安徽水竹岭铜-铁-金-硫矿床同位素地球化学特征(1).pdf

第 46 卷摇 第 1 期 2010 年 1 月 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 地质与勘探 GEOLOGY AND EXPLORATION摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Vol郾 46摇 No郾 1 January,2010 [收稿日期]2009-09-10;[修订日期]2009-11-12;[责任编辑]陈喜峰。 [基金项目]国土资源部科技专项研究项目B0002-3资助。 [第一作者简介]李红阳1959 年,男,1998 年毕业于中国地质科学院,获矿床学博士学位,教授,博士,现主要从事矿床地质地球化学 研究工作。 安徽水竹岭铜-铁-金-硫矿床同位素地球化学特征 李红阳1,摇 冯景志1,摇 王金芳1,摇 侯增谦2,摇 杨竹森2,摇 王聪颖1,摇 陈文韬1 1郾 石家庄经济学院资源学院 石家庄摇 050031;2郾 中国地质科学院矿产资源研究所 北京 100037 [摘摇 要]水竹岭铜-铁-金-硫矿床发育上部层状矿体和下部脉状矿体。 上部层状矿石重晶石 啄34S 值为19郾 9译。 上部层状矿石黄铁矿 啄34S 值为0郾 9 5郾 8译,下部脉状矿石黄铁矿 啄34S 值为3郾 2 6郾 4译。 下部脉状矿体中方解石的 啄18O 值为13郾 3译,啄13C 值为 1郾 2译,上部层状矿石白云石的 啄18O 值 为14郾 1译,啄13C 值为 2郾 2译。 下部脉状矿石和矿化岩石中黄铁矿的206Pb/ 204Pb 、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值分别为 18郾 2241、15郾 5245 和 38郾 2289;上部层状矿石中黄铁矿的206Pb/ 204Pb 、207Pb/204Pb、208Pb/204 Pb 平均值分别为 18郾 0692、15郾 5020 和 38郾 1232。 从下部脉状矿石到上部层状矿石,黄铁矿的 啄34S 值、206 Pb/ 204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值逐渐降低,啄18O 值和 啄13C 值等逐渐增高。 地质和同位素地球化 学特征反映水竹岭铜-铁-金-硫矿床为海底热水喷流沉积成因,揭示了块状硫化物矿床的二元结构性。 [关键词]铜-铁-金-硫矿床摇 二元结构摇 同位素地球化学摇 安徽水竹岭 [中图分类号]P618郾 2摇 [文献标识码]A摇 [文章编号]0459-5331201001-0070-06 Li Hong-yang,Feng Jing-zhi,Wang Jin-fang,Hou Zeng-qian,Yang Zhu-sen,Wang Cong-ying, Chen Wen-tao郾 Isotopic geochemical characteristics of Shuizhulin Cu-Fe-Au-S deposit, Anhui prov鄄 ince [J]郾 Geology and Exploration ,2010,4610070-0075郾 1摇 引言 安徽铜陵水竹岭铜-铁-金-硫矿床,是我国长 江中下游铜-铁-金-硫矿床富集区典型的层状铜- 铁-金-硫矿床之一图 1 徐克勤等,1978;顾连兴 等,1986;黄斌,1991;王文斌等,1994;储国正等, 1993;吕俊武等,2001;李红阳等,2005,2006;任云 生,2007;徐兆文,2004。 该矿床以硫铁矿和金硫矿 为主,铜矿次之,矿体赋存于泥盆系五通组砂岩层和 石炭系黄龙组白云岩之中,由上部层状矿体与下部 脉状网脉状矿化体组成图 2,3。 近年,不少学 者对水竹岭铜-铁-金-硫矿床的地质特征和成矿物 质来源等进行了研究 杨竹森等,2004;徐文艺等, 2004; 蒙义峰等,2004;曾普胜等,2004,2005; 徐九 华等,2004。 然而,对矿床上部层状矿体与下部脉 状网脉状矿体之间内在地质地球化学关系与垂向变 化研究重视不够。 本文在收集整理前人资料基础上,对该矿床不同 类型岩矿石硫、氧、碳和铅同位素样品进行了系统取 样测试分析,从同位素地球化学角度研究了水竹岭铜 -铁-金-硫矿床上部层状矿体与下部脉状网脉状矿 化体的内在成因关系和垂向演化规律,认为水竹岭 铜-铁-金-硫矿床的上部层状矿体与下部脉状网脉 状矿化体是块状硫化物矿床典型的双层结构,其同 位素地球化学特征也具有明显的二元结构标志特征, 反映了块状硫化物矿床的二元结构性。 2摇 矿床地质特征 水竹岭铜-铁-金-硫矿床地处安徽铜陵市东偏南 12 km 处,位于狮子山铜-铁-金-硫矿田和凤凰山铜- 铁-金-硫矿田之间,属于新桥大型铜-铁-金-硫矿床层 状硫化物矿层或矿带的南部延伸5 km。 矿区内出露 地层为石炭系黄龙组碳酸盐和上泥盆统五通组砂页岩 图2,3。 主矿体呈层状赋存于石炭系黄龙组下部白 云岩段中,与上下地层整合沉积接触,沿走向长约1000 m,倾向延伸300 m图 2,3。 在层状块状矿体底部泥 07 图 1摇 水竹岭矿床区域位置图 Fig郾 1摇 Regional location of the Shuizhulin deposit 1-矿床; 2-断裂; 1-deposit; 2-fracture 图 2摇 水竹岭矿床地质简图 Fig郾 2摇 The simplified geological map of the Shuizhulin deposit 1-二叠系龙潭组;2-二叠系孤峰组;3-二叠系栖霞组;4-石炭系 黄龙组;5-泥盆系五通组; 6-剖面线;7-地层产状;8-上部块状 层状矿体;9-下部网脉状矿化体 1-Permian Longtan ation; 2-Permian Gufeng ation; 3-Permian Qixia ation;4-garboniferous Huanglong ation;5-Devonian Wu鄄 tong ation;6-line of section;7-attitude of stratum;8-uppor massive or layered orebody; 9-lower net orebody 盆系五通组地层之中,广泛发育厚100 200 m 的脉状 -网脉状和浸染状矿化,局部构成矿体图2,3。 赋矿地层自下而上为富镁质泥岩、白云质灰岩-含 铜胶黄铁矿、含铜胶黄铁矿-黄铁矿矿层、含铜胶黄铁 矿-重晶石-黄铁矿矿层、含薄层硅质岩-菱铁矿的白云 质灰岩,顶部分布有含硅质岩、黄铁矿矿层角砾的白云 质灰岩角砾岩图2,3。 水竹岭铜-铁-金-硫矿床上部为层状块状硫化物 矿体,下部为浸染状、细脉状和网脉状硫化物矿化或矿 体图2,3。 矿床自下而上为硅质矿石、含碎屑角砾的 含铜黄铁矿矿石、胶状-细粒-中粗粒含铜黄铁矿矿石、 黄铁矿-重晶石矿石,呈现出明显的矿石垂直分带性。 金属矿物以胶黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿为主, 脉石矿物为白云石、方解石、石英和重晶石等。 矿石发 育微细层纹状-条纹条带状、角砾状和致密块状构造, 胶状结构、球状-似球状结构、变胶状晕圈-同心环带 状、变余胶状结构等沉积碎屑结构。 其中,微细层纹状 构造主要表现为胶状-细粒-微细粒黄铁矿、磁黄铁矿 与白云石、方解石、石英、重晶石等矿物的相间排列图 4。 3摇 同位素地球化学 3郾 1摇 硫同位素 作者对水竹岭铜-铁-金-硫矿床层状和脉状不 同类型矿石中的胶黄铁矿、细晶-粗晶黄铁矿和重 晶石进行了系统取样和测试分析,样品硫同位素分 析结果见表 1。 在上部层状矿石中,重晶石 啄34S 值 19郾 9译。 在上部层状和下部脉状矿石中,不同结晶 程度黄铁矿的 啄34S 值范围为0郾 9译 6郾 4译,平均 值为4郾 13译。 其中,上部层状矿石中黄铁矿 啄34S 值范围为0郾 9译 5郾 8译,平均值为3郾 67译;下部 脉状矿石中黄铁矿 啄34S 值范围为3郾 2译 6郾 4译, 平均值为4郾 83译,明显大于上部层状矿体中硫化 物的 啄34S 值啄34S3郾 67译。 在各种类型矿石中, 粗晶黄铁矿 啄34S 值范围为1郾 5译 6郾 4译,平均值 为4郾 43译;细晶黄铁矿 啄34S 值范围为3郾 3译 5郾 8译,平均值为4郾 58译;胶黄铁矿 啄34S 值范围为 0郾 9译 2郾 7译,平均值为1郾 8译。 上部层状块状硫化物矿石中重晶石的 啄34S 值 与海水 啄34S 值比较相近,指示矿床为沉积成因。 胶 黄铁矿和细晶-粗晶黄铁矿 啄34S 值变化于 0译左右, 与深源硫比较接近,又反映矿床的硫同位素具有深 源和浅源混合来源的特征。 从下部脉状-网脉状矿化体到上部层状块状 矿体,从粗晶黄铁矿到细晶黄铁矿至胶黄铁矿,啄34S 值逐渐降低。 又呈现出明显的垂向演化规律,与西 班牙 Tharsis 矿区块状硫化物矿床下部网脉状矿石 与上部层状硫化物矿石的硫同位素组成与垂向变化 17 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李红阳等安徽水竹岭铜-铁-金-硫矿床同位素地球化学特征摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 图3摇 水竹岭矿床实测剖面图 Fig郾 3摇 The section of the Shuizhulin deposit 1-下部脉状矿化体; 2-上部层状矿体; 3-重晶石;4-硅质岩;5-角砾岩;6-石炭系黄龙组; 7-泥盆系五通组 1-lower net orebody; 2-upper massive or layered orebody; 3-barite;4-silicalite; 5-breccia; 6-garboniferous Huanglong ation; 7-Devonian Wutong ation 图 4摇 水竹岭矿床黄铁矿-重晶石矿石 白色-重晶石,灰色-黄铁矿 Fig. 4摇 Pyritegray-baritewhite ore of the Shuizhulin deposit 相吻合 Kase,1996,反映了与矿床上部层状矿体、 下部脉状矿体的双层结构相对应的硫同位素二元结 构特点。 3郾 2摇 碳、氧同位素 作者对水竹岭矿床碳、氧同位素进行了取样测 试分析,下部脉状矿体中方解石和上部层状矿体白 云石以及含矿碳酸盐岩方解石和白云石的碳、氧同位 素分析结果见表 2。 下部脉状矿体中方解石的 啄18 OSMOW值为13郾3译,啄13CPDB值为 1郾2译;上部层状矿石 白云石的 啄18OSMOW值为14郾1译,啄13CPDB值为2郾2译;层 状矿体顶板碳酸盐岩方解石和白云石的啄18OSMOW值介 于17郾1译 26郾8译,平均值为21郾76译,啄13CPDB值介 于-3郾7译 2郾1译, 平均值为-0郾32译。 水竹岭矿床岩矿石的碳同位素组成具有重碳同位 素的特征,与海相碳酸盐岩啄13CPDB值0译左右和含盐 热卤水啄13CPDB值-2 3译碳同位素较为吻合。 水竹岭矿床下部脉状矿石和上部层状矿石的 啄18OSMOW值为13郾 3译 14郾 1译,与原生碳酸岩的 氧同位素组成较为接近,而层状矿体顶板岩石 啄18 OSMOW平均值21郾 76译,明显为沉积碳酸盐来源。 不同类型矿石的碳、氧同位素组成,反映水竹岭 矿床的形成具有成矿热液充填交代和热水沉积混合 作用的特征丁悌平等,1994。 3郾 3摇 铅同位素 作者系统采集了水竹岭铜-铁-金-硫矿床铅同 位素样品,上部层状矿体和下部脉状矿体或矿化岩 石中黄铁矿的铅同位素分析结果见表 3,铅同位素 组成表现以下两个方面。 1 不同类型岩矿石之黄铁矿206Pb/ 204Pb 值范 围为 17郾 9933 18郾 2877,207Pb/ 204 Pb 值 范 围 为 15郾 4824 15郾 5549,208Pb/ 204Pb 值范围为 38郾 0539 38郾 2743,具有深源铅特征。 27 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 地质与勘探摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2010 年 表 1摇 水竹岭矿床硫同位素组成/10-3 Table 1摇 Sulfur isotopic compositions/10-3of the Shuizhulin deposit 序号样号岩石名称产出部位测定矿物啄34SVCDT 1SZLP-5-1含重晶石团块胶黄铁矿上部层状矿石重晶石19郾 9 2SZLP-5-2含重晶石团块胶黄铁矿上部层状矿石胶黄铁矿0郾 9 3SZL域-21-1含粗晶黄铁矿胶状黄铁矿上部层状矿石粗晶黄铁矿1郾 5 4SZL域-21-2含粗晶黄铁矿胶状黄铁矿上部层状矿石胶黄铁矿2郾 7 5SZL域-17中细粒块状黄铁矿上部层状矿石细晶黄铁矿3郾 3 6SZL域-19含石英团块中细晶黄铁矿上部层状矿石细晶黄铁矿4郾 1 7SZL域-20含粗晶块状细晶黄铁矿上部层状矿石细晶黄铁矿4郾 8 8SZL域-23钙泥质胶结黄铁矿角砾上部层状矿石细晶黄铁矿4郾 9 9SZL域-18-1含粗晶块状细晶黄铁矿上部层状矿石粗晶黄铁矿5郾 0 10SZL域-18-2含粗晶块状细晶黄铁矿上部层状矿石细晶黄铁矿5郾 8 11SZL域-15-2中粗晶石英黄铁矿脉下部脉状矿石粗晶黄铁矿3郾 2 12SZL域-9粗晶黄铁矿脉下部脉状矿石粗晶黄铁矿3郾 2 13SZL域-12含中粗晶黄铁矿细脉石英砂岩下部脉状矿石粗晶黄铁矿3郾 7 14SZL域-3绢云母化细砂岩下部脉状矿石粗晶黄铁矿6郾 2 15SZL域-4含黄铁矿绢云母化细砂岩下部脉状矿石粗晶黄铁矿6郾 3 16SZL域-7含细粒黄铁矿脉粉砂岩下部脉状矿石粗晶黄铁矿6郾 4 17平均值上部层状矿石上部层状矿石黄铁矿3郾 67 18平均值下部脉状矿石下部脉状矿石黄铁矿4郾 83 摇 摇 下部脉状矿石是指下部脉状、网脉状、浸染状矿石。 样品由中国地质科学院矿产资源研究所稳定同位素实验室完成,采用稳定同位素气体 质谱法测定MAT-252,使用标样为 LTB。 表 2摇 水竹岭矿床碳、氧同位素组成/10-3 Table 2摇 Carbon and oxygen isotopic compositions/10-3of the Shuizhulin deposit 序号样号岩石名称产出部位测试矿物啄13CPDB啄18OPDB啄18OSMOW 1SZL域-24白云质泥质胶结角砾岩矿层顶板白云石-3郾 7-3郾 926郾 8 2D578-8砂质白云岩矿层顶板白云石0郾 9-6郾 124郾 6 3SZL域-26含生物碎屑大理岩化灰岩矿层顶板方解石2郾 1-9郾 321郾 4 4D580-1大理岩矿层顶板方解石-1郾 4-11郾 618郾 9 5SZL域-25角砾大理岩化灰岩矿层顶板方解石0郾 5-13郾 417郾 1 6SZLP-9-1白云质胶结角砾岩上部层状矿石白云石2郾 2-16郾 414郾 1 7D579-4方解石脉下部脉状矿石方解石1郾 2-17郾 113郾 3 摇 摇 样品由中国地质科学院矿产资源研究所稳定同位素实验室完成。 表 3摇 水竹岭矿床主要岩矿石铅同位素组成/10-3 Table 3摇 Lead isotope compositions/10-3of major ore-bearing rock and ore of the Shuizhulin deposit 序号样品号岩性产出部位 206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb 1SZLP-3-1含粗晶黄铁矿胶状黄铁矿上部层状矿石17郾 993315郾 482438郾 0539 2SZLP-3-2含粗晶黄铁矿胶状黄铁矿上部层状矿石18郾 196715郾 554938郾 3035 3SZLII-18-1含粗晶块状细晶黄铁矿上部层状矿石18郾 042515郾 484238郾 0582 4SZLII-18-2含粗晶块状细晶黄铁矿上部层状矿石18郾 044215郾 486738郾 0772 5SZLII-4含黄铁矿绢云母化细砂岩下部脉状矿石18郾 233615郾 529638郾 204 6SZLII-9粗晶黄铁矿脉下部脉状矿石18郾 161715郾 513638郾 2041 7SZLII-13含细晶黄铁矿细脉细砂岩下部脉状矿石18郾 213515郾 511238郾 2331 8SZLII-16含细晶黄铁矿结核粉砂质泥岩下部脉状矿石18郾 287715郾 543638郾 2743 9平均值上部层状矿石上部层状矿石18郾 069215郾 502038郾 1232 10平均值下部脉状矿石下部脉状矿石18郾 224115郾 524538郾 2289 摇 摇 样品由中国地质科学院地球物理地球化学研究所VG-354 测试,采用 Dowex-1 阴离子树脂交换法测定,使用标样为 NBS-982。 37 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李红阳等安徽水竹岭铜-铁-金-硫矿床同位素地球化学特征摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2 下部脉状矿石和矿化岩石中黄铁矿的 206Pb/204Pb 平均值为 18郾 2241,207Pb/204Pb 平均值为 15郾 5245,208Pb/ 204Pb 平均值为 38郾 2289;上部层状矿 石中 黄 铁 矿 的206Pb/ 204 Pb 平 均 值 为 18郾 0692, 207Pb/204Pb 平均值为 15郾 5021,208Pb/204Pb 平均值为 38郾 1232。 从下部脉状岩矿石到上部层状矿体,黄铁矿 的206Pb/ 204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值逐渐降 低,呈现出明显的垂向变化特征,反映了在成矿过程 中以幔源为主的壳幔源物质混合的特征。 4摇 结论与讨论 1 水竹岭铜-铁-金-硫矿床具有明显的双层 结构,上部为整合的层状硫化物矿层,下部为脉状网 脉状硫化物矿化体;与矿床的双层结构和矿石垂 向分带相对应,同位素地球化学特征表现出明显的 垂向变化和二元结构特征,反映了海底热水喷流沉 积块状硫化物矿床的结构分带特征。 2 顶 部 层 状 矿 石 中 重 晶 石 的 啄34S 值 19郾 9译。上部层状矿石中黄铁矿的 啄34S 值范围为 0郾 9译 5郾 8译,平均值为3郾 67译;下部脉状矿石 中黄铁矿的 啄34S 值范围为3郾 2译 6郾 4译,平均值 为4郾 83译。 粗晶黄铁矿的 啄34S 值范围为1郾 5译 6郾 4译,平均值为4郾 43译;细晶黄铁矿的 啄34S 值范 围为3郾 3译 5郾 8译,平均值为4郾 58译;胶黄铁矿 啄34S 值范围为0郾 9译 2郾 7译,平均值为1郾 8译。 从下部脉状矿石到上部层状矿石,从粗晶到细晶至 胶状,啄34S 值逐渐降低,反映海底热水喷流沉积块状 硫化物矿床的硫同位素组成和垂向变化特点。 3 下部脉状矿体中方解石的 啄18O 值为 13郾 3译,啄13C 值为 1郾 2译,上部层状矿石白云石的 啄18O 值为14郾 1译,啄13C 值为 2郾 2译,指示海底热水 喷流沉积成因。 4 下部脉状矿石和矿化岩石中黄铁矿的 206Pb/204Pb 、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值分别为 18郾 2241、15郾 5245 和 38郾 2289;上部层状矿石中黄铁 矿的206Pb/ 204Pb 、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值分 别为 18郾 0692、15郾 5021 和 38郾 1232。 从下部脉状矿 体矿 化 岩 石 到 上 部 层 状 矿 体, 黄 铁 矿 的206Pb/ 204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 平均值降低, 反映海底 热水喷流沉积块状硫化物矿床的铅同位素组成和垂 向变化特点。 综上所述,地质特征和同位素地球化学特征反 映水竹岭铜-铁-金-硫矿床的上部层状矿体与下部 脉状网脉矿体为块状硫化物矿床的典型双层结构和 同位素地球化学的二元结构性,属于海底热水喷流 沉积块状硫化物矿床,揭示了块状硫化物矿床的二 元结构性。 [References] Chu Guo-zheng, Huang Xu-chen郾 1993郾 A study on metallogenic pat鄄 terns of mineral deposits in Tongling district,Anhui province [J]郾 Geology and Exploration, 292 1-6 Ding T P , Jiang S Y郾 1994郾 Silicon isotope geochemistry [M]. 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The 啄34values of barite in the upper strati ore beds ranged from 19郾 9译. The 啄34S values of pyrite in the upper strati ore beds ranged from 0郾 9 to 5郾 8译, that of pyrite in the lower disseminated-veinlet ores3郾 2 to6郾 4译. The 啄18Oof calcite in the lower disseminated-veinlet ores was 13郾 3译, the 啄13C of that being 1郾 2译郾 The 啄18O of dolomite in the upper strati ore beds was 14郾 1译, the 啄13C of that being 2郾 2译郾 The average 206Pb/204Pb、207Pb/204 Pb、208Pb/ 204Pb of pyrite in the lower disseminated-veinlet ores were 18郾 2241、15郾 5245、38郾 2289 respectively; The average206Pb/204Pb、207Pb/204 Pb、208Pb/ 204Pb of pyrite in the upper strati ore beds were 18郾 0692、15郾 5020、38郾 1232 respectively郾 The average 啄34S、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208 Pb/ 204Pb of pyrite decrease gradually, with the average 啄18O and 啄13C increaseing progressively, from the lower disseminated-veinlet ores to the upper strati ore beds. The geological-isotope geochemical characteristics show the Shuizhulin Cu-Fe-S-Au deposit is of submarine sedimentary exhalative origin and two-member texture characteristics of the massive sulfide deposits. Key wordsCu-Fe-Au-S deposit, two-member texture, isotope geochemistry, Anhui Shuizhulin 57 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李红阳等安徽水竹岭铜-铁-金-硫矿床同位素地球化学特征摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇