STUDY ON ORE-CONTROLLING FACTORS AND MINE EXPLORATION PROPOSAL OF THE GOLD ORE FIELD IN NORTH HANYIN, SOUTH QINLING
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摘要: 选取南秦岭汉阴北部金矿田内黄龙、长沟和金斗坡典型矿区为研究区，通过野外大比例尺构造-岩相填图、剖面实测、综合编图等工作，结合前人研究成果，查明了金矿田的控矿要素，并指出了有利的找矿勘探方向。综合研究表明，汉阴北部金矿田的矿化严格受控于志留系梅子垭组的不同岩性段；脆-韧性剪切带控制了矿床的空间分布，次级断层控制矿体产出的具体部位；S2面理对金矿化有显著的制约作用；促使石榴子石和黑云母变斑晶发育的热变质作用能够引起原始岩层中金元素发生活化，且热变质作用的晚期为退变质期，退变质期的适宜温度有利于金元素富集成矿。矿田内的金矿勘探应重点选在脆-韧性剪切带内，尤其针对不同岩性的接触面、次级断层面附近、石榴子石与黑云母变斑晶密集发育区周缘等区域，矿体追索方向应依照S2面理的空间优势展布方向。Abstract: Taking Huanglong, Changgou and Jindoupo gold ore areas located in Northern Hanyin ore field, Southern Qinling as the typical study area, through the large-scale tectonic lithofacies mapping, measuring geologic section and complex map compilation, the ore-controlling factors of this ore-field has eventually been acquired which would provide the directions of gold exploration based on previous research results. Comprehensive analysis shows that gold mineralization of this field is bound up with Silurian Meiziya Group stratum, and the brittle-plastic shear zone restricts the spatial distribution of gold deposits, and the locations of the ore bodies are decided by the secondary faults. S2 structural foliation obviously controls the gold mineralization, and the thermometamorphism which develops biotite and garnet porphyroblasts can cause the gold element to reactivate. And in the late stage it is the retrograde metamorphism period during which the temperature is very available for the form of gold deposits. Therefore the gold exploration in this area should be focus on the brittle-plastic shear zones in the future, especially the positions of those connection of different rock layer, the region near the secondary faults, and the scopes where biotite and garnet porphyroblasts massively appear. Meanwhile the direction of gold seeking should follow the main spatial distribution direction of S2 foliation.
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0. 引言
矿田是在空间、时间、构造建造及成因上相似的一些矿床及矿化点集中赋存的区域，而矿田构造是指在矿田尺度所有控制矿床形成与分布的构造要素总和。通过矿田构造研究可以有效掌握矿床与矿体的形成特点、分布特征及改造规律等，对矿产资源的勘探开发具有重要意义[1~2]。南秦岭汉阴北部金矿田长约50 km，南北宽10~20 km，是石泉—汉阴金矿带东段的重要金矿田，区内自北向南依次分布有金斗坡、黄龙、铁佛寺、长沟、鹿鸣及吴家湾等十多个规模不等的金矿床(矿点)。前人研究表明，这些矿床在成矿作用与成矿模式上基本相似[3~11]。本研究依托科研项目，在充分搜集前人研究资料的基础上，从矿田尺度重点针对黄龙、长沟及金斗坡金矿床展开大比例尺构造-岩相填图与剖面实测，查明区内岩石地层特点、构造变形样式及矿化蚀变特征，通过金斗坡矿区热变矿物电子探针测试估算出热变质作用温度并探讨了其与矿化的关系，最后综合分析并总结出矿田内各类控矿要素，提出找矿方向建议。研究成果对汉阴北部金矿田找矿勘查工作具有重要指导意义。
1. 区域地质背景
汉阴北部金矿田位于南秦岭牛山穹窿北翼，西邻扬子北缘汉南隆起区，其大地构造位置属南秦岭—北大巴山多层次韧性滑脱逆冲推覆褶皱带二级单元、石泉—神河韧性滑脱逆冲推覆带三级构造单元。本区经历了多期次的复杂构造运动，前印支期整体以伸展滑脱构造作用为主；印支期构造运动则呈大规模南北向挤压，该期构造运动主导了区内的变形及变质作用的发生；到印支晚期，变形仅发生于长沟金矿以西的局部地区；燕山早期区域上变形相对较弱，仅在铁佛一带发生强的变形；燕山晚期构造运动表现为产生广泛分布的北北东向张裂隙，但其规模较小；新生代以来区域内发育一系列北西向脆性断裂[8~10]。
2. 矿田地质特征
矿田内最主要出露地层为下志留统梅子亚组，是一套原岩以泥质碎屑岩为主、经多期次变形变质作用而形成的中—浅变质岩系，主要岩性有绢云石英片岩、二云石英片岩、含石榴子石黑云母变斑晶绢云石英片岩、绢云石英片岩夹变石英砂岩、变石英砂岩、炭质片岩以及少量硅质细条带等。区内构造变形较强，梅子垭组片理化强烈，并可见多期次面理置换痕迹。区内构造样式主要表现为一系列大规模脆-韧性剪切带呈近东西向或北西向横贯全区(见图 1)，脆-韧性剪切带内普遍发育晚期逆冲推覆作用所形成的次级脆性断层、节理及揉皱。矿田内岩浆活动较弱，仅零星分布有规模较小的岩浆岩，多呈脉状出露。如：长沟矿区东南部出露宽2~3 m的花岗岩闪长岩脉，沈坝北部出露宽5~6 m的花岗岩脉，流芳地区出露宽约2 m的花岗岩脉，黄龙矿区金沟矿段465中段出露宽0.5 m左右的云煌岩脉。区内矿化蚀变类型包括黄铁矿化、黑云母化、硅化、褐铁矿化及绿泥石化等。
3. 典型矿床地质特征
3.1 矿体特征
金斗、坡黄龙、长沟3个典型矿区内金矿体特征类似，均赋存于下志留统梅子垭组，矿体形态以似层状为主，具体特征见表 1。
表 1 典型金矿区矿体特征Table 1. Characteristics of ore-bodies in the typical gold mine areas矿区 矿体编号 矿体形态 矿体长度/m 矿体厚度/m 平均品位/10-6 矿体产状 主要矿石类型 金斗坡 K1 透镜状 500 1.00~2.97 1.30 280°—330°∠29°—43° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩 K2 似层状 250 1.90~2.74 1.18 K3 似层状 250 1.90~3.95 1.13 黄龙 Ⅲ 似层状 150 1.00~6.31 5.60 5°—22°∠20°—55° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩 Ⅳ 似层状 500 0.80~7.14 3.15 Ⅷ-1 似层状 200 0.97~1.84 4.01 长沟 K1 似层状 460 0.85~3.80 1.54 190°—220°∠35°—55° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩夹变石英砂岩含金石英脉 K2 似层状 190 0.95~4.45 1.52 K4 似层状 1100 0.85~4.35 2.60 15°—35°∠40°—70° 注：部分资料据文献[10] 3.2 矿石特征
主要矿石类型根据矿物含量及其共生组合关系可分为4类，分别为黄铁矿化黑云母变斑晶绢云石英片岩型、黄铁矿化含炭绢云石英片岩型、褐铁矿化含炭绢云石英片岩型和褐铁矿化黑云母变斑晶绢云石英片岩型。矿石与围岩肉眼观察无法区分，需以Au元素化学分析进行圈定。此外，在长沟矿区可见含金石英脉型矿石，同样达到工业品位。
金矿石多呈黑—灰黑色，矿石矿物为自然金、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿以及褐铁矿等。其中金属矿物含量不超过矿物总量的5%；脉石矿物包括石英、绢云母、黑云母、石榴子石等，还有少量绿泥石及方解石等。矿石多为鳞片变晶结构、它形—半自形粒状变晶结构以及少量的变斑状结构，且主要以块状构造和浸染状构造为主。矿体及围岩的主要化学成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，而MnO、V2O5、P2O5、TiO2的含量较低。
4. 汉阴北部金矿田控矿要素分析
4.1 地层-岩性控矿
通过野外调研并结合区域地质资料，金矿田内几乎所有金矿床(点)均赋存于下志留统梅子垭组(S1m)中不同的岩性段。此外，金矿化与含黑云母变斑晶绢云石英片岩、含炭绢云石英片岩以及变石英砂岩等密切相关，尤其是这些岩性的接触面及其附近，多是金矿体产出的有利部位。
4.2 脆-韧性剪切带控矿
南秦岭汉阴北部金矿田自北向南可依次划分出5条规模较大的脆-韧性剪切带[9~10]，几乎所有的金矿床(点)均落入不同的脆-韧性剪切带内，金斗坡矿区位于RF3(DSZ1)、黄龙矿区位于RF4(DSZ2)、长沟矿区位于RF5(DSZ3)、吴家湾金矿位于RF6(DSZ4)(见图 1)。此外，黄龙和长沟矿区在脆-韧性剪切带内次级断层产出的部位通常发育有大量炭化、黄铁矿化、褐铁矿化及石英脉等，并且在断层面附近往往形成Au矿(化)体(见图 2、图 3)。由此可见，脆-韧性剪切带控制着矿床的空间分布，次级断层控制了矿体产出的具体部位。
图 2 黄龙矿区平硐864实测剖面图1—变石英砂岩；2—绢云母石英片岩；3—含黑云母变斑晶绢云石英片岩；4—含炭、黑云母变斑晶绢云石英片岩；5—性质不明断层；6—逆断层；7—岩层界线；8—石英脉；9—黄铁矿化；10—褐铁矿化；11—Au矿化体；12—片岩S2面理产状及断层面产状；13—脆-韧性剪切带及编号；14—剖面分层号Figure 2. Measured geologic section of 864 Adit in Huanglong gold deposit
图 3 长沟矿区28勘探线剖面图1—变石英砂岩；2—绢云母石英片岩；3—含黑云母变斑晶绢云石英片岩；4—含炭、黑云母变斑晶绢云石英片岩；5—含石榴子石绢云石英片岩；6—断层破碎带；7—花岗闪长岩脉；8—石英脉；9—黄铁矿化；10—褐铁矿化；11—Au矿化；12—片岩S2面理产状及岩脉产状；13—脆-韧性剪切带及编号；14—钻孔及编号Figure 3. Geologic section of No.28 exploration line in Changgou gold deposit4.3 S2面理与矿化关系
4.3.1 面理基本特征
劈理与片理、片麻理等合称面理。面理是岩石在应力作用下变形而产生的新的小尺度、透入性面状构造[12]。一般地，岩石每经历一次较强烈的构造运动均会形成一期面理。通常可将岩石原生层理视为一种面理，以S0表示，以后各期构造运动形成的面理则分别以S1、S2和S3等表示。本研究通过矿区构造-岩相填图和大比例尺剖面测量，将矿田内构造变形序列划分为3期：第一期为前印支期伸展体制下的塑性固态流变变形，其使得原生面理S0被置换为S1；第二期为印支早期挤压环境下的韧性推覆变形，主要形成大规模韧性剪切带，并促使S1为面理被置换形成S2，矿田内可见石英、绢云母、黑云母(变斑晶)等主要矿物沿S2面理方向拉长并定向排列；第三期变形是在印支晚期以S2被置换形成宽缓褶皱及劈理S3。矿田内S2最为发育，占绝对主导地位，原生S0面理由于被S1所取代而基本未现，S1、S3则仅在局部可见(见图 4)。
图 4 金斗坡矿区面理置换现象a—S1被S2置换；b—S2被S3置换(黑云母变斑晶Bit沿S2片理定向排列)Figure 4. The exchange of structural foliation in Jindoupo mine area4.3.2 S2面理与金矿化关系
黄龙金矿864平硐实测剖面(见图 2)显示，S2面理总体呈北东向倾伏，而矿化带的产出完全顺S2面理方向；长沟矿区28勘探线剖面图(见图 3)也显示金矿体与S2面理具完全一致的展布特征。
此外，在黄龙矿区金沟矿段465中段，从勘探线16向30线方向，S2面理产状的变化为：25°∠59°→0°∠65°→348°∠28°→333°∠46°→265°∠26°(见图 5)，其倾向从北东向逐渐转变为北西向，而这种变化规律与金矿体(坑探工程追索)的变化完全一致。同时普遍可见黄铁矿(Py)以细脉状沿S2面理分布。此外，分别将金斗坡矿区与长沟矿区野外测得的大量S2面理产状数据进行平面综合连图(见图 6、图 7)，明显可见S2面理优势走向的连线与矿体和矿化蚀变带的展布形态相吻合。由此可见，矿田内S2面理与金矿(化)体有着完全一致的展布特征和变化规律，显然S2面理对金矿化具有显著的制约作用。
图 5 黄龙金矿金沟矿段465中段矿体与S2面理展布特征1—勘探线及编号；2—坑探工程；3—矿体大致边界；4—平移断层；5—S2面理；6—S2面理产状；7—产状；8—钻孔及编号；Ⅰ—平移断层内黄钾铁矾化；Ⅱ—顺S2面理发育黄铁矿(Py)细脉；Ⅲ—S2褶曲变形强烈，其产状发生偏转；Ⅳ—S3面理(劈理)截切S2面理Figure 5. Characteristics of the ore-bodies and S2 structural foliation in the middle part of 465 in Jingou section, Huanglong gold deposit
图 6 金斗坡矿区S2面理展布方向与金矿(化)体分布特征1—S2面理展布方向；2—金矿体；3—矿化带；4—S2面理产状；5—含石榴子石密集带；6—梅子垭组变质岩Figure 6. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Jindoupo area
图 7 长沟矿区S2面理展布方向与金矿体分布特征1—S2面理展布方向；2—金矿体；3—强变形带；4—S2面理产状；5—含石榴子石密集带；6—石英脉或透镜体；7—梅子垭组变质岩Figure 7. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Changgou area4.4 热变质作用研究
汉阴北部地区金矿的成矿过程伴随整个秦岭造山带的发展与演化，同时与区域性构造变形、变质矿物生长、岩石面理置换以及岩浆热液活动等密切相关[7, 9~11]，不同类型变质作用阶段划分、片理形成期次与矿物生长序列见表 2。
表 2 不同类型变质作用阶段划分及矿物生长序列[7]Table 2. Dividing of different phases on metamorphism and the order of mineral development
通过野外调研并结合表 2，矿田内岩石中普遍含有黑云母，含量5%~30%。黑云母矿物以两类形态产出，一种是长条状、叶片状或针柱状呈基质分布的较细粒黑云母，大多粒度为0.05×0.1~1.0×3.0 mm，与绢云母一起沿长轴方向定向分布，表明其为区域变质作用的产物；另一种是粗粒的黑云母变斑晶，其粒度变化较大，多呈云母鱼沿S2排列，是区域变质矿物黑云母叠加了后期热变质作用而生成。此外矿田内可见含石榴子黑云母变斑晶绢云石英片岩(见图 8)，往往在此类岩石发育的区域形成强的金矿化。而石榴子石-黑云母(Gar-Bi)矿物是变质岩种最为常见的矿物之一，其之间的Mg-Fe交换与变质作用密切相关，可以反映出变质作用发生时的环境包括温度和压力等[13~16]。
图 8 金斗坡矿区石榴子石-黑云母共生矿物组合显微照片(Gar为石榴子石，Bi为黑云母)The micrograph of biotite-garnet in Jindoupo gold depositFigure 8. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Changgou area焦建刚等[17]在汉阴北部地区通过研究石榴子石-黑云母地质温度计获取的大量数据表明，该区促使石榴子石与黑云母变斑晶生成的热变质温度范围介于480~560 ℃。王友文等[18]通过综合研究认为，大多数金矿床的金元素富集沉淀于中性—弱碱性溶液中，温度大体介于170~300 ℃之间，Eh值介于-1~1。隗合明等[19]使用流体包裹体均一法测得长沟金矿的成矿温度范围为141.4~288.6 ℃，平均209.3 ℃，表明其为低—中温成矿。
杜坚[6]、任小华等[20]研究表明，该区金矿的成矿物质来源于下志留统梅子垭组原始地层在沉积过程中接受了来自两侧古陆岩石及耀岭河群和郧西群这些含有较高丰度金元素的物源碎屑。通过对比发现本区的热变质温度相对于金成矿温度明显过高，但变质热液的高温虽不利于金元素的富集沉淀，却能够促使梅子垭组岩石中的金元素发生活化。
结合矿田区内发育的大量绿泥石、白云母和绢云母等退变质矿物，以及金斗坡矿区(见图 6)和长沟矿区(见图 7)石榴子石密集发育带同金矿体空间产出的位置关系推测，热变质作用的晚期为退变质期，当退变质温度向周缘降至141.4~288.6 ℃范围时，活化的金元素在适宜的温度条件下富集成矿。
此外，高怀雄等[21]测得同一矿带上羊坪湾金矿的矿石中硫同位素Rb-Sr年龄为208±0.88 Ma，确定本区的成矿时代为晚印支—早燕山期。赵进江等[22]通过测定长沟金矿矿石中黄铁矿硫同位素，发现δ34S为1.4×10-3和6.3×10-3，平均值3.3×10-3，证实岩浆热液参与了成矿作用。结合矿田内所见的岩浆岩脉，尽管其出露规模不大，但却普遍存在于各个矿区，因此推断晚印支—早燕山期，深部岩浆热液沿脆-韧性剪切带、岩性界面等薄弱带的强烈活动引起本区热变质作用发生，进而生成热变质矿物黑云母变斑晶和石榴子石等，同时对金元素的富集成矿作用产生了重要贡献。
6. 结论
汉阴北部金矿田的矿化严格受控于志留系梅子垭组的不同岩性段；脆-韧性剪切带控制了矿床的空间位置，次级断层控制了其产出的具体部位；S2期面理对金矿化有着显著的制约作用。
促使矿田内石榴子石、黑云母变斑晶发育的热变质作用与金矿化密切相关，能够引起原始岩层中金元素发生活化，且热变质作用的晚期为退变质期，退变质期的适宜温度有利于金元素富集成矿。
矿田内金矿的勘查应以脆-韧性剪切带内为重点，最有利的勘探部位为不同岩性的接触面、次级断层面、石榴子石与黑云母变斑晶密集发育区周缘等区域。
矿田内矿体的追索方向应依照S2面理的空间优势展布方向。
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图 2 黄龙矿区平硐864实测剖面图
1—变石英砂岩；2—绢云母石英片岩；3—含黑云母变斑晶绢云石英片岩；4—含炭、黑云母变斑晶绢云石英片岩；5—性质不明断层；6—逆断层；7—岩层界线；8—石英脉；9—黄铁矿化；10—褐铁矿化；11—Au矿化体；12—片岩S2面理产状及断层面产状；13—脆-韧性剪切带及编号；14—剖面分层号
Figure 2. Measured geologic section of 864 Adit in Huanglong gold deposit
图 3 长沟矿区28勘探线剖面图
1—变石英砂岩；2—绢云母石英片岩；3—含黑云母变斑晶绢云石英片岩；4—含炭、黑云母变斑晶绢云石英片岩；5—含石榴子石绢云石英片岩；6—断层破碎带；7—花岗闪长岩脉；8—石英脉；9—黄铁矿化；10—褐铁矿化；11—Au矿化；12—片岩S2面理产状及岩脉产状；13—脆-韧性剪切带及编号；14—钻孔及编号
Figure 3. Geologic section of No.28 exploration line in Changgou gold deposit
图 4 金斗坡矿区面理置换现象
a—S1被S2置换；b—S2被S3置换(黑云母变斑晶Bit沿S2片理定向排列)
Figure 4. The exchange of structural foliation in Jindoupo mine area
图 5 黄龙金矿金沟矿段465中段矿体与S2面理展布特征
1—勘探线及编号；2—坑探工程；3—矿体大致边界；4—平移断层；5—S2面理；6—S2面理产状；7—产状；8—钻孔及编号；Ⅰ—平移断层内黄钾铁矾化；Ⅱ—顺S2面理发育黄铁矿(Py)细脉；Ⅲ—S2褶曲变形强烈，其产状发生偏转；Ⅳ—S3面理(劈理)截切S2面理
Figure 5. Characteristics of the ore-bodies and S2 structural foliation in the middle part of 465 in Jingou section, Huanglong gold deposit
图 6 金斗坡矿区S2面理展布方向与金矿(化)体分布特征
1—S2面理展布方向；2—金矿体；3—矿化带；4—S2面理产状；5—含石榴子石密集带；6—梅子垭组变质岩
Figure 6. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Jindoupo area
图 7 长沟矿区S2面理展布方向与金矿体分布特征
1—S2面理展布方向；2—金矿体；3—强变形带；4—S2面理产状；5—含石榴子石密集带；6—石英脉或透镜体；7—梅子垭组变质岩
Figure 7. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Changgou area
图 8 金斗坡矿区石榴子石-黑云母共生矿物组合显微照片(Gar为石榴子石，Bi为黑云母)
The micrograph of biotite-garnet in Jindoupo gold deposit
Figure 8. Direction of S2 structural foliation and distribution characteristics of ore-bodies in Changgou area
表 1 典型金矿区矿体特征
Table 1. Characteristics of ore-bodies in the typical gold mine areas
矿区 矿体编号 矿体形态 矿体长度/m 矿体厚度/m 平均品位/10-6 矿体产状 主要矿石类型 金斗坡 K1 透镜状 500 1.00~2.97 1.30 280°—330°∠29°—43° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩 K2 似层状 250 1.90~2.74 1.18 K3 似层状 250 1.90~3.95 1.13 黄龙 Ⅲ 似层状 150 1.00~6.31 5.60 5°—22°∠20°—55° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩 Ⅳ 似层状 500 0.80~7.14 3.15 Ⅷ-1 似层状 200 0.97~1.84 4.01 长沟 K1 似层状 460 0.85~3.80 1.54 190°—220°∠35°—55° 黑云母变斑晶绢云石英片岩含炭绢云石英片岩夹变石英砂岩含金石英脉 K2 似层状 190 0.95~4.45 1.52 K4 似层状 1100 0.85~4.35 2.60 15°—35°∠40°—70° 注：部分资料据文献[10] 
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表 2 不同类型变质作用阶段划分及矿物生长序列[7]
Table 2. Dividing of different phases on metamorphism and the order of mineral development
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