内蒙古水口山铅锌矿床成因探讨

内蒙古水口山铅锌矿床成因探讨

水口山铅锌矿床是一座著名的国内外老矿区。它有着100多年的开采历史，以丰富的铅锌矿产源而闻名。许多地质研究机构和大学的专家和科学家曾到水口山矿区进行地质调查，并在地球化学、矿床地质特征、成矿年份和成矿背景等方面进行了许多研究工作（胡志坚等，2005；马立英等，2006；刘省三，2007；谭建祥等，2008）。然而，这些工作主要集中在矿浆岩的基础上。虽然进行了一些岩石和岩石遗传因素的研究，但由于花岗闪长岩的强烈侵蚀和区别，研究工作没有系统，因此很难探讨水口山铅锌矿的形成、结构作用和岩浆发育之间的关系。本文即以水口山铅锌矿为研究对象,在详细的野外地质工作基础上,运用岩石化学、流体包裹体、同位素地质学等方法,探讨水口山铅锌矿床的成因。1晚三叠纪—地质背景水口山矿田(图1)位于华夏板块西北缘中段,是一个大型多金属矿田。矿田内分布有水口山铅锌矿床、康家湾铅锌矿床、石坳岭铅锌矿床、龙王山金矿床和仙人岩金矿床等。矿田出露有古生界泥盆系到中生界白垩系地层,沉积总厚度大于3km。晚三叠系以前地层主要为浅海相碳酸盐建造,夹含铁、煤滨海相—砂、页岩建造。晚三叠系到白垩系以陆源碎屑磨拉石建造为主。矿田内断裂构造发育,主要呈近南北向展布,其次呈北东、北东—北北东向和东西向展布,控制了区内岩浆侵入活动。印支运动东西方向区域的应力挤压作用,使三叠系之前地层形成了一系列大小不一的近南北向的褶皱,燕山运动则使褶皱进一步倒转。水口山矿田岩浆活动强烈,岩性主要为花岗闪长岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩,其次为英安岩、流纹质英安岩、火山熔岩和火山角砾岩等,岩体主要呈岩株状,形成时代为燕山早期,与矿田内铅锌金等成矿密切相关的火成岩主要为花岗闪长岩—花岗闪长斑岩。2矿石物质组成水口山铅锌矿床位于水口山矿田中部,东部与康家湾铅锌矿床相邻,南部与龙王山金矿床相毗,下辖老鸦巢、中区和鸭公塘三个矿段。矿体主要分布于倒转背斜轴部花岗闪长岩岩体北缘,超覆于栖霞组灰岩的东西向褶皱破碎带中。矿体形态以透镜状、豆荚状为主,走向与岩体和围岩接触带的产状基本一致。矿石中主要金属矿物有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、自然金等,其次有少量磁黄铁矿、赤铁矿、毒砂、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、辉银矿、辉钼矿、自然银等。脉石矿物主要有方解石、石英、石榴子石、透辉石、硅灰石,绢云母、绿帘石、磷灰石、蒙脱石及少量长石、萤石、重晶石等。矿石结构主要有自形—半自形粒状结构、压碎结构、交代结构、交代残余结构及骸晶结构、乳浊结构等,矿石构造主要有块状构造、浸染状构造、角砾状构造、胶状构造、条带状构造、脉状网状构造、揉皱构造等。矿石类型主要有铅锌金黄铁矿-石英型、铅锌金黄铁矿-方解石型、铅锌金黄铁矿-白云石型和黄铁矿-石英、方解石型矿石。围岩蚀变发育,自岩体向外依次为钾长石化、绿泥石化、绢云母化、硅化、碳酸盐化→矽卡岩化、硅化、碳酸盐化→大理岩化、角岩化等。3稀土分馏特征与水口山铅锌矿床成矿有关的花岗闪长岩岩石化学分析显示,岩石富钾、富碱,属亚碱性钾玄质花岗闪长岩;轻稀土富集,重稀土亏损,轻重稀土分馏明显((La/Yb)N=9.98～11.26),Eu轻度亏损(δEu=0.77～0.83);富集大离子亲石元素(Rb、Th、U、La)和Pb等元素,亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti)和Ba、Sr等元素。锆石U-Pb同位素测试结果显示,206Pb/238U年龄加权平均值为153.0±0.9Ma(MSWD=0.69,N=19),表明形成时代为燕山早期。4水口山铅锌矿矿床成矿地质特征含矿方解石中流体包裹体主要为富液相两相水溶液包裹体,其次为少量富气相两相水溶液包裹体,未见含子晶三相水溶液包裹体。显微测温表明包裹体均一温度介于92～345℃之间,峰值为120～160℃和280～320℃;盐度介于0.35%～19.84%NaCleq.之间,峰值为9%～12%NaCleq和15%～18%NaCleq。流体密度约0.929g/cm3,估算流体成矿压力约18.3MPa,推测成矿深度约1.8km,表明水口山铅锌矿床形成于浅成低温环境。硫同位素测试结果显示,矿石δ34S介于﹣2.42‰～﹣0.23‰之间,反映水口山铅锌矿矿石硫的变化范围不大,说明硫主要来源于深源岩浆,并受到地壳物质混染。铅同位素分析结果显示,矿石206Pb/204Pb介于18.444～18.538之间,207Pb/204Pb介于15.654～15.783之间,208Pb/204Pb介于38.627～39.066之间,矿石铅比较均一,具有放射性铅的特征,表明矿石中的铅主要来源于地壳物质。地层中灰岩的δ13CVPDB介于-0.5‰～0.3‰之间,δ18OSMOW介于14.1‰～16.8‰之间;矿石中的方解石δ13CVPDB介于-1.8‰～-0.7‰之间,δ18OSMOW介于15.0‰～16.5‰之间。矿石碳、氧同位素与地层灰岩中碳、氧同位素值大致相近,表明矿石中碳主要来源于上古生代地层中的灰岩。5水口山花岗闪长岩的形成时代与水口山铅锌矿床成矿有关的花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为153Ma,同矿田内仙人岩花岗岩锆石U-Pb年龄接近(156Ma,甄世民等,2012),表明水口山花岗闪长岩与仙人岩花岗岩成岩年龄相近,形成于相同地质背景下,属于同一时代的产物。据甄世民等(2012)的研究,仙人岩花岗岩锆石原位Hf同位素初始比值εHf(t)=-15.55～7.87,二阶段模式年龄TDM2=1600～2188Ma,推测水口山花岗闪长岩物质来源也为中元古代地壳。燕山早期,由于古太平洋板块对欧亚大陆板块中国南部的消减,整个华南地区地壳整体处于伸展环境(莫霍面以下的深部受挤压),岩石圈处于全面的拉张—减薄期。消减板片逐渐发生脱水或熔融作用,使其上覆地幔楔的湿熔融,产生大量玄武岩浆,上涌底侵于下地壳底部。以它为热源,兼有断裂—减压熔融,在中—下地壳形成陆壳重熔型岩浆,沿着深大断裂上侵或喷溢至地表,形成水口山矿区花岗闪长岩(毛景文等,2000;华仁民等,2005;王岳军等,