水口山礦田鉛鋅礦床成巖成礦及動(dòng)力學(xué)研究

左昌虎，屈金寶，李德鵬

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽(yáng) 421513)

水口山礦田鉛鋅礦床成巖成礦及動(dòng)力學(xué)研究

左昌虎，屈金寶，李德鵬

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽(yáng) 421513)

本文通過(guò)礦田內(nèi)水口山花崗閃長(zhǎng)巖和老盟山流紋英安巖成巖年代學(xué)和物質(zhì)來(lái)源，水口山和康家灣鉛鋅礦礦床成礦物質(zhì)來(lái)源，結(jié)合前人研究成果，以及與湘南典型鉛鋅礦床成巖成礦對(duì)比研究，探討水口山礦田的成巖成礦動(dòng)力學(xué)研究。

成巖成礦時(shí)代;物質(zhì)來(lái)源;動(dòng)力學(xué)背景;鉛鋅礦床

水口山作為一個(gè)有上百年開(kāi)采歷史的老礦田，地質(zhì)調(diào)查工作始于1915年，先后有徐懋儒、鄺榮先、王恒升、謝家榮、程裕淇、黃汲清等老一輩地學(xué)專家來(lái)此考察。迄今為止，人們對(duì)水口山礦田已開(kāi)展了一系列成巖成礦研究工作，取得諸多研究成果。年代學(xué)研究表明:礦田內(nèi)侵入巖同位素年齡為143～172 Ma［1-5］，火山巖為128～129 Ma［6-7］。成巖成礦物質(zhì)來(lái)源研究:主要有受到了古老地殼物質(zhì)的混染作用或前寒武紀(jì)巖石是熔融源區(qū)的重要組成［8］，康家灣礦區(qū)花崗質(zhì)潛火山雜巖巖漿來(lái)源于殼幔混合源，銅鉛鋅多金屬成礦與殼?；烊坌突◢忛W長(zhǎng)巖類有關(guān)［9］，康家灣礦區(qū)花崗質(zhì)潛火山雜巖巖漿是熱液礦床的成礦母巖和熱源［10］，水口山巖體只有少量上地殼物質(zhì)混合。成巖成礦動(dòng)力學(xué)研究:構(gòu)造環(huán)境有中晚侏羅紀(jì)地殼拉張-減薄構(gòu)造環(huán)境，俯沖作用相關(guān)的巖漿弧擠壓環(huán)境［11］;花崗巖分類:有 MC型［12］，鎂質(zhì)堿鈣質(zhì)過(guò)鋁型花崗巖。近年來(lái)，雖然水口山鉛鋅礦床及康家灣鉛鋅礦在深邊部找礦中取得了較大的進(jìn)展，但整個(gè)水口山礦田周邊區(qū)段找礦效果并不十分理想。因此，開(kāi)展水口山礦田鉛鋅礦床成巖成礦及動(dòng)力學(xué)研究具有十分重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義，它將有助于水口山礦田及周邊地區(qū)礦產(chǎn)勘查評(píng)價(jià)和尋找新的礦床，也將有助于豐富湘南地區(qū)乃至十-杭成礦帶的成礦理論。

1 礦田地質(zhì)背景

水口山礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

研究區(qū)處于華夏板塊北緣中段，十-杭帶西北部，南嶺花崗巖帶北部，耒陽(yáng)-臨武南北向褶斷帶北端，湘南成礦帶北端(見(jiàn)圖1a)。水口山礦田是一座大型多金屬礦田，以盛產(chǎn)Pb、Zn有色金屬而馳名于世，伴生的Au、Ag貴金屬也已達(dá)到大型礦床規(guī)模。此外，礦田內(nèi)還分布有Cu、Mn金屬，U放射性金屬，以及煤等礦產(chǎn)資源，是湖南省乃至我國(guó)重要礦產(chǎn)基地，其中代表性礦床有水口山鉛鋅礦床、康家灣鉛鋅礦床、石坳嶺鉛鋅礦床、龍王山金礦床和仙人巖金礦床等。近年來(lái)，在水口山鉛鋅礦床中還發(fā)現(xiàn)有Cu、Fe、Mo等金屬礦產(chǎn)資源。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、白堊系地層等(見(jiàn)圖1b)，沉積總厚大于3000m［14］。晚三疊系以前地層為淺海相碳酸鹽建造，夾含鐵、煤濱海相砂、頁(yè)巖建造;上三疊統(tǒng)至白堊系以陸源碎屑磨拉石建造為主。泥盆系錫礦山組(D3x):巖性為灰?guī)r夾白云巖、石英巖，分布于礦田西南部和東南部。石炭系下統(tǒng)石磴子組(C1s):巖性主要為灰?guī)r，分布于礦田東南部和西南部;石炭系中上統(tǒng)壺天群(C2+3ht):巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r，分布于礦田東南部和西南部;二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q):巖性主要為灰?guī)r、含燧石灰?guī)r，分布礦田中南部，與下覆地層整合接觸或斷層接觸;二疊系下統(tǒng)當(dāng)沖組灰?guī)r(P1d):巖性主要為含錳硅質(zhì)巖，分布于礦田西南部和東北部，與下覆地層整合接觸或斷層接觸;二疊系上統(tǒng)斗嶺組(P2dl):巖性主要為砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖夾劣質(zhì)煤，分布于礦田南部和北東部，與下覆地層整合接觸或斷層接觸;二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P2c):巖性主要為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)粉砂巖，分布于礦田南部，與下覆地層整合接觸;三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d):巖性主要為泥灰?guī)r、灰?guī)r，分布于礦田南部，與下覆地層整合接觸;侏羅系下統(tǒng)高家田組(J1g):巖性主要為砂巖、粉砂巖，分布于礦田東部，與下覆地層不整合接觸;侏羅系中統(tǒng)(J2):巖性主要為含礫砂巖、粉砂巖、泥巖，分布于礦田東部至東北部，與下覆地層整合接觸;白堊系下統(tǒng)東井組(K1d):巖性主要為紅色礫巖、砂巖、粉砂巖，分布于礦田北部和東部，與下覆地層不整合接觸。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。此外，礦田內(nèi)還出露有潛火山雜巖，巖性主要為英安巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、火山熔巖、流紋巖、火山角礫巖等。

圖1 水口山礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖［13］

2 成巖成礦時(shí)代

近年來(lái)水口山礦田內(nèi)侵入巖和火山巖的鋯石U-Pb定年工作取得了較大進(jìn)展，本次運(yùn)用LA-ICPMS鋯石U-Pb定年法，分別獲取水口山花崗閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡為156.0±1.0 Ma、老盟山流紋英安巖鋯石U-Pb年齡為156.7±1.6 Ma［17］，表明水口山礦田內(nèi)侵入巖和火山巖主要形成于155～163 Ma之間，詳見(jiàn)表1、圖2。Huang等［18］運(yùn)用 Re-Os同位素法獲得水口山鉛鋅礦床輝鉬礦的年齡為156 Ma，表明水口山礦田的鉛鋅礦床主要形成于晚侏羅世。上述研究成果印證了礦田內(nèi)成巖與成礦年齡大致相近，都屬于晚侏羅世產(chǎn)物。與湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床成巖成礦年齡一致，也與周新民［19］、章榮清［20］對(duì)南嶺地區(qū)(包括湘南地區(qū))成巖和成礦年齡統(tǒng)計(jì)峰值一致(分別為155～160 Ma和150～160 Ma)，證明水口山礦田成巖成礦事件應(yīng)屬于南嶺地區(qū)乃至華南地區(qū)大規(guī)模成礦作用的一部分［25］。

表1 湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床成巖成礦年齡［21-24］

圖2 南嶺地區(qū)與典型礦床有關(guān)花崗巖成巖年齡(a)和相關(guān)礦床成礦年齡(b)頻數(shù)直方圖

3 成巖與成礦物質(zhì)來(lái)源

水口山礦田內(nèi)侵入巖和火山巖的Sr、Ba、Nb、Ta、Ti等元素呈負(fù)異常，以及Nb/Ta、Zr/Nb、Ba/Nd和Rb/Nd比值相似地殼巖石的比值［26］。水口山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石原位 Hf初始比值 εHf(T)=-10.80～-8.71、峰值為-10.00～-8.00;Hf模式年齡TDM2=1.75～1.88 Ga、峰值為1.80～1.90 Ga;老盟山流紋英安巖鋯石原位Hf同位素初始比值εHf(T)= -16.22～ -9.86、峰值為 -12.00～-10.00，Hf模式年齡TDM2=1.82～2.22 Ga、峰值為1.90～2.00 Ga;表明水口山花崗閃長(zhǎng)巖和老盟山流紋英安巖主要來(lái)源于古元古界地殼，也與華南板塊元古界變質(zhì)沉積巖年齡一致(TDM=1.65-2.14Ga)。老盟山流紋英安巖(87Sr/86Sr)i=0.711648～0.711758，均值為0.711716;εNd(T)=-10.71～-10.28，均值為-10.52;Nd模式年齡TDM=1.73～1.86 Ga，均值為1.84 Ga［27］;表明老盟山流紋英安巖主要來(lái)源于古元古界地殼。老盟山流紋英安巖的全巖鉛同位素組成206Pb/204Pb=18.427～18.573，均值為18.482;207Pb/204Pb=15.671～15.683，均值為15.677;208Pb/204Pb=38.762～38.964，均值為38.854，大致相近和較均一的及具放射性Pb同位素組成，同樣表明水口山礦田內(nèi)侵入巖和火山巖的源巖主要來(lái)自古元古界地殼，混染少量地幔物質(zhì)。

康家灣鉛鋅礦床礦石的 δ34SVCDT值介于-2.71‰～0.7‰之間，均值為-1.02‰。水口山鉛鋅礦礦石δ34S值分布于-2.42‰～-0.23‰之間，均值為-1.10‰?？导覟炽U鋅礦床和水口山鉛鋅礦床礦石硫同位素組成接近零，與湘南地區(qū)寶山、銅山嶺典型鉛鋅礦床礦石硫相近，(詳見(jiàn)圖3，除黃沙坪礦床外)，表明水口山礦田內(nèi)鉛鋅礦床的礦石硫及湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床的礦石硫主要來(lái)自巖漿。

圖3 湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床礦石δ34S圖［28-31］

圖4 湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床207Pb/206Pb—206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb—206Pb/204Pb(b)圖［32］

康家灣鉛鋅礦床礦石鉛的206Pb/204Pb介于18.427～18.573之間，均值為18.479;207Pb/204Pb介于15.671～15.696之間，均值為15.684;208Pb/204Pb介于38.762～38.964之間，均值為38.811。水口山鉛鋅礦床礦石的206Pb/204Pb介于18.444～18.538之間，均值為18.150;207Pb/204Pb介于15.654～15.783之間，均值為15.726;208Pb/204Pb介于38.627～39.066之間，均值為38.872。康家灣鉛鋅礦床和水口山鉛鋅礦床礦石Pb同位素組成與礦田侵入巖、火山巖全巖Pb同位素組成大致相近。在圖4a所示的207Pb/206Pb與206Pb/204Pb圖上，所有的點(diǎn)全部投在上地殼演化線附近，靠近EMⅡ;在圖4b所示的208Pb/204Pb與208Pb/204Pb圖上，所有的點(diǎn)同樣全部投在上地殼演化線附近，靠近EMⅡ;說(shuō)明康家灣和水口山鉛鋅礦床的成礦物質(zhì)與礦田侵入巖、火山巖的成巖成礦物質(zhì)一樣主要來(lái)自地殼，混入少量地幔物質(zhì)?？导覟澈退谏姐U鋅礦床礦石Pb同位素點(diǎn)，包括水口山礦田侵入巖和火山巖，也全部投在湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床的礦石Pb同位素組成范圍內(nèi)，如圖4所示，說(shuō)明康家灣和水口山鉛鋅礦床成礦物質(zhì)與湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床具有相同的物質(zhì)來(lái)源。

水口山礦田內(nèi)的礦床一般都與巖漿巖直接有關(guān)，如水口山鉛鋅礦床與水口山花崗閃長(zhǎng)巖有關(guān)，仙人巖金礦床與仙人巖花崗斑巖有關(guān)，龍王山金礦床與水口山花崗閃長(zhǎng)巖有關(guān);礦田內(nèi)發(fā)育較為強(qiáng)烈的接觸變質(zhì)和熱變質(zhì)蝕變，如矽卡巖化、大理巖化、角巖化，以及大面積強(qiáng)硅化;礦體主要賦存于巖體和接觸帶中或附近，包括強(qiáng)硅化帶。但是，康家灣鉛鋅礦區(qū)內(nèi)卻沒(méi)有出露花崗巖，盡管老盟山流紋英安巖距礦床僅1 km左右，研究表明它與礦床并沒(méi)有直接關(guān)系，這可能是與流紋英安巖漿侵入機(jī)制有關(guān)，由于流紋英安巖漿侵入地殼淺部快速結(jié)晶或直接噴出地表，導(dǎo)致巖漿沒(méi)有足夠時(shí)間與周邊地層作用或其它地質(zhì)因素而不成礦。然而，康家灣鉛鋅礦區(qū)深部和南部卻見(jiàn)有矽卡巖化、角巖化，以及大面積強(qiáng)硅化［33］，這些特征都說(shuō)明康家灣鉛鋅礦床的形成應(yīng)該與巖漿作用有關(guān)。以上研究表明，礦田內(nèi)鉛鋅礦床的形成與水口山礦田晚侏羅世巖漿作用有關(guān)。同時(shí)，與湘南地區(qū)典型鉛鋅礦床有關(guān)巖漿巖的成巖物質(zhì)較為一致，成礦物質(zhì)主要來(lái)自地殼。

圖5 水口山礦田成巖成礦模式簡(jiǎn)圖［34］

4 成巖成礦動(dòng)力學(xué)背景

晚侏羅世(150～165 Ma)，俯沖的古太平洋板塊后撤，使華南地區(qū)處于全面拉張-伸展地質(zhì)構(gòu)造背景下，引起地殼拉張-減薄，底侵的玄武巖漿使得下地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融，形成的花崗巖漿沿深大斷裂上侵或噴出地表，形成華南地區(qū)廣泛分布的中生代花崗巖和或火山巖。水口山礦田的巖漿作用和成礦作用分別發(fā)生于155～163 Ma和152～156 Ma之間，恰好處于古太平洋俯沖-后撤時(shí)限內(nèi)，表明水口山地區(qū)在晚侏羅世時(shí)，巖石圈地幔處于強(qiáng)烈的拉張-減薄構(gòu)造環(huán)境(詳見(jiàn)圖5a)，引發(fā)了軟流圈地幔上涌，底侵的玄武巖漿致使地殼物質(zhì)部分熔融，形成的花崗巖漿沿深大斷裂上侵或噴出地表，形成水口山礦田廣泛分布的侵入巖和火山巖，詳見(jiàn)圖5b。

在巖漿結(jié)晶成巖晚階段，富含Pb、Zn、Au、Ag、Cu等金屬元素的成礦熱液流體，在構(gòu)造減壓降溫作用環(huán)境下，伴有大氣降水的注入混合。隨著構(gòu)造作用的延續(xù)和大氣降水量的增多，成礦流體的溫度和壓力持續(xù)降低，促使流體中的Pb、Zn、Au、Ag、Cu等成礦物質(zhì)在適宜的構(gòu)造部位富集沉淀成礦，形成了康家灣鉛鋅礦床和水口山鉛鋅礦(詳見(jiàn)圖5c)。這種演化成礦過(guò)程得到流體包裹體和含礦石英、淺色閃鋅礦H、O同位素的印證，表明混合作用是康家灣鉛鋅礦床形成的主要機(jī)制。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)水口山礦田鉛鋅礦床及周邊巖漿巖的系統(tǒng)研究，取得了如下結(jié)論:

(1)水口山花崗閃長(zhǎng)巖和老盟山流紋英安巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為156 Ma和157 Ma，與晚侏羅世古太平洋俯沖的板片后撤期相吻合。

(2)鋯石原位Hf同位素和全巖Sr-Nd-Pb同位素研究，表明水口山花崗閃長(zhǎng)巖和老盟山流紋英安巖的成巖物質(zhì)主要來(lái)自古元古界地殼的部分熔融，混有少量的地幔物質(zhì)。

(3)礦石硫同位素接近于零，表明礦石中的硫主要來(lái)自巖漿。礦石鉛同位素組成表明礦石鉛主要來(lái)自地殼，可能混有少量地幔物質(zhì)。

(4)晚侏羅世，俯沖的古太平洋板塊后撤，使得湘南地區(qū)巖石圈全面的拉張-減薄，導(dǎo)致地幔物質(zhì)上涌，底侵的玄武巖漿引發(fā)了地殼物質(zhì)部分熔融，形成的巖漿沿深大斷裂上侵或噴出地表，形成水口山花崗閃長(zhǎng)巖和老盟山流紋英安巖。巖漿期后的含Pb、Zn、Au、Ag、Cu的成礦流體在構(gòu)造減壓和大氣降水混合作用下，使得流體中的成礦物質(zhì)在適宜的構(gòu)造部位富集沉淀成礦。

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本田開(kāi)發(fā)出商用鎂電池 成本比鋰電池低96%

本田汽車與一支研發(fā)團(tuán)隊(duì)攜手合作，開(kāi)發(fā)出世界上第一塊可以實(shí)際應(yīng)用的鎂充電電池。新電池可能會(huì)成為顛覆性產(chǎn)品，安裝新電池之后，智能手機(jī)及其它設(shè)備充電一次可以續(xù)航更長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)，鎂的成本比鋰低了96%，而今天的許多電池都是用鋰制造的。

領(lǐng)導(dǎo)此次研發(fā)活動(dòng)的是日本埼玉縣工業(yè)技術(shù)中心(SaitamaIndustrial Technology Center，簡(jiǎn)稱Saitec)，本田研發(fā)團(tuán)隊(duì)在和光市評(píng)估了電池的可行性。開(kāi)發(fā)者預(yù)計(jì)鎂電池最開(kāi)始時(shí)會(huì)在智能手機(jī)、其它便攜設(shè)備中商用。鎂電池開(kāi)發(fā)者希望能在2018年之前銷售產(chǎn)品。

在過(guò)去幾十年里，公司一直使用的是鋰電池，現(xiàn)在科技公司碰到了困難，要在鋰電池中存儲(chǔ)更多的電能面臨挑戰(zhàn)。Saitec和本田團(tuán)隊(duì)可能已經(jīng)找到了解決方法。他們證實(shí)鎂原型電池在壽命、安全性上和鋰電池不相上下，研究人員正在與多家電池制造商合作，尋找辦法量產(chǎn)鎂電池。有許多研究人員也在尋找辦法將鎂用在可充電電池中，但是他們都遇到了同樣的困難，在充電放電、放電充電的過(guò)程中，鎂的充電性能會(huì)快速退化。

為了解決這一問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了一種新材料氧化釩，將它涂在正極，這樣一來(lái)，離子在氧化釩和鎂負(fù)極之間流動(dòng)就會(huì)更容易一些。氧化釩可以增加鎂的充電次數(shù)，防止衰退。為了提高安全性，研究人員添加了一種有機(jī)物質(zhì)，它可以降低鎂電池起火的風(fēng)險(xiǎn)。鎂本身就是一種易燃的材料。

如果未來(lái)鎂電池的抗熱能力可以進(jìn)一步增強(qiáng)，存儲(chǔ)電量進(jìn)一步增加，企業(yè)就可以將鎂電池裝進(jìn)插電式混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車。

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—)，重慶武隆人，博士，工程師，從事礦床學(xué)及礦山管理。

2016-10-13