勘查历史与研究现状

勘查技术方法的历史、现状及发展趋势~

0.3.1 古代的勘查技术
人类的生存与发展从一开始就和岩石、土壤、矿产、盐和水等自然资源的开发和利用息息相关。人类历史上的旧石器时代、新石器（包括粘土烧制的陶器的使用）时代、铜器时代、铁器时代的划分就是按照人类对矿产品的开发利用水平（生产力发展的标志）确定的。在各种矿产资源的开发利用过程中，勘查技术与工程也就逐渐形成了。
我国是一个有五千多年悠久历史和文化的文明古国，勘查技术的发展具有很长的历史。公元前180年成书的《管子·地数篇》明确记载着：“山有赭者，其下有铁；上有铅者，其下有银；上有丹砂者，其下有金；上有慈石者，其下有铜金，此山之见荣者也。”它不仅揭示了矿床学上金、汞共生，铁、铜、金共生，铅、银共生的事实与规律，而且还为现代地球化学勘查采用指示矿物（指示元素）找矿提供了启蒙思想。我国西晋时期张华所著《博物志》中，有“积艾草三年后，烧，津液下流成铅锡，已有试验”的记述，实际上就是现代生物地球化学找矿的原始思路与方法（朱训《地质科学与地矿事业》，1997）。
至于找地下水和取盐的钻掘技术则发展更早，成就更加辉煌。早在我国夏代就有“伯益作井”之说。到了北宋，为从地下采卤制盐，四川遂宁卓筒井的打井深度已达3000 m，发展出了一整套钻井工程、工艺及相关技术，并在自贡、遂宁，五通桥等地广为使用，世代相袭，至今仍保留着几十口这样的井。该项采盐钻井技术，被誉为“现代石油钻井之父”，“中国古代第五大发明”（《中国矿业》·四川卷，1998）。
我国的战国时期已能利用天然磁铁磨制指南针，并产生了我国古代的四大发明之一的罗盘。这是人类对岩石磁性和地球磁场的早期认识和具体应用。后来英国伊丽莎白女王一世的医生（威廉·吉尔伯特）通过对罗盘指向北方的进一步研究，得出了地球本身是一个巨大而又非规则的磁体的结论。这一结论在某种程度上又启发了牛顿思考树上的苹果为什么要落地?他认为，一定是物体与物体之间有引力，最后产生了他著名的重力理论（A.E.Mussett等，2000）。地球磁场和重力场理论的建立，奠定了现代地球物理重、磁勘探的基础。我国东汉时期著名学者张衡在公元132年发明了地震仪——候风地动仪，这是我国学者对地震、地震灾害的认识和地震观测技术发展的杰出贡献。图0-4是候风地动仪的外形和利用惯性原理使其中的倒立摆向着地震波传播方向摆动引发该方向龙嘴的小球吐出的原理图。
0.3.2 近代勘查技术
近代勘查技术是从19世纪末到20世纪初开始发展起来的。1888年，匈牙利学者 Baron Roland Von Eötvös发明了扭秤（torsion balance）；1900年在欧洲开始用扭秤进行地质构造图的绘制；1922年在美国得克萨斯州发现了盐丘构造的重力异常，并于1926 年首次用地球物理扭秤法发现了盐丘构造中的石油。

图0-4 候风地动仪及原理图

地震勘探方法是从地震波的理论研究、天然地震研究和声波等研究中发展起来的。1905年，L.P.Garret建议用地震折射波法寻找盐丘构造。1912年发生了英国的泰坦尼克号轮船在大西洋与水下冰山相撞沉没的惨痛事件之后，R.A.Fessenden立即着手水下冰山的探测研究，于是产生了水下声波探测法，并获得了美国专利。该专利于1917年发布，是世界上用地震波进行勘探的首项专利。更有实际应用价值的地震勘探方法是德国学者Mintrop提出的，他于1914年发明了机械地震仪，以该仪器为基础，他在1919年申报了德国专利，名为“确定岩石构造的方法”。该专利于1926年发布，阐述了机械波可用人工爆炸产生震源，用地震仪器接收，通过分析各种地震波在地下传播的深度，走时和距离能够确定地层的厚度、密度以及地层构造的走向和倾角等等（R.E.谢里夫，1995），这几乎涉及到了现代地震勘探所有的重要内容。
1879年，R.萨伦教授出版了他的著作《用磁法找铁矿》，随后在瑞典成功制造了萨伦-堤伯格磁力仪和汤姆森-萨伦磁力仪，并形成了确定地下磁性岩脉埋藏深度、走向和倾角的实用方法（W.M.Telford等，1990）。
电法勘探亦有较长的发展历史，1815年，R.福克斯发现某些矿物具有自极化特性，并预言可利用这一效应寻找某些矿产。过了约100年相应的仪器才制造出来，1913年，C.施伦伯格采用这种仪器发现了硫化物矿床，此后他还发明了有实际勘探价值的电阻率法和等位线法（M.B.多布林，1976）。
在研究地壳物质的物理性质和结构的同时，人们对其化学成分亦十分重视，并对元素和元素的丰度进行了长期的研究。1889年，美国学者F.W.克拉克发表了《化学元素相对丰度》的著名论文，开创了现代地球化学研究的先河，目前人们通常把地壳中元素的丰度称为克拉克值。
0.3.3 现代勘查技术及发展趋势
现代勘探技术方法的形成与发展，在西方是从第二次世界大战后，在我国则是从1949年中华人民共和国成立之后开始的。
按勘查技术的进步和应用领域的变化可将现代勘查技术的发展以上世纪80年代为界分为两个时期：第一个时期在20世纪40～80年代是勘查技术快速发展和成熟的时期，应用领域以矿产勘查为中心。第二个时期从20世纪80年代到现在是应用领域不断变化和扩大的时期。
在以找矿为中心的第一个时期，勘查技术主要分为油气勘查技术和固体矿产勘查技术两种。
油气勘查技术的典型代表是地震勘探和井下地球物理，通过它们的发展可了解整个油气勘查技术的发展进程和概貌，地震勘探的发展经历了如下三个阶段。
第一阶段（上世纪40～50年代），地震仪器采用电子管元件，以光学照相的方式获取以专用相纸为介质的地震记录，用人工进行资料的整理、处理和解释，很多的大油田，包括我国大庆油田的发现，最初都是用这种仪器和技术方法发现的。这类设备的主要缺点是笨重，机动性差，资料不能重新处理，记录动态范围小（20 dB，只能识别10倍大小的振幅差别），资料处理效率低。
第二阶段（上世纪50～70年代），地震仪器采用晶体管器件，以磁头录制的方式获取用磁带作介质的地震记录。这种记录可以反复回放处理，在处理中可使用模拟电子计算机处理，也可通过模数（A/D）转换后用数字计算机处理，记录的动态范围提高了1个数量级（40 dB，可识别相差100倍大小的信号）。磁带仪器的出现，使至今仍在有效使用的反射地震多次覆盖水平叠加技术得以应用与发展，大大提高了地震勘探的能力与效果。
第三阶段（上世纪70～80年代），以数字磁带记录、数字电子计算机处理，超多道（千道以上）、高覆盖观测，大动态范围（100 dB以上，可识别强弱相差10万倍以上的信号）为特点。这推动了数字处理技术的迅速发展。世界各先进国家用于地震资料处理的电子计算机的运算速度之快，性能之优越，存储量之大与军事、气象部门是并驾齐驱的，或者说有过之而无不及。
除地震勘探之外，为油气勘查服务的其他技术方法也有快速的发展，重力测量已不再使用笨重的扭秤，代之而来的是精度高、轻便的重力仪。它能在水下、井下和空中（航空重力）测量。地面重力测量精度可达微伽级，这样的高精度测量在其他方面亦很有用处，例如20世纪70年代初美国阿波罗-17登月飞船到达月球时所使用的月球-4号重力仪与勘查工作中所用的高精度重力仪出自同一公司的同一设计者（LaCoste），其精度就是微伽级的。实验目的是想把月球作为参照质量，在地球和月球上同时进行重力测量以证实爱因斯坦关于存在重力波的预言。可惜因为一些小的设计错误，这项实验未能成功，重力仪的精度和高分辨率是十分肯定的。
这一时期的油气钻井技术工艺也发展很快，出现了深度7000 m以上的超深井、斜井、水平井和同一井位多方向钻进的丛式井，以及把钻头作为震源的随钻地震技术等等。
在固体矿产勘查和其他方面的应用中，勘查仪器设备和方法向着轻便化、数字化、高精度和高效率的方向发展。20世纪50～60年代先后出现了航空核子磁力仪和更高精度的光泵型铯、铷蒸气磁力仪。航空磁测速度快、效率高，便于大面积测量，容易从事地面难以进入地区：沙漠、高山、极地和海洋等的勘查工作，对铁矿的勘查和含油气盆地基底的描绘发挥了重要作用。这一时期与航空磁测相媲美的还出现了遥感、航空摄影、卫星定位、航空电磁法、航空γ、航空重力等空中勘查方法和地面与井下的各种放射性、地球化学、电法、探地雷达等新方法、新技术和新仪器，整体上提高了矿产勘查技术水平，全面增强了勘查功能，扩大了找矿效果。
从20世纪80年代起到现在是现代勘查技术工程发展的第二个时期，这个时期的方法和技术，在一定程度上也代表着勘查技术的发展趋势。其显著特点是在勘查技术继续发展的同时，其活动领域从找矿为中心扩大到既继续为资源、能源的勘查服务，又为生态环境建设、城镇建设和大型工程建设服务。活动领域的转变是由以下因素决定的。
首先，人们逐步意识到环境保护的重要性，人类在开发利用大自然，享受用高科技创造的现代物质文明的同时，给大自然和生态环境带来了严重的破坏。环境问题引起世界各国重视，环境地球物理和环境地球化学等新的勘查技术工程的学科分支逐步调整自己的位置与方向。
第二，大型工程的建设速度和规模不断扩大，这包括公路、铁路、地铁、机场、矿山、管道、水坝、大厦、核电站、码头的建设等等，这些设施的质量和安全及其相应的环境保护，成为人们空前关注的问题。因此，工程地球物理这个较老的学科也受到了特别的重视，环境工程地球化学新学科在20世纪90年代也开始出现。
环境工程地球化学是利用地球化学作用改善环境的科学技术，主要任务有防止污染，改善岩石和土壤的物理、化学性质，改善水的质量。
第三，城镇化进程加快，城市人口不断增加，为城镇建设服务的城市地球物理、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和寻找地下水的水资源勘查技术的市场需求迅速扩大。
由应用领域不同而出现的上述新的勘查技术方法仍由图0-2和图0-3的中部所示的那些方法组合而成，各种方法的适用范围仍应参考表0-1。该表主要是根据技术方法的性能确定的，实际应用中还应注意利用性能价格比来选择适当的方法，比值高的应当优先选择。各种方法在做同一工作的经济成本是有差别的。
20世纪80年代以来，随着信息技术的进步和社会需求的变化，勘查技术有以下的主要发展趋势。
充分利用和发挥信息、网络和计算机的作用，使勘查技术在数据的采集、传输、存储、处理、解释和显示等方面更加现代化。巨型并行计算机、海量存储器、网络数据的高速传输与通讯，各种解释工作站和三维可视化显示将普遍使用。
勘查技术工程将按照研究对象的复杂性，继续提高自身解决复杂问题的能力。地球是一个复杂的巨大系统，目前只能用理想的、简单的数学物理模型去描述它，以这种理想化的模型为基础结合勘查技术工作者在地表或上空观测的有限数据去反演或解释地球内部是不精确的。它只能部分地解决某些简单的问题，如何将一个复杂的、真实的地球内部展示在人们的面前，将是一项困难和长期的任务。
增强勘查技术的功能，调整投入结构。前面已经指出了勘查技术某些新的应用领域，如何在这些领域中取得实质性进展则是人们应着重思考的另一个问题。水资源的勘查就是一个紧迫的问题。世界各国对地下水勘查的投入（1991年）只占勘查总投入的0.1%（R.E.Sheriff，1995）。改变类似这样不合理的经费投入结构，可促进相应方向技术的发展。

产业现状 以全国矿产资源潜力评价结果为重要依据确定的国家级整装勘查区，现已成为找矿突破的龙头。2012年，78片整装勘查区新发现矿产地135处，其中大型33处、中型52处。找矿突破战略行动实施以来，找矿突破战略行动指挥部以全国重要矿产总

秦岭造山带勘查找矿历史悠久,新中国成立后即正式开始了大规模的地质找矿工作。20世纪50～60年代,通过人海战术普查找矿,实现了秦岭勘查空白区域找矿的重大突破,在秦岭发现了肉眼易于识别的柞水县大西沟铁矿、华县金堆城钼矿、略阳县鱼洞子磁铁矿、略阳县阁老岭磁铁矿、略阳县杨家坝铁矿、宁强县黎家营锰矿、商南县松树沟铬铁矿等一批超大型、大中型钼铁铜矿床和钢铁辅助原料矿产资源。

20世纪80～90年代,广大地质工作者坚持解放思想、实事求是,根据客观地质条件确定找矿勘查矿种和工作项目,同时加强综合研究,提出了秦岭铅锌矿床的层控矿床新认识,依靠找矿勘查新理论的指导,依靠井地充电追索浅埋隐伏硫化物矿床的物探技术方法的突破和广泛应用,并且立足地质先验前提,大胆实施物探异常钻探工程验证,实现了秦岭地区铅锌找矿的重大进展,发现了凤县铅硐山大型铅锌矿、凤县八方山-二里河大型铅锌矿等一批大中型铅锌矿床; 依靠痕量金分析技术突破以及化探技术的广泛应用,实现了金矿找矿勘查重大突破,发现了凤县八卦庙大型金矿、略阳县煎茶岭大型金矿以及潼关县Q539、Q502、Q505(南段)、Q515、Q692金矿和勉县李家沟金矿等一批大中型金矿床。

进入21世纪近10多年来,秦岭老区找矿进入攻深找盲阶段,在找矿勘查久攻不破的情况下,根据市场需求和区域成矿条件,及时调整思路和工作布局,依靠开拓新区、新矿种,加大勘查投资力度,大胆设计深孔探矿,实现了新区、新矿种找矿的重大突破,发现了商南县千家坪钒矿、山阳县夏家店金钒矿等中型钒金矿和南郑县马元铅锌矿等。老矿山深部和外围找矿也取得重要进展,洛南县陈耳金矿通过深部接替资源勘查,Q507等矿脉新增333级金资源量14t,平均品位13.4g/t,相当于新获一个富的中型金矿床。

秦岭造山带(陕西段)产出有诸如八卦庙超大型金矿床、八方山 -二里河大型铅锌矿床、铅硐山大型铅锌矿床、煎茶岭大型金矿床、煎茶岭大型镍矿床、铜厂中型铜矿床、银洞子大型银铅矿床、穆家庄中型铜矿床、葫芦沟大型金矿床和金堆城超大型钼矿床等国内著名的众多有色金属矿床。对这些已知典型矿床,国内外许多学者从构造单元、矿产组合、含矿建造、矿化条件、成矿作用、控矿因素、找矿标志、地质特征和分布规律等不同方面进行了大量研究(张复新等,1988; 朱俊亭,1988; 张本仁等,1989; 陈毓川等,1993,1999; 郑作平等,1996; 赫英,1996; 王集磊等,1996; 王相等,1996; 邵世才,1996; 钟建华等,1997; Stein et al.,1997; 王平安等,1998; 郑大中等,1999; 王瑞廷等,1999a,1999b,2000a,2000b; 方维萱等,2000a,2000b; 杨志华等,2000; 范宏瑞等,2000; 张复新等,2000,2001; Mao et al.,2002a,2002b; 张正伟等,2002; 冯建忠等,2003,2004; 宋小文等,2003; 朱华平等,2004; 毛景文等,2005a,2005b; 祝新友等,2011; 王成辉等,2012)。

在秦岭造山带长期复杂的地质演化过程中,扬子板块与华北板块陆-陆碰撞发生在中—晚三叠世,两板块在晚古生代—三叠世时均发生向北漂移,后者的速度逊于前者,在自南向北的运移过程中两者皆发生了旋转,扬子板块顺时针转动而华北板块逆时针转动,因而,秦岭洋的闭合是“剪刀式”的,最终闭合于晚三叠世。相应地,洋盆闭合后的陆-陆碰撞自东向西迁移。伴随着这一地球动力学演化过程,东、西秦岭成矿作用也表现出差异性。东秦岭内生金属矿床集中分布于华北板块南部的华山-熊耳山陆缘带,按成矿系统的层次性,属于古大陆边缘成矿系统,可划分为前长城纪古陆核活动性边缘成矿系统、中新元古代被动大陆边缘成矿系统、早加里东期构造体制转换过渡期成矿系统、古生代主动大陆边缘成矿系统和中生代陆内碰撞成矿系统,并依据沉积建造与岩石组合在各成矿系统内划分出与古元古代绿岩建造有关的小秦岭金矿组合、与热水沉积有关的银洞子银铅成矿组合和与燕山期中酸性小岩体活动有关的钼钨成矿组合等(张正伟等,2002; 翟裕生等,1999)。西秦岭北部(凤县—礼县一带)内生金属成矿带内金矿床和铅锌矿床均产于泥盆系中,一般在金矿化富集的地段铅锌矿化较弱,反之在铅锌矿化较强的地段则金矿化较弱,该成矿带沿礼县-山阳区域大断裂分布,以特有稳定的成矿层位而著称,属裂陷盆地成矿系统。秦岭造山带金的成矿地质构造背景主要包括:①比较发育的前寒武纪变质杂岩; ②非常发育的多期次岩浆活动; ③强烈的蚀变破碎带; ④多条大型韧性剪切带;⑤近EW向主干断裂与多组不同方向的次级断裂交叉; ⑥存在分开软硬基底的基底缝合带; ⑦发育炭硅质板岩和浊积岩系(姜春发,1994); 且金矿床的分布具有分区集中、成带展布的特点(图3-2),其成矿物源具有层控性质(表5-1)。

Groves et al.(1998)和Goldfarb et al.(2001)系统地提出了造山型金矿床的概念,强调造山过程、剪切带控矿和变质流体成矿3个要素; 指出其成矿流体以富CO₂为特征,矿床中热液碳酸盐矿物(铁白云石)相当发育,δ13C值为-4.47‰～6.62‰; 黄铁矿硫同位素(3.8‰～13.8‰)类似石英闪长岩中而不同于围岩中的硫同位素值(-2.1‰～-6.6‰); 其δ18O的值为8.32‰～8.70‰。尽管有一些别的解释,但上述的同位素数据指示了这些矿床的深源特点,而且可能是幔源的。Goldfarb et al.(2001)进一步全面总结了全球造山型金矿在地球历史中产出和分布的规律,即每一次造山运动必然是造山型金矿形成的高峰期。秦岭为典型的复合型大陆造山带,具有长期的演化历史、复杂的组成与结构,金矿的成矿过程是秦岭造山带长期构造演化的综合产物。秦岭金矿床的形成受两条不同的构造带控制,按成矿环境和成矿基本特点划分为造山带型和卡林型两种类型金矿床。造山带型金矿分布于小秦岭、板-沙、凤-太、西-成、礼-岷地区,主要集中于中秦岭造山带或凤县-太白-礼县古生代盆地,成矿作用与中生代俯冲碰撞型花岗岩浆带有关。卡林型金矿汇集于南秦岭和松潘-甘孜造山带的东北部,分布于镇-板、石泉、勉-略、徽-文、三-曲等地区,成矿作用与古生代基性-超基性岩脉有关(毛景文,2001; 王瑞廷,2005)。虽然两大类金矿的成矿系统有所不同,但其时空分布有着紧密的成因联系。西秦岭造山型金矿床主要形成于210～170Ma。八卦庙金矿床的U-Pb同位素测年为209Ma,Rb-Sr等时线法获得的李坝金矿床的年龄为176Ma(Shao,2000),双王金矿床中钾长石⁴⁰Ar-³⁹Ar法年龄为202～198.3Ma(Shi et al.,1993)。使用不同测年方法测得的马脑壳和双王金矿床的岩体结晶年龄为215～198.3Ma。毛景文(2001)认为造山带中的金矿床是岩浆作用和造山作用过程中热作用产生的热液流体共同作用的结果。目前的测年数据表明,秦岭造山带中卡林型金矿与其北部的造山型金矿床基本是同时形成。这说明卡林型金矿成矿系统也形成于中生代早期克拉通的最后碰撞期间。这些矿床也形成于比礼县-山阳断裂以北造山带型金矿更浅的地壳之中。但需要进一步的研究来确定卡林型与造山型金矿是否形成于不同的热液系统,以及是否存在Phillips et al.(1993)建议的与两种类型矿床均有关的热液活动之间的纽带。西秦岭地区金矿床的成矿机制为:印支-燕山运动导致西秦岭地区强烈的碰撞造山作用,伴随深断裂的多次活动。在此过程中,大量花岗岩浆经过同熔或重熔作用生成及上侵定位,伴随深部流体的向上运移,与其他来源的流体汇合,参与成矿,形成了一系列与岩浆活动有关的大型矿床成矿系统。通常在造山带的走滑剪切带中形成造山型金矿,在断陷盆地边缘的伸展或剪切断裂系统中发育富As、Sb、Hg和W的卡林型金矿。造山带中的多数金矿床年龄的叠加是岩浆作用和来源于造山作用过程中热作用产生的热液流体共同作用的结果(张作衡等,2002)。

表5-1 秦岭造山带金矿床特征一览

注:据彭大明,2000,修改。

西北地区有色金属矿产主要形成于古生代造山系中,具有鲜明的中亚成矿特色,成矿时代集中发育于晚古生代,但北祁连山是一个例外,以形成于早古生代为特点(李文渊等,2006)。秦岭造山带陕西段有色金属矿床的成矿明显地表现出这一特点,典型矿床成矿时代多为古生代至中—新生代。这主要是因为秦岭造山带显生宙经历了碰撞造山、构造体制转折(板块碰撞构造体制到陆内造山构造体制)和岩石圈拆沉三大地球动力学事件,相应地出现了3次高强度成矿作用及金属元素的巨量堆积,构成了我国中部规模宏大的成矿爆发事件,形成了我国重要的多金属成矿带。

西秦岭地区金矿床分布较为集中(图5-1),可分为6类(王相等,1996),包括与基性火山岩有关的金矿类型(如铧厂沟)、与钠长岩有关的金矿类型(如二台子)、韧性剪切带型(如庞家河)、构造蚀变岩型(如李坝)、热水沉积岩浆再造型(如八卦庙)和热水沉积/热水沉积-改造型(如马鞍桥)。

图5-1 西秦岭地区金属矿床分布略图

秦岭西段和东段的成矿差异主要表现在与花岗岩类有关的矿化方面。西秦岭主要发育印支期花岗岩,次级成矿带较少; 东秦岭燕山期花岗岩类成矿作用强烈,在豫陕交界地区可划分出一系列富有特色的次级成矿区段,如豫陕岩带以燕山期酸性侵入岩为主,包括浅成相和深成相壳幔同熔型或陆壳重熔型花岗斑岩株、岩枝,多沿华熊古陆凹陷带或NNW向断裂带侵位于古生代及其以前的地层中,构成金堆城-卢氏-栾川钼多金属成矿带(张维吉等,1993; 陈毓川,1999; 张正伟等,2002)。祁思敬等(1999)讨论了秦岭地区3个重要的成矿系列,即古老基底岩系在长期隆升边界拆离和相关热事件影响下形成的金矿成矿系列、晚古生代陆缘裂陷盆地中与海底喷气热水沉积作用有关并在随后造山期演化中形成的铅锌铜金银成矿系列和与燕山期花岗岩类小侵入体有关的钼多金属金银成矿系列。不同规模的铅锌矿床在秦岭造山带分布广泛,至今已发现探明铅锌矿床近35处,主要集中在3个铅锌矿床密集区,即西和-成县铅锌成矿区、凤县-太白铅锌成矿区和镇安-旬阳-山阳-柞水铅锌成矿区(图5-1)。从地形上看,均分布于秦岭南坡,所以可合称为秦岭南坡铅锌成矿带。该带呈NW向展布,长达460km,由前两个矿集区组成西段,矿床数量多,成矿规模大,在秦岭地区稳居首位; 镇-旬-山-柞矿集区为该成矿带的东段,成矿规模位居第二。目前认为,秦岭地区铅锌矿的成矿期始于古生代早期,继后历经海西期、印支期,止于燕山期,成矿高峰期为中泥盆世。统计结果显示,古生代早期形成的矿床占总数的9.09%,泥盆纪占51.52%,石炭纪占6.06%,三叠纪占6.06%,燕山期占27.27%。资料分析表明,秦岭地区铅锌矿床最佳远景区段应是造山带中泥盆系沉积变质岩系展布地域。

整体上,秦岭造山带金属矿床的形成具有爆发性,即在某一成矿高峰期大规模集中成矿。其成矿时代主要分布在3个时段:①中、新元古代成矿期,这是初始秦岭造山带发端时矿床形成的重要阶段,如勉-略-宁-摩天岭地块、武当地块所形成的矿床; ②加里东-华力西成矿期,加里东期至泥盆纪时期是古中国板块在秦巴地区出现不同程度裂陷的时期,秦岭在海西期造山作用下形成中秦岭造山带,总的表现为板内海相沉积盆地及其转变为造山带所形成的相关矿产,如大西沟、南沙沟、铜峪地区的矿床; ③中—新生代成矿期,中—新生代(特别是燕山期)是秦巴地区最主要的成矿期,秦巴地区的贵金属、有色金属矿床绝大多数是在这个时期形成的。这个时期是秦巴地区成矿的主要时段,如凤-太矿集区、柞-山矿集区中的矿床(王集磊等,1996; 杨志华等,2000; 彭大明,2000;汪东波等,2001; 卢纪英等,2001)。统计研究表明,秦岭-大别成矿带金属成矿也主要集中于古生代和中生代(陈毓川,1999)。

对于秦岭造山带陕西段而言,成矿作用从太古宙到第四纪均有发生,不同时段的成矿作用与所处的地质历史演化阶段、构造背景、地球物理和地球化学场等诸多因素密切相关。典型金属矿种的成矿时代具有一定的规律性。铜、铅、锌的主要形成时代为中生代和晚古生宙; 金矿床主要形成于中—新生代; 钼、银、汞矿以中生代成矿占多数;镍矿主要形成于元古宙; 锰矿以新生代成矿为主。

秦岭造山带金属矿床的空间分布突出表现为成区(成带)性,即主要赋存在不同的矿集区或成矿(亚)带,构成具有一定成因联系的不同矿种和不同类型矿床的组合。如秦岭-大别成矿带中的凤-太、西-成、勉-略-宁、柞-山、镇-旬等矿集区,华北板块南缘成矿带中的小秦岭矿集区等。这些矿集区具有特定的地质构造背景,成矿亦各具特色,形成各自的成矿系列,反映了区域构造演化与大规模成矿作用之间的内在耦合性,代表同一大陆动力学过程的不同表现。

在成矿时间演化上,泥盆纪和印支-燕山期是秦岭造山带成矿的重要时段。秦岭泥盆系热水沉积成矿建造受秦岭微板块内泥盆纪热水沉积盆地控制。在矿产丰富的秦岭成矿带中,与秦岭造山带热水沉积岩相有关的矿床占着十分重要的地位,矿产储量占整个秦岭成矿带矿藏的三分之二左右。除拉尔玛金矿赋存于寒武系外,热水沉积成矿建造形成的矿产基本都集中在秦岭泥盆纪热水沉积盆地中(西-成、礼-岷、凤-太、板-沙、柞-山、镇-旬等),其中已探明的厂坝-李家沟超大型铅锌矿床位于西-成盆地,李坝大型金矿床位于礼-岷盆地; 八卦庙超大型金矿床、铅硐山等大中型铅锌矿床位于凤-太盆地; 马鞍桥大型金矿床位于板-沙盆地; 大西沟大型菱铁多金属矿床、银洞子大型银铅多金属矿产、桐木沟中型锌矿床、夏家店中型金矿床、穆家庄铜矿床位于柞-山盆地; 金龙山大型金矿床位于镇-旬盆地。根据秦岭泥盆纪沉积盆地发育的特征、成盆构造作用、成矿特点及其所处的地质构造背景和卫星照片上可识别的环形构造和线性构造,可将秦岭泥盆系划分为若干个一级盆地和次级热水沉积盆地(方维萱等,1999,2000b)。秦岭造山带泥盆纪聚矿沉积盆地主要分布在秦岭微板块内及北缘,其北界为武山-凤州-丹凤-商南板块缝合带,南为板内基底隆起和早古生代隆起(白龙江、留坝、佛坪、牛山、武当等隆起),西与祁连山造山带接壤,东至南阳盆地。根据地层古生物、沉积组合与岩相、构造特征,秦岭泥盆纪沉积盆地可划分为两大类:①陆缘盆地和陆缘残余盆地的复合,在早古生代属扬子板块,泥盆纪转变为秦岭微板块北缘被动大陆边缘盆地,晚古生代末演化为残余海盆的复合盆地,如礼-岷、沙-板、柞-山盆地等; ②秦岭微板块内裂陷-拗陷盆地,是在总体收缩背景下构造扩张的伸展体制中在秦岭微板块内发育的统一而又分割的同期构造扩张裂陷性盆地,如西-成、凤-太、镇-旬盆地等(图5-1)。

区内成矿元素的空间分布规律比较明显,在秦岭造山带的次级构造单元中成矿元素含量变化有明显的规律和差异。总的特点是平均值的变化幅度小,均方差的变化幅度大,反映出各构造单元后期的成矿作用强度不同,形成了各自的成矿特点。由元素含量和变化系数的空间分布规律,结合区域地球化学场特征,可以归纳出各构造单元的元素组合为:华北板块南缘区为Au、Pb、Mo、W、Ag、Hg元素组合; 秦岭区为Hg、Sb、Au、Ag、Pb、Zn、Mo、As元素组合; 扬子板块北缘区为Au、Pb、Zn、Mo、Hg元素组合。在秦巴地区的次级构造区中,陇宝区无明显的富集元素组合,均呈明显贫化; 北秦岭区为Au、Ag、Mo、Hg、Sb、W元素组合; 中秦岭区为Au、Ag、Hg、Sb、As、Pb、Zn、Mo、W、Sn元素组合;南秦岭区为Hg、Sb、Au、Ag、Zn、Mo、As元素组合;北大巴山区为Mo、Cu、Zn、Au、Ag、Sb、Hg元素组合; 白龙江-略阳区为Au、Ag、Hg、Sb、Mo、As元素组合; 摩天岭区为Au、Ag、Hg、Sb、Cu、Zn、As元素组合。

秦岭造山带横跨于中国太行-武陵山、环青藏(龙门山)两个近SN向的重力梯度带之间,为重力场严重扭曲区,布格异常值总体西低东高,并大致在(-3001～-70)×10^-5m/s²范围内变化,形成一个自NW向SE方向突出的异常轴脊。卫星重力场显示出近SN向的正负异常相间分布,整体上显示秦岭造山带的基底东高西低,东部的莫氏面由32km向西逐渐加深到55km,虽有起伏,但佛坪为最大隆起区; 两条重力梯度带显示了SN走向的深部基底构造活动的特征。由于秦岭造山带基底和地壳的不均匀性,可明显圈出南北两条负的剩余重力异常带,并与两条中生代俯冲岩浆岩带分布范围基本一致。北部负重力异常带分布在天水—宝鸡—西安—栾川—平顶山; 南部负的剩余重力异常带分布于桐柏—大别山地区。与地表出露的花岗岩对比表明,负的剩余重力异常带与中生代花岗岩的分布范围基本一致(袁惟正等,1996; 张守林等,2004)。金矿成矿主要受SN向的重力梯度带、EW向的剩余重力异常带的控制。铅锌矿成矿主要受NW向的重力低异常带的控制。整体而言,在磁异常、莫氏面/居里面隆起区或梯度带上有利于成矿。区域地球物理研究表明,秦岭地区以航磁正异常为背景,局部异常密集,呈带状、不规则状EW向分布; 布格重力异常表现为一大型异常降低带。凤-太、柞-山的高重低磁区反映泥盆系沉积盆地。金矿主要分布在局部重力高、航磁高异常范围或其边部及梯级带上; 而大、中型铅锌矿床则分布在局部重力低和磁性界面凹陷区的边部; 中型以上铜矿主要分布在局部重力高(低)、航磁高异常范围内或其边缘。

总体上,随着造山带基底与盖层由东到西的薄厚变化,相应矿产组合类型也有很大差异,即:(东)W-Mo→Cr(Sb)-REE→W-Mo-Au→Pb-Zn-Au→Cu(Mo、W)→Au→Pb-Zn-Ag-Fe(Au、Cu)→Pb-Zn-Cu-Ag→Au-Sb→Au-Hg→Au-Hg-Sb(Fe)(西)。

区域地球化学研究表明,秦岭造山带地壳以相对富集TiO₂、Th、Cr、Ni、Cu、Zn、Au及相对贫CaO、Sr为特征。不同构造单元微量元素丰度差异明显。华北板块南缘地壳中V、Cr、Co、Ni、Cu丰度明显低于南、北秦岭。南、北秦岭地壳Th、Cu含量均较高,但北秦岭地壳V、Cr、Co、Pb稍高,花岗岩类相对富集Ba、Th、Pb; 南秦岭地壳Ti丰度较高,花岗岩类相对富集V、Cr、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Mo(张本仁等,1994,2002)。区域成矿元素组合复杂,从北向南依次为Mo、Au→Fe、Cu、Ni→Pb、Zn、Cu、Au→Sb、Hg、Au→Cu、Fe。华北板块南缘地球化学区Au、Ag、Mo、Pb、Zn显示高背景场,元素分带清楚,其中以Au、Mo为主的高值带位于洛南洛源—潼关太要地区。北秦岭地球化学区以高B、Cu、Au、Sb(东部)为主要特征,宽坪群Cu丰度最高,成矿元素为Cu、Au、Sb、Mo、W等。南秦岭地球化学区(古生代海相沉积岩区),西部显示高Pb、Zn、Au,东部显示高Cu、As; 勉-略-阳三角地带则显示Ni、Co、Mo、Pb、Zn、Au的高背景。

综上所述,对秦岭造山带陕西段典型金属矿床可总结出9个成矿特征:

1)改造成矿作用明显。

2)碰撞造山成矿作用发育。

3)大多数金属矿床成区(成带)集中分布,矿集区特征显著。

4)构造岩浆活动与成矿的关系密切,矿床多受深(大)断裂、褶皱及岩体接触带等控制。

5)热水沉积盆地的成矿作用突出。

6)不同的矿集区均具有相对完整的矿床成矿系列。

7)古生代爆发成矿。

8)不同的造山成盆阶段形成的金属矿床差异较大。

9)受区域岩石圈演化的制约,不同矿种的成矿作用存在明显的偏在性。

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