宁夏卫宁北山地区照壁山铁矿床地质特征及成矿规律探讨

仲佳鑫，徐刚，向连格，董复权

(1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.宁夏回族自治区国土资源调查监测院，宁夏 银川750004； 3.长安大学资源学院，陕西 西安 710054；4.宁夏回族自治区地质调查院，宁夏 银川 750021；5.中国人民武装警察部队黄金第十一支队，西藏 拉萨 710100)

宁夏卫宁北山大地构造位于北祁连走廊过渡带东段与阿拉善地块南缘的转换交接部位(图1)。卫宁北山地区是宁夏重要的铜、金、铁多金属成矿区，一直以来成为宁夏矿产勘查研究工作的重点。但是经过几十年的工作，目前尚无大的突破。其中，铁矿勘查又是该区金属矿产勘查工作的难点之一，仅发现了少数小型矿床和较多的矿点、矿化点及异常。究其原因主要是勘查力度小，勘查思路多是就矿追矿，对于含铁建造和控矿构造等方面勘查研究工作较少，前人工作多集中在区域地质调查、构造演化与资源潜力评价等方面的研究。因此，无论在横向空间上，还是深度上，卫宁北山地区铁矿床的研究仍处在寻求突破的阶段(仲佳鑫，2010)。

图1 宁夏区域构造略图(据李天斌，2005修改)Fig.1 Regional tectonic sketch map of Ningxia province

通过以往的找矿与勘查工作发现，卫宁北山地区铁矿主要分布于照壁山、新照壁山及单梁山、骆驼山一带，其含矿层位多且分布范围广，铁矿分布与含

铁建造、构造等具有非常密切的关系，其成因属于浅成中低温热液型矿床(艾宁等，2011)。笔者选取该区最具代表性的照壁山铁矿，通过对其成矿背景、地质特征及成矿规律进行探讨研究，为今后在该地区寻找同类矿床提供实际依据。

1 成矿地质背景

卫宁北山地区位于卫宁前陆盆地与卫宁褶冲带内，其构造演化具明显的多期活动性。早古生代属弧后盆地的一部分，沉积了巨厚的含砾陆相碎屑岩建造和类复理石建造(徐黎明等，2006)。加里东运动使其强烈褶皱隆起造山，自泥盆纪逐步发展演化为前陆盆地，充填了泥盆系磨拉石建造，构成典型的盆-山体系(李天斌，1999)。华力西末期至印支初期，进入陆内褶皱构造环境，以近南北向挤压为主，形成近东西向展布的褶皱、断裂构造，奠定了该区的基本构造格架。同时期，在该地区发育了中酸性岩浆侵入，形成了较多隐伏和出露地表的花岗闪长岩-闪长岩体(脉)及岩浆热液蚀变岩。燕山期和喜马拉雅期的建造及构造运动在本区记录不多，仅表现为对华力西—印支期形成的建造及构造形迹进行的改造，在区域上形成了侏罗系、白垩系和古近系与下伏地层间均呈不整合接触(仲佳鑫等，2012)。

2 矿区地质

2.1 矿区地层

卫宁北山照壁山铁矿矿区出露的地层有：上泥盆统老君山组(D3l)、下石炭统前黑山组(C1q)、臭牛沟组(C1c)、上石炭统土坡组(C2t)/羊虎沟组(C2y)及第四系(Q)(图2)。

上泥盆统老君山组(D3l)：在矿区呈东西向展布，位于单梁山复式背斜的北段、大铜沟倾伏背斜西部开阔部位的北翼。与上覆下石炭统前黑山组(C1q)下段呈角度不整合接触。其主要岩性为浅灰、浅灰绿、浅棕黄色中层细粒长石石英砂岩，紫红色薄层钙质粉砂岩夹钙质泥岩，浅紫灰、灰绿、浅紫红色厚-中薄层状粉砂岩，泥、钙质粉砂岩，粗-细粒石英砂岩，砂质泥灰岩、砂质灰岩透镜体。

1.上泥盆统老君山组；2.下石炭统前黑山组；3.下石炭统臭牛沟组；4.上石炭统土坡组；5.上石炭统羊虎沟组；6.第四系上更新统洪积层；7.第四系全新统风积层；8.第四系全新统洪积层；9.断层；10.角度不整合线；11.平行不整合线；12.地层产状；13.倒转地层产状；14.照壁山铁矿床图2 卫宁北山地区照壁山铁矿区域地质图Fig.2 Regional geologic map of Zhaobishan iron ore deposit in Weining North Mountain area

下石炭统前黑山组(C1q)：为该区主要的含矿地层之一，该组岩性主要为浅棕灰、灰色厚-中层状白云质灰岩、白云质粉晶灰岩、结晶灰岩、微晶灰岩为主，夹有褐灰色厚-中层状钙质泥岩、粉砂岩、页岩、细粒石英砂岩、砂砾岩、褐灰砂质灰岩透镜体。与下伏老君山组呈角度不整合接触。铁矿化主要发育于前黑山组中段微晶灰岩和上段粉砂岩、泥岩的接触部位。

下石炭统臭牛沟组(C1c)：该组主要以泥质、粉砂质中细粒砂岩为主，从岩性及碎屑物特征看，继承了前黑山组的沉积环境，属潮坪沉积。其主要含矿岩性为中-细粒石英砂岩、中-薄层粉砂岩、泥质粉砂岩、钙质粉砂岩、粉砂质泥岩。

上石炭统土坡组(C2t)/羊虎沟组(C2y)：为该区主要含矿地层，岩性主要为石英砂岩、泥质粉砂岩(或粉砂质泥岩)、灰黑色页岩夹灰岩和煤线。岩层发育交错层理、板状和槽状交错层理、小型斜层理，属浅海-海岸沉积。经后期热液作用，围岩发生不

同程度蚀变。

第四系(Q)：主要为杂色砾石，细砂等冲积物，位于研究区东北、东南沿沟谷零星分布。

2.2 矿区构造

照壁山铁矿床位于卫宁地区东西向构造带的北带，即卫宁北山复向斜内，区内褶皱、断裂构造发育，东西向构造是区内的主体构造，控制了古生代地层及山体展布。褶皱构造主要形成于华力西期，从剖面形态看，多为对称紧闭褶皱、复式褶皱和弯滑褶皱，少数为开阔褶皱。从平面看，多呈线状分布，平行排列，少数由单一褶皱向一端分叉成多个次级褶皱呈帚状排列。区域内东西向断裂均为压性断裂，常发育在褶皱的两翼，其不仅破坏了褶皱的形态，也造成地层的缺失，且常使断裂附近的岩层发生倒转。压性断裂均有规模不等的挤压破碎带，其内发育着各类构造岩，分带现象明显。这组断裂构造是矿区主要的导矿、容矿构造，赤、褐铁矿化在断层两侧发育十分强烈，铁矿体在此处富集。

3 矿床地质特征

3.1 矿体规模、形态及产状

照壁山铁矿赋存层位主要为上石炭统土坡组(C2t)/羊虎沟组(C2y)页岩、砂岩中，次为下石炭统前黑山组、臭牛沟组钙质砂岩、页岩中，沿F1、F2东西向断裂破碎带及裂隙分布，呈脉状、透镜状和似层状。在矿区地表已发现矿体共有33个，地下盲矿体11个。

矿体一般长20～50m，厚1～2m；最大长160m，向下延伸约20～30m。走向为北西西，陡倾斜，倾向以北为主(图3)。

1.背斜及向斜轴；2.正、逆断层及编号；3.平移断层；4.地质界线及地层产状；5.不整合界线；6.铁矿体；C1c.下石炭统臭牛沟组；C2t.上石炭统土坡组图3 (a)照壁山铁矿床矿区地质简图及(b)第Ⅷ勘探线剖面图(据宁夏回族自治区地质环境监测总站，2009)Fig.3 (a)Simplified geological map of the Zhaobishan iron deposit and (b)Geological profile along prospecting line No.8

3.2 矿石类型

根据矿石的自然类型可将照壁山铁矿分为原生矿石和氧化矿石。

(1)氧化矿石。充填式褐铁矿——褐铁矿沿围岩微裂隙充填生长，后期淋滤空洞发育，格子状褐铁矿残留下来。

交代式褐铁矿——大多沿围岩层理发育，矿石呈褐色，具蜂窝状，多孔状构造。沿淋蚀空洞及裂隙有重结晶放射状水赤铁矿集合体充填。

土状及粉末状褐铁矿——矿石呈褐色，土状，常与交代式褐铁矿伴生。有时见有土状变胶状褐铁矿被晚期碳酸盐脉(胶带环状)穿切。

多孔-块状水赤铁矿——水赤铁矿呈多孔-块状，具粗粒结构，块状构造。

土状水赤铁矿——具松散构造，土状水赤铁矿集合体分布在碎屑岩胶结物及裂隙分布。

(2)原生矿石。原生矿石一般分布在地下100m以下，主要分为如下。

脉型块状菱铁矿——灰白色、肉黄色，粗粒结构，脉石矿物有石英、方解石和重晶石等。

细脉状、浸染状菱铁矿——菱铁矿呈浸染状或与石英组成细脉状，分布于黑色泥质页岩中。

3.3 矿石构造

脉状、网脉状构造——含矿热液沿围岩或早期形成的矿体裂隙充填并交代围岩或早期形成的矿体，构成各种脉状、网脉状构造(图4a)。

胶状、变胶状构造——褐铁矿或水赤铁矿常构成平行弯曲外形甚至同心圆状，形成胶状构造(图4b)。

蜂窝状构造——褐铁矿、水赤铁矿呈蜂窝状分布于脉石矿物中。常呈褐色，可能与硫化物氧化淋滤有关(图4c)。

土状构造——矿石经风化作用，形成的次生矿物(水赤铁矿、褐铁矿)呈土状集合体分布在碎屑岩胶结物中(图4d)。

团块状构造——水赤铁矿呈团块状分布于脉石矿物中。

a.细脉-网格状水赤铁矿；b.变余胶状条带褐铁矿；c.蜂窝状褐铁矿土状集合体；d.水赤铁矿土状集合体分布在碎屑岩胶结物中图4 照壁山铁矿床矿石构造图(光片显微照片长边2mm)Fig.4 Microphotos of the ore structure of the Zhaobishan iron deposit

3.4 矿石结构

胶状结构——褐铁矿、水赤铁矿呈胶状，在岩石中以充填淋滤空隙为主，碎屑多为石英，还有其他如方解石、白云母等矿物。

变余砂质结构——石英砂岩向变质岩过渡的产物。其原岩中泥质组分已变成绢云母，石英部分轻微重结晶，但岩石砂质结构基本保留(图5a)。

放射状、晶簇状结构——褐铁矿、水赤铁矿呈放射状、晶簇状集合体分布于脉石矿物中(图5b、图5c)。

球状结构——黏土质呈球状出现，球粒径较大，球粒之间充填物一般为蒙脱石(图5d)。

3.5 矿石物质组成

(1)矿石矿物组成。照壁山铁矿床矿石中金属矿物、非金属矿物一共有几十种，其中，主要金属矿物有褐铁矿、赤铁矿、菱铁矿，少量黄铁矿、水赤铁矿、毒砂、针铁矿，其次为黝铜矿、白铁矿、黄铜矿、方铅矿、黄钾铁矾等；非金属矿物主要有石英、白云母、绢云母、方解石、白云石等。

(2)矿石化学组成。卫宁北山地区照壁山铁矿床中Fe、S、P等元素分析结果见表1。从表1中可以看出照壁山铁矿床的TFe为0.64%～56.90%，平均为22.87%。赤铁矿体或赤铁矿化的样品具备较好的Fe品位。

3.6 围岩蚀变

照壁山铁矿床赋矿围岩主要有硅化、绢云母化、褐铁矿化、赤铁矿化、黄铁矿化、碳酸盐化等，局部可见有黄钾铁钒化，近矿泥(钙)质岩石常伴有高岭土化。褐铁矿化、赤铁矿化、黄钾铁钒化常沿断裂破碎带及裂隙分布。硅化、碳酸盐化常分布于矿体外缘，与矿化关系密切。蚀变使岩石原始成分及结构发生变化，原来的泥质岩硅质成分增高；所含黏土质矿物大部分结晶呈鳞片状绢云母，使砂岩的砂状结构变为变余砂状结构。在蚀变岩石中，普遍含有浸染状黄铁矿颗粒，并被网脉状褐铁矿及石英细脉穿插，在岩石裂隙中充填有褐铁矿脉，黄铁矿在地表形成褐铁矿假象，留下淋蚀空洞。矿床氧化带发育，在氧化带原生矿石受剧烈氧化及淋滤作用变为多孔状、蜂窝状褐铁矿或水赤铁矿，仅仅在局部地区保留有原生黄铁矿。

a.石英的变质残留结构；b.胶状褐铁矿脱水重结晶呈多孔放射状或微细粒晶集合体；c.晶簇状水赤铁矿；d.黏土质的球状结构图5 照壁山铁矿床矿石结构图(光、薄片显微照片长边2mm)Fig.5 Microphotos of the ore texture of the Zhaobishan iron deposit

4 矿床地球化学特征

卫宁北山地区照壁山铁矿床的稀土元素分析结果见表2。岩石的稀土总量为∑REE=54.092×10-6～303.655×10-6，变化较大，平均值为115.657×10-6，表明岩石稀土元素相对富集。LREE值在47.973×10-6～289.305×10-6，HREE值在4.001×10-6～14.35×10-6，LREE/HREE值为7.84～20.161，(La/Yb)N值在4.125～26.239，相关数据和比值均远大于1，说明该区轻稀土相对富集，重稀土相对亏损；La/Yb值为6.118～29.760，Sm/Nd值为0.156～0.280，表明轻重稀土发生一定程度的分馏。(Ce/Yb)N=4.936～19.266，(Gd/Yb)N=1.744～4.895，说明轻稀土分馏程度较高，重稀土分馏程度相对较低；δEu=1.279～1.515，表现为Eu的富集。

由北美页岩标准化稀土配分曲线(图6)可以看出，配分曲线总体呈右倾式，显示出明显Eu富集，轻稀土含量高于重稀土，各样品配分曲线总体趋势一致。

卫宁北山地区照壁山铁矿床岩石微量元素分析结果见表3。研究区样品大部分微量元素如Rb、Y、Zr、Nb、Cr、U、Pb、Li、Ta、Hf、V的含量较中国东部大陆地壳中微量元素的含量明显偏低；部分样品的Sr、Zr、Ga、Ni、Sc、Cu、Zn等元素的含量高于中国东部大陆地壳中微量元素的含量。其中，Ni、Sc、Cu、Zn的含量明显高于中国东部大陆地壳。在微量元素北美页岩标准化蛛网图(图7)上可以看出，矿石样品和围岩样品均具有高U、Eu、Zr、Yb和低Ta、Hf、Lu等的特点，各元素反映在蛛网图上的变化较大。矿石和围岩样品在稀土元素和微量元素标准化图中配分曲线总体趋势一致，反应出二者应具有亲缘关系。

表1 照壁山铁矿床矿石中多元素分析结果表(%)Tab.1 Elements percentage of Zhaobishan iron ore (%)

注：多元素分析为本项目组在宁夏回族自治区地质环境监测总站实验室测试，2009。

表2 照壁山铁矿床稀土元素分析结果表(10-6)Tab.2 Rare earth elements abundances of Zhaobishan ore deposit(10-6)

续表2

样品HTC10⁃01HTC10⁃14HTC10⁃02HTC10⁃11HTC10⁃04HTC10⁃07HTC10⁃03HTC10⁃12岩性石英砂岩泥岩变石英砂岩高岭土赤铁矿化石英砂岩含砂赤铁矿赤铁矿化石英砂岩赤铁矿(La/Sm)N2582564810941292127739722867202La/Yb293513891961182441014083295512976013574Sm/Nd02100156028002310252020301920216(Ce/Yb)N14882215264936186091092113762192668221(Gd/Yb)N33873184174448953015190645801805ΣREE11360470137540921379776430365511250455727LREE10660561316479731298967189628930510424551726HREE6993821611980045744143582594001LREE/HREE15231173567841622312517201611262212928

注：稀土元素分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成，2009。

图6 照壁山岩石稀土元素配分曲线(北美页岩数据引自HASKIN et al.,1966)Fig.6 The NASC-normalized REE patterns

5 成矿阶段及矿床成因探讨

5.1 成矿期/成矿阶段

根据矿床的岩石组成、矿石结构构造、矿物共生组合以及围岩蚀变等特征，可将卫宁北山地区照壁山铁矿床成矿过程划分为中-低温热液成矿期和表生氧化成矿期。

中-低温热液成矿期：主要发生黄铁矿化、硅化、绢云母化以及碳酸盐化，形成的矿物主要为黄铁矿、毒砂、白铁矿、石英、绢云母、方解石，少量黄铜矿、方铅矿、白云母、白云石等。中-低温热液成矿期使该矿床成矿元素的初步富集，为工业矿体的最终形成奠定了较好基础。

表生氧化成矿期：原生矿石在地表浅部经历了氧化、淋滤等作用。形成的主要矿物为褐铁矿、水赤铁矿、针铁矿、孔雀石、黄钾铁矾、方解石，次要矿物有白铅矿、菱锌矿、纤铁矿、高岭石等。表生氧化作用可使矿床成矿元素进一步富集，在工业矿体形成中起到了重要作用。

5.2 成因探讨

照壁山铁矿床的矿体大多以脉状为主，充填在围岩裂隙中，特别是软硬岩层之间矿脉沿走向及倾向均有分枝现象。另外，在近矿围岩中常见有黄铁矿化、硅化、绢云母化等热液蚀变现象，同时在矿石也常见到石英、方解石、重晶石脉的穿插。综合上述特征，均表明照壁山铁矿床早期为中-低温热液型矿化。后期经历了较强烈表生氧化、淋滤作用，形成褐铁矿、水赤铁矿、针铁矿。从这个角度分析，应属于中-低温热液和表生氧化作用复合成因。依据区域上有闪长玢岩脉出现，以及地球物理资料显示可能有隐伏岩体存在，早期成矿的中-低温热液作用可能与这些岩浆活动有关。至于铁的成矿物质来源，可能有2种：一是来自围岩地层(下石炭统前黑山组、丑牛沟组碎屑岩及上石炭统羊虎沟组第一段含褐-赤铁矿结核)。照壁山铁矿区在晚石炭世早期，祁连海与华北海连通(阎存凤等，2008)，陆源碎屑物在此大量沉积，这就提供了较为丰富的铁质(徐广平等，2011；李文渊等，2006；钱壮志等，2003；汤中立等，2005)；二是沉积成矿岩及岩浆作用的流体带来的成矿物质。照壁山地区是岛弧-造山带和大陆边缘地带，华力西构造运动在这里发育了一系列轴向北东东的褶皱和断层，正是在这些北东东向的断层构造强烈地带，因为地热较高，同时又有不断新生的地质体能给地下水提供充足的热能和矿质，有利于形成地下水含矿热液(艾宁等，2011)。

表3 卫宁北山地区照壁山铁矿床微量元素分析结果表(10-6)Tab.3 Trace elements abundances of Zhaobishan ore deposit(10-6)

注：微量元素分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成，2009。

图7 微量元素标准化蛛网图(微量元素标准化数据自GROMET, et al., 1984)Fig.7 Trace elements normalized spider diagrams

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