(D3z)碳酸盐岩地层；石炭系(C)碳酸盐岩地层；二叠系中统梁山组(P2l)碎屑岩和阳新组(P2y)碳酸盐岩地层，而灯影组白云岩是该区重要赋矿地层。地层产状总体上表现出背斜核部附近的地层较陡，倾角近55°，向两翼逐渐变缓。区内岩浆岩仅有峨眉山玄武岩的第三段(P3e3)大面积出露(见图2b)。矿区内构造主要发育3条断裂，分别为NE向待补逆断层(F1)、NW向会泽断层(F2)和NE向雨碌逆断层(F3)。

银厂矿床由三官庙、银厂、地狱箐及团箐等矿段组成，矿区延伸长约7km，矿体位于待补逆断层上盘灯影组白云岩中，揭露矿体共19条[16]。由于受到待补逆断层影响，矿体多为产状与地层相近的似层状矿体，以及赋存于次级羽状断裂中的穿层矿脉。其中具有工业价值的矿体主要为Ⅰ、Ⅱ号矿体。

Ⅰ号矿体被1～4勘探线控制(见图2b)，主要赋存于灯影组上中部白云岩中，呈层状产出，矿体厚度变化较大，平均厚度2.5 m。上部为氧化矿，下部为硫化矿。走向30°～40°，延伸长480 m，向南西陡倾，倾角35°～50°，倾向延深达280 m，ω(Pb)平均为1.42%，ω(Zn)平均为0.5%。

Ⅱ号矿体是矿区内的主要矿体，被3～6勘探线控制，表现出岩性控矿，呈似层状赋存于灯影组上部含磷白云岩中。走向40°～55°，长740 m，倾向南西，倾角40°～55°，延深达640 m，平均厚度 1.73 m，ω(Pb)平均为1.18%，ω(Zn)平均为2.0%。

图2 银厂Pb-Zn矿区地质简图Fig.2 Geological map of the Yinchang Pb-Zn deoposit

矿石矿物以方铅矿、闪锌矿和黄铁矿为主，次为少量黄铜矿和辉银矿，脉石矿物主要为重晶石、白云石和石英。矿石构造主要为块状构造、浸染状构造和条带状构造；结构以它形-半自形晶粒状结构为主，交代和包含结构次之。围岩蚀变微弱、分布较为广泛，主要发育重晶石化、白云石化和硅化。

2 样品采集与分析方法

本次主微量及稀土元素及硫同位素测试样品均采自银厂铅锌矿床的Ⅱ号矿体，硫同位素测试分析样品为不同阶段黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和重晶石。主量、微量和稀土元素测试均在云南省核工业二〇九地质大队完成。主量元素测定采用X-荧光光谱仪(XRF)分析，微量、稀土元素的测定采用等离子体质谱仪(ICP-MS)分析，测试数据误差小于0.5%。S同位素测试在东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室完成，测试前将矿石研磨至0.85～0.18 mm，在双目镜下挑选出纯度达99%的方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和重晶石。测试仪器为Flash-EA与MAT-253质谱仪，结果采取CDT标准，精度为:δS≤0.2‰。

3 分析结果

3.1 主量元素

主量元素分析结果见表1，其中SiO2含量26.43%～49.55%(平均36.03%)，远高于研究区内灯影组各段白云岩的平均值，略低于峨眉山玄武岩的平均值，接近筇竹寺组粉砂岩的平均值[18]；Na2O含量为0.02%～0.07%(平均0.04%)，K2O含量为0.02%～0.18%(平均0.11%)，Al2O3的含量为0.01%～1.44%(平均0.91%)，Na2O、K2O含量小于峨眉山玄武岩中的含量，与灯影组白云岩相近，Al2O3含量与灯影组上段和中段的白云岩组成相近；MgO含量为0.06%～0.11%(平均0.08%)，CaO含量为1.65%～3.78%(平均2.37%)，Fe2O3含量为2.70%～3.38%(平均2.97%)，SO3含量为13.03%～20.28%(平均17.76%)，P2O5含量为1.23%～3.31%(平均1.97%)，均与灯影组白云岩相近。

表1 银厂铅Pb-Zn床矿石主、微量元素及稀土元素分析结果Table 1 Analysis data of major, trace element and REE of ore from the Yinchang lead-zinc deposit /10-6

注：主量元素和微量元素中Cu、Pb、Zn单位为%，其余元素均为10-6，测试单位为云南省核工业二〇九地质大队。

3. 2 微量及稀土元素特征

微量及稀土元素分析结果如表1所示，地幔标准化图表现出了左倾的多峰谷模式(见图3)，其组成具有以下特征。微量元素表现出相对富集Ca、Fe、Sr、Ba、W和Pb等元素，亏损K、V、Co、Zr、Cs、La、Ce和U等元素。稀土总量(ΣREE)为(31.39～73.94)×10-6(平均49.27×10-6)，变化范围较大，轻稀土(LREE)和重稀土(HREE)含量范围分别为(22.66～53.53)×10-6(平均36.63×10-6)和(8.73～20.41)×10-6(平均12.64×10-6)，LREE/HREE为2.60～3.84(平均3.02)，变化范围相对较小，LaN/YbN为2.63～5.36(平均3.79)，说明轻、重稀土元素分异程度不高，显示出比较平缓的右倾型稀土元素配分模式(见图4)，具有轻稀土元素相对富集、分异程度相对较低，而重稀土元素表现出亏损、分异程度相对较高的特征。

图3 银厂铅锌矿床铅锌矿微量元素地幔标准化蛛网图Fig.3 Spider diagram of trace elements of the Yinchang lead-zinc deposit

图4 银厂铅锌矿床铅锌矿稀土元素配分模式图Fig.4 Chondrite-standardized REE distribution pattern of the Yinchang lead-zinc deposit

3.3 S同位素组成特征

银厂铅锌矿床不同阶段硫化物和重晶石硫同位素组成测试分析结果见表2和图5。其中，沉积期黄铁矿δ34S值变化范围较大，介于-7.25‰～5‰，平均-0.25‰。而热液改造期的S同位素组成相对稳定，并以富集δ34S为特征，该期黄铁矿的δ34S值显著升高，为10.6‰；2个闪锌矿的δ34S值分别为10.8‰和13.0‰；方铅矿的δ34S值变化于8.4‰～13.2‰，极差4.8‰，平均+10.5‰；早阶段的重晶石δ34S值介于26.8‰～29.3‰，极差2.5‰，平均+27.8‰。

4 成矿物质来源

前已述及，主量元素中的SiO2含量远高于研究区内灯影组各段白云岩的平均值，略低于峨眉山玄武岩，而接近筇竹寺组粉砂岩的平均值[18]；Na2O和K2O含量小于峨眉山玄武岩中的含量，与灯影组白云岩相近，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3和P2O5含量均与灯影组上段和中段的白云岩组成相近。表明矿体的形成与灯影组白云岩和筇竹寺组粉砂岩存在一定关系。微量元素Zn含量0.10%～0.91%(平均0.42%)，Pb含量8.22%～39.75%(平均19.78%)，Cu含量0.13%～0.23%(平均0.16%)，而研究区灯影组上段硅质粉砂岩和页岩Zn、Pb、Cu分别为43.60×10-6、48.30×10-6、11.10×10-6，和160.41×10-6、25.00×10-6、56.00×10-6，筇竹寺组粉砂岩Zn、Pb、Cu含量为100.12×10-6、7.23×10-6、621.00×10-6，泥岩和硅质岩分别为159.36×10-6、21.47×10-6、17.30×10-6，和303.34×10-6、14.23×10-6、25.90×10-6，峨眉山玄武岩Zn、Pb、Cu含量为124.40×10-6、8.42×10-6、188.59×10-6。Ni含量为(7.15～12.40)×10-6(平均8.94×10-6)，Co含量为(2.15～3.75)×10-6(平均3.11×10-6)，数值范围均表现出与灯影组上段硅质粉砂岩(Ni、Co含量分别为6.46×10-6、2.07×10-6)相近的特点，略高于灯影组各段白云岩中的Ni、Co含量，而远低于峨眉山玄武岩中的Ni、Co含量。而Ge和Tl含量分别为(2.12～3.07)×10-6(平均2.68×10-6)和(1.22～2.15)×10-6(平均1.61×10-6)，均大于研究区内出露的各地层中Ge、Tl元素含量，说明成矿流体来源不仅受到区域地层的影响，还可能有来自玄武岩的贡献。

表2 银厂铅锌矿床主要矿物的硫同位素值Table 2 The δ34S values of main minerals from the Yinchang Pb-Zn deposit

注：热液改造期Ⅰ代表成矿早阶段；热液改造期Ⅱ代表成矿晚阶段；测试在东华理工大学核资源与环境省部共建国家重点实验室完成。

此外，铅锌矿中Cr、V和W元素含量具有以下特征，Cr含量为(5.0～8.3)×10-6(平均7.1×10-6)，接近于灯影组白云岩的Cr值含量(5.00～10.70)×10-6及地壳碳酸盐岩Cr的含量(11.00×10-6)；V含量为(8.1～19.1)×10-6(平均12.13×10-6)，与灯影组白云岩的(7.49～19.95) ×10-6相接近，而远小于研究区其它地层的岩石；W含量为(2.42～4.58)×10-6(平均3.40×10-6)，除筇竹寺组硅质岩外，与研究区内各地层中的W含量相近，而Ba的强富集可能由于早阶段形成的重晶石和区域硫酸盐在矿化时的带入。REE总量总体相对较低，与灯影组碳酸盐岩地层相近。较大的稀土元素含量范围，表明成矿物质并非单一来源，应该是具有多种物质来源的原因所致。上述数据与区域地层、玄武岩相关元素进行对比，表明在成矿作用过程中，这些成矿元素来源具有“多来源混合特征”，可能主要来源于灯影组白云岩，其次受到筇竹寺组地层和峨眉山玄武岩的贡献。

银厂铅锌矿床沉积期主要富集轻硫，而热液改造期以富集δ34S为特征，该期晚阶段硫化物的硫同位素组成显著低于早阶段重晶石的δ34S值，指示该矿床S有多种来源或还原机制不同。根据δ34S值的范围，可将热液矿床的δ34S值来源分为4种：1)地幔和深部岩浆中的硫，δ34S值0‰～5‰；2)海水硫酸盐中的硫，δ34S值在10‰～15‰以上；3)生物成因作用的硫，δ34S值以负值为特征，变化较大，且分馏未达到平衡；4)混合硫，δ34S值在地幔硫和海水硫酸盐硫同位素组成之间[19-20]。银厂铅锌矿床沉积期黄铁矿的δ34S值变化范围比较大，多以负值为特征，表明该阶段的还原硫主要来源于硫酸盐的生物还原作用。沉积改造期早阶段重晶石的δ34S值介于26.8‰～29.3‰，极差2.5‰，分布范围较窄，主要集中在+28‰左右，说明其硫的来源相对单一。其组成与茂租铅锌矿床重晶石的δ34S值(30.5‰)相近，略低于金沙厂铅锌矿中重晶石的δ34S值(34.5‰)[2]，应该与茂租和金沙厂矿床相同，主要来源于区域地层海相碳酸盐中的蒸发盐。热液改造期晚阶段硫化物的硫同位素组成相对稳定，δ34S值比早阶段重晶石显著降低(27.84‰)而高于沉积期黄铁矿，与海水硫酸盐的δ34S值相近，而明显区别于幔源硫的特征[21]。该阶段同一样品的闪锌矿的δ34S值大于方铅矿的δ34S值，表明银厂矿床该阶段成矿流体的硫达到了分馏平衡。通过石英包裹体获得的成矿流体温度在178～250 ℃(另文发表)，远大于生物细菌生存的最高温度，极易于硫酸盐热化学还原作用的发生。此外，前人研究认为硫化物中硫完全来自震旦系上统—寒武系下统的灯影组地层时，δ34S值为10‰～15‰[2]，所以，银厂矿床中硫化物的S主要来自于灯影组地层硫酸盐和早阶段形成的重晶石。这也与滇东北地区会泽铅锌矿床、乐红铅锌矿床和茂租铅锌矿床等众多铅锌矿床的硫源为海相硫酸盐的还原硫相一致[7,9,22]。

图5 银厂Pb-Zn矿床硫化物和硫酸盐δ34S直方图Fig.5 Frequency histogram of δ34S in sulfide and sulfate minerals from the Yinchang lead-zinc deposit

5 结论

1)通过主微量元素、REE含量与区域地层、玄武岩进行对比，表明在银厂矿床成矿作用过程中，成矿元素来源具有“多来源混合特征”，可能主要来源于灯影组白云岩，次为与筇竹寺组地层，并且和峨眉山玄武岩有关。

2)银厂铅锌矿床S同位素组成变化范围较大，不同阶段矿化剂硫源及还原机制不同，沉积期的硫主要来源于生物还原作用，而热液改造期主要来源于矿区硫酸盐及早阶段形成的重晶石的热化学还原作用。