陜西鳳太礦集區(qū)典型金礦地質(zhì)特征及其成礦規(guī)律

王穎維， 趙端昌， 杜彪， 張振凱

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054； 2.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

0 引言

秦嶺是一個(gè)多旋回復(fù)合碰撞造山帶。秦嶺東、西段結(jié)合部位的鳳(縣)太(白)地區(qū)是陜西省乃至全國(guó)重要的貴金屬有色金屬礦集區(qū)。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，前人已在鳳太礦集區(qū)開(kāi)展了大量區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、區(qū)域物探化探測(cè)量以及礦床勘查工作，基本查明了區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)體的組成和時(shí)空分布特征，建立了地層層序、巖漿巖演化序列和構(gòu)造格架，發(fā)現(xiàn)了一大批金、鉛鋅、銅等具有重要意義的資源礦產(chǎn)地，取得了豐富的地質(zhì)資料[1-7]。近年來(lái)鳳太礦集區(qū)的金礦勘查取得了較大成果和找礦突破，但對(duì)區(qū)內(nèi)金礦以礦集區(qū)尺度開(kāi)展的對(duì)比分析和綜合研究尚顯不足，在一定程度上制約著金礦的勘查工作。本文對(duì)鳳太礦集區(qū)典型金礦的地質(zhì)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比研究，總結(jié)了金礦的成礦規(guī)律，為礦集區(qū)深部和外圍找礦提供理論依據(jù)。

1 鳳太礦集區(qū)典型金礦地質(zhì)特征

鳳太地區(qū)的行政區(qū)劃隸屬于陜西省寶雞市鳳縣、太白縣與漢中市留壩縣，西與甘肅省兩當(dāng)縣交界，東西長(zhǎng)約69～77 km，南北寬約45 km，面積約3 400 km2。鳳太礦集區(qū)位于華北板塊和揚(yáng)子板塊結(jié)合部位，處于中國(guó)SN向構(gòu)造帶和EW向構(gòu)造帶的交匯處，經(jīng)歷了長(zhǎng)期、多階段的發(fā)展演化，地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，為區(qū)內(nèi)眾多礦產(chǎn)的形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)和形成條件[1-7]。鳳太礦集區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源十分豐富，以金、鉛鋅為主，銅次之，礦產(chǎn)地共計(jì)70多個(gè)(圖1)。已發(fā)現(xiàn)金礦(點(diǎn))24個(gè)，其中超大型金礦1個(gè)(八卦廟金礦)，大型金礦2個(gè)(龐家河金礦與雙王金礦)，中型金礦2個(gè)(馬蹄溝金礦與左家莊金礦)，小型金礦8個(gè)，礦點(diǎn)10個(gè)。

1.白堊系； 2.侏羅系； 3.三疊系； 4.二疊系； 5.石炭系； 6.泥盆系； 7.志留系； 8.奧陶系草灘溝群； 9.下古生界丹鳳巖群； 10.下古生界羅漢寺巖組； 11.古元古界秦嶺巖群； 12.三疊紀(jì)巖體； 13.志留紀(jì)巖體； 14.奧陶紀(jì)巖體； 15.早古生代巖體； 16.新元古代巖體； 17.地質(zhì)界線； 18.斷層及編號(hào)； 19.背斜軸線； 20.復(fù)背斜軸線； 21.向斜軸線； 22.復(fù)向斜軸線； 23.金礦(點(diǎn))； 24.鉛鋅礦(點(diǎn))； 25.鉛鋅銅礦(點(diǎn))； 26.銅礦點(diǎn); 27.縣鎮(zhèn)名稱。

1.1 龐家河金礦

龐家河金礦位于鳳太礦集區(qū)西北段(圖1)，自1987年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的勘查和開(kāi)采工作，礦床規(guī)模已達(dá)大型，現(xiàn)已進(jìn)入深部尋找盲礦和外圍找礦階段。龐家河金礦處于中秦嶺弧前盆地內(nèi)，區(qū)域內(nèi)主要出露地層為羅漢寺巖組c巖段和大草灘組。羅漢寺巖組c巖段的沉積時(shí)代為早—中泥盆世，為一套海相細(xì)碎屑巖沉積建造，與大草灘組的陸相沉積環(huán)境、構(gòu)造背景差異明顯，龐家河金礦及鄰近的馬蹄溝金礦均賦存于羅漢寺巖組c巖段的淺變質(zhì)碎屑巖中[7]。

礦區(qū)的區(qū)域構(gòu)造以斷裂為主，近EW向斷裂被NE向斷裂斜切而將地層切割成菱形塊體，這2組斷裂構(gòu)造控制了礦區(qū)的空間展布，龐家河金礦位于斷裂圈閉的菱形塊體內(nèi)。結(jié)合鉆孔資料、野外露頭和平硐勘察，龐家河金礦不同區(qū)段的韌-脆性斷裂蝕變礦化顯示早期韌-脆性斷裂被后期脆性斷裂小夾角切穿，上部平硐980～1 100 m處金礦體受韌-脆性斷裂控制(圖2(a))，深部礦體厚度及品位均遠(yuǎn)高于上部礦體(圖2(b))。在深部區(qū)段平硐900～940 m處礦體則以脆性斷裂控制的構(gòu)造角礫巖為主(圖2(c)，(d))，由此認(rèn)為其控礦構(gòu)造為疊加在早期韌-脆性斷裂構(gòu)造帶之上的后期脆性斷裂。韌-脆性斷裂控制礦帶延伸，脆性斷裂控制礦體產(chǎn)狀。深部礦帶主要分布在脆性斷裂南側(cè)，韌-脆性變形轉(zhuǎn)換促進(jìn)了成礦熱液由深部到地表破裂網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模發(fā)育，推測(cè)深部脆性斷裂容礦空間更大，具有更好的成礦潛力。

圖2 龐家河金礦韌-脆性斷裂蝕變礦化特征野外照片

龐家河金礦成礦前的花崗斑巖脈形成于約240 Ma，成礦后期的脈巖則形成于約220 Ma，限定了龐家河金礦的形成時(shí)間為240～220 Ma。熱液絹云母的40Ar-39Ar測(cè)年揭示龐家河金礦的成礦年齡為(231.7±0.2) Ma[8]。

1.2 八卦廟金礦

八卦廟金礦位于研究區(qū)中段(圖1)，自1980年發(fā)現(xiàn)至今，經(jīng)過(guò)多年勘探開(kāi)采，目前已探明資源量約106t，屬超大型金礦，是礦集區(qū)內(nèi)最大的金礦[7]，其成礦特征、構(gòu)造控礦特征具代表性。八卦廟金礦的大地構(gòu)造位置為秦嶺造山帶泥盆紀(jì)鳳太盆地北緣。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為中—上泥盆統(tǒng)古道嶺組上段的灰?guī)r和上泥盆統(tǒng)星紅鋪組。星紅鋪組下巖段巖性較復(fù)雜，孔隙度高，脆性大，同時(shí)底部具有韌性大、屏蔽性好的特點(diǎn)，因此極易發(fā)生斷裂和褶皺，有利于金礦體的形成和富集。礦區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育。礦區(qū)斷裂構(gòu)造主要有2組： 一組逆斷層走向大致與地層走向一致，為礦區(qū)的主要控礦構(gòu)造，形成時(shí)間早(印支期)，規(guī)模大； 另一組為正-平移斷層，規(guī)模小，形成年代較晚(燕山期)，對(duì)成礦起疊加富集作用，八卦廟金礦的構(gòu)造控礦特征顯著[3]。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅見(jiàn)有少量的鈉長(zhǎng)細(xì)晶巖脈和閃長(zhǎng)玢巖脈，后期蝕變強(qiáng)烈，大多數(shù)沿NE向斷裂、節(jié)理侵入。

前人對(duì)八卦廟金礦的成礦年齡已做過(guò)較深入的研究[9-16]，八卦廟金礦的成礦年齡在233～129 Ma，相當(dāng)于印支晚期到燕山早—中期，成礦作用持續(xù)了至少100 Ma，主體成礦作用發(fā)生在200～160 Ma，總體上略晚于秦嶺地區(qū)花崗巖的成巖年齡244～148 Ma[14]，說(shuō)明金礦成礦與構(gòu)造巖漿作用有關(guān)，且稍滯后于巖漿活動(dòng)期。八卦廟金礦NW向石英脈的40Ar-39Ar坪年齡為(232.6±1.59) Ma[11]，屬印支晚期，而NE向石英脈的40Ar-39Ar坪年齡為(131.91±0.98) Ma[10]，屬燕山成礦期。八卦廟金礦不同階段碳酸鹽礦物Sm-Nd等時(shí)線的測(cè)年結(jié)果為(209.3±4.2) Ma和(208.1±3.1) Ma[12]。以上年齡數(shù)據(jù)表明八卦廟金礦成礦作用有2期，即印支期和燕山期。

1.3 雙王金礦

鳳太礦集區(qū)東部的雙王金礦自1965年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，地質(zhì)勘查工作歷史較長(zhǎng)，為一大型含金鈉長(zhǎng)角礫巖金礦(圖1)。雙王金礦的鈉長(zhǎng)碳酸質(zhì)角礫巖是秦嶺鈉長(zhǎng)角礫巖帶中典型的含金熱液角礫巖，是一種特殊的構(gòu)造巖石單元，對(duì)區(qū)域成巖成礦具有重要的指示意義。

位于礦區(qū)中部的星紅鋪組是含金角礫巖的主要賦礦層位，區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體為NW向(約310°)，由一系列線狀褶皺和斷裂構(gòu)成。礦區(qū)斷裂以NWW向?yàn)橹?，是區(qū)內(nèi)的主要控礦斷裂。此外，還發(fā)育有小規(guī)模的NE向成礦后斷裂[17]。

區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)具有多期次、多階段、多類(lèi)型的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)含礦脈體有碳酸巖脈、含鐵白云巖脈、石英脈3種，且均存在含礦和不含礦巖脈，礦區(qū)存在疑似火成碳酸巖體，可能為其礦源[1]。區(qū)內(nèi)的花崗質(zhì)雜巖體均以基底變質(zhì)巖系為源巖，經(jīng)混合巖化-花崗巖化作用在碰撞條件下再深熔、再重熔、再侵位，對(duì)周邊金礦的形成具有重要作用。西壩巖體是礦區(qū)內(nèi)出露的一個(gè)主要巖漿巖侵入體，為多期巖漿活動(dòng)的結(jié)果，早期形成的石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和晚期形成的二長(zhǎng)花崗巖均為印支期產(chǎn)物，形成于雙王金礦之前，此外區(qū)內(nèi)也可見(jiàn)一些燕山期的小規(guī)?；◢彴邘r脈和煌斑巖脈。

前人已對(duì)雙王金礦及相關(guān)巖體進(jìn)行了年代學(xué)研究[16-20]，后期切穿角礫巖的煌斑巖脈的鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果將角礫巖的成巖年齡上限定為(214±2.7) Ma[19]。雙王金礦的鈉長(zhǎng)角礫巖中獲得的最年輕鋯石U-Pb同位素年齡為280.1～277.5 Ma[18]，指示了隱爆角礫巖形成時(shí)間的下限。雙王金礦的鈉長(zhǎng)角礫巖為異時(shí)異相同位疊加，是具有多期次、多階段疊加成巖成礦特征的熱液角礫巖構(gòu)造系統(tǒng)。雙王金礦角礫巖體與基性巖墻的空間關(guān)系以及巖體測(cè)年數(shù)據(jù)表明，雙王金礦的成礦時(shí)代為印支期[20]。

2 鳳太礦集區(qū)典型金礦地質(zhì)特征對(duì)比

鳳太礦集區(qū)內(nèi)3個(gè)典型金礦的地質(zhì)特征見(jiàn)表1。鳳太礦集區(qū)處于華北板塊和揚(yáng)子板塊結(jié)合部位，商丹縫合帶從其南部穿過(guò)，其主體位于北秦嶺活動(dòng)陸緣，南部少部分位于商丹蛇綠混雜巖帶、中秦嶺弧前海槽和南秦嶺陸緣海盆二級(jí)構(gòu)造單元。龐家河金礦產(chǎn)于商丹板塊對(duì)接帶，八卦廟金礦、雙王金礦產(chǎn)于南秦嶺邊緣海盆區(qū)。

龐家河金礦含礦地層為下古生界羅漢寺巖群，八卦廟金礦、雙王金礦含礦地層為上泥盆統(tǒng)星紅鋪組。3個(gè)金礦的含金建造為淺變質(zhì)碎屑巖建造和細(xì)碎屑(熱水)沉積建造，產(chǎn)于石炭系及更老的地層中，以泥盆系為主。

鳳太礦集區(qū)各金礦的成礦元素組合相似，主要由于礦質(zhì)沉淀機(jī)制的不同導(dǎo)致礦化的表現(xiàn)形式有所區(qū)別。3個(gè)金礦均為多期次、多階段成礦，伴隨早印支期造山變質(zhì)變形作用的進(jìn)行，研究區(qū)形成一系列NWW向韌-脆性變形帶，為成礦提供了有利的運(yùn)移和沉淀空間。在由同造山向造山后構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，局部的伸展應(yīng)力活化了早期韌-脆性變形帶，這樣成礦流體會(huì)間歇周期性地涌入活動(dòng)構(gòu)造內(nèi)，交代早期存在的脈巖及沉積物，或直接沉積在構(gòu)造帶內(nèi)的石英或角礫中。

鳳太礦集區(qū)的金屬資源以金、鋅、鉛為主，銅次之，并有少量鐵、鎳、鎢、銻等，鉛鋅礦和金礦多呈線狀分布在褶皺核部滑脫空間或核部斷裂。鳳太礦集區(qū)的金礦與鉛鋅礦在空間分布上有所不同，噴流沉積型鉛鋅礦多位于中泥盆統(tǒng)古道嶺組頂部灰?guī)r及上泥盆統(tǒng)星紅鋪組千枚巖的界面處，受背斜控制，常有金伴生； 金礦多產(chǎn)于上泥盆統(tǒng)星紅鋪組底部靠上的位置。

表1 鳳太礦集區(qū)典型金礦床礦床地質(zhì)特征對(duì)比Tab.1 Comparison of geological characteristics of typical gold deposits in Fengtai ore concentration area

3 鳳太礦集區(qū)典型金礦成礦流體特征

3.1 流體包裹體特征

龐家河金礦、八卦廟金礦和雙王金礦的成礦流體特征見(jiàn)表2。

龐家河金礦的成礦流體具有中低溫、中低鹽度的特征，從成礦早期到成礦晚期，成礦溫度逐漸降低?？傮w上，從成礦前到成礦后流體包裹體均一溫度的變化表明隨著構(gòu)造變形演化，流體溫度逐漸降低。流體鹽度在成礦前較高，在成礦期第Ⅰ階段顯著降低，并在成礦期第Ⅱ階段和第Ⅲ階段逐漸升高，在成礦后再次降低，表明在成礦早期和成礦后可能存在流體混合，導(dǎo)致流體鹽度顯著變化； 各成礦階段的流體壓力隨構(gòu)造演化呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，相對(duì)應(yīng)構(gòu)造發(fā)育部位的深度逐漸減小[8]。

八卦廟金礦的4個(gè)成礦階段皆發(fā)育富CO2包裹體，且具有低鹽度-高鹽度的變化系列。除此之外，成礦流體中的CH4和N2含量較高，在主成礦階段的石英中也發(fā)現(xiàn)了富含子礦物的高鹽度流體包裹體，表明八卦廟金礦成礦溶液的鹽度變化范圍較大，可能是因?yàn)槌傻V流體早期捕獲的典型造山型低鹽度、富CO2變質(zhì)熱液流體受到了巖漿熱液的混合作用，并隨著成礦作用的不斷進(jìn)行，在強(qiáng)烈的圍巖蝕變過(guò)程中，有沉積體系流體的加入導(dǎo)致[12]。

雙王金礦中流體包裹體的均一溫度變化范圍較大，換算的成礦壓力變化范圍也較大(表2)[20-22]，存在異常高壓，這與宏觀的角礫構(gòu)造相吻合，可能此種高壓流體的存在產(chǎn)生了角礫構(gòu)造。礦區(qū)流體具有中低溫度、低鹽度、中低密度、中高壓力等物理性質(zhì)。較高的CO2含量指示了流體的深源特征。

表2 鳳太礦集區(qū)金礦成礦流體T-ω-ρ-P-H參數(shù)Tab.2 T- ω-ρ- P-H parameters of ore-forming fluidsfrom gold deposit in Fengtai ore concentration area

3.2 H-O-S同位素特征

通過(guò)分析H-O同位素?cái)?shù)據(jù)[8,11,12,17,25-27]發(fā)現(xiàn)，龐家河金礦的成礦流體有從早期階段的巖漿水、變質(zhì)水向晚期階段的大氣降水演化的顯著特征(圖3(a))； 八卦廟金礦成礦流體的δ18O和δD值變化范圍較大，4個(gè)成礦階段的H-O同位素?cái)?shù)據(jù)投點(diǎn)均落在巖漿水或變質(zhì)水范圍，成礦流體混源特征明顯，反映了成礦流體的多來(lái)源和多成因特征(圖3(b))； 雙王金礦成礦流體特征變化顯著(圖3(c))，早期階段數(shù)據(jù)點(diǎn)靠近高嶺石風(fēng)化線，主成礦階段以變質(zhì)水-巖漿水混源為主，晚期有大氣降水參與，反映了多來(lái)源的流體特征。

(a) 龐家河金礦H-O同位素 (b) 八卦廟金礦H-O同位素 (c) 雙王金礦H-O同位素

PJH.龐家河金礦； BGM.八卦廟金礦； SW.雙王金礦； SMOW.標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水; Ⅰ～Ⅳ.成礦階段。

圖3 鳳太礦集區(qū)典型金礦H-O同位素投圖[8,11-12,17,25-27]

Fig.3 H-O isotopic diagrams of typical gold deposits in Fengtai ore concentration area[8,11-12,17,25-27]

龐家河金礦的S同位素低值端與礦區(qū)花崗巖中硫化物值相當(dāng)，具有巖漿起源的特征[8,28]，說(shuō)明地殼流體與深源高溫地幔流體的混合作用是龐家河金礦成礦的主要機(jī)理。根據(jù)Heofs的理論[29]，重S同位素富集顯示了殼源S同位素的組成特征，說(shuō)明龐家河金礦的成礦物質(zhì)主要來(lái)自賦礦圍巖的泥盆系，而成礦過(guò)程中的S主要來(lái)自介質(zhì)水對(duì)地層的淋濾作用； 八卦廟金礦不同成礦期的硫化物[9,12,24,30]總體顯示出重S同位素相對(duì)富集、離散程度相對(duì)較大的特征，表明礦石中的S來(lái)自深源及殼源S，同時(shí)圍巖整體的S同位素值與西壩巖體的S同位素值在范圍上有所重疊，指示成礦體系中S的來(lái)源具有多源性，成礦過(guò)程中熱液流體的物理化學(xué)條件可能發(fā)生了一定變化； 雙王金礦中的S可能來(lái)自于地層中和巖漿中S的混合[17,20,23,31]。

4 金成礦規(guī)律與找礦模型

鳳太礦集區(qū)金礦礦化類(lèi)型多樣，有角礫巖型(雙王金礦)、蝕變巖型(龐家河金礦與八卦廟金礦)、石英脈型(左家莊金礦與龍王溝金礦)以及蝕變巖型-石英脈型的過(guò)渡類(lèi)型(馬蹄溝金礦)，但是金礦成礦流體的性質(zhì)和來(lái)源以及成礦物質(zhì)的來(lái)源具有統(tǒng)一性，成礦深度較淺的金礦大氣降水參與的程度較高(如龐家河金礦)，而成礦深度較深的金礦則具有更多的變質(zhì)流體和巖漿熱液屬性(如雙王金礦)。

通過(guò)總結(jié)3個(gè)金礦的成礦流體T-ω-ρ-P-H參數(shù)，可以看出其成礦物理化學(xué)條件之間存在差異(表2)： 龐家河金礦為中低溫-低鹽度-低密度-中淺成環(huán)境； 八卦廟金礦為中高溫-富CO2-中高鹽度-中深成環(huán)境； 雙王金礦為中高溫-富CO2-中低鹽度-中高壓-中深成環(huán)境。龐家河金礦可劃分為沉積巖控礦受地層和巖漿作用共同影響的造山型金礦。八卦廟金礦的地質(zhì)、地球化學(xué)特征與淺成造山型金礦具有一定的相似性。雙王金礦嚴(yán)格受控于角礫巖帶的角礫巖體，多期次的熱液活動(dòng)也主要疊加于角礫巖體之上，雙王金礦的鈉長(zhǎng)巖由于高溫高壓環(huán)境，當(dāng)壓力釋放，混合熱液流體上升導(dǎo)致溫度下降，從而交代圍巖并充填裂隙，在適宜的物理化學(xué)條件下發(fā)生金的沉淀，可劃分為構(gòu)造熱液型金礦床。鳳太礦集區(qū)內(nèi)的龐家河金礦、八卦廟金礦、雙王金礦變質(zhì)流體特征顯著，均與造山型金礦有相似特征。

從區(qū)域上看，礦集區(qū)內(nèi)金成礦規(guī)律在時(shí)間上形成于與碰撞造山作用同步的印支晚期—燕山早期，以印支晚期為主(圖4)； 在空間上與區(qū)內(nèi)韌-脆性斷裂帶、NE向斷層(密集片理化帶)疊加有關(guān)，總體呈NW向。鳳太礦集區(qū)金礦的成礦是由地層中的Au元素預(yù)先富集，印支期(主成礦期)的構(gòu)造熱事件作用以及由此產(chǎn)生的巖漿熱液、變質(zhì)熱液、地下水共同作用成礦，在燕山期熱液疊加改造作用使Au元素再富集(圖4)。區(qū)內(nèi)金礦為多期次、多階段成礦，受印支造山期主成礦作用影響顯著。

圖4 鳳太礦集區(qū)金礦找礦模型Fig.4 Gold prospecting model of Fengtai ore concentration area

5 結(jié)論

(1)鳳太礦集區(qū)金礦的礦化類(lèi)型多樣，但其成礦流體的性質(zhì)和來(lái)源、成礦物質(zhì)的來(lái)源具有統(tǒng)一性，成礦深度較淺的金礦大氣降水參與程度較高，而成礦深度較深的金礦則具有更多的變質(zhì)流體和巖漿熱液屬性。

(2)龐家河金礦為中低溫-低鹽度-低密度-中淺成環(huán)境，八卦廟金礦為中高溫-富CO2-中高鹽度-中深成環(huán)境，雙王金礦為中高溫-富CO2-中低鹽度-中高壓-中深成環(huán)境。龐家河金礦、八卦廟金礦和雙王金礦變質(zhì)流體的特征顯著，均與造山型金礦有相似特征。

(3)礦集區(qū)內(nèi)金礦成礦過(guò)程具多期次、多階段以及印支造山期主成礦作用明顯的特征。時(shí)間上，金成礦形成于與碰撞造山作用同步的印支晚期—燕山早期，以印支晚期為主； 空間上，金成礦與區(qū)內(nèi)韌-脆性斷裂帶、NE向斷裂(密集片理化帶)疊加有關(guān)，總體呈NW向。鳳太礦集區(qū)金的成礦是由地層中的Au元素預(yù)先富集，印支期(主成礦期)的構(gòu)造熱事件作用產(chǎn)生的巖漿熱液、變質(zhì)熱液、地下水共同作用成礦，在燕山期熱液疊加改造作用使Au元素再富集。