小秦岭地区矿田构造深部探测初步认识
郑向光1，卢琳1，刘会毅1，刘晓龙2，徐坤1，张治林1
1 陕西地矿第二综合物探大队有限公司
2 陕西地矿第六地质队有限公司
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0 引言
1 地质特征及成矿背景
1.1 地质特征
1.2 成矿背景
2 地球物理特征
2.1 物性特征
2.2 地球物理场特征
3 探讨与结论建议
3.1 关于小秦岭地区矿田构造的探讨
3.2 结论与建议
0 引言
小秦岭地区是我国重要的黄金产地之一，一直是国内矿产勘查与地质研究工作的热点，随着浅表资源的减少和环境保护压力的增加，开展深部找矿成为必然趋势。陕西地矿第二综合物探大队有限公司作为协作单位，有幸参加了“小秦岭整装勘查区深部地质结构及隐伏矿体综合物探普查”项目，目的是通过地物化协同勘查，揭示小秦岭地区深部地质结构特征，为寻找隐伏矿体提供依据。地质学者普遍认为小秦岭金矿田受南、北区域性断裂所控制，成矿与燕山期岩浆活动关系密切，本次1：5万重力测量和广域电磁测深工作旨在通过重力场特征及电性结构特征研究，揭示小秦岭地区金矿田3000m以浅的地层、岩浆岩、构造等特征，特别是要查明北部太要断裂和南部巡马道断裂深部结构特征，圈定隐伏岩体，为深部找矿优选钻探验证地段提供依据。笔者主要介绍1：5万重力和广域电磁法测量现阶段主要成果和一些认识。
小秦岭地区地质工作总体可分为20世纪60-80年代发现与初步勘探和80年代至今的专项课题研究与开采两个阶段。该地区作为陕西省内重要的金矿基地，地质工作程度较高，针对矿集区的区域地质特征、矿床地质特征、地物化遥特征、矿床成因与成矿模式等做了大量研究，并对成矿远景区和找矿靶区做了区域划分和预测，基础地质资料丰富、详实，为该区矿产开发起到了重要的指导作用。有专家预测“小秦岭之下还有小秦岭”，目前人们的采矿活动主要处于地表以下500-800m，探矿活动最深达0标高以下500m左右，核心资料分属不同矿业公司，对小秦岭构造深部结构、岩浆岩分布特征等虽有一定的认识，但缺乏有力的地球物理依据。前人依据地质、化探及中小比例尺物探资料圈定的找矿靶区范围过大，已不能满足整装勘查及深部找矿的需求。
1 地质特征及成矿背景
1.1 地质特征
小秦岭位于华北陆块南缘，秦岭造山带北缘，中生代以前为华北克拉通的组成部分，具有典型的克拉通边缘特征。太华群为小秦岭的重要组成部分，为秦岭北缘太要断裂与南部巡马道断裂围限，受南、北两条岩浆岩带控制，小秦岭金矿田主要赋存于华山—文峪岩体之间的太华群中。
1.1.1 地层
据“陕西小秦岭金矿床矿田构造研究与靶区优选”项目对太华群原岩恢复认为：太华群正变质原岩为酸性岩类、基性岩类，即混合岩化花岗岩、角闪岩、辉石角闪岩，副变质岩原岩为砂(泥)岩类、灰岩类、泥板岩类，并提出太华群上、中、下三分法。图1显示该区地层从新到老依次为：
第四系(Q4)黄土、黄红色黏土；新近系(N)钙质、黏土胶结砾岩砂岩层；蓟县系巡检司组(Jx)硅质条纹、条带白云岩，板状白云岩；长城系高山河组(Chg)安山玢岩夹凝灰质板岩、紫红色石英岩夹板岩；太华群上亚群二段(Arth3b)黑云母斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩夹含铁石英岩透镜体；太华群上亚群一段(Arth3a)黑云母斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩夹磁铁石英岩；太华群中亚群(Arth2)石英岩、大理岩、斜长角闪片麻岩夹石墨斜长大理岩；太华群下亚群(Arth1)混合岩、条带状混合岩、混合岩化黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩。
1.1.2 岩浆岩
区内岩浆岩主要有燕山期黑云二长花岗岩(K1ηγβ)、石英正长斑岩(Jξοπ)；晋宁期中粒黑云二长花岗岩(Pt2ηγβ)、基性岩(Pt1N)、花岗伟晶岩(Pt1γρ)；熊耳期细粒黑云母二长花岗岩(Pt1ηγβ)；阜平期基性岩(ArN)、花岗岩(Arγ)。
1.1.3 构造
该区以近EW向构造线为主体，由太华群组成的复式背斜构造向西倾伏，NE、NW及SN向断层(石英脉)切割早期褶皱轴线，构成了以EW向构造线为主导，NE、NW、SN向断层(石英脉)为特征，受北部燕山期岩体、南部小河岩带夹持的复杂构造格架。
1.2 成矿背景
潼关小秦岭地区太华群是最主要的老地层，北部太要断裂带与汾渭盆地相隔，南为巡马道断裂带与小河岩体带相邻，其西部与东部分别为断层与华山岩体和文峪岩体相隔。太华群被区域性断裂带所围限，断裂带限制了潼关小秦岭金矿集区的范围。在断裂的围限区内发育金罗班—大月坪复式背斜区，该大背斜南边为八套脑—梁家坪背向斜区，西部为三关庙—侯家铺背向斜区。区内金矿床的空间展布与这些背斜展布空间形态一致，背斜控制了金矿床（矿点）的空间分布，含金石英脉（金矿体）大多沿褶皱背斜所派生的断层系充填，这些小断层为容矿构造，控制了单个矿体的空间形态。因此，区域大断裂—褶皱—褶皱派生的断层系在相对应的层次上对矿集区—矿床（矿点）—矿体（含金石英脉）具有明显的对应和控制作用（图2）。
图2 小秦岭地区地质构造略图
1—太华群上亚群；2—太华群下亚群；3—燕山期花岗岩；4—晋宁期花岗岩；5—顶部混染相；6—无－弱矿化带；7—强矿化带；8—弱矿化带；9—区域性断裂；10—小断裂；11—背斜构造；12—向斜构造；13—金矿床
2 地球物理特征
2.1 物性特征
2.1.1 密度特征
从表1、图3、图4可看出：除基性岩脉外，太华群和不同时期侵入岩体普遍存在明显密度差异，重力场能有效地识别太华群和岩体，但对太华群进一步精细刻画较难实现，仅仅依据重力资料也无法对表1岩体侵入时代进行定性。
表1 地质单元密度统计
图3 小秦岭地区密度色块分区
图4 小秦岭地区物性标本密度统计
2.1.2 电阻率特征
从表2中可以看出：与全区相比，以石英岩、大理岩、斜长角闪片麻岩为主的太华群中亚群为高电阻特征，高山河组石英岩、太华群上亚群一段及基性岩脉与全区电阻率背景值相近，华山岩体、太华群下亚群电阻率略低，巡检司组、文峪岩体、元古宙二长花岗岩表现为低电阻，花岗伟晶岩电阻率最低。
表2 地质单元标本电阻率参数特征统计
2.1.3 磁性特征
从表3中可以看出：与全区相比，太华群、华山岩体、文峪岩体及基性岩脉磁化率均值相近，常见值（众数）太华群中亚群和华山岩体、文峪岩体较高，表明太华群中磁异常主要与其磁性矿物不均匀分布有关，燕山期侵入岩体具有较强磁性，其余地层或岩体均为无磁性或弱磁性特征。
表3 地质单元标本磁化率参数特征统计
2.2 地球物理场特征
2.2.1 布格重力异常特征及地质解释
由图5、图6可以看出：布格重力异常严格受北部太要断裂、南部巡马道断裂控制，两条断裂间的太华群总体上呈重力高异常特征，东部呈NW、NWW或近EW走向，西部为NE走向，沿太要断裂、巡马道断裂表现为密集的重力异常梯度带，太要断裂以北为第四系覆盖区，重力异常呈现从高向低缓慢减小的趋势，反映太要断裂以北第四系下伏有高密度体。华山岩体和文峪岩体表现为团块状局部重力低，小河岩体以南为EW向重力低异常带，西端转为NEE方向。
图5 小秦岭地区1∶5万布格重力异常
图6 小秦岭地区1：5万剩余布格重力异常
2.2.2 航磁异常特征及地质解释
由图7可看出：航磁ΔT化极异常呈EW走向，具有与布格重力异常相似的南北低、中部高的特征，同样严格受北部太要断裂、南部巡马道断裂控制。太要断裂以北、巡马道断裂以南均为负磁异常背景区，磁场较为平稳，异常基本在-100~-200nT，对应无磁的新生界沉积地层（Q）、长城系石英岩（Chg）和晋宁期二长花岗岩（Pt2ηγβ）。南北两条断裂之间的强磁区，大面积异常幅值基本在-100~50nT，与深变质太华群变质核杂岩体对应；幅值在50~100nT航磁异常与太华群内磁性较强的斜长角闪岩、角闪片麻岩、磁铁石英岩等局部富集有关。西北角全区磁异常最高点，异常幅值在100~200nT，与燕山期华山岩体相对应。
图7 小秦岭地区航磁ΔT化极异常
对比1：5万重力、航磁异常，并结合前人资料可得出以下认识：
1）太要断裂以北浅黄色重力异常带和重力低异常区，说明靠近断裂的第四系下伏有高密度地质体，西宽东窄，为该断裂北部山前堆积与凹陷沉积物的特征反映；表明太要断裂晚期为正断层，北倾，表现为山前凹陷、北盘下沉的运动学特征；推断太要断裂北部第四系下伏太华群。
2）太要断裂南侧出露太华群，分布有华山岩体和文峪岩体，重力异常梯级带沿该断裂呈线性分布，局部被错断或扭曲，说明该断裂具有控制深部岩浆侵位的巨大作用，是区域性多期活动大断裂，后期改造强烈。
3）沿巡马道断裂存在的显著重力梯级带，其北侧为太华群、南侧为小河岩体群，小河岩体及其南侧长城系安山玢岩夹凝灰质板岩、石英岩夹板岩不整合于太华群之上。重力异常特征表明：该断裂是长城系—蓟县系与太华群的分界线，又是花岗质岩浆岩带控制断裂，晚期碎裂岩横切带内不同类型岩石，表现为南盘下降，北盘上升陡倾，长期、多次活动的特点。
4）太华群重力高异常东部呈NW走向、西部为NE走向，说明形成太华群内断裂的挤压应力方向为近SN向或NNE—SSW向，且断层断距有限，并未破坏太华群宏观结构。
5）含金石英脉爆裂温度变化趋势（图8）是以文峪岩体、华山岩体为中心形成成矿温度梯度中心。巡马道断裂北侧秦岭梁附近形成的第三个温度梯度中心，温度变化趋势由南向北，该地段存在有明显重力低异常，预示着该地段可能存在燕山期隐伏侵入岩体。
图8 含金石英脉爆裂温度变化趋势
2.2.3 广域电磁剖面特征及综合解释
1）P1、P2、P3剖面电性特征。图9清晰地显示了巡马道断裂、太要断裂及太华群电性结构特征。总的来看，太华群以高电阻率为主要特征，两条区域性断裂均表现为高低电阻率的分界带。太要断裂以北和巡马道断裂以南为显著的低电阻异常区，3条剖面结构特征一致；巡马道断裂以南与太要断裂以北相比，电阻率值略高，但仍为低阻特征，由西向东低电阻带由宽变窄，中西部的P1、P2剖面电阻率差异较大，特征较为复杂，东部的P3剖面表现为相对稳定的高电阻特征，表明巡马道断裂以南中西段与东段深部地质体存在较大差异，而不仅仅是现今地质图上标注的晋宁期、熊耳期黑云二长花岗岩。据区域地质资料，巡马道断裂西端出露南部有燕山期老牛山岩体，北部有华山岩体，这些岩体在形成过程中，对小秦岭地区太华群乃至巡马道断裂有一定程度的改造作用，而这种改造有可能使该断裂局部产生岩石破碎或热液沿断裂活动，导致中西段及太华群电性结构变化复杂。也可能在巡马道断裂中西段深部就存在隐伏的燕山期侵入体，证据有二：一是前人做的石英脉爆裂温度等值线图出现的第3个温度中心位于该地段；二是巡马道断裂深部P1、P2剖面不同于P3剖面视电阻率特征，其西部老岩体中沿NE向断裂已有燕山期石英正长斑岩（Jξοπ）出露（图3）。
图9 P1、P2、P3剖面反演电阻率示意图
图11 小秦岭地区太华群太峪段地震剖面
南部巡马道断裂结构复杂，宽度2~3km，其深部3500m处，低阻体对应密度为2.54g/cm3，地表出露的老岩体密度为2.56~2.61g/cm3，图8中第3个温度梯度中心位于该地段秦岭梁附近，推测该低密度体与燕山期侵入岩体有关；北部太要断裂呈“台阶状”，北倾，断距接近1500m，其深部1000~1500m的低阻异常，钻孔岩心密度显示太华群深部密度有变大的趋势，故推测新近系下伏仍为太华群；1500、2500、3500m低电阻率异常带与地震剖面构造层或拆离面大致对应，据此推断不同深度低阻层可能为推覆构造界面。
3 探讨与结论建议
3.1 关于小秦岭地区矿田构造的探讨
区域构造显示燕山期北东构造带控制整个秦岭地区的成矿带，小秦岭地区尽管以EW向构造为主导，受太要断裂和巡马道断裂所控制，形成了NE、NW、SN向断裂（石英脉）格局，但总体应仍然服从区域构造体系，也就说无论是哪个方向充填的石英脉矿体，均受NE向燕山期岩浆热液控制，巡马道断裂以南已发现有金矿床，表明石英脉群向南继续延伸，说明燕山期岩浆热液活动越过深大断裂而存在。图10显示出500、1500、3500m三个重要的深部构造层，3km以上为自北向南的逆冲构造，北倾，晚期自南向北逆冲前缘局限在北部，发育深度1500m至地表，倾角0°~30°，3000~3500m发育近水平构造层。若燕山期热液来源于深部1500m，那么500m以浅的太华群中，热液影响范围仅可能是NE向断裂经过的北部地区约4~5km范围内，若热液来源于更深部3km处的深部断面，影响范围可达4~8km。可以看出500m以下的断层为低角度断层，北部略南倾，南部为近水平拆离面；1000m深处，北部断层产状向南，南部与浅部相同；1500m深处为该区域主要构造界面（水平拆离面），早期北倾构造界面与晚期南倾构造界面形成了网格状，3000m附近有500m厚近水平波状起伏构造带，是本区域深部水平拆离与岩浆岩带。小秦岭地区P2剖面东南的ZK801钻孔孔深1918m（0标高以下600m），岩心显示500、1000、1500m附近均出现蚀变碎裂岩、构造片岩，1500m以浅碎裂岩、构造片岩及含矿石英脉较发育，最深到1537m仍出现了绢云绿泥石英片岩夹方解石石英脉矿体，至1846m蚀变碎裂岩依然存在。P2剖面与之对应的太华群，埋深1500、2500、3500m出现了相对连续的低阻层，说明电磁剖面探测结果有一定的可信度，根据P2剖面电性特征就可以讨论矿田与构造有关的问题。
1500m以浅，燕山期岩浆热液充填的石英脉以该构造层为限从南向北变浅，也就是说充填石英脉的断裂深度多数应小于该构造层，这些断裂应以脆性张扭性为主，因其切割地层深度有限，断距小，即使以“断裂（石英脉）群”出现，其重力异常特征并不显著，所以NE、NW向石英脉群所在地段仍表现为以太华群为特征的重力高异常。
1500~3000m范围内，局部区域形成的网格状结构，在交汇部位有可能充填热液成矿，P2剖面在这些部位出现的视电阻率变化应予以重视，特别是出现的视电阻率异常带南倾、北倾交汇的部位，是最有可能的赋矿部位。
3500m的水平波状起伏构造层，其上下电性结构差异显著，上为太华群，下可能是岩浆岩带，具备一定的形成构造蚀变岩型金矿的条件。
太要断裂以北1.5~3km范围内，第四系下伏太华群埋深在800~1500m；太要断裂为北倾，倾角65°~80°，西段断距2000~2500m，东段断距约3000m。
巡马道断裂结构要比太要断裂复杂，从西向东差异大，电性结构图显示，地质体呈碎块状，有证据表明，该断裂及其南部构造碎裂岩发育，最新资料研究认为，该断裂中西段深部存在燕山期隐伏岩体的可能性较大，高山河组下伏地层为太华群，那么就可能会存在构造蚀变岩型金矿。
3.2 结论与建议
通过重力测量和广域电磁剖面测量，大致查明了小秦岭潼关地区深部结构特征：
1）太要断裂呈“台阶状”65°~80°北倾，太要以西太华群埋深800~1500m，以东埋深1000~3000m，表现为西宽东窄，以山前堆积与凹陷沉积物特征。
2）巡马道断裂作为长城系—蓟县系与太华群的分界线，又是花岗质岩浆岩带控制断裂，晚期碎裂岩横切了带内不同类型岩石，表现为南盘下降，北盘上升陡倾，长期、多次活动的特点。该断裂结构复杂，向南陡倾。断裂以南深部可能以构造片岩、碎裂岩为主，3500m以深可能存在燕山期隐伏岩体，具有形成石英脉型金矿的优势，同时又有形成构造蚀变岩型金矿的条件。
3）太华群存在3个重要的构造界面，石英脉型金矿可能主要存在于1500m以浅的范围，1500~2500m石英脉型矿体可能会减少，在局部视电阻率变化地段可能是这一区域南倾、北倾推覆构造交汇部位，有可能形成规模较大的石英脉金矿体；3500m的水平波状起伏构造层，有可能是水平波状韧性剪切带，同样存在构造蚀变岩型金矿的可能。
4）该地区深部找矿重点应关注巡马道断裂中西段两侧电性结构特征复杂的地段，建议通过钻探2500m深孔揭示广域电磁剖面电性结构在该地段的低阻、高阻所表达的地质体，为该地区深部找矿和资料揭示提供切实依据。
致谢：文章在编写过程中，吸收了陕西地矿集团总工程师王根宝、西安地质调查中心教授级高工冯治汉、陕西地矿第六地质大队有限公司总工程师白和、西安地质矿产勘查开发院有限公司教授级高工杨海及陕西省自然资源厅勘查处周新民等专家的认识，在此一并致谢!