贵州杉树林铅锌矿床中闪锌矿Rb-Sr定年及其意义

廖开立，吕昶良，马文富

(广西地球物理勘察院，广西 柳州 545005)

0 引言

位于四川(川)—云南(滇)—贵州(黔)三省接壤区的川滇黔成矿省是中国铅锌矿产的重要产区。虽然学者们对该区矿床已经进行了多年的研究，然而对于该区矿床的形成时代、峨眉山玄武岩与成矿的关系等问题依然存在着较大的争议[1-5]，严重阻碍了对该区成矿过程的理解。精确的成矿年代学数据，是认识矿床成因、成矿过程的关键，闪锌矿Rb-Sr定年为该区成矿年龄的确定提供了一个新的思路。本文选取川滇黔成矿省东南部的杉树林铅锌矿床作为研究对象，精确测定其中闪锌矿的Rb-Sr年龄，从而探讨该区成矿过程以及矿化与峨眉山大火成岩省的关系。

1 区域地质背景

扬子板块位于松潘—甘孜造山带东南、三江造山带东北、华夏古陆北部，主要由元古代基底及古生代—中生代盖层组成(图1a)。其中，元古代基底局部发生变形、褶皱，且大量中—新元古代岩浆岩沿着扬子板块北部边缘侵入，引起基底发生了广泛的变质作用[1-4]。盖层主要由志留系、二叠系、三叠系、第四系陆相沉积岩组成，前者主要由碎屑岩、碳酸盐岩及黑色页岩组成，并富含蒸发岩、有机质；后者主要由陆相碎屑岩及少量的碳酸盐岩夹层组成。在扬子板块的西部分布着峨眉山大火成岩省，其面积约为30万km2，主要由峨眉山溢流玄武岩组成[2-3]。扬子板块西部与义敦岛弧在晚二叠—早侏罗世(257～205 Ma)发生了碰撞，形成了大量的逆冲断层及褶皱[2]。燕山期和喜山期的构造作用叠加在这些断裂及褶皱之上，控制了该区中—新生代岩浆作用的分布[2]。

川滇黔成矿省位于扬子陆块西南缘的四川(川)—云南(滇)—贵州(黔)三省接壤区，即四川会理—西昌—云南易门以东、云南昆明—陆良—贵州贵阳西北、贵州贵阳—四川成都西南，总面积约为17万km2的大三角区域内，目前已发现以沉积岩为容矿围岩的铅锌矿(点)500多处，其中超大型矿床1处(会泽)、大型10处(大梁子、毛坪等)、中型铅锌矿100余处(如杉树林、天桥等)[2，4-5](图1b)。区内出露的地层有中志留统—中泥盆统浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩、上泥盆统—下二叠统浅海相碳酸盐岩夹少量滨海相碎屑岩、上二叠统陆相玄武岩及海陆交互相含煤建造、下—中三叠统浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩、上二叠统和侏罗系含煤建造和河相红色建造[6]。区内岩浆活动频繁，广泛分布着二叠纪峨眉山玄武岩。区内断裂发育，在该区的西部，NS及NE向断裂发育；在该区的东部，NW向断裂发育。这些断裂控制着区内沉积岩及火山岩的分布，区内铅锌矿也主要沿着这些断裂分布。川滇黔成矿省内的铅锌矿床，均赋存在富含蒸发岩的碳酸盐岩中[4]。

图1 (a)华南地区地质简图与(b)川滇黔成矿省地质简图[2]Fig.1 Geological sketch map of the South China (a) and Geological sketch map of the SYG metallogenic province (b)1—三叠系页岩 2—二叠系碳酸盐岩和峨眉山玄武岩 3—石炭系碳酸盐岩 4—石炭系及泥盆系碳酸盐岩 5—泥盆系碳酸盐岩6—地层界线 7—断层 8—中型铅锌矿 9—小型铅锌矿

2 矿区地质特征

杉树林矿区出露的地层主要为石炭系、二叠系、中—下三叠统岩石。石炭系主要有下石炭统大埔组和摆佐组、上石炭统黄龙组和马平组，其主要岩性为灰岩、白云质灰岩和白云岩，并有少量的泥岩。二叠系梁山组页岩及煤层、栖霞组灰岩不整合覆盖于石炭系之上，与上部广泛分布的峨眉山玄武岩呈不整合接触。二叠系龙潭组页岩及煤层覆盖在玄武岩之上，与上部三叠系的砂岩、页岩、泥岩、泥灰岩等整合接触。二叠纪龙潭组及三叠系中，有大量的有机质分布[7-10]。铅锌矿体主要分布在上石炭统黄龙组白云质灰岩、白云岩中。

矿区主要分布着NW向及近SN向断裂。其中，NW方向断裂由一系列高角度次级逆断层组成，倾角在50°～80°之间，该断层控制着矿区铅锌矿体的分布；近SN向断裂为正断层。此外，矿区还分布着观音山向斜、背斜。其中，向斜呈NNE向展布，出露石炭系、二叠系；背斜呈NW向展布，出露二叠系、第三系；矿体主要分布在观音山背斜。

杉树林矿床有22个铅锌矿体，呈层状及脉状两种类型产出，其中Ⅳ号矿体为矿区最主要的矿体，矿体呈层状，NW向展布；长约460 m，宽约200 m，厚度为5.2 m；该矿体的矿石量约2万吨，其铅品位为0.24%～7.94%(平均为3.64%)，锌品位为1.09%～26.64%(平均品位为14.98%)。层状矿体的附近分布着少量的脉状矿体，其矿石量小于0.2万吨；其中，铅的品位为0.13%～3.45%(平均为2.16%)，锌的品位为0.85%～5.65%(平均品位为3.52%)。

由于脉状矿体明显切穿层状矿体，且两者矿物组合不同，因此可将矿区的成矿期次大致可以划分为三个阶段：阶段Ⅰ为沉积阶段，阶段Ⅱ为热液阶段，阶段Ⅲ为表生阶段。其中，阶段Ⅰ以大量形成闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、方解石和白云石为特征，并有少量的石英，矿体呈层状分布在石炭系黄龙组中。该阶段为杉树林矿床铅锌矿化的主成矿阶段，矿石中硫化物颗粒较为细小，通常小于0.5 mm，且包含有大量的有机质。阶段Ⅱ中主要的矿物为方解石、石英、黄铁矿、闪锌矿及方铅矿等，有少量的黄铜矿。该阶段矿化主要形成脉状矿化，主要分布在层状矿体周围，常切穿矿化的层状矿体及围岩，表明其形成晚于阶段Ⅰ矿化；该阶段矿物颗粒较大，通常大于2 mm。第Ⅲ阶段在地表氧化作用下，硫化物分解，形成大量氧化物，其局部叠加在下部原生矿体上，形成复杂的混合矿体。围岩蚀变主要为白云石化、硅化，其次为重晶石化、黄铁矿化及方解石化。

3 样品采集与测试

本次共采集6件阶段Ⅱ脉状矿石样品用于分析，样品中主要的金属矿物为闪锌矿、方铅矿，其颗粒直径均超过2 mm。将选好的样品在二次蒸馏水中清晰干净、晾干，再粉碎至200目，用超声波清洗后在双目镜下挑选闪锌矿颗粒，保证纯度大于99%。Rb-Sr同位素测试是在国家测试中心完成。样品被放置在稀盐酸中12 h，然后用去离子水洗涤干净，再用超声波清洗。取100～200 mg的闪锌矿样品与85Rb+84Sr溶液混合，并加入王水使样品溶解。通过阳离子交换树脂，分离Rb、Sr等元素。Rb-Sr测试是在Triton型TIMS完成，Rb、Sr含量及同位素比值是由同位素稀释法计算而来[11]。测试过程中作用标样有GBW04411，NBS607和NBS987，其87Sr/86的值分别为0.710 24±0.000 04，1.200 50±0.000 04和0.760 09±0.000 03。

4 分析结果

杉树林矿区闪锌矿Rb-Sr同位素测试结果见表1。样品中w(Rb)为0.210×10-6～0.975×10-6，w(Sr)为2.30×10-6～160.05×10-6；87Rb/86Sr和87Sr/86Sr的比值分别为0.0351～0.8445及0.7127～0.7151。依据Ludwig的方法[12]，通过Isoplot计算可得6个闪锌矿Rb-Sr等时线年龄为(212.7±9.5) Ma (MSWD=0.64)，87Sr/86Sr的初始值为0.712 583±0.000 06(图2)。在本研究计算过程中，t选择为200 Ma。

表1 杉树林铅锌矿中闪锌矿Rb-Sr定年结果Table 1 Rb-Sr isotopic dating result of Sphalerite in Shanshulin Pb-Zn deposit

图2 杉树林铅锌矿床闪锌矿Rb-Sr等时线年龄图Fig.2 Rb-Sr isochron age diagram of shhalerite in Shanshulin Pb-Zn deposit

5 讨论

5.1 成矿年龄

闪锌矿Rb-Sr同位素测试需要测试样品具有同源、同时、封闭及相同的(87Sr/86Sr)t，且具有不同的(87Rb/86Sr)t等基本条件[13]。此外，热液闪锌矿中次生包裹体的存在，会极大地影响测试结果的可靠性[14]。为解决这个问题，笔者将脉状闪锌矿粉碎至200目，用超声波洗涤后再在双目镜下挑选。该方法能有效得去除次生包裹体的影响[15]。在87Rb/86Sr -87Sr/86Sr图解上，杉树林铅锌矿呈现出良好的线型关系，也从侧面证明了其同源、未受到早期沉淀阶段及后期次生包裹体的干扰。由此可认为，本研究所得数据可代表杉树林铅锌矿床真实形成年龄。

川滇黔地区的成矿年龄一直是学术界的热点问题之一，随着测试技术的发展，学者们通过方解石、萤石的Sm-Nd测年[3，16]、闪锌矿Rb-Sr同位素定年[6]、黄铁矿及沥青的Re-Os定年[17]、伊利石K-Ar定年[18]及锆石U-Pb定年[1]等方法来确定该成矿省中铅锌矿床的成矿年龄。结果表明，该区矿床年龄主要形成于两期，第一期为晚泥盆世到晚石炭世(366～305 Ma)，如大梁子(366～341 Ma)[14，19]、毛坪(322～305 Ma)[1，6]及老厂[(308±25)Ma][20]等；第二期形成于三叠纪到侏罗纪(225～165 Ma)，如会泽(225～176 Ma)[21-22]、大梁子[(204.4±1.2)Ma][23]、毛坪[(202.5±8.5)Ma][1]、天桥[(191.9±6.9)Ma][2]、茂租[(201.1±2.9)Ma][16]等。而在一些矿床，两期成矿同时存在，如大梁子、毛坪。基础地质研究表明，在茂租、筲箕山、金沙场、毛坪及大梁子等矿床，均存在层状—似层状及脉状两种类型的矿化；其中，层状矿体多赋存于泥盆系、石炭系，而脉状矿体多切穿这些地层[2-3，6，10]，这也暗示了川滇黔地区铅锌矿可能存在两期，早期形成于泥盆纪—石炭纪，晚期形成晚于石炭纪，与年龄数据相吻合。

在杉树林矿床，铅锌矿化主要由两种形式：阶段Ⅰ以层状矿化为主，矿物颗粒较细；阶段Ⅱ以脉状为主，矿物颗粒较粗，且切割阶段Ⅰ层状矿化，表明阶段Ⅰ矿化形成早于(212.7±9.5)Ma。其顺层特征，暗示了阶段Ⅰ矿化可能形成于石炭纪，这与川滇黔成矿省第一期成矿年龄相吻合。类似的地质特征、成矿特点在毛坪铅锌矿床同样存在。

5.2 矿化与峨眉山玄武岩的关系

川滇黔成矿省中，铅锌矿床与峨眉山玄武岩分布范围存在着密切的空间关系，因此张立生推断该区铅锌矿床的形成与晚二叠世峨眉山大火成岩省的喷发密切相关[24]。前人同位素数据也表明，峨眉山玄武岩为川滇黔成矿省部分铅锌矿床提供了成矿物质，如富乐铅锌矿床、筲箕湾铅锌矿床[3]。在杉树林铅锌矿床，阶段Ⅰ的矿体主要赋存在石炭系黄龙组中，可能形成于石炭纪，明显早于峨眉山大火成岩省的形成时间(260～250 Ma)[25]，排除峨眉山玄武岩为其提供成矿物质的可能。阶段Ⅱ闪锌矿中，(87Sr/86Sr)200 Ma比值为0.7126～0.7127(表1)，明显高于峨眉山玄武岩(0.7039～0.7078)和区域上震旦系到三叠系的沉积地层(0.7073～0.7111)，却低于区域上前寒武基底(0.7243～0.7288)[2]，表明该阶段的成矿物质来源可能为87Sr/86Sr初始比值较低的源区及87Sr/86Sr初始比值较高的前寒武纪基底[8]。前人的研究表明，杉树林地区硫化物硫同位素值为12.7‰～20.3‰，明显高于峨眉山玄武岩(0附近)，与震旦系到三叠系沉积地层中的膏岩层具有相似的硫同位素值[10]；硫化物(方铅矿、闪锌矿、黄铜矿及黄铁矿等)206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb的值分别为18.276～18.654、15.448～15.874和38.083～39.573，显示成矿物质来源主要为基底岩石和盖层沉积物，少量来自于峨眉山玄武岩[8]。因此，可以认为，杉树林铅锌矿中，成矿物质主要来自于基底岩石与盖层沉积物，峨眉山玄武岩仅在阶段Ⅱ的形成过程中有少量的贡献。

6 结论

杉树林铅锌矿床包含三个成矿阶段：沉积阶段(Ⅰ)、热液阶段(Ⅱ)和表生阶段(Ⅲ)；其中，阶段Ⅰ矿化呈层状，赋存于石炭系中，可能形成于石炭纪；阶段Ⅱ矿化呈脉状，切割阶段Ⅰ层状矿体及地层，形成于(212.7±9.5)Ma。S-Sr-Pb同位素特征表明，杉树林铅锌矿床中的硫主要来自于沉积地层，而成矿金属可能主要来自于基底地层与盖层岩石，在阶段Ⅱ的成矿过程中，峨眉山玄武岩可能提供了部分成矿物质。

致谢：本研究在野外工作期间，得到了贵州省有色地质矿床勘查院的帮助；样品处理及实验得到了国家测试中心相关老师的指导；审稿过程中得到审稿专家的指点，在此一并表示感谢。