胶东栖霞大霞址断裂南段金矿地质特征及成因研究

彭雪峰

(中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东 济南 250013)

0 引言

胶东地区处于华北克拉通东南缘，在中生代时期经历十分复杂的构造演化[1-5]，扬子和华北陆块陆陆碰撞，古太平洋板块向欧亚大陆俯冲、回撤，导致胶东地区岩石圈减薄，发生强烈的壳幔作用，大规模幔源流体上涌[6]，不仅引起了该区中生代各类岩体的广泛发育，同时也形成了时间跨度大，活动期次多的以NE、NNE、NW向为主的断裂，从而造就了目前世界第三大金矿集区。来自中生代深部岩浆房的矿源，在不同的构造形式、不同的围岩性质和不同地球化学条件下，形成了不同类型的金矿床，栖霞大霞址断裂南段金矿是近年来新勘查发现的矿床，成矿机理中还存在一些未解决的科学问题[7]。本文通过对大霞址断裂金矿地质特征的归纳总结，分析了控矿因素，结合前人对成矿时代、成矿物质来源、含矿流体性质等研究成果，探讨了研究区金矿床成因，以期对该地区金矿勘查有一定的理论基础和指导意义，提高找矿效果。

1 成矿地质背景

研究区位于胶东地区中部，郯庐断裂东侧、胶莱盆地北部，处于栖(霞)-蓬(莱)成矿带中段，栖霞复背斜北翼近核部(图1B)。出露的地层以古元古代粉子山群祝家夼组为主，呈小规模的条带状或不规则状包体产出于栖霞片麻岩套中，先后受韧性剪切带影响和NW向断裂切割位移，其岩石组合为一套斜长角闪岩、斜长片麻岩、黑云变粒岩、二云片岩、浅粒岩夹大理岩和薄层低品位石墨矿层等，原岩为一套含碳质的泥砂质沉积岩，经历了角闪岩相的区域变质作用。

区内广泛分布新太古代栖霞片麻岩套(TTG岩系)，局部侵入有燕山早期玲珑序列二长花岗岩。新太古代栖霞片麻岩套为金矿的主要赋矿围岩，呈岩基状产出，分为早期栖霞序列回龙夼单元条带状细粒含角闪黑云英云闪长质片麻岩和晚期谭格庄序列牟家单元片麻状细粒奥长花岗岩。在陡崖-台前断裂西侧及研究区西北侧分布有燕山早期玲珑序列二长花岗岩，呈岩株状产出。闪长玢岩、二长花岗斑岩、辉绿岩、煌斑岩等脉岩，多呈岩脉、岩枝状零星发育。

断裂以NW、NE、NNE向为主，呈“业”字型展布(图1A)。其中NNE向断裂(如栖霞断裂、台前断裂)构成本区的基本构造格架。在栖霞断裂两侧伴生发育一系列NW和NE向的次级断裂，是主要的容矿构造(如大霞址断裂、后夼断裂)。

区内典型金矿床有台前、陡崖、山城、马家窑等金矿。

1—新生代覆盖层；2—中生代火山岩；3—荆山群和胶南群；4—泰山群和胶东岩群；5—粉子山群变质岩；6—中生代花岗岩；7—粉子山群祝家夼组；8—玲珑序列郭家店单元；9—玲珑序列崔召单元；10—谭格庄序列牟家单元；11—栖霞序列新庄单元；12—栖霞序列回龙夼单元；13—二长花岗斑岩；14—栖霞背斜；15—构造破碎带；16—实测/推测断裂；17—金矿床(点)；18—研究区图1 研究区区域地质简图

2 矿床地质特征

2.1 构造蚀变带特征

研究区金矿体严格受构造蚀变带控制，区内构造蚀变带赋存在大霞址断裂中，总体走向325°左右，倾向SW，倾角43°～55°，区内地表出露长度约1.7km，宽5～30m，倾向控制延伸北西段420m，南东段763m，深部未封闭。沿NW方向逐渐变窄尖灭，SE方向被二长花岗斑岩充填阻断，沿蚀变带均有民采坑分布(图2A)，在小霞址村浅井中打块样的最高品位可达20g/t以上。蚀变带内主要岩性为褐铁矿化浅粒岩、构造角砾岩、绢英岩、糜棱岩、黄铁矿化碎裂岩等，并穿插有石英脉及煌斑岩脉，局部地表石英脉宽约1m。蚀变类型有硅化、绢英岩化、黄铁矿化、褐铁矿化、绿泥石化、钾化等，还有少量的方铅矿化、闪锌矿化、磁黄铁矿化等。与金矿密切相关的是硅化、黄铁矿化和绢英岩化。通过钻孔揭露，具有明显的蚀变分带(图2B)，从金矿体向两侧分别为黄铁绢英岩化硅化带→绢英岩带→钾化带，其中黄铁矿化、绢英岩化、硅化从边部向中心逐渐增强。蚀变带局部膨大变厚(图2C)。

硅化在蚀变带中普遍发育，产生的原因为大量富含硅质的热液在热能的推动下沿构造破碎带充填，并与围岩进行硅质交代，部分在构造空间较大的地方随物理化学条件的变化形成石英脉。硅化主要呈团块状、细脉状、构造角砾状或与黄铁矿组成胶结物，构成金矿体(图2F)。

黄铁矿多数为中—细粒，半自形—他形粒状，并以星散状分布于石英脉中，或以星点状、侵染状、细脉状分布于蚀变岩中；少数呈中—粗粒，自形立方体状或粒状，且颜色较浅，以孤立状或团块状分布。当其呈细粒碎裂状，并以团粒状、斑杂状、细脉状分布时，往往伴有金矿化，与金矿化关系密切。

绢英岩化主要是在中、低温热液的作用下，发育在压扭性的破碎带中的蚀变，富含钾、硅、铝等离子的热液在碎裂岩中渗透运移，将原岩中的长石类矿物分解为绢云母和石英。绢英岩化在金矿化的阶段中较发育，与金矿化的关系密切。

褐铁矿化主要发生在地表氧化带中，深部岩石破碎时也有呈细网脉状分布于裂隙中。部分钻孔中在蚀变带还可见少量的方铅矿化、闪锌矿化、磁黄铁矿化等。

2.2 矿体特征

在大霞址断裂南段构造蚀变带内发现了数个矿体，其中规模较大的矿体为西北部的Ⅰ号和东南部的Ⅱ号两个主矿体(图3A)，其余矿体多为单孔控制。通过进一步勘查工作，在两个主矿体之间施工的钻孔未见矿体，但蚀变带存在，推测在大霞址村附近有近东西向张性断裂的破坏，导致分成两个矿体(图3B)。但也不排除矿体在走向上呈尖灭再现的特点。

Ⅰ号矿体：位于大霞址金矿区内，地表已采空，矿体呈脉状，走向330°，倾向SW，倾角39°～44°(图2B)，控制长度205m，控制斜深约164m，真厚度0.80～9.01m，平均厚度4.14m，赋存标高：+65m～-100m。金品位1.10～44.70g/t，平均品位9.02g/t。局部倾向上未封闭，赋矿岩性主要为黄铁矿化硅化碎裂岩和黄铁矿化绢英岩。矿体深部沿南西方向侧伏，侧伏角约为28°(1)中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东省栖霞市大霞址地区金矿普查报告，2018年。。

Ⅱ号矿体：位于郭落山金矿区内，走向314°～337°，倾向SW，倾角43°～54°。矿体目前控制长度658m，控制斜深334～670m，真厚度在0.69～2.53m，平均真厚度1.19m，赋存标高+244m～-271m。矿体呈脉状，沿走向和倾向具舒缓波状、局部见膨胀狭缩之特点，倾向上未封闭(图2C)。金品位1.07～31g/t，平均品位3.84g/t。赋矿岩性主要为黄铁矿化硅化碎裂岩，其次为黄铁矿化绢英岩，局部为黄铁矿化斜长浅粒岩(2)山东正元地质资源勘查有限责任公司，山东省栖霞市郭落山矿区金矿详查报告，2015年。。矿体深部沿SW方向侧伏，侧伏角约为36°。

2.3 矿石特征

本区赋矿岩性主要为含金黄铁绢英化碎裂岩、金属硫化物石英脉；矿石结构主要为粒状结构、碎裂结构、交代结构等；矿石构造主要有块状、团块状、浸染状、细脉状和角砾状构造；矿石中金属矿物包括自然金、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿等，脉石矿物以石英、绢云母、斜长石为主，其中黄铁矿、黄铜矿、石英为主要载金矿物。

3 控矿因素分析

研究区金矿位于胶东栖(霞)-蓬(莱)金矿成矿带中部，区域上广泛分布太古代—古元古代克拉通化的变质基底岩系，还有不同期次的频繁岩浆侵入活动，并在中生代以来受郯庐断裂远程效应影响发育大量NNE、NE向及NW向的不同序次、不同时期性质不同的断裂构造，这种“三位一体”的地质控矿因素，为栖霞地区金矿的形成提供了优越的成矿地质背景和控矿条件。

1—新太古代闪长质片麻岩；2—二长花岗斑岩；3—金矿体；4—蚀变带；5—钻孔；6—勘查线；7—断层；8—民采坑及浅井图2 大霞址断裂南段构造蚀变带空间展布及其特征

1—矿体；2—地形面；3—钻孔轨迹；4—实测/推测断层；5—钻孔平面位置；6—矿区范围图3 研究区矿体三维立体图(A)及水平投影图(B)

3.1 地层与金矿

栖霞地区出露的地层主要为新太古代胶东岩群、古元古代荆山群、粉子山群等变质岩地层，主要以包体状、裙带状的形式赋存在太古代栖霞TTG质片麻岩中。部分学者[8-9]认为，胶东岩群中的斜长角闪岩中金的丰度值较高，含量为(22.24～38.39)×10-9[10]，平均含量高出克拉克值的3～10倍，从而得出胶东岩群为金矿的初始矿源层。但已有资料表明各地层中金的含量并不高(胶东岩群为1.88×10-9、荆山群为1.36×10-9、粉子山群为1.88×10-9)[11]，甚至低于地壳中金的丰度，因此胶东岩群对金矿形成的贡献程度是有限的，是否为金矿的原始矿源层还需讨论。形成如此大规模的金矿集区，必定需要大量的成矿物质，而基底中如此分散、含量甚低的金元素难以提供。耿瑞[12]、王佳良[13]等通过同位素和流体包裹体研究表明栖霞地区金矿床中成矿物质主要来自幔源；牛树银等[14]认为胶东地区金矿的成矿流体主要来源于具有核幔边界热物质特征的地幔成矿流体；孙丰月等[15]虽然认为老变质岩在重熔的过程中有部分金被活化并参与到金成矿过程中，但通过同位素、煌斑岩含金性等方面论证了金的来源为上地幔区。也就是说在成矿热液上升过程中通过热液淋滤作用，局部老地层可能为其附近的金的成矿作用提供少量的金矿质。

研究区内钻孔资料显示，变质岩地层中含有较多的石墨和大理岩。其中石墨具有吸附金属离子的作用，可以导致含矿流体中金属元素的沉淀、富集[16]，大理岩具有高塑性、低渗透的特点，对含矿热液的运移产生屏蔽和保护作用，促使矿液中的金沉淀[17]，这可能是变质地层的控矿作用，而不在于其含金的多少。

同时，变质地层中的钙镁硅酸盐岩建造和碳酸盐岩建造，其物理性质性脆、易碎，在一定的构造应力条件下，很容易形成破碎带、节理裂隙、碎裂构造、层间构造等构造薄弱空间，这为含矿气水热液的上升聚集和矿质的沉淀富集成矿提供了容储空间。气水热液对这些构造薄弱带内的岩石发生热液蚀变，从而形成构造蚀变岩型金矿。

3.2 岩浆岩与金矿

普遍认为，胶东地区金矿与中生代岩体有着密切的时空关系，岩浆热液活动与金成矿作用更为直接。研究区大面积出露的岩体为新太古代栖霞片麻岩套(TTG岩系)，在研究区西北侧出露小面积的中生代玲珑序列郭家店单元二长花岗岩岩体，局部分布有花岗斑岩、闪长玢岩和煌斑岩等岩脉。虽然研究区内地表及钻孔中未见金矿与中生代岩体有直接的关系，但根据栖霞地区重力资料及闪长玢岩内部存在花岗质包体，显示栖霞地区深部存在中生代花岗质岩体，从整个胶东地区金矿的成矿地质条件来讲，栖霞地区金矿的形成离不开中生代岩浆活动。

栖霞片麻岩套是胶东地区新太古代规模最大的幔源岩浆活动事件。虽然其本身所含的金含量不高(平均丰度值为1.67×10-9)[11]，但在侵位过程中，活化萃取围岩内的金矿质，其形成和演化过程，是栖霞地区金矿形成的建造基础[18]。

中生代岩浆活动与金矿主要表现在岩浆作用为金矿的形成提供热源，带来成矿流体，以及为成矿开辟成矿空间，即岩体在上升过程中，提供了大量的热能，使部分围岩中的成矿物质得以活化，并为成矿流体的运移提供热动力；再者其底侵作用可以形成韧性剪切带或扩张断裂，为后期成矿流体的运移开辟通道。

区内地表和钻孔内见有大量的闪长玢岩和煌斑岩等岩脉，与金矿脉平行产出同一构造空间或相互穿切，在附近矿区内也见有此类现象。虽然脉岩与金矿关系密切[19-21]，但梁亚运等[22]通过对铂族元素特征分析，认为基性脉岩可能没有为金矿化提供幔源成矿物质，只是对含矿热液的运移和最终定位起限制作用，有利于矿体的形成[12]。

3.3 构造与金矿

断裂构造是成矿流体运移路径和成矿物质沉淀、存储场所，也是成矿期后矿体被破坏、发生变化的主要因素。中生代该区经历了十分复杂的构造演化历程，形成一系列NNE向线性构造，时间跨度长、活动期次多，力学性质不同，构成该区的基本构造格架。在此基础上，在主干断裂之间形成NW向和NE向的次级断裂，形成平面呈网格状、纵面呈阶梯状或铲状的构造空间展布。

研究区内栖霞断裂是该区金矿重要的导矿构造，具多期性和不均一性，控制着区内金矿的形成[23]，是深部热液运移的路径，为金元素的迁移提供了良好的通道。强烈的区域动力作用和岩浆热液的交代作用使断裂带内岩石发生强烈破碎、变质和蚀变。其次级断裂严格控制着该地区金矿床的产出，比如栖霞断裂西部的十里堡金矿及本研究区金矿等，东部的山城、马家窑金矿等。

NW向的大霞址断裂是栖霞断裂的次级断裂，为研究区金矿最为直接的控矿构造，是金元素沉淀、富集、存储的场所，控制着金矿体的形态、产状和规模。并且断裂内可见擦痕和阶步(图2D)以及构造透镜体(图2E)，指示其具有压扭性，但也可见构造角砾岩，并充填有二长花岗斑岩、石英脉、煌斑岩等脉岩表现出张性特点的性质，说明大霞址断裂经历了多期次性质不同的活动。

4 矿床成因

通过与典型的“焦家式”金矿进行对比分析(表1)，本区金矿与“焦家式”金矿具有相似特征，二者应为同一类型矿床，是受断裂控制的与岩浆热液有关的构造蚀变岩型金矿床。

表1 “焦家式”金矿床特征对比一览表

前人通过锆石测年、元素地球化学、稳定同位素、放射性同位素、流体包裹体、岩相学等方法，对“焦家式”金矿的成矿时代、成矿物质来源、成矿流体性质与演化、金的沉淀机制等做过大量的研究[24-28]。“焦家式”金矿的成因综合起来可以概括为：成矿物质主要来源于中生代的岩浆热液，大规模的岩浆活动又为含矿热液提供了动力驱动力，构造破碎带、韧性剪切带、层间滑脱带等构造部位为含矿热液的迁移、富集沉淀提供了良好通道和赋矿空间。

由于本区成矿大地构造环境复杂，金矿严格受构造破碎蚀变带控制。通过对典型矿床的地质、地球化学特征和成矿物质来源、成矿流体性质、成矿元素的迁移、富集、沉淀机制等的分析，结合区内金矿地质特征，研究区内金矿的矿床成因总结如下：在大地构造演化过程中，形成以NEE向为主、并伴生NW向和NE向次级断裂的网格状构造格局，这些断裂又经历了多期次性质不同的活动，使得断裂中的岩石发生强烈的破碎，形成构造薄弱带，深部岩浆活动形成的含矿热液沿着这些构造薄弱带上升，并与围岩发生强烈的交代蚀变，形成构造蚀变岩。随着地球化学条件的改变，成矿流体发生演化，在有利的空间部位富集、沉淀，最终形成蚀变岩型金矿。

5 成矿模式

前人对胶东地区金矿进行了大量的研究，提出了不同的成矿模式，比如宋明春等[36-37]创建了胶东金矿“热隆-伸展”成矿理论和阶梯式成矿模式；李洪奎等[38]的“四位一体”理论；吕古贤等[39]的“胶东陆内构造岩浆核杂岩隆起-拆离带蚀变”成矿模式；牛树银[40]、毛景文[41]的“地幔亚热-幔枝构造”成矿模式；申萍等[42]提出构造-流体-成矿作用体系模式；以及幔隆作用模式[43]、非造山带型金矿[44]、造山带型金矿[45]、“树状”成矿系统[46]等等。

目前一致的观点是区内金矿的形成与中生代岩浆活动有紧密的关系，但随着更微观的研究和测试技术的提高，越来越多的研究表明胶东金矿的成矿过程离不开地幔流体的参与。本文根据前人对“焦家式”金矿的成矿物质来源、成矿流体性质及运移沉淀等的研究成果，结合上述对本区大地构造背景、矿床地质特征、控矿因素分析的认识，总结了大霞址断裂金矿的成矿模式(图4)。

1—栖霞序列岩体；2—燕山晚期岩体；3—金矿体；4—断裂；5—成矿流体；6—大气降水；7—栖霞断裂；8—台前断裂；9—大霞址断裂图4 大霞址断裂金矿成矿模式图

大约从137Ma开始，中国东部岩石圈大规模拆沉[47-49]。库拉板块以高速俯冲于华北板块之下，导致郯庐断裂带发生大规模左旋平移，产生的应力场形成了一系列NE—NNE向断裂构造，部分断裂如栖霞断裂切割较深。期间相对冷的洋壳快速俯冲将大量的水带入上地幔，形成含金等成矿物质的幔源流体，作为金成矿的物质基础[6，15]。同时，板块的俯冲作用导致温度升高，岩石圈底部拆沉、垮塌，软流圈上涌，富集地幔发生部分熔融并上涌，与下地壳形成混熔岩浆底侵，造成大量壳幔型花岗岩上侵就位(如郭家岭、牙山岩体等)[4-5]，并形成大量幔源型煌斑岩脉。

125～115Ma期间，太平洋板块向欧亚大陆俯冲的运动方向发生转变(由NW向转为NWW向)，在幔流柱的作用下，岩石圈发生垮塌、拆沉，导致强烈的壳幔作用[47]。区域应力场相对松弛，早先次级压扭性NE向断裂，在局部出现张扭性空间(相对松弛，属封闭—半封闭空间)。在此背景下容易形成张扭性走滑断裂的典型构造样式—负花状构造，在剖面上表现为地堑式(图4B)，或与主断裂共同形成“业”字构造。来自地幔的流体所携带的成矿组分和挥发分沿着区域性主干断裂(如栖霞断裂)向上运移，并与围岩大范围进行物质交换，不断萃取围岩中的成矿物质，随着动力条件的减弱和成矿流体物理化学性质发生变化，含矿热液向相对封闭的有利构造空间部位(如大霞址断裂)迁移、沉淀、富集，形成构造蚀变岩型金矿床。

6 下一步找矿建议

大霞址断裂呈NW向展布，北抵台前-陡崖断裂，南与栖霞断裂相交切截，全长约10km。断裂带内断层角砾岩较发育，角砾的棱角较明显，大小混杂，局部可见擦痕、断层泥、碎裂岩、碎粒岩，浅部充填石英脉，南端被后期二长花岗斑岩充填。蚀变现象主要为高岭土化、褐铁矿化、硅化。结合以上对该断裂南段构造蚀变带特征的阐述，说明大霞址断裂具有多期次、力学性质不同的特征，并且已证实为含矿构造。由于受矿权范围影响，目前只针对南段的浅部进行了探矿工作。根据胶东地区金矿成矿规律，在走向和倾向上具有尖灭再现或倾向上呈阶梯状分布的特征，因此，在大霞址断裂的北段也有一定的找矿远景，特别是与NE向断裂的交会部位和沿断裂分布有古元古代片岩、片麻岩等薄弱地层的地段，均是下一步找矿的重点部位。

笏山大型金矿的深部重大突破，反映出栖霞地区有大型金矿的成矿条件，也显示出该区深部具有良好的找矿前景。区内及周边以往工作多数针对标高-500m以浅，只要走向或倾向上一两个钻孔未见矿，就认为矿体已经圈闭了，打破常规找矿方法，根据成矿规律，总结矿体间隔距离，以蚀变带存在为找矿标志，继续攻深找盲。近几年胶东地区金矿深部找矿突破也证实了深部金矿富集带的存在，具有找矿空间，且资源量相当可观[50-51]。

区域上大多数金矿都赋存在NE向断裂中，而本区金矿赋存在NW向断裂中，北部邻区十里堡金矿赋存在EW向断裂中，因此，在以后找矿的过程中，应结合找矿线索，综合地物化等手段，在各向构造薄弱的有利部位开展找矿工作。

7 结语

(1)研究区内金矿严格受断裂构造控制。NNE向的区域主干断裂——栖霞断裂为深部岩浆及含矿气水热液提供了上涌通道，含矿热液运移至浅部并在NW向的次级断裂——大霞址断裂中富集、沉淀。矿床类型为构造蚀变岩型，硅化、黄铁矿化、绢英岩化与金矿最为相关。

(2)主矿体形态简单，连续性较好，局部沿走向尖灭再现，局部倾向上未封闭；成矿后断裂和岩脉对矿体有一定的破坏作用，并且导致矿体向SW方向侧伏，侧伏角约为28°～36°。

(3)研究区变质岩地层以包体状、裙带状的形式赋存在分布广泛的太古代栖霞TTG质片麻岩中，中生代以来发育各期各类的岩体以及多期次的各向断裂，这种“三位一体”的控矿因素，为该区金矿的形成提供了优越的成矿地质背景。

(4)受太平洋板块向欧亚板块的俯冲方向由NW向转为NWW向，区域应力场由扭压转向相对松弛，在此背景下，容易形成张扭性走滑断裂的典型构造样式—负花状构造。上地幔热液携带着成矿物质沿着负花状构造中的主构造空间(如栖霞断裂)上涌，并不断萃取围岩中的金质，与围岩发生交代蚀变，随着物理化学性质和热动力条件的改变，最终在次级的有利空间部位(如大霞址断裂)沉淀、富集成矿。

(5)以往工作已证实大霞址断裂为含矿构造，但目前找矿工作仅局限于南段浅部，根据区域上金矿具有走向和倾向上尖灭再现或倾向上呈阶梯状展布的规律，结合大霞址断裂的构造特征，其北段也具有一定的找矿远景，重点是与NE向断裂的交会部位和沿断裂分布有古元古代片岩、片麻岩等薄弱地层的地段。同时也应开展深部找矿工作，攻深找盲，扩大找矿远景。

致谢：感谢审稿专家为论文提出了宝贵的建设性修改意见。