西藏驱龙—甲玛—邦铺铜矿集区铅同位素地球化学示踪研究_应立娟.pdf

2016 年 5 月 May 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol．35，No． 3 320 ～328 收稿日期 2015 －09 －15; 修回日期 2016 －04 －25; 接受日期 2016 －05 －20 基金项目 中国科技部重大仪器专项 2011YQ050069 ; 国家自然科学青年基金资助项目 41302058 ; 中国地质大调查项目 12120114019401 作者简介 应立娟， 博士， 副研究员， 主要从事矿床学研究。E- mail biyuntian518 sina． com。 通讯作者 王阔， 硕士研究生， 主要从事矿床学研究。E- mail wangkuo cugb． edu． cn。 文章编号 02545357 2016 03032009 DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2016． 03． 016 西藏驱龙甲玛邦铺铜矿集区铅同位素地球化学示踪研究 应立娟1，王阔2*，王开建2 1． 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037; 2． 中国地质大学 北京 地球科学与资源学院，北京 100083 摘要 驱龙甲玛邦铺铜多金属矿集区是西藏冈底斯成矿带上的重要矿集区， 铜资源量超过 1500 万吨。 前人研究认为三个矿床成矿物质来源于岩浆， 但未讨论不同时代、 不同矿化的岩浆岩铅同位素与矿石铅同位 素组成的关系， 并缺乏从矿集区尺度来分析。本文通过分析已发表的矿石、 岩浆岩和地层铅同位素数据， 认 为驱龙、 甲玛、 邦铺矿床矿石铅与中新世含矿斑岩铅同位素特征基本一致， 区别于与成矿无关的岩浆岩铅同 位素组成。空间上， 从南西的驱龙， 至甲玛， 至北东的邦铺， 成矿年龄从老到新， 铅同位素演化规律明显， 放射 成因铅递增 矿石206Pb/ 204Pb 平均值 18． 521→18． 644→18． 684 。这种铅同位素地球化学特征不仅指示了成 矿物质来自岩浆， 并可区分与成矿有关和无关的岩浆岩， 同时指示了成矿期岩浆岩与成矿关系的密切程度。 关键词 铅同位素; 成矿物质来源; 驱龙甲玛邦铺; 铜矿集区 中图分类号 O614． 433文献标识码 A 西藏自治区铜资源丰富， 是西藏的重要优势矿 产之一 ［1 ］。冈底斯成矿带是我国目前最重要的铜 矿资源接续基地之一， 该带研究程度最高的区域集 中在拉孜县工布江达县， 长约 600 km， 宽约 90 km， 目前已经确定并评价的超大型矿集区有 5 个， 驱龙甲玛邦铺铜多金属矿集区就是其中之一， 铜资源量超过 1500 万吨 ［2 ］。关于斑岩铜矿成矿物 质的来源问题， 主要包括三种观点 岩浆来源、 围岩 来源和混合来源 ［3 －4 ］。针对矿集区内三个典型矿床 成矿物质来源问题， 前人已经利用稳定同位素、 流体 包裹体等开展了一些研究， 基本认为成矿物质来源 于岩浆 ［5 －8 ］， 其中铅同位素的特征指示矿石铅同位 素亦来源于岩浆 ［7， 9 －14 ］。但前人对岩浆岩的铅同位 素， 未区分不同时代的岩浆岩， 未考虑不同岩浆岩与 成矿的关系， 亦未区分矿石中不同硫化物的铅同位 素特征， 基本未考虑地层对矿石铅同位素组成的影 响， 并且缺乏从矿集区尺度来分析三个矿床铅同位 素组成之间的关系及其指示的地质意义。 铅同位素在矿床领域中用于示踪成矿物质来源 已得到广泛应用 ［15 －17 ］， 利用铅同位素数据进行直接 对比， 即把矿区内矿石和各类岩石铅同位素投影在 206Pb/204Pb －207Pb/204Pb 和206Pb/204Pb －208Pb/204Pb 图上， 分析各自的分布特征及关系， 是示踪成矿物质 来源最有效、 最直观的方法 ［17 ］。前人已累积了大量 的铅同位素数据， 但对铅同位素的地球化学特征的 解译还存在一些问题。本文拟重新利用并分析前人 已发表的数据， 重点通过剖析三个矿床矿石、 岩浆岩 和地层的铅同位素地球化学特征， 区分不同时代岩 浆岩、 不同岩性岩浆岩与不同矿化程度的岩浆岩， 重 视岩浆岩与成矿的关系， 区分不同硫化物的铅同位 素组成， 考虑地层对矿石铅同位素组成的影响， 以此 来探讨三个矿床铅同位素地球化学特征及其对物质 来源的指示， 并进一步探讨三个矿床物质来源的关 系， 有助于理解该矿集区内形成超大规模铜矿化的 成矿机制。 1矿床地质特征 驱龙甲玛邦铺铜矿集区位于南冈底斯念 青唐古拉 Cu、 Au、 Mo、 Fe、 Pb、 Zn、 Sb 成矿带 Ⅲ － 023 ChaoXing 43 东部 ［18 ］， 驱龙位于甲玛西约 30 km， 邦铺位于甲 玛北东约 30 km 图 1a 。矿集区地层主要为侏罗 纪白垩纪碎屑岩 － 碳酸盐岩 － 火山岩建造， 侵入 岩浆活动强烈， 发育中新世花岗质岩浆岩， Cu、 Mo、 Pb、 Zn、 Au、 Ag 等多金属富集成矿 ［2， 19 ］。 驱龙矿区内地层主要出露下 － 中侏罗统叶巴组 火山 －沉积岩 ［ 20 ］， 出露岩浆岩由老至新包括 中侏罗 世花岗斑岩、 中新世成矿前花岗闪长斑岩、 与成矿有 关的二长花岗斑岩、 成矿后的闪长玢岩等 ［ 5， 21 ］。矿区 地表圈定了5 个矿化体， 辉钼矿主要呈细脉状、 星点 状产出， 黄铜矿 －黄铁矿化为细脉浸染状、 细脉状、 星 点状 ［ 20， 22 ］。二长花岗斑岩侵位时代为 17． 7 0． 3 Ma［ 5 ］， 辉钼矿 Re － Os 年龄为 15． 82 0． 19 Ma ～ 16．85 0．19 Ma［ 23 ］， 指示成岩成矿时代为中新世。 甲玛矿区出露的地层以上侏罗统多底沟组 J3d 大理岩 灰岩 和下白垩统林布宗组 K1l 角 岩、 砂板岩为主 图 1b 。矽卡岩型矿体似层状， 产 于两者的层间构造带中， 发育 Cu、 Mo、 Pb、 Zn、 Au、 Ag 矿化。斑岩型矿体呈筒状， 含矿岩体为花岗斑岩、 二 长花岗斑岩和花岗闪长斑岩， 矿化以 Mo Cu 为主。 角岩型矿体位于矽卡岩型主矿体、 斑岩型矿体的顶 部， 呈筒状， 以 Cu、 Mo Au、 Ag 矿化为主。含矿斑岩 的成岩年龄为 15． 5 0． 1 Ma ～16． 04 0． 14 Ma， 辉 钼矿 Re － Os 年龄为 15． 03 0． 16 Ma ～15． 34 0． 1 Ma， 成岩成矿时代为中新世， 略年轻于驱龙 ［24 －26 ］。 邦铺矿区出露的地层主要有下二叠统洛巴堆组 P1l 灰岩和古新世典中组 E1d 。矿床由产出于 二长花岗斑岩中的 Mo Cu 矿体、 闪长玢岩中的 Cu Mo 矿体和产出于下二叠统洛巴堆组矽卡岩和 大理岩中的矽卡岩型 Pb、 Zn 矿体组成。二长花岗 斑岩 16． 23 0． 19 Ma、 闪长玢岩 15． 16 0． 09 Ma， 辉钼矿Re － Os 年龄为 14． 09 0． 49 Ma ～ 15． 32 0． 79 Ma， 成岩成矿时代为中新世， 略年轻于甲玛、 驱龙 ［8， 27 ］。 2铅同位素特征 对于前人已经发表的驱龙 38 个样品、 甲玛 24 个样品、 邦铺 46 个样品， 累计 108 组的铅同位素数 据进行汇总 ［9 －14， 29 ］ 见表 1 分析， 三个矿床分别具 有以下特征。 2． 1驱龙铅同位素特征 驱龙黄铜矿矿石铅和岩浆岩铅在206Pb/ 204 Pb － 207Pb/204Pb 和206Pb/204Pb －208Pb/204Pb 图上， 显示 一定的规律性 图 2a、 b 。①与成矿无关的侏罗纪 花岗斑岩铅同位素特征的206Pb/ 204Pb 值明显偏高， 高于铜矿石和其他岩浆岩的该比值， 207 Pb /204Pb 图 1驱龙甲玛邦铺铜矿集区地质简图 底图据文献［ 28］ 修编 Fig． 1Qulong － Jiama － Bangpu geological map Modified from Reference［ 28］ 1第四系; 2典中组 E1d; 3林布宗组 K1l; 4多底沟组 J3d; 5叶巴组 J1 －2y; 6洛巴堆组 P2l; 7其他地层; 8花岗斑岩石; 9正长花岗 岩;10黑云二长花岗岩; 11花岗闪长岩; 12闪长岩; 13石英闪长岩; 14角闪英云闪长岩; 15流纹斑岩; 16安山玢岩; 17辉绿玢岩; 18断层; 19矿床。 123 第 3 期应立娟， 等 西藏驱龙甲玛邦铺铜矿集区铅同位素地球化学示踪研究第 35 卷 ChaoXing 表 1矿集区铅同位素特征 Table 1Lead isotope characteristics of three deposits in this area 矿床 驱龙矿床甲玛矿床邦铺矿床 最小值最大值平均值变化性最小值最大值平均值变化性最小值最大值平均值变化性 矿石 206Pb/204Pb 18． 44318． 59118．5210．818．55718．75218．6441．0518．4518．8818．6842．331 矿石 207Pb/204Pb 15． 57615． 61515．5940．2515．59715．68615．630．5715．60915．82415．6771．377 矿石 208Pb/204Pb 38． 55738． 85738．7180．7838．90439．13538．9950．5938．71539．72639．1682．611 岩浆岩 206Pb/204Pb 18． 5118． 60818．5470．5318．62818．76518．6890．7418．74218．78918．7640．251 岩浆岩 207Pb/204Pb 15． 59515． 73315．6470．8815．61615．62615．620．0615．65615．70415．6740．307 岩浆岩 208Pb/204Pb 38． 68239． 15338．8591．2238．92438．99738．9550．1939．17839．29439．250．296 赋矿地层 206Pb/204Pb －－－－17．2817．3817．330．58－－－－ 赋矿地层 207Pb/204Pb －－－－15．2115．2515．230．26－－－－ 赋矿地层 208Pb/204Pb －－－－37．8437．9137．8750．18－－－－ 注 数据收集自文献［ 9 －14， 29］ 。 和208Pb/ 204Pb 值与矿石铅同位素较相似， 亦落在其他 岩浆岩比值范围内。②成矿前花岗闪长岩 19．5 Ma 及其中的闪长质包体 22． 2 Ma ［ 5 ］铅同位素特征与 矿石和其他岩浆岩亦明显不同， 206Pb/204Pb 值偏低， 但两者基本一致， 呈明显线性排列。③成矿期早期东 部二长花岗斑岩岩株铅同位素各个比值与铜矿石铅 同位素最相似， 指示成矿与二长花岗斑岩最相关， 杨 志明 ［ 5 ］亦认为该二长花岗斑岩是驱龙的成矿母岩。 同为成矿期的晚期东部二长花岗斑岩， 呈细小的岩枝 产出， 其铅同位素各个比值比铜矿石高， 与成矿的关 系没有早期东部二长花岗斑岩岩株密切。④成矿晚 期闪长玢岩铅同位素207Pb/ 204Pb 和208Pb/204Pb值均明 显高于铜矿石铅同位素， 但206Pb/ 204Pb值相似。⑤驱 龙矿石铅同位素特征与成矿期岩浆岩铅同位素最相 似， 与成矿前岩浆岩铅同位素明显不同， 铜矿石、 成矿 期岩浆岩与成矿晚期岩浆岩铅同位素呈一定的线性 分布。驱龙各岩浆岩铅同位素组成变化大， 其主要原 因可能是因为不同成分及不同时代的岩浆岩， 其铅同 位素组成不同， 故分析岩浆岩铅同位素特征时应该考 虑时代与成分的差异。 2． 2甲玛铅同位素特征 甲玛矿床中硫化物矿石铅、 岩浆岩铅和顶底板 围岩地层铅同位素组成， 在206Pb/ 204Pb －207Pb/204Pb 和206Pb/ 204Pb －208Pb/204Pb 图上， 三者整体上呈较明 显的线性关系 图 2c、 d 。甲玛矿石中各硫化物的 铅同位素特征稍有差别， 黄铜矿、 黄铁矿和铅锌矿的 铅同位素组成基本一致， 铅同位素各比值变化范围 小， 指示相对较为稳定。辉钼矿的铅同位素组成较 为不同， 虽然样品有限， 但其与上述硫化物未在相似 范围内。另外， 矿石全岩样品的铅同位素组成亦与 硫化物铅同位素主体有所差别， 各数值均偏低。矿 石铅同位素组成主要与成矿早期的花岗斑岩基本一 致， 而与顶底板围岩地层铅同位素差别大。底板的 侏罗纪岩地层铅同位素组成低于顶板白垩纪钙硅质 地层， 亦明显低于矿石与岩浆岩铅同位素。矿石铅 组成落在与岩浆岩铅与地层铅组成的两个端元之 间， 但更接近岩浆岩。矿石铅同位素特征指示其物 质来源于岩浆， 但可能受到较少地层铅同位素的 混入。 2． 3邦铺铅同位素特征 邦铺矿床中矿石铅和岩浆岩铅同位素组成， 在 206Pb/204Pb －207Pb/204Pb 和206Pb/204Pb －208Pb/204Pb 图上 图 2e、 f ， 变化较大， 但显示线性排列。矽卡 岩型矿石中方铅矿的铅同位素变化较大， 闪锌矿和 黄铁矿则较稳定。斑岩型矿石中黄铁矿铅同位素特 征与矽卡岩型中黄铁矿特征不同， 其比值均偏低。 斑岩型矿石中黄铜矿和辉钼矿铅同位素呈线性排 列， 均位于矽卡岩型矿石的左侧， 比值偏低。与成矿 223 第 3 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 有关的二长花岗斑岩 16． 23 Ma ［8 ］铅同位素组成 位于矽卡岩型矿石和斑岩型矿石的界线处， 靠近矽 卡岩型矿石一侧。与成矿无关的早期黑云母二长 花岗岩 60 ～ 70 Ma ［8 ］， 铅同位素组成207 Pb/204Pb 和208Pb/ 204Pb 较矿石和成矿期岩浆岩铅同位素组成 偏低， 偏离主趋势。 图 2驱龙甲玛邦铺矿集区铅同位素组成图 Fig． 2Lead isotope composition in Qulong- Jiama- Bangpu ore concentration area 323 第 3 期应立娟， 等 西藏驱龙甲玛邦铺铜矿集区铅同位素地球化学示踪研究第 35 卷 ChaoXing 驱龙甲玛邦铺矿集区中矿石和与成矿有关 斑岩铅同位素组成特征 图 2g、 h ， 表明三个矿床的 矿石铅和含矿斑岩铅同位素组成基本相似， 邦铺矽 卡岩型矿石的铅比值稍高， 且三个矿床的矿石铅和 岩浆岩铅与甲玛地层灰岩铅同位素呈线性关系， 指 示成矿物质来源自岩浆， 可能有一定的地层铅混入。 3铅同位素地球化学研究 3． 1矿石铅同位素来源示踪 铅矿石和铅矿物中所含的铅称作矿石铅， 均属 普通铅， 随着岩浆或岩石中铀和钍的放射衰变， 因放 射而产生的同位素206Pb、 207Pb 和208Pb 就加入到原始 铅中， 在某种条件下铅从岩浆或岩石中分出即形成 矿石铅。矿石铅就是原始铅和地球形成到成矿时所 积累的放射成因铅的混合物， 其同位素组成随其生 成的时代不同而发生有规律的变化， 如属正常的矿 石铅， 其矿石越年轻， 其中含放射成因铅越多 ［30 ］。 矿石铅同位素的206Pb/ 204 Pb、 207 Pb/204Pb 和208Pb/ 204Pb值随矿石年龄减小而增大， 即驱龙、 甲玛至邦 铺， 成矿年龄变小， 成矿时代变年轻， 铅同位素比值 均增加， 放射成因铅递增。因此， 推测驱龙、 甲玛、 邦 铺的矿石铅属于正常的矿石铅。 矿石的铅同位素组成可以为判断矿床中成矿物 质的来源提供重要的依据 ［31 ］。铅同位素组成的变 化小， 表明具有相对稳定的特点， 基本上都是正常 铅， 指示这些矿床具有单一的成矿物质来源。铅同 位素组成变化明显， 多数是异常铅， 或是正常铅和异 常铅的混合物， 或者是两种正常铅的混合 物。 206Pb/204Pb －207Pb/204Pb图上呈线性排列， 往往指示 多阶段铅演化的特点 ［31 ］。矿集区内三个矿床的矿 石铅同位素组成呈一定的线性排列 图 3a ， 且矿石 铅大部分集中于同一区域， 其变化性多数小于 1， 相对稳定， 邦铺矽卡岩型矿石铅稍有差异， 指示其成 矿物质来源具有相似性。 驱龙岩浆岩与矿石的铅同位素特征相似， 指示 矿石铅同位素来源于岩浆。与成矿有关的岩浆岩和 矿石的铅同位素组成区别于与成矿无关的岩浆岩， 尤其是206Pb/ 204Pb 值偏高或偏低， 在与成矿有关的 岩浆岩和矿石的铅同位素范围外， 可作为指示区分 与成矿有关和无关的岩浆岩。另外， 成矿期与成矿 关系最密切的二长花岗斑岩岩株铅同位素特征与铜 矿石铅同位素最相似， 而成矿期稍晚的二长花岗斑 岩岩脉铅同位素207Pb/ 204Pb 和208Pb/204Pb 值较铜矿 石铅偏高， 均与地质实际相符， 表明铅同位素可指示 成矿期岩浆岩与成矿关系的密切程度。甲玛铅同位 素207Pb/ 204Pb 和206Pb/204Pb 特征， 指示矿石铅同位素 主要来自岩浆， 但部分受到地层铅同位素的混染。 邦铺铅锌矿石的铅同位素特征与岩浆岩的铅同位素 特征基本一致， 推测矿石铅同位素主要来自于岩浆。 铅同位素源区特征值 μ 值， 可提供地质体经历地质 作用的信息， 反映铅的来源 ［32 ］。根据 Zartman 等［32 ］ 的206Pb/ 204Pb －207Pb/204Pb 图 图 3b ， 邦铺矿石铅 同位素组成位于上地壳物质来源的边部， 可能下地 壳物质对矿床的贡献亦较多。 岩 浆 成 因 矿 石， 其 铅 同 位 素206Pb/ 204 Pb ＜ 19． 5， 208Pb/204Pb ＜39［33 ］， 驱龙矿石样品均为斑岩型 铜矿石， 其特征完全符合岩浆成因矿石， 甲玛矽卡岩 型矿石部分样品的208Pb/ 204Pb ＞39， 而邦铺矽卡岩型 和部分斑岩型矿石样品的208Pb/ 204Pb ＞39， 可能与铅 同位素受地层混入量不同有关。 邦铺矿床中矽卡岩型方铅矿、 闪锌矿、 黄铁矿的 铅同位素比值高于斑岩型黄铜矿、 辉钼矿和黄铁矿， 一方面是含铅矿石矿物不同， 另一方面不同矿石类 型中黄铁矿的铅同位素组成特征不同， 差异明显。 3． 2铅同位素指示区域关系 驱龙、 甲玛、 邦铺矿床在空间上由南至北分布于 南冈底斯中部， 驱龙矿床物质源区显示更多幔源物 质的特征， 形成了以 Cu 为主斑岩型矿化; 甲玛位于 驱龙和邦铺之间， 较驱龙其幔源成矿物质减弱， 形成 Cu － Mo － Pb － Zn 矽卡岩型矿化和 Mo － Cu 斑岩型 矿化组合; 邦铺位于最北侧， 壳源物质增多， 形成斑 岩型 Mo － Cu 矿化和外围矽卡岩型 Pb － Zn 矿 化 ［34 ］。含矿斑岩锆石 U － Pb 年龄 － Hf 同位素组 成， 也反映驱龙、 甲玛、 邦铺三个矿床的壳源物质增 加， 与铅同位素组成特征一致 ［34 ］。 冈底斯成矿带上从东段至西段， 邦铺、 甲玛、 驱 龙， 南木、 冲江， 矿石铅同位素组成具有较好的线性 关系 图 3c 。 206 Pb/204Pb － 207 Pb/204Pb 图显示 图 3d ， 206Pb/204Pb 值从邦铺、 甲玛、 驱龙， 南木、 冲江， 即由东往西， 矿石铅放射成因铅递减， 指示了下地壳 物质的增加。甲玛和冈底斯带上南木等斑岩铜矿床 中， 硫化物和斑岩具有一致的铅同位素组成， 均以富 集放射成因铅为特征。冈底斯铜矿带矿石硫化物和 含矿斑岩都富含放射成因铅。 4结论 铅同位素地球化学特征显示， 成矿物质来源具 有相似性， 以岩浆来源为主， 但部分受地层影响。空 423 第 3 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 图 3矿集区矿石铅同位素图解 底图据文献［ 32］ Fig． 3Lead isotope of ore in ore concentration area after Reference［ 32］ 间上， 从南西的驱龙， 至甲玛， 至北东的邦铺， 时代上 从驱龙至甲玛至邦铺， 成矿年龄从老到新， 铅同位素 演化规律明显， 放射成因铅递增， 壳源物质增加。 驱龙、 甲玛和邦铺三个矿床矿石与岩浆岩的铅 同位素地球化学特征， 不仅能指示成矿物质来自岩 浆， 并可用来区分与成矿有关和无关的岩浆岩， 以及 指示成矿期岩浆岩与成矿关系的密切程度。结合空 间和时间， 铅同位素演化的趋势指示了矿集区内三 个矿床物质来源的变化。 致谢 感谢中国地质科学院地质研究所杨志明博士 和中国地质科学院矿产资源研究所王立强博士在数 据搜集过程中给予的帮助。 5参考文献 ［ 1］Ying L J， Chen Y C， Wang D H， et al． A Preliminary Review of Metallogenic Regularity of Copper Deposits in China［J］ ． Acta Geologica Sinica English Edition ， 2015， 89 1 251 －269． ［ 2］唐菊兴， 多吉， 刘鸿飞， 等． 冈底斯成矿带东段矿床成 矿系列及找矿突破的关键问题研究［J］ ． 地球学报， 2012， 33 4 393 －410． Tang J X， Duo J， Liu H F， et al． Minerogenetic Series of 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