陕西凤太矿集区典型金矿地质特征及其成矿规律

王颖维， 赵端昌， 杜彪， 张振凯

(1.陕西省地质调查院，陕西 西安 710054； 2.陕西省矿产地质调查中心，陕西 西安 710068)

0 引言

秦岭是一个多旋回复合碰撞造山带。秦岭东、西段结合部位的凤(县)太(白)地区是陕西省乃至全国重要的贵金属有色金属矿集区。自20世纪60年代以来，前人已在凤太矿集区开展了大量区域地质调查、区域物探化探测量以及矿床勘查工作，基本查明了区内主要地质体的组成和时空分布特征，建立了地层层序、岩浆岩演化序列和构造格架，发现了一大批金、铅锌、铜等具有重要意义的资源矿产地，取得了丰富的地质资料[1-7]。近年来凤太矿集区的金矿勘查取得了较大成果和找矿突破，但对区内金矿以矿集区尺度开展的对比分析和综合研究尚显不足，在一定程度上制约着金矿的勘查工作。本文对凤太矿集区典型金矿的地质特征进行了系统的对比研究，总结了金矿的成矿规律，为矿集区深部和外围找矿提供理论依据。

1 凤太矿集区典型金矿地质特征

凤太地区的行政区划隶属于陕西省宝鸡市凤县、太白县与汉中市留坝县，西与甘肃省两当县交界，东西长约69～77 km，南北宽约45 km，面积约3 400 km2。凤太矿集区位于华北板块和扬子板块结合部位，处于中国SN向构造带和EW向构造带的交汇处，经历了长期、多阶段的发展演化，地质构造背景复杂，成矿地质条件优越，为区内众多矿产的形成提供了良好的物质基础和形成条件[1-7]。凤太矿集区内矿产资源十分丰富，以金、铅锌为主，铜次之，矿产地共计70多个(图1)。已发现金矿(点)24个，其中超大型金矿1个(八卦庙金矿)，大型金矿2个(庞家河金矿与双王金矿)，中型金矿2个(马蹄沟金矿与左家庄金矿)，小型金矿8个，矿点10个。

1.白垩系； 2.侏罗系； 3.三叠系； 4.二叠系； 5.石炭系； 6.泥盆系； 7.志留系； 8.奥陶系草滩沟群； 9.下古生界丹凤岩群； 10.下古生界罗汉寺岩组； 11.古元古界秦岭岩群； 12.三叠纪岩体； 13.志留纪岩体； 14.奥陶纪岩体； 15.早古生代岩体； 16.新元古代岩体； 17.地质界线； 18.断层及编号； 19.背斜轴线； 20.复背斜轴线； 21.向斜轴线； 22.复向斜轴线； 23.金矿(点)； 24.铅锌矿(点)； 25.铅锌铜矿(点)； 26.铜矿点; 27.县镇名称。

1.1 庞家河金矿

庞家河金矿位于凤太矿集区西北段(图1)，自1987年发现以来，经过多年的勘查和开采工作，矿床规模已达大型，现已进入深部寻找盲矿和外围找矿阶段。庞家河金矿处于中秦岭弧前盆地内，区域内主要出露地层为罗汉寺岩组c岩段和大草滩组。罗汉寺岩组c岩段的沉积时代为早—中泥盆世，为一套海相细碎屑岩沉积建造，与大草滩组的陆相沉积环境、构造背景差异明显，庞家河金矿及邻近的马蹄沟金矿均赋存于罗汉寺岩组c岩段的浅变质碎屑岩中[7]。

矿区的区域构造以断裂为主，近EW向断裂被NE向断裂斜切而将地层切割成菱形块体，这2组断裂构造控制了矿区的空间展布，庞家河金矿位于断裂圈闭的菱形块体内。结合钻孔资料、野外露头和平硐勘察，庞家河金矿不同区段的韧-脆性断裂蚀变矿化显示早期韧-脆性断裂被后期脆性断裂小夹角切穿，上部平硐980～1 100 m处金矿体受韧-脆性断裂控制(图2(a))，深部矿体厚度及品位均远高于上部矿体(图2(b))。在深部区段平硐900～940 m处矿体则以脆性断裂控制的构造角砾岩为主(图2(c)，(d))，由此认为其控矿构造为叠加在早期韧-脆性断裂构造带之上的后期脆性断裂。韧-脆性断裂控制矿带延伸，脆性断裂控制矿体产状。深部矿带主要分布在脆性断裂南侧，韧-脆性变形转换促进了成矿热液由深部到地表破裂网络的大规模发育，推测深部脆性断裂容矿空间更大，具有更好的成矿潜力。

图2 庞家河金矿韧-脆性断裂蚀变矿化特征野外照片

庞家河金矿成矿前的花岗斑岩脉形成于约240 Ma，成矿后期的脉岩则形成于约220 Ma，限定了庞家河金矿的形成时间为240～220 Ma。热液绢云母的40Ar-39Ar测年揭示庞家河金矿的成矿年龄为(231.7±0.2) Ma[8]。

1.2 八卦庙金矿

八卦庙金矿位于研究区中段(图1)，自1980年发现至今，经过多年勘探开采，目前已探明资源量约106t，属超大型金矿，是矿集区内最大的金矿[7]，其成矿特征、构造控矿特征具代表性。八卦庙金矿的大地构造位置为秦岭造山带泥盆纪凤太盆地北缘。

矿区内出露地层主要为中—上泥盆统古道岭组上段的灰岩和上泥盆统星红铺组。星红铺组下岩段岩性较复杂，孔隙度高，脆性大，同时底部具有韧性大、屏蔽性好的特点，因此极易发生断裂和褶皱，有利于金矿体的形成和富集。矿区褶皱和断裂构造发育。矿区断裂构造主要有2组： 一组逆断层走向大致与地层走向一致，为矿区的主要控矿构造，形成时间早(印支期)，规模大； 另一组为正-平移断层，规模小，形成年代较晚(燕山期)，对成矿起叠加富集作用，八卦庙金矿的构造控矿特征显著[3]。矿区内岩浆岩不发育，仅见有少量的钠长细晶岩脉和闪长玢岩脉，后期蚀变强烈，大多数沿NE向断裂、节理侵入。

前人对八卦庙金矿的成矿年龄已做过较深入的研究[9-16]，八卦庙金矿的成矿年龄在233～129 Ma，相当于印支晚期到燕山早—中期，成矿作用持续了至少100 Ma，主体成矿作用发生在200～160 Ma，总体上略晚于秦岭地区花岗岩的成岩年龄244～148 Ma[14]，说明金矿成矿与构造岩浆作用有关，且稍滞后于岩浆活动期。八卦庙金矿NW向石英脉的40Ar-39Ar坪年龄为(232.6±1.59) Ma[11]，属印支晚期，而NE向石英脉的40Ar-39Ar坪年龄为(131.91±0.98) Ma[10]，属燕山成矿期。八卦庙金矿不同阶段碳酸盐矿物Sm-Nd等时线的测年结果为(209.3±4.2) Ma和(208.1±3.1) Ma[12]。以上年龄数据表明八卦庙金矿成矿作用有2期，即印支期和燕山期。

1.3 双王金矿

凤太矿集区东部的双王金矿自1965年发现以来，地质勘查工作历史较长，为一大型含金钠长角砾岩金矿(图1)。双王金矿的钠长碳酸质角砾岩是秦岭钠长角砾岩带中典型的含金热液角砾岩，是一种特殊的构造岩石单元，对区域成岩成矿具有重要的指示意义。

位于矿区中部的星红铺组是含金角砾岩的主要赋矿层位，区内构造线总体为NW向(约310°)，由一系列线状褶皱和断裂构成。矿区断裂以NWW向为主，是区内的主要控矿断裂。此外，还发育有小规模的NE向成矿后断裂[17]。

区域内岩浆活动具有多期次、多阶段、多类型的特点。研究发现区内含矿脉体有碳酸岩脉、含铁白云岩脉、石英脉3种，且均存在含矿和不含矿岩脉，矿区存在疑似火成碳酸岩体，可能为其矿源[1]。区内的花岗质杂岩体均以基底变质岩系为源岩，经混合岩化-花岗岩化作用在碰撞条件下再深熔、再重熔、再侵位，对周边金矿的形成具有重要作用。西坝岩体是矿区内出露的一个主要岩浆岩侵入体，为多期岩浆活动的结果，早期形成的石英二长闪长岩和晚期形成的二长花岗岩均为印支期产物，形成于双王金矿之前，此外区内也可见一些燕山期的小规模花岗斑岩脉和煌斑岩脉。

前人已对双王金矿及相关岩体进行了年代学研究[16-20]，后期切穿角砾岩的煌斑岩脉的锆石U-Pb测年结果将角砾岩的成岩年龄上限定为(214±2.7) Ma[19]。双王金矿的钠长角砾岩中获得的最年轻锆石U-Pb同位素年龄为280.1～277.5 Ma[18]，指示了隐爆角砾岩形成时间的下限。双王金矿的钠长角砾岩为异时异相同位叠加，是具有多期次、多阶段叠加成岩成矿特征的热液角砾岩构造系统。双王金矿角砾岩体与基性岩墙的空间关系以及岩体测年数据表明，双王金矿的成矿时代为印支期[20]。

2 凤太矿集区典型金矿地质特征对比

凤太矿集区内3个典型金矿的地质特征见表1。凤太矿集区处于华北板块和扬子板块结合部位，商丹缝合带从其南部穿过，其主体位于北秦岭活动陆缘，南部少部分位于商丹蛇绿混杂岩带、中秦岭弧前海槽和南秦岭陆缘海盆二级构造单元。庞家河金矿产于商丹板块对接带，八卦庙金矿、双王金矿产于南秦岭边缘海盆区。

庞家河金矿含矿地层为下古生界罗汉寺岩群，八卦庙金矿、双王金矿含矿地层为上泥盆统星红铺组。3个金矿的含金建造为浅变质碎屑岩建造和细碎屑(热水)沉积建造，产于石炭系及更老的地层中，以泥盆系为主。

凤太矿集区各金矿的成矿元素组合相似，主要由于矿质沉淀机制的不同导致矿化的表现形式有所区别。3个金矿均为多期次、多阶段成矿，伴随早印支期造山变质变形作用的进行，研究区形成一系列NWW向韧-脆性变形带，为成矿提供了有利的运移和沉淀空间。在由同造山向造山后构造环境转变的过程中，局部的伸展应力活化了早期韧-脆性变形带，这样成矿流体会间歇周期性地涌入活动构造内，交代早期存在的脉岩及沉积物，或直接沉积在构造带内的石英或角砾中。

凤太矿集区的金属资源以金、锌、铅为主，铜次之，并有少量铁、镍、钨、锑等，铅锌矿和金矿多呈线状分布在褶皱核部滑脱空间或核部断裂。凤太矿集区的金矿与铅锌矿在空间分布上有所不同，喷流沉积型铅锌矿多位于中泥盆统古道岭组顶部灰岩及上泥盆统星红铺组千枚岩的界面处，受背斜控制，常有金伴生； 金矿多产于上泥盆统星红铺组底部靠上的位置。

表1 凤太矿集区典型金矿床矿床地质特征对比Tab.1 Comparison of geological characteristics of typical gold deposits in Fengtai ore concentration area

3 凤太矿集区典型金矿成矿流体特征

3.1 流体包裹体特征

庞家河金矿、八卦庙金矿和双王金矿的成矿流体特征见表2。

庞家河金矿的成矿流体具有中低温、中低盐度的特征，从成矿早期到成矿晚期，成矿温度逐渐降低。总体上，从成矿前到成矿后流体包裹体均一温度的变化表明随着构造变形演化，流体温度逐渐降低。流体盐度在成矿前较高，在成矿期第Ⅰ阶段显著降低，并在成矿期第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段逐渐升高，在成矿后再次降低，表明在成矿早期和成矿后可能存在流体混合，导致流体盐度显著变化； 各成矿阶段的流体压力随构造演化呈现出逐渐降低的趋势，相对应构造发育部位的深度逐渐减小[8]。

八卦庙金矿的4个成矿阶段皆发育富CO2包裹体，且具有低盐度-高盐度的变化系列。除此之外，成矿流体中的CH4和N2含量较高，在主成矿阶段的石英中也发现了富含子矿物的高盐度流体包裹体，表明八卦庙金矿成矿溶液的盐度变化范围较大，可能是因为成矿流体早期捕获的典型造山型低盐度、富CO2变质热液流体受到了岩浆热液的混合作用，并随着成矿作用的不断进行，在强烈的围岩蚀变过程中，有沉积体系流体的加入导致[12]。

双王金矿中流体包裹体的均一温度变化范围较大，换算的成矿压力变化范围也较大(表2)[20-22]，存在异常高压，这与宏观的角砾构造相吻合，可能此种高压流体的存在产生了角砾构造。矿区流体具有中低温度、低盐度、中低密度、中高压力等物理性质。较高的CO2含量指示了流体的深源特征。

表2 凤太矿集区金矿成矿流体T-ω-ρ-P-H参数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

通过分析H-O同位素数据[8,11,12,17,25-27]发现，庞家河金矿的成矿流体有从早期阶段的岩浆水、变质水向晚期阶段的大气降水演化的显著特征(图3(a))； 八卦庙金矿成矿流体的δ18O和δD值变化范围较大，4个成矿阶段的H-O同位素数据投点均落在岩浆水或变质水范围，成矿流体混源特征明显，反映了成矿流体的多来源和多成因特征(图3(b))； 双王金矿成矿流体特征变化显著(图3(c))，早期阶段数据点靠近高岭石风化线，主成矿阶段以变质水-岩浆水混源为主，晚期有大气降水参与，反映了多来源的流体特征。

(a) 庞家河金矿H-O同位素 (b) 八卦庙金矿H-O同位素 (c) 双王金矿H-O同位素

PJH.庞家河金矿； BGM.八卦庙金矿； SW.双王金矿； SMOW.标准平均大洋水; Ⅰ～Ⅳ.成矿阶段。

图3 凤太矿集区典型金矿H-O同位素投图[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]

庞家河金矿的S同位素低值端与矿区花岗岩中硫化物值相当，具有岩浆起源的特征[8,28]，说明地壳流体与深源高温地幔流体的混合作用是庞家河金矿成矿的主要机理。根据Heofs的理论[29]，重S同位素富集显示了壳源S同位素的组成特征，说明庞家河金矿的成矿物质主要来自赋矿围岩的泥盆系，而成矿过程中的S主要来自介质水对地层的淋滤作用； 八卦庙金矿不同成矿期的硫化物[9,12,24,30]总体显示出重S同位素相对富集、离散程度相对较大的特征，表明矿石中的S来自深源及壳源S，同时围岩整体的S同位素值与西坝岩体的S同位素值在范围上有所重叠，指示成矿体系中S的来源具有多源性，成矿过程中热液流体的物理化学条件可能发生了一定变化； 双王金矿中的S可能来自于地层中和岩浆中S的混合[17,20,23,31]。

4 金成矿规律与找矿模型

凤太矿集区金矿矿化类型多样，有角砾岩型(双王金矿)、蚀变岩型(庞家河金矿与八卦庙金矿)、石英脉型(左家庄金矿与龙王沟金矿)以及蚀变岩型-石英脉型的过渡类型(马蹄沟金矿)，但是金矿成矿流体的性质和来源以及成矿物质的来源具有统一性，成矿深度较浅的金矿大气降水参与的程度较高(如庞家河金矿)，而成矿深度较深的金矿则具有更多的变质流体和岩浆热液属性(如双王金矿)。

通过总结3个金矿的成矿流体T-ω-ρ-P-H参数，可以看出其成矿物理化学条件之间存在差异(表2)： 庞家河金矿为中低温-低盐度-低密度-中浅成环境； 八卦庙金矿为中高温-富CO2-中高盐度-中深成环境； 双王金矿为中高温-富CO2-中低盐度-中高压-中深成环境。庞家河金矿可划分为沉积岩控矿受地层和岩浆作用共同影响的造山型金矿。八卦庙金矿的地质、地球化学特征与浅成造山型金矿具有一定的相似性。双王金矿严格受控于角砾岩带的角砾岩体，多期次的热液活动也主要叠加于角砾岩体之上，双王金矿的钠长岩由于高温高压环境，当压力释放，混合热液流体上升导致温度下降，从而交代围岩并充填裂隙，在适宜的物理化学条件下发生金的沉淀，可划分为构造热液型金矿床。凤太矿集区内的庞家河金矿、八卦庙金矿、双王金矿变质流体特征显著，均与造山型金矿有相似特征。

从区域上看，矿集区内金成矿规律在时间上形成于与碰撞造山作用同步的印支晚期—燕山早期，以印支晚期为主(图4)； 在空间上与区内韧-脆性断裂带、NE向断层(密集片理化带)叠加有关，总体呈NW向。凤太矿集区金矿的成矿是由地层中的Au元素预先富集，印支期(主成矿期)的构造热事件作用以及由此产生的岩浆热液、变质热液、地下水共同作用成矿，在燕山期热液叠加改造作用使Au元素再富集(图4)。区内金矿为多期次、多阶段成矿，受印支造山期主成矿作用影响显著。

图4 凤太矿集区金矿找矿模型Fig.4 Gold prospecting model of Fengtai ore concentration area

5 结论

(1)凤太矿集区金矿的矿化类型多样，但其成矿流体的性质和来源、成矿物质的来源具有统一性，成矿深度较浅的金矿大气降水参与程度较高，而成矿深度较深的金矿则具有更多的变质流体和岩浆热液属性。

(2)庞家河金矿为中低温-低盐度-低密度-中浅成环境，八卦庙金矿为中高温-富CO2-中高盐度-中深成环境，双王金矿为中高温-富CO2-中低盐度-中高压-中深成环境。庞家河金矿、八卦庙金矿和双王金矿变质流体的特征显著，均与造山型金矿有相似特征。

(3)矿集区内金矿成矿过程具多期次、多阶段以及印支造山期主成矿作用明显的特征。时间上，金成矿形成于与碰撞造山作用同步的印支晚期—燕山早期，以印支晚期为主； 空间上，金成矿与区内韧-脆性断裂带、NE向断裂(密集片理化带)叠加有关，总体呈NW向。凤太矿集区金的成矿是由地层中的Au元素预先富集，印支期(主成矿期)的构造热事件作用产生的岩浆热液、变质热液、地下水共同作用成矿，在燕山期热液叠加改造作用使Au元素再富集。