0 引言

辽宁青城子地区铅锌矿自明朝至今已发现400多年，是我国北方重要的铅锌多金属矿产地之一，富产铅、锌、金、银等多种金属。榛子沟铅锌矿床是青城子矿田内代表性矿床之一。自20世纪50年代，众多学者从岩石学、同位素地球化学和沉积学等方面对该区矿床成因进行了大量研究工作，并取得一系列成果。张朋^[1]通过对青城子矿田内岩浆活动的研究，提出区内出露的黑云母花岗岩为成矿母岩，矿床属中温热液充填交代成因；刘国平^[2]通过对辽东裂谷所经历的主要构造热事件研究，发现每次岩浆活动在空间上虽不重合，但是彼此相邻，进而提出同位成矿作用的观点；刘红霞等^[3]通过对青城子矿石组构特征的研究，发现该矿床的形成与沉积作用、变质变形及热液叠加作用有关，提出该矿床为变质热液改造成因类型；刘志远等^[4]通过对青城子地区硅质岩的成因研究以及区内同生断裂的发现，提出矿床早期存在海底喷流沉积成岩成矿作用；王秀福等^[5]通过对青城子矿田地质、同位素和成矿流体特征等方面的系统研究，提出区内铅锌矿床属海相火山喷流沉积-变质-岩浆热液(侵入-陆相火山)叠加的再造型成因。

目前多数研究者认为青城子地区铅锌矿床为沉积-变质-热液叠加成因，其产出受地层、岩浆和构造联合控制。本文在前人研究工作基础上，重点分析热液叠加期铅锌矿化特征，并通过流体包裹体和碳、氢、氧稳定同位素分析，对成矿流体来源进行分析和讨论。

1 区域地质背景

青城子铅锌矿田地处华北陆台辽东——吉南古元古代裂谷增生体内。该裂谷于古元古代期间经历了拉张裂解——快速沉降——回返挤压——隆升拆离——消亡全部演化过程，并于中生代期间经历了濒西太平洋构造带的叠加作用^[6]。区内主要发育一套属绿片岩相-角闪岩相的巨厚辽河群变质岩系地层，由老到新地层依次为浪子山组、里尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组。浪子山组岩性以千枚岩、绿泥绢云片岩为主，原岩为一套陆源碎屑岩建造；里尔峪组岩性以变质流纹岩、变粒岩、大理岩为主，原岩为一套基性——酸性火山-沉积岩建造；高家峪组岩性以变粒岩、板岩为主，原岩为一套陆源碎屑岩黏土建造；大石桥组岩性以大理岩为主，原岩为一套碳酸盐岩建造；盖县组岩性以二云片岩为主，原岩为一套黏土岩建造。地层呈东西展布，整合接触。

区内构造活动强烈，以褶皱和断裂构造为主。早期矿田经历辽吉裂谷带的发展演化过程，形成了大型翻卷褶皱和同生断裂^[4](荒甸子——新岭——朱家堡子断裂)、韧性断裂等构造；晚期经历变质作用及印支期和燕山期的构造岩浆活动，形成了一系列的叠加褶皱和韧性、脆性断裂。叠加褶皱构造由轴向近EW、NW和NE的褶皱构造组成，其中EW向褶皱构造为主体。断裂构造根据走向方向可划分为NW、NE、SN和EW向四组断裂。NW和NE向断裂构成区内主要菱形断裂构造格架(图 1)，规模较大，是脉状矿体的主要导矿及容矿构造；近SN和EW向断裂为次生断裂构造，是矿田内层状铅锌矿体和金银矿体的主要容矿构造^{[8, 9]}。

1.第四系；2.盖县组一段；3.大石桥组三段；4.大石桥组二段；5.印支期花岗岩；6.中元古代花岗岩；7.古元古代辉长岩；8.古元古代条痕花岗岩；9.燕山期伟晶岩脉；10. 燕山期花岗斑岩脉；11. 燕山期辉长辉绿岩脉；12.正断层；13.逆断层；14.性质不明断层；15.向斜褶皱；16.背斜褶皱；17.飞来峰构造；18. 金、银矿床（点）；19.铅锌矿床（点）。据文献[7]修编。 图 1 青城子铅锌矿及其外围金银矿区域地质图 Fig. 1 Regional geological map of Qingchengzi Pb-Zn ore field and its peripheral Au-Ag deposits

图选项

区内岩浆活动频繁，其出露面积占全区1/3以上，依据岩石类型及同位素年代学将其划分为四期，分别为：古元古代岩浆活动，发育钾质花岗岩(条痕状花岗岩)，岩浆活动剧烈，主要分布在南部，形成于2 000 Ma年左右^[9]；中元古代岩浆活动，发育钠质花岗岩，岩浆活动较弱，呈稀散点状分布，以东南部的大顶子钠质花岗岩岩群为代表，见铅锌矿化、铁锰碳酸盐化和高岭土矿化，形成于1 621~1 741 Ma^[2]；印支期岩浆活动，发育似斑状花岗岩-似斑状二长花岗岩，岩浆侵入活动强烈，规模大，分布在青城子矿区北部和西南部，以新岭花岗岩和双顶沟花岗岩为代表，形成于200 Ma左右^[9]；燕山期岩浆活动，发育安山质火山岩及伟晶岩脉、煌斑岩脉、闪长岩脉、花岗斑岩脉等脉岩，规模小，岩脉附近常发育脉状铅锌矿化或切割脉体，分布在矿区东南部钾质花岗岩和钠质花岗岩之间，形成于137 Ma左右^[10](图 1)。 2 矿床地质特征 2.1 矿区地质 2.1.1 地层

矿区出露地层为太古宙鞍山群和古元古代辽河群变质岩系的高家峪组(Pt₁g)、大石桥组(Pt₁d)和盖县组(Pt₁gx)^[11]。其中,高家峪组和大石桥组为主要赋矿地层。

高家峪组岩石主要由片岩、变粒岩、透闪岩、大理岩及斜长角闪岩组成。石墨、黄铁矿的含量较高，尤其是在层间滑动面附近，石墨体积分数可达15%以上。该组是矿区内层状铅锌矿体的主要赋矿层位。

大石桥组岩石主要由大理岩、变粒岩、片岩及片麻岩等组成。根据岩性组合划分为3个岩性段：一段主要为白云质大理岩夹厚层菱镁矿，沿走向分布稳定，富铅、锌、金、银等多金属矿和菱镁矿，是榛子沟区2号矿体的主要赋矿层位；二段由片岩和变粒岩等组成，沿地层延伸方向稳定，以含石榴石为主要特征，富含金矿；三段占矿区总面积的一半以上，以钙质大理岩为主，富铅、锌、金、银等多种金属和菱镁矿，其中该层位脉状矿化发育，为矿区内主要的含铅锌矿层之一。

2.1.2 构造

榛子沟——甸南倾没背斜是矿床的主要褶皱构造，褶皱两翼宽缓，轴向近EW，倾角70°，地层倒转，核部出露辽吉花岗岩(混合变粒岩)，两翼岩性由核部向外依次为高家峪组角闪岩、大石桥组大理岩和盖县组片岩。区内断层发育，以脆性断裂为主，可划分为NW、NE和SN三组断裂。NW和NE断裂主要位于高家峪组与花岗岩、大石桥组、盖县组的接触部位。其中：NW向断裂倾向NE，倾角20°~60°，层状矿体发育；SN向断裂切穿地层，并切割NW、NE向断裂，构成脉状、囊状矿体的容矿空间^[6]。

2.1.3 岩浆岩

区内经历多期岩浆活动，主要发育古元古代钾质花岗岩、印支期似斑状花岗岩-似斑状二长花岗岩和燕山期岩脉，其中以古元古代钾质花岗岩和燕山期的脉岩为主。钾质花岗岩发育榛子沟——甸南倾没背斜核部，与两翼地层呈整合接触，岩石呈肉红色，斑状-似斑状结构和块状构造；煌斑岩、闪长岩脉主要发育在断裂内，与脉状矿体关系密切。

2.2 矿化特征

矿体主要赋存于高家峪组和大石桥组及其与辽吉花岗岩接触附近的层间断裂内，少量矿体赋存于二者附近的切层断裂内。依据矿体的产状和形态，矿石类型可划分为层状和脉状矿体两类。层状矿体呈层状、似层状和透镜状产出，与容矿围岩的产状一致或近于一致，主要为喷流沉积成因类型，具有规模大和沉积结构特征，受地层控制；少量的层状矿体是后期热液顺片理贯入形成的，属后期热液成因，规模小且明显受断裂控制。本文主要研究喷流沉积成因的层状矿体。脉状矿体位于层状矿体上盘，呈脉状、囊状产出，产状与围岩不协调，穿切围岩的层理。

矿石矿物以黄铁矿、闪锌矿和方铅矿为主，次为黄铜矿、毒砂、磁黄铁矿；脉石矿物以方解石、石英和白云石为主，次为云母类矿物。常见矿石结构为交代残余结构、压裂结构、乳滴状结构等(图 2)，构造为块状构造、浸染状构造、变余构造和层纹状构造等。

a.方铅矿（Gn）交代黄铁矿（Py）呈交代残余结构；b.黄铁矿呈压裂结构；c.黄铁矿交代方铅矿和黄铜矿（Ccp）；d.黄铜矿在闪锌矿（Sp）中呈叶片状；e.方铅矿交代闪锌矿，且黄铜矿在闪锌矿中呈乳滴状；f.方铅矿的黑三角孔特征。a和b为Ⅱ黄铁矿方铅矿石英方解石阶段铅锌矿石，其余为I黄铁矿方铅矿闪锌矿石英阶段铅锌矿石。 图 2 榛子沟铅锌矿床矿石结构构造特征 Fig. 2 Characteristics of ore structure of Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

围岩蚀变较弱，规模很小，分布不均匀，分带性不明显，主要有白云石化、矽卡岩化、硅化、碳酸盐化、黄铁矿化、绢云母化和绿泥石化等。其中，碳酸盐岩类型围岩蚀变以白云石化和碳酸盐化为主，云母片岩类围岩常见硅化、绢云母化和绿泥石化。层状铅锌矿体相对脉状铅锌矿体蚀变较弱。

2.4 热液叠加期成矿作用特征

已有研究表明，榛子沟铅锌矿床的形成经历了海底喷流、变质变形和热液叠加三期成矿作用^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]}，其中热液叠加成矿作用对矿床的形成起了重要作用。根据矿石矿物组合、结构构造和矿脉穿切关系将其划分为I黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-石英和Ⅱ黄铁矿-方铅矿-石英-方解石两个阶段。

热液叠加成矿作用的最显著特征是脉状矿体的形成和层状矿体的局部热液改造(图 3)。本区脉状矿体多赋存于层状——似层状矿体上盘大理岩、各类片岩地层之中，沿不同方向、规模及性质的断裂构造产出(图 4)。矿体形态多为脉状、树枝状或N字型等，走向为NW(300°~330°)或近SN，倾角变化较大，矿体走向延长60~200 m，倾斜延深30~60 m。I黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-石英阶段矿石矿物以黄铁矿、闪锌矿和方铅矿为主，次为黄铜矿，脉石矿物以石英为主。Ⅱ黄铁矿-方铅矿-石英-方解石阶段矿石矿物以方铅矿、黄铁矿为主，脉石矿物以方解石、石英为主(图 2)。品位数据(表 1)表明，脉状矿体w(Pb+Zn)为14.75%,似层状矿体w(Pb+Zn)为4.34%~16.16%，大部分小于14.75%，只有2号矿体的w(Pb+Zn)大于脉状矿体，但总体上脉状矿体w(Pb+Zn)值大于似层状矿体；综合推断热液叠加期明显对成矿元素起到富集作用。

a、b. 沉积变质期层状铅锌矿体；c、d、e.后期热液叠加期脉状铅锌矿体；f.后期热液叠加期层状铅锌矿。 图 3 榛子沟铅锌矿床野外照片 Fig. 3 Field photographs of Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

1.云母片岩；2.大理岩；3.石榴子石云母片岩；4.含石墨大理岩；5. 煌斑岩、花岗斑岩脉；6.矿体；7.断裂及破碎带；8.地质界线。 图 4 榛子沟铅锌矿床33(a)和9号(b)勘探线地质剖面图 Fig. 4 Geology section of 33(a) and 9(b) exploration line in Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

本次工作在榛子沟铅锌矿床采集Ⅰ和Ⅱ阶段两类典型的矿体样品，共计16件，并对发育较好的流体包裹体样品开展系统的岩相学、显微测温、激光拉曼光谱分析及碳、氢、氧同位素研究。

显微测温实验和拉曼光谱成分分析在吉林大学地球科学学院流体包裹体实验室完成。测温仪器包括德国Carl Zeiss Axiolab型显微镜(10×50)和英国Linkam THMS-600型冷热两用台，温度低于0 ℃时分析精度为±0.1 ℃,温度高于200 ℃时为±2 ℃；成分分析仪器采用分析精度为1 cm^-1的Renishaw System-100 型激光拉曼光谱仪和扫描范围为4 500~8 501 cm^-1的514 nm Ar⁺离子激光器。

碳、氢、氧同位素测试在核工业地质矿产研究所实验室中心完成，测量仪器为MAT253 EM型质谱计，氧同位素分析精度为±0.2，碳同位素分析精度为±0.2，氢同位素分析精度为±2。BrF5法制取氧，氢同位素采用爆裂和锌法制取氢，碳同位素采用爆裂和冷阱法制取碳。

3.2 流体包裹体岩相学特征

Ⅰ阶段石英颗粒中见4种类型流体包裹体:纯液相包裹体、气液两相包裹体及少量CO₂包裹体和富气相包裹体，其中纯液相包裹体分布极少，不参与本文讨论。岩相特征(图 5a——f)如下：

a、b、c．Ⅰ阶段CO2三相包裹体（LC）；d、e．Ⅰ阶段气液两相包裹体（VL）； f．Ⅰ阶段富气相包裹体（LV）；g、h、i．Ⅱ型气液两相包裹体（VL）。 图 5 榛子沟铅锌矿床流体包裹体照片 Fig. 5 Petrography of fluid inclusions in quartz from Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

气液两相包裹体(VL)：常温下由H₂O的气液两项组成，气相占包裹体整体的5％~15％；呈近圆状、椭圆状和少量不规则状，长轴多为5~8 μm，偶见10~15 μm，在石英颗粒中多为成群分布，少量随机分布。

富气相包裹体(LV)：常温下由H₂O的气液两项组成，气液比为85%~90%；形态多为近圆状，长轴多见为5 μm，在石英颗粒中随机分布且少见。

CO₂三相包裹体(LC)：常温下由H₂O的液相和CO₂的气液两项组成,CO₂气液比范围较大，为40%~90%；形态近椭圆，长轴为5~10 μm，在石英颗粒中随机分布且少见。

Ⅱ阶段石英颗粒中流体包裹体以液相包裹体为主，气液两相包裹体次之。气液两相包裹体(VL)岩相特征(图 5g——i)表现如下：常温下由H₂O的气液两项组成，气相占包裹体的5％~15％，呈近圆状、近椭圆状和长方形状及少量不规则状，长轴为5~10 μm，成群分布。 3.3 流体包裹体显微测温特征

岩相学研究发现Ⅰ阶段铅锌矿体发育气液两相、富气相和CO₂三相流体包裹体，Ⅱ阶段矿体发育气液两相包裹体。本次对VL、LV、LC包裹体进行显微测温研究，结果如表 2所示。

Ⅰ阶段气液两相包裹体盐度为4.3%~9.7%，均一至液相温度为160~310 ℃，偶见410 ℃烧爆温度，峰值为210~260 ℃；富气相包裹体盐度为3.0%~3.7%，均一至液相温度为270~320 ℃，峰值为290~310 ℃；CO₂三相包裹体的固相CO₂熔化温度为-58.8~-58.1 ℃，盐度为5.2%~5.9%，均一至液相温度为300~360 ℃(图 6a、b)。

Ⅱ阶段气液两相包裹体盐度为1.4%~9.4%，均一至液相温度为120~270 ℃，峰值为180~220 ℃(图 6c、d)。

a、b.Ⅰ黄铁矿方铅矿闪锌矿石英阶段；c、d.Ⅱ黄铁矿方铅矿石英方解石阶段。 图 6 榛子沟铅锌矿床流体包裹体均一温度、盐度直方图 Fig. 6 Histograms of homogeneous temperature and salinity of different stages of fluid inclusions in Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

激光拉曼光谱分析研究结果(图 7)表明：Ⅰ黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-石英阶段CO₂三相包裹体液相成分为H₂O和CO₂，气相成分为H₂O和CO₂、CH₄和N₂，其中CO₂、CH₄和N₂的含量与CO₂气液比正相关；Ⅰ阶段气液两相包裹体液相成分为H₂O，气相成分以H₂O为主，CO₂次之，CH₄和N₂再次之。

a、b、c. Ⅰ阶段CO2流体包裹体激光拉曼光谱(CO2含量依次降低)；d. Ⅰ阶段气液两相包裹体激光拉曼光谱。 图 7 榛子沟铅锌矿床流体包裹体激光拉曼光谱图 Fig. 7 Laser-Raman spectra of the single fluid inclusions trapped in quartz in the Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

测试矿物石英中¹³C和D来自石英中流体包裹体封存的挥发分流体，如H₂O、CO₂、CH₄；由于水岩反应的存在而测试值¹⁸O偏高，因此测试值¹³C和D的范围更能够反映成矿流体的来源，所测石英的¹⁸O同位素值需要基于流体温度进行转换(表 3)。

Ⅰ阶段石英的δ¹⁸O_q-SMOW值为9.5‰~10.0‰，δD_q-SMOW值为-96.5‰、-95.4‰，依据公式^{[12, 13]}计算相应的δ¹⁸O_H2O-SMOW值为-0.62‰、0.04‰，在体系δD_q-SMOW-δ¹⁸O_H2O-SMOW中投点落于大气降水线与岩浆水之间，偏于岩浆水一侧(图 8)，表明其成矿流体具有岩浆水与大气降水的混合热液特点^{[16, 17, 18]}；δ¹³C值为-4.8‰、-4.4‰，落于花岗岩(δ¹³C为-7‰~-3‰)范围内(图 9)，指示成矿流体中碳主要来源于岩浆水。

Ⅱ阶段石英的δ¹⁸O_q-SMOW值为7.0‰~8.0‰，δD_q-SMOW值为-88.4‰~-80.0‰，相应δ¹⁸O_H2O-SMOW为-7.93‰~-5.57‰，在体系δD_q-SMOW-δ¹⁸O_H2O-SMOW中投点落于大气降水线右侧(图 8)，推断成矿流体可能主要来源于大气降水，但不排除有少量的岩浆水参与；δ¹³C值为-12.6‰~-7.9‰，较低于花岗岩碳值(图 9)，推断碳具有多源性，在围岩蚀变作用(碳酸盐化)、含矿岩层中有机质(石墨)的氧化作用和岩浆作用不同程度的混合作用下表现出略低于岩浆碳的现象。

4 成矿流体性质及来源

流体包裹体岩相、显微测温及碳氢氧同位素特征表明，热液叠加期Ⅰ和Ⅱ两个阶段的成矿流体来源存在差异(图 6、8、9)，故其成矿流体来源不同且具有不同的地球化学性质。

底图据文献[14, 15]。 图 8 榛子沟铅锌矿床流体包裹体氢氧同位素 Fig. 8 δDq-SMOW-δ18OH2O-SMOW diagram of the ore-forming fluids in the Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

底图据文献[14, 15]。图 9 榛子沟铅锌矿床流体包裹体碳氧同位素 Fig. 9 δ13C-δ18OH2O-SMOW diagram of the ore-orming fluids in the Zhenzigou Pb-Zn deposit

图选项

Ⅰ阶段铅锌矿体的流体包裹体研究发现，富气相包裹体、CO₂三相包裹体和气液两相包裹体共存于矿体中，气相成分多样富含H₂O、CO₂、CH₄、N₂等。Ⅱ阶段的铅锌矿体发育较为单一的气液两相包裹体，气相成分以H₂O为主。Ⅰ阶段矿体成矿流体属中低温、低盐度、低密度的CO₂-H₂O-NaCl体系热液(图 10a)，Ⅱ阶段成矿流体由于温度压力的降低，属低温、低盐度、低密度的H₂O-NaCl体系(图 10b)。

a.Ⅰ黄铁矿方铅矿闪锌矿石英阶段；b.Ⅱ黄铁矿方铅矿石方解石阶段。底图据文献[17]。 图 10 流体包裹体均一温度-盐度-密度图解 Fig. 10 Relationship of homogenization temperature,salinity and density of fluid inclusions

图选项

Ⅰ阶段碳同位素值投点落于花岗岩内和氧同位素值向大气降水方向漂移现象，均反映成矿流体来源于岩浆水与大气降水的混合热液。Ⅱ阶段包裹体的盐度与温度呈现某种正相关关系(图 10b)，即盐度随着温度的降低而降低，推断成矿后期有大气降水加入。同位素分析结果从另一方面证实大气降水参与成矿作用，并萃取地层中有用物质。K-Ar测年结果表明，多处切割脉状矿体的煌斑岩脉年龄为84~100 Ma，多处被脉状富矿化切割的闪长岩脉年龄为140 Ma^[6]，即脉状铅锌矿体应该形成于84~140 Ma;推断该成矿期的成矿作用与第四期岩浆活动，即形成与137 Ma的燕山期岩浆构造活动密切相关。综合认为热液叠加成矿期成矿流体来源于燕山期岩浆热液和大气降水，大气降水在成矿后期参与的比重增大。 5 结论

1)榛子沟铅锌矿床热液叠加期成矿作用明显对成矿元素起到富集作用，且依据矿物共生组合、矿石组构及穿切关系，热液叠加期可划分为Ⅰ方铅矿-闪锌矿-黄铁矿-石英阶段和Ⅱ黄铁矿-方铅矿-石英-方解石阶段。

2)Ⅰ阶段铅锌矿体石英颗粒中发育气液两相、富气相和CO₂三相包裹体，成矿流体属中低温、低盐度、低密度的CO₂-H₂O-NaCl体系热液，气相成分以H₂O为主，次为CH₄、N₂、CO₂；Ⅱ阶段铅锌矿体石英颗粒中发育较单一的气液两相包裹体，成矿流体属低温、低盐度、低密度的H₂O-NaCl体系热液，气相成分以H₂O为主。

3)成矿流体来源于燕山期的岩浆水与大气降水的混合热液，且在成矿后期大气降水的混入比例增加。