大興安嶺中段二疊系地球化學特征及其成礦意義

韓峰 侯建軍

摘要：二疊紀海相火山沉積巖系是大興安嶺中段出露的主要基底地層，是銅多金屬礦床的主要富礦圍巖，其中成礦元素Cu、Pb、Zn、Ag、Sn均具有較高的豐度值，是形成礦床的重要物質來源，而不同礦床類型的時、空分布與早二疊世古構造沉積環境密切相關。

關鍵詞：大興安嶺中段 二疊紀地層 成礦元素豐度 成礦物質來源

大興安嶺中段指的是阿爾山—龍江一線(北緯47°20′)至林東—天山北側（北緯44°）和霍林郭勒（東經118°45′）以東地區，是我國重要的且具有巨大找礦潛力的銅、鉛、鋅、銀和稀有稀土元素成礦帶。在已知的134處銅多金屬礦床（點）中，90%以上賦存于二疊紀地層中。對二疊紀地層地球化學的研究，對于了解成礦元素地球化學背景、成礦控制因素以及礦產勘查具有重要的理論和實際意義。

1. 構造演化概況

大興安嶺中段位于內蒙古東南部中—晚華力西褶皺帶的北東部。該褶皺帶是西伯利亞古板塊與中朝古板塊在晚泥盆世—早石炭世沿二連浩特—賀根山一級碰接、隆升后，于中石炭世復又裂解成海，再經早二疊世末的晚華力西運動形成的。因此，本區除東南隅出露少許中石炭統碳酸鹽巖外，廣泛發育二疊系，特別是下二疊統。強烈的燕山期構造—巖漿作用伴隨較廣泛的銅多金屬成礦作用，賦存于二疊系，特別是下二疊統中。礦床的氫、氧同位素特征揭示有大量水參與了成礦作用，而天水向深處運移過程中可能會從地層中萃取礦質。

2. 二疊紀地層特征

二疊紀地層在全區廣泛出露，各地厚度和巖性變化較大，總體呈北東向展布，呈不規劃復式背斜褶皺縱貫全區。

下二疊統總體為淺?！珵I海相連續沉積，具明顯的三分性，由早至晚為碎屑巖—火山巖—碎屑巖夾碳酸鹽巖，具有典型的優地槽沉積特征。

早二疊世早期的青風山組斷續出露在碧流臺、呼和哈德、察爾森一線，下部為雜砂礫巖、砂巖，上部為粉砂巖、黑色板巖，局部夾灰巖透鏡體，厚4628m，碎屑粒度由下而上由粗變細，反映了海水逐漸變深的環境。

早二疊世中期（大石寨期），海水逐漸變深。由于地槽沉降速率的差異，出現3條近于平行的北東向海槽，發生規模較大、強度不一的火山噴發活動，形成了五貧溝—火龍溝、大石寨—黃合吐和魯北—天山3條火山噴發帶，發育中性、中酸性、酸性火山巖建造。這套火山巖系的巖性和厚度變化較大，其中以大石寨黃合吐一線的火山巖最為發育，厚達4607 m。在火山活動間歇期有正常碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積。

早二疊世晚期（吳家屯期），在上述3條火山巖帶之間接受了一套淺?！獮I海相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積，但兩個海盆有各自的特征和發展歷史，控制了本區不同礦床類型的產出和分布。索倫—浩布高海盆主要發育砂巖、板巖和灰巖，為淺海沉積環境，厚1991m，含豐富的腕足、雙殼、苔蘚蟲、珊瑚和筵科等化石。燕山早期花崗巖類侵位于碳酸鹽巖內，形成了區內幾處最重要的夕卡巖型礦床，如神山小型鐵銅礦床，白音諾、浩布高大型鉛鋅（銅）礦床。烏蘭浩特一魯北海盆內沉積了一套砂礫巖、砂巖、板巖，僅局部夾灰巖透鏡體，厚l210m，化石少見，產植物碎片，為海陸交互環境。燕山早期花崗巖類侵位于下二疊統復理石建造中，形成了具有經濟價值的蓮花山和布敦化熱液型銅礦、斑巖型銅礦床及敖瑙達巴斑巖型銅銀錫礦床。

上二疊統為瀉湖一湖泊相沉積，主要由砂巖、板巖夾泥頁巖組成，厚3446 m，含大量淡水瓣鰓、葉肢介及植物化石，植物以安哥拉植物群為主。依二疊系上統的分布狀況，在區內及鄰區可圈定出索倫—老龍頭和林西—陶海營子兩個湖盆。值得指出的是，在研究區之南遠處的上二疊統林西組砂頁巖中有大井子大型熱液型銀銅錫鋁鋅礦床。

3. 各地帶的地層和巖石組合及其地球化學特征

根據上述各層展布和巖石組合特征，將本區由北西至南東依次分為4個北東向地帶：①五岔溝—火龍溝地帶，發育下二疊統大石寨組海陸交互相中性、中酸性及酸性火山巖；②吳家屯—索倫地帶，發育下二疊統大石寨組、吳家屯組海相碎屑巖夾灰巖及上二疊統索倫組瀉湖相沉積巖；③大石寨—黃合吐地帶，發育下二疊統大石寨組堿性和鈣堿性玄武巖、玄武安山巖、安山巖及流紋巖；④好田—新立屯地帶，發育下二疊統青風山組、大石寨組和吳家屯組淺海相碎屑巖及上二疊統瀉湖相砂、頁巖。①和③帶主要發育大石寨組鈣堿性火山巖，形成于火山弧環境，②和④帶除發育少量大石寨組和青風山組火山巖、砂頁巖外，主要發育早二疊世晚期和晚二疊世碎屑—泥質沉積巖，成為①與③與南東側“火山弧”之間的盆地。由于燕山期的銅多金屬礦床主要賦存于②、③、④巖帶的二疊紀地層中，為了探討成礦作用與二疊紀地層的關系，特別是地層是否提供了部分成礦物質，對二疊紀地層進行礦元素豐度的測定，采樣點遠離礦區，基本未受礦化蝕變影響。樣品經正態分布檢驗后，各地帶內各組地層中主要巖類的成礦元素經厚度加權統計，得出了各地帶的成礦元素Pb、Mo豐度最高，而Cu、As、Sb、Mn的豐度最低；吳家屯一索倫地帶Zn、As、Sb的豐度最高，Pb的豐度最低；大石寨—黃合吐地帶Cu、Ag 、Mn豐度最高，Sn、Bi的豐度最低；好田—新立屯地帶Sn、Bi的豐度最高，Zn、Ag、Mo的豐度最低。

上述各地帶成礦元素豐度值之間的差異，顯然與組成各地帶的地層和巖石類型的差異有關，特別是與早二疊世中期大石寨組的巖性變化有關。主要成礦元素Cu、Ag、Zn和Sb、Mn在大寨一黃合吐火山巖帶中的豐度值很高，顯示該層具礦源層的特征。

4. 二疊紀地層的成礦元素豐度及其對成礦的控制

4.1 二疊系各組地層元素豐度值的計算方法

元素豐度值是按以下步驟和方法求得的：①檢驗各類巖石中元素含量的概念分布模式，剔除離群樣品，把服從正態檢驗的樣品的值當作巖石的元素豐度值；對不服從正態檢驗的樣品和元素，把反復剔除2.5倍離差樣品后的樣品和元素的值視為元素豐度的近似值。②求出各地層的元素豐度值。③按各類巖石厚度加權，求出各地層的元素豐度值，豐度值與泰勒克拉克值相比，求出濃集系數。這樣求得的各組地層的化學元素豐度是較客觀真實的。

4.2 地層單元中成礦元素的濃集系數特征

青風山組：濃集系數大于l的元素依次為As、Bi、Sn、Sb、Pb、Ag、Zn、Cr、Mn、Ba，其中As、Bi、Sn、Sb濃集系數大于2，Pb、Ag、Zn的濃集系數大于1.5，Co的濃集系數為0. 99，豐度值與克拉克值相近，Co、Ni亦低于克拉克值。

大石寨組：濃集系數大于1的元素依次為As、Sb、Ag、Pb、Bi、Zn、Cr、Sn、Ba，其中As、Sb的濃集系數大于2，而Cu、Mn、Mo、Co、Ni均低于克拉克值，Cu元素濃集系數為0. 86，其豐度值略低于克拉克值。

吳家屯組：濃集系數大于1的元素依次為As、Sb、Sn、Pb、Ag、Zn、Ba、Cr，其中As、Bi的濃集系數大于2，而Mo、Cu、Ni、Mn、Co的濃集系數小于1。

索倫組：As、Sb、Bi、Sn、Cr、Ag、Ba的濃集系數大于1，其中As、Sb、Bi濃集系數大于3，濃集系數小于1的依次為Zn、Cu、Pb、Mn、Mo、Ni、Co。

胡云中等在我國南嶺地區地層地球化學研究中，按元素的濃集系數大小分為特富集元素(K>5)、富集元素(K>1.5)、穩定元素(0.5≤K≤1.5)和貧化元素(K<1.5)4類。若按這一分類討論本區二疊紀地層中成礦元素的富集情況，則①本區主要成礦元素Cu、Pb、Zn、Ag，除青風山組的Pb、Zn、Ag、Sn，大山寨組的Ag、Pb及吳家屯、索倫組的Sn為富集元素外，其余均為穩定元素。從地層含礦性考慮，Pb、Zn、Ag、Sn在二疊紀地層中有不同程度的初步富集，具備了為成礦作用提供部分物質的可能。這與本區已獲得的部分黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦的鉛同位素模式年齡(254.5—258.5 Ma)相吻合。②As為二疊紀地層中特富集元素，其濃集系數在8.19—28. 24之間，Sb、Bi均為富集元素。Sb在吳家屯組及索倫組中為特富集元素。本區銅銀、鐵銅、鋁鋅銀礦床的礦物組合中，沒有毒砂、斜方砷鐵礦、硫銻銅銀礦、輝鉍礦出現，顯然與地層的高背景有關。

4.3 主要巖石類型成礦元素的濃集系數

為了解二疊系主要巖石類型的含礦性，我們將本區主要巖石類型豐度值與涂里千和魏德波爾等值對比，求出各巖石類型的濃集系數。

(1)As、Bi、Ag在本區所有巖石類型中的濃集系數均大于1，其中As、Bi的濃集系數分別為1.75～8.5和8～61.2。

(2)在正常碎屑巖中，成礦元素Cu、Pb、Zn、Sn、Mo、Sb、Mn趨向于砂巖中富集，其中Cu、Sn、Mo、Zn、Sb的濃集系數大于2。而上述元素在泥質板巖中為穩定元素，濃集系數多小于l。

(3)Sb、Cu、Ag.Zn在大石寨一黃合吐帶火山巖組合中的濃集系數大于1，Sn、Mo的豐度值除在中酸性碎屑熔巖中略高外，在安山巖、凝灰巖中的濃集系數小于1。

(4)在五岔溝火山巖組合中，Pb、Mn的濃集系數大于1，Sn、Zn在中酸性碎屑熔巖、安山巖中的濃集系數大于1，而在流紋巖中的豐度較低。

從各類巖石元素濃集系數可看出本區成礦元素原始豐度情況：①Ag是本區各類巖石中濃集系數大于l的元素，且在各類巖石中較相近，濃集系數為1.1～3. 42。②Cu、Pb、Zn、Sn在砂巖中的濃集系數分別為：2. 77～6.07、1.01～3.09、3.8～7.04、2.5～6. 58，表明地層中成礦元素有一定的富集，尤其是砂巖具有良好的孔隙度和裂隙度的貫通性，在后期熱液環流系統中，有利于元素帶出，為成礦作用提供部分或主要的礦質。③在大石寨一黃合吐帶火山巖建造中，Cu、Ag、Zn的濃集系數分別為1.83～4.37、1.7～5. 59、1.04～1.56，分布比較均勻，表明來自深部，并有一定的初始富集。

4.4成礦元素在地層中的共生組合

應用R型因子分析方法，得出各元素在地層中共生組合的關系，元素因子載荷>0.5，并由大至小排列。對于因子載荷為負者，以方括號區別之。其排列方式反映的是絕對值大小，當同一公共因子中出現正因子載荷的元素，又有負因子載荷元素出現時，應視為各自組成的兩個不同組合。

青風山組：前7個因子的累計方差貢獻占94. 5%，尤其是前3個因子更占主導地位。F1因子與Ag、Sb、Pb關系密切，F2因子與Mo、Sn相關，F3因子出現Bi，因子載荷高。它反映了青風山組中主要微量元素的同生沉積作用。而Co、Cr呈載荷出現，說明Co、Cr、與Ag、Sb、Pb、Mo、Sn、Bi的來源不同，存在一定的反相關關系。F4 -F7因子的方差貢獻僅為29. 9%，F4因子與Mn、Co關系密切，F5因子與As、Ni、Cr相關，Cu呈獨立因子出現在F6中，F7因子為Ni、Co[Zn]組合。Cu、Zn呈負載荷，表明與鐵族元素相關性差，應視為具有同生沉積及后期疊加的雙重性。

大石寨組：包含有大量的中、酸性火山巖，使元素組合具有某些火山活動色彩。F1因子中Pb、Zn、Ag、As關系密切，具有較高的載荷，形成于同生沉積環境。F2因子為Cu、Co、Ni組合，顯示為深源特征，Cu是巖漿—火山活動的主要成礦元素。Ag、As除在F1因子中外，還在F3、F6因子中分別重復出現，表明有疊加作用的因素。

吳家屯組：前7個因子的累積方差貢獻占84. 8%，基本包含了原始變量的大部分信息，F1因子的Zn、As、Cu、Ni組合與F7因子中的鐵族元素相對應，反映了深源特征。F2因子中Pb、Ag相關，與F3因子的Sn、Bi也有一定聯系，可視為同生沉積作用的結果。

索倫組：Zn-Pb-Cr-Mn、Ag-Ba-Cu、S-Cu，分屬于不同因子，表明元素組合來源的復雜性。成礦元素豐度值與其他各組地層相比較低，故在本區提供成礦物質的可能性很小。

5. 結論

上述關于二疊紀地層剖面的元素豐度、元素組合、元素分布型式、濃集系數與地層形成環境的關系研究，顯示了大興安嶺中段主要成礦元素來源、富集程度具有復雜多樣性以及礦床種類在一定程度上受控于富礦圍巖（地層）的特征。

銅、鋅在本區下二疊統變質砂巖中的濃集系數最高，而大石寨一黃合吐地帶火山巖建造中，有銅、銀的初始富集。前者被燕山早期同熔型花崗巖類侵位，形成熱液脈型和斑巖型銅礦床，地層的成礦元素組合與巖體和礦床的成礦元素組合相對應，地層為礦床形成提供了部分銅、鋅；后者則顯示了火山作用的成礦信息。

銅、鋅在下二疊統各類巖石中均有較高的豐度值，尤其是銀多為富集元素，且鉛與銀密切相關，具同源特征，因而推斷下二疊統可能是鉛、銀的礦源層。

鉛、鋅、銀多金屬礦床的成因類型，在空間分布上，受控于富礦圍巖的性質。在大石寨一黃合吐火山島弧北側，碳酸鹽類巖石發育，于侵入巖接觸帶上形成數處夕卡巖型礦床，如白音諾、浩布高大型鉛鋅礦；而南側以正常碎屑巖為主，缺乏碳酸鹽類巖石，則以熱液型和斑巖型礦床為主，如蓮花山銅礦、布敦化銅礦床。因而，在熱液環境作用下，地層本身就可提供成礦物質。初步認為：下二疊統是成礦的物質基礎，而燕山期巖漿侵入是成礦關鍵。

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