兰坪盆地内产有金顶铅锌矿、白秧坪银铜多金属矿床、盆地西缘脉状铜多金属矿床,为查明成矿流体的来源,对这些矿床中不同矿物中的硫同位素数据进行了分析和对比研究。金顶铅锌矿和白秧坪银铜多金属矿西矿带中硫化物的特征显示硫源为细菌还原硫酸盐及部分的有机热化学还原作用将成矿热液中的硫酸盐转化而来;白秧坪银铜多金属矿东矿带和盆地西缘脉状铜矿主要为有机热化学还原作用将热液中的硫酸盐转化为还原性硫。 Jinding lead-zinc deposit, Baiyangping silver-copper polymetallic deposit and the vein-type Cu- polymetallic deposits on the western border of the Lanping Basin are located in Lanping basin. In order to trace source of ore-fluiding, the data of sulfur isotope of different mineral in these deposits were selected to analyze. The characteristic of sulphide in Jinding lead-zinc deposit and the eastern ore-belt of Baiyangping silver-copper polymetallic deposit show that sulfur source is from bacterial sulphate reduction and partly thermochemical sulphate reduction. The characteristic of sulphide in the eastern ore-belt of Baiyangping silver-copper polymetallic deposit and the vein- type Cu-polymetallic deposits on the western border of the Lanping Basi show that sulfur source is from thermochemical sulphate reduction.
刘远超,刘腾,曹淑璐
东华理工大学地球科学学院,江西 南昌
收稿日期:2016年1月28日;录用日期:2016年2月16日;发布日期:2016年2月19日
兰坪盆地内产有金顶铅锌矿、白秧坪银铜多金属矿床、盆地西缘脉状铜多金属矿床,为查明成矿流体的来源,对这些矿床中不同矿物中的硫同位素数据进行了分析和对比研究。金顶铅锌矿和白秧坪银铜多金属矿西矿带中硫化物的特征显示硫源为细菌还原硫酸盐及部分的有机热化学还原作用将成矿热液中的硫酸盐转化而来;白秧坪银铜多金属矿东矿带和盆地西缘脉状铜矿主要为有机热化学还原作用将热液中的硫酸盐转化为还原性硫。
关键词 :兰坪盆地,多金属矿床,硫同位素
兰坪中新生代陆相盆地地处三江构造带的中段,是在原特提斯和古特提斯的基础上发展形成的,濒临特提斯构造域与太平洋构造域交接部位[
滇西兰坪盆地是由中新生代沉积充填而成的构造沉积盆地,夹持于金沙江-哀牢山断裂带和澜沧江断裂带之间。盆地形成于晚二叠世–早三叠世晚华力西期。盆地形成后依次经历了印支期的裂谷(断陷)作用、燕山期的拗陷作用和喜马拉雅期的走滑拉分三个不同演化阶段,发育了巨厚的中新生界沉积岩系。区域地球化学研究表明,区内不同时代地层中Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb等成矿元素均相对富集甚至强富集,说明区内具有多金属富集成矿的地球化学背景[
金顶超大型铅锌矿、白秧坪铜钴银多金属矿及盆地西缘以金满铜多金属矿为代表的脉状铜矿的地质特征,前人已进行了详细的论述,现将其基本地质特征列于表1。
硫元素可以有效示踪成矿物质来源、成矿流体搬运及成矿机制、矿床成因等。自然界硫同位素组成
矿床 | 金顶铅锌矿多金属矿床 | 白秧坪铜钴银多金属矿床 | 金满铜多金属矿床 |
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赋矿岩系 | 白垩纪景星组钙质细砂岩、古近纪云龙组含灰岩角砾砂岩、晚三叠世灰岩角砾岩内 | 侏罗纪花开佐组灰岩、泥灰岩、泥岩、砂岩内,白垩纪景星组钙质砂岩,三叠纪三合洞组灰岩 | 侏罗纪花开佐组红色泥岩、粉砂岩、砂岩 |
控矿构造 | 矿体边界以逆冲断裂为界,但矿化与逆冲推覆引起的盐底辟构造密切相关 | 西矿带的矿床,矿体呈脉状赋存在逆冲断裂伴生的次级断裂;东矿带的矿床,矿化主要受热液溶洞构造控制 | 分布在澜沧江断裂带附近,逆冲早期的褶皱变形导致的劈理/断裂是其容矿构造 |
矿石类型 | 一是在石英砂岩和含灰岩角砾砂岩内,呈浸染状出现在砂岩的钙质胶结物中;二是在灰岩角砾岩中,胶状结构 | 西矿带呈胶结围岩角砾状、块状;东矿带的原生矿石呈块状 | 呈脉状 |
矿体产状 | 板状、脉状、透镜状、似层状 | 似层状、大脉状 | 脉状为主,少量层纹状、似层状 |
主要金属硫化物 | 闪锌矿、方铅矿、黄铁矿白铁矿 | 黝铜矿、黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉砷钴矿 | 黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿 |
主要脉石矿物 | 方解石、天青石、重晶石 | 方解石、菱铁矿 | 石英、方解石 |
主成矿阶段矿物组合 | 天青石–闪锌矿–方铅矿–黄铁矿–方解石 | 方解石–黝铜矿–黄铜矿–辉砷钴矿或方解石–黝铜矿–闪锌矿–方铅矿 | 石英–黄铜矿–斑铜矿–黝铜矿–闪锌矿–方解石 |
表1. 兰坪盆地主要多金属矿床地质特征
范围大,δ34S变化达180‰以上,主要与硫的同位素质量差较大和硫的化学性质有关。自然界中硫同位素的分馏机制主要有两种:一种是热力学平衡分馏,同一流体相中沉淀出硫元素不同存在形式的含硫矿物,硫元素会在这些含硫矿物间进行分配并达到平衡,共生矿物间的硫同位素组成则明显不同;另一种是动力学分馏,即硫化物的无机氧化还原作用和生物的硫动力学分馏。低温下厌氧细菌对硫酸盐的还原作用能产生明显的动力同位素分馏。前人在研究浅海、半咸水的沉积环境中的硫化物的同位素组成特征发现,这种环境中硫酸盐还原速率>>
在大本模式中,高氧逸度条件下通常出现重晶石和硫化物的矿物共生组合,重晶石的δ34S值大致相当或略大于成矿溶液的总硫同位素组成,而硫化物的δ34S值明显低于成矿溶液的总硫同位素组成。一般认为,热液矿床中的δ34S∑S有三种不同的来源:1) 地幔硫,其δ34S∑S的值接近0,变化范围为0 ± 3‰;2) 大洋水和海水蒸发盐岩,其δ34S∑S约为 + 20‰左右;3) 有机(生物)还原硫,以较大负值为特征。
考虑硫的来源,还要考虑金属在流体中的迁移特点。对于Pb-Zn矿床而言,在较低温度(<200℃)高盐度的条件下Pb、Zn和氯形成络合物进行迁移需要较高的氧逸度,也就是说迁移Pb、Zn的流体中还原硫相对氧化硫的含量较低,从而保证金属不被沉淀而迁移至成矿部位,那么形成硫化物的还原硫的来源为迁移金属溶液中的硫酸根在成矿部位被还原,或者为成矿部位提供还原硫[
通过对前人[
图1. 金顶铅锌多金属矿硫同位素组成分布图
左右,而硫化物的δ34S集中在−22‰~−12‰和−6‰~1‰两个区间内,且变化范围较大存在−30‰的样品,因而需要有细菌还原硫酸盐造成较大范围硫同位素动力学分馏的存在,因为只有细菌还原硫酸盐形成的硫化物才会形成2‰~42‰的硫同位素分馏,而有机和无机还原硫酸盐使硫酸盐和硫化物之间的分馏在<0~15‰和10‰~25‰ [
前人研究发现在黄铁矿颗粒的边缘分布有白铁矿,而白铁矿多生成于富含富硫化合物、PH < 5的流体环境中,这表明成矿流体在沉淀早期富含富硫化合物、PH较低;演化至晚期方解石大量生成,表明成矿流体此时为中性–碱性[
在金顶铅锌矿区,前人[
通过对前人 [
白秧坪银铜多金属矿集区西矿带热液沉淀的硫化物矿物δ34S变化范围为−5.6‰~11.2‰,平均为5.5‰,多数集中在5‰~7‰区间内(图2)。其中闪锌矿的δ34S变化范围为3.8‰~11.2‰,平均为6.1‰;黝铜矿的δ34S变化范围为0.8‰~9.3‰,平均为6.1‰;黄铜矿δ34S变化范围为−3.8‰~7.4‰,平均为2.8‰;方铅矿的δ34S变化范围为−5.6‰~5.7‰,平均为3.34‰;辉锑矿的δ34S变化范围为2.1‰~5.8‰,平均为4.0‰;
图2. 白秧坪银铜多金属矿集区硫同位素组成分布图
硫酸盐(重晶石)的δ34S变化范围为12.6‰~13.5‰,平均为12.88‰。整体来看西矿带硫化物中相对富集重硫,且呈塔式分布(图2)。根据西矿带矿物共生组合(重晶石、砷黝铜矿),且前人对该矿集区的研究表明成矿流体具有较高的氧逸度和较高的pH值[
结合该矿集区中硫化物和硫酸盐的硫同位素组成特征、矿床地质特征、矿物共生组合和成矿溶液物理化学条件等多方面综合考虑,认为该矿集区东、西矿带的硫源存在明显差异:东矿带的硫主要来源于沉积地层中的硫酸盐岩,以有机质参与的热化学还原和硫酸盐的细菌还原作用且以硫酸盐的细菌还原作用为主,将成矿热液中的硫酸盐转化为硫化物沉淀所需的还原性硫;西矿带的硫可能为沉积地层中的硫酸盐岩、有机硫的混合,以有机质热化学还原作用将成矿热液中的硫酸盐转化为硫化物沉淀所需的还原性硫。
本次研究主要收集了金满、水泄、连城三个矿区的相关硫化物和硫酸盐的硫同位素[
虽然在金满和连城矿床中都有重晶石与硫化物共生现象存在的现象,但是由于重晶石的颗粒较小没有获得有关重晶石的硫同位素数据[
图3. 兰坪盆地西缘脉状铜矿硫同位素组成分布图
逸度和pH值。在此条件下,根据大本模式,成矿热液来源的的总硫同位素应小于或略等于重晶石δ34S值,而硫化物的δ34S值明显低于热液的δ34S值[
由金顶铅锌矿、白秧坪银铜多金属矿和盆地西缘脉状铜矿床中硫同位素的分布特征及其对硫源的指示意义可知兰坪盆地中新生代以热卤水成矿作用为主,盆地中大面积出露的膏盐地层为热卤水的形成提供了大量的硫酸盐,同时地层中大量存在的有机质又为硫酸盐通过细菌还原作用、有机(无机)热化学还原作用转化为还原性硫提供了条件,但是在不同的矿床中硫酸盐转化为还原性硫的方式是不同的。金顶铅锌矿主要为细菌还原硫酸盐及部分的有机热化学还原作用将成矿热液中的硫酸盐转化为还原性硫;盆地西缘脉状铜矿主要为有机热化学还原作用将热液中的硫酸盐转化为还原性硫;白秧坪银铜多金属矿西矿带的还原性硫主要为有机质参与的热化学还原和硫酸盐的细菌还原作用且以硫酸盐的细菌还原作用为主,将成矿热液中的硫酸盐转化为还原性硫;白秧坪银铜多金属矿东矿带硫化物中的硫应为迁移金属溶液中的硫酸根在成矿部位被有机质热化学还原形成的。
刘远超,刘 腾,曹淑璐. 兰坪盆地多金属矿床硫同位素特征及意义Characteristics of Sulfur Isotopes in Polymentallic Deposits in Lanping Basin[J]. 自然科学, 2016, 04(01): 56-62. http://dx.doi.org/10.12677/OJNS.2016.41008