戴長(zhǎng)國(guó)

(山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省地礦局深部金礦勘查與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省深部金礦探測(cè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程實(shí)驗(yàn)室，山東 威海 264209)

0 引言

礦床形成的本質(zhì)為成礦物質(zhì)的沉淀聚集，而成礦物質(zhì)沉淀的前提是物理化學(xué)條件的改變，控制物理化學(xué)條件改變的最重要因素之一為成礦深度，只有在一定深度的物理化學(xué)條件界面附近，礦質(zhì)才能沉淀富集形成礦床[1]，因此，成礦深度是礦床研究中不可忽視的一項(xiàng)重要參數(shù)，對(duì)其研究程度極大地影響成礦預(yù)測(cè)水平和深部找礦成效[2-3]。

膠東作為我國(guó)最重要的金礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)累計(jì)探明金礦床200余個(gè)，中型以上金礦床100余處，累計(jì)探明金資源儲(chǔ)量超5000t[4-5]，其中，中型規(guī)模以上的焦家式金礦床64個(gè)，焦家式金礦累計(jì)探明金資源儲(chǔ)量達(dá)4300余噸[5]，該類(lèi)型金礦是膠東最重要的金礦床類(lèi)型。近年來(lái)，該類(lèi)型金礦在500～2000m深部不斷取得重大找礦突破，相繼探明了三山島、焦家、臺(tái)上-水旺莊等3個(gè)千噸級(jí)超巨型金礦床(1)山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省招遠(yuǎn)市水旺莊-李家莊大型金礦床深部及外圍金礦調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告，2020年。[4，6]，顯示出深部巨大的找礦潛力。然而，該類(lèi)型金礦深部是否仍具有找礦空間，賦礦空間在哪是目前制約深部找礦亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。為此，本文選取三山島、焦家、臺(tái)上-水旺莊3個(gè)千噸級(jí)金礦床為研究對(duì)象，在分析成礦深度研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜合利用構(gòu)造特征、巖漿作用及地溫梯度約束該類(lèi)型金礦成礦深度，結(jié)合區(qū)域隆升剝蝕程度研究及典型礦床礦體產(chǎn)出規(guī)律，綜合評(píng)價(jià)深部找礦空間，以期對(duì)該類(lèi)型金礦床深部找礦提供些許思路。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

膠東金礦集區(qū)由隸屬于華北克拉通東南部的膠北隆起和隸屬于秦嶺-大別-蘇魯造山帶東北部的威海隆起及疊加于二者之上的膠萊盆地等構(gòu)造單元組成[7]。膠北隆起主要由太古宙花崗—綠巖帶和古—新元古代變質(zhì)地層及中生代花崗巖類(lèi)組成，另有少量古近紀(jì)—新近紀(jì)火山巖和碎屑沉積物及第四紀(jì)松散沉積物。威海隆起是三疊紀(jì)華北板塊與揚(yáng)子板塊之間的碰撞造山帶，主要由含榴輝巖的新元古代花崗質(zhì)片麻巖和中生代花崗巖類(lèi)組成。膠萊盆地主要由白堊紀(jì)陸相火山—沉積巖系組成。

膠東地區(qū)的中生代花崗巖類(lèi)主要包括侏羅紀(jì)花崗巖類(lèi)(玲瓏花崗巖和文登花崗巖)；早白堊世花崗巖類(lèi)(郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖、偉德山花崗巖和嶗山花崗巖)，少量的晚三疊世花崗巖類(lèi)(寧津所正長(zhǎng)巖、槎山正長(zhǎng)花崗巖)[7]。中生代花崗巖內(nèi)廣泛發(fā)育閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、煌斑巖等脈巖[8]。膠東地區(qū)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，構(gòu)造格架主要包括NE—NEE、NW—NWW和EW走向斷裂構(gòu)造，NE—NEE走向斷裂構(gòu)造數(shù)量多、規(guī)模大，該組斷裂構(gòu)造控制了膠東90%以上已探明的金資源量，為主控礦構(gòu)造[9]。

膠東金礦床主要分布于萊州、招遠(yuǎn)、蓬萊、棲霞、福山、牟平、平度、萊西、乳山和文登等行政市(區(qū))，金礦化類(lèi)型主要為破碎帶蝕變巖型(焦家式)和石英脈型(玲瓏式)。此外，還有硫化物石英脈型、蝕變角礫巖型、蝕變礫巖型和層間滑脫拆離帶型等類(lèi)型[9-10]。焦家式金礦集中分布于膠西北三山島斷裂帶、焦家斷裂帶和招平斷裂帶內(nèi)(圖1)。

1—第四系；2—新近系和古近系；3—白堊系；4—元古宇；5—含榴輝巖的新元古代花崗質(zhì)片麻巖；6—太古宙花崗—綠巖帶；7—白堊紀(jì)嶗山花崗巖；8—白堊紀(jì)偉德山花崗巖；9—白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖；10—侏羅紀(jì)花崗巖類(lèi)；11—三疊紀(jì)花崗巖類(lèi)；12—整合/不整合地質(zhì)界線；13—斷裂及代號(hào)(F1三山島斷裂；F2焦家斷裂；F3招平斷裂；F4西林-陡崖斷裂；F5金牛山斷裂)；14—金礦床(圓形代表蝕變巖型和網(wǎng)脈型金礦，三角形代表石英脈型和硫化物石英脈型金礦，正方形代表蝕變角礫巖型、蝕變礫巖型和層間滑脫拆離帶型金礦；圖中金礦符號(hào)大小依次代表資源儲(chǔ)量≥100 t的超大型金礦床、20 t≤資源儲(chǔ)量<100 t的大型金礦床、5 t≤資源儲(chǔ)量<20 t的中型金礦床和資源儲(chǔ)量<5 t的小型金礦床)圖1 膠東構(gòu)造地質(zhì)與金礦分布簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[6，10]修改)

2 成礦深度研究

2.1 焦家式金礦成礦深度研究現(xiàn)狀

呂古賢等[11-13]基于構(gòu)造作用力影響成巖成礦靜水壓力的理論研究，提出成礦深度構(gòu)造校正測(cè)算方法，即從成巖成礦測(cè)算壓力中消除構(gòu)造附加靜水壓力，然后再利用靜巖壓力梯度計(jì)算成礦深度。利用該方法計(jì)算玲瓏金礦田內(nèi)金礦床成礦深度約1～3.5km，焦家金礦田內(nèi)金礦床成礦深度約1.6～2.2km。

陳國(guó)華等[14]根據(jù)流體包裹體完全均一溫度和起爆溫度計(jì)算成礦壓力，然后根據(jù)靜巖壓力梯度計(jì)算成礦深度，計(jì)算結(jié)果表明膠東地區(qū)中深成脈型金礦床成礦深度2.42～4.36km，淺成脈型金礦床成礦深度0.161～2.861km。

然而，最新的深部金礦勘查成果表明，三山島金礦床蝕變礦化延伸至4.0km深度，于2.5km處發(fā)現(xiàn)金礦體(圖2a)[15]。焦家金礦床于2.4～3.2km深度存在厚約800m的蝕變帶和180m的礦化帶，發(fā)現(xiàn)6層金礦體(圖2b)，總厚度25.20m，其中工業(yè)礦體厚7.00m，平均品位3.13×10-6[6]。玲瓏金礦田內(nèi)水旺莊金礦床3km深度仍均有良好的蝕變礦化(圖2c)[16]，2.8km深度發(fā)現(xiàn)厚約1.50m金礦體，品位6.85×10-6。

1—太古宙花崗—綠巖帶；2—白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖；3—侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖；4—黃鐵絹英巖化蝕變帶；5—絹英巖化蝕變帶；6—金礦體；7—地質(zhì)界線；8—推測(cè)地質(zhì)界線；9—斷裂構(gòu)造；10—鉆孔圖2 膠東典型焦家式金礦剖面圖(a—三山島巨型金礦床；b—焦家巨型金礦床；c—臺(tái)上-水旺莊巨型金礦床)(據(jù)文獻(xiàn)[6，30-31]修改)

膠東地區(qū)大規(guī)模爆發(fā)性成礦發(fā)生于120Ma左右[17-18]，礦床形成后受各種地質(zhì)作用影響而發(fā)生不同形式和不同程度的變化[19]，大量學(xué)者研究表明膠東地區(qū)自晚白堊世以來(lái)經(jīng)歷了明顯的隆升剝蝕，王建平等利用黑云母全鋁壓力計(jì)估算膠西北區(qū)域自115Ma以來(lái)隆升剝蝕量約2.37km[20]；柳振江等[21-22]利用磷灰石裂變徑跡法估算膠西北區(qū)域自110Ma以來(lái)隆升剝蝕量為2.0～4.3km，平均3.3±0.5km。張華峰等[23]利用綠簾石壓力計(jì)法估算膠西北區(qū)域自110Ma以來(lái)隆升剝蝕量不足4km。

綜合區(qū)內(nèi)深部最新勘查成果及區(qū)域隆升剝蝕程度研究成果，玲瓏金礦田和焦家金礦田內(nèi)礦床深度至少應(yīng)>4km。因此，呂古賢等[13]提出的構(gòu)造校正測(cè)算方法估算的成礦深度和陳國(guó)華等[14]計(jì)算成礦深度均小于實(shí)際成礦深度。

孫豐月等[24]根據(jù)Sibson提出的斷裂帶流體壓力曲線分段擬合出成礦深度(H，km)與成礦壓力(P，MPa)的計(jì)算公式[25]：P<40MPa時(shí)，采用靜水壓力梯度(10MPa/km)計(jì)算成礦深度，H=P/10；P=40～220MPa時(shí)，H=0.0868/(1/P+0.00388)+2；P=220～370MPa時(shí)，H=11+e(P-211.95)/79.075；P>370MPa時(shí)，采用靜巖壓力梯度計(jì)算成礦深度。然而，在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，如果成礦壓力介于40～65MPa，運(yùn)用上述公式計(jì)算出來(lái)的成礦深度卻大于用靜水壓力計(jì)算出的成礦深度(表1)，并不符合客觀事實(shí)。此外，大量研究表明，焦家式金礦成礦壓力集中于78～300MPa[9-10]，按照孫豐月等[25]擬合公式計(jì)算成礦深度范圍約7～13km，按隆升剝蝕4km計(jì)算，礦體應(yīng)在地表以下3km以深，而實(shí)際勘查過(guò)程表明，膠東地區(qū)大部分礦床已出露地表，因此，孫豐月等提出的計(jì)算公式并不適用于膠東地區(qū)金礦成礦深度估算。

表1 不同壓力梯度下成礦壓力與成礦深度計(jì)算表

2.2 構(gòu)造作用與焦家式金礦成礦深度

焦家式金礦嚴(yán)格受控于斷裂構(gòu)造(圖1)，而斷裂構(gòu)造中巖石的韌脆性變化控制裂隙的發(fā)育程度和介質(zhì)的滲透率高低，影響成礦流體的流動(dòng)及成礦物質(zhì)的沉淀，從而制約礦床的成礦深度[2-3]。焦家式金礦礦化樣式主要為浸染型、細(xì)脈—網(wǎng)脈型，少量石英脈型，礦石構(gòu)造以浸染狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造為主，少量細(xì)脈網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造[26]，反映了其成礦作用發(fā)生于韌脆性轉(zhuǎn)換空間至脆性空間，韌脆性轉(zhuǎn)換空間大概對(duì)應(yīng)5～10km深度[24]。因此，從礦化樣式及礦石構(gòu)造分析，焦家式金礦成礦深度范圍大約在<5～10km范圍。

2.3 巖漿作用與焦家式金礦成礦深度

焦家式金礦在空間分布上與侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖和白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖關(guān)系密切(圖1)，金礦床主要產(chǎn)于巖體內(nèi)部或巖體與太古宙花崗—綠巖帶接觸部位，中生代花崗巖類(lèi)可能提供了成礦熱液及成礦物質(zhì)[26-27]。而與巖漿熱液有關(guān)的礦床成礦深度取決于巖漿的侵位深度及巖漿熱液出溶深度，巖漿熱液出溶深度決定了礦床形成深度范圍的下限[2-3]。已有研究表明，玲瓏花崗巖平均侵位深度約10～15km[23]。郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖平均侵位深度約6～13km[28]。假定含角閃石、黑云母和白云母源巖各自部分熔融形成的閃長(zhǎng)巖熔體、花崗閃長(zhǎng)巖熔體和花崗巖熔體上升到水飽和花崗巖固相線的深度代表了熱液出溶的深度，那么成礦深度范圍可以從接近地表延伸到約12km深度。與侵入巖有關(guān)的金礦床一般成礦深度范圍較大，可以從<1km延伸到10km以深，但基本上在10km以淺[3]。因此，從與成礦密切相關(guān)的玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖侵位深度及相關(guān)巖漿熱液出溶深度分析，焦家式金礦最深成礦深度應(yīng)<10km(表2)。

表2 膠東地區(qū)典型焦家式金礦床成礦深度計(jì)算表

成礦深度受構(gòu)造發(fā)育程度、多孔介質(zhì)滲透率、巖漿侵位深度、熱液出溶深度、環(huán)境物理化學(xué)條件、地球化學(xué)障、成礦流體中成礦元素溶解度等多因素的制約和影響[29-30]，本文初步討論了構(gòu)造發(fā)育程度、巖漿侵位深度、熱液出溶深度、對(duì)焦家式金礦成礦深度的影響，還有很多因素需要考慮。此外，一個(gè)區(qū)域不能簡(jiǎn)單地對(duì)應(yīng)于一個(gè)成礦深度，同一區(qū)域不同的時(shí)空節(jié)點(diǎn)上其成礦深度也可能是不一致的，因此需要更全面更深入更精細(xì)的研究。

3 深部找礦空間分析

綜合前文構(gòu)造作用、巖漿作用及地溫梯度與成礦深度分析結(jié)果，膠東地區(qū)典型焦家式金礦成礦深度范圍約2.5～9.5km。成礦后至今區(qū)域隆升剝蝕量約2.0～4.3km，平均(3.3±0.5)km[21-22]，表明區(qū)內(nèi)金礦雖略有剝蝕，但整體剝蝕量不大，深部礦體保存良好。區(qū)內(nèi)目前平均勘查深度不足2.0km，最深勘查深度達(dá)4.0km。大量研究表明，焦家式金礦床礦體規(guī)模大，向深部延伸穩(wěn)定，淺部金礦體和深部金礦體沿同一斷裂構(gòu)造傾斜方向分布，構(gòu)成淺部第一礦化富集帶和深部第二礦化富集帶，礦化富集帶之間通常為無(wú)礦或弱礦化段[42-45]。而且，礦體具有明顯的側(cè)伏規(guī)律，當(dāng)?shù)V體傾向NW時(shí)，礦體向SW向側(cè)伏，傾向SE時(shí)礦體向NE向側(cè)伏，如：焦家金礦床礦體具有SW向側(cè)伏規(guī)律，整體側(cè)伏向210°，側(cè)伏角約15°，沿側(cè)伏方向厚度×品位高值區(qū)具有似等間距分布規(guī)律，厚度×品位每隔3500m出現(xiàn)高值區(qū)，高值區(qū)之間為弱礦化段或無(wú)礦段，預(yù)測(cè)沿側(cè)伏方向向深部3500m范圍內(nèi)具有良好的找礦前景(圖3a)。

圖3 典型焦家式金礦床厚度×品位似等間距分布規(guī)律圖(a—焦家金礦床；b—大尹格莊金礦床)

1—太古宙花崗—綠巖帶；2—白堊紀(jì)郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖；3—侏羅紀(jì)玲瓏花崗巖；4—黃鐵絹英巖化蝕變帶；5—絹英巖化蝕變帶；6—鉀化蝕變帶；7—金礦體；8—地質(zhì)界線；9—斷裂構(gòu)造圖4 膠東地區(qū)典型焦家式金礦深部找礦空間模式圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[9-10]修改)

大尹格莊金礦床礦體整體均具有NE向側(cè)伏的規(guī)律，整體側(cè)伏向110°，側(cè)伏角約35°，沿側(cè)伏向厚度×品位高值區(qū)同樣具有似等間距分布規(guī)律，厚度×品位每隔700～800m出現(xiàn)高值區(qū)，高值區(qū)之間為弱礦化段或無(wú)礦段，預(yù)測(cè)沿側(cè)伏方向向深部800m范圍內(nèi)具有良好的找礦前景，山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院正在開(kāi)展的大尹格莊勘探項(xiàng)目于2200m深度發(fā)現(xiàn)厚約1.50m的金礦體，進(jìn)一步驗(yàn)證了深部良好的找礦前景(圖3b)。綜合分析表明，焦家式金礦深部仍具有2～4km找礦空間(圖4)。

4 結(jié)論

焦家式金礦成礦作用發(fā)生于韌脆性轉(zhuǎn)換空間至脆性空間，成礦深度范圍大約在<5～10km。與金成礦密切相關(guān)的玲瓏花崗巖和郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖侵位深度分別為10～15km，6～13km，巖漿熱液出溶深度<12km，成礦深度<10km。成礦溫度集中于150～350℃，成礦深度范圍約2.5～9.5km。

該類(lèi)型金礦成礦后至今雖略有剝蝕，但整體平均剝蝕量約3.3km，深部礦體保存良好。

焦家式金礦礦體規(guī)模大，向深部延伸穩(wěn)定，深淺部金礦體沿同一控礦斷裂構(gòu)造傾斜方向分布，具有明顯的側(cè)伏規(guī)律，當(dāng)?shù)V體傾向NW時(shí)，礦體向SW向側(cè)伏，傾向SE時(shí)礦體向NE向側(cè)伏，沿側(cè)伏方向厚度×品位高值區(qū)具有似等間距分布規(guī)律，高值區(qū)之間為弱礦化段或無(wú)礦段。焦家式金礦深部仍具有2～4km的找礦空間，沿側(cè)伏方向按照厚度×品位高值區(qū)的間距向深部具有良好的找礦前景。

致謝：本文是在山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院完成的紗嶺、水旺莊、大尹格莊等金礦床勘查和研究成果基礎(chǔ)上撰寫(xiě)的，感謝所有參與到這些項(xiàng)目當(dāng)中的地質(zhì)科技人員，審稿專(zhuān)家為本文提出了諸多寶貴的修改意見(jiàn)，在此致以誠(chéng)摯的感謝！