吳文忠，孟 方，王 紅，潘進(jìn)禮，艾 寧

（寧夏地質(zhì)調(diào)查院，銀川750021）

寧夏衛(wèi)寧北山地區(qū)是寧夏境內(nèi)金屬成礦條件最好、成礦跡像最多的金屬成礦區(qū)帶之一，也是寧夏基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查程度相對(duì)較高地區(qū)。自20世紀(jì)50年代末至今，先后有多家地勘單位在本地區(qū)做過區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、區(qū)域物化探調(diào)查、區(qū)域礦產(chǎn)評(píng)價(jià)等基礎(chǔ)性工作，并在不同地區(qū)進(jìn)行了預(yù)查、普查、詳查工作，積累了大量的資料。同時(shí)結(jié)合礦產(chǎn)勘查工作，進(jìn)行了一系列專題研究。1988年，徐國(guó)風(fēng)［1］通過穩(wěn)定同位素（鉛、硫、碳、氧）和包裹體研究，認(rèn)為金場(chǎng)子金礦床的成礦物質(zhì)來源于上地殼，金、銀、鉛、銅等成礦元素來源于石炭紀(jì)和泥盆紀(jì)沉積巖，且成礦流體是大氣水和沉積地層水（成巖水）的混合溶液。1991年，梅建明、邵潔漣［2］對(duì)寧夏金場(chǎng)子金礦床氧化帶中針鐵礦礦物學(xué)進(jìn)行了研究，指出寧夏金場(chǎng)子金礦床氧化帶針鐵礦具有晶胞參數(shù)小于理論值、紅外吸收光譜、視覺反射率大于一般針鐵礦等標(biāo)型特征。宋新華、李宏宇［3］通過對(duì)寧夏中衛(wèi)市大銅溝銅礦地質(zhì)特征及控礦因素的研究，指出大銅溝銅礦床是由沉積作用—成巖后熱液富集作用—后期表生改造作用形成，其成礦是巖相、地層、巖性和構(gòu)造共同作用的結(jié)果。劉勇、李廷棟［4］等用SHRIMP鋯石U－Pb法獲得寧夏衛(wèi)寧北山金場(chǎng)子閃長(zhǎng)玢巖巖脈的年齡為（147．2±2．3）Ma，形成時(shí)代為晚侏羅世，屬燕山期，為燕山期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物；表明寧夏衛(wèi)寧北山在燕山期存在中酸性巖漿活動(dòng)；并指出，出露地表的閃長(zhǎng)玢巖脈與可能存在的隱伏中酸性巖體構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的巖漿－侵入系統(tǒng)，而隱伏的中酸性巖體可能就是衛(wèi)寧北山地區(qū)多金屬礦的礦源和中心。

鈷作為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)和稀缺資源在寧夏首次被發(fā)現(xiàn)，對(duì)寧夏而言是一種新礦種。筆者就衛(wèi)寧北山鈷異常的分布特征進(jìn)行了探討，并通過對(duì)含鈷黃鐵礦包裹體的Ar－He同位素的組成進(jìn)行測(cè)定，結(jié)合硫同位素的研究，分析了衛(wèi)寧北山鈷異常的物質(zhì)來源及成礦流體特征，為衛(wèi)寧北山鈷礦體的進(jìn)一步勘查及其形成機(jī)制的研究提供了理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

衛(wèi)寧北山位于賀蘭山南部，西域巖石圈塊體和青藏巖石圈塊體的結(jié)合部，是中、新生代中國(guó)東、西部構(gòu)造分界的賀蘭山—六盤山南北向構(gòu)造帶的組成部分；同時(shí)又位于新生代青藏高原東北邊緣向北東突出的弧形構(gòu)造帶［4－6］。大地構(gòu)造位于秦祁昆造山系北祁連造山帶東段，其北與華北地臺(tái)阿拉善地塊相接，其東與華北地臺(tái)鄂爾多斯地塊毗鄰，屬構(gòu)造活動(dòng)帶與穩(wěn)定地塊的交接部之構(gòu)造活動(dòng)帶邊緣，具明顯的活動(dòng)性［7－8］。早古生代時(shí)期，該區(qū)屬北祁連加里東弧后盆地的一部分，形成了次深海斜坡相陸源碎屑－泥質(zhì)沉積為主濁積巖系（奧陶系米缽山組、香山群）；加里東末期，北祁連弧后盆地褶皺回返，構(gòu)成本區(qū)晚古生代各類建造的基底層。泥盆紀(jì)演化為前陸盆地，沉積了一套陸相磨拉石建造（老君山組），不整合覆于基底層之上；石炭紀(jì)前陸盆地進(jìn)一步深化為伸展型上疊盆地，則形成一套咸化瀉湖—陸棚海沉積建造，與下伏地層平行不整合接觸（泥盆系）或不整合接觸（下古生界）。在上石炭統(tǒng)下部，有沿海底深斷裂上升的熱鹵水活動(dòng)及其噴溢沉積物形成；二疊—三疊系（大黃溝組、紅泉組、五佛寺組、南營(yíng)兒組）過渡為陸相沉積，與下伏石炭系整合接觸。三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動(dòng)，以近南北向擠壓為主，在本地區(qū)形成了近東西向展布的褶皺、斷裂構(gòu)造，奠定了工作區(qū)的基本構(gòu)造格架。燕山運(yùn)動(dòng)，在繼承了印支運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造格架的基礎(chǔ)上，主要以近東西向擠壓為主，并對(duì)原構(gòu)造格架進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母脑欤趨^(qū)域上形成了侏羅系、白堊系和古近系與下伏地層間的不整合接觸；同時(shí)，在本地區(qū)伴生有中酸性巖漿侵入，形成了較多隱伏和出露地表的花崗閃長(zhǎng)巖－閃長(zhǎng)巖體（脈）及巖漿熱液蝕變巖。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)在本區(qū)表現(xiàn)較弱，以整體抬升為主。

圖1 衛(wèi)寧北山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 鈷異常的物質(zhì)來源分析

2．1 采樣位置

本次研究在大銅溝背斜（見圖1）驗(yàn)證鉆孔礦化段巖心中采集了4件含鈷黃鐵礦礦石流體包裹和5件含鈷黃鐵礦硫同位素分析樣。所有樣品分析工作均在中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法參見文獻(xiàn)［9－10］。為了了解研究區(qū)巖石的硫同位素特征，以便于對(duì)比分析，收集了前人對(duì)衛(wèi)寧北山單梁山、金場(chǎng)子巖石的硫同位素測(cè)定數(shù)據(jù)。

2．2 結(jié)果與討論

2．2．1 氦、氬同位素研究

稀有氣體有3個(gè)明顯不同的源區(qū)，即飽和空氣雨水中的稀有氣體、地慢中的稀有氣體和在地殼中由核過程形成的放射成因稀有氣體［11］。與其他稀有氣體相比，He和Ar在這3個(gè)端元中具有極不相同的同位素組成。尤其是氦，相對(duì)于地殼而言，地幔氦以富3He為特征，3He／4He＝6～9 Ra（Ra為大氣的3He／4He比值，為1．4×10－6；或表示為R／Ra＝6～9，R為3He／4He測(cè)試值）；地殼中的氦則相對(duì)以富4He為特征，一般R／Ra＝0．01～0．05。地殼和地幔的3He／4He值存在高達(dá)近1 000倍的差異，即使地殼流體中有少量慢源氦的加入，用氦同位素也易于判別出來［12］。由于流體包裹體的寄主礦物是硫酸鹽和硫化物時(shí)，包裹體內(nèi)的稀有氣體被捕獲后沒有明顯的擴(kuò)散丟失，而黃鐵礦較低的擴(kuò)散系數(shù)是保存 He、Ar最理想的礦物［13－15］。因此，本次研究采集了大銅溝ZK7－2鈷礦化體中的含鈷黃鐵礦，進(jìn)行黃鐵礦流體包裹體的He、Ar同位素分析，以示蹤成礦流體來源。氦、氬同位素組成特征見表1所示。

表1 大銅溝ZK7－2黃鐵礦中的流體包裹體的氦、氬同位素組成

由表1可知，4件黃鐵礦樣品中流體包裹體3He／4He比值介于0．001 943－0．008 04 Ra，均小于0．1 Ra，說明4件黃鐵礦樣品的流體包裹體中均富含4He，具有地殼氦的特征。由圖2中3點(diǎn)He同位素組成在3He／4He同位素演化圖解上的投影可知，數(shù)據(jù)點(diǎn)均落于地殼的一側(cè)，說明衛(wèi)寧北山大銅溝鈷礦的成礦流體來源于地殼。

圖2 衛(wèi)寧北山大銅溝成礦流體的He同位素組成［16］

在表1 中，4 件 黃 鐵 礦 樣 品 DTK－1、DTK－2、DTK－3、DTK－4 的40Ar／36Ar比 值 分 別 為 588．6、392．5、324．9和416．3，其平均值為430．575，略高于溶解在雨水中的大氣氬的同位素組成（飽和空氣雨水中40Ar／36Ar＝295．5），而遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地殼和地幔流體的40Ar／36Ar比值。地殼流體的40Ar／4He的比值為0．16～0．25，地幔流體的40Ar／4He比值為0．33～0．56，而 大 氣 降 水 端 元 組 分 的40Ar／4He＝0．01［12，17－18］。大銅溝4件樣品黃鐵礦流體包裹體的40Ar／4He比值介于0．004 19～0．03，平均值為0．014，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地幔的40Ar／4He比值，介于大氣降水和地殼的40Ar／4He比值之間，比較接近大氣40Ar／4He比值 。黃鐵礦流體包裹體的3He／4He、40Ar／36Ar和40Ar／4He比值特征顯示，衛(wèi)寧北山大銅溝鈷化礦的成礦流體來源于沉積地層水和大氣降水，成礦流體是沉積地層水和大氣降水的混合物。

2．2．2 硫同位素研究

衛(wèi)寧北山單梁山、金場(chǎng)子和大銅溝巖石、礦石硫同位素組成特征見表2所示。

表2 衛(wèi)寧北山巖石、礦石硫同位素組成特征

在表2中，6件圍巖黃鐵礦的δ（34S）值＝＋1．4～＋16．4，均值為＋9．4，δ（34S）值主要顯示正值的特征。5件礦石礦物黃鐵礦的δ（34S）＝＋14．0‰～＋15．5‰，平均值為＋14．84‰，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地幔硫的δ（34S）值，而接近圍巖的δ（34S）值。5件礦石礦物黃鐵礦的δ（34S）極差R＝1．5‰，δ（34S）值變化范圍較窄，說明硫的均一化程度較高，硫同位素的分餾達(dá)到了平衡，具有熱液成因的特征。因此，衛(wèi)寧北山大銅溝鈷礦化體的硫來源于石炭系沉積地層，熱液改造了圍巖的硫同位素的組成，使圍巖的硫同位素進(jìn)行了再次分餾，進(jìn)而使硫同位素達(dá)到了平衡。

2．3 鈷異常的物質(zhì)來源分析

通過硫同位素分析，衛(wèi)寧北山大銅溝鈷礦化體的硫來源于石炭系沉積地層，熱液改造了圍巖的硫同位素組成特征，使圍巖的硫同位素進(jìn)行了二次分餾，從而達(dá)到了平衡。黃鐵礦流體包裹體3He／4He、40Ar／36Ar和40Ar／4He比值顯示，衛(wèi)寧北山鈷礦體的成礦流體來源于沉積地層水和大氣降水，是沉積地層水和大氣降水的混合物。結(jié)合硫同位素和氦、氬同位素組成特征，筆者認(rèn)為：衛(wèi)寧北山鈷異常的物質(zhì)來源于石炭系地層，而與巖漿無關(guān)。地下水沿構(gòu)造裂隙帶滲流、環(huán)流時(shí)，萃取了石炭系地層中的鈷元素，并在有利的構(gòu)造空間富集成礦。

3 結(jié)論

1）黃鐵礦流體包裹體的3He／4He、40Ar／36Ar和40Ar／4He的比值特征顯示，衛(wèi)寧北山大銅溝鈷化礦的成礦流體來源于沉積地層水和大氣降水，成礦流體是沉積地層水和大氣降水的混合物。

2）衛(wèi)寧北山大銅溝鈷礦化體的硫來源于石炭系沉積地層，熱液改造了圍巖的硫同位素的組成，使圍巖的硫同位素進(jìn)行了再次分餾，進(jìn)而使硫同位素達(dá)到了平衡。

3）衛(wèi)寧北山鈷異常的物質(zhì)來源于石炭系地層，而與巖漿無關(guān)。地下水沿構(gòu)造裂隙帶滲流、環(huán)流時(shí)，萃取了石炭系地層中的鈷元素，并在有利的構(gòu)造空間富集成礦。因此，衛(wèi)寧北山鈷異常的形成受石炭系地層和構(gòu)造的雙重控制，石炭系地層在沉積時(shí)沉積了微量的鈷元素，而構(gòu)造所形成的裂隙和構(gòu)造角礫巖不僅為含礦熱液提供有利的運(yùn)移通道，同時(shí)也是鈷元素聚集的最佳場(chǎng)所。

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