秦岭地区沉积作用的化学元素演化与成矿元素富集层位

本书涉及的秦岭地区主要是指北纬30°00′至34°00′、东经107°00至113°30′的东秦岭地区，它与华北克拉通的界线为洛南—滦川断裂（黑沟—铁炉子断裂），与扬子克拉通的界线为成口—房县断裂。东秦岭地区以商县—丹凤断裂及大巴山弧形断裂为界，又可以划分为北秦岭造山带和南秦岭造山带两个一级构造单元（图3-3）。南、北秦岭两个构造单元出露地层、变质程度及沉积建造均有很大差别。

一、地层序列与岩石建造

1南秦岭构造带

南秦岭构造带地层发育较全，基底由陡岭群和毛堂群（河南西峡—淅川一带）、武当群和耀岭河群（鄂西北武当山地区）、或郧西群和耀岭河群（陕西安康地区）组成。盖层沉积包括震旦—白垩系。

陡岭群由原岩为陆源碎屑岩—泥质岩—泥灰岩的黑云斜长片麻岩、绢云石英片岩、石墨片岩和大理岩组成，夹少量斜长角闪岩，为浅海火山-沉积建造。变质程度达角闪岩相，局部混合岩化。陡岭群不整合伏于毛堂群（姚营寨组）之下，两者之间被一层变质砾岩所隔。

毛堂群姚营寨组、武当群和郧西群均为以石英角斑岩或石英角斑质凝灰岩为主的火山-沉积建造。毛堂群马头山组和耀岭河群主要由玄武质细碧岩组成，含绢云母片岩、千枚岩和少量流纹斑岩。在武当山地区，武当群出露面积约为耀岭河群的4倍，因此石英角斑岩在该地段占绝对优势。关于上述各群的时代归属和对比，目前争议较大，但根据陡岭群变质程度明显比其他各群深、且不整合于姚营寨组之下这一事实，说明陡岭群应为南秦岭已知出露的最古老岩石，其时代归为古元古代，武当群、毛堂群（姚营寨组）属中元古代（中国地层典编委会，1999），其它各群归为新元古代。

南秦岭的盖层沉积包括震旦系—白垩系。同一时代地层在岩石建造性质和变质程度往往横向变化很大。震旦系—奥陶系在淅川小区和留坝—郧县小区由未变质-浅变质灰岩、白云质灰岩、大理岩、砂岩、板岩和千枚岩等组成，而在紫阳—竹溪小区北部的安康—平利一带，寒武系（洞河群）则为一套火山-沉积岩建造，厚度与岩性纵向变化大，主要由板岩、千枚岩、灰岩、硅质岩组成，夹原岩为苦橄岩和玄武岩的绿片岩及斜长角闪岩和石煤层，岩石普遍含炭质。洞河群总体显示出裂谷环境的特征。南部高滩—兵房街一带寒武系和奥陶系由板岩、千枚岩、灰岩粉砂岩和硅质岩组成。其中寒武系含炭质较高，并夹石煤层。志留系主要分布在留坝-郧县小区及紫阳-竹溪小区。前者由巨厚千枚岩和云母片岩组成，后者由砂岩和板岩组成。淅川小区志留系由泥质岩、碎屑岩与碳酸盐岩组成，底部为火山碎屑岩。

图3-3 秦岭地质构造单元简图

（据张本仁等，1990）

1—第四系；2—华北克拉通盖层；3—南秦岭盖层；4—扬子克拉通盖层；5—元古宇；6—太古宇；7—蛇绿岩建造；8—晚中生代花岗岩；9—晚古生代-早中生代花岗岩；10—早古生代花岗岩；11—中-晚元古代花岗岩；12—基性-超基性岩体

泥盆系主要分布在白云—柞水小区（北泥盆系带）及留坝—郧县小区（南泥盆系带）。两区泥盆系均为复理石建造，由巨厚的浅变质—基本未变质的砂-泥质岩石和碳酸盐岩组成。其中白云—柞水小区中泥盆统青石垭组为区域层状Zn-Pb矿床的主要赋存层位，留坝—郧县小区公馆一带泥盆系为Hg-Sb矿床的赋存层位。淅川小区，泥盆系由未变质的泥砂质岩石和碳酸盐岩组成。该区西北部西坪一带泥盆系刘岭群与白云—柞水小区的泥盆系相当。石炭系分布于淅川小区，留坝-郧县小区和白云—柞水小区，由基本未变质的灰岩组成，夹炭质页岩。南秦岭二叠系和三叠系限于镇安西口地区，主要由灰岩组成，夹页岩和砂岩。白垩系为陆相地层，主要分布于淅川小区，沿商丹断裂展布，由粉砂岩和砾岩组成。

2北秦岭构造带

北秦岭构造带地层发育不全，主要见有以古元古界秦岭群为主体的岩石组合、中元古界为主的宽坪群、及早古生界的丹凤群和二郎坪群，其特征如下：

秦岭群平面上呈一巨大的透镜体状展布，它不是单一的地层单位，而是包括了不同时代、来源、性质的地质体和岩块（张国伟等，1998），主要由原岩属陆源碎屑杂砂岩的黑云斜长片麻岩、钙硅酸盐岩和石墨大理岩组成，夹少量原岩为基性岩墙的斜长角闪岩，而西部秦岭群中原岩为基性火山岩的斜长角闪的数量增多。秦岭群主要经历了早元古代、新元古代和加里东三期变质作用，主期发生于新元古代。从西向东变质程度由低角闪岩相（寨根地区）依次递增为麻粒岩相（桐柏地区）。关于秦岭群的年代，目前较一致认为其主体属早元古代。如游振东等在内乡板厂黑云斜长片麻岩中获得了2210Ma的全岩Th-Pb等时线年龄；张宗清等在西峡蛇尾获得黑云斜长片麻岩中锆石U-Pb不一致线上交点年龄为2226Ma，同一地区斜长角闪岩的Sm-Nd年龄为1982Ma。值得注意的是，张国伟等在丹凤西峡的秦岭群斜长角闪岩中获得了2973±295Ma的Sm-Nd年龄。由于黑云斜长片麻岩为碎屑成因，因此秦岭群主体年龄属早元古代，但也可能包含了少量晚太古代物质。

宽坪群呈条带状分布于北秦岭带最北部。其下部主要由原岩为拉斑玄武岩的斜长角闪岩和绿片岩组成，中部以原岩为杂砂岩的石英片岩为主，上部以大理岩为主。虽然张寿广等提出宽坪群应为一个岩石-构造-地层单位的认识，但他们仍认为该群具有上述层序。该群岩石的变质等级为绿片岩相—绿帘角闪岩相。张宗清获得宽坪绿片岩Sm-Nd等时线上边界年龄为975±39Ma，下边界年龄为920±59Ma，εNd（T）=+45～+65，似应认为宽坪群形成于中、新元古代之交。然而由于近年其他人（张维吉，刘敦一等）还对该群云母石英片岩以锆石U-Pb法等测得更老的年龄值1681～1974Ma，且在1000Ma左右发生于秦岭群中的构造—热事件也明显地波及到宽坪群，故对于宽坪群形成时代尚有争议，但多数人倾向认为该群应形成于中元古代晚期。

丹凤群和二郎坪群分别为分布于秦岭群南、北两侧的蛇绿岩建造。时代均属早古生代，丹凤群已有的年龄数据为：Sm-Nd，4026～174Ma；Rb-Sr，4478～415Ma；其中南带丹凤群以变基性火山岩为主，含中性火山岩及少量基性岩墙和杂砂岩。北带二郎坪群主要由基性熔岩组成，含少量石英角斑岩，上覆巨厚的杂砂岩和较纯的碳酸盐岩，夹放射虫硅质岩。两套蛇绿岩的基性熔岩均具枕状构造，并普遍遭受细碧岩化蚀变作用的绿片岩相变质作用。根据已有的研究，两套蛇绿岩主要形成于岛弧或弧后边缘海环境。

二、沉积作用的化学元素演化

因北秦岭所包括的地层单元较少，地层记录缺失的很多，现在见到的各地层单元之间均为不整合接触，沉积作用不是连续的，因而各地层单元间沉积旋回变化特征不明显。为此，在讨论秦岭地区沉积作用演化时，重点讨论南秦岭地区的沉积作用的化学元素演化。

1南秦岭沉积作用的化学元素演化

对南秦岭各时期地层沉积的构造环境和沉积物源的研究已取得了很多成果，但目前仍存在很多不确定性。根据张本仁等（1994）对南秦岭构造带内的古元古界陡岭群、寒武系—奥陶系和志留系—泥盆系的沉积物源和构造环境的分析，与陡岭群时代相当的北秦岭带的秦岭群相比，陡岭群变碎屑岩的Li、Th、Sc、La、Co、REE明显偏低，而（LA/Yb）cn、Eu/Eu比值明显偏高，表明二者物源不同，但尚不能确定物源及构造归属。对寒武系—奥陶系的研究认为，留坝—陨县、白云—柞水和淅川小区主要为被动大陆边缘外，还有更早的岛弧或活动大陆边缘火山岩为其提供物质。对志留系—泥盆系沉积物源和构造环境分析认为，由于自新元古代开始转变为扬子板块的大陆边缘后，随着秦岭洋壳向北俯冲，大洋逐渐缩小，从志留纪开始，特别是泥盆纪时，南秦岭已接近华北板块活动大陆边缘的北秦岭，因此南秦岭的沉积盆地沉积物源发生了根本性的变化，除部分沉积物仍来自扬子克拉通北部被动大陆边缘外，大部分来自北秦岭构造带。根据鄢明才等（1997）对南秦岭地层丰度的研究成果（表3-5），本构造带各时代地层沉积岩化学成分有如下演化趋势：

（1）主要成分的演化

从表3-5和图3-4可以看出，沉积岩Al2O3、SiO2、Na2O的含量在古元古界—新元古界早期含量较高，震旦系-奥陶系明显降低，志留系显著升高，至二叠系逐级降低，三叠系后又开始升高。

CaO和MgO的含量呈与上述元素相反的变化趋势，但随着地史的演变，CaO/MgO值呈增高趋势，MgO在震旦系—奥陶系高，CaO在泥盆系—三叠系高。

K2O含量在前震旦系变化呈平稳震荡走势，震旦系时突然升高，其后降低，到志留系时期又大幅升高，志留系以后的变化与Al2O3、SiO2的演化规律类似。

FeO+Fe2O3的含量变化基本上与Al2O3、SiO2的演化同步，但在元古宇中变化较大，其中的中元古界武当群中含量较低，而新元古界毛堂群、耀岭河群含量较高。

以上主要成分的演化原因在于，早元古代—新元古代早期，本区总体上处于不稳定的构造发展阶段，沉积岩以碎屑岩和泥质岩沉积为主，碳酸盐岩比例较低，因此CaO和MgO的含量较少，Al2O3、SiO2、Na2O等元素含量较多；由于古元古界陡岭群新元古界毛堂群、耀岭河群均含有较多的基性火山岩成分，故FeO+Fe2O3的含量较高、SiO2含量较低，而中元古界武当群、新元古界陨西群则含有较多的酸性火山岩成分，因而SiO2含量高、FeO+Fe2O3含量低。但到了震旦纪—奥陶纪，南秦岭已转变为扬子地台北部的被动大陆边缘，处于相对稳定的构造环境，火山活动较弱，沉积环境相对稳定，地层中的碳酸盐岩的比例明显增加，且以镁质碳酸盐岩（白云岩）为主，次为泥质、碎屑质岩石，故MgO含量增加明显。到志留纪时由于南、北秦岭开始碰撞对接，构造沉积环境和沉积物源发生强烈变化，沉积岩主要为泥质、碎屑质岩石，造成Al2O3、SiO2、Na2O等含量迅速增加，随着沉积环境的趋于稳定，碎屑岩、泥质岩的沉积逐步减少，碳酸盐沉积作用逐渐增强，并以钙质碳酸盐岩沉积为主，因而CaO含量到逐级升高，二叠纪时，几乎全为石灰岩沉积。侏罗纪—白垩纪由于受燕山运动的影响，南秦岭普遍抬升，在拗陷山间盆地沉积了河流湖泊的陆源碎屑岩，Al2O3、SiO2等含量增加，但SiO2/Al2O3升高，而K2O/Na2O比值降低，显示出沉积物成熟度较低。

（2）微量元素与成矿元素的演化

如图3-4所示Ti、V、Cr、Co、Ni、Sc等铁族元素或相容元素的含量演化有从元古代至中生代呈由高到低逐波下降的变化趋势，其间有四个含量增长较快的时期，即古元古代（陡岭群）、新元古代（毛堂群、耀岭河群）、早古生代寒武纪及志留纪，前三个时期均有不同程度的基性火山活动，火山物质的加入是造成这些元素在地层中相对富集的主要原因，古元古代地层Cr、Ni含量明显高于其他时代地层，间接说明其基性火山岩的成分有别于其他时期的基性火山岩。志留纪时物源区的变化可能是铁族元素含量有所增加的主要原因。

图3-4 南秦岭地化学元素的时序演化图

表3-5 南秦岭造山带各时代地层平均化学组成（wB）

注：含量单位：主成分10-2，Au 10-9，其他10-6。Pt3yl：耀岭河群，Pt3yn：陨西群，Pt3mt：毛堂群，Pt2wd：武当山群，Pt1dl：陡岭群。nN为样品数。

（据鄢明才等，1997）

Li、Be、Th、Sr、Ba等不相容元素虽然演化规律不尽相同，但均在志留纪时期的地层中含量显著增加，另外Th在中元古代（武当群）、Ba在寒武纪、Sr在二叠纪—三叠纪时也有较高的增长。

W的含量在元古宙—奥陶纪地层低，志留系升高，到二叠系降低，随后升高。其中仅在志留系富集（186×10-6）。

Sn的丰度总体较低，只在震旦系（28×10-6）、志留系（26×10-6）中较高，与地壳平均值（25×10-6）接近，比南岭四堡群（34×10-6）和泥盆系（39×10-6）低很多。

Mo以寒武纪为界，以前呈逐渐升高趋势，以后则呈下降走势。其中在耀岭河群（14×10-6）和寒武系（16×10-6）相对较富。

Cu、Zn、Ag的富集演化与铁组元素类似，主要富集在志留系及以前的地层中。其中Cu在陡岭群（42×10-6）、耀岭河群（50×10-6）、寒武系（36×10-6）相对较富。

Zn则在耀岭河群（100×10-6）、志留系（100×10-6）较高。Ag在寒武系（0084×10-9）中含量较高。

Pb的演化总体呈增高趋势，但仅富集在毛堂群（22×10-6）、泥盆系（20×10-6）、石炭系（20×10-6）和白垩系（23×10-6）这几个层位。

Au主要富集在泥盆系（19×10-9）当中，其他地层均较低。

As的富集主要在志留纪以后地层、以泥盆系最富（98×10-6）、三叠系次之（86×10-6）。Sb则富集在震旦系（16×10-6）与泥盆系（099×10-6）地层中。

南秦岭各时代砂泥质岩稀土元素的变化特征（表3-6）是，从古元古代到新元古代ΣREE递增，到寒武纪降低，到奥陶纪又升高，在志留纪、泥盆纪又明显降低，石炭纪、二叠纪时又明显升高，到中生代明显降低。南秦岭和南岭造山带的ΣREE演化规律均与澳大利亚地台太古宙以后地层稀土总量随时代的增新，稀土总量随之升高的规律（南斯和泰勒，1976）相左。

表3-6 南秦岭各时代砂泥质岩石稀土元素参数

n：样品数。

南秦岭各时代砂泥质岩负Eu异常在古元古代（陡岭群）、在中元古代（武当群）中相对较弱，但在新元古代以后负Eu异常则很明显（Eu/Eu=056～070），且Eu/Eu值相对稳定。各时代（La/Yb）cn较为相近，只有中元古代武当群（La/Yb）cn值偏低。此外，La/Th比值早、中元古代较低，到新元古代明显增高；在志留纪、泥盆纪La/Th比值较寒武、奥陶纪时明显降低。但从石炭纪开始，呈递增趋势。

从以上各时代砂泥质岩的稀土元素演化情况来看，南秦岭沉积作用元素演化有两个突变时期，它们是与构造环境和沉积物源的变化相联系的。第一个突变时期是在中元古代到新元古代，与晋宁运动相对应，此时南秦岭从较不稳定的活动大陆边缘构造环境转变为扬子板块北缘的被动大陆边缘，导致沉积物（主要是泥砂岩）中ΣREE增加，负Eu异常明显。第二个突变是在奥陶纪与志留纪之间，与加里东运动相对应，此时扬子与华北两陆缘开始趋近、对接。在志留纪之前，南秦岭沉积物由扬子板块北缘供给，砂泥岩La/Th比值较高（＞4）；志留纪以后，特别是泥盆纪，南秦岭沉积物转变为主要由北秦岭构造带供给，La/Th比值（335）与北秦岭构造带（＜4）接近。在这物源转变时期砂泥质岩石的ΣREE也有所降低。

根据以上各时代地层主要成分、微量元素及砂泥质岩的稀土元素演化分析，结合沉积建造特点，从古元古代至中生代南秦岭地区地层元素演化可以分为4个演化阶段，每个阶段的构造环境、沉积建造、成矿元素及运矿元素富集特点如下：

（1）古元古代—新元古代早期不稳定的大陆边缘演化阶段

此阶段本区处于扬子古陆的北部边缘，沉积建造主要为陆源碎屑岩、泥质岩、各类火山岩及碳酸盐岩的火山-沉积建造，与其他阶段的区别在于Al2O3、SiO2、Na2O高，Ca低，富铁族元素，贫Li、Be。

古元古代，本区可能处于大陆裂谷构造环境，形成陆源碎屑岩-泥质岩-泥灰岩夹少量基性火山岩的沉积建造（陡岭群），砂泥质岩石ΣREE含量（122×10-6）较低，地层中As、Sb、Cu、Cl等成矿与运矿元素含量较高。

中元古代，构造环境渐变为大陆岛弧环境，形成了一套陆源碎屑岩和拉斑-钙碱性系列玄武—流纹岩的火山-沉积建造（武当山群），火山岩以酸性为主，地层中较富集大离子元素Ba、Th；砂泥质岩石以La/Th值偏低为特征，地层中成矿元素含量普遍不高。

新元古代早期，本区仍为活动大陆边缘构造环境，同时异地形成了毛堂群、陨西群。毛堂群主要岩性为变酸性火山岩（姚家寨组，石英角斑岩）和变基性火山岩（马头山组，细碧岩）的火山-沉积岩系，以富集Fe、Ni、Co、Mn、Ti、Sc、V等亲铁元素为特征，成矿元素Pb、Zn、Au相对富集。陨西群主要由变中性火山岩（角斑岩）和变酸性火山岩（石英角斑岩）组成，Zr、P、Sc较高，成矿元素Zn相对富集。

新元古代中期，本区可能已经开始进入了被动大陆边缘构造发展阶段，此时期形成的耀岭河群主要岩性为变中基性火山岩（角斑岩—细碧岩）和变泥质岩，其中的富钠低镁质火山岩反映了边缘海张性的构造环境，耀岭河群富集Fe、Cr、Sc、Ti、V、P、Sr、B和成矿元素Cu、Mo、Zn。

（2）新元古代晚期（震旦纪）—早古生代（奥陶纪）被动大陆边缘演化阶段

自震旦纪开始，南秦岭已转变为扬子地台北部的被动大陆边缘，前期裂陷作用较强，后期则以移离作用为主。震旦纪时沉积了海相泥质岩和白云岩为主的碳酸盐岩，地层岩石MgO、K2O、K2O/Na2O高，反映成熟度增加，成矿元素和运矿元素As、Sb、Sn和B较为富集。

寒武纪形成以泥质岩、碳酸盐岩和中基性火山岩的火山-沉积建造，地层中普遍含有黄铁矿、碳质页岩、黑色岩及硅质岩，富集Ba、B、S、Sb、Mo、Cu、Zn、Au、Ag等多种元素。

奥陶系岩性主要为碳酸盐岩，次为泥质岩，地层中MgO、CaO、Cl元素较高，多数成矿元素含量偏低。

（3）志留纪—三叠纪陆缘对接残余海盆地发育与陆陆碰撞造山演化阶段

北秦岭和南秦岭的对接发生于志留纪末—泥盆纪，但对接后并没有马上进入陆—陆碰撞造山阶段，仍有残余海盆发育。志留纪沉积物主要为泥质岩和少量碎屑岩，富集Co、Cr、Ni、Sc、V、等亲铁亲基性元素和不相容元素K、Li、Th，成矿和运矿元素W、Sn、Cu、Zn、和B相对富集。

泥盆纪时在残余海盆地沉积了主要由碎屑岩、泥质岩和碳酸盐岩组成沉积建造。沉积岩相对富集As、Sb、Au、W等成矿元素和B、F、S运矿元素。石炭纪至二叠纪，南秦岭仍为海相沉积。石炭系由碳酸盐岩和泥质岩组成，B较富集。二叠系主要为石灰岩，Sr较高，大部分元素贫化。三叠纪继承二叠纪的沉积环境，沉积了大量的海相石灰岩和极少量的泥质岩，成矿元素As较高。

（4）三叠纪以后的陆内盆地演化阶段

由于受燕山运动的影响，南秦岭普遍抬升，在拗陷山间盆地沉积了河流湖泊的陆源碎屑岩，白垩系多数成矿元素含量居中，Pb、Au相对较高。

从南秦岭地层成矿和运矿元素在各沉积演化阶段富集情况可知：它们的富集规律与南岭地区类似，成矿元素主要富集在每个演化阶段的转换期及早、中期的张裂环境。如：

第一演化阶段早期的古元古代裂谷环境下形成的陡岭群（As、Sb、Cu和Cl的丰度分别为8×10-6、045×10-6、42×10-6和77×10-6）。

第二演化阶段早期陆缘裂陷盆地形成的震旦系（As、Sb、Sn和、B的丰度分别为70×10-6、16×10-6、287×10-6、44×10-6）和寒武系（Sb、Mo、Cu、Zn、Ag、Au和B、S的丰度分别为058×10-6、16×10-6、36×10-6、89×10-6、0084×10-6、10×10-9和46×10-6、2380×10-6）。

第二、三演化阶段之间转换期的志留系（W、Sn、Cu、Zn和B的丰度分别为186×10-6、26×10-6、32×10-6、100×10-6和74×10-6）。

第三演化阶段早期残余少盆地中形成的泥盆系（As、Sb、Au、W和B、F、S的丰度分别为98×10-6、099×10-6、00019×10-6、148×10-6和63×10-6、660×10-6、480×10-6）。

由南秦岭地区各演化阶段的构造环境与地层成矿元素富集关系来看，Mo、Ag在被动大陆边缘构造环境下形成的沉积地层（寒武系）中最富集。Sn、Sb和F、Cl的主要富集地层（震旦系、泥盆系）是被动大陆边缘与残余海盆地发育的构造环境。而W却富集在残余海盆地与陆内盆地沉积构造环境下形成的沉积地层（志留系、白垩系）。Cu、Zn的富集地层多是陆缘裂谷及被动大陆边缘构造环境下形成的。

2北秦岭沉积作用的化学元素演化

北秦岭地层包括古元古界秦岭群、中—新元古界宽坪群，早古生界丹凤群、二郎坪群和早中生界的三叠系。张本仁等（1994）运用稀土及微量元素对秦岭各时期地层沉积的构造环境和沉积物源的研究表明，秦岭群、宽坪群、二郎坪群原始砂泥质岩石在La/Ce—Sc/Th图解中，均具有两端员组分混合的特征，秦岭群碎屑岩的源区应类似于大陆裂谷内产出的碱性基性岩和酸性岩组成的双模式岩套，但源区的这种双模式岩套在后期的强烈造山过程中没有保存下来。宽平群的物源是其北部华北古陆的太华群和其南部的秦岭群，沉积构造环境为秦岭群岛链、局限的边缘裂陷海盆环境；二郎坪群的物源是多方面的，南侧秦岭群、北侧的宽坪群和二郎群下部的火山岩及其南面的丹凤群早期火山岩，均可为其提供物源，其形成构造环境为活动大陆边缘。丹凤群分布于秦岭群的南侧，其形成构造环境也具有活动大陆边缘环境特征。

根据鄢明才等（1997）的对北秦岭地层丰度的研究成果（表3-7），本构造带各时代构造环境、积建造特征、成矿元素及运矿元素富集化特征简述如下：

1）古元古代，本区处于陆缘裂谷环境，形成了一套陆源碎屑杂砂岩和碳酸盐岩夹基性火山岩建造（秦岭群）。与其他时代地层比较，K2O、CaO、CaO/MgO值较高，不相容元素Li、Zr、易挥发元素Cl（131×10-6）和成矿元素As（12×10-6）、Sb（088×10-6）、Sn（28×10-6）较富集。

2）中新元古代，本区转变为陆缘裂陷环境，在秦岭群岛链、局限的边缘裂陷海盆沉积了一套主要为碎屑岩和基性火山岩、次为碳酸盐岩及少量中性火山岩（宽坪群），与古元古代秦岭群相比，SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、K2O含量低，而MgO、亲铁元素增高，成矿元素Au（2×10-9）、Cu（43×10-6）和运矿元素S（410×10-6）、B（23×10-6）亦较高。

3）早古生代，本区发展成活动大陆边缘环境。在秦岭群北侧，形成了基性火山岩（细碧岩），其次为碎屑岩和酸性火山岩（石英角斑岩）和少量碳酸盐岩组成的地层（二郎坪群）。在秦岭群南侧，形成偏基性的中性火山岩为主，含少量碎屑岩的地层（丹凤群）。二者与元古宙地层相比，Al2O3、Na2O含量TFeO+MgO值增加，而CaO、K2O含量及K2O/Na2O、SiO2/Al2O3值减少。微量元素以Co、Cr、Ni、Mn、Sc、V等铁族元素富集，Li、Be、Zr、Th等亲石元素贫化为特征，反映出中基性火山岩的影响。丹凤群中的成矿元素Cu（65×10-6）、Pb（46×10-6）和S（340×10-6）较富集。

4）中生代（三叠纪），自早古生代未开始，华北地台与扬子陆块持续碰接，使北秦岭区一直处于抬升状态，直到晚三叠世复又下沉，形成了以泥质物为主的沉积建造，因此SiO2、Al2O3、K2O含量 K2O/Na2O、SiO2/Al2O3值明显增加，MgO、CaO、Na2O含量及TFeO+MgO值减少。同时伴有Co、Ni、Mn、Sc、V等铁族元素含量降低，Li、Be、Zr、Th等亲石元素含量升高。各类成矿元素Au（27×10-9）、As（12×10-6）、Sb（072×10-6）、Pb（40×10-6）、W（23×10-6）、Sn（34×10-6）、B（46×10-6）均有不同程度的富集。

从北秦岭各时代地层成矿元素的富集构造环境来看，Cu、Pb在岛弧环境下形成的地层中（丹凤群）富集最明显。W、Au、Ag、B则在陆内拗陷盆地形成的地层（三叠系）中最为富集。Sn、As、Sb、F既在陆缘裂谷环境下的沉积地层（陡岭群）富集，又在陆内拗盆地形成的地层（三叠系）中明显富集。

与南岭和南秦岭构造带地区相比，北秦岭构造带中基性火山岩发育，地层地球化学的突出物质是强烈富集Cr、Ni、Co、Ti、Mn、V、Sc等亲铁基性元素和Cu、Au反映了本区地壳和岩石圈活动强烈幔壳物质交换频繁。

表3-7 北秦岭造山带各时代地层平均化学组成（wB）

注：含量单位：主成分10-2；Au、Hg、Pd、Pt：10-9，其他10-6；Pz1dn：丹凤群，Pz1er：二郎坪群，Pt2tw：陶湾群；Pt2kp：宽坪群，Pt1qn：秦岭群。

（据鄢明才等，1997）

综合南、北秦岭地层元素演化特点，东秦岭地区在从古元古代至中生代的地壳演化过程中，其地壳生长的早期主要以垂向增长为主，新元古代末期以后则主要是水平增长。

镁砂中主要成分为氧化镁，杂质为CaO、SiO2、Fe2O3等，氧化镁为碱性氧化物，熔点为2800度，高温加热后转变为稳定的立方晶体，俗称方镁石。由氢氧化镁经高温煅烧成，抗水化能力强。主要是耐火材料的成份不同，PH值不同，当然适合的用处也是不同的，一般来说石英砂为酸性材料用做炼钢等筑炉衬用，而镁砂为碱性炉多用于特殊钢等熔融用。

根据本次采集样品分析结果计算的二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩、石英二长闪长岩SiO2含量（表4-1）较之过去有些文献中的值偏低。为此，将本书的数据与从有关文献中收集的600多个花岗岩类的主成分数据一并进行了重新计算，其结果如表2-13。仅根据从有关文献中收集的600多个花岗岩类的主成分数据计算的花岗岩类的主成分平均值见表2-14。可见，与表4-1中这几种岩石的SiO2含量基本是一致的。

造成这种状况的原因，主要是花岗岩类分类命名的方法不同。过去发表的数据，不同作者采用的花岗岩类分类命名的方法不同，没有统一。本次采用的是国际地科联推荐的QAP图解，这也是目前大家普遍接受的方案。由于岩石归类的不同，造成平均值的计算结果有差异。

表2-13 中国花岗岩类主成分的平均值　（wB/%）　Table2-13 Average values of major compositions of granitoid in China　（wB/%）

表2-14 根据收集数据计算的中国花岗岩类成分的平均值　（wB/%）　Table2-14 Average values of major compositions of granitoids in China calculated by the data collected from references　（wB/%）

恭喜你这是黄蜡石

黄蜡石又名龙王玉、黄龙玉，因石表层内蜡状质感色感而得名(一说此石原产真腊国，故称腊石)。属矽化安山岩或砂岩，主要成份为石英，油状蜡质的表层为低温熔物，韧性强，硬度65～75。黄蜡石是稀有资源，在黄蜡石市场，一块拳头大小的极品黄蜡石售价三千多万元。

基本信息

中文名：黄蜡石

别名：黄龙玉

英文名：Yellow stone

得 名：表层内蜡状质感色感

类 型：矽化安山岩或砂岩

主成分：石英

硬 度：65～75

简介

黄蜡石又名黄龙玉，因石表层内蜡状质感色感而得名正在加载黄蜡石又名黄龙玉，因石表层内蜡状质感色感而得名

黄蜡石，因石表层内蜡状质感色感而得名。《金玉琑碎》记载：“腊石者，真腊国所出之石也，质坚似玉，非砂石不能磨与琢也。昔人曰碔砆乱玉，碔砆即腊石也”。所以，另一说此石原产真腊国，故称腊石。

黄蜡石之所以能成为名贵石种，除其具备有湿、润、密、透、凝、腻六德外，其主“色相”为黄也是其重要因素。

中华民族对色的概念是：宇宙的黄、红、蓝三颜色“黄”为首，天玄地黄，黄乃土地之色，阴阳五行中“土居中”故黄为中央正色，黄为帝皇，黄河之象征。

**是中华民族炎黄子 孙的共同符号。**是佛教、道教、儒家思想中地位最高的颜色。

黄蜡石中的极品冻蜡是继田黄石后的新贵，好的冻蜡可与田黄竞美。古代称田黄石为“石帝”，而今品位高的黄蜡石（冻蜡）则封以“石后”。

为了便于研究斑岩铜矿床蚀变矿物的波谱特征，更好地进行遥感异常信息的挖掘，依据如下原则进行分类：①蚀变矿物的成因及示矿特征；②蚀变矿物在ETM+波段的特征吸收谱带；③吸收谱带的宽窄及强弱；④蚀变矿物与侵入岩体的空间位置；同时参考阎积惠（1995）分类方案把常见的矿化蚀变矿物按化学组成分为三大类：即与铁、锰有关的蚀变带、与羟基（OH）有关的石英绢云母化带、与 CO2-3 有关的泥化带。注：蚀变矿物的波谱曲线来自美国 USGS波谱库。

根据图3-28可以看出，与铜有关的围岩蚀变类型主要有绢云母化、钠长石化、钾长石化、蛇纹石化、矽卡岩化、次生石英岩化、黄铁绢云岩化和硅化等。其中绢云母化、青磐岩化、钾长石化是斑岩型铜铝矿化外围的主要蚀变类型。

图3-28 斑岩型铜矿床主要蚀变类型所含矿物光谱特征曲线

（据USGS光谱数据库）

B1～B7—ETM+1～ETM+7波段

绢云母化是一种分布广泛的热液蚀变。铝硅酸盐为次生绢云母所交代（长石类和部分暗色矿物）形成绢云母、石英为主的岩石，有时有绿泥石、绿帘石、碳酸盐矿物及硫化物共生。绢云母化是找寻Cu的重要标志。绢云母化常与黄铁矿化同时出现，称为黄铁绢英岩化。是各种中温热液矿化的常见蚀变，特别是斑岩铜矿中极为常见。

青磐岩化在安山岩和玄武岩中最为常见，是浅成Au热液矿床中最常见的蚀变。近年来研究证明它也是斑岩型Cu-Mo-Au矿化的外围蚀变之一。青磐岩化是在热液中CO2，S，H2O的作用下，在近地表条件下形成一套以绿泥石、碳酸盐、绿帘石、黄铁矿、钠长石等矿物组合的一种蚀变。

钾长石化亦是常见的早期蚀变之一，往往在钠长石之前。红色钾长石呈浸染状或脉状产出，钾长石化是找铜的有利标志。某些大矿亦见钾长石化。与中酸性岩有关的蚀变，还有黄铁细晶岩化。硅化、次生石英岩化、泥化（高岭土化、粘土化）等。

碳酸盐化主要见于基性超基性岩中。碳酸盐化形成一套以方解石、菱铁矿、铁白云石及菱镁矿等矿物组合。主要与Cu矿床有关。

矽卡岩化是中深条件下中酸性侵入体与碳酸岩类接触带的常见的一种蚀变。分布于中酸性侵入体的内外接触带附近，由石榴子石（钙铝石榴子石-钙铁石榴子石系列）和辉石（透辉石-钙铁辉石）及其他Ca，Fe，Mg，Al硅铝酸盐矿物组成。Cu矿床与矽卡岩有重要关系。遥感探测的是地表物质的光谱信息，因此只要有一定面积的蚀变岩石出露，遥感就有可能测出，也就是说，即或矿体隐伏，只要有蚀变岩出露，就有可能用TM（ETM+）发现，尤其是为数众多的热液矿床。当然蚀变信息的强弱也很重要，蚀变信息包括蚀变类型、强度、规模大小、空间形态，目前认为中等强度以上的蚀变带对于TM（ETM+）蚀变信息提取是十分有利的（张玉君等，2003）。有时尽管有蚀变岩存在，但不一定有矿，然而围岩的剧烈而较大范围的蚀变常常与大矿及富矿石的生成互为隶属，大型特大型内生热液矿床一般均有强烈且较大范围的围岩蚀变，并且具有分带现象（如斑岩铜矿）。这便是以找矿（首先是大矿、富矿）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质依据。

斑岩铜矿床蚀变岩石中含有较多的Fe3+、OH-、CO2-，大量的岩石波谱测试数据证明，在可见光-红外光谱区，这些离子具有特征反射或吸收谱带，而组成造岩矿物的主要化学成分（Si、Ai、Mg、O）并不具备上述光谱特征，这就为蚀变信息的提取提供了物理基础。

富含OH-或CO2-的绿泥石、白云母、方解石、高岭石、明矾石等常见蚀变矿物，在美国陆地卫星TM5波段存在反射峰，在TM7波段则存在吸收谷。同样，含有Fe3+的褐铁矿在TM3波段存在反射峰，在TM4存在吸收谷。克罗斯塔分析法就是利用蚀变矿物的光谱特征，通过主成分分析来提取有关的蚀变矿物。主成分分析的主要特性之一就是把原来多波段图像中的有用信息集中到数目尽可能少的新的组分图像中，而且新组分图像互不相关。新生成的第1主分量包含了原来多波段图像的绝大部分信息，其他组分图像的方差依次减少，包含的信息量也剧减。第1主分量主要反映了地貌和纹理信息，而矿化蚀变信息往往包含在信息量少的第3、第4甚至第5主分量中。由于铁的氧化物在TM3、TM5波段具有反射峰，在 TM1、TM4 波段反射率相对较低，克罗斯塔分析法便使用 TM1、TM3、TM4、TM5等4个波段进行主成分分析，并把与TM3波段呈正相关、与TM4波段呈负相关的主分量用来提取铁的氧化物类蚀变矿物。同理，利用TM1、TM4、TM5、TM7等4 个波段进行主成分分析，提取含OH-或CO2-的绿泥石、白云母、方解石、高岭石、明矾石等常见蚀变矿物。克罗斯塔分析法是常见的信息提取方法，也有部分研究人员根据所在地区的具体成矿条件对其进行了改进，如增加参与主成分分析的波段，在不损失矿化信息的前提下利用拉伸或掩膜技术剔除雪等影响因素。由于五龙沟地区沙化严重，同时还有部分高原积雪，所以在使用克罗斯塔分析法之前根据上述影响因素的波谱统计数据进行了矿化信息无损失拉伸。

1基于ETM+遥感数据蚀变信息提取方法的优化选择

选取包古图地区Ⅴ号侵入体为试验点，进行蚀变信息提取方法优化选择。

图3-29 左图为包古图5号岩体的ETM+7、4、1波段彩色合成图

右图为该区的地质图（据1：20万修改）

（彩图见书后图版）

包古图v号岩体形态呈不规则状，出露面积约084km（图3-29），岩性以石英闪长岩、花岗闪长玢岩和石英二长斑岩为主，花岗闪长岩、黑云母花岗闪长岩和闪长玢岩为次。岩体中可见黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、毒砂、磁黄铁矿等金属矿物。金属矿物常呈浸染状、细脉浸染状和细脉状分布。铜矿体主要产于岩体接触带和岩体中。蚀变现象比较明显。

模型一：遥感数据统计分析+比值法+主成分分析法+掩膜+分类（分割），SRP模型（Statistic+ Ratio + Principal Components Analysis）。

（1）基本数理统计值的比较

对研究区 ETM 中六波段的最小值、最大值、平均值、标准偏差等特征值进行统计（见表3-19）。

表3-19 包古图Ⅴ号岩体ETM+灰度值特征统计表

从表可以看出：

灰度差的排列顺序为：ETM5＞ETM3＞ETM7＞ETM2＞ETM4＞ETM1；

均值的排列顺序为：ETM5＞ETM1＞ETM3＞ETM7＞ETM2＞ETM4；

标准偏差的排列顺序为：ETM5＞ETM7＞ETM3＞ETM2＞ETM4＞ETM1；

ETM数据各波段的标准偏差及灰度差显示了各自所含信息量的离散程度，即信息量的丰富程度。标准偏差越大不同地物的影像反差越大，其可能揭示的地物种类就越多，是进行信息增强分离提取的首选波段，即ETM5、7、3为主要信息赋存波段。

ETM的像元相对亮度值（灰度值）随着像元内地物种类和数量的不同，以及像元-星体-太阳三者位置关系的变化而产生不同的值，是随机性的。经过量化，它只能在0～255的范围内变化，是离散随机变量。平均值、灰度差和标准偏差对于随机变量性质的描述是不完整的，不能作为选择图像处理参数的主要依据。还必须了解这些变量的概率分布规律。直方图是表示离散随机变量概率分布的直观方式，以像元相对亮度值频数的图形示出。它对于选择图像处理参数有较重要的参考价值（马建文，2001；阎积惠，1995）。包古图Ⅴ号岩体地区ETM+遥感影像的相对亮度值直方图如下所示：

研究区ETM图像亮度值概率分布（图3-30），具有如下规律：

①辐亮度值频率直方图基本上呈正态分布；

②99%以上的像元辐亮度值集中分布在几十个亮度级的范围内；

③ETM5、7、3段辐亮度值分布域最宽，其次是第四波段。

（2）数据的主成分分析特征比较

ETM+多波段数据通过PCA所获每一主分量常代表一定的地质意义，且互不重复，各主分量的地质意义有其独特性。故对研究区 ETM 中ETM1、ETM2、ETM3、ETM4、ETM5、ETM7 六个波段进行主成分分析。统计特征值如下表所示。

表3-20 包古图Ⅴ号岩体ETM影像协方差矩阵

图3-30 包古图Ⅴ号岩体地区遥感影像直方图

表3-21 包古图Ⅴ号岩体ETM影像相关系数矩阵

由表3-20、3-21可知：

ETM1、ETM2、ETM4之间相关系数均大于08，属高度相关；ETM3、ETM5、ETM7三个波段各自与其他波段相关系数均相对较低，属自相关。

羟基异常主分量的判断准则：主分量的信息应基本来自ETM5、ETM7 两个波段，且ETM5 为加信息，ETM7为减信息。因为粘土矿物和碳酸盐矿物在ETM5 波段是高反射，在ETM7 波段强吸收（见图3-28）。

铁染异常主分量的判断准则：ETM3系数应与ETM1和ETM4系数符号相反，ETM3与ETM5系数符号一般相同。因为 ETM1、ETM3、ETM4 波段能够区分岩石中铁矿物和含铁矿物的相对含量，ETM5则可识别出含绿帘石族矿物的岩石（见图3-28）。

由表3-22和羟基异常、铁染异常主分量的判断准则可知，直接进行主成分分析提取矿化蚀变异常效果不是很明显，需要对弱蚀变信息进行加强和放大，进行选择比值法主成分分析。

表3-22 包古图Ⅴ号岩体ETM影像PCA特征向量矩阵和特征值

根据以上六波段基本数理统计值的比较和数据的主成分分析特征比较对模型一核心波段算法修正为：

①羟基异常信息提取波谱核心算法：PCA ｛ETM1+ETM2、ETM4/ETM3、ETM5/ETM7、ETM7｝

②铁染异常信息提取波谱核心算法：PCA ｛ ETM1 + ETM2、ETM3/ETM1、ETM4/ETM3、ETM5/ETM7｝

我们用ETM1 +ETM2 代替ETM1，ETM3/ETM1 代替ETM3，ETM4/ETM3 代替ETM4，ETM5/ETM7代替ETM5。

根据羟基异常信息提取波谱核心算法和铁染异常信息提取波谱核心算法得到的特征向量矩阵和特征值如下表所示。

表3-23 PCA特征向量矩阵和特征值

表3-24 PCA特征向量矩阵和特征值

由表3-23、表3-24以及羟基异常主分量的判断准则、铁染异常主分量的判断准则可知，PC3为羟基异常主分量，PC4为铁染异常主分量。对所得到的主分量异常图进行彩色分割，可获得包古图5号岩体地区羟基异常和铁染异常图（见图3-31）。

模型二：利用典型蚀变矿物的特征光谱拟合进行蚀变信息提取法，即：遥感数据定标+混合像元分解+SCM+掩膜+分类（分割），CES模型（Calibration + Endmember + Spectral Character Matching）。

图3-31 基于SRP模型的包古图Ⅴ号岩体ETM遥感蚀变信息提取图

左侧为羟基异常提取图；右侧为铁染异常提取图

（彩图见书后图版）

ETM图像的每个像元值是灰度值，需要将它转换为反射率，转换公式如下：

L=gain∗DN + bias （3-2）

中亚地区高光谱遥感地物蚀变信息识别与提取

式中：L是地物在大气顶部的辐射亮度；DN是像元灰度值，增益（gain）和偏移值（bias）可以从头文件中得到；ρ是地物反射率；ds为日地天文单位距离；E0为大气顶部的太阳辐照度；θ为成像时的太阳天顶角，亦可从图像的头文件中读取。转换后地物反射率统计值见表3-25。

表3-25 包古图Ⅴ号岩体ETM+反射率特征统计表

光谱混合分析的目的主要是分离混合像元中的不同地物成分，线性混合光谱分解模型是光谱混合分析的常用方法，其原理是利用一个线性关系，表达遥感系统中一个像元内各地物的类型、比例与地物的光谱响应。按照线性模型，任一波段中各个像元的光谱响应可以认为是该像元对应的各种地物光谱响应的线性组成，因此，利用遥感图像的像元光谱值，作为有限种地物反射光谱的线性组合，来建立模型。线性混合光谱分解模型被定义为：像元的光谱亮度值是由构成像元基本组分（endmember）的光谱亮度值以其所占像元面积比例为权重系数的线性组合。可用下式表达：

中亚地区高光谱遥感地物蚀变信息识别与提取

式中：Rij为第j波段第i像元的光谱反射值；n为基本组分的数目，n小于等于m+1，m为波段数；fki为对应i像元的第k个基本组分所占的分量值；Ckj为第k个基本组分所在j波段的光谱反射值；εij为第j波段第i个像元对应的误差值；RMS为均方根误差图像。

包古图V号岩石普遍蚀变，蚀变矿物主要由绿泥石、绿帘石、绢云母和钾长石组成。具体蚀变带可划分为（由岩体中心向外）：钾化带、石英绢云母化带和青磐岩化带。钾化带蚀变矿物组合为石英+钾长石+黑云母+绢云母；石英绢云母化带的矿物组合为石英+绢云母+水白云母+黄铁矿等；青磐岩化带的蚀变矿物组合为绿泥石+黝帘石+钠长石，局部还有黑云母及绢云母。

图3-32 特征矿物光谱曲线

左侧为USGS标准光谱曲线；右侧为ETM采样后光谱曲线

图3-33 基于CES模型的包古图Ⅴ号岩体ETM遥感蚀变信息提取图

（彩图见书后图版）

我们选取黑云母（biotite）、黄铁矿（pyrite）、白云母（dolomite）、绿泥石（chlorite）、黝帘石（zoisite）、钠长石（albite）为特征蚀变矿物进行波谱拟合。其USGS特征光谱曲线和采样后光谱曲线见图3-32。

据图3-31、3-33可知：

（1）包古图Ⅴ号岩体周围发育有源于OH-等离子基团振动过程的泥化，代表矿物为：绿泥石、绿帘石、黝帘石、碳酸盐化、钠长石等；源于Fe3+等阳离子电子过程的铁染化，代表矿物为黄铁矿；蚀变带内还发育黑云母化、绢云母化、白云母化等；

（2）蚀变异常多以岩体为中心，向外围减弱，呈环状展布；

（3）CES模型区分蚀变信息类别的能力较之SRP模型强，SRP模型提取蚀变信息的准确度较之CES模型强；

2斑岩铜矿的遥感地质信息特征

研究所使用的ETM+遥感图像中提取构造信息、岩性信息、蚀变信息的研究方法应用到康恩纳德矿床、阿克斗卡矿床、包古图矿床、喀腊萨依斑岩铜矿床，从而可得到四个矿床的遥感地质信息综合提取图。进行分析评价。

图3-34 康恩纳德斑岩矿床地区ETM+遥感地质信息综合提取图

（彩图见书后图版）

根据图3-34～图3-37 可知，准噶尔-巴尔喀什褶皱系典型斑岩铜矿的遥感地质信息特征可概括为：

（1）地层和侵入体信息：准噶尔-巴尔喀什褶皱系典型斑岩铜矿床（以康恩纳德矿床、阿克斗卡矿床、包古图矿床、喀腊萨依矿床为例）主要集中在加里东-华力西期中浅成侵位的中酸性侵入岩-火山岩带的造山期建造发育地区。

（2）构造信息：斑岩矿床周围线性体比较密集，多为树枝状展布，小型断层分布较广；区域内大型断裂较发育，如康恩纳德矿床周围就发育中哈-纳伦断裂、博舍库利-乌赤别里山断裂、康恩纳德-塔城断裂、杰兹卡兹甘-斋桑-阿尔泰断裂等大断裂；阿克斗卡矿床位于捷克利-萨雷贾兹南北向断裂、康恩纳德-塔城东西向断裂和库拉马北东向断裂交汇处，且狂体内发育阿克斗卡断层和伊克巴斯断层；包古图矿床受达拉布特断裂控制；喀腊萨依矿床地区的克孜勒他乌黑云母花岗岩体主要受卡拉先格尔-克孜勒他乌断裂控制。

图3-35 阿克斗卡斑岩矿床地区ETM+遥感地质信息综合提取图

（彩图见书后图版）

图3-36 包古图斑岩矿床地区ETM+遥感地质信息综合提取图

（彩图见书后图版）

图3-37 喀腊萨依斑岩铜矿床地区ETM+遥感地质信息综合提取图

（彩图见书后图版）

（3）蚀变信息：由岩体至围岩依次分为黑云母-钾长石化带、绢云母-黄铁矿化带、绿帘石-钠长石化带（图3-38）；特征蚀变矿物为：黑云母、绢云母、黄铁矿、白云母、绿泥石、黝帘石、钠长石等。

图3-38 斑岩铜矿形成时分期热液蚀变图

（据黄崇轲，2001年）

研究表明，准噶尔-巴尔喀什褶皱系典型斑岩铜矿的遥感地质信息特征为：时间上为晚古生代；空间上位于构造线密集处的中酸性侵入体周围，有明显矿化蚀变现象。