甘肃西秦岭矿床成矿系列及其量化评价

The metallogenic series in West Qinling, Gansu Province, and their quantitative estimation

摘要

本文以中国矿产地质志项目规定的矿种为基本因素,厘定甘肃西秦岭矿床成矿系列及其各种归并形式,并通过量化评价结果反映其找矿意义。基于39种既有矿产的分布特征,按照矿床成矿系列厘定原则,在甘肃西秦岭厘定了21个矿床成矿系列和84个矿床式。根据矿床成矿系列对应的成矿作用、成矿地质环境和构造旋回,将该区域的矿床成矿系列归并为5个矿床成矿系列组合、12个矿床成矿系列类型和4个矿床成矿系列组;针对华力西—燕山期构造旋回中存在构造亚旋回的特点,在其中划分出了矿床成矿系列亚组;探讨了矿床成矿系列在构造旋回中的演化规律。提出了资源当量和当量密度概念,结合其他成矿广度指数和成矿强度指数,有效地进行了矿床成矿系列及其3种归并形式的量化评价。结果表明:矿床成矿系列的成矿多样性与中酸性岩浆活动强度正相关;优势矿床成矿系列是中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列;优势矿床成矿系列类型是前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型和岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型。

关键词

矿床成矿系列 / 成矿多样性 / 成矿广度 / 成矿强度 / 优势矿床成矿系列 / 优势矿床成矿系列类型

Key words

metallogenic series / metallogenic diversity / metallogenic extent / metallogenic intensity / advantaged metallogenic series / advantaged metallogenic series type

0 引言

矿床的成矿系列包含5个序次:矿床成矿系列组合/矿床成矿系列类型/矿床成矿系列组→矿床成矿系列→矿床成矿亚系列→矿床式(矿床类型)→矿床;矿床成矿系列是该理论的核心^[1⇓⇓-4]。矿床成矿系列的厘定以岩浆、沉积、变质、表生和含矿流体(非岩浆-非变质成因流体)5种成矿作用为基本原则,以成矿地质环境为基础,结合成矿的时段与形成的矿床组合进行划分^[5]。这里所指的“一定的地质历史时期”通常是指一个大的构造-岩浆-成矿旋回,“一定的地质构造单元”一般指1个Ⅲ级大地构造单元,并大致对应于1个或2个Ⅲ级成矿单元或成矿区带^[6-7]。

甘肃西秦岭地区矿床成矿系列研究可以追溯至陈毓川等^[8]对秦岭地区主要金属矿床成矿系列进行的划分,甘肃省地矿局参与完成的“中国成矿体系与区域矿产找矿潜力评价”子课题^[9⇓⇓-12]针对主要矿产建立了西秦岭地区的矿床成矿系列。本文以中国矿产地质志项目^[7]规定的矿产种类为基本因素,按照矿床成矿系列厘定依据、命名原则^[1⇓⇓-4]及中国矿产地质志规定的矿床类型划分方案^[7],基于甘肃西秦岭成矿带划分方案,在阐述区域矿产分布特征的基础上,厘定甘肃西秦岭地区矿床成矿系列及其各种归并形式;进一步探讨矿床成矿系列的量化评价指标体系,以矿床成矿系列的量化评价结果反映其找矿意义。

1 区域地质矿产概况

1.1 构造演化阶段、构造单元及成矿区带

甘肃西秦岭地区出露自新太古代^[12]、元古宙^{[12⇓⇓⇓-16]}至新生代的地层。除新太古代鱼洞子群与上覆地层间断层接触外,新元古代关家沟组中存在冰碛层,志留系与泥盆系、三叠系与上覆中-新生界间及侏罗系、白垩系、新生界之间存在区域性不整合面。中酸性侵入岩发育,成岩时代以印支期为主,其次为燕山期,晋宁期、加里东期和华力西期中酸性侵入岩分布零星(图1)。

构造演化阶段及构造单元划分的焦点在于勉略缝合带存在与否。众多观点认为勉略缝合带是存在的^{[17⇓⇓⇓-21]},并得到下列事实的支持:区域侵入岩形成构造环境^[22-23]、勉略构造混杂岩带中基性-超基性火山岩的SHRIMP锆石U-Pb定年((667±8) Ma、(771±8) Ma、(778±8) Ma、(446±6) Ma、(455±5) Ma)^[21]、南秦岭古生代沉积物的活动大陆边缘沉积属性^[24]、地球物理剖面解译结果^[25-26]和横跨南秦岭、中秦岭和北秦岭的古生代—中生代俯冲-碰撞-同折返过程形成的岩浆岩带^[27⇓-29]。据此,将该区域的构造演化阶段和构造单元划分做如下陈述。

新元古代以来,经历了新元古代早期俯冲-碰撞造山、新元古代晚期—晚古生代裂解-拉张-俯冲碰撞造山及商丹洋关闭^[17⇓-19]、晚古生代—早中生代俯冲-碰撞造山及勉略洋关闭^[22-23]和晚中生代—新生代陆内俯冲-走滑造山^[16]等4个完整或不完整的威尔逊旋回。基于构造演化阶段及区域深大断裂,将Ⅲ级构造单元^[20,30]依据文献[17,21,23,31⇓-33]划分为11个Ⅳ级构造单元或构造亚相(表1^{[20-21,30,32⇓-34]})。

全国Ⅲ级成矿带划分方案^[34]在甘肃西秦岭厘定了5个Ⅲ级成矿带,甘肃省矿产地质志编写组^[35]参考“中国西部地区成矿构造单元与古板块及其内之大地构造分区吻合较好……把地块及周缘的一些造山带视作Ⅲ级成矿带”^[34]的原则,依照Ⅲ级构造单元划分现状,将其中的西秦岭成矿带(Ⅲ-28)解体为中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)和南秦岭成矿带(Ⅲ-28B,图1,表1);进一步依据Ⅳ级构造单元将南秦岭成矿带划分为4个成矿亚带(表1)。

1.2 矿产的时空分布规律

区域具规模矿床的矿产有39种,其中能源矿产3种,工业岩石(土)11种,工业矿物13种,黑色金属2种,有色金属8种,水气矿产1种。各矿种的含矿地质体、成岩成矿年龄、成矿时代及其在各成矿带的分布情况见图1和表2^{[13,27,36⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-54]}。

1.2.1 矿产的空间分布规律

能源矿产有煤、地热和铀,矿产地22处。铀矿仅产出于南秦岭上-顶志留统卓乌阔组(S_3-4zw)。地热和煤矿在北秦岭(Ⅲ-66)、中秦岭(Ⅲ-28A)、南秦岭(Ⅲ-28B)及龙门山(Ⅲ-73)均有产出,但主要分布于南秦岭;地热均毗邻区域性深断裂产出,含矿地质体变化大;煤矿赋存于上-顶志留统卓乌阔组(S_3-4zw)和侏罗系—白垩系(J-K)。

工业岩石(土)类矿产有石英岩、大理岩、花岗岩、蛇纹岩、石灰岩、制陶用黏土、水泥用黏土、泥炭、砂岩和砚石,矿产地75处;在各成矿带均有产出,但主要分布于中秦岭和南秦岭;选择性地赋存于自新元古代至全新世的地层,如石英岩仅产出于羊汤寨组(D₁y),花岗岩矿和蛇纹岩矿为相应岩浆侵入体本身。

工业矿物类矿产有硅灰石、红柱石、方解石、脉石英、水晶、透辉石、夕线石、云母、石盐、萤石、重晶石、滑石和石膏,矿产地24处;散布于西秦岭。石盐、重晶石、滑石、石膏受地层控制,选择性地赋存于新元古界至新近系(Pt₃-N);其余矿产主要赋存于印支期侵入体的侵入接触构造及外接触带。

黑色金属矿产有铁和锰,矿产地21处;散布于西秦岭;选择性地赋存于前侏罗系(AnJ)。

有色金属矿产有镁、钨、锡、钼、铜、铅、锌、锑和汞,矿产地70处;分布遍及西秦岭;选择性地赋存于前侏罗系(AnJ);主要受侵入接触构造和深大断裂控制,部分矿产如镁具有显著的层控特征。

贵金属矿产仅有金矿,共有矿产地106处;分布遍及西秦岭;选择性的赋存于自新元古代至全新世地层中。岩金矿毗邻夏河-两当弧形深断裂和北东向深断裂产出,或近印支期酸性侵入体产出;砂金矿赋存于第四纪河谷。

水气矿产仅天然矿泉水,有矿产地3处;见于中秦岭(Ⅲ-28A)和南秦岭(Ⅲ-28B);赋存于安家岔组(D₁a)、隆务河组(T₁l)和甘肃群(NG);毗邻夏河-两当弧形深断裂产出。

1.2.2 构造-成矿旋回

构造-成矿旋回是地壳中某一构造单元与构造发展旋回相对应、相联系的成矿作用的旋回性^{[7,55⇓⇓-58]},也被称作成矿旋回^[59⇓-61]。将表2中的成岩成矿时代与西秦岭构造演化特征或威尔逊旋回相结合,可以划分出晋宁期、加里东期、华力西—燕山期、喜马拉雅期4个构造-成矿旋回。其中,除少数有成矿年龄的矿床外,与沉积作用有关矿产的成矿时代依据赋矿地层时代确定,与岩浆作用有关矿产的成矿时代依据侵入体成岩年龄确定,与区域变质作用有关矿产的成矿时代依据构造旋回确定,与含矿流体作用有关矿产的成矿时代依据构造旋回和附近岩浆作用有关矿产的成矿年代确定,表生作用矿产的成矿年代确定为新生代。

依据多旋回构造运动观点^[62],华力西—燕山期构造旋回又可进一步划分为华力西期、印支期和燕山期3个构造亚旋回。按照矿床的成矿作用二级分类方案将各构造旋回产出的矿种列于表3。晋宁期构造旋回,7种矿产,成矿作用有岩浆作用、变质作用、含矿流体作用和沉积作用。加里东期构造旋回,9种矿产,成矿作用主要为变质作用和沉积作用,其次为岩浆作用。华力西—燕山期构造旋回,28种矿产,成矿作用有岩浆作用、变质作用、含矿流体作用和沉积作用。喜马拉雅期构造旋回,9种矿产,成矿作用有含矿流体作用、表生作用和沉积作用。

2 矿床成矿系列

2.1 矿床成矿系列的厘定及其基本特征

遵循矿床成矿系列的厘定依据和命名原则^[1⇓⇓-4]及中国矿产地质志规定的矿产种类和矿床类型划分方案^[7],基于西秦岭地区成矿带划分方案^[35],在全区厘定出21个矿床成矿系列、3个矿床成矿亚系列和84个矿床式。其中,Ⅲ级成矿带是厘定矿床成矿系列的基本依据^[6-7],成矿亚带基本上对应于成矿亚系列。各矿床成矿系列的简化名称及其对应的矿床式、矿床类型、矿床数、含矿地质体、区域控矿构造、成矿地质环境等基本特征见表4^{[12-13,16,20,22,27⇓⇓-30,32-33,36,40,42⇓-44,47,50,52⇓-54,63-64]}。

中国矿产地质志采用的矿床类型划分方案^[7]与既往矿床成因分类方案^[65-66]有差异,天然矿泉水与浅成中-低温热液矿床一起归入了含矿流体作用矿床(非岩浆、非变质作用矿床),岩浆热液型矿床、陆相火山岩型矿床和海相火山岩型矿床归属于岩浆作用矿床。

简化名称的作用是在矿床成矿系列的深入研究过程中便于引用,该简化名称中直接去除了反映部分“矿床组合”概念的“矿种组合”,理由是:(1)矿床成矿系列是在地质历史发展的各阶段、各特定的地质构造环境中的成矿作用过程及形成的(有成因联系的)矿床组合^[1];地质历史发展各阶段、各特定的地质构造环境、成矿作用与矿床组合之间是因果关系,四者之间线性相关,四个变量的自由度F=4-1=3,也就是说,在矿床成矿系列的命名中,只要充分反映其中3个概念,便能保证该矿床成矿系列名称的唯一性。(2)相比较,“矿种组合”是一个字符长度不定的变量^[1,4]。

2.2 矿床成矿系列的分布

我们借鉴以含矿岩石建造圈定找矿远景区的方法^[67],将甘肃西秦岭地区矿床成矿系列的空间分布表示为其对应的含矿地质体(图2),设地质体为P_i,矿床成矿系列中的矿床为M_i,(i=1,2,…,n),则矿床的含矿地质体B_i={P_i|M_i∈P_i},矿床成矿系列为S= {\cup }_{i=1}^n\mathrm{ }B_i= {\cup }_{i=1}^n\mathrm{ }{P_i|M_i∈P_i}。

岩浆相关矿床成矿系列主要分布于西秦岭北部及南部的龙门山成矿带,并以宽带状穿越北秦岭成矿带(Ⅲ-66)、中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)和南秦岭成矿带(Ⅲ-28B)西北缘;其次以稀疏条带状分布于南秦岭成矿带(Ⅲ-28B)。沉积矿床成矿系列主要分布于中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)和南秦岭成矿带(Ⅲ-28B);在南秦岭成矿带(Ⅲ-28B),沉积矿床成矿系列的规模大于岩浆相关矿床成矿系列。变质矿床成矿系列主要分布于中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)和龙门山成矿带(Ⅲ-73),毗邻岩浆相关矿床成矿系列;其次分布于北秦岭成矿带(Ⅲ-66)和南秦岭成矿带(Ⅲ-28B)。含矿流体矿床成矿系列以较大的规模分布于中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)南部及南秦岭成矿带(Ⅲ-28B)。表生矿床成矿系列呈零星条带状分布于南秦岭成矿带(Ⅲ-28B)和北秦岭成矿带(Ⅲ-66)。相比较,中秦岭成矿带(Ⅲ-28A)是除表生矿床成矿系列外的其余4个矿床成矿系列高度复合或叠加的成矿带。

3 矿床成矿系列的各种归并形式

3.1 矿床成矿系列组合

按照矿床的二级分类方案^[7],本区域的矿床成矿系列可以被归并为5个矿床成矿系列组合:岩浆相关矿床成矿系列组合、沉积矿床成矿系列组合、变质矿床成矿系列组合、含矿流体矿床成矿系列组合和表生矿床成矿系列组合(表4)。

3.2 矿床成矿系列类型

根据矿床成矿系列所处的成矿地质环境,将西秦岭地区的矿床成矿系列归并为12个矿床成矿系列类型;其中,单一成矿地质环境形成的矿床成矿系列类型5个,因难以分解而并存的两种成矿地质环境形成的矿床成矿系列类型2个,不同时期成矿地质环境叠加形成的矿床成矿系列类型5个,分别占矿床成矿系列类型的41.7%、16.7%和41.7%。

3.2.1 单一成矿地质环境形成的矿床成矿系列类型

边缘裂谷矿床成矿系列类型:包括龙门山晋宁期含矿流体矿床成矿系列和龙门山晚古生代沉积矿床成矿系列^[12,30]。

前陆盆地矿床成矿系列类型:仅有中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列^[32]。

后碰撞矿床成矿系列类型:包括北秦岭加里东—华力西期岩浆相关矿床成矿系列^[64]、北秦岭印支期岩浆相关矿床成矿系列^[36]和龙门山印支期岩浆相关矿床成矿系列^[42]。

碰撞带矿床成矿系列类型:包括龙门山印支期变质矿床成矿系列和南秦岭华力西期变质矿床成矿系列^[20,30,54]。

陆内造山带矿床成矿系列类型:包括4个矿床成矿系列,即西秦岭中生代沉积矿床成矿系列、西秦岭新生代沉积矿床成矿系列、中-南秦岭喜山期含矿流体矿床成矿系列和西秦岭新生代表生矿床成矿系列^[16]。涵盖沉积矿床成矿系列、含矿流体矿床成矿系列和表生矿床成矿系列。

3.2.2 并存的两种成矿地质环境形成的矿床成矿系列类型

岛弧及弧后盆地矿床成矿系列类型:仅有龙门山晋宁期岩浆相关矿床成矿系列^[12-13,63]。

大陆裂谷及陆缘盆地矿床成矿系列类型:仅有北秦岭晋宁期变质矿床成矿系列^[12]。

3.2.3 成矿地质环境叠加形成的矿床成矿系列类型

岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型:包括3个矿床成矿系列,即中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列和中秦岭华力西—印支期变质矿床成矿系列^{[27-28,36,40,43,47,64]}。以岩浆相关矿床成矿系列为主,其次为变质矿床成矿系列。

边缘裂谷叠加后碰撞矿床成矿系列类型:仅有南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列^{[12,40,50,52-53]}。

前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型:仅有中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列^[29,32,44]。

碰撞带叠加后碰撞矿床成矿系列类型:仅有北秦岭加里东—华力西期变质矿床成矿系列^[22,30,64]。

边缘裂谷叠加前陆盆地及弧前盆地矿床成矿系列类型:仅有南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列^{[12,28,30,33]}。

3.3 矿床成矿系列组

深入研究矿床成矿系列组,对于探索地球演化规律,深化理解不同尺度、不同时期成矿构造环境及其成矿过程,揭示地壳运动的基本规律具有重要意义^[68]。根据矿床成矿系列对应的构造旋回,将西秦岭地区的成矿系列归并为4个矿床成矿系列组。其中,个别矿床成矿系列跨越了两个成矿系列组;个别矿床成矿系列组被按其包含的构造亚旋回^[62]划归相应的矿床成矿系列亚组,即矿床成矿系列亚组是与构造亚旋回对应的成矿系列的集合。

3.3.1 晋宁期成矿系列组

该矿床成矿系列组对应于中-新元古代扬子板块和华北板块的汇聚-分离-汇聚阶段,包括3个矿床成矿系列,即龙门山晋宁期岩浆相关矿床成矿系列、北秦岭晋宁期变质矿床成矿系列和龙门山晋宁期含矿流体矿床成矿系列。

该矿床成矿系列组仅发育于龙门山成矿带和北秦岭成矿带,由于其成矿地质环境、成矿作用和成矿年代的差异,两个成矿带的矿种差异较大,但总体表现出晋宁期的矿床类型为受变质型矿床(镁)、海相火山岩型矿床(铁、铜、铅锌)和浅成中-低温热液型矿床(锰、重晶石)床。

3.3.2 加里东期矿床成矿系列组

该矿床成矿系列组对应于早古生代秦岭洋的形成与消减过程,包括3个矿床成矿系列,即北秦岭加里东—华力西期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代沉积矿床成矿系列和北秦岭加里东—华力西期变质矿床成矿系列。

北秦岭依然存在大规模成矿作用,并以存在岩浆热液型矿床和大量变成型矿床为特点,如锡、水晶、脉石英、方解石、蛇纹岩和大理岩;但南部的成矿作用已由龙门山向北迁移至南秦岭,并在南秦岭形成了一些化学沉积型矿床。

3.3.3 华力西—燕山期矿床成矿系列组

该矿床成矿系列组被按其所包含的构造-成矿亚旋回划分为华力西期、印支期和燕山期3个成矿系列亚组。

(1)华力西期矿床成矿系列亚组

该矿床成矿系列亚组对应于晚古生代勉略地区裂谷的形成及扬子板块沿玛曲—略阳缝合带向华北板块的俯冲造山过程;形成于南秦岭边缘裂谷、中秦岭前陆盆地和北秦岭岩浆弧并存的构造环境;涉及9个矿床成矿系列,即北秦岭加里东—华力西期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、龙门山晚古生代沉积矿床成矿系列、南秦岭古生代沉积矿床成矿系列、南秦岭华力西期变质矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期变质矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列。

该矿床成矿系列亚组分布于整个西秦岭。自中秦岭向南北两侧,各Ⅲ级成矿单元的矿床成矿系列数表现出极性,即由4个变为1个;中秦岭存在岩浆相关矿床成矿系列、沉积矿床成矿系列、变质矿床成矿系列和含矿流体矿床成矿系列;向南,南秦岭存在沉积矿床成矿系列、变质矿床成矿系列和含矿流体矿床成矿系列,龙门山仅存在沉积矿床成矿系列;向北,北秦岭仅出现一个岩浆相关矿床成矿系列。该亚组以出现含矿流体矿床成矿系列和陆相生物化学沉积型矿床为特色;矿产种类以工业岩石类矿产和工业矿物类矿产为主,存在金属矿产铁和锡。

(2)印支期矿床成矿系列亚组

该矿床成矿系列亚组对应于印支期扬子板块沿玛曲—略阳缝合带与华北板块的俯冲-碰撞-后碰撞过程,形成于龙门山隆起、南秦岭弧前盆地和南秦岭-中秦岭-北秦岭岩浆弧-后碰撞并存的构造环境;包括8个矿床成矿系列,即北秦岭印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期变质矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、龙门山印支期岩浆相关矿床成矿系列和龙门山印支期变质矿床成矿系列;可能属于三叠纪大陆成矿体系^[69]的重要组成部分。

该矿床成矿系列亚组分布于整个西秦岭,其中缺乏沉积矿床成矿系列。北秦岭为岩浆相关矿床成矿系列;中秦岭为岩浆相关矿床成矿系列、变质矿床成矿系列和含矿流体矿床成矿系列并存;南秦岭为岩浆相关矿床成矿系列和含矿流体矿床成矿系列,龙门山为变质矿床成矿系列。以有色金属和贵金属矿产为主,同时发育与岩浆相关的非金属矿产。

(3)燕山期矿床成矿系列亚组

该矿床成矿系列亚组对应于燕山期扬子板块与华北板块的后碰撞与陆内造山过程,西秦岭地区已全面隆升,造山作用表现为陆内走滑和近东西向或近南北向拉分盆地的形成。该矿床成矿系列亚组包括2个矿床成矿系列,即西秦岭中生代沉积矿床成矿系列和南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列;零星散布于西秦岭,以存在煤矿床成矿系列和岩浆相关矿床成矿系列为特点。

3.3.4 喜马拉雅期矿床成矿系列组

西秦岭地区北缘在上新世才卷入印度-欧亚碰撞汇聚构造系统^[70],但其主要隆升时代为始新世—早中新世^[71];因此,该矿床成矿系列组大致对应于喜马拉雅期印度板块与欧亚板块的碰撞造山过程,造山作用表现为陆内走滑和形成北东向拉分盆地。该矿床成矿系列组包括3个矿床成矿系列,即西秦岭新生代沉积矿床成矿系列、中-南秦岭喜山期含矿流体矿床成矿系列和南秦岭新生代表生矿床成矿系列;各矿床成矿系列在空间分布上不重叠;其中缺乏岩浆相关矿床成矿系列。

3.3.5 小结

上述各矿床成矿系列组所包含的矿床成矿系列及其对应的矿产种类与该地区的地壳演化过程密切相关。每个构造旋回的早期出现以层控型矿床为主的含矿流体矿床成矿系列;中期,沉积矿床成矿系列和岩浆相关矿床成矿系列并存;晚期,岩浆相关矿床成矿系列、沉积矿床成矿系列、变质矿床成矿系列、构造控制的含矿流体矿床成矿系列并存。中新生代陆内造山阶段,为沉积作用成矿系列和表生作用成矿系列。

4 矿床成矿系列及其各种归并形式的量化评价

4.1 量化评价的指标体系

针对区域矿产的量化研究,前人曾提出成矿密度、成矿广度和成矿强度指标^[72⇓-74]。成矿密度(K_d)=矿床数(M)/面积(S);成矿广度指一个地区的矿产资源量;成矿强度指单位面积所拥有的矿产资源量。由于本矿产地质志收录的矿产地均有普查以上级别的资源量数据,本文提出了适合于本矿产地质志^[7]和矿产资源工业要求^[75]的“资源当量(N)”和“当量密度(N_d)”概念。资源当量(N)用各矿种资源量与小型矿床规模上限比值之和(N=∑N_i= ∑A_i/U_i)来衡量,其中U_i为某矿种的小型矿床规模上限^[75],A_i为该矿种的累积资源量。当量密度(N_d)=资源当量(N)/面积(S)。下面从成矿多样性^[76]、成矿广度和成矿强度^[72⇓-74]3个方面对矿床成矿系列及其各种归并形式进行量化评价。用矿种数(K)和矿床式数(T)来评价成矿多样性^[76];用矿床数(M)和资源当量(N)来评价成矿广度,筛选出优势矿床成矿系列或其各种优势归并形式;以成矿密度(K_d)和当量密度(N_d)来评价成矿强度,筛选出集聚式矿床成矿系列;成矿强度愈高,矿床成矿系列分布的丛聚性^[77]愈强,更接近于矿集区。

4.2 量化评价结果

各矿床成矿系列及其各种归并形式对应的矿种数、矿床数、矿床式数、资源当量、面积、成矿密度和当量密度如图3所示,其中的临界值按照公式“平均值+0.5[标准差]”计算。

(1)中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列的成矿多样性显著,多达9个矿种和10个矿床式;与扬子板块向秦岭板块的俯冲及后碰撞过程导致的岩浆侵入作用是矿产种类繁多的原因,岩浆侵入作用不仅本身固结形成工业岩石类矿产,在接触带形成工业矿物类矿产;而且带入有色金属和贵金属组分,形成了有色金属和贵金属矿产。

优势矿床成矿系列是(图3,M≥21或N≥38):中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列。南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列成矿广度最大,主要由岩浆热液型金矿组成,因此该矿床成矿系列实际上反映的是岩浆热液型金矿,印证了西秦岭地区是“重要金矿富集区之一”或“西北金三角”的判断^[9,78-79],已知矿床深部和外围仍是金矿重点找矿地段^[80];这些矿床成矿系列的成矿密度(K_d)和当量密度(N_d)较小,表明其较大的成矿广度指数源于较大的面积。

集聚式矿床成矿系列有(K_d值≥0.032或N_d值≥0.045):北秦岭晋宁期变质矿床成矿系列、北秦岭加里东—华力西期变质矿床成矿系列、龙门山晚古生代沉积矿床成矿系列、龙门山晋宁期含矿流体矿床成矿系列和西秦岭新生代表生矿床成矿系列。

(2)岩浆相关矿床成矿系列组合成矿多样性显著,含16种矿产和28个矿床式。优势成矿系列组合是(图3,M≥74或N≥132):岩浆相关矿床成矿系列组合、沉积矿床成矿系列组合和含矿流体矿床成矿系列组合。集聚式矿床成矿系列组合有(K_d值≥0.008或N_d值≥0.012):岩浆相关矿床成矿系列组合、变质矿床成矿系列组合和表生矿床成矿系列组合。

(3)岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型和陆内造山带矿床成矿系列类型的成矿成矿多样性较显著,前者有13种矿产。优势矿床成矿系列类型是(图3,M≥47或N≥63):前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型和岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型。集聚式矿床成矿系列类型有(图3,K_d值≥0.044或N_d值≥0.082):大陆裂谷及陆缘盆地矿床成矿系列类型和碰撞带叠加后碰撞矿床成矿系列类型。

(4)华力西—燕山期矿床成矿系列组、华力西期矿床成矿系列亚组和印支期矿床成矿系列亚组的成矿多样性显著。优势矿床成矿系列组是(图3,M≥59或N≥131):华力西—燕山期矿床成矿系列组、华力西期矿床成矿系列亚组和印支期成矿系列亚组。集聚式矿床成矿系列组是(图3,K_d值≥0.010或N_d值≥0.011):华力西—燕山期成矿系列组、华力西期矿床成矿系列亚组和燕山期矿床成矿系列亚组。

5 结论

基于39种既有矿产的分布特征,按照矿床成矿系列厘定原则,在甘肃西秦岭厘定了21个矿床成矿系列、3个矿床成矿亚系列和84个矿床式。根据矿床成矿系列对应的成矿地质作用、成矿地质环境和构造旋回,将该区域的矿床成矿系列归并为5个矿床成矿系列组合、12个矿床成矿系列类型和4个矿床成矿系列组;针对华力西—燕山期构造旋回中存在构造亚旋回的特点,在其中划分出了成矿系列亚组。提出了资源当量和当量密度概念,结合成矿广度指数,有效地进行了矿床成矿系列及其各种归并形式的量化评价。

成矿多样性与中酸性岩浆活动强度正相关,中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列的成矿多样性显著。优势矿床成矿系列是中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列。优势矿床成矿系列组合是岩浆相关矿床成矿系列组合、沉积矿床成矿系列组合和含矿流体矿床成矿系列组合;优势矿床成矿系列类型是前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型和岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型;优势矿床成矿系列组是华力西—燕山期矿床成矿系列组。

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基金资助

中国地质调查局地质调查项目(DD20221695)

中国地质调查局地质调查项目(DD20190379)

中国地质调查局地质调查项目(DD20160346)

中国地质调查局地质调查项目(DD20160050-20)

甘肃省自然资源厅科技创新项目(202231)