湘西花垣渔塘铅锌矿床成矿物质来源的C、O、Pb、S同位素制约

1 样品采集及测试

本次同位素单矿物采自渔塘铅锌矿床。其中，C、O同位素为5件铅锌矿成矿期的粗脉状和团块状方解石；S-Pb同位素为成矿期的5件闪锌矿和5件方铅矿样品。C、O、S、Pb同位素测试分析均在广州澳实矿物实验室完成。C、O同位素分析精度在0.20‰；S同位素测试结果以CDT为标准，精度优于0.2‰；Pb同位素用其标准物质和内标来控制精度为0.20‰。

2 矿床地球化学特征

2.1 碳-氧同位素特征

渔塘矿床成矿期方解石碳、氧同位素测试结果见表1及图1。各样品方解石碳、氧同位素组成较为一致，方解石的δ

C

值为0.16‰～1.24‰，均值为0.45‰；δ

O

均值为20.30‰～23.20‰，均值为21.82‰。

矿田围岩δ

C

0.29～1.05‰，均值为0.58‰。δ

O

21.33‰～22.06‰，均值为21.59‰

。与热液方解石相比，围岩具有更高的δ

C

，这与矿床在成矿过程中由于热液作用致使脉石方解石δ

C

值减小的结论一致，δ

O

值略大于围岩值，暗示了可能有深部流体加入。

渔塘矿床围岩为沉积成因，脉石方解石的δ

O

值明显不同于岩浆岩的δ

O

值（多小于+10‰），说明与铅锌矿共生的方解石与岩浆作用无关，属热液成因。花垣地区海相灰岩背景值可用花垣矿田无蚀变的灰岩样品制约

，成矿期方解石δ

C

和δ

O

均值分别为0.45‰、21.82‰，与海相灰岩背景值制约值基本相似。

在δ

C、δ

O值投影图中，样品主要分布于海相碳酸盐岩区域及其溶解作用趋势线上，呈近水平分布，这种分布形式是由于流体与碳酸盐岩的水-岩反应及降温共同作用的结果，说明成矿流体中的碳同位素主要来自于围岩，由碳酸盐岩溶解形成。

2.2 硫-铅同位素特征

在矿物组合简单的情况下，重晶石的δ

S与成矿流体的总硫值大致相当

。段其发等（2014）测试了围岩中重晶石硫同位素δ

S

，均值为31.36‰；刘文均等（2000）测试重晶石δ

S

，均值为36.26‰；隗含涛等（2017）测试花垣铅锌矿田总硫33.6‰～33.9‰。推测渔塘矿床的成矿流体总硫同位素应该接近31.36‰～36.26‰，而寒武纪海水中的δ

S

为27‰～32‰，说明渔塘矿床中的S不仅来自寒武纪海水中硫酸盐，还有其他更富集源区。通过对清虚洞组下伏地层资料分析

，下伏地层富集重硫且高于寒武纪海水中硫值，可能提供了硫源。

硫同位素分析结果见表2。12件硫化物δ

S

值分布范围22.90‰～33.31‰，平均26.65‰，其中4件方铅矿δ

S

值为23.96‰～26.59‰，均值为24.77‰。7件闪锌矿δ

S

值为25.00‰～33.31‰，均值为27.70‰，黄铁矿仅一个样品δ

S

值为26.87‰。本矿床具富集重硫特征，符合δ

S闪锌矿＞δ

S方铅矿，表明成矿物质在成矿过程中S同位素分馏基本平衡。

渔塘矿床成矿阶段方解石、重晶石中含有CH

、H

S及N

等，可认为地层中含还原硫的流体，为在一定温度下经有机质经热化学还原形成。

11个铅同位素样品组成如表3及图2所示。

Pb/

Pb为17.87～18.22，平均为18.04，极差值为0.35；

Pb/

Pb为15.50～15.76，平均为15.66，极差值为0.26；

Pb/

Pb为37.57～38.47，平均为38.10，极差值为0.90。Pb同位素比值极差值均小于1，说明铅来源较为稳定。Pb同位素μ值为9.33～9.81，平均为9.63，略高于上地壳（μ值9.58）；质量分数ω值为34.92～39.35，平均为37.74，高于上地壳Pb值(ω值35.55±0.59)；Th/U比值为3.57～3.93，平均为3.79，与上地壳平均值相似（3.88）。上述特征表明矿床Pb源物质成熟度较高，U、Pb富集，Th、Pb略微亏损，具有沉积物或上地壳的特点。

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综上，渔塘矿床硫源可能来自清虚洞组下伏板溪群-寒武系沉积的硫酸盐，并经过含矿热液萃取后带至含矿地层，在部分有机质的参与下发生TSR反应，提供了铅锌矿床的还原硫。

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碳酸盐有热化学还原模式（TSR）和细菌还原模式（BSR）2种，使氧化态的SO

变为还原的S

。两者最大区别在于反应温度，BSR的温度多低于低温热液矿床，而TSR反应温度更接近中低温热液矿床

，花垣矿田包裹体测温表明该区符合中低温热液矿床特征，故认为TSR为本矿床还原硫生成的主要方式。

在

Pb/

Pb-

Pb/

Pb图上（图2a），样品数据投影点大部分落在上地壳演化线之上及造山带与上地壳演化线之间，个别落于地幔和造山带演化线之间，表明硫化物Pb为混合来源。在

Pb/

Pb-

Pb/

Pb图解中（图2b），样品多落于下地壳与上地壳间，且多靠近上地壳一侧，表明Pb主要来自上地壳，但有部分幔源物质。由于花垣矿田中未见岩浆活动及岩浆矿床地质特征，因此渔塘矿床成矿物质来自上地壳的地层。根据李梅铅锌矿床Pb同位素与清虚洞组赋矿围岩、牛蹄塘组黑色页岩及板溪群全岩对比研究

，推测Pb主要来自于牛蹄塘组页岩和板溪群等基底地层，部分来自于成矿围岩。

3 结论

（1）渔塘铅锌矿床中成矿期热液方解石碳主要来自含矿层围岩，由碳酸盐岩围岩溶解形成。

（2）闪锌矿、方铅矿硫同位素特征显示硫源主要来自清虚洞组下伏板溪群-寒武系沉积的硫酸盐。Pb同位素特征指示铅主要来自于上地壳，可能源于牛蹄塘组页岩和板溪群等基底地层，部分来自于成矿围岩。

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（3）渔塘铅锌矿床成矿物质可能由成矿热液萃取后，从基底地层沿着构造通道向上流动带至赋矿地层，在有机质参与下进行TSR反应，最终在浅地表环境成矿。

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