地质通报  2020, Vol. 39 Issue (10): 1625-1638  
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韩朝辉, 宋玉财, 刘英超, 侯增谦, 程杨, 翟忠保. 伊朗Ahangaran铅(铜)矿床特征及成因[J]. 地质通报, 2020, 39(10): 1625-1638.
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Han C H, Song Y C, Liu Y C, Hou Z Q, Cheng Y, Zhai Z B. Characteristics and genesis of the Ahangaran Pb Cu deposit Iran[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(10): 1625-1638.
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基金项目

国家自然科学基金项目《伊朗Mehdiabad超大型铅锌矿床的巨量重晶石成因与金属富集机制》(批准号:41773042)、《陆-陆碰撞褶皱逆冲带内MVT铅锌成矿作用:青藏高原与扎格罗斯造山带对比研究》(批准号:91855214)、《逆冲褶皱系富硅型碳酸盐岩容矿铅锌矿床成因:以伊朗马拉耶尔-伊斯法罕铅锌矿带为例》(批准号:41773043)、《兰坪盆地新生代构造变形及其对铅锌铜成矿的控制》(批准号:41772088))和国家重点研发计划课题《青藏高原大陆碰撞铅锌成矿系统深部结构与成矿过程》(编号2016YFC0600306)

作者简介

韩朝辉(1987-), 男, 硕士, 工程师, 从事矿床学和地球化学研究。E-mail:chaohuidihua@163.com

通讯作者

宋玉财(1978-), 男, 研究员, 从事矿床学研究。E-mail:song_yucai@aliyun.com

文章历史

收稿日期: 2020-03-11
修订日期: 2020-05-07
伊朗Ahangaran铅(铜)矿床特征及成因
韩朝辉1,2, 宋玉财1, 刘英超1, 侯增谦1, 程杨3, 翟忠保4    
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 中国地质调查局西安矿产资源调查中心, 陕西 西安 710100;
3. 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 100025;
4. 中国水利水电第六工程局有限公司, 辽宁 丹东 118002
摘要: Ahangaran铅(铜)矿床位于伊朗地块(北部)与阿拉伯板块(南部)碰撞形成的扎格罗斯造山带的Sanandaj-Sirjan带内,该碰撞发生在新生代,赋矿围岩为下白垩统白云质灰岩。矿体多呈顺层的透镜状和穿层的脉状产出,成矿前沉淀细粒石英,成矿期出现白云石、方解石、重晶石、粗粒石英、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、黝铜矿。流体包裹体研究显示,成矿流体为Cl--Na+-Ca2+-Mg2+体系,均一温度介于108~210℃之间,盐度介于7%~29% NaCl eq之间,结合脉石矿物和包裹体的碳-氢-氧同位素特征,显示成矿流体主要来自盆地卤水,但不排除有岩浆流体的贡献,在成矿过程中成矿流体与碳酸盐围岩发生相互作用,使围岩发生溶解。重晶石δ34S值介于18.7‰~22.7‰之间,硫化物中δ34S值介于-3.1‰~9.7‰之间,推测还原硫可能主要来自硫酸盐的生物还原(BSR),也不排除有机质热化学还原(TSR)作用的贡献。方铅矿206Pb/204Pb值介于18.4083~18.4054之间,207Pb/204Pb值介于15.6512~15.6548之间,208Pb/204Pb值介于38.5628~38.5515之间,与区域铅锌成矿带内其他赋存在碳酸盐岩中铅锌矿床的铅同位素特征相似,说明这些矿床中金属来源均与经历了"造山"作用的上地壳岩石有关。尽管该矿床矿化和成矿流体特征与密西西比河谷型(MVT)矿床相似,但其富石英和含铜的特征与和岩浆有关的碳酸盐岩交代型矿床(CRD)更接近,建议将该矿床归为后一类。
关键词: 地质特征    矿化    成因    Ahangaran    碳酸盐岩交代型    
Characteristics and genesis of the Ahangaran Pb Cu deposit Iran
HAN Chaohui1,2, SONG Yucai1, LIU Yingchao1, HOU Zengqian1, CHENG Yang3, ZHAI Zhongbao4    
1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. Xi'an Mineral Resources Survey Center of China Geology Survey, Xi'an 710100, Shaanxi, China;
3. Institute of Mineral Resources Research, China Metallurgical Geology Bureau, Beijing 100025, China;
4. No.6 Sinohydro Engineering Bureau Co., Ltd., Dandong 118002, Liaoning, China
Abstract: The Ahangaran Pb(Cu) deposit is located in the Sanandaj-Sirjan metamorphic zone of the Zagros orogenic belt, a Cenozoic continental collisional zone between Arabian(south) and Iran(north) blocks. The deposit is hosted in Lower Cretaceous dolomitic limestone and has conformable and lenticular orebodies and bed-crosscutting ore veins. Pre-ore stage of minerals are fine-grained quartz, and ore stage of minerals are composed of dolomite, barite, calcite, coarse-grained quartz, galena, chalcopyrite, pyrite, and tetrahedrite. The study of the fluid inclusions shows that the ore fluids are a Cl--Na+-Ca2+-Mg2+ system, with homogenization temperatures from 108℃ to 210℃ and the salinities from 7%NaCl eq to 29%NaCl eq. Combined with data of C-H-O isotopes from ore stage hydrothermal gangue minerals and associated fluid inclusions, the authors hold that the ore fluids were mainly derived from basinal brine, with or without contribution from magmatic fluids. The mineralization process led to the dissolution of the host carbonate. The δ34S values of barite range from 18.7‰ to 22.7‰, and sulfides range from -3.1‰ to 9.7‰, suggesting that the reduced sulfur was probably the result of biological sulfate reduction(BSR). But this does not exclude the probable contribution of reduced sulfur from thermochemical sulfate reduction(TSR). The 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, and 208Pb/204Pb ratios of galena are 18.4083~18.454, 15.6512~15.6548, and 38.5628~38.5515, respectively, which are similar to those of the other Pb-Zn deposits in this region, i.e., the Malayer-Esfahan carbonated-hosted Pb-Zn metallogenic belt. It is suggested that their metals were derived from the same upper crustal rocks. Although the Ahangaran deposit shares some similarities with Mississippi Valley-type(MVT) deposits, the enrichment of ore stage quartz and copper sulfides suggests that the deposit may be classified as a magmatic-related carbonate-replacement-type deposit.
Key words: geology    mineralization    genesis    Ahangaran    carbonate replacement-type    

特提斯构造域西起地中海西部,向东南延伸1000 km到大苏门答列群岛[1],是全球最重要的铅锌矿床成矿域之一[2-3]。其中,位于伊朗的扎格罗斯碰撞造山带是该成矿域内重要的铅锌矿床富集区之一。该造山带自南西向北东依次为扎格罗斯褶皱带、Sanandaj-Sirjan变质带和Urumieh-Dokhtar岩浆弧带[4]。中部的Sanandaj-Sirjan变质带是一条中生代岩浆-变质带,长约1500 km,宽200 km,从伊朗西北部一直延伸到东南部,在新生代发育褶皱、逆冲构造,并伴有小型沉积盆地形成[5]。马拉耶尔-伊斯法罕碳酸盐岩容矿铅锌成矿带位于Sanandaj-Sirjan变质带中部[6],目前已发现100多处矿床(点),其中发育多处大、小型铅锌(铜)矿床,如IranKuh、Emarat、Ahangaran、Tiran等矿床(图 1)。过去仅对该成矿带内铅锌储量最大的Irankuh矿床做过大量的研究工作,对带内其他矿床研究程度相对较弱,尤其Ahangaran矿床,前人几乎没有对该矿床做过较深入的研究,发表的文章及可查询到的资料特别少。Momenzadeh等[8]主要通过野外和镜下研究对该矿床地质特征进行了简单探讨,认为该矿床为同生矿床;Zamanian[9]通过研究该矿床的矿物共生次序、岩石学特征及成因,倾向于把它划归到密西西比河谷型(MVT)矿床。然而,还有很多问题值得探讨,如该矿床的成矿流体及成矿物质来源方面的研究几乎处于空白,矿床成因不明, 与带内其他矿床的成因关系不清楚等。本文以Ahangaran矿床为研究对象,通过研究该矿床地质与矿化特征、流体包裹体特征及碳-氧、氢-氧、硫、铅等同位素,探讨成矿流体和成矿物质来源,综合分析该矿床的成因。

图 1 伊朗的主要构造组成单元及Ahangaran矿床位置(底图据参考文献[7]) Fig.1 Main tectonic elements of Iran and location of the Ahangaran deposit
1 区域地质概况

Ahangaran铅(铜)矿床位于Sanandaj-Sirjan变质带西北部(图 1)。Sanandaj-Sirjan变质带内岩石发育相对简单,出露的最古老岩石为前寒武纪片麻岩、灰岩、大理岩、闪岩、片岩和石英岩[10]。古生代—中生代,除中三叠世—晚三叠世发育浅海相碳酸盐岩、裂谷环境相火山岩和少量碎屑岩外,该变质带整体出露非裂谷环境相的浅海相沉积,包括碳酸盐岩、硅质碎屑岩、与之互层的辉绿岩透镜体、薄层玄武岩、流纹岩等次火山岩[4]。新生代以造山带内陆含膏岩的红层沉积为主,夹火山岩,其中新近纪沉积主要发育在由走滑构造和区域逆冲形成的沉降中心及局部盆地中[11]。带内共发生过3期变质作用,中、晚三叠世发育一期中高级角闪岩相-榴辉岩相变质作用,形成片岩、大理岩、石英岩、片麻岩、榴辉岩等[12-13];晚侏罗世和晚白垩世则发生了2期中级绿片岩相变质作用。目前,带内最年轻的遭受了变质作用的岩石为晚白垩世碳酸盐岩[4]

Sanandaj-Sirjan变质带内最主要的断层构造样式为NW—SE走向的右行压扭性构造(图 2),这些构造在走向上延伸上千千米[11],主要发育在晚白垩世—早始新世[15]和渐新世以新[11, 16],形成右行走滑断层、逆冲断层、褶皱及走滑作用相关盆地[17-19]。这些断层多切过三叠纪—古近纪地层,甚至部分切过第四纪断层,至今仍在活动[17]

图 2 Sanandaj-Sirjan变质带中部地区断层样式及马拉耶尔-伊斯法罕成矿带主要铅锌矿床分布(据参考文献[14]修改) Fig.2 Fault patterns in central part of the Sanandaj-Sirjan zone and the distribution of major Pb-Zn deposits in the Malayer-Esfahan metallogenic belt

侵入岩时代主体为侏罗纪,其岩性为英云闪长岩到辉长岩系列和花岗闪长岩到花岗岩系列等一系列钙碱性岩石。这些岩石被认为是新特提斯洋盆向SSZ底部俯冲所致[4, 20-21]。少量钙碱性和碱性侵入岩类侵位于新生代,其形成可能与扎格罗斯碰撞造山事件相关[20]

刘英超等[14]对马拉耶尔-伊斯法罕成矿带内的相关矿床进行了同位素等时线定年工作,获得IranKuh矿区早期的黄铁矿形成时间约为65 Ma(Re-Os等时线定年),成矿期的闪锌矿形成时间约为48 Ma(Rb-Sr等时线定年)。Emarat、Anjireh Tiran等矿床也获得了类似的闪锌矿年龄。故推测Ahangaran矿床与其他矿床类似,应该发育在古近纪早期,最有可能是在古新世—早始新世。

2 矿床地质特征

Ahangaran铅(铜)矿床Pb品位为3%[9],其他金属的品位尚不清楚,矿石量小于100×104 t。矿区内出露的地层主要为中—上侏罗统富有机质的暗色页岩和下白垩统灰岩和白云质灰岩[8](图 3)。下白垩统从下至上分为:下白垩统K1c1石英至细砾岩、下白垩统K1c2石英砂岩和石英岩、下白垩统K1c3砂质白云质灰岩、下白垩统K1m板状至薄层状灰岩夹页岩及大理岩、下白垩统K1l块状灰岩。地层变形不强,倾向NE,单斜构造。

图 3 Ahangaran矿区地质简图(据参考文献[7]修改) Fig.3 Simplified geological map of the Ahangaran ore district

矿区断裂构造发育,主要发育2组断裂(图 3),第一组为NW向断裂,形成较早;第二组N—NE向断裂,主要包括Darrehsomagh和Darrehghar两条断裂,该组切断第一组断裂,也是矿区主要的控矿构造。Ahangaran矿区侵入岩出露较少,在邻近Darrehsomagh断裂的下白垩统K1m内见含凝灰岩的基性火山岩,凝灰岩与该组内灰岩互层。Berberian等[22]也注意到,区域上早白垩世地层中夹中基性和基性火山岩层。

详细的实测地质剖面勘查发现(图 4),含矿段为下白垩统K1c3砂质灰岩和白云石化灰岩。矿体出现在硅化和白云石化较强烈部位,呈透镜状、脉状产出,矿床中矿石矿物主要有方铅矿、黄铜矿、黄铁矿及少量黝铜矿(图版Ⅰ-e),脉石矿物主要有石英、白云石、方解石及重晶石。其中矿石结构较为简单,多为细粒-粗粒结构,矿石构造主要有脉状构造、稠密浸染状构造、团块状构造等。围岩蚀变主要有硅化、白云石化,白云石化范围普遍大于硅化范围,部分砂质白云质围岩中可见浸染状分布的方铅矿化(图版Ⅰ-a)。

图 4 Ahangaran铅(铜)矿床实测地质剖面(位置见图 3) Fig.4 Geological section of the Ahangaran Pb(Cu) deposit
图版Ⅰ   PlateⅠ   a.砂质灰岩发生方铅矿化;b.与石英-白云石团块共生的硫化物;c.方铅矿切穿重晶石,重晶石较硫化物沉淀略早;d.图c的正交偏光;e.方铅矿、黄铜矿及黝铜矿共生;f.硫化物切穿石英和碳酸盐矿物,表明石英和碳酸盐矿物沉淀略早

根据矿物的穿插关系及岩相学研究(图版Ⅰ-cf),将Ahangaran铅(铜)矿床热液活动划分为2个阶段(图 5):①早阶段,主要由细粒石英组成;②晚阶段,即成矿阶段,由碳酸盐矿物+重晶石+粗粒石英+方铅矿+黄铜矿+黄铁矿+黝铜矿组成。重晶石为自形-半自形结构,方铅矿、黄铜矿及少量黝铜矿共生,多呈脉状、团块状、浸染状分布,黄铁矿颗粒晶形完整,多呈自形结构。在矿石中,局部见重晶石、石英、碳酸盐岩矿物被硫化物切穿(图版Ⅰ-ef),反映脉石矿物沉淀略早,硫化物沉淀略晚。

图 5 Ahangaran铅(铜)矿床矿物共生组合特征 Fig.5 Mineral assemblage and paragenesis in the Ahangaran Pb (Cu) deposit
3 流体包裹体研究 3.1 样品和测试方法

本次选取与硫化物共生的粗粒石英中的流体包裹体进行测温,测试工作在中国地质科学院矿产资源所完成。为了尽可能选择原生包裹体,本次测温不选择定向分布的包裹体,而选择沿石英环带生长的、成群或单个出现并具有负晶形特征的包裹体[14];同时边界规则体,尽量避免选择受到后期破坏的包裹体;测温也选择大的包裹体,以避免肉眼观察造成的误差。本次研究选用的测温仪器为Linkam THMS600型冷热台,测定温度范围为-196~+600℃,冷冻及均一温度测试精度分别为0.1℃和1.0℃。测定冰点时,升温速率最初为10℃/min,而后逐渐降低为5℃/min、2℃/min,在临近相变点时降至0.1℃/min或0.5℃/min;测定均一温度时,起始的升温速率为20℃/min,临近相变点时降低至1℃/min或0.5℃/min,测试精度为2℃。

本次研究在中国科学院地质与地球物理研究所对流体包裹体的液相成分进行测试。液相成分提取和测试分别在马弗炉和液相色谱仪中进行。取石英样品1 g在马弗炉中加热,升温至100~150℃时,停留0.5~1 h,尽可能除去表面吸附的流体和次生包裹体。然后升温至500℃,爆裂10 min,加入3 ml蒸馏水在超声离心状态下震荡10 min,提取离心后的清液用离子色谱仪测量阴、阳离子成分。使用的液相色谱仪为日本津岛公司(SHIMADZU)生产的HIC-6A型C-R5A色谱仪,所用淋洗液是2.4 mM三甲基氨基甲烷与2.5 mM邻苯二甲酸,流速为1 mL/min,重复测定精度在5%以内。

3.2 流体包裹体岩相学特征

粗晶石英中的流体包裹体多为气-液两相包裹体(图 6),未见含子矿物的包裹体。包裹体的形态有椭圆状、梭状、长方形状、不规则状等,大小介于2~9 μm之间,且以2~4 μm居多,气液比在2%~10%之间,常见孤立产出,局部见成群出现。

图 6 Ahangaran铅(铜)矿床石英中流体包裹体显微照片 Fig.6 Microphotographs of fluid inclusions in hydrothermal quartz in the Ahangaran Pb (Cu) deposit V—气相;L—液相
3.3 液相成分

成矿流体液相组分中(表 1),阳离子Na+、Ca2+和Mg2+含量很高,K+含量较低,阴离子中Cl-占主导,SO42-含量很少,为Cl--Na+-Ca2+-Mg2+体系。

表 1 Ahangaran铅(铜)矿床热液石英中流体包裹体液相成分 Table 1 Solution compositions of fluid inclusions from hydrothermal quartz in the Ahangaran Pb (Cu) deposit
3.4 流体包裹体测温结果

该矿床包裹体的均一温度介于108.1~209.7℃之间(表 2),平均值为160.7℃;冰点温度介于-4.5~-29.8℃之间,平均值为-15.91℃;盐度介于7.17%~28.53%NaCl eq之间[23],平均值为18.72%NaCl eq,盐度变化范围较大。部分包裹体冰点低于NaCl-H2O体系共结点温度(-20.8℃),但包裹体中未见盐类子晶,可能与流体中有较高含量的CaCl2而降低流体体系的共结温度有关。从包裹体盐度和均一温度直方图(图 7)中可以看出,均一温度与盐度大致呈正态分布,二者的协变图显示其变化没有明显的相关性(图 8)。

表 2 Ahangaran铅(铜)矿床热液石英流体包裹体显微测温结果 Table 2 Homogenization temperature and salinity data of fluid inclusions from hydrothermal quartz in the Ahangaran Pb (Cu) deposit
图 7 Ahangaran铅(铜)矿床热液石英流体包裹体均一温度和盐度直方图 Fig.7 Histograms of homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions in hydrothermal quartz in the Ahangaran Pb (Cu) deposit
图 8 Ahangaran铅(铜)矿床石英流体包裹体均一温度与盐度协变图 Fig.8 Salinity versus homogenization temperature diagram of fluid inclusions in hydrothermal quartz in the AhangaranPb (Cu) deposit
4 矿床地球化学特征 4.1 样品与测试方法

本次选用含矿石英脉中粗粒石英进行单矿物石英氢、氧同位素分析。在分析测试氢同位素前,首先清洗单矿物石英样品,去除样品中的次生水和吸附水,再通过加热爆裂法(600℃)提取原生流体包裹体中的水,使之与金属锌反应生成H2,用取样管收集氢气再通过质谱仪进行测定。分析工作在中国科学院地质与地球物理研究所用MAT-253质谱仪完成,该仪器测试精度为δD≤2‰。氧同位素测试工作由核工业北京地质研究中心完成,分析精度为0.2‰。具体方法为:选取12 mg纯度在99%以上的石英,然后将选取的石英样品与BrF5充分反应15 h,萃取出氧,然后分离出氧并使之进入CO2转换系统,在温度700℃反应12 mm,最后收集CO2,在MAT-251EM型质谱仪上进行氧同位素测试,分析精度(2σ)为0.2‰,测试结果以V-SMOW的δ值表示。

碳、氧同位素测试选用成矿期的方解石样品,测试工作在南京大学矿床研究国家重点实验室完成,在MAT-252型质谱仪上进行碳、氧同位素组成测定。具体方法为:将方解石样品与100%磷酸在50℃下反应24 h后,释放出二氧化碳,通过测定二氧化碳的碳氧同位素,确定方解石的碳氧同位素组成,分析精度0.1‰。

重晶石和硫化物的硫同位素分析在核工业北京地质研究中心完成。选用纯净的闪锌矿、黄铁矿和方铅矿单矿物,将样品和氧化亚铜按一定比例研磨至200目左右,并混合均匀,在真空(达到2.0×10-2Pa)状态下加热,进行氧化反应,生成二氧化硫气体,反应温度为980℃。在真空条件下,通过冷冻法收集SO2气体,然后用Delta V Plus气体同位素质谱仪分析硫同位素组成。测量结果以V-CDT为标准,分析精度为0.2‰。称取适量的重晶石样品(含硫15 mg左右),利用碳酸钠-氧化锌半熔法,提取出硫酸钡,然后将硫酸钡、五氧化二钒和石英砂三种物质按照1:3.5:3.5的重量比混合,并搅拌均匀。在真空(达2.0×10-2Pa)状态下加热,进行氧化反应,生成二氧化硫气体,反应温度为980℃。在真空条件下,用冷冻法收集二氧化硫气体,并用Delta Ⅴ Plus气体同位素质谱分析硫同位素组成,分析精度为0.2‰,测量结果以CDT为标准,记为δ34SV-CDT

铅同位素分析测试在中国地质科学院地质研究所同位素实验室完成,选用纯净的方铅矿矿物,并采用多接收器等离子体质谱法(MC-ICPMS)测定,所用仪器为英国Nu Plasma HR,仪器的质量分馏以Tl同位素外标校正,样品中Tl的加入量约为铅含量的1/2。

4.2 氢、氧同位素特征

石英的δ18OV-SMOW介于17.2‰~18.3‰之间(表 3),平均值为17.7‰;δDV-SMOW介于-77.7‰~-68.7‰之间,平均值为-73.2‰。根据包裹体的均一温度及Clayton平衡方程计算[25],获得与石英达到平衡时的成矿流体δ18OH2O值介于2.63‰~3.73‰之间,平均值为3.18‰。

表 3 Ahangaran铅(铜)矿床与Emarat铅锌矿床中氢、氧同位素组成 Table 3 Hydrogen-oxygen isotope compositions in quartz from the Ahangaran Pb (Cu) deposit and the Emarat Pb-Zn deposit 
4.3 碳、氧同位素特征

热液方解石中的碳、氧同位素分析测试结果见表 4δ 13C V-PDB值介于-3.0‰~-1.7‰之间,平均值为-2.2‰;δ18OV-SMOW值介于17.7‰~20.2‰之间,平均值为19.28‰。

表 4 Ahangaran铅(铜)矿床方解石碳、氧同位素组成 Table 4 C and O isotopic compositions of calcite from the Ahangaran Pb (Cu) deposit 
4.4 硫、铅同位素特征

硫化物和重晶石中硫同位素的测试结果如表 5所示。其中重晶石中硫同位素的分布较集中,δ34S值介于18.7‰~22.7‰之间,平均值为21.5‰;硫化物中δ34S值介于-3.1‰~9.7‰之间,平均值为4.6‰。硫同位素分布直方图如图 9所示。

表 5 Ahangaran铅(铜)矿床硫同位素测试结果 Table 5 Sulfur isotopic compositions of sulfides in the Ahangaran Pb (Cu) deposit
图 9 Ahangaran铅(铜)矿床硫同位素分布直方图 Fig.9 Histogram of sulfur isotopic compositions in the Ahangaran Pb (Cu) deposit

为了对比Ahangaran铅(铜)矿床和马拉耶尔-伊斯法罕铅锌成矿带内其他铅锌矿床铅同位素组成特征,笔者还分析了该带其他几个矿床的铅同位素,测试结果见表 6。从表 6可以看出,Ahangaran铅(铜)矿床206Pb/204Pb值介于18.4083~18.4054之间,平均值为18.4067;207Pb/204Pb值介于15.6512~15.6548之间,平均值为15.6526;208Pb/204Pb值介于38.5628~38.5515之间,平均值为38.5555,铅同位素组成变化范围较小,与Irankuh铅锌矿床、Tiran铅锌矿床及Emarat铅锌矿床的铅同位素组成类似,各矿床的铅同位素组成变化不大,说明马拉耶尔-伊斯法罕铅锌成矿带上各矿床铅的来源一致。

表 6 Ahangaran铅(铜)矿床和区域上相邻其他矿床铅同位素测试结果 Table 6 Lead isotopic compositions of galenain the Ahangaran Pb (Cu) deposit
5 讨论 5.1 成矿流体特征及来源

通过对Ahangaran铅(铜)矿床石英流体包裹体的研究,可以得出该矿床流体包裹体为Cl--Na+-Ca2+-Mg2+体系,其均一温度介于108.1~209.7℃之间,盐度介于7.2%~28.5%NaCl eq之间,显示出低温、中-高盐度特征,与Emarat铅锌矿床的成矿流体特征相似。通常盆地卤水具有低温(<250℃)和高盐度(>15%NaCl eq)的特征,主要由地表水经过蒸发作用形成的高盐度卤水下渗到盆地中形成,少数可能与盆地流体溶解地层中的蒸发盐有关。因此,Ahangaran矿床的成矿流体温度和盐度与盆地卤水特征相似,相对典型盆地卤水而言,流体盐度略低,不排除岩浆流体或大气降水的贡献(图 10)。Roedder对各种成因流体中的Na+/K+值做过大量研究[27],认为在岩浆热液流体中,Na+/K+值一般小于1,而在与盆地卤水有关的成矿流体中,Na+/K+值通常大于1。结合Ahangaran矿床流体包裹体特征,其液相组分中Na+含量明显高出K+含量很多,部分样品的K+含量甚至低于检出限,说明该矿床的成矿流体更多具有盆地卤水的特点。

图 10 Ahangaran铅(铜)矿床和Emarat铅锌矿床流体包裹体均一温度和盐度变化图解(底图据参考文献[26],Emarat铅锌矿床数据据参考文献[24]) Fig.10 Diagram showing the salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions in the Ahangaran Pb (Cu) deposit and Emarat Pb-Zn deposit

热液方解石中的碳、氧同位素组成是示踪成矿流体来源的有效手段之一[28]。Ohmoto[29]通过大量研究认为,当矿床内热液脉中不存在方解石与石墨共生时,可以将方解石(或流体包裹体热液中的CO2)的碳同位素组成(δ13CPDB)近似地作为成矿热液的总碳同位素组成。而在Ahangaran铅(铜)矿床中并未发现石墨,因此,方解石中的碳同位素组成可以近似作为成矿热液中总碳同位素组成。成矿热液中碳的来源主要有:①沉积岩中碳酸盐岩的脱气或卤水与泥质岩的相互作用,δ13CV-PDB变化范围介于-2‰~3‰之间,这种来源的碳同位素组成具有重碳同位素的特征,海相碳酸盐的δ13CV-PDB多数在0‰左右[30]; ②地幔射气或岩浆来源,地幔射气的碳同位素组成δ13CV-PDB变化范围介于-5‰~-2‰之间,岩浆来源的碳同位素组成则在-9‰~-3‰之间[31];③各种岩石中的有机碳,因有机碳一般富集12C,所有碳同位素组成很低,δ13CV-PDB值介于-30‰~-15‰之间,平均值为-22‰[28]。在δ13CV-PDB-δ18OV-SMOW图解(图 11)中,Ahangaran铅(铜)矿床方解石中的δ13CV-PDB值相对均一,与碳酸盐围岩的一致,指示成矿流体中的碳主要来自围岩,成矿过程中碳酸盐岩围岩被流体溶解。方解石的δ18OV-SMOW值变化较大,低于围岩的值表明氧具有来自偏低δ18OV-SMOW值流体的贡献。

图 11 Ahangaran铅(铜)矿床碳酸盐中δ18O-δ13C图解(底图据参考文献[32]) Fig.11 δ13C versus δ18O diagram of carbonates in the Ahangaran Pb (Cu) deposit

在Ahangaran铅(铜)矿床δD-δ18OH2O关系图解(图 12)中,Ahangaran铅(铜)矿床的氢、氧同位素投影点与Emarat铅锌矿床投影点低值范围接近[24],落在岩浆水附近,或者靠近具有高δ18O值特征的盆地卤水一端(右端),远离大气降水线,因此,如果有盆地卤水参与成矿,大气降水的参与有限或无大气降水参与,成矿流体由盆地卤水和大气降水混合产生的可能性小。前文的碳同位素分析表明,碳酸盐岩围岩发生了溶解作用,显示围岩也可能提供一定的氧,结合流体的氧-氢同位素组成特征,反映成矿流体是盆地卤水与岩浆流体混合或盆地卤水与围岩相互作用的结果。

图 12 Ahangaran铅(铜)矿床成矿流体δ18OH2O-δD图解 Fig.12 Plot of δ18OH2O- δD values for the ore-forming fluid in the Ahangaran Pb-Cu deposit (Gulf Coast, Illinois, Michigan盆地趋势据参考文献[33];Alberta盆地趋势据参考文献[34];California Tertiary盆地趋势据参考文献[35];Michigan盆地趋势据参考文献[33];原生岩浆水和变质水的D-O同位素范围据参考文献[36];大气降水线据参考文献[37];围岩氧同位素数据据参考文献[38])
5.2 成矿物质来源

Ahangaran铅(铜)矿床中重晶石δ34S值介于18.7‰~22.7‰之间,与早白垩世—新生代海水中的硫酸盐δ34S值(14‰~22.5‰)基本吻合[39],推测其硫可能直接来自封存在围岩中的硫酸盐的溶解。矿床硫化物的δ34S值变化较大,在-3.1‰~9.1‰之间,与来自岩浆硫的δ34S值特征不一致,后者通常在0‰值附近,没有如此大的变化范围,因此硫酸盐还原作用可能提供了还原硫,即通过硫酸盐的生物还原作用(BSR)和有机质热化学还原(TSR)作用提供还原硫。BSR通常发生在相对低温条件(小于70℃),形成的硫化物δ34S值与硫酸盐δ34S值相差2‰~42‰[40],具有较大的变化范围。TSR发生在相对高温条件(大于150℃),可使硫酸盐的δ34S值降低10‰~15‰[41-42]。Ahangaran铅(铜)矿床硫化物中δ34S值介于-3.1‰~9.7‰之间,变化范围较大,假设硫酸盐来自以重晶石中硫酸盐代表的地层,则难以用单一的TSR作用来解释。BSR作用可以解释矿床硫化物的硫同位素组成变化大且出现负值的特征,但Ahangaran铅(铜)矿床流体包裹体的均一温度介于108.1~209.7℃之间,又比BSR作用发生的温度高,如果BSR作用提供矿床的还原硫,推测这种作用不是和硫化物沉淀过程同时进行的,而是在矿区内硫化物沉淀前或者在矿区外形成后进入矿区,与含金属流体混合导致硫化物的沉淀。考虑到矿区侏罗系为富有机质的暗色页岩,故BSR±TSR作用很可能发生在这套地层中。

206Pb/204Pb-207Pb/204Pb关系图解(图 13)上,Ahangaran铅(铜)矿床的铅同位素组成与马拉耶尔-伊斯法罕铅锌成矿带内其他碳酸盐岩容矿铅锌矿床的铅同位素组成均处于“上地壳”和“造山带”铅同位素演化曲线之间,显示铅没有明显的地幔铅和下地壳铅的贡献,铅主要来自经历了“造山”作用的上地壳岩石,也反映马拉耶尔-伊斯法罕铅锌成矿带内不同矿床有着一致的金属源区。

图 13 Ahangaran铅(铜)矿床矿石中206Pb/204Pb- 207Pb/204Pb关系图 Fig.13 Plot of 206Pb/204Pb versus 207Pb/204Pb of galena from the Ahangaran Pb (Cu) deposit (底图据参考文献[43],Emarat铅锌矿床数据据参考文献[24])
5.3 矿床成因类型

赋存在碳酸盐岩中的铅锌矿床可能与岩浆活动有关,形成矽卡岩型或碳酸盐岩交代型(远端矽卡岩)矿床,也可能与岩浆活动无关,形成密西西比河谷型(MVT)矿床。Ahangaran铅(铜)矿床不发育矽卡岩矿物,因此不是矽卡岩型矿床。有学者将马拉耶尔-伊斯法罕带中的这些铅锌矿床归为喷流沉积(SEDEX)型矿床[44],然而,这些矿床赋矿围岩为碳酸盐岩,矿化显示出交代和充填的特征,未呈现硫化物与细碎屑岩韵律互层的典型SEDEX矿床矿化特点,故这些矿床不能归为SEDEX类型[45-46]。多数学者将马拉耶尔-伊斯法罕带中的铅锌矿床归为MVT类型[7],包括Ahangaran铅(铜)矿床在内,这些矿床与世界范围内的MVT铅锌矿床具有一定相似性[45-47],包括:①后生成矿,②赋矿围岩为碳酸盐岩,③成矿流体有来自低温、高盐度的盆地卤水,④来自BSR±TSR作用的还原硫。但是,Ahangaran铅(铜)矿床发育大量同矿化期石英,尽管个别MVT矿床也含有一定量的石英[48],但在多数MVT矿床中成矿期石英含量很低。同时该矿床中还含达到经济价值的黄铜矿,这在典型MVT铅锌矿床很少见[45-46],但在与岩浆有关的碳酸盐岩交代型(carbonate-replacement deposit, CRD)矿床中常见。CRD铅锌矿床是与岩浆活动有关、但远离岩体、由成矿流体交代碳酸盐岩围岩形成的热液矿床,通常不含矽卡岩矿物,成矿温度在100~350℃之间,成矿流体盐度一般低于15%NaCl,通常发育硅化,有时也出现绢云母化、绿泥石化等,除Pb和Zn外,还可以含一定量的Cu、Ag、Bi等金属,流体来自岩浆水、地层中的流体或它们的混合,硫和金属可以来自岩浆,也可以来自围岩[49-51]。因此,Ahangaran矿床的矿物组成与CRD矿床相似,同时,矿床的成矿流体不排除有岩浆水的贡献,金属和硫的来源与CRD矿床的也不矛盾,矿化也具有交代碳酸盐岩的特点。区域上,SSZ带内发育岩浆岩,或者SSZ带邻近巨型Urumiyeh-Dokhtar新生代岩浆带,这都为岩浆参与成矿作用提供了可能。因此,笔者将Ahangaran铅(铜)矿床暂归为碳酸盐岩交代型矿床,很可能是岩浆驱动盆地卤水活动并有一定岩浆流体参与成矿,成矿金属可能来自流体流经的地壳岩石,还原硫来自矿区富有机质的侏罗系中发生的BSR±TSR作用。

6 结论

(1) Ahangaran铅(铜)矿床赋矿围岩为下白垩统碳酸盐岩内,呈透镜状、脉状产出,强硅化和白云石化为主要蚀变类型,主要有两阶段热液活动:成矿前阶段,主要由细粒石英组成;成矿阶段,由碳酸盐矿物+重晶石+粗粒石英+方铅矿+黄铜矿+黄铁矿+黝铜矿组成。

(2) Ahangaran铅(铜)矿床流体包裹体均一温度介于108~210℃之间,盐度介于7.1%~28.5%NaCl eq之间,为Cl--Na+-Ca2+-Mg2+体系。成矿流体主要来自盆地卤水,不排除有岩浆水参与,在成矿过程中成矿流体与碳酸盐围岩发生相互作用,碳酸盐围岩发生溶解。

(3) 还原硫主要来自硫酸盐的细菌还原(BSR)作用,但不排除有机质热化学还原(TSR)作用来源硫的参与。矿床中铅的来源与马拉耶尔-伊斯法罕铅锌成矿带内其他碳酸盐岩容矿铅锌矿床的铅的来源一致,均与经历过“造山”作用的地壳岩石有关。

(4) 矿床缺乏矽卡岩矿物,因此不是典型矽卡岩型矿床,赋矿围岩均为碳酸盐岩且后生成矿特征明显,故也不是SEDEX型矿床。尽管成矿流体以盆地卤水来源为主,但不排除有岩浆流体的贡献,同时,考虑到矿床含一定量的Cu并发育强烈硅化,与典型MVT矿床差别较大,目前倾向于将其归入与岩浆有关的碳酸盐岩交代型矿床。

致谢: 感谢中国地质科学院地质研究所研究生庄亮亮、黄世强博士在开展研究期间给予的支持,感谢中国地质科学院陈伟十老师在包裹体测试时的指导,感谢审稿专家对本文提出的宝贵修改意见。

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