S-SARⅡ技术的崩塌临灾应急监测原理及其应用

刘冀昆; 杨晓琳; 王成虎

doi:10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220495

S-SARⅡ技术的崩塌临灾应急监测原理及其应用

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220495

刘冀昆^{1, 2,},
杨晓琳^3, ,,
王成虎^1, ,

1.
应急管理部国家自然灾害防治研究院, 北京 100085
2.
中国地质大学(北京), 北京 100083
3.
中国安全生产科学研究院, 北京 100012

基金项目:

国家重点研发计划 2021YFC3001901

详细信息

作者简介:
刘冀昆(1997-), 男, 现正攻读土木工程专业硕士学位, 主要从事崩塌地质灾害研究工作。E-mail: 2232215900@qq.com

通讯作者:
杨晓琳(1985-), 男, 正高级工程师, 主要从事雷达边坡预警监测的研究工作。E-mail: yangxl@chinasafety.ac.cn

王成虎(1978-), 男, 研究员, 主要从事地应力与地质力学、断层力学等研究工作。E-mail: huchengwang@163.com

中图分类号: P642.2
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出版历程
- 收稿日期: 2022-09-02

Principle and application of S-SARⅡ technology for collapse emergency monitoring

Liu Jikun^{1, 2
,},
Yang Xiaolin^{3
, ,},
Wang Chenghu^{1
, ,}

1.
National Institute of Natural Hazards, Ministry of Emergency Management, Beijing 100085, China
2.
China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China
3.
China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100012, China

摘要

摘要:
崩塌灾害具有高隐蔽性、强突发性、重危害性等特点, 其预警监测是各类重大基础工程准备阶段以及施工期间的重要研究工作, 同时也是崩塌临灾监测救援现场指挥工作的重要科学依据。结合地基合成孔径干涉雷达技术(GB-InSAR)和最新的MIMO技术, 将应急边坡救援雷达S-SARⅡ的系统量程扩大了60倍, 并通过监测内蒙古某矿场主矿坑西南帮崩塌隐患点生成雷达形变图, 结合三维高程模型DEM以及多种预测模型预测崩塌发生时间。结果表明, S-SARⅡ精准地确定了形变区域及形变量, 并预测崩塌发生时间为8月29日9∶32-10∶27之间, 最终崩塌发生时间为8月29日10点26分。因此, S-SARⅡ准确预测了崩塌灾害的发生时间, 最大程度地保障了矿区的生产安全, 并通过实际应用分析证明, 优化后的S-SARⅡ的系统量程得到了数量级提升, 满足崩塌监测的需要, 且以S-SARⅡ为代表的遥测预警技术在地质灾害险情处置和应急救援中具有明显的技术优势。
- S-SARⅡ /
- 崩塌 /
- MIMO /
- 临灾应急监测 /
- GB-InSAR
Abstract:
The collapse disaster has the characteristics of high concealment, strong paroxysm and serious harmfulness. Its early warning monitoring is an important research work in the preparation phase and construction period of various major foundation projects, and it is also an important scientific basis for the on-site command of collapse disaster monitoring and rescue. In this paper, combined with GB-InSAR and the latest multiple input multiple output(MIMO) technologies, the measurement range of emergency slope rescue radar S-SAR II has expanded by 60 times.The radar deformation map is generated by monitoring the potential collapse points on the southwest side of a open pit in Inner Mongolia, and the occurrence time of collapse is predicted by using DEM and various prediction models. The results show that S-SAR Ⅱ accurately determines the deformation area and corresponding magnitude and predicts that the time of collapse is between 9:32 a.m. and 10:27 a.m. on August 29, and the actual time of collapse is 10:26 on August 29. Therefore, S-SAR Ⅱcan predict the occurrence time of collapse disaster and guarantee the production safety of the mining regions. Through practical application analysis, it is proved that the range of S-SAR Ⅱ system has been significantly improved after optimization to meet the needs of collapse monitoring, and the telemetry and early warning technology represented by S-SAR Ⅱ has obvious technical advantages in geological disaster risk disposal and emergency rescue.
- S-SAR Ⅱ /
- collapse /
- MIMO /
- disaster emergency monitoring /
- GB-InSAR

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大兴安岭地区是我国东部中生代著名的构造－岩浆岩成矿带^[1-2]。近年来，在大兴安岭中南段发现了较多的银铅锌多金属矿床^[3-7]，表明该区域具有巨大找矿潜力。2015年以来，在内蒙古自治区科尔沁右翼前旗复兴屯的勘探找矿工作取得了重大突破，发现了大型银铅锌多金属矿床^[8-9]。目前，对复兴屯银铅锌多金属矿床的研究主要集中在成矿地质特征、控矿因素、找矿标志和矿石组构等方面，而关于矿床成因的研究十分薄弱。尽管有研究者认为锌、铜、银的沉淀与流体减压沸腾有关^[9-10]，但除了矿化隐爆角砾岩外，缺乏相应的地球化学证据。此外，关于矿床的成因类型仍不清晰，直接影响矿床的进一步勘探，是急需解决的关键问题。

矿石矿物中的微量元素通常对矿床成因具有重要的指示意义^[11-15]。闪锌矿作为银铅锌矿床中最常见的矿石矿物，常含有Fe，Mn，Cd，In，Ga，Ge等多种微量元素，蕴含了丰富的成因信息，不仅可以为成矿流体的物理化学条件提供制约，还能指示矿床成因类型^[16-23]。此外，闪锌矿的形貌、结构构造及成分特征可以反映矿物沉淀和生长历史，其微量元素含量是由成矿流体性质和元素自身特性所决定^[24]，不同成矿阶段及不同颜色的矿物环带可以反映成矿流体中元素的迁移和富集规律以及成矿流体演化特征^[25-27]。闪锌矿中部分微量元素与矿床成因类型及形成温度相关^{[19, 28-29]}，可以用来判断成矿条件和矿床成因类型。

笔者将以复兴屯银铅锌多金属矿床不同阶段形成的闪锌矿为研究对象，开展矿相学、矿物主量元素和微量元素组成的研究，探讨成矿元素的沉淀机制和矿床的成因类型。

1. 地质背景

1.1 矿床地质特征

研究区在地理位置上位于内蒙古自治区东部兴安盟科尔沁右翼前旗境内，在构造位置上位于大兴安岭中南段，属于西伯利亚板块东南缘兴蒙古生代造山带东段^[9]。复兴屯银铅锌多金属矿床位于大兴安岭中南部，属于突泉—翁牛特成矿带的索伦镇—黄岗成矿亚带^{[6, 30]}，是古亚洲洋及滨太平洋构造体系叠加形成的巨型成矿域的重要组成部分。

矿区出露的地层由老到新主要有上侏罗统满克头鄂博组(J₃mk)、玛尼吐组(J₃mn)、白音高老组(J₃b), 下白垩统梅勒图组(K₁m)及第四系全新统(Qh)(图 1)。满克头鄂博组(J₃mk)出露于矿区中南部，总体倾向北西，上部为流纹质(含)角砾晶屑岩屑凝灰岩、流纹质(含)角砾岩屑凝灰岩、流纹质(含)角砾凝灰岩、珍珠岩、流纹岩；下部为流纹质晶屑岩屑凝灰岩、流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩、流纹质火山角砾岩。玛尼吐组(J₃mn)出露于矿区北部及东南部，上部为安山质岩屑凝灰岩、安山质含角砾凝灰岩、英安质岩屑凝灰岩；下部为英安质(含)角砾岩屑凝灰岩、英安质(含)角砾晶屑岩屑凝灰岩、英安质(含)角砾晶屑凝灰岩、英安质火山角砾岩。白音高老组(J₃b)分布于矿区西中部，岩性为沉凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩、石泡流纹岩、流纹质火山角砾岩。梅勒图组(K₁m)玄武岩出露于矿区东南部，出露面积较小。矿区侵入岩不发育，以脉岩为主，其次为晚侏罗世、早白垩世潜火山岩。脉岩有石英脉、玄武岩脉、正长斑岩脉、流纹斑岩脉及珍珠岩脉。钻孔中亦见上述脉岩及碳酸盐脉、长石斑岩脉；晚侏罗世潜流纹岩主要分布于区内穹状火山的中心部位，呈环状、放射状岩脉(体)分布于火山机构的外围。下白垩统梅勒图组玄武岩，沿北东向区域构造线零星分布，位于矿区东南部，侵入满克头鄂博组流纹质晶屑岩屑凝灰岩、流纹质角砾岩屑凝灰岩中，呈岩枝状产出。

图 1 复兴屯矿床地质图(a)^[9]及A-A′(b)和B-B′(c)勘探线剖面图

1.第四系；2.下白垩统梅勒图组；3.下白垩统白音高老组；4.上侏罗统玛尼吐组；5.次生石英岩；6.流纹斑岩脉；7.辉绿岩脉；8.逆断层；9.正断层；10.走滑断层；11.性质不明地层；12.推断断层；13.钻探区范围；14.勘探线剖面编号；15.银矿体；16.银锌矿体；17.银铅锌矿体；18.低品位铅矿体；19.低品位锌矿体；20.铜锌矿体；①.矿体编号；ZK1003.钻孔编号

Figure 1. Geological map of the Fuxingtun deposit (a)^[9], A-A′ (b) and B-B′ (c) profiles maps for the exploration line

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矿区内矿体主要赋存于上侏罗统满克头鄂博组流纹岩、火山角砾岩、含角砾凝灰岩中^[9]。复兴屯矿床所有矿体均为隐伏矿体(图 1-a)，共计圈定了428条矿体。矿体类型以独立银矿体、银铅锌矿体和银锌矿体为主，其次为低品位锌矿体和低品位铅矿体，亦有铜锌矿体发现。根据野外和钻孔的观察，矿体可分为3种类型：①密集陡立细脉状矿体，见于矿床深部，受水压裂隙控制，常形成规模大而品位较低的锌矿体；②隐爆角砾岩型矿体，位于矿床浅部，受隐爆角砾岩控制，在10号勘探线见于地表以下100~400 m处，其中根据夹石分布情况可划分出多条矿体，控制着该矿床中主要的银铅锌矿体及银矿体(图 1-b)；③脉状铜锌矿体，呈粗脉状展布，仅见于14号勘探线底部(图 1-c)。复兴屯矿床矿体形态常呈似层状或透镜状，主要赋存于下白垩统白音高老组火山角砾岩、流纹岩、流纹质凝灰岩、角砾凝灰岩和沉凝灰岩之中，矿体倾角较缓，常在1°~45°之间，独立银矿体、银铅锌矿体和银锌矿体多产出于高程85~500 m之间(图 1-b, c)。

1.2 矿化及蚀变

通过野外钻孔岩心观察矿石的分布情况，结合室内光薄片鉴定结果，复兴屯矿床具有明显的垂直分带性(图 1)，因此，我们将复兴屯矿床的成矿过程由深至浅分为3个阶段(图 2)。

图 2 复兴屯矿床成矿阶段及矿物组合

Figure 2. Stages of mineralization and mineral assemblage of the Fuxingtun deposit

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(1) 铜锌硫化物阶段(Ⅰ阶段) 该阶段主要发育粗脉状铜锌矿体，分布较少，仅见于14号勘探线底部。该阶段金属矿物以闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿为主，亦有少量方铅矿、黝铜矿和银黝铜矿等，脉石矿物以石英和菱锰矿为主，石英晶型相对较好，该阶段矿石常呈块状或脉状构造。

(2) 铅锌硫化物阶段(Ⅱ阶段) 该阶段主要发育密集细脉状矿体，见于矿床的大部分区域，构成规模大、低品位锌矿体和低品位铅矿体。金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿、银黝铜矿、硫锑铜银矿、黝铜矿、黄铁矿等，亦有少量毒砂，脉石矿物以菱锰(铁)矿为主，亦有部分石英和玉髓发育。

(3) 银锌硫化物阶段(Ⅲ阶段) 该阶段主要发育隐爆角砾岩型矿石，通常位于矿体的浅部，主要构成银矿体、银铅锌矿体和部分锌矿体。金属矿物以黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和银矿物为主，脉石矿物以玉髓、方解石和菱锰矿为主，常形成角砾状及细脉浸染状矿石。

复兴屯矿床主要发育中低温热液蚀变，主要蚀变类型有高岭土化、菱锰矿化、硅化、叶腊石化、伊利石化、绿泥石化及绢云母化。碳酸盐化在该区广泛发育，其中菱锰矿化(图 3-a, d, e)是该区最主要的特征蚀变类型之一，分布范围较广，在铜锌矿化、铅锌矿化和银铅锌矿化阶段均有发育，矿体及附近岩石都可发现其存在。高岭土化(图 3-a, c, f, h)和叶腊石化(图 3-c, h)在矿区分布范围最广，几乎所有流纹质凝灰岩均发生了不同程度的高岭土化和叶腊石化，这是由于在热液作用下，流纹质凝灰岩孔隙度较大且易于发生蚀变所致，蚀变程度以顶部的银铅锌矿体附近较强，在深部低品位锌矿体及铜锌矿体周围蚀变程度相应减弱。绢云母化(图 3-g, j)常见于流纹质凝灰岩中，由长石经热液蚀变而成，多分布于铜锌矿体或低品位锌矿体附近，常与石英、黄铁矿共生，构成黄铁绢英岩化。硅化在矿区亦较为发育(图 3-b, l)，存在于各成矿阶段，但各阶段硅化的表现形式略有区别，铜锌矿体附近主要呈细粒石英的形式存在，而在锌矿体，尤其是银铅锌矿体中，常以玉髓形式发育。伊利石化(图 3-k)和绿泥石化(图 3-i)在矿区亦有发现，但是分布相对局限，整体发育程度不如上述几种蚀变类型。蚀变的分带性规律不太明显，但整体看亦有演变趋势：深部的铜锌矿体和低品位锌矿体周围发育以硅化、菱锰矿化和绢云母化为主的蚀变带，向上为低品位锌矿体最为发育的层段，该段绢云母化程度减弱，高岭土化和叶腊石化较深部增强，石英粒度变细，菱锰矿化增多，偶见伊利石化发育；顶部银铅锌矿体围岩发育强高岭土化和叶腊石化，菱锰矿化亦较为常见，该部位石英多以玉髓形式发育。

图 3 复兴屯矿床典型围岩蚀变照片

a.流纹质凝灰岩发育高岭土化和菱锰矿化；b.硅化凝灰岩；c.流纹质凝灰岩发育叶腊石化和高岭土化；d.铅锌矿石中发育菱锰矿；e.流纹质凝灰岩发育菱锰矿化；f.凝灰岩发育高岭土化；g.流纹岩发育绢云母化及赤铁矿化；h.高岭土化、叶腊石化流纹岩；i.流纹岩发育绿泥石化；j.流纹质凝灰岩发育黄铁绢英岩化；k.火山角砾岩发育伊利石化；l.硅化凝灰岩。Chl.绿泥石；Gn.方铅矿；Hem.赤铁矿；Ill.伊利石；Kln.高岭土；Py.黄铁矿；Pyr.叶腊石；Q.石英；Rds.菱锰矿；Ser.绢云母；Sp.闪锌矿

Figure 3. Photos of typical wall rock alteration in the Fuxingtun deposit

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1.3 矿石成分和组构

复兴屯矿床的矿石类型为银锌矿石、铅锌矿石和铜锌矿石(图 4)。银锌矿石是复兴屯矿床最具工业价值的矿石类型。铅锌矿石储量大，但主要为低品位矿石，见于矿区的大部分区域。铜锌矿石呈脉状产出，品位较高，但矿体规模小，且仅见于矿床深部。脉石矿物可分为2种组合，分别为硅酸盐组合和碳酸盐组合。碳酸盐组合矿物主要为菱锰矿、菱铁矿、菱镁矿、方解石、白云石等。硅酸盐组合的主要矿物为石英和玉髓(图 4-c)。与矿化相关的石英主要与黄铜矿、闪锌矿及黄铁矿共生，结晶相对粗大；玉髓常形成于矿区浅部，与银矿化共生。碳酸盐矿物存在于所有成矿阶段中，在铜锌矿体中发育少量菱锰矿(图 4-a)；在低品位锌矿体中发育大量菱锰矿、菱铁矿及方解石，且以菱锰矿最为常见，常与闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等共生；在角砾岩型矿石中亦见有菱锰矿及方解石与闪锌矿、黄铁矿及含银矿物共生。菱锰矿是该矿床大量发育的特征性脉石矿物，通常呈粉红色(图 4-a)，表面常发育黑色氧化膜(图 4-b)。复兴屯矿床主要矿石构造有脉状构造(图 4-a, b)、角砾状构造(图 4-c)、浸染状构造及团块状构造等。角砾型矿石和细脉型矿石是最常见的矿石类型。矿床中金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿、辉银矿、银黝铜矿、硫砷银矿、硫锑铜银矿、锌黝铜矿。其中闪锌矿出现于整个成矿过程中，如在铜锌矿石中可见闪锌矿与黄铜矿、黄铁矿、银黝铜矿共生(图 4-d)或闪锌矿与黄铜矿、方铅矿共生(图 4-e)，并可见黄铜矿、闪锌矿和方铅矿穿插早期形成的黄铁矿，黄铁矿具骸晶结构(图 4-f)。在铅锌矿矿石中，可见闪锌矿与黄铁矿、银黝铜矿共生(图 4-g)。银黝铜矿、硫锑铜银矿和辉银矿是该矿床最重要的银矿物(图 4-h, i)，常见于角砾岩型银锌矿石中，多与方铅矿和闪锌矿共生，闪锌矿、方铅矿和黄铁矿广泛发育于各种类型的矿石之中。复兴屯矿床黄铁矿常发生破裂, 破碎黄铁矿裂隙中充填石英和闪锌矿(图 4-j)。此外，在银锌矿石中闪锌矿常和方铅矿、辉银矿共生(图 4-k, l)。

图 4 复兴屯矿床典型矿石照片

a.块状铜锌矿石；b.脉状铅锌矿石中含有菱锰矿和少量黄铁矿；c.角砾状银锌矿石发育高岭土化；d.铜锌矿石中黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿和银黝铜矿共生；e.铜锌矿石中黄铜矿、闪锌矿和方铅矿共生；f.黄铜矿、闪锌矿和方铅矿穿插早期形成的黄铁矿，黄铁矿具骸晶结构；g.铅锌矿石中黄铁矿、闪锌矿和银黝铜矿共生；h.铅锌矿石中闪锌矿、方铅矿、黄铁矿和辉银矿共生；i.银锌矿石中黄铁矿、闪锌矿、锌黝铜矿和硫锑铜银矿共生；j.破碎黄铁矿裂隙中充填石英和闪锌矿；k.银锌矿石中闪锌矿、方铅矿和辉银矿共生；l.银锌矿石中闪锌矿、方铅矿、辉银矿共生。Arg.辉银矿；Cp.黄铜矿；Fre.银黝铜矿；Gn.方铅矿；Py.黄铁矿；Rds.菱锰矿；Sp.闪锌矿；Pbs.硫锑铜银矿；Tet.黝铜矿；Q.石英

Figure 4. Photos of typical ores in the Fuxingtun deposit

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2. 样品与分析方法

本次进行电子探针及LA-ICP-MS微量元素分析的样品均来自钻孔，测试样品涵盖了不同成矿阶段的矿石类型。样品FX74-2、FX84、FX89、FX91、FX228和FX239均为Ⅰ阶段样品，其中样品FX74-2、FX84、FX89、FX91和FX228分别采自ZK1405孔的753，890，900，912，913 m处，样品FX239采自ZK1412孔的1 130 m处。样品FX17、FX72-2、FX94、FX111、FX117、FX121、FX131、FX173、FX182、FX183、FX233、FX234和FX237均为Ⅱ阶段样品，其中样品FX17采自ZK1003孔的247 m处，样品FX72-2和FX94分别采自ZK1405孔的745，932 m处，样品FX111、FX117和FX121分别采自ZK1008孔的580，640，711 m处；样品FX131采自ZK1004孔452 m处；样品FX173、FX182和FX183分别采自ZK0215孔的676，968，974 m处，样品FX233、FX234和FX237分别采自ZK1412孔的1 081，1 093，1 103 m处。样品FX4、FX13、FX15、FX16、FX21、FX29、FX34、FX123和FX203均为Ⅲ阶段样品，其中样品FX4、FX13、FX15、FX16、FX21、FX29和FX34分别采自ZK1003孔的89，184，204，246，262，340，382 m处，样品FX123采自ZK1008孔的722 m处，样品FX203采自ZK1004孔的697 m处。

2.1 电子探针分析方法

电子探针成分分析在河北省区域地质调查院电子探针实验室利用JEOL JXA-8100电子探针完成。样品在上机测试之前先将样品进行了镀碳。详细的电子探针分析流程见文献[31]。测试工作条件为：加速电压20 kV，加速电流10 nA，束斑直径5 μm。所有测试数据均进行了ZAF校正处理。元素特征峰的测量时间为20 s，上下背景的测量时间分别是峰测量时间的一半。所使用的标样为天然硫化物和金属标样。该测试条件下各个元素的检测限一般在0.01%~0.02%(w_B)。

2.2 LA-ICP-MS分析方法

闪锌矿LA-ICP-MS分析测试在南京聚谱检测科技有限公司利用激光剥蚀-电感耦合等离子质谱联用仪完成。四级杆型电感耦合等离子质谱仪为Agilent Technologies制造的Agilent 7700x，激光剥蚀系统为Teledyne Cetac Technologies制造的193 nm ArF准分子激光剥蚀系统，型号为Analyte Excite。实验采用He作为剥蚀物质的载气，与Ar混合后进入ICP-MS完成测试。测试所用激光束斑直径为40 μm、脉冲频率为5 Hz、能量密度为6.06 J/cm²。测试过程中首先进行空白背景采集15 s，然后进行样品连续剥蚀采集40 s。测试所采用的标样为美国地质调查局多金属硫化物压饼USGS MASS-1和玄武质熔融玻璃GSE-1G共同标定硫化物含量。测试完成后，使用ICP-MS-Datacal^[32]进行数据处理。该测试条件下各个元素的检测限通常优于0.01×10^-6。

3. 分析结果

3.1 闪锌矿电子探针分析结果

本次对复兴屯矿床中的闪锌矿进行了电子探针分析，总共分析了21点，测试数据见表 1。复兴屯矿床中闪锌矿通常呈深红棕色-黑色，粒状。复兴屯矿床中闪锌矿中的w(Zn)为52.69%~66.99%，平均值为63.1%，w(S)为32.21%~34.4%，平均值为33.06%，w(Fe)变化较大，在0.18%~12.31%之间(除了一个测试点为12.31%之外，其余测试点的w(Fe)在0.18%~7.74%之间)，平均值为2.75%，其Fe含量与Zn含量呈明显负相关关系；样品的S/(Zn+Fe)比值在0.48~0.57之间，平均值为0.5，与理论值0.49基本一致。

表 1 复兴屯矿床闪锌矿电子探针分析结果

Table 1. EPMA results of the sphalerite in the Fuxingtun deposit

样号	阶段	Fe	Co	Cu	Zn	As	S	Pb	In	总量	化学式
样号	阶段	w_B/%									化学式
FX84-2	Ⅰ	1.45	0.07	1.32	64.53	bdl	32.79	bdl	0.16	100.32	Zn_0.96Fe_0.03S
FX84-5	Ⅰ	0.89	0.02	1.04	62.76	bdl	34.18	bdl	0.07	98.96	Zn_0.9Fe_0.01S
FX89-2	Ⅰ	7.74	bdl	3.75	52.69	bdl	34.40	0.65	bdl	99.23	Zn_0.75Fe_0.13S
FX89-5	Ⅰ	3.41	0.02	0.06	63.68	bdl	32.21	0.01	bdl	99.39	Zn_0.97Fe_0.06S
FX91-5	Ⅰ	0.99	0.12	0.08	64.45	bdl	34.24	0.17	0.11	100.16	Zn_0.92Fe_0.02S
FX72-2-1	Ⅱ	12.31	bdl	bdl	53.33	0.01	33.72	bdl	bdl	99.37	Zn_0.78Fe_0.21S
FX72-2-2	Ⅱ	5.74	bdl	bdl	60.62	0.03	33.08	bdl	bdl	99.47	Zn_0.9Fe_0.1S
FX72-2-3	Ⅱ	5.01	bdl	bdl	61.51	bdl	32.62	0.07	0.03	99.24	Zn_0.92Fe_0.09S
FX111-1	Ⅱ	2.40	bdl	bdl	62.79	bdl	34.34	0.11	bdl	99.64	Zn_0.9Fe_0.04S
FX183-3-2	Ⅱ	1.33	bdl	bdl	64.47	bdl	32.55	0.15	0.01	98.51	Zn_0.97Fe_0.02S
FX4-1	Ⅲ	0.20	0.13	0.10	66.83	0.02	32.76	0.04	bdl	100.08	ZnS
FX4-3	Ⅲ	0.18	bdl	0.01	66.99	bdl	33.01	bdl	bdl	100.19	Zn_0.99S
FX13-8	Ⅲ	0.35	bdl	bdl	65.95	0.04	32.76	0.05	bdl	99.15	Zn_0.99S
FX13-12	Ⅲ	0.57	bdl	0.04	66.92	bdl	32.31	bdl	0.01	99.85	Zn_1.02S
FX13-15	Ⅲ	2.55	bdl	bdl	64.1	bdl	32.92	0.02	bdl	99.59	Zn_0.95Fe_0.04S
FX15-1	Ⅲ	1.25	bdl	1.12	64.32	0.02	32.76	0.07	bdl	99.54	Zn_0.96Fe_0.02S
FX15-5	Ⅲ	1.37	0.11	0.34	64.55	0.01	32.76	0.03	bdl	99.17	Zn_0.97Fe_0.02S
FX16-3	Ⅲ	1.12	0.12	0.29	64.84	0.05	32.87	0.04	bdl	99.33	Zn_0.97Fe_0.02S
FX21-2	Ⅲ	2.30	0.01	1.70	61.55	bdl	33.35	bdl	bdl	98.91	Zn_0.9Fe_0.04S
FX34-3	Ⅲ	0.71	0.14	0.19	65.86	0.04	32.97	0.05	bdl	99.96	Zn_0.98Fe_0.01S
FX34-6	Ⅲ	0.74	bdl	0.07	65.58	bdl	32.71	bdl	bdl	99.10	Zn_0.98Fe_0.01S
注：bdl代表低于检测限，下同

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3.2 闪锌矿LA-ICP-MS微量元素分析

本次分析了不同标高的20件闪锌矿样品，共计73个测试点。测试结果见表 2，闪锌矿微量元素含量变化范围相对较大(图 5)，具有以下特征。

表 2 复兴屯矿床闪锌矿LA-ICP-MS分析结果

Table 2. LA-ICP-MS results of the sphalerite in the Fuxingtun deposit w_B/10^-6

分析点号	阶段	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Ga	Ge	As	Se	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Tl	Bi	Pb
FX72-1-3	Ⅰ	1 151	61 272	0.58	0.03	60.3	0.04	0.40	1.06	1.43	2 050	713	89.8	0.41	0.46	bdl	0.01	250
FX72-1-4	Ⅰ	1 254	53 139	0.24	0.05	133	0.12	0.34	2.8	0.93	13 619	847	45.3	0.86	5.40	0.02	0.05	6 972
FX72-2-5	Ⅰ	1 407	71 054	0.60	0.03	117	0.07	0.45	1.88	0.65	8 927	997	72.7	0.45	4.69	0.02	bdl	11 178
FX72-3-3	Ⅰ	1 915	79 565	0.08	0.02	77.6	0.22	0.41	1.14	1.34	2 896	1 149	30.5	1.70	1.40	0.01	0.02	2 063
FX72-3-4	Ⅰ	1 448	98 271	0.01	0.07	90.4	1.55	0.55	2.42	0.75	3 609	2 010	38.8	10.3	4.86	0.02	0.02	3 774
FX84-1	Ⅰ	418	10 337	0.67	1.51	11 398	0.19	0.71	42.5	1.36	27.1	1 297	5 572	15.4	0.15	bdl	5.49	27.5
FX84-2	Ⅰ	385	10 348	0.90	1.50	2 746	0.14	0.61	40.7	1.35	14.7	1 192	1 585	13.4	0.02	bdl	0.01	0.05
FX91-2-3	Ⅰ	80	4 858	1.14	bdl	4 457	0.43	0.26	3.64	0.83	297	1 226	573	1.31	2.18	0.05	149	5605
FX239-1	Ⅰ	8 699	42 445	38.5	1.04	306	0.04	0.49	6.70	1.32	46.2	2 511	481	2.13	2.58	0.05	0.01	2.35
FX239-2	Ⅰ	1 422	75 771	12.8	1.16	1 114	0.51	0.62	13.4	1.21	143	2 090	735	36.1	4.17	0.05	0.26	6.68
FX239-3	Ⅰ	1 594	68 416	0.04	1.19	442	0.25	0.62	4.01	1.23	64.5	1 986	633	2.15	0.39	0.01	0.01	0.68
FX239-4	Ⅰ	2 640	99 128	0.95	1.27	4 285	2.68	1.17	3.08	1.27	581	2 208	829	605	3.76	0.19	13.1	166
FX239-5	Ⅰ	2 462	91 938	0.11	1.26	386	3.44	4.67	0.94	1.33	127	1 726	243	127	30.0	0.05	5.98	90.2
FX12-1	Ⅱ	353	2 904	3.82	3.36	1 294	14.3	2.62	154	3.21	1776	163	1.09	22.4	664	13.5	0.04	12 153
FX12-1-3	Ⅱ	1 732	20 615	3.40	0.02	2 442	14.6	1.29	35.7	1.15	95.3	1 370	0.96	6.44	175	0.01	0.02	91.6
FX12-1-4	Ⅱ	1 477	2 044	0.06	bdl	1 132	9.13	0.33	48.9	1.13	1 234	253	0.52	13.8	587	0.70	0.01	1 174
FX12-2	Ⅱ	282	3 331	1.24	1.57	1 521	9.74	1.25	50.9	1.36	185	1 324	7.39	53.0	76.6	0.49	0.03	16 411
FX12-2-3	Ⅱ	288	4 026	0.28	0.36	2 630	7.92	0.39	157	1.35	2 545	211	4.61	205	1 370	1.75	0.18	68 110
FX17-1	Ⅱ	719	2 524	0.84	1.44	128	0.09	0.35	5.18	1.20	13.1	1 021	0.21	1.63	0.53	bdl	0.01	0.30
FX17-1-10	Ⅱ	3 225	7 582	0.52	0.01	953	0.99	0.27	bdl	0.96	475	704	0.54	1.05	66.3	0.11	0.01	6.51
FX17-1-11	Ⅱ	81	779	3.03	0.01	19.7	0.12	0.22	bdl	0.98	20.5	564	0.32	0.24	2.02	0.01	0.01	2.34
FX17-2	Ⅱ	171	1 586	0.85	1.44	311	0.16	0.47	3.51	2.08	41.9	1 068	0.05	1.57	4.01	0.16	0.01	10 383
FX72-1-1	Ⅱ	1 055	25 246	0.24	0.15	39.0	0.96	0.28	53.7	3.13	631	581	53.4	3.08	152	3.54	0.02	528
FX72-1-2	Ⅱ	958	51 075	0.14	0.05	52.0	0.21	0.24	2.55	0.91	948	714	98.1	0.41	2.63	0.01	0.02	2 009
FX72-2-1	Ⅱ	3 007	12 815	0.04	0.02	40.9	0.67	0.35	106	0.91	700	354	32.5	1.29	357	8.43	0.01	427
FX72-2-2	Ⅱ	1 043	57 128	0.10	0.06	97.0	0.63	0.51	24.7	1.57	4197	1046	127	1.62	24.8	0.03	0.01	14 324
FX72-2-3	Ⅱ	366	26 424	0.20	0.06	34.3	0.08	0.31	3.59	0.92	128	697	78.7	0.44	2.72	0.02	0.02	9 613
FX72-2-4	Ⅱ	853	61 230	0.26	bdl	60.1	0.18	0.47	4.83	0.82	602	760	134	0.41	11.0	0.06	0.01	1 585
FX72-3-1	Ⅱ	810	63 985	0.05	0.04	58.0	0.21	0.47	0.94	1.12	122	864	133	3.08	0.46	0.01	0.01	62.7
FX72-3-2	Ⅱ	572	46 661	0.08	0.02	38.5	0.10	0.27	1.79	0.66	50.5	591	89.4	0.35	1.91	0.01	bdl	33.3
FX76-2-1	Ⅱ	1 138	51 539	4.87	1.41	890	0.10	0.59	46.7	1.25	127	1 828	215	1.92	0.50	0.10	187	12 335
FX79-1	Ⅱ	1 165	32 683	1.91	1.26	1 654	0.61	0.82	10.5	1.37	157	2 230	696	10.1	5.22	0.01	11.8	757
FX94-1-1	Ⅱ	512	1 421	1.74	bdl	508	0.04	0.19	1.00	0.84	26.5	734	924	1.22	0.66	bdl	0.75	7.85
FX94-1-2	Ⅱ	43	1 401	0.58	0.02	180	1.59	0.24	1.73	1.33	14.7	998	304	5.06	3.45	0.01	0.05	1.30
FX94-1-3	Ⅱ	95.3	3 001	0.73	0.03	1 512	0.07	0.23	0.82	0.83	24.1	785	2 652	9.37	1.01	bdl	0.06	0.81
FX94-1-4	Ⅱ	69.8	2 041	0.57	bdl	771	0.07	0.17	0.92	0.93	10.6	867	1 458	5.59	0.01	bdl	bdl	0.02
FX94-1-5	Ⅱ	359	12 954	0.22	0.03	3 527	0.04	0.08	0.65	0.92	41.7	548	6 323	0.44	bdl	bdl	bdl	0.03
FX117-1	Ⅱ	995	27 937	4.67	1.54	48.9	0.46	0.66	7.58	1.66	1.84	1 907	71.2	1.43	0.02	bdl	0.01	0.67
FX117-2	Ⅱ	713	20 260	1.70	1.52	29.5	1.04	0.74	8.97	1.64	2.41	2 002	45.2	2.00	0.62	0.01	0.01	1.17
FX117-3	Ⅱ	1 387	45 063	5.46	1.67	45.8	0.12	0.44	5.97	1.72	2.17	2 091	69.5	1.65	0.02	bdl	0.01	0.10
FX117-4	Ⅱ	670	28 065	1.00	1.69	1 760	0.55	0.65	12.2	1.84	27.6	1 746	238	38.5	3.37	0.07	0.75	5.94
FX121-2-1	Ⅱ	496	15 595	0.02	0.04	230	0.02	0.08	1.66	1.70	18.5	798	409	0.26	1.02	0.04	0.25	1.64
FX121-2-2	Ⅱ	1 179	38 388	0.01	0.01	22.2	0.15	0.32	0.39	1.35	4.12	1113	27.1	0.26	0.44	0.01	0.02	1.12
FX121-2-3	Ⅱ	144	12 536	0.03	0.03	120	0.46	0.32	0.90	1.82	12.8	1011	220	0.78	1.45	0.01	0.31	6.89
FX121-2-4	Ⅱ	1 269	44 596	1.58	0.03	328	0.21	0.27	0.78	1.76	6.52	1026	561	0.32	0.02	bdl	bdl	0.03
FX121-2-5	Ⅱ	755	17 969	1.98	0.03	35.7	0.01	0.50	1.29	1.53	5.17	937	64.3	0.43	0.02	bdl	0.02	0.54
FX121-2-6	Ⅱ	350	8 308	1.25	0.01	134	0.05	0.26	1.07	0.69	9.12	893	246	0.36	1.16	0.01	0.16	1.19
FX121-2-7	Ⅱ	896	37 257	0.31	bdl	637	0.22	0.53	0.84	1.01	20.1	611	1 152	0.29	0.03	bdl	0.01	0.38
FX131-1	Ⅱ	232	17 757	0.04	1.09	1 778	0.04	0.34	4.70	0.89	7.26	1 076	2 263	2.22	0.79	0.01	0.08	0.65
FX131-2	Ⅱ	836	2 033	7.41	1.06	4.99	0.06	0.27	6.39	0.98	4.01	1 732	0.43	1.12	0.01	bdl	0.01	0.87
FX131-3	Ⅱ	1 224	3 275	9.85	1.06	10.0	0.12	0.26	3.72	0.90	7.91	1 757	0.14	1.25	0.16	bdl	0.02	4.70
FX131-4	Ⅱ	1 105	16 298	4.32	1.2	87.8	0.04	0.34	4.33	1.03	7.19	1 490	20.2	1.28	3.50	0.07	0.99	8.57
FX173-1	Ⅱ	1 450	19 379	8.75	1.71	4 095	0.08	0.87	29.6	1.63	19.1	1 188	33.8	5.04	0.57	bdl	0.02	29.8
FX173-2	Ⅱ	15 233	5 965	1.64	1.5	3 732	0.26	0.59	37.1	1.42	47.7	1 153	16.5	2.28	8.02	0.09	17.7	156 625
FX233-1	Ⅱ	1 617	47 242	1.80	1.33	860	5.82	1.22	42.4	1.27	1 677	2 313	112	214	13.8	bdl	7.40	10 590
FX233-2	Ⅱ	1 401	52 619	0.75	1.33	1 712	5.36	1.10	38.6	1.26	1 805	2 693	140	298	29.9	0.01	11.7	30 928
FX233-3	Ⅱ	944	69 393	0.34	1.42	818	6.34	1.54	36.5	1.36	132	2 238	530	1 710	27.1	0.01	1.17	566
FX234-1-4	Ⅱ	670	43 056	7.68	0.09	129	6.52	0.48	29.6	1.04	476	983	230	115	17.2	0.03	2.58	3 925
FX234-1-5	Ⅱ	1 232	51 986	1.23	0.15	391	3.39	1.17	52.1	1.46	214	1 178	536	78.2	54.3	0.01	9.41	530
FX237-1-3	Ⅱ	1 305	62 973	1.15	bdl	51.1	0.90	0.68	1.12	1.25	25.7	1 057	89.4	0.70	1.38	bdl	1.36	189
FX237-1-4	Ⅱ	360	29 463	0.50	0.13	56.2	0.53	0.36	16.3	1.44	139	945	29.0	61.4	40.2	0.04	0.22	50.8
FX4-1-1	Ⅲ	130	1 525	0.05	bdl	775	5.78	1.84	9.21	0.93	89.3	1 406	0.02	2.04	24.7	0.43	0.01	9 906
FX13-2-1	Ⅲ	692	11 565	0.08	0.02	3454	0.55	1.88	60.2	1.04	181	1 323	0.05	2.3	455	0.04	0.20	1 657
FX29-1	Ⅲ	2 126	3 003	13.4	1.44	410	2.19	0.40	3.03	1.21	18.9	1 309	0.01	1.75	1.79	0.03	0.01	14.5
FX29-2	Ⅲ	2 182	3 011	12.7	1.48	27.6	0.88	0.61	2.90	1.26	5.26	1 323	0.01	1.77	0.10	0.01	0.01	0.68
FX76-2-2	Ⅲ	184	8 403	4.48	1.29	71.1	0.33	0.73	34.0	1.25	11.1	1 677	94.1	12.8	0.22	bdl	0.09	3.86
FX81-1	Ⅲ	572	18 422	1.83	1.49	15 175	2.11	0.85	12.4	1.59	428	1 450	496	18.5	2.05	0.16	4.24	312
FX81-2	Ⅲ	550	36 141	2.50	1.42	3 925	0.17	0.31	7.61	2.95	30.6	3 043	1 638	351	0.05	bdl	0.01	0.09
FX234-1-1	Ⅲ	166	11 026	0.61	0.01	20.2	2.38	0.64	2.56	1.08	52.9	556	1.88	2.62	22.9	0.01	0.04	23.9
FX234-1-2	Ⅲ	231	11 618	0.75	0.02	117	2.27	2.25	29.5	1.11	664	792	34.2	2.55	458	0.43	0.26	4 176
FX234-1-3	Ⅲ	155	11 217	0.33	0.02	44.3	0.85	1.06	5.36	0.91	178	731	97.0	1.80	37.6	0.03	0.50	14 228
FX237-1-1	Ⅲ	205	12 469	1.26	bdl	29.7	1.18	3.06	3.84	1.04	104	780	21.7	1.52	36.8	0.01	0.70	7 693
FX237-1-2	Ⅲ	257	14 331	2.10	0.05	77.3	1.86	5.35	16.0	0.69	185	745	38.2	1.57	85.8	0.01	0.30	5 884

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图 5 复兴屯矿床闪锌矿微量元素箱线图

Figure 5. Box plot showing the trace element compositions of the sphalerite in the Fuxingtun deposit

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(1) Fe含量相对其他元素较高，变化范围较大，除了3个测试点之外，其他测试点的w(Fe)都低于8%，表明大部分不属于铁闪锌矿。由Ⅰ阶段至Ⅲ阶段，Fe含量呈降低趋势(图 5-a)。对于Ⅱ阶段闪锌矿的Fe含量，LA-ICP-MS测试结果、电子探针结果相差比较大，推测可能是电子探针测试点数较少，其测试结果不具有统计意义，相对于电子探针，LA-ICP-MS可以更精确地获得硫化物中各种低含量元素的组成。

(2) 富集Cu，Mn，Ag和In，但变化范围较宽。由Ⅰ阶段至Ⅲ阶段，Cu，Mn，Ag和In含量均有降低趋势(图 5-b~e)。

(3) Cd含量较为稳定，3个成矿阶段闪锌矿w(Cd)相差不多(图 5-f)。

(4) 富集Pb，但w(Pb)变化范围极大，在各阶段中无明显变化规律(图 5-g)。

(5) Sb含量变化较大，由Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，Sb含量有增高趋势(图 5-i)。

(6) 含微量Ga，Ge和Tl。由Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，Ga，Ge有增高趋势(图 5-j, k)，Tl含量变化不明显(图 5-l)。

综上，由Ⅰ阶段到Ⅲ阶段，闪锌矿中Fe，Mn，In含量逐渐降低，Ga，Ge，Sb含量略有增加。

4. 讨论

4.1 微量元素在闪锌矿中的赋存状态

结合激光剥蚀曲线与元素间相关性图解，可以对各种微量元素在硫化物中的赋存状态进行研究^{[23, 33-35]}。前人通常认为Fe，Mn，Cd等元素以类质同象形式进入闪锌矿晶格之中^[23]，而对于闪锌矿中常见的Pb，Cu，Ag，Sn，Tl，Sb，In等微量元素的赋存机制尚有较大争议^[23]。

复兴屯矿床闪锌矿中Fe，Mn，Cd，Pb，Sb，Cu，Ag，In等多种微量元素含量相对较高。其中Fe，Mn和Cd在所有LA-ICP-MS时间分辨率剖面图中均呈平缓曲线，与Zn和S剥蚀曲线变化一致(图 6-a, b)，表明元素Fe, Mn, Cd以类质同象形式赋存于闪锌矿之中。复兴屯矿床部分闪锌矿中Cu和In的剥蚀曲线也为平缓曲线，与Zn和S的剥蚀曲线变化一致(图 6-b)，且w(Cu)与w(In)展示出较好的正相关关系(图 7-a)，这暗示了Cu和In可以类质同象形式进入闪锌矿晶格之中。Cu⁺，Zn²⁺和In³⁺的四面体共价半径分别为0.127，0.130，0.146 nm^[36]，相对于In³⁺，Cu⁺四面体共价半径与Zn²⁺更为接近，而Cu⁺的四面体共价半径略小于Zn²⁺，Cu⁺与In³⁺结合则更接近Zn²⁺四面体共价半径，因此Cu⁺与In³⁺更可能联合类质同象替换Zn²⁺，在图 7-a中，多数投影点具有较好的正相关关系，根据该趋势线斜率推测其置换的形式更可能为Cu⁺+In³⁺→2Zn²⁺，这亦与前人研究相一致^[23]。需要说明的是，有部分点投影在趋势线下方，表明分析点中Cu含量较高，这可能与闪锌矿中含黄铜矿等矿物的微晶包裹体有关。

图 6 复兴屯矿床闪锌矿LA-ICP-MS时间分辨率剖面图

Figure 6. Diagram of LA-ICP-MS signal curve of sphalerite in the Fuxingtun deposit

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图 7 复兴屯矿床闪锌矿w(In)-w(Cu)(a)、w(Ag)-w(Cu)(b)关系图

Figure 7. Relationship of In-Cu (a) and Ag-Cu (b) of sphalerite in the Fuxingtun deposit

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复兴屯矿床闪锌矿中Ag在LA-ICP-MS时间分辨率剖面图中常为平缓曲线(图 6-c)，与Zn基本一致，表明Ag以类质同象的形式存在于闪锌矿中。Ag⁺的四面体共价半径为0.147 nm^[36]，稍大于Zn²⁺四面体共价半径，存在与Cu⁺联合置换Zn²⁺的可能，(Ag⁺, Cu⁺) + In³⁺ = 2Zn²⁺。另外，w(Cu)与w(Ag)展示出较明显的相关性(图 7-b)，但其拟合度较低，难以推测出其类质同象替换形式。

复兴屯闪锌矿的Pb含量较高，且变化极大，最高相差7个数量级。在LA-ICP-MS时间分辨率剖面图中Pb均呈凹凸不平的曲线(图 6-a，b)，表明Pb是以显微包裹体形式存在的，在闪锌矿剥蚀曲线中，偶见Pb与Bi的剥蚀曲线形态近似(图 6-a)，亦有部分Pb与Sb的剥蚀曲线形态近似(图 6-c)，鉴于Bi和Sb含量通常远低于Pb，且Bi和Sb在方铅矿中通常呈固溶体形式存在，我们认为Bi和Sb主要以类质同象的形式赋存于闪锌矿的方铅矿显微包裹体中。

4.2 矿质沉淀机制

闪锌矿中的微量元素，尤其是以类质同象进入闪锌矿晶格中的元素，在置换晶格中元素时受物理化学条件的制约，如元素浓度、成矿温度、压力和pH值^{[23, 33]}。复兴屯矿床的闪锌矿常见有韵律环带(图 8-a)，其中深红棕色闪锌矿Fe，Mn含量明显较高，而Cd等其他元素含量未见明显异常(图 8-b)，表明闪锌矿韵律环带与矿物中Fe，Mn等元素含量波动有关，反映了闪锌矿形成过程中的震荡环境^[37]。复兴屯矿床成矿流体为岩浆水与大气降水混合流体，且成矿流体具有多阶段性，指示了韵律环带可能与成矿流体周期性的加入有关，或者指示了成矿过程中存在周期性的压力波动^[38-40]。已有研究表明，形成于高温条件下的闪锌矿往往以富Fe，Mn，In和较高的In/Ge比值为特征，而低温条件下形成的闪锌矿则以富Ge，Cd和较低的Fe，Mn含量，In/Ge比值为特征^[41-43]。复兴屯矿床中Ⅰ阶段闪锌矿的Fe，Mn和In含量相对较高，Ⅱ阶段和Ⅲ阶段闪锌矿的Fe，Mn和In含量逐渐降低，而Ga，Ge含量则略有增加(图 5)，表明由Ⅰ阶段至Ⅲ阶段成矿流体温度逐渐降低，没有周期性的变化，显示不存在成矿流体的周期性加入。复兴屯矿区的构造控矿主要表现为两种形式：①深部以较为陡立的裂隙控制细脉状铅锌矿化为主，这种构造受水压裂隙控制，矿体品位较低; ②中浅部以缓倾斜火山构造控制的隐爆角砾状银铅锌矿化为主，并叠加有少量细脉状矿化，常形成浅部以银为主的、品位较高的银铅锌矿体。在个别钻孔的深处亦见呈粗脉状产出的块状铜锌矿石。根据这些特征，结合前人的研究^[9]，推测深部的构造系统为次火山热液和大气降水循环系统混合热液的水压破裂所致，而中浅部的构造系统为次火山和大气降水循环系统混合发生隐爆作用而形成的。赋矿的酸性火山岩-火山碎屑岩具有较高的渗透性，当流体内压相对较低时，形成水压裂隙及扩张口，并形成深部的细脉状和团块状矿化。随着大量流体上涌，当中浅部的流体内压逐渐增强至大于围岩压力时则发生隐爆作用，形成隐爆角砾岩(图 4-c)，并发生大规模矿质沉淀。闪锌矿韵律环带的存在表明发生隐爆作用时流体压力可能并非直接降低至静水压力，而是在降低过程中存在多次压力波动^[40]，复兴屯矿床黄铁矿常发生破裂(图 4-j)亦指示了这一过程的存在。Fe，Mn作为最容易进入到闪锌矿晶格的元素，震荡的压力环境使得这些元素周期性地进入到闪锌矿晶格之中并形成韵律环带。

图 8 复兴屯矿床闪锌矿环带及其微量元素分布图(b图中1~7对应a图中的FX121-1~FX121-7)

Figure 8. Mineral zone and trace elements distribution diagram of sphalerite in the Fuxingtun deposit

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成矿金属元素主要呈易溶配合物的形式在热液中迁移，Cu⁺，Ag⁺，Pb²⁺，Zn²⁺在高温高氧逸度偏酸性条件下易以氯配合物形式运移^[44]，而在中温高硫逸度偏碱性的环境中易形成硫氢配合物形式迁移^[45-46]。不同的配合物其稳定性不同，对成矿热液物理化学条件变化的响应也有差异。当温度、压力和酸碱度等物理化学条件变化超出某配合物的稳定范围时，金属离子就将以新的配合物形式稳定存在或发生饱和而沉淀。复兴屯矿床成矿流体富含Zn，Pb，Ag，Cu，Sb等元素，发育大量菱铁矿及菱锰矿，表明成矿热液为富含CO₂的酸性流体。成矿早期，热液中的Cu⁺，Ag⁺，Pb²⁺，Zn²⁺等倾向于和Cl^-离子结合形成氯配合物形式迁移^[44]，复兴屯矿床矿体主要受火山机构、水压裂隙及隐爆角砾岩控制。岩浆演化晚期，分异出富含Zn，Pb，Ag，Cu，Sb等成矿元素和挥发分的热液，这种富含成矿物质和挥发分的含矿热液沿着火山机构向上迁移，与大气降水混合构成热液循环系统，温度迅速降低并导致Ag⁺，Pb²⁺，Zn²⁺与Cl^-离子结合形成的氯络合物解体，并与HS^-结合形成硫氢络合物形式搬运。进入深部的扩容空间后，成矿流体的压力迅速降低，导致Cu的硫氢络合物失稳，黄铜矿沉淀，形成Ⅰ阶段的Cu-Zn矿体；而后随着流体向上迁移，体系逐渐开放，流体压力进一步降低，伴随着流体温度的降低，Pb²⁺，Zn²⁺的硫氢络合物开始解体并以方铅矿和闪锌矿的形式沉淀，形成了Ⅱ阶段的大规模低品位锌矿体。随着成矿流体的进一步上移，成矿热液在浅地表大量聚集，成矿流体的压力发生变化并形成隐爆角砾岩型矿体，同时，伴随着流体压力降低和温度降低以及闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿和方铅矿等硫化物的大量沉淀，成矿流体中S浓度迅速降低，促使HS^-发生水解反应，导致流体pH值降低，Ag(HS)₂^-大量解体，并发生沉淀，从而形成Ⅲ阶段的银锌矿体。综上，成矿流体的多次减压和降温是复兴屯矿床主要的矿质沉淀机制。

4.3 矿床成因类型

闪锌矿的微量元素特征不仅能揭示银铅锌矿床的元素地球化学特征，还可以反映其成因类型^{[17, 19, 33, 42, 47-48]}。对我国典型块状硫化物型矿床、矽卡岩型矿床、MVT型矿床、中高温岩浆热液型矿床和浅成低温热液型矿床中的闪锌矿微量元素特征的统计表明^[23]，MVT型矿床的闪锌矿具有富集Ge，Cd，Tl，贫Fe，Mn，In，Sn的特征；块状硫化物型矿床的闪锌矿以富集Fe，Mn，Cd，In，贫Sn，Pb为特征；矽卡岩型矿床的闪锌矿以富集Co和贫In，Fe，Sn，Cd为特征；中高温岩浆热液型矿床(锡多金属矿床)的闪锌矿多具有富Fe，Cu，In，Sn，Pb，贫Ge，Cd的特征，浅成低温热液型银铅锌矿床的闪锌矿多具富Cu，Pb，Ag，Sn，贫Fe的特征。复兴屯矿床闪锌矿的LA-ICP-MS分析结果表明，闪锌矿的Fe含量明显低于块状硫化物型矿床和中高温岩浆热液型矿床，Ge含量较MVT型矿床明显偏低，且Ag，Pb，Cu含量明显偏高。相对于矽卡岩型矿床，该矿床In，Pb，Sb含量明显较高，与浅成低温热液型矿床特征基本一致。这些特征表明，尽管复兴屯矿床不同阶段闪锌矿微量元素含量有一定差别，但是其总体特征明显区别于块状硫化物型矿床、矽卡岩型矿床、MVT型矿床和中高温岩浆热液型矿床，与浅成低温热液型矿床特征较为一致(图 9)。此外，复兴屯矿床主要发育中硫化型的金属矿物组合：闪锌矿+方铅矿+黄铜矿+(银)黝铜矿，围岩蚀变以高岭土化、叶腊石化、铁锰碳酸盐化和玉髓化为特征，与中硫化型浅成低温热液矿床特征一致(表 3)。综上，结合矿床地质特征和闪锌矿微量元素特征，我们认为复兴屯矿床为中硫化型浅成低温热液矿床。

图 9 复兴屯矿床成因类型判别图

Figure 9. Discrimination diagrams of genetic types of the Fuxingtun deposit

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表 3 不同类型浅成低温热液型矿床的主要特征^[49-50]

Table 3. Summary of the characteristics of different types of epithermal deposits

特征	高硫化型	中硫化型	低硫化型	复兴屯矿床
硫化物组合	黄铁矿、硫砷铜矿、铜蓝、黄铜矿、砷黝铜矿、自然金、碲化物等	黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿等	黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂、磁黄铁矿、银金矿等	黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、白铁矿、银黝铜矿、黝铜矿等
脉石矿物	多孔石英、梳状石英、块状细粒硅化物、重晶石	石英、菱锰矿、菱铁矿、含锰碳酸盐、绢云母、玉髓、赤铁矿	玉髓、冰长石、伊利石、方解石	石英、赤铁矿、菱锰矿、方解石、绢云母、玉髓等
闪锌矿中FeS含量x_B/%	＜1%	1%~10%，个别可达20%	＞20%	1%~10%、13%、21%
主要蚀变矿物	石英、明矾石、叶腊石、高岭石、地开石	绢云母、伊利石、高岭石、冰长石(少量)	冰长石、绢云母	绢云母、菱锰矿、高岭石，方解石，玉髓
矿石形态	浸染状为主、脉状其次、少量网脉状	脉状、网脉状、角砾岩型、浸染状	脉状、网脉状、浸染状、角砾岩型	脉状、角砾岩型

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5. 结论

(1) 复兴屯银铅锌多金属矿床的成矿过程划分为3个成矿阶段：铜锌硫化物阶段(Ⅰ阶段)、铅锌硫化物阶段(Ⅱ阶段)、银锌硫化物阶段(Ⅲ阶段)。

(2) Fe，Mn，Cd，Cu，In和Ag元素以类质同象形式赋存于闪锌矿之中；Pb以显微包裹体形式存在，而Bi和Sb主要赋存于闪锌矿的方铅矿显微包裹体中。

(3) 成矿过程中周期性的压力波动导致了闪锌矿中韵律环带的形成，成矿流体的多次减压和降温是复兴屯矿床主要的矿质沉淀机制。结合矿床地质特征和闪锌矿微量元素特征，我们认为复兴屯矿床为中硫化型浅成低温热液矿床。

图 1 S-SARⅡ工作原理

Figure 1. Principle of S-SARⅡ

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图 2 S-SARⅡ应急救援边坡雷达基本组成单元

Figure 2. Basic components of S-SARⅡ emergency rescue slope radar

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图 3 应急救援边坡雷达拖车平台

Figure 3. Trailer platform of the emergency rescue slope radar

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图 4 某矿场主矿坑西南帮失稳边坡监测示意图

Figure 4. Schematic diagram of unstable slope monitoring of southwest slope of main pit of Barun stope

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图 5 监测区域雷达强度影像

Figure 5. Radar intensity image of monitoring area

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图 6 形变图(a)、雷达图(b)和相干系数图(c)

Figure 6. Deformation diagram (a), radar image (b) and coherence coefficient diagram (c)

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图 7 雷达形变图和三维DEM配准结果

Figure 7. Radar deformation map and 3D DEM registration results

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图 8 崩塌灾害的时间预测模型(P1为累计变形量最大的点)

Figure 8. Time prediction model of collapse disaster

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图 9 S-SARⅡ边坡雷达监测变形云图(a)及崩塌区域位移变形曲线(b)

Figure 9. Deformation contour(a) and collapse deformation curve generated by S-SARⅡ emergency rescue slope radar(b)

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图 10 崩塌发生后的现场图像

Figure 10. Site image after collapse

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表 1 S-SARⅡ与其他监测技术的优势对比

Table 1. Comparison of the performance between S-SARⅡand other monitoring technologies

对比对象	对比对象的技术特性	S-SARⅡ的技术优势
GPS、全站仪等传统的监测手段	离散点形变量监测	大范围空间连续覆盖
	埋置式监测，需要人员进入	远程监测
	受天气、视通条件等限制	全天时全天候实时监测
激光扫描仪等遥测手段	测量距离为2 km	测量距离为5 km
	测量精度为毫米量级	测量精度为亚毫米量级
	需要人工多次跑点测量	全自动测量，无需人工参与
星载、机载雷达	重复观测周期最短需要11 d，难以实现定点连续观测	重复观测周期最短可达几分钟甚至几十毫秒，可以实现对形变区域的定点连续监测
	时间和空间分辨率低，不适合获取小区域形变信息	可以获得很高的空间分辨率和测量精度
	运行轨道固定、观测周期固定，易受地形、观测视角等影响	可根据监测目标特性选择观测时间基线
实孔径雷达	受极端天气影响较大	更强的环境适应性，搭配应急救援拖车平台，受环境影响小
实孔径雷达	每个分辨单元在每次扫描过程中只能被进行一次采样	每个分辨单元在每次扫描过程中可以被上百次采样，数据采集更全面

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表 2 S-SAR Ⅱ监测参数

Table 2. S-SARⅡ monitoring parameters

精度	±0.1 mm视线方向	发射功率	30 dBm
空间分辨率	距离向：0.25 m 方位向：4/8 mrad	发射带宽/MH	600
波束宽度/(°)	水平向：60 俯仰向：30	监测距离/m	30~5 000
极化方式	水平极化	监测周期/min	< 10
工作温度/℃	-40~+55	防护等级	IP65
工作频段/GHz	17.2~17.8	功耗/W	< 120

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