湖南常寧水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖元素地球化學(xué)，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡和Hf同位素特征

左昌虎，路睿，趙增霞，徐兆文，陸建軍，王汝成，陳進(jìn)全

1) 內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京，210093； 2) 湖南水口山有色金屬集團(tuán)公司，湖南衡陽，421513

內(nèi)容提要: 在野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，本文通過顯微觀察、巖石化學(xué)、鋯石U-Pb定年、鋯石原位Hf同位素分析研究，深入探討水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)性質(zhì)、形成時(shí)代和物質(zhì)來源。研究表明：花崗閃長(zhǎng)巖以高鉀、富堿，富集輕稀土元素、大離子親石元素(Rb、Th、U、La)和Pb，虧損重稀土元素、高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti )和Ba、Sr等元素為特征。鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為156.0 ± 1.0Ma(MSWD = 0.33，2σ，N = 20)，屬于燕山早期產(chǎn)物。鋯石原位Hf同位素初始比值εHf(t)為-10.80～-8.71，平均-9.71；Hf同位素二階段模式年齡TCDM為1.75～1.88Ga，平均1.82Ga，指示花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿源區(qū)主要來自古元古界下地殼物質(zhì)。燕山早期湘南地區(qū)巖石圈處于全面的拉張—減薄期，導(dǎo)致地幔物質(zhì)上涌，巖漿底侵，引發(fā)大規(guī)模的地殼熔融，熔融形成的巖漿沿深大斷裂上侵，形成水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖。

水口山Pb—Zn礦床位于湖南省常寧市北約40 km松柏鎮(zhèn)水口山礦田內(nèi)，是我國(guó)重要的有色金屬和貴金屬生產(chǎn)基地之一，已有上百年的開采歷史(全鐵軍和曾維平，2006)，享有“世界鉛都”、“中國(guó)鉛鋅工業(yè)搖籃”之美譽(yù)，備受地質(zhì)學(xué)界關(guān)注，數(shù)十年前就有地質(zhì)學(xué)家對(duì)其地質(zhì)和礦床地質(zhì)進(jìn)行研究(劉國(guó)昌，1946；張有正，1957)。近30余年來，在礦床成因(楊傳益，1985；李仕能，1988；王卿鐸等，1992；畢華，1995；Zeng Nanshi et al.，2000；許德如等，2002；譚建湘和宛克勇，2008)、成礦規(guī)律(劉清雙，1996；張慶華，1999；胡志堅(jiān)和吳永芳，2005；劉省三，2007)、成礦物質(zhì)來源(湖南冶金地質(zhì)勘探局217隊(duì)?；申志軍和龔茂揚(yáng)，1992；吳永芳，1995)、與礦化有關(guān)花崗閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代(喻亨祥和劉家遠(yuǎn)，1997b；Wang Yuejun et al.，2002；馬麗艷等，2006)等方面都取得了很多研究成果。盡管前人已對(duì)水口山Pb—Zn礦床開展了大量的地質(zhì)研究工作，但是這些工作仍局限于礦床地質(zhì)基礎(chǔ)方面的研究，即便已開展了一些與鉛鋅礦化有關(guān)花崗閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)和巖石定年方面的研究工作，如喻亨祥和劉家遠(yuǎn)(1997b)運(yùn)用黑云母K-Ar法定年，獲得水口山礦田內(nèi)花崗質(zhì)巖體年齡為143～161Ma；Wang Yuejun 等(2002)運(yùn)用單顆粒鋯石U-Pb稀釋法，獲得水口山花崗閃長(zhǎng)巖年齡為173Ma；馬麗艷等(2006)運(yùn)用鋯石SHRIMP定年法，獲得水口山花崗閃長(zhǎng)巖年齡為163 Ma；顯然這些年齡范圍跨度較大，還不能代表水口山礦田花崗閃長(zhǎng)巖較為精確的成巖年齡。再說礦區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖蝕變和風(fēng)化強(qiáng)烈，使得研究工作難以開展，因此花崗閃長(zhǎng)巖的化學(xué)性質(zhì)和成巖物質(zhì)來源至今尚未獲得較為滿意的解釋，以致難以探討花崗閃長(zhǎng)巖的形成機(jī)制及與成礦關(guān)系。本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)工作和顯微觀察基礎(chǔ)上，運(yùn)用巖石化學(xué)和同位素地質(zhì)學(xué)等方法，通過花崗閃長(zhǎng)巖全巖元素地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和鋯石原位Hf同位素地球化學(xué)等綜合研究，參照前人的研究成果，探討水口山Pb-Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)性質(zhì)、形成時(shí)代、物質(zhì)來源，以及與Pb—Zn礦床的成礦關(guān)系。

圖1 華南板塊(a)、 水口山礦田 (b)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及水口山礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖體(c)地質(zhì)簡(jiǎn)圖 (據(jù)湖南有色地質(zhì)勘探局217地質(zhì)隊(duì)??修改)Fig. 1 Geological sketch map of the South China Plate(a), the Shuikoushan Orefield (b) and the granodiorite in the Shuikoushan deposit(after the 217 Team of Nonferrous Geological Survey, Hunan Province??) K1d—東井組；J1g—高家田組；T1d—大冶組；P3c—長(zhǎng)興組；P3dl—斗嶺組；P2d—當(dāng)沖組； P2q—棲霞組；P1ht—壺天組；C2s—石磴子組；C1m—孟公坳組；D3x—錫礦山組 K1d—Dongjing Formation; J1g—Gaojiatian Formation; T1d—Daye Formation; P3c—Changxing Formation; P3dl—Douling Formation; P2d—Dangchong Formation; P2q—Qixia Formation; P1ht—Hutian Formation; C2s—Shidengzi Formation; C1m—Menggong’ao Formation; D3x—Xikuangshan Formation;

1 地質(zhì)背景

1.1 水口山礦田地質(zhì)概況

水口山礦田位于華夏陸塊西北緣中段(圖 1a)，耒陽—臨武南北向褶斷帶北部，是一個(gè)大型多金屬礦田，分布有水口山Pb—Zn礦床、康家灣Pb—Zn礦床、石坳嶺Pb—Zn礦床、龍王山Au礦床和仙人巖Au礦床等。礦田內(nèi)地層隸屬于湘南地層系，主要出露有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系等(圖 1b)，沉積總厚度大于3000 m。晚三疊世以前地層為淺海相碳酸鹽建造，夾含鐵、煤濱海相砂、頁巖建造；上三疊統(tǒng)至白堊系以陸源碎屑磨拉石建造為主。礦田內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，褶皺構(gòu)造主要為軸向呈近南北向展布規(guī)模大小不一的背斜和向斜；斷裂構(gòu)造主要為近南北向疊瓦式推覆斷層，其次為北東向和北西向斷層。巖漿巖出露有中酸性火成巖，巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、花崗斑巖等，形成時(shí)代為燕山期(喻亨祥和劉家遠(yuǎn)，1997a，b；Wang Yuejun 等，2002; 馬麗艷等，2006；甄世民等，2012)。此外，礦田內(nèi)還出露有潛火山雜巖，巖性主要為安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安巖、流紋英安巖、流紋巖、火山熔巖、火山角礫巖等，形成時(shí)代為127～129Ma(喻亨祥和劉家遠(yuǎn)，1997b；湖南有色地質(zhì)勘探局217 隊(duì)?，2005)。

1.2 花崗閃長(zhǎng)巖地質(zhì)特征及巖相學(xué)特征

與水口山Pb—Zn礦床有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖位于礦區(qū)中部，分東西兩個(gè)部分(圖 1c)；東部巖體呈巖株?duì)钛佚埻跎健哮f巢倒轉(zhuǎn)背斜中段展布，北部侵入于二疊系棲霞組和當(dāng)沖組，南部侵入于二疊系當(dāng)沖組和斗嶺組，西部由白堊系東井組覆蓋；西部巖體呈巖株?duì)罘植加邙喒僚c中區(qū)礦段之間，北部侵入于二疊系棲霞組，南部侵入于二疊系棲霞組和斗嶺組，西北部由白堊系東井組覆蓋，出露面積約1.8 km2。巖體形態(tài)和產(chǎn)狀受背斜和斷裂控制，傾向南緩北陡，南部約為20°，北部約為70°。巖石地表風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化后呈白色，僅在少數(shù)鉆孔中可見較新鮮巖石。新鮮巖石的顏色為灰色、灰白色—淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。鏡下觀察，斑晶(60% ±)主要由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石和少量黑云母等礦物組成(圖 2)；斜長(zhǎng)石(45% ±)自形—半自形長(zhǎng)柱狀，雙晶發(fā)育，具有環(huán)帶構(gòu)造；鉀長(zhǎng)石(20% ±)它形—半自形粒狀，卡式雙晶發(fā)育；石英(20% ±)呈它形粒狀；普通角閃石(10% ±)自形長(zhǎng)柱狀，暗綠或暗褐色，具多色性，兩組解理清晰可辨，大多數(shù)已蝕變；黑云母(2% ±)呈褐色，片狀，多色性和吸收性明顯(圖 2)?；|(zhì)(40% ±)為顯晶質(zhì)，主要由長(zhǎng)石、石英和角閃石組成。副礦物主要有榍石、磷灰石、磁鐵礦和鋯石等。綜合手標(biāo)本和巖相學(xué)觀察，巖石定名為花崗閃長(zhǎng)斑巖。

1.3 蝕變花崗閃長(zhǎng)巖

與水口山Pb—Zn礦床有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖均已發(fā)生不同程度的蝕變，地表露頭多已風(fēng)化成白色粉末。蝕變巖的顏色呈灰白色、灰色—灰綠色(局部略呈肉紅色)，斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石和黑云母，以及少量黃鐵礦和黃銅礦等，局部還可見極少量的輝鉬礦和自然金。顯微觀察顯示巖石均遭受不同程度的熱液蝕變，蝕變類型主要有鉀長(zhǎng)石化、綠泥石化、硅化、碳酸鹽化、絹云母化、黃鐵礦化等(圖 2)，靠近接觸帶偶見弱的矽卡巖化。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

用于化學(xué)分析的樣品，弱蝕變巖石樣品采自礦區(qū)普查鉆孔的巖芯，強(qiáng)蝕變巖石樣品分別采自老鴉巢工區(qū)三中段、七中段、十二中段采場(chǎng)，中區(qū)工區(qū)八中段采場(chǎng)。在顯微鏡下觀察基礎(chǔ)上，挑選樣品分別磨碎至200目，待用于主量元素、微量元素、稀土元素分析。主量元素分析由南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心完成。微量元素、稀土元素測(cè)試由內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析采用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)試，由熔融法制得薄片，精度優(yōu)于0.5%；FeO含量采用濕化學(xué)方法分析，精度優(yōu)于0.5%。微量元素和稀土元素分析采用Finnigan Element Ⅱ型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測(cè)定，檢測(cè)限低于0.5×10-9，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。詳細(xì)測(cè)試流程見高劍峰等(2003)。用于鋯石U-Pb定年和鋯石原位Hf同位素研究的樣品，采自水口山Pb—Zn礦區(qū)老鴉巢工區(qū)七中段7014采場(chǎng)。樣品粉碎后，經(jīng)磁分選和重液分離出單顆粒鋯石，然后在雙目鏡下手工挑選出顆粒較大，晶形完好的鋯石制靶，拍攝反射光、透射光、陰極發(fā)光(CL)圖像之后，對(duì)選定的鋯石顆粒分別進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和鋯石原位Hf同位素分析。CL圖像拍攝由西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和鋯石原位Hf同位素分析在內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。CL圖像拍攝采用EOL-JXA-8100電子探針儀，工作狀態(tài)為加速電壓15 kV，束電流20 nA，束斑直徑1μm。鋯石LA-ICP-MS定年采用的儀器型號(hào)為Agilent 7500a，配備UP213型固體激光剝蝕系統(tǒng)，分析過程激光束斑直徑為32μm，頻率為5Hz，實(shí)驗(yàn)原理和詳細(xì)測(cè)試方法可參照J(rèn)ackson 等(2004)，數(shù)據(jù)處理使用GLITTER 4.0程序，計(jì)算獲得同位素比值、年齡和誤差，普通鉛校正采用Andersen(2002)的方法進(jìn)行，具體實(shí)驗(yàn)方法見Xu Xisheng 等(2009)。原位鋯石Hf同位素測(cè)試使用Neptune多接收等離子質(zhì)譜和Newwave UP213紫外激光剝蝕系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)完成。實(shí)驗(yàn)采用He作為剝蝕物質(zhì)載氣，根據(jù)鋯石粒徑大小，剝蝕直徑采用55μm或40μm，測(cè)定使用鋯石國(guó)際標(biāo)樣GJ1作為參考物質(zhì)，分析點(diǎn)與U-Pb定年分析點(diǎn)為同一位置，鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1的n(176Hf)/n(177Hf)測(cè)試加權(quán)平均值為0.282015 ± 8 (2σ,N= 10)，儀器運(yùn)行狀況及詳細(xì)分析流程見侯可軍等(2007)。

3 分析結(jié)果

3.1 巖石化學(xué)

表1 水口山Pb―Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖主量元素(%)和微量元素 (×10-6)表 Table 1 Major elements (%) and trace elements (×10-6) of the granodiorite in the Shuikoushan Pb—Zn deposit

續(xù)表 1

3.1.1主量元素

主量元素分析結(jié)果見表 1，其中SK-12、22、32號(hào)樣品為弱蝕變花崗閃長(zhǎng)巖，其余樣品為強(qiáng)蝕變花崗閃長(zhǎng)巖。從表中可見較弱蝕變花崗閃長(zhǎng)巖的SiO2為60.65%～60.99%，Al2O3為15.05%～15.67%，MgO為4.62%～6.59%。K2O+Na2O為6.81%～7.06%，平均6.95 %；K2O/Na2O為0.53～0.78，平均0.66；A/CNK值為1.13～1.34，平均1.25；A/NK值為2.19～2.22，平均2.21；SiO2與(Na2O+K2O)圖投影點(diǎn)主要落在閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖交界范圍內(nèi)(圖 3)，參照巖相學(xué)特征巖石定名花崗閃長(zhǎng)巖；SiO2與K2O圖投影點(diǎn)落在鉀玄巖系列范圍(圖 4)。強(qiáng)蝕變花崗閃長(zhǎng)巖的主量元素和各種計(jì)算參數(shù)變化范圍較大(表 1)。

圖3 水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖SiO2—(Na2O+K2O)圖(引自Wilson, 1989；堿性與亞堿性界線引自Irvine, 1971Fig. 3 SiO2 vs.(Na2O+K2O)diagram of the granodiorite in the Shuikoushan Pb—Zn deposit [after Wilson (1989) and Irvine (1971)]

圖4水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖主量元素 SiO2—K2O圖(據(jù)Middlemost, 1985)Fig. 4 SiO2 vs. K2O diagram of the granodiorite in the Shuikoushan Pb—Zn deposit (after Middlemost, 1985)

3.1.2稀土元素

稀土元素分析結(jié)果列于表 1，由表可見弱蝕變花崗閃長(zhǎng)巖的ΣREE為171.61×10-6～173.96×10-6，平均173.13×10-6；LREE/HREE為26.72～28.59，平均27.38；(La/Yb)N為9.98～11.26，平均10.67；δEu值為0.77～0.83，平均0.79，表明Eu呈弱的負(fù)異常。稀土配分趨勢(shì)呈右傾且傾斜趨勢(shì)逐漸減緩，表明輕稀土富集，重稀土虧損，輕、重稀土相比，輕稀土之間分餾明顯，重稀土之間分餾相對(duì)不明顯(圖 5a)。強(qiáng)、弱蝕變巖石的輕稀土元素分餾及富集程度大致相近，而弱蝕變巖石的重稀土元素略低于強(qiáng)蝕變巖含量(圖 5a)。

3.1.3微量元素

圖5 水口山Pb―Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b) [球粒隕石數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough(1989)，原始地幔數(shù)據(jù)引自McDonough and Sun(1995)]Fig. 5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and Mantle-normalized spidergrams (b) of the granodiorte in the Shuikoushan Pb—Zn deposit. The chondrite values are from Sun and McDonough (1989) and the primitive mantle values are from McDonough and Sun (1995)

圖6 水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石CL圖像Fig. 6 Cathodeluminscence images of zircons for the granodiorite from the Shuikoushan Pb—Zn deposit (circles showing the spots of determination; black bars showing the scale of 100 μm)

微量元素分析結(jié)果列于表 1。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖上，花崗閃長(zhǎng)巖全巖的大離子親石元素(Rb、Th、U、La)和Pb等相對(duì)富集；高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti、P、Ce)和Ba、Sr等元素相對(duì)虧損(圖 5b)。強(qiáng)、弱蝕變花崗閃長(zhǎng)巖對(duì)比顯示，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖型大致相似，但虧損程度略有所差別，說明蝕變對(duì)微量元素有所影響。Nb、Ta元素虧損，類似于島弧特征的鉀質(zhì)巖石，但有別于桂東南鉀玄質(zhì)巖石的無明顯Nb、Ta虧損特征(李獻(xiàn)華等，1999；王岳軍等，2001)；Ba、Sr元素虧損則可能與斜長(zhǎng)石分異結(jié)晶作用有關(guān)；而P、Ti元素虧損可能與磷灰石、鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用有關(guān)。

4 鋯石U-Pb定年和Hf同位素分析

4.1 鋯石U-Pb定年

鋯石呈無色至淺黃色，柱狀或長(zhǎng)柱狀錐形，晶體自形程度良好，長(zhǎng)軸為100～300μm，長(zhǎng)短軸之比為1∶1～3∶1(圖 6)，鋯石的陰極發(fā)光圖像顯示出較清晰的震蕩環(huán)帶，表明鋯石為巖漿鋯石；LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果列于表 2，由表可看出鋯石的Th/U值為0.50～1.03，與巖漿鋯石具高Th/U值的特征一致(Th/U>0.1，吳元保和鄭永飛，2004)，未發(fā)現(xiàn)繼承鋯石，也表明鋯石為巖漿鋯石(Crofu et al., 2003; 吳元保和鄭永飛，2004)。20 個(gè)分析點(diǎn)投影均位于U-Pb諧和線上，產(chǎn)生的諧和年齡介于153 ± 2～158 ± 2Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為156.0 ± 1.0Ma(MSWD = 0.33，2σ，N= 20)，說明年齡精確可靠(圖 7)，代表了巖漿的結(jié)晶年齡，屬于燕山早期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

圖7 水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡諧和圖 Fig. 7 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagram (a) and weighted average diagram (b) of the magmatic zircon grains from the Shuikoushan Pb—Zn deposit

圖8 水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖原位鋯石 εHf(t)與年齡(Ma)關(guān)系圖(湘南地區(qū)花崗巖資料引自周新民，2006)Fig. 8 Diagram of εHf(t)vs. age (Ma) for in situ zircon grains from the Shuikoushan Pb—Zn deposit(Datas of granite in Southern Huunan Province are from Zhou Xinming, 2006)

4.2 鋯石原位Hf同位素

鋯石極強(qiáng)的穩(wěn)定性使其Hf同位素組成比較穩(wěn)定，較少受到后期地質(zhì)事件的影響，不像鉛同位素易受到鉛丟失的影響，而極低的Lu含量有利于獲得鋯石形成時(shí)的準(zhǔn)確同位素組成，所以，目前鋯石Hf同位素示蹤已成為探討地殼演化和示蹤巖石源區(qū)的有效手段(Griffin et al., 2002; 吳福元等，2007；董春艷等，2009；王彥斌等，2010；劉亮等，2011；黃道袤等，2012；全鐵軍等，2012;梁清玲等，2013；盧仁等，2013；林彬等，2014; 李巖等，2014)。在鋯石U-Pb測(cè)年相同位置上，測(cè)定的原位Hf同位素結(jié)果列于表 3，176Lu的衰變常數(shù)采用1.865×10-11a-1公式計(jì)算(Scherer et al., 2001)。由表可見鋯石的n(176Yb)/n(177Hf)和n(176Lu)/n(177Hf)值分別為0.024749～0.049484和0.001007～0.001819(除19號(hào)樣品0.002140外)。鋯石的n(176Lu)/n(177Hf)值均小于0.002，表明鋯石形成后放射性成因Hf積累較少，可以很好地反映鋯石形成時(shí)巖漿的Hf同位素組成特征(吳福元等，2007; Zhu Dicheng 等，2009)。依據(jù)侵位年齡(t= 156 Ma)計(jì)算，獲得[n(176Hf)/n(177Hf)]i為0.282372～0.282428，Hf同位素初始比值εHf(t)為-10.80～-8.71，平均-9.71；采用平均地殼n(176Lu)/n(177Hf)值計(jì)算(Griffin et al., 2002)，獲得Hf同位素二階段模式年齡TCDM為1.75～1.88Ga，平均1.82 Ga。

5 討論

5.1 巖石成因

由表 1可見，與水口山Pb—Zn礦床有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖具有富鉀、富堿，富集輕稀土元素、大離子親石元素(Rb、Th、U、La)和Pb，虧損重稀土元素、高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti)和Ba、Sr元素等特征，屬于鉀玄質(zhì)亞堿性花崗閃長(zhǎng)巖。鋯石U-Pb年齡為156.0 ± 1.0Ma(MSWD = 0.33，2σ，N= 20)，屬于燕山早期產(chǎn)物；鋯石原位Hf同位素初始比值εHf(t)為-10.80～-8.71，平均-9.71；二階段模式年齡TCDM為1.75～1.88Ga，平均1.82Ga，指示花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿源區(qū)主要來自古元古界地殼物質(zhì)。在鋯石εHf(t)與年齡(Ma)關(guān)系圖上(圖 8)，投影點(diǎn)位于下地殼演化線或其附近，由此指示花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿源區(qū)主要來自下地殼物質(zhì)。以上研究結(jié)果與湘南地區(qū)燕山早期花崗巖鋯石U-Pb年齡(155～165Ma)(李紅艷，1996；毛景文等，2004，2009；徐文炘等，2002；付建明等，2004；姚軍明等，2005；李華芹等，2006；路遠(yuǎn)發(fā)等，2006；章榮清等，2010；鄭佳浩和郭春麗，2012)，以及鋯石原位Hf同位素示蹤結(jié)果相一致(主要集中于εHf(t) = -15.00～-0.60，TCDM= 1.07～1.88 Ga區(qū)間；如章榮清等，2010；甄世民等，2012；全鐵軍等，2012等)；Hf同位素示蹤結(jié)果也與湘南地區(qū)燕山早期花崗巖全巖Sr—Nd同位素示蹤結(jié)果相一致(周新民，2006)，證明水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的成巖物質(zhì)與湘南地區(qū)燕山早期花崗巖一樣，都來自于元古宇組成的地殼。Ba、Sr、Ti和P等元素虧損，說明水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖漿演化成巖過程曾經(jīng)歷分離結(jié)晶作用。150～170Ma，古太平洋板塊對(duì)歐亞大陸板塊中國(guó)南部的消減，使得湘南乃至整個(gè)華南地區(qū)巖石圈處于全面的拉張—減薄環(huán)境。消減板片逐漸發(fā)生脫水或熔融作用，致上覆地幔楔濕熔融形成大量玄武巖漿，上涌底侵于下地殼底部，引發(fā)了大規(guī)模的地殼熔融，熔融形成的花崗質(zhì)巖漿沿深大斷裂上侵，形成了華南地區(qū)廣泛分布的燕山早期花崗巖(華仁民等，1999，2003，2005；毛景文等，1999，2004，2009；Wang Yuejun 等，2002；朱金初等，2003；付建明等，2004)。水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖就形成于這種環(huán)境下。

表3 水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石Hf同位素分析結(jié)果表Table 3 Hf isotope data of zircons for the granodiorite from the Shuikoushan Pb—Zn deposit

注：表中各參數(shù)的計(jì)算公式及常數(shù)的來源參見王彥斌等，2010或李巖等，2014。

5.2 巖漿作用與成礦關(guān)系

水口山Pb—Zn礦床與礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖在空間上緊密共生，伴有相關(guān)的成礦熱液蝕變和礦化。礦石鉛同位素分析結(jié)果與礦區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖全巖及單礦物長(zhǎng)石鉛同位素大致相近(金榮龍，1986；路睿等，2013)，表明成礦與成巖物質(zhì)來源相似。喻亨祥和劉家遠(yuǎn)(1997b)研究認(rèn)為，水口山Pb—Zn礦床的成礦年齡約150Ma，與湘南地區(qū)主要成礦年齡150～160Ma 相吻合，進(jìn)一步印證湘南地區(qū)燕山早期的巖漿活動(dòng)大多伴生有同時(shí)代的金屬礦床，(李紅艷等，1996；路遠(yuǎn)發(fā)等，2006；姚軍明等，2006，2007；馬麗艷等，2007；蔡明海等，2008)。對(duì)比湘南地區(qū)花崗巖及相關(guān)礦床的研究成果，水口山Pb—Zn礦床及相關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖應(yīng)同屬于湘南乃至中國(guó)東部燕山期大規(guī)模巖漿活動(dòng)高峰期產(chǎn)物(華仁民等，1999，2003，2005；毛景文等，1999，2004，2009)，表明水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿結(jié)晶晚階段，富含Pb、Zn、Cu、Au等金屬元素的成礦熱液流體，在構(gòu)造減壓降溫和大氣降水的注入環(huán)境下，使的流體中的成礦物質(zhì)在適宜的構(gòu)造部位富集沉淀成礦，成礦物質(zhì)主要來自地殼。

6 結(jié)論

(1)與水口山Pb—Zn礦床成礦有關(guān)的花崗閃長(zhǎng)巖高鉀、富堿，富集輕稀土，虧損重稀土；輕重稀土分餾明顯(La/Yb)N=9.98～11.26，Eu輕度虧損(δEu = 0.77～0.83)；大離子親石元素(Rb、Th、U、La)和Pb富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ti )和Ba、Sr元素等虧損。

(2)鋯石U-Pb定年為156.0 ± 1.0Ma，屬于燕山早期產(chǎn)物。鋯石原位Hf同位素初始比值εHf(t)= -10.80～-8.71，平均-9.71；二階段模式年齡TCDM= 1.75～1.88Ga，平均1.82Ga，指示花崗閃長(zhǎng)巖的巖漿源區(qū)主要來自古元古界組成的下地殼物質(zhì)。

(3)燕山早期湘南地區(qū)巖石圈處于全面的拉張—減薄期，導(dǎo)致地幔物質(zhì)上涌，巖漿底侵，引發(fā)大規(guī)模的地殼熔融，熔融形成的巖漿沿深大斷裂上侵，形成了水口山Pb—Zn礦區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖。

注 釋 / Notes

? 湖南冶金地質(zhì)勘探局217隊(duì). 1982. 衡陽：水口山礦田康家灣鉛鋅金礦區(qū)評(píng)價(jià)報(bào)告.

? 湖南省有色地質(zhì)勘查局217隊(duì). 2005. 衡陽：湖南省常寧市水口山鉛鋅礦資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告.

? 湖南省有色地質(zhì)勘查局217隊(duì). 2011. 衡陽：湖南省常寧市龍王山礦區(qū)金礦深部勘查報(bào)告.