DOi:10.16111/j.0258_7106.2016.03.009
豫西骆驼山多金属硫铁矿床硫化物Rb_Sr等时线年龄及其地质意义
杨晨英1,叶会寿2**,向君峰2,陈小丹2,邢波1,李亮3,王赛 1

(1 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京100083; 2 中国地质科学院矿产资源研究 所 国土资源部成矿作用 与资源评价重点实验室, 北京100037; 3 昆明理工大学国土 资源工程学院, 云南 昆明650093)

通讯作者:叶会寿

投稿时间:2015_06_12

录用时间:2016_02_19

本文得到国家科技支撑计划项目(编号:2011BAB04B06)、国家自然科学基金(编号:4 1303233、41403041)和国土资源部公益性行业基金(编号:200911007_08)联合资助

摘要:豫西骆驼山多金属硫铁矿床位于华北陆块南缘南泥湖矿田西北侧。为 确定该矿床的形成时代,文章选取了8件硫化物矿物样品,采用Rb_Sr等时线定年方法测 定成矿年龄。结 果获 得,闪锌矿+磁黄铁矿+方铅矿等时线年龄为(137.3±2.6) Ma,闪锌矿+方铅矿等时线年 龄为(138.2±5.8) Ma,闪锌矿+磁黄铁矿等时线年龄为(137±3) Ma,磁黄铁矿+方铅 矿等时线年龄为(137.1±2.7) Ma,方铅矿等时线年龄为(138.4±7.6) Ma,磁黄铁 矿等时线年龄为(137.2±3.7) Ma。上述定年结果表明,骆驼山多金属硫铁矿床的成矿 时代为137 Ma左右,属早白垩世。硫化物Sr同位素初始比值(87Sr/86 Sr)i介于0.713 23~0.713 32,平均值为0.713 25,小于陆源硅酸盐Sr的初始值0 .7 190,而高于地幔Sr的初始值0.7040,表明成矿物质来源于壳幔混合。骆驼山多金属硫铁矿 床与矿田内的南泥湖_三道庄斑岩_矽卡岩钼(钨)矿 床、冷水北沟铅锌矿成矿时代基本一致,是同一构造_岩浆_流体成矿活动的产物。结合前人 对华北陆块南缘中生代期间地球动力学背景研究成果,笔者认为骆驼山矿床是中国东部中生 代构造体制大转折过程晚期的产物。
关键词: 地球化学;Rb_Sr等时线年龄;成矿时代;闪锌矿;骆驼山多金属硫铁 矿床;豫西
文章编号:0258_7106 (2016) 03_0573_18 中图分类号:P618.31 文献标志码:A
Rb_Sr isochron age of sulfide minerals in Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit of western Henan Province and its geological significance 
 YANG ChenYing1, YE HuiShou2, XIANG JunFeng2, CHEN XiaoDan2, XING Bo 1,  LI Liang3 and WANG Sai1

(1 School of Earth Science and Resources, China University of Geolosciences, Be ijing 100083, China; 2 MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment , Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China; 3 College of Lan d Resources Engineering, Kunming University of Technology, Kunming 65009 3, Yunnnan, China)

Abstract:The Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit lies on the northwestern side of the Nannihu orefield which is located on the southern margin of the North China crat on. In order to determine the metallogenic age of the deposit, the authors chose eight sulfide mineral samples to determine the metallogenic age by using the Rb _Sr isochron dating method. The result shows that the isochron age of sphalerite +pyrrhotite+galena, sphalerite+galena, sphalerite+pyrrhotite, pyrrhotite+galena, sphalerite and pyrrhotite are (137.3±2.6) Ma, (138.2±5.8) Ma, (137± 3) Ma, (137.1±2.7) Ma, (138.4±7.6) Ma and (137.2±3.7) Ma, respec tively. These dating results indicate that the metallogenic age of the Luotuosha n pyrite_polymet allic deposit is about 137 Ma, suggesting Early Cretaceous. The (87Sr /86Sr)i of sulfides range from 0.713 23 to 0.713 32, with an aver age of 0.713 25, lower than the (87Sr/86Sr)i ratio of the terrigenous silicates (0.7190) and higher than that of the mantle (0.7040), implying that the ore_forming materials were deriv e d from the crust_mantle mixture. The Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit has basically the same metallogenic age as the Nannihu_Sandaozhuang porphyry_skarn m olybdenum (tungsten) deposit and the Lengshuibeigou lead_zinc deposit. They are the products of the same structure_magma_ore_forming_fluid activities. Combi ned with the previous studies of the geodynamic settings of the East Qinling orogeni c belt during the Mesozoic period, it is held that the Luotuoshan pyrite_polymet allic deposit is the product of great transition period of late Mesozoic tectoni c regime in eastern China. 
Key words: geochemistry,Rb_Sr isochron age, metallogenic age, sphaleri te, Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit,western Henan Province 
        骆驼山多金属硫铁矿床在大地构造上位于华北陆块南缘台缘褶皱带内(图1a),栾川钼多金 属矿集区北部。该矿集区内矿产丰富,有南泥湖_三道庄斑岩_矽卡岩型钼(钨)矿床、上 房沟斑岩_矽卡岩型钼(铁)矿床和马圈斑岩型钼矿床等,此外还有骆驼山、银和沟、鱼库 等矽卡岩型多金属硫铁矿床或矿点,以及冷水北沟、银洞沟、杨树凹等热液脉型铅锌银矿床 (图1b)。其中,骆驼山矿床位于河南省栾川县冷水镇(111°28′01.8″E~111°28′36. 7″E,33°55′00.7″N~33°55′41.0″N),是一个以硫为主,并伴有Zn、Cu、W、Be、P b 、萤石等多种组分的中型硫多金属矿床(河南省地质局地质三队,1975)。前人对骆 驼 山多金属硫铁矿床的研究主要集中在矿床地质特征和矿床成因方面(胡受奚等,1988;燕长 海等,2004;吕文德等,2006;叶会寿,2006;王长明等,2007;毛景文等,2009)。 有些学者认为,骆驼山矿床属于SEDEX型(胡受奚等,1988;燕长海等,2004);而有些学 者认为,该矿床是燕山期岩浆热液充填交代形成的(吕文德等,2006;叶会寿,2006; 王长明等,2007;毛景文等,2009)。关于矿床的形成时代,骆驼山多金属硫铁矿床位于南 泥湖斑岩型钼矿床外围,同时又被冷水北沟北东向铅锌矿脉切穿,推测其成矿时代应 属燕山中期末或燕山晚期的早阶段(吕文德等,2005)。骆驼山矿床还存在许多未解决的科 学问题,如:矿床成因、成矿年代学、成矿物 质 来源、成矿流体、成矿作用过程与成矿机理、成矿构造背景等。这些问题不仅直接关系到骆 驼山矿床成矿模式的建立和找矿标志的确定,而且关系到与南泥湖矿田其他矿床的成因联系 以及矿床成矿系列的建立。因此,精确的成矿年代学研究是解决以上问题的关键之一。本文 在 详细研究骆驼山多金属硫铁矿床地质特征的基础上,选取热液硫化物成矿阶段的共生闪锌矿 、磁黄铁矿及方铅矿开展Rb_Sr同位素测年,尝试获得一组可以相互验证的年龄数据,以便 能够精确厘定成矿时代,进而为探索矿床成因、建立成矿模型和确定找矿标志提供科学依据 。
1栾川矿集区地质
        栾川矿集区出露的地层包括中元古界官道口群滨海_浅海相碎屑岩和碳酸盐岩,及新元古界 栾川群中浅变质的浅海相碎屑岩、碳酸盐岩和粗面岩,因受燕山期中酸性岩侵入的影响形成 了广泛的各种角岩和矽卡岩(李永峰等,2005),其中,新元古界陶湾群,主要由大理岩、 千枚岩和石英岩组成。矿集区内赋矿岩层主要为新元古界栾川群三川组大理岩、南泥湖组大 理岩、片岩及煤窑沟组白云质大理岩。区内褶皱构造近EW向为主,主要有杨树凹_白沙洞向 斜、银河沟背斜、增河口向斜、黄背岭_石宝沟背斜、核桃岔向斜等。断裂带主要有近NWW向 、NNE向2组,其交汇部位控制了燕山期中酸性小侵入体的分布。区内出露的岩浆岩除新元古 代辉长岩(830 Ma,Wang et al.,2011)外,燕山期岩浆岩较发育,如南泥湖、上房沟、石 宝沟、鱼库、马圈等中酸性岩体,出露面积大多小于1 km2,为复式岩体,与矿集 区内钼钨矿 床在时间、空间和成因上都密切相关(叶会寿等,
图 1栾川矿集区地质简图(据叶会寿等,2006a修改)
    1—新元古界陶湾群碳酸盐岩、碎屑岩; 2—新元古界栾川群碎屑岩、碳酸盐岩及粗面岩; 3—中元古界官道口群大理岩; 4—中元古界宽坪群大理岩及基性火山岩; 5—早 白垩世花 岗岩; 6—晚侏罗世花岗斑岩; 7—断裂; 8—脉状铅锌银矿床; 9—斑岩_矽卡岩型钼( 钨)矿床; 10—矽卡岩型多金属硫铁矿床; 11—研究位置Fig. 1Geological sketch map of the Luanchuan ore concentration area (modified after Ye et al., 2006a)
    1—Neoproterozoic Taowan Formation of carbonate rock,clastic rocks; 2—Neopr oterozoic Luanchuan Formation of clastic rocks,carbonate rock and trachyte; 3 —Middle Proterozoic Guandaokou Formation of marble; 4—Middle Proterozoic Kua nping Formation of marble and basic volcanic rock; 5—Granite of Early Cretace ous; 6—Granite of Late Jurassic; 7—Fracture; 8—Veined lead_zinc deposit ; 9—Porphyry_skarn molybdenum (tung_sten) deposit; 10—Skarn pyrite d eposit; 11—Research position
2006a)。其中,南泥湖岩体呈不规则 的椭圆形岩株状产出,地表出露长450 m,宽300 m,面积约0.12 km2,经钻孔揭露,岩 体往下逐渐变大,岩体向290°方向延伸,呈NW向侧伏,岩体南西部、西北部缓,倾角20~4 0°,南东部、北东部陡,倾角50~80°,岩性主要为花岗斑岩。向君峰等(2012)对南泥 湖含矿岩体 进行高精度锆石U_Pb测年,获得南泥湖含矿岩体的形成年龄为(146.7±1.2) Ma,属于 晚侏罗世的产物。
        矿集区内矿床类型多样,叶会寿等(2006a)和毛 景文等(2009)研究指出,不同类型矿床之间存在着 联系,以斑岩体为中心,由内向外呈规律分布(图1)。在斑岩体及其接触带处 发育斑岩型或斑岩_矽卡岩型钼(钨)矿床,如南泥湖_三道庄斑岩_矽卡岩型钼(钨)矿床 ,上房沟斑岩_矽卡岩型钼(铁)矿床和马圈斑岩型钼矿床;远离斑岩体接触带的围岩矽卡 岩 中,发育矽卡岩型多金属硫铁矿床,如骆驼山、银河沟、鱼库等矿床或矿点;此外,在斑岩 体外围的断裂带中,还发育热液脉型铅锌银矿床,如冷水北沟、核桃岔、银洞沟、杨树凹等 矿床或矿点。
2骆驼山多金属硫铁矿床特征
2.1矿区地质
        骆驼山多金属硫铁矿床处于栾川台缘褶皱带火神庙_骆驼山背斜东端南翼。矿区内出露地层 主要有中元古界白术沟组与新元古界栾川群(图2),自北向南依次为白术沟组上段炭质千 枚岩碳质绢云石英岩夹含碳大理岩;三川组下段含石英细粒的变质砂岩夹千枚岩;三川组 上 段绢云钙质片岩、云母石英片岩、大理岩及矽卡岩;南泥湖组下段细粒石英岩夹云母片岩; 南泥湖组中段绢云石英片岩、黑云石英片岩、二云片岩等,石英千枚岩、碳质千枚岩夹有薄 层石英岩,受接触变质作用,强者多变为变斑黑云二云片岩、黑云长英角岩及透辉长英角岩 ;南泥湖组上段条带状大理岩。
        骆驼山背斜出露于矿区中部,为火神庙_骆驼山背斜的东扬起端,轴向北西向,轴面倾伏角1 5°。受断裂构造和燕山期构造运动影响,两翼不对称,为一向南西倾斜的倒转背斜,核部 地层为白术沟组上段,南翼为三川组、南泥湖组地层,北翼为南泥湖组地层。南翼总体倾向 南西,倾角30~58°,北翼总体倾向南西,倾角38°左右。
        断裂构造可分NWW向、NNE向和NEE向3组。
        NWW向层间断裂带:分布于矿区中部,总体走向为280~320°,倾向南西,倾角30~60°。 断 裂带沿走向长1500 m以上,沿倾向延深800余m,地表出露宽2 m至100多m。断裂带上盘为三 川组 上段大理岩,下盘为三川组下段变质砂岩夹千枚岩,带内由破碎大理岩、长英质角岩,矽卡 岩化大理岩、矽卡岩和多金属硫铁矿体化矽卡岩组成。该断裂带为矿区的主要控矿构造。
NEE向和NNE向断裂,属成矿后断裂,对矿体稍有破坏。
        矿区出露变辉长岩和花岗斑岩脉。其中,变辉长岩主要分布于矿区南部,呈NWW_NW向条带状 侵入南泥湖组地层中,岩石呈暗绿色、灰黑色,块状构造,具中粗粒变余辉长结构和辉长辉 绿结构,主要矿物为次闪石、钠黝帘石化斜长石,次要矿物为黑云母,副矿物为磷灰石、磁 铁矿、榍石等。该类岩石锆石U_Pb年龄为830 Ma(Wang et al.,2011),形成于新元古代。 在岩体与围岩接触带形成含矿性差的阳起石透辉石石榴子石矽卡岩,具黄铁矿化。
花岗斑岩脉:出露于矿区西部,呈岩墙状产出,沿区域性NNE向压扭性断裂侵入。岩石浅肉 红色、灰白色,斑状结构,块状构造。斑晶约占30%,粒径1~3 mm,由板状钾长石,斜长石 及石英组成,基质为显微花岗结构,由斜长石、钾长石、石英及少量黑云母组成,粒径0.1 mm,副矿物为榍石、磷灰石、锆石等。其侵入时代属燕山期。
2.2矿体特征
        骆驼山多金属硫铁矿床发育3条矽卡岩带,从北往南,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矽卡岩带。多金 属硫铁矿主要分布于Ⅰ号矽卡岩带中,其次分布于Ⅱ、Ⅲ号矽卡岩带中。矿区探明硫铁矿矿 石资源储量757万t,平均品位17.61%,铜资源储量26630 t,平均品位0.375%。三氧 化钨资 源储量14781 t,平均品位0.217%。锌资源储量191 763 t,平均品位2.5%。铍(氧化铍) 资 源储量1795 t,平均品位0.0238%。萤石矿石资源储量757万t,平均品位7.739%(河南省 地质局地质三队,1975)。
        Ⅰ号矽卡岩带及多金属硫铁矿体 矽卡岩带分布于栾川群三川组下段石英岩、云母石英片岩 与上段大理岩之间(图2),受层间破碎带控制。矽卡岩产状基本与地层一致,倾向210~24 0°,倾角30~45°。矽卡岩长约800 m,厚度2~60 m,沿倾向控制延深约500 m,被        NNE向 断裂带破坏。多金属硫铁矿体产于矽卡岩中,矿体产状与矽卡岩体产状基本一致。矿体呈似 层状或透镜状产出(图3),矿体厚度变化较大,最厚达52 m,最薄仅2.5 m,平均厚度16 m ,其厚度与矽卡岩厚度成正比。总体上,多金属硫铁矿体和矽卡岩体严格受层间破碎带控制 。
        Ⅱ号矽卡岩带及多金属硫铁矿体:矽卡岩带位于南泥湖组下段石英岩与三川组上段大理岩之 间的层间断裂带中。矽卡岩长度约300 m,厚度几米至十余米,矿体规模小,含矿性差。
        Ⅲ号矽卡岩带及多金属硫铁矿体:矽卡岩带主要位于矿区南部南泥湖组中、上段与辉长岩的 接触带。矽卡岩长约1000 m,宽10~40 m,走向NW,倾向SW,倾角40~70°。该矽卡岩中矿 体规模较小而零散,含矿性差。
        根据矿石的矿物成分,矿物共生组合及矿石结构、构造等特征,可将多金属硫铁矿矿石划分 为致密块状磁黄铁矿型矿石、致密块状黄铁矿型矿石、闪锌 矿型矿石和矽卡岩型硫铁矿矿石,另可见少量黄铁
图 2骆驼山多金属硫铁矿床矿区地质简图(据河南省地质局地质三队修改,1975)
   1—第四系沉积物; 2—新元古界南泥湖组上段条带状黑云母大理岩; 3—新元古界南泥湖 组中段 角岩为主夹石英岩; 4—新元古界南泥湖组下段细粒石英岩夹绢云母黑云母片岩; 5—新元 古界 三川组下段含石英细粒的变质砂岩(石英岩)夹千枚岩; 6—新元古界三川组上段片岩,大 理 岩及矽卡岩; 7—中元古界白术沟组上段黑色板状炭质千枚岩、炭质绢云石英岩夹含炭大理 岩 ; 8—晚侏罗世花岗斑岩脉; 9—新元古代变辉长岩; 10—矽卡岩带; 11—硫多 金属矿体; 12—断层; 13—勘探线位置及编号; 14—钻孔及编号
Fig. 2Simplified geological map of the Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit (modified after No. 3 Geological Party of Henan Geological Bureau,1975)
   1—Quaternary sediments; 2—Biotite_marble of Nannihu Formation of Neoproterozo ic; 3—Hornfels and quartzite of Nannihu Formation of Neoproterozoic; 4—Quart zite and schist of Nannihu Formation of Neoproterozoic; 5—Fine grained metasand stone (quartzite) and phyllite of Sanchuan Under paragraph Formation of Neoprote rozoic; 6—Schist, marble and skarn, metasandstone (quartzite) and phyllite of S anchuan Upper Formation of Neoproterozoic; 7—Phyllite, sericite quartzite and c arbon_bearing marble of Baizhugou Formation of Neoproterozoic; 8—Granite_porphy ry dyke of late Jurassic; 9—Metagabbro of Neoproterozoic; 10—Skarn zon es; 11—Sulfur polymetallic orebody;12—Fault; 13—Exploration line and its serial num ber; 14—Drill hole and number 
 矿石英脉型矿石。其中,致密块状磁黄铁矿型矿石、致密 块状黄铁矿型矿石为该矿区的主要矿石类型,往往 在同一矿体出现,矿体中间为黄铁矿型矿石,呈团块状、不规则状、透镜状等,向外为磁黄 铁矿型矿石,在矿体边缘为矽卡岩型硫铁矿矿石。主要分布 在2线、5~7线一带。闪锌矿型矿石和矽卡岩型硫
图 3骆驼山多金属硫铁矿矿石照片(a,b)及第3勘探线剖面图(c)(据河南省地质局地质三 队修改,1975)
     1—第四系沉积物; 2—绢云母石英片岩; 3—云母石英片岩; 4—石英片岩; 5—透辉石 斜长角岩; 6—透辉石石英角岩; 7—大理岩; 8—矽卡岩; 9—V3辉长岩; 10 —矽卡岩带; 11—硫多金属矿体; 12—锌矿体; 13—钨矿体; 14—钻孔位置与编号; 1 5—取样位置
Fig. 3Photos of ores (a,b) and geological cross section along No. 3 exploratio n line (c) in the Luotuoshan     pyrite_polymetallic deposit (modified after No. 3 Geological Party of Henan Geological Bureau,1975)
     1—Quaternary sediments; 2—Sericite quartz_schist; 3—Mica_quartzose schist ; 4—Qua rtz schist; 5—Diopside plagioclase hornfels; 6—Diopside quartz hornfels; 7 —Marbl e; 8—Skarn; 9—Gabbro of V3; 10—Skarn zones; 11—Sulfur polymetallic orebod y; 12—Zinc orebody; 13—Tungsten orebody; 14—Drill hole and its ser ial number; 15—Sampling location 
铁矿矿石可单独出现构成矿体,亦可与其 他3种类型矿石同时出现组成矿体,一般单类型矿石的矿体很少见。通过勘探发现,锌和硫 在垂直方向上有相间富集现象,总体看随深度增加硫和铁含量增高,而锌随至地表有增加趋 势,含硫矿物在浅部黄铁矿较多,深部磁黄铁矿较多。
矿石矿物以磁黄铁矿、黄铁矿、铁闪锌矿为主,黄铜矿、白钨矿次之,微量矿物为绿柱石等 ;脉石矿物以透辉石、钙铁榴石、石英、钾长石为主,阳起石、透闪石、绿帘石、萤石次之 ,微量矿物为黑云母、绢云母、绿泥石、磷灰石、钠长石、方解石等。矿石主要有他形粒状 结构、半自形晶结构、自形晶结构、交代充填结构、交代溶蚀结构、固溶体出溶结构、胶状 结构等;矿石构造有致密块状、浸染状构造、纹层状、条带状、脉状、网脉状等构造。
        围岩蚀变类型主要有矽卡岩化、钾长石化、硅化、绿帘石_阳起石化、绿泥石化、碳酸盐化 等。矽卡岩化是本区发育最强烈最广泛的一种蚀变作用,主要发生在大理岩中,其次是辉长 岩和钙质片岩中。以矿区中部3~7线最强,东部较西部强,主要含矿矽卡岩呈似层状发育于 大理岩与其上下片岩之间层间断裂带中,至深部大理岩全部被矽卡岩交代,主要有透辉石钙 铁榴石矽卡岩组成。向东则出现含镁的矽卡岩矿物。在辉长岩内接触带及片岩中,矽卡岩呈 不连续透镜状,团块状发育,其岩性以富含阳起石、绿帘石、透辉石、斜长石为特征。矽卡 岩化作用末期开始出现白钨矿、早期铁闪锌矿、萤石等的矿化作用。
        根据矿脉穿切关系、矿物组合以及矿物之间的共生关系等特征,成矿阶段可划分为:① 矽 卡岩阶段,形成各类矽卡岩和角岩,主要为石榴子石矽卡岩、透辉石石榴子石矽卡岩、长英 质角 岩等;② 退化蚀变阶段,形成含水硅酸盐矿物如绿泥石、绿帘石、阳起石等,大量的萤石 、白钨矿、黄铁矿以及少量磁黄铁矿、闪锌矿等;③ 热液硫化物阶段,大量出现闪锌矿、 黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等。此阶段金属硫化物多呈他形粒状结构、半自形、自 形粒状结构,多以共生关系为主,交代充填于早期黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿裂隙中。并广 泛发育硅化、绿帘石_阳起石化、绿泥石化、萤石化、绿泥石_碳酸盐化等。
3样品特征及分析测试方法
        用于Rb_Sr等时线年龄测定的样品均采于热液硫化物阶段的块状_稠密浸染状(图4a、b)原 生硫化物矿石,主要金属矿物为闪锌矿、磁黄铁矿、黄铁矿、 方铅矿、黄铜矿等(表1)。黄铁矿镜下为浅黄白色,
表 1骆驼山多金属硫铁矿床Rb_Sr定年样品 取样位置及样品简要特征
Table 1Locations and characteristics of samples from     the Luotuoshan pyrite_polymetallic deposit for Rb_Sr     isotopic dating

自形_半自形粒状结构,被闪锌矿交代呈残留结构(图4c)。方铅矿 镜下为灰白色,半自形_他形粒状结构,与闪锌矿、磁黄铁矿等共生(图4d)。磁黄铁矿反 射光下呈浅玫瑰色,半自形_他形粒状结构,黄铜矿在闪锌矿中呈“病毒"结构(图4g) 。闪锌矿单偏光下呈深红棕色,半自形_他形粒状结构,闪锌矿与方铅矿、黄铁矿、磁黄铁 矿等共生(图4h)。试验中所用矿物为闪锌矿、磁黄铁矿与方铅矿。
    将样品粉碎到40~80目,在双目镜下挑选出相应单矿物,纯度达99%以上,用蒸馏水清洗, 低温蒸干,然后将纯净的单矿物样品在玛瑙研钵内研磨至200目待测。因为闪锌矿等金属矿 物的Rb、Sr含量较低,甚至低于0.01×10-6,为了确定进行Rb_Sr同位素定年的可行 性,在 南京大学现代分析中心同位素分析室首先对待测的闪锌矿、磁黄铁矿样品进行了微量元素Rb 、Sr含量的初测,在此基础上,挑选适合定年的样品进行Rb、Sr含量和同位素组成测定。具 体分析方法如下:
Rb_Sr同位素分析方法:原粉末样品用混合酸溶解,取清液上离子交换柱分离,采用高压密 闭熔样和阳离子交换技术分离和提纯,然后用英国产的VG354质谱仪测定,测定方法见文献 (Wang et al.,2007;王银喜等,2007)。用于测定的美国NBS987同位素标样为: 87Sr/86Sr=(0.710 236±0.000 007),Sr的全流程空白为(5~7)×1 0- 9,87Sr/86Sr同位素比值用86Sr/88Sr= 0.1194进行标准化。87Sr/86Sr的分析误差为±1%,λRb = 1.42×10-11a-1。等时线年龄计算采用国际通用的ISOPLOT(Ludwig, 1991)程序计算。
图 4骆驼山多金属硫铁矿床样品特征
a. 团块状闪锌矿矿石; b. 稠密浸染状闪锌矿磁黄铁矿矿石; c. 不同世代的磁黄铁矿( 反射光); d. 闪锌矿与方铅矿共生(反射光); e. 闪锌矿交代磁黄铁矿(反射 光); f . 石英及萤石交代黄铁矿(单偏光); g. 磁黄铁矿、方铅矿与闪锌矿共生,闪锌矿中黄铜 矿“病毒"结构(反射光); h. 晚期绢云母细脉切穿早期硫化物矿物(单偏光); i. 黄铁矿、磁黄铁矿被闪锌矿交代呈残留结构(反射光)Sph—闪锌矿; Po—磁黄铁矿; Po1—第一世代磁黄铁矿; Po2—第二世代磁黄铁矿; Gn —方铅矿; Ccp—黄铜矿; Py—黄铁矿; Qtz—石英;   Ms—白云母; Srt—绢云母; F l—萤石
 Fig. 4Characteristics of ore mineral samples from the Luotuoshan pyrite_polyme tallic deposit     
a. Massive lead_zinc ore; b. Densely disseminated sphalerite pyrrhotite (under reflective light); c. Different generations of pyrrhotite (under reflective lig ht); d. Sphalerite associated with galena (under reflective light); e. Sphaler ite associated with (replacing) pyrrhorite (under reflective light); f. Quartz and fluorite replacing sphalerite (under trasmitted light); g. Sphalerite asso ciated with pyrrhotite, galena, chalcopyrite exsolved fromsphalerite (u nder ref lective light); h. Late vein of serisitization cutting through the early sulfid e mineral (under transmitted light); i. Sphalerite replacing pyrite, pyrrhotite with relict texture (under reflective light) Sph—Sphalerite; Po—Pyrrhorite; Po1—The first generation of pyrrhorite; Po2 —The second gene ration of pyrrhorite; Gn—Galena;    Ccp—Chalcopyrite; Py—Pyrite; Qtz—Quar tz; Ms—Muscovite; Srt—Sericite; Fl—Fluorite
4测试结果
        本次测试的8个样品闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿的Rb、Sr含量和同位素组成结果见表2。通过 对单矿物以及共生矿物间不同的矿物组合来构筑等时线,这样单矿物和共生矿物的等时线年 龄可以相互约束,从而提高等时线的精确度,得出比较精确的成矿年龄(郑伟等,2013)。 得到的87Rb/86Sr_87Sr/86Sr图(图5 ~图8)均表现出很好的线性关系。
利用ISOPLOT软件包计算出闪锌矿+方铅矿+磁黄铁矿的Rb_Sr等时线年龄为(137.3±2.6) Ma,(87Sr/86Sr)i为0.713 24,MSWD=0.130(图5, 表3);闪锌矿+方铅矿的Rb_Sr等时线年龄为
表 2骆驼山多金属硫铁矿床闪锌矿、磁黄铁矿、方铅矿RbSr同位素组成
 Table 2Rb_Sr isotopic analyses of sphalerite, pyrrhotite and galena from the L uotuoshan sulfur_polymetallic deposit
测试单位:南京大学现代分析中心同位素分析室。 
表 3 骆驼山多金属硫铁矿床矿物组合、等时线年龄
    及Sr初始比值
Table 3The data of mineral association, isochron age and 
    (87Sr/ 86Sr)i from the Luotuoshan sulfurpolymetallic deposit
图 5 骆驼山多金属硫铁矿床闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿组合的Rb_Sr等时线图解
Fig. 5Rb_Sr isochron of the intergrowth mineral association of sphaler ite, galena and pyrrhotite from the Luotuoshan pyrite_ polymetallic deposit 
(138.2±5.8) Ma, (87Sr/86Sr)i为0.713 25,MSWD=0.114 (图6, 表3);闪锌矿+磁黄铁矿的Rb_Sr等时线 年龄为(137±3) Ma, (87Sr/86Sr)i为0.713 25, MSWD=0.114(图7, 表3);方铅矿+磁黄铁矿的
图 6骆驼山多金属硫铁矿床闪锌矿、方铅矿组合的Rb_Sr等时线图解
 Fig. 6Rb_Sr isochron of the intergrowth mineral association of sphaler ite and galena from the Luotuoshan pyrite_ poly_metallic deposit 
图 7骆驼山多金属硫铁矿床闪锌矿和磁黄铁矿组合的Rb_Sr等时线图解
Fig. 7Rb_Sr isochron of the intergrowth mineral association of sphalerite and pyrrhotite from the Luotuoshan pyrite_ poly_metallic deposit
图 8骆驼山多金属硫铁矿床方铅矿、磁黄铁矿组合的Rb_Sr等时线图解
Fig. 8Rb_Sr isochron of the intergrowth mineral association of galena and pyrrhotite from the Luotuoshan pyrite_poly_metallic deposit 
Rb_Sr等时线年龄为(137.1±2.7) Ma, (87Sr/86Sr)i为0.71 3 25,MSWD=0.044(图8, 表3)。
5讨论
5.1成矿年龄的可靠性
        精确测定金属矿床的成矿时代,对于正确认识矿床成因和成矿要素、探讨成矿作用过程和机 理、总结成矿规律并指导找矿勘探工作都具有极为重要的意义(程裕淇,1983;裴荣富等, 1993;1994;陈毓川等,1994;刘建明等,1998a;毛景文等;2000;2005;2006;翟裕生 等,2008)。
随着同位素年代学的不断发展,一些国内外学者直接利用矿石矿物进行同位素 测年取得成功。例如,辉钼矿Re_Os法(Walker et al., 1982; Barra et al., 2002;Mao e t al.,2008; 向君峰等,2012)、锡石U_Pb法(Yuan et al.,2008)、闪锌矿 流体包裹体Rb_Sr法(Nakai et al., 1990)、 硫化物(如闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄 铁矿) Rb_Sr 法(Brannon et al., 1992; Nakai et al., 1993; Christensen et al., 1 993; 1995a; 1995b; Petke et al., 1996; 杨进辉等,2001;张长青等,2008;Yin et al.,2009;胡 乔青等,2012;郑伟等,2013;李铁刚等,2014)。赵葵东等(2004)指出Rb、Sr在硫化物 中主要赋存在包裹体或者矿物晶格中,而主矿物晶格中的原生包裹体中赋存的Rb、Sr产生的 影响可以忽略,但次生包裹体必须去除(刘建明等,1998a),同一矿物不同晶粒的Rb、Sr 含量和Rb/Sr比值会有变化,从而满足定年的条件。刘建明等(1998a;1998b)也指出,利 用热液矿物组合等时线测定热液矿床的成矿时代会比较理想,因为不同矿物相具有不同的化 学势,而化学性质不同的矿物Rb和Sr会发生化学分异,从而使同一成矿母液中沉淀出的共生 矿物具有不同的Rb/Sr比值。李文博等(2004)利用2组共生矿物组合Rb_Sr等时线方法获得 会泽超大型铅锌矿床的成矿时代为(225.1±2.9) Ma和(225.9±3.1) Ma;田世洪等 (2009 )同样成功地获得了东莫扎抓铅锌矿床的共生矿物黄铁矿与方铅矿Rb_Sr年龄(34.747±0 .0 15) Ma,以及莫海拉亨铅锌矿床的共生闪锌矿与方铅矿Rb_Sr年龄(33.949±0.022) Ma ,并 得出2个矿床为同期同源成矿作用的产物。
        综上所述,利用热液矿物组合Rb_Sr法来厘定矿床成矿时代是比较理想的,通过对共生热液 矿物开展Rb_Sr等时线定年,不仅符合R b_Sr等时线定年的基本前提,而且还提高了Rb_Sr等时线定年的精确度。骆驼山矿床中金属 硫化 物矿物(黄铁矿、闪锌矿、磁黄铁矿、方铅矿等)广泛分布,是直接测定成矿时代的理想对 象。因此,本文选取热液硫化物阶段的共生闪锌矿、磁黄铁矿及方铅矿进行Rb_Sr同位素等 时线年龄测定,使所获得的数据更为可信。
5.2成矿时代
        热液矿物Rb_Sr法测年的基本前提是同源、同时、封闭性、(87Sr/86S r)i 的均一性以及(87Rb/86Sr)i的差异性(李文博等,2002) 。此次工作选择结晶较好的致密块状矿石矿物作为研究对象,尽可能满足Rb_Sr同位素测年 的前提条件。试验过程中,将闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿等单矿物研磨至200目以下,然后 进行超声波清洗,基本可排除次生包裹体的干扰(刘建明等,1998a;薛良伟等,1999)。 
        判别所测数据是否合理,可依据李文博等(2002)提出的利用1/Sr_87Sr/ 86Sr图和1/Rb_87Rb/86Sr图来判别闪锌矿生长期间 87 Sr/86Sr初始值是否保持不变,进而判断数据的合理性。本次测试结果在1/Rb_ n(87Rb)/n86Sr)和1/Sr_n87Sr)/n (86Sr)(图9)关系图解中显示,同时形成于热液硫化物阶段 的单矿物闪锌矿、方铅矿、磁黄铁 矿等的Rb、Sr含量不同,1/Rb与87Rb/86Sr、1/Sr与87Sr/ 86Sr之间不存在线性关系,且相对稳定,说明闪锌矿及其共生矿物生长期间初始 值基本保持不变,因此可以认为图5~
图 9骆驼山多金属硫铁矿床闪锌矿及其共生矿物磁黄铁矿和方铅矿1/Rb_n( 87Rb)/n86Sr)和1/Sr_n87Sr)/n86Sr)关系图
Fig.9Diagrams of 1/Rb versus n87Rb)/n86Sr)a nd 1/Rb versus n87Rb)/n86Sr)of sphalc rites an d the intergrowth mineral association of pyrrhotite and galena from the Luotu_oshan pyrite_ polymetallic deposit 
图8所表现出的4条直线具有等时线意义。
        从图5~图8中可以看出,所有的样点几乎全部 落在等时线上,说明矿石矿物形成过程中Sr同 位素是均一的,而且得到了很好的封闭,因此拟合的等时线年龄具有很高的精度。闪锌矿+ 方铅矿+磁黄铁矿Rb_Sr等时线年龄为(137.3±2.6)Ma;闪锌矿+方铅矿Rb_Sr等时线年龄 为 (138.2±5.8)Ma;闪锌矿+磁黄铁矿Rb_Sr等时线年龄为(137±3)Ma;方铅矿+磁黄铁 矿 Rb_Sr等时线年龄为(137.1±2.7)Ma;单矿物闪锌矿Rb_Sr等时线年龄为(138.4±7.6 )M a;单矿物磁黄铁矿Rb_Sr等时线年龄为(137.2±3.7)Ma。因此可以得出,单矿物闪锌矿 和 矿物组合黄铁矿与方铅矿或者闪锌矿与方铅矿、闪锌矿与磁黄铁矿等的形成时代在误差范围 内是基本一致的,获得的年龄非常相近,介于137.1~138.4 Ma,说明骆驼山多金属硫铁 矿床形成于早白垩世。
5.3成矿物质来源
        (87Sr/86Sr)i是判断成岩成矿物质壳幔来源的重要指标(侯明兰 等,2006),一般(87Sr/86Sr)i>0.7190时被认为是壳源(Pal mer et al.,1989;孙省利,2001),(87Sr/86Sr)i<0.7040 (Palmer et al.,1985;Faure,1986;孙省利,2001)时为幔源。在矿床地 质研究中常利用其来示踪成矿物质来源、岩浆流体、深源流体的壳幔混染作用(侯明兰等, 2006)。为避免放射性87Rb衰变对Sr同位素造成显著影响,采用Geokit软件 (路远发,2004 )将硫化物87Sr/86Sr测试值换算到137 Ma的初始锶同位素比值 ,从表2中可以看出骆驼山矿床硫化物等时线年龄给出的初始锶同位素比值非常接近 , 介于0.713 23~0.713 32,平均为0.713 25,显示出硫化物的成矿物质来源于壳幔 混染。
        同时, 笔者对骆驼山矿床15个硫化物样品进行了S同位素组成分析,δ34S值介于1.4‰~3 .0‰,平均为2.35‰(杨晨英等,未发表资料)。矿区外围冷水北沟脉状铅锌银矿床矿石 矿物硫同位素测定结果显示,矿石矿物的δ34S值为0.7‰~3.8‰,平均是2.35‰ (付治国等,2010)与三道庄_南泥湖矿床的成矿流体总硫δ34S∑S(2.75 ‰)(罗 铭玖等,1991)较接近,显示硫具有深源硫的特点。结合南泥湖矿田上房沟、南泥湖等成矿 斑岩体属I型花岗岩的事实(叶会寿等,2006a;叶会寿,2006), 推断硫等成矿物质和花岗斑岩体一样应主要来自于下地壳。
5.4地质意义
        关于骆驼山矿床的成因类型存在较大分歧,主要有喷流沉积(胡受奚等,1988;燕长海等, 2004)和岩浆热液充填交代(吕文德等,2006;叶会寿等,2006a;王长明等,2007;毛景 文等,2009)的观点。根据本次测试获得骆驼山多金属硫铁矿床的成矿时代为早白垩世,以 及多金属硫铁矿体和矽卡岩沿NNW向层间破碎带产出,新元古代变辉长岩亦发生矽卡 岩化和 多金属硫铁矿化的事实,厘定该矿床应为一后生的矽卡岩型矿床,而不是同生的SEDEX型矿 床。
        南泥湖矿田内已有大量的成岩成矿测年数据,如上房沟花岗斑岩锆石U_Pb年龄为135 Ma(包 志伟等,2009),南泥湖含矿花岗斑岩体的U_Pb年龄为(145.2±1.5) Ma~(146.7±1 .2) Ma (向君峰等,2012),南泥湖_三道庄斑岩_矽卡岩型钼矿床辉钼矿Re_Os等时线年龄为(146 .0±1.1) Ma(向君峰等,2012),上房沟斑岩型钼(铁)矿床辉钼矿Re_Os等时线年龄 为( 144.8±2.1) Ma(李永峰等,2004),本文测得的骆驼山多金属硫化物矿床Rb_Sr等时线 年 龄为(137.3±2.6) Ma、冷水北沟脉状铅锌矿40Ar_39Ar坪年 龄为(137.87±0.39) Ma(王长明等,2007)。这些基本一致的成岩成矿年龄表明:南 泥湖斑岩体及围绕岩体分布的斑岩_矽卡岩型钼(钨)矿床、矽卡岩型多金属硫铁矿床、热 液脉状铅锌矿床为同一构造_岩浆_流体成矿事件的产物,构成晚侏罗世—早白垩世与I型花 岗岩有关的矿床成矿系列。
        在地壳演化过程中,成矿过程总是受到一个特定区域内的重要构造_热事件或其他异常地质 事件的影响和制约(周涛发等,2000;杨竹森等,2002;曾普胜等,2002;毛景文等,2004 ;王彦斌等,2004)。毛景文等(2003;2009)认为,东秦岭地区大规模成矿作用主要发生 在200~166 Ma、140 Ma左右、130~110 Ma三个时间段。三叠纪华北板块与扬子板块 相 互碰撞,形成秦岭造山带(Ames et al.,1993;张国伟等,1996;2001;2011),根据前人 研究成果(黄典豪等,1994;卢欣祥等,1999;2008;李永峰等,2005;毛景文等,2005; 曹晶等,2014),210 Ma以前秦岭地区结束碰撞造山作用,进入后碰撞的伸展环境。中_晚 侏罗世秦岭地区构造体制发生大转折,主应力场由SN向向NWW向转变,东秦岭受板片断离作 用和壳幔边界附近发生的基性岩浆的底侵作用影响,加厚的下地壳物质发生部分熔融形成花 岗质岩浆,并沿构造薄弱带上升到浅层次侵位形成南泥湖、金堆城等同熔型花岗斑岩,以及 在140 Ma左右,形成斑岩型、矽卡岩型钼(钨)矿床和热液脉型铅锌银矿床(叶会寿等,20 0 6b),如金堆城钼矿床(139~129 Ma,黄典豪等,1985)、银家沟硫铁多金属矿床(140 M a,武广等,2013)等。晚侏罗世末—早白垩世,中国东部发生大规模岩石圈拆沉作用(邓 晋 福等,2004;朱赖民等,2008),由于拆沉作用和软流圈热侵蚀作用,形成S型、A型和壳幔 混源型花岗岩等各类花岗岩,以及与之相关的各类矿床,如东沟斑岩型钼矿床(116 Ma,叶 会寿等,2006b)。
        本研究通过金属硫化物Rb_Sr同位素精确测年,获得骆驼山多金属硫铁矿床Rb_Sr等时线年龄 为137 Ma左右,其形成的地球动力学背景应处于中国东部中生代构造体制大转换过程晚期的 产物,是中国东部中生代140 Ma左右大规模成矿作用的一部分。
6结论
(1) 骆驼山多金属硫铁矿床热液硫化物阶段的闪锌矿及其共生矿物Rb_Sr等时线年龄为137 Ma左右,成矿作用发生于早白垩世。该年龄对于南泥湖矿田同类型多金属硫铁矿床成矿时 代具有一定的约束意义。
(2) 闪锌矿及其共生矿物磁黄铁矿、方铅矿的锶同位素初始比值非常接近,介于0.713 2 3~0.713 32,平均值为0.713 25,指示成矿物质来源于壳幔混源。
(3) 骆驼山多金属硫铁矿床,与南泥湖斑岩_矽卡岩型钼矿床、冷水北沟脉状铅锌矿床是 同 一构造_岩浆_流体成矿事件的产物,构成晚侏罗世—早白垩世与I型花岗岩有关的矿床成矿 系 列,其成矿动力学背景与中国东部中生代构造体制大转换有关,即由挤压体制向伸展体制转 化背景下。    
志谢本文完成过程中得到中国地质大学(北京)郑伟博士研究生、李铁刚博士 研究生的 帮助;野外地质工作中得到河南栾川众鑫矿业有限公司的大力帮助;分析测试中得到了南京 大学王银喜老师的热情帮助,在此一并表示感谢。
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