滇西北兰坪盆地金满−连城脉状Cu多金属矿床Cu-S同位素特征及其指示意义

张锦让, 温汉捷, 邹志超, 杜胜江, 顾纯源

滇西北兰坪盆地金满−连城脉状Cu多金属矿床Cu-S同位素特征及其指示意义

张锦让1, 温汉捷2*, 邹志超3, 杜胜江2, 顾纯源1

(1.西南石油大学 地球科学与技术学院, 四川 成都 610059; 2. 中国科学院 地球化学研究所,矿床地球化学国家重点实验室, 贵州 贵阳 550002; 3. 成都理工大学 地球科学学院, 四川 成都 610059)

兰坪盆地西缘发育一系列脉状Cu多金属矿床, 成矿独具特色, 它们的成矿流体普遍存在大量富CO2流体包裹体, 在整个兰坪盆地罕见, 显著区别于世界上已知的各类贱金属矿床。本研究测定了兰坪盆地西缘两个代表性脉状Cu矿床(金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床)主成矿阶段黄铜矿和黝铜矿的Cu-S同位素组成, 探讨其成矿物质来源和成矿机制。结果表明, 金满Cu矿床黄铜矿的δ65Cu值变化较大(−3.62‰～0.48‰), δ34S值为−4.0‰～12.1‰, 可能与多期流体活动、成矿物质多来源有关, 成矿主要与深部岩浆活动有关, 成矿晚期有地层物质的加入。连城Cu-Mo矿床主成矿期黄铜矿δ65Cu值为−0.31‰～2.12‰, δ34S值为−3.6‰～1.4‰, 暗示成矿与深部岩浆作用有关。

富CO2流体; Cu-S同位素; 脉状Cu多金属矿床; 兰坪盆地西缘; 云南

0 引 言

滇西北三江中段兰坪盆地是一个典型的中新生代陆内盆地, 是三江构造–成矿带的一个重要组成部分, 广泛发育一系列沉积岩容矿Pb、Zn、Cu多金属矿床, 如金顶超大型Pb-Zn矿床、白秧坪超大型Pb-Zn-Ag多金属矿集区、金满中型Cu矿床以及一系列小型Cu-Pb-Zn矿床(点), 国内外高度关注其成矿作用、找矿勘查和开发利用的研究(胡瑞忠等, 1998; 徐启东和周炼, 2004; Xue et al., 2007; 侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 邓军等, 2010; 王光辉, 2010; Chi and Xue, 2011; 宋玉财等, 2011; Deng et al., 2017; Wang et al., 2018a, 2018b; Yalikun et al., 2018)。

兰坪盆地西缘产出大量脉状Cu多金属矿床, 主要包括白秧坪Cu-Ag-Co矿床、金满Cu矿床、连城Cu-Mo矿床、茅草坪Cu-Pb-Zn矿床以及一系列小型Cu矿床(点)(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; Chi and Xue, 2011; 宋玉财等, 2011; Huang et al., 2016; Wang et al., 2018a)。这些脉状Cu多金属矿床大致沿澜沧江深大断裂呈带状展布, 受逆冲推覆构造系统控制, 矿物组成复杂, 不同矿床具有各自独特的Cu±Mo±Co±Ag矿化组合, 成矿独具特色, 在世界上罕见, 显著区别于世界上已知的各类贱金属矿床(多为Pb-Zn矿脉, 独立的Cu矿脉比较少见), 是研究脉状Cu多金属矿床成矿作用的理想对象(Misra, 2000; 侯增谦等, 2008; 宋玉财等, 2011; Huang et al., 2016; Wang et al., 2018a)。

金满Cu矿床紧靠澜沧江深大断裂, 是西矿带规模最大、品位最高的Cu矿床, 拥有大于20万吨的铜。连城Cu-Mo多金属矿床距金满Cu矿床仅3 km左右, 是盆地内仅有的一个含Mo矿化的脉状Cu矿床。Chi and Xue (2011)研究发现, 金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床的成矿流体独具特色, 主成矿期石英脉中存在大量富CO2流体包裹体, 这在整个兰坪盆地是十分特殊的, 不属于典型的盆地流体系统, 显示深源流体的特征。多年来, 对金满–连城脉状Cu多金属矿床的研究主要集中于地质学、成矿年代学和成矿流体地球化学等方面(李峰和甫为民, 2000; 刘家军等, 2000, 2001; 张乾等, 2002; 吴南平等, 2003; 徐晓春等, 2005; 赵海滨, 2006; 侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; Chi and Xue, 2011;宋玉财等, 2011; 张锦让, 2013; Huang et al., 2016; 杨立飞等, 2016; Wang et al., 2018a)。然而, 关于兰坪盆地西缘脉状Cu多金属矿床成矿物质来源仍然存在很大的争议, 主要有以下3个观点: 岩浆或地幔来源(Jiand Li, 1998; 阙梅英等, 1998; 吴南平等, 2003; 赵海滨, 2006)、变质基底来源(张乾等, 2002; 王光辉, 2010; 宋玉财等, 2011)和盆地来源(李峰和甫为民, 2000; 刘家军等, 2000; 吴南平等, 2003)。成矿物质来源认识的巨大分歧, 也导致矿床成因存在很大争议, 如改造成因矿床(何明勤等, 1998; 徐晓春等, 2005)、喷流(热水)沉积矿床(颜文和李朝阳, 1997; 刘家军等, 2000)和造山型矿床(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; Deng et al., 2017; Wang et al., 2018a)等。

探讨成矿物质来源对研究成矿过程和矿床成因具有非常重要的意义。Cu同位素组成可以在一定程度上反映Cu矿床的成矿温度、矿化阶段和成矿物质来源, 为示踪成矿过程、揭示矿床成因提供关键信息(蒋少涌等, 2001)。

前人对岩浆矿床、矽卡岩型矿床、斑岩型矿床、热液脉型矿床、火山成因块状硫化物(简称VMS)矿床、现代大洋底热液体系和沉积矿床中的黄铜矿开展了大量Cu同位素研究(蒋少涌等, 2001; Graham et al., 2004; Mason et al., 2005; Mathur et al., 2005; Haest et al., 2009; 李振清等, 2009; Li et al., 2010; 王跃等, 2014; 杨立飞等, 2016; Wang et al., 2018a), 结果表明, 低温环境下形成的矿物比高温环境下形成的矿物具有更大的Cu同位素组成变化范围, 因此, 含Cu矿物的Cu同位素组成特征可以指示成矿温度(蒋少涌等, 2001)。不同地质条件和成矿环境中含Cu矿物的Cu同位素组成存在显著差异(Mason et al., 2005; Li et al., 2010), 且对Cu矿床而言, Cu是直接成矿元素, 利用含Cu矿物的Cu同位素组成, 再结合矿石S同位素组成来确定成矿物质来源和成矿过程是一个直接有效的手段(李振清等, 2009)。

本研究在野外地质工作基础上, 开展了兰坪盆地西缘两个代表性脉状Cu矿床(金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床)主成矿阶段形成的黄铜矿和黝铜矿的Cu-S同位素组成分析, 并结合已有的流体包裹体和C-H-O同位素研究成果, 进一步探讨成矿物质来源及成矿机制, 为研究脉状Cu多金属矿床成矿作用提供参考, 同时为本区进一步找矿勘查提供科学依据。

1 区域地质背景和矿床地质特征

滇西北三江地区包括怒江、澜沧江和金沙江三江并流地段, 大地构造上处于特提斯与环太平洋两大巨型构造域的结合部位, 受到印度板块和欧亚板块相互作用的影响, 地质构造活动复杂, 形成特提斯、碰撞造山两大成矿系统(薛春纪等, 2002; Xue et al., 2007; 侯增谦等, 2008; He et al., 2009;李文昌等, 2010; 王光辉, 2010; 宋玉财等, 2011; Deng et al., 2014, 2018; Wang et al., 2018a, 2018b)。

兰坪盆地位于阿尔卑斯–喜马拉雅巨型构造带东段弧形转弯处(即青藏高原东缘)(薛春纪等, 2002; 侯增谦等, 2008; He et al., 2009; Deng et al., 2018)。以盆地东、西边缘金沙江–哀牢山断裂和澜沧江断裂及盆地中轴断裂为主的盆地断裂系统控制了盆地的构造演化(薛春纪等, 2002; He et al., 2009)。

兰坪盆地古生界主要为海相碳酸盐岩夹碎屑岩建造, 仅零星出露于盆地边缘, 盆地内大面积出露中新生界(薛春纪等, 2002; 侯增谦等, 2008; He et al., 2009; Wang et al., 2018a)。研究区内与成矿关系密切的地层主要包括: ①上三叠统三合洞组(T3), 岩性比较单一, 主要为一套陆源生物碎屑灰岩、砂屑灰岩和白云质灰岩; ②中侏罗统花开佐组(J2), 岩性比较复杂, 主要为紫红色、浅灰绿色长石石英杂砂岩、灰白色薄层绢云母钙质板岩, 夹灰岩和泥灰岩; ③下白垩统景星组(K1), 为一套紫红色粉砂岩、中粗粒砂岩夹灰绿色砂岩、砾岩和泥岩; ④古新统云龙组(El), 主要为泥岩、粉砂质泥岩、灰紫色钙质粉砂岩, 局部见石膏层。兰坪盆地新生代岩浆岩多出露于盆地的边缘, 分布受澜沧江和金沙江–哀牢山等断裂控制(薛春纪等, 2002; He et al., 2009)。盆地内部只在南部永平、巍山一带出露水云岩体、卓潘岩体、莲花山岩体等碱性岩体, 这些岩体的成岩年龄在68～23 Ma之间(薛春纪等, 2002; 董方浏等, 2005)。盆地中北部至今没有新生代岩浆活动的报道, 虽然张成江等(2000)根据航磁资料、重力测量及遥感资料分析, 推测兰坪盆地中北部沿兰坪–思茅断裂有一个巨大的隐伏岩浆系统。

盆地内矿产十分丰富, 主要有Pb、Zn、Cu、Ag、Hg、As、Sb、Au以及石膏、石盐等矿产, 构成我国西部一个重要的Pb-Zn-Cu多金属大型成矿集区。受印度–亚洲大陆对接碰撞(始于65 Ma左右)的影响, 盆地两侧的中生代地层作为构造岩片, 由盆地两侧向中央推进, 推覆于古近系之上, 形成近平行的东、西两大逆冲推覆构造系统, 在盆地内形成一系列的推覆体和飞来峰, 控制着盆地内Pb-Zn-Ag-Cu多金属矿床的分布(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 宋玉财等, 2011)。东部逆冲推覆构造控制了盆地东缘的Pb-Zn-Ag-Cu多金属矿床, 主要包括金顶Pb-Zn矿床(Pb+Zn>1000万吨)、河西–三山Pb-Zn-Ag-Cu多金属成矿带及一系列小型Pb-Zn矿床(点); 西部逆冲推覆构造则控制了盆地西缘一系列脉状Cu-Ag (±Pb-Zn)多金属矿床(图1)。

1.1 金满Cu矿床地质特征

金满Cu矿床位于兰坪盆地西北缘, 紧靠澜沧江深大断裂, 是盆地西缘规模最大、品位最高的Cu矿床, 储量大于20万吨, 平均品位为2.6%(He et al., 2009;王光辉, 2010; Chi and Xue, 2011)。矿区内断裂和褶皱非常发育, 主要构造为金满–连城复式倒转背斜, 背斜轴向为NNE向, 并伴有一系列走向近SN、倾向W的逆断层(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; 宋玉财等, 2011)。矿区广泛出露中侏罗统花开佐组(J2)和上侏罗统坝注路组(J3)(图2a、b)。花开佐组为矿区主要赋矿层位, 可大致分成两段, 岩性主要为浅绿灰色、灰白色长石石英砂岩夹绢云母板岩、钙质板岩, 局部夹白云岩, 矿体主要产出在花开佐组上段(J22)杂色石英砂岩夹钙质板岩中。上侏罗统坝注路组岩性主要为紫红色绢云母板岩夹数层薄至中厚层砂岩, 砂岩厚度向上逐渐变少变薄(He et al., 2009; Chi and Xue, 2011)。矿区内无岩浆岩出露。

矿体主要分布在次级背斜的层间破碎带和轴部附近的张裂隙中(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; 宋玉财等, 2011)。矿体按产出特征可大致分为两类: 一类产于花开佐组上段砂岩与泥岩接触界面及其附近的层间断裂破碎带中, 规模大、品位高、稳定性好, 呈带状、似层状或大脉状产出, 如Ⅰ号主矿体(图2b)。Ⅰ号主矿体长1350 m, 厚1～15 m,平均厚度8.2 m, 延深350 m, 走向NE25°, 倾向NW, 倾角介于70°～85°之间, Cu品位为0.65%～12.02%, 平均品位2.58%, 平均含Ag 21.9 g/t (李峰和甫为民, 2000)。另一类赋存于花开佐组上段上部砂岩或砂岩夹泥岩的裂隙、断裂或劈理带中, 呈脉状, 主矿体以外的所有矿体均赋存于该层位。矿体的规模较小、品位低、稳定性差, 为细脉型矿体。矿床围岩蚀变以中–低温蚀变为主, 主要有硅化、方解石化、重晶石化和菱铁矿化等, 主要形成大量含矿石英脉和方解石脉, 脉体厚度变化较大, 几毫米到几十厘米不等(图3a～c)。

矿石矿物以黝铜矿、砷黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿、辉锑矿等铜和锑硫化物为主; 脉石矿物有石英、方解石和铁白云石等。矿石构造多为浸染状、块状、角砾状、脉状和网脉状等。结构以充填、交代及半自形粒状结构为主, 有的矿石中还出现生物结构, 如黄铁矿的草莓结构和黄铜矿、斑铜矿木质结构(李峰和甫为民, 2000; 刘家军等, 2011)。根据矿床矿化形式、矿物共生组合和矿脉穿插关系, 金满Cu矿床热液期成矿作用可分为成矿早阶段、主成矿阶段和成矿晚阶段(李峰和甫为民, 2000; Chi and Xue, 2011), 3个阶段的矿物组合分别是: ①石英+铁白云石+少量黄铜矿+黝铜矿+少量黄铁矿; ②石英+方解石+大量黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿+少量砷黄铁矿; ③方解石+少量石英+少量黄铜矿、斑铜矿、铜蓝及黄铁矿。

1. 第四纪沉积物; 2. 始新世砂岩、泥岩; 3. 古新世砂岩; 4. 白垩纪砂岩、粉砂岩; 5. 侏罗纪泥岩、砂岩; 6. 三叠纪碎屑岩、灰岩; 7. 中–晚三叠世泥页岩; 8. 三叠纪变质岩; 9. 石炭纪–二叠纪安山岩、玄武质安山岩; 10. 岩浆岩; 11. 雪龙山变质岩; 12. 逆断层; 13. 正断层; 14. 断层(性质不明); 15. 走滑断层; 16. 矿床; 17. 城镇; 18. 断层编号。

1. 第四纪沉积物; 2. 上侏罗统坝注路组(J3b)绢云母板岩; 3. 中侏罗统花开佐组上段上部(J2h22)砂岩; 4. 花开佐组上段下部(J2h21)钙质板岩; 5. 背斜轴部; 6. 倒转地层; 7. 断层; 8. 推测断层; 9. 钻孔; 10. 勘探线; 11. 矿体及编号。

1.2 连城Cu-Mo矿床地质特征

连城Cu-Mo多金属矿床位于兰坪县营盘镇以南约2.2 km, 距金满Cu矿床仅3 km左右, 构造位置上与金满Cu矿床同处于西部逆冲推覆构造带根部位置, 是盆地内仅有的一个含Mo矿化脉状Cu矿床(侯增谦等, 2008; He et al., 2009; 王光辉, 2010; Chi and Xue, 2011)。区内出露地层与金满矿区基本相同, 主要赋矿岩层为中侏罗统花开佐组上段紫红色厚层状砂岩。区内断裂、褶皱、裂隙和劈理非常发育, 主要控矿构造为金满–连城复式倒转背斜, 背斜轴向为NNE向。矿区范围内未见岩浆岩出露。连城Cu-Mo多金属矿床由8个大小不等的脉状、透镜状矿体组成, 矿体主要分布在次级背斜的层间破碎带和轴部附近的张裂隙中(图2a)。矿石矿物主要有黄铜矿、辉钼矿、黝铜矿、斑铜矿和辉铜矿及铜氧化物; 脉石矿物主要有石英、方解石和铁白云石, 含少量绢云母。矿石构造以脉状为主, 次为块状和浸染状, 局部发育少量纹层状黄铜矿、斑铜矿, 矿石结构为半自形–它形粒状结构、溶蚀结构和交代结构等。矿区最常见的围岩蚀变为硅化和碳酸盐化, 其次为重晶石化、绢云母化、菱铁矿化和黄铁矿化等。根据矿物共生组合和矿脉穿插关系, 连城Cu-Mo多金属矿床成矿作用可大致分为3个阶段: 早阶段主要发育含辉钼矿±黄铁矿石英脉, 其中辉钼矿多呈片状、纤维状产在石英脉的表面, 石英脉中常发育少量黄铁矿、黄铜矿(图3d～f); 中阶段主要发育含铜硫化物石英脉±方解石/菱铁矿, 其中含铜硫化物以黄铜矿、黝铜矿、斑铜矿为主, 多呈脉状、点状产出; 晚阶段则主要发育石英–方解石矿或菱铁矿细脉, 偶含黄铁矿, 伴随矿化较弱, 交切早中阶段矿脉。成矿后的表生氧化作用形成了褐铁矿、铜蓝等次生矿物。

2 样品及分析测试方法

9件黄铜矿和1件黝铜矿样品采自金满Cu矿床地下采场1230～1300 m中段Ⅰ号矿体和连城Cu-Mo矿床2号矿洞主成矿阶段硫化物石英脉。在系统的矿物岩相学、电子探针观察基础上, 选择两个矿床主成矿阶段含铜硫化物–石英脉中合适的硫化物样品。测试用的黄铜矿和黝铜矿样品具有新鲜、无氧化的特点, 具有代表性。将矿石样品破碎并过筛, 粒级为40～60目, 采用人工分选方法, 在双目显微镜下反复挑选, 矿物纯度达到99%以上, 以备Cu同位素和S同位素分析。

(a) 金满Cu矿床主成矿阶段硫化物石英–方解石脉切割早期石英铁白云石脉; (b) 金满Cu矿床主成矿阶段网脉状含黄铜矿石英脉; (c) 金满Cu矿床含黄铜矿石英脉充填在早期碎裂状石英脉中; (d) 连城Cu-Mo矿床含辉钼矿、黄铜矿砂岩中的含黝铜矿石英脉; (e) 连城Cu-Mo矿床主成矿阶段硫化物石英脉呈网脉状充填在早阶段辉钼矿中; (f) 连城Cu-Mo矿床主成矿阶段硫化物石英网脉状切割早阶段辉钼矿。矿物代号: Qz. 石英; Ank. 铁白云石; Cal. 方解石; Cp. 黄铜矿; Tet. 黝铜矿; Mo. 辉钼矿。

同时, 为了保证所选硫化物的代表性, 对与这些硫化物密切共生的石英进行了流体包裹体岩相学观察和测温工作, 流体包裹体的测温工作在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室的流体包裹体室完成, 测试仪器为Linkam THMSG 600型冷热台, 测温范围为−196～600 ℃, 冷冻数据(50 ℃以下)和加热数据(100 ℃以上)精度分别为±0.2 ℃和±2 ℃(Su et al., 2009)。

Cu同位素测试在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。将挑选的黄铜矿单矿物放入容器中, 加入HNO3+HCl, 在电热板上160 ℃加热, 150 ℃蒸干样品。选用AG MP-1M大孔径强阴离子交换树脂(Bio-Rad, 100～200目)通过离子交换层析法实现Cu与其他基质元素的分离, 流程详见李丹丹(2015)。实验中, Cu的回收率>99.7%, 本底<2 ng(Li et al., 2015; 李丹丹, 2015)。收集的溶液在电热板上120 ℃蒸干, 然后加入1 mL 3% HNO3, 再蒸干, 加入1 mL 3% HNO3待测。测试仪器为Neptune Plus型高分辨多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS, Thermo-Finnigan)。每个样品测试40个数据点, 且重复测试2次, 取平均值。使用的标样是国际标样NIST 976。测试流程和分析方法详见Liu et al. (2014)和李丹丹(2015)。

S同位素测试在中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室完成。在玛瑙钵中将样品研磨至200目以下, 装入容器中, 置于马弗炉内, 加热至1000 ℃, 在真空条件下保持15 min, 将矿物中的S氧化成SO2。分析测试采用连续S同位素质谱仪(CF-IRMS, EA-IsoPrine Euro3000, GV instruments)配备元素分析仪完成, 标准物质选用GBW 04414和GBW 04415, 数据采用相对国际S同位素标准CDT(canyon diablo troilite)值表示, 测试误差小于±0.2‰。

3 结果分析

流体包裹体岩相学观察和测温结果(表1)表明, 金满Cu矿床主成矿阶段石英脉中流体包裹体以NaCl-H2O (A型)包裹体为主, 含一定数量的CO2-H2O(B型)包裹体, A型包裹体均一温度为146～239 ℃, 盐度为3.1%～18.0% NaCleq; B型包裹体均一温度为220～327 ℃,盐度为0.4%～4.6% NaCleq。砂岩中纹层状黄铜矿–石英脉中仅发育A型包裹体, 均一温度为120～185 ℃,盐度为1.4%～9.3% NaCleq。连城Cu-Mo矿床共生脉石矿物中流体包裹体以原生包裹体为主, 主要为B型包裹体, 含一定数量的A型包裹体, A型包裹体均一温度为236～346 ℃, 盐度为9.0%～22.3% NaCleq; B型包裹体均一温度为240～343 ℃, 盐度为0.6%～4.1% NaCleq。

金满Cu矿床主成矿阶段黄铜矿和黝铜矿样品的δ65Cu值为−3.62‰～0.48‰(表2), 平均值−0.97‰, 极差为4.10‰, 范围较广, 总体偏负值。其中, 不同产状样品Cu同位素和S同位素特征差别较大, 含硫化物石英脉中黄铜矿和黝铜矿δ65Cu值为−1.62‰～0.48‰,平均值−0.41‰, 跨度较大, 总体偏负值; δ34S值为−4.0‰～4.6‰, 变化范围较大, 平均值0.9‰, 极差为8.6‰, 范围较广。粉砂岩、泥岩中纹层状黄铜矿δ65Cu值为−3.62‰ ～ −1.07‰, 平均值−2.47‰, 显示较大的负值; δ34S值为10.9‰～12.1‰, 平均值11.5‰, 显示较大的正值。

连城Cu-Mo矿床主成矿阶段含硫化物石英脉中黄铜矿、黝铜矿和斑铜矿样品的δ65Cu值为−0.31‰～ 2.12‰(表2), 平均值为0.84‰, 跨度较大, 总体偏正值; δ34S值为−3.6‰～1.4‰(表2), 平均值−1.9‰, 极差为5.0‰, 范围较窄。其中, 5个黄铜矿样品的δ65Cu值为0.20‰～2.12‰, 平均值1.26‰; 1个黝铜矿样品的δ65Cu值为−0.11‰; 1个斑铜矿样品的δ65Cu值为−0.31‰。

表1 金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床流体包裹体特点

注: 中仅列出伴生脉石矿物中包裹体数据范围, 详见张锦让等, 2015。

表2 金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床Cu-S同位素组成

注: “-”表示无数据。

4 讨 论

4.1 成矿物质S来源

S是研究成矿物质来源的重要示踪元素, 热液硫化物的S同位素组成, 不仅取决于其源区物质的S同位素组成, 还取决于成矿流体演化的物理化学条件(Ohmoto and Rye, 1979)。研究表明, 金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床的成矿流体整体上显示出中–高温、中–低盐度、极富CO2的特征, 流体平均pH值为6.0, 处于相对弱还原、酸性环境(赵海滨, 2006; Chi and Xue, 2011)。同时, 原生矿石主要由石英和黄铜矿、黝铜矿组成, 未见硫酸盐矿物, 在此条件下, 金属硫化物δ34S值可近似代表热液中S同位素特征(Ohmoto and Rye, 1979; Chi and Xue, 2011)。

金满Cu矿床不同产状样品S同位素特征差别较大, 含硫化物石英脉中黄铜矿和黝铜矿的δ34S值为−4.0‰～4.6‰(表2), 变化范围较大, 平均值0.9‰, 极差为8.6‰, 大致呈零值附近的塔式分布(图4a), 具有深部岩浆硫的特征(Ohmoto and Rye, 1979)。粉砂岩、泥岩中纹层状黄铜矿δ34S值为10.9‰～12.1‰, 平均值11.5‰, 显示较大的正值, 具有地层硫的特征(Ohmoto and Rye, 1979)。

连城Cu-Mo矿床主成矿阶段含硫化物石英脉中黄铜矿、黝铜矿和斑铜矿样品的δ34S值为−3.6‰～1.4‰(表2), 极差为5.0‰, 范围较窄, 大致呈零值附近塔式分布(图4b), 推测连城Cu-Mo矿床成矿流体的S主要来自深部岩浆, 无明显围岩地层硫加入。

图4 金满Cu矿床(a)和连城Cu-Mo矿床(b)S同位素组成

整体上, 金满Cu矿床成矿早阶段硫化物S同位素比较稳定, 可能主要来源于深部岩浆硫, 随着成矿作用进行, 成矿物质来源也在逐渐变化, 海相沉积岩地层硫来源相对增多。连城Cu-Mo矿床成矿流体的S主要来自深部岩浆, 无明显围岩地层硫加入。

4.2 成矿金属Cu的来源

研究表明, 不同类型矿床中Cu同位素组成存在较大差别, 岩浆矿床Cu同位素组成变化范围较小(−0.62‰～0.40‰; Zhu et al., 2000), 集中分布在零值附近; 矽卡岩、斑岩(−1.29‰～2.98‰; 李振清等, 2009; Mathur et al., 2009; 王跃等, 2014)、热液脉型矿床(−3.70‰～2.41‰; 蒋少涌等, 2001; Markl et al., 2006)的Cu同位素组成变化范围较大; 低温热液脉型矿床和沉积矿床中的黄铜矿较为富集Cu的轻同位素(Asael et al., 2007)。

流体包裹体测温结果表明, 随着成矿的进行, 金满Cu矿床黄铜矿和黝铜矿δ65Cu值的变化呈现明显的规律, δ65Cu正值来自高温脉的黄铜矿(220～327 ℃),而δ65Cu负值来自低温沉淀的黄铜矿(120～185 ℃), 表明硫化物的δ65Cu值与形成温度相关, 较低的成矿温度可能是造成金满Cu矿床δ65Cu值较低的原因之一(Zhu et al., 2000; 蒋少涌等, 2001)。同时, 热液交代过程中围岩组分的加入也可能是金满Cu矿床Cu-S同位素变化较大的重要原因(蒋少涌等, 2001)。

连城Cu-Mo矿床主成矿期黄铜矿、黝铜矿和斑铜矿样品的δ65Cu值为−0.31‰～2.12‰, 跨度较大, 总体偏正值(表2, 图5), 和花岗岩的δ65Cu值变化范围一致(Markl et al., 2006; 李振清等, 2009; Li et al., 2009), 而与海洋沉积物、生物材料、沉积型矿床、低温热液矿床的δ65Cu值相差较大(图5), 暗示Cu可能主要来自深部岩浆。δ34S值为−3.6‰～1.4‰, 具有以零值附近为中心的塔式分布特征, 亦显示岩浆硫特征。

金满Cu矿床明显存在两种性质的流体参与成矿, 一种为中–高温、中–低盐度、富CO2的流体(CO2-H2O包裹体均一温度集中在280～340 ℃之间, 盐度集中在1%～4% NaCleq之间), 另一种为中–低温、中–高盐度、贫CO2的流体(均一温度集中在160～220 ℃之间, 盐度集中在8%～18% NaCleq之间), 显示出低盐度、富CO2流体和中–高盐度NaCl-H2O流体混合的结果。考虑到兰坪盆地广泛发育中–低温、高盐度的盆地卤水系统(赵海滨, 2006; Chi and Xue, 2011), 推测这种中–高盐度NaCl-H2O流体可能与广泛存在的盆地流体系统有关, 而与富CO2流体不存在成因上的联系。金满Cu矿床成矿过程中多种性质流体的参与, 可能也是造成其Cu-S同位素特征十分复杂的重要原因之一(图6)。连城Cu-Mo矿床成矿流体整体上是一种中–高温、中–低盐度、极富CO2的流体(CO2-H2O包裹体均一温度集中在280～340 ℃之间, 盐度集中在1%～4% NaCleq之间), 结合C、H、O同位素特征, 推断成矿流体主要来源于深部岩浆, 不排除变质流体的可能(Chi and Xue, 2011; 张锦让等, 2015)。

MORB. 洋中脊玄武岩; OIB. 洋岛玄武岩; VMS. 火山成因块状硫化物; SSC. 沉积岩型层状铜。全球不同类型岩石及矿床的Cu同位素数据引自Zhu et al., 2000; 蒋少涌等, 2001; Graham et al., 2004; Markl et al., 2006; Asael et al., 2007; Haest et al., 2009; Li et al., 2009; Mathur et al., 2009; 李振清等, 2009; Song et al., 2017; Wang et al., 2017; Wu et al., 2017a, 2017b。

图6 金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床δ65Cu-δ34S图解

基于以上讨论, 认为金满Cu矿床金属Cu可能具有多来源特征, 成矿早阶段主要与深部岩浆或变质作用有关, 成矿晚阶段有地层物质的加入。连城Cu-Mo矿床成矿金属Cu可能主要来自深部岩浆岩, 围岩贡献较少。由于本研究尚未获得不同成矿阶段详细的Cu同位素数据, 且矿区内未出露同期的岩浆岩, 因此以上推测仍需要进一步的工作来证实。

5 结 论

(1) 兰坪盆地西缘发育一系列脉状Cu多金属矿床, 这些脉状Cu矿床的成矿流体普遍存在大量富CO2流体包裹体, 这在整个兰坪盆地罕见, 显著区别于盆地流体成矿系统主导成矿的Pb-Zn矿床。

(2) 金满Cu矿床黄铜矿的δ65Cu值变化较大(−3.62‰～0.48‰), δ34S值为−4.0‰～12.1‰。连城Cu-Mo矿床主成矿阶段黄铜矿δ65Cu值为−0.31‰～ 2.12‰, δ34S值为−3.6‰～1.4‰, 暗示成矿与深部岩浆作用有关。

(3) 金满Cu矿床金属Cu可能具有多来源特征, 成矿早阶段可能主要与深部岩浆或变质作用有关, 成矿晚阶段有地层物质的加入。连城Cu-Mo矿床成矿金属Cu可能主要来自深部岩浆, 围岩贡献较少。

致谢:野外工作得到三江铜业领导及生产部地质人员的热情帮助; 中国地质大学(北京)刘家军教授和王长明副教授提出了宝贵修改意见, 在此一并致以衷心感谢！

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Copper and sulfur isotopic characteristics of the Jinman-Liancheng vein-type copper deposit in the western Lanping Basin and its significance

ZHANG Jinrang1, WEN Hanjie2*, ZOU Zhichao3, DU Shengjiang2, GU Chunyuan1

(1. College of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, Guizhou, China; 3. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China)

A series of vein-type Cu deposits occur in the western Lanping Basin. Cu polymetallic mineralization in China has unique characteristics, distinguishing it from other sediment-hosted base metal deposits worldwide. The ore-forming fluids responsible for these vein-type Cu deposits are characterized by abundant CO2-rich fluid inclusions significantly different from the basinal fluid systems in the Lanping Basin. To better understand the ore-forming material sources and the metallogenic mechanism, we provide new Cu isotope data and the corresponding sulfur isotopic compositions of copper-bearing sulfides from the main mineralization stage of two vein-type copper deposits (Jinman and Liancheng) in the western Lanping Basin. The Jinman Cu-Ag deposit yields δ65Cu of −3.62‰ to 0.48‰ and δ34S of −4.0‰ to 12.1‰. In conjunction with existing fluid inclusions and C-H-O isotope data, we suggest that the ore-forming materials were mainly sourced from the magmatic reservoir, with the addition of some strata components in the late stage. It is suggested that multistage fluid activity and multiple sources of metallogenic materials may be the primary factors contributing to the variations in sulfur and Cu isotopic compositions in the Jinman deposit. The Liancheng Cu-Mo deposit yields δ65Cu of −0.31‰ to 2.12‰ and δ34S of −3.6‰ to 1.4‰, consistent with that of granites. These features indicate that the ore-forming metals were predominantly derived from unexposed magmatic rocks of the Lanping Basin.

CO2-rich fluids; Cu and S isotopes; vein-type Cu deposit; western Lanping Basin; Yunnan Province

P611; P736.44

A

0379-1726(2023)06-0734-12

10.19700/j.0379-1726.2023.06.008

2021-12-06;

2022-04-12

国家自然科学基金项目(42173071、41962005)资助。

张锦让(1985–), 男, 副研究员, 主要从事矿床地球化学研究。E-mail: zhangjinrang123@163.com

温汉捷(1971–), 男, 研究员, 主要从事同位素地球化学和分散元素成矿作用研究。E-mail: wenhanjie@vip.gyig.ac.cn