水口山矿田铅锌矿床成岩成矿及动力学研究

左昌虎，屈金宝，李德鹏

(湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南衡阳 421513)

水口山矿田铅锌矿床成岩成矿及动力学研究

左昌虎，屈金宝，李德鹏

(湖南水口山有色金属集团有限公司，湖南衡阳 421513)

本文通过矿田内水口山花岗闪长岩和老盟山流纹英安岩成岩年代学和物质来源，水口山和康家湾铅锌矿矿床成矿物质来源，结合前人研究成果，以及与湘南典型铅锌矿床成岩成矿对比研究，探讨水口山矿田的成岩成矿动力学研究。

成岩成矿时代;物质来源;动力学背景;铅锌矿床

水口山作为一个有上百年开采历史的老矿田，地质调查工作始于1915年，先后有徐懋儒、邝荣先、王恒升、谢家荣、程裕淇、黄汲清等老一辈地学专家来此考察。迄今为止，人们对水口山矿田已开展了一系列成岩成矿研究工作，取得诸多研究成果。年代学研究表明:矿田内侵入岩同位素年龄为143～172 Ma［1-5］，火山岩为128～129 Ma［6-7］。成岩成矿物质来源研究:主要有受到了古老地壳物质的混染作用或前寒武纪岩石是熔融源区的重要组成［8］，康家湾矿区花岗质潜火山杂岩岩浆来源于壳幔混合源，铜铅锌多金属成矿与壳幔混熔型花岗闪长岩类有关［9］，康家湾矿区花岗质潜火山杂岩岩浆是热液矿床的成矿母岩和热源［10］，水口山岩体只有少量上地壳物质混合。成岩成矿动力学研究:构造环境有中晚侏罗纪地壳拉张-减薄构造环境，俯冲作用相关的岩浆弧挤压环境［11］;花岗岩分类:有 MC型［12］，镁质碱钙质过铝型花岗岩。近年来，虽然水口山铅锌矿床及康家湾铅锌矿在深边部找矿中取得了较大的进展，但整个水口山矿田周边区段找矿效果并不十分理想。因此，开展水口山矿田铅锌矿床成岩成矿及动力学研究具有十分重要的科学意义和现实意义，它将有助于水口山矿田及周边地区矿产勘查评价和寻找新的矿床，也将有助于丰富湘南地区乃至十-杭成矿带的成矿理论。

1 矿田地质背景

水口山矿田地质简图见图1。

研究区处于华夏板块北缘中段，十-杭带西北部，南岭花岗岩带北部，耒阳-临武南北向褶断带北端，湘南成矿带北端(见图1a)。水口山矿田是一座大型多金属矿田，以盛产Pb、Zn有色金属而驰名于世，伴生的Au、Ag贵金属也已达到大型矿床规模。此外，矿田内还分布有Cu、Mn金属，U放射性金属，以及煤等矿产资源，是湖南省乃至我国重要矿产基地，其中代表性矿床有水口山铅锌矿床、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。近年来，在水口山铅锌矿床中还发现有Cu、Fe、Mo等金属矿产资源。矿田内地层隶属于湘南地层系，主要出露有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系地层等(见图1b)，沉积总厚大于3000m［14］。晚三叠系以前地层为浅海相碳酸盐建造，夹含铁、煤滨海相砂、页岩建造;上三叠统至白垩系以陆源碎屑磨拉石建造为主。泥盆系锡矿山组(D3x):岩性为灰岩夹白云岩、石英岩，分布于矿田西南部和东南部。石炭系下统石磴子组(C1s):岩性主要为灰岩，分布于矿田东南部和西南部;石炭系中上统壶天群(C2+3ht):岩性主要为白云质灰岩，分布于矿田东南部和西南部;二叠系下统栖霞组(P1q):岩性主要为灰岩、含燧石灰岩，分布矿田中南部，与下覆地层整合接触或断层接触;二叠系下统当冲组灰岩(P1d):岩性主要为含锰硅质岩，分布于矿田西南部和东北部，与下覆地层整合接触或断层接触;二叠系上统斗岭组(P2dl):岩性主要为砂岩、粉砂岩、炭质页岩夹劣质煤，分布于矿田南部和北东部，与下覆地层整合接触或断层接触;二叠系上统长兴组(P2c):岩性主要为硅质岩、硅质粉砂岩，分布于矿田南部，与下覆地层整合接触;三叠系下统大冶组(T1d):岩性主要为泥灰岩、灰岩，分布于矿田南部，与下覆地层整合接触;侏罗系下统高家田组(J1g):岩性主要为砂岩、粉砂岩，分布于矿田东部，与下覆地层不整合接触;侏罗系中统(J2):岩性主要为含砾砂岩、粉砂岩、泥岩，分布于矿田东部至东北部，与下覆地层整合接触;白垩系下统东井组(K1d):岩性主要为红色砾岩、砂岩、粉砂岩，分布于矿田北部和东部，与下覆地层不整合接触。矿田内构造发育，褶皱构造主要为轴向呈近南北向展布规模大小不一的背斜和向斜;断裂构造主要为近南北向叠瓦式推覆断层，其次为北东向和北西向断层。岩浆岩出露有中酸性火成岩，岩性主要为花岗闪长岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩等。此外，矿田内还出露有潜火山杂岩，岩性主要为英安岩、安山质凝灰岩、火山熔岩、流纹岩、火山角砾岩等。

图1 水口山矿田地质简图［13］

2 成岩成矿时代

近年来水口山矿田内侵入岩和火山岩的锆石U-Pb定年工作取得了较大进展，本次运用LA-ICPMS锆石U-Pb定年法，分别获取水口山花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄为156.0±1.0 Ma、老盟山流纹英安岩锆石U-Pb年龄为156.7±1.6 Ma［17］，表明水口山矿田内侵入岩和火山岩主要形成于155～163 Ma之间，详见表1、图2。Huang等［18］运用 Re-Os同位素法获得水口山铅锌矿床辉钼矿的年龄为156 Ma，表明水口山矿田的铅锌矿床主要形成于晚侏罗世。上述研究成果印证了矿田内成岩与成矿年龄大致相近，都属于晚侏罗世产物。与湘南地区典型铅锌矿床成岩成矿年龄一致，也与周新民［19］、章荣清［20］对南岭地区(包括湘南地区)成岩和成矿年龄统计峰值一致(分别为155～160 Ma和150～160 Ma)，证明水口山矿田成岩成矿事件应属于南岭地区乃至华南地区大规模成矿作用的一部分［25］。

表1 湘南地区典型铅锌矿床成岩成矿年龄［21-24］

图2 南岭地区与典型矿床有关花岗岩成岩年龄(a)和相关矿床成矿年龄(b)频数直方图

3 成岩与成矿物质来源

水口山矿田内侵入岩和火山岩的Sr、Ba、Nb、Ta、Ti等元素呈负异常，以及Nb/Ta、Zr/Nb、Ba/Nd和Rb/Nd比值相似地壳岩石的比值［26］。水口山花岗闪长岩锆石原位 Hf初始比值 εHf(T)=-10.80～-8.71、峰值为-10.00～-8.00;Hf模式年龄TDM2=1.75～1.88 Ga、峰值为1.80～1.90 Ga;老盟山流纹英安岩锆石原位Hf同位素初始比值εHf(T)= -16.22～ -9.86、峰值为 -12.00～-10.00，Hf模式年龄TDM2=1.82～2.22 Ga、峰值为1.90～2.00 Ga;表明水口山花岗闪长岩和老盟山流纹英安岩主要来源于古元古界地壳，也与华南板块元古界变质沉积岩年龄一致(TDM=1.65-2.14Ga)。老盟山流纹英安岩(87Sr/86Sr)i=0.711648～0.711758，均值为0.711716;εNd(T)=-10.71～-10.28，均值为-10.52;Nd模式年龄TDM=1.73～1.86 Ga，均值为1.84 Ga［27］;表明老盟山流纹英安岩主要来源于古元古界地壳。老盟山流纹英安岩的全岩铅同位素组成206Pb/204Pb=18.427～18.573，均值为18.482;207Pb/204Pb=15.671～15.683，均值为15.677;208Pb/204Pb=38.762～38.964，均值为38.854，大致相近和较均一的及具放射性Pb同位素组成，同样表明水口山矿田内侵入岩和火山岩的源岩主要来自古元古界地壳，混染少量地幔物质。

康家湾铅锌矿床矿石的 δ34SVCDT值介于-2.71‰～0.7‰之间，均值为-1.02‰。水口山铅锌矿矿石δ34S值分布于-2.42‰～-0.23‰之间，均值为-1.10‰。康家湾铅锌矿床和水口山铅锌矿床矿石硫同位素组成接近零，与湘南地区宝山、铜山岭典型铅锌矿床矿石硫相近，(详见图3，除黄沙坪矿床外)，表明水口山矿田内铅锌矿床的矿石硫及湘南地区典型铅锌矿床的矿石硫主要来自岩浆。

图3 湘南地区典型铅锌矿床矿石δ34S图［28-31］

图4 湘南地区典型铅锌矿床207Pb/206Pb—206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb—206Pb/204Pb(b)图［32］

康家湾铅锌矿床矿石铅的206Pb/204Pb介于18.427～18.573之间，均值为18.479;207Pb/204Pb介于15.671～15.696之间，均值为15.684;208Pb/204Pb介于38.762～38.964之间，均值为38.811。水口山铅锌矿床矿石的206Pb/204Pb介于18.444～18.538之间，均值为18.150;207Pb/204Pb介于15.654～15.783之间，均值为15.726;208Pb/204Pb介于38.627～39.066之间，均值为38.872。康家湾铅锌矿床和水口山铅锌矿床矿石Pb同位素组成与矿田侵入岩、火山岩全岩Pb同位素组成大致相近。在图4a所示的207Pb/206Pb与206Pb/204Pb图上，所有的点全部投在上地壳演化线附近，靠近EMⅡ;在图4b所示的208Pb/204Pb与208Pb/204Pb图上，所有的点同样全部投在上地壳演化线附近，靠近EMⅡ;说明康家湾和水口山铅锌矿床的成矿物质与矿田侵入岩、火山岩的成岩成矿物质一样主要来自地壳，混入少量地幔物质。康家湾和水口山铅锌矿床矿石Pb同位素点，包括水口山矿田侵入岩和火山岩，也全部投在湘南地区典型铅锌矿床的矿石Pb同位素组成范围内，如图4所示，说明康家湾和水口山铅锌矿床成矿物质与湘南地区典型铅锌矿床具有相同的物质来源。

水口山矿田内的矿床一般都与岩浆岩直接有关，如水口山铅锌矿床与水口山花岗闪长岩有关，仙人岩金矿床与仙人岩花岗斑岩有关，龙王山金矿床与水口山花岗闪长岩有关;矿田内发育较为强烈的接触变质和热变质蚀变，如矽卡岩化、大理岩化、角岩化，以及大面积强硅化;矿体主要赋存于岩体和接触带中或附近，包括强硅化带。但是，康家湾铅锌矿区内却没有出露花岗岩，尽管老盟山流纹英安岩距矿床仅1 km左右，研究表明它与矿床并没有直接关系，这可能是与流纹英安岩浆侵入机制有关，由于流纹英安岩浆侵入地壳浅部快速结晶或直接喷出地表，导致岩浆没有足够时间与周边地层作用或其它地质因素而不成矿。然而，康家湾铅锌矿区深部和南部却见有矽卡岩化、角岩化，以及大面积强硅化［33］，这些特征都说明康家湾铅锌矿床的形成应该与岩浆作用有关。以上研究表明，矿田内铅锌矿床的形成与水口山矿田晚侏罗世岩浆作用有关。同时，与湘南地区典型铅锌矿床有关岩浆岩的成岩物质较为一致，成矿物质主要来自地壳。

图5 水口山矿田成岩成矿模式简图［34］

4 成岩成矿动力学背景

晚侏罗世(150～165 Ma)，俯冲的古太平洋板块后撤，使华南地区处于全面拉张-伸展地质构造背景下，引起地壳拉张-减薄，底侵的玄武岩浆使得下地壳物质发生部分熔融，形成的花岗岩浆沿深大断裂上侵或喷出地表，形成华南地区广泛分布的中生代花岗岩和或火山岩。水口山矿田的岩浆作用和成矿作用分别发生于155～163 Ma和152～156 Ma之间，恰好处于古太平洋俯冲-后撤时限内，表明水口山地区在晚侏罗世时，岩石圈地幔处于强烈的拉张-减薄构造环境(详见图5a)，引发了软流圈地幔上涌，底侵的玄武岩浆致使地壳物质部分熔融，形成的花岗岩浆沿深大断裂上侵或喷出地表，形成水口山矿田广泛分布的侵入岩和火山岩，详见图5b。

在岩浆结晶成岩晚阶段，富含Pb、Zn、Au、Ag、Cu等金属元素的成矿热液流体，在构造减压降温作用环境下，伴有大气降水的注入混合。随着构造作用的延续和大气降水量的增多，成矿流体的温度和压力持续降低，促使流体中的Pb、Zn、Au、Ag、Cu等成矿物质在适宜的构造部位富集沉淀成矿，形成了康家湾铅锌矿床和水口山铅锌矿(详见图5c)。这种演化成矿过程得到流体包裹体和含矿石英、浅色闪锌矿H、O同位素的印证，表明混合作用是康家湾铅锌矿床形成的主要机制。

5 结论

通过对水口山矿田铅锌矿床及周边岩浆岩的系统研究，取得了如下结论:

(1)水口山花岗闪长岩和老盟山流纹英安岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为156 Ma和157 Ma，与晚侏罗世古太平洋俯冲的板片后撤期相吻合。

(2)锆石原位Hf同位素和全岩Sr-Nd-Pb同位素研究，表明水口山花岗闪长岩和老盟山流纹英安岩的成岩物质主要来自古元古界地壳的部分熔融，混有少量的地幔物质。

(3)矿石硫同位素接近于零，表明矿石中的硫主要来自岩浆。矿石铅同位素组成表明矿石铅主要来自地壳，可能混有少量地幔物质。

(4)晚侏罗世，俯冲的古太平洋板块后撤，使得湘南地区岩石圈全面的拉张-减薄，导致地幔物质上涌，底侵的玄武岩浆引发了地壳物质部分熔融，形成的岩浆沿深大断裂上侵或喷出地表，形成水口山花岗闪长岩和老盟山流纹英安岩。岩浆期后的含Pb、Zn、Au、Ag、Cu的成矿流体在构造减压和大气降水混合作用下，使得流体中的成矿物质在适宜的构造部位富集沉淀成矿。

［1］喻亨祥，刘家远.水白山矿田花岗质潜火山杂岩的成因特征［J］.大地构造与成矿学，1997，21(1):32-40.

［2］王岳军，范蔚茗，郭峰等.湘东南中生代闪长质小岩体的锆石U-Pb法定年及成因指示［J］.中国科学(D辑)，2001，31 (9):745-751.

［3］马丽艳，路远发，梅玉萍等.湖南水口山矿区花岗闪长岩中的锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义［J］.岩石学报，2006，22(10):2475-2482.

［4］甄世民，祝新友，李永胜等.湖南仙人岩与金矿床有关的二长岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素及地质意义［J］.吉林大学学报(地球科学版)，2012，42(6):1740-1756.

［5］路睿，左昌虎，赵增霞等.水口山铅锌矿成因探讨［J］.南京大学学报(自然科学版)，2013，49(6):732-746.

［6］杨传益.康家湾铅锌矿床的发现及成因［J］.地质与勘探，2013，21(5):1-7.

［7］喻亨祥，刘家远.水口山矿田花岗质潜火山杂岩与多金属成矿［J］.地质找矿论丛，1997，12(4):35-44.

［8］王岳军，范蔚茗，郭峰等.湘东南中生代花岗闪长质小岩体的岩石地球化学特征［J］.岩石学报，2001，17(1):169-175.

［9］李荣清.湘南两类岩控矿床矿物学特征及矿床分带对比研究［J］.湖南地质，1992.11(4):305-310.

［10］蒋年生.湘南红土型金矿地质特征及控矿因素［J］.湖南地质，1999，18(2-3):79-83.

［11］李金冬，柏道远，伍光英等.湘南郴州地区骑田岭花岗岩锆石SHRIMP定年及其地质意义［J］.地质通报，2005，24(5):411-414.

［12］伍光英，侯增谦，肖庆辉等.马铁球湘南多金属矿集区燕山期成矿花岗岩的稀土地球化学特征和成岩成矿作用探讨［J］.中国地质，2008，5(3):410-420.

［13］左昌虎，缪柏虎，赵增霞等.湖南常宁康家湾铅锌矿床同位素地球化学研究［J］.矿物学报，2014，34(3):351-359.

［14］李能强，彭超.湖南水口山铅锌金银矿床［M］.北京:地震出版社，1996.

［15］路远发，马丽艳，屈文俊等.湖南宝山铜-钼多金属矿床成岩成矿的U-Pb和Re-Os同位素定年研究［J］.岩石学报，2006，22(10):2483-2492.

［16］袁顺达，张东亮，双燕等.湘南新田岭大型钨钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测年及其地质意义［J］.岩石学报，2012，28 (1):27-38.

［17］左昌虎，路睿，赵增霞等.湖南常宁水口山Pb-Zn矿区花岗闪长岩元素地球化学，LA-ICP-MS17锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征［J］.地质论评，2014，60(4):811-823.

［18］Huang J C，Peng J T，Yang J H，et al.Precise zircon U-Pb and molybdenite Re-Os dating of the Shuikoushan granodiorite-related Pb-Znmineralization，southern Hunan，South China.Ore Geology Reviews，2015，71:305-317.

［19］周新民.南岭地区晚中生代花岗岩成因与岩石圈动力学演化［M］.北京:科学出版社，2007.

［20］章荣清.湘南含钨花岗岩成因及成矿作用［D］.南京大学，博士学位论文，2014.

［21］谢银财.湘南宝山铅锌多金属矿区花岗闪长斑岩成因及成矿物质来源研究［D］.南京大学，硕士学位论文，2013.

［22］姚军明，华仁民，林锦富.湘东南黄沙坪花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及岩石地球化学特征［J］.岩石学报，2005，21(3):688-696.

［23］Jiang Y H，Jiang S Y，Dai B Z，et al.Middle to late Jurassic felsic and mafic magmatism in southern Hunan province，southeast China:Implications for a continental arc to rifting.Lithos，2009，107(3-4):185-204.

［24］Huang X D，Lu J J.Geological Characteristics and Re-Os Geochronology of Tongshanling Polymetallic Ore Field，South Hunan，China.Acta Geologica Sinica(English Edition)，2014，88(Supp2):1626-1629.

［25］毛景文，谢桂青，李晓峰等.华南地区中生代大规模成矿作用与岩石圈多阶段伸展［J］.地学前缘，2004，11(1):45-55.

［26］Gao S，Rudnick R，Yuan H L，et al.Recycling lower continental crust in the north China craton.Nature，2004，432:892-897.

［27］Zuo C H，Xu Z W，Lu X C，et al.Petrogenesis of the Late Jurassic Laomengshan rhyodacite Southeast China:constraints from zircon U-Pb dating，geochemistry and Sr-Nd-Pb-Hf isotopies.International Geology Review，2014，56:1964-1983.

［28］湖南省有色地质勘查局217队.湖南省常宁市水口山矿田康家湾铅锌金银矿区101-108线十一中段(-358 m标高)以下三期初步勘探地质报告书［C］.2003.

［29］姚军明，华仁民，林锦富.湘南宝山矿床REE、Pb-S同位素地球化学及黄铁矿Rb-Sr同位素定年［J］.地质学报，2006，80(7):1045-1053.

［30］祝新友，王京彬，王艳丽，程细音，傅其斌.湖南黄沙坪W-Mo-Bi-Pb-Zn多金属矿床硫铅同位素地球化学研究［J］.岩石学报，2012，28(2):3809-3822.

［31］陆建军.湖南郴州地区典型铅锌矿床年度工作报告［］.南京大学地球科学与工程学院，2014.

［32］金荣龙.湖南南部主要铅锌矿床硫铅同位素、矿物包裹体特点及在找矿评价中的应用［J］.地质与勘探，1986，22(12):29-35.

［33］湖南省有色地质勘查局217队.湖南省常宁市水口山康家湾铅锌金银矿接替资源勘查报告［C］.2011.

［34］Jiang Y H，Ling H F，Jiang S Y，et al.Petrogenesis of a late jurassic peraluminous volcanic complex and its high-Mg，potassic，quenched enclaves at Xiangshan，Southeast China.Journal of petrology，2005，46:1121-1154.

本田开发出商用镁电池 成本比锂电池低96%

本田汽车与一支研发团队携手合作，开发出世界上第一块可以实际应用的镁充电电池。新电池可能会成为颠覆性产品，安装新电池之后，智能手机及其它设备充电一次可以续航更长时间。对于设备制造商来说，镁的成本比锂低了96%，而今天的许多电池都是用锂制造的。

领导此次研发活动的是日本埼玉县工业技术中心(SaitamaIndustrial Technology Center，简称Saitec)，本田研发团队在和光市评估了电池的可行性。开发者预计镁电池最开始时会在智能手机、其它便携设备中商用。镁电池开发者希望能在2018年之前销售产品。

在过去几十年里，公司一直使用的是锂电池，现在科技公司碰到了困难，要在锂电池中存储更多的电能面临挑战。Saitec和本田团队可能已经找到了解决方法。他们证实镁原型电池在寿命、安全性上和锂电池不相上下，研究人员正在与多家电池制造商合作，寻找办法量产镁电池。有许多研究人员也在寻找办法将镁用在可充电电池中，但是他们都遇到了同样的困难，在充电放电、放电充电的过程中，镁的充电性能会快速退化。

为了解决这一问题，研究人员开发了一种新材料氧化钒，将它涂在正极，这样一来，离子在氧化钒和镁负极之间流动就会更容易一些。氧化钒可以增加镁的充电次数，防止衰退。为了提高安全性，研究人员添加了一种有机物质，它可以降低镁电池起火的风险。镁本身就是一种易燃的材料。

如果未来镁电池的抗热能力可以进一步增强，存储电量进一步增加，企业就可以将镁电池装进插电式混合动力汽车和电动汽车。

Study on the diagenetic and metallogenic dynamics of lead-zinc deposit in Shuikoushan ore field

ZUO Chang-hu，QU Jin-bao，LI De-peng

The paper explores the diagenetic and metallogenic dynamics of Shuikoushan ore field with reference to the predecessor's research，comparative study with diagensis and metallogensis of the typical lead-zinc deposit in the south Hunan province.The paper focuses on analyzing the diagenetic chronology and material origin of granodiorite of Shuikoushan and rhyodacite of Laomengshan，and the material origin of Shuikoushan and Kangjiawan lead-zinc depositmineralization.

diagenetic and metallogenic epoch;material origin;dynamic background;lead-zinc deposit

P612

B

1672-6103(2016)06-0006-07

左昌虎(1982—)，重庆武隆人，博士，工程师，从事矿床学及矿山管理。

2016-10-13