Research and discussion on the metallogenic epochs of the Xiashan Pb-Zn deposit in Zhenghe County, Fujian Province
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摘要:
福建政和夏山铅锌矿是福建省于20世纪50年代发现的大型铅锌矿，其成因类型长期存在分歧。前人多将其归为沉积-改造型铅锌矿床，即矿层在新元古代由含矿热水沉积形成，燕山期岩浆侵入仅对其进行了改造和富集；但也有部分学者认为夏山铅锌矿是受燕山期铜盆庵正长花岗岩侵入作用影响所形成的矽卡岩型铅锌矿床。本文通过对夏山铅锌矿矿区精细的地质调查表明，夏山铅锌矿体的分布及形态与矿区内花岗斑岩密切相关，铜盆庵岩体对夏山铅锌矿的影响表现在后期的叠加、富集作用。为精确厘定夏山铅锌矿成岩成矿时代，文章对夏山铅锌矿矿区内与成矿相关的花岗斑岩进行了精确的锆石La-ICP-MS U-Pb定年工作。测试结果表明矿区花岗斑岩的侵入时代为（173.0±1.7）Ma，要早于铜盆庵岩体（155~150 Ma），而夏山铅锌矿则形成于（173±1.7）Ma（燕山早期）。这一成矿时代与赣东北地区主要的铜、银、铅锌多金属矿的成矿时代较为一致，表明武夷山地区对华南中生代第一期爆发式成矿作用亦有积极响应，具有早燕山期铜、银、铅锌多金属矿的成矿潜力。而结合前人研究成果，将武夷成矿带北段成矿期次划分为173 Ma和90~125 Ma两个重要的成矿期次，这一研究结果对武夷山成矿带进一步开展隐伏、叠加矿床的找矿工作及成矿规律研究具有重要意义。
Abstract:The Xiashan Pb-Zn deposit is a large-sized Pb-Zn deposit discovered in Fujian Province in the 1950s. Although most researchers have classified this deposit as a sedimentary-reworked Pb-Zn deposit, some geologists still believe that it is a skarn type deposit formed by the intrusion of the Tongpenan pluton (syenite granite) in Yanshanian period. Based on geological survey, the authors hold that the distribution and morphology of orebodies are closely related to granite porphyry. Ore-related granite porphyry samples from the Xiashan Pb-Zn deposit were dated by zircon La-ICP-MS U-Pb chronology, which yielded an age of 173±1.7 Ma. This result confirms that the Xiashan Pb-Zn deposit involved a skarn mineralization process of Early Yanshanian period which was earlier than the intrusion of the Tongpenan pluton (155-150 Ma). In addition, the age of 173±1.7 Ma is consistent with the metallogenic epoch of Cu, Ag, Pb and Zn polymetallic deposits in northeastern Jiangxi Province, suggesting that the Wuyi Mountain metallogenic belt in Fujian Province had a positive response to the first large metallogeny of the Early Yanshanian period in southern China, and has the potential in the search for Cu, Ag, Pb and Zn polymetallic deposits. According to the results obtained by the authors and previous studies, two important metallogenic periods (173 Ma and 90-125 Ma) of Yanshanian period can be recognized in the Wuyi Mountain metallogenic belt, especially in the north region. These results are of great significance for discovering and studying the concealed and superimposed deposits in the Wuyi Mountain metallogenic belt.
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1. 引言
武夷山地区新元古代地层中分布有大量的铅锌矿床, 而夏山铅锌矿则是这一类型的典型代表（石礼炎等, 1996；王绍雄, 2003；黄庆敏, 2009；张国华, 2009；张克尧, 2009；王启等, 2011；黄昌旗, 2014；丁建华等, 2016）。该矿床位于福建省政和县, 具有悠久的铅锌多金属开采历史。其矿体分布于新元古代变质岩中, 多呈扁豆状、透镜状等形态, 产状多与地层一致, 因而前人多将其划归为沉积-改造型铅锌矿床, 认为其成矿时代以新元古代为主, 中生代次之, 新元古代的含矿热水循环喷流、沉淀、堆积形成了主要的矿体, 而燕山期的小规模岩浆活动仅对成矿元素的迁移和富集起了一定的作用（王绍雄, 2003；吴淦国, 2004；张克尧, 2009；黄昌旗, 2014；丁建华等, 2016）。但亦有部分学者提出夏山铅锌矿的成矿物质可能主要来源于燕山期岩浆热液（郑开旗和周乐生, 1987；周乐生和郑开旗, 1990；张乾和潘家永, 1994；吴开兴等, 2002；王建超, 2016）。
近年来, 对夏山铅锌矿的研究不断深入, 如余心起等（2006）明确提出夏山铅锌矿是由燕山期花岗斑岩侵入龙北溪岩组变质岩, 在中等深度发生了接触交代和渗透交代作用而形成的中高温热液交代矽卡岩型铅锌矿床；狄永军等（2006）通过对矿区矽卡岩矿物的组合及成分特征等研究, 认为夏山铅锌矿是与正长花岗（斑）岩（即铜盆庵岩体）有关的矽卡岩型矿床, 其最终的形成和定位可能与燕山期正长花岗岩及其同源火成岩有关, 正长花岗（斑）岩还提供了成矿物质, 这使得正长花岗岩的定年具有了重要意义；李亚楠等（2015）对矿区南侧铜盆庵岩体正长花岗岩进行了较为精确的锆石La-ICP-MS U-Pb定年及稀土微量元素分析, 最终认为夏山铅锌矿为铜盆庵岩体与马面山岩群变质岩接触交代产生的矽卡岩型矿床, 其成矿时代与铜盆庵岩体成岩时代（155~150 Ma）接近。
但是, 夏山铅锌矿主矿体并未赋存于铜盆庵岩体与马面山岩群变质岩的内外接触带中, 而是与矿区广泛分布的北东向花岗斑岩脉具有更为紧密的空间关系（张克尧, 2009）。而这些可能与成矿相关的花岗斑岩是否与铜盆庵岩体为同源、同时代火成岩则尚未确定。为进一步查证、确定夏山铅锌矿的成矿岩体及成矿时代, 本文对夏山铅锌矿矿区蚀变矿化特征、成矿相关花岗斑岩等进行了调查研究, 发现花岗斑岩为区内成矿岩体并精确测定了其锆石La-ICP-MS U-Pb年龄, 对其与铅锌矿的成因联系进行了分析, 确定了夏山铅锌矿的矿床类型及成矿时代, 并对这一研究结果所具有的地质意义进行了初步讨论。
2. 地质特征
夏山铅锌矿位于闽北政和县境内, 政和—大埔深大断裂带东侧。矿区内断裂构造主要为两组, 一组为北东向、北西向断裂, 其中北东向断裂为成矿前主断裂, 为成矿的主要控制构造。另一组断裂为北东至北北东向断裂构造, 为成矿后构造, 对矿床起了一定破坏作用。整个矿区处于一个北东向背斜中, 背斜两翼地层褶曲发育, 矿体分别位于背斜的北西、南东两翼。
矿区围岩为马面山岩群龙北溪岩组变质岩系, 该套岩石主要为片岩、变粒岩, 夹扁豆状、透镜状大理岩, 大理岩受不同程度的热蚀变形成矽卡岩。龙北溪岩组南部为铜盆庵岩体, 主体为正长花岗岩；西部为富镁岩体花岗岩, 与成矿未见空间、时间上的联系。北部及东部则为中生代火山岩系, 为区域上的主要覆盖岩系（图 1）。矿区出露地层为新元古代龙北溪岩组的云母片岩, 夹云母石英片岩和大理岩。云母片岩为矿体顶底板, 层厚几米至上百米, 岩相及物质成分变化复杂, 局部石英、长石含量较高。云母片岩片理产状清晰, 常具黄铁矿化及角岩化。大理岩为赋矿岩层, 呈扁豆状、透镜状或薄层状夹于云母片岩中, 沿走向延伸很不稳定, 自几米至上千米, 呈灰白色至灰色, 中粒至细粒变晶结构, 层厚自十几厘米至几十米, 具条带状构造。
矿区岩浆活动强烈, 有众多的花岗斑岩、正长斑岩、石英斑岩、白岗岩及基性脉岩侵入。这些岩体与铅锌矿成因有密切联系。由于接触交代作用, 矿区内大部分钙质层和含钙岩层已形成矽卡岩, 在矿区广泛分布, 并控制着矿体的分布, 矿体产于侵入岩与变质岩的接触带附近, 共分为4个矿带, 大小矿体45个。矿体形态复杂, 以扁豆状、透镜状、似层状、脉状等为主, 走向北东, 产状与地层中大理岩一致, 倾向南东或北西, 亦有较小规模的晚期矿脉叠加于主矿体上。矿体厚度沿走向、倾向变化不稳定, 品位变化不均匀。金属矿物以闪锌矿、方铅矿为主, 并有少量黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿及微量的毒砂。脉石矿物以透辉石为主, 其次是石榴子石、绿帘石、石英、方解石及少量阳起石、绿泥石等。矿石主要类型有条带状构造、浸染状构造、块状构造等, 矿石结构以他形—半自形粒状结构、他形粒状结构为主。围岩蚀变以矽卡岩为主, 次为绿泥石化、硅化、碳酸盐化等, 成矿与矽卡岩关系最为密切。
夏山铅锌矿矿区内矽卡岩分带不甚明显, 但由南向北自铜盆庵花岗岩到龙北溪岩组变质岩, 整体上有石榴子石减少, 透辉石增多的规律。即矿区南部石榴子石矽卡岩较为发育, 矿区北部透辉石矽卡岩较多。矿区内花岗斑岩、石英斑岩等酸性岩脉十分发育。为了对矿区内酸性岩脉的成矿、含矿特征进行系统的研究, 笔者在夏山铅锌矿矿区内测制了一条走向303°的地质实测剖面（图 2, 矿区内矿体走向约北东30°）, 剖面起点经纬度坐标：118°57′46.37″ E；27°23′9.99″N, 剖面各分层岩性分别为：
1.灰色大理岩（弱矽卡岩化）
2.深灰色变粒岩
3.黄铁矿化变粒岩
4.深灰色变粒岩
5.铅锌矿脉（见花岗斑岩细脉穿插）
6.大理岩（弱矽卡岩化）
7.黄铁矿化大理岩（弱矽卡岩化）
8.大理岩（局部矽卡岩化）
9.矽卡岩（原岩为大理岩）
10.铅锌矿体
11.花岗斑岩
12.铅锌矿体
13.矽卡岩（原岩为大理岩）
14.灰黑色变粒岩
剖面上可见宽约15 m的花岗斑岩基岩残留（图 2, 11层）, 走向北东, 呈灰—灰白色, 致密块状, 含少量石英斑晶, 斑晶较圆较小, 粒径1 mm左右, 花岗斑岩内可见暗色铅锌矿细脉, 团块状、浸染状黄铁矿化十分发育, 矿区成矿作用受花岗斑岩控制作用明显。花岗斑岩两侧为矿体（图 2, 10、12层）, 矿体分布于花岗斑岩外接触带的矽卡岩中, 矿体形态及分布严格受花岗斑岩控制（第5层内的铅锌矿细脉亦均产于花岗斑岩细脉边部）。富银的铅锌矿呈脉状、团块状(1~5 cm)产于灰绿—灰黄绿色矽卡岩中, 黄铁矿则呈脉状、致密浸染状、团块状产出。花岗斑岩与两侧矽卡岩(原岩为大理岩)在平面、剖面上均呈锯齿状接触, 部分黄铁矿、铅锌矿细脉贯穿围岩和花岗斑岩脉。根据花岗斑岩与围岩的矿化特征、空间位置、矿脉穿切关系等地质特征, 花岗斑岩应为两侧矽卡岩铅锌矿体的成矿岩体。为了进一步验证花岗斑岩的成矿性、确定成矿时代, 在花岗斑岩（图 2, 11层）中进行测年取样（样品编号：XSTW11, 采样坐标：118°57′42.43″E；27°23′12.04″N）并从中挑选出锆石进行锆石U-Pb定年测试。
3. U-Pb同位素测试方法
样品锆石的分选在河北省诚信地质服务有限公司完成。对样品进行清洗后, 粉碎至80~100目, 采用重液法和电磁法进行分选, 在双目镜下精选、剔除杂质, 尽量挑选无包裹体、无裂纹、透明度高、晶形完好的锆石颗粒作为测定对象。阴极发光CL图像分析在北京锆年领航科技有限公司JSM 6510型扫描电子显微镜和Gatan MiniCL型阴极荧光谱仪上完成。锆石的制靶在合肥工业大学La-ICP MS实验室完成。La-ICP-MS锆石U-Pb定年在合肥工业大学资源与环境工程学院开展, 由ICP-MS和激光剥蚀系统联机完成。ICP- MS为美国Agilent公司生产的Agilent 7500a, 激光剥蚀系统为美国Coherent Inc.公司生产的GeoLasPro。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。
对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算）采用由中国地质大学（武汉）刘勇胜教授编写的ICPMSDataCal软件(Liu et al., 2008a; Liu et al., 2010a, b)。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均值计算均采用Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003)完成。表达式中所列单个数据点的误差均为1σ, 加权平均年龄具95%的置信度。
4. U-Pb同位素测试结果
花岗斑岩锆石阴极发光（CL）图像如图 3所示, 测试结果列于表 1。
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图 3 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石CL图像、测试点位置及206Pb/238U年龄结果Figure 3. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from granite-porphyry in the Xiashan Pb-Zn deposit表 1 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石U-Pb测年数据Table 1. Zircon U-Pb isotope analyses of granite-porphyry in the Xiashan Pb-Zn deposit
锆石晶体发育较好, 多呈灰色, 半自形到自形, 短柱状或长柱状, 长轴多80~200 μm, 长宽比多介于1.5:1~3:1, 多可见较为清晰的岩浆震荡环带。Th/U比值为0.26~1.73（大多数大于0.3）, 平均为0.44, 与岩浆成因的锆石具有一致的Th/U比值（吴元保和郑永飞, 2004）。
对38粒锆石的La-ICP-MS锆石U-Pb测试结果表明, 它们有谐和的U-Pb年龄, 其206Pb/238U年龄加权平均值为（173.0 ±1.7）Ma（MSWD = 0.63, 图 4）, 这一年龄代表了花岗斑岩的结晶年龄, 为中侏罗世, 属燕山早期岩浆侵入体。
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图 4 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石U-Pb谐和图Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram of granite-porphyry in Xiashan Pb-Zn deposit5. 讨论
对于夏山铅锌矿的成矿时代及成矿物质来源, 有人有不同的认识：如郑开旗（1987）和周乐生（1990）认为成矿物质主要来源于花岗斑岩期后热液, 矿床成因与岩浆侵入的热液活动紧密相关；张乾和潘家永（1994）认为其成矿时代为140 Ma左右（花岗斑岩K-Ar年龄）, 成矿物质（矿石铅）来自壳源岩浆, 没有或较少受围岩铅的污染。狄永军等（2006）和李亚楠等（2015）则认为夏山铅锌矿成因与铜盆庵岩体的侵入活动密切相关, 其成矿时代应为155~150 Ma。夏山铅锌矿的矿体分布、产出特征表明其成因应与区内众多的花岗斑岩密切相关, 虽然矿体多顺层分布, 但未发现单独的、未受岩浆岩影响的热水沉积铅锌矿层, 因此, 岩浆热液的接触交代作用应为夏山铅锌矿的主成矿作用。
本文通过对夏山铅锌矿矿区精细的地质剖面测量和La-ICP-MS锆石U-Pb定年, 发现了矿区内与成矿作用密切相关的成矿花岗斑岩, 其侵入时代为173 Ma, 早于铜盆庵岩体的形成时代。本文完成之际, 在上述矿区实测剖面矿体的矽卡岩中（图 2, 10层）已经完成La-ICP-MS锆石U-Pb定年, 获得40个数据点年龄, 其中最年轻1颗锆石年龄为167 Ma, 共计7颗锆石年龄位于174 Ma（167~182 Ma）附近, 其余锆石年龄则多分布于1800 Ma左右（陈世忠, 未发表数据）, 未见代表龙北溪岩组年龄的俘获锆石（贺健等, 2018）。该数据进一步证明了矿区内花岗斑岩是成矿岩体, 与铅锌矿体关系密切。
夏山铅锌矿区内与成矿密切相关的花岗斑岩的发现表明, 其具有燕山早期（173 Ma）的成矿期次, 而之后铜盆庵岩体的侵入对这一期次的成矿具有叠加、富集作用, 使夏山铅锌矿矿体规模、品位进一步提高。因而夏山铅锌矿是受中侏罗世花岗斑岩、晚侏罗世铜盆庵岩体岩浆活动影响的多期次的岩浆热液接触交代型矿床, 至少自173 Ma起就已经开始了成岩成矿作用, 铜盆庵岩体的侵入对成矿作用有进一步的叠加作用, 这也解释了夏山铅锌矿矿区内矽卡岩分带不甚明显的地质现象。而其成矿物质应主要来源于壳源岩浆, 与武夷山燕山期多期次的构造、岩浆活动密切相关（郑开旗和周乐生, 1987；周乐生和郑开旗, 1990；张乾和潘家永, 1994；狄永军等, 2006；李亚楠, 2015）。
华南大陆板块内部在中生代发生了强烈的壳幔相互作用, 导致陆内大规模成矿作用十分明显（胡瑞忠等, 2010）。从燕山早期开始, 华南内部进入了造山后岩石圈局部伸展-拉张裂解的地球动力学环境（谢桂青, 2003；华仁民等, 2005；余心起等, 2008）, 与此相关的大规模岩浆、成矿活动开始（毛景文和王志良, 2000；毛景文等, 2004, 2005；华仁民等, 2005）。而170 Ma左右以及之后的花岗岩类分布范围广、面积大, 主要由地壳物质的部分熔融形成, 地幔物质的参与较少（华仁民等, 2005；郭爱民等, 2017）。武夷山成矿带对这一时期的岩浆、成矿作用有着积极的响应, 形成了规模宏大的北东向侏罗纪构造岩浆岩带（闽西南地区的汤泉花岗岩体、才溪二长花岗岩体等, 均为170~150 Ma的以壳源物质为主的侵入岩体）, 大量岩浆热液型矿床产出, 如马头山铜矿、汤泉铁矿等铁、铜、铅锌多金属矿床及行洛坑钨（钼）矿等钨、锡、钼、铋矿床（张振杰和左仁广, 2015）。而位于武夷山成矿带北部的夏山铅锌矿的成矿时代、物质来源与华南该时期区域上的大规模岩浆、成矿作用背景十分吻合, 近年来在闽北政和地区亦发现部分原划归为晚燕山期的侵入岩体应为早燕山期侵入体，如桃坪闪长岩体和落花洋二长花岗岩体, 其La-ICP-MS锆石U-Pb定年均为171 Ma（陈世忠, 未发表数据）。表明闽北地区与闽西南地区一致, 对华南中生代燕山早、中期大规模岩浆、成矿作用有着积极的响应。
夏山铅锌矿为浙西南—闽东地区具有代表性的铅锌多金属矿床, 对区内乃至整个武夷山成矿带的成矿时代、期次、模式等都具有一定的指示意义。因此, 夏山铅锌矿的成矿时代、期次等在一定程度上能反映武夷山成矿带尤其是北段的成矿时代、期次等特征。众所周知, 90~125 Ma是武夷山成矿带重要的集中成矿时期（毛景文等, 1999；华仁民和毛景文, 1999；裴荣富等, 1999；赵希林等, 2008, 2012, 2016；陈世忠等, 2010, 2013, 2014）。但据夏山铅锌矿的成矿时代, 可以初步确定武夷山成矿带具有173 Ma左右的铅锌多金属成矿时代。而这一成矿时代与赣东北地区主要的铜、银、铅锌多金属矿的成矿时代较为一致, 与华南中生代第一期(170~150 Ma)爆发式成矿作用（毛景文等, 2004）的时间亦较为吻合。表明武夷山地区亦具有早燕山期铜、银、铅锌多金属矿的成矿潜力。此次研究工作确定了武夷成矿带尤其是北段存在173 Ma左右的成矿期次, 对武夷山成矿带进一步开展隐伏、叠加矿床的找矿工作及成矿规律研究具有重要意义。
6. 结论
（1）通过精细的矿区地质剖面测量和调查, 发现夏山铅锌矿矿体形态和分布受区内花岗斑岩影响和控制, 其成矿时代与花岗斑岩成岩时代一致。
（2）夏山铅锌矿区内成矿花岗斑岩锆石La-ICP-MS U-Pb测年结果为173 Ma, 为中侏罗世, 属燕山早期岩浆侵入体。表明夏山铅锌矿成矿时代为173 Ma左右, 为燕山早期的矽卡岩型铅锌矿床。
（3）此次研究工作初步确定了武夷山成矿带尤其是北段存在173 Ma左右的成矿期次, 表明武夷山地区亦具有早燕山期铜、银、铅锌多金属矿的成矿潜力。对武夷山成矿带进一步开展隐伏、叠加矿床的找矿工作及成矿规律研究具有重要意义。
致谢: 湛龙高级工程师指导了矿区剖面测制, 李亚楠工程师完成了样品锆石U-Pb的测试工作, 邢新龙工程师对测年数据进行了进一步整理；赵希林研究员和姚远博士对论文草稿进行了认真审阅和修改; 审稿专家和编辑提出了宝贵修改意见。在此一并表示真挚的感谢。 -
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图 3 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石CL图像、测试点位置及206Pb/238U年龄结果
Figure 3. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from granite-porphyry in the Xiashan Pb-Zn deposit
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图 4 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石U-Pb谐和图
Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram of granite-porphyry in Xiashan Pb-Zn deposit
表 1 夏山铅锌矿矿区花岗斑岩锆石U-Pb测年数据
Table 1 Zircon U-Pb isotope analyses of granite-porphyry in the Xiashan Pb-Zn deposit
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1. Kang Min，Jian-Feng Gao. Application of low-temperature thermochronology on ore deposits preservation framework in South China: a review. Acta Geochimica. 2022(02): 165-184 . 
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