南秦岭大型钡成矿带的矿物组成与矿床成因的微区原位Sr-Nd-Pb同位素示踪

钡以BaSO4形式存在的重晶石矿床在世界上广泛分布，而以BaCO3形式存在的毒重石矿床极为罕见。但在南秦岭早古生代硅岩建造中，发育大量层状毒重石矿床和层状重晶石矿床，构成世界上极为独特的大型钡成矿带。本项目是在申请者执行前一国家自然科学基金项目研究的基础上，围绕"钡的超常富集与毒重石-重晶石共生分异机理"这一科学问题，进一步从研究毒重石矿床、重晶石矿床的产出特征及其相互关系入手，查明钡的赋存形式与钡矿物的种类，弄清少见或罕见、未知钡矿物的矿物学特征，力争在钡矿物研究方面取得新突破；同时利用微区原位同位素地球化学能够揭示传统地球化学中整体分析所掩藏的地质信息特点，开展钡矿物微区原位Sr-Nd-Pb多元同位素研究，进一步增强地球化学示踪研究的信息量,为探索毒重石-重晶石的共生分异机理提供新途径。该项研究对于丰富和发展钡矿床的物质组成，揭示毒重石-重晶石的共生分异机理具有重要意义。

钡的重晶石矿床在世界上广泛分布，而毒重石矿床极为罕见。但在南秦岭寒武系、志留系硅岩建造中，发育大量层状毒重石、重晶石矿床，构成世界上极为独特的大型钡成矿带。通过研究，取得以下主要成果。(1)汉江石新矿物晶体结构精细研究表明，其由具有2:1型层状硅酸盐矿物的TOT层和碳酸盐层CaBa(CO3)F交替构成。O层为八面体层，充填3价离子V 3+、Al3+，构成二八面体型结构，T为四面体层，由Si和Al组成。Ba、Ca在层间域Ba2CaF(CO3)2中的配位不完全相同。汉江石有1M型，2M型和3T型，是一新结构型层状硅酸盐新矿物。(2) 钡矿物种类丰富，现已鉴定出10余种钡矿物，如毒重石、重晶石、钡解石、斜钡钙石、菱钡镁石、菱碱土矿、钡钒云母、安康矿、钡长石、钡冰长石、水钒钡石、汉江石、佐尔陶伊矿。在钡矿石中首次观察到硒铅矿、硒银矿等硒的独立矿物以及晶质铀矿和锡石。(3) Sr-Nd-Pb同位素结果显示，寒武系钡矿床87Sr/86Sr比值平均为0.708379，低于寒武纪海水的比值(0.709), 反映成矿流体中有幔源物质的混入，是海水与海底热卤水混合的结果。志留系钡矿床87Sr/86Sr比值平均为0.708447，高于志留纪海水的比值(0.70793)，也是同时代海水与深部热水混合所致，并有较高放射性成因壳源锶的混染；志留系中钡矿床的εNd(t)值(-14.1～0.9)比寒武系εNd(t)值(-14.0～-6.1)分布范围更广；钡矿物铅同位素组成变化范围较大，数据分散，具有正常铅和异常铅混合的特征。(4) 流体包裹体研究结果显示，尽管毒重石、钡解石、重晶石及石英的均一温度都变化于(90～310)℃之间，但毒重石、钡解石的的形成温度峰值比重晶石高出40℃。热力学计算表明，在温度小于162℃时，有利形成重晶石的形成；在温度高于162℃时，则更有利于毒重石的形成。由于重晶石的流体包裹体主要以NaCl-H2O型包裹体为主，而毒重石中富含大量N2-CO2-H2S-CH4等复杂组分水溶液型包裹体，显示出毒重石与重晶石在成矿环境上有较大差异。由此认为热化学硫酸盐还原作用是形成毒重石矿床主要机制。(5) 希腊Mykonos脉状重晶石矿床形成温度225°-370°C，与二长花岗岩密切相关。这与南秦岭钡矿床的形成地质环境与物理化学条件差异迥然，排除了南秦岭钡矿床的形成与岩浆活动的直接联系。