内蒙古渣尔泰山群地层地球化学特征及含矿性

苏宏伟,康 明,刘还林,廖 蕾,梁社明

(1.内蒙古自治区地质调查院,内蒙古呼和浩特 010020;2.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;3.陕西省合阳县环境保护局,陕西合阳 715300)

内蒙古渣尔泰山群地层地球化学特征及含矿性

苏宏伟1,康 明2,刘还林1,廖 蕾1,梁社明3

(1.内蒙古自治区地质调查院,内蒙古呼和浩特 010020;2.长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;3.陕西省合阳县环境保护局,陕西合阳 715300)

在充分研究已有资料的基础上,通过野外实地调研,以内蒙古中西部渣尔泰山地区为主要研究对象,对渣尔泰山群地层进行了划分,并探讨了该地层地球化学特征,最后就该地层含矿性进行了评价。结果表明:中元古界渣尔泰山群为一套浅变质岩系,属裂谷系中的碎屑岩、炭质页岩、粉砂岩和碳酸盐岩建造,自下而上分为书记沟组、增隆昌组、阿古鲁沟组和刘鸿湾组,主要含矿层为阿古鲁沟组;渣尔泰山群沉积环境呈现由陆相→正常海相→半封闭海相或次深海相→滨海相的正常海进海退序列变化特征;渣尔泰山群地层在纵向上自下而上表现为亲碎屑元素组合→亲碳酸盐元素组合→亲铁、亲硫元素组合→亲碳酸盐、亲碎屑岩的混合组合;岩石组分与成矿元素有显著相关性,泥质、钙镁质岩富含铅、锌及硫铁,高硅质岩石富含铜,有机碳含量往往与矿层的规模、质量成正消长关系;不同的构造演化阶段和沉积环境致使元素分布不均匀,体现在含矿性在东西走向的规律性变化,即东部甲生盘—山片沟矿床贫铜富锌,少伴生元素,而西部狼山地区铜、铅、锌共生,贫铅锌富铜,伴生元素较多。

地球化学;含矿性;地层;渣尔泰山群;内蒙古

0 引言

渣尔泰山群广泛分布在固阳至狼山一带,东起内蒙古商都,西至乌拉特后旗,南沿武川、固阳一线,北到四王子旗一带,东西延伸达300 km。

本区内主要山脉为渣尔泰山,呈东西走向。地貌大部分属于中低山区,部分为低山丘陵区,最高海拔1 773 m,最低1 175 m。渣尔泰山群是华北地台北缘重要的含矿地层[1],至今已经在该层位发现和探明多个大型多金属矿床,因此对该层位成矿特点的研究对本区的找矿预测具有重要意义(图1)。

图1 华北板块北缘地质构造背景Fig.1 Tecton ic Sketch Map of the Northern Margin of North China Plate

1 渣尔泰山群地层基本特征

渣尔泰山群为华北地台北缘中元古代的裂陷槽沉积,分布于乌拉山以北,大地构造背景属于华北地台北缘,次级构造单元为狼山—渣尔泰山褶皱带,为一套浅变质岩系,属裂谷系中的碎屑岩、炭质页岩、粉砂岩和碳酸盐岩建造。依据区域地层清理成果[3],该地层从下至上划分为书记沟组、增隆昌组、阿古鲁沟组和刘鸿湾组,其主要岩性特征见表1。

2 渣尔泰山群地层地球化学特征

2.1 常量元素地球化学特征

在对各岩石地层中不同岩类所测得的常量元素(氧化物)数据分类计算后,得到各岩石地层中常量元素含量均值及浓集克拉克值(表2)[4]。表2反映渣尔泰山群各组的常量元素氧化物含量有较大差异。w(SiO2)在书记沟组中为68.9%,而以碳酸盐岩为主的增隆昌组为38.9%;w(TFe2O3)在书记沟组中最高,达6.07%,而在其他组中小于4%; w(A l2O3)在书记沟组中达13.3%,而增隆昌组仅为4.6%;w(TiO2)在书记沟组中最高,达0.86%,而在增隆昌组中为0.26%;w(CaO)在增隆昌组中高达16%,而书记沟组则不足1%;w(M gO)在增隆昌组中高达11.6%;w(K2O)和w(Na2O)则以书记沟组较高,分别为6.1%和0.26%。

表1 渣尔泰山群地层概况Tab.1 General of Zha'ertaishan Group

表2 渣尔泰山群常量元素质量分数平均值及浓集克拉克值Tab.2 Mean of Mass Fraction and Concerntration Clarke Value of Major Elements in Zha'ertaishan Group

元素的浓集克拉克值可以说明元素的富集贫化程度,一般其值大于2时,说明元素在地层中富集;其值小于1时,说明元素较贫化。从表2可以看出,增隆昌组的CaO、M gO和书记沟组的K2O、Na2O表现为富集特征。

渣尔泰山群各组的常量元素氧化物含量呈规律性变化,书记沟组→增隆昌组→阿古鲁沟组→刘鸿湾组的SiO2、TFe2O3、A l2O3、TiO2含量均值依次显示出“高→低→较高→较高”的特点;而CaO、M gO则与上述规律相反。根据常量元素含量及浓集克拉克值纵向上的变化,反映了渣尔泰山群沉积环境呈现由陆相→正常海相→半封闭海相或次深海相→滨海相的正常海进海退序列变化特征。

2.2 微量元素地球化学特征

2.2.1 元素丰度特征

综合前人资料计算渣尔泰山群各组中微量元素含量均值及浓集克拉克值(表3)[4]。分析表明,微量元素在地层中的含量与其所依存的岩类有关,在不同岩类中表现出较大差异性,总体特征为:

(1)板岩中亲铁、亲硫元素含量普遍偏高,如As、Bi、Mo、W、Sn、Co、Cr、Pb、Cu、S等,反映出还原环境下的沉积特点。

表3 渣尔泰山群各组微量元素质量分数平均值及浓集克拉克值Tab.3 Mean of Mass Fraction and Concerntration Clarke Value of M icroelements in Zha'ertaishan Group

(2)灰岩以碱金属中Ca、M g、Sr含量较低,且变化很小,而w(Sr)/w(Ba)大于1可作为该区灰岩富Sr的标志。

(3)碎屑岩中以亲氧元素Si、Zr、Ba及碱金属K等含量较高,其他亲铁、亲硫等元素因被水体溶解或携带迁出,相对贫化,且含量变化波动较大。

从微量元素总体分布来看,渣尔泰山群地层在纵向上自下而上表现为亲碎屑元素组合→亲碳酸盐元素组合→亲铁、亲硫元素组合→亲碳酸盐、亲碎屑岩的混合组合。这些组合规律显示出渣尔泰山群的海进序列及部分海退序列。

2.2.2 元素对比值

元素对比值更能清晰地反映沉积环境(图2、表4)[4]。

图2 渣尔泰山群各岩组元素对比值变化Fig.2 Change of Element Pairs Ratio for Each Formation in Zha'erta ishan Group

表4 渣尔泰山群各岩组元素对比值均值Tab.4 Mean of Elemen t Pairs Ratio for Each Formation in Zha'ertaishan Group

w(Fe)/w(M n):该值在同一沉积区域内可指示出陆缘带的相对远近及水体深浅。该值在渣尔泰山群变化不明显,均在20～30之间,唯阿古鲁沟组较高,为46,说明渣尔泰山群为近陆的环境。

w(Sr)/w(Ba):该值具有较好的指相意义。一般认为w(Sr)/w(Ba)小于1为陆相碎屑沉积, w(Sr)/w(Ba)大于1为海相沉积。渣尔泰山群地层w(Sr)/w(Ba)从底部书记沟组→增隆昌组→阿古鲁沟组,其值从0.07→2.1→0.4。由于阿古鲁沟组有机沉积物质中Sr的含量较少,从而使w(Sr)/ w(Ba)降低。

其他一些元素对比值如w(A l)/w(Si)、w(K)/ w(Na)、w(Fe)/w(Ti)等均有各自的特点,但这些元素对比值都反映了渣尔泰山群的演化规律:从陆相→正常浅海相→半封闭海相或次深海相→滨海相的沉积环境变化。

2.2.3 元素组合特征

在R型聚类分析中,当相关系数r在0.5水平时,渣尔泰山群在沉积过程中微量元素可分为6类,各类组合均显示出一定的指相意义(图3、表5)。Ⅰ类以亲硫元素为主,Ⅲ类以亲铜元素为主,Ⅳ类为亲氧元素,Ⅵ类为大离子半径碱金属等。Ⅵ类元素含量高,显示正常海相沉积特点;Ⅲ类元素含量高,显示半封闭海相或次深海相海水流动不畅的还原环境沉积特点。从图3可以看出,渣尔泰山群地层相关系数水平在0.9以上时,微量元素组合特征更为明显,反映渣尔泰山群沉积过程较为简单,演化的连续性、方向性也较强。

图3 渣尔泰山群微量元素R型聚类谱系Fig.3 R-model Cluster Analysis L ineage D iagram of M icroelements in Zha'ertaishan Group

表5 渣尔泰山群微量元素R型聚类分析结果Tab.5 Result of R-model Cluster Analysis for M icroelements in Zha'ertaishan Group

3 渣尔泰山群地层含矿性评价

3.1 沉积地层形成的环境与成矿作用

中元古代时期渣尔泰山地区的沉积区为一东西向延伸的带状浅海区,沉积区南部为华北古陆,西北部为狼山古陆,北部推测有数个大小不等的古陆,其间为渣尔泰浅海。在渣尔泰海槽中形成一套以碎屑岩和碳酸盐岩建造为主的渣尔泰群地层,厚近10 000 m,层位稳定,严格控制着区内大多数矿床的形成。

区域构造演化控制着渣尔泰山群地层的形成,同时也控制了区内的成矿作用(图4)。中元古代早期(书记沟期),海槽下陷,初步形成的结构和成分成熟度较低的粗碎屑岩,随着地壳活动趋于相对稳定、古陆渐趋夷平的条件下,碎屑物质经长距离搬运至海岸或在海水向古陆缓慢侵进过程中,由于波浪和潮汐的长期作用,在滨海和浅水海湾形成厚度稳定、结构和成分成熟度较高的石英砂岩,经区域变质作用形成增隆昌、书记沟等硅石矿,在局部混有大量富铝泥质成分的地段,形成含蓝晶石石英岩和蓝晶石矿。随着地壳进一步稳定,化学风化作用变得更发育,来自古陆的铁质在滨海—浅海三角洲环境下,沉积于成熟度较高的石英砂岩中,形成赤铁矿、磁铁矿等。

到中元古代中期(增隆昌—阿古鲁沟期),地壳重趋活动,海水不断加深,形成了东西向浅盆地—碳酸盐台地格局,局部亦受到风化。晚期断陷活动增强,形成滨岸-台地-陆棚边缘相模式,热水沉积硫化物主要形成于台地外侧东西向狭长的断陷盆(洼)地内,又集中于更小的成矿洼地中。断裂构造,特别是同沉积断裂导致了海底火山喷发喷溢作用,深部富含有成矿元素的流体伴随火山作用进入盆地中,在渣尔泰山地区形成了一系列以锌、铅、硫(铁)、铜为主的多金属热水喷流沉积型矿床[5-10]。

图4 渣尔泰山群形成环境与成矿作用Fig.4 Formation Environment and Metallogenesis in Zha'ertaishan Group

自中元古代之后,研究区长期处于隆起状态,至早二叠世早期,接受了以湖泊-沼泽相为主的沉积,形成了稳定的煤层。早二叠世晚期,受断裂控制的中基性火山喷发和超浅成侵入活动发育,局部地段形成了原生金矿化。晚侏罗世至早白垩世,受断裂控制的陆相火山活动强烈。早期以基性火山喷发为主,局部形成含铜玄武岩;晚期以中酸性火山喷发为主,在中酸—酸性火山熔岩及火山碎屑岩中形成了膨润土、沸石和珍珠岩矿及多金属矿。

3.2 含矿地层及矿产特征

中元古界渣尔泰山群是中国华北地区北缘的主要含矿层位,区内已发现的朱拉扎嘎、炭窑口、东升庙、甲生盘等大型—超大型多金属矿床均赋存于渣尔泰山群。朱拉扎嘎金矿床的赋矿层位为阿古鲁沟组一岩段,变质砂岩、变质粉砂岩夹薄层变钙质粉砂岩;炭窑口Zn-Cu-Fe硫化物矿床的赋矿层位为阿古鲁沟组二岩段,白云质灰岩与炭质板岩互层;东升庙Zn-Pb-Cu矿床的含矿层主要为阿古鲁沟组二岩段含炭泥质白云岩,在增隆昌组白云岩中有铅锌小矿(化)体零星分布;甲生盘Zn-Pb硫铁矿床的赋矿层位处于阿古鲁沟组二岩段顶部炭质砂泥质结晶白云岩与三岩段黑色炭质板岩过渡部位。由此可见,中元古界渣尔泰山群(阿古鲁沟组)在华北板块北缘已构成了一个东西向展布的成矿带。

渣尔泰山群自下部地层顶部至上部地层中部均有多金属硫铁矿床产出,且从西向东含矿层位有逐步升高的趋势(图5)[11]。

图5 渣尔泰山群含矿层位Fig.5 Ore-bearing Bed Position in Zha'ertaishan Group

(1)渣尔泰山群地层地球化学特征与含矿层位岩石元素地球化学特征研究表明,岩石组分与成矿元素有明显相关性,泥质、钙镁质岩富含铅、锌及硫铁;高硅质岩石富含铜;有机碳含量往往与矿层的规模、质量成正消长关系。

(2)总体上,渣尔泰山群的含矿性在东西走向上有规律性变化。即:东部甲生盘—山片沟矿床贫铜富锌,少伴生元素;西部狼山地区铜、铅、锌共生,而贫铅锌富铜,伴生可供利用的元素有Co、Cd、In、Ge、Au和Ag。从某种意义上来说,渣尔泰山群元素分布的不均匀性直接导致了含矿性的变化。

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Geochem ical Characteristicsand Ore-bearing Potential in Zha'ertaishan Group,Inner Mongolia

SU Hong-w ei1,KANG M ing2,L IU Huan-lin1,L IAO Lei1,L IANG She-ming3

(1.Geological Survey Institute of Inner M ongolia,Hohhot 010020,Inner M ongolia,China;2.School of Earth Sciences and Resources,Chang'an University,Xi'an 710054,Shaanxi,China;3.Bureau of Environmental Protection of Heyang County,Heyang 715300,Shaanxi,China)

Based on the current data and field research,Zha'ertaishan in the midwest of Inner Mongolia was taken as research object;Zha'ertaishan Group was divided;the geochemical characteristics were discussed;and the orebearing potential was evaluated.The result showed that Mesop roterozoic Zha'ertaishan Group,as a set of epimetamo rphic rock series,consisted of clasolite,macker,siltite and carbonatite in a rift system,and was divided into Shujigou,Zenglongchang,Agulugou and Liuhongwan Formations from bottom to top;depositional environment of Zha'ertaishan Group showed the characteristic of normal transgression and regression sequence“continental facies→normalmarine facies→semi-enclosed sea faciesor bathyal facies→littoral facies”;Zha'ertaishan Group showed the element combinations“p ro-scrap→p ro-carbonate→siderophile and sulphophile→p ro-scrap and p ro-carbonatemixed”from bottom to top in the longitudinal;the correlation of rock constituents and metallogenic element was significant;argillaceous,calcareous and mafic rocks were rich in Pb,Zn and S-Fe;siliceous rock was rich in Cu,and the relationship between the content of o rganic carbon and the scale and quality of mineral deposit was positive eat and flow;the different stages of tectonic and the evolution of sedimentary environment caused the uneven distribution of elements,and it showed the change of o re-bearing potential f rom east to west,and particularly,Jiashengpan-Shanpiangou zinc poly-metallic deposit was poo r in Cu,rich in Zn and a little accompaniment elements in the eastern part,several deposits in Langshan A rea showed symbiotic Cu,Pb and Zn, rich in Cu,poor in Pb and Zn and many accompaniment elements in the western part.

geochemistry;o re-bearing formation;stratum;Zha'ertaishan Group;Inner Mongolia

P595

A

1672-6561(2010)04-0338-06

2010-01-05

内蒙古自治区地质矿产综合研究项目(KD68)

苏宏伟(1966-),男,内蒙古呼和浩特人,高级工程师,从事地质调查研究。E-mail:suhongw einm@163.com