北秦嶺成礦帶東段紅石寨鐵銅鉛多金屬礦礦床成因與動(dòng)力學(xué)背景研究

秦戰(zhàn)營

（1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016）

秦嶺成礦帶夾持于華北克拉通與揚(yáng)子板塊之間[1-2]，先后經(jīng)歷多期強(qiáng)烈的構(gòu)造演化事件[3-5]，如大陸地殼早期演化、超大陸裂解及洋陸演化、碰撞后板內(nèi)伸展及陸內(nèi)造山等，形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局，是我國金、鉬、鉛鋅、鐵等金屬礦產(chǎn)的優(yōu)勢礦產(chǎn)資源區(qū)之一[6-9]。該成礦帶內(nèi)其復(fù)雜性與特殊性備受地學(xué)界廣泛關(guān)注，成果頗豐[10-17]。

河南省南召縣紅石寨鉛礦位于北秦嶺成礦帶東段[18]，區(qū)內(nèi)成礦條件有利，基礎(chǔ)研究及地質(zhì)勘查工作程度較高。1954年，利用礦化露頭進(jìn)行了揭露，初步判斷該礦為裂隙充填型礦床；1970—1977年，發(fā)現(xiàn)了桑樹坪銅、鉛、鋅礦。20世紀(jì)90年代，查明銅+鉛+鋅（C+D+E）金屬量12萬t；21世紀(jì)初，在紅石寨礦區(qū)發(fā)現(xiàn)鉛礦體，并發(fā)現(xiàn)了鐵礦體和銅鋅礦體。通過深入研究紅石寨礦床地質(zhì)特征并探討其成礦地球動(dòng)力學(xué)背景，為北秦嶺成礦帶復(fù)雜性與“非典型”性特征研究拓展新空間。

1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)概況

區(qū)域出露地層有元古界寬坪群、下古生界二郎坪群及三疊系太山廟組。其中，下古生界二郎坪群是該區(qū)最主要的巖石—地層—構(gòu)造單元，主要以古生代變質(zhì)巖為主。寬坪群位于區(qū)域北東側(cè)，自下而上劃分為鐵匠爐組和甘羅溝組。

受印支期近南北向強(qiáng)烈擠壓作用的改造，本區(qū)加里東期古火山地層常出現(xiàn)近東西走向的緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺及柔流褶皺。研究區(qū)位于紅石寨—青山緊閉向斜構(gòu)造東南端，其核部為二郎坪群大廟組，兩翼地層為二郎坪群火神廟組。在區(qū)域圖內(nèi)，紅石寨—青山緊閉向斜長約20 km，寬約7 km，夾持于華里西期花崗巖體與加里東期石英閃長巖體之間。褶皺走向NWW約335°，紅石寨鐵銅鉛多金屬礦礦床位于該褶皺構(gòu)造的東南翼于上述2期巖體交匯處。沿著軸線方向，發(fā)育多條剪切帶。其中，以朱夏剪切帶和瓦喬剪切帶是最為主要的控巖控礦構(gòu)造，主要有3條次級剪切帶，分別為F1、F2、F3。F1剪切帶位于紅石寨—青山緊閉向斜的西南翼，切割火神廟組與大廟組，長約20 km，走向NW至轉(zhuǎn)折端處順地層發(fā)生彎曲；F2剪切帶位于紅石寨—青山緊閉向斜的北東翼，是區(qū)內(nèi)火神廟組與大廟組的分界線，長約10 km；F3剪切帶位于紅石寨—青山緊閉向斜的北東翼，是區(qū)內(nèi)火神廟組與華里西期花崗巖體的分界線，長約15 km。此外，還有1條平行于軸線方向的F4斷層，如圖1所示。

區(qū)內(nèi)中北部發(fā)育有加里東期石英閃長巖體，圖幅內(nèi)出露面積約220 km2，成巖年齡多在400～500 Ma。南部發(fā)育華里西期花崗巖體，圖幅內(nèi)出露面積約120 km2，成巖年齡多在340～350 Ma[19]。

研究區(qū)屬于華北地臺南緣秦嶺成礦帶，礦產(chǎn)資源豐富。主要金屬礦產(chǎn)有銀、金、銅、鉛礦等。主要礦床類型有斑巖型銅（銀）礦，破碎帶蝕變巖型銀金多金屬礦，塊狀硫化物型銅鉛鋅礦，如水洞嶺鉛鋅礦床等，韌性剪切帶型金礦，如小東莊金礦等。主要非金屬礦產(chǎn)有重晶石、大理石、石墨、矽線石礦等。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)示意Fig.1 Regional geological and mineral map of the study area

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)特征

礦區(qū)中南部被第四系覆蓋，巖性為黏土、砂、礫石。北部為二郎坪群火神廟組，自西向東，依次出露有石英角斑凝灰?guī)r、角斑巖、石英角斑巖，各巖層均沿走向發(fā)生弧形彎曲，均突出向東南方向，構(gòu)成紅石寨—青山緊閉向斜的西南端。南部發(fā)育華里西期花崗巖體，多覆蓋，如圖2所示。

2.2 地球物理特征

磁異常主要分布在研究區(qū)中北部，呈串珠狀，近東西向，與地產(chǎn)走向大體一致，由東至西，共圈定出磁異常4個(gè)，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號磁異常（圖2）。①Ⅰ號磁異常：近似規(guī)則橢圓狀，長軸近似東西，約280 m，短軸近似南北，約110 m；向東未封閉（超出礦區(qū)范圍）；極大值為2 030 nT。②Ⅱ磁異常：由3個(gè)高值異常組成，呈牛軛狀凸起向北，長約290 m，寬約110 m；極大值為2 160 nT。③Ⅲ磁異常：呈豆莢狀，長軸北東向長約500m，短軸南西向長約180m；部分磁異常超出礦區(qū)范圍，極大值為2 200 nT。④Ⅳ號磁異常：呈駝峰狀，由3個(gè)高值異常組成，長軸近東西向長約400 m，短軸近南北向長約180 m，極大值為1 600 nT。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)物探綜合示意Fig.2 Comprehensive geological and geophysical map of the mining area

運(yùn)用切線法進(jìn)行估算分析，計(jì)算其頂板理論埋深約10 m。綜合分析可知，可能為地表及近地表的局部磁性體及深部的規(guī)模相對較大磁性體的綜合體現(xiàn)；通過半定量分析地表及近地表的局部磁性體磁性體其頂板埋深約35 m，深部的磁性體埋深約180 m。各個(gè)次級異常中心具有相對獨(dú)立性，但總體為一個(gè)帶狀異常。對應(yīng)的磁性體向北陡傾。其分布范圍與細(xì)碧巖地層及Fe2鐵礦化帶的展布相吻合。推測磁性體特征：鐵礦體長1 000 m，延深大于300 m，產(chǎn)狀170°∠65°～82°，頂端埋深0 （采礦區(qū)外）～8 m，寬10～20 m。

該區(qū)激電異常最低值為1.66%，最高值7.76%。激電異常背景值約3%，以4.5%為界劃定異常。南部4個(gè)次級局部異常串珠狀呈弧形分布，凸向東南、北部異常呈弧形條帶狀向東北突出。南部異常長軸北東向，長約14 km，最寬處約5 km。北部異常長軸北西向，長約15 km，最寬處約4 km。研究區(qū)整體激電異常呈現(xiàn)弧形，與地產(chǎn)走向基本一致，推測為隱伏極化體局部硫化物富集所至。南部異常梯度較大，推測為隱伏極化體局部硫化物富集所至。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀

（1）Pb1號礦體。礦體位于紅石寨西約150 m處，礦體賦存標(biāo)高+355～+290 m，埋深0～65 m，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向北東22°～31°，傾向SE，傾角62°～67°。礦體地表長度為125.3 m，礦體厚度0.71～1.71 m，平均厚1.18 m，厚度變化系數(shù)為32%。單樣鉛最低品位1.11×10-2，最高11.27×10-2，平均品位5.19×10-2，變化系數(shù)57%。

（2）Pb2號礦體。礦體位于紅石寨南西約280 m處西山坡，礦體賦存標(biāo)高+345～+220 m，埋深為0～125 m，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向北東20°～32°，傾向SE，傾角61°～65°。礦體在地表長度為128.6 m，礦體厚度0.50～1.65 m，平均厚1.00 m，厚度變化系數(shù)為23%。單樣鉛最低品位2.27×10-2，最高17.29×10-2，平均品位6.18×10-2，變化系數(shù)54%。

（3）CuZn1號礦體。礦體位于紅石寨南西約380 m處西山脊處，埋深6～27 m。礦體向SE東側(cè)伏，礦體呈長條狀產(chǎn)出，傾向7°，傾角上陡下緩，上部75°，下部31°，平均傾角47°。礦體長度為46 m，斜寬134 m，礦體真厚度1.52～2.05 m，平均厚1.78 m，Cu單樣品位0.25×10-2～0.77×10-2，平均0.27×10-2，Zn單樣品位0.52×10-2～2.34×10-2，平均0.67×10-2。

（4）Fe1-Ⅰ號礦體。該礦體位于北坡村北東100～600 m處，埋深0～59 m，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向北東47°～53°，傾向SE，傾角54°～63°，地表出露長度120.3 m。礦體厚度6.21～10.67 m，平均厚8.36 m，厚度變化系數(shù)為52%。單樣TFe最低品位20.08×10-2，最高35.07×10-2，平均32.67×10-2；mFe平均品位25.32×10-2，品位變化系數(shù)38%。

（5）Fe2-Ⅰ礦體。礦體位于桑樹坪村東橋東頭—北坡村東一帶，該礦體除在礦體東邊界處大石河?xùn)|岸出露外，其他地段都隱伏在大石河河床、河漫灘和階地之下，礦體賦存標(biāo)高+13.98～+217.07 m，埋深0～13.94 m。礦體呈似層狀產(chǎn)出，走向近東西，傾向350°～354°，傾角60°～80°，平均產(chǎn)狀352°∠71°。厚度1.92～20.09 m，平均厚12.52m，厚度變化系數(shù)為42%。單樣TFe最低品位20.10×10-2，最高50.44×10-2，平均32.67×10-2；單樣mFe最低品位15.18×10-2，最高46.14×10-2，平均25.32×10-2。TFe品位變化系數(shù)27%，mFe品位變化系數(shù)34%。

3.2 礦石質(zhì)量

（1）鉛礦石。紅石寨礦區(qū)內(nèi)鉛礦石主要金屬礦物：方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦等，脈石礦物常見有重晶石、絹云母、石英及少量黑云母、角閃石等。其中，褐鐵礦為次生的金屬硫化物，呈他形粒狀存在于礦石中，見有褐鐵礦交代溶蝕黃鐵礦的現(xiàn)象。在氧化作用較弱時(shí)，可見黃鐵礦的骸晶殘留。

（2）鐵礦石。礦石礦物成分簡單，金屬礦物主要以磁鐵礦為主，其次為赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦等；非金屬礦物主要有石榴石、透輝石、透閃石、陽起石、綠簾石、綠泥石、石英、化石、絹云母及碳酸鹽礦物。

（3）銅鋅礦石。礦石礦物成分主要閃鋅礦、黃銅礦，其次為少量的黃鐵礦、方鉛礦等，脈石礦物以重晶石、石英及少量黑云母、方解石等。

3.3 礦石化學(xué)成分

（1）鉛礦石。根據(jù)礦石光譜分析結(jié)果可知，礦石的化學(xué)成分主要由除O（未檢測）外的24種元素組成。其中，成巖元素以Al、Fe、Si為主，成礦元素主要為Pb。而Au、Ag、Cu、Zn等元素在礦石中含量均不高，未達(dá)到伴生綜合利用要求；另據(jù)鉛礦石多元素分析，Au、Ag、Cu、Zn等元素均未達(dá)到伴生綜合利用要求。

（2）鐵礦石。根據(jù)礦石光譜分析結(jié)果可知，分析元素30種，除成礦主元素Fe外，其他元素達(dá)不到伴生綜合利用要求。

（3）銅鋅礦石。礦石主要成礦元素為Cu、Zn，另有少量Cu、Ag等元素，但其含量未達(dá)到可利用指標(biāo)。

3.4 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

（1）礦區(qū)鉛礦石結(jié)構(gòu)常見自形晶結(jié)構(gòu)、半自形晶結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、固融體分離結(jié)構(gòu)等；鐵礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形—他形細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)、粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)。

（2）鉛礦石構(gòu)造常見塊狀構(gòu)造、稠密浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造和星點(diǎn)狀構(gòu)造，局部也可見到角礫狀構(gòu)造；鐵礦石為條帶、條紋、浸染狀構(gòu)造、片理狀構(gòu)造。

（3）銅鋅礦多呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，稠密浸染狀構(gòu)造、星點(diǎn)狀構(gòu)造。

3.5 圍巖蝕變

鉛礦體的賦礦圍巖主要為二郎坪群火神廟組石英角斑凝灰?guī)r、石英角斑巖等。

近礦圍巖蝕變主要有重晶石化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化等，蝕變寬度5～10 m。通常幾種蝕變疊加在一起，構(gòu)成礦化圍巖的特征蝕變，自蝕變帶中心向兩側(cè)蝕變逐漸減弱。

礦體夾石的巖性主要為石英角斑凝灰?guī)r、石英角斑巖及少量構(gòu)造角礫巖及石英脈，長度一般不超過5 m，厚度多在0.3 m以下。礦體上部夾石較少，向深部有所增加。

鐵礦體直接圍巖多為鐵礦化輝綠巖，間接圍巖為石英角斑凝灰?guī)r。

4 礦床成因與地球動(dòng)力學(xué)背景

4.1 鉛礦的成因和找礦標(biāo)志

根據(jù)礦床產(chǎn)出環(huán)境與基本地質(zhì)特征可知，礦體呈北北東向斷續(xù)脈狀切割石英角斑巖和石英角斑凝灰?guī)r地層褶皺，表明成礦時(shí)間晚于郎坪群火神廟組海相火山巖系，礦體的形成明顯受到地層褶皺過程中形成的一系列斷續(xù)張性小斷裂控制。礦石鉛、硫同位素組成具有深源特點(diǎn)，成礦流體氫氧同位素組成具有巖漿熱液的基本特征。因此，紅石寨鉛礦床為受北北東向張性斷裂控制的熱液填充型鉛礦床。

找礦標(biāo)志：①北北東向張性斷裂；②重晶石化帶標(biāo)志，銅鉛鋅礦產(chǎn)出于重晶石化帶內(nèi)，是找礦的直接標(biāo)志；③鐵帽，共生礦物黃鐵礦氧化形成的褐色淋濾鐵染帶、赤鐵礦形成的棕紅色氧化帶是重要的直接找礦標(biāo)志。

4.2 鐵礦的成因和找礦標(biāo)志

鐵礦體受火山巖地層控制明顯，多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀變化與火山巖地層變化一致。鐵礦體附近存在大量火山角礫巖、火山集塊巖、次火山巖等近火山口相的火山巖石，說明礦床形成于古火山活動(dòng)中心附近。礦石鐵、硫同位素組成具有深源特點(diǎn)，成礦流體氫氧同位素組成具有巖漿熱液的基本特征。以上特征充分說明紅石寨鐵礦床為一產(chǎn)出于海相火山巖系中的受變質(zhì)火山熱液沉積型鐵礦床。

找礦標(biāo)志：①地層標(biāo)志，二郎坪群火神廟組（變）細(xì)碧巖建造是尋找該類鐵礦的先決條件；②地球物理標(biāo)志：磁異常是直接找礦標(biāo)志。

4.3 銅鋅礦的成因與找礦標(biāo)志

該區(qū)銅鋅礦化體基本呈層狀、似層狀產(chǎn)出于火山巖地層內(nèi)，其產(chǎn)狀變化與火山巖地層保持一致，礦化體產(chǎn)狀與圍巖蝕變特征與鐵礦體特征基本相似，表明銅鋅礦化體與鐵礦體成因一致，為火山熱液沉積型銅鋅礦床。

找礦標(biāo)志：①作為圍巖的重晶石化石英角斑凝灰?guī)r是直接找礦標(biāo)志；②極化率異常范圍與礦化體分布范圍基本一致，可作為間接找礦標(biāo)志。

4.4 地球動(dòng)力學(xué)背景研究

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形作用十分復(fù)雜，分為以下3類。

（1）加里東期古火山構(gòu)造。本期內(nèi)，由于地殼的強(qiáng)烈拉伸作用，出現(xiàn)大量古火山活動(dòng)中心及古火山構(gòu)造。這些古火山活動(dòng)中心代表了當(dāng)時(shí)的古地?zé)岷凸懦傻V熱液活動(dòng)的中心。因此，在其附近常易于形成海底火山熱液沉積礦床。在本礦區(qū)存在有古火山構(gòu)造和古火山活動(dòng)中心，如老胡家、紅石寨等都有可能存在古火山活動(dòng)中心。這些古火山活動(dòng)中心附近常出現(xiàn)火山角礫巖、火山集塊巖以及一些淺成侵入巖，如鈉長巖、輝綠玢巖等。古火山構(gòu)造是影響礦區(qū)內(nèi)銅鉛鋅成礦的最主要構(gòu)造類型之一。

（2）緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺。由于受印支期近南北向強(qiáng)烈擠壓作用的改造，該區(qū)加里東期古火山地層常出現(xiàn)近東西走向的緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺及柔流褶皺。這種強(qiáng)烈的褶皺作用可以使火山巖層發(fā)生變質(zhì)變形，也可以使最初出現(xiàn)的海底火山熱液沉積礦床進(jìn)一步變富，同時(shí)使原始礦層被拉斷，隨地層一起褶皺變形，從而在褶皺樞紐轉(zhuǎn)折端、虛脫部位形成富礦體和富礦段。從實(shí)際情況來看，該區(qū)鉛礦體都產(chǎn)于這些構(gòu)造部位。

（3）成礦期后斷裂。成礦期后斷裂常破壞鉛礦體的連續(xù)性，造成礦體的錯(cuò)斷、位移。在該礦區(qū)，成礦期后斷裂構(gòu)造規(guī)模較小。地質(zhì)填圖發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)成礦期后斷裂構(gòu)造走向可分為3組：①北東向斷裂組。屬壓扭性斷層，傾向121°～124°，傾角為50°～70°。規(guī)模較大延伸穩(wěn)定，長度250～500 m，寬1.1～1.5 m，沿走向呈舒緩波狀。發(fā)育強(qiáng)烈硅化、黃鐵礦化，伴隨次生褐鐵礦化。②近南北向斷裂組。屬張扭性斷層，傾向東，傾角60°左右，規(guī)模一般較小，成群平行產(chǎn)出。表現(xiàn)為強(qiáng)硅化，較強(qiáng)褐鐵礦化蝕變的碎裂巖。該組斷裂構(gòu)造主要在坑道中出露，地表偶有出露。③北西向斷裂組。主要為張性斷層，延伸不大，傾向北西。斷裂帶由棱角明顯的構(gòu)造角礫巖組成，角礫大小懸殊，最大粒徑10～15 cm，小者0.5～1.0 cm，一般為3～5 cm，該組斷裂構(gòu)造在礦區(qū)很少出露。如F4北西向斷裂就切割破壞了1號銅鋅礦化帶，使之產(chǎn)生錯(cuò)位。

5 結(jié)論

（1）紅石寨鐵銅鉛多金屬礦形成的地球動(dòng)力學(xué)背景為加里東期地殼的強(qiáng)烈拉伸作用，同時(shí)伴隨的海相火山噴發(fā)作用提供了大量鐵銅鉛鋅等金屬成礦物質(zhì)來源，從而形成海底火山熱液沉積鐵礦、銅、鉛鋅礦床等。印支期近南北向強(qiáng)烈擠壓作用對地層和礦體者發(fā)生了改造和破壞，地層形成緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺。鉛礦體被破壞，甚至發(fā)生元素遷移，在張性裂縫中形成熱充填型的鉛鋅礦。目前發(fā)現(xiàn)的鐵礦體和銅鋅礦體屬于火山熱液沉積型塊狀硫化物礦床類型。

（2）二郎坪群火神廟組石英角斑凝灰?guī)r、石英角斑巖，重晶石化、硅化、黃鐵礦化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化，磁異常和極化率異常等均是重要找礦標(biāo)志。