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摘要 ：卫宁北山地区是宁夏最重要的金属矿成矿区之一 , 经 过数十年的工作 , 已在该区发现了金、银、铜、铅、锌、铁、钴等 矿产，但对该区地球化学背景的总结，一直是个盲点。本文通过 对《卫宁北山地区多金属矿调查项目》化探数据的处理研究，根 据建造类型和地球化学参数， 区分并阐明4 个背景群体的地球化 学背景， 结合典型矿点的地球化学特征和同位素研究成果， 分析 地球化学背景与成矿的关系， 指出主要的成矿层位， 为今后的金属矿勘查工作提供借鉴。
关键词 ：卫宁北山地区,地球化学背景,非岩浆热液矿床
卫宁北山地区是宁夏重要的金属矿成矿区之一，一直以来对该 区地球化学特征的研究不全面，尤其欠缺对地球化学背景的研究 总结。虽然地球化学异常是我们直接研究的对象，但异常是相对背 景而言的，不了解背景，也就不能正确认识异常。通过 1 ：5万水系 沉积物测量，该区共圈定了30余处综合异常。很有必要加强地球 化学背景的研究，并全面结合地球化学背景、异常、地质矿产特征 进行分析研究， 为进一步的勘查工作提供线索。
1 地质背景
研究区大地构造位于秦祁昆造山系北祁连造山带东段与阿 拉善地(陆) 块南缘、鄂尔多斯地块西缘交汇部位之北祁连造山 带一侧，为我国西部东西向构造带(北祁连) 与东部的近南北向 构造(贺兰山) 带转换交接部位。早古生代时期，该区属北祁连 弧后盆地的一部分，形成了次深海斜坡相陆源碎屑 - 泥质沉积为 主的浊积岩系， 构成本区晚古生代各类建造的基底层。至海西早 期，北祁连弧后盆地关闭， 本地区演化为弧陆碰撞机制下的前陆 盆地构造环境，形成泥盆系磨拉石建造 ;海西晚期至印支早期， 前陆盆地逐渐克拉通化，形成碰撞造山后的石炭 - 三叠系海陆交 互的上叠盆地充填沉积。在碰撞造山后的构造环境下， 主要以近 南北向挤压为主，形成了近东西向展布的褶皱、断裂构造，奠定 了工作区的基本构造格架。同时期， 伴随着碰撞造山期后的构造 活动， 在本地区有少量中酸性岩浆侵入。
总体上，研究区岩浆岩不发育，主要出露的地层可以划分 为三个建造。①早古生代次深海斜坡相陆源碎屑 - 泥质沉积建 造——奥陶系狼嘴子组(O2-3l)，经区域变质作用改造，岩性以板岩、变质砂岩、硅质岩为主 ;②海西期弧陆碰撞造山机制下形成 的泥盆系磨拉石建造——上泥盆统老君山组(D3l)，主要岩性为 互层产出的紫灰色砂岩、粉砂岩、泥岩 ;③海西晚期海陆交互的 上叠盆地充填沉积建造——下石炭统前黑山组(C1q)、臭牛沟组 (C1c)，上石炭统土坡组(C2t)，下石炭统岩性以碳酸盐和少量杂 砂岩为主，上石炭统岩性以石英砂岩、炭质页岩为主。通过对比 三类建造内各地层单元的地球化学参数认为 ：前两类建造各自 内部的地球化学特征统一，视为两个群体对待 ;而上下石炭统 岩性、地球化学特征差别大，虽同为一类建造，但在地球化学背 景研究中应区别对待。故初步确定将三个建造分为四个背景群 体进行研究。
2 地球化学背景研究
结合建造类型和地球化学特征，将对象合并为四个背景群 体进行研究， 可以在尽可能少的损失地球化学信息的前提下， 认 识背景形成的地质 - 地球化学环境，从而更全面的了解研究区的 地球化学背景。背景参数通过对岩石测量数据的处理得到， 数据 采用国土资源大调查野外验收优秀项目——卫宁北山地区多金 属矿调查项目的分析测试数据，所有数据先经迭代法剔除特异 值(±3S) 后再进行计算， 以准确的反映背景的实际情况。
2.1 主元素分布特征
Fe 的背景值远低于克拉克值 (5.6%)，仅为 2.4%，显示出明 显的偏态分布。元素的含量分布总体上表现为东部、西北部低， 其他地段则较均衡。低值区为奥陶系(2.5%)、泥盆系地层(2% 左右)、下石炭地层(2.8%左右)，高值区则为分布范围极广的上 石炭系(5.6%左右) 及第四系地层， 特高值则与铁矿点对应性好。 第四系沉积型铁矿点所形成的异常一般面积大，形态与构造行 迹吻合性差(如 ：骆驼山北、李园煤矿南等) ;与构造和热液有 关的铁矿点则面积相对较小，与构造行迹吻合性好(如 ：照壁山 铁矿、石墩水铁矿等)。产于构造中的臭牛沟、前黑山地层及局 部第四系地层是铁矿富集的有利地层。
Mn 的背景值远低于克拉克值，为 542ug/g，接近上地壳的 Mn 的丰度。直方图显示其分布接近正态。元素含量分布情况受 地层和构造影响大。泥盆系、石炭系地层(600ug/g左右) 含量相对较低，奥陶系地层(1650ug/g) 则远高于前者。Mn 相对富集的 空间位置有两个特点 ：①受褶皱及断裂构造影响强烈的土坡组 地层Mn含量较高 ;②矿化蚀变发育的地段Mn 的含量相对较高。 以上两类区域是其富集的有利地段，但区内暂未发现有工业价 值的矿体。
Co 总体背景值远低于克拉克值，为 10ug/g，接近上地壳 Co 丰度。直方图显示其呈明显的对数正态分布。元素含量分布特 征显著 ：①西北部及东部的泥盆系地层(2ug/g ~ 5ug/g)、下石 炭地层(5ug/g ~ 7ug/g) Co含量明显低于其他地层 ;②土坡组 (16ug/g ~ 19ug/g) 和奥陶系地层(12ug/g, 中部及西部) Co含量 明显高于其他地层 ;③断裂附近、已知矿化区中是 Co 明显富集 的地段。反映出断裂和热液是 Co 富集的主要控制因素，展布于 其内的土坡组地层是 Co 富集的有利层位。
Cu 总体背景值远低于克拉克值及上地壳丰度，为 14.8ug/g。 直方图显示其呈偏态分布。其在泥盆、石炭地层中的背景基本相 同 15ug/g左右，奥陶系地层中则达到 35ug/g远高于其他地层。 元素富集地段与已知矿(化) 点对应性好。无构造和矿化的区域 其含量较低。与矿化有关的断裂、褶皱构造(二人山—金场子、 照壁山、骆驼山等处的断裂、褶皱构造)，展布于奥陶系中的断 裂构造(土窑) 等部位是其富集的有利地段。
Zn 总体背景值远低于克拉克值仅为26.5ug/g，直方图显示 其呈明显偏态分布。其在泥盆系、下石炭系、奥陶系地层中的背 景较低(20ug/g左右)，在上石炭系地层中的背景较高(55ug/g 左右)。其浓集部位比较零散，规律性不强，与地层界线和构造 行迹的吻合程度差。
工作区 Pb 背景值接近克拉克值(13ug/g)，为 10.3ug/g， 直 方图显示其为明显的偏态分布。除个别地层背景值极低以外， 其 他各地层背景相近(10ug/g左右)。元素含量分布总体上东部高， 中部及西部大部分地区低的趋势。其浓集部位多有较大型的断 裂通过， 但较大型的断裂不一定都会有浓集中心分布。其富集与 褶皱构造的关系不大。工作区东部—大石头井沟附近的断裂构 造是其富集的有利地段。
2.2 地层元素分布特征
按照相关性，元素分为三类 ：铁族元素、亲铜成矿元素、钨 钼族元素。从总体背景含量来看，研究区各背景群体As、Sb含 量普遍较高， 其他元素含量均低于克拉克值。
(1) 奥陶系狼嘴子组(O2-3l) ：铁族元素Ti、V、Mn 的含量相 对较高，反映物源特征。Fe、Co、Ni 稍低，分异不明显，与其在 变质作用过程中不进行明显富集的地球化学性质有关 ;亲铜成 矿元素 Cu、Zn、Au含量低，Pb、Hg含量接近克拉克值，As、Sb、 Ag含量明显高于克拉克值 ;钨钼族元素呈正常背景。总体来看其沉积物质来源与老变质岩地层和基性岩关系较密切。该地层 经历了区域变质作用， 热液活动具一定的强度， 主成矿元素呈相对较高的背景， 各元素分异趋势不明显。
(2) 上泥盆统老君山组(D3l) ：除As、Sb 外，铁族元素、亲 铜成矿元素均呈较低的背景且分异不明显。钨钼族元素呈正常 背景。总体来看，其物质来源为正常沉积岩，虽受海西期弧陆碰撞造山作用影响， 但其受热液活动的影响较小。
(3) 下石炭统前黑山组(C1q)、臭牛沟组(C1c) ：各元素均 呈现低背景， 弱分异趋势， 反映其所处的上叠盆地沉积环境在这一时期相对稳定， 未出现元素的明显富集。
(4) 上石炭统土坡组(C2t) ：铁族元素含量相对较高，较高 的变异系数反映其较强的分异趋势。Co 的背景含量虽低于克拉 克值，但明显远高于其他地层 ;亲铜成矿元素 Cu、Hg、Au含量 偏低，Zn、Pb、Ag含量接近克拉克值，As、Sb 的含量远高于克 拉克值，且Pb、As、Sb 呈较强的分异趋势 ;钨钼族元素与克拉 克值相近。结合其上叠盆地晚期潮坪、泻湖—沼泽相沉积环境， 推断其物源可能有基性成分， 该时期及成岩期后的构造、热液活 动强度较大， 致使元素含量及分异趋势受到较大的影响。
总体来看，研究区早古生代次深海斜坡相建造—奥陶系狼 嘴子组(O2-3l)、海西晚期上叠盆地充填沉积建造—上石炭统土 坡组(C2t)，二者受物源及后期地质作用的影响，主成矿元素及 指示元素呈相对较高的背景，是 Cu、Co、Pb 等矿产可能的物源 层。全区As、Sb 均呈很高的背景分布，为较强的构造和热液活 动的反映。
3 典型矿点地球化学、同位素特征研究
3.1 典型矿点地球化学特征研究
大铜沟铜钴矿是近年在卫宁北山地区发现的一处典型矿点。 铜钴矿体产于背斜核部， 核部的构造透镜体提供空间， 沿断裂上 升的热液在此发生充填交代作用形成钴矿体，主要钴矿物为辉砷钴矿、含钴黄铁矿或含钴褐铁矿。
与之对应水系综合异常(HS4) 评序在位于第 3 位(研究区 共圈定水系综合异常 37 个)，异常面积 2.25km2.共包括 Cu-4、 Cu-8、Co-1、Ag-3、Ag-4、Au-3 六个单元素异常。其 中 Cu 异常 达内带含量，Co 异常达中带含量，其他四个异常仅达到外带含 量。Cu-8 异常平均强度 200.8g/t， 最高强度 2459g/t ;Co 异常平 均强度 42.44g/t， 最高强度 179g/t。随即开展查证工作， 布置岩 石剖面两条采集样品 364 件，发现了铜、钴的高含量带。施工的 ZK7-2 钻孔在 340m ~ 348m， 发现视厚度 8m 的铜钴矿体。通过 对岩石剖面数据开展因子分析， 并进行正交方差最大旋转。
结果显示Fe、Co、Ni、Zn、Mn、Pb位于第一因子，其方差贡献为27%。该因子中铁族元素与Pb、Zn共存，反应了沉积物源的 特征 ;V、Ti、W、Sn位于第二因子，其方差贡献为 17%。该族元 素地球化学性质相近，且方差贡献较高，亦为沉积物源特征的反 应 ;Au、Ag、Hg位于第三因子，其方差贡献为 13%。反应了断裂 构造对Au、Ag 的富集有着至关重要的作用 ;As、Sb、Mo、Ba位 于第四因子，方差贡献为 10%，该组元素以前晕元素为主，反映 热液活动较强烈， 深部有成矿的可能 ;Cu位于第五因子， 方差贡 献为 7%。与其强亲硫、弱亲氧的地球化学性质有关，应作为重点 的找矿对象加以重视。第一、第二因子方差贡献之和大于40%， 且都为物源特征的反映， 其元素组合与土坡组地层高背景元素一 致，说明了成矿元素的高背景是成矿重要影响因素。
3.2 典型矿点的同位素特征研究
同位素样品采集以钻孔矿化岩心为主，采取含钴黄铁矿矿 石进行流体包裹体分析和硫同位素分析。硫同位素分析结果显 示， 围岩黄铁矿的 δ34S 值为 +1.5 ~ +16.7.均值为 +8.7.显示正 值的特征。含钴黄铁矿的 δ34S 值为 +13.0‰~ +14.5‰，远大于 地幔 δ34S 的值，接近围岩。δ34S 值变化范围较窄，硫的均一化 程度较高， 具有热液成因的特征。因此认为大铜沟钴矿体的硫来自于石炭系沉积地层。
流体包裹体的分析(吴文忠等) 结果显示 40Ar/36Ar 均值为 430.575.说明成矿流体来源于沉积地层水和大气降水，是沉积 地层水和大气降水的混合物。
结合该典型矿点、区域矿产地质特征和前人的研究成果及 结论可知 ：研究区成矿热液以非岩浆热液为主导，成矿物质主 要来源于狼嘴子组、土坡组地层， 两者成矿元素的高背景是成矿 的重要影响因素 ;研究区主要找矿目标为非岩浆热液型矿床。
4 地球化学背景与成矿作用的关系研究
研究区岩浆岩不发育，绝大多数矿点(床) 为非岩浆热液成 因，其矿床特点具如下共性 ：①矿床受地层和岩性控制， 如前黑 山组、臭牛沟组的碳酸盐，土坡组夹于黑色页岩中的石英砂岩 ; ②矿体受构造控制明显 ：褶皱、断裂、裂隙及岩层的层间构造带 对成矿有利 ;③多为二向至三向延长过渡的矿体呈凸镜状或脉 状 ;④围岩蚀变较弱 ：主要有硅化、碳酸盐化、粘土化、重晶石 化等。
结合地球化学背景特征及矿床特点，分析其内在联系可以 将成矿条件好的地层划分为两类 ：
(1) 下石炭统发育碳酸岩的地层，如臭牛沟组、前黑山组。虽然其本身的成矿元素含量处于一个较低的水平，但该类地层 的物理化学特点使其成为有利的赋矿层位 ：①其与上覆和下伏 地层均存在不整合面， 加之碳酸岩的物理强度相对较差， 故在构 造作用下极易形成大量易于热液流通的顺层滑动断裂，形成构 造上的优势 ;②因为其较活泼的化学性质， 热液蚀变过程中， 极 易发生交代成矿作用， 从而容易形成Au、Ag、Cu、Pb 等矿床。
(2) 成矿元素地球化学背景较高的地层，如土坡组、狼嘴子 组。结合区内地质、地球化学背景，初步认为该类地层是主要的 矿源层。该类地层内普遍发育厚度较小但孔隙度、脆性较大的岩 层，如夹于黑色页岩中的石英砂岩层，夹于板岩中的变砂岩层 等。其本身的孔隙度大，利于热液的渗流作用，而较强的脆性使 其在构造作用下易于发生脆性形变，从而提供更多的可供热液 流通的空间。发育于此类岩层中的成矿作用则以充填作用为主。
总的来看，成矿元素低背景的下石炭统碳酸岩地层具有构 造上和岩性上的优势，以交代成矿作用为主 ;高背景的狼嘴子 组、土坡组地层具有层位和物源上的优势，以充填成矿作用为 主。成矿过程中的热液运移的通道和矿体赋存的空间都由构造 提供，所以就研究区而言，大型的构造是成矿的必要条件。故大 型构造和有利成矿地层的叠合部位是主要的勘查对象，工作中 应重视两类有利地层成矿的异同点，综合分析地球化学异常和 构造的特征， 以提升找矿工作的效果。
5 结论
(1) 研究区奥陶系狼嘴子组(O2-3l)、上石炭统土坡组(C2t)， 主成矿元素及指示元素呈相对较高的背景，是 Cu、Co、Pb 等矿 产重要的物源层。As、Sb在全区均呈很高的背景分布，反映构造 和热液活动具一定的强度。
(2) 研究区非岩浆热液占主导地位，狼嘴子组、土坡组地层 为主要的矿源层， 成矿元素的高背景是成矿的重要影响因素， 非岩浆热液型矿床为主要的找矿方向。
(3) 成矿元素低背景的下石炭统碳酸岩地层以交代成矿作 用为主，高背景的狼嘴子组、土坡组地层以充填成矿作用为主。 大型构造、有利成矿地层、地球化学异常的叠合部位是今后勘查 工作的主要目标。
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