铜山岭铅锌多金属矿床位于湖南铜山岭花岗闪长岩体的北东接触带及其附近，该区域是由燕山早期花岗闪长岩侵入到上古生界碳酸盐岩层中形成的矽卡岩型铅、锌、银、铜多金属成矿区，也是南岭成矿带重要的多金属矿产储备基地。成矿区以铅锌多金属矿床为主，该类型矿床在湘南地区较少见，特别是在以大型钨、锡、铜多金属矿床为主的南岭地区具有特殊的意义。因此，开展该类矿床成矿时代及成矿物质来源的研究，对进一步认识区域成矿规律和指导找矿具有重要的现实意义。

铜山岭地区构造复杂，成矿作用普遍，指示构造与成矿关系密切^[1]。从20世纪80年代开始，前人对铜山岭铅锌多金属矿床的地质特征^[2-3]、矿床成因^[1-2，4-7]、成岩成矿时代^[8-11]、成矿物质来源^{[3-4，12-14]}进行过大量研究，但是其成矿时代及成矿物质来源仍存在争议。对于成矿时代，前人对铜山岭铅锌多金属矿床做过年代学研究，认为其属于燕山早期的一次岩浆活动的产物^[11]；然而，有学者通过岩体中锆石U-Pb测年得到与该矿床成因相关的铜山岭Ⅰ号花岗闪长岩具有多期成岩过程^[8-10]。此外，贾大成等^[15]也指出，湘东南地区中生代岩浆活动强烈，从印支期、燕山早期到燕山晚期岩浆侵入呈不断增强趋势，且同一岩体可由多期岩浆叠加形成。因此，铜山岭铅锌多金属矿床的形成也可能对应多期岩浆成矿。对于铜山岭铅锌多金属矿床寄主花岗闪长岩是否提供成矿物质目前尚存在争议：岩体与矿体的微量元素密切相关，多金属矿产成矿物质主要来源于岩浆^[3，6，16]；岩浆只是提供促使成矿元素活化迁移的热源，不提供成矿物质^[5]。造成上述分歧的原因可能是，同位素示踪成矿物质来源的方法在对铜山岭铅锌多金属矿床的研究中没有得到广泛应用。

因此，本文在前人工作的基础上，挑选广泛分布于矿床中的含矿矽卡岩中的石榴子石，利用石榴子石的Sm-Nd等时线定年，确定铜山岭铅锌多金属矿床的形成时代，同时选择主要的矿石矿物（方铅矿、闪锌矿、黄铁矿）开展Pb同位素分析，探讨花岗闪长岩体岩浆作用与成矿物质间的关系。

1.   区域地质背景

铜山岭铅锌多金属矿床地处南岭纬向构造带中西段（图 1-a），双牌-衡阳断裂以东（图 1-b），大地构造位置处于扬子地块湘南-桂东北坳陷与华夏地块粤北坳陷的拼贴部位。区内褶皱和断裂发育，且以NNE—NE向褶皱和断裂为主，EW向和NE向断裂次之（图 2）。主要褶皱构造有大源岭背斜、背后山向斜和牛眼井背斜，与成矿关系最密切的断裂构造是铜山岭-九嶷山基底断裂，该断裂控制了区内岩浆岩体和矿产资源的空间展布^[1]。区域上主要出露寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系和第四系，岩浆岩沿着江永-九嶷山呈EW向展布，主要有都庞岭和金鸡岭花岗岩、铜山岭花岗闪长岩及各种岩脉。

图  1  华南构造简图(a)和南岭中西部地质简图(b)（据参考文献[17-18]修改）

1—中生代花岗岩；2—古生代花岗岩；3—玄武岩出露点；4—闪长岩-花岗闪长岩；5—断裂；6—城镇

Figure  1.  Geological sketch map of tectonic units in South China (a) and the middle and west parts of the Nanling Mountains (b)

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图  2  铜山岭矿区地质简图（据参考文献①修改）

Q—第四系；J₁—下侏罗系统；P₁m—下二叠统茅口组；P₁q—下二叠统栖霞组；C₁c—下石炭统测水组；C₁sh—下石炭统石蹬子组；CPm—石炭系-二叠系马平组；D₃m—上泥盆统孟公坳组；D₃x—上泥盆统锡矿山组；D₃s—上泥盆统佘田桥组；D₂q—中泥盆统棋梓桥组；γπ₅³ —花岗斑岩；λπ₅³ —石英斑岩；γδ₅² —花岗闪长岩；Py—黄铁矿化；SK—矽卡岩化；1—地质界线；2—断裂；3—背斜轴；4—向斜轴；5—花岗闪长岩体；6—岩体编号；7—铜矿；8—铅锌矿；9—铜铅锌多金属矿；10—铜铅锌矿；11—银矿；12—铋矿；13—钼矿；14—铅矿；15—中型矿床；16—小型矿床；17—矿点；18—采样位置

Figure  2.  Simplified geological map of the Tongshanling ore district

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铜山岭矿区内近东西向发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个岩体，出露面积分别为11km²、0.6km²、0.4km^{2 [3]}，其中Ⅰ号岩体北东方向隐伏分支上部及其附近广泛分布花岗斑岩和石英斑岩脉。区域构造运动频繁，主要经历宜昌运动、加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动。晚奥陶世末，宜昌上升造成整个湘南、湘东南地区缺失志留系；晚志留世末，加里东运动在区域上表现为SN向挤压，形成EW向的南岭隆起，于铜山岭地区形成江永-江华SN向次级凹陷，同时接受泥盆纪—三叠纪沉积；晚二叠世末，受海西运动的影响，区域发生大规模海退；晚三叠世的印支运动，区域上形成NE向的隆起与凹陷带-华夏构造体系；中生代燕山运动继续褶皱回返上升，形成NNE向的隆起与凹陷带-新华夏构造体系；新生代喜马拉雅运动继承了燕山运动的特征，新华夏构造体系得到发展和加强^[1，19]。

2.   矿床地质特征

铜山岭铅锌多金属矿体的分布主要受花岗闪长岩体接触带及附近的层间破碎带控制，赋矿地层主要为中泥盆统棋梓桥组白云质灰岩、上泥盆统锡矿山组泥晶灰岩和白云质灰岩、下石炭统石磴子组灰岩。铜山岭多金属矿床的矿石和矿物组成复杂多样，不同类型的矿体发育不同结构、构造的矿石和矿物组合^[2，7]。矿石以溶蚀交代、固溶体分离、草莓状、微粒和生物结构为主，以块状（图版Ⅰ-a、e、f）、浸染状（图版Ⅰ-c）、细脉状、砾屑状、角砾状和核形石构造为主。矿石矿物组成复杂，主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿和辉钼矿，次要矿物为磁黄铁矿、毒砂、白钨矿、银黝铜矿、辉锑矿和铅铋矿；脉石矿物主要为石榴子石、石英、方解石、透辉石、透闪石、毒砂等（图版Ⅰ）。

  图版Ⅰ 

a.块状方铅矿-闪锌矿矿石；b.含黄铁矿的石榴子石矽卡岩；c.石英脉充填的浸染状铜铅锌矿石；d.铜铅锌多金属矿体与碳酸盐岩接触带；e.块状铜铅锌多金属矿石；f.块状闪锌矿-黄铜矿矿石；g.块状-浸染状的含矿矽卡岩。Py—黄铁矿；Sp—闪锌矿；Gn—方铅矿；Qz—石英；Grt—石榴子石；Ccp—黄铜矿；Po—磁黄铁矿；Apy—毒砂

  图版Ⅰ. 

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矿床围岩蚀变强烈，由岩体向外存在明显的蚀变分带：在岩体内接触带以石英-伊利石-水白云母化、绢英岩化、钾化、硅化为主；进入外接触带，矽卡岩化和硅化非常强烈；远离接触带蚀变强度明显减弱，表现为裂隙状或网脉状碳酸盐化。其中，矽卡岩化和硅化与成矿作用的关系最密切，矽卡岩化主要分布在岩体与围岩的接触带，典型的矽卡岩矿物有石榴子石、透辉石、透闪石、绿泥石、绿帘石、硅灰石等。硅化主要发育在原岩含泥质较高的碳酸盐岩地层，多见于上泥盆统的泥质灰岩。

本次研究的石榴子石采自于铜山岭Ⅰ号岩体北东方向的背后山矿区井下290中段（图 2）的浸染状-块状含矿矽卡岩中。矿石矿物主要来自块状构造的铅锌矿石（图版Ⅰ-a）、浸染状-块状铜铅锌矿石（图版Ⅰ-c、e）、块状铜锌矿石（图版Ⅰ-f）。

3.   样品处理及分析方法

将矿石样品粉碎至40~80目，淘洗后进行初选，然后在双目镜下挑纯石榴子石、闪锌矿、方铅矿和黄铁矿，对其进行显微镜下观察，结果显示其纯度大于99%。用去离子水清洗挑纯的单矿物，在低温下烘干备用。样品的Sm-Nd和Pb同位素的化学处理和测试在武汉地质调查中心同位素地球化学实验室完成。

石榴子石样品Sm-Nd同位素的分析方法为：平行称取两份适量样品置于Teflon器皿中，一份加入¹⁴⁵Nd+¹⁴⁹Sm混合稀释剂，另一份不加稀释剂，用氢氟酸和高氯酸分别溶解后，采用AG-50w×8阳离子交换树脂对离心后得到的上层清液进行分离，加了稀释剂的解吸液蒸干后用于Sm、Nd含量质谱分析，未加稀释剂的解吸液继续采用P507树脂柱(2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯)分离和纯化Nd, 用作Nd同位素比值分析。Sm、Nd含量和Nd同位素比值质谱分析在热电离质谱仪TRITON上完成，Nd同位素比值分析中产生的质量分馏采用¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd=0.7219进行幂定律校正，Sm、Nd含量采用同位素稀释法公式计算得到。整个测试过程中，用标准物质GBW04419和J.M.C.分别对全流程和仪器进行监控。GBW04419标准测定结果：Sm/（10^-6）=3.025，Nd/（10^-6）=10.12，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.512708 ± 0.000007（2σ），¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值的精度分别优于0.0007%和0.5%。标准物质J.M.C.的¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.511556 ± 0.000009，与其参考值在误差范围内一致。化学制样均在超净化实验室完成，使用的器皿为氟塑料或高纯石英烧杯，所用的试剂为市售高纯试剂经亚沸蒸馏器蒸馏所得。Sm、Nd的全流程空白值分别为1.7×10^-10和4.6×10^-10。

硫化物矿物Pb同位素分析过程为：称取适量岩石样品置于聚四氟乙烯密封溶样罐，加入适量氢氟酸和硝酸，在180℃条件下密闭溶解样品。待样品全溶后蒸干，加入6mol/L盐酸溶解，再次蒸干（重复操作3次）。然后用HC（l 2mol/L）+HBr（1mol/L）混合酸（2:1）溶解，离心后得到的上层清液经过AG-1×8阴离子交换柱分离^[20-22]。Pb同位素组成质谱分析在热电离同位素质谱仪MAT261上完成，分析过程采用标准物质NBS981进行质量监控，测定结果平均值为²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb=0.91434±0.00030（2σ），与参考值0.91464 ±0.00033（2σ）在误差范围内一致。测试过程中产生的质量分馏效应采用外部校正法进行线性校正。²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb值的精确度优于0.05%，Pb的全流程空白值为7×10^-10~9×10^-10g。

4.   分析结果

石榴子石Sm-Nd同位素数据分析结果如表 1所示。采用Ludwig^[23]的Isoplot程序计算，获得的5个石榴子石样品构成很好的线性关系（图 3），得到等时线年龄为173 ± 3Ma（MSWD=1.3），初始Nd同位素比值为0.512039±0.000006（2σ）。硫化物矿物Pb同位素数据列于表 2，Pb同位素组成²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb的变化分别为18.165~18.707、15.649~15.798、38.114~39.000，整体变化范围较小，组成相对均一；样品的计算结果显示出硫化物矿物铅μ值介于9.55~9.82之间，多数大于9.58，平均值为9.64，明显高于正常铅μ值范围（8.686~9.238）；Th/U值为3.73~3.92，平均值为3.81。铜山岭铅锌多金属矿床寄主花岗闪长岩Pb同位素数据^[14]列于表 3，其中Pb同位素参数计算采用的年龄为173Ma。

表  1  铜山岭铅锌多金属矿床石榴子石Sm-Nd同位素数据分析结果

Table  1.  Sm-Nd isotope compositions of garnets from the TongshanlingPb-Zn polymetallic deposit

样品号	Sm/10-6	Nd/10-6	147Sm/144Nd	143Nd/144Nd	2σ	(143Nd/144Nd)t=173Ma
TSL-13	0.6108	1.849	0.1999	0.512267	0.000004	0.512041
TSL-10-3	0.4662	1.488	0.1896	0.512254	0.000008	0.512039
TSL-22-1	0.4412	1.565	0.1706	0.512230	0.000007	0.512037
TSL-22-2	1.375	1.774	0.4687	0.512568	0.000005	0.512037
TSL-23	1.392	2.212	0.3808	0.512474	0.000006	0.512043
注:衰变常数λ（147Sm）=6.54×10-12a-1

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图  3  铜山岭铅锌多金属矿床石榴子石Sm-Nd等时线

Figure  3.  Sm-Nd isochron of garnets from the Tongshanling Pb-Zn polymetallic deposit

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表  2  铜山岭铅锌多金属矿床硫化物矿物Pb同位素数据

Table  2.  Pb isotope compositions and relevant parameters of sulfides from the Tongshanling Pb-Zn polymetallic deposit

样品号	测试矿物	206Pb/204Pb	207Pb/204Pb	208Pb/204Pb	Δβ	Δγ	μ	Th/U
TSL-04	闪锌矿	18.614	15.671	38.750	22.467	41.556	9.58	3.77
TSL-05	闪锌矿	18.609	15.682	38.755	23.184	41.690	9.60	3.78
TSL-06	闪锌矿	18.613	15.671	38.718	22.467	40.696	9.58	3.76
TSL-12	闪锌矿	18.594	15.654	38.663	21.357	39.217	9.55	3.74
TSL-33	黄铜矿	18.165	15.649	38.114	21.096	38.492	9.59	3.73
TSL-06	黄铁矿	18.693	15.714	38.857	25.272	44.432	9.66	3.81
TSL-11	黄铁矿	18.627	15.686	38.772	23.445	42.147	9.61	3.78
TSL-05	方铅矿	18.707	15.798	38.185	22.336	43.760	9.82	3.92
TSL-06	方铅矿	18.640	15.709	38.904	24.946	45.695	9.65	3.83
TSL-12	方铅矿	18.628	15.699	38.853	24.294	44.324	9.64	3.81
TSL-17	方铅矿	18.646	15.712	38.909	25.142	45.829	9.66	3.83
TSL-290-7	方铅矿	18.642	15.732	38.998	26.447	48.222	9.70	3.87
TSL-290-15	方铅矿	18.653	15.736	39.000	26.708	48.275	9.71	3.86
注：Δβ=(β/βM(t)-1)×1000，Δγ=(γ/γM(t)-1)×1000，β为样品的207Pb/204Pb值，γ为样品的208Pb/204Pb值；β=β0+μ0/137.88×(eλ5T -eλ5t)，γ=γ0+μ0k×(eλ2T -eλ2t)，λ5=0.985 ×10-9/a, λ2=0.0495 ×10-9/a；β0 =10.294，γ0 =29.476，232Th/238U= 4.04，T=4.57Ga, k=w/μ0，w=232Th/204Pb, μ0=238U/204Pb；M代表地幔，采用单阶段演化公式计算时间t=173Ma时地幔Pb同位素组成

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表  3  铜山岭铅锌多金属矿床寄主花岗闪长岩石Pb同位素数据

Table  3.  Pb isotope compositions of the host granodiorite from the Tongshanling Pb-Zn polymetallic deposit

样品号	测定结果			U/10-6	Th/10-6	Pb/10-6	(206Pb/204Pb)t=173Ma	(207Pb/204Pb)t=173Ma	(208Pb/204Pb)t=173Ma
	206Pb/204Pb	207Pb/204Pb	208Pb/204Pb
TSL-40-1	19.121	15.750	39.338	6.19	17.39	22.46	18.660	15.724	38.862
TSL-40-7	19.146	15.764	39.208	10.15	17.02	32.38	18.542	15.717	38.885
TSL41-1	19.149	15.804	39.570	5.20	23.22	35.08	18.749	15.785	39.001
TSL-41-2	19.940	15.778	39.347	5.73	24.60	44.48	18.692	15.766	39.007
注：表中206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb、U、Th、Pb的值据参考文献[14]；Pb同位素参数计算采用的年龄为173Ma

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5.   讨论

5.1   成矿时代和构造背景

Sm、Nd均为稀土元素，且地球化学性质相似，由¹⁴⁷Sm同位素衰变产生的¹⁴³Nd可稳定地保留于原晶格位置。因此，Sm-Nd体系具有很强的封闭性，是矿床定年的重要手段^[24-27]。矿物SmNd等时线定年的基本前提是同时、同源和封闭性，为确保所有样品达到同时、同源的基本前提，本次石榴子石样品采自与多金属矿体直接接触的含矿矽卡岩中，且镜下观察石榴子石单矿物不存在筛状结构，表明其为成矿过程中的产物，而非交代或变质成因。此外，由表 1和图 4可知，1/Sm与¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd和1/Nd与¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd之间均不存在线性关系，表明图 3所示的直线并非混合线，应具有等时线意义^[28-29]。因此，铜山岭铅锌多金属矿床的成矿年龄为173Ma, 属于中侏罗世。

图  4  铜山岭铅锌多金属矿床石榴子石¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd-1/Sm (a)和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-1/Nd (b)关系图

Figure  4.  ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd-1/Sm (a) and ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-1/Nd (b) diagrams of garnets from the Tongshanling Pb-Zn polymetallic deposit

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相对于湘东南地区其他花岗岩体、花岗闪长岩体及其他多金属矿床的成岩成矿时代^{[9-10，30-37]}，铜山岭铅锌多金属矿床173Ma的成矿年龄可能代表了湘东南地区中生代燕山期大规模成矿的第一幕，对应于燕山早期的第二阶段岩浆活动^[38]。李献华等^[39]指出，燕山早期南岭及邻区大陆岩石圈以伸展背景为主；燕山早期开始（180Ma）华南尤其是南岭地区进入以岩石圈伸展-减薄为主的地球动力学环境^[40]；彭建堂等^[33]也指出，南岭地区存在180~170Ma时期的岩石圈伸展事件。因此，铜山岭铅锌多金属矿床成矿应形成于区域岩石圈伸展的拉张构造环境。

前人利用辉钼矿Re-Os得到铜山岭多金属矿床成矿时代约为155Ma^[11]，与本文得到的成矿时代存在差异，但都属于燕山早期岩浆活动的产物，表明铜山岭铅锌多金属矿床在燕山早期可能存在多期成矿作用。

5.2   成矿物质来源：Pb同位素制约

Pb同位素组成除受放射性衰变和混合作用影响外，不会在物理、化学和生物作用过程中发生变化，即在矿质运移和沉淀过程中Pb同位素组成保持不变^[41]。因此，Pb同位素是示踪成矿物质来源的一种重要方法^[42-43]。通常，Pb同位素源区特征值，尤其μ值的变化能提供地质体经历地质作用的信息，反映铅的来源。铜山岭矿床硫化物矿物的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb平均值分别为18.602、15.701、38.729，具有明显的富放射性成因铅特征（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb＞18.00，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb＞15.50，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb＞38.00^[44-45]）。此外，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb值略小于39.00；硫化物矿物铅μ均值为9.64，高于正常铅μ值范围（8.686~9.238），且远高于地幔μ值（7.8^[46]）；Th/U平均值为3.81，略低于正常铅的范围（3.92±0.09）。以上均表明，铜山岭铅锌多金属矿床铅源物质成熟度高，且相对富集铀铅，略亏损钍铅，具有上地壳源区特点^[47-48]。

金属硫化物矿物中U和Th含量极低，在结晶后通过衰变作用产生的放射性成因Pb可忽略，因此可指示热液中金属物质源区的U-Th-Pb体系及其初始Pb同位素组成特征^[42，49-50]。但对于花岗闪长岩，由于U和Th的含量较高，需要扣除成矿作用之后放射性成因铅的增长量，故须对其Pb同位素进行初始值计算，结果见表 3。在（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb)_i-（²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb)_i演化模式图（图 5）中，金属硫化物矿物样品数据点落在上地壳演化线附近，主要分布在寄主花岗闪长岩范围（灰色区域），表明寄主花岗闪长岩是铜山岭铅锌多金属矿床的重要物质来源。李荣清^[51]利用寄主花岗闪长岩与矿体中方解石的稀土元素含量特征，证明在成矿过程中寄主花岗闪长岩提供了成矿物质。此外，图 5中寄主花岗闪长岩（灰色区域）和富集地幔EMⅡ的Pb同位素分布区域有重叠，表明铜山岭铅锌多金属矿床的成矿物质中可能含有寄存在花岗闪长岩中的地幔组分。

图  5  铜山岭铅锌多金属矿床硫化物矿物和花岗闪长岩Pb同位素图解

DMM—亏损地幔端元；EM(Ⅰ、Ⅱ)—富集地幔端元^[52-53]；GEOCHRON—零等时线；NHRL—北半球参考线^[54]；中国大陆地幔、上地壳、下地壳演化线据参考文献[55]

Figure  5.  Diagram of Pb isotope compositions of granodiorite and sulfides from the TongshanlingPb-Zn polymetallic deposit

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为进一步探讨成矿物质来源，运用Pb同位素成因分类图解^[56]进行判别。由于该方法消除了时间因素的影响，能够比较准确地说明源区的U/Pb和Th/U值^[57]，具有更好的指示意义。将计算得到的金属硫化物矿物Δβ和Δγ值（表 2）投到图 6中，得到与图 5相同的地幔物质参与成矿的结论。

图  6  铜山岭铅锌多金属矿床硫化物矿物Pb同位素Δβ-Δγ成因分类图解（底图据参考文献[56]）

1—地幔源铅；2—上地壳铅；3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅（3a—岩浆作用；3b—沉积作用）；4—化学沉积型铅；5—海底热水作用铅；6—中深变质作用铅；7—深变质下地壳铅；8—造山带铅；9—古老页岩上地壳铅；10—退变质

Figure  6.  Diagram of Δβ-Δγ for sulfides from theTongshanling Pb-Zn polymetallic deposit

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因此，寄主花岗闪长岩是铜山岭铅锌多金属矿床的重要物质来源，且成矿物质可能含有寄存在花岗闪长岩中的地幔组分。

6.   结论

（1）根据含矿矽卡岩中石榴子石Sm-Nd等时线年龄，得到铜山岭铅锌多金属矿床成的矿时代为173±3Ma（MSWD=1.3），属于燕山早期岩浆活动的产物，表明铜山岭铅锌多金属矿床的形成可能经历了多期岩浆活动成矿。

（2）矿石矿物Pb同位素特征表明，寄主花岗闪长岩是铜山岭铅锌多金属矿床的重要物质来源，且成矿物质中可能含有寄存在花岗闪长岩中的地幔组分。