（一）矿床地质简述
梅县玉水富铜（铅锌）矿床是隐伏于上侏罗统高基坪组火山岩之下石炭纪地层中的隐伏矿床（图2-1）。其P1号主矿体是沿中、下石炭统（灰岩与石英砂岩）的层间不整合面上的构造破碎带充填交代形成的似层状矿体（图2-2）。由P1号矿体向上的灰岩（或白云质灰岩、白云岩）及向下的石英砂岩中矿化减弱，变为稠密浸染状、浸染状、网脉状矿化灰岩和矿化石英砂岩（图版I中2、3、4、7）。在灰岩及白云质灰岩中断裂构造强烈发育部位，亦形成部分，如P2、P3矿体（图2-2）。
矿体形态呈层状、透镜状及脉状等。
矿石中主要金属矿物有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和赤铁矿；硫铜钴镍矿和硫铜银矿等也是常见的金属矿物。非金属矿物有方解石、白云石、石英、白云母、绢云母等。块状黄铁矿为硫铜钴镍矿交代，它们又为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、闪锌矿和方铅矿等交代和胶结。在矿化石英砂岩中常见成矿期后的黄铁矿石英细脉穿切。
（二）矿化、蚀变特征
与矿化作用有密切关系的热液蚀变类型有硅化、赤铁矿化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化等。其中硅化、赤铁矿化强烈处变为硅化赤铁矿岩。
壶天群碳酸盐岩中以硅化、赤铁矿化（图版Ⅰ-1）为特征。P1号矿体上盘的灰岩、白云质灰岩或白云岩受热液蚀变作用的影响，结晶颗粒变粗，并伴随浸染状铜铅锌矿化。特别是在靠近东西向F23号断裂带处，碳酸盐岩重结晶作用尤为明显，颗粒变粗（0.25～0.5mm）。在—190mm中段，靠近F23号断裂带处变为矿化粗晶碳酸盐岩。
表2-1 粤东北及其邻区矿床成因类型和主要特征
图2-1 广东梅县玉水铜多金属矿区地质略图
1—第四系；2—上白垩统；3—上侏罗统；4—中上石炭统壶天群；5—中上泥盆统；6—辉绿岩；7—花岗斑岩；8—石英斑岩；9—断裂；10—地层不整合界线；11—见矿钻孔及隐伏矿床范围
图2-2 梅县玉水铜多金属矿床0线地质剖面图
1—第四系；2—上侏罗统火山岩；3—中上石炭统壶天群碳酸盐岩；4—下石炭统忠信组碎屑岩；5—辉绿岩；6—花岗斑岩；7—矿体及编号；8—溶洞
忠信组碎屑岩中热液蚀变作用主要有硅化、赤铁矿化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化和黄铁矿化等，局部还有电气石化和黄玉化。强烈硅化的石英砂岩变为次生石英岩。含有钙泥质胶结物的碎屑岩则为铜、铅、锌硫化物和赤铁矿等金属矿物强烈交代，形成浸染状、稠密浸染状、条带状矿石。热液蚀变和矿化作用的强度与广度，由层间不整合面向下逐渐减弱。据钻孔资料统计，在玉水矿床1～6线之间长约250～300m、宽约500m范围内，蚀变、矿化一般距忠信组的顶界10～40m，工业矿体距离顶界1.3～9.86m。砂岩中矿化、蚀变的厚度与工业矿体的厚度成正比。忠信组砂岩中的工业矿体相对较厚的部位亦都是靠近北部近东西向的F23号断裂带的部位。
（三）不同类型矿石及主要金属矿物中微量元素及稀土元素地球化学特征
1.不同类型矿石中微量元素及稀土元素丰度与富矿石形成之关系
前人对玉水富铜（铅锌）矿床中不同矿化类型矿石的16件样品中的成矿元素、微量元素及稀土元素含量（wB）测定结果表明：1）当矿石中WO3、BeO、Sn、Bi或REE含量异常高时，往往是Cu（Pb、Zn）或Pb、Zn成矿元素富集部位，形成块状富矿石。如P1号矿体4号矿石样（ZK0-6）中WO3达0.26%,REE为0.987%,Sn为0.084%,Cu高达8.5%,Pb为3.5%,Zn为4.8%,Ag达325.85g/t，形成块状富铜（铅锌）矿石。又如采自ZK2-4和ZK2-6中P1号矿体的7、9号样，BeO高达1.428%,REE高达1.923%,WO3为0.358%,Sn为0.029%,Bi为0.02%,Cu达5.6%,Pb为6.7%,Ag为127g/t，形成块状富铜（铅锌）或富铅矿石。产于灰岩或白云质灰岩中的P2、P3号矿体，当矿石中WO3和REE含量异常高时，同样形成富铅锌矿石。2）不同类型矿石中∑REE含量变化大，由53.56×10-6→1333.3×10-6。其中斑铜矿矿石中REE含量最低，平均值为57.27×10-6；黄铜矿石中REE含量最高，平均值为1198.00×10-6；黄铜矿石中以富集HREE为特征，Sm/Nd比值变化大（由0.16→1.8）。
本区铜（铅锌）矿化主要形成于燕山早期，而W、Sn、Be、REE矿化则主要形成于燕山晚期，由于热流体沿着F23号近东西向断裂带多期次叠加活动，使Cu、Pb、Zn矿化更加富集，形成铜铅锌块状富矿石。
2.主要金属矿物中微量元素及稀土元素地球化学特征
黄铁矿是玉水矿床中分布最广、形成最早的硫化物，常被挤压破碎成各种角砾状并为硫铜钴镍矿交代，而它们又为主成矿期的黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、方铅矿和闪锌矿等硫化物网脉穿切、交代和溶蚀。黄铁矿在矿床中分布不均匀，与铜矿物呈反消长关系。
黄铜矿是玉水矿床中最重要的铜矿物，约占铜矿物总量的60%左右，为他形粒状集合体，组成块状、脉状黄铜矿矿石；斑铜矿是矿床中另一种重要铜矿物，约占铜矿物总量的25%～30%，为他形粒状集合体，与黄铜矿密切共生；辉铜矿与黄铜矿、斑铜矿共生。
闪锌矿和方铅矿紧密共生，常见它们交代早期析出的黄铁矿和稍后析出的黄铜矿、斑铜矿等硫化物。由于黄铁矿中常含有硫铜钴镍矿（Ni＞Co），致使黄铁矿Co/Ni比值小于1。黄铁矿中Ag含量较低，平均值为48g/t,Au含量为0.5g/t；黄铜矿中Ag含量平均值约170g/t,Au含量0.01%～0.42%；斑铜矿和辉铜矿中Ag含量均很高，分别为4664g/t和3368g/t,Au含量分别为1.1～0.10g/t。闪锌矿中Fe、Mn含量很低，为贫铁、锰的浅色闪锌矿，其中Fe含量为0.03%～2.02%,Mn为0.011%左右，含Cd、In较高，分别为0.42%和0.22%,Ag含量较高，约为188g/t，而Au含量很低。方铅矿中Ag含量平均值为73.6g/t,Au含量为0.004～1.01g/t,Sb含量平均值为0.029%。
硫化物中∑REE含量变化大，最低者为6.48×10-6最高者达1244.3×10-6，平均值为224.5×10-6。其中以黄铜矿中∑REE含量最高，平均值为426.87×10-6；黄铁矿中∑REE平均值为30.14×10-6；斑铜矿中∑REE平均值为6.48×10-6。大部分硫化物中以富集重稀土元素为特征，且不同矿化世代的金属矿物中Eu亏损有较明显演化规律：早世代黄铁矿中δEu平均值为0.96，几乎无亏损；晚世代析出的黄铜矿和斑铜矿中δEu平均值为0.60左右，有较明显的铕亏损。这些特点表明由黄铁矿→黄铜矿和斑铜矿矿化阶段，它们为同一成矿源上升的热流体不同矿化阶段充填裂隙交代形成。越晚阶段析出的矿物中Eu亏损越明显，亦越富集重稀土元素。
（四）矿物中包裹体温压地球化学特征
矿床矿物中流体包裹体是热液矿床中热流体成矿作用的记录。作者通过对矿床中P1号矿体和灰岩中P2、P3号矿体以及成矿期后的黄铁矿石英细脉等不同时空分布的石英、闪锌矿和方解石中所含的丰富的流体包裹体（图版Ⅱ-1～3）进行测试研究，获得了有关该矿床成因方面的重要信息。
1.流体包裹体特征
依据室温时包裹体呈现的相态、相比关系及其热变化行为等，将本矿床矿物中流体包裹体分为如下三种类型：①气液包裹体，气液比为≥5%～≤50%；②液相包裹体，气液比＜5%；③含液态二氧化碳多相包裹体。
不同成矿期的矿物中流体包裹体的类型特征明显不同（表2-2）。同一矿体在不同空间分布上和不同矿石矿物中流体包裹体特征也有一定的变化规律（图2-3和表2-3）。在块状富矿体中部以气液包裹体为主，约占包裹体总数的95%～99%，液相包裹体占1%～5%。向上、下边部及其外侧，气液包裹体减少到10%～60%；而液相包裹体明显增加，达40%～90%。在同一富矿体的不同中段同一种矿物中，含液态二氧化碳多相包裹体总的分布特征是，矿体上部明显高于下部。
表2-2 玉水富铜（铅锌）矿床不同成矿期石英中流体包裹体特征
表2-3 同一矿体不同部位、不同矿石矿物中流体包裹体特征（生产坑道—58m）
2.流体包裹体的温度、盐度及密度特征
作者对矿床中主矿体（P1号矿体）—58m中段上山坑道剖面（图2-3）、ZK2-4等典型剖面与钻孔中采集了具有代表性样品，磨制测温片40余片，在德国产的Leits1350热台和法国产的Chaixmeca—180～600℃显微冷热台上测得均一温度400余个点、冰融温度300余个点（表2-4、5、6）。由实测的均一温度和盐度分别作成均一温度和盐度直方图（图2-4、6）；将温度、盐度投影到Ahmod（1980）[4]的NaCl-H2O体系的th-S-p图解上，获得了本矿床不同成矿期、不同矿石矿物中流体包裹体的密度值（图2-5、7）。
由表2-4、5、6和图2-4、5可以看出：富铜（铅锌）矿化阶段石英形成温度为200～310℃之间（经压力校正，下同），盐度（wNaCleq，下同）为6%～14%，密度为0.83～0.98g/cm3；闪锌矿形成温度主要集中在250～310℃，盐度为8.5%～10.8%之间，密度为0.83～1.00g/cm3，主要集中于0.85g/cm3左右。硅化岩、赤铁矿硅化岩形成温度为140～180°之间，主要集中在160℃左右，盐度为6.67%左右，密度为0.95g/cm3。成矿期后的黄铁矿石英脉形成温度主要集中在140℃左右，盐度为4.5%左右，密度为0.96g/cm3。
由表2-5、6和图2-3及图2-6、7中可以看出，同一矿体不同部位流体包裹体的形成温度、盐度、密度有明显变化规律：在块状富铜（铅锌）矿体的中部温度（280～310℃）、盐度（9.5%）最高；密度值（0.89g/cm3）最低；向矿体上、下两侧边部形成温度（200～240℃）和盐度（5.5%～8.1%）明显降低，而密度值（0.95g/cm3）最高。
图2-3 广东梅县玉水铜矿床（—58m上山矿体剖面）同一矿体不同部位流体包裹体温度（th）、盐度（S）变化特征
图2-4 广东梅县玉水富铜（铅锌）矿床不同矿化阶段的石英、闪锌矿中包裹体均一温度（th）、盐度（S）直方图
1—富铜（铅锌）矿化阶段石英；2—富铜（铅锌）矿化阶段闪锌矿；3—成矿期后黄铁矿石英脉阶段石英；4—硅化岩、赤铁矿硅化岩中石英
3.流体包裹体形成压力
根据矿床中石英、闪锌矿和方解石中同时捕获的水溶液包裹体和含液态二氧化碳多相包裹体来测定压力。根据含液态二氧化碳包裹体中CO2的均一温度和均一相态求出包裹体捕获时CO2的密度，以及水溶液包裹体的均一温度值。根据E.Roedder和R.J.Badnor（1980）的H2O-CO2体系的p-V-t关系图解[15]，求出包裹体被捕获时的压力，近似代表矿石形成时的上覆岩层的静压力，5个样平均值为72.5MPa。另据黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿和石英中流体包裹体气相成分估算成矿作用中温压地球化学参数，其压力和温度与实测相近，氧
表2-4 玉水富铜（铅锌）矿床不同成矿期石英中包裹体参数特征
①括号内数据表示测定包裹体数。
表2-5 玉水富铜（铅锌）矿（—58m中段上山坑道）不同岩性不同矿物中包裹体NaCl-H2O体系的温度、盐度、密度、压力
表2-6 玉水富铜（铅锌）矿床（ZK2-4）不同深度不同矿石矿物中包裹体NaCl-H2O体系的温度、盐度、密度、压力
图2-5 广东梅县玉水富铜（铅锌）矿床不同矿化阶段的石英闪锌矿中包裹体均一温度（th）、盐度（S）和密度（P）相关图
1—富铜（铅锌）矿化阶段石英；2—富铜（铅锌）矿化阶段闪锌矿；3—成矿期后黄铁矿石英脉阶段石英；4—硅化岩、赤铁矿-硅化岩中石英
图2-6 玉水铜矿床（—58m中段）同一矿体不同矿石矿物中流体包裹体均一温度（th）、盐度（S）直方图
n代表测定包裹体数，1、2、3分别为矿化砂岩、块状富铜矿石、矿化白云岩逸度为10-33～10-37Pa之间，而二氧化碳逸度为101.2～102.8Pa。
4.流体包裹体成分（见后文表4-6、7）
图2-7 玉水铜床（—58m中段）不同矿物中流体包裹体均一温度、盐度、密度相关图
1—石英；2—闪锌矿；3—方解石
石英、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿等流体包裹体的气相成分中主要是H2O，占90%左右，其次是CO2，占9.7%以上，还有微量H2、CH4和CO2等。在成矿期后的黄铁矿石英脉中气相成分中H2O占76.92%,CO2占22.97%，还含有微量气体H2、CH2、CO；在硫化物液相成分中阳离子以Ca2+、Na+为主，其次为K+、Mg2+、Li+；阴离子中以
综上所述，石英、闪锌矿、方解石、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿中包裹体的温压地球化学参数研究表明，该矿床成因为热液裂隙充填型[16]。
（五）稳定同位素组成特征
1.硫同位素组成（见表4-9及图4-6）
黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿和方铅矿等15个硫同位素δ34S值域在2‰～—4‰之间，为典型热液来源硫同位素组成特征。
2.氢、氧、碳同位素组成特征（表4-10及图4-7）
块状富铜（铅锌）矿石中闪锌矿（含有方铅矿）流体包裹体，δDH2O值为—78‰，其成矿流体δ18OH2O值为10.4‰，具热液来源的特点；成矿期后黄铁矿石英脉的石英δ18O值为7‰，其成矿流体的δ18OH2O值为—6‰左右，δDH2O值为—44‰，与粤北区域大气降水的氢、氧同位素组成十分接近[17]，显示具以大气降水为主，伴有热液渗入的混合水特征。块状富铜（铅锌）矿石中δ13C值为—1.9‰～—5.4‰，δ18O值为15.8‰，也显示为热液来源碳同位素组成特征。
本矿床石英、闪锌矿、方解石和赤铁矿中氢、氧、碳同位素组成特征与典型热液成因的西华山钨矿床石英中δ18O值及其成矿流体中δ18OH2O值、δDH2O值和包裹体中CO2的δ13CCO2值十分接近[18、19、20]；其赤铁矿的δ18O值（4.4‰）与海相沉积的赤铁矿中δ18O值（—1.7‰～—5.7‰）则迥然不同[21]；与日本中新世海底火山喷发堆积形成的黑矿型矿床中的黄铁矿、黄铜矿包裹体中的δ18OH2O值（—1.6‰～—0.3‰）、δDH2O值（—26‰～—18.3‰）亦是完全不同的。
图2-8 广东梅县玉水富铜（铅锌）矿床中硫化物Sm-Nd等时线图
表2-7 广东梅县玉水富铜（铅锌）矿床中硫化物Sm-Nd数据
3.硫化物铅同位素组成
根据前人对玉水、银屎等矿床不同类型矿石中黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿和方铅矿等铅同位素组成测定结果，将207Pb/204Pb与206Pb/204Pb值投影到Doe和Zartrman模式演化曲线坐标图上（图4-8），投点分布于上地壳铅同位素演化曲线上、下部位。
（六）成矿时代
作者对主矿体的块状富铜（铅锌）矿石中分离出纯的黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和黄铁矿等单矿物，在详细研究了稀土元素地球化学基础上，首次应用Sm-Nd法直接测定块状硫化物形成时代获得相当理想的结果（表2-7和图2-8）。由表2-7和图2-8中可以看出，点Sm-Nd法等时线年龄为189.7Ma±4.8Ma，说明玉水矿床为燕山早期的含矿热流体沿裂隙充填交代作用形成的铜矿床。