地质通报  2020, Vol. 39 Issue (5): 735-745  
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王俊鹤, 李璨, 王安, 王耀升, 秦学业, 陈树民. 豫西熊耳山地区重磁场特征与深部成矿预测[J]. 地质通报, 2020, 39(5): 735-745.
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Wang J H, Li C, Wang A, Wang Y S, Qin X Y, Chen S M. Characteristics of gravity and magnetic fields and deep metallogenic prediction in Xiongershan area, western Henan Province[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(5): 735-745.
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基金项目

河南省国土资源科技项目《斑岩型钼矿床综合地球物理找矿模型研究——以东秦岭地区钼矿找矿预测研究为例》(编号:2011-072)

作者简介

王俊鹤(1963-), 男, 高级工程师, 从事金属矿地质勘查和物化探综合研究工作。E-mail:1622084587@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-06-19
修订日期: 2019-09-25
豫西熊耳山地区重磁场特征与深部成矿预测
王俊鹤1,2, 李璨1,2, 王安3, 王耀升1,2, 秦学业2, 陈树民1,2    
1. 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心, 河南 郑州 450016;
2. 河南省有色金属地质矿产局第五地质大队, 河南 郑州 450016;
3. 河南省有色金属地质矿产局第一地质大队, 河南 郑州 450016
摘要: 熊耳山地区是河南省重要的金银铅锌钼多金属矿产地,现已查明各类矿床(点)121个。通过研究发现,该区多金属矿产的形成与中生代中酸性岩浆的侵入活动关系密切,现有矿床分布比较集中的区域,深部都有隐伏岩体赋存。通过对熊耳山地区重磁场特征的分析,建立了熊耳山地区隐伏岩体侵入模型。熊耳山西段主要是寨凹隐伏岩体,赋存面积约310 km2,分3个阶梯深度:0~0.8 km、0.8~2 km、2~4 km;熊耳山中段铁炉坪-花山隐伏岩体位于寨凹隐伏岩体和花山岩体之间,赋存面积约184 km2,深度3~5 km;熊耳山东段旧县-花山隐伏岩体,赋存面积约338 km2,北部深度0~1.5km,向南逐步加深至1.5~3 km。根据区域矿产分布分带特征,结合隐伏岩体侵入模型,预测了深部成矿模型。研究表明,在熊耳山西段有寻找大型斑岩型钼钨铜矿和大型金矿的潜力;中段隐伏岩体深度较大,以寻找中低温矿产为主;东段地质勘查程度相对较高,深部仍有寻找斑岩型钼金铜矿的潜力。
关键词: 金银铅锌钼    成矿规律    重磁场特征    隐伏岩体侵入模型    成矿预测    豫西熊耳山    
Characteristics of gravity and magnetic fields and deep metallogenic prediction in Xiongershan area, western Henan Province
WANG Junhe1,2, LI Can1,2, WANG An3, WANG Yaosheng1,2, QIN Xueye2, CHEN Shumin1,2    
1. Nonferrous Metal Mineral Exploration Engineering Technology Research Center of Henan Province, Zhengzhou 450016, Henan, China;
2. No.5 Geological Party of Henan Bureau of Nonferrous Metals Geology and Mineral Resources, Zhengzhou 450016, Henan, China;
3. No.1 Geological Party of Henan Bureau of Nonferrous Metals Geology and Mineral Resources, Zhengzhou 450016, Henan, China
Abstract: Xionger Mountain area is an important gold, silver, lead, zinc and molybdenum polymetallic mineral deposit area in Henan Province.121 deposits have been identified.It is found that the formation of polymetallic minerals in this area is closely related to the intrusion of Mesozoic intermediate-acid magma.There are concealed rock bodies in the deep part of the area where the existing ore deposits are concentrated.Based on the analysis of the characteristics of gravity and magnetic fields in Xionger mountain area, the intrusion model of concealed rock mass in Xionger Mountain area is established.There are mainly Zhaiwa concealed rock mass in Xionger Mountain Western section, with an area of about 310 km2 and three stepped depths:0~0.8 km, 0.8~2 km, 2~4 km; Tieluping-Huashan concealed rock mass in the middle part of Xionger Mountain is located between Zhaiwa concealed rock mass and Huashan rock mass, with an area of 184 km2 and a depth of 3~5 km; The Jiuxian-Huashan concealed rock mass in the east part of Xionger Mountain has an area of 338 km2, a depth of 0~1.5 km in the north, and gradually deepening to 1.5~3 km in the south.According to the distribution and zoning characteristics of regional minerals and the intrusion model of concealed rock mass, the deep metallogenic model is predicted.Research shows:there is potential to search for large porphyry molybdenum tungsten copper deposits and large gold deposits in the western Xionger Mountain; The concealed rock mass in the middle section is deep and Mainly searches for low-and medium-temperature minerals; The geological exploration in the eastern section is relatively high, and porphyry-type molybdenum-gold-copper deposits still have potential in the deep part of the deposit.
Key words: Au, Ag, Pb, Zn, Mo    metallogenic regularity    characteristics of gravity and magnetic fields    intrusion model of concealed rock mass    metallogenic prediction    Xionger Mountain, western Henan    

熊耳山地区是河南省重要的金银铅锌钼多金属矿集区,该区东西长约80 km,南、北两侧以马超营断裂和洛宁山前断裂为界,面积约2000 km2。自20世纪80年代,该区找矿步伐加快,发现了雷门沟、祁雨沟、上宫、铁炉坪、沙沟等大型钼金银铅矿床,中小型矿床(点)更是星罗棋布,现已查明各类矿床(点)121个[1]。丰硕的找矿成果吸引了地质工作者的极大关注并进行了卓有成效的研究工作。现有研究成果主要是对矿床地质特征和分布规律[2-6]、成矿流体特征[7-15]、成矿物质来源[16-17]、成岩成矿时代、地球动力学背景[18-23]等进行的深入研究与探讨。研究认为区内各类矿床的形成均与中生代岩浆侵入活动关系密切,成矿物质主要来自岩浆,而不是从地层中萃取形成的。这些研究成果多数以单一矿床成矿规律为主,与成矿关系密切的隐伏花岗岩体赋存特征及隐伏岩体区深部成矿系统研究资料较少。笔者在参与河南省科技项目“斑岩型钼矿床综合地球物理找矿模型研究”中,对熊耳山地区重磁场特征进行深入解析,构建了该区隐伏岩体侵入模型,并结合区域矿产分布分带特征,建立了金银铅锌钼钨铜深部成矿模型。研究成果对在该区进行深部找矿工作具有重要意义。

1 成矿地质背景

该区位于华北陆块南缘华熊台隆熊耳山隆断区。区域出露地层主要为晚太古界太华岩群、中元古界熊耳群、官道口群和古近系—新近系、第四系等(图 1)。太华岩群为一套中深变质岩系(结晶基底),主要岩性为角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩,构成熊耳山变质核杂岩;熊耳群为一套中基性-中酸性火山岩系,主要岩性为玄武安山岩、安山岩、杏仁状安山岩、英安流纹岩、碎屑岩等,构成熊耳山变质核杂岩盖层;官道口群为一套浅海相含燧石条带碳酸盐岩建造,主要岩性为含燧石条带白云质大理岩和千枚岩。古近系—新近系、第四系在区内分布较少,主要分布于研究区南、北两侧的嵩县-潭头和洛宁-卢氏中新生代断陷盆地中。

图 1 熊耳山地区地质矿产略图(据参考文献[24]修改) Fig.1 A sketch map of geology and mineral resources in Xionger Mountain area 1—第四系沉积物及白垩系—新近系红层;2—中元古界官道口群石英砂岩和白云岩;3—中元古界熊耳群安山质火山岩;4—新太古界太华群结晶基底花岗岩-辉绿岩;5—中生代花岗岩;6—拆离断层;7—断层;8—不整合地质界线;9—大型、中小型金矿;10—大型、中小型银铅矿;11—大型、中小型钼矿;12—铜矿(点)

区内断裂构造非常发育,南、北两侧分别为近东西向马超营断裂和北东向洛宁山前断裂,均是区域性深断裂。区内次一级的北东—北北东向断裂十分发育,是主要的控矿断裂,成群成带展现,从西向东分布前郭凹-蒿坪沟、铁炉坪-大麻园、康山-七里坪、青岗坪-大木厂、横岭山-荫四沟、回春沟-祁雨沟、鸡冠山-瑶沟7条控矿断裂破碎带[25]。北北西向和近东西向断裂分布较少,但也是区内的控矿断裂。在太华群与熊耳群接触附近发育规模较大的拆离断层带,产状平缓,由强烈片理化的韧性剪切带、微角砾岩带、绿泥石化碎裂岩带及脆性正断层组成,区内共有北、南、西3条拆离(滑脱)构造带,熊耳山北坡的拆离断层带规模最大,岩石蚀变强烈,断层带内Au、Ag等成矿元素富集系数较高[3]

区内岩浆活动较频繁,形成太古宙、元古宙和中生代3个构造岩浆旋回[26]。太古宙中基性火山岩的喷发作用及超基性岩的侵入活动,经后期变质作用已变质为各类片麻岩,形成太华群结晶基底;超基性岩主要为橄榄岩、辉石岩等零散分布于太华群中。元古宙岩浆活动强烈,除熊耳群火山岩系外,还形成许多规模较小的基性-中性侵入体,包括闪长岩岩体、石英闪长岩岩体与闪长玢岩、辉绿岩岩脉(墙)等。中生代岩浆岩活动强烈,出露面积较大的燕山期花岗岩,以花山、万村、金山庙岩体(基)为代表,分布面积达350 km2;另有一些规模较小的印支期花岗岩出露。一些规模较小的燕山期岩株、岩脉、小斑岩体(包括爆破角砾岩筒)等,是区内金钼银铅锌矿床的主要控制因素。花山岩体南东侧出露有雷门沟斑岩体、祁雨沟等近40个爆破角砾岩筒,雷门沟斑岩体已勘查为大型斑岩型钼(金)矿,祁雨沟J4角砾岩筒已勘查为大型金矿,其余角砾岩筒多数具有金矿化,下部斑岩角砾明显增多,有些角砾岩筒下部发现斑岩体,形成雷门沟-祁雨沟斑岩-爆破角砾岩型成矿区带。

研究区成矿地质条件较复杂,成矿类型较多,以金银铅钼为主的多金属矿产普遍发育。成矿类型主要有构造蚀变岩型(金、银铅锌)、石英脉型(金)、爆破角砾岩型(金)、斑岩型(钼)等,以构造蚀变岩型为主。已发现大型金矿5个(祁雨沟、上宫、康山、红庄、前河),大型银铅矿2个(铁炉坪、沙沟),大型钼矿2个(雷门沟、石窑沟),中、小型矿床(点)更是星罗棋布,显示了区内较好的找矿前景。按照东秦岭地区钼钨铅锌银(金)成矿规律[4],高温钼、钨矿和中低温银、铅、锌、金矿为统一的成矿系统,二者相互提供找矿信息。可以推测在研究区西段银铅成矿区深部有寻找斑岩型高温元素(Mo、W、Cu)矿产的潜力;在研究区东段钼金成矿区深部仍有寻找斑岩型高温元素(Mo、Au、Cu)矿产的潜力。

2 重磁场特征 2.1 物性特征

(1) 密度:基底太古宇太华群(2.71×103 kg/m3)和盖层中元古界熊耳群(2.70×103 kg/m3)为高密度地层;侵入岩密度从超基性(2.92×103 kg/m3)—基性(2.86×103 kg/m3)—中性(2.75×103 kg/m3)—酸性(2.56×103 kg/m3)由高到低,超基性、基性和中性岩石一般呈脉状,规模较小,重力异常不明显,规模较大的中生代酸性花岗岩为较低密度体;新生界古近系—新近系、第四系地层密度较低,为1.93×103~2.25×103 kg/m3

(2) 密度条件:基底太华群变质岩系和盖层熊耳群火山岩系为高密度地体,一般引起重力高值异常。中生代酸性花岗岩一般为几十至几百平方千米的大岩基,相对高密度地层有0.14×103~0.15×103 kg/m3的密度差,能引起明显的重力低异常。新生界古近系—新近系、第四系密度值较低,能引起幅值较高的重力低异常,二者一般分布于中新生代断陷盆地中,可以根据地表地质情况与中生代酸性花岗岩引起的重力低异常区别。沿河道、沟谷出露的新生代地层一般分布规模较小,不引起重力异常。

(3) 磁性:基底太华群变质岩系具中弱磁性,且磁性很不均匀,标本测定多为零值,有磁性标本磁化率(K)一般为几十至1200×4π×10-6SI。盖层熊耳群具中强磁性,磁化率值一般约为几百至3000×4π×10-6SI,磁性较强标本(安山岩类)K值可达7500~7800×4π×10-6SI。侵入岩磁性从超基性(K值为13058×4π×10-6SI)-基性(K值为几百至1000×4π×10-6SI)-中性(K值1000~1500×4π×10-6SI)-酸性(K值为几百至1500×4π×10-6SI)由高到低。超基性-中性岩类出露规模较小,区域图中不引起明显磁异常,中生代酸性花岗岩主要岩性为中粗粒黑云母花岗岩类,磁性中等,磁化率K值介于太华群和熊耳群之间。中新生代地层基本无磁性。

据区域研究资料,中生代中酸性花岗岩磁性一般分为强、弱两种情况,岩体蚀变作用较强或暗色矿物较多的岩体磁性较强,磁化率K值为几百至1500×4π×10-6SI,在区域磁场中一般显示100~400 nT的磁异常(如花山岩体、二郎坪岩体等);一般的中酸性花岗岩磁性较弱,磁化率K值一般小于200×4π×10-6SI,在区域磁场中一般显示0~-200 nT的负磁异常(如万村岩体、太山庙岩体等)。东秦岭利用重磁资料推断的隐伏岩体,多数反映为100~-200 nT的弱磁异常。

2.2 重磁场特征

区内重力场大体由三部分组成,即西部、东部的重力低值区和中部重力高值区(图 2)。西部重力低值区位于康山—故县一带,称为寨凹重力低值区;东部重力低值区自花山岩体向南,直至马超营断裂附近与合峪重力低值区相接,称为旧县-花山重力低值区;中部重力高值区位于2个重力低值区之间,称为上宫-秋扒重力高值区。

图 2 熊耳山地区重磁异常图 Fig.2 Gravity and magnetic anomaly map of Xionger Mountain area 1—重力等值线(10-5 m/s2);2—航磁△T正等值线(nT);3—航磁△T负等值线(nT);4—航磁△T零等值线(nT);5—大型金矿;6—中小型金矿;7—大型银铅矿;8—中小型银铅矿;9—大型钼矿;10—中小型钼矿;11—中小型银金矿;12—铜矿(点)
2.2.1 寨凹重力低值区

(1) 重力场特征:寨凹重力低值区位于熊耳山西段,南侧紧靠马超营断裂,北部跨过洛宁山前断裂。重力低值区呈北北西向展布,长约30 km,宽约12 km,分布面积约310 km2(图 2)。重力异常最低值为-128×10-5 m/s2,相比周边重力值(-112×10-5 m/s2),异常幅值为-16×10-5 m/s2。对照1:20万地质图,重力低异常区主要出露基底太华群和盖层熊耳群,如此低值的重力低异常,说明深部有规模巨大的低密度体赋存[27-28]。该区地表已有蒿坪沟斑岩体和爆破角砾岩体出露,在主要成矿区段发现一些花岗斑岩小脉体出露,推断该区深部的低密度体为中生代大规模侵入的中酸性花岗岩体(基)。该隐伏岩体的侵入规模较大,南、北两侧分别受马超营断裂和洛宁山前断裂的控制,深部还受重磁推断的北西向上戈-铁炉坪-付店超基底断裂(F67)和代庄庙-代主坪基底断裂(F44)的控制,这2条断裂在研究区为北西走向,向南至马超营断裂附近转为近东西向,是重磁推断规模较大的隐伏断裂。

(2) 磁场特征:研究区磁异常走向以北东向为主,受北东向构造控制,局部磁异常显示正负跳跃,不均匀性明显。该区处于弱磁场中,大部分地段磁异常以负值为主,一般在0~-200 nT之间,反映区内隐伏岩体的弱磁性特征。在研究区南、北端出现了2个正磁异常带,南磁异常带大致对应马超营断裂,近东西走向,磁场强度100~400 nT;北磁异常带大致对应洛宁山前断裂,北东走向,磁场强度100~200 nT。这2个正磁异常带反映了马超营断裂和洛宁山前断裂的磁异常特征,是深部岩浆沿断裂侵入,在断裂带及其附近产生热液蚀变,铁磁性物质局部富集所致。

(3) 重磁场综合特征:该区重力场属于非常典型的重力低,磁场特征除在断裂带附近为正值外,其余地段均为以负值为主的弱磁异常,属于典型的“双低”(重力低、磁力低)重磁场特征。

自寨凹重力低值区向北东直至花山岩体附近,在北起洛宁山前断裂,南至康山-上宫控矿构造带的狭长区域内,重力场值相对寨凹重力低为平缓升高带,很快趋于平稳。如此平稳的重力异常相对其南侧的重力场仍为重力低值带,北侧为洛宁断陷盆地。该区段内航磁异常反映为以负值为主(0~-100 nT)的弱磁异常。综上所述,该区与寨凹重力低值区重磁场特征一致,仍为“双低”重磁异常特征,推测深部有隐伏岩体(基)赋存。

2.2.2 旧县-花山重力低值区

(1) 重力场特征:该区位于熊耳山东段(图 2),重力等值线呈北北西向展布,北、南两侧分别与花山岩体重力低和合峪岩体重力低吻合相连。花山岩体引起的重力低呈北东向展布,明显受洛宁山前断裂控制,最低值为-124×10-5 m/s2,相对周边重力值(-102×10-5 m/s2),异常幅值为-22×10-5 m/s2。合峪岩体引起的重力低近南北向展布,与旧县-花山重力低值区走向一致。旧县-花山重力低异常沿走向长约30 km,宽10~12 km,面积约338 km2。重力低异常区呈宽缓带状分布,向两侧重力场值逐步升高,呈现明显的重力梯级带,且东部梯级带明显大于西部梯级带。对照1:20万地质图,重力低异常区主要出露基底太华群和盖层熊耳群等高密度地层,如此低值的重力低异常说明深部有规模较大的低密度体;低值异常区中部为北东向分布的潭头-嵩县断陷盆地,并未改变重力低异常的走向,只是引起了重力低异常的局部扭曲。这些情况说明,旧县-花山重力低值区深部有规模较大的低密度体赋存,重力低异常主要由隐伏的规模巨大的中酸性花岗岩体(基)引起,东部规模较大的重力梯级带推断为韩城-车村超基底断裂引起。

(2) 磁场特征:该区磁场特征较复杂。研究区北部已出露的花岗岩体(基)磁性分为强、弱两种,花山岩体(基)磁性较强,以正磁异常为主,表现为100~400 nT的正磁场;万村岩体(基)磁性较弱,以负磁异常为主,表现为0~-200 nT的负磁场。位于马超营断裂南侧的合峪岩体(基),其磁场特征与花山岩体类同,反映为100~400 nT的正磁场,局部显现正负跳跃,说明岩体磁性的不均匀性。自花山岩体向南,直至马超营断裂附近,是重力推断的隐伏岩体赋存区,磁场特征与花山、合峪岩体(基)类同,反映为100~200 nT的正磁场。该区中部为潭头-嵩县断陷盆地,磁场特征表现为0~-200 nT的负磁场,反映了断陷盆地弱磁或无磁特征。

(3) 重磁场综合特征:该区隐伏岩体的重力低异常非常明显,磁场特征较复杂,重力推断的隐伏岩体与出露的花山岩体磁性类同,为正值磁异常,相对弱磁性隐伏岩体为磁力高值异常。所以,旧县-花山隐伏岩体重磁场特征可描述为一低(重力低)一高(磁力高)的重磁场特征。

2.2.3 上宫-秋扒重力高值区

该区位于研究区中部,西、东两侧为寨凹重力低值区和旧县-花山重力低值区(图 2),北侧为次一级的重力低值区,总体为一被重力低值区包围的重力高值区。重力高值区近东西走向,椭圆状分布,区内主要出露中元古界熊耳群,局部出露官道口群地层,重力高值区应是这些高密度地层所引起。该区磁场特征较稳定,表现为100~400 nT的正磁场,表现了中元古界的磁场特征。重力高、磁力高是该区重磁场的综合特征。

3 隐伏岩体侵入模型 3.1 典型重力剖面反演计算

根据研究区重力低异常分布特征,典型重力剖面反演计算选在熊耳山西段寨凹重力低异常区及其以东地段,共选择了横、纵2条剖面。横剖面自寨凹重力低值区西边部,向东经寨凹、北草沟,直至花山岩体西侧,剖面长度16 km;纵剖面自寨凹重力低值区北端部,向南经西施、寨凹、范庄,直至马超营断裂附近,剖面长度18 km(图 3)。

图 3 熊耳山西段重力异常反演拟合剖面图(据参考文献[29]修改) Fig.3 Inversion fitting profiles of gravity anomaly in the western part of Xionger Mountain 1—第四系沉积物及白垩系—新近系红层;2—中元古界熊耳群;3—新太古界太华群;4—燕山期花岗岩;5—重力原始曲线;6—重力拟合曲线

反演计算首先设定地质模型参数并计算其重力异常值,根据计算重力异常曲线与实测重力异常曲线的差别,再修改地质模型参数,直至计算重力异常值与实测重力异常值趋于重合,重力剖面反演计算完成。根据图 3完成的重力异常反演剖面,隐伏岩体厚度在重力低中心区达到13 km,向东厚度逐渐减小至6~7 km。顶面深度在重力低异常中心500~800 m,横剖面向东逐步加深至0.8~2 km,最深达到3~5 km;纵剖面向南逐步加深至0.8~2 km,向北逐步加深至2~4 km(图 3)。

3.2 隐伏岩体侵入模型

根据熊耳山地区重磁场变化特征,大致确定了寨凹、铁炉坪-花山和旧县-花山3个隐伏岩体分布区。再由重磁资料的解析延拓、垂向二导,研究重磁场空域变化特征,可以大致确定隐伏岩体的赋存范围、深度等。根据典型重力剖面反演计算得到的隐伏岩体顶面深度,确定对应的平面位置,绘制相应的平面图,可以得到如图 4所示的隐伏岩体顶面深度图。按照隐伏岩体顶面深度变化情况,可将3个隐伏岩体分为6个区(Ⅰ~Ⅵ)。其中旧县-花山隐伏岩体中部穿插潭头、嵩县2个断陷盆地,地质情况较复杂,未做重力剖面反演计算。该区隐伏岩体顶面深度主要是根据重磁资料的解析延拓、垂向二导,并参照矿区研究成果和部分钻探资料,综合研究确定隐伏岩体顶面深度等,与重力剖面反演计算相比精度可能会低些,但不影响成矿预测使用。

图 4 熊耳山地区重磁推断隐伏岩体图 Fig.4 Gravity and magnetic inferred concealed rock mass map of Xionger Mountain area Arth—太古宇太华群;Pt2X—中元古界熊耳群;Pt2G—中元古界官道口群;E+Q—新生界断陷盆地;Ⅰ—深度0~0.8 km隐伏岩体范围;Ⅱ—深度0.8~2 km隐伏岩体范围;Ⅲ—深度2~4 km隐伏岩体范围;Ⅳ—深度3~5 km隐伏岩体范围; Ⅴ—深度0~1.5 km隐伏岩体范围; Ⅵ—深度1.5~3 km隐伏岩体范围;1—大型金矿;2—中小型金矿;3—大型银铅矿;4—中小型银铅矿;5—大型钼矿;6—中小型钼矿;7—中小型银金矿;8—铜矿(点)

寨凹隐伏岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,Ⅰ区隐伏岩体顶面深度为0~0.8 km,分布面积约71 km2,分布有沙沟大型银铅矿、蒿坪沟中型银金矿等;Ⅱ区隐伏岩体顶面深度为0.8~2 km,分布面积约153 km2,分布有铁炉坪大型银铅矿、康山大型金矿和龙门店、范庄、程家沟、四道沟等中小型银铅矿床(点)等;Ⅲ区隐伏岩体顶面深度为2~4 km,分布面积约86 km2,区内有新生界分布,隐伏岩体深度较大,暂无矿床(点)分布;铁炉坪-花山隐伏岩体为第Ⅳ区,隐伏岩体顶面深度为3~5 km,分布面积约184 km2,由于岩体隐伏深度较大,局部可能有沿构造侵入的中低温元素矿床;旧县-花山隐伏岩体分为Ⅴ、Ⅵ区,Ⅴ区隐伏岩体顶面深度为0~1.5 km,分布面积约159 km2,分布有雷门沟大型斑岩型钼(金)矿、祁雨沟大型爆破角砾岩型金矿和公峪、九杖沟、蕉香洼、青岗坪等多个构造蚀变岩型金矿位于隐伏岩体区及其附近;Ⅵ区隐伏岩体顶面深度为1.5~3 km,分布面积约178 km2,区内地质构造较复杂,成矿类型较多,分布有前河大型金矿和潭头、栾灵、北岭、瑶沟等中小型金矿等,东边部还有一些中小型脉型钼矿等(图 4)。

据张德会[30]和金旭东等研究[31],隐伏岩体顶上带、凸起的岩钟(指直径200~1000 m的陡边筒状岩珠或岩颈顶端的穹状部分)、沿构造侵入的小花岗斑岩体等在与花岗岩有关矿床的形成过程中起重要的控矿作用,岩浆的热量和挥发分自岩浆岩顶上带、突起的岩钟或穹窿处向周围介质传递和流动,矿床的形成受熔体和热液温度、压力的控制,自侵入体向外呈现有序的分带,在岩钟和斑岩体部位及其附近形成斑岩型高温元素(Mo、W、Au、Cu)矿床,在外围的构造裂隙中形成中低温元素(Ag、Pb、Zn)矿床,在构造有利部位形成远接触带热液型金矿床。

4 立体成矿模型 4.1 区内矿产分布规律

纵观全区,区内所有的金银铅锌钼矿床(点)均分布于重磁推断的隐伏岩体区及其附近(图 4),说明这些矿床(点)的形成与中生代岩浆侵入活动关系密切。上宫—沙坡岭一带和青岗坪一带深部都有隐伏岩体赋存。在研究区南部以金、钼为主的多金属矿床(点)十分醒目,这些矿床(点)大致沿马超营断裂分布,西、东部成矿区分别位于寨凹隐伏岩体区和旧县-花山隐伏岩体区,中部红庄-石窑沟金钼成矿区并无隐伏岩体。其实该地段为研究区南侧南泥湖-狮子庙隐伏岩体的北边部[32],该地段也是南泥湖矿集区的一部分。马超营断裂是区域超基底大断裂,是深部花岗质岩浆和成矿流体向上侵入的便利通道,对金钼银铅等多金属矿产的形成十分有利。该地段成矿虽与岩浆侵入关系密切,但由于构造控矿作用十分明显,可将马超营断裂作为独立的成矿系统研究。

熊耳山地区已查明的金银铅锌钼多金属矿床在全区的分布也有偏重。熊耳山东段旧县-花山隐伏岩体区以金钼为主,少有银铅;而在熊耳山西段寨凹隐伏岩体区以银铅为主,少有钼金(图 1)。这可能是岩体侵入的空域位置不同所致。无论是东段还是西段,所处成矿地质构造条件均相同[33],不同的是该区所处莫氏面深度是从东至西、从北至南逐步增大,熊耳山西段上地幔深度最大。源自上地幔的含矿流体和基性岩浆热场由东向西逐步加深,底侵作用使下地壳部分熔融,新的岩浆流体携带成矿物质由深至浅向上侵入,导致岩体(包括隐伏岩体)的侵入深度和成矿深度也从东向西逐步加深。这与该区的地质特征完全一致,东部有大面积出露的花岗岩体(基)和众多的小斑岩体,而西部的岩体完全处于隐伏状态,地表只发现一个蒿坪沟斑岩体和爆破角砾岩体。按照东秦岭地区钼钨铅锌银(金)成矿规律[4, 34],高温元素钼、钨矿和中低温元素银、铅、锌、金矿总是相伴分布,在中低温元素(Ag、Pb、Zn、Au)成矿核心区,一般都有高温元素(Mo、W)矿产形成;在高温元素(Mo、W)成矿区外围,一般都有中低温元素(Ag、Pb、Zn、Au)矿产形成,二者相互提供找矿信息。

根据这一成矿模型,可以推知熊耳山西段寨凹隐伏岩体区深部有形成斑岩型高温元素矿床的可能。区内已查明的银铅锌矿和少量的金矿主要分布于隐伏岩体侵入中心的边部及外围,隐伏岩体的Ⅰ区基本为侵入中心,还未发现具规模的高温元素多金属矿床。1:5万水系沉积物测量成果,在Ⅰ区隐伏岩体区出现W、Sn、Mo、Bi、Cu等高温元素组合,在其周边铁炉坪、范庄、庄沟、沙沟等矿区出现Ag、Pb、Zn、Au等中低温元素组合,出现明显的元素分带现象。在高温元素组合区Cu元素异常发育,自西向东分布沙沟-蒿坪沟、碾盘沟-楼院、庄科、庄沟4个Cu元素异常浓集中心[35-36],面积88 km2。在Cu元素异常区内出现了与斑岩型铜矿关系密切的岩石蚀变,在碾盘沟—李家沟一带,硅化、钾化、黄铁绢英岩化蚀变带中见有细脉-网脉状黄铜矿化和萤石矿化,金属矿物主要为黄铜矿,Cu品位0.22%~1.38%,Ag品位59.9×10-6~138×10-6。在标高较高的杨沟脑地区,则以石英脉型铜矿化为主,矿脉走向为近东西向、北东向、北西向等,矿脉长650~1100 m,厚0.8~2.7 m,Cu品位2.41%~14.32%,Ag品位43.1×10-6~98.5×10-6,显示了找铜银矿的较好前景。近年在沙沟银铅矿区勘查时发现, 由浅至深银铅锌矿脉中Mo含量逐渐增多,甚至发现钼矿脉,预示着下伏钼矿体和斑岩体的存在[19],深部具有寻找斑岩型钼多金属矿的潜力。在铁炉坪银铅矿体的下部发现了较好的找矿线索和金矿化异常[24, 37-38]。这些情况说明,在寨凹隐伏岩体区Ⅰ区的深部形成斑岩型钼钨铜矿的可能性很大。

在旧县-花山隐伏岩体区Ⅴ区及其附近,分布众多的中、大型金、钼矿床,金矿以构造蚀变岩型和爆破角砾岩型为主,钼矿为斑岩型和脉型。实际上,爆破角砾岩型金矿应该属于斑岩系列,该区段成矿类型应以斑岩型为主。该区成矿规律与寨凹隐伏岩体区Ⅰ区相比有一共同点,即铜矿化较发育。铜矿体主要分布在金矿富矿体中,此种情况金矿体即是铜矿体,Cu品位一般1%~5%。如铜洞沟金矿2号脉,公峪金矿118号脉局部地段,祁雨沟金矿J2、J4爆破角砾岩筒等均属于此种情况[35-36],其中J2爆破角砾岩筒曾作为铜矿勘查。J4爆破角砾岩筒已勘查为大型金矿,成矿元素垂直分带特征为:在矿体部位出现Au、Cu、Bi组合,在矿体下部出现Mo、Sn(Co)组合,矿体上部出现Mo、Ag、Pb组合,浅部出现Mn、Zn组合[39]。高温元素W、Sn、Mo、Bi含量岩筒中下部高于上部,而低温元素Pb、Ag含量岩筒上部高于中下部,显示了由深部至浅部,高至中低温成矿元素的分带特征,预示深部有形成斑岩型钼金铜矿床的潜力。

4.2 立体成矿模型

根据隐伏岩体侵入模型和区域矿产分布规律,综合分析可以建立熊耳山地区深部成矿模型(图 5)。深部成矿模型重点突出了立体概念,斑岩型矿床、隐爆角砾岩型矿床和浅成低温热液脉型矿床为统一的构造-岩浆-流体活动所形成[4],具有明显的分带性。斑岩型钼钨铜矿和斑岩型钼(金)矿位于成矿空域的低位域[40],爆破角砾岩筒型金矿位于其上部;构造蚀变岩型和石英脉型金矿由岩浆侵入接触交代作用形成,为远接触带热液型金矿;浅成低温热液银铅锌矿位于成矿空域的高位域及外围。对于寨凹隐伏岩体区(图 5-a),成矿模型表现为由浅至深由中低温元素矿床到高温元素矿床的过渡模型。地表及浅部以银铅锌矿床为主,构造蚀变岩型和石英脉型金矿较少分布(只有康山金矿和蒿坪沟银金矿),深部有寻找大型金矿的潜力,斑岩型钼钨铜矿位于成矿空域的最下部,根据隐伏岩体侵入模型,深部找矿潜力巨大。

图 5 熊耳山地区成矿模型 Fig.5 Mineralization model map of Xionger Mountain area a—熊耳山西段(寨凹隐伏岩体区);b—熊耳山东段(旧县-花山隐伏岩体区);1—中生代花岗岩;2—中生代斑岩体;3—爆破角砾岩体;4—斑岩型钼钨铜、钼金铜矿;5—斑岩型钼(金)矿;6—脉型银铅锌矿;7—脉型金矿

对于旧县-花山隐伏岩体区(图 5-b),由于隐伏岩体侵入位置较高,地表及浅部以斑岩型钼(金)矿、爆破角砾岩筒型金矿和远接触带热液型金矿为主,位于成矿空域高位域的浅成低温热液型银铅锌矿已被剥蚀。斑岩型钼金铜矿位于成矿空域的最下部,根据该区出露、隐伏岩体控矿特征,推测深部找矿潜力很大。对于铁炉坪-花山隐伏岩体区,由于深度较大,在构造有利部位有可能形成中低温银铅锌矿和远接触带热液型金矿。

成矿模型中的金矿在熊耳山全区普遍发育,但熊耳山西段还未发现较多的金矿。在寨凹隐伏岩体区南部有康山大型金矿,在蒿坪沟银金矿区,发现了一些以金为主的矿脉,深部找金前景可观,受隐伏岩体顶上带和岩钟控制的远接触带热液型金矿具有较大找矿潜力。金矿成矿可以产于斑岩体(包括爆破角砾岩体)内,形成斑岩型金多金属矿,也可远离斑岩体产于围岩或断裂构造带内,形成构造蚀变岩型、石英脉型,甚至矽卡岩(化)型金矿[41-43]

5 结论

(1) 利用区域重磁数据处理资料经过必要的定量计算,可以大致确定隐伏岩体侵入模型,结合地质成矿条件和区域矿产分布规律进行深部成矿预测,为深部找矿工作规划提供基础资料和技术支撑。本次共圈定3个隐伏岩体分布区,最有找矿潜力的是寨凹隐伏岩体区和旧县-花山隐伏岩体区。

(2) 寨凹隐伏岩体区深部具有寻找斑岩型钼钨铜矿的潜力。根据现有地物化资料的综合分析,选用勘探深度大、反映灵敏度高的物探方法,确定隐伏斑岩体赋存位置,进而达到找矿的目的。在碾盘沟—李家沟一带,地表铜矿脉品位很高,该区段是隐伏岩体侵入中心,又是化探高温元素异常分布区,深部形成斑岩型高温元素矿床的可能性很大。脉型金银铅锌矿仍有较大找矿潜力。

(3) 旧县-花山隐伏岩体区深部具有寻找斑岩型钼金铜矿的潜力。通过试验研究,采用大比例尺物探方法,确定祁雨沟J4等爆破角砾岩筒深部斑岩体赋存位置,研究主要成矿区段和前河、上宫等大型金矿区深部隐伏岩体赋存情况,寻找大型金矿区深部斑岩型钼金铜矿。

(4) 选择有效的物探方法,研究马超营断裂及其附近深部构造控岩控矿特征,寻找康山、红庄、前河等大型金矿区深部斑岩体赋存位置,寻找斑岩型高温元素矿床。在红庄大型金矿区深部,已经找到石窑沟小花岗斑岩体,并已勘查为大型斑岩型钼矿。

致谢: 成文过程中河南省有色金属地质矿产局郭保健博士提出建设性意见,审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此一并表示诚挚的感谢。

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