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水口山矿田位于湖南省常宁市境内,是一座大型多金属矿田,分布有水口山铅锌矿床、康家湾铅锌矿床、石坳岭铅锌矿床、龙王山金矿床和仙人岩金矿床等多个矿床,是我国重要的有色金属产地之一;在矿田内及周边地区广泛分布有中生代花岗岩。在详细的野外地质工作基础上,本次选取湘南中生代关帝庙复式花岗岩体、大义山复式岩体太坪山单元和水口山铅锌矿床,运用岩相学、元素地球化学、流体地球化学、同位素地球化学等方法,通过对花岗岩的显微观察、锆石U-Pb定年、全岩化学、全岩Sr-Nd-Pb同位素、锆石原位Hf同位素等分析;水口山铅锌矿床的矿石显微观察、矿石S-Pb同位素、含矿石英H-O同位素、含矿方解石和地层灰岩的C-O同位素分析,含矿石英和方解石的流体包裹体显微观察、显微测温、激光拉曼探针成分分析等综合研究,以期了解岩浆演化与成矿作用之间的密切联系,进而探讨大陆岩石圈动力学演化及成矿规律。印支期关帝庙复式花岗岩体包括石株桥S型花岗岩和井头Ⅰ型花岗岩,其中井头花岗岩中发育有暗色包体,三者206Pb/238U加权平均年龄介于226～220 Ma之间,属于晚三叠世产物。石株桥花岗岩以富硅、贫钠、低镁、强过铝质为特征,富集Rb、Th、Zr、Hf等元素,亏损 Nb、Ta、Ti、V、Cr、Ni 等元素,（87Sr/86Sr）i=0.72173～0.72485,εNd（t）=-9.6-9.4,εHf（t）=-10.5～-5.5,Pb同位素组成与华南壳源花岗岩类似,具有较高的AMF（Al2O3/（MgO+FeOT））比值和较低的CMF（CaO/（MgO+FeOT））比值,表明石株桥花岗岩主要起源于变质沉积岩,熔融机制与黑云母的脱水熔融有关。井头花岗岩以富钠、低硅、准铝质为特征,富集Rb、K、Th、U、Zr、Hf、Pb和Y等元素,亏损Nb、Ta、Ti、Ba、Sr和P等元素,（87Sr/86Sr）i=0.71326～0.71454,εNd（t）=-7.2～-6.6,εHf（t）=-10.0～-5.6,具有类似壳源的 Pb同位素组成、较低的AMF比值和较高的CMF比值,表明井头花岗岩源区主要为高钾钙碱性的角闪岩相岩石,熔融机制可能与角闪石在水不饱和的环境中脱水熔融有关。暗色包体具有与寄主岩一致的 Sr-Nd-Pb-Hf 同位素组成（（87Sr/86Sr）i=0.71087～0.71397,εNd（t）=-6.6～-5.5,εHf（t）=-12.7～-5.4）,并显示出较高的 Nb/Ta 比值和 Fe2O3T、MgO、TiO2、Li、V、Cr、Ni、Co含量以及较基性的斜长石成分,表明暗色包体起源于较基性的地壳源区,这种壳源岩浆注入到稍早侵位但未完全固结的寄主花岗质岩浆中快速冷凝形成暗色包体。燕山早期大义山南体（太坪山单元）黑云母二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为153.4±1.1 Ma（MSWD=0.30,2σ,N=21）,属于晚侏罗世产物。岩体高硅、富碱、高钾钙碱性、准铝质到弱过铝质,富集轻稀土元素和Rb、K、Th、U、Pb等元素,亏损Nb、Ta、Ti 和 Ba、Sr、P 等元素,Zr+Nb+Ce+Y＞350ppm,10000*Ga/Al＞2.6,属于铝质 A 型花岗岩（A2型）。全岩Nd同位素和锆石原位Hf同位素分析显示其εHd（t）介于-6.94～-5.19之间,εHf（t）介于-9.35～-1.16之间,并显示出较低的AMF和CMF比值,表明大义山南体（太坪山单元）花岗岩主要起源于古元古代麻粒岩化的变质杂砂岩部分熔融,并可能有少量地幔物质的加入。水口山铅锌矿床周边主要发育三号岩体和四号岩体,三号岩体深部岩性为石英闪长岩,浅部岩性为花岗闪长岩,四号岩体岩性为花岗闪长岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,三号岩体深部样品206Pb/238U加权平均年龄为157±1Ma,浅部样品206Pb/238U加权平均年龄为158±1 Ma;四号岩体两个样品锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为152±1Ma和154±1 Ma,三者成岩年龄一致,均为燕山早期（晚侏罗世）产物。水口山花岗岩体所有样品均显示出中硅、高钾、富碱、准铝质的特点,富集Rb、Th、U、K、Pb等元素,亏损Ba、Nb、Ta、Ti等元素,其中三号岩体深部样品显示出更基性的主微量元素组成。三号岩体深部样品和浅部样品具有相同的全岩Sr-Nd-Pb同位素和锆石原位Hf同位素组成（（87Sr/86Sr）i=0.70961～0.71000,εNd（t）=-6.0～-5.5,εHf（t）=-11.8～-7.4）,表明二者来自相同的源区;四号岩体（87Sr/86Sr）i=0.71042～0.71046,εNd（t）=-9.8～-8.5,εHf（t）=-11.4～-8.8。Sr-Nd-Pb-Hf同位素表明水口山花岗岩体主要起源于元古界地壳物质的部分熔融,并混有部分地幔物质,且三号岩体比四号岩体源区混有更多的地幔物质。水口山铅锌矿床含矿石英和方解石中流体包裹体较为发育,主要为富液相两相水溶液包裹体,其次为少量富气相两相水溶液包裹体,未见含子晶三相水溶液包裹体。根据脉体相互切穿关系,可划分为三个阶段:Ⅰ阶段（成矿前石英脉阶段）,均一温度峰值为320℃～340℃,盐度峰值为14～16 wt.%NaCl eq.;Ⅱ阶段（主成矿阶段）,可进一步划分为两个亚阶段:Ⅱ-1阶段（辉钼矿-黄铁矿-黄铜矿-石英阶段）,均一温度峰值为270℃～290℃,盐度峰值为14～16wt.%NaCl eq.;Ⅱ-2阶段（铅锌矿-石英阶段）,均一温度峰值为130℃～150℃,盐度峰值为6～8wt.%NaCl eq.;Ⅲ阶段（成矿末期方解石脉阶段）均一温度峰值为100℃～120℃,盐度峰值为0～2 wt.%NaCl eq.。激光拉曼探针分析表明流体包裹体气相成分主要为H2O和少量的N2、CO2。水口山铅锌矿床矿石硫化物总体δ34SCDT值介于-2.7‰～3.8‰之间,呈塔式分布于0值左右;Ⅱ-1 阶段黄铁矿206Pb/204Pb=18.444～18.478,207Pb/204Pb=15.654～15.673,208Pb/204Pb=38.627～38.727,Ⅱ-2 阶段矿石硫化物206Pb/204Pb=18.451～18.538,207Pb/204Pb=15.673～15.783,208Pb/204Pb=38.700～39.066,表明成矿物质主要来源于岩浆,后期可能受到地层或大气降水的混染。氢氧同位素分析结果显示Ⅰ阶段石英δD=-70.2‰～61.1‰,δ18OH2O=6.5‰～8.3‰,Ⅱ-1 阶段石英 δD=-71.1‰～-69.0‰,δ18OH2O=0.8‰～3.5‰,表明水口山铅锌矿床成矿流体早期主要为岩浆水,后期有大气降水注入。碳氧同位素显示含矿方解石脉δ13CVPDB=-3.7‰～-0.7‰,δ18OSMOW=12.2‰～16.5‰,表明流体中的碳主要来自岩浆和地层,并可能受到少量有机质的混染。流体包裹体和流体同位素地球化学综合研究表明混合作用是水口山铅锌矿床成矿过程中导致矿物沉淀的主要机制。早-中三叠世,由于古特提斯洋的闭合和Sibumasu板块与印度-华南板块的碰撞,华南处于广泛的陆内造山环境;晚三叠世,研究区处于后造山环境,由于挤压作用减弱,加厚地壳发生应力松弛并伸展减薄,导致软流圈上涌并诱发幔源岩浆底侵,继而促使地壳部分熔融形成关帝庙复式花岗岩体。在早侏罗世,华南板块经历了从早中生代特提斯构造域向晚中生代太平洋构造域转换的过程,古太平洋板块从早-中侏罗世开始向华南地块之下俯冲。到了晚侏罗世,由于俯冲的古太平洋板块后撤,使得研究区岩石圈全面拉张减薄,导致地幔物质底侵并引发地壳物质部分熔融,形成的花岗质岩浆沿深大断裂上侵或喷出地表,形成湘南地区广泛分布的岩浆岩。岩浆结晶晚期含Pb、Zn、Au、Ag、Cu等金属元素的成矿流体在构造减压和大气降水混合作用下,在适宜的构造部位富集沉淀成矿,形成水口山铅锌矿床。