0 引言

溧水盆地是长江中下游几个知名火山岩盆地之一。该地区矿产资源丰富，是重要的铁铜金铀等多金属成矿区，也是我国锶钡锗等稀散元素主要产区。

前人在该地区作了大量地球化学、年代学等研究工作，对该盆地火山活动的时空格架、物质组成、岩性岩相分带等方面有了一定认识。然而，横向对比同时期形成的其他几个盆地，会发现该该区在岩浆演化及相应的成矿专属性方面具有较大的差异。除了铁铜金成矿外，还有大型锶钡矿床、稀散元素锗矿化，放射性铀矿化，这些矿产的形成与岩浆演化有何关系，各种矿化之间有何关联等等，这些问题前人都很少论及，并且缺少对溧水盆地成矿系列的系统研究。

本文将在前人建立的火山岩基本格架基础上，讨论该火山岩盆地形成的构造背景、岩浆演化的一般性和特殊性；探讨与之相关的成矿作用、主成矿期、矿床组合；通过对溧水盆地火山活动物质来源、岩浆性质及演化、喷发旋回及其与成矿的关系等方面进行分析，从而对该地区的成矿规律做简要总结，并梳理其成矿系列。以期对今后的矿产预测、矿产勘查等工作提供帮助。

1 火山岩盆地特征

溧水盆地是长江中下游成矿带最东端的一个中生代陆相火山岩盆地，呈近南北向展布，大致呈椭圆形(图1a)。构造上位于下扬子地区东北缘，华北板块和秦岭—大别造山带南侧。晚震旦世后，该地区全面接受盖层沉积，形成了以磨拉石沉积为特征的前陆盆地。从泥盆纪初开始，前陆盆地消亡，区域经历了夷平作用，普遍缺失早—中泥盆世沉积。至晚泥盆世，下扬子区又重新接受沉积(夏邦栋，1998)。于中三叠世，扬子板块同华北板块发生碰撞—拼贴形成了秦岭—大别—苏鲁造山带(Okay et al.,1998;Jahn et al.,1993),基本奠定了现有的构造格局。侏罗纪开始，受到太平洋板块的俯冲作用影响，区内构造以断裂为主，在长江中下游出现一系列大致相似的火山活动盆地(图1b)。

  

图1 长江中下游溧水火山岩盆地地质略图

 

1—下白垩统葛村组粉砂岩；2—下白垩统甲山组英安流纹质熔岩、熔结凝灰岩；3—下白垩统姚家边组粗面质火山碎屑岩；4—下白垩统杭村组石英砂岩、粉砂岩；5—下白垩统大王山组粗安—安山质熔结凝灰岩；6—下白垩统龙王山组中基性火山碎屑岩；7—中三叠统周冲村组-上侏罗统西横山组钙质碎屑岩、泥灰 岩；8—粗安斑岩；9—角闪闪长玢岩；10—辉石闪长玢岩

溧水盆地位于茅山推覆带西侧，东西以NNE向的茅山东侧断裂和方山—小丹阳断裂为界；南北以NW向的小丹阳—双牌石断裂和南京—湖熟断裂为界。其基底为晚三叠世黄马青组、早中侏罗世象山群及晚侏罗世早期西衡山组，是一个既有继承式又有上叠式特征的火山岩盆地。盆地内中生代陆相火山岩广泛发育，其出露面积约占基岩出露的一半，是该区主要的含矿建造，与区内铁、铜、金、锶、锗等矿产的形成有着密切的关系。

1.1 构造背景

中东部观山活动中心观山旋回次火山岩产于火山机构内为成矿母岩，在近火山口的环状断裂构造中，先期大王山旋回喷出地表的粗安、粗面质火山碎屑岩外接触带发生中低温充填型Cu、Au、Pb矿化。矿体离岩体不远，有的直接位于岩体内断裂构造中。远离火山活动中心，含矿热液沿构造裂隙运移，成矿流体温度逐渐降低，在火山岩或硅质岩、碎屑岩等脆性岩石所形成的断裂构造破碎带中形成中低温热液裂隙充填型Pb、Zn、Au、Ag矿化。

据窦志娟等(窦志娟等，2015),对溧水盆地火山岩锆石U-Pb测年，结果显示，龙王山旋回玄武质粗面岩的锆石U-Pb年龄为(135±1)Ma，大王山旋回粗安岩的锆石U-Pb年龄为(131±1)Ma，观山旋回粗安岩的锆石U-Pb年龄为(128±1)Ma。与长江中下游地区中生代系列火山岩盆地形成时代一致，均处于我国东部岩石圈减薄的伸展构造背景。

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在西部龙王山早亚旋回次火山岩与基底钙质碎屑岩、灰质砾岩、灰岩等呈侵入接触形成接触交代型矿化。又因侵入岩性的差异，与围岩接触可形成不同矿种，如偏基性的辉石闪长玢岩、玄武玢岩等次火山岩与围岩发生接触交代多形成Fe矿化；偏中性的角闪闪长玢岩、石英闪长玢岩和闪长玢岩等次火山岩与围岩发生交代作用多形成Cu、Au、Pb、Zn矿化。

目前已知的HPV大约有150个型，其中包括高危型和低危型HPV。低危型包括HPV6、 11、 30、 39、 42、 43、 44等；高危型包括HPV16、 18、 31、 33、 34、 35、 39、 45、 51、 52等。高危型HPV的持续感染是引发宫颈癌的主要病因。在我国，HPV16和18为最常见的两种感染型，这两类HPV也导致了70%以上的宫颈病变，因此目前的研究主要围绕这两类病毒进行[6]。

溧水盆地晚中生代高钾钙碱性—钾玄岩系列基性火山岩的形成与区域岩石圈深部局部伸展和软流圈地幔上涌关系密切(魏春生等，1998；赵广涛等，1997)。众多的研究资料表明，分布于下扬子地区的庐枞、宁芜和溧水盆地的火山岩，大别山北麓的火山岩以及山东蒙阴盆地、胶莱盆地的晚中生代火山岩普遍具有富碱富钾的特征，这些火山岩的空间分布主要集中在华北陆块与扬子陆块碰撞拼贴带的南、北两侧，并严格受郯庐断裂、长江断裂及其他基底深断裂的控制，这一特殊的空间分布格局充分显示这些富碱富钾岩石的成因与华北陆块和扬子陆块的碰撞拼贴及其后续的伸展引张机制有关。而大陆或造山带高钾钙碱性—钾玄岩系列岩石的成因往往被解释为与深部岩石圈的剪切作用有关。与此同时代发生的郯庐断裂带大规模左行走滑作用很有可能是诱发深部岩石圈发生剪切的重要机制(李超文等，2003)。

  

图2 溧水盆地岩浆作用深部动力学机制(据王丽娟，2012)

在北东部火山机构控制区，龙王山晚亚旋回次火山岩演化到后期形成气成高温热液交代型Fe矿化，高中温热液充填交代型Fe、Cu矿化，中低温热液充填型Cu、Au、Pb、Zn矿化。龙王山晚亚旋回次火山活动演化到后期气成热液析出铁质组分，在火山颈相闪长玢岩或玄武玢岩次火山岩中形成“玢岩”型磁铁矿，即气成高温热液交代型Fe矿化。在靠近火山口附近的辉石安山岩、玄武岩火山岩外接触带可形成高中温热液充填交代型Fe、Cu矿化。在更远部位，含矿热液沿构造裂隙运移，随着温度降低，在围岩裂隙带内形成中低温热液充填型Cu、Au、Pb、Zn矿化(图4)。

而区域的adakite质侵入岩揭示出的区域加厚地壳并非由于华北陆块像扬子陆块俯冲作用引起的加厚过程，更可能是华北/扬子陆块碰撞之后继续发生陆内挤压、地壳叠置加厚的结果，与下扬子地区岩石圈地幔本身的富集作用并不存在成因上的耦合联系(李超文等，2003)。

电泳结束后，取出凝胶于染色液（甲醇：冰醋酸：水=4：1：5，0.1%考马斯亮蓝R-250）中，并置于摇床上染色40 min。

1.2 火山活动期次及火山岩特征

早白垩世开始发生大规模火山喷发，共有4个演化喷发旋回，由老至新依次为龙王山、大王山、观山、甲山旋回(图3)。

  

图3 溧水盆地火山旋回时代及岩性

盆地中西部基底出露，火山岩总体呈环带状分布，地表出露火山碎屑岩、熔岩；在火山机构内部、火山活动断裂构造部位有大量次火山岩产出。龙王山旋回分布在盆地的中部和西部，喷发不整合于上侏罗统西衡山群之上。其下部为角闪和云闪安山岩及角砾岩、凝灰岩等，中部为辉石安山岩及火山碎屑岩，上部为钾玄岩及火山碎屑岩。大王山旋回分布在盆地东部和南部，北部零星分布，其下部为沉火山碎屑岩和火山碎屑岩，夹铁碧玉和赤铁矿层，中部为粗安—安山质熔结凝灰岩和熔岩，上部为玄武粗安质熔岩和火山碎屑岩。观山旋回分布在盆地南部，主要为高钾粗面岩夹火山碎屑岩。甲山旋回分布于盆地北部边缘地区，主要为英安流纹质熔岩和熔结凝灰岩(周涛发等，2011)。

戚建中等(2000)将中国东部构造演化与北美西部相比，认为中国东部180～90 Ma的燕山期为由活动大陆边缘向陆内过渡的构造属性，郯庐断裂以西属陆内，以东主体属大陆边缘，大陆边缘演化可分为地壳缩短增厚和伸展减薄两个阶段，二者的过渡时间约为140 Ma。在低角度B型俯冲和左行走滑的双重作用下产生了不同的岩浆组合，并衍生出丰富的内生金属矿产(陶硅元等，1998)。

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溧水盆地龙王山组中基性火山岩低MgO(3.16%～4.97%)、Cr(13×10-6～34×10-6)、Ni(9×10-6～27×10-6)和Mg#(0.42～0.50)特征都说明这些岩石代表分异岩浆。随着岩浆的继续演化，SiO2的增加，V、Cr、Co等相容元素迅速较少，说明橄榄石和富Cr矿物(包括尖晶石、铬磁铁矿和铬铁矿等)发生了一定程度的分离结晶作用，GaO与SiO2的负相关关系反映单斜辉石也是其中的主要分离相(李超文等，2003)。整个盆地火山岩从早到晚硅(SiO2)、碱(K2O+Na2O)具有整体增加的特征，由中基性向中酸性富碱方向演化。随着SiO2的增加，Al2O3几乎无变化，表明富Al矿物(如斜长石)结晶分异作用不明显。

晚期大王山、观山旋回为偏碱性火山—次火山岩，对成矿期主导作用的是观山旋回次火山岩，相应的岩性主要是粗安斑岩，其次是正长闪长斑岩和正长斑岩。其形成的矿床(点)分布在盆地的中偏东部的观山火山活动中心及外围、茅山推覆带南段西侧等地。

伴随着岩浆的演化，不同的火山活动期其岩浆演化程度不同，形成具有一定成矿专属性的火山岩。成矿作用因矿种不同，在火山机构的不同部位具有一定的差异性。因此，成矿系列的研究需要贯穿于岩浆活动演化过程，在不同的演化阶段梳理出不同矿种，在不同构造部位梳理出不同矿床类型。

2 成矿系列

溧水火山岩盆地主成矿作用时间发生在135～128 Ma之间，相应的火山旋回为龙王山旋回、大王山旋回和观山旋回。这个时间正好对应于长江中下游地区成矿带中3个主成矿阶段中的第二个阶段：135～123 Ma发育于火山沉积盆地中的白垩纪次火山岩，包括辉石闪长玢岩、闪长玢岩、正长花岗斑岩及与次火山岩相关的喷出岩。与之相关的矿产主要为玢岩型铁矿床(毛景文等，2012)。这个时期溧水盆地主要矿种有Fe、Cu、Au、Pb、Zn、Sr、Ge、U等。

2.1 矿化时空特征

溧水盆地内生矿产的形成都与火山活动有关，从火山活动与成矿作用关系分析，认为主要有两个成矿系列。一个是与早期龙王山旋回中偏基性火山—次火山活动有关的Fe、Cu、Au、Pb、Zn矿化；二是与晚期大王山，特别是观山旋回偏碱性火山—次火山活动有关的Cu、Pb、Zn、Au、Ag矿化，及微量元素Sr、稀散元素Ge、放射性元素U矿化。

  

图4 溧水盆地龙王山旋回成矿模式图(据宁芜研究项目编写小组，1977)

 

1—三叠系黄马青组灰岩夹钙质页岩；2—侏罗系西横山组钙质粉砂岩、灰质砾岩；3—闪长玢岩、玄武玢岩；4—中偏碱性火山岩；5—蚀变分带界线；6—铁矿；7—铁铜矿；8—铜矿；9—镜铁矿或磁铁矿脉；10—层状铁矿；11—层状铜矿；①—气成高温热液交代型铁矿化；②—接触交代型铁铜矿化；③—高中温热液充填交代型铁铜矿化；④—中低温热液充填型铁矿化；⑤—中低 温热液充填型铜矿化；⑥—中低温热液充填型铜、金、铅、锌矿化

早期龙王山火山旋回次火山活动对成矿起到主导作用，相应的次火山主要是辉石闪长玢岩、角闪闪长玢岩、石英闪长玢岩、闪长玢岩、玄武玢岩等。其形成的矿(点)床主要分布在盆地的西部基底出露区，及北东部东岗、后村火山机构控制区。

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李超文等(2003)通过对溧水盆地大王山组中基性火山岩岩石学、元素—同位素地球化学数据测试与分析，研究其源区岩石圈地幔的富集与深部动力学过程。认为龙王山组高钾钙碱性—钾玄岩所反映的下扬子地区岩石圈地幔总体上经历了类似于大洋板片俯冲交代作用的富集过程，而明显区别于大别—苏鲁造山带岩石圈地幔—俯冲陆壳改造富集作用的结果；并认为该岩石圈地幔富集作用事件早于三叠纪华北—扬子的俯冲碰撞事件，而更有可能是晋宁期华夏陆块与扬子陆块的碰撞或新元古代Rodinia大陆裂解等(李献华，1999；Li et al.,1999;Gilder et al.,1996)。

在对135～127 Ma这个阶段，长江中下游一系列断陷火山岩盆地形成机制的解释中，比较认可的观点是中生代太平洋板块俯冲后撤模式。认为是古太平洋板块俯冲作用之后该地区处于板内伸展—拉张环境，挤压与伸展形成的构造节点部位是控制火山活动的重要位置，也是控制成矿区带的主要部位。该地区在侏罗纪中晚期—白垩纪早期(170～135 Ma)，太平洋板块向亚欧板块俯冲，总体处于挤压背景，岩浆活动呈现出由沿海向内陆年轻化趋势，且多具壳源特征；白垩纪早期(-135 Ma)之后，太平洋板块的俯冲作用减弱，俯冲板片发生后撤，该地区总体处于拉张背景，从而形成了火山盆地(图2)，造成大量早期富集地幔和少量古老地壳物质的熔融，形成大量中基—中酸性岩浆岩(王丽娟等，2014)。

高寒区土坝与泄水建筑物接触处，排水系统设施频繁的发生故障。侧墙后形成温湿度场的过程中，在泄水建筑物中形成由低温过程引起的复杂的温度应力状态，这种复杂应力状态包括冻胀、结冰、开裂和沉降等。因此，研究泄水建筑物周围回填土中温度应力状态的形成对于解决极端气候和地质条件下的排水系统周边坝体稳定性问题具有重要意义。本文对俄罗斯西伯利亚典型土坝溢洪道周围土体热应力状态进行监测与分析。

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中国东部是国内地质科学问题研究程度较高的地区之一，长江中下游成矿带作为其组成部分。已有研究表明，在中生代区域构造体系发生了转换与重大调整，主构造格局由近EW向转换为NE-NNE向。Hilde(1976)曾提出135 Ma前东亚大陆边缘的俯冲—转化构造动力模式，该模式后来得到众多学者的支持。

锶矿分布在盆地北东部，矿化主要分两个阶段，一是早期龙王山火山活动提供了较好的物质来源，二是晚期观山旋回火山活动热液使成矿物质进一步聚集并成矿。龙王山中偏基性火山岩—次火山岩具有较高的Sr丰度值，是地壳克拉克值的25倍，岩浆期后富含H2S的中低温热液作用下，近地表形成了黄铁矿化、石膏化、明矾化等浅色面状蚀变，这是含锶中低温热液的初步聚集。在后期的构造活动形成张扭性断裂，观山旋回火山热液活动沿断裂运移，从而形成黄铁矿化、方解石化、重晶石化等线性蚀变，这使含锶热液进一步聚集，并最终在围岩裂隙中形成中低温热液裂隙充填型Sr矿化。

锗矿主要分布在盆地东南早白垩纪火山喷发间歇期的杭村组河湖相含铁沉积建造中。有火山喷发沉积—中低温热液型锗铁(铅锌)矿和中低温热液裂隙充填型锗铁矿两个成因类型。矿化与观山旋回火山—次火山活动有关，在大王山组喷发结束后，形成杭村组河湖相碎屑沉积。之后观山旋回大规模的火山活动，粗安岩类喷发溢流，使得杭村组地层普遍受到火山岩流的扰乱和覆盖，次火山岩侵入活动也很发育，主要为粗安斑岩的侵入活动。这个过程的中低温热液活动分两个阶段：第一阶段，以富含二氧化硅及少量铜铅锌的硫化物热液为主，沿裂隙上升，交代部分围岩，形成层状硅化带，并在个别地方形成少量方铅矿、闪锌矿等有色金属矿化；第二阶段，是在第一阶段热液活动之后，又发生了构造破碎，富含铁质及硅质的热液，再次沿裂隙上升，富集成赤铁矿体，岩浆热液通过上述活动，吸取了围岩中的锗，富集成为锗铁矿。

铀矿主要分布在盆地中部，后期的偏碱性火山岩都具有较高的伽马反映值，成矿主要发生在观山旋回，与次火山活动的粗安斑岩有关。矿化主要分布在观山旋回次火山活动的粗安斑岩期后断裂中，形成中低温热液裂隙充填型石英—多金属—铀矿化。矿体附近见红色蚀变，这种蚀变的产生是由于岩石中的铁离子和六价铀作用，使铁离子被氧化形成赤铁矿和褐铁矿悬浮物，铀在氧化态可以呈正六价而具有迁移性从而形成矿化。这种红化蚀变是热液铀矿成矿的必然产物，也是重要的找矿标志(图5)。

  

图5 溧水盆地观山旋回成矿模式图

 

1—辉石(角山)闪长岩；2—粗安斑岩；3—侏罗系中、上统长石石英砂岩、钙质砂岩、灰质砾岩；4—龙王山-甲山旋回火山岩及火山碎屑岩；①—中低温充填型铜、金、铅矿化；②—中低温热液裂隙充填型铅、锌、金、银矿化；③—低温热液型金矿化；④—火山 喷发沉积-中低温热液型锗铁(铅锌)矿化

2.2 岩浆演化与成矿模式

龙王山旋回岩浆属于中偏碱性，高钾钙碱性—钾玄亚岩系列。以聚集大离子亲石元素和相对较高的钾为特征。该阶段是溧水盆地火山活动的初期，岩浆温度高、压力大，气液组分多，热动力能量较强，对地壳具有较强的穿透作用，容易得到地壳物质的混染。岩浆上侵过程中，在地壳中有一定时间，组分结晶较晚，这又使得铁等成矿元素没有在早期进入暗色硅酸盐矿物，而有利于晚期聚集并独立富集成矿。在次火山岩侵入到近地表火山通道内，由于含矿气液物理条件改变，在中基性次火山顶部形成类“玢岩型”Fe矿化；向外，在钙、灰质化学性质活泼的围岩中形成接触交代型Fe、Cu矿化；在火山岩等化学性质不活泼围岩中则形成高中温充填交代型Fe、Cu矿化；在更远部位，则形成中低温裂隙充填型Cu、Au、Pb、Zn矿化。

大王山、观山、甲山旋回岩浆由中偏碱性向酸偏碱并以富钾为特征。在这个过程中亲石元素进一步聚集，尤其是富集K、Sr、Ba、U等亲石元素，这为盆地形成大型Sr矿及U矿化提供了较好的先天条件。其中，大王山旋回作为先期喷发的龙王山旋回喷发补充期，对成矿作用不大。在大王山之后，火山喷发具有短暂的间歇，区内形成河湖相细碎屑沉积，该套沉积建造也成为区内稀散元素锗矿的含矿建造。经过间歇后的观山旋回含有丰富的成矿物质，是主要的成矿期。主要形成Cu、Pb、Zn、Au、Ag矿化，及微量元素Sr、稀散元素Ge、放射性元素U矿化。由于该阶段处于岩浆演化的晚期，岩浆温度降低，压力变小。在近喷发中心处形成中低温充填型Cu、Au、Pb、Zn矿化；在火山活动较远部位，形成中低温热液裂隙充填型Pb、Zn、Au、Ag、Sr、Ge、U等矿化。

3 总结

溧水中生代火山岩盆地在长江中下游成矿带属于相对坳陷区，地壳厚度较薄，深部存在一个交代作用形成的富集地幔，拉张作用使得岩浆活化，从而岩浆活动表现为由中基性向偏碱性、碱性分异，岩浆中的幔源组分较多，有部分地壳物质的混染，相应的成矿作用以铁、铜、金为特征。

地球化学数据显示溧水盆地火山物质为分异岩浆，岩浆房的分异作用对成矿具有重要意义。岩浆房的分异作用形成了低硅富钠的闪长玢岩类，从而形成相关的Fe、Cu矿化；随着岩浆的进一步演化，更偏向碱性分异，Cu、Au、Pb、Zn等成矿元素与K同步富集于岩浆房上部, 高钾钙碱性系列火山物质携带成矿元素到达地表形成矿化。因此，该类矿床的找矿重点应该是富钾的火山—次火山。

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