胡寶群高海東王 運(yùn)張寶林呂古賢

1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,江西 南昌 330013;2.南昌工學(xué)院人居環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330013;3.中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 100029;4.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081

膠東地區(qū)以很小面積聚集著大量的金礦,吸引著無數(shù)地質(zhì)專家進(jìn)行研究。巨量的金從何而來、為什么會(huì)呈串珠狀分布于幾條斷裂帶中、具體又是如何沉淀富集?通過對(duì)膠東金礦的地質(zhì)背景特征和金礦化主要特征(鄧軍等,2001;王義文等,2002;陳衍景等,2004;范宏瑞等,2005;李洪奎和楊鋒杰,2006;楊立強(qiáng)等,2006,2014;王世進(jìn),2009;胡寶群等,2013;宋明春等,2013;李洪奎等,2013,2017;呂古賢,2019;張寶林等,2019;王建等,2020)的歸納,依據(jù)熱液礦床水相變控礦理論(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017),分析區(qū)域內(nèi)成巖成礦過程的演化規(guī)律及其對(duì)金成礦可能的影響,探討膠東金礦巨量金富集的機(jī)制,并提出了降壓驅(qū)動(dòng)物源和熱源、臨界水(溫度和壓力同時(shí)達(dá)到水的臨界值374.15℃和22.1 MPa時(shí)的水,下同)的特殊性質(zhì)活化遷移了礦質(zhì)、降壓突變促成了金沉淀富集的成礦機(jī)制,即膠東巨量金成礦的深大斷裂-臨界成礦機(jī)制。

1 膠東金礦地質(zhì)背景的主要特征

膠東金礦集區(qū)聚集了巨量的金礦床,無疑是區(qū)域內(nèi)特有的地質(zhì)背景及演化所決定。已有大量的基礎(chǔ)地質(zhì)研究成果,如主要地質(zhì)特征、演化輪廓等(鄧軍等,2001;萬天豐等,2000;翟裕生和呂古賢,2002;王義文等,2002;陳衍景等,2004;李洪奎和楊鋒杰,2006;楊立強(qiáng)等,2006,2014;王世進(jìn)等,2009;李洪奎等,2013;宋明春等,2013;呂古賢,2019),總結(jié)歸納如下。

(1)老地層為基底。膠東群為主的基底,出現(xiàn)了樞紐為先東西后南北疊加的皺褶;大致以五蓮-青島-牟平斷裂為界,東、西兩部分有較明顯的差異,分為蘇魯?shù)伢w和膠北地體,前者含榴輝巖而后者無榴輝巖,兩者的大地構(gòu)造背景及經(jīng)歷的地質(zhì)演化都有較大的區(qū)別。

(2)兩個(gè)大的復(fù)式侵入雜巖體(玲瓏巖體和昆俞山巖體)的成巖年齡跨度在165～150 Ma之間。膠東金礦大多產(chǎn)于這兩個(gè)巖體周邊。這兩個(gè)雜巖體總體演化過程是:在晚侏羅世形成花崗巖巖體,后經(jīng)早白堊世的早期和晚期熱液改造,從而形成多期的雜巖體。據(jù)現(xiàn)有研究(楊立強(qiáng)等,2014),認(rèn)為花崗雜巖體是膠東群等老變質(zhì)巖在165～150 Ma重熔形成,并經(jīng)之后～120 Ma為主的多期次熱液改造,從而形成多期次的花崗質(zhì)為主的雜巖體。

(3)膠東隆起被白堊系組成的幾個(gè)盆地包圍。西南為膠萊盆地,主要為白堊紀(jì)沉積物夾火山巖,盆地中有玄武巖層(閆峻等,2003)的出現(xiàn),玄武巖測年為73.5±0.3 Ma。膠東隆起往北依次為:膠北-劉公島隆起區(qū)、遼東-海洋島隆起區(qū)和北黃海盆地。

(4)受深大斷裂所控制。金礦床主要分布于幾條北東向斷裂中,礦體多定位于這些斷裂的次級(jí)斷裂之中。其次,在乳山金礦旁有南北向斷裂,再次是北東東向斷裂。膠東地區(qū)斷裂總體可分為三套體系:膠北地體和魯東地體邊界斷裂體系,郯廬斷裂體系(規(guī)模最大),盆地?cái)嗔洋w系。

膠東地區(qū)位于華北克拉通東南緣與蘇魯造山帶邊部,被郯廬斷裂和華北克拉通與蘇魯造山帶邊界斷裂等幾條深大斷裂圍限。膠東金礦主要位于膠北-劉公島隆起的膠北地區(qū),南北兩側(cè)分別有膠萊盆地和北黃海盆地,渤海灣盆地以郯廬斷裂與該區(qū)相隔(陳衍景等,2004;楊立強(qiáng)等,2014)。

2 膠東金礦的時(shí)空分布規(guī)律

膠東金礦床成礦作用、構(gòu)造特征、年代學(xué)等研究資料非常豐富,并形成了不少獨(dú)具特色的成礦理論(鄧軍等,2001;王義文等,2002;陳衍景等,2004;楊立強(qiáng)等,2006,2014;李洪奎和楊鋒杰,2006;王世進(jìn),2009;李洪奎等,2013,2017;宋明春等,2013;呂古賢等,2016;呂古賢,2019;孫衛(wèi)東,2019),這對(duì)區(qū)內(nèi)金及多金屬礦床成礦和找礦研究有重要的啟示。

SCF—三山島-倉上斷裂;JJF—焦家斷裂;ZPF—招平斷裂;QXF—棲霞斷裂;TCF—桃村斷裂;HQF—海陽-青島斷裂;RCF—榮成斷裂a(bǔ)—大地構(gòu)造位置;b—金礦床分布地質(zhì)圖圖1 膠東金礦集區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)王建等,2020)Fig.1 Geological map of the Jiaodong area showing the distribution of main gold deposits (Wang et al,2020). (a) Geotectonic location. (b) Distribution map of main gold deposits.SCF-the Sanshandao-Cangshang fault; JJF-the Jiaojia fault; ZPF-the Zhaoping fault; QXF-the Qixia fault; TCF-the Taocun fault;HQF-the Haiyang-Qingdao fault; RCF-the Rongcheng fault

2.1 金礦空間分布特征

(1)斷裂控礦

膠東金礦床分布就如同被斷裂串起的珠子,如三山島、焦家、招平、棲霞、牟乳等北東向含礦斷裂帶(圖1),斷裂控制礦床的特征非常明顯。玲瓏礦田產(chǎn)于玲瓏斷裂和含角礫的破碎斷裂帶(破頭青斷裂)夾持區(qū)(圖2),金礦體在平面上和剖面上都嚴(yán)格受斷裂控制?？氐V斷裂多是前期發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形,后為脆性破裂所疊加,之后為熱液充填或交代(呂古賢等,2016)。

圖2 玲瓏金礦田主要礦體分布圖(據(jù)高海東等,2020)Fig.2 Distribution map of main ore-bodies in the Linglong Au ore-field (Gao et al., 2020). (a) Plane distribution of main orebodies in the Linglong Au ore-field. (b) Profile of the No.89 survey line

(2)蝕變發(fā)育

被充填或被交代的含礦斷裂帶、斷裂破碎帶,都發(fā)育有不同程度的蝕變現(xiàn)象。膠東金礦從礦體到圍巖通常的蝕變分帶規(guī)律為:含金黃鐵礦石英脈、黃鐵絹英巖化帶、強(qiáng)-弱黃鐵絹云巖化帶、鉀化花崗巖帶等(圖3);蝕變巖型礦體的蝕變帶寬,可達(dá)數(shù)百米甚至到千米級(jí)別(胡寶群等,2013;劉祥朋等,2017;Xu et al,2017;呂古賢,2019;張寶林等,2019;高海東等,2020)。蝕變現(xiàn)象的發(fā)育,表明曾發(fā)生過大規(guī)模以水為主的熱液交代反應(yīng)。玲瓏大開頭礦區(qū)175號(hào)金礦體照片(圖3)顯示出斷裂控礦和蝕變發(fā)育的特征,含金硫化物細(xì)脈兩側(cè)發(fā)育有強(qiáng)烈的黃鐵絹英巖化(圖3a),鉀化花崗巖中發(fā)育有三條絹英巖化含金黃鐵礦細(xì)脈(圖3b),外圍花崗巖的鉀化現(xiàn)象明顯,礦脈(體)與鉀化花崗巖圍巖界線明顯。

圖3 玲瓏礦田中典型礦體及蝕變(虛線為礦體和蝕變圍巖的分界線)Fig.3 Typical ore-body and alteration in the Linglong Au ore-field (The dotted line is the boundary between the ore-body and the altered surrounding rock). (a) Sericitized ore-body. (b) Three gold-bearing pyrite veinlets.

(3)賦礦圍巖

礦體的直接圍巖多數(shù)為中生代花崗巖,少數(shù)為前寒武紀(jì)變質(zhì)巖。近礦圍巖中多發(fā)生程度不同的黃鐵絹云巖化。礦區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)大量的大致平行產(chǎn)出的脈巖,巖性從基性到酸性都有,表明在基體巖體形成后又形成了大量的大致平行于斷裂的地下空間。

2.2 金礦床時(shí)間分布特征

綜合各時(shí)期金成礦年代學(xué)研究成果(王義文等,2002;陳衍景等,2004;楊立強(qiáng)等,2006;王世進(jìn),2009;李洪奎等,2013;呂古賢,2019)可知,膠東金成礦年齡存在130～110 Ma的明顯峰期(即主要成礦期),且明顯晚于區(qū)域主要變質(zhì)巖膠東群20億年以上。

有學(xué)者把膠東金成礦年代劃分為兩個(gè)階段,如115±10 Ma和85±5 Ma(王義文等,2002),又如130～110 Ma和90～80 Ma(楊立強(qiáng)等,2006),兩者各自的平均年齡大致相同,盡管年齡跨度略有不同。

還有學(xué)者根據(jù)膠東構(gòu)造巖漿熱事件與金成礦的關(guān)系,將金成礦年代劃分為三個(gè)成礦階段:160～141 Ma、130～110 Ma和105～81 Ma(李洪奎等,2013),同樣也在130～110 Ma存在明顯的峰期,而且認(rèn)為這些成礦期與區(qū)內(nèi)玲瓏(昆崳山)、郭家?guī)X、偉德山巖體的構(gòu)造巖漿熱事件耦合、相關(guān)并大致相對(duì)應(yīng)。

2.3 金礦物質(zhì)成分特征

膠東金礦的類型包括了破碎帶蝕變巖型(或稱破碎帶交代型)、石英脈型(或稱裂隙充填型)、富硫化物石英脈型、層間滑脫拆離帶型、構(gòu)造角礫巖型和遼上型等(李洪奎和楊鋒杰,2006;李洪奎等,2017),但主要還是石英脈型和蝕變巖型。前者圍巖蝕變?nèi)跚覍挾日?金礦品位高;后者大致相反,蝕變強(qiáng)烈且寬度大,金品位相對(duì)較低。

礦石礦物主要有黃鐵礦等硫化物和自然(銀)金,脈石礦物主要有石英、方解石、黏土礦物等,金礦石的結(jié)構(gòu)類型主要有充填、交代結(jié)構(gòu)等(胡寶群等,2013;劉祥朋等,2017;Xu et al.,2017;Niu et al.,2019;Yu et al.,2020;高海東等,2020)。

據(jù)膠東金礦成礦流體的物理化學(xué)條件研究(范宏瑞等,2005),區(qū)內(nèi)各類金礦具有一致的成礦流體介質(zhì)條件,為低鹽度H2O-CO2-NaCl±CH4,溫度為170～335℃,壓力為70～250 MPa。

3 從深大斷裂-臨界成礦機(jī)制的角度分析膠東中生代金礦成礦過程

3.1 熱液礦床水相變控礦理論要點(diǎn)簡介

隨著熱液礦床的地質(zhì)和構(gòu)造物理化學(xué)研究不斷深入,熱液水相變控礦理論也在逐漸完善(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017):水是成礦熱液的主要組分,熱液成礦過程中水會(huì)發(fā)生相變;當(dāng)水發(fā)生相變時(shí)可引起水中礦質(zhì)溶解度等物理化學(xué)參數(shù)突變,特別是在臨界點(diǎn)處二級(jí)相變時(shí)還會(huì)出現(xiàn)“臨界奇異性”,部分參數(shù)趨于無窮大;這種臨界水與非臨界水的性質(zhì)差別巨大,必將影響成礦物質(zhì)的活化、遷移和沉淀;而水是否相變?nèi)Q于斷裂等降壓條件是否存在。一個(gè)理想的熱液成礦作用過程,大體分為早、晚兩期次的構(gòu)造降壓作用,早期降壓主要起到活化成礦物質(zhì)的作用,晚期降壓主要起到促使成礦物質(zhì)沉淀的作用。

要大規(guī)模成礦,必須存在大量的具有特殊溶解性質(zhì)的臨界水,而按巖石圈正常的地溫梯度必須有深大斷裂降壓才能滿足形成臨界水的溫壓條件(胡寶群等,2011)。因此,在應(yīng)用熱液礦床水相變控礦理論分析熱液礦床大規(guī)模成礦過程時(shí),主要是考慮深大斷裂降壓和臨界水這兩個(gè)主要因素。在上述文中膠東金礦的時(shí)空分布等特征歸納的基礎(chǔ)上,依據(jù)深大斷裂-臨界成礦機(jī)制探索膠東中生代巨量金礦堆積的成礦過程。

3.2 膠東中生代金成礦過程的總體分析

(1)基本思路

礦床的形成是區(qū)域內(nèi)大地構(gòu)造單元中多種地質(zhì)作用綜合的結(jié)果(鄧軍等,2001;翟裕生和呂古賢,2002;陳衍景等,2004;宋明春等,2013;楊立強(qiáng)等,2014;李洪奎等,2017;呂古賢,2019)。成礦過程分析,總體是根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)現(xiàn)象分析結(jié)果,再結(jié)合地質(zhì)學(xué)基本原理,研究礦床物質(zhì)組成、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及其力學(xué)性質(zhì)等演化過程,推測成礦物質(zhì)的來源和數(shù)量、發(fā)生過的物理和化學(xué)作用及后期所遭受的破壞等。

在膠東地區(qū),不論是石英脈還是蝕變巖型金礦,都是受斷裂控制的熱液礦床,以水為主要成分的熱液來源及其演化仍是研究區(qū)內(nèi)金及多金屬成礦的關(guān)鍵。在分析膠東金礦成礦動(dòng)力、物源及沉淀富集過程時(shí),斷裂構(gòu)造控礦和以水為主體的熱液蝕變是兩個(gè)重要的研究方面,且兩者密切相關(guān)并都受降壓作用控制。

(2)斷裂降壓的必要性

構(gòu)造控巖控礦,或構(gòu)造成巖成礦(呂古賢等,2019),是基本的地質(zhì)現(xiàn)象,也是構(gòu)造物理化學(xué)研究的基礎(chǔ)。在成礦整個(gè)過程中,斷裂為主的構(gòu)造提供成礦空間的效應(yīng)是顯而易見的。從物理化學(xué)的壓力變化角度來看,降壓是構(gòu)造控巖控礦不可或缺的因素(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;萬天豐等,2019)。

降壓不僅提供成礦的動(dòng)力來源,還能揭示出構(gòu)造控礦的物理化學(xué)機(jī)理。降壓過程是降壓、聚水、增溫、相變、體系破壞等物理和化學(xué)性質(zhì)急變的統(tǒng)一過程(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;梁光河,2017;萬天豐等,2019)。無論是在金的導(dǎo)、運(yùn)、儲(chǔ)或者活化、遷移、沉淀過程中,構(gòu)造降壓都起到了重要作用。在區(qū)域大地構(gòu)造演化過程中,特別是力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯改變之后(翟裕生和呂古賢,2002),會(huì)造成不同區(qū)段出現(xiàn)不同性質(zhì)的降壓,從而引發(fā)上述一系列的突變,進(jìn)而控制著成巖和成礦過程。

成礦的化學(xué)模式,可以用一些化學(xué)反應(yīng)式來表達(dá),且多是動(dòng)態(tài)平衡。這些化學(xué)反應(yīng)會(huì)朝著成礦沉淀富集的方向不斷進(jìn)行,甚至能達(dá)到元素背景值的成千上萬倍,包括被認(rèn)為極易氧化遷移的鈾的成礦過程也是如此。究竟是什么因素打破了化學(xué)平衡,使得反應(yīng)能夠朝著生成富集的方向發(fā)展?降壓就是其中一個(gè)重要因素,會(huì)打破化學(xué)平衡,改變成礦化學(xué)反應(yīng)方向和進(jìn)程,可以造成成礦物質(zhì)沉淀。與溫度變化相比,壓力的變化速率更快(胡寶群等,2017)。

這里包含著一個(gè)基本認(rèn)識(shí):增壓(擠壓區(qū)段)不會(huì)使原本固相巖石熔融(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;萬天豐等,2000,2019),只會(huì)發(fā)生固相變質(zhì)變?yōu)橄鄬?duì)應(yīng)的高壓相,甚至形成榴輝巖等高壓超高壓變質(zhì)巖;而降壓才有可能引發(fā)固相巖石的局部聚水、升溫、相變?nèi)廴诘?這也進(jìn)一步說明了降壓是大規(guī)模成礦的必要條件。

(3)成礦物源

金來源于古老變質(zhì)巖及其之后的重熔巖漿巖,這是比較統(tǒng)一的觀點(diǎn)(鄧軍等,2001;范宏瑞等,2005;宋明春等,2013;楊立強(qiáng)等,2014;李洪奎等,2017;呂古賢,2019)。膠東群為古老變質(zhì)巖,是金的初始來源。

膠東金礦中發(fā)生大規(guī)模的蝕變作用,出現(xiàn)大量的硅化、絹云母化、碳酸鹽化等,這需要有大量的熱液活動(dòng),這也是巨量金活化、遷移、沉淀的需要。這些流體可能來源于古老變質(zhì)巖重熔形成花崗巖時(shí)的脫水以及周邊盆地沉積物在斷裂、巖漿改造后的脫水(范宏瑞等,2005;楊立強(qiáng)等,2014;呂古賢等,2016;呂古賢,2019),兩者疊加應(yīng)是形成富大礦床的必要條件。

(4)礦質(zhì)沉淀富集的方式和啟示

礦體產(chǎn)狀和礦質(zhì)賦存狀態(tài),是構(gòu)造控礦的結(jié)果和礦質(zhì)沉淀單向反應(yīng)的結(jié)果,也是反演礦床形成過程的基礎(chǔ)。

石英脈型金礦,金屬元素等礦質(zhì)快速沉淀并充填形成礦體,對(duì)應(yīng)著不連續(xù)分隔的降壓空間。蝕變巖型金礦,交代反應(yīng)和交代結(jié)構(gòu)明顯,并輔以充填而呈蝕變巖型礦體,對(duì)應(yīng)的是連續(xù)非分隔降壓空間。大面積蝕變形成的大而貧的礦化,也對(duì)應(yīng)著非分隔連續(xù)降壓空間。

根據(jù)金的賦存狀態(tài)研究,礦體中金的分布極不均勻,大多數(shù)(少量的明金除外)呈極細(xì)小的微粒和細(xì)線分布于黃鐵礦等硫化物裂隙或晶隙中(胡寶群等,2013),這可能是由于降壓膨脹、礦質(zhì)沉淀過程中金被硫化物等礦物表面和微裂隙選擇性吸附,從而呈現(xiàn)出非均勻分布的微米甚至是納米級(jí)顆粒。而更多的成礦過程的細(xì)節(jié)信息可能需要對(duì)礦質(zhì)的沉淀富集方式、微米和納米級(jí)礦質(zhì)顆粒的形成、晶質(zhì)化過程、晶體的生長和自凈作用等進(jìn)行深入研究才能獲得。如礦床中金等多種金屬納米顆粒的系列發(fā)現(xiàn)(Cao et al.,2009;Yi et al.,2020),可借鑒工業(yè)上超臨界流體降壓膨脹納米材料制備原理(許群和倪偉,2007)來解釋;金屬納米顆粒的發(fā)現(xiàn)則成為深大斷裂-臨界成礦機(jī)理的又一佐證,由此推測,超臨界流體降壓膨脹形成金微顆粒是有可能的,這個(gè)可能性也又一次反映了金成礦過程中斷裂降壓和臨界水的重要性。

3.3 膠東金礦巨量堆積的降壓成礦階段

(1)成礦階段劃分

基于上述思考,結(jié)合膠東金礦的地質(zhì)背景和成礦特征,并充分考慮成巖成礦過程,以降壓為主線來分析膠東可出現(xiàn)大量的金礦聚集的原因和過程。

膠東地區(qū)老變質(zhì)巖中的成礦物質(zhì)豐富,又有復(fù)雜的構(gòu)造活動(dòng)、熱液活動(dòng)和花崗巖成巖過程,從而促使金在局部富集成礦。綜合前述研究認(rèn)為,金成礦的具體過程主要包括三個(gè)階段、兩期次不同性質(zhì)的降壓過程。降壓會(huì)加大了區(qū)域垂向、橫向的地壓梯度驅(qū)動(dòng)物質(zhì)運(yùn)移,還可能引發(fā)相變等改變成礦化學(xué)反應(yīng)的方向和進(jìn)程,甚至形成礦質(zhì)沉淀成礦。

①基底階段:構(gòu)造運(yùn)動(dòng),膠東地塊不均勻抬升,形成隆起(呂古賢等,2016)。

②早期降壓形成兩個(gè)大型控礦花崗雜巖體階段:在玲瓏和昆崳山形成了兩個(gè)大型點(diǎn)狀降壓中心(圖1),并在后來的多次活動(dòng)基礎(chǔ)上形成了巨大的花崗質(zhì)雜巖體,主期次為165～150 Ma。每次降壓熔融之后,深部會(huì)伴有高溫壓的水向淺部運(yùn)移,這些以水為主體的熱液,在垂向和橫向地壓梯度的驅(qū)動(dòng)下,經(jīng)歷了水的臨界溫壓狀態(tài)而形成具有特別性質(zhì)的臨界態(tài)水,溶濾出成礦物質(zhì),使金等成礦物質(zhì)活化進(jìn)入臨界態(tài)水中;在地壓梯度的持續(xù)驅(qū)動(dòng)下,巖漿期后熱液由高溫壓的地下深部源源不斷地向低溫低壓的淺部運(yùn)移(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;萬天豐等,2000,2019)。

③晚期降壓形成(或活化疊加)北東向斷裂的控礦階段:這個(gè)階段降壓主要表現(xiàn)北東向斷裂,多為脆性,其中部分?jǐn)嗔鸦罨B加改造先成的北東向韌性斷裂。這一降壓期疊加于之前的期次,這對(duì)于形成富礦、大礦是必要的。盆地沉積物在控盆斷裂、玄武巖漿等改造后脫水,是晚期成礦熱液的又一來源。

成礦過程包括上述兩期次的降壓過程:早期大型點(diǎn)狀構(gòu)造降壓成巖,連通性深達(dá)中下地殼甚至地幔,從而匯聚熱、水及活化礦質(zhì)的作用,緩慢且時(shí)長;早期降壓后期,深部的熱液在地壓梯度的驅(qū)動(dòng)下,由下而上遷移,若不快速破裂,溫度下降時(shí)便會(huì)經(jīng)過水的臨界溫度和水的臨界壓力,從而顯現(xiàn)出臨界水的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì),活化遷移金等成礦物質(zhì)(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;萬天豐等,2000,2019)。晚期線性降壓成礦,可能會(huì)疊加于早期的構(gòu)造之上,如早韌性、晚脆性斷裂疊加。早期的韌性斷裂的封閉性仍然很好,相比之下,脆性斷裂因其封閉性差,降壓效果明顯,超臨界流體因降壓迅速膨脹而導(dǎo)致礦質(zhì)沉淀富集成礦。

膠東地區(qū)發(fā)育三套斷裂體系,其形成時(shí)間總體上從老到新依次為:膠北和魯東地體邊界斷裂體系、郯廬斷裂體系和盆地?cái)嗔洋w系,每個(gè)斷裂體系都有多期次活動(dòng)。后期斷裂體系疊加改造先成的斷裂體系,這些疊加改造對(duì)膠東金礦形成有著重要影響,特別是后兩者的疊加改造的成礦意義更大。這三套斷裂體系或許可以和膠東金礦膠北隆起金成礦系統(tǒng)、膠萊盆地北緣金成礦系統(tǒng)和蘇魯超高壓變質(zhì)帶金成礦系統(tǒng)三個(gè)成礦系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)(楊立強(qiáng)等,2014)。

(2)盆地?cái)嗔洋w系和三層式結(jié)構(gòu)的重要性

膠東金礦區(qū)在巖性構(gòu)成上總體顯示為三層式結(jié)構(gòu):以膠東群為主的變質(zhì)巖的基礎(chǔ);后期發(fā)育玲瓏巖體和昆崳山兩個(gè)燕山期為主、并發(fā)育巖漿期后熱液蝕變疊加從而構(gòu)成的復(fù)式巖體;之后再受膠萊盆地、黃海北盆地等白堊紀(jì)盆地和控盆斷裂活動(dòng)及其伴生火山巖改造的影響(楊立強(qiáng)等,2006,2014;呂古賢等,2016)。盆地多是區(qū)域拉張環(huán)境的表現(xiàn),其沉積物的脫水及后期深大斷裂、巖漿活動(dòng)改造等加溫脫水,可成為活化金等成礦物質(zhì)的熱液,特別有利于形成滑脫帶型金礦。

(3)膠東金礦巨量堆積的總體過程

膠東群等老變質(zhì)巖提供金的礦質(zhì)來源是基礎(chǔ)。兩期次性質(zhì)不同的降壓過程控巖控礦:在165～150 Ma,大型的點(diǎn)狀降壓形成了以玲瓏和昆崳雜巖體為中心的聚水、熱的成礦有利區(qū)域;在130～110 Ma大型線狀韌脆性斷裂降壓疊加而成金礦。

膠東金礦成礦的主要控制因素,包括膠東群基底、兩個(gè)侵入雜巖體、盆地及控盆斷裂。具體表現(xiàn)為斷裂控礦及水-巖反應(yīng)導(dǎo)致的蝕變。簡言之,豐富的金源,兩期次不同性質(zhì)的降壓,臨界水的獨(dú)特性質(zhì),是膠東巨量金礦聚集的主要因素。

3.4 熱液多金屬礦床巨量富集成礦的深大斷裂-臨界成礦一般性機(jī)制

熱液大規(guī)模成礦有許多相似特征(華仁民和毛景文,1999),成礦機(jī)制也有一些共性。

降壓常伴隨著流體聚集、溫度上升,從而造成相變,固體相變就可能形成火山巖或侵入巖(降壓控巖)(萬天豐等,2000,2019),水的聚集就可能形成蝕變或相變而使礦質(zhì)沉淀成礦等(降壓控礦)。巖石圈中降壓的成礦意義主要有:影響礦產(chǎn)形成及分布,巖漿演化過程,大規(guī)模成礦機(jī)制,以及區(qū)域大地構(gòu)造演化和成礦系列等。

根據(jù)建造和改造相結(jié)合的原則(呂古賢,2019),把降壓作用作為改造的重要方面,初步分析大規(guī)模熱液成礦過程。

(1)建造方面

中國東部熱液礦床含礦地質(zhì)體的基本框架為:變質(zhì)基底、巖漿巖、沉積盆地蓋層,巖性構(gòu)成為非嚴(yán)格意義上的三層式結(jié)構(gòu)。變質(zhì)基底中的元素組合,主要決定著元素成礦系列(陳毓川等,2020)。侵入巖和火山巖多為不同性質(zhì)的降壓所引起(胡寶群等,2017;萬天豐等,2000,2019),經(jīng)過多期相互疊加改造而成雜(或復(fù)式)巖體。沉積蓋層多以斷陷盆地形式出現(xiàn),盆地及控盆斷裂提供熱液和動(dòng)力。

(2)成礦改造方面

主要表現(xiàn)為構(gòu)造降壓控巖控礦。降壓大體可分為兩個(gè)期次(早期和晚期)。

早期改造:多為巖漿巖形成期及后期的構(gòu)造降壓,升溫、聚水、局部增加地壓梯度,驅(qū)動(dòng)流體,對(duì)已形成的巖漿巖進(jìn)行物理的和化學(xué)的改造。主要與深大斷裂有關(guān)。

晚期改造:多為盆地沉積、脫水或控盆斷裂活動(dòng),所形成的熱液對(duì)早期改造過的巖漿巖進(jìn)行再次改造,使成礦物質(zhì)再次富集,通常情況下,第二次與盆地改造相關(guān)的流體通量更大。

在兩期次改造的構(gòu)造疊加部位,熱液活動(dòng)強(qiáng)烈,常是富礦的存在場所。

總之,中國東部熱液成礦的影響因素主要有三個(gè)方面,一是中淺變質(zhì)巖的基底,二是發(fā)育于變質(zhì)巖基底之上的火山巖和侵入巖等巖漿巖,三是盆地形成及控盆斷裂活動(dòng)對(duì)前兩者的改造(主要是提供水和深大斷裂導(dǎo)熱)。大體可分為兩期次降壓控巖控礦:第一期是與巖漿期后熱液相關(guān),第二期是與盆地及控盆斷裂改造相關(guān),從而與前述之兩階段的成礦期溫度相對(duì)應(yīng)。

(3)深大斷裂-臨界水耦合成礦機(jī)制的初步模式

1—白堊系沉積巖;2—老變質(zhì)巖;3—花崗質(zhì)巖;4—基性脈巖;5—酸性脈巖;6—斷裂;7—花崗質(zhì)巖大致邊界成礦過程說明:早期降壓形成大型點(diǎn)狀巖基,巖脈形成時(shí)伴隨著有大量的巖漿期后熱液,這些熱液活化和預(yù)富集成礦物質(zhì)。晚期線狀斷裂降壓,常伴有大量的盆地來源的水,疊加改造已有的蝕變破碎帶,促使成礦物質(zhì)富集或沉淀。礦體多定位于巖基邊界與斷裂交匯部位,或多組斷裂交匯部位。圖4 深大斷裂-臨界水耦合成礦機(jī)制模式示意圖Fig.4 Sketch diagram of the metallogenic mechanism model of the deep-large fault coupling with critical water1-Cretaceous sedimentary rocks; 2-old metamorphic rocks; 3-granitic rocks; 4-basic dykes; 5-acid dikes; 6-fractures; 7-approximate boundary of granitic rocksThe ore-forming process suggests that the large-scale point-like batholith was formed in the early stage of depressurization, and a large amount of post-magmatic hydrothermal solution was accompanied by the formation of various dikes, which activates and pre-enrichs mineralization materials. In the late stage, the linear fault was depressurized, often accompanied by a large amount of water from the basin, superimposed and reformed the existing altered fracture zone, and promoted the enrichment and precipitation of ore-forming materials. The ore-bodies are mostly located at the depressurization position where the boundary of the batholith intersects with the faults, or at the depressurization position where many groups of faults intersect.

熱液水相變控礦理論是適用于多個(gè)礦種的熱液控礦理論,特別強(qiáng)調(diào)兩期次降壓及臨界水是形成大礦和富集的必要條件(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;萬天豐等,2019),即兩期次降壓的必要性。早期降壓形成壓力差、聚水、升溫,臨界水的形成并起到活化遷移作用;晚期降壓,礦質(zhì)沉淀富集。大型點(diǎn)狀降壓,可以表現(xiàn)為火山盆地或侵入巖的雜巖體,加上后期大型線狀斷裂降壓及巨量臨界水活動(dòng)的疊加,即“一盆加一刀”(或稱“餅加刀”、“一體加一刀”)的模式(圖4)。這個(gè)模式中的“餅”為面狀降壓,常受兩組深大斷裂交匯所控制,所形成的侵入或火山雜巖體、或是局部隆起和穹隆(宋明春,2013;呂古賢等,2016),如圖4中綠色粗虛線邊界包圍的花崗質(zhì)巖巖基,這里的“餅”也是經(jīng)過多期改造過的;“刀”為線性降壓,即為后期切過早期所形成“餅”的線性斷裂,這里的“刀”可能是多條斷裂所組成,如圖4 中切過花崗質(zhì)巖巖基的斷裂,常為控盆斷裂體系的一部分,也可能疊加于早期的韌性斷裂之上。典型的實(shí)例有相山鈾礦田、下莊鈾礦田、銀山多金屬礦田(胡寶群等,2009,2011)。熱液多金屬礦床巨量富集成礦(華仁民和毛景文,1999)的內(nèi)在深層機(jī)理,仍可以從地壓梯度變化的角度來理解,降壓引發(fā)了以水為主體的熱液重新分布,引發(fā)壓力、溫度、相態(tài)、體系性質(zhì)等明顯變化,從而在不同溫壓條件下(或區(qū)段)控制著成巖成礦過程(胡寶群等,2003,2008,2009,2011,2017;梁光河,2017;萬天豐等,2019)。

4 結(jié)論

在膠東金礦主要地質(zhì)特征歸納的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱液礦床水相變控礦理論,初步探討膠東中生代巨量金礦堆積的深大斷裂-臨界成礦機(jī)制,得到以下一些認(rèn)識(shí)。

(1)膠東金礦床基本特征是以膠東群等變質(zhì)巖為基底,后期發(fā)育玲瓏和昆崳山兩個(gè)燕山期為主、并發(fā)育巖漿期后熱液蝕變疊加改造的復(fù)式雜巖體,之后再受膠萊盆地、黃海北盆地等白堊紀(jì)盆地及控盆斷裂活動(dòng)的影響,巖性構(gòu)成為典型的三層式結(jié)構(gòu);金礦床主要圍繞這兩個(gè)雜巖體產(chǎn)出,斷裂控礦,蝕變發(fā)育。

(2)膠東巨量金聚集成礦的深大斷裂-臨界成礦機(jī)制,通俗地講為“一餅加一刀”。老變質(zhì)巖是金成礦物源的基本來源。早期大型點(diǎn)狀降壓形成酸性侵入雜巖體(主體巖體年齡為165～150 Ma)和中基性巖等,其伴生長時(shí)間、巨量的臨界水促使成礦物質(zhì)活化遷移。晚期大型線狀北東向斷裂降壓造成較短時(shí)間內(nèi)成礦物質(zhì)沉淀成礦,主成礦期為130～110 Ma。當(dāng)晚期斷裂為張開的不連續(xù)空間時(shí),礦石以充填結(jié)構(gòu)為主;若為破碎帶連續(xù)空間時(shí),礦石則以蝕變交代結(jié)構(gòu)為主。兩期次降壓的表現(xiàn),分別對(duì)應(yīng)著巖漿(雜)巖體(不規(guī)則餅狀)和斷裂帶(線性刀痕)。豐富的金源,兩期次面狀和線狀不同性質(zhì)的降壓,臨界水的獨(dú)特性質(zhì),是膠東巨量金礦聚集的三個(gè)主要影響因素。

(3)降壓是巨量金聚集成礦的關(guān)鍵之一。巖石圈中的降壓是體系破壞、壓力下降、聚水、升溫、相變等物理化學(xué)條件急變的統(tǒng)一過程,會(huì)增大縱向和橫向的地壓梯度,為成巖成礦物質(zhì)運(yùn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力,是巖漿、強(qiáng)烈變形、熱液礦床等形成的必要條件。只有降壓才可能滿足條件形成臨界水,從而活化大量的成礦物質(zhì)。

致謝:工作過程中得到了中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所陳正樂、郭濤和申玉科等學(xué)者的大力幫助,審稿人提出了很多有益的意見和建議,對(duì)文字也進(jìn)行了詳細(xì)的修改。在此一并表示感謝!