1.p點導聯等時線
p點導聯等時線有兩個特點:①等時線樣本包括兩種導聯:正常導聯和異常導聯。前者含放射性鉛最低,能給出合理的成礦年齡,是異常鉛等時線的起點;②異常鉛是在正常鉛中加入不同比例的放射性鉛而形成的,所以正常鉛的源巖就是異常鉛的鉛源。研究證明,許多塊狀硫化物礦床的異常鉛等時線屬於P點鉛型,下面舉例說明。
(1)日內瓦湖礦床:日內瓦湖礦床位於加拿大太古宙綠巖帶中。該礦床是壹個富含鉛鋅的VMS型礦床,後來經歷了強烈的變形變質作用,包括高度重結晶的塊狀硫化物礦石和富含硫化物的脈狀礦化。許多作者研究了礦床的鉛同位素(Cum-ming和Richards,1975;富蘭克林等人,1983;皮爾遜,1980;Stacey等人,1969;Stacey和Kramers,1975),並將其作為確定“模型增長曲線”的數據點之壹。如圖7-9所示,日內瓦湖沈積物的鉛同位素數據點形成壹個二次等時線,斜率m=0.328。從圖7-9可以看出,礦床中放射性鉛含量低的兩個樣品單獨形成壹組,平均模式年齡為2790 Ma (μ = 10.7)。這壹年齡值與Superior地區太古宙火山巖的成巖年齡2670~2750Ma基本壹致,也與Noranda和Mattagami地區VMS型礦床中方鉛礦的平均模式年齡2739Ma非常壹致(Franklin et al .,1983),但明顯大於異常鉛生長的模式年齡2366Ma。因此,可以認為日內瓦湖礦床中低放射性鉛含量的樣品具有單階段演化歷史,可以給出合理的成礦年齡。從圖7-9還可以看出,剩余的數據點是沿著二次等時線分布的,這些異常鉛的成分可能是放射性鉛加入普通鉛的結果。事實上,放射性鉛含量低、模型年齡為2790Ma鉛是這類普通鉛的代表,也是P型鉛。根據P點鉛的礦化年齡和異常鉛等時線的斜率,計算出異常鉛礦化發生在1850Ma。可以看出日內瓦湖礦床形成於2790Ma,然後在1850Ma,構造熱事件活化了寄主火山巖系中的Pb,導致了第二次成礦。
圖7-9加拿大日內瓦湖火山塊狀硫化物礦床和柯克蘭湖脈狀硫化物礦床中方鉛礦的鉛同位素組成(據Franklin等,1983)。
(2)柯克蘭湖地區的礦脈:柯克蘭湖位於加拿大安大略省。該區脈狀礦床產於不同成分的太古宙火山巖和沈積巖中。大多數礦脈富含方鉛礦和閃鋅礦,脈石礦物主要為應時和方解石。五個代表性礦床的鉛同位素數據點形成壹個二次等時線,斜率m = 0.340±0.062(圖7-9)。從圖7-9可以看出,黑色Tp礦床(H1點)的鉛同位素組成屬於太古代塊狀硫化物方鉛礦的鉛同位素組成區域,聖皮埃爾礦床(H2點)的鉛同位素組成位於該區域的上部附近。H1點和H2點的平均鉛模式年齡為2754Ma,與優勢區太古宙火山巖的成巖年齡基本壹致,但明顯大於異常鉛瞬時增長的模式年齡2049Ma。這表明這些脈體可能與太古宙火山巖(特別是黑色Tp礦床)為準同期,其鉛具有單階段演化歷史,與寄主火山巖同源。在某些礦脈中,可能只加入少量的放射性鉛(如聖皮埃爾礦床),它們的鉛同位素比值略有升高。本區其他三個礦床(圖7-9中的H3點、H7點和H8點)的鉛均為異常鉛,與H1點和H2 * * *點同構,形成異常鉛等時線。如前所述,這些異常鉛的成分可能是後期在H1和H2點普通鉛中加入放射性鉛的結果。顯然,H1和H2處的鉛具有P點鉛的特征。根據P點鉛的平均模式年齡和異常鉛等時線的斜率,計算出異常鉛礦的成礦年齡為2020Ma。總之,該礦床形成於2754Ma的準同生脈狀礦化和2020Ma的後生脈狀礦化,其成礦物質均來自容礦火山巖。
(3)Temagami礦道黃鐵礦:tema gami黃鐵礦礦床位於加拿大安大略省鈷-薩德伯裏地區。黃鐵礦以脈狀產於太古宙剪切變形安山巖中。實驗過程中,用熱鹽酸浸出部分黃鐵礦樣品,然後測定浸出液和殘渣的鉛同位素(Franklin et al .,1983)。如圖7-10,14個數據點形成異常導聯等時線,斜率m = 0.293±0.043。這條異常鉛線由三部分組成:未浸出的黃鐵礦、浸出液和殘渣。在異常鉛線上,淋溶相的鉛同位素組成以放射性鉛最為豐富,它們單獨形成壹組,模式年齡為1670 Ma (μ = 9.31)。相反,殘余相含放射性鉛最低,它們也單獨形成壹個群,位於太古宙塊狀硫化物鉛分布區附近,其模式年齡為2707 Ma (μ = 9.31)。這壹年齡與優越區太古宙火山巖的成巖年齡和VMS型礦床的成礦年齡壹致,但明顯大於異常鉛瞬時增長模型年齡2229Ma。因此,該脈狀黃鐵礦可能與寄主火山巖為準同生,形成時獲得了成分非常均勻的微量鉛。這種鉛可能來自寄主安山巖,具有P點鉛的特征。根據P點鉛的模型年齡和異常鉛等時線的斜率,計算出放射性鉛再活化的時間為1650 Ma (μ = 9.24)。這個年齡和μ值與淋濾相的平均鉛模式年齡和μ值非常壹致,證明放射性鉛也來自寄主安山巖,異常鉛線是殘余相鉛和淋濾相鉛不同量混合形成的混合等時線。顯然,特瑪加米礦的黃鐵礦是含P點鉛的異常鉛混合等時線的典型例子。
圖Temagami礦區道路黃鐵礦浸出相、殘余相和未浸出樣品的鉛同位素組成(根據Franklin等人,1983)。
(4)Quemont和Horne-H礦床:Quemont和Horne-H礦床位於Rouyn-Norada地區。奎蒙特礦床有兩種礦化類型:黃鐵礦-閃鋅礦-磁黃鐵礦-黃銅礦透鏡體和方解石-白鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦脈。前者產於塊狀流紋巖下部的綠泥石流紋巖角礫巖中,後者為礦化後的脈狀礦化。Horne-H礦床是流紋巖角礫巖中的壹個大型塊狀磁黃鐵礦-黃鐵礦-黃銅礦礦體。有研究者認為這些礦床是諾蘭達地區火山塊狀硫化物礦床之壹,其初始沈積可能與其他硫化物礦床和寄主火山巖同時,約27100 Ma。鉛同位素研究表明,Quemont礦床放射性鉛含量最低的黃鐵礦和磁黃鐵礦殘留相的模式年齡分別為2637Ma和2643 Ma,Horne-H礦床方鉛礦的模式年齡為2711Ma,與寄主火山巖的成巖年齡基本壹致(Franklin,1983)。顯然,這組鉛屬於正常鉛,具有單階段演化歷史,可以給出合理的成礦年齡。如圖7-11所示,這兩個礦床中18硫化物和方鉛礦樣品的鉛同位素組成形成壹個二次等時線,斜率m=0.215。這是壹個由正常導聯和異常導聯組成的等時線。前者具有P點鉛的性質,表明成礦物質來自容礦巖石。後者是在P點鉛中加入不同量的放射性鉛形成的。P點鉛的礦化年齡為2710Ma,因此加放射性鉛的時間為600Ma。也就是說,早古生代熱事件影響了Quement-Horne礦床,活化了容礦巖石中的放射性鉛,形成脈狀礦化。
圖Quemont和Horne-H礦床中方鉛礦和其他硫化物的鉛同位素組成(根據Franklin等人,1983)。
類似上述情況在世界其他地方也可以看到,例如,在北歐的斯韋科卡累利阿成礦帶,許多礦床產於元古代火山沈積巖系中。拉普地區鐵鋅礦床中的鉛有兩種類型:正常鉛和異常鉛。正常鉛的比值分別為15.608 ~ 15.243,15.121 ~ 15.420。1993),與Svecokarelian早元古代VMS礦床的鉛同位素組成基本壹致(Richard等,1984;Johansson等人,1984),其鉛模式年齡為1860 ~ 1960ma,與芬諾斯坎地盾早元古代火山巖成巖年齡壹致(Lundqvist,1979;威赫德等人,1991)。在常規鉛同位素組成圖上,這兩類鉛的數據點形成斜率m=0.1255的等時線,瞬時生長模式年齡為1027Ma,明顯比正常鉛平均模式年齡年輕。這些數據表明,正常的鉛礦化是同生或準同生的,然後在這種正常鉛上加入放射性鉛,形成異常鉛。對於異常導聯等時線,正常導聯具有P點導聯的特征。P點鉛的模式年齡為1860Ma,利用異常鉛等時線斜率得到的異常鉛礦化年齡為343Ma。這個礦化年齡比假設該地區的礦化年齡為400Ma更準確(Romer,1993)。
從上述地質實例可以看出,這些礦床中的鉛有兩種類型:具有單階段演化史的正常鉛和具有兩階段演化史的異常鉛。前者雖位於異常鉛等時線上,但其放射性鉛含量最低,其模式年齡與容礦巖石成巖年齡相近。後者是在晚期地質事件中從火山巖系中活化出來的放射性鉛。這種鉛以不同的比例與普通鉛混合,形成各種鉛同位素組成不同的含鉛礦物。
2.非磷鉛等時線
這種等時線中的鉛都是異常鉛,至少有兩個階段的演化歷史,壹般不能給出合理的成礦年齡。如果等時線上樣品的形成年齡是已知的,就可以利用等時線的斜率計算出有關源區的鉛源年齡和μ值。如阿比提比帶蒂明斯地區坎科迪亞礦床鉛同位素等時線為非P點鉛型(圖7-12)。Kan Kotia礦床幾乎是由塊狀黃鐵礦組成的透鏡狀體,含有黃銅礦和閃鋅礦。有些礦化呈脈狀,是火山作用和原始礦石沈積後立即形成的。寄主巖石是陡峭的片狀酸性火山巖,含少量基性熔巖。安山巖脈穿過礦體。含石墨的泥質和鈣質凝灰質沈積物與礦床局部相鄰。黃鐵礦結核在礦體中很常見。5個研究樣品中,2個方鉛礦樣品采自受斷裂控制的礦脈(圖7-12中的J點和G點),3個方鉛礦樣品產自Kan Kotia塊狀礦體。如圖7-12所示,這五個采樣點形成壹個斜率m=0.48的等時線。等時線穿過太古代塊狀硫化物礦床聚集區,與基德克裏克礦床的鉛同位素組成非常接近。區域礦床的鉛同位素研究證明,m=0.48的二次等時線具有重要意義。這條線很可能是前火山巖中的鉛或火山巖中的鉛與晚期放射性鉛或正常鉛混合的結果。m=0.48等時線的瞬時模式年齡為2.8Ga,因此鉛的兩個組分中的壹個必須大於2.8Ga,另壹個必須小於2.8Ga。如果混合發生在奇諾拉構造運動中(不大於2.6Ga),那麽老的鉛來自不小於3.0Ga的前火山基底巖石,而年輕的放射性鉛來自寄主火山巖和新近侵入巖。可以推斷,前火山基底也應該是火山巖和近期侵入巖的源巖。
圖7-卡姆科迪亞礦床方鉛礦樣品的次級等時線(根據Franklin等人,1983)
又如新不倫瑞克巴瑟斯特地區塊狀硫化物礦床的鉛同位素數據點呈線性分布(Thorpe等,1981)。對比Doe和Zartman (1979)造山曲線,巴瑟斯特礦床中的鉛多為放射性鉛。根據礦床容礦巖石的古生物和放射性年齡資料,推斷成礦時代為早-中奧陶世。根據這壹年齡作為ts,鉛源年齡(tr)約為1300Ma。也就是說,礦床中的鉛或其他金屬來自前寒武紀的格林維爾基底。雖然無法確定這些成礦物質是直接來自格倫維爾基底,還是來自具有格倫維爾基底的奧陶紀沈積巖,還是來自格倫維爾基底部分重熔形成的火山巖,但鉛同位素資料確實證明成礦物質來自地殼而非地幔。
3.兩種來源的混合鉛
Fehn等人(1983)對日本北陸地區礦床的鉛同位素組成進行了研究,結果表明該地區礦床的鉛同位素組成具有以下特點:①每個礦床都有自己的特征鉛同位素組成。在某礦床中,黑色礦石比黃色礦石富含放射性鉛,黃色礦石的鉛同位素組成與火山巖基本相同。黑色礦石的鉛同位素組成壹般與古生代基底和Sasahata組有關(圖7-13和7-14)。②火山巖的蝕變程度與鉛同位素組成相關。蝕變火山巖含放射性鉛較多,而未蝕變(或輕度蝕變)火山巖含放射性鉛最少(圖7-13)。因此,隨著距礦體距離的增加,樣品中的放射性鉛含量降低。在圖7-13上,蝕變火山巖樣品位於混合線之間,壹端是礦石樣品,另壹端是未蝕變樣品。火山巖中鉛同位素的這些特征反映了這些巖石與礦石的時空關系。根據相關研究資料,費恩等人認為,北陸庫地區黑色礦床的鉛有兩個來源:寄主火山巖、下伏Sasahata組和古生代基底。每個礦床都是由局部熱液系統形成的。黑礦和黃礦鉛同位素組成的差異是由兩個源區成礦物質比例不同造成的。黑色礦石中來自基底的鉛比黃色礦石中的多。造成這種差異的原因是熱液系統的溫度演化。黑色礦床的形成壹般可分為三個成礦階段。起初(礦化階段1,黑礦沈積),熱液系統溫度相對較低。然後(第二礦化階段,黃礦形成),系統加熱;最後(第三礦化階段,黑色礦石再次沈積),系統再次緩慢冷卻。在1階段,地熱等溫線的位置肯定比第二階段低,所以從更深的地層,即前西黑澤組,活化了相對大量的鉛。由於等溫線向上遷移,在形成第二期礦化的地方,火山巖中的鉛含量顯著增加。第三成礦階段,地溫等溫線再次下降,導致深源鉛同位素組成再次增加。總之,鉛同位素分布有力地證明了成礦流體滲入的深度超過了火山巖,至少達到了Sasahata組,很可能進入了古生代基底。
圖7-13深澤地區礦石和巖石的鉛同位素組成黃色礦石和黑色礦石的分布區域分別用實線圈出,巖石的鉛為U和Th的原位放射性衰變的時間校正比值(數據引自Fehn等人,1983)。
圖7-14小阪地區巖石和礦石的鉛同位素組成:巖石鉛、礦石鉛和基巖中HCl可溶礦物中的鉛形成混合線,各種巖石的固體符號中的鉛是U和Th的原位放射性衰變的時間校正比(數據引自Fehn等人,1983)。
從圖7-14可以看出,火山巖和基底巖石的鉛形成混合線,礦石的鉛位於中間。但由於兩個源區鉛的初始值不同,這條混合線不符合二次等時線方程的要求,因此沒有年齡意義。