内蒙古东升庙矿床铁-硫-铅同位素空间演化及其对成矿过程的制约

Genetic model of sedimentary exhalative (SEDEX) deposit is increasingly improved, whereas how seawater sulfate contributes to mineralization and how to constraint the timing of stratiform orebody remain a matter of debate. A detailed study of Fe-S-Pb isotope geochemistry of pyrites from the stratiform orebody and its hanging and footwall rocks in the Dongshengmiao polymetallic ore deposit will be carried out in this project. The objects of this study include a series of ores from a single stratabound orebody and different laminas in the characteristic banded ore. We aim to make a comprehensive analysis at different spatial scales to study the association between metal elements and sulfur. These results will help to verify whether seawater sulfate underwent a significant hydrothermal circulation during the formation of sulfide ores. Meanwhile, we aim to ascertain whether syngenetic mineralization or filling-replacement plays a leading role on the formation of the Dongshengmiao stratiform orebody by comparing the Fe-S-Pb isotope features between the sulfide ores with their hanging and footwall rocks. The results of this study will further improve the genesis of the Dongshengmiao deposit and will also provide new insights into the genetic model of SEDEX-type deposits.

喷流-沉积型（SEDEX）矿床的成矿模型在不断地发展和完善，目前对于海水硫酸盐参与成矿的方式和层状矿体是否指示同沉积成因还存在争议。本项目拟对我国最典型的元古宙SEDEX型矿床——东升庙矿床的层状矿体及其上、下盘围岩中的黄铁矿展开系统的Fe-S-Pb同位素研究。通过调查Fe、S、Pb在层状矿体垂向上和横向上的同位素演化，以及在条带状矿石不同纹层之间的同位素分布特征，探究S与金属元素（Fe、Pb）在热液成矿过程中的地球化学行为相关性，并以此制约参与成矿的海水硫酸盐是否经历了大规模热液循环。同时，通过对比层状矿体与上、下盘围岩中的黄铁矿的Fe-S-Pb同位素组成，探讨是同沉积成矿作用还是顺层充填-交代围岩主导了层状矿体的形成。本项目的研究成果将为深刻理解东升庙矿床成矿机制提供强有力的制约，也将进一步丰富大型SEDEX成矿系统的成矿理论。

本项目对我国最典型的元古宙SEDEX型矿床——东升庙-炭窑口矿床的层状矿体及其上、下盘围岩中的黄铁矿展开系统的Fe-S-Pb同位素研究。通过调查Fe、S、Pb在层状矿体垂向上和横向上的同位素演化，以及在条带状矿石不同纹层之间的同位素分布特征，探究S与金属元素（Fe、Pb）在热液成矿过程中的地球化学行为相关性，并以此制约该类型矿床的成矿机制。研究发现炭窑口、东升庙和甲升盘矿床总体上相对富集非放射性成因铅（206Pb/204Pb=14.9~16.5）, 主体属于元古宙同生或近同生成矿系统（SEDEX矿化）的产物。而位于北带的获各琦矿床未见古老矿石铅（206Pb/204Pb＜17.00）的报道，明显更富集放射性成因铅（206Pb/204Pb=17.0~18.0），与前人报道的中三叠世角闪辉长岩（~240 Ma）的普通Pb及阿拉善地区显生宙珠拉扎嘎金矿的矿石Pb同位素组成类似。这些特征指示狼山北带硫化物矿床与南带典型矿床属于不同的成矿系统，即不属于元古宙裂谷环境下的SEDEX成矿系统。东升庙矿床绢云石墨片岩中不规则状黄铁矿δ56Fe-IRMM值在+0.04‰ ~ +1.11‰之间, 呈现不同程度富集重Fe同位素, 指示了海水中的铁被部分氧化后以氧化态形式沉淀, 并在成岩期转化成黄铁矿的矿化过程。在对炭窑口矿区野外考察中发现该矿床常见厚层状重晶石层。比东升庙矿区明显更多的重晶石和天青石指示了炭窑口可能处于盆地边缘更加浅水的沉积环境。更加氧化的浅水环境使得海水中的Fe几乎完全沉淀, 生成的Fe3+氧化物的δ56Fe更能够代表当时海水的Fe同位素信息, 呈现富集轻Fe同位素的特征。这些氧化态Fe在成岩过程中又被还原, 最终形成黄铁矿。内蒙古炭窑口矿区围岩黄铁矿略微富集轻Fe同位素可以解释为更浅、更氧化水体环境下海水中的Fe以氧化态形式几乎完全沉淀的产物。成岩系统由浅向深呈现开放逐渐封闭的转换, 而在不同程度氧化条件下, 这种转换的快慢和转换位置存在差别。同时, 不同程度的封闭, 会导致海水硫酸盐不同程度的还原, 比如浅部孔隙水(硫酸盐开放或半开放体系)硫酸盐未被完全还原, 生成的还原硫较轻, 而较深部硫酸盐完全封闭成岩环境中生成的还原态硫则几乎与海水硫酸盐的值一致。对内蒙古狼山成矿带炭窑口矿床围岩和矿石中黄铁矿进行了Fe-S同位素综合研究，对沉积-成岩环境和矿化过程给出综合制约。