西秦嶺的隆升剝蝕歷史對金礦保存和勘探的意義

羅金濤，張寶月，李睿，馬亞軍，邱亮

西秦嶺的隆升剝蝕歷史對金礦保存和勘探的意義

羅金濤1，張寶月1，李睿1，馬亞軍1，邱亮2

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

西秦嶺地區是中國最重要的金礦集中區之一，礦床類型多樣，品位普遍較高，迄今為止已發現金礦床(點) 兩百多個，已探明黃金儲量高達千余噸。故西秦嶺地區有巨大的資源潛力,找礦經濟效益豐厚。本文以西秦嶺的隆升歷史和剝蝕深度作為研究的突破口，以其對金礦保存和探究意義的角度為切入點，采用磷灰石裂變徑跡的低溫年代學方法定量地限定西秦嶺的隆升剝蝕。為金礦成因、區域成礦規律總結和遠景成礦預測提供重要理論依據，進而指導金礦的勘探和開采。

西秦嶺；隆升剝蝕；金礦；磷灰石裂變徑跡

秦嶺造山帶位于中國中部地區，自新元古代以來，經歷了一系列繁復的地質構造作用，如超大陸裂解、洋殼俯沖、洋陸演化、揚子板塊和華北板塊共同擠壓、陸內造山等。秦嶺構造帶是復合型的造山帶，它是由不同時期，不同類型造山作用所形成的各種構造帶復合而成，具有復雜時空組合關系，成為一個強烈且復雜的獨具特征的大陸造山帶（米寶昕等，2020）。這些構造演化過程接力形成了如今的秦嶺復合型大陸造山帶（馮益民等，2003），在中國大陸的形成和演化中占有重要的地位（張國偉等，2000）。西秦嶺地區位于昆侖造山帶、秦嶺造山帶、祁連山造山帶三大構造帶的接壤部位。其主要包括：秦嶺微板塊、商丹縫合帶（圖1）、勉略縫合帶、華北板塊南緣、揚子板塊北緣（張國偉等，2001）。目前前人對西秦嶺的金礦成礦類型研究稍有分歧，但可大致分為：少數中低溫熱液型、矽卡巖型，總體上以微細浸染型（卡林型）、類卡林型、蝕變巖型、造山型為主。西秦嶺造山帶中金礦床成礦地質背景復雜、礦化類型多樣是由于西秦嶺處于古亞洲、特提斯、環太平洋三大構造動力學體系三面包圍限制的特殊格局所致，這也直接導致了諸位學者對于西秦嶺金礦成因類型認知的不一致性（劉家軍等，2019）。西秦嶺地區在逆沖推覆等構造作用的基礎上發生了強烈的花崗巖漿活動，金礦的形成與巖漿巖有著密切的關系，圍巖蝕變主要為絹云母化、矽卡巖化、鈉長石化、碳酸鹽化、黑云母化、硅化等。并因此形成了大量花崗巖基和中小型斑巖體。西秦嶺地區大小斷層林立、成礦類型多樣、地質構造頻復，這為西秦嶺金礦和其它礦床的形成提供了優良的環境。本文在大量的前人研究基礎上，運用近年來比較新穎且被廣泛應用于地球測年的磷灰石裂變徑跡法，定量地限定西秦嶺地區隆升和剝蝕，以期為西秦嶺金礦帶的成礦理論研究和礦山生產建設提供依據。

圖1 西秦嶺地區區域地質概況圖（改編自Wu et al. 2018）

A：中國地區區域簡圖

1 西秦嶺區域隆升特征

通過對數據庫中巖石樣本磷灰石裂變徑跡以及流體包裹體里所包含的數據：溫度、時代、鹽度、同位素等信息進行搜集整理并進行分析，在前人研究的基礎上提其精粹后加以補充糾正形成自己的研究認知。進而較為清晰地闡明西秦嶺的隆升歷史與剝蝕深度。

目前勘測山體隆升起止時期效果比較明顯的方法是磷灰石裂變徑跡（AFT）測年法。其是建立在鈾238（又稱貧鈾）自發裂變輻射損傷效應基礎上的一種同位素測年方法，此方法在全球范圍內得到了寬泛的學習使用（張世平等，2018）。自二十一世紀來西秦嶺新生代的隆升研究也廣泛應用此法。運用磷灰石裂變徑跡測年法可以大致梳理出秦嶺造山帶各時期發生的隆升演化（楊忠虎等，2019）。

表1 西秦嶺地區部分金礦床剝蝕冷卻數據

現如今的西秦嶺是歷經長期復雜構造運動演化的結果，可概述為三大構造隆升時期（張國偉等，1996）：

第Ⅰ階段：該地質時代分布在古太古代（Ar1）至中、新元古代（Pt2-3），克拉通基底形成[4]，此時期發生了尚不明確的早期前板塊和初始板塊構造演化，其同位素距今年齡約在3800～1800（±570）Ma。

第Ⅱ階段：該地質時代分布在新元古代（Pt3）至晚三疊世（T3），此時期發生了秦嶺主要造山期兩期板塊的構造演化，其同位素距今年齡約在1000～208Ma。

第Ⅲ階段：該地質時代分布在晚侏羅世（J3）至白堊紀（K），此時期發生了陸內構造與急劇隆升成山演化，其同位素距今年齡135（140）Ma。

2 分析方法

對于剝蝕深度和剝蝕速率的測定，根據裂變徑跡封閉溫度原理可知：裂變徑跡（潛徑跡）并不一直是穩定存在的，溫度是影響裂變徑跡穩定性的首要因素，體現為裂變徑跡隨著溫度的升高徑跡密度減少、長度變短直到全部消失。當裂變徑跡完全消失后的溫度稱為封閉溫度（Tc），一般在120℃左右。

滯后時間（△t）是碎屑物從封閉的地底層開始剝蝕直至出露地表所經歷的時間，也是最年輕組分年齡與地層年齡的差值。

現假設西秦嶺的地表平均溫度（TS）為15℃，古地溫梯度G=30℃/km，便可根據以下公式計算得出西秦嶺地區的剝蝕速率（E）。

E=（TC-TS）/G·△t

3 分析結果

西秦嶺整個地區面積廣大，很難用每個金礦點的剝蝕隆升數據去定量的分析其剝蝕深度和冷卻關系。經過對比剔除，篩選了陽山、柴家莊、新康貓這三個具有代表性且年代數據較全的金礦點進行制圖分析（圖2、圖3、圖4）。

圖2 陽山金礦冷卻—剝蝕速率圖

圖3 新康貓金礦冷卻—剝蝕速率圖

圖4 柴家莊金礦冷卻—剝蝕速率圖

表1包含了特大型金礦—陽山、大型金礦—新康貓和中型金礦—柴家莊三個金礦床的剝蝕冷卻原始數據，這三個礦床在地理位置上相距較遠，品位不一，具有代表性。表中部分加粗數據雖為非常規數據，但仍可以保留，用以完善制圖曲線。

考慮到隆升和剝蝕是廣范圍性的，故因此可以將此三個金礦床點的冷卻速率和剝蝕速率求取平均值，其在一定程度上可以默認為是整個西秦嶺地區的冷卻速率和剝蝕速率，計算得出兩者的數據分為別為12.23℃/Ma、0.4076km/Ma。

根據平均剝蝕速率可得到西秦嶺地區的剝蝕深度。圖5是西秦嶺地區32個特大、大中型金礦床礦石年代和流體包裹體溫度的分布圖，從圖中可輕松獲悉該地區成礦時代主要分布在170～220Ma，故大致計算得出研究區至今總剝蝕深度約為79.48km。

分析西秦嶺的流體包裹體數據（圖5），發現成礦年代與同期存在的溫度間基本呈正相關關系，這佐證了西秦嶺的隆升歷史可以依據磷灰石裂變徑跡測年法把溫度轉化為相對應的深度，從而進一步得知同一高程不同礦物的裂變徑跡年齡，則可得出西秦嶺在該時間段內的隆升速率。

圖5 礦石年代與包裹體溫度關系

但此測年方法受溫度和后期復雜隆升演化的限制，自身有一定的局限性。再加上學者采樣地區位置和樣品的差異，致使最后西秦嶺地區所測隆升時期及隆升速率存在比較大的誤差和不確一性，但大體上是具有統一性和指向性的。

4 西秦嶺礦床（點）勘探詳情

西秦嶺地區是中國最重要的金礦集中區之一，目前發現的包括特大型、大型、中型、小型金礦床（點）將近兩百多個，此次科學探討根據西秦嶺地區隆升與剝蝕的影響與指導選取了其中具有代表性的61個金礦床（點）進行研究。

4.1 金礦床類型

西秦嶺區域礦床類型除少數中低溫熱液型、矽卡巖型外，總體上以微細浸染型（卡林型）、類卡林型、蝕變巖型、石英脈型為主。其各自的基本特征可大致概括為：

卡林型—類卡林型金礦床：主要產于沉積巖中的碳酸鹽巖、硅質巖、粉砂巖等微細浸染型金礦床。與同時期的巖漿活動有著比較密切的關系，具有低品位、大規模分布的特點（劉家軍等，2019）。

構造蝕變巖型金礦床：其礦體主要由破碎圍巖和石英細脈、網脈、微脈構成，產出受次級脆—韌性剪切帶的控制（王冠南和劉國輝，2019）。具有蝕變性強、發育碳酸鹽化、硅化等特點（楊貴才，2019）。

石英脈型金礦床：含金黃鐵礦是西秦嶺地區的主體礦石。其具有較高的品位，但部分礦石含有比較多的金屬硫化合物（辛存林等，2019）。

矽卡巖型金礦床：矽卡巖的礦物種類繁多，礦體的形態和產狀也比較復雜，其在空間上也常呈帶狀分布，這種分帶現象在侵入帶附近尤為明顯（Zhou et al., 2019）。

中低溫熱液型金礦床：該金礦床一般在300℃左右的低溫、30MPa左右的低溫條件下形成，大氣降水是其流體的主要來源，金礦成礦與火山活動有著直接的關系，成礦作用大致穩定在火山活動晚期（張正偉，2019）。

4.2 礦床（點）點的分布

秦嶺造山帶及鄰區構造變形特征（Dong et al., 2016）為：西秦嶺上古生界三疊系蓋層沉積可細分為北部上古生界蓋層沉積和由岷縣及鳳縣斷層作用的南三疊紀蓋層沉積。上古生界北部帶主要由中泥盆統舒家壩群組成，其濁積巖成分與上古生界三疊系蓋層沉積東部三流嶺群十分相似。泥盆紀濁積巖上覆蓋著不整合的石炭紀碎屑巖，泥盆紀和石炭紀層序均被下二疊統層序所覆蓋，西部為角度不整合。南三疊統主要由中上三疊統碎屑巖沉積組成。值得注意的是，上古生界三疊系蓋層沉積以三疊紀花崗巖類為特征，主要侵入上古生界三疊系蓋層沉積的上古生界地層。

圖6 秦嶺造山帶及鄰區構造變形特征與礦床（點）分布地質圖（底圖引自Dong et al., 2016）

在金礦（床）點分布方面，按照已探明儲量的大小將其分為特大型金礦（≥100t）、大型金礦（20～100t）、中型金礦（5～20t）、小型金礦（1～5t）。從金礦的精確投圖來看（圖6），西秦嶺地區除少部分金礦床構造成因為褶皺外，其余絕大部分為斷裂成因。斷裂為金礦的形成聚集提供了絕佳的條件。

4.3 礦床（點）的品位

根據西秦嶺地區金礦的賦存狀態，可將西秦嶺的金礦床劃分為巖金礦和砂金礦兩種類型。其中巖金礦按礦石氧化程度可分為原生礦及氧化礦，西秦嶺地區金礦主要為這兩種類型。除此之外，在秦嶺地帶不多產的砂金礦包括南方和北方金礦，工業品位在0.15 g/m3浮動，邊界品位則在0.05 g/m3左右。

4.4 已探明儲量

經過多位前人對西秦嶺區域各礦床的勘探，在目前和預期的當地經濟條件下，各金礦床（點）可用現有技術開采的詳細儲量如表2所示。

表2 西秦嶺地區礦點已探明儲量表

30巴西中型微細粒浸染型5.0315300 31小溝里中型石英脈型315000 32三洋壩中型石英脈型2.2512300 33邛莫中型微細粒浸染型4.8312000 34石雞壩中型石英脈型0.510969 35馬塢中型微細浸染型2.059314 36淋湘 中型脈狀、透鏡狀型2.55260 37謝坑中型脈型、浸染型8.55000 38雙朋西中型矽卡巖型105000 39西安河中型蝕變巖型1.635000 40老豆中型構造破碎蝕變巖型5.865000 41拉不在中型脈型、構造蝕變型1.355000 42口頭壩中型石英脈型2.55000 43安家岔中型石英脈型3.25000 44三華咀中型石英脈型1.855000 45小金廠中型接觸交代型2.65000 46柴螞中型石英脈型3.55000 47辛曲中型構造蝕變巖型5.2885000 48曹家溝中型構造破碎蝕變巖型6.685000 49德烏魯小型接觸交代型6.144833 50絲毛嶺小型石英脈型1.854000 51花崖溝小型構造破碎蝕變巖型0.84000 52左家莊小型石英硫化物脈型84000 53西溝小型構造破碎蝕變巖型3.34000 54忠曲小型構造破碎蝕變巖型9.64000 55尚家溝小型碎裂蝕變巖型2.644000 56刀扎小型卡林型8.464000 57伊家坪　卡林型4.56　 58拉依溝　構造蝕變巖型3.56　 59西尕克日　構造蝕變巖型6.5　 60吉地金　構造蝕變巖型5　 61西克加　構造蝕變巖型2　

5 討論

西秦嶺地區地質構造復雜,各類金屬礦產（尤其是金礦）豐富，分布廣泛，是中國著名的金礦集中區，迄今已發現金礦床(點)兩百多個，黃金儲量高達千余噸。故西秦嶺地區有很大的資源潛力,找礦前景廣闊。傳統的找礦及采礦方法不能對金礦的潛在量和剩余量進行定量有效的數據分析。

為解決此類問題，本次研究以西秦嶺的隆升歷史和剝蝕深度為研究對象，從其對金礦保存和探究意義的角度進行研究。采用新技術與新方法，將獲得的年代學數據與前人數據對比篩選。探究其在年代更迭中的賦存狀態和含量幾何，從而排除不確定性，精確劃分金礦成礦期次。為金礦成因、區域成礦規律總結和遠景成礦預測提供重要理論依據。

通過對西秦嶺地區現有的磷灰石裂變徑跡數據的整合分析，可以較為精確的計算出該地區的剝蝕和冷卻速率，實現了定量地限定礦床的隆升剝蝕，但該方法較為新穎，目前的數據不能輻射到整個地區更早時期（新生代以前）的隆升剝蝕情況。對西秦嶺地區具有代表性的各類金礦床的品位、探明儲量、礦床類型、地理位置等數據進行翔實的匯總整理，進而投圖分析，為之后該地區的金礦勘探工作提供了支持。但相對于西秦嶺地區兩百多個大中小型金礦床點而言，此次選取的金礦床點未免有些少，這在一定程度上影響了研究的精確度和覆蓋面。

總結先輩地質工作者的研究成果是本次研究的基礎。其優點是可以納各位學者研究之所長來完善自己的研究計劃，比如研究數據、所犯錯誤、創新點等。但缺點也同樣存在，本次研究沒有實地挑選一個或多個具有代表性的礦床進行驗證性分析，致使研究成果停留在理論層面，也無法通過驗證分析修正所得出的結論。

待再次修繕此次西秦嶺地區金礦的研究后，規劃出一個可行的方案，實地去西秦嶺地區進行驗證性分析，并著重再增加不同金礦地區的測試樣本數量，豐富數據，修正研究結果。

6 研究結論

通過對西秦嶺地區的研究，我們得出以下幾點認識：

1）根據流體包裹體數據，溫度和成礦時代基本是吻合的，呈正相關關系。

2）西秦嶺地區的平均冷卻速率和平均剝蝕速率分別為12.23℃/Ma、0.4076km/Ma，從礦石形成開始剝蝕至今的總剝蝕深度約為80 km。

3）用磷灰石裂變徑跡熱年代學方法定量測定西秦嶺地區的隆升和剝蝕，對該地區的金礦成因、區域成礦規律總結和遠景成礦預測具有重要意義。

致謝：感謝中國地質大學（北京）大學生創新創業訓練計劃項目對本次科學研究的支持和耐心的培訓引導；感謝中國地質大學（北京）教務處，在項目期間解答了諸多問題；感謝中國地質大學（北京）地球科學與資源學院研究生董小宇對文章部分內容進行的校對編纂工作！

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Significance of Uplift and Denudation History in the West Qinling Mountains for Preservation and Exploration of Au Deposits

LUO Jin-tao1ZHANG Bao-yue1LI Rui1MA Ya-jun1QIU Liang2

(1-School of Energy, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083; 2-School of Geosciences and resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083)

The west Qinling area is one of the most important gold concentration areas in China. There are various types of Au deposits with high grade. So far, more than 200 Au deposits (spots) have been found, and the proven gold reserves are up to more than 1000 tons. Therefore, the west Qinling area has great Au resource potential and abundant economic benefits. This paper has a discussion on uplift history and denudation depth of the west Qinling Mountains which is of great significance to preservation and exploration of Au deposits. A new technique and method, low temperature chronology method of apatite fission track, is used for quantitatively dating the uplift and denudation of the west Qinling Mountains. It provides an important theoretical basis for the study of ore genesis, regional metallogeny and metallogenic prediction as well as exploration and mining of the Au deposits.

west Qinling; uplift; denudation; Au deposit; apatite fission track

2020-04-16

羅金濤（1999-），男，寧夏固原人，主要從事資源勘查

P 612

A

1006-0995（2021）01-0040-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.007