粤东新寮岽铜多金属矿区钻孔深部矿体铜同位素研究_范飞鹏.pdf

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2017 年 7 月 July 2017 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 36,No. 4 420 -429 收稿日期 2016 -09 -01; 修回日期 2017 -02 -20; 接受日期 2017 -03 -20 资助基金 中国地质调查局广东厚婆坳铜锡多金属矿整装勘查区专项填图与技术应用示范之找矿预测模型构建与找矿预测 研究专题 12120114015701 ; 武夷山成矿带龙泉上杭地区地质矿产调查 DD20160037 作者简介 范飞鹏, 硕士, 高级工程师, 从事矿产资源调查评价、 岩石学与矿床学工作。E- mail fanfp1111163. com。 范飞鹏,肖惠良,陈乐柱, 等. 粤东新寮岽铜多金属矿区钻孔深部矿体铜同位素研究[ J] . 岩矿测试, 2017, 36 4 420 -429. FAN Fei- peng,XIAO Hui- liang,CHEN Le- zhu,et al. Copper Isotope Studies of a Deep Ore Body in the Xinliaodong Copper- Polymetallic Deposit,Eastern Guangdong Province[ J] . Rock and Mineral Analysis, 2017, 36 4 420 -429. 【DOI 10. 15898/j. cnki. 11 -2131/td. 201609010133】 粤东新寮岽铜多金属矿区钻孔深部矿体铜同位素研究 范飞鹏1,肖惠良1,陈乐柱1,李海立1,刘建雄2,邓中林2,李少斌3,林梗伟3,周霞3 1. 中国地质调查局南京地质调查中心,江苏 南京 210016; 2. 广东省佛山地质局,广东 佛山 528000;3. 广东省地质局第二地质大队,广东 汕头 515000 摘要 新寮岽铜多金属矿床是近年来粤东地区新发现的铜多金属矿床之一, 矿区位于东南沿海锡、 钨、 铜等 重要矿产发育地区, 成矿地质条件非常好。本文通过对矿体中黄铜矿的铜同位素研究表明, 其 δ65Cu 值 -0. 34‰ ~ 1. 37‰ 与斑岩型矿床的 δ65Cu 值基本一致, 成矿物质 Cu 主要来源于深部岩浆, 成矿流体显 示为中高温 250 ~420℃ 岩浆热液特征, Cu 的分馏与岩浆热液活动关系密切, 矿体的形成与成矿流体出溶 有关。铜同位素组成随深度增加有增高趋势, 能形成规模矿体。同时, 铜同位素可以直接指示热源的位置, 在热液流体石英脉出现的区域, 铜矿体 δ65Cu 值都低于 0, 在热液接触带、 特殊的赋矿围岩和构造作用部位铜 同位素值较高, 预示着主矿体的边缘或前锋, 是最为明显的找矿标志。 关键词 铜同位素; 粤东; 新寮岽铜多金属矿区; 铜矿体; 岩浆 中图分类号 O614. 121; O628文献标识码 A 华南地区是我国乃至全球大密度成矿区 [1 ] , 粤 东地区位于华南东南部, 是我国东南沿海锡、 钨、 铜、 铅锌矿产的重要产地, 发育有大量的锡、 钨、 铜、 银、 金等多金属矿床 点 。该地区出露震旦系、 寒武 系、 泥盆系、 石炭系、 二叠系、 三叠系、 侏罗系、 白垩系 及第四系 [2 ]。区内岩浆活动以中生代火山岩和花 岗岩为主 [3 -6 ], 形成了遍及全区的火山 - 侵入杂岩, 这些中生代岩浆活动与区内的钨、 锡、 铜、 金、 铅、 锌 等矿产有着密切的成因联系 [3, 7 -11 ]。区内断裂构造 主要由北东向海丰丰顺超岩石圈断裂带、 莲花山 断裂带、 东西向佛冈丰良断裂带和北西向绕平 大埔断裂带组成, 这些断裂带的交汇部位以及与之 相关的次级断裂系统控制着该地区中新生代岩体、 盆地和矿产的空间展布。 近年来随着国家对该地区资金的大力投入, 发 现了多处铜、 锡、 钨、 银、 金等找矿线索和矿产地。新 寮岽铜多金属矿床就是近年来广东省地质局第二地 质大队通过地质矿产调查工作新发现的一个矿床。 该矿床处于预调查阶段, 研究程度低, 除了本课题组 和王小雨等 [11 -12 ]对该地区成矿岩体进行了有限的 研究外, 未见关于铜同位素的研究报道。矿区与成 矿关系密切的石英闪长岩成岩年龄为 161 1 Ma, 其成矿演化经历了热液期 3 个阶段和表生期, 与黄 铜矿关系密切的硫大多来自深部岩浆, 有少量来自 围岩沉积地层, 矿床成因类型为斑岩型 [11 ]。矿区深 部已进行了多个钻孔验证, 发现了多条铜矿体, 但对 铜矿体的空间产出特征等还处于未知, 矿体中的成 矿物质来源、 铜同位素组成是否与岩浆热液有关等 问题均为未知。 铜属于第四周期ⅠB 族元素, 在自然界中有 2 个稳定同位素 65Cu 和63Cu, 分别占自然界中铜元 素的 30. 83和 69. 17[13 ]。由于当时分析测试手 段的限制, 铜同位素测试技术尚不成熟, 对铜同位素 的研究相对滞后, 人们常用与铜地球化学性质类似 024 ChaoXing 的铅同位素间接示踪成矿金属 Cu 的来源。学者们 不断通过更新铜同位素化学前处理、 分析技术方法 和仪器 [14 -20 ], 特别是高精度仪器如 MC - ICP - MS 的出现 [21 -24 ], 对铜锌的同位素组成的研究上取得了 突破, 可以直接测试含铜矿物的铜同位素, 利用铜同 位素特征示踪成矿物质的来源, 同时也克服了铅同 位素间接示踪的不确定性。随着高质量的铜同位素 数据完善, 越来越多的数据已经证实自然界铜同位 素组成的变化较大 [21 -31 ]。铜同位素的分馏受岩浆 1第四纪冲积层;2早侏罗世上龙水组;3三叠世侏罗世银屏山组;4晚侏罗世中粒斑状黑云母二长花岗岩; 5晚侏罗世中粒 - 粗粒斑状 黑云母花岗岩;6晚侏罗世花岗闪长斑岩;7石英斑岩;8采样钻孔位置及编号;9同位素样位置及编号;10地质界线;11断层及裂隙。 图 1新寮岽铜多金属矿区地质简图 据文献[ 9] 和作者实测资料修编 Fig. 1Simplified geological map of the Xinliaodong copper- polymetallic ore district Modified after Literature[ 9] ; measured data by author - 热液过程、 流体混合等过程的影响, 利用铜同位素 的变化可以直接示踪金属铜的聚集、 运移及沉淀过 程 [32 -33 ]。近年来铜同位素的研究获得了较大的进 展 [34 -37 ],主 要 应 用 于 矿 床 学 研 究[32, 34 -41 ]、找 矿 [32, 38, 42 ]和考古方面[43 -44 ], 这些进展也为本课题组 开展新寮岽通多金属矿床的铜同位素研究提供了理 论支持。本文拟通过新寮岽通多金属矿床的铜同位 素研究, 尝试探讨矿区含铜金属硫化物矿床的成矿 物质来源、 形成机理和矿床成因等。 1矿床地质概况 矿区位于粤东梅州市丰顺县与揭阳市揭东县交 界处 图 1a , 矿区大地构造位置位于南岭东西向构 造岩浆带和中国东南沿海火成岩带的交汇部 位 [9 -10 ], 处于东南沿海火山岩成矿带 Ⅲ级成矿带 的南西段, 受北东向莲花山断裂带和普宁潮州断 裂带控制 图 1b 。矿区出露地层主要为晚三叠世 晚期早侏罗世早期、 早侏罗世早期和第四纪地层 图 1c , 其中晚三叠世晚期早侏罗世早期银瓶山 124 第 4 期范飞鹏, 等 粤东新寮岽铜多金属矿区钻孔深部矿体铜同位素研究第 36 卷 ChaoXing 组为铜矿体的赋矿围岩之一, 岩性以长石石英砂岩、 粉砂岩为主, 夹含泥砾砂岩、 粉砂岩、 泥岩和炭质泥 岩; 早侏罗世早期上龙水组岩性以粉砂质泥岩、 泥质 粉砂岩与含炭质页岩和泥岩为主, 夹少量细砂岩、 含 砾砂岩; 第四纪地层岩性主要为砂砾、 含砾砂和含砂 黏土等, 与下伏地层呈角度不整合接触。 区内岩浆活动强烈, 主要出露燕山期花岗岩类。 晚侏罗世中粒斑状黑云母二长花岗岩和晚侏罗世中 粒 - 粗粒斑状黑云母花岗岩主要出露在矿区东南 角; 晚侏罗世花岗闪长斑岩分布在矿区中部, 出露面 积较大, 为区内铜矿体的赋矿围岩之一。此外, 在矿 区的中部见有几条晚期石英斑岩岩脉。根据钻孔中 各个期次的岩浆侵入关系来看, 深部均以黑云母花 岗岩为主, 上覆盖层为地层、 石英闪长岩、 花岗闪长 斑岩和黑云母二长花岗岩, 铜矿体多赋存在岩体与 等围岩接触带、 裂隙或破碎带中。 a石英闪长岩中黄铜矿; b泥岩中黄铜矿; c粉砂岩中黄铜矿; d石英脉中黄铜矿。 图 2各类赋矿围岩中的黄铜矿 Fig. 2Chalcopyrites in the all kinds of ore- bearing rocks 矿区处于区域性北东向莲花山断裂构造带和普 宁潮州断裂带夹持部位, 矿区以近东西向断裂为 主, 少量北东向和北西向断裂, 其中近东西向断裂和 北东向断裂是区内主要的矿化蚀变构造。 矿区地表已发现 11 条规模较大的铜多金属矿 化蚀变破碎带, 受北东东压扭性断裂控制, 呈脉状, 近平行排列, 出露长 100 ~ 1000 m, 宽 0. 4 ~ 7. 5 m, 走向 NEE, 倾向 NNW, 倾角 75 ~89。 深部发现的铜矿体有 8 条, 矿化体 6 条, 铜矿体 多赋存在石英闪长岩等围岩的裂隙或破碎带中, 矿 体视厚度 3. 8 ~ 83. 5 m, Cu 品位 0. 44 ~ 5. 49, Ag 品位 1. 70 ~73. 2 g/t。矿石为黄铜矿、 黄铁矿碎 裂岩、 角砾岩, 黄铜矿多呈细脉状、 浸染状和团块状, 赋矿围岩为石英闪长岩 图 2a 、 泥岩 图 2b 、 粉砂 岩 图 2c 和石英脉 图 2d 。 区内围岩蚀变主要有硅化、 绢云母化、 绿泥石 化、 电气石化、 黄铁矿化、 褐铁矿化, 局部见到云英岩 化、 绿帘石化、 黄铜矿化和绢英岩化, 硅化和绿泥石 化最为强烈和普遍。其中绿泥石化与成矿关系密 切, 蚀变强的部位矿化亦较强 [12 ]。 224 第 4 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2017 年 ChaoXing 2样品采集和分析方法 用于 开 展 铜 同 位 素 测 试 的 样 品 采 自 钻 孔 ZK2 -1、 ZK2 -2、 ZK4 -2 和 ZK6 -2 中铜矿较为富 集地段 图 1c 。样品均选自新鲜手标本, 将采集的 样品粉碎至粒度 40 ~80 目, 在双目镜下挑选分离出 黄铜矿, 经 X 射线衍射进行矿物学研究确定最终矿 物。样品的矿物围岩、 取样位置等见表 1。除了 ZK6 -2 - TW1 和 ZK6 -2 - TW2 委托广州澳实分析 监测有限公司完成测试外, 其余铜同位素样品测试 实验在美国亚利桑那大学完成。 样品前处理 在超净实验室进行 Cu 的溶解、 淋 洗等化学处理。称量约 0. 5 g 黄铜矿, 用硝酸完全 溶解后, 置于加热板上低温烘干; 转换为盐酸介质 后, 在阴离子交换树脂上用 6 mol/L 盐酸 0. 001 双氧水作为淋洗液, 将 Cu 淋洗出来。详细化学处 理流程见文献[ 20, 45 -46] 。 质谱测试 在 Nu Plasma HR 型多接收器电感耦 合等离子体质谱仪 MC - ICP - MS 上进行测试。将 待测样品用2的超纯硝酸溶解作为进样介质, 进样 浓度为200 μg/L EPA 。标准样品选择 NIST 976, 采 用 “标样 -样品 - 标样” 交叉法进行仪器质量歧视校 正和同位素分馏校正。铜同位素的测定结果以样品 相对于国际标准物质 NIST 976 的千分偏差表示, 即 δ65Cu ‰ [ 65Cu/63Cu sample 65Cu/63Cu NIST 976 -1]1000 测试精度为 0. 15‰, 详细测试方法可参考 文献[ 45 -46] 。 3结果与讨论 3. 1黄铜矿铜同位素分析结果 测试得到的 14 件样品的铜同位素组成见表 1。 分析结果表明, 新寮岽矿床不同类型的矿石中黄铜 矿的 δ65Cu 值分布范围较宽。当赋矿围岩是泥岩 时, 黄铜矿的 δ65Cu 值偏高 1. 37‰ ; 当围岩为石 英闪长岩时, 黄铜矿的 δ65Cu 值在 0. 23‰ ~ 0. 50‰之 间, 粉 砂 岩 中 黄 铜 矿 的 δ65Cu 值 在 0. 07‰ ~ 0. 29‰之间, 而石英脉中黄铜矿的 δ65Cu值均为负值 -0. 34‰ ~ -0. 01‰ 。 3. 2铜同位素来源及分馏特征讨论 3. 2. 1铜的来源探讨 矿区黄铜矿的 δ65Cu 值范围为 - 0. 34‰ ~ 1. 37‰, 范围总体较宽且偏多正 表 1, 图 3, 图 4 , 与 斑 岩 型 矿 床 的 δ65Cu 值 - 1. 29‰ ~ 2. 98‰ [29, 31 -32, 46 -47 ]基本一致。泥岩中的黄铜矿 具有相对高的 δ65Cu 值 1. 37‰ ; 石英闪长岩中 的黄铜矿的 δ65Cu 值为 0. 23‰ ~ 0. 495‰; 粉砂 岩中的黄铜矿的 δ65Cu 值为 0. 07‰ ~ 0. 29‰; 石英 脉 中 的 黄 铜 矿 的 δ65Cu 值 为 - 0. 34‰ ~ -0. 01‰, 范围较窄, 均为负值 表 1, 图 4 。矿区 黄铜矿的 δ65Cu 值范围比驱龙斑岩型铜矿的 δ65Cu 值范围 [32 ]更宽, 大多与岩浆岩有关的高温热液黄铜 矿 [26 ]范围一致。与不同地质体的同位素组成的对 比表明 图 3 , 矿区与花岗岩的铜同位素组成范围 相同 约 - 0. 5‰ ~ 0. 5‰ [25 -27 ], 落在花岗岩的 同位素范围 [48 ]之内, 而与氧化矿石、 海洋沉积物、 生 物和有机材料、 沉积型矿床、 低温热液矿床的铜同位 表 1新寮岽矿区不同赋矿围岩中黄铜矿的铜同位素组成 Table 1Cu isotope composition of chalcopyrite in ore- bearing rocks from the Xinliaodong deposit region 样品编号围岩采样位置 mδ65Cu ‰ ZK2 -1 - TCU001石英闪长岩ZK2 -1 深度 227.500.40 ZK2 -2 - TCU002石英闪长岩ZK2 -2 深度 247.010.23 ZK2 -2 - TCU004石英闪长岩ZK2 -2 深度 265.190.46 ZK6 -2 - TW1石英闪长岩ZK6 -2 深度 208.100.47 ZK6 -2 - TW2石英闪长岩ZK6 -2 深度 219.760.50 ZK2 -1 - TCU002石英闪长岩、 石英脉ZK2 -1 深度 337.06-0.01 ZK2 -2 - TCU001石英闪长岩、 石英脉ZK2 -2 深度 244.90-0.18 ZK2 -2 - TCU003石英闪长岩、 石英脉ZK2 -2 深度 251.54-0.28 ZK4 -2 - TCU002粉砂岩、 石英脉ZK4 -2 深度 193.72-0.34 ZK4 -2 - TCU006石英脉ZK4 -2 深度 245.30-0.02 ZK4 -2 - TCU001粉砂岩ZK4 -2 深度 185.050.25 ZK4 -2 - TCU003粉砂岩ZK4 -2 深度 220.800.29 ZK4 -2 - TCU004粉砂岩ZK4 -2 深度 223.430.07 ZK4 -2 - TCU005泥岩ZK4 -2 深度 229.351.37 324 第 4 期范飞鹏, 等 粤东新寮岽铜多金属矿区钻孔深部矿体铜同位素研究第 36 卷 ChaoXing 数据来源于文献[ 24 -30, 32, 47 -54] 。 图 3矿区黄铜矿和其他地质体的铜同位素组成对比 Fig. 3Cu isotope ratio of chalcopyrite in Xinliaodong and other geological bodies 素组成相差较大 图 3 。说明 Cu 部分来自深部 岩浆。 已有学者 [55 -56 ]对西藏驱龙斑岩型矿床研究后 发现, 含矿斑岩和矿石硫化物具有相近的硫同位素 组成。新寮岽矿区 ZK4 - 2 钻孔 185 ~ 245. 3 m 段 内黄铜矿的 δ34S 值为 - 1. 6‰ ~ - 0. 7‰, 均值为 -1. 18‰, 全岩的 δ34S 值为 -0. 9‰ ~ 0. 6‰, 均值 为 -0. 16‰ 数据据王小雨 [11 ]统计 , 具有岩浆硫的 组成特点, 表明硫主要来自岩浆。ZK6 -2 钻孔 218 ~220 m 段内石英闪长岩中黄铜矿和黄铁 δ34S 值为 7. 9‰和 4. 9‰[11 ], 也与岩浆相同, 与 ZK4 -2 略 有不同。 因此, 本研究认为成矿金属 Cu 可能主要来自 深部岩浆, 能够证实推测的 Cu 的来源与实际地质 相符, 说明利用铜同位素组成是可以判断成矿金属 来源的。由于该矿区深部探索刚刚开始, 全区的铜 同位素测试数据并不全面, 受到数据量和当前铜同 位素的研究程度限制, 今后还得继续加强研究。 3. 2. 2铜同位素的分馏 影响铜同位素分馏可能的因素为气 - 液分离、 多 级 平 衡 过 程、氧 化 还 原 和 生 物 作 用 等 [23, 26 -27, 29, 32, 57 -58 ]。所 有 样 品 都 位 于 钻 孔 深 部 表 1 , 远离次生氧化带之下, 采取的样品新鲜、 未 受后期氧化作用影响, 因此氧化 - 还原作用基本无 图 4新寮岽矿区不同围岩黄铜矿的铜同位素组成变化 Fig. 4Variety in Cu isotope ratio of chalcopyrite from various stages in Xinliaodong deposit region 影响。根据本课题组研究结果显示, 新寮岽矿区流 体包裹体均一温度显示温度主要分布在 250 ~ 420℃区间, 其中 ZK4 -2 钻孔 186 m 中见含子晶的 包裹体, 该包裹体的均一温度为 291℃, 盐度为 12. 96NaCl, 密度为 0. 86 g/cm3, 具有中高温、 中盐 度、 CH4含量较高等特征。 成矿流体的早期出溶压力较高, 出溶的流体主 要为低密度的富气相 [59 ], 有些矿脉的形成与该压力 下流体的卸载相关, 新寮岽矿区估算的均一压力环 境 60 106~100 106Pa 与成矿流体的早期出溶 压力环境相似。 在有岩浆热液活动的地段, Cu 明显呈现出负 值, 高温岩浆 - 热液过程中氧化 - 还原作用对铜同 位素分馏的影响较大, 氧化使得 δ65Cu 富集, 还原导 致 δ65Cu 亏损 [27, 49, 51, 53, 60 ]。拉曼光谱分析显示, 新寮 岽矿区 ZK4 - 2 钻孔样品中的 CH4含量较高, 为还 原环境, 说明还原环境是导致65Cu 亏损的主要原因。 ZK4 -2 - TCU005 钻孔样品的 δ65Cu 值突高, 说明该 处曾经经历了较强的氧化作用, 可能是导致流体 δ65Cu值增高的一个主要因素。 总体来说, 新寮岽矿区成矿流体显示为中高温 岩浆热液特征, Cu 的分馏与岩浆热液活动关系密 切, 矿化与成矿流体的出溶关系密切。 3. 2. 3铜同位素分带特征 铜矿区的铜同位素组成在时空分布方面也具有 分带性。时间上, 从早期到晚期 δ65Cu 值呈增高的 趋势 [26, 31 -32 ]; 空间上, 也具有分带性。Maher 等[61 ] 对 Grasberg 矿区黄铜矿的 δ65Cu 值分带特征研究发 424 第 4 期 岩矿测试 http ∥www. ykcs. ac. cn 2017 年 ChaoXing 现, 随着与侵入体中心距离的增加, δ65Cu 值表现出 降低的趋势。根据表 1 中可以看出, 新寮岽矿区随 深度增加, 铜同位素呈现出逐渐增高的趋势, 在热液 流体石英脉出现的区域, 铜矿体的 δ65Cu 值都低于 0, 当矿化发生在围岩为石英闪长岩、 粉砂岩和泥岩 的地段, δ65Cu 值都较高, 矿化强度也较大, 均能形成 规模矿体。这种特征可能与成矿流体遇到构造部位 压力的突然释放有关, 岩体接触带、 石英闪长岩体、 粉砂岩和泥岩围岩预示着深部主矿体的边缘或前 锋。因此, δ65Cu 值在空间上的变化可以直接指示热 源的位置, 特殊围岩、 构造作用和岩体接触带可以作 为该类矿床的直接找矿标志。 4结论 新寮岽矿区的探索研究刚刚展开, 铜同位素作 为一种新方法, 用来研究斑岩型铜矿成矿金属来源 已被较多学者运用, 本文采用该方法对新寮岽铜多 金属矿进行了成矿特征和找矿预测研究, 虽然目前 还缺乏矿区系统的铜同位素数据, 但结合流体包裹 体和野外宏观地质事实仍然可以得出以下结论。 1 新寮岽矿区黄铜矿的 δ65Cu 值为 - 0. 34‰ ~ 1. 37‰, 总体较宽且偏多正, δ65Cu 值分布范围 与斑岩型矿床的 δ65Cu 值一致, 也与岩浆有关的高 温热液黄铜矿相似, 表明成矿物质 Cu 可能主要来 源于深部岩浆, 与前人研究成果一致。 2 新寮岽矿区成矿流体显示为中高温岩浆热 液特征, 铜的分馏与岩浆热液活动关系密切, 矿化与 成矿流体的出溶有关。 3 新寮岽矿区铜同位素组成随深度增加, 铜 有增高的趋势, 形成规模矿体。 4 铜同位素值的变化可以直接指示热源的位 置, 在热液流体石英脉出现的区域铜矿体 δ65Cu 值 都低于 0, 热液接触带、 特殊的赋矿围岩和构造作用 部位铜同位素值均增高, 预示着主矿体的边缘或前 锋。热液接触带、 特殊的赋矿围岩和构造作用部位 也是最为明显的找矿标志。 致谢 本文在野外调查研究期间得到了广东省地质 局第二地质大队原队长刘石华和总工谢色新以及广 东省地质调查院同仁的帮助, 实验测试部分由美国 亚利桑那大学的 Mathur 完成, 中国地质调查局南京 地质调查中心宋世明博士在成文过程中提供了许多 珍贵资料, 在此一并表示衷心感谢 5参考文献 [ 1]毛景文, 谢桂青, 郭春丽, 等. 华南地区中生代主要金 属矿床时空分布规律和成矿环境[ J] . 高校地质学报, 2008, 14 4 510 -526. 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