Metallogenic material sources of important non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province: Evidence from S and Pb isotopes
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摘要:
湘东北地区有色金属矿床成矿物质来源综合研究相对缺乏。以桃林铅锌矿、栗山铅锌矿、井冲钴铜多金属矿为研究对象，分析矿床主成矿期矿石硫化物单矿物的硫、铅同位素地质特征，结合七宝山铜多金属矿等研究现状，综合研究湘东北地区有色金属矿床的成矿物质来源规律。硫同位素特征表明，4个矿床的成矿物质整体为深部岩浆硫源，其中，七宝山矿床为较典型的岩浆硫源，桃林、栗山、井冲等矿床混入了少量地层硫源，且桃林矿床比栗山、井冲矿床混入地层硫源的比例更高。铅同位素特征表明，4个矿床的成矿物质来源以上地壳为主，但混入了少部分幔源物质，且七宝山、井冲的幔源物质混入比例更高。
Abstract:The comprehensive research on the metallogenic material sources of the main non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province has been very insufficient. Focusing on the Taolin lead-zinc deposit, Lishan lead-zinc deposit and Jingchong Cobalt-copper polymetallic deposit, the authors analyzed their S and Pb isotope geological characteristics of the single mineral of sulfide ore in their main metallogenic period, explored comprehensively the law of ore-forming material sources about the nonferrous metal ore deposits in northeastern Hu'nan Province, combined with research status of other deposits such as the Qibaoshan copper polymetallic deposit. The S isotope characteristics show that the metallogenic material of four deposits came from the deep magmatic sulfur source on the whole. The Qibaoshan ore deposit is a typical magmatic sulfur source, whereas the Taolin, Lishan and Jingchong deposits are all mixed with a small amount of formation sulfur. Moreover, the deposit with higher percentage of formation sulfur source is Taolin deposit. The Pb isotope characteristics show that the metallogenic material source of the four deposits is given priority to the upper crust, but is mixed with minor mantle source material on the whole. The higher mixing proportion of mantle source material came from Qibaoshan and Jingchong.
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致谢: 前人研究成果为本文提供了重要基础信息。中国地质调查局武汉地质调查中心金巍、叶荣、蔡应雄、吕红、卢山松等专家在采样、分析测试、综合研究及文章编写过程中给予帮助，审稿专家提出了建设性的修改意见，编辑部老师付出了辛勤的劳动，在此一并深表谢忱。
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图 1 华南湘东北地区地质矿产简图（b据参考文献[26]④修改）
a图中灰色区域代表江南造山带，红线代表江山-绍兴断裂；Ⅰ—秦岭-大别造山带；Ⅱ—扬子地块；Ⅲ—华夏地块；1—白垩系-第四系；2—中泥盆统-中三叠统；3—志留系-震旦系；4—新元古代板溪群；5—中元古代冷家溪群；6—古元古代-新太古代连云山杂岩；7—晚中生代花岗质岩；8—晚古生代-早中生代花岗质岩；9—早古生代花岗质岩；10—元古代花岗质岩；11—断裂；12—金矿床；13—铅锌铜多金属矿床；14—钴铜多金属矿床；（Ⅰ）—洞庭断陷盆地；（Ⅱ）—幕阜山-紫云山断隆；（Ⅲ）—平江-长沙断陷盆地；（Ⅳ）—连云山-衡阳断隆；（Ⅴ）—醴陵-攸县断陷盆地
Figure 1. Simplified geological and mineral resources map of northeastern Hu'nan Province
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图版Ⅰ
a.桃林铅锌矿块状角砾状闪锌矿矿石；b.桃林铅锌矿块状萤石方铅矿矿石；c.桃林铅锌矿黄铜矿交代方铅矿，且两者晚于闪锌矿生成；d、e.栗山铅锌矿脉状萤石方铅矿闪锌矿矿体充填于二长花岗岩的断裂构造；f.栗山铅锌矿闪锌矿、方铅矿、黄铜矿三者共生且同时形成；g.井冲钴铜矿强硅化蚀变带中层状、团块状黄铁矿化黄铜矿化钴铜多金属矿体；h.井冲钴铜矿地表风化后团块状角砾状强黄铁矿化钴铜多金属矿体；i.井冲钴铜矿晚期黄铜矿交代早期碎裂结构黄铁矿。Gn—方铅矿；Sp—闪锌矿；Py—黄铁矿；Ccp—黄铜矿；Fl—萤石；Q—石英；MG—栗山铅锌矿燕山期二长花岗岩
图版Ⅰ.
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图 2 湘东北地区有色金属矿床硫同位素组成直方图（a、b、c）及综合对比图（d）
Figure 2. Sulfur isotope histograms (a, b, c) and δ34S values comprehensive comparison of key non-ferrous metal deposits(d) in northeastern Hu'nan Province
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图 3 桃林铅锌矿硫化物铅同位素构造演化模式（据参考文献[34]修改）
Figure 3. Structural evolution model of Pb isotope of sulfide in the Taolin Pb-Zn deposit
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图 4 栗山铅锌矿硫化物铅同位素模式图（据参考文献[34]修改）
Figure 4. Structural evolution model of Pb isotope of sulfide in the Lishan Pb-Zn deposit
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图 5 井冲钴铜矿床硫化物铅同位素模式图（据参考文献[34]修改）
Figure 5. Structural evolution model of Pb isotope of sulfide in the Jingchong Co-Cu deposit
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图 6 湘东北有色金属矿床硫同位素组成直方图
Figure 6. Sulfur isotope histogram of key non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
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图 7 湘东北和湘西有色金属矿床硫同位素对比
Figure 7. Sulfur isotope contrast chart of non-ferrous metal deposits in northeastern and western Hu'nan Province
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图 8 湘东北有色金属矿床铅同位素构造模式图（据参考文献[34]修改）
Figure 8. Structural model of lead isotope of non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
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图 9 湘东北地区有色金属矿床铅同位素Δβ-Δγ成因分类图解（据参考文献[40]修改）
1—地幔源铅；2—上地壳铅；3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅（3a—岩浆作用；3b—沉积作用）；4—化学沉积型铅；5—海底热水作用铅；6—中深变质作用铅；7—深变质下地壳铅；8—造山带铅；9—古老页岩上地壳铅；10—退变质铅
Figure 9. Δβ-Δγ diagram of genetic classification of the Pb isotope from the non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
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图 10 典型岩浆热液型有色金属矿床铅同位素特征对比图解
Figure 10. Comparison of lead isotopic characteristics of typical magmatic hydrothermal nonferrous deposits
表 1 湘东北地区主要有色金属矿床硫同位素组成
Table 1 Sulfur isotopic composition of key non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
编号 矿区 样品编号 单矿物 δ34SCDT/‰ 数据来源 编号 矿区 样品编号 单矿物 δ34SCDT/‰ 数据来源 1 TL-1-1-1 方铝矿 -6.61 44 SD1-3-10-1 方铝矿 -3.58 [8] 2 TL-1-1-1-1 方铝矿 -6.52 45 SD1-3-10-2 闪锌矿 -0.1 3 TL-1-1-2 闪锌矿 -4.52 46 15LS-01 方铝矿 -3.6 4 TL-1-2 闪锌矿 -4.88 47 15LS-03 方铝矿 -4.4 5 TL-1-7 方铝矿 -7.64 48 15LS-04 方铝矿 -4.7 6 TL-2-7-1 闪锌矿 -5.32 本文 49 15LS-05 方铝矿 -2.1 7 TL-2-7-3-1 闪锌矿 -4.97 50 15LS-06 方铝矿 -2.3 8 TL-2-7-3-1-1 闪锌矿 -5 51 栗山 15LS-07 方铝矿 -3.3 9 桃林 TL-2-10-1-1 方铝矿 -7.75 52 15LS-09 方铝矿 -3.3 [10] 10 TL-2-10-1-2 闪锌矿 -5.57 53 15LS-10 方铝矿 -1.9 11 TL-2-32-2-1 方铝矿 -10.2 54 15LS-13 方铝矿 -4.2 12 TL-2-32-2-2 闪锌矿 -7.87 55 15LS-14 方铝矿 -1.4 13 12 重晶石 17.04 56 15LS-04 闪锌矿 1.1 14 13 重晶石 17.03 57 15LS-06 闪锌矿 1.2 15 19 重晶石 16.79 [6] 58 15LS-09 闪锌矿 1.5 16 20 重晶石 17.68 59 15LS-10 闪锌矿 -0.1 17 22 重晶石 16.5 60 JC-1-1 黄铁矿 -4.63 18 LS-1-2-2-1 闪锌矿 -0.38 61 JC-3-1-1-1 黄铁矿 -2.07 19 LS-1-2-2-2 闪锌矿 -0.39 62 JC-3-1-2-1 黄铁矿 -1.91 20 LS-2-2-2 方铝矿 -4.47 63 JC-3-2-2-1 黄铁矿 -1.97 21 LS-2-2-3 闪锌矿 -0.41 64 JC-3-2-2-2 黄铁矿 -1.95 本文 22 LS-3-1-1 黄铜矿 -2.08 65 JC-3-3-1-1 黄铁矿 -3.37 23 LS-3-1-2 方铝矿 -3.1 66 井冲 JC-3-3-1-1-1 黄铁矿 -3.35 24 LS-3-1-3-1 闪锌矿 -0.52 本文 67 JC-3-3-2 黄铁矿 -2.93 25 LS-3-1-3-2 闪锌矿 -0.51 68 JC-3-4-1 黄铁矿 -2.83 26 LS-4-1-1 黄铜矿 -0.68 69 JC-3-5-1-1 黄铁矿 -2.16 27 LS-4-1-2 方铝矿 -2.42 70 JC-1 黄铁矿 -3.8 28 LS-4-1-3 闪锌矿 -0.12 71 JC-2 黄铁矿 -4.3 ③ 29 LS-5-1-1 黄铜矿 -2.1 72 JC-5 黄铜矿 0.2 30 栗山 LS-5-1-3-1 闪锌矿 -0.17 73 JC-6 黄铜矿 -4.4 31 LS-5-1-3-2 闪锌矿 -0.21 74 QB2 黄铁矿 4.5 32 SD1-1-1 闪锌矿 0.77 75 QB4 黄铁矿 4.11 33 SD1-1-2 黄铜矿 -2.52 76 QB6 黄铁矿 4.45 34 SD1-1-4 方铝矿 -5.01 77 QB6 黄铁矿 4.68 35 SD1-2-1 闪锌矿 -1.86 78 QB8 黄铁矿 4.29 36 SD1-2-2 黄铜矿 -2.72 79 七宝山 QB9 黄铁矿 4.84 [16] 37 SD1-2-3 闪锌矿 -4.07 [8] 80 QB12 黄铁矿 3.24 38 SD1-2-5 黄铜矿 -2.73 81 QB19 黄铁矿 3.47 39 SD1-2-7 黄铜矿 -2.54 82 QB1 黄铁矿 2.84 40 SD1-2-6-1 闪锌矿 -3.25 83 QB17 黄铁矿 3.86 41 SD1-2-6-2 方铝矿 -7.84 84 QB20 黄铁矿 2.22 42 SD1-2-7 方铝矿 -7.15 85 QB20 黄铁矿 2.3 43 SD1-3-1 方铝矿 -6.39 注：本文数据由中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室测试 
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表 2 湘东北地区主要有色金属矿床硫化物硫同位素组成对比
Table 2 Sulfur isotopic composition contrast of the non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
矿床 单矿物 样品数 单矿物δ34S/%。 矿区δ34S/%O 资料来源 变化范围 平均值 变化范围 离差 平均值 方铝矿 5 -10.2~-6.52 -7.74 -10.2~-4.52 2.29 -6.60 桃林 闪锌矿 7 _7.87~-4.52 -5.45 本文:[6] 重晶石 5 16.50~17.04 17.01 16.50~17.04 0.54 17.01 方铝矿 18 -7.84~-1.40 -3.95 栗山 闪锌矿 17 -4.07~1.50 -0.44 -7.84~1.50 9.34 -2.24 本文: [8, 10] 黄铜矿 7 -2.73~-0.68 -2.20 井冲 黄铁矿 12 -4.63~-1.91 -2.94 -4.63~0.20 1.55 -2.82 本文; ③ 黄铜矿 2 -4.40~0.20 -2.1 七宝山 黄铁矿 12 2.22~4.68 3.73 2.22~4.68 2.46 3.73 [16] 注：本文数据由中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室测试
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表 3 湘东北地区主要有色金属矿床铅同位素组成及参数
Table 3 Sulfides lead isotopic composition and characteristic parameters of the key non-ferrous metal deposits in northeastern Hu'nan Province
编号 矿区 样号 单矿物 206Pb/204Pb 207Pb/204Pb 208Pb/204Pb t/Ma μ ω Th/U △β △γ 数据来源 1 TL-1-1-1 方铝矿 18.115 15.615 38.542 398 9.53 38.77 3.94 20.15 46.09 本文 2 TL-1-1-2 闪锌矿 18.229 15.757 39.016 482 9.80 41.55 4.10 29.92 62.81 3 TL-1-2 闪锌矿 18.076 15.577 38.413 381 9.46 38.08 3.90 17.58 41.82 4 TL-1-7 方铝矿 18.147 15.648 38.708 414 9.59 39.62 4.00 22.40 51.32 5 桃林 TL-2-7-1 闪锌矿 18.140 15.664 38.781 437 9.62 40.14 4.04 23.57 54.35 6 TL-2-7-3-1 闪锌矿 18.164 15.703 38.878 465 9.70 40.81 4.07 26.28 58.27 7 TL-2-10-1-1 方铝矿 18.128 15.641 38.671 419 9.58 39.51 3.99 21.97 50.54 8 TL-2-10-1-2 闪锌矿 18.231 15.773 39.102 498 9.83 42.08 4.14 31.06 65.90 9 TL-2-32-2-1 方铝矿 18.110 15.610 38.562 396 9.52 38.84 3.95 19.82 46.54 10 TL-2-32-2-2 闪锌矿 18.133 15.643 38.668 418 9.58 39.48 3.99 22.09 50.41 11 LS-1-2-2 闪锌矿 18.382 15.710 38.860 321 9.68 39.48 3.95 25.95 51.23 本文 12 LS-2-2-2 方铝矿 18.239 15.728 38.846 442 9.74 40.46 4.02 27.78 56.35 13 LS-2-2-3 闪锌矿 18.213 15.701 38.767 429 9.69 40.00 4.00 25.95 53.60 14 LS-3-1-1 黄铜矿 18.251 15.690 38.748 390 9.66 39.58 3.97 25.01 51.31 15 栗山 LS-3-1-2 方铝矿 18.218 15.684 38.721 406 9.65 39.61 3.97 24.71 51.31 16 LS-3-1-3 闪锌矿 18.132 15.591 38.555 357 9.48 38.49 3.93 18.36 44.59 17 LS-4-1-1 黄铜矿 18.305 15.736 38.907 405 9.75 40.40 4.01 28.10 56.31 18 LS-4-1-2 方铝矿 18.361 15.819 39.232 461 9.91 42.30 4.13 33.84 67.72 19 LS-4-1-3 闪锌矿 18.168 15.688 38.766 446 9.67 40.14 4.02 25.19 54.35 20 LS-5-1-1 黄铜矿 18.177 15.651 38.596 396 9.59 38.99 3.93 22.49 47.46 21 JC-1-1 黄铁矿 18.316 15.663 38.698 312 9.60 38.72 3.90 22.83 46.44 本文 22 JC-3-1-1-1 黄铁矿 18.372 15.611 38.550 208 9.49 37.29 3.80 18.94 37.83 23 JC-3-1-2-1 黄铁矿 18.316 15.668 38.732 318 9.61 38.91 3.92 23.19 47.63 24 JC-3-2-2-1 黄铁矿 18.325 15.653 38.677 294 9.58 38.49 3.89 22.09 45.07 25 井冲 JC-3-2-2-2 黄铜矿 18.305 15.624 38.570 273 9.52 37.87 3.85 20.09 41.25 26 JC-3-3-1-1 黄铁矿 18.186 15.624 38.552 358 9.54 38.48 3.90 20.53 44.56 27 JC-3-3-2 黄铁矿 18.372 15.686 38.788 300 9.64 39.00 3.92 24.28 48.34 28 JC-3-4-1 黄铁矿 18.312 15.666 38.741 318 9.60 38.96 3.93 23.06 47.88 29 JC-3-5-1-1 黄铁矿 18.317 15.663 38.728 311 9.60 38.84 3.92 22.83 47.21 30 QB2 黄铁矿 18.384 15.689 38.509 295 9.64 37.79 3.79 24.45 40.58 [16-18] 31 QB4 黄铁矿 18.315 15.661 38.376 310 9.59 37.36 3.77 22.69 37.65 32 QB6 黄铁矿 18.384 15.737 38.856 351 9.74 39.72 3.95 27.87 52.48 33 QB8 黄铁矿 18.326 15.665 38.632 307 9.60 38.41 3.87 22.94 44.44 34 QB12 黄铁矿 18.350 15.629 38.577 246 9.53 37.70 3.83 20.29 40.24 35 QB19 黄铁矿 18.396 15.666 38.705 258 9.60 38.32 3.86 22.76 44.22 36 QB1 黄铁矿 18.390 15.711 38.571 316 9.69 38.23 3.82 25.99 43.19 37 QB17 黄铁矿 18.318 15.652 38.569 297 9.58 38.06 3.84 22.04 42.29 38 QB20-1 黄铁矿 18.412 15.717 38.734 308 9.69 38.84 3.88 26.34 47.24 39 七宝山 QB20-2 黄铁矿 18.373 15.707 38.728 324 9.68 38.95 3.89 25.77 47.79 40 Q-1 黄铁矿 18.320 15.625 38.625 263 9.52 38.03 3.87 20.11 42.29 41 Q-2 黄铁矿 18.330 15.575 38.365 194 9.42 36.42 3.74 16.53 32.24 42 同-05-3 方铝矿 18.118 15.537 38.882 302 9.37 39.41 4.07 14.56 50.97 43 铝2 方铝矿 18.478 15.628 38.708 153 9.51 37.51 3.82 19.81 39.67 44 铝3 方铝矿 18.467 15.663 38.806 204 9.58 38.31 3.87 22.32 44.55 45 铝4 方铝矿 18.420 15.723 38.818 310 9.71 39.21 3.91 26.74 49.60 46 铝5 方铝矿 18.268 15.602 38.468 273 9.48 37.45 3.82 18.66 38.49 47 t-9 方铝矿 18.100 15.626 38.628 422 9.55 39.34 3.99 21.01 49.51 48 t-13 方铝矿 18.372 15.809 38.948 442 9.88 40.90 4.01 33.08 59.12 注：模式年龄据参考文献[36]。本文数据由中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室测试
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