山东海阳郭城地区金矿床成矿特征

杨春福

(中国黄金集团公司,北京 100011)

山东海阳郭城地区金矿床成矿特征

杨春福

(中国黄金集团公司,北京 100011)

近年来,在山东海阳郭城地区郭城断裂下盘发现了多处金矿床(点)。研究发现,该地段金矿成矿特点与胶东其它地区存在较大的差异。通过对矿区的矿床地质、控矿构造和成矿流体等方面的研究,揭示了该地区金矿体形态复杂和产状多样的原因系多组结构面联合控矿所致。区内成矿期构造应力场是以郭城断裂为主干断裂的左行剪切作用,成矿流体环境为中高盐度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2体系,硫同位素特征反映了成矿热液来源于古老变质岩部分熔融形成的壳源岩浆热液。

胶东 郭城地区 金矿 成矿特征

Yang Chun-fu.M ineralization characteristics of gold deposit in the Guocheng region,Ha iyang, Shandong Province[J].Geology and Exploration,2010,46(3):0462-0469.

胶东地区多数金矿床的研究程度都较详尽(翟建平等,1995;赵鹏沄等,2007;季海章等, 1992;肖武权等,1995;孙丰月,1994;王力等, 2007;杨金中等,2001;刘连登等,1984;祝新友, 1991;刘晓煌等,2003),但处在牟(平)-乳(山)成矿带西侧边缘郭城断裂带下盘的金矿研究资料却较少。郭城地区位于山东海阳市北约45km,处在胶莱盆地的东北缘,成矿期由于受特殊构造环境因素的影响,所形成的金矿床与胶东其它地区的金矿在地质特征方面存在着较大的差异。近年来,随着地质认识的逐步深入(谭俊等,2006),该区的找矿工作也先后在土堆和沙旺两个矿区的浅部取得了一定的进展,但纵深方向的找矿尚未取得实质性突破。调查发现,与其处在同一构造线方向的其它矿床(点)均有着相似的地质特征,目前还处在成矿规律不清、找矿方向不明的境况。因此,研究和总结该区金矿的成矿特征,对这一地区的找矿勘探具有重要的意义。

1 成矿地质背景

胶东金矿集中区位于华北地台东部,属胶东前寒武纪结晶基底区,并处于滨太平洋成矿带西部中新生代大陆边缘活动带内。研究区的区域大地构造环境位于胶莱盆地与胶北隆起交汇处,是胶莱盆地北缘近年来发现的新类型金矿(沈远超等,2001;沈远超等,2002)。

区内地层出露不全,见有早元古代荆山群,岩性以大理岩和变粒岩为主,大多分布在郭城断裂的下盘;中生代莱阳群、青山群和王氏群,岩性以砾岩、砂岩和页岩为主,多产于郭城断裂的上盘。

区内构造主要呈现的是断裂构造,走向NE,倾向NW,倾角50°～60°。自西向东发育有:桃村断裂、郭城断裂、朱吴断裂和海阳断裂。这组深大断裂向北东方向追索跨过黄海可与辽东南的鸭绿江深大断裂相连(图1)。其中的郭城断裂带在胶东地区延长约150km(邹为雷等,2001),研究区即位于该断裂通过的郭城镇一带。

区内岩浆岩广泛发育,有基性、中性、酸性和碱性岩,其中以酸性岩为主。大面积出露的岩体为晚元古代牧牛山岩体,岩体中细粒二长花岗岩为主要岩石类型,整体呈“舌状”由NE向S W方向侵位于早元古代荆山群地层中,岩体内含有变粒岩、大理岩等地层包体。岩体普遍遭受糜棱岩化。此外,燕山期的各类岩脉也非常发育,穿插于荆山群地层及牧牛山岩体中(图2)。

图1 郯庐断裂带(束)简图(据魏俊浩,2009修改)Fig.1 Sketch map show in the Tancheng -Luj iang fault zone(afterW ei,2009)

图2 胶东郭城地区地质简图Fig.2 Geologicalmap of the Guocheng area,Jiaodong Pen insula

2 矿床地质特征

2.1 容矿岩石特征

该区含矿岩石相对较简单,主要为早元古界荆山群变质岩和黑云二长花岗岩。变质岩包括大理岩类、透闪石岩、透辉石岩、透闪透辉石岩、黑云变粒岩。大理岩和变粒岩主要分布于金矿化区的西部,是土堆金矿区的主要容矿围岩。黑云二长花岗岩属玲珑超单元九曲单元的牧牛山岩体的一部分,岩石化学特征中的里特曼组合指数δ1.91～δ2.33,平均值为2.156,属钙碱性岩石。Al2O3≥K20+Na2O+ CaO,平均比值为1.05,属铝过饱和系列岩石。全岩Rb-Sr法测试等时线年龄值为702.63Ma,初始比0.70735,接近于幔源型花岗岩(0.703)①。黑云二长花岗岩主要出露在矿区的东部,也是沙旺金矿区的主要容矿岩石。

从金矿化对岩石的选择性来看,通常是在大理岩中的金矿化好于花岗岩中的金矿化,而花岗岩中的金矿化又强于变粒岩中的金矿化。

2.2 岩脉特征

研究区发育了密集的各类岩脉,岩性主要有辉绿岩、煌斑岩、闪长岩、闪长玢岩、花岗斑岩和正长斑岩等。这些岩脉大多呈NE走向,倾向NW,倾角70°左右,宽度一般在2～5m,少数厚大的岩脉宽度在十几米甚至几十米,走向延长可达数百米,个别可延长数千米(图3)。

岩脉的成岩时间集中在100～140Ma,属燕山晚期岩浆作用的产物(刘燊等,2005)。它们总体上属于钾质钙碱性系列,高Mg、Fe、Al,低Ti,富集L ILE和LREE,相对亏损HFSE。其微量元素与胶东其它地区同期岩脉的研究成果比对,具有极为一致的分布特征,指示了它们可能来自深部同一岩浆源区(谭俊等,2006;罗天明,1992)。绝大多数岩脉的生成时间略晚于矿体,密集的岩脉将矿体切割得支离破碎,但一般只穿插切割矿体,并未对矿体造成大的位移。

2.3 矿化带及矿体

研究区的金矿化具有成群成带分布的特点。现已控制的具有工业意义的矿化群带有三条,由西向东依次可划分为土堆矿化带(Ⅰ号带)、土堆东矿化带(Ⅱ号带)和沙旺矿化带(Ⅲ号带)。这三条矿化带总体走向NNE,近乎等距出现,相距200～300m,每条矿化带的宽度在400m左右。Ⅰ号矿化带以2﹟脉为主体,Ⅱ号矿化带探明了46﹟和56﹟两条主矿体,Ⅲ号矿化带沿走向控制程度最高,长度近千米,两端金矿化依然存在,发育了28﹟、29﹟两条主矿体(图4)。

图3 土堆矿区472勘探线地质剖面图Fig.3 Geological section along exploration line 472 in the Tudui deposit

从垂向上看,这三条矿化带目前探、采的深度很浅,仅限于地表以下百余米,只有个别钻孔的深度达到了300m左右(图3)。矿体的形态多以脉状、透镜状为主,单个矿体一般走向延长十几米至几十米不等,厚度通常在1～2m之间,平均金品位多在6×10-6左右,但一些富块段金品位可高达20× 10-6,多处地段出现单个样品金品位超过100× 10-6,最高单个样品金品位达到了226×10-6。矿脉常见有膨胀收缩、分支复合、尖灭再现现象。

从主矿体产状看,2﹟和56﹟均为NEE走向,倾向S,倾角较缓,通常在20°左右;46﹟、28﹟和29﹟三条主矿体走向则为NNE,倾向NWW,倾角一般在20°-40°之间。这五条矿体除2﹟矿体和28﹟矿体出露地表外,其余三条矿体均为隐伏矿体。

2.4 金矿化及矿物组合特征

2.4.1 金矿化特征

研究区的金矿化主要为含金黄铁矿型及含金磁黄铁矿型,个别地段见有磁黄铁矿化与黄铜矿化、闪锌矿化的多金属硫化物型金矿化。矿化的形式主要有星散状浸染型、细脉浸染型、细脉-网脉状浸染型、脉状黄铁矿(磁黄铁矿)型,金矿化主要集中在构造断裂带和断裂-裂隙带中。

2.4.2 矿物成分特征

矿石的光、薄片鉴定结果表明,矿石的矿物成分较简单,以黄铁矿为主,次为磁黄铁矿、黄铜矿,少见闪锌矿,极少量或微量方铅矿、磁铁矿、银金矿、金银矿。其中的主要矿石矿物黄铁矿在该区占矿石矿物的90%以上,是金的主要载体矿物。特别是中细粒半自形-它形黄铁矿,一般呈集合体状、细脉状、团块状,常与阳起石和绿帘石等脉石矿物共生,这种特征的黄铁矿是主成矿阶段的产物。另外,呈它形粒状集合体、包裹交代早期黄铁矿或充填在粗粒黄铁矿裂隙中的磁黄铁矿,往往与主成矿阶段的黄铁矿和黄铜矿密切共生,此类矿石含金品位高,是主成矿阶段的代表性矿物之一。脉石矿物主要为长石、石英、角闪石、方解石,有少量透辉石、透闪石、绿帘石、阳起石、绢云母,副矿物有磷灰石、锆石、榍石等。

金矿物常见自然金和银金矿,金银矿次之。形态多见粒状,具非均质性。粒度以中、细、微粒金为主。金的赋存状态多为晶隙金和裂隙金。

2.4.3 矿石组构特征

矿石结构主要为半自形-它形粒状结构、熔蚀结构、碎裂结构、充填或填隙结构、交代残余结构和包含结构。矿石构造主要为浸染状构造、块状构造、脉状构造和角砾状构造等。

图4 Ⅲ号矿化带金矿体(化)平面分布图Fig.4 Map showing gold body distribution in them ineralized belt No.III

2.4.4 矿石类型

按矿石的自然类型可分为细脉浸染型矿石、细网脉状-脉状黄铁矿型矿石、脉状磁黄铁矿矿石、块状-团块状黄铁矿矿石、破碎角砾岩型矿石。

2.4.5 围岩蚀变特征

研究区的围岩蚀变类型复杂,在不同围岩中的矿化蚀变作用表现不同。花岗岩中主要蚀变类型为钾长石化、硅化、碳酸盐化、绢云母化、沸石和高岭石化;变质岩中主要蚀变类型为蛇纹石化、透闪石化、阳起石化、绿帘石化、黝帘石化、绿泥石化及碳酸盐化等。矿体附近的岩脉普遍发生了蚀变,基性岩脉蚀变以阳起石化、绿帘石化、黝帘石化、绿泥石化及碳酸盐化为主,并且普遍伴有黄铁矿化,蚀变岩脉的Au、As和Co的含量明显增高。

研究表明,石榴子石化与早期硅化早于金的主矿化期,阳起石化、绿帘石化、黝帘石化、绿泥石化与金矿化基本同时,而蛇纹石化及碳酸盐化晚于金的成矿作用。

2.4.6 矿化阶段

成矿大致可分为四个阶段:第一阶段为粗粒黄铁矿化阶段。该阶段的黄铁矿呈自形晶-半自形晶,结晶状态好,碎裂结构普遍,但金矿化弱,以星散浸染状矿化为主,伴生蚀变矿物为石榴子石和阳起石;第二阶段为含金多金属硫化物阶段,为金的主要成矿阶段。组成矿物主要为中细粒黄铁矿,但常有磁黄铁矿和黄铜矿,偶见闪锌矿和方铅矿。这一阶段的黄铁矿多为中细粒,也见细粉末状,半自形晶和它形晶为主,充填形式以细脉状和细网脉状为主,个别地段形成黄铁矿和磁黄铁矿大脉。蚀变矿物有硅化、阳起石化、绿帘石化和绿泥化等;第三阶段为晚期黄铁矿化阶段,黄铁矿通常为中细粒自形-半自形晶。当矿体被闪长玢岩脉穿插时,这一阶段的矿化表现为闪长玢岩中的星散状黄铁矿化,由于闪长玢岩脉切割了矿体,因而闪长玢岩脉中的矿化明显晚于主成矿阶段。该阶段金矿化弱,一般不形成金矿体。但金矿体因受这一阶段的矿化叠加影响,往往形成高品位的富矿段;第四阶段为碳酸岩阶段。该阶段为成矿的晚期阶段,表现为沿裂隙形成的一些方解石脉,内有少量的细粒黄铁矿矿化。这些方解石脉穿插矿体,也切割了中基性岩脉,金矿化弱,不形成矿体。

3 构造控矿特征

3.1 容矿构造性质

研究区内的土堆-沙旺金矿区的容矿断裂构造按其走向可分为NNE、NEE和NW三组方向,以NNE和NEE两组为主。

NNE组以46﹟、28﹟和29﹟三条主矿脉为代表。从矿体上、下盘充填有含金硫化物细脉的羽状裂隙特征可判断出成矿时容矿构造为左行逆冲性质。此外,从容矿构造产状上看,具有逆冲断层的缓倾斜特征;从充填其中的脉体厚度变化特征方面看,脉体具有沿走向的右弯地段厚度减小、左弯地段厚度增大,沿倾向方向倾角陡的地段矿体变薄、倾角缓的地段矿体肥大的特点,并在脉壁上可见清晰的逆冲擦痕。所有这些,都反映出该组容矿构造为左行压剪逆冲性质的结构面特征。

（4）尽量采用自繁自养的养殖模式，严禁从疫区引进种猪、副产品以及设备设施。如果不确定为疫区或非疫区，要对设备设施进行彻底消毒，对引进的种猪进行严格的检疫，确认无病后才可以混群饲养[5]。

NEE组容矿构造以2﹟号和56﹟脉为代表,矿体常见透镜状,走向延长较短,通常在十几米至几十米,厚度变化大,与围岩界面参差不齐。通过现场对结构面特征的分析,判定该组构造具有以压为主兼剪性的逆冲结构面性质。

NW组含矿构造走向330°、倾向240°、倾角45°左右。该组容矿构造不甚发育,多与上述的NNE和NEE两组结构面构成联合控矿体系。这组容矿构造独立形成的矿脉较少见,只在沙旺矿区北侧的东刘家地段地表民采坑和老硐等个别工程内见到。矿体规模小,所形成的金矿化厚度也较小,一般只有1m左右,走向延长也较短,一般只有十几米至几十米,根据结构面特征可判定为右行张剪性质。

3.2 构造控矿特征

上述三组容矿构造常常相伴产出,但发育的程度不同。当两组或两组以上的结构面在同一地段近于同等发育时,充填其中的矿体形态即为透镜状、蠹状或瘤状,且沿任何一组结构面的走向和倾向方向追索时,矿体在较短距离内都将尖灭,如沙旺矿区的Ⅱ-8采场等。因此说,多组容矿构造裂隙的交叉部位控制了形态复杂和产状多变的金矿体。

研究表明,矿体形态主体可划分为两类:一类是脉状矿体,另一类为透镜状矿体。脉状矿体走向大多为NNE向,延伸相对稳定,厚度变化较小,金品位较高,一般为黄铁矿脉和/或磁黄铁矿的细脉、网脉充填型为主,局部地段也充填黄铁矿和/或磁黄铁矿的块状硫化物大脉;透镜状矿体大多为NEE走向,往往受多组剪性断裂或剪切裂隙带叠加控制,有时可见到共轭剪裂面联合控制的特征,表现为矿体厚度变化大,矿体不稳定等特征。

综观研究区内的各类金矿体,具有如下特征:①矿体无一例外均产于断裂带及构造裂隙带中,构造控矿明显。②矿体主要为NNE和NEE两组走向,但NNE组结构面表现得更为普遍和稳定(图4)。③矿体以缓倾斜为主要特征。较缓矿体的金矿化和厚度一般好于较陡的矿体。④同一矿体常呈现多组结构面联合控矿的现象,反映了多组构造共同叠加的控矿特征。⑤在矿化带中,透镜状矿体在走向和倾向上常出现尖灭再现现象,在倾向方向呈现叠瓦状排列的展布特征。

3.3 控矿构造应力场分析

研究结果表明,郭城地区金矿的三组控矿结构面在时间、空间及成因的力学性质方面是相互联系的,它们是同一构造应力场作用下的产物(梁华英, 2000;沈远超,1998)。根据前面分析的三组控矿结构面的空间组合特性及力学性质,可恢复当时成矿期应力场系沿NE方向的左行剪切作用,其主干剪裂面即是矿区西侧的郭城断裂。该断裂的左行剪切结果从理论上讲可产生四组结构面—压剪性结构面S1、张剪性结构面S2、剪压性结构面P和剪张性结构面T(杨春福等,1997),其中S1和S2为一组共轭剪裂面(图5)。

图5 郭城断裂左行剪切应力场分析图解Fig.5 Analysis diagram of the sin istral-shear stress field of the Guocheng fault

需要说明的是,由于受岩性、构造等不同地质条件的影响以及应力作用方式的不同,在不同地区各组结构面并不是同等发育,通常情况下只发育与主应力夹角较小的1-2组(杨春福,1997),其余各组结构面在一些地段能够观察到它的“形迹”。研究区成矿期的左行剪切应力场作用导致发育了NNE和NEE两组结构面,而NW向结构面多与前二者相伴产出。这三组结构面在平面上相互制约就构成了该区的特殊控矿构造格架。由于主应力场分解的压应力为NW-SE方向,因而,在横剖面上则体现出NNE和NEE两组容矿构造的锯齿状展布特征(图3),且两组结构面均表现出逆冲性质。

控矿构造的复杂性造就了矿体形态的多样性。当含金热液充填在NNE、NEE和NW三组复合的构造空间时,则形成了瘤状、囊状和透镜状等不规则形状的矿体。本区矿体形态和产状变化大的原因即是多组结构面参与了控矿。

4 成矿流体特征

4.1 流体包裹体特征

图6 郭城金矿床流体包裹体特征Fig.6 Characteristics of fluid inclusions in the Guocheng gold deposit

矿石中石英的包裹体类型以CO2包裹体为主导,包裹体有明显的多阶段形成的特点。通过对流体包裹体的初融温度测试表明,其温度范围在57℃～59℃之间,这个温度范围远低于NaCl-H2O体系初融温度。在NaCl-H2O-CO2体系中包裹体的初融温度平均值为58.2℃。根据CO2-CH4相图,推测CH4/(CH4+CO2)比值为0%～7%,平均约3%。同时,根据CO2的P-V-T图解(DCO2),求得矿区成矿压力为9.013×105～1.401×106Pa,相当于成矿深度3～4km。在不大的压力下(8.013×105～9. 013×105Pa),矿物结晶形成的包体爆裂温度高于实际温度。当压力为9.013×105Pa时,爆裂温度小于实际温度。因此,在测试时某些样品包体加热时未均一而先爆裂,表明形成压力大于9.013×105Pa大气压。按1.013×106Pa大气压进行温度校正,校正温度约80℃。含CO2包体校正后平均温度为402℃,校正后均一温度与蚀变矿物组合及变质相图所确定的成矿温度相一致。

经测试,矿区的石英包裹体均一温度100.6-450℃,校正后,均一温度180.6℃～530℃,主成矿阶段成矿温度300℃～450℃,成矿作用早期均一温度达500℃～540℃。未校正的晚期矿化流体均一温度为97℃～243℃。统计结果表明,含CO2包体盐度6.11～11.0%;汽液两相包体盐度变化大,为2.07～23.0%;方解石均一温度低,为97℃～243℃,盐度也低,为3.23～5.26%;石英包裹体也显示出低盐度、均一温度低的趋势,相关系数0.574 (图7)。

流体包裹体研究还表明,矿区主成矿期成矿流体为中高盐度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2体系。流体内富含硫,硫的赋存状态以H2S为主。金的赋存状态以Cl-的络合物和HS-的络合物为主。金的沉淀与流体温度、压力降低及H2O与CO2的不混溶作用等密切相关(莫测辉等,1997)。

4.2 硫同位素特征

在郭城断裂下盘的主成矿区土堆-沙旺矿区井下采集分析了14件硫同位素样品,测试的δ34S‰值列于表1。从表1可计算得出,矿区的δ34S‰值在+5.6～+10.5之间。

硫同位素的这些特征反映了成矿热液来源既不是地表水或卤水,也不是幔源流体,而是来源于古老变质岩部分熔融形成的壳源岩浆热液。

图7 包裹体均一温度分布直方图Fig.7 Histogram of homogen ized temperatures of fluid inclusions

表1 土堆-沙旺矿区硫同位素分析结果表＊Table1 Sulfur isotopic compositions of sulfides from the Tudui-Shawang deposit

5 结论

①胶东郭城地区的金矿体以形态复杂的缓倾斜为主要特征,常呈现多组结构面联合控矿的现象,反映了多组构造共同叠加的控矿作用。控矿构造的复杂性造就了矿体形态的多样性。

②矿区发育了密集的各类岩脉,这些岩脉与胶东其它地区同期岩脉具有极为一致的分布特征,可能来自深部同一岩浆源区。绝大多数岩脉的生成时间略晚于矿体。

③研究区内成矿期表现为沿NE方向左行剪切的构造应力场。郭城断裂的左行剪切作用所产生的张剪性结构面S2、剪压性结构面P为金矿体的赋存提供了空间。

④研究区矿化大理岩和二长花岗岩中的包裹体主要类型为2相气液包裹体,气液比相对较小,随矿化强度增加,CO2包裹体增多。矿石中石英的包裹体类型以CO2包裹体为主导,包裹体有明显的多阶段形成的特点。

⑤研究区内主成矿期的成矿流体为中高盐度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2体系。流体内富含硫,硫的赋存状态以H2S为主。金的赋存状态以Cl-的络合物和HS-的络合物为主。金的沉淀与流体温度、压力降低及H2O与CO2的不混溶作用等密切相关。

⑥矿区的δ34S‰值在+5.6～+10.5之间,极差4.9,平均值为+8.63。硫同位素的这些特征反映了成矿热液来源于古老变质岩部分熔融形成的壳源岩浆热液。peninsula[J].Chinese Journal of Geology,40(1):69-83

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[注释]

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M ineralization Characteristics of Gold Deposit in the Guocheng Region,Ha iyang,Shandong Prov ince

YANG Chun-fu
(China National Gold Group Corporation,Beijing 100011)

In recent years,many gold deposits(outcrops)have been discovered in the footwall of the Guocheng fault in the Guocheng region,Haiyang,Shandong Province.Studies have found that themineralization characteristicsof these gold deposits are very different from other areas in the Jiaodong Peninsula.The studies on the deposit geology,ore-controlling structures and ore-forming fluid reveal that complexity of shapes and diversity of occurrences of ore bodieswere resulted from multiple-group of ore-controlling structures.In this area,the tectonic stress field ofmineralization time was left -shear on the major Guocheng fault.The ore-forming fluid was the H2O-CO2-NaCl-CaCl2system with medium-high salinity.Sulfur isotopic compositions reflect thatmineralization fluid was from crustalmagmatic hydrotherm formed by partialmelting of ancientmetamorphic rocks.

Jiaodong,Guocheng area,gold deposit,mineralization characteristics

book=3,ebook=85

P618.51

A

0495-5331(2010)03-0462-08

2010-04-08;[责任编辑]郑 杰。

杨春福(1965年-),男,1991年毕业于长春地质学院,高级工程师,主要从事矿山地质及管理工作,E-mail:ycfsdxt@ 163.com。