广东大降坪和大宝山硫化物矿床多元同位素与稀土元素地球化学示踪研究

【摘要】：广东地区在我国东南部古扬子与古华夏陆块接触部位发育有(超)大型的成矿带,本文选择其中的两个成矿典型实例,包括粤西大降坪黄铁矿矿床和粤北大宝山多金属硫化物矿床,针对目前矿床成因研究中存在的种种争议与不确定性,在全面掌握地质背景的基础上,通过开展系统的矿床地球化学研究,并尝试应用一些新的矿床地球化学方法,结合地质背景讨论了矿床成因,为区域找矿提供了参考信息,并且在理论与方法上对金属硫化物矿床的成矿地质地球化学研究具有参考意义。 在粤西大降坪黄铁矿矿床的研究中,首先尝试探索开展了非传统稳定同位素Mo在中低温热液成矿中的地球化学研究,分析对象为与矿体同生热水沉积的硅质岩,结果发现,本区Ⅲ号矿体与Ⅳ号矿体具有明显不同的Mo同位素特征(Ⅲ号矿体的δ97/95Mo为-0.02‰～0.29‰,变化范围小；Ⅳ号矿体的δ97/95Mo为-0.70‰～0.62‰,变化范围较大,尤其是主矿层处的5个样品均以富集轻同位素为特征),前者的Mo同位素指示其成矿流体来自于海底热液,属热水沉积成因(或海底喷流)；后者则反映矿床形成过程中还受到后期热液改造作用；Ⅲ号矿体可能形成于一种开放的生物作用较强烈的缺氧环境；Ⅳ号矿体形成于一种封闭或半封闭的弱氧化—氧化的局限环境。Mo同位素在这种局限环境条件下可能存在一定的动力学分馏效应。Mo同位素可以作为一种示踪成矿流体以及成矿环境演化的有效手段。 其他同位素(He-Ar-Pb-S)以及REE组成的地球化学特征也表明：大降坪的Ⅲ号矿体与Ⅳ矿体的成矿物质与成矿流体来源不同。Ⅲ号矿体的硫化物与围岩具有相似的Pb、S同位素特征(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为18.266、15.641、38.558 VS 18.244,15.712,38.647；δ34S为-19.4‰VS-18.5‰),3He/4He平均为1.48×10-6,R/Ra为1.04,反映Ⅲ号矿体的成矿物质主要来自碎屑围岩地层,成矿流体主要来自于当时的大气降水(海水)；相比而言,Ⅳ号矿体的铅同位素(206pb/204pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb平均值分别为18.157,15.687和38.509)显示其成矿物质主要来自下伏基底地层,硫(δ34S≈17.9‰)主要来自于海水硫酸盐,R/Ra平均为为2.42,显示有部分深部地幔流体的参与,其硫化物中具有非常明显的Eu正异常,暗示矿体经历了中高温热液叠加成矿作用。 在粤北大宝山多金属硫化物矿床的研究中,通过对不同产状、不同形态的硫化物进行He-Ar-Pb-S同位素示踪和稀土元素组成研究,发现块状和脉状矿体的的He-Ar同位素组成明显不同,前者的R/Ra平均为3.01,反映成矿流体为大气饱和水(海水)与地幔流体混合作用的结果,而脉状矿体的R/Ra仅为0.60,表明有地壳物质组分的加入；块状矿体与脉状矿体的铅硫同位素组成较为均一,大多数硫化物的δ34S为零值附近,铅同位素(206pb/204pb、207pb/204Pb、208pb/204pb平均值分别为18.946,15.735,38.990)主要落在上地壳与造山带之间,从而其成矿物质主要来自于地球深部。然而,二者硫化物的REE组成明显不同,块状硫化物具有典型的Eu正异常,轻稀土富集,具有海底热液喷流沉积特征,而脉状矿体的呈Eu负异常,具有跟矿区花岗闪长斑岩相似的稀土特征,暗示脉状矿体可能主要与花岗质岩浆流体有关,部分脉状矿体也可能来自对后期岩浆热液对块状矿体的活化转移。大宝山多金属矿床存在两期成矿作用,即泥盆纪与火山作用相关的热液成矿期和燕山期与岩浆热液相关的叠加成矿期。 在以上两个典型矿床分别精细研究的基础上,综合对比分析认为,大降坪黄铁矿矿床与大宝山多金属硫化物矿床均为与热水沉积作用相关的块状硫化物矿床,都具有热水沉积+叠加改造成矿的特点。前者为与热水沉积相关的SEDEX型,后者为与火山作用相关的VMS型。构造背景、含矿地层以及同生断裂中的岩浆活动是区域找矿的重点。