铅锌矿床硫铅同位素地球化学与流体包裹体特征
对秦岭泥盆系铅锌矿床硫、铅稳定同位素前人曾有过深入的研究(祁思敬等，1993;罗静兰，1994;朱华平等，2000)，***测试硫同位素数据近200件、铅同位素数据120余件(王集磊等，1996)。但由于20世纪80年代铅同位素测试精度不高，影响了数据的深入讨论(丁悌平等，1992)。同时，铅锌矿与金矿、不同类型铅锌矿床在同位素特点方面的研究仍很薄弱。西成不同类型铅锌矿床和金矿硫、铅同位素有明显的差异，反映有不同的演化特点。
在前人工作的基础上，我们有针对性地对西成地区的一部分矿床开展了硫、铅同位素测定和研究工作。
(一) 硫同位素地球化学
西成地区主要铅锌矿床、金矿床硫同位素分布见图4-11，资料主要引用自王集磊等(1996)，也包括了本项目新测定的结果。分析测试结果见表4-3。
表4-3 西成部分铅锌矿床硫化物硫同位素分析结果
注:测试单位为中国地质科学院矿产资源研究所，2005。
SEDEX型铅锌矿矿石δ34S较高，北矿带δ34S=19.1～22.9，平均21.0，总体高于南矿带(δ34S=6.9～26.9，平均15.9)。虽然不同矿床硫同位素组成差异较大，但单个矿床中的硫同位素组成较均一。北矿带厂坝、李家沟、向阳山硫同位素组成有较高的一致性，反映出厂坝、李家沟、向阳山形成于一个相对统一的喷流成矿系统，在厂坝—向阳山间，先后发现了李家沟、王家沟、闫家沟、黑沟等铅锌矿床，均存赋存于一个稳定的地层层位中。
南带铅锌矿床，毕家山、邓家山、尖崖沟以及陈家山、花桥子、王坝等，均具有较接近的硫同位素组成，总体呈现西重东轻的特点。西成矿田明显较凤太矿田矿石富重硫，位于西成盆地东端的洛坝矿床δ34S=6.9～9.2，与凤太矿田之银母寺、铅硐山等铅锌矿床相似，从一个侧面支持西成、凤太两个泥盆系盆地存在一定的连通性的观点。在毕家山—薛家沟地区，虽然两个矿床位于同一褶皱构造的不同部位，其中毕家山位于南侧的紧闭背斜转折端，而薛家沟矿床位于北侧的向斜中，二者层位及矿石特征相似，但薛家沟矿床铅锌矿石δ34S=24.7～26.9，明显高于毕家山。这也与北矿带→南矿带间δ34S值降低的趋势一致，反映出北矿带与南矿带间有逐渐过渡的联系。
图 4-11 西成—凤太地区主要铅锌矿床硫同位素分布特征
铅锌矿床围岩中浸染状黄铁矿的δ34S值明显低于矿体硫化物，δ34S=-5～13。
热液型铅锌矿床δ34S值分散，其中中温热液形成的朱安沟、小峪河矿床δ34S=15.9～24.7，与南矿带硫同位素组成相似，而代家庄MVT型铅锌矿床δ34S=-16.7～26.8，明显不同于其他铅锌矿床，这一点将在有关章节中作深入的讨论。不同类型铅锌矿床中，北带、南带的SEDEX型矿床以及中温热液矿床朱安沟、小峪河矿物间的硫同位素均能达到大体平衡，δ34S黄铁矿＞δ34S闪锌矿＞δ34S方铅矿，但代家庄矿床δ34S黄铁矿?δ34S闪锌矿，远离平衡。
(二) 铅同位素地球化学
以往对该地区铅同位素做过大量的工作，但由于测定精度较低，不能够做更深入的讨论研究。
秦岭泥盆系铅锌矿硫化物之铅同位素组成较为集中分布于单阶段年龄在4亿～5亿年的范围内，属于普通铅，略老于容矿地层的年龄，与国内外大多数SEDEX型矿床的这一特点相同，如狼山地区(丁悌平，1997)。不同类型铅锌矿床硫化物的铅同位素组成差异较小，分布范围大体一致，与金矿铅同位素组成差异相对明显。
北矿带矿石与南矿带铅同位素组成相比，厂坝-李家沟矿床条纹条带状铅锌矿石放射性成因铅更低(表4-4)，206Pb/204Pb=17.8159～17.9788，207Pb/204Pb=15.4901～15.6258，208Pb/204Pb=37.8027～38.1746;南矿带的矿床相对富含放射性成因铅，206Pb/204Pb=17.9890～18.1316，207Pb/204Pb=15.5684～15.6575，208Pb/204Pb=37.9994～38.4300。热液成因的铅锌矿，包括朱安沟、代家庄、小峪河铅锌矿床，铅同位素组成更多地接近南矿带改造型铅锌矿，与厂坝-李家沟矿床差别更大，且显示出更分散的特点，个别样品显示出年轻化现象。
206Pb/204Pb-207Pb/204Pb图解中(图4-12)，厂坝-李家沟矿床(北矿带)铅同位素年龄(单阶段)为0.459Ga～0.513Ga，略高于南矿带0.425～0.478Ga;μ=9.32～9.56，略低于南矿带μ=9.46～9.62。
图4-12 西成盆地铅锌矿、金矿铅同位素图解
表4 -4 西成矿田主要铅铸矿、金矿矿石铅同位素测定结果
注·分析单位为中国地质科学院地质研究所，仪器为MAT - 261 , 2005 。
(三) 硫、铅同位素的地质地球化学意义
1. 印支期强烈改造对西成SEDEX型矿床北矿带与南矿带影响的差异
硫同位素组成受成矿环境的影响，但更多地受到区域性来源的影响。西成南、北两个SEDEX型铅锌矿带硫、铅同位素的总体一致性反映出两类矿床具有相似的S、Pb同位素来源与演化历史，都是同一时期在相似的构造环境下海底喷流作用(SEDEX)的产物。但另一方面，两个铅锌矿带的硫、铅同位素组成也存在一定的差异，除喷流沉积作用的规模不同外，也表现在后期改造作用的差异上。南矿带矿石δ34S较北矿带低，大体介于厂坝-李家沟矿床矿石与围岩的δ34S之间，它可能反映出南矿带矿床在强烈的改造作用中硫同位素发生了重新分配，部分围岩中的硫参与改造了成矿热液。
对矿物间硫同位素对的研究发现，***生或近***生的硫化物发生硫同位素分馏，包括黄铁矿-闪锌矿、黄铁矿-方铅矿、闪锌矿-方铅矿矿物对，厂坝-李家沟矿床矿物对间的分馏最小，***生平衡温度最高，而南矿带矿床硫化物矿物对的分馏相对强得多(表4-5)，换算成平衡温度，厂坝-李家沟矿床之温度在200～300℃，而南矿带矿床的温度为150～250℃。两个矿带之硫同位素都发生了重新分配，厂坝-李家沟同位素平衡温度较高，与该地区较高的热变质程度一致，而南带相对低的温度与低变质程度对应。也说明印支期构造活动与矿床中硫同位素重新分配紧密相关，即使是厂坝-李家沟矿床的纹层状硫化物矿体，其硫化物的硫同位素也在印支期的变质改造中得到了重新分配，李家沟矿床石英40Ar坪年龄为200Ma(马国良等，1996)，反映了一期强烈的热事件。
表 4-5 西成主要铅锌矿床硫同位素平衡温度计算结果
注:除本书测定数据外，其他数据引自王集磊等，1996。硫同位素分馏公式参考自Ohomoto，1986。py—黄铁矿，sp—闪锌矿，gn—方铅矿。
单个SEDEX型矿床中硫同位素组成的均一特点，一方面显示了印支期改造作用中没有大量外来物质的加入，尤其是北带铅锌矿床更多地受到热变质作用影响，体系内的物质可能发生了较大规模的重组，但在一个相对封闭的系统中完成，未与外界发生大量的物质交换;另一方面也说明，南带矿床虽经强烈改造，有大量的热液作用的参与，但热液作用过程中并未发生明显的分异，矿石中也不存在多阶段穿插现象。南、北两矿带铅同位素组成相对均一也支持这一结论，其中南带铅锌矿床单阶段年龄更显年轻化，反映出印支期强烈的改造作用在南带的铅锌矿中表现更为突出，矿体中原始沉积标志大多遭受破坏，矿石结晶粗，显示出明显的后期热液作用特点，其中有较多的外来物质的参与，混入了一些放射性成因铅，其铅同位素组成相对分散，μ值更高。应用于Zatmanetal.(1981)的不同构造环境下铅同位素演化图解中发现，厂坝-李家沟矿床铅的来源更深，影响范围更广，存在更大规模的喷流沉积系统，深部相对老的岩石更多地参与了成矿作用过程。
2. 西成盆地热液型与SEDEX型铅锌矿床的比较
西成盆地受断裂构造控制的热液型铅锌矿床包括朱安沟、小峪河、代家庄等，进一步可细分为以朱安沟、小峪河为代表的石英脉型铅锌矿化和以代家庄为代表的MVT型铅锌矿化。
朱安沟、小峪河矿床铅锌矿体(方铅矿闪锌矿石英脉)δ34S=15.9～24.7，分布范围较小，以富重硫为特点，硫、铅同位素特点与南带的铅锌矿床相似，反映其间可能存在较一致的演化历史，矿床中的铅可能主要来自附近地层中先期富集形成的普通铅。这些矿床明显受断裂构造的控制，多沿S2裂隙面分布，但矿床中矿石没有明显的热液多阶段分异，矿石为粗晶，富含大量的乳白色石英，这与南带SEDEX型铅锌矿非常相似，可能反映了南带SEDEX型铅锌矿在印支期强烈的热液改造作用不仅改造了矿石的特点，在背斜构造转折端的虚脱部位形成大量热液型矿石，而且部分含矿热液沿S2面理分布，形成另一种改造意义的沉积-强烈改造型铅锌矿。因此，以朱安沟、小峪河为代表的石英脉型铅锌矿(床)是西成地区SEDEX型矿床沉积-改造矿床系列的一个端元。
代家庄铅锌矿床硫同位素明显不同于西成SEDEX型铅锌矿床，δ34S=-16.7～26.8，分布范围大，极差达43.5，矿物间的硫同位素分配不平衡。矿石的主要结构为胶状、草莓状、胶粒状以及一些类似生物体的结构，研究认为其成矿明显不同于西成主要类型的铅锌矿床，而是后期形成的赋存于碳酸盐岩中受断裂构造控制的低温热液矿床，即MVT型矿床。但其铅同位素与南带沉积改造型矿床相似，也显示出泥盆纪西汉水群中先期(沉积期?)形成的普通铅对后期成矿有重要的影响。代家庄矿床这种硫、铅同位素特点以及相应的地质特征与我国西昆仑地区MVT型铅锌矿非常相似(祝新友等，1998;汪东波等，2001)，也与国外一些主要的MVT型铅锌矿床相似，如爱尔兰Irish铅锌矿(Wilkinsonetal.，2005)。
通过研究硫化物样品中硫同位素组成与铅同位素组成的关系，如图4-13所示，西成北、南两个SEDEX型矿带以及中温热液型的朱安沟、小峪河铅锌矿具有一定的线性规律，随着样品中重硫含量的降低，放射性成因铅含量增加，反映出这几种铅锌矿间存在内在的物质来源与演化的联系，并显示出硫、铅总体的同源性。而代家庄矿床硫、铅同位素关系明显不同，硫同位素组成变化大，与铅同位素组成的关系不明显。
(四) 流体包裹体简述
不同类型的矿床具有不同的流体包裹体特征。北矿带厂坝-李家沟矿床原始沉积物结晶粒度极其细小，且在后期遭受强烈变质作用过程中缺乏大量外来流体的影响，石英及方解石中的流体包裹体个体细小，原生包裹体一般＜3μm，以气液两相为主，气液比低，一般＜20%(图4-14C)，均一温度范围较大，原生包裹体主要温度区间为250～370℃。
图 4-13 硫化物硫、铅同位素组成关系
南矿带铅锌矿床的流体包裹体个体大，有大量的流体包裹体直径在5～15μm。在粗晶的石英和方解石中，这些包裹体有良好的负晶形。大体发育两类流体包裹体，均以气-流两相为主，一种气液比高(图4-14D)，颜色深，气液比一般＞50%，存在大量的气相包裹体;另一种气液比较低，为5%～25%。流体包裹体均一温度范围宽，但总体较北矿带成矿温度低，主要集中于150～300℃。
分布于西成盆地中的脉型矿床石英的流体包裹体个体较大，但形态多不规则，气液比较低(图4-14E)。
金矿床石英的流体包裹体明显不同于铅锌矿床，分布于不同地区的小沟里、李坝、金山等矿床具有相似的流体包裹体特性，原生包裹体多且个体较大，富含CO2，其中常见是含CO2的三相气液包裹体(图4-14F，G)。在小沟里金矿石英的流体包裹体中，还见有黑色不透明的固相物(图4-14H)，估计是细粒的黄铁矿。这种流体包裹体中出现固相硫化物的现象在八卦庙金矿床中也有发现(钱大益等，2003)，它反映出金矿流体中存在明显高含量的还原态S(H2S或HS-)。不同金矿床均一温度区间是相似的，原生包裹体主要集中于230～370℃间(图4-15)。
流体包裹体成分测定结果见表4-6，与铅锌矿床相比，金矿床具有明显高含量的CO2和烃类有机质以及明显高的Na+/K+比值和相对高的F-/Cl-比值。铅锌矿床中，随着改造程度的增高，流体中CO2和有机质含量增多，F-含量下降而Cl-含量增多，但总矿化度在降低。
金矿流体包裹体的这些特点与前人研究的结论是大体相似的，总体上以富含CO2、低盐度为特点(张作衡等，2004)。前人未曾开展过这一地区金矿流体与铅锌矿流体的比照研究，本课题的初步研究说明金矿与铅锌矿两类矿床具有明显不同的成矿流体类型，即使在成矿时代与成矿空间上二者有时靠得很近。
据刘建宏等(2005)对邓家山-磨沟Pb-Zn矿床所做的成矿年代学研究，流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为(263±9)Ma，属海西晚期。
图 4-14 西成盆地铅锌金矿床矿石结构及流体包裹体
表4 -6 西成(礼县)地区铅铸、金矿床流体包裹体成分
注·序号1 -7 测试单位为中国科学院地质地球物理研究所， 2005; 其中Ar/H2 一项为Ar 含量。序号8 -20 测试单位为中国地质大学， 2003 ，其中Ar/H2 一项为H2 含量。
图 4-15 西成矿集区金矿、铅锌矿流体包裹体均一温度