西藏多不杂铜矿床锶、钕、铪同位素特征及其地质意义

何阳阳,温春齐,刘显凡

(1.内江师范学院 地理与资源科学学院， 四川 内江 641112；2.成都理工大学 地球科学学院， 成都 610059)

多不杂铜矿床所处位置隶属于西藏改则县，据西藏地调院报告，该矿床目前提交的铜、金资源储量均已达到超大型规模[1]。岩石或矿物的Rb-Sr同位素组成常用于判别样品的源区类型，由于自然界存在87Rb衰变形成87Sr，因此，含铷岩石或矿物中精确的锶同位素组成取决于那种岩石或矿物的年龄及wRb/wSr比值[2](w表示质量分数)。钐和钕都是稀土元素，地壳中含量很少，在矿床研究中Sm-Nd同位素体系常用来分析物质来源、确定基底岩石年龄和成矿时代[2]；锆石中的wLu/wHf值一般很小，w(176Hf)/w(177Hf)比值常用来分析其Hf同位素组成，进而反演原岩的成因性质[3]。本文通过对多不杂铜矿床相关样品中的铷锶、钐钕、镥铪同位素进行研究，以此来示踪其成矿物质来源。

1　矿床地质概况

班公湖-怒江缝合带是拉萨地块和羌塘地块之间的分界线，总长度约为2 000 km，呈近东西方向展布，主要出露SSZ型蛇绿混杂岩[4-6]。伴随着一系列构造运动及岩浆活动，大量中酸性侵入体在班怒西段羌塘地块的南缘增生形成构造-岩浆弧[7-8]，本文研究的多不杂铜矿床位于其中(图1-A)。

矿区依次出露下侏罗统曲色组第二岩段(J1q2)、下白垩统美日切组(K1m)、新近系康托组(N1k)、第四系等地层。F2和F10为多不杂矿区内的主要断裂构造，周边次级裂隙较为发育。矿区出露岩浆岩主要有花岗闪长斑岩、石英闪长岩、辉绿岩等，呈岩脉、岩株产出。

矿体走向为东-西方向，倾向南，长度约1.6 km，厚度约0.5 km，延深约0.6 km，主要产于花岗闪长斑岩体及与其接触的变质砂岩中(图1-B)，产出部位主要为钾化带、石英绢云岩化带及青磐岩化带。主要矿石构造包括：脉状及细脉浸染状构造，次为块状及团块状构造等；主要矿石结构包括：交代结构和结晶结构。黄铜矿和黄铁矿为主要的矿物成分，其次为辉钼矿、斑铜矿、黝铜矿、闪锌矿、磁铁矿等[9]。

多不杂铜矿床围岩蚀变十分强烈，主要包括钾硅化带、绢英岩化带和青磐岩化带3种类型。从平面上看，总体表现出近环带状；从剖面上看，总体表现为“中心式”的面型蚀变。

2　样品特征

2.1　花岗闪长斑岩

花岗闪长斑岩(γδπ53)是多不杂铜矿区内的主要成矿斑岩体(图2)，呈东西向展布，长约2 km，宽100～320 m，面积约0.5 km2。斑岩体总体上为向南倾斜的“板状体”，北侧界线处产状较缓，约40°；南侧界线处相对较陡。岩体与曲色组第二岩段的变质砂岩呈侵入接触关系，接触带部位蚀变强烈[10]。

块状构造和斑状结构为花岗闪长斑岩的主要矿石组构，显微镜下观测见不等粒结构。斑晶和基质是花岗闪长斑岩的2个重要组成部分，其中，斑晶所占体积比例为35%～40%，基质占整个岩石体积的比例为60%～65%。斑晶的构成主要为斜长石(体积分数约60%)、石英(约30%)、钾长石(约5%)、角闪石(约3%)、黑云母(约2%)。基质主要为花岗结构、粒晶结构等。

2.2　黄铁矿

黄铁矿为矿床中分布最广、数量最多的金属矿物之一(图3)。总体上看，从花岗闪长斑岩到接触带再到变质砂岩，从钾化带依次到黄铁绢英岩化带、硅化泥化带、青磐岩化带，黄铁矿表现为矿化程度逐渐增强。其中在黄铁绢英岩化带的外圈矿化强度最高，可见大量呈团块状、脉状、浸染状的黄铁矿，其次是青磐岩化带的内圈。随着远离矿体到围岩，黄铁矿的矿化强度逐渐减弱。黄铁矿化分布区的中心地带总体上与铜矿化带相对应[10]。

图1　多不杂铜矿床大地构造位置及矿体平面图Fig.1　Tectonic location and plane graph of ore body in the Duobuza copper depositQ4.第四系； N1k.康托组； K1m1.美日切组第一段； J1q2.曲色组第二段； γδπ53.花岗闪长斑岩； ν.灰绿色辉长岩； αβ53.玄武质安山岩； βμ53.墨绿色辉绿岩。1.断层； 2.矿体范围； 3.勘探线； 4.钻孔

图2　多不杂铜矿床花岗闪长斑岩勘探剖面示意图Fig.2　Sketch showing exploration sections for the granodiorite porphyry in the Duobuza copper deposit

在原生矿体中，黄铁矿的粒径多数为0.01～0.8 mm，最大粒径1 mm左右，常呈脉状、浸染状分布。脉石矿物及相关硫化物常对呈他形粒状的浸染状黄铁矿进行交代，可见黄铜矿等矿物分布其中。在表生带中，黄铁矿常被褐铁矿交代。局部可见硬石膏与黄铁矿伴生。

2.3　锆石

河北省区调所利用重选和磁选的方法分选出相关锆石，阴极发光图像在西北大学完成。由图4可见，锆石呈长柱状，长度在100～350 μm，长轴与短轴的比例为(2∶1)～(3.5∶1)，有震荡环带现象。

图3　多不杂铜矿床黄铁矿宏观及微观照片Fig.3　Macroscopic and microscopic photos showing pyrite from the Duobuza copper deposit(A)标本照片;(B)反射单偏光镜下照片

图4　DB048样品代表性锆石阴极发光图像及测试位置Fig.4　DB048 CL images showing representative zircons and tested positions

3　锶、钕、铪同位素特征

3.1　锶、钕同位素

核工业北京地质研究院参考相关规范和方法对本文相关样品进行了锶、钕同位素测试，结果如表1所示，其中铷、锶的误差以2σ计。

由表1可见，5件黄铁矿样品(包括1件围岩)Rb的质量分数(wRb)为(0.355～9.19)×10-6，平均为2.279×10-6；Sr的质量分数(wSr)为(4.3～74.7)×10-6，平均为26.92×10-6；87Rb/86Sr为0.081 8～0.355 9，平均为0.176 2；87Sr/86Sr为0.708 429～0.709 167，平均为0.708 909。其中围岩黄铁矿样品中的Rb、Sr含量与其他4个样品相比明显偏高。本文测试的全岩样品中Rb的质量分数为(107～142)×10-6，平均为122.6×10-6；Sr的质量分数为(203～393)×10-6，平均为302.4×10-6；87Rb/86Sr比值为0.791 8～1.938 8，平均为1.252 1；87Sr/86Sr比值为0.707 419～0.709 968，平均为0.708 344。

周雄等[12]认为锶初始值在花岗质岩石起源的认识上具有重要指示意义。多不杂铜矿床相关样品的Sr初始值位于全球壳源硅铝质岩和幔源镁铁质岩Sr同位素的平均值之间(其值分别为0.720±0.005和0.703 50)，且相对靠近幔源岩石[13]，说明样品具有壳幔混染特征。

在地质作用过程中，锶同位素与成矿元素的迁移方式较为相似[14]。围岩样品锶初始值较斑岩样品锶初始值高，表明成矿流体的迁移方式是由斑岩体→围岩，在这一迁移过程中与围岩物质发生充填交代作用从而导致Sr含量增高。

143Nd/144Nd比值在一定程度上可以示踪地质体壳幔物质之间的相互作用。花岗闪长斑岩中(87Sr/86Sr)i和143Nd/144Nd原始地幔现代值分别为0.704 5和0.512 638。将表1数据与其对比，显示矿区样品具有高(87Sr/86Sr)i、低143Nd/144Nd的特征。在图5中，样品投影点集中在地幔演化线周围。富集地幔单元EMⅠ和EMⅡ通过俯冲带混染了大陆壳物质，是形成上述特征的主要原因。这样可以认为多不杂铜矿区样品的特征是交代富集地幔的反映。

3.2　镥铪同位素

委托西北大学大陆动力学国家重点实验室进行锆石原位Lu-Hf同位素微区测定，使用的方法和仪器设备参数等详见Yuan等[16]，测试结果见表2。

将表2数据在εHf(t)-年龄图解中投点(图6)，可以看到，样品投影点均处于下地壳和亏损地幔之间，靠近球粒陨石线的上面，进一步表明样品具备亏损地幔的特征，同时有地壳物质加入混染。另外，从表2以及图7中可以看到，锆石εHf(t)值全部为正，分布范围较广，集中于4～5之间。正的εHf(t)值指示有幔源组分参与成岩成矿，且幔源成分占据主动[3]。该矿床的锆石样品具有上述特征，指示伴有多种组分参与寄主岩石的形成，进一步暗示地幔流体作用下有壳源流体参与混染。

*数据来自文献[11];εNd(t)=[(143Nd/144Nd)t/(143Nd/144Nd)CHUR-1]×104,t=120 Ma

图5　(87Sr/86Sr)i -εNd(t)图解Fig.5　(87Sr/86Sr)i -εNd(t) diagram(作图方法据文献[15])BSE．原始未分异地幔单元；HIMU．高U/Pb地幔单元；EMⅠ．Ⅰ型富集地幔；EMⅡ．Ⅱ型富集地幔； PREMA．流行地幔单元； DM．亏损地幔单元

图6　花岗闪长斑岩锆石年龄与εHf(t)关系图解Fig.6　Relationship diagram showing zircon age and εHf(t) of granodiorite porphyry(作图方法据文献[17])

4　讨 论

前人在该区进行勘查和研究时发现，矿体同时赋存于花岗闪长斑岩和变质砂岩中[18-22]，且对该矿床进行过成因方面的研究，在成矿物质来源方面有3种观点，分别认为其来源于斑岩岩浆、围岩以及二者混合，但大多数数据都显示幔源组分参与了成矿[23-26]。

表2　多不杂铜矿床花岗闪长斑岩的锆石Hf同位素组成Table 2　Zircon Hf isotopic compositions of the granitic porphyry in the Duobuza copper deposit

续表2

样号t/Ma176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177HfεHf(0)εHf(t)tDM1/MatDM2/Maf Lu/HfDW2-814114.00.03440.00130.2828482.75.1577845-0.96DW2-815116.00.02070.00110.2828954.36.8508739-0.97DW2-816130.00.01590.00080.2828021.13.8635938-0.98DW2-817123.00.01410.00070.282742-1.11.67181077-0.98DW2-818131.00.00920.00050.2828402.45.2577850-0.99DW2-819123.00.01700.00090.2828272.04.6601886-0.97DW2-820233.00.01820.00090.282633-4.90.18741257-0.97Dbz-γδπ-01121.00.00980.00050.2828151.54.1612914-0.99Dbz-γδπ-02121.00.03350.00160.2828623.25.7562813-0.95Dbz-γδπ-03124.00.01790.00090.2828251.94.5604890-0.97Dbz-γδπ-04128.00.01260.00060.2828312.14.8592874-0.98Dbz-γδπ-05128.00.01290.00060.2828091.34.1622922-0.98Dbz-γδπ-06124.00.02210.00100.2828201.74.3614903-0.97Dbz-γδπ-07122.00.01710.00080.2828141.54.1618916-0.98Dbz-γδπ-08119.00.02620.00120.2828322.14.6599879-0.96Dbz-γδπ-09125.00.01790.00080.2828181.64.3613905-0.97Dbz-γδπ-10122.00.03260.00150.2828302.04.6607884-0.96Dbz-γδπ-11120.00.01680.00080.2828312.14.7594879-0.98Dbz-γδπ-12118.00.02250.00110.2828613.15.6556814-0.97Dbz-γδπ-13127.00.02120.00100.2828302.04.7599878-0.97Dbz-γδπ-14122.00.02640.00130.2828382.34.9592864-0.96Dbz-γδπ-15120.00.00970.00050.2828623.25.8546808-0.99Dbz-γδπ-16125.00.01720.00080.2828141.54.2618913-0.98Dbz-γδπ-17111.00.02470.00110.2828733.65.9538789-0.97Dbz-γδπ-18118.00.02100.00100.2828753.76.2535781-0.97Dbz-γδπ-19120.00.03280.00150.2828984.57.0509731-0.95Dbz-γδπ-20120.00.02020.00090.2828292.04.6599884-0.97

DB048系列18个样品为本文数据，其余数据引自文献[11]；t为锆石的结晶年龄

本文锶、钕、铪同位素综合研究亦显示出花岗闪长斑岩具有壳幔混染特征，幔源组分参与了成矿。有学者认为在花岗质岩石形成及成矿时，幔源组分不仅提供热能，而且提供矿质[27]。多不杂矿区发现有较强的磁铁矿化现象，指示岩浆-热液体系有较强烈的氧化性，地幔流体加入地表流体循环，进而进行能量和矿质的转换，这一地质事件记录了地幔流体作用导致该矿区大规模成矿的事实。在这一过程中，不仅可以通过降低原流体中还原性矿物的溶解度而促使其沉淀结晶，而且可导致相对氧化的矿物和典型还原矿物的相互叠加共存，如黄铁矿与硬石膏的伴生。

多不杂铜矿床符合地幔流体成矿作用的条件[28]，具有地幔流体成矿作用的特征[29]，其成矿动力学模型如图8所示。羌塘地体和拉萨地体发生碰撞闭合以及俯冲，导致该区发育深大断裂，诱发深部地质作用。在其作用下，原始地幔一部分转变为交代富集地幔，另一部分发生熔融，形成含有矿质的地幔流体；同时，板块的俯冲形成了一定的富铜钙碱性熔浆。它们相互混染，诱发地幔底辟作用，导致深部地壳部分熔融，三者混染在一起沿断裂通道上升结晶，形成含铜的花岗闪长斑岩。另有部分混合流体溢出岩浆及岩体，渗入到围岩的裂隙之中，相互之间会发生能量和矿质的转换，进而形成多不杂变质砂岩型矿体，即接触带成矿体系[30-31]。

5　结 论

a.多不杂铜矿床样品中的Sr初始值接近幔源镁铁质岩石Sr同位素平均值，暗示矿区含矿斑岩的原始岩浆可能来源于地幔，在上升侵位时与硅铝质地壳物质之间发生充填交代，使其具有壳幔混染特征。

图7　多不杂铜矿床花岗闪长斑岩的锆石Hf同位素组成直方图Fig.7　Zircon Hf isotopic compositions of the granitic porphyry in the Duobuza copper deposit

图8　多不杂铜矿床成矿动力学模型Fig.8　Metallogenic dynamic model of the Duobuza copper deposit1.地幔流体； 2.板块俯冲流体； 3.富硅成矿流体； 4.富碱岩浆； 5.铜金矿； 6.矽卡岩铜金矿； 7.矽卡岩铁矿； 8.矽卡岩铜矿； 9.斑岩铜矿； 10.矽卡岩铜多金属矿； 11.金矿； 12.城镇。Ⅲ-1.南巴颜额拉-雅鲁藏布江； Ⅲ-3.西金乌兰-金沙江； Ⅲ-4.乔尔天山-甜水海； Ⅲ-5.北羌塘-昌都； Ⅲ-6.南羌塘-昌都； Ⅲ-7.班公湖-怒江；Ⅲ-8.北冈底斯；Ⅲ-9.中冈底斯； Ⅲ-10.南冈底斯-念青唐古拉； Ⅲ-11.雅鲁藏布江； Ⅲ-12.喜马拉雅

b.花岗闪长斑岩具有相对高(87Sr/86Sr)i以及低143Nd/144Nd的特征，锶同位素的迁移行为与成矿元素相似，含矿流体由斑岩体向围岩进行了迁移，并与围岩之间发生充填交代，导致变质砂岩含矿。

c.锆石εHf(t)值为正值，且变化范围较大，是有较多幔源组分参与成岩的标志，指示幔源岩浆作用过程中伴有地壳流体的混染。综合分析表明，在地幔流体作用下该矿床符合透岩浆流体成矿理论中的接触带成矿体系。