2017, Vol. 33
2. 矿床成因与勘查技术研究中心, 合肥工业大学, 合肥 230009;
3. 安徽省矿产资源与矿山环境工程技术研究中心, 合肥 230009
2. Ore Deposit and Exploration Centre, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China;
3. Anhui Province Engineering Research Centre for Mineral Resources and Mine Environments, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
长江中下游成矿带是我国重要的Cu-Fe-Au资源集中区(常印佛等, 1991; 唐永成等, 1998; 毛景文等, 2004; 周涛发等, 2008, 2016; Zhou et al., 2011, 2015; Pirajno and Zhou, 2015; Xie et al., 2016)，同时也是中国东部中生代成岩成矿作用的典型代表。长江中下游矿床类型主要为矽卡岩型与斑岩型以及磁铁矿磷灰石型(图 1)，铅锌矿床较少，具有代表性的铅锌矿床有南京栖霞山大型沉积改造富集型铅锌矿矿床，庐枞盆地岳山中型次火山热液型铅锌银矿床以及姚家岭特大型矽卡岩型锌金多金属矿床(常印佛等, 1991; 周涛发等, 2012; 钟国雄等, 2014)。
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图 1 长江中下游成矿带岩浆岩及矿产分布图(据常印佛等, 1991修改) Fig. 1 Geological map of magmatic rocks and deposits in the Middle-Lower Reaches of Yangtze River Valley metallogenic belt (modified after Chang et al., 1991) |
近年来华东冶金地质勘查局综合地质大队在铜陵矿集区中南部、顺安深大断裂西侧三叠系灰岩地层中发现了荷花山大型铅锌矿床，铅锌金属量超过50万吨，是长江中下游首例赋存于三叠系灰岩地层的中大型铅锌矿床。该矿床位于铜陵矿集区中南部(图 2)，矿体主要位于南陵湖组下段与和龙山组上段灰岩地层中，矿区内地表未出露有岩体。通过物探方法及钻孔揭露，发现该区存在闪长岩类侵入岩，主要岩性为闪长玢岩及石英闪长岩。本文通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及岩石地球化学研究，来探讨荷花山矿区闪长岩类成岩时代、岩浆起源、构造背景及成矿指示意义。
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图 2 铜陵矿集区地质图(据毛景文等, 2009) Fig. 2 Sketch geological map of Tongling mining district (modified after Mao et al., 2009) |
铜陵矿集区位于长江中下游Cu-Fe-Au成矿带东侧，为长江中下游成矿带中重要的矿集区之一，大地构造位置位于扬子板块东北缘，大别造山带前陆褶皱带上的中生代次级隆起区(图 1)。区内地层从志留系到第四系均有出露，缺失下泥盆统，其中出露最老的地层为志留系，从志留纪到三叠纪主要为海相碳酸盐及碎屑沉积岩，中三叠世主要由陆相碎屑岩夹火山碎屑岩系构成。铜陵矿集区位于长江中下游成矿带断隆区，经历了多次复合叠加构造运动，其中加里东、印支及燕山运动对本区构造格架起主导作用。区内发育E-W、S-N和NNE向多组基底隐伏深大断裂和NW、NE，近S-N向表壳断裂及一系列NE走向，相间排列的盖层短轴褶皱，控制着区内岩浆岩和矿床的分布及产状(王世伟等, 2011; 范子良等, 2016)。区内燕山期岩浆活动最为强烈，形成一套高钾钙碱性岩石(Mao et al., 2006; 吴淦国等, 2008; Ling et al., 2009, 2011; 徐晓春等, 2012)，出露有70多个岩体，均为浅成岩体，浅部主要呈“树枝状”岩枝、岩墙、岩脉产出，主要沿铜陵-南陵隐伏基底断裂呈近东西向展布，成群集中于铜官山、狮子山、舒家店、新桥头、凤凰山、沙滩脚等地，形成一条宽约25km、长约40km的岩浆构造活动带(图 2)。这些岩体的长轴方向与本区地表发育的不同方向、不同性质的断裂构造相对应，表明岩浆在浅部的上升侵位过程主要受断裂构造控制(徐晓春等, 2012)，岩石类型主要为石英(二长)闪长岩、花岗闪长岩和辉石闪长岩等3类，成岩年龄集中于144~137Ma之间(毛景文等, 2009)。
铜陵矿集区矿床主要分布于五大矿田，由西向东依次为铜官山矿田，狮子山矿田，新桥矿田，凤凰山矿田，沙滩脚矿田，五个矿田几乎等距离分布，以斑岩-(层控)矽卡岩型Cu-Au矿床为主要类型(周涛发等, 2012)。
3 矿床地质特征 3.1 地层、构造及岩浆岩荷花山矿区内出露的最老地层为志留系中统坟头组(S2f)、上统茅山组(S3m)；此外还有泥盆系五通组(D3w)及石炭系中统黄龙组(C2h)、上统船山组(C3c)，二叠系下统栖霞组(P1q)、孤峰组(P1g)，二叠系上统龙潭组(P2l)、大隆组(P2d)，三叠系下统殷坑组(T1y)、和龙山组(T1h)、南陵湖组(T1n)及中统东马鞍山组(T2d)、铜头尖组(T2t)。区内主要的褶皱构造为大成山背斜、青山背斜及朱村向斜，走向均为NE向。其中青山背斜与朱村向斜相连。区内主要有两条近南北向的断裂，由位于矿区东侧的顺安断裂(F1)和矿区西侧的黄山北-梅冲断裂组成(F2)。F1断裂走向近南北，倾角较陡，约70°，北东盘上升，属逆断层；F2断裂走向约340°，倾向北东，倾角较陡，垂直褶皱轴向的横向断裂，该组断裂表现为张性断裂。矿区内地表无侵入岩出露，通过物探方法及钻孔揭露，探明该区存在两个侵入岩岩体，由位于矿区西侧的荷花山岩体与位于东侧的大成山岩体组成(图 3a)。荷花山岩体岩性为闪长玢岩，大成山岩体岩性为石英闪长岩。
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图 3 荷花山矿床矿区地质图(a)和16勘探线剖面图(b)(据华东冶金地质勘查局综合地质大队, 2015①) Fig. 3 Geologic map (a) and No.16 exploration line (b) of Hehuashan deposit |
① 华东冶金地质勘查局综合地质大队. 2015.荷花山铅锌银多金属矿普查地质报告
3.2 矿化及蚀变荷花山铅锌矿床铅锌矿矿体主要赋存于青山背斜北西翼三叠系南陵湖组下段与和龙山组上段灰岩地层中(图 3b)。矿体呈似层状顺层产出，矿体所在层位的灰岩发生强烈的角砾岩化，矿石矿物主要赋存在角砾岩的胶结物中，主要矿石矿物有闪锌矿、方铅矿，以及少量的黄铁矿和极少量的黄铜矿，脉石矿物主要为方解石、白云石，还有少量重晶石、天青石、萤石(图 4)。通过手标本观察及镜下鉴定，发现荷花山矿床存在两种类型的矿石，第一种为含黑色基质的角砾岩型(图 4a, b)，即闪锌矿与方铅矿赋存在灰岩角砾岩的黑色基质中，黑色基质主要成分为闪锌矿、方铅矿、方解石、石英及少量的绢云母等物质，闪锌矿颜色为黄褐色到红棕色，粒度较细，大小约40μm，组成条带状的结合体并受到后期改造破碎；第二种矿石类型的铅锌矿主要赋存在以方解石为胶结物的角砾岩中(图 4c, d)，闪锌矿主要为红棕色和无色，粒度较粗，约1mm，表现出明显的岩浆热液成因的特征。矿床围岩为灰岩地层，蚀变较为简单，主要为白云石化和少量硅化及局部的大理岩化。侵入岩发生的主要蚀变有绢云母化、高岭土化，岩体局部发生碳酸盐化。
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图 4 荷花山矿床矿石手标本照片 (a)闪锌矿(Sp)与方铅矿(Gn)集合体呈断片状分布在“黑色基质”，断片形状规则，棱角明显，闪锌矿粒度较细，与方铅矿共生，“黑色基质”主要成分是细粒方解石(Cal)、石英及绢云母；(b)含细粒闪锌矿黑色基质；(c)闪锌矿赋存于灰岩角砾岩的方解石胶结物中，围绕灰岩角砾生长，具有明显的生长环带；(d)方解石脉中的铅锌矿；(e)方解石脉中的紫色萤石(Fl)；(f)“黑色基质”中的胶状黄铁矿(Py)与闪锌矿 Fig. 4 Hand samples of ore rocks from Hehuashan deposit (a) sphalerite (Sp) and galena (Gn) assemblage pieces in the black matrix of limestone breccia. The shapes of the pieces are irregular, with jagging edge. Sphalerite is fine-grained and with galena in it. Clasts of breccia are limestone. The black matrix is composed of calcite (Cal), quartz and sericite; (b) the black matrix that hosting fine-grained sphalerite; (c) sphalerite grew around limestone clasts of breccia, with growth zonations that can be observed by eyes; (d) lead-zinc mineralization in calcite vein, coarse-grained (~5mm for galena); (e) fluorite (Fl) in the calcite veins; (f) colloform pyrite (Py) and sphalerite (Sp) hosted by black matrix |
对荷花山矿区荷花山与大成山岩体分别选取1件样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测定。两个样品分别采自矿区西侧钻孔zk1601，深度为702m；矿区东侧钻孔zk3101，深度为624m(图 3a)。岩石地球化学样品分别采自于荷花山岩体与大成山岩体较为新鲜的岩石样品。
闪长玢岩(1601-40)(图 5a, b)，呈土黄色，斑状结构，斑晶主要为长石，粒径大小约1mm，自形到半自形，含量约50%，基质主要由细粒至微细粒长石石英组成，含量约35%，暗色矿物主要为角闪石，含量约15%，颗粒细小，呈浸染状分布。岩体发生高岭土化、绢云母化及碳酸盐化。
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图 5 荷花山矿床闪长岩类侵入体手标本及镜下照片 Pl-斜长石；Q-石英；Ser-绢云母；Cal-方解石 Fig. 5 Hand samples and micrographs of the diorites from Hehuashan deposit Pl-plagioclase; Q-quartz; Ser-sericite; Cal-calcite |
石英闪长岩(3101-33)(图 5c, d)，呈浅肉红色，斑状结构，斑晶主要为长石，粒径大小约0.5mm，半自形-他形，含量约65%，基质主要为细粒石英和细粒长石，含量约20%，暗色矿物主要为角闪石与黑云母，含量约15%。岩体发生弱碳酸盐化。
4.2 锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年锆石单矿物挑选、制靶、阴极发光图像均由廊坊市宏信地质勘查技术服务公司完成，LA-ICPMS锆石U-Pb定年分析在合肥工业大学资源与环境工程学院质谱实验室完成。具体过程为：
(1) 分选：将样品破碎至矿物自然粒度后(50~150μm)，通过磁选和重液等选矿技术，将矿物初步分离，然后配合双目镜手选方法进行单矿物分离提纯，分选出晶型完好、颗粒大于50μm的锆石(TPK-11>100颗；TPK-05>100颗)作为定年和成分测定对象；(2)制靶：在双目镜下挑选出晶形完好，透明度和色泽较好的锆石单矿物粘在载玻片的双面胶上，然后用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后，抛光至锆石颗粒露出1/3以上；(3)照相：用配有阴极发光(CL)探头的电子显微镜对锆石进行鉴定并拍照，工作电压为15kV，电流为4nA，并配套有透反射照片，用以检查锆石的内部结构和选择分析区域；(4)测年：分析测试前分别用酒精和稀硝酸(5%)轻擦样品表面，以除去可能的污染。使用激光-电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS)完成测试，采用激光器为GEOLAS，激光剥蚀系统波长193nm，工作参数为：剥蚀物质载He为0.6L/min，激光脉冲频率5Hz，剥蚀孔径32μm，剥蚀时间为90s，背景测量时间为25s，脉冲能量密度为10mJ/cm2；测量质谱仪为Agilent7500，工作参数为：Rf功率1300W，进样深度5.5mm，等离子气体Ar 15L/min，辅助气体Ar 1L/min，补偿气体Ar 0.8~0.9L/min。应用NIST 610玻璃作为元素外标，锆石标样91500进行同位素分馏校正，锆石标样Mud Tank作为同位素监控样，本实验室测定的锆石标样的误差与推荐值一致。数据处理采用中国地质大学(武汉)开发的ICPMSDdataCal9.9软件完成。普通铅校正采用的Andersen的方法(Andersen and Griffin, 2004)，并采用Isoplot(2.49版)进行年龄计算及谐和图的绘制(Ludwig, 2001)，实验过程中误差为1σ。详细方法参见Liu et al. (2010)。
4.3 全岩地球化学分析全岩主、微量元素分析在澳实分析检测(广州)矿物实验室完成。具体流程为：选取新鲜样品在刚玉破碎机进行粗碎至10cm大小；选择无脉体、无风化面颗粒300克放入行星式玛瑙碎样机中细碎至75mm大小(约200目)用于测试。主微量元素测试分析在澳实分析检测(广州)公司实验室中心完成，其中主量元素使用ME-XRF06X荧光光谱仪进行X-射线荧光光谱法(XRF)测定，氧化物总量分析误差为1%~3%，大致过程为：称取0.7g样品，然后加入适量硼酸高温熔融呈玻璃片，最后在XRF上用外标法测定氧化物含量。微量元素采用四酸消解法电感耦合等离子质谱仪(ME-MS61)法，稀土元素的测定采用熔融法电感耦合等离子体质谱法(ME-MS81)法，准确定控制相对误差(RE)%小于10%，精密度控制相对偏差(RD)%小于10%。
5 分析结果 5.1 锆石U-Pb同位素定年荷花山闪长岩类LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试结果如表 1所示。锆石CL图像(图 6)表明，2件样品锆石颗粒均呈短柱状，且具有明显环带结构。闪长玢岩(1601-40)，锆石大小80~90μm，最大长宽比约2：1；石英闪长岩(3101-33)，锆石大小约75~90μm，最大长宽比约2：1。以上锆石自形程度均较高，且普遍发育有清晰的环带结构，表现出典型的岩浆锆石特征。测试结果(表 1)显示，2个样品的锆石Th/U比分别为0.65~0.92，0.65~0.98，Th/U比值均大于0.5，是典型的岩浆成因锆石(Hoskin and Schaltegger, 2003)。本次测定的闪长玢岩(1601-40)17颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为133.0±2.1Ma(MSWD=0.9，n=17)(图 6a)；石英闪长岩(3101-33)21颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为130.1±1.7Ma(MSWD=0.64，n=21)(图 6b)，分别代表荷花山岩体与大成山岩体的形成年龄。
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表 1 荷花山矿床锆石LA-ICP-MS年龄测定结果 Table 1 LA-ICP-MS dating results of zircons from the diorites from Hehuashan deposit |
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图 6 荷花山矿床闪长岩类锆石阴极发光图像及锆石LA-ICP-MS U-Pb谐和图 Fig. 6 CL images of zircon and LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram of the diorites from Hehuashan deposit |
荷花山地区闪长岩类样品主微量元素组成如表 2所示。由于样品普遍发生一定的高岭土化、绢云母化，即使选择了相对新鲜的样品进行全岩地球化学分析，部分样品的烧失量(LOI)仍然较大(2.38%~11.43%)。通常，高场强元素(HFSE)，稀土元素(REE)，Th和过渡元素即使在很强的热液蚀变中均不发生迁移(Zhou, 1999; Hawkesworth et al., 1997)。Mg被认为是容易在溶液中迁移，且其成分会发生改变，但是该改变发生在含橄榄石和辉石的镁铁质岩石中，在中酸性岩中，由于不含橄榄石和辉石，因此蚀变对于Mg的含量基本无影响(Zhou, 1999)。此外，一些主量元素，如Ti、P、Al、Fe以及Mn也不容易在热液蚀变中发生迁移和丢失，但是Ca、Na、K和大离子亲石元素(如Sr、Ba、Ru)通常是会发生迁移的(Smith and Smith, 1976)。荷花山闪长岩类样品中Al2O3、FeOT(=Fe2O3×0.9+FeO)、MgO、TiO2、P2O5、Th含量与烧失量(LOI)的增加并无明显的相关性(图 7)，表明它们的含量一般不会受到蚀变的影响，而Na2O和K2O的含量随着烧失量(LOI)的增加而呈现明显的下降关系，表明它们在蚀变过程中发生迁移。因此，仅非活动性元素，如高场强元素(Ti、Zr、Y、Nb、Ta、Hf)和Th、Al2O3、FeOT、MgO、P2O5，稀土元素、过渡性元素用于本文的讨论。
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表 2 荷花山矿区闪长岩类主量元素(wt%)、微量元素和稀土元素(×10-6)分析结果 Table 2 Major (wt%), rare earth and trace elements (×10-6) for the diorites from Hehuashan deposit |
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图 7 荷花山矿床闪长岩类烧失量(LOI)与主量元素的相关性图解 Fig. 7 LOI (loss on ignition) vs. major elements of diorites from Hehuashan deposit |
在岩石化学成分Zr/TiO2-SiO2判别图解(图 8a)中，荷花山矿区闪长岩类主要落于闪长岩区和花岗闪长岩区域。Co-Th判别图解(图 8b)中，荷花山闪长岩类样品均落于高钾-钾玄岩系列。荷花山闪长岩类P2O5含量随着SiO2含量的增加，而呈线性降低，表明在岩浆演化过程中发生了磷灰石的分离结晶(图 9)；TiO2、MgO含量与SiO2呈负相关关系，即它们的含量随着SiO2含量的增加，而呈线性降低，反映了在岩浆演化过程中存在着钛铁矿、角闪石等矿物的分离结晶作用(王强等, 2003; 徐晓春等, 2008)。Al2O3含量与SiO2含量线性关系不明显(图 9)，表明长石在岩浆演化过程中的结晶分异作用不显著，或者源区岩石中的斜长石已经融入岩浆熔体中(孟祥金等, 2011)，微量元素P的含量降低较为缓慢，显示出磷灰石的结晶分异作用比较弱。
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图 8 荷花山矿床闪长岩类Zr/TiO2-SiO2 (a)和Co-Th (b)判别图解 Fig. 8 SiO2 vs. Zr/TiO2 (a) and Co vs. Th (b) diagrams for diorites of Hehuashan deposit |
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图 9 荷花山矿床闪长岩类哈克图解 Fig. 9 Harker variation diagrams of the diorites from Hehuashan deposit |
在微量元素蛛网图中(图 10a)，可以发现荷花山矿区闪长岩类不相容元素具有富集大离子亲石元素(LITE)Rb、Sr等，相对低含量的高场强元素(HFSE：Zr、Nb、Hf、P、Ti、Ta)，可能是受地壳混染造成的(任康绪等, 2005; 徐晓春等, 2012)，且曲线均呈右倾模式。
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图 10 荷花山矿床闪长岩类原始地幔标准化微量元素蛛网图(a, 标准化值据Sun and McDonough, 1989)及球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(b, 标准化值据Boynton, 1984) 数据来源：铜陵地区石英闪长岩据徐晓春等(2012)，谢建成等(2012)；辉石闪长岩据徐晓春等(2012)，谢建成等(2012)，王世伟等(2011)；花岗闪长岩据徐晓春等(2012)，王强等(2003)，谢建成等(2012) Fig. 10 Primitive mantle-normalized trace element variation diagram (a, normalization values after Sun and McDonough, 1989) and chondrite-normalized rare earth element pattern (b, normalization values after Boynton, 1984) of diorites from Hehuashan deposit Data sources: quartz-diorite (Xu et al., 2012; Xie et al., 2012); gabbro-diorite (Xu et al., 2012; Xie et al., 2012; Wang et al., 2011); granodiorite (Xu et al., 2012; Wang et al., 2003; Xie et al., 2012) |
荷花山矿区闪长岩类稀土元素总量∑REE=107.5×10-6~144.7×10-6，稀土元素总量较低，均值为144.0×10-6，轻稀土总量为∑LREE=97.36×10-6~162.7×10-6，重稀土元素总量∑HREE=8.93×10-6~15.65×10-6(表 2)，轻重稀土比值(LREE/HREE)在9.62~14.1之间，在球粒陨石稀土元素配分图解上表现出右倾的稀土元素配分模式(图 10b)，(La/Yb)N=12.0~18.0，表现出中等的轻重稀土分异，δEu=0.76~1.01，绝大多数集中于0.83~0.95，具有弱的铕负异常。
6 讨论 6.1 荷花山矿区闪长岩类成岩时代铜陵地区岩浆岩活动强烈，地表出露的岩体有70多个，多呈中-浅成岩产出。这些侵入岩年代学研究起始于1980年代，主要的定年方法有黑云母K-Ar法、角闪石Ar-Ar法及全岩Rb-Sr法(李进文, 2004; 周泰禧等, 1987; 吴才来等, 1996; Chen et al., 1985)，但是由于用于定年矿物的本身(如角闪石、黑云母等)的限制，所得出的年龄数据跨度较大，不能代表岩体形成的年龄。随着21世纪初SHRIMP及LA-ICP-MS锆石U-Pb高精度同位素年代学方法的广泛应用，获得了更为精确和集中的同位素年龄数据，得出铜陵矿集区五大矿田(铜官山矿田、狮子山矿田、新桥矿田、凤凰山矿田、沙滩脚矿田)的侵入岩的形成时代为144.5±2.3Ma~137.5±1.1Ma(王彦斌等, 2004a, b, c; 徐夕生等, 2004; 吴淦国等, 2008; 周涛发等, 2008; 图 11)。荷花山铅锌矿床为新发现的矿床，本次研究首次测得荷花山铅锌矿床矿区闪长玢岩、石英闪长岩锆石U-Pb年龄分别为133.0±2.1Ma、130.1±1.7Ma，两个年龄在误差范围内接近一致，表明荷花山矿区侵入岩形成时代为早白垩世。荷花山矿区闪长岩类岩体侵入年龄稍晚于铜陵地区侵入岩的主体年龄(144.5±2.3Ma~137.5±1.1Ma)，前人研究表明，铜陵矿集区岩浆活动的持续时间约为10~15Myr(吴才来等, 2008)。暗示了铜陵矿集区岩浆脉动式上升侵位、冷凝结晶的特征，是铜陵地区岩浆活动晚期的代表。
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图 11 铜陵地区SHRIMP及LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄统计(数据徐晓春等, 2012; 谢建成等, 2008; 王世伟, 2015) Fig. 11 Age frequency spectrum for magmatic intrusive rocks from Tongling area (data after Xu et al., 2012; Xie et al., 2008; Wang, 2015) |
荷花山闪长岩类SiO2>56%(56.17%~65.90%)，Al2O3≥15%(15.10%~17.22%)，MgO＜3%(0.78%~2.22%)；微量元素方面，Yb＜1.9×10-6(1.35×10-6~1.64×10-6)，Y＜18×10-6(11.60×10-6~15.70×10-6)，无明显的Eu异常；这些特征均显示出埃达克岩的特征。随着SiO2含量增加，P2O5含量降低较为缓慢，表明在岩浆演化过程磷灰石的结晶分异不明显；极低的Yb和Y含量，表明应是岩浆演化过程中发生了石榴子石的结晶分异；原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 10a)中，大离子亲石元素(LITE)Rb、Sr富集表明成岩物质可能与富集上地幔部分熔融有关，相对亏损高场强元素(HFSE)Nb、P、Ti、Ta揭示壳源物质的混染导致高场强元素的亏损(任康绪等, 2005; 徐晓春等, 2012)，明显的Nb亏损通常被认为是俯冲带火山岩或者典型陆壳岩石的标志(Jahn et al., 1999)，并且可能与岩浆演化过程中大陆物质通过幔源区发生混染有关(樊祺诚等, 2001)；一般与俯冲带有关相关的岩石具有较高的U、Th、Pb含量(朱炳泉, 1998)，荷花山地区闪长岩类表现出较高的U、Th、Pb含量(U=2.4×10-6~8.7×10-6；Th=14.6×10-6~24.8×10-6；Pb=11.2×10-6~18.6×10-6)，显示出富集岩石圈地幔的特征。在SiO2-MgO(图 12a)和SiO2-Mg#(图 12b)图解中，荷花山闪长岩类样品均主要落于变质玄武岩和榴辉岩熔体与加厚下地壳部分熔融而来的埃达克岩重叠的区域中，表明荷花山闪长岩类可能是加厚下地壳，或玄武质下地壳在增厚(>40km)的条件下发生熔融，斜长石发生分解，残留物中出现石榴石，形成埃达克质岩浆，因此荷花山矿区闪长岩类可能主要是具有高Yb、Y含量幔源玄武质岩浆与来自加厚下地壳的埃达克质岩浆发生混合并进一步演化形成的。
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图 12 荷花山矿床闪长岩类SiO2-MgO (a)和SiO2-Mg# (b)图解(底图据Rapp et al., 1991, 1999, 2002; Skjerlie et al., 2002) Fig. 12 SiO2 vs. MgO (a) and SiO2 vs. Mg#(b) diagrams for diorites of Hehuashan deposit (after Rapp et al., 1991, 1992, 2002; Skjerlie et al., 2002) |
铜陵地区侵入岩原始岩浆的形成机制，前人做了大量的研究工作，至今尚未取得共识，主要有以下几种观点：①由上地幔物质熔融形成的碱性玄武岩浆同化壳源物质形成，古老地壳物质尤其是下地壳物质起了重要的作用(常印佛等, 1991; 邓晋福等, 1992; 陈江峰等, 1993; 唐永成等, 1998)；②地幔物质与古老下地壳物质熔融形成的岩浆混合而成(王强等, 2003; 吴才来等, 2003; 徐夕生等, 2004; Chen et al., 2016; Gao et al., 2006; 邢凤鸣和徐祥, 1996)；③拆沉镁铁质下地壳熔体与地幔橄榄岩熔体相互作用(Xu et al., 2002)；④蚀变洋壳部分熔融(Li et al., 2009; Ling et al., 2009; Liu et al., 2010; 孙卫东等, 2010)；⑤由古老的扬子下地壳物质熔融而成(杜杨松和李学军, 1997; 张旗等, 2001; 王元龙等, 2004)；⑥俯冲洋壳部分熔融岩浆交代楔形上地幔后形成的具埃达克质岩的特征的玄武质岩浆演化而来(Ling et al., 2009, 2011; Liu et al., 2010; 孙卫东等, 2010; Xie et al., 2017)。在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图 10b)中荷花山闪长岩类与铜陵地区闪长岩具有几乎相同的分配模式，表现出它们的同源性。在Sr/Y-Y(图 13)图解中铜陵地区侵入岩辉石闪长岩落于正常的弧火山岩区，部分与埃达克岩区域重叠，花岗闪长岩与石英闪长岩均落于埃达克岩区域，表现出由正常岛弧岩浆向埃达克岩过渡的特征；而荷花山闪长岩类样品部分落入埃达克岩区域，部分样品落于经典岛弧岩石区域，因此荷花山矿区闪长岩类是与铜陵地区闪长岩类是同源演化的关系。
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图 13 荷花山矿床闪长岩类Sr/Y-Y图解(底图据Defant and Drummond, 1990; 徐晓春等, 2012) Fig. 13 Y vs. Sr/Y diagram for the diorites from Hehuashan deposit (after Defant and Drummond, 1990; Xu et al., 2012) |
在Rb-Yb+Ta(图 14a)和Nb-Y构造环境判别图解中(图 14b)，荷花山矿区侵入岩类样品均投点于火山岛弧花岗岩和火山弧-同碰撞花岗岩区域。前人研究表明，弧岩浆在空间上从海沟向内陆碱度增高，且随着时间的演化，岩浆岩组成整体碱度增高(Sakuyama and Nesbitt, 1986; Wilson, 1989)，而且与大洋岛弧岩浆相比，活动大陆边缘岩浆岩成分以高钾质为主要特征。荷花山矿区闪长岩类亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素，富集Th、U、La、Ce等大离子亲石元素，与富集高场强元素的板内环境火山岩不同，但与板块消减带火成岩的地球化学特征相似。并且荷花山矿区闪长岩全岩地球化学数据显示出明显的Ti、Nb、Ta的负异常，表明其具有明显的岛弧特征，并且样品的Ce/Pb值(2.66~5.31)也与全球岛弧岩浆岩平均值相近(谢建成等, 2012)。荷花山地区侵入岩数据落于火山弧花岗岩区域中，反应他们可能形成于相对挤压或者挤压向拉张过渡的岩石构造环境，与古太平洋板块俯冲关系密切。
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图 14 荷花山矿床闪长岩类Yb+Ta-Rb (a)和Y-Nb (b)图解 Fig. 14 Yb+Ta vs. Rb (a) and Y vs. Nb (b) diagrams for the diorites from the Hehuashan deposit |
荷花山矿区闪长岩类形成年龄为早白垩世，稍晚于铜陵地区的主体成岩年龄(144.5±2.3Ma~137.5±1.1Ma)，同时地球化学主微量元素特征又显示荷花山闪长岩类为埃达克岩，并显示出岩浆混合的形成特征。前人研究表明，铜陵地区主要存在两次岩浆侵入事件和与之对应的成矿事件(谢建成等, 2008)，一次为138~140Ma，对应于铜陵矿集区的大规模Cu-Au成矿事件；另外一次侵入时间为130~132Ma，与庐枞、宁芜的火山岩及侵入其中的浅成侵入岩年龄相一致(约127~131Ma)(周涛发等, 2008)。但是目前为止在铜陵矿集区未发现该成岩阶段的成矿事件，然而在庐枞盆地却有对应大型的斑岩型铜矿出现，如沙溪斑岩型铜矿，侵入岩年龄为130Ma，成矿时代为130Ma(王世伟等, 2014)，因此可能预示着铜陵地区也可能有对应于该成岩阶段的矿化事件。铜陵矿集区五大矿田中均以斑岩型和矽卡岩型铜金矿床为主(沙滩脚矿田以锌金多金属矿床为主)，这些矿床的形成与侵入岩关系密切，而荷花山矿床是一个赋存于三叠系灰岩地层中的大型铅锌矿床，前已述及，矿床中存在两种类型的矿化，其中类型二的铅锌矿赋存于方解石脉中与灰岩角砾岩的方解石中，是岩浆热液成因，但是该类型的矿化到底形成于何种原因，是否与矿区的闪长岩类有关，还需要进一步的研究证明。作为铜陵矿集区乃至长江中下游首例赋存于三叠系灰岩中的大型铅锌矿床，其形成是否与侵入岩有关具有重要的意义，并且闪长岩类的成岩年龄为133~130Ma，晚于铜陵矿集区主体成岩年龄，是否这会预示着铜陵矿区存在130Ma左右的矿化，还需要更进一步的研究来证明。
7 结论荷花山铅锌矿床是铜陵地区首次发现的赋存于三叠系灰岩地层中的大型铅锌矿床，存在闪长岩类侵入体，通过对矿区内闪长岩类岩体的研究，我们得出以下结论：
(1) 荷花山铅锌矿区闪长岩类形成年龄一致，其中闪长玢岩形成年龄为133.0±2.1Ma，石英闪长岩形成年龄为130.1±1.7Ma，形成时代均属于早白垩世，可能是铜陵地区岩浆脉动式上升侵位、冷凝的结果，并且是铜陵地区燕山晚期岩浆活动的代表。
(2) 荷花山矿区闪长岩类为埃达克岩，其岩浆与铜陵矿集区岩浆同源，其形成可能是幔源玄武质岩浆与加厚下地壳埃达克质岩浆混合并发生进一步演化导致的，形成与古太平洋板块的俯冲有关。
(3) 铜陵矿集区可能存在着130Ma左右的铅锌矿化事件。
致谢 感谢华东冶金地质勘查局综合地质大队刘心兵院长、刘晓明书记以及王允和张俊杰工程师的指导与帮助。
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