闽中梅仙丁家山铅锌矿床硫化物微量元素地球化学特征及其成矿意义*

石得凤，陈冬生，朱 云，李桂贤，张德贤，刘 洋 ，杨 仙 ，鲁玉龙

（1 湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南湘潭 411201；2 江西省煤田地质局二二三地质队，江西鹰潭 335000；3 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南长沙 410083）

武夷山成矿带是中国华东地区三大重要成矿区带之一，呈NNE 向横跨福建、江西两省，分为武夷山隆起带（地块）和永梅坳陷带（闽西南-粤东北坳陷带）2 个三级构造单元（王辉等，2015；毛建仁等，2010）(图1a)，武夷山隆起带又可进一步分为若干隆起和坳陷，各块体在地层组合、构造形态、岩浆建造、物化异常和矿产特征各方面拥有不同特点。毛建仁等(2010)以武夷山成矿带构造演化和岩浆活动为主要依据，将其划分为7 个成矿系列。因其独特的区域成矿地质背景和复杂多样的有利成矿条件，武夷山成矿带受到了国内外地学界及矿业界的广泛关注（陈国栋，2006；毛建仁等，2010；丁建华等，2016）。闽中地区是武夷山成矿带中重要的铜铅锌成矿远景区，其主体位于政和—大埔断裂带以西的前寒武纪变质基底内（图1b）。目前，已在该区内发现80 多处铅锌矿床及矿点，其中有近1/3赋存于新元古代马面山群变质基底内，如尤溪梅仙、政和夏山、顺昌山后等大中型铅锌多金属矿田及矿床。这些矿床在产出层位、构造形迹、岩浆活动、围岩蚀变等方面的特征均非常相似，并以尤溪梅仙矿田为典型代表，从而被统称为梅仙式矿床（叶水泉等，1999；丰成友等，2007）。

梅仙矿田内发育有丁家山、经通大队、关兜、岩兜、谢坑等多个大中型铅锌矿床（图2），其中丁家山大型铅锌矿床是梅仙矿田最有代表性的铅锌多金属矿床之一，研究程度也最深。矿物学及岩石学研究表明，该矿床赋矿变质岩内具有矽卡岩所特有的辉石、钙铁榴石和钙铝榴石（狄永军等，2006；石得凤等，2015），赋矿变质岩的原岩为副变质岩类（张术根等，2012；李秋金等，2016），硫化物硫、铅同位素研究指示具有多种成矿物质来源（丰成友等，2007；张达等，2009；石得凤，2012）。年代学研究显示，丁家山矿区花岗岩侵入时间为（148.9±1Ma）（孙洪涛等，2014），铅锌矿床同成矿期的石英结晶年龄为（146.2±4Ma）（石得凤，2012），二者在误差范围内一致，指示了二者之间密切的成因联系。虽然前期工作取得了重要成果，但是由于成矿作用过程的复杂性和多阶段地质事件的改造，使该矿床的成因类型尚未明确，目前主要有海底喷流沉积-热液叠加改造型(叶水泉等，1999；吴淦国等，2004；丰成友等，2007)、接触交代型(狄永军等，2006；张术根等，2012；虞建平等，2013)2 种观点。矿床成因类型的不确定性严重影响了丁家山大型铅锌矿床乃至整个梅仙式矿床的进一步理论研究，也制约了闽中地区同类矿床的勘查找矿工作。因此，明确矿床成因类型是目前梅仙式矿床研究的关键问题。

闪锌矿和黄铁矿是多金属硫化物矿床中的常见矿物，二者的微量元素特征及相关比值可以提供成矿物理化学条件及矿床成因类型等方面的重要信息（严育通等，2012；Chen et al.，2018；Li et al.，2018;傅晓明等，2018；范宏瑞等，2018），因而被广泛应用于多金属硫化物矿床成矿过程的研究。激光剥蚀电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）分析技术凭借其抗干扰能力强、灵敏度高、检出限低等优势，能够准确分析硫化物中的微量元素组成，使闪锌矿、黄铁矿等矿物的微量元素地球化学特征在矿床学研究中的重要价值得到了充分发挥（Cook et al.，2009；Ye et al.，2011；叶霖等，2016；冷成彪等，2017；张辉善等，2018）。

图1 闽中地区位置图（a）和地质构造略图（b）（据张达等，2005；陶建华等，2006；高延光，2007）1—武夷山隆起带；2—永梅坳陷带；3—闽东火山断陷带；4—闽中地区；5—梅仙矿田；6—马面山群；7—断层；8—大型-大中型铅锌矿床Fig.1 Location map(a)and structural sketch map of(b)central Fujian Province（modified after Zhang et al.,2005;Tao et al.,2006;Gao,2007）1—Wuyi Mountain uplift zone;2—Yongmei depression zone;3—Volcanic fault depression zone in eastern Fujian;4—Central Fujian Province;5—Meixian orefield;6—Mamianshan Group;7—Fault;8—Large-medium-sized Pb-Zn deposit

图2 梅仙矿田地质矿产略图（a）和丁家山矿区地质图（b）(据石得凤，2012修改）1—第四系；2—侏罗系长林组（J3c）；3—大岭组（Pt3d）；4—龙北溪组上段（Pt3l3）；5—龙北溪组中段（Pt3l2）；6—花岗岩；7—石英斑岩；8—角度不整合界线；9—背斜；10—向斜；11—断层；12—铅锌矿床；13—丁家山铅锌矿区；14—矿体及编号；15—勘探线及其编号Fig.2 Sketch map of geology and mineral resources of the Meixian orefield(a)and geological map of the Dingjiashan Pb-Zn deposit(b)（modified after Shi et al.,2012）1—Quaternary;2—Jurassic Changlin Formation(J3c);3—Daling Formation(Pt3d);4—Upper Longbeixi Formation(Pt3l3);5—Middle Longbeixi For‐mation(Pt3l2);6—Granite;7—Quartz porphyry;8—Unconformity;9—Anticline;10—Syncline;11—Fault;12—Pb-Zn deposit;13—Dingjiashan Pb-Zn ore field;14—Orebody and its serial number;15—Exploration line and its serial number

本文在前人研究的基础上，详细描述了梅仙矿田丁家山铅锌多金属矿区的矿床地质、矿石类型和组构特征，在详实的矿物学和矿相学研究基础上，借助LA-ICP-MS 分析技术，以闪锌矿和黄铁矿微区微量元素特征为切入点，查明闪锌矿和黄铁矿的微量元素组成特征及赋存状态，挖掘成矿条件信息，讨论成矿过程和矿床成因类型，以期为丁家山大型铅锌矿床乃至整个闽中地区梅仙式铅锌矿床理论研究及深边部找矿工作提供重要的理论依据。

1 地质背景

梅仙矿田位于政和—大浦断裂南端（图1b），区内出露地层包括新元古代马面山群龙北溪组（Pt3l）及大岭组（Pt3d）变质岩系、侏罗系梨山组（J1l）及长林组（J3c）碎屑岩和火山岩，其中新元古代地层呈天窗形式出露，被侏罗系包围(图2a)。矿田基本构造为一复背斜，轴向65°，两端倾伏。背斜核部由龙北溪组构成，两翼由大岭组构成，复背斜内包括岩兜-丁家山、下湖-三港头-根竹园2 个次级背斜。矿田内有北东向和北西向2 组控岩控矿断裂，多属压扭性断裂，多期次活动特征明显。矿田内侵入岩主要为花岗斑岩和石英斑岩，属燕山期岩浆活动的产物（石得凤，2012；孙洪涛等，2015）。侵入岩主要沿北东方向和北西方向分布，与区内主要构造的走向一致。矿田内有岩兜、丁家山、经通大队、通坑、关兜等铅锌矿床，自北东向南西方向分布在梅仙复背斜次级背斜核部位置。

2 矿床地质特征

丁家山铅锌矿床位于梅仙矿田南东部，出露地层主要为新元古代马面山群龙北溪组（Pt3l）、大岭组（Pt3d）和上侏罗统长林组（J3c），二者呈断层或角度不整合接触（图2a、b）。其中马面山群龙北溪组位于矿区南东方向，岩性包括龙北溪组中段（Pt3l2）的云母石英片岩夹薄层大理岩，上段（Pt3l3）石榴子石-透辉石-绿帘石系列变质岩夹大理岩团块，大岭组下段（Pt3d1）长石云母石英片岩、绢云母片岩，大岭组上段（Pt3d2）变质石英砂岩、石英岩、千枚状粉砂岩和千枚岩。上侏罗统长林组（J3c）岩性包括石英砂岩、泥质粉砂岩、砂砾岩、凝灰质细砂岩、角闪安山岩、安山玄武岩等，底部有一层角砾岩。矿区内断裂构造发育，断裂走向以北东-北北西向为主，多期次活动特征明显。矿区北西方向及南东方向分别有燕山期花岗岩和石英斑岩侵入，矿区内钻孔深部可见花岗斑岩，并有W、Mo 矿化，矿区铅锌硫化物矿化主要限制在燕山期酸性侵入岩带夹持地段。

丁家山矿区铅锌矿体主要产出在马面山群龙北溪组上段石榴子石-透辉石-绿帘石系列变质岩内，侏罗系长林组及其与马面山群之间的角度不整合面上也有少量矿体分布（图2b、图3）。马面山群赋矿围岩内的蚀变包括硅化、绿帘石化、阳起石、绿泥石化、蛇纹石化、碳酸盐化、铅锌矿化和黄铁矿化等；侏罗系长林组内的围岩蚀变则很不均匀，其中在角度不整合界面、断裂破碎带或花岗岩接触带的部位，其蚀变类型、矿物组合与马面山群龙北溪组几乎完全一致。铅锌矿体主要呈层状、似层状、透镜状及脉状产出（图3），矿体延伸长度75~400 m，宽度50~430 m，矿体厚度2.6~22 m。矿石整体具有Zn 高Pb 低的特征，Zn 平均品位5.70%，最高品位达21.39%；Pb 平均品位2.04%，最高品位达12.81%，含少量Cu、Ag。矿体走向以北东向-北北西向为主，与区域构造线方向、矿区断裂走向及侵入岩展布方向一致，反映了构造-岩浆侵入-成矿之间的密切联系。

矿石内金属矿物主要有闪锌矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铁矿、方铅矿、黄铜矿等，钻孔岩芯显示在接近花岗岩体的位置，存在辉钼矿和白钨矿。根据金属矿物组合可将矿石主要分为两类，第一类矿石以磁黄铁矿和闪锌矿为主要矿物，另含部分黄铁矿、黄铜矿和少量磁铁矿，几乎不见方铅矿，下文中统称为含磁黄铁矿矿石；此类矿石多呈条带状和块状（图4a），闪锌矿富含沿解理及粒间线状分布的磁黄铁矿包体和黄铜矿客晶（图4b、c）。第二类矿石以磁铁矿和闪锌矿为主要矿物，另含部分黄铁矿和方铅矿，可见少量磁黄铁矿和黄铜矿，下文中统称为含磁铁矿矿石；此类矿石多呈块状、脉状和网脉状构造（图4d），闪锌矿中只有黄铜矿客晶，含量有多有少（图4e、f），但完全没有磁黄铁矿包体。两类矿石内均可见半自形-他形粒状结构、包含结构、充填结构、交代结构、固溶体分离结构等；两类矿石内均含有黄铁矿，多呈自形-半自形独立晶体存在（图4g、h）。矿区围岩蚀变有绿帘石化、硅化、阳起石化、绿泥石化、蛇纹石化、碳酸盐化等。新元古代马面山群龙北溪组作为主要赋矿地层，局部可见明显的揉皱（图4i）。

笔者曾通过系统的网格状采样和机械台上矿物体积分数测定，对磁铁矿、磁黄铁矿等典型矿物进行富集型异常填图。在进行研究的116 件矿石样品中，含磁铁矿矿石为63 件，约占矿石总量的54%，磁铁矿在此类矿石内的平均含量约为31%；含磁黄铁矿矿石为30 件，约占矿石总量的26%，磁黄铁矿在此类矿石内的平均含量约为39%。虽然两类矿石矿物组成具有显著差异，但是空间分布上并没有明显界线，围岩类型也没有明显差异，均为龙北溪组上段地层内的石榴子石-透辉石-绿帘石系列变质岩。

图3 丁家山铅锌矿区21号勘探线剖面图（据华东有色地勘局，2007）1—第四系；2—侏罗系长林组；3—新元古代马面山群龙北溪组上段；4—新元古代马面山群龙北溪组中段；5—矿体及编号；6—角度不整合界线；7—钻孔及编号Fig.3 Geological section along No.21 exploration line of the Dingjiashan Pb-Zn deposit(modified after East China Geological Ex‐ploration Bureau,2007)1—Quaternary;2—Jurassic Changlin Formation;3—Upper Longbeixi Formation of Neoproterozoic Mamianshan Group;4—Middle Longbeixi Formation of Neoproterozoic Mamianshan Group;5—Orebody and its number;6—Unconformity;7—Drill hole and its serial number

3 样品采集及分析测试方法

样品采自丁家山矿区不同中段的采场和坑道内（表1），将矿石样品制作成光片后，在光学显微镜下进行详实的矿相学观察，然后对闪锌矿和黄铁矿进行电子探针成分分析和典型矿物颗粒线、面扫描；在此基础上，选取典型样品和典型矿物颗粒进行LA-ICP-MS 微量元素成分分析。电子探针及LA-ICP-MS 分析均在中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室分析测试中心进行，其中电子探针型号为EPMA-1720 型(日本岛津公司)，加速电压20 kV，电流15 nA，束斑直径为1 μm，仪器的检测限为0. 01%~0. 05% 。测试元素包括 S、Zn、Fe、Mn、Cd，校正方法采用 ZAF。LAICP-MS 激光剥蚀系统为Cetac Analyte HE，ICPMS 为 Analytik Jena PlasmaQuant MS Ellite。 激 光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP 之前通过一个T 型接头混合。每个测试点分析数据包括30 s 的空白信号、40 s 的样品信号及20 s 的吹扫信号。本次测试共完成7 件样品113 个测点分析，测试元素包括：Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Se、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Au、Pb、Tl、Bi。实验过程中激光的波长为193 nm，束斑直径为35 μm，激光脉冲频率为5 Hz，脉冲能量密度为2.5 J/m2。实验采用美国地质勘探局标准样品MASS1 和GSE-1G 为外标来进行校正，闪锌矿和黄铁矿分别采用Zn、Fe 含量（EPMA 测试数据）作为内标元素进行校正，数据处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量计算）采用Glit‐ter4.4.4 完成，硫化物微量元素测试精度优于10%，详细分析流程参见 Cook 等（2009）和 Danyu‐shevsky 等(2011)。

图4 丁家山铅锌矿床矿相图a.条带状含磁黄铁矿矿石；b.含磁黄铁矿矿石内的闪锌矿富含黄铜矿客晶；c.含磁黄铁矿矿石内富含黄铜矿客晶的闪锌矿；d.含磁铁矿矿石；e.含磁铁矿矿石内富含黄铜矿客晶的闪锌矿；f.含磁铁矿矿石内几乎不含任何客晶的闪锌矿；g.含磁黄铁矿矿石内的黄铁矿；h.含磁铁矿矿石内的黄铁矿；i.发生强烈变形的围岩Mt—磁铁矿；Gn—方铅矿；Sp—闪锌矿；Py—黄铁矿；Po—磁黄铁矿；Ccp—黄铜矿Fig.4 Microphotograph of ores from the Dingjiashan Pb-Zn deposita.Banded pyrrhotite-bearing ore;b.Sphalerite in pyrrhotite-bearing ore,rich in chalcopyrite chadacryst;c.Sphalerite rich in chalcopyrite chadacryst in pyrrhotite-bearing ore;d.Magnetite-containing ore;e.Sphalerite rich in chalcopyrite chadacryst in magnetite-bearing ore;f.Sphalerite containing almost no chadacryst in magnetite-containing ore;g.Pyrite in pyrrhotite-containing ore;h.Pyrite in magnetite-containing ore;i.Strongly deformed surrounding rockMt—Magnetite,Gn—Galena,Sp—Sphalerite,Py—Pyrite,Po—Pyrrhotite,Ccp—Chalcopyrite

4 分析结果

4.1 闪锌矿

闪锌矿共有7 件样品65 个测点的测试数据（表2），微量元素组成具有如下特征：

（1）同一样品内闪锌矿Fe、Co、Cu、In、Pb、Bi 及其他微量元素含量变化小；但是在不同矿石样品之间，部分元素含量有一定波动。

（2）闪锌矿内 Fe、Mn、Cd、Cu、In 元素相对较为富集，含磁黄铁矿和含磁铁矿矿石内的w(Fe)平均值分别为9.3%和1.7%，差距较大；w(Mn)平均值分别为3884×10-6和4457×10-6，w(Cd)元素平均含量分别为 5062×10-6和 4876×10-6，w(In)平均值分别为207×10-6和 301×10-6。两类闪锌矿内 Cu 元素含量平均值虽然差别不大，但相比而言，含磁黄铁矿矿

石闪锌矿内Cu 异常高值更多，这与矿相学观察中发现此类矿石内的闪锌矿中黄铜矿“病毒”更加发育相符合。

表1 样品编号、采样位置及矿石手标本特征Table 1 Sampling number,sampling location and characteristics of hand specimens

表2 丁家山铅锌矿区闪锌矿微量元素组成Table 2 Trace element composition of sphalerite from the Dingjiashan Pb-Zn deposit

（3）闪锌矿内Co、Ag、Pb、Bi 元素含量较低，除少数异常高值之外，上述元素在两类矿石内的含量并无明显差异，平均值均在n×10-6左右。另外，Pb元素和Bi 元素异常高值几乎全部同步出现，暗示二者之间的紧密联系。

（4）两类闪锌矿内 V、Cr、Ni、Ge、Mo、Sn、Sb、Te、Au等元素含量非常低，绝大多数均低于检测限，

4.2 黄铁矿

黄铁矿共有5 件样品48 个测点的测试数据（表3），微量元素组成具有如下特征：

（1）黄铁矿微量元素含量整体较低，在同一样品内，Co、Cu、Pb、Bi 元素出现多个异常高值，Mn、Ni元素含量波动范围均比较狭窄，数值较为稳定；但是在不同矿石之间，上述元素及其他微量元素含量有一定变化。

（2）黄铁矿内Co、Ni、Pb、Bi元素相对较为富集，含磁黄铁矿矿石和含磁铁矿矿石内黄铁矿中w(Co)平均值分别为1186×10-6和645×10-6；平均w(Ni)分别为 19×10-6和 63×10-6。两类黄铁矿 Co/Ni 值分别为92和12.7，含磁黄铁矿矿石明显高于含磁铁矿矿石；除个别异常高值之外，两类闪锌矿中的w(Pb)平均值分别为6.1×10-6和964×10-6，w(Bi)分别为4.1×10-6和117×10-6；Pb、Bi 在两类元素间显示显著的正相关关系。

（3）黄铁矿内Mn、Cu 元素含量相对较低，在多个测点中的含量低于检测限。其中，含磁黄铁矿矿石闪锌矿的w(Mn)在4.3×10-6~71×10-6之间，平均值为 33×10-6，w(Cu)除 1 个异常高值（544×10-6）之外，均在1.4×10-6~20×10-6之间，平均值为7.8×10-6。含磁铁矿矿石闪锌矿w(Mn)在5.6×10-6~ 5439×10-6之间变化，平均值为902×10-6，远高于含磁黄铁矿矿石内的黄铁矿；w(Cu)在8.0×10-6~1035×10-6之间波动，平均值为198×10-6。

（4）黄铁矿内Zn、Ge、Tl、Cd、As、Ag等元素的含量均非常低，绝大多数都低于检测限。

表3 丁家山铅锌矿区黄铁矿微量元素组成Table 3 Trace element composition of pyrite from the Dingjiashan Pb-Zn deposit

5 讨 论

5.1 微量元素的赋存形式

黄铁矿、闪锌矿等硫化物内的微量元素的含量及分布（尤其是以类质同象替换形式存在的微量元素）是重要的标型特征，能够反映成矿环境的物理化学条件，指示矿床成因类型（王仁奎，1989）。

5.1.1 闪锌矿

在两类矿石内闪锌矿的LA-ICP-MS 时间分辨率剖面图中，Mn、Fe、Cd、In 的信号曲线均整体平缓（图5a、b），表明这几类元素在两类矿石内的闪锌矿中具有相同的赋存形式，即主要以类质同象形式存在。在电子探针面扫描图像（图6a~d）中，Cd、Mn 元素分布均匀，而Fe 元素可见明显的小范围富集；在与之对应的线扫描图（图7a）中，Fe 元素有一个异常凸起，与面扫描图像中的Fe 富集区域几乎完全对应，矿相学观察证明其为磁黄铁矿。

两类闪锌矿内Cu 元素含量波动较大，异常高值可以达到背景值的几十倍，说明闪锌矿内有富铜矿物包体。以上情况与矿相学观察时在闪锌矿内发现大量黄铜矿“病毒”的事实相吻合，其中含磁黄铁矿矿石内的闪锌矿内黄铜矿“病毒”更为发育。此外，含磁黄铁矿矿石中的闪锌矿内Pb、Bi 元素含量不仅高于含磁铁矿矿石内的闪锌矿，而且在时间分辨率剖面图上，两类元素曲线波动很大（图5a），暗示Pb、Bi 可能主要以矿物包体（如方铅矿）的形式存在。

图5 丁家山铅锌矿区闪锌矿与黄铁矿LA-ICP-MS剥蚀曲线a.含磁黄铁矿矿石内的高Fe闪锌矿（70C4-14号样6号测试点）；b.含磁铁矿矿石内的低Fe闪锌矿（90CM3-1号样6号测试点）；c.含磁黄铁矿矿石内的黄铁矿（70C4-14号样9号测试点）；d.含磁铁矿矿石内的黄铁矿（70C4-1号样2号测试点）Fig.5 Time-resolved laser ablation depth-profiles of sphalerite and pyrite from the Dingjiashan Pb-Zn deposita.High Fe sphalerite in pyrrhotite-bearing ore(No.6 test point in 70C4-14);b.Low Fe sphalerite in magnetite-bearing ore(No.6 test point in 90CM3-1);c.Pyrite in pyrrhotite-bearing ore(No.9 test point in 70C4-14);d.Pyrite in magnetite-bearing ore(No.2 test point in 70C4-1)

图6 丁家山铅锌矿区闪锌矿与黄铁矿电子探针面扫描图a~d：含磁黄铁矿矿石内的高Fe闪锌矿（90PD15-8）；e~h：含磁铁矿矿石内的黄铁矿（30C1-11）Py—黄铁矿；Sp—闪锌矿Fig.6 EMPA elemental mapping of sphalerite and pyrite from the Dingjiashan Pb-Zn deposita~d.High Fe sphalerite in pyrrhotite-bearing ore(90PD15-8);e~h.Pyrite in magnetite-bearing ore(30C1-11)Py—Pyrite;Sp—Sphalerite

图7 丁家山铅锌矿区闪锌矿(a)与黄铁矿(b)电子探针线扫描图a.闪锌矿；b.黄铁矿；矿物颗粒及扫描方向见图6a、e背散射图像中红色箭头所示Fig.7 EMPA line scanning image of sphalerite(a)and pyrite(b)from the Dingjiashan Pb-Zn deposita.Sphalerite;b.Pyrite.The mineral particles and scanning direction are shown by the red arrows in the backscattered images in Fig.6 a and e

5.1.2 黄铁矿

丁家山矿区两类矿石内黄铁矿的Ni、Mn元素含量均比较稳定，在时间分辨率图上的分配形式也与Fe 元素保持一致（图5c、d），表明Ni、Mn 元素均以类质同象替换形式存在。Co、Cu 两类元素虽然在时间分辨率图、电子探针线扫描及面扫描图上分布比较均匀，但是在部分样品内出现了多个异常高值，说明二者具有类质同象和矿物包体两种存在形式。Pb、Bi元素在两类黄铁矿内均呈明显的大幅度同步波动趋势，说明除了以类质同象形式存在以外，还有部分Pb、Bi 元素以包体形式存在；Pb 元素含量明显高于Bi元素，说明包体矿物可能为方铅矿，在方铅矿包体内，Bi元素以类质同象形式替换部分Pb元素。

综上所述，丁家山矿区闪锌矿内相对较富集的Mn、Cd、In 等元素均以类质同象替换形式存在，而Fe、Cu、Pb、Bi 三类元素则有类质同象替换和微细粒矿物包体两类存在形式。黄铁矿内的Ni、Mn以类质同象替代形式存在，Cu、Co、Pb有类质同象替换和矿物包体两种存在形式。

5.2 成矿温度

黄铁矿的Co/Ni 值具有重要的成矿温度指示意义（盛继福等，1999），但丁家山矿区黄铁矿48 个测点中，13 个测点的Ni 元素含量低于检测限；而Co 元素又有多个异常高值，暗示部分Co 是以矿物包体形式存在的。基于上述原因，本文认为丁家山矿区黄铁矿Co/Ni值不宜作为成矿温度的判断依据。

对闪锌矿而言，高温条件有利于Fe2+、Mn2+、In3+等与Zn2+离子半径较接近的元素在闪锌矿内富集，而 Cd2+、Cu+、Ga3+、Ge4+等与 Zn2+离子半径相差较远的元素，则只能在温度降低、流体富含这些元素的情况下在闪锌矿内富集，并通过成对替代的方式进入闪锌矿，如 Cu++ In3+↔2Zn2+、2Cu++Ge4+↔3Zn2+等（Shannon，1976；韩照信，1994；周家喜等，2009；Fren‐zel.，2016），因此，Zn/Cd比值可以作为成矿温度的指标，其中 Zn/Cd 值＞500 指示高温，Zn/Cd 值在 250 左右指示中温，Zn/Cd 值＜100 指示低温（袁波等，2014）。丁家山矿区两类矿石内闪锌矿的Zn/Cd 值分别集中在120~150 之间和93~210 之间（石得凤，2019），这两个温度范围非常接近，几乎全部指示中温成矿条件。笔者在以往研究中，根据闪锌矿和方铅矿矿物对地质温度计计算出含磁铁矿型矿石成矿温度在236.2~460.8℃之间；通过六方磁黄铁矿成因矿物学特征研究得出含磁黄铁矿矿石结晶温度在322~304℃之间（石得凤，2012）。以上证据共同表明丁家山铅锌矿床形成于中温条件。

5.3 矿床成因指示

关于丁家山铅锌矿区的成因类型，一直存在较大争议。目前主要有接触交代型矿床（闽西地质队，1977；狄永军等，2006；张术根等，2011；2012）和块状硫化物矿床（徐克勤等，1996；吴凎国等，2004；张生辉等，2005；丰成友等，2007）两种观点。已有研究表明，块状硫化物矿床（包括VMS 型和SEDEX 型）内的闪锌矿贫Cd、Ge、Ga，富Fe、Sn、In和Ga，如广东大宝山（SEDEX 型）和云南澜沧老厂（VMS 型）；MVT型铅锌矿床内的闪锌矿富集 As、Tl、Cd 和 Ge 等元素，且变化范围较大（如贵州牛角塘、云南会泽铅锌矿床）；岩浆热液型矿床富集Fe、Co、Mn、In、Sn，贫Cd、Ga、Ge（如云南白牛厂铅锌银多金属矿床），远端矽卡岩型矿床则富集Fe、Mn 和Co，贫In 和 Sn（如云南核桃坪和芦子园铅锌矿床）（Ye et al.，2011）。

丁家山矿区含磁黄铁矿和含磁铁矿两类矿石内的闪锌矿相对富集 Fe、Mn、Cd、Cu、In，贫 Ge、As、Ag、Te、Tl等元素，这种富集特征明显不同于MVT型矿床。丁家山矿区两类矿石内的闪锌矿w(Mn)平均值为分别为3884×10-6和4457×10-6，与矽卡岩型矿床（如云南核桃坪铅锌矿w(Mn)介于601×10-6~5766×10-6之间）和块状硫化物矿床（SEDEX 型如白牛厂w(Mn)=2439×10-6~6537×10-6；VMS型如云南老厂w(Mn)=2626×10-6~4111×10-6）均比较接近；两类闪锌矿的w(Cd)平均值分别为5062×10-6和4876×10-6，与矽卡岩型矿床（如云南核桃坪w(Cd)=3991×10-6~6995×10-6）接近，而明显低于块状硫化物矿床（SEDEX 型如白牛厂w(Cd)5256×10-6~8564×10-6，VMS 型如云南老厂w(Cd)=8306×10-6~9600×10-6）（Ye et al.，2011）。此外，丁家山矿区两类矿石中闪锌矿的w(Fe)分别为1.7%和9.3%，明显低于块状硫化物矿床闪锌矿的w(Fe)值（SEDEX 型如白牛厂11.9%~17.1%；VMS 如老厂 12.2%~15.4%），而与典型矽卡岩矿床闪锌矿Fe 元素含量范围非常吻合（如核桃坪2.0%~11.5%之间）。

图8 闪锌矿Cd/Fe-Co、Fe/Mn-Cd/Fe成因图解（底图来自Ye et al.，2011）Fig.8 Sphalerite Cd/Fe-Co and Fe/Mn-Cd/Fe deposit genesis diagram(base map from Ye et al.，2011）

图9 丁家山等梅仙式矿床硫化物硫同位素组成（虚线以上底图据Hoefs，2002）Fig.9 Sulfur isotopic composition of sulfide from the Dingjiashan and other Meixian-type deposits(base map above the dotted line is from Hoefs,2002)

矿区内含磁黄铁矿矿石和含磁铁矿矿石除闪锌矿Fe 元素含量差距较大以外，空间分布并无明显界线，且围岩类型、其他微量元素特征及成矿温度无显著差别，在闪锌矿Cd/Fe-Co 和Fe/Mn-Cd/Fe 成因图解上未出现分区现象（图8a，b），以上证据说明两类矿石应该是在同一次成矿作用下形成的；造成两类矿石矿物组合及Fe 元素含量差异的原因，需要进一步深入研究。

闽中地区新元古代马面山群作为区内众多铅锌多金属矿床的赋矿地层，其内Pb、Zn、Cu、Ag 等元素丰度值普遍很高，即使丰度值稍低一些的大岭组内，也有铅锌矿点分布(高延光，2007）。其中丁家山矿区新元古代地层内的Pb 元素丰度分别为克拉克值和区域背景值的100倍和47倍（华东地质勘探局807队，1993）。由此可见，新元古代马面山群不仅仅是丁家山及整个梅仙式矿床的主要赋矿地层，还可能是铅锌的重要来源。丁家山铅锌矿床赋矿围岩为新元古代马面山群龙北溪组上段的石榴子石-绿帘石-透辉石系列变质岩，狄永军等（2006）证实这套岩石内的辉石具有远端矽卡岩辉石特征，张术根等（2012）通过系统的变质原岩恢复，查明这套变质岩的原岩为钙质泥岩、钙质泥质粉砂岩、钙质粉砂质泥岩、泥灰岩等富钙质岩类；孙洪涛等（2014）通过LAIPC-MS 锆石U-Pb 年代学研究得到丁家山矿区花岗斑岩侵入时间为（148.9±1.4）Ma，笔者通过石英流体包裹体Rb-Sr年代学研究，得到同成矿期石英结晶年龄为（146.15±3.95）Ma（石得凤，2012），二者在误差范围内一致，明确指示了燕山期中酸性侵入岩与铅锌矿体之间密切的成因联系。由此可以肯定丁家山马面山群龙北溪组内的石榴子石-绿帘石-透辉石系列变质岩是上述富钙质沉积岩类与燕山期中酸性侵入岩之间发生接触交代作用形成的矽卡岩（张术根等，2012）。

结合梅仙地区地质特征和矿化特征可以推测，闽中地区新元古代地层在加里东期因大规模区域变质作用引发剧烈褶皱变形，梅仙复背斜可能就形成于这次褶皱变形作用。印支末期，新元古代区域变质岩中的韧性剪切带叠加了浅层次的脆性变形，断层活动发育。燕山早中期，随着东南沿海大面积火山喷发，梅仙地区中酸性侵入岩广泛发育，在丁家山矿区东西两侧侵入形成花岗斑岩岩株及石英斑岩岩脉。中酸性侵入岩与龙北溪组上段富钙质变质岩发生接触交代变质作用，并萃取了地层中的部分成矿物质后形成矽卡岩型铅锌多金属矿床。

6 结 论

（1）丁家山矿区闪锌矿内Fe、Mn、Cd、Cu、In 元素相对较为富集，Co、Ag、Pb、Bi元素含量较低，其中Mn、Cd、In 等元素均以类质同象替换形式存在，而Fe、Cu、Pb、Bi 三类元素则有类质同象替换和矿物包体两种存在形式。黄铁矿微量元素含量整体较低，Co、Ni、Pb、Bi 元素相对较为富集，Ni、Mn 主要以类质同象替换形式存在，Cu、Co、Pb、Bi 有类质同象替换和矿物包体两种形式。

（2）丁家山铅锌矿床含磁黄铁矿矿石和含磁铁矿矿石内闪锌矿的Zn/Cd 值分别集中在120~150 之间和93~210 之间，2 个温度范围非常接近，均揭示中温成矿环境。

（3）闪锌矿微量元素组成和含量特征与典型矽卡岩型矿床相似，硫化物硫同位素组成揭示成矿物质内的硫来自于岩浆，各项证据均表明丁家山铅锌矿床属典型的矽卡岩型矿床。

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