Material sources and ore-forming mechanism of the Huayuan Pb-Zn ore deposit in Hu'nan Province:Evidence from S, Pb, Sr isotopes of sulfides
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摘要:
湖南花垣铅锌矿床位于扬子地台东南缘，是湘西—黔东地区最典型的超大型铅锌矿床，已探明铅锌储量超过500×104t，其预测资源量逾1800×104t。报道了该矿床主要矿石硫化物的S、Pb同位素研究成果，结合前人的Sr同位素数据，分析了矿床的成矿物质来源，并探讨了成矿机制。硫化物的δ34S值变化范围较小，为24.5‰~34.7‰，平均值为30.2‰，硫来源于各时代碳酸盐地层中硫酸盐热化学还原作用（TSR），有机质在还原反应过程中发挥了重要作用；硫化物的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb值分别为18.139~18.678、15.691~15.832、38.300~39.255，变化范围较小，具有上地壳来源的特点，赋矿地层下部具有高Pb-Zn含量的地层为成矿提供了大量的金属物质；闪锌矿的87Sr/86Sr值变化范围为0.70915~0.70996，高于赋矿地层清虚洞组灰岩的Sr同位素比值（0.70885~0.70909），表明成矿流体可能流经围岩及基底地层，从而引起Sr同位素比值因混染作用而升高；矿石矿物的沉淀机制为2种流体的混合，即含金属物质的成矿溶液与富含有机质、硫酸盐的热水溶液在合适的部位汇合，并发生反应。
Abstract:With proven reserves of more than 5Mt and predicted resources of 18Mt, the Huayuan Pb-Zn ore deposit located on the southeastern margin of the Yangtze Craton is one of the most famous giant Pb-Zn deposits in the Hu'nan-Guizhou metallogenic belt.This paper reports S, Pb, Sr isotopic compositions of ore minerals with the purpose of understanding the sources of ore metals and the genesis of the deposit.The ore sulfides have a narrow range of δ34S values (from 24.5‰ to 34.7‰ with an average value of 30.2‰), suggesting that the sulfur was derived from the carbonate sulfate by thermochemical reduction during which the organic mat-ters played an important role.The 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb ratios of sulfides range from 18.139 to 18.678, from 15.691 to 15.832, and from 38.300 to 39.255, respectively.The relatively homogeneous Pb isotopic ratios are similar to the data of the upper crust, indicating that the underlying strata with high Pb-Zn content probably provided a lot of metal materials for ore mineralization.The 87Sr/86Sr values (from 0.70915 to 0.70996) of sphalerite are higher than the 87Sr/86Sr ratios (from 0.70885 to 0.70909) of the host rock of the Lower Cambrian Qingxudong Formation, implying that the ore-forming fluids probably migrated through the basement rocks and induced the increase of Sr isotopes through water-rock reactions.Precipitation of ore minerals was attributed to the mix-ture of two types of fluids in appropriate structures, i.e., fluid enriched with metal materials and fluid with organic matter and sulfate.
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Key words:
- sulfur isotope /
- lead isotope /
- strontium isotope /
- sources of ore metals /
- Huayuan Pb-Zn ore deposit /
- Hu'nan Province
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图 4 花垣铅锌矿床硫化物206Pb/204Pb-207Pb/204Pb和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb构造环境演化图解（底图据参考文献[44]）
Figure 4.
表 1 花垣铅锌矿床S同位素组成
Table 1. Sulfur isotopic compositions of the Huayuan Pb-Zn ore deposit
序号 采样位置 样品编号 矿物 δ34S/‰ 来源 1 李
梅LM-51 闪锌矿 31.0 本文 2 LM-52 闪锌矿 28.9 本文 3 LM-53 闪锌矿 30.7 本文 4 LM-54 闪锌矿 30.7 本文 5 LM-55 闪锌矿 30.9 本文 6 LM-56 闪锌矿 31.1 本文 7 LM-57 闪锌矿 27.0 本文 8 LM-59 闪锌矿 28.4 本文 9 LM-61 闪锌矿 29.2 本文 10 LM4-5 闪锌矿 27.9 本文 11 LM4-7 方铅矿 30.6 本文 12 LM4-8 闪锌矿 27.8 本文 13 LM4-10A 闪锌矿 32.3 本文 14 LM4-10B 闪锌矿 32.4 本文 15 LM4-10C 闪锌矿 32.3 本文 16 LM4-11 闪锌矿 31.3 本文 17 LM8-06A 闪锌矿 28.9 本文 18 LM8-06B 闪锌矿 31.5 本文 19 LM-02 闪锌矿 30.3 [25] 20 LM-03 闪锌矿 32.4 [25] 21 LM-05 闪锌矿 31.9 [25] 22 LM-10 闪锌矿 31.5 [25] 23 LM-13 闪锌矿 28.8 [25] 24 LM-14 闪锌矿 29.3 [25] 25 LM-15 闪锌矿 30.9 [25] 26 LM-yB1 闪锌矿 33.1 [25] 27 LM-yB1 黄铁矿 34.7 [25] 28 LM-yB8 闪锌矿 32.9 [25] 29 LM-yB11 闪锌矿 32.2 [25] 30 大
石
沟DSG-51 闪锌矿 30.7 本文 31 DSG-52 闪锌矿 31.1 本文 32 DSG-53 方铅矿 27.7 本文 33 DSG-54 方铅矿 27.5 本文 34 DSG-55 闪锌矿 31.2 本文 35 DSG-58 闪锌矿 29.9 本文 36 DSG-60 闪锌矿 30.8 本文 37 DSG-61-1 闪锌矿 31.1 本文 38 DSG-61-2 方铅矿 27.1 本文 39 DSG-62 闪锌矿 33.0 本文 40 DSG-63-1 闪锌矿 33.1 本文 41 DSG-63-2 方铅矿 26.7 本文 42 DSG-64 方铅矿 24.5 本文 43 DSG-65 方铅矿 24.8 本文 44 DSG-66 闪锌矿 32.7 本文 45 DSG-10A 闪锌矿 31.5 本文 46 DSG-10B 闪锌矿 31.7 本文 47 DSG-12A 闪锌矿 31.5 本文 48 DSG-12B 方铅矿 26.5 本文 49 DSG20 闪锌矿 32.0 本文 50 DSG30 方铅矿 25.9 本文 51 DSG31A 闪锌矿 30.6 本文 52 DSG31B 闪锌矿 29.3 本文 53 DSG31C 闪锌矿 31.3 本文 54 DSG32A 闪锌矿 32.0 本文 55 DSG32B 闪锌矿 32.1 本文 56 DSG32C 闪锌矿 31.5 本文 57 DSG33B 方铅矿 27.3 本文 58 DSG33C 闪锌矿 28.6 本文 59 DSG33D 闪锌矿 30.5 本文 60 DSG34A 闪锌矿 30.0 本文 61 DSG34B 闪锌矿 31.3 本文 62 土
地
坪TD01A 方铅矿 25.2 本文 63 TD01B 闪锌矿 29.3 本文 64 TD01C 闪锌矿 31.4 本文 65 TD02A 闪锌矿 31.4 本文 66 TD02B 闪锌矿 32.2 本文 67 TD08 方铅矿 29.6 本文 68 TD12 方铅矿 25.9 本文 69 TD15 闪锌矿 32.0 本文 70 TD20A 闪锌矿 32.0 本文 71 TD20B 闪锌矿 31.2 本文 72 狮
子
山SZS-01 方铅矿 26.8 [25] 73 SZS-02 闪锌矿 31.3 [25] 74 SZS-05 闪锌矿 31.7 [25] 75 SZS-08 闪锌矿 31.8 [25] 76 SZS-10 闪锌矿 34.1 [25] 77 SZS-15-2 黄铁矿 32.8 [25] 78 SZS-15-2 方铅矿 26.3 [25] 79 SZS-15-3 黄铁矿 33.0 [25] 80 SZS-16 闪锌矿 33.5 [25] 81 SZS-16 方铅矿 26.5 [25] 82 SZS-25 方铅矿 27.2 [25] 83 SZS-26 闪锌矿 33.4 [25] 84 SZS-26 方铅矿 27.6 [25] 85 SZS-27 闪锌矿 31.8 [25] 86 SZS-27 方铅矿 27.2 [25] 87 SZS-B1 闪锌矿 33.3 [26] 88 SZS-B1 方铅矿 24.9 [26] 89 SZS-B4 闪锌矿 33.5 [26] 90 SZS-B5 方铅矿 27.4 [26] 
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表 2 花垣铅锌矿床Pb同位素组成及相关参数
Table 2. Lead isotopic compositions of the Huayuan Pb-Zn ore deposit
序号 位置 样号 矿物 206Pb/204Pb 207Pb/204Pb 208Pb/204Pb μ ω Th/U △α △β △γ 1 李
梅LM-51 闪锌矿 18.199 15.746 38.452 9.78 39.17 3.88 87.20 29.24 47.80 2 LM-52 闪锌矿 18.153 15.699 38.305 9.69 38.34 3.83 82.66 26.04 42.83 3 LM-53 闪锌矿 18.213 15.721 38.424 9.73 38.72 3.85 84.84 27.38 45.32 4 LM-54 闪锌矿 18.178 15.719 38.380 9.73 38.72 3.85 84.61 27.38 45.12 5 LM-55 闪锌矿 18.191 15.716 38.391 9.72 38.66 3.85 84.33 27.11 44.85 6 LM-56 闪锌矿 18.180 15.710 38.357 9.71 38.52 3.84 83.75 26.73 43.97 7 LM-57 闪锌矿 18.214 15.741 38.489 9.77 39.19 3.88 86.74 28.82 48.08 8 LM-59 闪锌矿 18.170 15.713 38.354 9.72 38.59 3.84 84.02 26.98 44.35 9 LM-61 闪锌矿 18.174 15.717 38.372 9.72 38.69 3.85 84.41 27.26 44.92 10 大石沟 DSG-51 闪锌矿 18.173 15.725 38.365 9.74 38.74 3.85 85.17 27.84 45.17 11 DSG-53 方铅矿 18.157 15.729 38.403 9.75 39.04 3.88 85.53 28.19 46.92 12 DSG-54 方铅矿 18.139 15.691 38.300 9.68 38.33 3.83 81.87 25.52 42.72 13 DSG-55 闪锌矿 18.200 15.776 38.556 9.84 39.91 3.93 90.06 31.41 52.14 14 DSG-58 闪锌矿 18.183 15.728 38.380 9.75 38.77 3.85 85.47 28.01 45.42 15 DSG-60 闪锌矿 18.158 15.725 38.383 9.74 38.91 3.87 85.15 27.90 46.14 16 DSG-61-1 闪锌矿 18.573 15.800 39.238 9.84 40.83 4.02 93.03 31.69 60.19 17 DSG-61-2 方铅矿 18.221 15.764 38.499 9.81 39.42 3.89 88.95 30.45 49.32 18 DSG-62 闪锌矿 18.511 15.751 39.071 9.75 40.01 3.97 88.22 28.41 55.03 19 DSG-63-1 闪锌矿 18.678 15.785 39.255 9.80 40.13 3.96 91.84 30.27 56.54 20 DSG-63-2 方铅矿 18.253 15.784 38.658 9.85 40.11 3.94 90.90 31.76 53.67 21 DSG-64 方铅矿 18.224 15.742 38.537 9.77 39.35 3.90 86.86 28.85 49.13 22 DSG-65 方铅矿 18.292 15.832 38.822 9.94 41.07 4.00 95.50 35.06 59.36 23 DSG-66 闪锌矿 18.540 15.821 39.237 9.89 41.23 4.03 94.95 33.30 62.31
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表 3 花垣铅锌矿床闪锌矿与寒武系地层87Sr/86Sr同位素组成
Table 3. Sr isotopic compositions of Huayuan Pb-Zn ore deposits and the Cambrian strata
样品编号 样品描述 采样位置 87Sr/86Sr 来源 SZ-5 闪锌矿 花垣狮子山 0.70987 [46] SZ-6 闪锌矿 花垣狮子山 0.70933 [46] SZ-7 闪锌矿 花垣狮子山 0.70915 [46] SZ-8 闪锌矿 花垣狮子山 0.70954 [46] SZ-9 闪锌矿 花垣狮子山 0.70970 [46] SZ-12 闪锌矿 花垣狮子山 0.70942 [46] SZ-13 闪锌矿 花垣狮子山 0.70955 [46] SZ-5-1 闪锌矿 花垣狮子山 0.70996 [46] 97c87 下寒武统牛蹄塘组黑色页岩 湖南凤凰 0.71823 [47] 97c5 下寒武统石牌组页岩 花垣麻栗场 0.82733 [47] 97c65 下寒武统清虚洞组灰岩 花垣半坡 0.70909 [47] 97c51 下寒武统清虚洞组含矿灰岩 花垣 0.70885 [47] 97c57 下寒武统清虚洞组白云岩 花垣 0.71076 [47] 97c11 下寒武统清虚洞组白云岩 花垣麻栗场 0.71845 [47] 中上寒武统白云岩 重庆秀山 0.70918 [48] 下寒武统灰岩 重庆秀山 0.70884 [48] 寒武系海相碳酸盐 0.70900 [49]
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① 湖南省地质调查院吉首矿产地质研究. 湖南龙山-保靖铅锌矿评价成果报告. 2009.
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