寧夏金場子金礦床關鍵控礦因素分析及找礦方向

李海峰，趙風順，劉金科，張曉軍，宋 揚，陶 瑞，海連富

(1.寧夏回族自治區礦產地質調查院，銀川 750021；2.中國地質大學(武漢)資源學院，武漢 430074)

20世紀衛寧北山地區開展了大量的地質礦產勘查工作，相繼發現了鐵、金、銀、銅、鉛、鋅、鈷等眾多的金屬礦床(礦點)[1]，最主要的就是金場子金礦。1988年，徐國風[2]通過同位素和包裹體研究認為金場子金礦床成礦物質來源于上地殼。2010年，劉勇等[3]通過用SHRIMP鋯石U-Pb法獲得金場子閃長玢巖脈的年齡為(147.2±2.3)Ma，形成時代為晚侏羅世，為燕山期巖漿活動產物，表明寧夏衛寧北山在燕山期存在中酸性巖漿活動。前人對金場子金礦床的控礦條件和成因做了大量的研究工作，但仍存在許多問題沒有解決，如控礦構造體系、成礦物質來源[2,4-5]以及礦體的空間分布和變化規律需要開展進一步的研究。正確認識衛寧北山金場子地區金礦的成礦規律，對該區的金礦的預測及找礦工作具有重要的指導意義，現從金場子礦床的關鍵控礦因素(構造、地層和巖漿巖)方面，對金場子金礦的成礦規律進行探討，進一步梳理金場子金礦的找礦方向。

1 區域地質背景

衛寧北山地處寧夏中西部，大地構造位置根據板塊構造與造山帶理論位于北祁連造山帶東段，其北與華北地臺阿拉善地塊相接，其東與華北地臺鄂爾多斯地塊毗鄰，屬構造活動帶與穩定地塊的交接部之構造活動帶邊緣[6-8]。衛寧北山位于河西走廊Fe-Mn-螢石-鹽類-凹凸棒石-石油成礦帶，香山-衛寧北山-煙筒山Fe-Au-Cu成礦亞區，衛寧北山Fe-Au-Cu多金屬礦集區[9]。衛寧北山構造錯綜復雜，熱液蝕變與礦化現象明顯，是寧夏多金屬礦最具找礦潛力的地區。在以往不同時期的找礦勘查工作中發現了金場子金礦、二人山鉛鋅礦、照壁山鐵礦、大銅溝銅鈷礦、土窯銅礦等小型礦床及一大批金、銀、銅、鉛鋅、銅鈷等共伴生形式產出的多金屬礦(化)點。金場子礦區是衛寧北山地區最具找礦前景的礦化帶[10-11]。研究區的大地構造位置如圖1所示。

2 金場子金礦床地質特征

2.1 礦區地質特征

礦區內地層僅出露上泥盆統中寧組，下石炭統前黑山組、臭牛溝組，上石炭統靖遠組羊虎溝組及少量第四系風積砂、洪積層等。

礦區總體構造格架主要為受華力西—印支期近南北向(NNE10°左右)的擠壓形成的近東西向復式褶皺、逆沖斷層及其伴生NE、NW向斷裂和節理，以及受東西向擠壓形成的小型的南北向褶皺、斷裂和NEE、NWW向節理，以及不同時期在不同能干性巖石中形成的劈理。北西向、北東向構造和南北向的褶皺和斷裂發育時間較晚，在燕山晚期甚至更晚仍有活動，切割東西向構造。

區內巖漿活動不強烈，地表僅見少量閃長玢巖脈出露，另外還有一些與氣成-熱液活動有關的重晶石脈、石英脈、方解石脈及石膏細脈。

2.2 礦體特征

金場子礦床分布于金場子復式背斜兩翼的東西向的斷裂破碎帶或與之平行的層間中，巖性以粉砂巖和斷層角礫巖為主，其次是石英砂巖、泥板巖和灰巖，其產狀、形態及分布主要受構造控制，規模多數較小。礦體在平面上顯示受地層層內破碎控制的特征，呈東西向帶狀分布，產狀與地層近乎一致，在剖面上金礦體分布在層間斷裂帶中，呈透鏡狀和似層狀產出(圖2)。金場子南北礦帶共發現16個工業礦體，主礦體共6個，分布在25-29勘探線上，分別為JKT1、JKT2、JKT3、JKT4、JKT5、JKT6號礦體(表1)。根據金場子主礦段6個礦化體的形態及質量特征的分析研究，金礦化體在走向和傾向上延伸都較穩定，但向外圍延伸較差。向深部越過氧化帶，由于缺少氧化富集成礦階段的作用，原生礦體品位變低，礦化變弱。JKHT5及JKHT6號礦化體位于泥盆系層間小斷裂內，規模較小，且穩定性較差。賦存在石炭系層間斷裂帶內的JKHT1～JKHT4礦化體具有一定的規模，且根據前述礦化體形態變化及礦化富集規律研究結果顯示，JKHT2、JKHT3、JKHT4礦化體均表現出在25線深部及東側有較好的找礦前景。

表1 金場子礦段6個主礦體特征表[4,12]

圖2 金場子礦段25號勘探線示意剖面圖

礦體主要賦存在前黑山組及中寧組內的層間斷層破碎帶中，礦體長度80～300 m，厚度0.40～14.98 m，金品位0.5～107.9 g/t。礦區有大量的褐鐵礦化、黃鉀鐵釩化以及少量的孔雀石化，發現許多與金礦相關的晚期形成的石英脈、重晶石脈和碳酸巖脈，礦區及外圍見有閃長玢巖脈侵入老地層中。

金場子礦區內地表氧化作用強烈，隨著深度的增加，金礦化強度波動較大。在氧化帶中，不同氧化深度對金次生富集規律的影響是比較明顯的(表2)，主要有以下兩點：一是在0～150 m氧化帶范圍內，隨著深度的增加，金品位均值的總趨勢呈下降狀態，而且大于3 g/t樣品數量比例也呈下降趨勢，表明隨著氧化作用的增強，礦化強度逐漸增強，展示了表生環境中金次生富集的總趨勢。二是在150 m深度以下的原生礦化段，金品位均值較低，其方差值也較低，反映了金品位變化波動性小，是原生礦化相對較均勻的結果。在200～350 m深度范圍內由于樣品較少，將統計深度區間增大，發現金品位較150～200 m深度略微升高，可能暗示著深部原生礦化有增強的趨勢。

表2 金場子礦段Au品位垂向變化統計表

2.3 礦石特征

金場子金礦基本都處于氧化帶中，原生礦石較少，僅在鉆孔中能見到，大部分含礦巖石為氧化礦石。金場子金礦礦石分為原生礦石、半氧化礦石和氧化礦石3種類型。氧化礦石是礦區內淺地表最常見的礦石類型，主要為紅褐色塊狀針鐵礦-赤鐵礦、黃褐色爐渣狀黃鉀鐵礬化角礫巖、紅褐色赤鐵礦化角礫巖等，其次為紅褐色褐鐵礦化石英砂巖、粉砂質泥巖等。半氧化礦物主要見于地表石英-方解石-黃鐵礦脈中，黃鐵礦已褐鐵礦化，但仍保留了五角十二面體等晶型，或是在赤鐵礦-褐鐵礦化的中心部位仍保留部分未氧化的黃鐵礦。顯微鏡下觀察發現，大部分已褐鐵礦化的黃鐵礦中心仍殘留有未氧化的黃鐵礦，其外圍為一圈呈黃鐵礦假象的赤鐵礦。原生礦石僅在礦區鉆孔深部采集到，包括浸染狀礦石和脈狀礦石。鉆孔中可見浸染狀礦石，賦礦巖石為構造角礫巖，角礫成分為石英砂巖、細砂巖、粉砂巖等，黃鐵礦呈浸染狀分布于角礫巖的基質及部分角礫中。脈狀礦石，以微細脈狀、細脈狀、晶洞狀充填于巖石裂隙及紋層中。

礦石礦物主要包括褐鐵礦、黃鐵礦、黝銅礦、孔雀石、菱鐵礦、針鐵礦、黃銅礦等。黃鐵礦是研究區內最主要的殘留原生硫化物礦物，由于研究區氧化帶氧化程度很高，礦石中絕大多數黃鐵礦已氧化成為黃鉀鐵礬或針鐵礦，只有少部分包含于石英中的細粒黃鐵礦或礦石中心的黃鐵礦殘留下來。脈石礦物主要有石英、重晶石、絹云母、方解石等。

礦石構造主要有角礫狀構造、土狀構造、星點浸染狀構造、塊狀構造、碎裂構造、晶洞狀構造等。礦石結構包括粒狀結構、細網脈狀結構、膠狀結構、纖維狀結構及放射狀結構等。

礦石圍巖蝕變強烈，與金礦化關系密切的蝕變類型主要有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸巖化、重晶石化等。

3 金場子金礦床控礦因素及成因探討

3.1 構造與成礦的關系

前人認為，礦區金礦主要受東西向F18斷裂及其次級斷裂控制，礦化主要發育在東西向F18斷裂(二人山、黃石坡溝)和層間斷層內(金場子F1-F4)[2]；楊軍寧[4]認為該區金多金屬礦床主要受北東走向的剪切帶Ⅰ(F18)與南東走向的剪切帶Ⅱ(F19)及與其平行的Ⅲ、Ⅳ號NE向剪切帶的控制。總體上，前人對NE向構造的控礦作用，以及EW向和NE向聯合控礦作用重視不夠。

礦區最主要的控礦構造為EW向和NE向構造，兩者聯合控制了礦區主要的礦體，礦區最佳的找礦部位是褶皺兩翼石炭紀地層內EW向斷裂與NE斷裂交匯的部位。主界面斷裂雖然控礦，但后期斷裂的再次活動破壞礦體的完整性，造成礦體的破碎、分散和貧化，不利于尋找工業礦體。印支期近南北向擠壓產生斷裂構造體系與成礦聯系較為緊密，為成礦期構造，燕山期東西向擠壓作用產生的斷裂構造體系為成礦后構造，主要表現為對先成礦體造成的破壞作用(圖3)。

3.1.1 近東西向D/C界面斷層在控礦的同時也是破礦構造

經過野外調查和室內資料整理，認為礦區原界面斷裂(F18)可以分為兩個部分，其東-中段發育在南、北兩個礦帶的泥盆紀地層與石炭紀地層接觸部位(現在南帶命名為F15，北帶為F18)，其礦化在黃石坡溝礦段表現最為明顯，發育金-銀礦體，為該礦段的主要控礦斷裂之一；西段(黃石坡溝西及二人山部位)與NE向斷裂合并(沿用原F18編號)，整體礦化作用比東段強烈，在二人山和黃石坡溝北等部位尤為明顯。

在F18和F15斷裂內的礦體受到斷裂在成礦后多期活動的破壞作用，使原來較為完整的礦體破碎并呈角礫狀產出，表現出該D/C主界面斷裂中礦體空間位置規律的復雜性和難預測性；同時，該界面斷裂影響范圍較大，客觀上造成原礦體的貧化從而使其工業意義較差。

3.1.2 近東西向層內破碎帶控礦作用

礦區近EW向層內破碎帶控礦斷裂主要發育在石炭紀前黑山組(C1q)內，少量發育在石炭紀臭牛溝組一段(C1c1)和泥盆紀中寧組三段(Z3z3)。該組控礦斷裂主要形成于區域南北向擠壓應力機制下地層在強烈褶皺過程中形成的層內剪切破碎帶。因此，其與不同巖性界面相伴隨，在走向和傾斜方向都比較穩定，進而影響其所控制的礦化體也比較穩定。該類近EW向控礦斷裂是北帶金場子礦段、南帶鴿子洞礦段金礦的主要控礦斷裂；其中，金場子礦段包括發育在C1q1-2內的F4斷裂控制北帶JKT1礦體，發育在C1q2-1內的F3斷裂控制北帶JKT2、JKT3礦體，發育在C1q2-3內的F2斷裂控制北帶JKT4礦體，發育在前黑山組和臭牛溝組界面的F1斷裂控制北帶15-21線金-銅礦體；在南帶鴿子洞礦段主要為發育在C1q2-3的F101斷裂控制南帶鴿子洞60-76線金礦體。

3.1.3 NE向斷層對成礦的控制作用

形成于南北向擠壓的NE20°～40°左行剪切斷裂及其次級裂隙是礦區主要的NE向控礦斷裂。該組斷裂的控礦作用主要表現在兩個方面：

(1)東西向順層礦體形成時在該組裂隙內有熱液貫入，客觀上造成了NE向礦體，以及EW向與NE向裂隙交匯處的礦體膨大和更為富集，前者如57線金礦體；35-39勘探線區段內NE向裂隙表現出良好的控礦性；后者如黃石坡溝礦段礦體、25-35線金礦體受近EW向層間斷層和NE向小型裂隙的共同控制，在一定程度上造成了礦體的局部膨脹和富集(圖4)。

圖4 29線EW向斷層和NE向斷層造成金礦體富集

(2)早期形成的EW向原生礦體在后期氧化次生富集的過程中，因為NE向裂隙貫通不同地層層位，使相鄰層位EW向礦體被貫通而造成氧化礦體穿層變厚，如25-27線金礦體。

礦區NE向斷裂的控礦在前人工作中沒有引起足夠的重視，實際上該區礦化較好的部位大多受到了NE向和EW構造的聯合控制。如金場子礦段處于EW向斷裂(F1-F4)與NE向斷裂(F60、F61、F62)交匯的部位，金場子西35線附近發育大量的NE向小型斷裂，直接控制了鈷礦脈和富金礦的就位，并和近EW控礦構造溝通控制了該段的金礦化。南帶鴿子洞礦段及其西部除了發育在C1q2-3的F101斷裂外，出現大量的NE向裂隙和碳酸鹽-石英脈，說明NE向構造活動及其可能的控礦作用。

3.1.4 褶皺的控礦作用

褶皺的控礦作用主要表現在東西向褶皺形成的過程中，礦區層內破碎帶(北帶F1-F4，南帶F22、F101)是控制區內穩定金礦體的主要斷裂，這類斷裂主要形成于東西向褶皺形成的過程中，褶皺兩翼巖層內的順層剪切使較硬層(灰巖、砂巖)和較軟層(粉砂巖、泥巖)形成斷層泥和斷層角礫，為成礦提供了初始空間，這些部位與NE向斷裂的疊加為成礦熱液注入和富集就位提供了空間。

3.2 地層與成礦的關系

前人關于地層控礦作用的認識主要為對礦區主要控礦地層層位、地層作為可能礦源層的認識，對地層巖性和成分的控礦作用重視不夠。認為礦區主要控礦層位為石炭紀前黑山組，其次為石炭紀臭牛溝組和泥盆紀中寧組，也有人認為中寧組(前人為老君山組)基本不控礦。

地層對成礦的控制作用不僅表現為地層層位和巖性控礦，還是成礦物質的最大可能來源。具體可以表現在以下3個方面。

(1)地層層位控制礦體的產出。區內金多金屬礦的主要控礦地層層位是石炭紀前黑山組和臭牛溝組，泥盆紀中寧組控礦作用不明顯。前黑山組中主要控礦層位為C1q1-2(南帶主斷面附近)、C1q2-1(北帶層間破碎,如JKT1、JKT2)、C1q2-2(北帶層間破碎，如JKT3，南帶76-60線)、C1q2-3(北帶層間破碎，如JKT4，南帶76-60線)。臭牛溝組主要控礦層位C1c1-1(北帶層間破碎，如19線金礦體)。中寧組控礦作用主要表現在黃石坡溝地區(南帶層間破碎，91線金礦體)。

(2)地層巖性界面有利于礦體的發育。區內金多金屬礦的主要控礦地層巖性主要表現為不同能干性(硬度)巖性的接觸界面和不同成分(硅鈣面Si/Ca)的界面控礦，主要表現在：①較硬的灰巖(Ca)與較軟的粉砂巖、泥巖(Si)的界面；②較硬的鈣質中-細砂巖(Ca)與較軟的粉砂巖、泥巖(Si)的接觸界面；③較硬的鈣鐵質粉砂巖(Si)與較軟的鈣質泥巖(Ca)的接觸界面。這些不同能干性巖性的界面都是層間破碎易形成的部位。

(3)地層是礦區金成礦最可能的成礦物質來源。目前的數據顯示，區域上泥盆紀和礦區容礦巖石石炭紀地層具有高的金含量值，如上泥盆統鈣質沉積巖和碳酸鹽巖、下石炭統前黑山組與臭牛溝組沉積巖和構造角礫巖、以及中石炭統靖遠組沉積巖平均含金54×10-3～78×10-3g/t，重晶石脈含金92×10-3g/t[2]，遠高于金的地殼克拉克值(4×10-3g/t)，構成了本區金礦化的潛在礦源層，為區內后期各種成礦作用奠定了較豐富的物質基礎。前人根據地層元素的豐度以及硫同位素特征推斷成礦物質來源于地層。

3.3 巖漿巖與成礦的關系

前人對巖漿巖控礦作用的認識是有分歧的，20世紀90年代前以巖漿巖基本不提供物質來源的認識為主，90年代以后則多認為巖漿巖與成礦具有密切的關系，為成礦提供物質來源和熱液來源。總體上，研究區內發育的閃長玢巖與金成礦的關系如何，以及是否有深部隱伏成礦巖體等問題一直存在爭論。

在金場子礦區巖漿巖不發育，主要是少量的閃長玢巖脈。從礦區出露的巖漿巖規模來看，盡管已在二人山、黃石坡溝、金場子等礦段發現長數百米、寬幾米的閃長玢巖脈，在二人山西北側有長大于2 km、寬5～50 m的閃長玢巖墻，但整體而言，巖漿巖出露的體積有限，不足以提供足量的成礦物質。從礦化蝕變情況來看，蝕變較為強烈，鏡下觀察主要以斜長石的絹云母化以及角閃石的綠泥石化為主的蝕變。閃長玢巖脈內的裂隙中有弱碳酸巖化，表現為方解石脈充填于巖脈裂隙中，同時巖脈裂隙中有淋濾的鐵染(褐鐵礦化)發育，但未發現有與成礦關系密切的強烈硅化和黃鐵礦化。

從成礦空間上來看，大部分閃長玢巖與成礦的空間關系不明顯，大部分礦體并不和閃長玢巖在空間上共存。前人在研究黃石坡溝鉆孔資料時發現鉆孔ZK9101中206～209 m見石英閃長玢巖脈沿層間斷裂侵入(圖5)，并且在脈巖上下盤的泥巖及粉砂巖中發育金礦化，其金品位分別高達45 g/t和48 g/t，由此前人認為成礦與石英閃長玢巖關系非常密切。對該礦段進行了資料分析發現，從蝕變特征來看，該脈巖上下盤圍巖為褐灰色褐鐵礦化粉砂巖，脈巖已發生強高嶺土化、中等綠泥石化、輕度褐鐵礦化；因此，尚不能判斷金的極高異常是否是由閃長玢巖脈侵入引發的圍巖蝕變造成的，還是由次生淋濾富集造成的。離脈巖1 m遠的上下盤圍巖中金的含量急劇下降，其中上盤1 m僅為0.03 g/t，下盤1 m外樣品也只有1.88 g/t。對鉆孔揭露的脈巖上下盤圍巖的金礦化和蝕變情況進行了統計，發現除ZK9101外，其余閃長玢巖脈上下盤圍巖中并未形成明顯的金富集，甚至上下盤的圍巖蝕變都不是普遍發育。

圖5 黃石坡溝ZK9101鉆孔閃長玢巖及附近礦化柱狀圖

閃長玢巖巖脈本身基本無礦化蝕變作用，且與礦體空間關系較弱，局部閃長玢巖上下盤金品位極高現象，可能為閃長玢巖順層侵入到本身已礦化的層間破碎帶中，改造和加速原礦體發生次生氧化富集，而非閃長玢巖帶來含礦熱液成礦，巖脈應形成在主成礦熱液期之后。但閃長玢巖的侵入在一定程度上加速了局部礦體的次生氧化富集作用。

3.4 成因探討

通過對已有資料的分析研究，該區金礦為受造山作用影響的變質熱鹵水疊加表生改造作用成因的金礦。

根據資料礦區內的晚古生代泥盆紀和石炭紀沉積地層的含金量均高于正常地層的背景值，為金場子金礦床的礦源層。印支運動晚期，寧夏地區泥盆世中寧組以及石炭紀地層發生變形相對較弱的褶皺作用，形成了平面上近東西向線狀平行分布的褶皺。伴隨區域變質作用形成的變質熱液萃取巖石中的金等成礦物質，使金產生較大規模的活化，從圍巖中釋放出來，并在熱液中得到相對的富集，最終沉淀就位于褶皺層間滑脫帶及其伴生的裂隙中。先成的石英脈硫化物礦石在富含游離氧的大氣降水不斷作用下迅速溶解和氧化，沿裂隙、粒間沉淀、交代，形成硅質褐鐵礦。含金的原生黃鐵礦一經氧化，產生強酸性溶液及由此而形成Fe(OH)3等膠質流體，有利于金的溶解與遷移。隨著高鐵硫酸鹽水解作用的繼續進行，Fe(OH)3凝膠也部分沉淀，從而在淋失多孔狀礦石表面形成細葡萄狀、乳滴狀膠狀褐鐵礦等組成的殼層。同時，由上部黃鐵礦氧化釋放的金不斷通過Fe(OH)3膠質流體向下運移，Fe(OH)3完全以凝膠形式沉淀下來，在氧化帶底部形成腎狀、葡萄狀等膠狀褐鐵礦，金也隨著Fe(OH)3凝膠而沉淀。在構造破碎帶內發生線性硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等熱液蝕變，由于物化條件的變化，并從酸性強的氧化環境變為中性還原環境及蝕變圍巖物理化學影響導致在控礦構造斷裂、裂隙內金的絡合物被還原、解體，而促成金的沉淀，從而聚集形成金礦床[13-15]。

4 找礦方向

在衛寧北山金場子及周圍的二人山、黃石坡溝等礦段近EW向的次一級構造破碎帶中，已發現了許多Au、Fe、Cu、Pb、Zn、Ag等多金屬礦點、礦化點，地表黃鐵礦化、褐鐵礦化和絹云母化等礦化熱液蝕變強烈，金多金屬元素分帶現象明顯。巖石地球化學測量顯示礦區內存在2號和1號Au-Ag-As-Sb組合化探異常，與Au、Ag、As、Sb等礦化異常套合較好，與異常區內構造帶基本一致，化探異常顯示出該區域有較好的找礦前景。

金場子礦區主要分布的下石炭紀前黑山組和臭牛溝組的灰巖與泥巖/粉砂巖的界面和粗-細砂巖與泥巖/粉砂巖的接觸界面為礦物元素運移和就位提供了有利的空間位置，是尋找多金屬礦的有利部位。礦區EW向的F18、F1-F4斷層和NE向的F60、F61斷層都具有控礦作用，地表和已有鉆孔都顯示層間破碎帶發育，兩者聯合控制了礦區主要礦體。而且，二人山以西區域分布有M-33磁異常，極大值為125 nT，推測磁異常為中酸性巖體引起。在二人山—金場子地區分布有多處激電異常，推斷為硫鐵礦(化)體引起，推斷在本區的深部仍有較大的找礦潛力。

5 結論

(1)礦區最主要的控礦構造為EW向和NE向構造，兩者聯合控制了礦區主要的礦體。礦區最佳的找礦部位是褶皺兩翼石炭紀地層內EW向斷裂與NE斷裂交匯的部位和不同能干性巖性的界面(硅鈣面)。

(2)金場子地層對成礦的控制作用不僅表現為地層層位和巖性控礦，還是成礦物質的最大可能來源。金場子金礦體主要賦存在下石炭統前黑山組、臭牛溝組和上泥盆統中寧組，其成礦物質來源主要是地層。

(3)金場子巖漿巖不發育，主要是閃長玢巖脈。閃長玢巖巖脈本身基本無礦化蝕變作用，與礦體空間關系較弱，但閃長玢巖的侵入在一定程度上加速了局部礦體的次生氧化富集作用。