新疆西天山查岗诺尔铁矿床稳定同位素特征及其地质意义_洪为.pdf

2012 年 12 月 December 2012 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 31，No． 6 1077 ～1087 收稿日期 2012 －06 －12; 接受日期 2012 －09 －05 基金项目 国家重点基础研究发展计划 973 计划 项目 2012CB416803 ; 国家科技支撑计划项目 2011BAB06B02 －05 ; 中国地质调查局地质矿产调查评价项目 1212011085060 作者简介 洪为， 博士研究生， 矿物学、 岩石学、 矿床学专业。E- mail hongwei_86 hotmail． com。 通讯作者 张作衡， 博士， 研究员， 主要从事金属成矿学研究。E- mail zuoheng hotmail． com。 文章编号 02545357 2012 06107711 新疆西天山查岗诺尔铁矿床稳定同位素特征及其地质意义 洪为1，张作衡1*，李凤鸣2， 3，刘兴忠4 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; 3． 新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，新疆 乌鲁木齐830000; 4． 新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第三地质大队，新疆 库尔勒841000 摘要 查岗诺尔铁矿是西天山阿吾拉勒铁成矿带的一大型磁铁矿床， 赋存于石炭系大哈拉军山组火山 － 沉 积岩系， 根据矿石组构和矿物组合特征， 可以划分为岩浆期和热液期 包括矽卡岩亚期 两个成矿期。该矿 的矿床地球化学研究比较薄弱， 本文针对不同成矿阶段的磁铁矿、 黄铁矿、 黄铜矿和方解石， 利用同位素质谱 测试方法， 开展 C、 O、 S 等稳定同位素特征研究。结果表明 从岩浆期到矽卡岩期， 磁铁矿的δ18OSMOW主要表 现出岩浆热液的特征， 但呈降低的趋势 2． 4‰ ～1． 9‰ ， 指示围岩蚀变等热液活动对成矿流体的改变; 岩浆 成矿期和矽卡岩期 δ34SV － CDT主要显示岩浆来源 0． 8‰ ～7． 3‰ ， 但岩浆期可能有少量地层硫或海水硫的混 入 δ34SV － CDT＞10‰ ; 成矿晚期阶段的方解石 δ13CPDB － δ 18O SMOW呈正相关， 指示可能存在不同类型 NaCl 浓度 混合或流体 － 围岩之间的水岩反应， 大理岩为成矿作用提供了部分的成矿物质。研究认为成矿早期以岩浆 流体的结晶分异作用为主， 而晚期阶段矽卡岩化及其退蚀变作用是铁富集成矿的主导因素。 关键词 铁矿; 西天山; 查岗诺尔; 稳定同位素; 成矿物质来源 中图分类号 P578． 12; P612文献标识码 A Stable Isotopic Characteristics of the Chagangnuoer Iron Deposit in Western Tianshan，Xinjiang and Its Geological Significance HONG Wei1，ZHANG Zuo- heng1*，LI Feng- ming2， 3，LIU Xing- zhong4 1． Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Ministry of Land and Resources，Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037，China; 2． Faculty of Earth Science and Resources，China University of Geosciences Beijing ， Beijing100083，China; 3． Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources，Urumqi830000，China; 4． No．3 Geological Unity，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources，Korla841000，China Abstract Situated in the Awulale metallogenic belt of Western Tianshan，the large- sized Chagangnuoer magnetite deposit is contained within volcanic- sedimentary rocks of the Carboniferous Dahalajunshan ation． According to ore fabrics and mineral assemblages，the mineralization events of this deposit were divided into the magmatic stage and the hydrothermal stage including the prograde sub- stage ．Due to the lack of studies in ore deposit geochemistry for this deposit，this paper aimed to conduct systematic stable isotope analyses of C，O and S by isotope mass spectrometry for minerals of magnetite，pyrite，chalcopyrite and calcite chosen from various 7701 ChaoXing mineralization stages．Those data indicated that δ18OSMOWvalues of magnetite mainly showed a magmatic hydrothermal feature，and a decreasing trend 1． 9‰ － 2． 4‰ from the magmatic stage to the prograde stage， which reflected that wall rock alteration may change the compositions of ore- ing fluid． Both the sulfur isotopic components 0． 8‰ －7． 3‰ at the magmatic stage and prograde stage were predominantly the magmatic feature． However，a small amount of S from strata or sea water was mixed into the ore- ing fluid in the magmatic stage as the δ34SV- CDTwas larger than 10‰． During the late ore- ing stage， the δ 13C PDB － δ 18O SMOWratios of calcite showed a positive linear correlation，probably attributing to the mixture of different concentrations of NaCl fluid or the water- rock reaction between ore- ing fluid and wall rocks． The partial mineralization materials were derived from marble wall rock． Therefore，crystallization differentiation of magmatic fluid was the dominant mineralization on the early ore- ing stage，whereas prograded and retrograded alterations were the crucial factors in iron enrichment and mineralization on the later stage． Key words iron deposit; West Tianshan; Chagangnuoer; stable isotope; sources of ore- ing material 西天山地处中亚造山带的西南缘， 是典型的增 生型造山带 ［1 ］， 同时蕴藏十分丰富的矿产资源［2 ］。 2004 年以来， 西天山阿吾拉勒成矿带取得重大的找 矿进展， 成为我国一处重要的海相火山岩型铁矿集 区 ［3 ］， 查岗诺尔铁矿是该矿集区中的一个大型矿 床。该铁矿的成因存在较大分歧， 有火山岩型 ［4 ］、 火山沉积改造型 ［5 ］、 岩浆矿床 主要 和热液矿床 次要 复合型 ［6 －7 ］等多种认识。查岗诺尔铁矿已 有的研究成果包括火山岩成因、 岩石地球化学、 矿床 地质特征、 矿石组构、 矿物学等方面， 但对矿床地球 化学 如稳定同位素地球化学 的研究比较薄弱， 使 得成矿作用和成矿物质来源缺乏有力的证据。稳定 同位素作为 “示踪原子” ， 已经广泛应用于矿床成因 和成矿物质来源等诸多方面。基于此， 本文开展了 查岗诺尔铁矿 C、 O、 S 等稳定同位素研究， 旨在探讨 其成矿物质来源和成矿流体的演化， 为铁矿的成矿 机制提供更多的依据。 1区域地质与矿区地质 西天山成矿带， 自西北向东南， 依次为三个主要 的成矿带， 即别珍套 － 汗吉尕铜多金属成矿带、 博罗 科洛 或博罗霍洛 铜金成矿带和东南部的阿吾拉 勒铁铜成矿带。阿吾拉勒铁铜成矿带西段产出奴拉 赛、 穷布拉克、 群吉等与二叠纪陆相火山岩相关的热 液 － 次火山热液型铜矿， 东段发育式可布台、 松湖、 查岗诺尔、 智博、 备战、 莫托萨拉等数个与石炭系海 相火山岩有关的大、 中型铁 锰 矿床。查岗诺尔 － 备战铁矿集区出露志留系、 泥盆系、 石炭系、 二叠系、 三叠系和第四系的地层， 其中以石炭系大哈拉军山 组和伊什基里克组火山 － 沉积岩系分布最为普遍 图 1 。花岗岩类主要出露在该铁矿集区的西北缘 和东北缘， 西北缘分布有面积较小的闪长岩类。断 裂构造比较发育， 主要呈 NWW 向分布， 少数断裂呈 NEE 或近 EW 向展布。查岗诺尔 大型 、 智博 大 型 、 敦德 中型 和备战 大型 四个铁矿沿断裂带 呈线状排列， 均赋存在石炭系大哈拉军山组安山岩 及相关的火山碎屑岩之中， 区内还发育大量的规模 不等的铜矿点。赋矿围岩大哈拉军山组广泛地分布 在伊犁 － 中天山板块的南、 北缘， 关于该套火山 － 沉 积岩系的岩石学、 年代学和岩石地球化学的研究已 积累了不少资料， 但是其形成环境的认识仍未达成 一致， 有大陆裂谷环境 ［8 ］、 与地幔柱有关的大火成 岩省 ［9 ］、 岛弧或大陆边缘弧环境等观点［10 －21 ］。 查岗诺尔铁矿赋存于大哈拉军山组中 － 上部的 火山碎屑岩和火山熔岩中， 矿体受 NW、 NWW、 NE 断裂及环形断裂构造控制， 矿区出露正长花岗岩 东北部 、 闪长岩 Fe Ⅱ矿体周围 等岩体及煌斑 岩、 英安岩、 英安斑岩等岩脉。已圈定工业矿体 6 个， 主矿体 Fe Ⅰ 底盘夹一个透镜状大理岩， 矿体 主要为层状、 似层状、 透镜状， 发育石榴石、 透辉石、 方柱石、 阳起石、 绿帘石、 绿泥石、 钾长石等蚀变矿 物， 蚀变分带具有热液交代矿床的特点。根据矿石 组构特征和矿物共生关系， 可以划分为岩浆期和热 液期 包括矽卡岩亚期和石英 － 硫化物亚期 两个 成矿期， 进一步可以细分为磁铁矿 － 透辉石阶段、 绿 泥石 － 黄铁矿阶段、 磁铁矿 － 石榴石 － 阳起石阶段、 青磐岩化阶段、 硫化物阶段和石英 － 碳酸盐化阶段 6 个矿化阶段。查岗诺尔铁矿床的地质特征、 矿石 组构和成矿期次划分的详细内容见洪为等 ［22 －23 ］。 2样品采集及同位素分析方法 2． 1样品采集 用于稳定同位素元素分析的样品均采自 Fe Ⅰ 矿体， 样品岩性特征见表 1、 表 2 和表 3。将样品粉 8701 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 图 1查岗诺尔 － 备战铁矿集区地质图［24 ］ Fig． 1Geological map of the Chagangnuoer- Beizhan iron ore cluster［24 ］ 碎、 清洗、 晾干后， 对粒径 0． 45 ～0． 85 mm 的样品进 行淘洗和烘干， 在双目镜下挑选纯度可达 99 以上 的磁铁矿、 黄铁矿、 黄铜矿、 方解石等单矿物， 然后将 其在玛瑙中研磨至粒径小于 0． 075 mm 的粉末， 备用。 2． 2同位素分析方法 氧同位素分析采用传统的 BrF5分析方法［25 ］ ， 用 BrF5与含氧矿物在真空和高温条件下反应提取矿物 氧， 并与灼热电阻石墨棒燃烧转化成 CO2气体。分 析测试在国土资源部同位素地质重点实验室利用 MAT 253EM 型质谱计完成， 分析精度为 0． 2‰， 相 对标准为 V － SMOW。 硫同位素分析在核工业北京地质研究院分析测 试研究中心完成。将硫化物单矿物和氧化亚铜按一 定比例 黄铁矿为 1 ∶ 10， 黄铜矿为 1 ∶ 8 研磨至粒 径小于 0． 075 mm 的粉末， 并混合均匀， 在真空度达 2．0 10 －2 Pa 状态下加热， 进行氧化反应， 反应温度 为 980℃， 生成 SO2气体。真空条件下， 用冷冻法收 集 SO2气体， 并用 MAT 251 气体同位素质谱分析硫 同位 素 组 成。测 量 结 果 以 CDT 为 标 准， 记 为 δ34SV － CDT， 分析精度优于 0． 2‰。硫化物参考标准 为 GBW 04414、 GBW 04415 硫化银标准， 其 δ34S 分 别是 －0． 07‰ 0． 13‰和 22． 15‰ 0． 14‰。 方解石的碳和氧同位素分析在国土资源部同位 素地质重点实验室完成， 分析仪器为 MAT 253EM 型 质谱计。具体分析步骤如下 首先在 25℃条件下， 使 方解石与磷酸反应释放 CO2［ 26 ］。用国家一级碳酸盐 碳氧同位素参考物质 GBW 04416 和 GBW 04417 作为 工作标准， GBW 04416 的 δ13CPDB和δ18OPDB值分别为 1．61‰和 －11． 59， GBW 04417 的 δ13CPDB和 δ 18O PDB 值分别为 － 6． 06‰和 － 24． 12‰。方解石样品的 δ18OPDB和 δ13CPDB值直接从 CO2获得。在转变 δ18OPDB 为 δ18OSMOW时， 使用 Friedman 等 ［ 27 ］的方程 δ18O SMOW 1．03086δ18OPDB30．86。 3稳定同位素分析结果 3． 1氧同位素 δ18OV － SMOW 查岗诺尔铁矿的磁铁矿氧同位素分析结果见 表 1， 氧同位素直方图见图 2。5 件岩浆期磁铁矿的 δ18OV － SMOW变化于 1． 8‰ ～ 3． 5‰， 平均为 2． 4‰。 5 件磁铁矿样品分别选自块状矿石和角砾状矿石， 其 δ18OV － SMOW值集中于 1． 9‰ ～ 2． 3‰， 有一个样品 的 δ18OV － SMOW值偏高 3． 5‰ 。采自矽卡岩期的 11 件磁铁矿 δ18OV － SMOW介于 0． 5‰ ～2． 4‰之间， 平 均为 1． 9‰， 其中块状矿石和豹纹状矿石磁铁矿 δ18OV － SMOW 2． 0‰ ～2． 3‰ 明显高于浸染状矿石 0． 6‰左右 ， 前者应该代表了铁成矿峰期的氧同 位素组成特征。相较于岩浆期磁铁矿氧同位素， 矽 卡岩期磁铁矿氧同位素值表现出稍微降低的趋势， 即从成矿的早期至晚期， 磁体矿的氧同位素值略有 下降， 但整体上磁铁矿氧同位素的变化范围较窄。 9701 第 6 期洪为， 等 新疆西天山查岗诺尔铁矿床稳定同位素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 表 1查岗诺尔铁矿床磁铁矿氧同位素分析结果 Table 1Oxygen isotopic data of magnetite at the Chagangnuoer 样品编号岩性采样位置成矿期矿物δ18OV － SMOW/‰ CG －001角砾状磁铁矿石ZK3001 的 395 mⅡ磁铁矿2．4 CG －015角砾状磁铁矿石ZK2201 的 220 mⅠ磁铁矿2．3 CG －018角砾状磁铁矿石ZK2801 的 413 mⅠ磁铁矿2．3 CG －020豹纹状磁铁矿石ZK2202 的 456 mⅡ磁铁矿2．2 CG －040浸染状磁铁矿石平硐 PD2930Ⅱ磁铁矿0．6 CG －117块状磁铁矿石ZK11401 的 663 mⅡ磁铁矿2．3 CG －148块状磁铁矿石ZK11401 的 756 mⅠ磁铁矿1．9 CG －175块状磁铁矿石ZK4001 的 401 mⅡ磁铁矿2．0 CG －182块状磁铁矿石ZK4001 的 402 mⅡ磁铁矿2．3 CG －184块状磁铁矿石ZK4001 的 427 mⅡ磁铁矿2．1 CG －187角砾状磁铁矿石ZK4001 的 266 mⅡ磁铁矿2．0 CG －188豹纹状磁铁矿石ZK4001 的 267 mⅡ磁铁矿2．1 CG －189豹纹状磁铁矿石ZK4001 的 274 mⅡ磁铁矿2．1 CG －197块状磁铁矿石ZK3802 的 433 mⅠ磁铁矿1．8 CG －234块状磁铁矿石平硐 PD3170Ⅰ磁铁矿3．5 CG －243块状磁铁矿石平硐 PD3110Ⅱ磁铁矿0．5 图 2查岗诺尔铁矿床磁铁矿氧同位素直方图 Fig． 2Oxygen isotopic histogram of magnetite at the Chagangnuoer 3． 2硫同位素 δ34SV － CDT 查岗诺尔铁矿的硫化物矿物组成比较简单， 仅 有黄铁矿和黄铜矿两种， 硫同位素的分析结果见表 2， 硫同位素直方图见图 3 和图 4。6 件岩浆成矿期 黄铁矿 δ34SV － CDT值变化于 4． 5‰ ～7． 3‰之间， 平均 6． 5‰， 极差为 2． 8‰; 2 件岩浆期黄铜矿 δ34SV － CDT值 分别为11． 5‰和13． 1‰， 平均值为12． 3‰。矽卡岩 成矿期的 14 件黄铁矿 δ34SV － CDT值介于 0． 8‰ ～ 6． 5‰， 平均为 5． 3‰， 极差 5． 7‰; 矽卡岩期 3 件黄 铜矿 δ34SV － CDT值范围为 1． 8‰ ～ 6． 8‰， 平均为 4． 8‰， 极差为 5． 0‰。从硫同位素直方图 矿物类 型; 图 3 上可知， 岩浆成矿期的硫同位素变化范围 为 4． 5‰ ～13． 1‰， 集中于 6． 3‰ ～7． 3‰范围之内， 而黄铜矿的 δ34SV － CDT ＞10‰ 明显大于黄铁矿的， 说明该阶段黄铁矿与黄铜矿之间的硫同位素发生了 一定的分馏。矽卡岩成矿期的硫同位素变化于 0． 8‰ ～6． 8‰， 集中于 5． 1‰ ～ 6． 8‰， 黄铁矿和黄 铜矿的硫同位素值相差不大， 显示二者的硫分馏程 度较低。 从矿石类型 图 4 来看， 岩浆成矿期浸染状矿 石的 δ34SV － CDT值 6． 7‰ ～13． 1‰ 高于角砾状和块 状矿石 4． 5‰ ～ 7． 2‰ ; 然而， 不考虑分异程度较 大的 δ34SV － CDT值， 这几种类型的矿石 δ34SV － CDT值还 是比 较 接 近 的。矽 卡 岩 成 矿 期 浸 染 状 矿 石 的 δ34SV － CDT值跨度较大， 介于 0． 8‰ ～6． 8‰， 但成矿峰 期的块状和豹纹状矿石的 δ34SV － CDT值集中于 5． 1‰ ～6． 5‰， 后者可能接近矽卡岩成矿期真实的硫同位 素组成。 0801 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 表 2查岗诺尔铁矿床硫同位素分析结果 Table 2Sulfur isotopic data of magnetite at the Chagangnuoer 样品编号岩性采样位置成矿期矿物δ34SV － CDT/‰ CG －002石榴石矽卡岩ZK3001 的 396 mⅡ黄铁矿 Py4．9 CG －010石榴石矽卡岩具体位置不详Ⅱ黄铁矿 Py5．2 CG －015角砾状磁铁矿石ZK2201 的 220 mⅠ黄铁矿 Py4．5 CG －018角砾状磁铁矿石ZK2801 的 413 mⅠ黄铁矿 Py6．8 CG －020豹纹状磁铁矿石ZK2202 的 456 mⅡ黄铁矿 Py5．4 CG －030绿泥石矽卡岩平硐 PD2930Ⅱ黄铁矿 Py0．8 CG －036浸染状磁铁矿石平硐 PD2930Ⅱ黄铁矿 Py5．6 CG －126浸染状磁铁矿石ZK11401 的 698 mⅡ黄铁矿 Py5．4 CG －129绿泥石化安山岩ZK11401 的 703 mⅠ黄铁矿 Py7．3 CG －142浸染状磁铁矿石ZK11401 的 728 mⅠ黄铁矿 Py6．7 CG －175块状磁铁矿石ZK4001 的 401 mⅡ黄铁矿 Py5．1 CG －184块状磁铁矿石ZK4001 的 427 mⅡ黄铁矿 Py6．5 CG －188豹纹状磁铁矿石ZK4001 的 267 mⅡ黄铁矿 Py6．0 CG －189豹纹状磁铁矿石ZK4001 的 274 mⅡ黄铁矿 Py6．0 CG －219绿泥石矽卡岩ZK11002 的 655 mⅡ黄铁矿 Py6．0 CG －220角砾状磁铁矿石ZK11002 的 670 mⅠ黄铁矿 Py7．2 CG －234块状磁铁矿石平硐 PD3170Ⅰ黄铁矿 Py6．3 CG －243块状磁铁矿石平硐 PD3110Ⅱ黄铁矿 Py6．5 CG －244块状磁铁矿石平硐 PD3170Ⅱ黄铁矿 Py5．6 CG －253石榴石矽卡岩平硐 PD3170Ⅱ黄铁矿 Py5．4 CG －018角砾状磁铁矿石ZK2801 的 413 mⅡ黄铜矿 Cp6．8 CG －127浸染状磁铁矿石ZK11401 的 700 mⅠ黄铜矿 Cp13．1 CG －149条带状磁铁矿石ZK11401 的 762 mⅠ黄铜矿 Cp11．5 CG －189豹纹状磁铁矿石ZK4001 的 274 mⅡ黄铜矿 Cp5．7 CG －196石榴石矽卡岩ZK3802 的 434 mⅡ黄铜矿 Cp1．8 图 3查岗诺尔铁矿床硫同位素直方图 矿物类型 Fig． 3Sulfur isotopic histogram of sulfides from the Chagangnuoer mineral type 总之， 岩浆期的硫同位素值 6. 3‰ ～7. 2‰ 稍 大于矽卡岩期的硫同位素值 5. 1‰ ～6. 5‰ ， 从成 矿早期至晚期硫同位素值呈现降低的趋势; 但整体 来看， 硫同位素组成具有塔式分布的特征， 成矿的不 同阶段硫同位素的分馏程度仍然比较低。 3. 3碳氧同位素 δ13CV － PDB和 δ18OV － SMOW 7 件石英 － 碳酸盐阶段的方解石碳氧同位素分 析结果见表 3。查岗诺尔铁矿成矿晚期阶段的方解 石 δ13CV － PDB值变化于 － 2. 0‰ ～ － 0. 8‰之间， 平均 为 － 1. 5‰，极 差 为 － 1. 2‰; δ18OV － PDB值 介 于 －21. 4‰ ～ － 20. 4‰， 平均为 － 21. 1‰， 极差为 －1. 0‰; δ18OV － SMOW值处在 8. 9‰ ～ 9. 9‰范围之 内， 平均为 9. 2‰， 极差为 1. 0‰， 表明成矿晚期阶段 的碳氧同位素变化范围特别窄， 分馏程度很低。 1801 第 6 期洪为， 等 新疆西天山查岗诺尔铁矿床稳定同位素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 图 4查岗诺尔铁矿床硫同位素直方图 矿石类型 Fig． 4Sulfur isotopic histogram of sulfides from the Chagangnuoer ore type 表 3查岗诺尔铁矿碳氧同位素分析结果 Table 3Analytical results of carbon and oxygen isotope composition at the Chagangnuoer 样品编号岩性采样位置矿物或岩石δ13CV － PDB/‰δ18OV － PDB/‰δ13OV － SMOW/‰ CG －001角砾状磁铁矿石ZK3001 的 395 m方解石－1. 6－21. 29. 0 CG －002石榴石矽卡岩ZK3001 的 396 m方解石－2. 0－21. 48. 9 CG －010石榴石矽卡岩具体位置不详方解石－0．8－20． 49． 9 CG －015角砾状磁铁矿石ZK2201 的 220 m方解石－1．7－21． 19． 2 CG －184块状磁铁矿石ZK4001 的 427 m方解石－1．6－21． 19． 2 CG －196石榴石矽卡岩ZK3802 的 434 m方解石－1．2－20． 99． 4 CG －253石榴石矽卡岩平硐 PD3170方解石－1．6－21． 39． 0 4氧硫碳同位素特征分析 4． 1磁铁矿的氧同位素 不同类型铁矿中磁铁矿的 δ18O 值组成特征具有 一定的差别 图5 ， 由于沉积变质型铁矿一般形成于 前寒武时期， 矿床普遍遭受了强烈的变质、 变形作用， 故而磁铁矿 δ18O 值具有较大负值 －10‰ 和较大的 正值 ＞10‰ ; 沉积型铁矿磁铁矿 δ18O 一般也具有 较大的正值， 但出现强烈亏损18O ＜0‰ 的情况比较 少见， 其变化范围不如沉积变质型铁矿宽; 火山岩型 铁矿 包括岩浆型 磁铁矿 δ18O 值变化范围十分窄， 一般处于 2‰ ～6‰范围内， 集中在 4‰左右， 与岩浆 热液的 δ18O 组成非常接近; 相比火山岩型铁矿， 矽卡 岩型铁矿磁铁矿的 δ18O 值变化范围较宽， 可以明显 分为两组 一组为正值 1. 5‰ ～8. 8‰ ， 与岩浆水相 当， 比较接近火山岩型铁矿磁铁矿的 δ18O 值; 另一组 在零值附近 －1. 78‰ ～1. 0‰ ， 可能与“轻” 的流体 参入、 围岩蚀变等因素有关 ［ 28 ］。因此， 磁铁矿的δ18O 组成特点具有成因指示意义。 Taylor［32 ］指出， 岩浆成因的磁铁矿的18O/16O 值 非常地均一， δ18O 介于 1‰ ～ 4‰， 超出该范围的磁 体矿， 或具有不同的成因， 或经历重结晶作用， 或遭 受了后期的蚀变作用。智利拉科铁矿磁铁矿 δ18O 值变化于 2． 3‰ ～4. 2‰， 其中具有岩浆成因的磁铁 矿 δ18O 平均值为 3. 7‰， 与辉石共生的、 具有热液成 因的脉状磁铁矿 δ18O 平均值为 2. 4‰， 磁铁矿氧同 位素的降低与热液蚀变引起的氧化作用密切相 关 ［29 ］， 与 Hoefs［33 ］提出的 “强烈的围岩蚀变能导致18 O 值亏损” 观点不谋而合。 查岗诺尔铁矿岩浆期的磁铁矿 δ18OV － SMOW介于 1. 8‰ ～3. 5‰， 平均为 2. 4‰， 比典型岩浆成因的拉 科铁矿的磁铁矿 δ18OV － SMOW 3. 7‰ 低。矽卡岩期 的磁铁矿 δ18OV － SMOW介于 0. 5‰ ～ 2. 4‰之间， 平均 为 1. 9‰， 与岩浆期的磁铁矿 δ18OV － SMOW值略有重 叠， 但要稍微低一些， 而与玢岩型铁矿等火山气液充 填交代型铁矿十分接近 图 5 。总之， 磁铁矿氧同 位素分布特征暗示不同阶段的成矿热液主要来自岩 浆流体; 从成矿的早期到晚期， 磁铁矿 δ18O 值具有 降低的趋势， 不仅能够为不同成因的磁铁矿提供一 定的依据， 而且这种降低的趋势反映了围岩蚀变等 热液活动对磁铁矿 δ18OV － SMOW值的改变， 尤其是矽 卡岩期较低的磁铁矿 δ18OV － SMOW值与矽卡岩形成时 处于较为开放的体系环境相一致。 2801 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing 图 5不同类型铁矿床中磁铁矿的 δ18 O 组成 Fig． 5Oxygen isotopic composition for magnetite from various types of iron deposits 瑞典基鲁纳铁矿区和智利拉科铁矿据 Nystrm 等［29 ］， 宁芜铁矿据袁家铮等［30 ］， 福建马坑铁矿据韩发等［31 ］， 其他数据资料据北京大学地质系 1979 和赵一鸣等［28 ］。括号中的数字为样品数。 4. 2硫同位素 岩浆矿床 如 Ni － Cu 矿床 被认为具有幔源成 因， 其 δ34S 值通常位于 0‰附近。岩浆 － 热液矿床 硫化物的 δ34S 值介于 －3‰ ～1‰， 而硫酸盐 δ34S 值 变化较大 8‰ ～15‰ ［33 ］。矽卡岩型矿床的硫源比 较单一， 显示地壳深部硫的来源的特征; 相较而言， 岩浆型、 斑岩型矿床的硫同位素组成更接近陨石硫 值， 而沉积型矿床则以硫同位素分布的弥散度较大、 硫源相对复杂， 或以来自地壳为主要特征 ［28 ］。密西 西比河型矿床的形成与盆地卤水密切相关， δ34S 值 3801 第 6 期洪为， 等 新疆西天山查岗诺尔铁矿床稳定同位素特征及其地质意义第 31 卷 ChaoXing 通常有两个区间， 即 － 5‰ ～ 15‰和大于 20‰。火 山岩型块状硫化物矿床 VMS 的 δ34S 值一般大于 0‰， 接近现代海水硫酸盐的 δ34S 值， Sedex 型矿床 δ34S 则比 VMS 矿床的范围宽得多 ［33 ］。 查岗诺尔铁矿的含硫矿物组合简单， 仅有黄铁 矿和黄铜矿， 因此二者的 δ34S 平均值可以代表热液 的总 硫 值 ［34 ］。岩 浆 成 矿 期 δ34 SV － CDT平 均 值 为 7. 9‰， 代表了热液中的总硫值， 主要显示岩浆硫的 来源， 而有两个样品的 δ34SV － CDT值大于 10‰， 暗示 可能有少量围岩地层硫或海水硫的混入 图 6 ; 矽 卡岩期 δ34SV － CDT平均值为 5. 2‰， 亦代表了热液中 的总硫组成， 与新疆蒙库 ［35 ］、 内蒙古黄岗［36 ］等矽卡 岩型铁矿的 δ34S 值比较接近， 指示该阶段的硫来源 于岩浆热液。 图 6查岗诺尔铁矿床硫同位素组成及重要的硫同位素 储库 底图据文献［ 33］ 修改 Fig. 6Sulfurisotopiccompositionofsulfidesatthe Chagangnuoer and some important sulfur reservoirs modified from reference［ 33］ 4． 3碳氧同位素 C － O 同位素示踪体系在许多学者的共同研究 下 ［37 －43 ］逐渐得到完善。地壳流体中碳的来源有三 大主要源区， 即岩浆 － 地幔、 海相碳酸盐和沉积有机 质， 由于可能受到结晶分异、 沉积岩混染/高温效应、 去碳酸作用、 低温蚀变、 海水渗透、 大气降水、 有机物 氧化等各种地质作用的影响， δ13C － δ18O 同位素组 成会从源区发生趋势性变化 图 7 。因此， 根据 C － O同位素比值的变化， 不仅可以示踪流体的来 源， 还可以反演流体演化的可能途径。 查岗诺尔成矿晚期阶段的方解石 δ13CV － PDB平 均值为 －1. 5‰， 将其组成与几个重要的碳同位素储 库对比 图 8 ， 可以发现该矿床方解石 δ13CV － PDB的 变化范围十分窄， 与地幔碳、 海相碳酸盐的组成比较 图 7查岗诺尔铁矿床 δ18OV － SMOW － δ 13C V － PDB图解 底图据文献［ 44］ 及其引文修改 Fig． 7δ18OV － SMOWversus δ13CV － PDBdiagram for Chagangnuoer modified from reference［ 44］and references therein 图 8查岗诺尔铁矿床 δ13CPDB组成及重要的碳同位素储库 底图据文献［ 33］ 修改 Fig． 8δ13CPDBcomposition of the Chagangnuoer and some impor- tant carbon reservoirs modified from reference ［ 33］ 接近。但是在图 7 中， 方解石13CV － PDB组成落入花岗 岩源区。 7 个方解石的 δ13CPDB － δ 18O SMOW呈正相关关系 图 9 ， 可能原因是 CO2脱气作用、 两种不同类型 NaCl 浓度混合或流体 － 围岩之间的水岩反应 ［37 ］。 方解石流体包裹体的观测中， 未发现含 CO2的三相 包裹体、 也没有观察到包裹体沸腾的现象 未发表 资料 ， 因此 CO2脱气作用应该不是引起这种现象的 主要因素。矽卡岩化及其铁成矿与矿床下伏的碳酸 盐 大理岩 密切相关， 成矿热液应该在矽卡岩化的 过程从大理岩中萃取了部分的成矿物质 如 Ca、 C、 4801 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2012 年 ChaoXing S 。另一方面 δ13CPDB － δ 18O SMOW图 图 7 显示出沉 积岩混染或高温效应的趋势， 与碳酸盐提供部分的 碳质相一致; 同时该图也表明花岗岩质热液提供了 部分碳源， 与方解石流体包裹体均一温度 － 盐度相 关性图解中 未发表资料 不同盐度的 NaCl 溶液的 混合作用密切相关， 晚期阶段形成的方解石可能与 花岗质岩浆热液的加入有关， 但与主成矿期石榴石 和磁铁矿生成的关系不大。简言之， 查岗诺尔铁矿 C － O 同位素的组成特征表明， 大理岩为成矿作用 提供了部分的成矿物质， 但在成矿作用的晚期可能 有花岗质岩浆热液的混入。 图 9查岗诺尔铁矿床 δ18OSMOW － δ 13C PDB正相关线性图解 Fig． 9Linear plot show δ18OSMOWversus δ13CPDBpositive correlation for Chagangnuoer 4． 4成矿物质来源与成矿作用 通过查岗诺尔铁矿围岩和矿石的稀土元素对比 研究， 汪帮耀等 ［7 ］认为成矿物质来源可能来自安山 岩及其相关的凝灰岩。矿物微量元素的研究表 明 ［23 ］， 早期磁铁矿的微量、 稀土特征具有岩浆成因 的特点， 铁质可能来自岩浆流体