大兴安岭中南段位于中亚造山带东段,东部以嫩江断裂为界与松辽盆地西侧相接,北部可达兴安地块南部。区域上自显生宙以来受古亚洲洋、蒙古鄂霍茨克洋及古太平洋构造域的影响,存在多期次复杂的岩浆-热液成矿事件。大兴安岭中南段发育大量赋存于古生界地层中的矽卡岩-热液脉型铅锌多金属矿床,是我国重要的铅锌多金属成矿省。前人对区域上铅锌多金属矿床进行大量研究,但其成矿时代、成矿机制及成矿构造环境尚存争议,成矿物理化学条件不明,限制了大兴安岭中南段铅锌多金属成矿作用的理论研究,制约区内未来找矿工作。本文以大兴安岭中南段矽卡岩型的白音诺尔、巴根黑格其尔铅锌多金属矿床和热液脉型的双尖子山、孟恩陶勒盖铅锌多金属矿床为研究对象,进行矿床地质、流体包裹体、H-O-S-Pb同位素、闪锌矿微量元素、热力学模拟、年代学及岩石地球化学等研究,探究其成矿过程,明确各矿床成因并结合区域构造演化构建区域成矿模式。 经野外地质研究与资料总结,白音诺尔矽卡岩型铅锌多金属矿床中矿体以脉状赋存于下二叠统哲斯组大理岩及其与岩体接触带中,成矿作用包括:(I)矽卡岩、(II)氧化物、(III)石英-多金属硫化物、(IV)石英-方铅矿-闪锌矿和(V)石英-方解石-黄铁矿五个阶段,闪锌矿发育在III-IV阶段;巴根黑格其尔矽卡岩型铅锌多金属矿床中矿体以脉状赋存于下二叠统大石寨组安山质凝灰岩及其和花岗斑岩接触部位,成矿作用包括:(I)矽卡岩、(II)氧化物、(III)石英-黄铁矿-毒砂、(IV)石英-多金属硫化物、(V)石英-方解石-黄铁矿五个阶段,闪锌矿发育在IV阶段;双尖子山热液脉型银铅锌多金属矿床中矿体以脉状产于下二叠统大石寨组板岩中,成矿作用包括:(I)石英-毒砂-闪锌矿、(II)石英-多金属硫化物(含银)、(III)石英-方解石-闪锌矿-银矿物、(IV)石英-方解石-黄铁矿四个阶段,闪锌矿发育在I-III阶段;孟恩陶勒盖热液脉型银铅锌多金属矿床中矿体呈脉状产于印支期孟恩陶勒盖岩体(二长花岗岩、花岗闪长岩)中,成矿作用包括:(I)石英-黄铁矿-毒砂、(II)石英-多金属硫化物、(III)石英-银矿物-闪锌矿-方铅矿、(IV)石英-方解石-黄铁矿四个阶段,闪锌矿发育在II-III阶段。 流体包裹体岩相学及显微测温表明,白音诺尔和巴根黑格其尔矽卡岩型铅锌多金属矿床发育含子矿物三相(SL)、气液两相(VL)和富气相(LV)包裹体,流体由早阶段高温、高盐度Na Cl-H₂O体系演化为晚阶段中低温、低盐度Na Cl-H₂O体系,成矿过程中发生流体沸腾及大气降水混入。双尖子山热液脉型银铅锌多金属矿床发育气液两相(VL)和富气相(LV)包裹体,流体属中温、低盐度Na Cl-H₂O±CO₂±CH₄体系,成矿过程中主要发生大气降水混合及流体-围岩反应。孟恩陶勒盖热液脉型银铅锌多金属矿床发育含子矿物三相(SL)、气液两相(VL)和富气相(LV)包裹体,成矿流体由早阶段中高温、高盐度Na Cl-H₂O体系演化为晚阶段中低温、低盐度Na Cl-H₂O体系,成矿过程中发生流体沸腾和大气降水混入。H-O同位素数据表明各矿床成矿流体主要来自岩浆,后期有大气降水混入,双尖子山矿床大气降水混入相对多,巴根黑格其尔矿床大气降水混入相对少。S-Pb同位素研究表明各矿床成矿物质主要为岩浆源,可能有少量地层物质加入,矿石铅具有壳幔混源特征。 闪锌矿LA-ICP-MS微量元素分析表明,矽卡岩铅锌多金属矿床富Fe、Mn、Co,贫Ga、Ge,热液脉型铅锌多金属矿床富Fe、Cu、Pb、Ag、Sn,贫Ga、Ge、Co。各矿床早阶段闪锌矿至晚阶段闪锌矿Sn、In、Fe、Mn、Cu含量减少,Ag、Pb含量增加。巴根黑格其尔矿床与孟恩陶勒盖矿床闪锌矿中具较高In含量,热液脉型闪锌矿中具高Sn含量,可能具In、Sn找矿潜力。矽卡岩-热液脉型铅锌多金属矿床中Ag、Cu、Pb以矿物包裹体形式赋存于闪锌矿,其他元素多以类质同象方式进入闪锌矿。闪锌矿温度及硫逸度结果表明矽卡岩矿床形成于中-高温、中硫逸度条件下,热液脉型矿床形成于中温、中-低硫逸度条件下,不同类型矿床Sp I的温度和硫逸度高于Sp II。闪锌矿微量元素受矿床类型、成矿阶段物理化学条件和岩浆差异的共同影响。闪锌矿微量元素特征显示巴根黑格其尔与白音诺尔矿床为矽卡岩矿床,双尖子山与孟恩陶勒盖矿床为与岩浆有关的中温热液脉型矿床。 以包裹体和闪锌矿微量元素研究得到的温度、压力为基础,结合S同位素及矿物共生组合进行热力学模拟,结果表明温度、p H、f_S2、a_Cl-、ΣS和f_O2等物理化学条件的改变导致硫化物沉淀,但各矿床成矿机制不同。白音诺尔矿床早期为流体沸腾使金属硫化物析出,晚期为流体与大气降水的混合导致硫化物沉淀。巴根黑格其尔矿床为持续的流体沸腾及温度降低使硫化物沉淀。双尖子山矿床为大气降水持续混入及流体-围岩间的反应使硫化物沉淀。孟恩陶勒盖矿床早期为流体沸腾导致硫化物沉淀,晚期大气降水的混入使金属硫化物析出。 石榴石U-Pb定年、锆石U-Pb定年及岩石地球化学结果表明,区内岩浆作用主要形成于早-中三叠世(244.0~234.3Ma)、晚侏罗世(152.2Ma)和早白垩世(134.2Ma)。综合区域构造演化,早-中三叠世古亚洲洋闭合碰撞造山环境下,幔源岩浆底侵加热并混合新生下地壳及加厚下地壳部分熔融分别形成白音诺尔和孟恩陶勒盖赋矿花岗闪长岩。晚侏罗世蒙古鄂霍茨克洋闭合碰撞造山背景下,新生下地壳部分熔融形成巴根黑格其尔成矿花岗斑岩,巴根黑格其尔和孟恩陶勒盖铅锌多金属矿化也形成于该时期(151~147Ma)。早白垩世,受蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展和古太平洋板块西向俯冲的共同影响,软流圈上涌,岩石圈减薄,新生下地壳部分熔融并有古老地壳物质加入形成双尖子山成矿正长花岗斑岩,双尖子山和白音诺尔铅锌多金属矿化也形成于该时期相同的构造背景下(135~132Ma)。