同位素示蹤

同位素是判斷地質體組成物質的來源及演化歷史的重要手段之一。下面僅以鍶、釹、硫、鉛和氧同位素的資料，對本區成礦巖體及成礦物質的來源及演化歷史提供某些證據。

1.鍶和釹同位素的制約

由表7-1可見白音諾、布敦花、黃崗梁至巴爾哲，形成時代由老至新的與重要礦床有關的花崗巖類巖體，都有較低的鍶初始比值0.698～0.7065，只有少數巖體鍶比值大于0.7065，并且除黃崗梁的εSr（t）為負值（-21）外，其余巖體均為正值（+1.48～+74）。同時上述巖體又具有高初始釹的特點，如白音諾巖體εNd（t）=+1.85及東山灣內εNd（t）=+3.12（肖成東，2001），浩布高、黃崗梁和烏蘭楚魯特的εNd（t）分別為+1.5、8.12和2.47（蔡劍輝，2003），巴爾哲為εNd（t）=+1.33～+2.38（王一先等，1997）。實際上這個地區不僅與成礦有關的中生代巖體具有低的ISr和正的εNd（t）特點，如碾子山（李培忠等，1993）等巖體，而且前中生代的各類侵入體都具有低 ISr和高的εNd（t）特點（邵濟安等，2002）。

大興安嶺地區大面積分布低ISr和高的εNd（t）及年輕的釹模式年齡（540～983Ma，754Ma）的花崗巖類巖石，而且這種現象不因巖體的形代時代及產出方式的不同而有所改變，這在世界上是不多見的，推測有從虧損地幔中分離出來的物質參與這些花崗巖類巖體的形成。

2.硫同位素

硫是自然界豐度相當高的元素之一。整個地球硫的豐度是3.8×10-2，地核為12×10-2，下地幔為1.5×10-4，上地幔為1×10-4，地殼為4×10-4（黎彤，1976）。硫可以不同的價態和形式存在于自然界，使硫在地質過程中會出現較大的同位素分餾。因而研究硫同位素對于了解自然界不同的含硫物質的變化歷史非常有意義。

硫在自然界有4種穩定同位素：其豐度各為δ32S=95.02%、δ33S=0.75%、δ34S=4.21%、δ36S=0.02%（Tuli，1985）。研究工作中一般只測定δ34S/δ32S的比值。自然界各種物質的δ34S值變化范圍很大，絕大多數樣品在-40‰～+40‰間。已測定的隕石樣品（除碳質球粒隕石外）的δ34S變化范圍很窄，為0±2。超基性和基性巖及有關礦床的硫同位素組成與隕石一致，變化范圍也不大。現代海洋硫酸鹽的δ34S高且穩定，達20.0。地層中的海相蒸發鹽是地質歷史上的海洋硫酸鹽，其δ34S值變化很大，在9～30間，沉積巖中與生物作用有關的硫化物、δ34S大多是負值，變化范圍也很大。34S在高價態的化合物中富集，其富集順序是：S2-＜

＜S0＜SO2＜

。

研究區內礦床的硫同位素已經積累了不少測定結果。圖7-3是本區最重要的3個礦床硫同位素組成直方圖。浩布高礦區，18個硫化物δ34S值分布呈塔形效應特征（圖7-3），其最大值為+3.52，最小值為-3.90，變化幅度為7.42，平均值為-0.83。8個閃鋅礦樣品δ34S平均值為-0.4。7個方鉛礦δ34S平均為-0.9。毒砂和磁黃鐵（2個樣）平均δ34S為0.3，黃鐵礦的δ34S為+1.3。在平衡條件下，硫化物中富集δ34S的順序是：輝鉍礦（Bi2S3）＜輝銻礦（Sb2S3）＜輝銅礦（Cu2S）＜方鉛礦（PbS）＜斑銅礦（Cu5FeS4）＜黃銅礦（CuFeS2）＜閃鋅礦（ZnS）＜磁黃鐵礦（FeS1-x）＜黃鐵礦（FeS2）＜輝銅礦（MoS2）。浩布高礦床中總體是δ34S黃鐵礦＞δ34S磁黃鐵礦＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦。這表明所分析的硫化物可能是在硫同位素達到平衡的條件下結晶的（艾永富等，1990）。

圖7-3 成礦帶主要矽卡巖型礦床硫同位素直方圖

a—浩布高；b—白音浩；c—黃崗梁

（據艾永富等，1990）

白音諾礦床分析了47個硫化物樣品（閃鋅礦29、方鉛礦16、磁黃鐵礦2），除磁黃鐵礦δ34S為正值外，其余皆為負值。全部樣品δ34S平均值為-3.5‰，最大值為+2.5‰，最小值為-6.6‰，變化幅度為9.2‰。由圖7-3 可知樣品δ34S 數據分布具塔形效應，80%的樣品δ34S在-1‰～5‰間。29個閃鋅礦δ34S為-3.7‰，最大值為-0.6‰，最小值為-6.6‰，變化幅度為7.2‰。16個方鉛礦δ34S平均值為-3.8‰，最大值為-1.1‰，最小值為5.4‰，變化幅度為5.5‰。兩個磁黃鐵礦δ18S值平均為+2.5‰。由以上分析可知，白音諾礦床的閃鋅礦和方鉛礦相比，無論δ34S平均值，還是變化幅度皆是δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦，而磁黃鐵礦δ34S平均值又大于閃鋅礦。可以認為總體上白音諾礦床硫化物是在平衡狀態下形成的。

黃崗梁礦床18個樣品（閃鋅礦14、方鉛礦2，黃銅礦和毒砂礦各1），全部樣品δ34S的平均值為+0.1‰，最大值為+2.2‰，最小值為-3.4‰，變化幅度為5.6‰。樣品δ34S數據分析具塔形效應。毒砂（1個樣）δ34S為+1.0‰。14個閃鋅礦δ34S平均為+0.5‰，最大值為+2.2，最小值為-1.9‰，變化幅度為4.1‰。兩個方鉛礦 δ34S 平均為-0.8‰。1個黃鐵礦的δ34S值僅-3.4‰。總體來看δ34S毒砂＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦。表明黃崗梁礦床硫化物的硫同位素也具有均一性，硫化物可能是在平衡狀態下形成的。

據王關玉（1994）資料，本區大井、孟恩陶勒、布敦花3個熱液（或熱液-斑巖）型礦床的硫同位素組成，與前3個矽卡巖型礦床的硫同位組成也非常接近。如大井礦床，47個硫化物解δ34S平均值為+0.39‰，最大值為3.5‰，最小值為-3.9‰，變化幅度為7.4‰。而且δ34S黃鐵礦＞δ34S毒砂＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦。孟恩陶勒蓋24個樣δ34S平均值為+2.22‰，最大值為+4.9‰，最小值為0.7‰，變化幅度僅 4.2‰，同樣 δ34S黃鐵礦＞δ34S閃鋅礦＞δ34S方鉛礦。布敦花36個樣品δ34S平均值為-0.89‰，最大值為+1.5‰，最小值為-2.6‰，變化幅度4.1‰。富集34S的順序同樣是方鉛礦＜閃鋅礦＜黃鐵礦。綜合前述6個礦床，可以看到它們的硫化物的δ34S平均值均接近于0，并且δ34S數值都具塔式分布效應，最大值和最小值之間的變化幅度不大，硫化物之間硫同位素大體保持了平衡狀態。但上述6個礦床之硫化物的硫同位素組成，還是存在一定差異。以δ34S平均值來看，孟恩陶勒蓋最高（+2.22‰），其次是大井（+0.39‰），黃崗梁（+0.1‰），浩布高（-0.83‰），布敦花（-0.89‰）和白音諾（-3.5‰）。在6個礦床中3個矽卡巖礦床的δ34S值較低，而3個熱液脈狀礦床的δ34S值較高。而這6個礦床都和巖漿活動有關。據研究（Ault and Kulp，1960；Field，1966；Field and Moore，1971），在成因上和巖漿巖作用有關的鉛鋅多金屬礦床中，離硫源區越遠者，硫的δ34S值越低。孟恩陶勒蓋熱液脈狀礦床就發育在花崗巖體內，如果硫是來自花崗巖漿，那么這個礦床δ34S值較高是合理的。另外，若這幾篇文獻總結的有關硫同位素組成的δ34S高低與距離硫源遠近有關的規律是正確的話，那么大井礦床之硫，離源區不會遠于那幾個矽卡巖礦床。

應用硫同位素組成來示蹤成礦物質來源時，確定可能的礦源巖的硫同位素組成是關鍵。在研究全巖樣品時，這個問題比較簡單，只要測定全巖硫同位素組成或者巖石中所含的同生黃鐵礦的δ34S就可以了。但對于熱液體系來說，不能簡單用某種礦物的硫同位素組成來代表熱液的硫同位素組成，并據此對硫同位素來源進行判斷。根據大本模式（Ohmoto and Rye，1979），熱液礦床硫同位素組成，是總硫同位素組成（δ34SΣ）、pH、

、離子強度（I）和溫度（T）的函數，即δ34S=∫（δ34S∑，pH，

，I，T）。上述6個礦區在硫化物礦化階段，主要礦物組合是閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦，并且它們的δ34S值變幅較小，都沒有發現硫酸鹽礦物，所以判斷，這幾個礦床在硫化物形成階段，是一種低

、低pH環境，在溶液中主要硫種是H2S，可以認為成礦溶液的δ34SΣ與硫化物的δ34S值接近。

前已指出，巖漿巖的δ34S平均值接近于0，對比之下，本區礦床中的硫主要來源于巖漿，這包括從巖漿熔體中釋出的硫，以及從侵入巖中淋濾出的硫。從表7-2中可進一步看出δ34S的變化幅度比較小（4‰～9‰），不同于由榴輝巖代表的地殼變化幅度（25‰），更接近正常地幔的變化幅度（6‰），推測大興安嶺多金屬礦床的形成過程有幔源巖漿和流體的參與。

表7-2 主要礦床的硫同位素組成

3.鉛同位素

研究區內主要礦床中鉛同位素數據列于表7-3。浩布高礦區5個方鉛礦鉛同位素的比值非常穩定，206Pb/204Pb的變化率為0.12%，207Pb/204Pb為0.14%，208Pb/204Pb為0.12%。6個鉀長石的鉛同位素比值變化率稍大一些，如206Pb/204Pb 變化率為0.94%，207Pb/204Pb是0.37%，208Pb/204Pb為0.70%；白音諾礦區5個方鉛礦206Pb/204Pb變化率內0.13%，207Pb/204Pb是0.08%，208Pb/204Pb為0.07%。但兩個鉀長石的鉛同位素比值變化率也不大，206Pb/204Pb變化率為0.19%，207Pb/204Pb為0.05%，而208Pb/204Pb為0.04%。總的來看，浩布高和白音諾兩個礦區的礦石鉛同位素穩定，變化范圍小。浩布高礦區侵入體鉀長石鉛變化稍大，并且其同位素比值略高于礦石鉛，這可能是鉀長石中有少量鈾、釷，故有鉛的積累。但總體看來，浩布高和白音諾兩個礦區鉀長石鉛與礦石鉛的同位素組成大體是一致的，表明礦石鉛與鉀長石鉛是同源的。

表7-3 主要礦床鉛同位素組成及源區特征參數

續表

注：礦床（1）、（2）據艾永富、牟保磊（1990）；（3）、（4）據王關玉（1994）；（5）和（6）據盛繼福、傅先政等（1999）。W表示232Th/204Pb。

黃崗梁礦區樣品不多，鉀長石2個，方鉛礦和閃鋅各一個。它們的鉛同位素比值變化較大。鉀長石的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb變化率分別為0.36%、0.26%和0.32%。2個礦石鉛的上述3個比值分別為0.26%、0.55%和0.43%。盡管黃崗梁樣品的鉛同位素與浩布高和白音諾比有上述差異，但從計算的H-H模式年齡、μ、W和Th/U值看，除了個別樣品位外，它們的值都是非常接近的。

布敦花和孟恩陶勒蓋樣品無論鉛同位素比值的絕對數值及比值變化的范圍，還是計算的μ、W和Th/U及模式年齡與前3個礦區都完全可以對比。所以位于大興安嶺主礦帶即黃崗梁—甘珠爾廟—烏蘭浩特帶上的礦床具有大體上一致的鉛同位素組成。

大井礦床樣品鉛同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb的比值分別為18.258～18.35、15.487～15.586和37.969～38.550，模式年齡為132～389Ma，μ、W和Th/U分別為9.25～9.44、34.4～36.0和3.59～3.69。大多樣品與黃崗梁—甘珠爾廟—烏蘭浩特成礦帶上主要礦床的鉛同位素一致。但有少數樣品鉛同位素比值較高，模式年齡偏大，在240～389Ma間，μ及Th/U值也較大。

據文獻資料，凡鉛同位素相對穩定的礦床，206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的變化率約在0.3%至1%間，有的可在0.20%以下，如澳大利亞新南威爾士鉛鋅礦床之方鉛礦的206Pb/204Pb及207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比率變化范圍在0.2%以下。這樣的鉛多屬正常鉛，也稱單階段鉛，白音諾和浩布高礦區的方鉛礦鉛的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值的變化率均小于0.2%，所以這些鉛可能是或接近正常鉛。其他礦區鉛同位素比值的變化范圍稍大，但是也都在0.6%以下。所以本區鉛同位素整體看，是穩定的，長石鉛與礦石鉛基本一致，這表明所研究礦床的確是和巖漿作用等能使鉛同位素趨向均一化的地質事件有關。

由計算的模式年齡（表7-3）看，浩布高個別鉀長石樣品年齡值為幾十個Ma，白音諾個別的方鉛礦模式年齡值很低，而黃崗梁、大井和孟恩陶勒蓋個別樣品的模式年齡值超過了240Ma，同時年齡高的樣品μ和Th/U值也較高。其他大多數樣品的模式年齡值與巖體或成礦時間相近，表明這些鉛雖然不能說完全是正常鉛，但其演化歷史并不很復雜。

關于本區鉛的成因模式討論：由表7-3可知，本區主要礦床樣品的鉛同位素為低μ源區，這些樣品分布在圖7-4的島弧鉛演化曲線下、地幔鉛演化線上。圖7-4中樣品分布最集中的就是浩布高、白音諾礦區的樣品，布敦花的樣品和大井子的大部分樣品也分布在這個區域，可以說本區鉛元素主要來自上地幔或下地殼。當然有大井的3個方鉛礦樣品和黃崗梁的1個閃鋅礦樣品，其中3個分布在圖7-4內島弧鉛演化線和上地殼鉛演化線之間，有1個樣品，即黃崗梁的1個閃鋅礦樣品甚至位于上地殼鉛演化線的上方。說明盡管這個地區礦床礦石鉛（也包括鉀長石鉛）基本上源自地幔，但還是有其他源區少量的鉛混入。從計算的模式年齡看，絕大多數在100～230Ma間，這個年齡區間也正是本區的礦床的形成期。有少數樣品的模式年齡低于100Ma，這樣的樣品中的鉛可能與高μ或中μ源區有關。又有少數樣品的模式年齡高于230Ma，這樣的樣品具高W和高Th/U。模式年齡的整體狀況說明，本區的鉛的確與巖漿作用有關。綜合本區鉛同位素穩定、變化范圍小的狀況，可判斷具有地幔鉛的特點。結合計算的μ、W和Th/U參數，還可以判斷，本區的鉛有少量地殼鉛混入，另有少量古老地殼的活化鉛混入。

圖7-4 與巖漿活動有關的鉛鋅礦床的同位素組成

I—島弧鉛演化曲線（Doe and Zartman，1979）；M—地幔鉛演化曲線；U—上地殼鉛演化曲線；D—單階段鉛演化曲線（Doe et al.，1974）；CR—開放體系鉛線性增加演化曲線（Cummingand Richards，1975）；SK—兩階段鉛演化曲線（Stacey and Kramers，1975）；A—東南沿海；黑點和叉分別為本書研究區內礦床中方鉛礦的鉛和與礦床相關巖體中鉀長石的鉛（據陳好壽，1997，補充）

4.氧同位素

巴爾哲巖體虧損δ18O，白音諾和浩布高巖體及矽卡巖礦物也都虧損δ18O，它們被認為是低δ18O巖漿形成的產物，這3個巖體氧同位素的研究情況已在本書第6章中作了討論，此不贅述。黃崗梁礦床，與之有關的巖體鉀長花崗巖δ18O為+8.4‰。礦床中磁鐵礦δ18O為+3.9‰～-1.7‰，成礦階段石英δ18O值為+6.8‰～+9.6‰，晚期石英（晶洞中石英）為+0.6‰。表明黃崗梁礦床氧同位素組成與白音諾、浩布高有明顯不同，它較前兩個矽卡巖型礦床較富集δ18O。同樣大井熱液型銀、錫、銅、鉛和鋅礦床也較富18O。大井礦床成礦階段石英的δ18O為+13.6‰～+14.9‰，菱鐵礦δ18O為+13.7‰～+16.5‰，晚期石英δ18O為+7.7‰～+3.2‰。

上述不同礦床氧同位素的差異表明鉛鋅礦床及與之有關的侵入體是虧損δ18O的，而錫多金屬礦床及與之有關的侵入體則不虧損δ18O。這表明，盡管這個地區侵入巖和礦床，它們大的地質背景和源區是相同的或者是相似的，但各個礦床及相關的巖體的物質源區深度、源區巖石部分熔融程度，及巖漿形成后的結晶分異作用都有著明顯的差異。這一點將在微量元素部分一并討論。