北秦嶺成礦帶東段紅石寨鐵銅鉛多金屬礦礦床成因與動力學背景研究

秦戰營

（1.河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016）

秦嶺成礦帶夾持于華北克拉通與揚子板塊之間[1-2]，先后經歷多期強烈的構造演化事件[3-5]，如大陸地殼早期演化、超大陸裂解及洋陸演化、碰撞后板內伸展及陸內造山等，形成現今的構造格局，是我國金、鉬、鉛鋅、鐵等金屬礦產的優勢礦產資源區之一[6-9]。該成礦帶內其復雜性與特殊性備受地學界廣泛關注，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]，區內成礦條件有利，基礎研究及地質勘查工作程度較高。1954年，利用礦化露頭進行了揭露，初步判斷該礦為裂隙充填型礦床；1970—1977年，發現了桑樹坪銅、鉛、鋅礦。20世紀90年代，查明銅+鉛+鋅（C+D+E）金屬量12萬t；21世紀初，在紅石寨礦區發現鉛礦體，并發現了鐵礦體和銅鋅礦體。通過深入研究紅石寨礦床地質特征并探討其成礦地球動力學背景，為北秦嶺成礦帶復雜性與“非典型”性特征研究拓展新空間。

1 區域地質礦產概況

區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最主要的巖石—地層—構造單元，主要以古生代變質巖為主。寬坪群位于區域北東側，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烈擠壓作用的改造，本區加里東期古火山地層常出現近東西走向的緊閉倒轉褶皺及柔流褶皺。研究區位于紅石寨—青山緊閉向斜構造東南端，其核部為二郎坪群大廟組，兩翼地層為二郎坪群火神廟組。在區域圖內，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造的東南翼于上述2期巖體交匯處。沿著軸線方向，發育多條剪切帶。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至轉折端處順地層發生彎曲；F2剪切帶位于紅石寨—青山緊閉向斜的北東翼，是區內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，是區內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。

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

研究區屬于華北地臺南緣秦嶺成礦帶，礦產資源豐富。主要金屬礦產有銀、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。主要非金屬礦產有重晶石、大理石、石墨、矽線石礦等。

圖1 研究區區域地質礦產示意Fig.1 Regional geological and mineral map of the study area

2 礦區地質特征

2.1 地質特征

礦區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巖、角斑巖、石英角斑巖，各巖層均沿走向發生弧形彎曲，均突出向東南方向，構成紅石寨—青山緊閉向斜的西南端。南部發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中北部，呈串珠狀，近東西向，與地產走向大體一致，由東至西，共圈定出磁異常4個，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號磁異常（圖2）。①Ⅰ號磁異常：近似規則橢圓狀，長軸近似東西，約280 m，短軸近似南北，約110 m；向東未封閉（超出礦區范圍）；極大值為2 030 nT。②Ⅱ磁異常：由3個高值異常組成，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范圍，極大值為2 200 nT。④Ⅳ號磁異常：呈駝峰狀，由3個高值異常組成，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 礦區地質物探綜合示意Fig.2 Comprehensive geological and geophysical map of the mining area

運用切線法進行估算分析，計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模相對較大磁性體的綜合體現；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。各個次級異常中心具有相對獨立性，但總體為一個帶狀異常。對應的磁性體向北陡傾。其分布范圍與細碧巖地層及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，產狀170°∠65°～82°，頂端埋深0 （采礦區外）～8 m，寬10～20 m。

該區激電異常最低值為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。研究區整體激電異常呈現弧形，與地產走向基本一致，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 礦床地質特征

3.1 礦體規模、形態、產狀

（1）Pb1號礦體。礦體位于紅石寨西約150 m處，礦體賦存標高+355～+290 m，埋深0～65 m，呈透鏡狀產出，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，礦體賦存標高+345～+220 m，埋深為0～125 m，呈透鏡狀產出，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東側伏，礦體呈長條狀產出，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東岸出露外，其他地段都隱伏在大石河河床、河漫灘和階地之下，礦體賦存標高+13.98～+217.07 m，埋深0～13.94 m。礦體呈似層狀產出，走向近東西，傾向350°～354°，傾角60°～80°，平均產狀352°∠71°。厚度1.92～20.09 m，平均厚12.52m，厚度變化系數為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27%，mFe品位變化系數34%。

3.2 礦石質量

（1）鉛礦石。紅石寨礦區內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象。在氧化作用較弱時，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 礦石化學成分

（1）鉛礦石。根據礦石光譜分析結果可知，礦石的化學成分主要由除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，未達到伴生綜合利用要求；另據鉛礦石多元素分析，Au、Ag、Cu、Zn等元素均未達到伴生綜合利用要求。

（2）鐵礦石。根據礦石光譜分析結果可知，分析元素30種，除成礦主元素Fe外，其他元素達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，但其含量未達到可利用指標。

3.4 礦石結構、構造

（1）礦區鉛礦石結構常見自形晶結構、半自形晶結構、交代殘余結構、固融體分離結構等；鐵礦石結構主要為半自形—他形細粒狀結構、粒柱狀變晶結構。

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

（3）銅鋅礦多呈半自形粒狀結構，塊狀構造，稠密浸染狀構造、星點狀構造。

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巖、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，構成礦化圍巖的特征蝕變，自蝕變帶中心向兩側蝕變逐漸減弱。

礦體夾石的巖性主要為石英角斑凝灰巖、石英角斑巖及少量構造角礫巖及石英脈，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巖。

4 礦床成因與地球動力學背景

4.1 鉛礦的成因和找礦標志

根據礦床產出環境與基本地質特征可知，礦體呈北北東向斷續脈狀切割石英角斑巖和石英角斑凝灰巖地層褶皺，表明成礦時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張性小斷裂控制。礦石鉛、硫同位素組成具有深源特點，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。

找礦標志：①北北東向張性斷裂；②重晶石化帶標志，銅鉛鋅礦產出于重晶石化帶內，是找礦的直接標志；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志。

4.2 鐵礦的成因和找礦標志

鐵礦體受火山巖地層控制明顯，多呈層狀、似層狀產出，產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中心附近。礦石鐵、硫同位素組成具有深源特點，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出于海相火山巖系中的受變質火山熱液沉積型鐵礦床。

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

4.3 銅鋅礦的成因與找礦標志

該區銅鋅礦化體基本呈層狀、似層狀產出于火山巖地層內，其產狀變化與火山巖地層保持一致，礦化體產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。

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

4.4 地球動力學背景研究

礦區內構造變形作用十分復雜，分為以下3類。

（1）加里東期古火山構造。本期內，由于地殼的強烈拉伸作用，出現大量古火山活動中心及古火山構造。這些古火山活動中心代表了當時的古地熱和古成礦熱液活動的中心。因此，在其附近常易于形成海底火山熱液沉積礦床。在本礦區存在有古火山構造和古火山活動中心，如老胡家、紅石寨等都有可能存在古火山活動中心。這些古火山活動中心附近常出現火山角礫巖、火山集塊巖以及一些淺成侵入巖，如鈉長巖、輝綠玢巖等。古火山構造是影響礦區內銅鉛鋅成礦的最主要構造類型之一。

（2）緊閉倒轉褶皺。由于受印支期近南北向強烈擠壓作用的改造，該區加里東期古火山地層常出現近東西走向的緊閉倒轉褶皺及柔流褶皺。這種強烈的褶皺作用可以使火山巖層發生變質變形，也可以使最初出現的海底火山熱液沉積礦床進一步變富，同時使原始礦層被拉斷，隨地層一起褶皺變形，從而在褶皺樞紐轉折端、虛脫部位形成富礦體和富礦段。從實際情況來看，該區鉛礦體都產于這些構造部位。

（3）成礦期后斷裂。成礦期后斷裂常破壞鉛礦體的連續性，造成礦體的錯斷、位移。在該礦區，成礦期后斷裂構造規模較小。地質填圖發現，礦區內成礦期后斷裂構造走向可分為3組：①北東向斷裂組。屬壓扭性斷層，傾向121°～124°，傾角為50°～70°。規模較大延伸穩定，長度250～500 m，寬1.1～1.5 m，沿走向呈舒緩波狀。發育強烈硅化、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，規模一般較小，成群平行產出。表現為強硅化，較強褐鐵礦化蝕變的碎裂巖。該組斷裂構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，該組斷裂構造在礦區很少出露。如F4北西向斷裂就切割破壞了1號銅鋅礦化帶，使之產生錯位。

5 結論

（1）紅石寨鐵銅鉛多金屬礦形成的地球動力學背景為加里東期地殼的強烈拉伸作用，同時伴隨的海相火山噴發作用提供了大量鐵銅鉛鋅等金屬成礦物質來源，從而形成海底火山熱液沉積鐵礦、銅、鉛鋅礦床等。印支期近南北向強烈擠壓作用對地層和礦體者發生了改造和破壞，地層形成緊閉倒轉褶皺。鉛礦體被破壞，甚至發生元素遷移，在張性裂縫中形成熱充填型的鉛鋅礦。目前發現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巖、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志。