Question

火山成因矿床

Answer 1

(一)海相火山岩型矿床

1.同位素组成特点

1)这类矿床硫化物的δ³⁴S值变化比上述3类矿床大，大多数矿床δ³⁴S值的变化范围为10‰左右。

2)矿床中硫化物的δ³⁴S值绝大部分为正值，显示不同程度富集³⁴S。根据Sangster(1968)25个矿床的统计，海相火山成因的块状硫化物矿床，大都与海底热液成矿系统有关，矿床中不同程度含有的海水硫酸盐硫或蒸发岩中的硫。每个矿床中硫化物的δ³⁴S值比同期海水的δ³⁴S值约低17‰，说明矿床中的硫是岩浆硫和细菌还原海水硫酸盐产生的硫化物硫的混合物，或者与在海底火山喷发时，海水硫酸盐在高温条件下被二价铁还原有关。

3)矿石铅的同位素组成与火山岩相近，受地壳混染作用影响小的矿石铅，一般为正常铅。

4)成矿流体的同位素组成主体上为海水来源。

2.矿床实例

(1)实例一

据宋忠宝等人(2003)的研究，石居里铜矿地处北祁连山，1∶10000地质构造－岩相填图表明，矿区除北东角的志留系和南端局部延入的泥盆系外，主要分布有奥陶纪海相火山熔岩和火山碎屑岩等。矿区构造方向总体为北西向，西南部有北西向韧性剪切带通过，带内有零星超镁铁岩出露，南侧为大套的基性熔岩，具十分发育的枕状构造，其中有辉长岩产出，为蛇绿岩套的组合;北侧除基性熔岩外，还有火山碎屑岩和凝灰质砂板岩夹硅质岩。前人的工作已经查明，该矿床属典型的塞浦路斯型块状硫化物矿床类型(李文渊等，1999)。

石居里沟及外围铜矿点中黄铁矿和黄铜矿的硫同位素δ³⁴S值变化于1.5‰～8.88‰，这可能是幔源硫与海水硫酸盐的还原硫按不同比例混合的结果。而3个矿床(点)的硫同位素组成存在着一定的差异，石居里沟铜矿床中黄铁矿和黄铜矿的硫同位素δ³⁴S变化于4.95‰～8.88‰，摆浪沟为4.0‰～7.7‰，与石居里沟相近，而九个泉则为1.5‰～3.2‰，明显小于上述两个地区的δ³⁴S值。幔源硫的理论值为δ³⁴S=0;奥陶纪海水硫酸盐δ³⁴S值为25(格里年科等，1974)。

Sangster(1976)注意到火山成因块状硫化物矿床硫化物δ³⁴S值比同期海水硫酸盐低约17‰，认为该值与海水硫酸盐被细菌还原H₂S产生的分馏值一致，推测本区纯海水源硫化物的理论值为δ³⁴S=8‰。因此可以认为，石居里沟铜矿床和摆浪沟铜矿点的硫源主要来自海水硫酸盐，有少量的幔源硫加入。九个泉铜矿床的硫源主要来自幔源硫，有少量海水硫酸盐还原硫的混入。

矿区九个泉矿床(点)玄武岩(n=4)的铅同位素组成²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb分别为18.099～18.408、15.485～15.549、38.064～38.215;μ值为9.25～9.39;Th/U比为3.63～3.79。其黄铁矿石(n=1)²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb分别为18.102、15.55、37.39;μ值为9.39;Th/U比为3.61。石居里矿矿床(点)玄武岩(n=1)²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb分别为17.902、15.508、37.962，μ值为9.34;Th/U比为3.78。其矿石(黄铁矿、黄铜矿，n=9)铅的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb分别为17.355～17.814、15.383～15.573、36.993～38.092;μ值为9.17‰～9.45‰;Th/U比为3.54‰～3.81‰。矿石中黄铁矿、黄铜矿的铅同位素组成分别同各矿床(点)范围内玄武岩的铅同位素组成相近，由此推测本区成矿物质主要来源于蚀变玄武岩。

(2)实例二

白银厂铜多金属矿床系海相火山成因的块状硫化物矿床，矿田处于北祁连构造带的东段南带，属于古火山弧构造单元，容矿岩体主要是经剪切变形的流纹岩类，是与俯冲作用有关的陆缘弧镁铁质下地壳经底侵作用发生部分熔融的结果。岩体多呈枕状构造。白银厂矿床49件硫同位素样品，6件岩石硫(流纹岩、千枚岩)的δ³⁴S值为0.2‰～3.8‰，仅有一件碳质千枚岩最低，其余均在3‰左右。硫同位素分馏很小，系高温成岩成矿产物。43件矿石硫的δ³⁴S值离散性小，范围为+2.33‰～+5.2‰，主要集中于3‰～5‰。根据硫同位素资料(黄铁矿和闪锌矿)计算含矿火山岩总硫δ³⁴S_ΣS约为+3.68‰，稍大于幔源硫同位素组成(0±3‰)，小于大陆壳的δ³⁴S值(平均为+7‰)，远小于海水δ³⁴S值(+20‰)。李双文等(2004)认为，该区以幔源硫为主，并且部分受陆壳硫的混染。矿床中块状矿体(4.25‰)、脉状矿体(4.37‰)、浸染状矿体(3.37‰)，它们之间的差值很小。矿体中硫化物的δ³⁴S值略大于围岩，平均δ³⁴S值:矿体，+4.03‰;剪切带流纹岩，+2.8‰;非含矿流纹岩，+3.57‰;钙质千枚岩，+2.15‰;碳质千枚岩，+1.25‰;流纹质千枚岩，+2.03‰。以矿体为中心向外，δ³⁴S总体趋于降低。

矿石脉石英中，包裹体水的δD值为－71‰～－95‰，δ¹⁸O值为－0.09‰～+8.70‰。多数落在建造水区域及附近，反映大气降水和围岩发生过同位素交换或大气降水与变质水的混合作用;少数接近岩浆水区域，可能有部分水体来源于下地壳部分熔融的岩浆热液。

21件铅同位素样品，岩石铅(流纹岩)10件，矿石铅11件。岩石铅的组成:²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb，17.597～18.702;²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb，15.488～15.667;²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb，37.195～39.100，其中一件凝灰质流纹岩最低。矿石铅的同位素组成:²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb，17.488～18.065;²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb，15.495～15.660;²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb，37.076～38.175。基本上属于单阶段演化的正常铅。矿石的硫、铅同位素组成和岩石对应的同位素组成接近，表明成岩、成矿物质来源相同，都可能来自幔源。在岩浆上升侵位和喷发过程中，没有或很少受到地壳物质的污染。

白银厂矿床硫化物的δ³⁴S值比同期海水约低17‰，成矿物质是否还有海水硫酸盐参与，亟待进一步研究。

(二)陆相火山岩或次火山岩型矿床

根据徐文忻等(2004)对我国陆相次火山岩型铜银矿床的总结:我国陆相次火山岩型铜银矿床主要分布于东南沿海火山岩带、大兴安岭－燕山火山岩带和黑龙江、吉林、辽宁东部－山东火山岩带。银矿与酸性岩(大岭口、东坞山和甲乌拉等地)、霏细岩、次流斑岩(大岭口)有关;铜矿与次英安玢岩有关(紫金山、大井、银山等地;耿文辉等，2000;冶金工业部地质研究所，1984)。与矿床有关的次火山岩的同位素年代为78～148Ma，表明中国陆相次火山岩型铜银矿床为燕山早期和晚期的产物。

1.同位素组成特征

这类矿床的硫同位素组成具有下列特征:

1)硫化物δ³⁴S值总的变化在－9.8‰～+9.6‰之间，比斑岩铜矿硫化物值变化稍大一些(斑岩铜矿硫化物的δ³⁴S值在－5.4‰～1.6‰之间)，表明火山岩和次火山岩矿床热液流体物理化学条件较斑岩矿成矿流体宽。大多数矿床硫化物的δ³⁴S值变化区间小，多数在－2‰～+3.6‰之间(甲乌拉、额仁陶勒盖、蔡家营、毫石、大岭口、铜井、八宝山、闹牛山、五莲和大井等地)，接近陨石硫同位素组成，硫源可能来源于岩浆。

2)大多数矿床硫化物的硫同位素富集顺序具有δ³⁴S_Py>δ³⁴S_Sp>δ³⁴S_Gn>δ³⁴S_Po，与理论计算富集顺序相同，硫化物矿物对的硫同位素平衡温度在160～440℃之间，与矿物包裹体均一温度测定相近，表明硫同位素达到平衡。

3)少数矿床硫化物的δ³⁴S值变化范围较大，并远离零值(紫金山、银山、五部和查干布拉根)，一般变化范围大于8.0‰，最大可达14.7‰，表明这些矿床成矿物理化学环境变化较大，硫的来源较为复杂。

大多数矿床的δ³⁴S_ΣS值与Ohmoto(1972，1979，1986，1997)总结的岩浆硫同位素组成近于相同，表明这类矿床硫源来自岩浆或地幔。紫金山矿床δ³⁴S_ΣS约为20‰，与海水硫同位素组成接近，有可能来源于海相膏盐层，但围岩或基底岩石没有出现过膏盐层，只是成矿流体发生过沸腾，因此，该矿床的硫源有待查清。

2.成矿物理化学条件

根据陆相次火山岩矿床矿物组合、形成温度和计算出来的物理化学环境，可分为3类:

1)大岭口、东坞山、毫石、铜井、五莲、大井、闹牛山次火山岩矿床硫化物的硫同位素组成变化范围小，形成温度约在250±50℃，氧逸度较低和变化范围小，pH值最大为5.1。估计成矿溶液的平均硫同位素组成δ³⁴S接近于δ³⁴S_Py。

2)银山、蔡家营、查干布拉根、额仁陶勒盖次火山岩矿床成矿温度在250±50℃。氧逸度最高，受毒砂－黄铁矿－砷黝铜矿－磁铁矿矿物组合控制;氧逸度最低值，受磁黄铁矿－黄铁矿－磁铁矿控制，硫化物的硫同位素组成变化为10左右，因此估计δ³⁴S_ΣS约为+5‰。

3)部分次火山岩矿床成矿温度在250±50℃，氧逸度的对数值为－38.4～－34.7，或－32.1，处于物理化学环境变化的敏感区，硫同位素组成变化较大，计算出甲乌拉矿床δ³⁴S_ΣS约为+2‰，而紫金山矿床δ³⁴S_ΣS约为+20‰。

3.成矿流体的氢、氧同位素组成

对拨茅、五莲、紫金山、铜井、蔡家营、银山、毫石、大岭口和黄岩等矿床脉石矿物(石英、方解石、重晶石和菱锰矿)进行氢、氧同位素测定，获得石英矿物的氧同位素值为+7.9‰～+16.3‰，矿物包裹体水的氢同位素组成在－55‰～－106‰之间，计算水δ¹⁸O值在－3.0‰～+8.1‰之间。拨茅、五莲、紫金山、铜井、蔡家营和银山矿床成矿流体的氢、氧同位素组成集中在Taylor(1974，1979，1997)总结的岩浆水范围内，表明这些矿床成矿流体主要为岩浆水。毫石和大岭口矿床成矿晚期和黄岩矿床成矿流体的氢、氧同位素组成落在大气降水和岩浆水范围之间，并具有从早到晚，由岩浆向大气降水过渡的现象，表明成矿流体早期为岩浆水，晚期由于大气降水补给，使成矿溶液具有大气降水与岩浆水混合的特征。