內蒙古察哈爾右翼后旗西烏素金多金屬礦區地球物理及地球化學特征
2023-12-13 06:49:08李長才王潤君李雪嬌羅宇航佟卉席忠安艷麗曹曉冬姚世恒付永東李楊
西部資源 2023年5期
李長才 王潤君 李雪嬌 羅宇航 佟卉 席忠 安艷麗 曹曉冬 姚世恒 付永東 李楊
［關鍵詞］內蒙古；西烏素金多金屬礦區；地球物理特征；地球化學特征
華北克拉通自晚古生代以來經歷了多次構造作用[1，2]，同時也發生了多期沉積，其內蘊藏了豐富的礦產資源[3-6]。察哈爾右翼后旗位于華北克拉通北緣，境內發現了多處礦產[7-9]。內蒙古自治區第一地質礦產勘查開發院對察哈爾右翼后旗境內的西烏素金多金屬礦區進行過多次地質調查及勘探，明確該地區具有巨大的勘探前景。不過，目前對該礦區的礦床類型及成礦模式等方面的研究相對較少。這嚴重阻礙了對該地區礦產資源開發的進度，因此對該地區開展詳細的野外地質調查，利用地球物理勘探和地球化學勘探的手段，探討其礦床的類型與成因意義重大。
1. 區域地質概況
研究區位于內蒙古自治區烏蘭察布市察哈爾右翼后旗，地處內蒙古高原上，地勢相對平坦。大地構造位置處于華北克拉通北緣，烏蘭哈達-高勿素深大斷裂北側（圖1），構造比較復雜，構造形跡以斷裂為主，褶皺次之[10]。斷裂構造以近東西向為主，時代上主要為燕山早期。褶皺主要發育于白云鄂博群中，以北西向短軸褶皺為主。斷裂構造主要為燕山早期形成的近東西的斷裂。白云鄂博群中發育有以北西向短軸為主的褶皺。區內褶皺構造主要有五道灣向斜，位于五道灣北1 km，屬于呼吉爾圖巖組上部結晶灰巖內部的褶皺，軸向310°，軸長約2 km，向北西開闊，兩翼巖層傾角50°左右。區內斷層主要有西賽烏素牧場-西井子斷層和西賽烏素南斷層（圖2）。西賽烏素牧場-西井子斷層（F1）位于礦區西北部，位于寒武系呼吉爾圖組與二疊系三面井組接觸帶上。呈近東西向延伸，長度約25 km，斷層破碎帶的寬度約為10 m。西賽烏素南斷層（F2）位于西賽烏素南約2 km，產于白云鄂博群呼吉爾圖組上部結晶灰巖中，呈291°方向延伸，長度約1 km，沿斷層巖石破碎，有鉛礦化蝕變現象，花崗巖脈沿斷層侵入，見斷層角礫巖，寬約3～5 m。
區內出露的地層主要為中元古界白云鄂博群白音寶拉格組（Qnby）、呼吉爾圖組（Qnhj）、比魯特組（Jxb）；上古生界二疊系下統三面井組（P1sm）；侏羅系上統瑪尼吐組（J3mn）；新近系上新統寶格達烏拉組（N2b）；第四系更新統（Qp）。
中元古界白云鄂博群比魯特組（Jxb）分布于喬家村南一帶。出露總面積較小， 總體構造線方向呈近東西向，呈北東東向展布。出露巖性有青灰色千枚狀板巖、灰白色變質石英砂巖、灰色千枚巖、灰黑色硅質板巖等，該套地層在喬家村一帶出露厚度2209.75 m。該巖組與下伏哈拉霍疙特巖組呈斷層接觸，與上覆第三系呈不整合接觸。白音寶拉格組（Qnby）分布于西井子-大烏彥溝一帶。呈東西向帶狀展布。出露總面積約9.75 km2，總體構造線方向呈東西向。出露巖性為灰色條帶狀變質砂巖、灰白色石英巖、灰色細粒變質砂巖夾薄層板巖等。下部以灰色條帶狀變質砂巖、灰色厚層狀石英巖為主，巖層傾向北東，傾角56°～79°。上部以灰色薄層狀細粒石英巖、灰色細粒變質砂巖夾薄層板巖為主。層理產狀總體傾向北西、北東向，巖層傾向南西，傾角76°～81°，巖石普遍變形明顯，在剖面中部發育一層間倒轉向斜，巖層內無脈巖侵入，與上覆呼吉爾圖組為整合接觸。呼吉爾圖組（Qnhj）呼吉爾圖組根據巖石組合特征劃分為二個巖段，以一套濱海灘相碳酸鹽、石英砂巖、粉砂巖及少量泥巖夾綠簾次閃巖及斜長綠簾石巖建造為特征。呼吉爾圖組一段（Qnhj1）分布于西井子附近，呈零星狀分布，出露面積約1.19 km2，厚度1338.00 m，巖性主要為石英巖、變質粉砂巖夾綠簾次閃巖，間夾有二云母片巖、板巖、結晶灰巖等，與上覆呼吉爾圖組二段（Qnhj2）呈整合接觸。與下伏白音寶拉格組為整合接觸。呼吉爾圖組二段（Qnhj2）分布于旗桿山、愛國村等地，呈北東向帶狀分布，出露面積約23.48 km2，厚度3275.44 m，巖性主要為結晶灰巖、大理巖夾砂質板巖等，上覆被新近系寶格達烏拉組覆蓋界線不清，與下伏呼吉爾圖組一段為整合接觸。
上古生界二疊系下統三面井組（P1sm）分布于工作區北部的西烏素—井溝子一帶。呈北東東向長條狀斷續展布。出露總面積約7 km2，總體構造線方向呈北東東向。出露巖性為變質礫巖、變質細砂巖、硅質板巖、板巖及灰白色結晶灰巖一套淺海至濱海相碎屑巖組合。下部以變質礫巖、灰白色結晶灰巖夾板巖為主，巖層傾向南東，傾角76°；上部以變質細砂巖、硅質板巖、板巖為主。厚度317.5 m，其上覆與瑪尼吐組一段為不整合接觸，界線清楚；下伏被新近系紅色、雜色粘土質砂礫層石覆蓋。
侏羅系上統瑪尼吐組（J3mn），瑪尼吐組一段（J3mn1）分布于章蓋營—二盆地等地。呈北東向斷續分布，零星出露面積約0.6 km2，厚度450.0 m，巖性主要為安山巖等。一般不具層理。上覆與瑪尼吐組二段為整合接觸。下伏與三面井組為不整合接觸。瑪尼吐組二段（J3mn2）分布于愛國村—井溝子等地。呈北東向斷續分布，零星出露面積約4.07 km2，厚度680.0 m，巖性主要為安山玢巖、巖屑晶屑凝灰巖、安山質火山角礫巖、霏細斑巖等。一般不具層理。上覆被晚侏羅紀中細粒黑云母鉀長花崗巖侵入。下伏與瑪尼吐組一段整合接觸。
新近系上新統寶格達烏拉組（N2b）廣泛分布于區內溝谷洼地中，巖層產狀近水平。上部巖性為紅色粘土，夾有砂礫層；下部為紅色或雜色粘土質砂礫巖夾有紅色粘土；地表出露全為上部層位，下部層位僅在鉆孔中見到。總厚度大于500 m。
第四系更新統（Qp）主要分布于溝谷洼地中，巖性為沖積、洪積砂礫石層，呈黃色，松散狀。厚度42 m。
2. 礦床地質特征
礦區內出露的地層主要是中元古界白云鄂博群（ChQnB）呼吉爾圖組二段（Qnhj2）；上古生界二疊系下統三面井組（P1sm）；上新統寶格達烏拉組（N2b）和第四系更新統（Qp）等地層（圖2）。
礦區巖漿活動較單一，只在工作區北部小面積出露有晚侏羅世黑云母鉀長花崗巖（J3ξγ）及少量脈巖。中粒黑云母鉀長花崗巖（J3ξγ）主要分布在研究區南部五道灣-愛國村一帶。呈北東向條帶狀分布。礦物成分以肉紅色鉀長石為主（50% ～60%），其次為乳白色石英（25%）及更長石（10% ～15%），少量黑云母。副礦物有磁鐵礦、褐鐵礦、鋯石、磷灰石、石榴石、金紅石、綠簾石、鈦磁鐵礦、黃鐵礦、榍石、銳鈦礦、赤鐵礦、褐簾石。巖體產狀向北傾，傾向320°～350°，傾角50°～70°。與地層為侵入接觸關系，與圍巖界線呈齒狀。研究區只在工作區北端有一條長約700 m的石英脈，寬約5～10 m ，具黃鐵礦化和褐鐵礦化，走向280°，傾角60°。區內圍巖蝕變較強，主要有褐鐵礦化、硅化、碳酸鹽化，局部見黃鐵礦化、高嶺土化等，從光片看其硅化、褐鐵礦化與鉛鋅礦化關系密切。區內礦石中主要金屬礦物除方鉛礦外，偶見閃鋅礦、黃鐵礦、褐鐵礦等，脈石礦物為褐鐵礦、黑云母、綠泥石、石英、碳酸鹽類礦物等。區內礦體產在中元古界白云鄂博群呼吉爾圖組結晶灰巖內。礦體的產出受地層的控制，圍巖為青灰色、灰白色結晶灰巖，礦體與圍巖的產狀基本一致[13]。
3. 異常區地球物理及地球化學特征
3.1 異常區地球物理特征
通過1∶5000大功率激電中梯剖面測量工作，采用剖面數據編繪成等值線平面圖，發現低阻高極化異常帶兩處。編號分別為DHJ-1和DHJ-2。
DHJ-1：異常如圖3 所示，位于西區22～34 線的南側，呈帶狀分布，走向近東西。異常寬100～150 m，東西兩端未封閉。
需要說明的是，在22～34剖面的南端視極化率ηs都有一個負異常出現，曲線正負跳躍梯度變化較大。經多次重復觀測及改變裝置檢查觀測，證明負異常確實存在。在測深點上也有與其對應極距的負異常出現。與之對應的有一條通信電纜，這一激電負異常為通訊電纜所引起[14]，近年來內地所做的激電資料對此現象也有印證。異常區主要是Cu異常，并伴有Bi-Pb-Au-Ag-W-Sn 組合異常。強度高且規模大的Cu異常，濃集中心非常明顯，與激電異常吻合較好，最高值843.2×10-6。Pb 最高值164.4×10-6， Au 最高值5.87×10-9；Mo 最高值7.46×10-6， Ag 最高值0.24×10-6。相關性較差。
異常區出露的巖石由南向北由新到老主要有寶格達烏拉組（N2b）雜色粘土夾礫石、三面井組（P1sm）結晶灰巖、變質石英砂巖、呼吉爾圖上部（Qnhj）大理巖以及燕山早期（J3ξγ）黑云母鉀長花崗巖。在異常的北側有一條長750 m，寬10～50 m平行于異常的石英脈分布。在石英脈的北部有一走向近東西的斷層存在。巖石多數具褐鐵礦化，大理巖硅化較強烈，黑云母鉀長花崗巖具碳酸鹽化、高嶺土化，石英脈具硅化、局部出現較為強烈的褐鐵礦化。在石英脈露頭布置了一批探槽，見多條蝕變帶及石英脈，普遍具碳酸鹽化、高嶺土化、硅化和褐鐵礦化，個別地方見赤鐵礦化和鐵染現象。花崗巖脈具綠簾石化。取化學樣分析結果不是太好，最高品位：Cu 0.2%，Ag 2.2×10-6，Au0.14×10-6，Zn 0.016%，Pb 0.01%。
在26和30線布置了激電測深剖面。通過激電測深工作，在30線擬斷面圖上，激電異常分解為四個子異常，反映地下深部存在產狀整體呈北傾的低阻帶的多個高阻高極化體，為一復合異常。初步認為其中的一個子異常（淺部接近地表的低阻高極化子異常可能性大）和負異常為通訊電纜所致，而其他異常為深部極化體所致。對各測深點電阻率曲線進行了定量解釋，30 線118 點視電阻率ρs測深曲線定量解釋結果（表1）。由解釋結果可知，該點兩個極化體的埋深分別約為9 m和300 m，上部極化體厚度約45 m，下部極化體厚度未知（圖4）。
DHJ-2：位于南區0線～12線的南側為一低阻高極化弱異常，呈北西-南東向展布（圖5）。異常區出露的巖石為呼吉爾圖上部（Qnhj）結晶灰巖。巖石節理裂隙較發育，方解石含量較高，片理化較發育，局部裂隙面可見碳酸鹽細脈。AP2為Pb-Zn-Sn-Bi為主，伴有Cu-Sb-Au-Mo-Ag組合組合異常。Zn最高值736×10-6，Pb最高值777.9×10-6， Sn最高值214.3×10-6，Bi最高值135.2×10-6；相關性較好；Cu異常面積較小，最高值294.3×10-6。
對6剖面測深數據進行了電阻率反演計算，反演結果48點和60點（圖6、圖7）高阻體頂板埋深約25～40 m，從圖上可見極化體頂部埋深48 點在120 m 左右，60點極化體頂部埋深約180 m，中心埋深為300 m左右。從電阻率斷面圖上可見在400 m以下電阻率顯示為低阻，推測該異常為礦致異常。在60點處布置施工鉆孔ZK601，孔深475.00 m，于87.30～98.30 m、119.50～128.70 m、155.40～170.30 m 見三層視厚分別為11.00 m、12.20 m、14.90 m的炭質板巖，推斷該異常由炭質板巖引起。
3.2 異常區地球化學特征
通過1∶10000化探掃面，在測區內圈出7個綜合異常區，編號為AP1～AP7。其中編號為AP2的異常區中由于含有一條Pb、Zn礦化帶和一條Sn礦化帶而產生異常，編號為AP3的異常區中由于含有一條Pb、Zn礦化帶而產生異常。
AP1號異常位于測區東南角，不規則分布在白云鄂博群呼吉爾圖二段下部（Qnhj2ls）結晶灰巖之中，面積約2.65 km2，此異常以Sn為主，伴生W、Zn、Ag、Pb。Sn異常均值21.33×10-6，最大值122.3×10-6。該區異常地球化學條件較好，故對該區四條正南北向的剖面P17、P19、P21、P23進行1∶5000化探。與1：1萬化探掃面組合異常相比，剖面結果與該異常的西部較吻合，而在東部掃面中有Sb、W的較高強度異常，剖面數據并沒有顯示。其中，樣品19025中Sb含量為8.92×10-6，Sn含量為88.76×10-6，Zn含量為1107.12×10-6，Ag含量為1.166×10-6；樣品1707 中Sb 含量為8.92×10-6，Mo含量10.25×10-6。
AP2號異常位于測區南部，呈不規則似橢圓形展布，面積約1.29 km2，以Bi、Pb、Sn 為主，伴生Ag、Zn、W、Sb、Cu。Bi 異常均值7.41×10-6，最大值135.17×10-6。Pb異常均值117.3×10-6，最大值691.85×10-6。Sn異常均值26.3×10-6，最大值135.33×10-6。Bi的異常規模最大，與相關元素套合度強，異常強度四級，襯度高達14.8，說明其異常高值點不僅分布范圍廣且較為平均。Pb的異常面積最大，異常強度4級，異常襯度約4.7，走向南東，其中Zn異常強度3～4級。Sn異常強度四級，襯度高達6.6，與Pb的套合度最好（表2）。
AP3號異常位于測區西南，呈不規則展布，面積約1.73 km2，以Pb、Zn、Sn、Bi為主，伴生W、Sb、Au、Ag、Cu。Pb異常均值76.07×10-6，最大值500×10-6。Zn異常均值143.27×10-6，最大值469.2×10-6。Sn 異常均值12.26×10-6，最大值135.33×10-6。Bi異常均值1.68×10-6，最大值23.73×10-6。異常區內相關元素套合度很高，其中Pb異常規模最大，襯度為3.04，異常強度四級，高值點突出，與相關元素套合度高；Bi達到四級異常，襯度較高（3.4），與Sn套合度高；雖然Zn的異常規模較大，高值點突出，達到三級異常，但襯度較低，與上述元素吻合不太好；Sn異常強度四級，襯度達到3，與主要元素的相關性較強。W達到三級異常，與相關元素套合性較好；其余伴生元素與主要元素的套合度高（表3）。
AP4號異常位于測區中部，呈橢圓形分布，面積約1.74 km2，以W、Cu 為主，伴生為Au、Zn、Sb。W 的異常均值為3.86×10-6，最大值為36.61×10-6。Cu的異常均值為40.8×10-6，最大值為100×10-6。
AP5號異常位于測區西北部，呈北東向半封閉式橢圓形分布于燕山早期侵入巖（J3ξγ）和二疊系下統三面井組地層之中，面積約1.5 km2，以Au、Cu為主，伴生Mo、Ag、Bi。Au 的異常均值為6.11×10-9，最大值為48.32×10-9。Cu 的異常均值為72.69×10-6，最大值為337.04×10-6（表4）。該區異常地球化學條件較好，故對該區四條南北向剖面P24、P26、P28、P30 進行1∶5000化探，剖面結果與1∶1萬化探結果基本吻合。其中，在該異常中有一條北西向的石英脈侵入，在石英脈與三面井組（P1sm）的變質石英砂巖的接觸部位，發現有Cu的連續高值點，這與該區域1∶1萬化探異常所圈定的Cu大面積Ⅳ級異常吻合。樣品26019的Cu含量為78.33×10-6，樣品24020的Cu含量為72.6×10-6，樣品30006的Cu含量為75.41×10-6，說明Cu異常與石英脈有關。
AP6號異常位于測區北部，呈圓形分布，面積約0.9 km2，以Pb、Sn、Mo 為主，伴生Ag、Au、Bi、Zn、W。Pb異常均值70.74×10-6，最大值180.16×10-6。Sn異常均值6.54×10-6，最大值50×10-6。Mo 異常均值2.16×10-6，最大值5.18×10-6。
AP7號異常位于測區東北，呈半封閉式不規則展布，面積約2 km2，以Sb、Ag、Sn、Cu、Bi、W為主，伴生Mo、Pb、Au、Zn。Sb 的異常均值為4.21×10-6，最大值為10.68×10-6。Ag 的異常均值為0.17×10-6，最大值為0.58×10-6。Sn的異常均值為6.64×10-6，最大值為50×10-6。Bi的異常均值為0.82×10-6，最大值為3.35×10-6。Cu的異常均值為34.38×10-6，最大值為100×10-6。該區異常地球化學條件較好，故對該區布設了P36、P38、P40三條剖面進行1∶5000化探。在1∶10000中異常元素較復雜，套好情況較差。通過剖面測量，在剖面P40中發現了Sb連續的異常高值點，其他元素沒有異常顯示。
化探異常區構造運動強烈，新近系、二疊系、白云鄂博群地層較為發育，伴有燕山早期肉紅色中細粒黑云母鉀長花崗侵入巖。異常區內的元素組合可按吻合度分為兩組：W、Cu、Sn、Bi、Au組合吻合最好，襯度在1.3～1.7 之間，Sn 的異常強度為四級，Bi、Cu 為三級，W為二級，四者異常規模較大，異常連續性較好，Au一級，異常連續性差。Ag、Sb、Mo、Pb、Zn組合吻合比前一組差，襯度不高，Ag、Sb異常規模較大，為三級異常，異常連續性差。Mo、Pb、Zn為低緩異常，分布零散，異常連續性較差。圈定的Cu大面積Ⅳ級異常吻合。樣品26019 的Cu 含量為78.33×10-6，樣品24020的Cu 含量為72.6×10-6，樣品30006 的Cu 含量為75.41×10-6，說明Cu異常與石英脈有關。
4. 礦床類型與成礦模式
4.1 礦床類型
內蒙古自治區察哈爾右翼后旗西烏素鉛鋅礦成因主要受地層控制，礦化帶均產在中元古界白云鄂博群（ChQnB）呼吉爾圖組（Qnhj2）結晶灰巖中，為本區主要Pb、Zn、Cu、Ag、Sn賦礦層位，特別是該地層中發育的褐鐵礦化蝕變帶是上述三種成礦元素的富集部位，該蝕變帶是尋找鉛鋅多金屬礦的有利地段。沿地層與晚侏羅世黑云母鉀長花崗巖（J3ξγ）的外接觸帶產出有五道灣鉛礦點、銅礦點、總管溝鉛礦點，并且均為矽卡巖類型礦床，可見該地區的金屬礦產與侏羅紀花崗巖活動有密切的關系。而礦區內所發現的三條礦化帶，均有巖體派生花崗巖脈充填，均為破碎褐鐵礦化，為酸性巖體與碳酸鹽接觸帶較遠的產物。可見該巖體為該地區成礦熱動力，期間也可能攜帶物源。
4.2 成礦模式
烏蘭哈達-高勿素深大斷裂自古元古代呂梁晚期開始，受各種板塊、地塊擠壓構造的影響，在區域上形成了近東西向分布的深大斷裂，并且具有多期次繼承性活動的特征[15]。燕山期，由于烏蘭哈達-高勿素深大斷裂活化，控制了白云鄂博群地層的總體展布，為上涌的巖漿熱液提供了運移通道。同時在白云鄂博群內發育了很多褶皺以及次級小斷裂，為成礦提供了儲藏、運移的空間[16]。幔源巖漿沿著這些褶皺及次級小斷裂上涌，大量的與成礦有關的物質、化學活動性流體隨著巖漿熱液向上運移。深部上涌的化學活動性流體與大氣降水滲流而下的富水流體相互作用，形成成礦流體[17-19]。成礦流體與黑云母鉀長花崗巖發生強烈的水巖交代反應，黑云母鉀長花崗巖中的金及其他元素被活化、遷移、富集，完成還原態-氧化態-還原態的重要的金富集旋回[20]。隨著不斷萃取巖體中的金元素，圍巖也發生了硅化、褐鐵礦化、黃鐵礦化。當富集達到一定程度，就沿著一定的構造裂隙運移，隨著溫度、壓力的下降等物化條件的改變而，最終含礦的熱液充填交代在層間斷裂構造中，形成了西烏素金多金屬礦。
5. 結論與認識
（1）物探結果顯示，西烏素金多金屬礦區內出現了兩個異常區。DHJ-1異常區主要由通訊電纜以及深部的極化體所導致。DHJ-2異常區主要由礦以及炭質板巖所引起，所以該異常區內一定有礦產出。
（2）化探結果顯示，西烏素金多金屬礦區內出現了7個異常區。AP1號異常以Sn為主。AP2號以Bi、Pb、Sn為主。AP3號以Pb、Zn、Sn、Bi為主。AP4號異常以W、Cu為主。AP5號異常以Au、Cu為主，由石英脈所引起該區異常。AP6號異常以Pb、Sn、Mo為主。AP7號異常以Sb、Ag、Sn、Cu、Bi、W為主。
（3）西烏素金多金屬礦的礦床類型為矽卡巖類型。
（4）燕山期，烏拉哈達-高勿素斷裂活化，控制了白云鄂博群地層的總體展布，為巖漿熱液提供了運移通道。同時在白云鄂博群內發育了很多褶皺以及次級小斷裂，為成礦提供了儲藏、運移的空間。幔源巖漿沿著這些斷裂上涌，并最終形成西烏素金多金屬礦床。
