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凤县-太白地区位于南秦岭中段,由北侧凤县-山阳断裂和南侧江口-镇安断裂的分枝断裂所限,是秦岭重要的金-铅-锌-银多金属成矿集中区,包括铅硐山、八方山-二里河、银母寺等大中型铅-锌-银矿和八卦庙、双王等大型-超大型金矿,Au-Pb-Zn-Ag等多金属矿床主要就位于中-下泥盆统碳酸盐岩-碎屑岩内。区内出露的岩浆岩只有东南部的西坝花岗岩及邻区华阳-五龙复式杂岩体。先前研究表明,区内的岩浆岩侵入体与成矿作用可能存在成因联系,因此,开展这些花岗质岩浆作用和成矿作用研究不仅具有重要的理论意义,而且具有重要的实用价值。
西坝岩体岩性组成以中-细粒花岗闪长岩、二长花岗岩为主,局部出现石英闪长岩、英云闪长岩等,不同类型的岩性之间呈渐变过渡关系,另外岩体含有较多的镁铁质暗色包体,成分以闪长岩-石英闪长岩为主。岩体呈透镜状形态,呈现NWW向展布,长轴方向与区域构造线一致,侵入于晚古生代泥盆系海相沉积层序,围岩岩性主要为粉砂岩夹结晶灰岩,普遍遭受绿片岩相变质作用。
LA-ICP-MS及SHRIMP锆石U-Pb定年结果表明,西坝岩体主体侵位于~218Ma,属于南秦岭印支期花岗岩的一部分,另外暗色包体年龄为215±3Ma,与寄主岩石的形成时代在误差范围内一致。岩石地球化学数据表明西坝花岗岩属于高钾钙碱性花岗岩序列,包体地球化学特征与寄主岩石基本一致,代表了岩体侵位过程中局部快速冷却、分离结晶的结果。地球化学和Sr-Nd-Pb同位素地球化学研究则表明,西坝花岗质岩浆存在一个亏损地幔和下地壳富钾玄武质岩石的混合源区。在扬子板块向北俯冲消减过程中,由于密度差异导致岩石圈地幔的拆沉及亏损的软流圈地幔上涌,不仅为岩浆作用提供了充足的热源,也直接提供了幔源岩浆物质。富钾玄武质下地壳在软流圈地幔上涌的作用下发生部分熔融,并与幔源岩浆发生混合形成母岩浆,熔融部位可能深达45km以下,以单斜辉石、石榴石、金红石和角闪石为部分熔融的残留相。岩体形成于扬子-华北板块碰撞消减之后的后碰撞短暂拉伸环境,属于后碰撞高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩。
二里河铅锌矿位于西坝岩体向西北方向隐伏的延长线上,矿体呈似层状或马鞍状形赋存于印支期背斜构造鞍部转折端和两翼构造虚脱部位。主成矿阶段的矿体表现为块状硫化物集合体,可见闪锌矿、闪锌矿与方铅矿集合体与石英脉相伴产出,矿体产在石英脉内或者边缘,成块状富矿;晚期矿化作用表现为石英脉型矿化特征,闪锌矿和方铅矿呈微小团块状产于主通道石英脉和顺层石英脉中。主要金属矿物包括闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿、白铁矿、磁黄铁矿等,脉石矿物则以石英和方解石为主,另有少量绢云母、铁白云石、绿泥石、白云母等。对与主体铅锌矿石共生的黄铁矿进行Re-Os同位素测试,4个样品给出了较好的等时线年龄为226±17Ma,不同于前人推测的泥盆纪成矿时代,而是与西坝花岗岩锆石年龄、以及相邻的八卦庙金矿的石英40Ar-39Ar年龄(~222Ma)在误差范围内一致,表明岩体与两个矿床可能存在密切的成因联系。这一时间又与秦岭主造山期、华北-扬子两大板块最终碰撞的时间相同或略滞后,因此西坝岩体、八方山-二里河铅锌矿、八卦庙金矿都与印支期的碰撞造山活动密切相关,是秦岭地区主造山期大规模碰撞、构造岩浆活动和成矿作用的重要记录。
另外,黄铁矿样品的初始187Os/188Os表明成矿金属来源于壳幔混合,硫同位素特征表明矿石硫化物的硫来自岩浆和海相沉积岩的混合源区,氢-氧同位素特征证明两个矿床的成矿热液是变质水、岩浆水、建造水的多元混合热液,这与秦岭主造山期及造山期后软流圈地幔上涌,大量岩浆作用形成的构造背景一致,显示了矿床成因的多元混合特征。