云南东川雪岭铜多金属矿区硫铅同位素组成特征及成矿物质来源

刘文恒¹，刘继顺¹，马慧英²，刘卫明³，吴自成¹，许亚男⁴

(1. 中南大学 地球科学与信息物理学院，教育部有色金属成矿预测重点实验室，湖南 长沙，410083；

2. 湖南省地质调查院，湖南 长沙，411100；

3. 江西理工大学 资源与环境工程学院，江西 赣州，341000；

4. 东华理工大学 研究生院，江西 南昌，330013)

摘要：雪岭矿区位于东川断隆与禄劝断坳结合部，灯影组赋矿以黄铁矿、黝铜矿、辉铜矿为主，含少量的方铅矿、闪锌矿等，深部陡山沱组赋存有滥泥坪式铜矿床，对雪岭矿区和东川矿区相应层位的金属硫化物样品中的硫和铅同位素进行分析。研究结果表明：灯影组和陡山沱组金属硫化物△³⁴S_V-CDT分别为-37.5‰~+27.4‰和-1.5‰~+19.5‰，显示硫主要来源于海相硫酸盐的还原作用，并受到不同硫源的混染，与落雪组和因民组所含金属硫化物△³⁴S_V-CDT相似；铅同位素组成落点位于上地壳附近和上地壳与造山带之间，并具相关性，说明灯影组矿石铅来源于壳幔混合，成矿物质主要来源于深部陡山沱组和昆阳群铜矿床，部分来自围岩；灯影组样品模式年龄为260~350 Ma，推测矿化应是受峨眉山玄武岩喷溢热动力影响导致陡山沱组和昆阳群成矿物质活化并沿断裂带运移至浅部沉淀富集；含矿热液沿途还原沉积地层的海相硫酸盐，围岩提供部分成矿物质。

关键词：硫同位素；铅同位素；成矿物质来源；东川矿区；雪岭

中图分类号：P597⁺.2          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2014)08-2728-12

Characteristics of S and Pb isotope compositions and source of metallogenic material in Xueling Cu-polymetallic mining area of

Dongchuan, Yunnan

LIU Wenheng¹, LIU Jishun¹, MA Huiying², LIU Weiming³, WU Zicheng¹, XU Yanan⁴

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,

School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 411100, China;

3. Faculty of Resources and Environmental Engineering,

Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;

4. Graduate School, East China Institute of Technology, Nanchang 330013, China)

Abstract: Xueling mining area is located in the intersection of dongchuan fault-uplift and Luquan fault-depress。The minerals in Dengying formation are pyrite, tetrahedrite, chalcocite and some galenas and sphalerites, the Lanniping type copper ore deposit occurred in the deep Doushantuo formation, S and Pb isotopic compositions of the metal sulfides of the corresponding formation in the Xueling mining area and Dongchuan mining area were studied. The results show that the △³⁴S_VCDT of metal sulfides in Dengying formation and Doushantuo formation vary from -37.5‰ to +27.4‰ and -1.5‰ to +19.5‰, respectively, which is similar to those in Luoxue formation and Yinmin formation, indicating that sulfur mainly comes from marine sulfate reduction, and is intermingled with different sulfur sources. The Pb isotopic compositions of all samples are plotted not only near the Upper Crust belt evolution curve, but also in the region between the upper crust and the Orogenic, and there is a significant positive correlation between them, which indicates that Pb of the metal sulfides in Dengying formation can be derived from a mantle-crust mixed source, and the metallogenic material is mainly from the copper deposit of deep Doushantuo formation and Kunyang group, partly from the surrounding rocks. The model age of samples in Dengying formaion is from 350 Ma to 260 Ma, the Cu-polymetallic mineralization in Dengying formation results from the deep metallogenic material of Doushantuo formation and Kunyang group activate under the influence of thermal power of the Emeishan basalt spurting, and then migrates along faults and enriches in the shallow strata. The sulfur in ore-bearing hydrothermal solution mainly comes from marine sulfate of sedimentary strata reduction, and the surrounding rocks provide part of the metallogenic material.

Key words: S isotope; Pb isotope; metallogenic material source; Dongchuan mining area; Xueling

雪岭矿区距离昆明市东川区市区约20 km，大地构造位置处于扬子板块西缘，位于康滇地轴中东川断块南缘^[1-2]。东川矿区是我国重要的铜多金属矿集区，研究者对东川矿区进行了大量研究^[3-5]，但对于处于东川矿区南缘的雪岭矿区研究很少，为此，本文作者研究雪岭矿区及其所属东川矿区的矿石样品硫、铅同位素，探讨矿区成矿物质来源和成矿机制。

1  区域地质背景

位于云南省北部的东川矿区在我国铜多金属资源供给上一直占据非常重要的地位，其位于昆阳裂谷内会理—东川裂陷槽东端的1个梯形断陷盆地－东川断块，见图1。矿区自下而上依次分布有中元古界因民组(Pt₂KY)中部火山岩中的稀矿山式铁铜矿、中元古界落雪组(Pt₂KL)中下部含泥砂质白云岩中的东川式铜矿、中元古界黑山组(Pt₂KH)底部炭质板岩中的桃园式铜矿和新元古界陡山沱组(Z₂d)底部不整合面以上的陆缘沉积建造型滥泥坪式铜矿，共同构成一个矿区内受昆阳裂谷演化阶段、火山活动控制的完整的铜多金属矿成矿系列。

矿区出露地层除部分沟谷、平台有古近系、新近系和第四系沉积以外，绝大部分为中元古界地层，新元古界、古生界、中生界等地层仅分布在东川矿区南部一带。东川矿区周围为４条生长大断裂，分别是南北向的普渡河断裂、小江断裂和东西向的麻塘断裂、宝九断裂，这4条断裂控制了东川矿区的构造格局，使区内也发育南北向和东西向2组主干断裂。受多期地质运动影响，区内断裂褶皱构造复杂。东川矿区岩浆活动强烈，活动周期长。岩浆活动的高峰为因民期和晋宁晚期，其中因民期以火山岩为主，晋宁晚期以侵入岩为主。

雪岭矿区位于东川矿区南缘，东川矿区南部边界断裂—宝九断裂从雪岭矿区北部隐伏通过，表面为震旦系灯影组地层所覆盖。矿区主要出露震旦系灯影组地层和寒武系渔户村组及筇竹寺组地层，其次是下二叠统地层，第四系在本区有零星分布。灯影组白云岩以下为陡山沱组炭泥质白云岩夹底砾岩，两者呈整合接触。矿区基底为中元古代昆阳群浅变质岩，与其上的震旦系地层呈强烈的不整合接触关系。本区断裂除北部隐伏的宝九断裂以外，主要为东川矿区落因断裂系南沿至区内形成的南北向断裂带(滥泥坪断裂、吊水井断裂)。区内岩浆岩主要为分布于矿区西南部的晚二叠世峨眉山玄武岩以及矿区北部出露的辉绿岩。

2  矿床地质

雪岭矿区可见中部沿落因断裂系南沿形成的南北向断裂带产出的铜多金属矿化带，另外在矿区东北部灯影组白云岩中可见呈陡倾脉状产出的硫铁矿化带，见图2。铜多金属矿化带部分沿灯影组和渔户村组层间断裂带产出，形成似层状—透镜状矿体；部分受灯影组白云岩中断裂控制，形成脉状矿体。该类型矿体矿化较弱，原生矿物以黄铁矿、黝铜矿、辉铜矿为主，黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等少见，氧化矿物主要为褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿等，脉石矿物主要为白云石、重晶石和石英。矿石结构主要有粒状、斑状、不规则状、镶嵌状等，矿石构造主要有脉状网脉状、浸染状、星点状等。围岩蚀变主要有碳酸盐化、硅化、重晶石化等。

硫铁矿化带矿体主要呈陡倾脉状分布于灯影组白云岩中，部分呈层状似层状产出。其矿化强度要比前者的大。原生矿物主要为黄铁矿、白铁矿，次为黄铜矿、方铅矿和闪锌矿，氧化矿物主要为褐铁矿、针铁矿、水针铁矿、赤铁矿和黄钾铁矾，偶见褐锰矿、孔雀石。脉石矿物主要有白云石、方解石、重晶石和石英。矿石结构主要有粒状、针状、胶状和交代残余结构，构造主要有块状、浸染状、脉状、似层状、角砾状、条带状和蜂窝状。围岩蚀变主要为硅化、碳酸盐化等。

图1  雪岭矿区地质图

Fig. 1  Geologic map of Xueling Mining Area

图2  雪岭矿区铜多金属矿物产出特征

Fig. 2  Characteristics of occurrence of Cu-polymetallic minerals in Xueling Mining Area

除雪岭矿区浅部铜多金属矿体外，在矿区深部发现有陡山沱组中的滥泥坪式铜矿。矿物主要为黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿，氧化矿物主要为褐铁矿，偶见孔雀石，脉石矿物主要有白云石、方解石、石英和碳泥质，矿石结构主要有粒状、不规则状、针状等，矿石构造主要为块状、网脉状、浸染状、星点状等，围岩蚀变主要见硅化、方解石化、石墨化、绿泥石化等。

3  样品来源及分析方法

本次研究分别在雪岭矿区浅部灯影组地层和深部陡山沱组地层中采取矿石和围岩样品。为了综合对比分析，在雪岭矿区北部相邻的滥泥坪矿区对陡山沱组之下的昆阳群落雪组中铜矿石采样，因民组样品分析数据则参考文献[1，6]中的研究成果。首先将矿石样品破碎，再在双目显微镜下挑选目标单矿物，纯度在99％以上。全岩样品选择新鲜未受风化作用的围岩。本次样品的硫铅同位素组成分析均在核工业北京地质研究院分析测试所完成。

铅同位素样品的制备和测试如下：首先称取适量(0.1~0.2 g)样品加入低压密闭溶样罐(PFA)中，加入纯化的HF+HNO₃+HClO₄酸溶液溶解24 h。待样品完全溶解后，蒸干，加入6 mol/L HCl转为氯化物蒸干，依次加入0.5 mol/L HBr和6 mol/L HCl对铅进行分离，最后在室温(20 ℃)、相对湿度为40%的条件下，在ISOPROBE-T热电离质谱仪测定铅的同位素组成。

硫同位素样品的制备和测试如下：将硫化物样品以Cu₂O作氧化剂在高温真空条件下反应，将S氧化成SO₂，在真空条件下用冷冻法收集SO₂气体；然后，采用室温20 ℃、相对湿度为40%的条件下，采用Delta v plus同位素质谱仪进行硫同位素测试，分析精度为±0.2‰，采用国际标准V-CDT，记为△³⁴S_V-CDT。

4  同位素组成特征

4.1  硫同位素组成特征

矿区各层位金属硫化物以及文献[1，6]中的分析结果见表1。从表1可见：雪岭矿区灯影组4件黄铁矿样品△³⁴S_V-CDT介于-37.5‰~+27.4‰，极差为64.9‰，平均值为4.5‰，分布范围较宽，可见来自断裂带脉状矿体的黄铁矿△³⁴S_V-CDT明显区别于来自硫铁矿带的黄铁矿相应值，呈现两极分化，说明了硫的多元性。

表1  雪岭及东川矿区金属硫化物硫同位素组成

Table 1  S isotope compositions of the metal sulfides in Xueling and Dongchuan mining area

文献[6]中的陡山沱组硫化物△³⁴S_V-CDT为-1.5‰~+19.5‰，本文分析的1个黄铜矿△³⁴S_V-CDT为0.1‰，在文献[6]中的分析结果范围以内。陡山沱组硫化物基本均富集重硫³⁴S，且变化较大。

本文分析的2个滥泥坪落雪组硫化物样品，其△³⁴S_V-CDT分别为+6.0‰和+13.1‰，在文献[1]的分析结果范围内，且黄铁矿的△³⁴S_V-CDT比斑铜矿的高，与文献[1]中落雪组沉积-成岩型矿物的相符^[1]。由表1可知：落雪组硫化物的△³⁴S_V-CDT在+5.7‰~+13.1‰之间，极差为7.4‰，平均值为9.3‰，基本较稳定，以富重硫为特点。

因民组硫化物硫同位素组成如表1所示，其△³⁴S_V-CDT介于-14.8‰~+20.9‰，极差为35.7‰，平均值为2.3‰，可见其差异较大，说明硫具有多源性。硫同位素组成相差很大应该与矿物形成时的温度和成矿环境的差异有密切关系。

4.2  铅同位素组成特征

雪岭铜多金属矿区所采金属硫化物和围岩样品铅同位素组成见表2。从表2可见：3个来自硫铁矿化带的黄铁矿样品其w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)(即²⁰⁶Pb与²⁰⁴Pb的质量分数之比)变化范围为18.279~18.372，均值为18.321，极差为0.093；w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为15.653~15.673，均值为15.661，极差为0.02；w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为38.272~38.462，均值为38.383，极差为0.19。可见该类样品铅同位素组成较为稳定、均一，变化范围小，具正常铅特征，显示较为单一的铅同位素来源。而1个来自断裂带脉状矿体的黄铁矿样品其同位素组成中，w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)为19.310，w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)为15.771，w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)为38.792，均比硫铁矿化带黄铁矿样品的高，显示出含较高的U和Th放射性元素含量。灯影组围岩白云岩的铅同位素组成也较高，富含放射性成因铅。

产出于灯影组下伏陡山沱组中的金属硫化物铅同位素组成w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为18.087~19.893，平均值为19.343，极差为1.806；w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为15.599~15.773，平均值为15.712，极差为0.174；w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为38.099~41.088，平均值为38.951，极差为2.989。其铅同位素组成变化幅度较大，具非均一性，显示异常铅或正常铅与异常铅相混合的特征。1个陡山沱组中围岩炭质白云岩样品的铅同位素组成中w(²⁰⁶Pb)/ w(²⁰⁴Pb)为19.604，w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)为15.751，w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)为38.515，该组成与灯影组沿断裂带产出的裂隙脉状矿体和陡山沱组金属硫化物铅同位素组成相似。

震旦系底部不整合面以下昆阳群地层中落雪组金属硫化物的w(²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)变化范围为18.430~23.24，平均值为20.7095，极差为4.81；w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为15.745~15.970，平均值为15.839，极差为0.225；w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为38.341~38.826，平均值为38.583，极差为0.485。因民组金属硫化物的w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为18.200~19.391，平均值为18.731，极差为1.191；w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为15.491~15.745，平均值为15.656，极差为0.254；w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)变化范围为38.271~38.885，平均值为38.565，极差为0.614。可见昆阳群地层中矿石铅同位素组成稳定性较差，具非均一性，显示异常铅或正常铅与异常铅相混合的特征。

此外，通过各层位金属硫化物铅同位素组成计算得出的矿体模式年龄见表2。陡山沱组、落雪组和因民组多为异常铅，模式年龄大多为负数，而具正常铅特征的灯影组硫铁矿化带的模式年龄为260~350 Ma。

Zartman等^[8]根据“铅构造模型”理论计算出全球平均铅同位素特征参数：μ=w(²³⁸U)/w(²⁰⁴Pb)和κ=w(Th)/w(U)。李龙等^[9]在Zartman研究的基础上利用“铅构造模型”的基本思想并结合中国大陆实际情况对原有计算进行部分改进，得到了中国大陆地幔、下地壳、上地壳铅同位素的μ和κ理论值。灯影组、陡山沱组金属硫化物与中国大陆、全球平均铅同位素μ和κ对比见表3。从表3可以看出：雪岭矿区灯影组铜多金属矿的μ和κ分别为9.57~9.72和3.40~3.81，陡山沱组铜矿的μ和κ分别为9.44~9.69和3.23~3.99，表明灯影组和陡山沱组矿体铅同位素μ和κ更接近地幔相应值，反映出铅源主要来自地幔，并受到壳源铅一定程度的混染。此外，灯影组所含矿体与深部陡山沱组以及不整合面以下落雪组和因民组所含矿体的铅同位素μ和κ具有一定的相似性。前人研究认为陡山沱组所含铜矿与落雪组和因民组所含铜矿具紧密的亲缘性^[1]，因此，覆盖于陡山沱组之上的震旦系灯影组地层所含铜多金属矿的成矿物质很可能来源于深部老地层所含铜矿床。

表2  雪岭及东川矿区样品铅同位素组成

Table 2  Pb isotope compositions of the samples in Xueling and Dongchuan mining area

表3  灯影组、陡山沱组金属硫化物与中国大陆、全球平均铅同位素μ和κ对比

Table 3  μ and κ of Pb isotope compositions in China continent,global mean and metal sulfides of Dengying formation and Doushantuo formation

5  成矿物质来源

5.1  硫同位素地球化学证据

硫同位素是一种良好的示踪剂，可以根据矿物的硫同位素组成来判断矿物的原始形成条件^[10]。一般来说，确定矿源的总硫同位素组成能更好地示踪成矿物质来源^[11]，但当金属硫化物矿物组合简单时，硫化物的△³⁴S的平均值可以代表成矿热液的总硫同位素组 成^[12]。雪岭矿区灯影组所含金属硫化物中，以黄铁矿占大部分，故黄铁矿的硫同位素组成平均值能反映矿区灯影组成矿热液的硫同位素组成特征。

矿区灯影组3个来自硫铁矿化带的黄铁矿样品富集³⁴S，其△³⁴S_V-CDT介于+9.9‰~＋27.4‰，极差为17.5‰，平均值为18.5‰。正值代表海相硫酸盐的参与。文献[13]研究滇东北灯影组中的沉积重晶石△³⁴S_V-CD为30.35‰，故本区很可能海相硫酸盐(如重晶石)为黄铁矿和其他热液硫化物的沉积提供了主要硫源。1个来自断裂带脉状矿体的黄铁矿样品△³⁴S_V-CDT为-37.5‰，富集轻硫，反映了相对封闭的细菌还原硫同位素组成特征^[14]。

本文分析的1件陡山沱组黄铜矿△³⁴S_V-CDT为0.1‰，接近地幔硫值^[15]。经综合分析可知陡山沱组硫化物△³⁴S_V-CDT在-1.5‰~+19.5‰之间，基本均富集重硫³⁴S，且变化较大，硫应该主要来源于海相硫酸盐的还原作用，并受到不同硫源的混染。如本文分析的陡山沱组样品硫源应是海相硫酸盐硫混染了地幔硫或生物硫所致。

本文分析的2个落雪组金属硫化物样品与东川矿区落雪组其他金属硫化物样品相结合，其△³⁴S_V-CDT为55.7‰~13.1‰，以富集³⁴S为特点，硫源应来自海水硫酸盐的还原作用。

落雪组之下的因民组金属硫化物样品硫同位素组成△³⁴S_V-CDT为-14.8‰~+20.9‰，差异较大。正值表示相对富集³⁴S，可能是海相硫酸盐参与的结果；负值表示相对富集³²S，可能与生物作用有关。

雪岭矿区及东川矿区样品硫同位素组成分配图解见图3。从图3可以看出：雪岭矿区浅部灯影组地层所含铜多金属矿床的硫同位素组成特征不同于典型的陨石硫和基性岩床硫，与沉积岩硫有一定类似，但不同于沉积硫化物硫。该矿床硫同位素范围较广，应该与硫的多种来源有关，不同来源的硫产生了混染。

从图3还可看出：陡山沱组铜矿床硫同位素特征受多种硫源混染影响，海水硫应占主导。落雪组矿床则更偏向于海水硫，硫源与海水硫酸盐的还原作用密切相关。因民组矿床硫同位素特征与火山成因硫范围相似，即海相火山喷流-沉积作用为因民组铜铁矿床提供了主要硫源。由以上4类矿床的硫同位素特征综合对比可以看出：4类矿床的硫源具有一定的亲缘性，只是由于成矿流体在运移过程中混染了其他来源的硫而呈现出不同的硫同位素特征。

图3  雪岭矿区及东川矿区样品硫同位素组成分配图解 (据文献[16])

Fig. 3  Distribution diagram according to S isotope compositions of samples in Xueling and Dongchuan mining area according to Ref.[16]

综合来说，雪岭矿区灯影组和陡山沱组金属硫化物硫主要来自沉积地层海相硫酸盐的还原作用，部分受到深源昆阳群铜矿床硫和细菌还原作用硫的影响，而陡山沱组对灯影组成矿也提供了部分硫源。

5.2  铅同位素地球化学证据

雪岭矿区及东川矿区矿物和岩石铅同位素图解见图4，雪岭矿区及东川矿区矿物和岩石铅同位素组成构造环境判别图解见图5。其中：w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)，w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)与w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)分别为样品现今的Pb同位素原子质量分数之比。

图4  雪岭矿区及东川矿区矿物和岩石铅同位素图解 (据文献[8])

Fig. 4  Pb isotope diagrams of rocks and minerals in Xueling and Dongchuan mining area according to Ref.[8]

图5  雪岭矿区及东川矿区矿物和岩石铅同位素组成构造环境判别图解(据文献[8])

Fig. 5  Tectonic environment discrimination diagrams according to Pb isotope compositions of rocks and minerals in Xueling and Dongchuan mining area according to Ref.[8]

同位素对示踪成矿物质来源具有显著效果^[17]。铅同位素分子由于相对分子质量较大，而导致不同的铅同位素分子之间相对分子质量差较小；此外，铅从矿源岩石中浸取时不发生同位素分馏，在进入成矿流体并随之迁移的过程中其同位素组成也不会因为成矿流体的物理化学条件改变而发生变化，故铅同位素组成特征可以较好的用于矿床中成矿物质来源的判断^[18]。铅同位素除能指示铅的来源以外，还能指示铜、铁、锌等金属元素的来源^[19]。一般来说，金属硫化物中的U和Th含量很低，因而在其结晶以后通过衰变作用所产生的放射性成因铅的含量非常低，对硫化物铅同位素组成的影响可以忽略不计^[20]。

从图4和图5可以看出：灯影组硫铁矿化带样品落于上地壳与造山带演化线之间，铅来自壳幔混合铅源；裂隙矿脉样品落点位于上地壳演化线上方，铅主要来自上地壳，而陡山沱组及昆阳群金属硫化物样品也大多落于以上2个区域，说明该区铅来源复杂，显示壳幔混合铅的特征。此外，各落点具有一定的线性关系，部分不同层位样品落点汇聚于1处，说明各层位成矿物质之间存在一定的亲缘性^[21]。所分析样品铅同位素w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)＞18.310，w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)＞15.489，w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)＞37.811，表明该区的铅来自放射性成因铅较高的源区^[22]，Gulson等^[23-24]认为这与铅源形成于大陆裂谷或厚大陆地壳下的大陆边缘环境有关。此外，灯影组和陡山沱组围岩投影点与矿物投影点较接近，结合本文作者测得的雪岭矿区灯影组地层所含部分成矿元素丰度较高^[25]，进一步确定围岩应该对成矿提供了部分物质来源。

由于矿物铅同位素组成特征参数对指示成矿物质来源，还原成矿环境具有重要意义，故进一步计算出雪岭矿区及东川矿区相应层位所含金属硫化物铅同位素特征参数，其特征参数△α，△β和△γ表示矿石Pb与同一时代地幔值的相对偏差，

△α={[w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_d(t)/

[w(²⁰⁶Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_m(t)-1}×1 000；

△β={[w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_d(t)/

[w(²⁰⁷Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_m(t)-1}×1 000；

△γ={[w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_d(t)/

[w(²⁰⁸Pb)/w(²⁰⁴Pb)]_m(t)-1}×1 000

式中：脚标d和m分别代表矿石Pb和地幔Pb^[26]。

将矿石Pb的△α，△β和△γ进行三维空间拓扑投影，建立新二维坐标系(V₁，V₂)，能更清晰地反映Pb同位素的演化规律，其V₁和V₂计算如下^[26]：

其中：

；

；

；

a=0；b=2.036 7；c=-6.143 0。

雪岭及东川矿区样品铅同位素组成特征参数见表4。由表4可以看出：雪岭矿区灯影组金属硫化物铅同位素特征值V₁为65.80~81.29(平均值为71.84)，V₂为58.12~90.15(平均值为66.77)；灯影组围岩铅同位素特征值V₁为81.13，V₂为94.38；陡山沱组金属硫化物铅同位素特征值V₁为62.77~151.10(平均值为90.69)，V₂为53.96~117.10(平均值为91.88)；陡山沱组围岩铅同位素特征值V₁为82.12，V₂为107.02；落雪组金属硫化物铅同位素特征值V₁为84.5~175.05(平均值为118.12)，V₂为68.95~288.1(平均值为166.1)；因民组金属硫化物铅同位素特征值V₁为67.34~81.51(平均为73.80)，V₂为57.85~88.60(平均值为70.37)。雪岭及东川矿区样品铅同位素特征值V₁-V₂见图6。从图6可见：除个别点偏离较远外，其余各落点显示出很好的线性正相关关系，说明各矿床物质来源具亲缘性；落点均在华南范围内，与雪岭矿区所处扬子板块西缘康滇地轴云南段北端的地质构造背景相符。

表4  雪岭及东川矿区样品铅同位素组成特征参数

Table 4  Feature parameter of Pb isotope compositions of the samples in Xueling and Dongchuan mining area

朱炳泉等^[28]根据不同类型岩石铅资料和已知成因的矿石铅资料，作出△β-△γ图解以判别不同成因类型矿石铅，见图7。从图7所示的雪岭及东川矿区样品铅同位素△β-△γ成因分类图解可见：各样品落点大部分落于上地壳与地幔俯冲带铅(岩浆作用)范围内，少部分点落于上地壳与地幔混合俯冲带铅(沉积作用)范围内，说明雪岭矿区成矿与岩浆作用有较密切的关系，铅主要来自上地壳和地幔的混合铅，且成矿作用部分受到沉积作用的影响。这进一步反映雪岭矿区浅部灯影组铜多金属矿床成矿物质应该主要来源于下部陡山沱组铜矿床，部分来自基底昆阳群老地层所含铜多金属矿床。此外，含部分成矿元素高背景值的赋矿围岩也提供了部分成矿物质^[25]。

图6  雪岭及东川矿区样品铅同位素特征值V₁-V₂图解 (据文献[27])

Fig. 6  Diagram of characteristic V₁ and V₂ of Pb isotope compositions of samples in Xueling and Dongchuan mining area according to Ref.[27]

图7  雪岭及东川矿区样品铅同位素△β-△γ成因分类图解(据文献[28])

Fig. 7  △β-△γ diagram for genetic classification according to Pb isotope compositions of samples in Xueling and Dongchuan mining area according to Ref.[28]

6  讨论

扬子板块西缘的昆阳古裂谷自中元古代开始经历初始裂堑阶段、断裂坳陷阶段、沉降坳陷阶段和挤压收缩阶段，至灯影海侵期形成古裂谷带的稳定盖层。由于裂谷演化阶段的不同导致矿化环境的差异，形成了不同类型的矿床。在澄江期(700 Ma)时，已强烈褶皱的昆阳群古老铜矿遭遇风化剥蚀，陡山沱期海侵时已剥蚀的铜质被搬运至低洼处沉积形成了滥泥坪式铜矿^[1-2]。本文的研究结果表明：陡山沱组所含铜矿的硫主要来自海相硫酸盐的还原作用，部分来源于深源硫；其铅同位素特征表明与深部昆阳群铜矿体具有亲缘性，这些均能很好地论证雪岭矿区陡山沱组铜矿的形成机制。

震旦纪晚期发生的海侵事件使得在陡山沱组之上沉积了灯影组白云岩地层。结合本文分析结果，矿区灯影组所含金属硫化物的硫主要来源于海相硫酸盐的还原作用，部分受生物活动影响。由于其△³⁴S_V-CDT范围与下部陡山沱组以及深部昆阳群金属硫化物的相似，故其硫源可能部分由陡山沱组甚至是昆阳群提供。此外，雪岭灯影组金属硫化物的铅同位素组成与围岩和下部地层金属硫化物具有一定的相关性，说明其成矿物质主要来源于深部滥泥坪式铜矿甚至是基底昆阳群古铜矿床，部分来源于围岩。

本文研究结果表明：具正常铅特征的灯影组金属硫化物的模式年龄为260~350 Ma，时代为二叠纪—石炭纪。由于地壳和地幔的不均一性和演化的复杂性，导致由矿石铅计算的模式年龄误差往往较大，所以，模式年龄的正确性并不重要^[29]。但在有地质证据或经过其他示踪方法对目标矿床的铅同位素演化有了一定认识后，通过合理模式计算得到的模式年龄可以对原有认识进行检验或佐证^[19]。矿区西南方为峨眉山玄武岩区，其喷发时代为259~257 Ma^[30]，与计算的模式年龄相近。本区中北部出露的辉绿岩为峨眉山玄武岩同期异相岩浆活动产物^[25]，证明当时的岩浆活动对本区影响较大，很可能为矿化提供热动力。晚二叠世时，受西南部峨眉山玄武岩巨量喷溢影响，矿区深部陡山沱组滥泥坪式铜矿和基底昆阳群中成矿物质被活化并沿断裂带运移至浅部灯影组地层中，沿途淋滤围岩获取部分成矿物质，并还原沉积地层的海相硫酸盐。伴随着物理、化学条件的改变，部分受生物作用影响，金属硫化物在构造有利位置沉淀富集成矿。

7  结论

(1) 雪岭矿区灯影组金属硫化物△³⁴S_V-CDT介于-37.5‰~+27.4‰，硫主要来源于海相硫酸盐的还原作用，部分与生物活动有关。陡山沱组铜矿床△³⁴S_V-CDT介于-1.5‰~+19.5‰，硫主要来源于海相硫酸盐的还原作用，并受到不同硫源的混染。

(2) 灯影组与陡山沱组以及昆阳群金属硫化物铅同位素组成落点均位于上地壳演化线附近和上地壳与造山带演化线之间，并具相关性，说明灯影组矿石铅来源于壳幔混合，成矿物质主要来源于深部陡山沱组铜矿和昆阳群铜矿，部分来自围岩。

(3) 灯影组矿体模式年龄为260~350 Ma，与峨眉山玄武岩喷溢时间相近。灯影组矿体应是受峨眉山玄武岩喷溢热动力影响导致陡山沱组和昆阳群成矿物质活化并沿断裂带运移至浅部沉淀富集所致，含矿热液沿途还原沉积地层的海相硫酸盐，围岩提供部分成矿物质。

参考文献：

[1] 龚琳, 何毅特, 陈天佑, 等. 云南东川元古宙裂谷型铜矿[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1996: 1-28.

GONG Lin, HE Yite, CHEN Tianyou, et al. Dongchuan Proterozoic rift type copper deposits in Yunnan[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1996: 1-28.

[2] 段嘉瑞, 刘继顺, 胡祥昭. 云南东川铜矿区1:5万地质图修编及成矿预测研究[M]. 长沙: 中南工业大学出版社, 1994: 56-68.

DUAN Jiarui, LIU Jishun, HU Xiangzhao. 1:50 000 revision description and research of the metallogenic prediction of Dongchuan copper mining area, Yunnan Province[M]. Changsha: Press of Central South University of Technology, 1994: 56-68.

[3] 何毅特. 东川铜矿成矿系列、矿床类型及成矿模式[J]. 云南地质, 1996, 15(4): 319-329.

HE Yite. Metallogenetic series,deposit type and metallogenetic model of Dongchuan Cu deposit[J]. Yunnan Geology, 1996, 15(4): 319-329.

[4] 张新兵,朱自强.东川矿区1:5 万重力资料地改及地质效果[J]. 中南工业大学学报(自然科学版), 1998, 29(5): 413-415.

ZHANG Xinbing, ZHU Ziqiang. High precise gravity terrain corrrction and the geology effects in Dongchuan ore of Yunnan[J]. Journal of Central South University of Technology (Natural Science), 1998, 29(5): 413-415.

[5] 刘继顺, 吴延之, 段嘉瑞. 东川铜矿田喷流沉积成矿机制[J]. 中南工业大学学报(自然科学版), 1996, 27(1): 8-12.

LIU Jishun, WU Yanzi, DUAN Jiarui. The mechanism of exhalative sedimentary metallization in Dongchuan copper field[J]. Journal of Central South University of Technology (Natural Science), 1996, 27(1): 8-12.

[6] 陈好寿, 冉崇英. 康滇地轴铜矿床同位素地球化学[M]. 北京: 地质出版社, 1992: 20-67.

CHEN Haoshou, RAN Chongying. Isotope geochemistry of copper deposits in Kangdian axis[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1992: 20-67.

[7] 路远发. GeoKit: 一个用VBA构建的地球化学工具软件包[J]. 地球化学, 2004, 33(5): 459-464.

LU Yuanfa. GeoKit: A geochemical toolkit for microsoft excel[J]. Geochimica, 2004, 33(5): 459-464.

[8] Zartman R E, Doe B R. Plumbotectonics: The model[J]. Tectonophys, 1981, 75: 135-162.

[9] 李龙, 郑永飞, 周建波. 中国大陆地壳铅同位素演化的动力学模型[J]. 岩石学报, 2005, 17(1): 61-68.

LI long, ZHENG Yongfei, ZHOU Jianbo. Dynamic model for Pb isotope evolution in the continental crust of China[J]. Acta Petrologica Sinica, 2005, 17(1): 61-68.

[10] 沈渭洲. 稳定同位素地质[M]. 北京: 原子能出版社, 1987: 189-191.

SHEN Weizhou. Stable isotope geology[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 1987: 189-191.

[11] 杨勇, 罗泰义, 黄智龙, 等. 西藏纳如松多银铅矿St Pb同位素组成:对成矿物质来源的指示[J]. 矿物学报, 2010, 30(3): 311-318.

YANG Yong, LUO Taiyi, HUANG Zhilong, et al. Sulfur and lead isotope compositions of the Narusongduo silver zinc-lead deposit in Tibet implications for the sources of plutons and metals in the deposit[J]. Acta Mineralogica Sinica, 2010, 30(3): 311-318.

[12] Ohmoto H, Rye R O. Geochemistry of hydrothermal ore deposits[M]. New York: John Wiley and Sons, 1979: 509-567.

[13] 柳贺昌, 林文达. 滇东北铅锌银矿床规律研究[M]. 昆明: 云南大学出版杜, 1999: 222-226.

LIU Hechang, LIN Wenda. Study on the law of Pb-Zn-Ag deposit in northeast Yunnan[M]. Kunming: Yunnan University Press, 1999: 222-226.

[14] Faure G. Principles of isotope geology[M]. 2nd ed. New York: John Wiley and Sons, 1986: 589.

[15] Chaussidon M, Albarède F, Sheppard S M F. Sulphur isotope variations in the mantle from ion microprobe analyses of micro-sulphide inclusions[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1989, 92(2): 144-156.

[16] 李嘉林. 地球化学导论[M]. 兰州: 兰州大学出版社, 1988: 123-134.

LI Jialin. Introduction to geochemistry[M]. Lanzhou: Lanzhou University Press, 1988: 123-134.

[17] 张旭, 李胜荣, 卢晶, 等. 山东招远金翅岭金矿床H,O,He,Ar同位素组成及其对成矿流体示踪的研究[J]. 矿物岩石, 2012, 32(1): 40-47.

ZHANG Xu, LI Shengrong, LU Jing, et al. H, O, He, Ar isotope compositions of fluid inclusions for tracing the source of ore-forming fluids of Jinchiling gold deposit, northwest Jiaodong area[J]. Journal of Mineralogy and Petrology, 2012, 32(1): 40-47.

[18] 刘德利. 澜沧江火山岩带官房铜矿区矿床地球化学与成矿模式[D]. 长沙: 中南大学地学与环境工程学院, 2009: 93-98.

LIU Deli. Geochemistry and metallogenic model of Guanfang copper deposit on Lancangjiang volcanic rock belt, Yunnan, China[D]. Changsha: Central South University. School of Geoscience and Environmental Engineering, 2009: 93-98.

[19] 吴开兴, 胡瑞忠, 毕献武, 等. 矿石铅同位素示踪成矿物质来源综述[J]. 地质地球化学, 2002, 30(3): 73-81.

WU Kaixing, HU Ruizhong, BI Xianwu, et al. Ore lead isotopes as a tracer for ore-forming material sources: A review[J]. Geology-Geochemistry, 2002, 30(3): 73-81.

[20] 魏菊英, 王关玉. 同位素地球化学[M]. 北京: 地质出版社, 1988: 59-80.

WEI Juying, WANG Guanyu. Isotope geochemistry[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1988: 59-80.

[21] 沈渭洲. 同位素地质学教程[M]. 北京: 原子能出版社, 1997: 211-245.

SHEN Weizhou. The course of isotope geology[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 1997: 211-245.

[22] 钟宏, 胡瑞忠, 叶造军. 云南大平掌铜多金属矿床硫、铅、氢、氧同位素地球化学[J]. 地球化学, 2000, 29(2): 136-142.

ZHONG Hong, HU Ruizhong, YE Zaojun. Sulfur, lead, hydrogen and oxygen isotopic geochemistry of the Dapingzhang copper-polymetallic deposit, Yunnan Province[J]. Geochimica, 2000, 29(2): 136-142.

[23] Gulson B L, Porritt P M. Base metal exploration of the Mount Read Volcanics,western Tasmania: Pt.Ⅱ.Lead isotope signatures and genetic implications[J]. Econ Geol, 1987, 82: 291-307.

[24] Gulson B L, Large R R, Porritt P M. Base meal exploration of the Mount Read Volcanics. western Tasmania: Pt.Ⅲ. Application of lead isotopes at Elliott Bay[J]. Econ Geol, 1987, 82: 308-327.

[25] 刘文恒, 刘继顺, 马慧英, 等. 东川雪岭铜多金属矿区地层及辉绿岩地球化学特征[J]. 中国有色金属学报, 2013, 23(9): 2592-2604.

LIU Wenheng. LIU Jishun, MA Huiying, et al. Geochemistry characteristics of strata and diabase in Xueling Cu-polymetallic mining area, Dongchuan[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(9): 2592-2604.

[26] 朱炳泉. 矿石Pb同位素三维空间拓扑图解用于地球化学省与矿种区划[J]. 地球化学, 1993, 22(3): 209-216.

ZHU Bingquan. Tri-dimension special topological diagrams of ore lead isotopes and their application to the division of geochemical provinces and mineralizations[J]. Geochimica, 1993, 22(3): 209-216.

[27] 朱炳泉. 地球化学省与地球化学急变带[M]. 北京: 科学出版社, 2001: 11-13.

ZHU Bingquan. Geochemical provinces and geochemical steep zones[M]. Beijing: Science Press, 2001: 11-13.

[28] 朱炳泉, 李献华, 戴橦谟. 地球科学中同位素体系理论与应用: 兼论中国大陆壳幔演化[M]. 北京: 科学出版社, 1998: 216-235.

ZHU Bingquan, LI Xianhua, DAI Tongmo. Isotope system theory and application to the earth sciences: On crust-mantle evolution of continent of China[M]. Beijing: Science Press, 1998: 216-235.

[29] 吴自成. 哀牢山造山带菲莫铜钼多金属矿矿床地球化学与成因探讨[D]. 长沙: 中南大学地学与环境工程学院, 2012: 86-90.

WU Zicheng. Geochemistry and genesis of Feimo Cu-Mo polymetal deposit on Ailaoshan orogenic zone, Yunnan, China[D]. Changsha: Central South University. School of Geoscience and Environmental Engineering, 2012: 86-90.

[30] 宋谢炎, 侯增谦, 汪云亮, 等. 峨眉山玄武岩的地幔热柱成因[J]. 矿物岩石, 2002, 22(4): 27-32.

SONG Xieyan, HOU Zengqian, WANG Yunliang, et al. The mantle plume features of Emeishan basalts[J]. Journal of Mineralogy and Petrology, 2002, 22(4): 27-32.

(编辑  陈灿华)

收稿日期：2013-09-22；修回日期：2013-11-23

基金项目：云南省三年地质找矿计划项目(Z2010004)

通信作者：刘继顺(1957-)，男，湖南祁东人，博士，教授，博士生导师，从事区域成矿学和矿产勘查学研究；电话：0731-88877706；E-mail：jsliu@csu.edu.cn