0 引言

西华山地区位于宁夏海原县城西约 20 km 处，是宁夏重要的金多金属成矿远景区之一（李厚民等，1997）。区内构造活动强烈，各种矿化与热液蚀变现象显著。经过不同时期地质调查、矿产调查及矿产普查等工作，相继在该地区发现了多个金、铜、银、铅等矿床（点），例如马场金矿床、柳沟金矿床、簸箕掌铜矿床、山岔台铜金矿床和泉儿沟金矿床等 （杨克成等，2022），其中马场金矿为小型金矿床，预测金资源量为1.5 t（邹武建等，2012^①），是该地区目前发现的规模最大的金矿床。前人在马场金矿床地质特征、成矿条件、成矿物质来源及矿床成因等方面做了一些研究工作，取得了一定认识，但相对比较简单，很多成果主要是基于野外调查及定性分析的基础上，缺乏相关的实验数据支撑（李厚民等， 1996，1998；李红宇等，2009；杨克成等，2022）。

成矿物质来源是矿床地球化学研究的一项十分重要的内容，也是制约成矿地质体确定的关键因素（楚克磊等，2020）。硫是金属矿床中成矿元素迁移、富集、沉淀的重要矿化剂，通过 S 同位素组成的分析，可以间接示踪和判断成矿物质的来源 （Ohmoto，1972；刘冬勤等，2021；刘海鹏等，2022），进而研究矿床的成因（郑伟等，2012）。为此，本文在系统总结马场金矿床地质特征基础上，通过 S 同位素方法，对金矿成矿物质来源进行了详细分析，并以此探讨了金矿床成因，为西华山地区金多金属矿床的进一步找矿突破提供参考和依据。

1 区域地质背景

西华山地区大地构造位置上处于祁连秦岭褶皱带东部，向北靠近走廊过渡带，东为华北陆块之鄂尔多斯地块，为陆块活动带边缘与褶皱带交汇部位（图1a）（宁夏回族自治区地质调查院，2017；杨克成等，2022）。区域上出露地层主要有中元古界蓟县系海原群，其次为新元古界震旦系、古生界志留系和泥盆系及新生界，其中海原群为一套变质的基性火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造（李厚民等， 1997），被位于西华山南北麓的2条北西向深大断裂所围限（图1b）。这2条深大断裂向西一直延伸到甘肃的黄家洼山，向东从南华山两侧通过，早期以压性为主，但第四纪以来两盘明显错动，具走滑性质。

区内未见岩浆岩出露，但在西华山西南约 10 km 的南华山地区出露有多个花岗闪长岩岩体，如菜园岩体、油房院岩体、乱堆子岩体、曹洼岩体、石洼里岩体等，均为加里东期岩浆活动的产物。

2 矿区地质特征

2.1 矿床地质

马场金矿床位于西华山东南部的马场一带（图1）。矿区出露地层主要为中元古界海原群变质岩，从东到西依次为：五桥沟组（Jxw）、簸箕掌组（Jxb）、马场组（Jxm）和天都山组（Jxt）（图2）。五桥沟组 （Jxw）主要为一套白云石英片岩、白云片岩、含绿泥钠长白云片岩，夹少量白云大理岩、方解大理岩、绿帘绿泥片岩、绿帘钠长角闪片岩。簸箕掌组（Jxb）岩性主要为白云大理岩、含硅质白云大理岩、硅质条带细粒白云大理岩和方解大理岩，夹少量白云钠长石英片岩、二云钠长石英片岩。马场组（Jxm）岩性主要为白云片岩、白云石英片岩、含石榴二云钠长石英片岩，夹少许绿帘钠长阳起片岩、绿泥钠长阳起片岩。天都山组（Jxt）主要由一套较单一、稳定的钠长白云石英片岩、钙质钠长白云片岩、白云石英片岩、白云片岩组成，夹少许钠长阳起绿泥片岩、钠长绿帘阳起片岩，偶夹含石墨白云片岩、方解大理岩，是矿区主要赋矿地层。

矿区断裂构造较发育，主要由北西向、北北西向、近南北向和北东向 4 组。北西向断层主要分布于矿区中西部，多为压扭性，多数被石英脉、煌斑岩脉充填，为矿区主要赋矿构造（图2）。北北西向断层晚于北西向断层，多为张性或张扭性。近南北向断层主要分布于矿区东部簸箕掌一带，切割海原群地层，多表现为逆冲性质，兼有平移特征。北东向断层矿区内较少，主要分布于马王庙一带。

区内岩脉较发育，常见的有煌斑岩脉（图3a）、石英脉、钠长岩脉、斜长岩脉、次火山岩脉等，其中煌斑岩脉多沿北西向断裂分布，与金矿化关系密切。

2.2 矿体地质

目前，矿区共发现工业金矿体 2 条、金矿化体 7 条，2条金矿体编号为马1、马2（表1），7条金矿化体编号依次为马 3、马 4、马 5、马 6、马 7、马 8和马 9（表2）。主要赋矿地层为中元古界蓟县系海原群天都山组，金矿（化）体主要由含金煌斑岩脉（图3b）、含金石英脉（图3c～e）及碎裂云母钠长石英片岩（图3f）构成。矿（化）体主要呈脉状，沿北西向断裂构造分布（图2），在 1∶10000 土壤测量 Au 的地球化学图中也显示出 Au 原生晕北西向展布的特点（图4）。矿体规模大小不一，马 1 矿体长度大于 100 m，厚度 0.61 m，斜深 30.5 m，矿体倾角 70°～80°，倾向 210°，平均品位w（Au）=8.88×10^-6；马2矿体长30 m，厚度 2.86 m，斜深 31.5 m，平均品位 w（Au）=4.39× 10^-6，矿体中伴生有银矿化，银平均品位 w（Ag）= 7.94×10^-6（表1）。7条矿化体中最长的为马 9，长约 90 m，宽 0.10～0.40 m，斜深大于 30 m；矿化体倾向变化较大，介于20°～355°，大部分向西南倾，部分倾向北东或北，倾角 55°～86°；金的品位最大的为马 3，最高可达 10. 05×10^-6，其余矿化体金的品位介于 1.37×10^-6～9.60×10^-6（表2）。

矿石类型以氧化矿石为主，常见的金属矿物主要有褐铁矿、黄铁矿、黄铜矿、蓝铜矿、斑铜矿、孔雀石等（图3g～i），非金属矿物主要为石英、黑云母、方解石等（图3h、3i）。自形—半自形粒状结构、碎裂结构、交代残余结构、胶状结构；稀疏浸染状、网状、皮壳状、蜂窝状和土状构造。围岩蚀变强度较弱，常见的有褐铁矿化、黄铁矿化、硅化、孔雀石化等（图3g～i），蚀变分带性不明显。

3 硫同位素组成

为准确判断马场金矿成矿物质来源，在详细野外及镜下观察基础上，挑选了 2 件地层全岩样品、2 件黄铜矿和 4件黄铁矿单矿物样品进行了 S同位素测试。2件地层全岩样品岩性为褐铁矿化钠长石英片岩和褐铁矿化石英脉，均采自马 1 矿体的蚀变围岩；2件黄铜矿样品采自马2矿体的含金碎裂白云钠长石英片岩，4件黄铁矿样品采自马1矿体的含金石英脉。具体测试在北京锆年领航科技有限责任公司完成，所用仪器为美国热电公司的253 plus、Flash EA 元素分析仪和 Conflo IV 多用途接口。将含有不超过 100 μg 硫的样品包在一个 9 mm×5 mm 的锡杯里，自动进样器每次投入燃烧反应器中一个样品，通入氧气，使样品在 960℃下充分燃烧，燃烧产生的所有气体在氦载气流下带入并通过分层充填 WO₃ 和 Cu 丝的氧化还原反应管，使所有气体充分氧化，同时使生成的少量 SO₃通过 Cu丝时还原为 SO₂。气体通过一根色谱柱（Sulphur Separation Column for IRMS/HT；PN 260 070 80）将 SO₂和其他杂质气体分开后进入质谱仪测试（刘飞，2019；徐荣，2021；张中欣等，2022）。采用 IAEA-S-3、GBW04414 和 GBW04415共 3种标准物质。标样的分析精度优于 0.2‰。S含量根据样品的峰面积计算出来，测试结果详见表4。

注：“-”代表没有相关测试。

根据测试结果，2件蚀变地层全岩样品δ³⁴S值介于＋4. 01‰～＋4.16‰，平均值为＋4. 09‰；2 件黄铜矿单矿物 δ³⁴S 值介于＋7.24‰～＋7.46‰，平均值为＋7.35‰；4 件黄铁矿单矿物 δ³⁴S 值介于＋ 2. 08‰～＋10.90‰，平均值为＋6.87‰。8 件矿石样品的δ³⁴S平均值为＋6.29‰（表3）。

4 讨论

4.1 成矿物质来源

前已述及，硫是金属矿床中成矿元素迁移、富集、沉淀的重要矿化剂，通过硫同位素组成的分析，可以间接示踪和判断成矿物质的来源，进而研究矿床的成因。但是对于矿床中硫的来源的分析必须根据硫化物沉淀时热液的总硫同位素组成来进行探讨（郑永飞，2000），热液成矿作用形成的硫化物和硫酸盐的 δ³⁴S 值并不等于热液总 δ³⁴S 值（Ohmoto， 1972）。Ohmoto（1972）提出如果热液系统中不存在硫酸盐类矿物，并且矿物组合比较简单时，硫化物的 δ³⁴S值大致可以代表热液总 δ³⁴S值。马场金矿床发育形成的硫化物主要为黄铁矿、黄铜矿，矿物组合较简单，反映出成矿流体中不同价态的硫之间硫的同位素分馏较弱，因此硫化物的 δ³⁴S 值基本能够代表成矿热液的硫同位素组成。马场金矿2件黄铜矿 δ³⁴S 值平均为＋7.35‰，4 件黄铁矿 δ³⁴S 值平均为＋6.87‰，两者基本一致，表明硫可能主要来自地层。但 6 件硫化物 δ³⁴S 值并不高，除 MC-26（δ³⁴S 值为 ＋10.90‰）和 MC-15 样品（δ³⁴S 值为 ＋ 10.59‰）以外，其余样品的 δ³⁴S 值均在＋2. 08‰～＋7.46‰ 之间，并且 2件蚀变地层全岩的 δ³⁴S值（平均值为＋4. 09‰）也明显偏低。李厚民等（1997）对与马场金矿相邻的柳沟金矿床硫同位素组成进行了研究，发现柳沟金矿黄铁矿δ³⁴S值介于＋0.70‰～＋2.27‰，平均值为＋1.55‰，为零附近不大的正值（表3，图5），反映出了岩浆硫的特点。

注：“-”代表未有工程控制或没有数据，“*”代表按0.8 m厚度折算的金的平均品位。

为详细探讨金矿形成与地层、岩浆活动之间的关系，本文收集了前人对整个南西华山地区地层、岩浆岩数据（表4）。从表4中可以看出，变质基性火山岩类、变质碎屑岩类和碳酸盐类中 Au、Cu的背景值明显较高，其中 35 件变质基性火山岩类样品 Au 的背景值为 3.35×10^-9、Cu的背景值为 129.40×10^-6； 65 件变质碎屑岩类样品 Au 的背景值为 3.22×10^-9、 Cu 的背景值为 59.70×10^-6，反映出地层为金铜多金属矿的形成提供了成矿物质。此外，虽然南华山地区部分花岗闪长岩、二长花岗岩和石英钠长岩样品 Au、Cu的含量也较高（李厚民等，1998），但样品数量相对较少（只有 5 件含量较高），可能为柳沟金矿的形成提供了成矿物质（李红宇等，2009），而马场金矿成矿物质更偏向于地层来源。结合 S 同位素组成，认为马场金矿床的成矿物质主要来自地层。

4.2 矿床成因

矿区与金矿化关系密切的围岩主要为中元古界海原群、煌斑岩及石英脉，其中海原群在整个南西华山地区大面积出露，是一套形成于活动大陆边缘弧前盆地的基性火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造，金等成矿元素含量较高，而震旦系、志留系、泥盆系等其它地层均无矿化现象，反映出金矿的形成与海原群具有密切的成因联系。结合 S 同位素组成特点，认为海原群可作为金铜多金属矿的矿源层。海原群在中元古代晚期遭受了动力进变质作用（李红宇等，2009），糜棱岩化过程中使 Au 的含量显著提升，但这种变质作用的结果使得一些破裂构造封闭，造成区域变质作用对金矿成矿的贡献比较有限。

a—煌斑岩脉；b—煌斑岩手标本；c～d—含矿石英脉及蚀变围岩；e—含矿石英手标本；f—孔雀石化、褐铁矿化云母钠长石英片岩； g～i—主要矿物组成

Py—黄铁矿；Ccp—黄铜矿；Cv—铜蓝；Bn—斑铜矿；Lm—褐铁矿；Mal—孔雀石；Q—石英；Cal—方解石

西华山地区出露较多的加里东晚期岩浆活动派生的煌斑岩脉（宁夏回族自治区地质调查院， 2017），这些煌斑岩脉在空间上与金矿（化）体密切相关，甚至有些直接构成了金矿体。野外调查发现，这些煌斑岩脉普遍发生黄铁矿化、碳酸盐化（图3a、3b）。杨克成等（2022）认为马场金矿属与煌斑岩密切相关的中温热液矿床，成矿流体主要为 H₂O、 CO₂和 N₂，成矿温度为 278～385℃，以中温为主（李厚民等，1996，1998）。李红宇等（2009）认为中元古代晚期—新元古代早期，受南北向挤压作用影响，该地区海原群发生强烈地变质变形，形成大量的剪切面理、拉伸线理、顺层滑动断层及糜棱岩系；奥陶纪晚期—早志留世，南华山地区岩浆的侵入为矿化再次活化提供了动能和热力条件，使海原群中的硅质、矿质强烈活化、迁移（李红宇等，2009；宁夏回族自治区地质调查院，2017），从而形成现有规模的马场金矿床。

根据区域地质演化史，研究区所在的北祁连造山带经历了早古生代洋壳俯冲及之后的陆-陆碰撞，是一个典型的增生型造山带，为原特提斯洋闭合的产物。区内出露的蛇绿岩、高压-超高压变质岩和岩浆岩的相关研究表明，北祁连造山带具有典型增生造山带的“沟-弧-盆”体系（于胜尧等，2007； 张建新等，2015；田振等，2018；宋述光等，2019）。北祁连造山带发育大量的古生代花岗岩类，形成时代为 516～383 Ma，记录了北祁连原特提斯洋俯冲、弧-陆和陆-陆碰撞及碰撞后伸展的演化全过程，普遍认为至少在440 Ma时北祁连洋已经闭合（陈育晓等，2012；熊子良等，2012）。而南华山地区出露的岩浆岩形成时代为晚奥陶世—早志留世，具有高镁埃达克岩的典型特征，为俯冲洋壳+沉积物部分熔融的产物，形成于洋壳俯冲过程中（李红宇等， 2009；宁夏回族自治区地质调查院，2017）。研究区马场金矿床与该期岩浆活动派生的煌斑岩脉密切相关，表明其可能为北祁连造山带造山运动的产物。

注：“*”表示铜的背景值中扣除了高值点。

结合研究区金矿严格受断裂构造控制、成矿物质主要来源于地层、矿体主要呈脉状及成矿流体为变质流体（流体包裹体、H-O 同位素数据，未刊）等特点，对比典型造山型金矿（Groves et al.，1988； Goldfarb and Groves，2015；陈衍景等，2007；王庆飞等，2019），以及与邻区卫宁北山金场子金矿床（海连富等，2020，2021，2023）进行对比，综合认为马场金矿床为北祁连造山带造山运动的产物，为造山型金矿床。

5 结论

（1）马场金矿是宁夏西华山地区目前发现的规模最大的金矿床，共有工业金矿体 2 条、矿化体 7 条。金矿（化）体主要由含金煌斑岩脉、碎裂云母钠长石英片岩及石英脉构成，多呈脉状，沿北西向断裂构造分布，构造控矿明显。

（2）马场金矿床矿物组合较简单，成矿流体中不同价态的硫之间硫的同位素分馏较弱。S同位素结果显示，2 件黄铜矿 δ³⁴S 值平均为＋7.35‰，4 件黄铁矿δ³⁴S值平均为＋6.87‰，2件蚀变地层全岩样品 δ³⁴S 值平均为＋4. 09‰，反映出硫具有地层来源的特点。

（3）中元古界海原群可作为金铜多金属矿形成的矿源层，区域进变质作用过程中Au等成矿元素含量显著提升，但对成矿的贡献有限。区域岩浆活动为地层中矿质的再次活化、运移提供了动能和热力条件，从而形成现有规模的金矿床。该金矿为北祁连造山带造山运动的产物，为造山型金矿床。

注释

① 邹武建，张学文，巩斌德，韩宝荣，张海波，胥维刚，靳宁，白如东，何昌浩，郑璐，叶文蓉，徐俐.2012. 宁夏中卫市南西华山铜金矿调查报告[R]. 银川：宁夏回族自治区地质调查院.

参考文献