陕西勉略宁地区铜厂铜矿床成因：单矿物原位微量元素及Pb同位素地球化学制约

The Tongchang copper deposit is the most representative copper deposit in the Mian-Lue-Ning area, Shaanxi Province. However, the ore genesis is still in debate due to lack of detailed study of ore-forming process and effective constraint on the source of ore-forming material. The chalcopyrite which is the main ore mineral in the Tongchang copper deposit exhibits two generations and the pyrite which is close paragenesis with chalcopyrite show typical core-rim structure. For the mineral with complex structure and/or different generations, the traditional wet chemical methods may get the mixed information without genesis significance. Therefore, in this proposal, we intend to adopt the in-situ microanalysis technique which develops rapidly in recent years. We will analyze the in-situ trace elemental composition of pyrite with complex structure (core-rim) by LA-ICP-MS to reveal the genesis of pyrite, and furthermore provide new evidences for ore genesis. The in-situ fLA-MC-ICPMS analysis will be carried out to obtain the Pb isotope compositions of different generations of chalcopyrite and different zoning of pyrite to constrain the source of ore-forming material and portray the ore-forming process. This research will not only deepen the understanding of the ore genesis of the Tongchang copper deposit, but also provide theoretical basis for establishment the ore-prospecting model in the Mian- Lue-Ning polymetallic ore-concentrating district.

铜厂铜矿床是陕西勉略宁地区最具代表性的铜矿床，但由于缺乏对成矿过程的精细刻画及成矿物质来源的有效约束，导致对该矿床的成因目前还存在较大争议。铜厂铜矿床中主要矿石矿物黄铜矿具有不同世代，与之共生的黄铁矿具有典型的核-边结构，对于这种具复杂结构及不同世代（期次）矿物的微量元素及Pb同位素组成研究，传统的湿化学方法获得的可能为混合信息，不具成因指示意义。因此，本项目拟借助近年来发展迅速的原位微区分析技术，采用LA-ICP-MS方法对黄铁矿进行原位微量元素分析，研究其不同环带（核-边）的微量元素组成，探讨黄铁矿的形成机制及其对矿床成因的指示；采用fLA-MC-ICPMS方法，分析不同世代黄铜矿及不同环带黄铁矿的原位Pb同位素组成，示踪成矿物质来源，精细刻画成矿过程。本项目的研究不仅可以深化对铜厂铜矿床的成因认识，而且可以为勉略宁多金属矿集区找矿模型的建立提供理论依据。

铜厂矿田是勉略宁三角地区最重要的矿田之一，位于勉略宁地区中部，包括铜厂铜矿床、杨家坝铁矿床和徐家沟铜矿床等典型矿床。在项目执行过程中，铜厂黄铁矿LA-ICP-MS原位微量元素分析结果显示黄铁矿可分为高Co低Sb和低Co高Sb两组，其Co/Ni比值（0-0.13）基本小于1。铜厂黄铜矿和黄铁矿、徐家沟黄铜矿和磁黄铁矿fLA-MC-ICP-MS原位Pb同位素分析结果显示铜厂和徐家沟硫化物原位Pb同位素在构造判别图及构造模式图上投点主要落在上地壳范围内，其中铜厂黄铜矿和黄铁矿Pb同位素的μ值变化范围集中在9.15-10.3（均值9.59），徐家沟铜矿床黄铜矿和磁黄铁矿Pb同位素的μ值变化范围集中在9.25-10.2（均值9.84），暗示铜厂和徐家沟铜矿床成矿物质主要来源于上地壳富U和Th的岩石，这与郭家沟组细碧岩高Th-U异常的特征相吻合。同时，铜厂和徐家沟铜矿石与徐家沟细碧岩具有相似的稀土元素配分模式，由此推测铜厂和徐家沟铜矿床成矿物质主要来源于郭家沟组细碧岩。然而，研究过程中发现很多黄铁矿的环带比较窄，无法满足LA-ICP-MS分析的激光束斑要求；同时fLA-MC-ICP-MS分析显示铜厂和徐家沟硫化物中的Pb含量普遍相对较低，其分析结果误差相对较大。这些都限制了对铜厂及其外围徐家沟铜矿床成因的深入研究。因此，在前人研究基础上，补充分析了铜厂黄铜矿和黄铁矿LA-MC-ICP-MS原位S同位素，开展了铜厂和徐家沟黄铜矿Re-Os同位素定年工作，并对铜厂铜矿床下部的杨家坝铁矿床开展了相关研究。通过系统的野外地质调查及细致的岩相学研究，结合矿床地球化学特征，认为铜厂铜-铁矿床（即铜厂铜矿床和杨家坝铁矿床）属于铁氧化物-铜-金矿床（Iron oxide-copper-gold deposit，简称IOCG）。铜厂黄铜矿（δ34S值为9.75‰-13.1‰）和大部分黄铁矿（δ34S值为9.22‰-13.9‰）S同位素明显富集重硫，且具有塔式分布特征，指示成矿热液中的硫是岩浆硫和地层硫混合来源。铜厂黄铜矿Re-Os同位素加权平均年龄为481±12 Ma（MSWD=3.7），等时线年龄为484±34 Ma（MSWD=8.7），二者在误差范围内一致，说明铜厂铜矿床的矿化年龄为早古生代加里东期。