陜西鳳太礦集區典型金礦地質特征及其成礦規律

王穎維， 趙端昌， 杜彪， 張振凱

(1.陜西省地質調查院，陜西 西安 710054； 2.陜西省礦產地質調查中心，陜西 西安 710068)

0 引言

秦嶺是一個多旋回復合碰撞造山帶。秦嶺東、西段結合部位的鳳(縣)太(白)地區是陜西省乃至全國重要的貴金屬有色金屬礦集區。自20世紀60年代以來，前人已在鳳太礦集區開展了大量區域地質調查、區域物探化探測量以及礦床勘查工作，基本查明了區內主要地質體的組成和時空分布特征，建立了地層層序、巖漿巖演化序列和構造格架，發現了一大批金、鉛鋅、銅等具有重要意義的資源礦產地，取得了豐富的地質資料[1-7]。近年來鳳太礦集區的金礦勘查取得了較大成果和找礦突破，但對區內金礦以礦集區尺度開展的對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。本文對鳳太礦集區典型金礦的地質特征進行了系統的對比研究，總結了金礦的成礦規律，為礦集區深部和外圍找礦提供理論依據。

1 鳳太礦集區典型金礦地質特征

鳳太地區的行政區劃隸屬于陜西省寶雞市鳳縣、太白縣與漢中市留壩縣，西與甘肅省兩當縣交界，東西長約69～77 km，南北寬約45 km，面積約3 400 km2。鳳太礦集區位于華北板塊和揚子板塊結合部位，處于中國SN向構造帶和EW向構造帶的交匯處，經歷了長期、多階段的發展演化，地質構造背景復雜，成礦地質條件優越，為區內眾多礦產的形成提供了良好的物質基礎和形成條件[1-7]。鳳太礦集區內礦產資源十分豐富，以金、鉛鋅為主，銅次之，礦產地共計70多個(圖1)。已發現金礦(點)24個，其中超大型金礦1個(八卦廟金礦)，大型金礦2個(龐家河金礦與雙王金礦)，中型金礦2個(馬蹄溝金礦與左家莊金礦)，小型金礦8個，礦點10個。

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； 12.三疊紀巖體； 13.志留紀巖體； 14.奧陶紀巖體； 15.早古生代巖體； 16.新元古代巖體； 17.地質界線； 18.斷層及編號； 19.背斜軸線； 20.復背斜軸線； 21.向斜軸線； 22.復向斜軸線； 23.金礦(點)； 24.鉛鋅礦(點)； 25.鉛鋅銅礦(點)； 26.銅礦點; 27.縣鎮名稱。

1.1 龐家河金礦

龐家河金礦位于鳳太礦集區西北段(圖1)，自1987年發現以來，經過多年的勘查和開采工作，礦床規模已達大型，現已進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，區域內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巖段的沉積時代為早—中泥盆世，為一套海相細碎屑巖沉積建造，與大草灘組的陸相沉積環境、構造背景差異明顯，龐家河金礦及鄰近的馬蹄溝金礦均賦存于羅漢寺巖組c巖段的淺變質碎屑巖中[7]。

礦區的區域構造以斷裂為主，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組斷裂構造控制了礦區的空間展布，龐家河金礦位于斷裂圈閉的菱形塊體內。結合鉆孔資料、野外露頭和平硐勘察，龐家河金礦不同區段的韌-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高于上部礦體(圖2(b))。在深部區段平硐900～940 m處礦體則以脆性斷裂控制的構造角礫巖為主(圖2(c)，(d))，由此認為其控礦構造為疊加在早期韌-脆性斷裂構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狀。深部礦帶主要分布在脆性斷裂南側，韌-脆性變形轉換促進了成礦熱液由深部到地表破裂網絡的大規模發育，推測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間為240～220 Ma。熱液絹云母的40Ar-39Ar測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中段(圖1)，自1980年發現至今，經過多年勘探開采，目前已探明資源量約106t，屬超大型金礦，是礦集區內最大的金礦[7]，其成礦特征、構造控礦特征具代表性。八卦廟金礦的大地構造位置為秦嶺造山帶泥盆紀鳳太盆地北緣。

礦區內出露地層主要為中—上泥盆統古道嶺組上段的灰巖和上泥盆統星紅鋪組。星紅鋪組下巖段巖性較復雜，孔隙度高，脆性大，同時底部具有韌性大、屏蔽性好的特點，因此極易發生斷裂和褶皺，有利于金礦體的形成和富集。礦區褶皺和斷裂構造發育。礦區斷裂構造主要有2組： 一組逆斷層走向大致與地層走向一致，為礦區的主要控礦構造，形成時間早(印支期)，規模大； 另一組為正-平移斷層，規模小，形成年代較晚(燕山期)，對成礦起疊加富集作用，八卦廟金礦的構造控礦特征顯著[3]。礦區內巖漿巖不發育，僅見有少量的鈉長細晶巖脈和閃長玢巖脈，后期蝕變強烈，大多數沿NE向斷裂、節理侵入。

前人對八卦廟金礦的成礦年齡已做過較深入的研究[9-16]，八卦廟金礦的成礦年齡在233～129 Ma，相當于印支晚期到燕山早—中期，成礦作用持續了至少100 Ma，主體成礦作用發生在200～160 Ma，總體上略晚于秦嶺地區花崗巖的成巖年齡244～148 Ma[14]，說明金礦成礦與構造巖漿作用有關，且稍滯后于巖漿活動期。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等時線的測年結果為(209.3±4.2) Ma和(208.1±3.1) Ma[12]。以上年齡數據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

鳳太礦集區東部的雙王金礦自1965年發現以來，地質勘查工作歷史較長，為一大型含金鈉長角礫巖金礦(圖1)。雙王金礦的鈉長碳酸質角礫巖是秦嶺鈉長角礫巖帶中典型的含金熱液角礫巖，是一種特殊的構造巖石單元，對區域成巖成礦具有重要的指示意義。

位于礦區中部的星紅鋪組是含金角礫巖的主要賦礦層位，區內構造線總體為NW向(約310°)，由一系列線狀褶皺和斷裂構成。礦區斷裂以NWW向為主，是區內的主要控礦斷裂。此外，還發育有小規模的NE向成礦后斷裂[17]。

區域內巖漿活動具有多期次、多階段、多類型的特點。研究發現區內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，礦區存在疑似火成碳酸巖體，可能為其礦源[1]。區內的花崗質雜巖體均以基底變質巖系為源巖，經混合巖化-花崗巖化作用在碰撞條件下再深熔、再重熔、再侵位，對周邊金礦的形成具有重要作用。西壩巖體是礦區內出露的一個主要巖漿巖侵入體，為多期巖漿活動的結果，早期形成的石英二長閃長巖和晚期形成的二長花崗巖均為印支期產物，形成于雙王金礦之前，此外區內也可見一些燕山期的小規?；◢彴邘r脈和煌斑巖脈。

前人已對雙王金礦及相關巖體進行了年代學研究[16-20]，后期切穿角礫巖的煌斑巖脈的鋯石U-Pb測年結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間的下限。雙王金礦的鈉長角礫巖為異時異相同位疊加，是具有多期次、多階段疊加成巖成礦特征的熱液角礫巖構造系統。雙王金礦角礫巖體與基性巖墻的空間關系以及巖體測年數據表明，雙王金礦的成礦時代為印支期[20]。

2 鳳太礦集區典型金礦地質特征對比

鳳太礦集區內3個典型金礦的地質特征見表1。鳳太礦集區處于華北板塊和揚子板塊結合部位，商丹縫合帶從其南部穿過，其主體位于北秦嶺活動陸緣，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構造單元。龐家河金礦產于商丹板塊對接帶，八卦廟金礦、雙王金礦產于南秦嶺邊緣海盆區。

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星紅鋪組。3個金礦的含金建造為淺變質碎屑巖建造和細碎屑(熱水)沉積建造，產于石炭系及更老的地層中，以泥盆系為主。

鳳太礦集區各金礦的成礦元素組合相似，主要由于礦質沉淀機制的不同導致礦化的表現形式有所區別。3個金礦均為多期次、多階段成礦，伴隨早印支期造山變質變形作用的進行，研究區形成一系列NWW向韌-脆性變形帶，為成礦提供了有利的運移和沉淀空間。在由同造山向造山后構造環境轉變的過程中，局部的伸展應力活化了早期韌-脆性變形帶，這樣成礦流體會間歇周期性地涌入活動構造內，交代早期存在的脈巖及沉積物，或直接沉積在構造帶內的石英或角礫中。

鳳太礦集區的金屬資源以金、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古道嶺組頂部灰巖及上泥盆統星紅鋪組千枚巖的界面處，受背斜控制，常有金伴生； 金礦多產于上泥盆統星紅鋪組底部靠上的位置。

表1 鳳太礦集區典型金礦床礦床地質特征對比Tab.1 Comparison of geological characteristics of typical gold deposits in Fengtai ore concentration area

3 鳳太礦集區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，導致流體鹽度顯著變化； 各成礦階段的流體壓力隨構造演化呈現出逐漸降低的趨勢，相對應構造發育部位的深度逐漸減小[8]。

八卦廟金礦的4個成礦階段皆發育富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現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，可能是因為成礦流體早期捕獲的典型造山型低鹽度、富CO2變質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行，在強烈的圍巖蝕變過程中，有沉積體系流體的加入導致[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，這與宏觀的角礫構造相吻合，可能此種高壓流體的存在產生了角礫構造。礦區流體具有中低溫度、低鹽度、中低密度、中高壓力等物理性質。較高的CO2含量指示了流體的深源特征。

表2 鳳太礦集區金礦成礦流體T-ω-ρ-P-H參數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

通過分析H-O同位素數據[8,11,12,17,25-27]發現，龐家河金礦的成礦流體有從早期階段的巖漿水、變質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個成礦階段的H-O同位素數據投點均落在巖漿水或變質水范圍，成礦流體混源特征明顯，反映了成礦流體的多來源和多成因特征(圖3(b))； 雙王金礦成礦流體特征變化顯著(圖3(c))，早期階段數據點靠近高嶺石風化線，主成礦階段以變質水-巖漿水混源為主，晚期有大氣降水參與，反映了多來源的流體特征。

(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.標準平均大洋水; Ⅰ～Ⅳ.成礦階段。

圖3 鳳太礦集區典型金礦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花崗巖中硫化物值相當，具有巖漿起源的特征[8,28]，說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理。根據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，說明龐家河金礦的成礦物質主要來自賦礦圍巖的泥盆系，而成礦過程中的S主要來自介質水對地層的淋濾作用； 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同位素相對富集、離散程度相對較大的特征，表明礦石中的S來自深源及殼源S，同時圍巖整體的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的來源具有多源性，成礦過程中熱液流體的物理化學條件可能發生了一定變化； 雙王金礦中的S可能來自于地層中和巖漿中S的混合[17,20,23,31]。

4 金成礦規律與找礦模型

鳳太礦集區金礦礦化類型多樣，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-石英脈型的過渡類型(馬蹄溝金礦)，但是金礦成礦流體的性質和來源以及成礦物質的來源具有統一性，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流體和巖漿熱液屬性(如雙王金礦)。

通過總結3個金礦的成礦流體T-ω-ρ-P-H參數，可以看出其成礦物理化學條件之間存在差異(表2)： 龐家河金礦為中低溫-低鹽度-低密度-中淺成環境； 八卦廟金礦為中高溫-富CO2-中高鹽度-中深成環境； 雙王金礦為中高溫-富CO2-中低鹽度-中高壓-中深成環境。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、地球化學特征與淺成造山型金礦具有一定的相似性。雙王金礦嚴格受控于角礫巖帶的角礫巖體，多期次的熱液活動也主要疊加于角礫巖體之上，雙王金礦的鈉長巖由于高溫高壓環境，當壓力釋放，混合熱液流體上升導致溫度下降，從而交代圍巖并充填裂隙，在適宜的物理化學條件下發生金的沉淀，可劃分為構造熱液型金礦床。鳳太礦集區內的龐家河金礦、八卦廟金礦、雙王金礦變質流體特征顯著，均與造山型金礦有相似特征。

從區域上看，礦集區內金成礦規律在時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)； 在空間上與區內韌-脆性斷裂帶、NE向斷層(密集片理化帶)疊加有關，總體呈NW向。鳳太礦集區金礦的成礦是由地層中的Au元素預先富集，印支期(主成礦期)的構造熱事件作用以及由此產生的巖漿熱液、變質熱液、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)。區內金礦為多期次、多階段成礦，受印支造山期主成礦作用影響顯著。

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

5 結論

(1)鳳太礦集區金礦的礦化類型多樣，但其成礦流體的性質和來源、成礦物質的來源具有統一性，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-中淺成環境，八卦廟金礦為中高溫-富CO2-中高鹽度-中深成環境，雙王金礦為中高溫-富CO2-中低鹽度-中高壓-中深成環境。龐家河金礦、八卦廟金礦和雙王金礦變質流體的特征顯著，均與造山型金礦有相似特征。

(3)礦集區內金礦成礦過程具多期次、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，金成礦與區內韌-脆性斷裂帶、NE向斷裂(密集片理化帶)疊加有關，總體呈NW向。鳳太礦集區金的成礦是由地層中的Au元素預先富集，印支期(主成礦期)的構造熱事件作用產生的巖漿熱液、變質熱液、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。