北秦岭成矿带东段红石寨铁铜铅多金属矿矿床成因与动力学背景研究

秦战营

（1.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016；2.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016）

秦岭成矿带夹持于华北克拉通与扬子板块之间[1-2]，先后经历多期强烈的构造演化事件[3-5]，如大陆地壳早期演化、超大陆裂解及洋陆演化、碰撞后板内伸展及陆内造山等，形成现今的构造格局，是我国金、钼、铅锌、铁等金属矿产的优势矿产资源区之一[6-9]。该成矿带内其复杂性与特殊性备受地学界广泛关注，成果颇丰[10-17]。

河南省南召县红石寨铅矿位于北秦岭成矿带东段[18]，区内成矿条件有利，基础研究及地质勘查工作程度较高。1954年，利用矿化露头进行了揭露，初步判断该矿为裂隙充填型矿床；1970—1977年，发现了桑树坪铜、铅、锌矿。20世纪90年代，查明铜+铅+锌（C+D+E）金属量12万t；21世纪初，在红石寨矿区发现铅矿体，并发现了铁矿体和铜锌矿体。通过深入研究红石寨矿床地质特征并探讨其成矿地球动力学背景，为北秦岭成矿带复杂性与“非典型”性特征研究拓展新空间。

1 区域地质矿产概况

区域出露地层有元古界宽坪群、下古生界二郎坪群及三叠系太山庙组。其中，下古生界二郎坪群是该区最主要的岩石—地层—构造单元，主要以古生代变质岩为主。宽坪群位于区域北东侧，自下而上划分为铁匠炉组和甘罗沟组。

受印支期近南北向强烈挤压作用的改造，本区加里东期古火山地层常出现近东西走向的紧闭倒转褶皱及柔流褶皱。研究区位于红石寨—青山紧闭向斜构造东南端，其核部为二郎坪群大庙组，两翼地层为二郎坪群火神庙组。在区域图内，红石寨—青山紧闭向斜长约20 km，宽约7 km，夹持于华里西期花岗岩体与加里东期石英闪长岩体之间。褶皱走向NWW约335°，红石寨铁铜铅多金属矿矿床位于该褶皱构造的东南翼于上述2期岩体交汇处。沿着轴线方向，发育多条剪切带。其中，以朱夏剪切带和瓦乔剪切带是最为主要的控岩控矿构造，主要有3条次级剪切带，分别为F1、F2、F3。F1剪切带位于红石寨—青山紧闭向斜的西南翼，切割火神庙组与大庙组，长约20 km，走向NW至转折端处顺地层发生弯曲；F2剪切带位于红石寨—青山紧闭向斜的北东翼，是区内火神庙组与大庙组的分界线，长约10 km；F3剪切带位于红石寨—青山紧闭向斜的北东翼，是区内火神庙组与华里西期花岗岩体的分界线，长约15 km。此外，还有1条平行于轴线方向的F4断层，如图1所示。

区内中北部发育有加里东期石英闪长岩体，图幅内出露面积约220 km2，成岩年龄多在400～500 Ma。南部发育华里西期花岗岩体，图幅内出露面积约120 km2，成岩年龄多在340～350 Ma[19]。

研究区属于华北地台南缘秦岭成矿带，矿产资源丰富。主要金属矿产有银、金、铜、铅矿等。主要矿床类型有斑岩型铜（银）矿，破碎带蚀变岩型银金多金属矿，块状硫化物型铜铅锌矿，如水洞岭铅锌矿床等，韧性剪切带型金矿，如小东庄金矿等。主要非金属矿产有重晶石、大理石、石墨、矽线石矿等。

图1 研究区区域地质矿产示意Fig.1 Regional geological and mineral map of the study area

2 矿区地质特征

2.1 地质特征

矿区中南部被第四系覆盖，岩性为黏土、砂、砾石。北部为二郎坪群火神庙组，自西向东，依次出露有石英角斑凝灰岩、角斑岩、石英角斑岩，各岩层均沿走向发生弧形弯曲，均突出向东南方向，构成红石寨—青山紧闭向斜的西南端。南部发育华里西期花岗岩体，多覆盖，如图2所示。

2.2 地球物理特征

磁异常主要分布在研究区中北部，呈串珠状，近东西向，与地产走向大体一致，由东至西，共圈定出磁异常4个，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号磁异常（图2）。①Ⅰ号磁异常：近似规则椭圆状，长轴近似东西，约280 m，短轴近似南北，约110 m；向东未封闭（超出矿区范围）；极大值为2 030 nT。②Ⅱ磁异常：由3个高值异常组成，呈牛轭状凸起向北，长约290 m，宽约110 m；极大值为2 160 nT。③Ⅲ磁异常：呈豆荚状，长轴北东向长约500m，短轴南西向长约180m；部分磁异常超出矿区范围，极大值为2 200 nT。④Ⅳ号磁异常：呈驼峰状，由3个高值异常组成，长轴近东西向长约400 m，短轴近南北向长约180 m，极大值为1 600 nT。

图2 矿区地质物探综合示意Fig.2 Comprehensive geological and geophysical map of the mining area

运用切线法进行估算分析，计算其顶板理论埋深约10 m。综合分析可知，可能为地表及近地表的局部磁性体及深部的规模相对较大磁性体的综合体现；通过半定量分析地表及近地表的局部磁性体磁性体其顶板埋深约35 m，深部的磁性体埋深约180 m。各个次级异常中心具有相对独立性，但总体为一个带状异常。对应的磁性体向北陡倾。其分布范围与细碧岩地层及Fe2铁矿化带的展布相吻合。推测磁性体特征：铁矿体长1 000 m，延深大于300 m，产状170°∠65°～82°，顶端埋深0 （采矿区外）～8 m，宽10～20 m。

该区激电异常最低值为1.66%，最高值7.76%。激电异常背景值约3%，以4.5%为界划定异常。南部4个次级局部异常串珠状呈弧形分布，凸向东南、北部异常呈弧形条带状向东北突出。南部异常长轴北东向，长约14 km，最宽处约5 km。北部异常长轴北西向，长约15 km，最宽处约4 km。研究区整体激电异常呈现弧形，与地产走向基本一致，推测为隐伏极化体局部硫化物富集所至。南部异常梯度较大，推测为隐伏极化体局部硫化物富集所至。

3 矿床地质特征

3.1 矿体规模、形态、产状

（1）Pb1号矿体。矿体位于红石寨西约150 m处，矿体赋存标高+355～+290 m，埋深0～65 m，呈透镜状产出，走向北东22°～31°，倾向SE，倾角62°～67°。矿体地表长度为125.3 m，矿体厚度0.71～1.71 m，平均厚1.18 m，厚度变化系数为32%。单样铅最低品位1.11×10-2，最高11.27×10-2，平均品位5.19×10-2，变化系数57%。

（2）Pb2号矿体。矿体位于红石寨南西约280 m处西山坡，矿体赋存标高+345～+220 m，埋深为0～125 m，呈透镜状产出，走向北东20°～32°，倾向SE，倾角61°～65°。矿体在地表长度为128.6 m，矿体厚度0.50～1.65 m，平均厚1.00 m，厚度变化系数为23%。单样铅最低品位2.27×10-2，最高17.29×10-2，平均品位6.18×10-2，变化系数54%。

（3）CuZn1号矿体。矿体位于红石寨南西约380 m处西山脊处，埋深6～27 m。矿体向SE东侧伏，矿体呈长条状产出，倾向7°，倾角上陡下缓，上部75°，下部31°，平均倾角47°。矿体长度为46 m，斜宽134 m，矿体真厚度1.52～2.05 m，平均厚1.78 m，Cu单样品位0.25×10-2～0.77×10-2，平均0.27×10-2，Zn单样品位0.52×10-2～2.34×10-2，平均0.67×10-2。

（4）Fe1-Ⅰ号矿体。该矿体位于北坡村北东100～600 m处，埋深0～59 m，呈透镜状产出，走向北东47°～53°，倾向SE，倾角54°～63°，地表出露长度120.3 m。矿体厚度6.21～10.67 m，平均厚8.36 m，厚度变化系数为52%。单样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，品位变化系数38%。

（5）Fe2-Ⅰ矿体。矿体位于桑树坪村东桥东头—北坡村东一带，该矿体除在矿体东边界处大石河东岸出露外，其他地段都隐伏在大石河河床、河漫滩和阶地之下，矿体赋存标高+13.98～+217.07 m，埋深0～13.94 m。矿体呈似层状产出，走向近东西，倾向350°～354°，倾角60°～80°，平均产状352°∠71°。厚度1.92～20.09 m，平均厚12.52m，厚度变化系数为42%。单样TFe最低品位20.10×10-2，最高50.44×10-2，平均32.67×10-2；单样mFe最低品位15.18×10-2，最高46.14×10-2，平均25.32×10-2。TFe品位变化系数27%，mFe品位变化系数34%。

3.2 矿石质量

（1）铅矿石。红石寨矿区内铅矿石主要金属矿物：方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿等，脉石矿物常见有重晶石、绢云母、石英及少量黑云母、角闪石等。其中，褐铁矿为次生的金属硫化物，呈他形粒状存在于矿石中，见有褐铁矿交代溶蚀黄铁矿的现象。在氧化作用较弱时，可见黄铁矿的骸晶残留。

（2）铁矿石。矿石矿物成分简单，金属矿物主要以磁铁矿为主，其次为赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿等；非金属矿物主要有石榴石、透辉石、透闪石、阳起石、绿帘石、绿泥石、石英、化石、绢云母及碳酸盐矿物。

（3）铜锌矿石。矿石矿物成分主要闪锌矿、黄铜矿，其次为少量的黄铁矿、方铅矿等，脉石矿物以重晶石、石英及少量黑云母、方解石等。

3.3 矿石化学成分

（1）铅矿石。根据矿石光谱分析结果可知，矿石的化学成分主要由除O（未检测）外的24种元素组成。其中，成岩元素以Al、Fe、Si为主，成矿元素主要为Pb。而Au、Ag、Cu、Zn等元素在矿石中含量均不高，未达到伴生综合利用要求；另据铅矿石多元素分析，Au、Ag、Cu、Zn等元素均未达到伴生综合利用要求。

（2）铁矿石。根据矿石光谱分析结果可知，分析元素30种，除成矿主元素Fe外，其他元素达不到伴生综合利用要求。

（3）铜锌矿石。矿石主要成矿元素为Cu、Zn，另有少量Cu、Ag等元素，但其含量未达到可利用指标。

3.4 矿石结构、构造

（1）矿区铅矿石结构常见自形晶结构、半自形晶结构、交代残余结构、固融体分离结构等；铁矿石结构主要为半自形—他形细粒状结构、粒柱状变晶结构。

（2）铅矿石构造常见块状构造、稠密浸染状构造、细脉浸染状构造和星点状构造，局部也可见到角砾状构造；铁矿石为条带、条纹、浸染状构造、片理状构造。

（3）铜锌矿多呈半自形粒状结构，块状构造，稠密浸染状构造、星点状构造。

3.5 围岩蚀变

铅矿体的赋矿围岩主要为二郎坪群火神庙组石英角斑凝灰岩、石英角斑岩等。

近矿围岩蚀变主要有重晶石化、硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化等，蚀变宽度5～10 m。通常几种蚀变叠加在一起，构成矿化围岩的特征蚀变，自蚀变带中心向两侧蚀变逐渐减弱。

矿体夹石的岩性主要为石英角斑凝灰岩、石英角斑岩及少量构造角砾岩及石英脉，长度一般不超过5 m，厚度多在0.3 m以下。矿体上部夹石较少，向深部有所增加。

铁矿体直接围岩多为铁矿化辉绿岩，间接围岩为石英角斑凝灰岩。

4 矿床成因与地球动力学背景

4.1 铅矿的成因和找矿标志

根据矿床产出环境与基本地质特征可知，矿体呈北北东向断续脉状切割石英角斑岩和石英角斑凝灰岩地层褶皱，表明成矿时间晚于郎坪群火神庙组海相火山岩系，矿体的形成明显受到地层褶皱过程中形成的一系列断续张性小断裂控制。矿石铅、硫同位素组成具有深源特点，成矿流体氢氧同位素组成具有岩浆热液的基本特征。因此，红石寨铅矿床为受北北东向张性断裂控制的热液填充型铅矿床。

找矿标志：①北北东向张性断裂；②重晶石化带标志，铜铅锌矿产出于重晶石化带内，是找矿的直接标志；③铁帽，共生矿物黄铁矿氧化形成的褐色淋滤铁染带、赤铁矿形成的棕红色氧化带是重要的直接找矿标志。

4.2 铁矿的成因和找矿标志

铁矿体受火山岩地层控制明显，多呈层状、似层状产出，产状变化与火山岩地层变化一致。铁矿体附近存在大量火山角砾岩、火山集块岩、次火山岩等近火山口相的火山岩石，说明矿床形成于古火山活动中心附近。矿石铁、硫同位素组成具有深源特点，成矿流体氢氧同位素组成具有岩浆热液的基本特征。以上特征充分说明红石寨铁矿床为一产出于海相火山岩系中的受变质火山热液沉积型铁矿床。

找矿标志：①地层标志，二郎坪群火神庙组（变）细碧岩建造是寻找该类铁矿的先决条件；②地球物理标志：磁异常是直接找矿标志。

4.3 铜锌矿的成因与找矿标志

该区铜锌矿化体基本呈层状、似层状产出于火山岩地层内，其产状变化与火山岩地层保持一致，矿化体产状与围岩蚀变特征与铁矿体特征基本相似，表明铜锌矿化体与铁矿体成因一致，为火山热液沉积型铜锌矿床。

找矿标志：①作为围岩的重晶石化石英角斑凝灰岩是直接找矿标志；②极化率异常范围与矿化体分布范围基本一致，可作为间接找矿标志。

4.4 地球动力学背景研究

矿区内构造变形作用十分复杂，分为以下3类。

（1）加里东期古火山构造。本期内，由于地壳的强烈拉伸作用，出现大量古火山活动中心及古火山构造。这些古火山活动中心代表了当时的古地热和古成矿热液活动的中心。因此，在其附近常易于形成海底火山热液沉积矿床。在本矿区存在有古火山构造和古火山活动中心，如老胡家、红石寨等都有可能存在古火山活动中心。这些古火山活动中心附近常出现火山角砾岩、火山集块岩以及一些浅成侵入岩，如钠长岩、辉绿玢岩等。古火山构造是影响矿区内铜铅锌成矿的最主要构造类型之一。

（2）紧闭倒转褶皱。由于受印支期近南北向强烈挤压作用的改造，该区加里东期古火山地层常出现近东西走向的紧闭倒转褶皱及柔流褶皱。这种强烈的褶皱作用可以使火山岩层发生变质变形，也可以使最初出现的海底火山热液沉积矿床进一步变富，同时使原始矿层被拉断，随地层一起褶皱变形，从而在褶皱枢纽转折端、虚脱部位形成富矿体和富矿段。从实际情况来看，该区铅矿体都产于这些构造部位。

（3）成矿期后断裂。成矿期后断裂常破坏铅矿体的连续性，造成矿体的错断、位移。在该矿区，成矿期后断裂构造规模较小。地质填图发现，矿区内成矿期后断裂构造走向可分为3组：①北东向断裂组。属压扭性断层，倾向121°～124°，倾角为50°～70°。规模较大延伸稳定，长度250～500 m，宽1.1～1.5 m，沿走向呈舒缓波状。发育强烈硅化、黄铁矿化，伴随次生褐铁矿化。②近南北向断裂组。属张扭性断层，倾向东，倾角60°左右，规模一般较小，成群平行产出。表现为强硅化，较强褐铁矿化蚀变的碎裂岩。该组断裂构造主要在坑道中出露，地表偶有出露。③北西向断裂组。主要为张性断层，延伸不大，倾向北西。断裂带由棱角明显的构造角砾岩组成，角砾大小悬殊，最大粒径10～15 cm，小者0.5～1.0 cm，一般为3～5 cm，该组断裂构造在矿区很少出露。如F4北西向断裂就切割破坏了1号铜锌矿化带，使之产生错位。

5 结论

（1）红石寨铁铜铅多金属矿形成的地球动力学背景为加里东期地壳的强烈拉伸作用，同时伴随的海相火山喷发作用提供了大量铁铜铅锌等金属成矿物质来源，从而形成海底火山热液沉积铁矿、铜、铅锌矿床等。印支期近南北向强烈挤压作用对地层和矿体者发生了改造和破坏，地层形成紧闭倒转褶皱。铅矿体被破坏，甚至发生元素迁移，在张性裂缝中形成热充填型的铅锌矿。目前发现的铁矿体和铜锌矿体属于火山热液沉积型块状硫化物矿床类型。

（2）二郎坪群火神庙组石英角斑凝灰岩、石英角斑岩，重晶石化、硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化，磁异常和极化率异常等均是重要找矿标志。