河北省南部邯郸—邢台地区矽卡岩型铁矿床稳定同位素地球化学特征

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[摘要]通过对河北省南部邯郸-邢台地区矽卡岩铁矿床不同成矿阶段矿物稳定同位素的研究发现：早期蚀变阶段矽卡岩矿物的δ18OV-SMOW值为5.3～8.5‰，矿物包裹体δ13CV-PDB值为-2～-11.2‰，δDV-SMOW为-80～-109‰，相应的δ18OH2O值为0.84～8.62‰；矿石矿物磁铁矿的δ18OV-SMOW值为3.7～5.1‰，包裹体δ13CV -PDB值为-5.6～-24.9‰，δDV-SMOW为-79～-156‰，相应的δ18OH2O值为10.61～11.41‰，表明成矿流体主要来源于地幔，但有少量地壳物质的混入。矿区矽卡岩铁矿中黄铁矿δ34S=11.6‰～18.7‰，介于岩浆硫与沉积膏盐硫之间，表明成矿过程别是成矿晚期热液活动汲取了地下热水及石膏层中的部分34S。

[关键字]邯郸-邢台地区 矽卡岩型铁矿 稳定同位素 特征

[中图分类号] P597+.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-43-2

1区域地质背景

邯郸-邢台地区处于太行山南端河北省境内，是中国重要的夕卡岩型铁矿成矿区之一。该区的铁矿床不仅品位高，而且储量相当可观。由于其独具特色而被称为“邯邢式”铁矿。根据矿物共生组合和产出特征，本区矽卡岩铁矿矿化蚀变可分为4个阶段：早期为钠长石化；中期为主成矿阶段，主要为磁铁矿化、矽卡岩化、金云母化等，并形成有价值的矿体；晚期阶段则为绿泥石化、蛇纹石化、碳酸岩化、绿帘石化和黄铁矿化；末期为表生作用阶段，包括孔雀石化、褐铁矿化等。

2稳定同位素组成

2.1硫同位素组成

邯邢地区矽卡岩铁矿区不同产状的黄铁矿及硬石膏的硫同位素组成有如下特征：岩浆岩中黄铁矿δ34S=2.5‰～15.6‰，大部保持着深源岩浆硫特点，其中符山矿区角闪闪长岩中δ34S值过高，应该与该区岩浆岩就位时侵吞了大量海相碳酸盐围岩捕掳体有关；硬石膏δ34S=24.0‰～29.1‰，与典型蒸发沉硫（δ34S=20‰～24‰）基本一致；矿区夕卡岩铁矿中黄铁矿δ34S=11.6‰～18.7‰，介于岩浆硫与沉积膏盐硫之间，表明成矿过程别是成矿晚期热液活动中汲取了地下热水及石膏层中的部分34S。

2.2碳氢氧同位素组成

碳氧氢同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室FinninganMAT251质谱仪上进行。碳和氧同位素的分析误差为±0.2‰，氢同位素误差为±2‰。首先挑选用于碳、氧、氢同位素测试的方解石、透辉石、石榴石和磁铁矿等单矿物，纯度达99%以上。在25℃条件下使方解石与磷酸反应释放CO2，用我国的国家一级碳酸盐碳、氧同位素参考物质GBW 04416和GBW 04417作为工作标准。方解石等样品的δ18OV-SMOW值直接从CO2测得。对于氢同位素分析，首先将水从流体包裹体中释放出，然后在400℃条件下使水与锌反应产生氢气，再用液氮冷冻后，收集到有活性炭的样品瓶中进行测试。石榴石、透辉石和磁铁矿氧同位素采用分析方法为BrF5法，质谱计型号为：MAT 251EM，采用国际标准：SMOW，分析精度为±2‰。

碳氢氧同位素测试结果见表2。早期蚀变阶段夕卡岩矿物中石榴石和透辉石的δ13CV-PDB值为-2～-11.2‰，平均-6.3‰；δDV-SMOW为-80～-109‰，平均为-98.3‰；δ18OV-SMOW值为5.3～8.5‰，平均为6.2‰；1件符山石样品的δ18OV-SMOW值为7.2‰。利用同位素分馏公式δ18OH2O=δ18O石榴石+1.22-3.34×106T-2（Bottinga Y等，1975），计算石榴石的δ18OH2O值，利用同位素分馏公式δ18OH2O=δ18O透辉石+3.31-3.34×106T-2（Bottinga et al，1973）计算透辉石的δ18OH2O值。

磁铁矿的δ13CV -PDB值为-5.6～-24.9‰，平均-13.6‰；δDV-SMOW为-79～-156‰，平均为-110.5‰；δ18OV-SMOW值为3.7～5.1‰，平均为4.5‰。利用同位素分馏公式δ18OH2O=δ18O磁铁矿+2.89-2.78×106T-2（O’Neil etal，1969），计算磁铁矿的δ18OH2O的值，结果见表1。

1件方解石样品18OV-SMOW值为5.5‰，4件方解石样品DV-SMOW为-70～-128‰，平均为-110‰，利用同位素分馏公式18OH2O=18O方解石+2.89-2.78×106T-2（O’Neil etal.1969），计算方解石的18OH2O的值。

3讨论与结论

许多学者对金刚石、金伯利岩、碳酸岩、大洋玄武岩等源于地慢的岩石矿物样品进行了研究，取得了关于地幔碳同位素的大体一致的结论：Defines（1992）获得金伯利岩中金刚石的13C的加权平均值为-7‰；碳酸岩的13C值平均为-5.4‰，标准偏差为±0.2‰；玄武岩中高温提取的CO2的13C值落在-4‰至-9‰之间（Deines，1992）。Boyd等（1992）研究了非洲南部、澳大利亚和北美等地的八而体金刚石，得出了组成外壳膜纤维状金刚石有高的13C值（-7.5‰～-4.1‰）的结论。Faure（1986）界定的地幔13CPDB值为-7‰。Jochen（1987）界定的地幔13C值为-5±2‰。总之，源于地幔深处的样品的13C值主要集中分布在5‰附近，变化于-2‰～10‰之间。研究区内石榴石、透辉石等矽卡岩矿物的13C值在-2～-11.2‰之间，磁铁矿的13C值为-5.6～-24.9‰，大体落于地幔碳范围之内，但与地幔碳峰值有一定偏离。

碳氧同位素图解被广泛地用于成矿物质来源的研究。本区铁矿床中矿物碳同位素变化范围较宽，投影点较为分散（图2），两个石榴石数据落入地幔区，一个落入原生碳酸岩的范围；两个透辉石数据分别落入原生碳酸盐岩区及其边界外侧；3个磁铁矿样品位于地幔区及碳酸盐岩区外侧，另有两件磁铁矿样品由于δ13C值过低落于下方图外，偏低的δ13C值可能是幔源岩浆混入部分熔融的地壳物质，即加入了含有地壳有机碳氧化所形成的CO2造成的（郑永飞等，2000）。总体反映了早期成矿流体与地幔或深部流体有相对更近的亲缘关系，而成矿期可能已开始有外来物质的加入。

研究区内石榴石、透辉石和符山石等矽卡岩矿物的δ18OV-SMOW值在5.3～8.5‰之间，磁铁矿的δ18OV-SMOW值为3.7～5.1‰，一件方解石样品的δ18OV-SMOW值为5.5‰。均落入碳酸岩δ18O值变化范围之内（4～27‰），反映了成矿物质的幔源性质。

Boettcher等（1980）测得地慢来源的金伯利岩及其捕虏体中的水的δD值为-58～-79‰，Ohmoto（1986）认为岩浆流体的氢同位素值在-40～-80‰之间。而本区早期蚀变阶段矽卡岩矿物中石榴石和透辉石的δDV-SMOW值为-80～-109‰，平均为-98.3‰；主成矿期磁铁矿的δDV-SMOW为-79～-156‰，平均为-110.5‰；后期方解石的δDV-SMOW值为-70～-128‰，平均为-110‰，较地幔来源氢同位素值普遍偏低，且不具有明显的演化规律。

根据矿物的δ18OV-SMOW值计算的早期蚀变阶段矽卡岩矿物的δ18O水值在0.84‰～8.62‰之间，主成矿期磁铁矿的δ18O水值为10.21‰～11.91‰，与Sheppard界定的岩浆水（5.5‰～9.5‰）有一定的偏离，一个方解石的δ18OH2O值为-7.2‰，将各类矿物氢氧同位素组成一并投入δ18OSMOW-δ18OH2O图解（图3）中，可以看到早期矽卡岩阶段和主成矿期个别样品落入建造水范围内，并靠近岩浆水，但大部分落在建造水之外，而成矿后期方解石样品则落在雨水线附近，表明大气水参与了成矿期后的蚀变作用。

从矿床的地质特征来看，形成石榴石、透辉石和磁铁矿的流体只能是岩浆水，造成这一现象的原因可能是早期的脱碳反应和氧化反应使矿物的δ18O值和流体的δD值偏低。

综合上述稳定同位素特征认为：邯郸-邢台地区矽卡岩铁矿床成矿流体主要来自岩浆热液，但成矿期及成矿后期可能混入了大气降水和海水。