地幔流体成矿作用的REE证据

地幔流体成矿作用现象~

地幔流体具有充足的物质储量、庞大的流体库和稳定的热源供给；地幔流体上涌的部位往往是壳幔相互作用最强烈地区，地幔流体的出现不仅表明有大量深部物质注入成矿系统，而且意味着该区存在一个高热环境，为成矿作用的持续进行和形成大型、特大型矿床提供了有利条件。地幔流体参与成矿在国内外许多大型超大型金属、非金属以及油气矿床得到证实，如西澳大利亚Yilgarn地块太古宙金矿，Groves（1993）认为是来自地幔的流体携带成矿物质——金，同时壳幔混合流体从围岩中淋滤出金而形成的大型金矿床；Ledair（1993）的研究表明，地幔流体在加拿大Central Suprior金矿成矿过程中起重要作用；孙贤术（1993）指出，地幔流体不仅为南澳大利亚奥林匹克坝U-Cu-Au-REE矿床提供了成矿物质，而且是成矿流体的重要来源；Mitchell和and Gaarson（1981）认为南美的巴西、玻利维亚以及非洲尼日利亚的Sn矿带是地幔流体参与成矿的结果；曹荣龙和朱寿华（1995）从地质、地球化学等多方面的论证了我国内蒙古白云鄂博REE-Fe-Nb超型矿床的成矿元素来自地幔、成矿流体为富含深源C-O-H-S挥发分体系的地幔流体，认为该矿床是一个国内外罕见的地幔流体交代矿床；孙丰月等（1995）认为幔源C-H-O流体在胶东金矿成矿过程中具有重要作用，表现为该区壳源花岗岩和金矿床的形成提供了热、流体、碱质、硅质及部分金；毛景文等（1997）系统论证了湖南万古金矿床是一例以地幔流体为主形成的金矿床；陈毓川等（1996）、毛景文和魏家秀（2000）的研究表明，四川大水沟碲（金）矿床为地幔流体成矿作用的结果；此外，有足够证据表明，地幔流体在我国冀西北地区金银矿床（牛树银等，1996）、湖南柿竹园W-Sn-Mo多金属矿床（毛景文等，1999）、云南金顶Pb-Zn矿床（朱上庆等，2000）、云南“三江”金矿成矿带（胡云中等，1995）、川滇黔Pb～Zn多金属成矿域（Hurang et al.,2003）、华南铀矿带（胡瑞忠等，1993）、小秦岭金矿田（倪师军，1994）、吉林夹皮沟金矿田（邵军，1999）、世界各地与碱性岩有关的金矿（聂凤军和张辉旭，1997）等成矿过程中具有重要作用。近年的研究表明（朱赖民和金景福，1997；王登红等，1999），我国黔西南低温卡林型金矿的成矿过程中也存在地幔流体的参与，与热泉发育有成因联系的新矿床类型——热泉型金矿也是地幔流体成矿作用的极好例证（郭光裕等，1993）。
地幔流体在油气和许多非金属矿床形成过程中也具有重要意义。Wakita and Salo（1983）在研究日本一些富CH4气井时，发现3He/4He比值接近日本岛弧带火山喷气，认为CH4是上地幔来源的；郭占谦和王先彬（1994）测得我国松辽盆地沿深大断裂分布的13口天然气井的δ13C为-12.8‰～24.2‰，3He/4He为（2.34～2.97）×10-6，据此认为存在幔源流体参与；近期在胜利油田盆地下伏碱性橄榄玄武岩中发现大量CO2包裹体（赫英等，1996），表明CO2气藏源于集富地幔的碱性橄榄玄武岩的去气作用，徐永昌等（1994）测得胜利油田29件样品天然气中氦同位素的3He/4He比值平均为1.58×10-6，也表明有相当一部分氦来自于地幔。非金属矿床金刚石的形成与地幔流体密切相关已为广大地质工作者所公认；曹荣龙和朱青华（1995）认为新疆且干布拉克蛭石矿床是地幔流体成矿产物；笔者（后文）的研究表明，地幔流体提供了与四川冕宁稀土矿共生的萤石矿床的成矿物质和成矿流体；扬子地块西南缘的磷块岩均出现于地球化学急变带，同位素组成表明大型—超大型磷矿形成与强烈壳幔相互作用相耦合，暗示磷的来源也与地幔流体活动相关。
可见，地幔流体在各种金属、非金属和油气矿床成矿过程中具有重要地位，杜乐天（1988）曾指出，世界范围内许多大型—超大型热液矿床都存在碱交代作用，成矿热液都是由碱（指K、Na等一价离子）、酸（F-、Cl-、 、HS-、S2-、 等阴离子）组成的盐溶液，地幔流体是这种盐溶液的主要来源。

地幔流体具有相对统一的稳定同位素组成范围，如δ13CPDB的峰值为-4‰～-8‰、δ18OSMOW为6‰～10‰、δ34S在0‰附近、δDH2O为δ-45‰～-90‰，因此稳定同位素组成认为是示踪地幔流体成矿作用的有利工具。值得注意的是，由于许多大型—超大型矿床的成矿流体为有地幔流体参与的混合流体、加上稳定同位素的分馏作用，因此，矿床稳定同位素组成常常具有多解性。地幔相对富集3He并具有较高的3He/4He（6Ra～9Ra；Ra为空气的3He/4He，其值为1.39×10-6），地壳相对富集放射成因和核反应成因的4He而具有相对较低的3He/4He（0.01Ra～0.05Ra）（Li andManuel.,1994；Stuart et al.,1995），两者的3He/4He值相差近1000倍，因而He同位素组成是示踪地幔流体更有效的手段。
国内外学者先后以矿床中的流体包裹体为测定对象研究了许多矿床成矿流体的He同位素组成，在示踪地幔流体成矿作用方面取得一系列研究成果。胡瑞忠等（1997）测得云南马厂箐铜矿床黄铁矿流体包裹体的3He/4He值为0.52Ra～1.58Ra，在地幔和地壳3He/4He值之间，在40Ar/36Ar-3He/36Ar和3He/4He—40Ar/4He图上也分存于地幔端元和地幔端元之间、且呈线性关系（图3-1A,B），据此认为该矿成矿流体为地幔和地壳两个端元流体的混合物，同时计算出成矿流体中地幔He占10%～52%；胡瑞忠等（1998,1999）还测定了云南老王寨金矿、墨江金矿和大坪金矿流体包裹体的He同位素组成，其3He/4He值分别为0.17Ra～0.73Ra、0.02Ra～0.26Ra、0.78Ra～1.31Ra和0.03Ra～0.05Ra，结合Ar同位素分析结果，认为地幔流体参与了前3个矿床的成矿作用，计算出成矿流体中地幔He分别为11%～52%、2%～23%和52%～95%；毛景文和魏家秀（2000）报道四川大水沟碲矿床流体包裹体的3He/4He值为0.2Ra～2.8Ra，在地幔和地壳3He/4He值之间，结合δ34S（-3.1‰～2.8‰）、δ13CPDB（-5.3‰～-7.2‰）、δ18OSMOW（3.3‰～6.1‰）和δDH2O（-82‰～-54‰）具幔源特征，认为该矿床成矿流体主要来自地幔。

图3-1　云南马厂箐铜矿床40Ar/36Ar—3He/36Ar和3He/4He—40Ar/4He图

原始数据引白胡瑞忠等（1997）

近年来，矿床中热液矿物（尤其是萤石、方解石等含钙热液矿物）REE地球化学在示踪成矿流体来源与演化方面得到了广泛应用（Lottermoser,1992；Subías and Fernández－Nieto.,1995；Whitney et al.,1998；Hecht et al.,1999；Ghaderi et al.,1999；Brugger et al.,2000；Monecke et al.,2000）。由于地幔流体相对富集LREE等不相容元素（前文），因而矿床中的脉石矿物和蚀变矿物的REE地球化学也是示踪地幔流体成矿作用的有效手段之一。后文将专门介绍利用REE示踪四川冕宁稀土矿床地幔流体成矿作用，这部分以云南会泽超大型铅锌矿床为例，介绍地幔流体成矿作用的REE证据。

1.概述

位于扬子地台西南缘的川—滇—黔铅锌银多金属成矿域是我国重要的Pb、Zn、Ag、Ge生产基地之一，目前已在该成矿域内发现铅锌矿床、矿点和矿化点400多个（柳贺昌和林文达，1999），其中绝大部分矿床、矿点和矿化点矿区或外围都有大面积峨眉山玄武岩分布，对玄武岩岩浆活动与铅锌成矿的关系还没有统一认识（黄智龙等，2004）。云南会泽铅锌矿床位于川—滇—黔铅锌多金属成矿域的中南部，是该成矿域的代表性超大型铅锌矿床，该矿床以其规模大（超大型）、品位高（Pb+Zn多在25%～35%，部分矿石Pb+Zn含量超过60%）、伴生有用元素多（Ag、Ge、Cd、Ga等）、近年在找矿方面取得重大突破而引起国内外地学界的极大关注。许多学者对该矿床做过研究工作，对矿床成因提出过不同模式，如岩浆—热液成因（谢家荣，1964）、沉积成因（张位及，1984）、沉积—原地改造成因（陈士杰，1986）、沉积—改造成因（廖文，1984；赵准，1995）、沉积—成岩期后热液改造—叠加成因（陈进，1993）、沉积—改造—后成成因（柳贺昌和林文达，1999）、MVT矿床（Zhou et al.,2001）和贯入—萃取—控制成因（韩润生等，2001）等，由于不同学者对矿床成矿物质和成矿流体来源有不同认识，这些模式都无法全面解释矿床的成矿机制。方解石是会泽超大型铅锌矿床原生矿石中最重要的脉石矿物，其形成贯穿整个成矿过程，韩润生等（2000）的分析结果表明，矿石中的REE主要集中在方解石中，因而研究方解石REE地球化学，可提供成矿流体来源与演化方面的重要信息。笔者系统分析了矿床方解石REE含量，结合矿区地层、峨眉山玄武岩REE地球化学及有关稳定同位素组成资料，探讨了成矿流体的来源。

2.地质概况及方解石基本特征

会泽超大型铅锌矿床由相距约3km的矿山厂和麒麟厂两个矿床组成。许多学者已详细地介绍了矿床地质特征（韩润生等，2001；Zhou et al.,2001；Huang et al.,2003）。与国内外铅锌矿床相比，该矿床具有以下独特的地质特征：矿区出露从震旦系灯影组至二叠系栖霞－茅口组多个时代的碳酸盐岩地层，但矿体均赋存于下石炭统摆佐组（C1b）白云岩中；矿体与围岩接触界线清晰，与矿体接触的围岩有几到几十厘米的“红化”现象；矿床的上部为氧化矿、下部为原生矿、中间为混合矿，氧化矿组成相当复杂，而原生矿组成相对简单，矿石矿物为方铅矿、闪锌矿和黄铁矿，脉石矿物主要为方解石；矿石铅锌品位极高（开采Pb+Zn出矿品位大于30%，部分矿石Pb+Zn含量超过60%）、伴生有用元素多（Ag、Ge、Ga、Cd等）；从浅部到深部，矿体有变厚、变富的趋势。

方解石是会泽超大型铅锌矿床最主要的脉石矿物，氧化矿和混合矿中的方解石绝大部分已被淋滤，原生矿中的方解石根据产状可大体分为团块状、团斑状和脉状三类。团块状方解石形态不规则，一般大于10cm×10cm×10cm，与矿石矿物之间的界线清晰，块体边缘常见矿石矿物脉，块体中偶见矿石矿物粗晶；团斑状方解石呈星点状均匀分布于矿石矿物中，多小于2cm×2cm×2cm，与矿石矿物之间的界线不清晰；脉状方解石呈脉体穿切矿石矿物，脉体宽一般小于2cm，延伸5～20cm不等，与矿石矿物之间的界线清晰。相对数量团块状＞＞团斑状＞脉状。根据与矿石矿物之间的接触关系，结合矿相观察结果，三种产状方解石的形成顺序为团块状→团斑状→脉状。

3.方解石REE特征

表3-1为矿区脉石矿物方解石、晶洞方解石、各时代碳酸盐岩地层及峨眉山玄武岩的REE含量及有关REE参数统计结果，图3-2为不同产状脉石矿物方解石REE配分模式，可见以下特征：

图3-2　云南会泽铅锌矿床脉石矿物方解石REE配分模式

原始数据由本次工作分析，球粒陨石据Boynton（1984）

（1）从团块状→团斑状→脉状脉石矿物方解石，∑REE、LREE和HREE含量减少，LREE/HREE增加。虽然三种产状方解石的REE配分模式均为LREE富集型，但团块状方解石REE配分模式为（La）_N＜（Ce）_N＜（Pr）_N≈（Nd）_N、δEu＜1，团斑状方解石为（La）_N＜（Ce）_N＜（Pr）_N≈（Nd）_N、δEu＞1，而脉状方解石为（La）_N＞（Ce）_N＞（Pr）_N＞（Nd）_N、δEu＞1。

（2）虽然三种产状方解石的REE含量、REE配分模式以及LREE/HREE、（La/Pr）_N和δEu等REE参数均有较明显的差别，但三者之间（尤其是团块状与团斑状之间）REE含量以及有关REE参数的变化范围有重叠部分（表3-1），同种产状方解石的REE含量及有关参数也表现有规律的变化，其变化特征与不同产状方解石的REE地球化学变化特征相似，在图3-3中更清楚地看出不同产状和同种产状方解石的REE变化特征一致。这些现象表明，矿区原生矿石中方解石的REE地球化学具有连续变化特征。

表3-1　会泽超大型铅锌矿床方解石、地层和峨眉山玄武岩REE地球化学统计结果

注：原始数据由本次工作分析，括号内为统计样品数，晶洞方解石数据仅供参考；P₂β：二叠系峨眉山玄武岩；P₁q+m：下二叠统栖霞—茅口组灰岩、白云质灰岩夹白云岩，P₁l：下二叠统梁山组炭质页岩和石英砂岩；C₃m：上石炭统马平组角砾状灰岩；C₂w：中石炭统威宁组鲕状灰岩；C₁b：下石炭统摆佐组粗晶白云岩夹灰岩及白云质灰岩；C₁d：下石炭统大塘组隐晶灰岩及鲕状灰岩；D₃zg：上泥盆统宰格组灰岩、硅质白云岩和白云岩；D₂h：中泥盆统海口组粉砂岩和泥质页岩；

：下寒武统筇竹寺组泥质页岩夹砂质泥岩；Z₂d：震旦系灯影组硅质白云岩。

图3-3　云南会泽铅锌矿床脉石矿物方解石REE相关图

原始数据由本次工作分析

（3）矿区碳酸盐岩地层中的晶洞方解石REE含量明显低于脉石矿物方解石，除一件样品的∑REE为9.736×10^-6外，其余样品的∑REE均小于3×10^-6。由于晶洞方解石大部分REE的含量低于ICP-MS检出限，其REE配分模式无规律，δEu和δCe具有较大的变化范围（分别为0.738～3.709和0.606～1.184）。

（4）矿区脉石矿物方解石的REE含量相对高于各时代碳酸盐岩地层（Z₂d、D₃zg、C₁d、C₁b、C₂w、C₃m和P₁q+m）、低于非碳酸盐岩地层（

、D₂h和P₁l）和峨眉山玄武岩，其中各时代碳酸盐岩地层和非碳酸盐岩地层的REE配分模式为（La）_N＞（Ce）_N＞（Pr）_N＞（Nd）_N、δEu＜1、峨眉山玄武岩的REE配分模式具（La）_N＞（Ce）_N＞（Pr）_N＞（Nd）_N、δEu≈1的特征（图3-4），也与脉石矿物方解石的REE配分模式存在较明显的差异。

图3-4　云南会泽铅锌矿床方解石、地层和峨眉山玄武岩REE配分模式对比

原始数据由本次工作分析，括号内为样品数，地层代号同表3-1脚注；球粒陨石据Boynton（1984）

4.讨论

Zhong and Alfonso（1995）的研究表明，REEs通过与Ca²⁺发生置换而进入方解石晶体，除了晶体溶解之外，其他过程不可能破坏方解石稀土配分模式这个地质记录密码。方解石是会泽超大型铅锌矿床原生矿石中最重要的脉石矿物，其形成贯穿整个成矿过程，矿床闪锌矿、方铅矿和黄铁矿等硫化物的∑REE低于1×10^-6（笔者未发表资料），因而方解石REE地球化学特征可代表成矿流体的REE地球化学特征，其变化规律记录了矿床成矿流体的来源及演化等方面的重要信息。

按矿区脉石矿物方解石的形成时间顺序，团块状→团斑状→脉状方解石，∑REE、LREE和HREE含量逐渐减少、LREE/HREE逐渐增加，虽然三者的REE配分模式有较明显的差别，但其REE含量和（La/Pr）_N和δEu等REE参数具有连续变化的趋势（表3-1，图3-3）。Möller等（1984）和Davies等（1998）的研究结果也表明，在同一碳酸盐体系中，早期结晶的方解石（或含Ca碳酸盐）的REE含量相对高于晚期结晶方解石（或含Ca碳酸盐）；Huang等（2003）的分析资料显示，本区三种产状脉石矿物方解石的C、O同位素组成基本一致。因此，本文认为矿区三种产状脉石矿物方解石为同源不同阶段的产物。会泽铅锌矿床脉石矿物方解石REE地球化学特征可反映成矿流体来源与演化方面的信息，因而可认为早期成矿流体相对富集REE（团块状方解石），随着成矿作用的进行，成矿流体的REE逐渐减少（团斑状和脉状方解石）。

从表3-1中可见，本区脉石矿物方解石，尤其是团块状方解石的REE含量相对高于矿区各时代碳酸盐岩地层，Michard（1989）的研究结果表明，碳酸盐岩地层不可能淋滤出相对富含REE的流体，本次工作分析的晶洞方解石REE含量很低（表3-1）也证实这一点，因而成矿流体不可能完全由地层提供，而应有相对富集REE的源区。从表3-1中还看出，本区脉石矿物方解石的REE含量相对低于矿区非碳酸盐岩地层和峨眉山玄武岩，但其REE配分模式与后两者存在较明显的差别（前文），（La/Pr）_N也相对高于后两者，Ohr等（1994）的实验结果也表明，argillaceous沉积岩（与矿区非碳酸盐岩地层成分相近）淋滤液的∑REE一般低于5×10^-6、（La/Pr）_N在2左右，可见本区成矿流体也不可能完全由非碳酸盐岩地层和峨眉山玄武岩提供，同样暗示相对富集LREE的流体参与了成矿流体的形成。

众多地质实事和实验证据表明，地幔流体（包括地幔去气和岩浆去气形成的流体）相对富集REE，尤其是LREE（前文）。从这一点看，地幔流体可能参与了会泽超大型铅锌矿床成矿流体的形成。但是，矿区脉石矿物方解石的（La/Pr）_N相对低于地幔流体（前文），暗示成矿流体中还有相对较低（La/Pr）_N的流体参与。本文认为这种相对较低（La/Pr）_N的流体可能为来源于本区各时代碳酸盐岩地层和非碳酸盐岩地层，Möller等（1984）和Ohr等（1994）的实验结果证实，碳酸盐岩和argillaceous沉积岩（与矿区非碳酸盐岩地层成分相近）淋滤液的REE含量较低（∑REE一般低于5ppm）、且其（La/Pr）_N一般小于1。

从以上分析结果可见，地幔流体参与了会泽超大型铅锌矿床的成矿作用，矿床成矿流体是一种壳－幔混合流体。矿区及区域上出露不同时代含膏盐层的碳酸盐岩地层和非碳酸盐岩地层，成矿流体部分来源于地层不难理解。至于成矿流体中的幔源组分，在柳贺昌和林文达（1999）的H、O同位素、Huang等（2003）的C、O同位素和黄智龙等（2003）的控矿构造带中方解石REE地球化学的研究成果均有显示；柳贺昌（1995）和黄智龙等（2001）从多方面论证了“包括会泽超大型铅锌矿床在内的川滇黔铅—锌—银多金属成矿区与西南大面积峨眉山玄武岩岩浆活动存在密切的成因联系”也支持该结论；李文博等（2004）获得本区1号和6号矿体的脉石矿物方解石Sm-Nd等时线年龄分别为（225±38）Ma和（226±15）Ma，与矿区外围大面积分布的峨眉山玄武岩的成岩时代250Ma左右（Boven et al.,2002；Zhou et al.,2002）接近，为地幔流体（与峨眉山玄武岩岩浆活动有关的流体）参与了成矿作用提供了直接的证据。

---

瑞丽市19542607880： 地质流体在成矿过程中起了哪些重要作用 - ？
官习醋酸： 不同类型的流体特征及其成矿机制,而在具体的成矿过程中,构造对成矿起着至关重要的作用.成矿物质由分散到富集并形成矿床的过程受多种地质因素控制,其 中,构造和流体起了重要的作用.从构造与流体的相互关系看, 在成矿过程中,...

瑞丽市19542607880： 热液矿床的形成原因 - ？
官习醋酸： 1.岩浆成因热液 岩浆结晶过程中从岩浆中释放出来的热水溶液,最初是岩浆体系的重要组成部分,含H2S,HCL,HF, SO2, CO, CO2, H2, N2等挥发组分,具有很强的形成金属络合物并使其迁移活动的能力. 2.变质成因热液 岩石在进化变质作用过...

瑞丽市19542607880： 圈层间的强相互作用 - ？
官习醋酸： 地球是一个复杂系统,这就意味着它是由大量不同的、而且具有强相互作用(即非线性相互作用)的单元(子系统)所组成的系统.正是地球的各个子系统之间发生的强相互作用而自发地涌现出系统总体性状、结构与动力学行为,这些就被...

瑞丽市19542607880： 热液矿床的矿物来源 - ？
官习醋酸： 1.岩浆 岩浆结晶过程中,岩浆的成矿物质随着岩浆热液的析出,多以络合物的形式进入热液,形成含矿热液. 2. 地壳岩石 不同来源的热液,在其源区或运移过程中与不同类型的地壳岩石发生反应,从而捕获其中的成矿物质,形成含矿热液,进而成矿. 3.上地幔 地幔流体的活动可以把分散在上地幔中的成矿物质活化,迁移到地壳中成矿.

瑞丽市19542607880： 矿床成因分类的依据是什么?共有哪些矿床成因类型? - ？
官习醋酸： 矿床是在各种不同的地质环境下形成的.按照成矿作用来源、成矿物质来源、成矿作用发生的条件、发展过程和生、外生和变质三大类,有人也叫做三种成矿作用系列.1. 内生成矿作用 地球内部热能是导致这类成矿作用得以发生的能量来源,...

瑞丽市19542607880： 如何判断岩石受到了地壳混染还是流体交代 - ？
官习醋酸： 岩石学特征方面,该岩体岩石类型多样化,其中浅色矿物以正长石为主,可见少量斜长石... 伴随岩浆结晶成岩过程发生地幔流体交代,引发地壳物质混染叠加,进而有利于岩体深部

瑞丽市19542607880： 地球的知识 - ？
官习醋酸： 地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚.内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体.不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了. 地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大...

瑞丽市19542607880： 地理1,地球内部圈层结构从内到外依次是什么?2,地壳变动的证据是 ？
官习醋酸： 地球内部圈层结构从内到外依次是:内地核,外地核,地幔,地壳.地幔可分为下地幔和上地幔. 地壳变动的证据有:板块的运动,地震,火山爆发等等.板块的运动所造成的现象有很多,如:有些山脉的形成,喜玛拉雅山就是亚欧板块和印度洋板块碰撞挤压而形成,而红海是由非洲板块和印度洋板块张裂而形成.

瑞丽市19542607880： 地球南北磁极转换的证据? - ？
官习醋酸： 地球表面上地磁场方向与地面垂直、磁场强度最大的地方,称为地磁极.地磁极有两个(磁北极和磁南极),其位置与地理两极接近,但不重合.现代地球的磁极其地理坐标分别是:北纬76°1′,西经100°和南纬65°8′,东经139°.地球的磁...