刘振川　白文军　钟智慧　陈伟男

摘要：文章论述了旬阳县公馆汞锑矿床的地质特征，分析了控矿因素及其成因类型，认为汞锑矿床严格受构造和下泥盆统公馆组第一岩性段的白云岩控制，同时还受浅水陆棚相沉积环境及热液活动的控制，属沉积—改造层控低温热液矿床。

关键词：公馆汞锑矿床；地质特征；控矿因素；成因类型

引言

旬阳县公馆汞锑矿床位于秦岭南麓的低山丘陵区，矿床规模较大，资源丰富，属中—大型汞锑矿床。该矿床的发现及开发推动了旬阳地方经济的快速发展，是旬阳经济迅速增长的一个重要支柱。近几年来，随着国内汞锑金属产量的逐年下降及国家对汞锑矿产开采的限制，导致汞锑市场价格直线上扬，这让人们对公馆汞锑矿床深部及外围的开发给予了极大的关注。本文试图通过对公馆汞锑矿床地质特征及控矿条件的分析研究，总结本地区汞锑矿床的成因类型及成矿控矿条件，不仅有助于地质找矿理论的丰富，也对在当前我国汞锑矿发展窘迫的形势下开展“外围找矿及攻深找盲”具有特别重要的指导意义。

1. 区域地质概况

公馆汞锑矿床位于秦岭纬向构造体系的留坝—白河断褶亚带的佛坪—双河复背斜和柴家坪—双河断裂带的复合部位[1]，即东秦岭上古生界—三叠系沉陷带南端。南部为南羊山—田家山复向斜，北部为仁河—双河复背斜，其间为南羊山断裂（Fn）。其中，区域范围内的南羊山断裂、佛坪—双河复背斜是区域性Ⅰ级构造；仁河—双河复背斜、南羊山—田家山复向斜是区域性Ⅱ级构造，它们共同构成了区内基本的构造格架，控制了公馆—迴龙汞锑矿田和砂硐沟汞矿田的分布范围（见图1）。汞、锑矿体赋存于下泥盆统公馆组白云岩的断裂系统中。按西北地区地层区划，本区属徽县—旬阳分区之留坝—白河小区，出露的地层主要有石炭系中上统、石炭系下统，泥盆系上、中、下统及志留系中上统，以泥盆系地层发育齐全，分布最广。

图1 旬北公馆地区构造纲要略图

由于受加里东晚期区域性隆升、海西期伸展体制下的水平剪切、印支期褶皱造山及印支—燕山期逆冲构造等地质作用，区域上形成了一系列不同期次、不同规模的构造形迹[2]。其中北部的仁河—双河复背斜和南羊山断层为区域内主构造，控制了公馆、青铜沟大型汞锑矿床在内的汞、锑、金成矿带，汞锑矿化主要沿区域性南羊山大断层两侧分布，在其附近背、向斜近轴部、倾没端或翘起端及接近这些部位两翼的次级断裂破碎蚀变带内富集，赋存在下泥盆统至中、下石炭统各层位每个沉积韵律碎屑岩—碳酸盐岩上部的碳酸盐岩层中，和性脆易碎、化学性质活泼的白云质岩石关系密切[3]。南羊山断裂南北两侧分别为砂硐沟汞矿田和公馆—迴龙汞矿田，公馆汞锑矿床位于公馆—迴龙汞矿田的西部。

2. 矿区地质特征

2.1 矿区地层

公馆汞锑矿床出露泥盆系—志留系一套浅变质的细碎屑岩和碳酸盐岩组合，岩性主要为碎屑岩、粘土岩和碳酸岩。含矿地层为泥盆系下统公馆组，分布于公馆背斜两翼及西部倾没端。

2.1.1 泥盆系

（1）上泥盆统

南羊山组（D3n）：上部为钙质砂岩，砂质灰岩和灰岩、泥灰岩互层；中部为千枚岩、灰岩；下部为灰岩、千枚岩夹含砂灰岩。

冷水河组（D3l）：上部为灰岩夹少量泥灰岩；下部为千枚岩、粉砂质千枚岩、砂质千枚岩夹灰岩透镜体。

（2）中泥盆统

杨岭沟组（D2y）：上部为灰岩、白云岩；中部为砂岩、千枚岩、泥质灰岩和灰岩互层；下部以砂岩为主。

大枫沟组（D2d）：下部为钙质粉砂岩、石英砂岩、细砂岩、粉砂质千枚岩。上部白云岩为本区赋矿层之一。

石家沟组（D2s）：上部为白云岩和灰岩；下部为生物灰岩、灰岩、钙质千枚岩。是区内重要的赋矿层位。

（3）下泥盆统

公馆组（D1g）：上部为粘土质白云岩、泥灰岩、白云岩、千枚岩；中部为含砂粘土质白云岩、白云岩；下部为白云岩。为区内最重要的赋矿层位，公馆汞锑矿床诸含矿体即在该层位中。

庙沟组（D1m）：分布于区内公馆河、竹筒河和西岔河一带。上部为千枚岩夹粘土质白云岩和白云岩透镜体；下部为砂砾岩、砂岩、粉砂岩夹紫红色千枚岩。与下伏的志留系中上统地层呈平行不整合或整合接触。

2.1.2 志留系中上统川家沟组（S2+3c）：分布于区内公馆河、竹筒河和西岔河一带。由紫红色、灰绿色千枚岩，粉砂岩、细砂岩及千枚状粉砂岩组成。上部以紫红色为主，下部以绿色为主；顶部含砂岩条带，且有铜矿化；底部夹燧石砾岩及细砂岩。

2.2 矿区构造

2.2.1 褶皱

公馆汞锑矿床内挤压强烈，且带有扭动特征。主要褶皱是仁河—双河镇复背斜西端的次级褶皱公馆背斜，其次为发育在公馆复背斜核部和翼部的一系列同向低级褶皱，主要有：板凳坡—宋家沟背、向斜，猪头寨背、向斜，塌洞沟—安家沟褶皱群，漏池沟褶皱群和石板溝褶皱群等。

2.2.2 断裂

公馆汞锑矿床内断裂构造颇为发育，按其展布方向及与地层走向间的关系分为东西向、南北向、北东—南西向及北西—南东向四组，其中东西向压扭性断裂和北东—南西向扭压性断裂为矿床内主干断裂。在主干断裂之间或两侧发育着众多的次级斜、横向扭张性、张扭性断裂，这些断裂的规模较小，一般长数十米至数百米。断裂之间有的互相贯通，互相联系，形成复杂的断裂系统。各组断裂均具有明显的多次活动迹象，且见不同程度的破碎、蚀变矿化现象。断裂对褶皱有明显的破坏作用。

3. 矿床地质特征

公馆汞锑矿床内已发现58个含矿体，均分布于公馆背斜两翼及倾没端的公馆组白云岩中。根据所处的位置及集中程度，以公馆背斜为轴，将背斜两翼矿化相对集中的地带分别称为北含矿带和南含矿带（见图2）。

图2 旬阳公馆汞锑矿床含矿带划分示意图

3.1 含矿带特征

3.1.1 北含矿带

北含矿带位于公馆背斜轴以北，西起罗家沟横断层（F15），东至F3、F7断层交汇处，东西长约4km，南北宽约240m，面积约1km2。

含矿带受F3、F7、F13、F17等断层、公馆背斜北翼和倾没端以及公馆组下部（D1g1）白云岩综合控制，呈东西向带状展布。该含矿带内已发现矿体35个，具工业价值的17个。矿体在含矿带中呈断续的透镜状、豆荚状、串珠状和不规则状产出，一般长100～200余米，延深大于延长。

根据矿体的相对集中程度及地质构造特征，又可将北含矿带分为三个地段。由西到东依次为：

（1）罗家沟脑—宋家沟脑地段

西起石板沟斜断层（F13）、东至罗家沟横断层（F15），已圈定的15个矿体均受F3断层南盘公馆组下部白云岩和背斜枢纽倾没时产生的陡缓不同的斜、横向扭张性和张扭性断裂控制（见图3）。

图3 公馆汞锑矿床北含矿带

罗家沟—宋家沟脑地段矿体与构造分布示意图

（2）石板沟地段

西起石板沟斜断层（F13），东至冷旦庙垭，已圈定矿体12个，均受F13断层东侧F3、F7断层之间公馆组白云岩中横向张扭性断裂和部分斜向扭张性断裂控制（见图4）。

图4 公馆汞锑矿床北含矿带

石板沟地段矿体与含矿构造分布示意图

（3）东沟脑地段

西起烂柴沟、东至F3和F7断层交汇部位，已圈定矿体7个，均受F17断层两侧F3、F7断层之间公馆组下部白云岩中南北向张扭性陡倾斜断裂控制（见图5），含矿构造产状为80°—105°∠60°—89°。

北含矿带赋存的工业矿体多集中在石板沟、东沟脑两地段，罗家沟—宋家沟脑地段成矿远景较小。另外在石板沟地段与东沟脑地段之间公馆组中部白云岩中斜向扭张性断裂中见有辰砂矿化。

图5 公馆汞锑矿床北含矿带东沟脑地段矿体与构造分布示意图

3.1.2 南含矿带

南含矿带西起罗家沟横断层（F15），东至庙沟东梁，南北长约2.8km，西宽东窄，西段最宽750m，东段最窄18m，平均宽度310m，面积约1km2。受F1、F4两条东西向压扭性断裂和公館组下部白云岩控制，呈东西向带状展布。含矿带内已发现矿体23个，集中分布在罗家沟—塌洞沟之间。按含矿体的相对集中程度可将含矿带分为东西两段。

（1）大青沟及其两侧地段

西起码断沟，东至宋家沟西梁，已圈定矿体5个，均受F1、F4断层及其之间的横向张扭性断裂控制（见图6）。

图6 公馆汞锑矿床南含矿带大青沟地段矿体与构造分布示意图

（2）宋家沟—塌洞沟地段

西起宋家沟，东至塌洞沟东梁，已圈定矿体19个，主要受公馆背斜南翼公馆组下部（D1g1）白云岩和分布于其间的斜、横向扭张性、张扭性断裂控制，其中以北西—南东向扭张性断裂最为重要。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿物成份

矿石主要有用矿物以辰砂为主，次为辉锑矿；个别矿体矿石以辉锑矿为主，与辰砂共生。脉石矿物以石英为主，其次为白云石、方解石、重晶石，局部含少量发萤光的白云石。另外，微量矿物有黄铁矿、磁黄铁矿，偶尔见有黑辰砂、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿及褐铁矿、红锑矿、锑华等。

3.2.2 化学成份

矿石中主要有用组份为赋存与辰砂、辉锑矿中的汞和锑，还伴生有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稳定，尚不能被综合利用。根据汞、锑的含量可分为单汞矿石和汞锑矿石。

3.2.3 结构构造

矿石结构类型有它形晶结构、半自形—自形晶结构、包含结构、变晶结构、交代结构和穿插交代结构、晶体内部的双晶结构，受力作用后形成的结构包括碎裂、糜棱、揉皱等结构。

矿石构造类型有浸染状构造、脉状构造、条带状构造、块状构造、星（点）散状构造、角砾状构造等。

照片1 浸染状矿石 照片2 脉状矿石

4. 控矿条件分析

公馆汞锑矿床产于下泥盆统公馆组白云岩这一特定层位特定岩性之中，层控特征极为明显，矿体大多又受断裂控制，和地层呈不整合接触关系，矿床受地层、岩性、岩相和构造的综合控制，断裂构造是矿床成矿和矿化富集的主导因素。

4.1 地层控矿

矿区在下泥盆统公馆组至中泥盆统大枫沟组不同层位均有汞或锑矿化，但强弱不同。矿体主要分布于公馆组第一岩性段中，在其第二、第三岩性段局部虽有含矿构造或小盲矿体分布，但其规模远远不如第一岩性段（见表1）。通过表4—1很明显可以看出公馆组第一岩性段（D1g1）成矿潜力最大，其次为庙沟组和公馆组第二岩性段（D1g2）。也就是说，它们是有条件作为矿源层的。

由此可见，矿（含矿）体严格受地层层位控制，多数控矿构造进入非白云岩层后，虽构造存在但矿体消失。

表1 公馆汞锑矿床各地层成矿潜力对比表

[地层代号＼&主要岩性＼&汞的丰度

（r）＼&地层厚度

（m）＼&成矿潜力＼&备注＼&丰度×厚度＼&D2y2＼&灰岩＼&0.52＼&112＼&58＼&＼&D2y1＼&碎屑岩＼&0.78＼&80＼&62＼&＼&D2d＼&砂岩、千枚岩、白云岩＼&0.78＼&160＼&125＼&＼&D2s＼&灰岩、千枚岩＼&0.75＼&140＼&105＼&＼&D1g3＼&粘土质白云岩＼&10.04＼&100＼&1004＼&＼&D1g22＼&白云岩＼&15.50＼&152＼&2356＼&＼&D1g21＼&粘土质白云岩＼&10.04＼&104＼&1044＼&＼&D1g1＼&白云岩＼&15.50＼&296＼&4588＼&＼&D1m＼&碎屑岩＼&4.80＼&520＼&2496＼&＼&]

4.2 岩性控矿

公馆组为一套以白云岩为主的碳酸盐岩石，可分为三个岩性段。第一岩性段岩性为白云岩，底部夹粘土质白云岩；第二岩性段岩性为含砂粘土质白云岩、千枚岩和白云岩；第三岩性段岩性为粘土质白云岩、白云岩与泥灰岩、千枚岩互层。矿床及含矿体主要分布于公馆组下部第一岩性段，已明显表现出岩石组合及岩性控矿的特点，单一岩石组合较复杂岩石组合有利于成矿。

经物性测定白云岩抗压、抗剪断强度大于粘土质白云岩，抗拉强度及内磨擦角小于粘土质白云岩，这些数据表明，在同一应力作用下，白云岩属脆性岩石，不易产生变形，易于产生破裂和断裂，形成有利的容矿空间；粘土质白云岩属揉性岩石，不易产生破裂，形成有利的封闭条件。

白云岩化学性质活泼，具有很强的化学反应能力，对矿质的沉淀有所影响。当同一断层切穿不同层位或岩层时，往往在白云岩层中或白云岩的一侧围岩蚀变发育，在千枚岩、粘土质白云岩、砂岩中或其一侧围岩蚀变不发育，故汞锑矿化多分布于白云岩中或靠近白云岩一侧，白云岩中汞的丰度最高（见表2），是其它岩性的数十倍（见图7），高的汞丰度表现了岩石化学组成对成矿的控制作用。

4.3 岩相控矿

早泥盆世旬阳海湾三面环陆，一面通向外海，是一个比较闭塞的沉积环境（见图8）。由跃岭河群、郧西群古火山和洞河群硅质岩等组成的牛山高地和武当古陆为海湾沉积提供了充足的物质来源，地壳的稳定下降和气候的干旱炙热则为白云岩夹千枚岩的形成和汞锑在沉积物中的浓集提供了有利条件。滨海泻湖潮坪相与粉砂泥坪相过度交替带的潮坪相白云岩是汞锑初步富集的有利条件[4]。

4.4构造控矿

公馆汞锑矿床的空间分布和矿化的产生，除受有利的地层、岩性因素控制外，还受一些较大断裂构造及其两侧次级斜、横向断裂构造的控制，褶皱对成矿的控制作用不如断裂明显。成岩成矿后经过了多次构造活动， 使得有用组分集中于构造破碎带内，从而导致矿体沿断裂分布的特征十分明显，而且构造交汇处是成矿的有利地段和部位（见图9）。

不同力学性质断裂所控制的矿体其规模、结构特征亦有所差异，东西向压性、压扭性断裂控制的矿体规模最小，品位低，矿石以他形粒状结构、细粒浸染状构造为主；北东或北西向扭压、扭张性断裂控制的矿体，规模及延伸深度最大，品位比较富，矿石以他形—半自形结构、微细粒浸染状及团块状、条带状构造为主；南北向张性、张扭性断裂控制的矿体规模多数比较小，個别较大，品位最富，矿石以他形—半自形粒状结构为主，部分为自形—半自形粒状结构，中细粒浸染状、粗粒集合体状、团块状构造。

图9 断裂拐弯及交汇处矿体富集增大示意图

4.5 热液活动控矿

区内断裂、裂隙发育，热液活动强烈，围岩蚀变明显。热液活动主要沿构造软弱带，如断层破碎带、节理、裂隙及岩性界面等分布，使围岩具硅化、碳酸盐化、重晶石化蚀变，形成大量的石英脉或石英—碳酸盐脉。区内的热液活动为矿液的活化迁移提供了足够的能量，同时也为矿物质的沉淀富集提供了重要的物化条件。

综上所述，特定的岩相古地理条件、具高汞丰度值的成矿潜力大的矿源层、有利的岩石组合、有利的构造部位，这些都是汞锑矿床形成必不可少的条件。

5. 矿床成因类型

公馆汞锑矿床是出现在一种特定的岩相、特定的层位、特定的岩性中。泥盆纪时期，在这种特殊环境下，汞锑及其它成矿成岩物质搬运迁移进入海水，随着海水有用物质的不断增加，在分异和生物作用下于各时期不同部位发生沉淀，在沉积成岩等一系列地质作用中，大部分汞锑仍以分散状态赋存于其它矿物中，部分汞锑相对浓缩形成了矿区或更大范围的高浓度区，仅少数形成辰砂、辉锑矿等有用矿物，但没有形成矿体。

印支、燕山构造运动，尤以燕山运动，在应力高度集中部位产生的构造及构造热的影响，引起了地下水的运移，促进岩层中汞、锑元素的活化及其它有用物质的溶解，并与携带来自壳幔深处的含矿热液混合，沿断裂系统向压力小的方向运移，最终在有利的构造部位沉淀富集，形成沿构造裂隙充填的脉状、透镜状等形态的汞锑矿体[5]。

上述特征表明，公馆汞锑矿床成因类型属沉积—改造低温热液矿床。

6. 结论

本文通过对旬阳县公馆汞锑矿床地质特征及控矿因素的综合研究，确定了与成矿有关的容矿地层、源区性质和成岩构造环境等，并对控矿条件及矿床成因进行了分析讨论，认为公馆汞锑矿床成矿主要受地层、岩性、岩相、构造等多重因素的控制；汞锑矿化主要赋存于下泥盆统公馆组第一岩性段的白云岩中；成矿物质来源与区域旬阳三级盆地热水沉积关系密切，成矿物质来自深部流体，属热水沉积成因，并具后期改造的特点，矿床成因类型属沉积—改造低温热液矿床。

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