劉振川　白文軍　鐘智慧　陳偉男

摘要：文章論述了旬陽縣公館汞銻礦床的地質(zhì)特征，分析了控礦因素及其成因類型，認為汞銻礦床嚴格受構造和下泥盆統(tǒng)公館組第一巖性段的白云巖控制，同時還受淺水陸棚相沉積環(huán)境及熱液活動的控制，屬沉積—改造層控低溫熱液礦床。

關鍵詞：公館汞銻礦床；地質(zhì)特征；控礦因素；成因類型

引言

旬陽縣公館汞銻礦床位于秦嶺南麓的低山丘陵區(qū)，礦床規(guī)模較大，資源豐富，屬中—大型汞銻礦床。該礦床的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)推動了旬陽地方經(jīng)濟的快速發(fā)展，是旬陽經(jīng)濟迅速增長的一個重要支柱。近幾年來，隨著國內(nèi)汞銻金屬產(chǎn)量的逐年下降及國家對汞銻礦產(chǎn)開采的限制，導致汞銻市場價格直線上揚，這讓人們對公館汞銻礦床深部及外圍的開發(fā)給予了極大的關注。本文試圖通過對公館汞銻礦床地質(zhì)特征及控礦條件的分析研究，總結本地區(qū)汞銻礦床的成因類型及成礦控礦條件，不僅有助于地質(zhì)找礦理論的豐富，也對在當前我國汞銻礦發(fā)展窘迫的形勢下開展“外圍找礦及攻深找盲”具有特別重要的指導意義。

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

公館汞銻礦床位于秦嶺緯向構造體系的留壩—白河斷褶亞帶的佛坪—雙河復背斜和柴家坪—雙河斷裂帶的復合部位[1]，即東秦嶺上古生界—三疊系沉陷帶南端。南部為南羊山—田家山復向斜，北部為仁河—雙河復背斜，其間為南羊山斷裂（Fn）。其中，區(qū)域范圍內(nèi)的南羊山斷裂、佛坪—雙河復背斜是區(qū)域性Ⅰ級構造；仁河—雙河復背斜、南羊山—田家山復向斜是區(qū)域性Ⅱ級構造，它們共同構成了區(qū)內(nèi)基本的構造格架，控制了公館—迴龍汞銻礦田和砂硐溝汞礦田的分布范圍（見圖1）。汞、銻礦體賦存于下泥盆統(tǒng)公館組白云巖的斷裂系統(tǒng)中。按西北地區(qū)地層區(qū)劃，本區(qū)屬徽縣—旬陽分區(qū)之留壩—白河小區(qū)，出露的地層主要有石炭系中上統(tǒng)、石炭系下統(tǒng)，泥盆系上、中、下統(tǒng)及志留系中上統(tǒng)，以泥盆系地層發(fā)育齊全，分布最廣。

圖1 旬北公館地區(qū)構造綱要略圖

由于受加里東晚期區(qū)域性隆升、海西期伸展體制下的水平剪切、印支期褶皺造山及印支—燕山期逆沖構造等地質(zhì)作用，區(qū)域上形成了一系列不同期次、不同規(guī)模的構造形跡[2]。其中北部的仁河—雙河復背斜和南羊山斷層為區(qū)域內(nèi)主構造，控制了公館、青銅溝大型汞銻礦床在內(nèi)的汞、銻、金成礦帶，汞銻礦化主要沿區(qū)域性南羊山大斷層兩側分布，在其附近背、向斜近軸部、傾沒端或翹起端及接近這些部位兩翼的次級斷裂破碎蝕變帶內(nèi)富集，賦存在下泥盆統(tǒng)至中、下石炭統(tǒng)各層位每個沉積韻律碎屑巖—碳酸鹽巖上部的碳酸鹽巖層中，和性脆易碎、化學性質(zhì)活潑的白云質(zhì)巖石關系密切[3]。南羊山斷裂南北兩側分別為砂硐溝汞礦田和公館—迴龍汞礦田，公館汞銻礦床位于公館—迴龍汞礦田的西部。

2. 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

公館汞銻礦床出露泥盆系—志留系一套淺變質(zhì)的細碎屑巖和碳酸鹽巖組合，巖性主要為碎屑巖、粘土巖和碳酸巖。含礦地層為泥盆系下統(tǒng)公館組，分布于公館背斜兩翼及西部傾沒端。

2.1.1 泥盆系

（1）上泥盆統(tǒng)

南羊山組（D3n）：上部為鈣質(zhì)砂巖，砂質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r、泥灰?guī)r互層；中部為千枚巖、灰?guī)r；下部為灰?guī)r、千枚巖夾含砂灰?guī)r。

冷水河組（D3l）：上部為灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r；下部為千枚巖、粉砂質(zhì)千枚巖、砂質(zhì)千枚巖夾灰?guī)r透鏡體。

（2）中泥盆統(tǒng)

楊嶺溝組（D2y）：上部為灰?guī)r、白云巖；中部為砂巖、千枚巖、泥質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r互層；下部以砂巖為主。

大楓溝組（D2d）：下部為鈣質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、細砂巖、粉砂質(zhì)千枚巖。上部白云巖為本區(qū)賦礦層之一。

石家溝組（D2s）：上部為白云巖和灰?guī)r；下部為生物灰?guī)r、灰?guī)r、鈣質(zhì)千枚巖。是區(qū)內(nèi)重要的賦礦層位。

（3）下泥盆統(tǒng)

公館組（D1g）：上部為粘土質(zhì)白云巖、泥灰?guī)r、白云巖、千枚巖；中部為含砂粘土質(zhì)白云巖、白云巖；下部為白云巖。為區(qū)內(nèi)最重要的賦礦層位，公館汞銻礦床諸含礦體即在該層位中。

廟溝組（D1m）：分布于區(qū)內(nèi)公館河、竹筒河和西岔河一帶。上部為千枚巖夾粘土質(zhì)白云巖和白云巖透鏡體；下部為砂礫巖、砂巖、粉砂巖夾紫紅色千枚巖。與下伏的志留系中上統(tǒng)地層呈平行不整合或整合接觸。

2.1.2 志留系中上統(tǒng)川家溝組（S2+3c）：分布于區(qū)內(nèi)公館河、竹筒河和西岔河一帶。由紫紅色、灰綠色千枚巖，粉砂巖、細砂巖及千枚狀粉砂巖組成。上部以紫紅色為主，下部以綠色為主；頂部含砂巖條帶，且有銅礦化；底部夾燧石礫巖及細砂巖。

2.2 礦區(qū)構造

2.2.1 褶皺

公館汞銻礦床內(nèi)擠壓強烈，且?guī)в信犹卣?。主要褶皺是仁河—雙河鎮(zhèn)復背斜西端的次級褶皺公館背斜，其次為發(fā)育在公館復背斜核部和翼部的一系列同向低級褶皺，主要有：板凳坡—宋家溝背、向斜，豬頭寨背、向斜，塌洞溝—安家溝褶皺群，漏池溝褶皺群和石板溝褶皺群等。

2.2.2 斷裂

公館汞銻礦床內(nèi)斷裂構造頗為發(fā)育，按其展布方向及與地層走向間的關系分為東西向、南北向、北東—南西向及北西—南東向四組，其中東西向壓扭性斷裂和北東—南西向扭壓性斷裂為礦床內(nèi)主干斷裂。在主干斷裂之間或兩側發(fā)育著眾多的次級斜、橫向扭張性、張扭性斷裂，這些斷裂的規(guī)模較小，一般長數(shù)十米至數(shù)百米。斷裂之間有的互相貫通，互相聯(lián)系，形成復雜的斷裂系統(tǒng)。各組斷裂均具有明顯的多次活動跡象，且見不同程度的破碎、蝕變礦化現(xiàn)象。斷裂對褶皺有明顯的破壞作用。

3. 礦床地質(zhì)特征

公館汞銻礦床內(nèi)已發(fā)現(xiàn)58個含礦體，均分布于公館背斜兩翼及傾沒端的公館組白云巖中。根據(jù)所處的位置及集中程度，以公館背斜為軸，將背斜兩翼礦化相對集中的地帶分別稱為北含礦帶和南含礦帶（見圖2）。

圖2 旬陽公館汞銻礦床含礦帶劃分示意圖

3.1 含礦帶特征

3.1.1 北含礦帶

北含礦帶位于公館背斜軸以北，西起羅家溝橫斷層（F15），東至F3、F7斷層交匯處，東西長約4km，南北寬約240m，面積約1km2。

含礦帶受F3、F7、F13、F17等斷層、公館背斜北翼和傾沒端以及公館組下部（D1g1）白云巖綜合控制，呈東西向帶狀展布。該含礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦體35個，具工業(yè)價值的17個。礦體在含礦帶中呈斷續(xù)的透鏡狀、豆莢狀、串珠狀和不規(guī)則狀產(chǎn)出，一般長100～200余米，延深大于延長。

根據(jù)礦體的相對集中程度及地質(zhì)構造特征，又可將北含礦帶分為三個地段。由西到東依次為：

（1）羅家溝腦—宋家溝腦地段

西起石板溝斜斷層（F13）、東至羅家溝橫斷層（F15），已圈定的15個礦體均受F3斷層南盤公館組下部白云巖和背斜樞紐傾沒時產(chǎn)生的陡緩不同的斜、橫向扭張性和張扭性斷裂控制（見圖3）。

圖3 公館汞銻礦床北含礦帶

羅家溝—宋家溝腦地段礦體與構造分布示意圖

（2）石板溝地段

西起石板溝斜斷層（F13），東至冷旦廟埡，已圈定礦體12個，均受F13斷層東側F3、F7斷層之間公館組白云巖中橫向張扭性斷裂和部分斜向扭張性斷裂控制（見圖4）。

圖4 公館汞銻礦床北含礦帶

石板溝地段礦體與含礦構造分布示意圖

（3）東溝腦地段

西起爛柴溝、東至F3和F7斷層交匯部位，已圈定礦體7個，均受F17斷層兩側F3、F7斷層之間公館組下部白云巖中南北向張扭性陡傾斜斷裂控制（見圖5），含礦構造產(chǎn)狀為80°—105°∠60°—89°。

北含礦帶賦存的工業(yè)礦體多集中在石板溝、東溝腦兩地段，羅家溝—宋家溝腦地段成礦遠景較小。另外在石板溝地段與東溝腦地段之間公館組中部白云巖中斜向扭張性斷裂中見有辰砂礦化。

圖5 公館汞銻礦床北含礦帶東溝腦地段礦體與構造分布示意圖

3.1.2 南含礦帶

南含礦帶西起羅家溝橫斷層（F15），東至廟溝東梁，南北長約2.8km，西寬東窄，西段最寬750m，東段最窄18m，平均寬度310m，面積約1km2。受F1、F4兩條東西向壓扭性斷裂和公館組下部白云巖控制，呈東西向帶狀展布。含礦帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦體23個，集中分布在羅家溝—塌洞溝之間。按含礦體的相對集中程度可將含礦帶分為東西兩段。

（1）大青溝及其兩側地段

西起碼斷溝，東至宋家溝西梁，已圈定礦體5個，均受F1、F4斷層及其之間的橫向張扭性斷裂控制（見圖6）。

圖6 公館汞銻礦床南含礦帶大青溝地段礦體與構造分布示意圖

（2）宋家溝—塌洞溝地段

西起宋家溝，東至塌洞溝東梁，已圈定礦體19個，主要受公館背斜南翼公館組下部（D1g1）白云巖和分布于其間的斜、橫向扭張性、張扭性斷裂控制，其中以北西—南東向扭張性斷裂最為重要。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦物成份

礦石主要有用礦物以辰砂為主，次為輝銻礦；個別礦體礦石以輝銻礦為主，與辰砂共生。脈石礦物以石英為主，其次為白云石、方解石、重晶石，局部含少量發(fā)螢光的白云石。另外，微量礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦，偶爾見有黑辰砂、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦及褐鐵礦、紅銻礦、銻華等。

3.2.2 化學成份

礦石中主要有用組份為賦存與辰砂、輝銻礦中的汞和銻，還伴生有Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Te、Se等微量元素，但伴生的微量元素因含量太低或不穩(wěn)定，尚不能被綜合利用。根據(jù)汞、銻的含量可分為單汞礦石和汞銻礦石。

3.2.3 結構構造

礦石結構類型有它形晶結構、半自形—自形晶結構、包含結構、變晶結構、交代結構和穿插交代結構、晶體內(nèi)部的雙晶結構，受力作用后形成的結構包括碎裂、糜棱、揉皺等結構。

礦石構造類型有浸染狀構造、脈狀構造、條帶狀構造、塊狀構造、星（點）散狀構造、角礫狀構造等。

照片1 浸染狀礦石 照片2 脈狀礦石

4. 控礦條件分析

公館汞銻礦床產(chǎn)于下泥盆統(tǒng)公館組白云巖這一特定層位特定巖性之中，層控特征極為明顯，礦體大多又受斷裂控制，和地層呈不整合接觸關系，礦床受地層、巖性、巖相和構造的綜合控制，斷裂構造是礦床成礦和礦化富集的主導因素。

4.1 地層控礦

礦區(qū)在下泥盆統(tǒng)公館組至中泥盆統(tǒng)大楓溝組不同層位均有汞或銻礦化，但強弱不同。礦體主要分布于公館組第一巖性段中，在其第二、第三巖性段局部雖有含礦構造或小盲礦體分布，但其規(guī)模遠遠不如第一巖性段（見表1）。通過表4—1很明顯可以看出公館組第一巖性段（D1g1）成礦潛力最大，其次為廟溝組和公館組第二巖性段（D1g2）。也就是說，它們是有條件作為礦源層的。

由此可見，礦（含礦）體嚴格受地層層位控制，多數(shù)控礦構造進入非白云巖層后，雖構造存在但礦體消失。

表1 公館汞銻礦床各地層成礦潛力對比表

[地層代號＼&主要巖性＼&汞的豐度

（r）＼&地層厚度

（m）＼&成礦潛力＼&備注＼&豐度×厚度＼&D2y2＼&灰?guī)r＼&0.52＼&112＼&58＼&＼&D2y1＼&碎屑巖＼&0.78＼&80＼&62＼&＼&D2d＼&砂巖、千枚巖、白云巖＼&0.78＼&160＼&125＼&＼&D2s＼&灰?guī)r、千枚巖＼&0.75＼&140＼&105＼&＼&D1g3＼&粘土質(zhì)白云巖＼&10.04＼&100＼&1004＼&＼&D1g22＼&白云巖＼&15.50＼&152＼&2356＼&＼&D1g21＼&粘土質(zhì)白云巖＼&10.04＼&104＼&1044＼&＼&D1g1＼&白云巖＼&15.50＼&296＼&4588＼&＼&D1m＼&碎屑巖＼&4.80＼&520＼&2496＼&＼&]

4.2 巖性控礦

公館組為一套以白云巖為主的碳酸鹽巖石，可分為三個巖性段。第一巖性段巖性為白云巖，底部夾粘土質(zhì)白云巖；第二巖性段巖性為含砂粘土質(zhì)白云巖、千枚巖和白云巖；第三巖性段巖性為粘土質(zhì)白云巖、白云巖與泥灰?guī)r、千枚巖互層。礦床及含礦體主要分布于公館組下部第一巖性段，已明顯表現(xiàn)出巖石組合及巖性控礦的特點，單一巖石組合較復雜巖石組合有利于成礦。

經(jīng)物性測定白云巖抗壓、抗剪斷強度大于粘土質(zhì)白云巖，抗拉強度及內(nèi)磨擦角小于粘土質(zhì)白云巖，這些數(shù)據(jù)表明，在同一應力作用下，白云巖屬脆性巖石，不易產(chǎn)生變形，易于產(chǎn)生破裂和斷裂，形成有利的容礦空間；粘土質(zhì)白云巖屬揉性巖石，不易產(chǎn)生破裂，形成有利的封閉條件。

白云巖化學性質(zhì)活潑，具有很強的化學反應能力，對礦質(zhì)的沉淀有所影響。當同一斷層切穿不同層位或巖層時，往往在白云巖層中或白云巖的一側圍巖蝕變發(fā)育，在千枚巖、粘土質(zhì)白云巖、砂巖中或其一側圍巖蝕變不發(fā)育，故汞銻礦化多分布于白云巖中或靠近白云巖一側，白云巖中汞的豐度最高（見表2），是其它巖性的數(shù)十倍（見圖7），高的汞豐度表現(xiàn)了巖石化學組成對成礦的控制作用。

4.3 巖相控礦

早泥盆世旬陽海灣三面環(huán)陸，一面通向外海，是一個比較閉塞的沉積環(huán)境（見圖8）。由躍嶺河群、鄖西群古火山和洞河群硅質(zhì)巖等組成的牛山高地和武當古陸為海灣沉積提供了充足的物質(zhì)來源，地殼的穩(wěn)定下降和氣候的干旱炙熱則為白云巖夾千枚巖的形成和汞銻在沉積物中的濃集提供了有利條件。濱海瀉湖潮坪相與粉砂泥坪相過度交替帶的潮坪相白云巖是汞銻初步富集的有利條件[4]。

4.4構造控礦

公館汞銻礦床的空間分布和礦化的產(chǎn)生，除受有利的地層、巖性因素控制外，還受一些較大斷裂構造及其兩側次級斜、橫向斷裂構造的控制，褶皺對成礦的控制作用不如斷裂明顯。成巖成礦后經(jīng)過了多次構造活動， 使得有用組分集中于構造破碎帶內(nèi)，從而導致礦體沿斷裂分布的特征十分明顯，而且構造交匯處是成礦的有利地段和部位（見圖9）。

不同力學性質(zhì)斷裂所控制的礦體其規(guī)模、結構特征亦有所差異，東西向壓性、壓扭性斷裂控制的礦體規(guī)模最小，品位低，礦石以他形粒狀結構、細粒浸染狀構造為主；北東或北西向扭壓、扭張性斷裂控制的礦體，規(guī)模及延伸深度最大，品位比較富，礦石以他形—半自形結構、微細粒浸染狀及團塊狀、條帶狀構造為主；南北向張性、張扭性斷裂控制的礦體規(guī)模多數(shù)比較小，個別較大，品位最富，礦石以他形—半自形粒狀結構為主，部分為自形—半自形粒狀結構，中細粒浸染狀、粗粒集合體狀、團塊狀構造。

圖9 斷裂拐彎及交匯處礦體富集增大示意圖

4.5 熱液活動控礦

區(qū)內(nèi)斷裂、裂隙發(fā)育，熱液活動強烈，圍巖蝕變明顯。熱液活動主要沿構造軟弱帶，如斷層破碎帶、節(jié)理、裂隙及巖性界面等分布，使圍巖具硅化、碳酸鹽化、重晶石化蝕變，形成大量的石英脈或石英—碳酸鹽脈。區(qū)內(nèi)的熱液活動為礦液的活化遷移提供了足夠的能量，同時也為礦物質(zhì)的沉淀富集提供了重要的物化條件。

綜上所述，特定的巖相古地理條件、具高汞豐度值的成礦潛力大的礦源層、有利的巖石組合、有利的構造部位，這些都是汞銻礦床形成必不可少的條件。

5. 礦床成因類型

公館汞銻礦床是出現(xiàn)在一種特定的巖相、特定的層位、特定的巖性中。泥盆紀時期，在這種特殊環(huán)境下，汞銻及其它成礦成巖物質(zhì)搬運遷移進入海水，隨著海水有用物質(zhì)的不斷增加，在分異和生物作用下于各時期不同部位發(fā)生沉淀，在沉積成巖等一系列地質(zhì)作用中，大部分汞銻仍以分散狀態(tài)賦存于其它礦物中，部分汞銻相對濃縮形成了礦區(qū)或更大范圍的高濃度區(qū)，僅少數(shù)形成辰砂、輝銻礦等有用礦物，但沒有形成礦體。

印支、燕山構造運動，尤以燕山運動，在應力高度集中部位產(chǎn)生的構造及構造熱的影響，引起了地下水的運移，促進巖層中汞、銻元素的活化及其它有用物質(zhì)的溶解，并與攜帶來自殼幔深處的含礦熱液混合，沿斷裂系統(tǒng)向壓力小的方向運移，最終在有利的構造部位沉淀富集，形成沿構造裂隙充填的脈狀、透鏡狀等形態(tài)的汞銻礦體[5]。

上述特征表明，公館汞銻礦床成因類型屬沉積—改造低溫熱液礦床。

6. 結論

本文通過對旬陽縣公館汞銻礦床地質(zhì)特征及控礦因素的綜合研究，確定了與成礦有關的容礦地層、源區(qū)性質(zhì)和成巖構造環(huán)境等，并對控礦條件及礦床成因進行了分析討論，認為公館汞銻礦床成礦主要受地層、巖性、巖相、構造等多重因素的控制；汞銻礦化主要賦存于下泥盆統(tǒng)公館組第一巖性段的白云巖中；成礦物質(zhì)來源與區(qū)域旬陽三級盆地熱水沉積關系密切，成礦物質(zhì)來自深部流體，屬熱水沉積成因，并具后期改造的特點，礦床成因類型屬沉積—改造低溫熱液礦床。

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