内蒙古北山造山带东段虎头山北地区地质构造特征及铜金找矿方向探讨

霍明宇卢克学佀先丽戴帅军路明亮薛亚飞姚林锋刘丹解国爱

（1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南郑州 450016；2.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南郑州 450016；3.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京 210023）

0 引言

北山地区是中亚造山带的重要组成部分，一系列近东西向平行分布的深大断裂和岩浆岩发育，是我国重要矿化集中区之一（聂凤军等，2003；赵国斌等，2013；杨岳清等，2013；靳拥护等，2020）。长期以来，众多地质工作者对该区地质构造特征和金属非金属矿产产出规律做了深入研究，获得了大量的第一手数据和地质成果（戴霜等，2003；彭海练等，2018；许荣科等，2010；张善明等，2014；赵满寿等，2007），但该区地处荒漠，第四系沙砾覆盖严重，地质工作程度相对偏低。

虎头山北—湖西新村地区位于北山造山带东段，甘蒙交界处，行政区划隶属内蒙古自治区阿拉善盟额济纳旗马鬃山苏木和赛汉陶来苏木管辖。区内多为中低山及戈壁荒漠，基岩出露较差。2015—2017 年依托内蒙古地质勘查基金，虎头山北幅、二十五号幅、二十九号北幅、九号半幅、七号幅、湖西新村幅等六幅1 ∶5 万的区域矿产地质调查项目正式实施，该项目坐标极值范围：东经99°45′00″～100°30′00″，北纬40°55′00″～41°30′00″，工作区面积合计1820 km2，项目共计完成1 ∶5 万矿产地质填图978 km2，高精度磁法扫面888 km2，土壤测量494 km2，探槽施工1350 m3，结合光薄片、岩石微量元素、硅酸盐、稀土、光谱等样品鉴定和测试，对测区构造、地层、侵入岩、火山岩、矿产进行了全面地质矿产调查，基本查明了测区地质概况，为成矿预测提供了基础地质依据。根据该区含矿层位，构造背景、岩浆活动等主要成矿类型，在对化（矿）点空间分布规律及成矿时间演化规律分析的基础上，结合物探、化探、遥感异常等成矿信息，在虎头山北幅圈出4 个成矿远景区，并进一步划出4 个重点找矿靶区。新发现贵金属矿产6 处，有色金属矿产5 处，黑色金属矿产3处，非金属矿产2 处。其中，金多为石英脉型热液型和构造热液蚀变型，Au 品位0.094×10-6～0.35×10-6；铜矿主要赋存于公婆泉组内东西向断层、北西向断层与近南北向断层交汇部位，受构造控制，为中-低温热液型，Cu 品位0.22%～11.82%；铁矿赋存于公婆泉组（S2-3g）砂岩内晚期近东西向破碎带中，矿石矿物主要为褐铁矿，规模小，品位低；非金属矿主要为电气石，矿床成因类型为伟晶岩型，含量40%左右。

1 区域地质背景

北山地区大地构造位置上处于塔里木—中朝板块、西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块交汇部位（左国朝等，1990）（图1a），该区位于天山—兴蒙造山带（中亚造山带在中国部分）中段，天山—兴蒙构造带为古亚洲洋自新元古代至古生代的俯冲-汇聚作用形成的全球典型的增生造山带（杨合群等，2006；余吉远等，2012；牛亚卓等，2020）。北山地区东段发育一系列近EW 向的深大断裂，自北向南，分布有梧桐大泉-红石山-额济纳旗断裂、沙泉子-红尖兵山-路井断裂、星星峡-石板井-小黄山断裂、玉门关-垒墩泉-鼎新断裂，以及NE 向断裂，自西向东分别是黑石山-狼山-北大泉断裂、三危山断裂、阿尔金南缘断裂和鼎新-额济纳旗断裂（杨建国等，2015），虎头山北地区位于沙泉子-红尖兵山-路井断裂带上（图1b）。

图1 研究区大地构造位置（图a 和b）及虎头山北地区地质简图（c）

工作区出露地层主要为古元古界北山岩群（Pt1B）、中-上志留统公婆泉组（S2-3g）、上志留统碎石山组（S3ss），下白垩统赤金堡组（K1ch）（图1c）。北山岩群（Pt1B）主要岩性以黑云石英片岩、灰岩、石英岩、大理岩为主，夹二云二长片麻岩、斜长角闪片麻岩，其原岩为一套碎屑岩和碳酸盐岩岩系，形成于浅海相沉积环境，构成了北山地区变质结晶基底；公婆泉组（S2-3g）以中基性火山岩夹碎屑岩为特征，主要岩性为安山岩、粗安岩、凝灰岩、玄武岩，夹砂岩、灰岩、大理岩等；碎石山组（S3ss）以碎屑岩为主夹碳酸盐岩建造，岩性下部灰岩夹砂岩，上部砂岩、硅质岩夹灰岩、安山岩，灰岩中产珊瑚、腕足类、三叶虫等化石，下与公婆泉组整合接触；赤金堡组（K1ch）主要岩性为黑色、杂色砾岩、砂岩、泥质粉砂岩等，在该区零星分布，角度不整合于志留系公婆泉组之上。

区内侵入岩以古生代、三叠纪、白垩纪岩浆活动最为强烈，白垩纪后期岩浆活动次之。各时代岩浆岩一般呈北西向或近东西向带状分布，与区域构造线一致。火山岩在古生代志留系公婆泉组中最发育（杜玉良等，2009）。

2 主要断裂构造特征

2.1 北西向断裂

测区北西向断裂以F1 断裂为代表，从北西向带状航磁异常和基岩区构造岩特征观察，该断裂规模较大，区域上为沙泉子-红尖兵山-路井断裂的组成部分，在路井交叉沟金矿，见构造角砾岩，角砾岩成分主要有花岗岩、石英岩、板岩等，断裂带附近片岩、板岩的面理产状为190o∠45o（图2c，2d），并有糜棱岩化岩石分布，面理为190°∠45°，糜棱岩中见到不对称的小褶皱和长石旋转碎斑，表明剪切方向为左行剪切，交叉沟金矿产在此韧性剪切带中（图2a，2b）。

图2 路井交叉沟F1 断裂带

该断裂在虎头山北幅内出露于中西部，侵入岩与志留系公婆泉组接触部位的基岩区，向东南覆于第四系戈壁之下，从带状航磁异常分布特征分析，异常带基本上代表了断层的出露位置和分布方向，呈NW—SE 向展布（图1c，图3）。

图3 F1、F2 断裂1 ∶5 万高磁特征

F1 在虎头山北幅经1088 高地探槽揭露，构造破碎带宽约150～200 m，构造带内岩石破碎，从构造带中心向边部构造岩分带明显，在红色中细粒钾长花岗岩中韧性变形明显，定向构造清楚（图4a），强烈的构造变形使块状岩石转化为以片状、纤状矿物为主的构造片岩，其产状218°∠65°（图4b），断层带内闪长岩受到强烈的压碎和研磨作用形成构造碎裂岩，宽约2 m，破碎带产状为220°∠70°（图4c）。

断层南侧为公婆泉组为安山岩、玄武安山岩、英安岩、安山质含砾凝灰岩，其内见有晚三叠世二长花岗岩及燕山期后花岗岩脉侵入。F1 断层带地表出露宽达100 余米，带内硅化、绿泥化、绿帘石化普遍（图5），在断层带两侧发现了多处铜、金矿（化）点。该断裂为一重要构造边界，经历了早期左行韧性和晚期脆性多期构造活动，是重要的矿液运移通道和容矿控矿构造，对地层、岩浆岩的分布具有一定的控制作用、对寻找铜、金等多金属矿产、成矿控矿研究具有重要意义。

图4 F1 断层在虎头山北1088 高地构造带岩石实拍照片

图5 1088 高地F1 断层剖面图

2.2 EW-NE 向断裂

在虎头山北中南部1081 高地出露断层F2，呈近EW-NE 向分布于中晚志留统公婆泉组硅质岩、安山岩中，区内基岩区出露长1500 m，向东北隐伏于第四系戈壁之下（图1c）。F2 在1081 高地附近，断层破碎带宽50～148 m，岩石破碎，构造岩由红色铁质碎裂岩化硅质岩、灰色硅质碎裂岩组成。岩石内裂隙发育，在裂隙内见有不规则状、网状石英细脉，硅化、褐矿化蚀变强烈。从断面上擦痕和反阶步分析，该断层具逆-左行平移性质（图6）。

对出露较好的2 个点进行应力场分析，图6a 断层产状为172°∠70°，擦痕产状W∠23°，求解构造应力场：σ1=230°∠10°，σ2=122°∠60°，σ3=324°∠27°。图6b 断层产状为170°∠60°，擦痕产状E∠40°，求解构造应力场σ1=77°∠46°，σ2=230°∠42°，σ3=332°∠15°。

图6 F2 断层在虎头山北1081 高地出露

在图幅西侧1087 高地附近，NE 走向的F3 断层左行错断花岗岩约150 m（图1c），可见该区在NESW 方向的构造应力场作用下，形成近EW-NE 方向的左行平移断层，此组断层形成时间较晚，为成矿后构造，对该区的岩体和前期矿体等起改造作用，其与F1 交汇部位也是重要的内生破碎型矿床的容矿位置。

3 地球物理特征

根据高精度磁测磁场的强弱、磁场的总体轮廓形态，把虎头山北幅磁场大致分成2 个级别共3 个磁场分区，依次为：高磁场1 区、2 区；平静磁场1 区（图3）。高磁场1 区位于图幅北部，主要由4 处正异常和两处负异常组成，正负异常不均匀伴生，梯度变化较大。异常变化范围-39～963 nT，异常走向大体呈东西向展布；高磁场2 区位于图幅西南角，正负异常伴生，梯度变化较大，异常变化范围达-138～1074 nT，异常呈带状，走向明显，大体呈北西-南东展布，区内延伸约15.6 km。

根据磁场特征推测在测区第四系砾砂层下发育断层2 条（图3），NW 向（F1）和NEE 向（F2）各一条，F1 为沙泉子-红尖兵山-路井断裂在该区向南东方向的延伸。在F1、F2 断层推断位置交汇处，异常规模显著增强，梯度变化大，正负异常组合特征明显，是成矿的有利地段。

4 地球化学特征

在虎头山北幅共圈定地化综合异常5 个，经过分类评序，确定为乙类异常3 个（AP3、AP4、AP5）；丙类异常2 个（AP1、AP2）（图1c）。AP1、AP2 位于虎头山北幅北部，异常吻合程度较差，强度较低，无明显的浓集中心，多为单点异常。AP3、AP4 和AP5位于虎头山北幅西南部，顺F1 断裂带自西向东依次展开，为矿致异常。

AP3 异常：异常区位于1 ∶5 万虎头山北幅西部，面积约8.977 km2，元素组合有Co、Zn、Cu、Be、Nb、Ni、Sn、As、La、Au、Mo、Y、Sb、W 共14 种元素，其中Ni、Co、Zn、Cu 形成有一定规模多元素组合异常带，异常吻合程度好，面积较大，强度一般，有浓集中心，评序值为19.531。

AP4 异常：异常区位于1 ∶5 万虎头山北幅西南部，面积约9.188 km2，元素组合为Ni、As、Cu、Co、Y、La、Sb、Nb、W、Sn、Ag、Zn、Li、Au 共14 种元素，元素组合较全，其中Ni、Cu、Co、As 形成有一定规模元素组合异常带。异常吻合程度较好，面积较大，强度较高，浓集中心较明显，评序值为34.030。

AP5 异常：异常区位于1 ∶5 万虎头山北幅西南部，面积约20.196 km2，该异常呈不规则状元素组合，有Ag、As、Bi、Co、Li、Mo、Cu、W、Ni、Sb、Zn、Sn、Pb、Y、La、Nb、Au 17 个元素，其中Ni、Ag、As、Bi、Co、Li、Mo、Cu、W 形成有一定规模多元素组合异常带。浓集中心明显，尤其是Ag、As、Co、Mo、Cu、Ni、Bi 异常吻合程度好，面积大等，强度高，浓度分带为三级，多个浓集中心。Cumax1685×10-6，平均值808×10-6，Agmax2.56×10-6，平均值1.48×10-6，Asmax663×10-6，平均值197.643×10-6，Momax66×10-6，平均值28.125×10-6，Comax274×10-6，平均值148.6×10-6。该异常北部有金（Au）异常，有一定规模Aumax4.64×10-9，平均值3.725×10-9，该异常评序值为136.348。

5 找矿方向

在虎头山被及邻区6 幅图内共发现矿（化）点14 处，其中第1～12 处位于虎头山北幅内，第13～14处位于九号半幅内，其中3 号为电气石矿化点，10号、11 号、13 号为铁矿化点，其余10 处均为铜金矿化点（图7）。

5.1 矿床成因类型

通过对研究区内14 处（铁、铜金）矿化点野外调查及采样分析，区内铜金矿（化）体成因类型主要以热液充填交代型为主，与北山矿带中发育的红石山南金矿、风化梁北金矿等矿床成矿类型一致（彭海练等，2011；赵鹏彬等，2019），铜、金含矿体主要赋存于志留系公婆泉组、古元古界北山岩群及断裂带中。

金矿（化）体有1 号、2 号、4 号、5 号、6 号、14 号6 处矿点，分别赋存于古元古界北山岩群石英片岩石英岩、志留纪公婆泉组安山岩砂岩、大豁落山组硅质岩白云质灰岩断层破碎带和晚石炭世花岗岩接触带中，矿脉走向近东西向或NWW 向，长度50～350 m，宽度1～20 m 不等。矿石类型主要为碎裂结构、块状构造，主要矿石矿物为孔雀石、黄铜矿、褐铁矿等，脉石矿物为石英，围岩蚀变有褐铁矿化、硅化、绿帘石化、碳酸盐化；Au 品位0.094×10-6～0.35×10-6不等；成矿时代均为燕山期，矿床成因类型为中-低温热液型。

图7 虎头山北幅成矿远景区及找矿靶区位置示意图

铜矿化体有7 号、8 号、9 号矿点：矿体赋存于公婆泉组内东西向断层、北西向断层与近南北向断层交汇部位，受构造控制明显。矿化体为硅化、碳酸盐化或孔雀石化硅质岩，围岩蚀变有硅化、绿帘石化，孔雀石化，黄铁矿化、褐铁矿化等。矿脉长100～500 m，宽度0.2～9.4 m。矿体产状182°∠89°。矿石为硅质结构，块状构造，矿石矿物：孔雀石、褐铁矿。脉石为硅质和碳酸盐矿物。刻槽样Cu 品位0.22%～11.82%。矿床成因类型为中-低温热液型。

电气石含矿（化）体（3 号矿化点）：矿体赋存于古元古界北山岩群石英片岩、石英岩中，产状直立，矿化体界线清晰，无明显蚀变现象；矿化体SE120°方向延伸长度约100 m，宽约70 m，矿石类型主要为：柱粒状变晶结构，块状构造，矿石矿物为电气石，含量40%左右，脉石矿物：石英，磷灰石、绿泥石等，矿床成因类型为伟晶岩型。

铁矿（化）体（10 号、11 号）：矿体赋存于公婆泉组（S2-3g）长石石英砂岩内破碎带中；围岩为长石石英砂岩，围岩蚀变：褐铁矿化、硅化、碳酸盐化等，矿石主要呈碎块状、角砾状，矿石矿物为褐铁矿，脉石矿物：石英，矿床成因类型为内生破碎带型。

5.2 矿床赋存空间规律

在虎头山北幅共圈定的5 个地球化学综合异常中，3 个乙类异常全部顺F1 断裂带自西向东依次排布，4～12 号矿化点均位于该区域，3 个异常区地质单元特征相似，南部为志留纪中上统公婆泉组（S2-3g），主要岩性为安山岩、安山质角砾岩、白云质灰岩、岩屑晶屑凝灰岩等，地层产状220°∠35°；北部以侵入岩为主，主要岩性为：钾长花岗岩、中粒二长花岗岩、花岗闪长岩等，呈岩株状产出。矿化蚀变有褐铁矿化，绿帘石化，孔雀石化、黄铜矿化和黄铁矿化等。从地表探槽揭露情况来看，Cu、Au 矿化区域处于燕山期花岗岩和公婆泉组（S2-3g）接触部位，厚度较大，蚀变强烈。通过类比，北山地区铜、金矿床与造山断裂带发育关系紧密（杨文海，2005），综上可以认为，NW 向断裂（F1）是燕山期花岗岩体和矿液的运移通道，是重要的容矿、控矿构造，直接控制着矿体的空间定位。在F1 断裂带南北两侧均有Cu、Au 矿点分布，说明沿断裂具有较好的成矿地质条件。

5.3 成矿时间演化规律

测区矿（化） 点位于破城山—鹰咀红山钨（锡）—金—铁—铜多金属成矿带（Ⅳ）带内，从矿化产出位置、构造环境、围岩蚀变类型特征等分析，测区内具有工业价值或找矿意义的矿（化）为铜、金矿化，通过与北山地区同类矿化对比，均为燕山期构造岩浆活动的产物（高峰等，2018；戴霜等，2002）。

5.4 找矿标志

根据区内矿产种类分布特点，结合该区的工作实际情况，该区的铜、金矿主要有以下找矿标志。

（1） 侵入岩标志

燕山期花岗岩和铜、金矿床同期形成，铜、金矿化主要赋存于燕山期花岗岩与其它地质体接触带中。

（2） 构造标志

该区NW 向断裂构造（F1）发育，断裂带深度、宽度大，是含矿热液的运移通道和赋存空间，与这些断裂构造相伴生的次级断裂是构造蚀变岩型矿床发育的有利部位。

（3） 矿化蚀变标志

该区黄铜矿化是铜、金矿的主要直接找矿标志，近矿围岩蚀变主要有孔雀石化、黄铁矿化、绿帘石化和褐铁矿化等，距矿（化）体较远处绿帘石化发育。

（4） 地球化学找矿标志

该区铜成矿区内是Mo、Cu、Bi、Sb、As 元素的地球化学高背景区，Cu、As、Sb、Bi、Mo 相对集中，而低Au、Ag、Pb、Zn、W、Sn、Ni、Co 的地球化学场特征。

5.5 矿产预测

经过综合分析调查区域成矿地质条件、考虑成矿信息浓缩程度、资源潜力大小等因素，在研究区圈定4 个成矿远景区和4 个优选找矿靶区（图7）。

以上铜、金成矿远景区内矿化蚀变强烈，矿（化）点较多，且矿（化）体具有一定的规模，成矿地质条件良好，找矿标志明显，物化探异常比良好，铜、金资源潜力较大。

6 结论

虎头山北地区属石板井—旱山—东七一山金、铜多金属成矿带，不同时代的地层、岩浆岩发育、构造复杂，成矿地质背景较好，具有优越的成矿条件，是寻找铜、金多金属矿床的有利地段。古元古界北山岩群和志留系公婆泉组是铜、金矿化的主要赋矿层位，燕山期花岗岩同期含矿热液是矿液来源。测区F1 断裂具早期左行韧脆性剪切变形和晚期脆性变形多期构造活动的特征，不但控制着岩浆的来源，也是成矿热液运移的主要通道。近EW 向断裂、NE向断裂，形成时间较晚，是重要的蚀变碎裂岩型矿床的容矿、控矿构造。测区铜、金矿点主要分布于围岩与岩体接触蚀变带、构造蚀变带内，依据板块构造理论和成矿系列理论，通过区域典型矿床和测区铜、金矿床（点）的对比研究，结合物探、化探异常和遥感特征，在虎头山北地区圈出4 个成矿远景区，并进一步确定了4 个优选找矿靶区。