南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床控礦機理

常宗東，劉玉林，董君鵬，張佳峰

（寶雞西北有色七一七總隊有限公司，陜西 寶雞 721000）

0 引 言

秦嶺造山帶地處中國大陸華北、華南、青藏三大板塊匯聚的“構造結”中，是典型的多次開合、拼接與拆離復雜演化的大陸造山帶，主要經歷中元古代-早元古代華北板塊南緣和揚子板塊北緣裂谷火山活動，晚古生代秦嶺微板塊裂陷陸表海水沉積作用，顯生宙現代板塊活動機制進入秦嶺造山帶，南北大陸開始俯沖會聚［1］，早古生代南秦嶺作為華南大陸北緣的統一體接受陸源陸棚碎屑巖-碳酸鹽巖臺地沉積，晚古生代泥盆紀華南大陸與南秦嶺地塊呈“疊瓦狀”依次向北斜向俯沖，華南大陸沿勉—略—康一線在底辟上拱作用下形成東西線狀褶皺隆起；南秦嶺向華北北大陸的俯沖作用，在其北部前緣吳家山—佛坪—小磨嶺—陡嶺一帶形成不均衡的隆升帶。在南北兩大板塊的多次俯沖、開合、拼接與拆離過程中，南秦嶺北部緊鄰隆升帶之間形成了西—成、鳳—太和鎮—旬半封閉的斷陷海盆，在秦嶺盆—山轉換的造山帶形成演化并造就了南秦嶺北部成礦帶有利的地質構造環境［2-4］。張復新認為早期盆地發生、發展導致容礦與含礦建造形成，后期造山構造作用為成礦元素遷移聚集、礦床形成準備了構造通道與就位空間。

對南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床成因認識經歷了諸多階段，由早到晚依次有陜西地勘局第四地質隊提出的中低溫熱液交代礦床、楊錦源等提出的沉積層控礦床［5］、梁文藝等提出的沉積—區域變質活化熱液就地富礦［6］、楊興科等提出的海底噴溢沉積-構造動力熱液型［7-8］、諸多學者相繼提出的SEDEX、SEDEX-構造熱液改造型［9］、王義天等提出的構造-巖漿控制的后生熱液礦床、葉天竺等提出的“成礦地質體＋成礦結構面＋成礦作用標志”的三位一體成礦理論、王瑞廷等提出的構造-巖性控制的后生熱液礦床［10］。本世紀諸多學者的統一認識是南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床為構造控礦，未統一的是成礦物質來源。文中以南秦嶺北部斷陷盆地中段的典型鉛鋅礦床的控礦構造及其演化特征，分析鉛鋅礦體的形成、改造、再造規律，結合礦石S，Pb等同位素組成，探討南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床控礦機理。

1 區域地質特征

南秦嶺北部裂陷帶位于秦嶺-大別山造山帶的中西部，經歷了秦嶺早期盆地發生、發展及容礦、含礦建造的形成，后期盆-山轉換及造山活動、巖體入侵與鉛鋅改造、再造成礦的全過程，是典型的多次開合、拼接與拆離復雜演化的大陸造山帶及鉛鋅成礦區［11］。南秦嶺北部裂陷帶中段的鳳-太裂陷盆地位于揚子板塊北緣的漢臺北東向俯沖帶與秦嶺微板塊佛坪南北向隆起帶的西北緣，全面呈現鉛鋅礦床控礦構造的形成、發展、演化及礦體改造、再造特征，地層主要由中上泥盆統泥質碎屑巖和碳酸鹽巖組成，南、北分別以酒奠梁-江口（F22）、山-鳳斷裂（F12）為界，西被嘉陵江NE向斷裂所截，東被太白花崗巖吞食，近東西向的古岔河-桑園壩大型隔檔復式向斜褶皺縱貫全區，其次級背斜褶皺及斷裂構造共同控制鉛鋅礦床的分布（圖1）。

酒奠梁-江口深大斷裂（F22）、山-鳳斷裂（F12）為盆地南、北邊界控巖深大斷裂構造，次一級斷裂可分為NW-NWW，NE向2組。NW-NWW 向斷裂規模較大，具有同生斷裂性質，控制區內礦產、礦帶及巖脈帶的分布，與褶皺構造一起構成縱向控礦褶斷帶；NE向同生斷裂帶以規模相對較小的斷層或節理密集帶產出并切割NW-NWW 褶皺及斷層，NW-NWW 與NE向斷裂的交匯結點部位控制著鉛鋅等礦床的分布［12-13］（圖2）。

裂陷盆地北部、東南部分別有寶雞巖體、太白巖體及花陽巖體隔擋，盆內有西壩巖體、紅花樹坪小型花崗巖體侵入，此外，還有銅嶺溝-夾山溝花崗細晶巖脈、青崖溝鈉長巖脈、雙王鈉長角礫巖脈及閃長玢巖脈沿NW-NWW 向及NE向斷裂貫入，區內巖體、巖脈的侵入給鉛鋅成礦提供了熱動力條件［14］（圖1，圖2）。

圖1 南秦嶺北部裂陷帶地質礦產Fig.1 Geological survey in the ground fracture zone of Southern Qinling Mountains

圖2 南秦嶺北部裂陷帶對沖推覆褶皺造山帶Fig.2 Thrust nappe fold orogenic belt of ground fracture zone of Southern Qinling Mountains

2 典型鉛鋅礦床

南秦嶺北部裂陷沉積盆地的南、北部邊緣隆升翻卷部位是鉛鋅礦床集中產出部位［15-16］，共獲鉛鋅資源量約600萬t，其中，鳳縣八方山-二里河鉛鋅礦床為產于盆地北緣的典型礦床，鳳縣東塘子-鉛硐山鉛鋅礦床是產于南緣的典型礦床［17］（圖1，圖2）。

2.1 鳳縣八方山－二里河鉛鋅礦床

八方山-二里河背斜控制鳳縣八方山-二里河鉛鋅礦床展布，背斜在礦床西端八方山呈短軸穹窿隆起，灰巖出露地表，鉛鋅礦體在八方山隆起中心呈環狀產出，由隆起中心向西控礦背斜及鉛鋅礦體延長約500 m后大角度側伏并尖滅；隆起中心向東以17°側伏并穩定延長3 000 m以上。由西向東，平面上背斜逐漸緊閉，其核部古道嶺組灰巖及鉛鋅礦體也逐漸變窄，剖面上鉛鋅礦體延深變小、厚度變薄、品位變低。在背斜南倒轉翼古道嶺組灰巖與星紅鋪組千枚巖界面產狀由陡變緩的“膝折”處鉛鋅礦體厚度膨大、品位增高，推測是深部成礦熱動力衰減造成鉛鋅成礦熱液下沉所致（圖3）。

圖3 八方山鉛鋅礦床剖面疊影Fig.3 Bafangshan ore orthograph profile map

背斜鞍部礦石多以塊狀硫化物產出，礦體厚度大、品位高，由上至下翼部礦石逐漸由塊狀硫化物向石英鐵碳酸鹽網脈穿插型硫化物礦石過度，再向下網脈狀石英鐵碳酸鹽脈擠占鉛鋅礦體賦礦空間。近礦圍巖蝕變主要為硅化、石墨化、鐵碳酸鹽化及黃鐵礦化、黃銅礦化等。鳳縣八方山-二里河鉛鋅礦床基本保留了早期層控熱液型鉛鋅礦體的原貌地質特征，礦石的鉛鋅含量比為1∶5。

地表巖漿活動不發育，在八方山短軸背斜沿線發育一組NE向斷裂，多被閃長玢巖脈充填，該組斷裂切割縱向控礦背斜及鉛鋅礦體［18］。

2.2 鳳縣東塘子－鉛硐山鉛鋅礦床

東塘子-鉛硐山“M”型背斜控制鳳縣東塘子-鉛硐山鉛鋅礦床的展布，背斜樞紐在礦床東段的鉛硐山隆起，核部古道組灰巖及鉛鋅礦體出露地表，由東向西，背斜及鉛鋅礦體以10°～30°的側伏并穩定延伸3 500 m以上（圖1，圖2）。Ⅰ，Ⅰx，Ⅱ為主礦體，礦體長1 000～2 300 m，厚度0.50～40.0 m，產于東塘子-鉛硐山背斜鞍部及兩翼上部，剖面上呈馬鞍狀，平面上以層狀、似層狀產出，鞍部礦體厚大、品位高，兩翼由上至下礦體厚度逐漸變薄、品位變低以至尖滅。鉛鋅礦體特征、礦石類型與鳳縣八方山-二里河鉛鋅礦床基本類同。

在控礦背斜南翼發育一條近EW 向的花崗細晶巖脈，厚度1～5 m，產狀0°∠80°，在礦床西段下部貫入背斜南翼“硅鈣面”的Ⅱ號鉛鋅礦體中，局部切割礦體并擠占其空間；在礦床中部發育一條走向近SN向且被閃長玢巖脈充填，切割近EW 向花崗細晶巖脈、縱向褶斷帶和鉛鋅礦體；此外，在背斜核部常發育軸面斷裂并被鐵碳酸鹽脈充填。

由于東塘子-鉛硐山鉛鋅礦床控礦背斜褶皺走向上受到的地質事件影響程度不同，控礦構造形態演化變形及鉛鋅礦體的改造、再造程度也不同［19-21］，東段控礦背斜變形輕微，背斜以30°～25°向西側伏，以北高南低雙峰“M”控礦背斜褶皺產出，南、北分枝背斜分別控制Ⅱ，Ⅰ號鉛鋅礦體的產出，礦體以層狀、似層狀產出，厚度大、品位高，鉛鋅礦石多以塊狀-次塊狀鉛鋅硫化物產出，保留了早期層控熱液型鉛鋅礦體的地質特征；西段控礦背斜受北側銀洞梁背斜、大山背斜的超覆以及一組由北向南逆沖、走滑的“疊瓦狀”斷裂構造活動及成礦后期的花崗細晶巖脈、閃長班巖脈侵入等地質作用疊加改造影響，由東向西，雙峰“M”型控礦背斜逐漸演變為單峰背斜，北枝背斜頭部快速降低并演變為一組向北緩傾，寬緩、淺層的次級褶皺構造，隨著北枝背斜構造形態演化，原產于北枝背斜鞍部、翼部的Ⅰ號鉛鋅礦體也隨之重熔、活化并由深向淺、由北向南運移并在南枝背斜北翼的寬緩次級褶皺“硅鈣面”附近的擴容構造內再聚集形成較富的Ⅰx，Ⅱ-1鉛鋅礦體［22］（圖4）。

圖4 東塘子-鉛硐山鉛鋅礦床聯合剖面Fig.4 Dongtangzi-Qiandongshan ore deposit profile

礦床西段鉛鋅礦體疊加熱液活動等多期改造的特征（圖5（a）），改造、再造型鉛鋅礦體以石英鐵碳酸鹽脈貫入（圖5（b））、粗晶方鉛礦脈穿插（圖5（c））網脈狀及角礫狀（圖5（d））礦石類型產出，礦體及近礦圍巖發育硅化、石墨化、鐵碳酸鹽化、黃鐵礦化及螢石化等蝕變。礦床東段層控熱液型鉛鋅礦體的鉛鋅含量比為1∶5；西段的改造、再造型鉛鋅礦體有后期深源粗晶方鉛礦脈貫入疊加，其鉛鋅含量比提高至2∶5。

圖5 熱液改造型鉛鋅礦石特征Fig.5 Characteristics of hydrothermal modification type ore mineral

3 鉛鋅礦床控礦機理及成因分析

3.1 礦產分布特征

成縣—酒奠梁—江口（F22）和山-鳳（F12）NWW向斷裂為南秦嶺北部裂陷帶中部的鳳-太裂陷盆地的南、北邊界斷裂，也是區域鉛鋅金鐵多金屬成礦斷裂，西部以鉛鋅金成礦為主，東部以金銀鐵成礦為主［23］，盆地南、北邊緣隆升翻卷部位是鳳太礦集區北部礦集小區和南部礦集小區的成礦部位（圖1，圖2）。盆地內北東向隆起構造帶以約25 km等間距分布，縱向線狀褶斷帶及橫向隆起帶疊加形成立體網狀“成礦結”，各類礦產“縱向呈帶、橫向呈串”集中分布。由北向南縱向成礦帶依次有馬槽溝—古跡金成礦帶、白楊溝—長溝—雙王鉛鋅金成礦帶、八方山—二里河鉛鋅成礦帶、銀母寺—大黑溝鉛鋅成礦帶、峰崖—鉛硐山—銅牌溝鉛鋅銅成礦帶；由西向東橫向成礦串依次有馬蹄溝—東塘子金、鉛鋅礦串、洞溝—八卦廟—銀母寺金、鉛鋅礦串、雙王—東溝金、銀、鉛鋅礦串［24］（圖1，圖2）。

3.2 同位素測試

南秦嶺北部裂陷帶以早、中、晚三疊世中酸性巖漿巖發育為主，形成時代集中于201～225 Ma。裂陷盆地東南側的華陽巖體形成于晚三疊世-早侏羅世，年齡介于195～214 Ma；盆地內部的花紅樹坪花崗閃長巖體、西壩中酸性巖體形成時代為201～222 Ma，東塘子鉛鋅礦床花崗細晶巖脈形成時代為225 Ma左右［25］，NWW 向的銅鈴溝—金銅溝花崗閃長斑巖脈為230 Ma。二里河鉛鋅礦床閃鋅礦的Rb-Sr等時線年齡為220.7±7.3 Ma［26］，黃鐵礦的Re-Os等時線年齡為226±17 Ma。南秦嶺北部裂陷盆地巖體、巖脈侵入與鉛鋅礦床形成時代均集中在中、晚三疊世，認為區內多期次的構造-巖漿活動是鉛鋅成礦作用的重要控制因素。

典型鉛鋅礦床之鉛鋅礦石硫同位素δ34S大多低于10‰，計算獲得成礦流體中總硫δ34S∑S為7.7‰，顯示海水硫酸鹽（蒸發膏巖）與巖漿硫的混合來源特征（表1）［27-28］；黃鐵礦硫化物δ34S值平均8.20‰，閃鋅礦石硫化物δ34S值平均9.63‰，方鉛礦硫化物δ34S值平均值為4.4‰，單一的海水蒸發硫酸鹽（蒸發膏巖）TSR作用無法提供如此低的硫同位素組成，說明鉛鋅成礦過程中存在巖漿富集輕硫的硫源加入。

表1 典型鉛鋅礦床硫同位素Table 1 Sulfur isotopic composition of Pb-Zn deposit

在DOC and ZARTMN（1979）所提出的208Pb／204Pb-206Pb／204Pb圖上，典型鉛鋅礦床方鉛礦數據以線性分布并位于造山帶演化線附近，反映鉛源穩定（表2，圖6（a））；在207Pb／204Pb-206Pb／204Pb圖上，方鉛礦數據主要位于上地殼線與造山帶之間并線性分布（圖6（b）），結合印支期秦嶺造山帶地質作用過程，可以判定東塘子鉛鋅礦床的鉛主要來源于上地殼以及造山過程中深源鉛的加入［29］。

表2 典型鉛鋅礦床鉛同位素Table 2 Plumbumisotopic composition of typical Pb-Zn deposit

圖6 典型鉛鋅礦床礦石鉛同位素模式Fig.6 Pb isotopic composition model of the typical Pb-Zn deposit（據文獻DOE B R，ZARTMAN Z E.1979.Plumbotectonics，the Phanerozoic［C］修改）

3.3 鉛鋅礦床控礦機理與成因分析

古生代華北板塊和楊子板塊拆離形成南秦嶺北部裂陷盆地并沉積富Pb，Zn元素的泥質碎屑巖及碳酸鹽巖背景場，為后期鉛鋅成礦提供了礦源層（圖7（a））。

在南、北板塊對沖、擠壓條件下，秦嶺推覆褶皺造山并形成八方山—二里河及東塘子—鉛硐山等眾多平行排列的縱向線狀緊閉褶斷帶；在佛坪隆起和楊子板塊北緣漢中地臺SW→NE斜向俯沖-碰撞作用下，前期形成的縱向褶斷帶又疊加橫向斷裂帶并形成網格狀斷裂和褶皺組合體；三疊世中-晚期，發生強烈構造及巖漿活動，巖漿熱液沿著網狀斷裂交匯結點下部向上涌入并從鉛鋅礦源層中萃取鉛鋅成礦物質，同時與地表水循環交流形成鉛鋅成礦流體，當流體隨巖漿沿斷裂上涌刺穿并連通縱向褶斷帶的中泥盆統古道嶺組灰巖與上泥盆統星紅鋪組千枚巖界面附近的逆沖、滑脫、擴容負壓構造帶時，鉛鋅成礦流體快速虹吸入其負壓空間內聚集成礦（圖7（b），圖8）。

圖7 南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床控礦機理Fig.7 Pb-Zn ore control mechanism in the ground fracture zone of Southern Qinling Mountains

巖漿上涌引起縱向背斜隆升形成的封閉穹隆構造是鉛鋅聚集成礦的中心部位，隆起中心至“鼻狀”背斜側伏段控制鉛鋅礦床的展布。如鳳縣八方山—二里鉛鋅礦床的八方山礦段和鳳縣東塘子—鉛硐山鉛鋅礦床的鉛硐山礦段均為隆起中心富厚鉛鋅礦體的賦存部位。主成礦期的控礦背斜褶皺埋深較大，背斜鞍部滑脫、負壓構造帶是一個相對封閉的獨立空間，成礦熱液充填聚集成礦并能保存完整。成礦后期，在地殼抬升和風化剝蝕的長期作用下，八方山、鉛硐山隆起中心之鉛鋅礦體逐漸出露地表并被后人發現（圖7）。

晚三疊-早侏羅世，在南北板塊強烈俯沖和斷陷盆地邊緣背斜倒轉翼上發育的一組上陡、下緩“疊瓦狀”逆沖、走滑斷裂的強烈活動作用下，盆地南、北邊緣控礦褶皺構造發生推覆、逆沖、翻卷等強烈演化變形，同時，使前期形成的鉛鋅礦體在不斷增高的熱流驅動下發生重熔、活化、遷移并在演化變形后的更次級控礦背斜褶皺灰巖與千枚巖界面新形成的滑脫擴容構造帶中再聚集形成新的礦體。在此過程中，同時也發生強烈的殼-幔相互作用，巖漿熱液中部分幔源鉛、銀元素參與鉛鋅礦體的改造、再造成礦過程（圖7（c））。

2個典型鉛鋅礦床均產于南秦嶺北部裂陷盆地，均經歷了秦嶺推覆造山和三疊世的構造、巖漿活動等成礦地質作用。不同的是鳳縣八方山—二里河鉛鋅礦床為北部礦集小區的典型鉛鋅礦床，位于裂陷盆地北緣內側EW→NWW 構造線變化的“弧頂”部位，距山-鳳（F12）成礦大斷裂相對較遠，晚三疊-早侏羅世的構造及巖漿活動對礦床控礦褶皺構造及鉛鋅礦體的改造作用相對較弱。即鳳縣八方山—二里河鉛鋅礦床為構造-巖漿控制的后生熱液型礦床。

鳳縣東塘子-鉛硐山鉛鋅礦床產于南秦嶺北部裂陷盆地西南角隆升翻卷部位，為南部礦集小區的典型鉛鋅礦床并挾持于成縣—酒奠梁—江口（F22）與嘉陵江2條成礦斷裂之間，成縣—酒奠梁—江口（F22）之西段北側為甘肅省西—成大型鉛鋅礦集區，嘉陵江NE向斷裂連通南秦嶺北部裂陷盆地南、北界的2條成礦斷裂（圖1）。三疊世晚期，受盆地邊緣“疊瓦狀”逆沖斷裂及巖漿熱液活動的強烈改造，導致東塘子-鉛硐山控礦背斜褶皺形態發生演化變形并促使早期形成的鉛鋅礦體發生重熔、活化，遷移再聚集成礦（圖4）。即鳳縣東塘子—鉛硐山鉛鋅礦床為構造—巖漿控制的后生熱液改造型礦床，晚三疊-早侏羅世的構造及巖漿活動為鉛鋅礦體改造、再造成礦提供了熱動力條件和部分物源（圖8）。

圖8 南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床預測成礦模式Fig.8 Typical Pb-Zn deposit prediction mineralize mode in Ground fracture zone of the southern Qinling Mountains

南秦嶺北部裂陷帶之巖體、巖脈侵入與鉛鋅礦床形成時代均集中在中、晚三疊世，巖漿活動與鉛鋅成礦作用存在時空上的耦合性，認為構造-巖漿活動是鉛鋅成礦作用的主要控制因素［29］；礦石同位素分析指示鉛主要來源于上地殼以及造山過程中深源鉛的加入［30-31］，硫同位素組成指示鉛鋅成礦過程中存在巖漿富集輕硫的硫源加入；鉛鋅礦床受隱伏巖體上部被動隆升的縱向“鼻狀”背斜褶皺及斷裂組合體控制，隱伏巖體為鉛鋅礦體成礦提供了重要的熱動力條件和部分物源。綜上所述：南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦屬構造-巖漿控制的后生熱液（改造）型礦床。

秦嶺北部裂陷帶之南、北分別以成縣—酒奠梁—江口（F22）和山-鳳（F12）區域鉛鋅金鐵多金屬成礦斷裂為界，區內鉛鋅礦床整體呈現構造-巖漿控制的后生熱液型礦床特征，礦床距裂陷盆地邊緣的區域成礦大斷裂越近，成礦后期受到晚三疊-早侏羅世構造及巖漿活動的改造、再造作用越強烈。

4 結 論

1）南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床受“成礦結”下部隱伏巖體斜向上涌形成的縱向“鼻狀”褶斷帶控制，巖體上涌刺穿并連通控礦背斜倒轉翼“硅鈣面”附近的負壓擴容構造，鉛鋅成礦熱液虹吸其中并聚集成礦。

2）揭示南秦嶺北部裂陷帶鉛鋅礦床控礦機理和成礦模式，分析論證了縱向控礦褶斷帶、深部隱伏巖體及鉛鋅礦體三者的時空分布及其形成、發展和演化特征。

3）南秦嶺北部裂陷帶中-晚三疊世巖體、巖脈與鉛鋅礦體形成時代基本一致，區域多期構造及巖漿活動為鉛鋅礦體的形成、演化變形、改造、再聚集成礦提供了熱動力條件和部分物源。