中国东北部小兴安岭地区是我国重要的矽卡岩型铁铜铅锌多金属矿集区,发育着大中小型铁铜铅锌多金属矿床十余座,共伴生可观的稀散等关键金属矿产资源,长期以来持续受到国内外经济地质学家的关注和研究。大量的研究表明,该区矽卡岩型铁铜铅锌多金属矿床的成矿作用主要发生在早中侏罗世花岗质岩浆就位与古生代铅山组碳酸盐岩地层之间的接触带内。为了深入揭示该类型矿床成矿特征、成矿机制和资源潜力,以及稀散元素赋存状态与主元素协同富集规律,本文在前人工作的基础上,选取研究区内重要且具代表性的二股矽卡岩型铁铜铅锌多金属矿床,开展了矿床地质、流体地质、成岩成矿年代学、岩石与矿物地球化学等方面的研究工作,取得的研究进展如下。 1.矿床地质研究表明,该矿床由西北河矿段、响水河矿段和东山矿段组成,西北河和响水河矿段成矿作用发生在早侏罗世花岗闪长岩与早古生代铅山组碳酸盐地层的接触带内,而东山矿段则发生在早侏罗世似斑状二长花岗岩与晚古生代玉泉组大理岩地层的接触带中。成矿过程整体经历了石榴子石-透辉石干矽卡岩阶段(Ⅰ₁)、透闪石-阳起石-绿帘石湿矽卡岩阶段(Ⅰ₂)、石英-磁铁矿氧化物阶段(Ⅰ₃)、石英-磁黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿多金属硫化物阶段(Ⅱ₁)和石英-闪锌矿-方铅矿多金属硫化物阶段(Ⅱ₂)以及石英-碳酸盐化阶段(Ⅱ₃);值得注意的是,西北河和响水河矿段铁、铜铅锌矿化发育,而东山矿段则以铅锌及钼矿化为主,这一矿化特征与侵入岩体类型相一致。 2.矽卡岩、矿石和和矿物(磁黄铁矿、毒砂、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和银辉铅铋矿)的微量元素分析揭示: (1)主要成矿元素除铁、铅锌、铜外,还有包括工业价值低的钼、钨,以及共伴生工业价值高的银贵金属和镉稀散元素。此外,铟、镓等稀散金属也显示出一定的富集特征。石榴子石矽卡岩中重稀土元素显著富集。 (2)矿石矿物组合及元素赋存状态分析表明,铁矿石以磁铁矿为主,铜矿石以黄铜矿为主,次为含银铜铋铅矿;锌矿石以闪锌矿为主,其次为黄铜矿和银辉铅铋矿;铅矿石以方铅矿和银辉铅铋矿为主;钼矿石以辉钼矿为主;钨矿石以白钨矿为主。Ag赋存于银辉铅铋矿和方铅矿晶格的类质同象中,并在黄铜矿中显示富集现象;Cd在闪锌矿和银辉铅铋矿中高度富集;Bi在毒砂、黄铜矿及银辉铅铋矿(21.60%)中高度富集。此外,Co在毒砂和黄铁矿中富集;Sn在早阶段黄铜矿中富集;In在黄铜矿、闪锌矿中明显富集,并在银辉铅铋矿也有富集;Tl仅在银辉铅铋矿中富集;Sb在黄铜矿、闪锌矿中一定程度富集,在毒砂和银辉铅铋矿中高度富集;Se在磁黄铁矿、毒砂、黄铜矿中富集,在银辉铅铋矿中富集程度也较高;Te在毒砂和银辉铅铋矿中(114.33~160.40 ppm)一定程度富集。 (3)稀散元素与主成矿元素相关性研究表明,Ga主要受湿矽卡岩硅酸盐矿物相制约;Ge、In和Cd受Cu、Zn、Pb硫化物和银辉铅铋矿制约,Ag的高度富集与方铅矿,特别是银辉铅铋矿密切相关。整个成矿过程的主成矿元素与稀散金属成矿元素的协同富集规律可概括为:干矽卡岩阶段为Ge(+HREE)→湿矽卡岩阶段为Fe、Ga→氧化物阶段以Fe为主,伴随微量W、Sn→早期石英-多金属硫化物阶段以Cu、Zn为主,其次为Bi、Ag以及Sn、Co、Mo、In、Tl→晚期石英-多金属硫化物阶段以Pb、Zn为主,其次为Ag和Cd。 3.矽卡岩矿物石榴子石和辉石的分析揭示,响水河和西北河矿段的石榴子石端元组分以钙铁榴石为主,其次为钙铝榴石,暗示其形成环境为氧化环境。第Ⅱ世代石榴子石表现出钙铁榴石含量降低而钙铝榴石成分增加的特征,表明成矿环境转为铁析出的弱氧化环境,有利于铁铜铅锌成矿。东山矿段的石榴子石以钙铝榴石和钙铁榴石为主,辉石为透辉石-钙铁辉石固溶体系列,表明其成矿环境相比响水河和西北河矿段氧化程度更高,更有利于铅锌成矿。这一成矿环境特征与相应成矿侵入岩酸性程度及其对应矿段的矿化发育程度高度吻合。 4.流体包裹体研究方面,其显微物相和测温结果表明流体包裹体主要类型为气液两相流体包裹体,少量纯液相流体包裹体、纯气相包裹体以及含子晶三相包裹体。成矿流体演化过程表现为:矽卡岩阶段和氧化物阶段为以H₂O为主的高温H₂O-Na Cl±CO₂流体体系;湿矽卡岩为高温含CH₄的H₂O-Na Cl±CO₂流体体系;石英-多金属硫化物阶段为中高温含CH₄的H₂O-Na Cl-CO₂流体体系;在湿矽卡岩到早期石英-多金属硫化物阶段,流体发生了不混溶与沸腾作用。氢-氧同位素示踪揭示,矽卡岩阶段的热液流体具有变质流体和岩浆水双重属性,同时表现出与钙质地层水岩交换混合的特征;早期石英-多金属硫化物阶段的流体继承了矽卡岩阶段的岩浆流体+变质流体属性;晚期石英-多金属硫化物阶段的成矿流体则明显向大气水偏移,表现出岩浆水与大气水混合或低温效应的特征。 5.原位硫、铅同位素特征研究表明,硫同位素揭示石英-多金属硫化物亚期成矿流体具有还原程度低的岩浆水属性。在石英-磁黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿多金属硫化物阶段(Ⅱ₁)阶段,流体表现出明显的弱氧化向还原转化的特征;而在石英-闪锌矿-方铅矿多金属硫化物阶段(Ⅱ₂)为还原程度弱的流体。这一硫同位素特征与氢-氧同位素指示的流体性质基本一致。铅同位素特征进一步揭示,主要成矿物质分别来源于花岗闪长岩岩浆(响水河矿段+西北河矿段)和二长花岗岩岩浆(东山矿段),同时钙质碳酸盐地层对成矿亦有不同程度的贡献。 6.锆石和石榴石U-Pb同位素年代学测试揭示,与成矿密切的花岗闪长岩就位发生于184 Ma,似斑状二长花岗岩就位于183.29±0.72 Ma/183.19±0.96 Ma,含斑二长花岗岩形成于182.5±1.8 Ma/182.6±1.5 Ma,而矽卡岩化作用则发生在182-180 Ma。 7.与成矿密切相关的花岗闪长岩、似斑状二长花岗岩和含斑二长花岗岩的元素及Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征揭示,花岗闪长岩岩浆为钾质、准铝质、高钾钙碱性-钾玄质过渡系列的I型中等分异或具有初始岩浆属性的I型花岗岩;似斑状和含斑二长花岗岩岩浆为钾质、准铝质-过铝质、高钾钙碱性-钾玄质过渡系列的高分异I型花岗岩,表明它们为同源岩浆演化的产物。这些岩浆的形成适值早侏罗世古太平洋板片俯冲背景下的大陆边缘加厚的下地壳源和地壳拆沉转化过程中的部分熔融,其源区为角闪石+石榴石矿物相为主,部分熔融的残留矿物相为石榴石。岩浆房岩浆演化以斜长石、角闪石等矿物相分离结晶作用为主,伴随年轻地壳物质的混染。其中,花岗闪长质岩浆受到上地壳物质的混染程度低,而似斑状二长花岗岩和含斑二长花岗岩则表现出较高的地壳物质混染程度。 8.通过花岗闪长岩、似斑状二长花岗岩的元素比值与锆石微量元素及角闪石、黑云母矿物成分的综合研究,得出花岗闪长岩结晶温度838℃~739℃,为还原到弱氧化、水饱和的岩浆结晶形成;似斑状二长花岗岩的结晶温度推测>700℃,为弱氧化、水接近饱和的岩浆结晶形成;含斑二长花岗岩的结晶温度>650℃,为氧化、相对贫水的岩浆结晶形成。依据岩石结构、造岩矿物组合和花岗闪长岩中角闪石、黑云母计算的形成深度,进一步推算它们的就位深度为3~4 km或接近3.55 km。成矿地层的钙质灰岩/大理岩物性与成分(CO₃^2-和较高的H₂O含量、有效孔隙度和水渗透能力等)有效弥补了花岗闪长岩和似斑状二长花岗岩岩浆的还原与弱氧化,且相对贫水的缺陷,并限定了矿床成因类型为钙质矽卡岩型。 9.成矿元素地球化学特征表明,花岗闪长岩的TFe₂O₃含量明显高于似斑状中粒二长花岗岩,导致响水河和西北河矿段发育较大规模的铁矿体,而东山矿段的铁矿体规模相对小。花岗闪长岩具有提供W、Mo、Bi等亲石和Pb、In、Cd等亲硫成矿元素的潜力;似斑状二长花岗岩则能够提供W、Sn、Bi等亲石和Mo、Cu、Zn、Pb、Ga等亲硫元素。铅山组结晶灰岩可提供W、Sn、Bi等亲石以及Mo、Cu、Zn、Pb和Cd等亲硫元素;与铅山组相比,玉泉组结晶灰岩提供的W、Sc、Mo、Cu、Pb、In元素更为显著。这些特征佐证了响水河和西北河矿段发育铁、铜钼(铋)、铅锌以及Cd、In、Tl等稀散元素矿化;东山矿段则主要发育铅锌和钼矿化,并可能存在Ga、In等为主的稀散金属成矿。此外,铅山组灰岩/大理岩的银含量可达~2.0 ppm,表明二股矿床的富银特征可能与其密切相关。 10.从岩浆起源与演化、岩浆与地层相互作用、成矿流体形成与演化以及成矿期后抬升剥蚀程度等角度出发,系统分析了成矿过程与成矿机制。结合国内外研究现状,建立了成岩成矿地质模式与地球动力学模型,明确了成矿元素的富集成矿规律,并对区域成矿找矿潜力进行了客观剖析。 上述成果已应用于该矿山的找矿勘探与资源综合利用实践中,不仅丰富了该领域的成矿理论研究,还为区域矿产勘查与资源综合利用提供了重要的理论支撑与实践指导。