内蒙古察哈尔右翼后旗西乌素金多金属矿区地球物理及地球化学特征

李长才　王润君　李雪娇　罗宇航　佟卉　席忠　安艳丽　曹晓冬　姚世恒　付永东　李杨

［关键词］内蒙古；西乌素金多金属矿区；地球物理特征；地球化学特征

华北克拉通自晚古生代以来经历了多次构造作用[1，2]，同时也发生了多期沉积，其内蕴藏了丰富的矿产资源[3-6]。察哈尔右翼后旗位于华北克拉通北缘，境内发现了多处矿产[7-9]。内蒙古自治区第一地质矿产勘查开发院对察哈尔右翼后旗境内的西乌素金多金属矿区进行过多次地质调查及勘探，明确该地区具有巨大的勘探前景。不过，目前对该矿区的矿床类型及成矿模式等方面的研究相对较少。这严重阻碍了对该地区矿产资源开发的进度，因此对该地区开展详细的野外地质调查，利用地球物理勘探和地球化学勘探的手段，探讨其矿床的类型与成因意义重大。

1. 区域地质概况

研究区位于内蒙古自治区乌兰察布市察哈尔右翼后旗，地处内蒙古高原上，地势相对平坦。大地构造位置处于华北克拉通北缘，乌兰哈达-高勿素深大断裂北侧（图1），构造比较复杂，构造形迹以断裂为主，褶皱次之[10]。斷裂构造以近东西向为主，时代上主要为燕山早期。褶皱主要发育于白云鄂博群中，以北西向短轴褶皱为主。断裂构造主要为燕山早期形成的近东西的断裂。白云鄂博群中发育有以北西向短轴为主的褶皱。区内褶皱构造主要有五道湾向斜，位于五道湾北1 km，属于呼吉尔图岩组上部结晶灰岩内部的褶皱，轴向310°，轴长约2 km，向北西开阔，两翼岩层倾角50°左右。区内断层主要有西赛乌素牧场-西井子断层和西赛乌素南断层（图2）。西赛乌素牧场-西井子断层（F1）位于矿区西北部，位于寒武系呼吉尔图组与二叠系三面井组接触带上。呈近东西向延伸，长度约25 km，断层破碎带的宽度约为10 m。西赛乌素南断层（F2）位于西赛乌素南约2 km，产于白云鄂博群呼吉尔图组上部结晶灰岩中，呈291°方向延伸，长度约1 km，沿断层岩石破碎，有铅矿化蚀变现象，花岗岩脉沿断层侵入，见断层角砾岩，宽约3～5 m。

区内出露的地层主要为中元古界白云鄂博群白音宝拉格组（Qnby）、呼吉尔图组（Qnhj）、比鲁特组（Jxb）；上古生界二叠系下统三面井组（P₁sm）；侏罗系上统玛尼吐组（J₃mn）；新近系上新统宝格达乌拉组（N₂b）；第四系更新统（Qp）。

中元古界白云鄂博群比鲁特组（Jxb）分布于乔家村南一带。出露总面积较小， 总体构造线方向呈近东西向，呈北东东向展布。出露岩性有青灰色千枚状板岩、灰白色变质石英砂岩、灰色千枚岩、灰黑色硅质板岩等，该套地层在乔家村一带出露厚度2209.75 m。该岩组与下伏哈拉霍疙特岩组呈断层接触，与上覆第三系呈不整合接触。白音宝拉格组（Qnby）分布于西井子-大乌彦沟一带。呈东西向带状展布。出露总面积约9.75 km²，总体构造线方向呈东西向。出露岩性为灰色条带状变质砂岩、灰白色石英岩、灰色细粒变质砂岩夹薄层板岩等。下部以灰色条带状变质砂岩、灰色厚层状石英岩为主，岩层倾向北东，倾角56°～79°。上部以灰色薄层状细粒石英岩、灰色细粒变质砂岩夹薄层板岩为主。层理产状总体倾向北西、北东向，岩层倾向南西，倾角76°～81°，岩石普遍变形明显，在剖面中部发育一层间倒转向斜，岩层内无脉岩侵入，与上覆呼吉尔图组为整合接触。呼吉尔图组（Qnhj）呼吉尔图组根据岩石组合特征划分为二个岩段，以一套滨海滩相碳酸盐、石英砂岩、粉砂岩及少量泥岩夹绿帘次闪岩及斜长绿帘石岩建造为特征。呼吉尔图组一段（Qnhj¹）分布于西井子附近，呈零星状分布，出露面积约1.19 km²，厚度1338.00 m，岩性主要为石英岩、变质粉砂岩夹绿帘次闪岩，间夹有二云母片岩、板岩、结晶灰岩等，与上覆呼吉尔图组二段（Qnhj²）呈整合接触。与下伏白音宝拉格组为整合接触。呼吉尔图组二段（Qnhj²）分布于旗杆山、爱国村等地，呈北东向带状分布，出露面积约23.48 km²，厚度3275.44 m，岩性主要为结晶灰岩、大理岩夹砂质板岩等，上覆被新近系宝格达乌拉组覆盖界线不清，与下伏呼吉尔图组一段为整合接触。

上古生界二叠系下统三面井组（P₁sm）分布于工作区北部的西乌素—井沟子一带。呈北东东向长条状断续展布。出露总面积约7 km²，总体构造线方向呈北东东向。出露岩性为变质砾岩、变质细砂岩、硅质板岩、板岩及灰白色结晶灰岩一套浅海至滨海相碎屑岩组合。下部以变质砾岩、灰白色结晶灰岩夹板岩为主，岩层倾向南东，倾角76°；上部以变质细砂岩、硅质板岩、板岩为主。厚度317.5 m，其上覆与玛尼吐组一段为不整合接触，界线清楚；下伏被新近系红色、杂色粘土质砂砾层石覆盖。

侏罗系上统玛尼吐组（J₃mn），玛尼吐组一段（J₃mn¹）分布于章盖营—二盆地等地。呈北东向断续分布，零星出露面积约0.6 km²，厚度450.0 m，岩性主要为安山岩等。一般不具层理。上覆与玛尼吐组二段为整合接触。下伏与三面井组为不整合接触。玛尼吐组二段（J₃mn²）分布于爱国村—井沟子等地。呈北东向断续分布，零星出露面积约4.07 km²，厚度680.0 m，岩性主要为安山玢岩、岩屑晶屑凝灰岩、安山质火山角砾岩、霏细斑岩等。一般不具层理。上覆被晚侏罗纪中细粒黑云母钾长花岗岩侵入。下伏与玛尼吐组一段整合接触。

新近系上新统宝格达乌拉组（N₂b）广泛分布于区内沟谷洼地中，岩层产状近水平。上部岩性为红色粘土，夹有砂砾层；下部为红色或杂色粘土质砂砾岩夹有红色粘土；地表出露全为上部层位，下部层位仅在钻孔中见到。总厚度大于500 m。

第四系更新统（Qp）主要分布于沟谷洼地中，岩性为冲积、洪积砂砾石层，呈黄色，松散状。厚度42 m。

2. 矿床地质特征

矿区内出露的地层主要是中元古界白云鄂博群（ChQnB）呼吉尔图组二段（Qnhj²）；上古生界二叠系下统三面井组（P₁sm）；上新统宝格达乌拉组（N₂b）和第四系更新统（Qp）等地层（图2）。

矿区岩浆活动较单一，只在工作区北部小面积出露有晚侏罗世黑云母钾长花岗岩（J₃ξγ）及少量脉岩。中粒黑云母钾长花岗岩（J₃ξγ）主要分布在研究区南部五道湾-爱国村一带。呈北东向条带状分布。矿物成分以肉红色钾长石为主（50% ～60%），其次为乳白色石英（25%）及更长石（10% ～15%），少量黑云母。副矿物有磁铁矿、褐铁矿、锆石、磷灰石、石榴石、金红石、绿帘石、钛磁铁矿、黄铁矿、榍石、锐钛矿、赤铁矿、褐帘石。岩体产状向北倾，倾向320°～350°，倾角50°～70°。与地层为侵入接触关系，与围岩界线呈齿状。研究区只在工作区北端有一条长约700 m的石英脉，宽约5～10 m ，具黄铁矿化和褐铁矿化，走向280°，倾角60°。区内围岩蚀变较强，主要有褐铁矿化、硅化、碳酸盐化，局部见黄铁矿化、高岭土化等，从光片看其硅化、褐铁矿化与铅锌矿化关系密切。区内矿石中主要金属矿物除方铅矿外，偶见闪锌矿、黄铁矿、褐铁矿等，脉石矿物为褐铁矿、黑云母、绿泥石、石英、碳酸盐类矿物等。区内矿体产在中元古界白云鄂博群呼吉尔图组结晶灰岩内。矿体的产出受地层的控制，围岩为青灰色、灰白色结晶灰岩，矿体与围岩的产状基本一致[13]。

3. 异常区地球物理及地球化学特征

3.1 异常区地球物理特征

通过1∶5000大功率激电中梯剖面测量工作，采用剖面数据编绘成等值线平面图，发现低阻高极化异常带两处。编号分别为DHJ-1和DHJ-2。

DHJ-1：异常如图3 所示，位于西区22～34 线的南侧，呈带状分布，走向近东西。异常宽100～150 m，东西两端未封闭。

需要说明的是，在22～34剖面的南端视极化率ηs都有一个负异常出现，曲线正负跳跃梯度变化较大。经多次重复观测及改变装置检查观测，证明负异常确实存在。在测深点上也有与其对应极距的负异常出现。与之对应的有一条通信电缆，这一激电负异常为通讯电缆所引起[14]，近年来内地所做的激电资料对此现象也有印证。异常区主要是Cu异常，并伴有Bi-Pb-Au-Ag-W-Sn 组合异常。强度高且规模大的Cu异常，浓集中心非常明显，与激电异常吻合较好，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。相关性较差。

异常区出露的岩石由南向北由新到老主要有宝格达乌拉组（N₂b）杂色粘土夹砾石、三面井组（P₁sm）结晶灰岩、变质石英砂岩、呼吉尔图上部（Qnhj）大理岩以及燕山早期（J₃ξγ）黑云母钾长花岗岩。在异常的北侧有一条长750 m，宽10～50 m平行于异常的石英脉分布。在石英脉的北部有一走向近东西的断层存在。岩石多数具褐铁矿化，大理岩硅化较强烈，黑云母钾长花岗岩具碳酸盐化、高岭土化，石英脉具硅化、局部出现较为强烈的褐铁矿化。在石英脉露头布置了一批探槽，见多条蚀变带及石英脉，普遍具碳酸盐化、高岭土化、硅化和褐铁矿化，个别地方见赤铁矿化和铁染现象。花岗岩脉具绿帘石化。取化学样分析结果不是太好，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线布置了激电测深剖面。通过激电测深工作，在30线拟断面图上，激电异常分解为四个子异常，反映地下深部存在产状整体呈北倾的低阻带的多个高阻高极化体，为一复合异常。初步认为其中的一个子异常（浅部接近地表的低阻高极化子异常可能性大）和负异常为通讯电缆所致，而其他异常为深部极化体所致。对各测深点电阻率曲线进行了定量解释，30 线118 点视电阻率ρs测深曲线定量解释结果（表1）。由解释结果可知，该点两个极化体的埋深分别约为9 m和300 m，上部极化体厚度约45 m，下部极化体厚度未知（图4）。

DHJ-2：位于南区0线～12线的南侧为一低阻高极化弱异常，呈北西-南东向展布（图5）。异常区出露的岩石为呼吉尔图上部（Qnhj）结晶灰岩。岩石节理裂隙较发育，方解石含量较高，片理化较发育，局部裂隙面可見碳酸盐细脉。AP2为Pb-Zn-Sn-Bi为主，伴有Cu-Sb-Au-Mo-Ag组合组合异常。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；相关性较好；Cu异常面积较小，最高值294.3×10^-6。

对6剖面测深数据进行了电阻率反演计算，反演结果48点和60点（图6、图7）高阻体顶板埋深约25～40 m，从图上可见极化体顶部埋深48 点在120 m 左右，60点极化体顶部埋深约180 m，中心埋深为300 m左右。从电阻率断面图上可见在400 m以下电阻率显示为低阻，推测该异常为矿致异常。在60点处布置施工钻孔ZK601，孔深475.00 m，于87.30～98.30 m、119.50～128.70 m、155.40～170.30 m 见三层视厚分别为11.00 m、12.20 m、14.90 m的炭质板岩，推断该异常由炭质板岩引起。

3.2 异常区地球化学特征

通过1∶10000化探扫面，在测区内圈出7个综合异常区，编号为AP1～AP7。其中编号为AP2的异常区中由于含有一条Pb、Zn矿化带和一条Sn矿化带而产生异常，编号为AP3的异常区中由于含有一条Pb、Zn矿化带而产生异常。

AP1号异常位于测区东南角，不规则分布在白云鄂博群呼吉尔图二段下部（Qnhj²ls）结晶灰岩之中，面积约2.65 km²，此异常以Sn为主，伴生W、Zn、Ag、Pb。Sn异常均值21.33×10^-6，最大值122.3×10^-6。该区异常地球化学条件较好，故对该区四条正南北向的剖面P17、P19、P21、P23进行1∶5000化探。与1：1万化探扫面组合异常相比，剖面结果与该异常的西部较吻合，而在东部扫面中有Sb、W的较高强度异常，剖面数据并没有显示。其中，样品19025中Sb含量为8.92×10^-6，Sn含量为88.76×10^-6，Zn含量为1107.12×10^-6，Ag含量为1.166×10^-6；样品1707 中Sb 含量为8.92×10^-6，Mo含量10.25×10^-6。

AP2号异常位于测区南部，呈不规则似椭圆形展布，面积约1.29 km²，以Bi、Pb、Sn 为主，伴生Ag、Zn、W、Sb、Cu。Bi 异常均值7.41×10^-6，最大值135.17×10^-6。Pb异常均值117.3×10^-6，最大值691.85×10^-6。Sn异常均值26.3×10^-6，最大值135.33×10^-6。Bi的异常规模最大，与相关元素套合度强，异常强度四级，衬度高达14.8，说明其异常高值点不仅分布范围广且较为平均。Pb的异常面积最大，异常强度4级，异常衬度约4.7，走向南东，其中Zn异常强度3～4级。Sn异常强度四级，衬度高达6.6，与Pb的套合度最好（表2）。

AP3号异常位于测区西南，呈不规则展布，面积约1.73 km²，以Pb、Zn、Sn、Bi为主，伴生W、Sb、Au、Ag、Cu。Pb异常均值76.07×10^-6，最大值500×10^-6。Zn异常均值143.27×10^-6，最大值469.2×10^-6。Sn 异常均值12.26×10^-6，最大值135.33×10^-6。Bi异常均值1.68×10^-6，最大值23.73×10^-6。异常区内相关元素套合度很高，其中Pb异常规模最大，衬度为3.04，异常强度四级，高值点突出，与相关元素套合度高；Bi达到四级异常，衬度较高（3.4），与Sn套合度高；虽然Zn的异常规模较大，高值点突出，达到三级异常，但衬度较低，与上述元素吻合不太好；Sn异常强度四级，衬度达到3，与主要元素的相关性较强。W达到三级异常，与相关元素套合性较好；其余伴生元素与主要元素的套合度高（表3）。

AP4号异常位于测区中部，呈椭圆形分布，面积约1.74 km²，以W、Cu 为主，伴生为Au、Zn、Sb。W 的异常均值为3.86×10^-6，最大值为36.61×10^-6。Cu的异常均值为40.8×10^-6，最大值为100×10^-6。

AP5号异常位于测区西北部，呈北东向半封闭式椭圆形分布于燕山早期侵入岩（J₃ξγ）和二叠系下统三面井组地层之中，面积约1.5 km²，以Au、Cu为主，伴生Mo、Ag、Bi。Au 的异常均值为6.11×10^-9，最大值为48.32×10^-9。Cu 的异常均值为72.69×10^-6，最大值为337.04×10^-6（表4）。该区异常地球化学条件较好，故对该区四条南北向剖面P24、P26、P28、P30 进行1∶5000化探，剖面结果与1∶1万化探结果基本吻合。其中，在该异常中有一条北西向的石英脉侵入，在石英脉与三面井组（P1sm）的变质石英砂岩的接触部位，发现有Cu的连续高值点，这与该区域1∶1万化探异常所圈定的Cu大面积Ⅳ级异常吻合。样品26019的Cu含量为78.33×10^-6，样品24020的Cu含量为72.6×10^-6，样品30006的Cu含量为75.41×10^-6，说明Cu异常与石英脉有关。

AP6号异常位于测区北部，呈圆形分布，面积约0.9 km²，以Pb、Sn、Mo 为主，伴生Ag、Au、Bi、Zn、W。Pb异常均值70.74×10^-6，最大值180.16×10^-6。Sn异常均值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号异常位于测区东北，呈半封闭式不规则展布，面积约2 km²，以Sb、Ag、Sn、Cu、Bi、W为主，伴生Mo、Pb、Au、Zn。Sb 的异常均值为4.21×10^-6，最大值为10.68×10^-6。Ag 的异常均值为0.17×10^-6，最大值为0.58×10-6。Sn的异常均值为6.64×10-6，最大值为50×10^-6。Bi的异常均值为0.82×10^-6，最大值为3.35×10^-6。Cu的异常均值为34.38×10-6，最大值为100×10^-6。该区异常地球化学条件较好，故对该区布设了P36、P38、P40三条剖面进行1∶5000化探。在1∶10000中异常元素较复杂，套好情况较差。通过剖面测量，在剖面P40中发现了Sb连续的异常高值点，其他元素没有异常显示。

化探异常区构造运动强烈，新近系、二叠系、白云鄂博群地层较为发育，伴有燕山早期肉红色中细粒黑云母钾长花岗侵入岩。异常区内的元素组合可按吻合度分为两组：W、Cu、Sn、Bi、Au组合吻合最好，衬度在1.3～1.7 之间，Sn 的异常强度为四级，Bi、Cu 为三级，W为二级，四者异常规模较大，异常连续性较好，Au一级，异常连续性差。Ag、Sb、Mo、Pb、Zn组合吻合比前一组差，衬度不高，Ag、Sb异常规模较大，为三级异常，异常连续性差。Mo、Pb、Zn为低缓异常，分布零散，异常连续性较差。圈定的Cu大面积Ⅳ级异常吻合。样品26019 的Cu 含量为78.33×10^-6，样品24020的Cu 含量为72.6×10^-6，样品30006 的Cu 含量为75.41×10^-6，说明Cu异常与石英脉有关。

4. 矿床类型与成矿模式

4.1 矿床类型

内蒙古自治区察哈尔右翼后旗西乌素铅锌矿成因主要受地层控制，矿化带均产在中元古界白云鄂博群（ChQnB）呼吉尔图组（Qnhj²）结晶灰岩中，为本区主要Pb、Zn、Cu、Ag、Sn赋矿层位，特别是该地层中发育的褐铁矿化蚀变带是上述三种成矿元素的富集部位，该蚀变带是寻找铅锌多金属矿的有利地段。沿地层与晚侏罗世黑云母钾长花岗岩（J₃ξγ）的外接触带产出有五道湾铅矿点、铜矿点、总管沟铅矿点，并且均为矽卡岩类型矿床，可见该地区的金属矿产与侏罗纪花岗岩活动有密切的关系。而矿区内所发现的三条矿化带，均有岩体派生花岗岩脉充填，均为破碎褐铁矿化，为酸性岩体与碳酸盐接触带较远的产物。可见该岩体为该地区成矿热动力，期间也可能携带物源。

4.2 成礦模式

乌兰哈达-高勿素深大断裂自古元古代吕梁晚期开始，受各种板块、地块挤压构造的影响，在区域上形成了近东西向分布的深大断裂，并且具有多期次继承性活动的特征[15]。燕山期，由于乌兰哈达-高勿素深大断裂活化，控制了白云鄂博群地层的总体展布，为上涌的岩浆热液提供了运移通道。同时在白云鄂博群内发育了很多褶皱以及次级小断裂，为成矿提供了储藏、运移的空间[16]。幔源岩浆沿着这些褶皱及次级小断裂上涌，大量的与成矿有关的物质、化学活动性流体随着岩浆热液向上运移。深部上涌的化学活动性流体与大气降水渗流而下的富水流体相互作用，形成成矿流体[17-19]。成矿流体与黑云母钾长花岗岩发生强烈的水岩交代反应，黑云母钾长花岗岩中的金及其他元素被活化、迁移、富集，完成还原态-氧化态-还原态的重要的金富集旋回[20]。随着不断萃取岩体中的金元素，围岩也发生了硅化、褐铁矿化、黄铁矿化。当富集达到一定程度，就沿着一定的构造裂隙运移，随着温度、压力的下降等物化条件的改变而，最终含矿的热液充填交代在层间断裂构造中，形成了西乌素金多金属矿。

5. 结论与认识

（1）物探结果显示，西乌素金多金属矿区内出现了两个异常区。DHJ-1异常区主要由通讯电缆以及深部的极化体所导致。DHJ-2异常区主要由矿以及炭质板岩所引起，所以该异常区内一定有矿产出。

（2）化探结果显示，西乌素金多金属矿区内出现了7个异常区。AP1号异常以Sn为主。AP2号以Bi、Pb、Sn为主。AP3号以Pb、Zn、Sn、Bi为主。AP4号异常以W、Cu为主。AP5号异常以Au、Cu为主，由石英脉所引起该区异常。AP6号异常以Pb、Sn、Mo为主。AP7号异常以Sb、Ag、Sn、Cu、Bi、W为主。

（3）西乌素金多金属矿的矿床类型为矽卡岩类型。

（4）燕山期，乌拉哈达-高勿素断裂活化，控制了白云鄂博群地层的总体展布，为岩浆热液提供了运移通道。同时在白云鄂博群内发育了很多褶皱以及次级小断裂，为成矿提供了储藏、运移的空间。幔源岩浆沿着这些断裂上涌，并最终形成西乌素金多金属矿床。