三山岛西部海域构造带发现及其地质意义

王金辉，张贵丽，陶有兵，王英鹏，祝培刚

(山东省地质调查院，山东 济南 250014)

0 引言

胶东金矿集中区金矿十分发育，截至目前已探明资源储量的金矿床(区)共有200余处，累计探获资源量近5000t，自西向东依次为胶西北、栖蓬福、牟乳3个金成矿区[1-2]，3个金成矿区以胶西北金成矿区最为出名，区内三山岛、焦家和玲珑-大尹格庄金矿田均成为资源储量超千吨的世界级金矿田[3-5]。深部找矿取得突破之后，地质工作者将找矿目标转向近岸海域，近年来深部和海域隐伏区找矿又取得重大突破，在胶西北金成矿区内三山岛断裂北延海域发现了470t超大型金矿。三山岛北部海域金矿床是截至目前在我国发现的最大规模的海域超大型金矿床，矿床类型为破碎带蚀变岩型，矿体赋存于三山岛断裂下盘的玲珑花岗岩中。

2013—2018年，山东省地质调查院利用地质调查专项及省地勘资金项目在三山岛海域开展地质矿产调查工作，通过海上重力测量工作，确定了三山岛断裂在北部海域的延展位置，提交一处A类金矿靶区[6]。在三山岛西部海域新发现一条重力梯级带，推测为断裂构造引起。该梯级带位于沂沭断裂带东侧，总体走向NE，被NW向断裂错动。前人工作已经证明本区的断裂构造对金矿的形成起着重要的控制作用，已知金矿床严格受NE—NNE向深大断裂控制。本次工作通过海上钻探对该梯级带进行了验证，发现铅(锌、金)矿化体。揭露了前寒武纪变质岩与中生代二长花岗岩的接触界面，类比相邻三山岛金成矿带，对该梯级带含矿可能性进行分析，期待对该海域找矿工作提供帮助。

1 区域地质矿产特征

胶西北金成矿区地处胶东金矿集中区西北部。大地构造位置属华北地台(Ⅰ级)、胶辽台隆(Ⅱ级)、胶北隆起(Ⅲ级)西北部，西临沂沭断裂带，北东邻龙口断陷盆地，基底由呈东西展布的太古宇构成(图1)。

区内地层出露相对零星。主要古元古代荆山群与粉子山群及新元古代蓬莱群，中生代地层主要包括莱阳群、青山群及王氏群。新生代地层主要有古近纪五图群、新近纪临朐群和第四纪地层[7]。

1—第四系；2—白垩系；3—新元古界；4—古元古界；5—白垩纪崂山花岗岩；6—白垩纪伟德山花岗闪长岩；7—白垩纪郭家岭花岗闪长岩；8—白垩纪雨山花岗闪长岩；9—侏罗纪玲珑花岗岩；10—太古宙TTG片麻岩；11—实测(推测)断裂；12—海上重力范围图1 胶西北地区地质简图[1]

胶西北地区侵入岩呈近EW向或NE向展布的岩基、岩株、岩瘤状产出。超基性—酸性均有发育，尤以中酸性、酸性岩规模大、分布广。形成时代自中太古代至新生代，中生代燕山晚期最发育；岩浆物质来源分为幔源、壳源和壳幔岩浆混合源等。

中生代侵入岩主要有侏罗纪燕山早期玲珑花岗岩，白垩纪燕山晚期郭家岭花岗闪长岩、伟德山花岗闪长岩、雨山花岗闪长斑岩、崂山花岗岩组成。玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩是区内金矿的主要围岩，与金矿关系密切，构成胶西北金矿集区岩浆岩主体[8-9]。

区内金矿受断裂构造控制，沿三山岛断裂分布有三山岛、新立、仓上、三山岛北部海域、西岭等金矿床，沿焦家断裂带及其下盘次级断裂分布有新城、曲家、上庄、焦家、望儿山、寺庄、沙岭、朱郭李家、马塘、前陈、南吕-欣木、蚕庄等金矿床，沿招平断裂带及其下盘次级断裂分布有台上、东风、岭南、阜山、大磨曲家、水旺庄、九曲蒋家、九曲、大开头、罗山、大尹格庄、夏甸、莱西、山旺、谢家沟、旧店等金矿床。

2 研究区布格重力异常特征

胶东西北部地区，粉子山群、胶东岩群、栖霞序列、马连庄序列变质岩密度偏高，玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩密度偏低。由于花岗岩体与变质岩接触时，在岩体分布区形成明显的重力低异常，在变质岩分布区形成重力高异常，因此利用重力异常可以圈定出变质岩和花岗岩类的分布范围[10]。

2013—2018年，山东省地质调查院为了查明该海域地质构造情况，使用美国生产的海底重力仪，在该海域开展海上1∶5万重力测量工作，形成研究区布格重力异常图。从布格重力异常图上主要表现为强烈波动性，NE向高低相间的分带性。以沂沭断裂带为界，鲁东地区表现为在重力高值背景上的强烈波动重力场，背景值平均在(0～25)×10-5m/s2，显著高于鲁西重力场。沂沭断裂带以东，重力场在高背景上亦表现出了强烈的波动性，芙蓉岛南部出现布格重力异常最高值达20.9×10-5m/s2，为区内最高值，东部布格异常值最低达-4×10-5m/s2，重力差值近25×10-5m/s2，重力场跌宕起伏，高低相间，使布格异常表现明显的块状分布特征。引起此波动的原因：一是地壳运动的差异性，莫霍面起伏差异，二是花岗岩侵入的不平衡性，岩体大小厚薄不等，三是区内高密度的元古界沉积厚度不一。

区内共推断断裂22条，F1断裂(昌邑-大店断裂)走向NNE，表现为规模大、梯度陡的重力梯级带异常特征，断裂以西表现为重力低特征，以东表现为重力高特征。综合区域构造图及1∶25万布格重力异常图、航磁图及地震资料[11]，该断裂为沂沭断裂带最东侧分支昌邑-大店断裂。F3断裂(三山岛断裂)整体走向NE，倾向SE，在平面上呈“S”形，三山岛—新立段走向40°，向北由三山岛金矿延伸入海，向南从新立西延入渤海，跨海后经仓上、潘家屋子东延入渤海。

F2断裂(刁龙嘴断裂)是本次工作首次发现(图2)，也是重点研究对象。该断裂位于研究区西部，总体走向NE，被NW向断裂F11，F16断裂错动，长约38km，南西(F10断裂以南)及北东(F17断裂以北)两端走向不明。在F16断裂以南表现为宽大重力梯级带异常特征，断裂北西侧表现为重力高异常特征，向北西幅值逐渐升高，南东侧表现为重力低，幅值达-2.5×10-5m/s2，在水平梯度模等平图上，则表现为一条带状分布的正极值带，带上梯度值一般在1.2×10-8/s2以上，最大可达2.2×10-8/s2。该断裂在F16断裂以北重力梯级带特征减弱，但在垂向一阶导数图中梯级带明显，在水平梯度模等平图中为极大值异常带特征。在高精度重力测量剖面图上该断裂表现为台阶重力异常，自北向南断裂两侧断差逐渐变大。该海域施工3个浅钻，北西侧为高密度的太古宙变质岩，南东侧则为低密度的玲珑二长花岗岩，结合区域地质资料分析认为，该断裂北西侧为高密度的前寒武纪变质岩反映，南东侧则为低密度的花岗岩反映。

3 钻探验证

为了验证该梯级带性质，根据重力剖面测量推断情况指导并部署钻孔17SZK01(图2)，钻孔施工深度为1109.30m，终孔倾角88.60°，终孔孔径75mm。

全孔岩性较简单，主要为条带状英云闪长质片麻岩、中细粒二长花岗岩、钾化二长花岗岩等，夹有小规模暗色脉岩及花岗斑岩(图3)。425.78m之前主要岩性为中细粒变辉长岩、条带状英云闪长质片麻岩、钾化二长花岗岩、中细粒二长花岗岩，构造角砾岩脉岩主要为闪长玢岩和花岗闪长斑岩。425.78～451.10m发育绢云母化蚀变，原岩为条带状英云闪长质片麻岩。构造蚀变带与上盘围岩分界较为清楚，与下盘围岩呈渐变关系，总体轴面夹角约55°±，540.70～546.34m发育绢云母化蚀变，绢云母化蚀变较强，未见金属硫化物；546.34～649.07m岩性主要为条带状英云闪长质片麻岩，夹少量花岗岩脉，其中546.34～550.54m发育萤石矿化，见有方铅矿伴随产出(图4c)，经化验，满足工业品位铅矿体视厚度为4.4m，549.74～550.74m样品分析Au品位0.1g/t，550.74～551.74m样品分析Au品位0.16g/t；649.07m处见岩体接触面，界线较清晰，接触面与岩心轴夹角45°±；649.07～792.94m岩性主要为中细粒二长花岗岩，岩石整体发育钾化蚀变，多呈肉红色，局部可见硅质细脉穿插，伴随有少量黄铁矿、黄铜矿产出，其中，746.56～746.80m见黄铁矿呈团块状分布；778.81～780.31样品分析Au品位0.1g/t；781.32～792.94m为弱绢英岩化花岗质碎裂岩，发育绢云母化、绿泥石化等蚀变，偶见黄铁矿呈星点状分布；792.94～829.32m为中细粒二长花岗岩；829.32～866.22m为钾化硅化二长花岗岩，岩石整体发育钾化、硅化蚀变，多见长英质、硅质细脉穿插，偶见黄铁矿呈星点状、小团块状产出；866.22～936.61m为中细粒二长花岗岩，局部发育钾化、硅化蚀变；936.61～941.51m发育绢英岩化蚀变，见少量黄铁矿呈星散状分布；941.51～1109.30m主要为中细粒二长花岗岩，夹少量辉绿岩、花岗斑岩脉，局部发育钾化、硅化蚀变，偶见少量黄铁矿呈星点状沿裂隙分布。

1—断裂及编号；2—本次施工海上深钻位置及编号；3—前期已施工钻孔位置及编号；4—已知金矿床图2 三山岛西部海域布格重力异常图(附推断断裂)

1—海水；2—第四系；3—中细粒变辉长岩；4—条带状英云闪长质片麻岩；5—中细粒二长花岗岩；6—钾化二长花岗岩；7—花岗闪长斑岩；8—绢英岩化花岗质碎裂岩；9—铅矿体；10—钻孔位置及编号图3 研究区地质剖面简图

a—条带状英云闪长质片麻岩；b—条带状英云闪长质片麻岩与二长花岗岩接触界面；c—萤石方铅矿；d—钾化硅化二长花岗岩图4 钻孔内典型岩石照片

4 SHRIMP锆石U-Pb测年

区内中生代岩体与金矿的形成一直是存在着争论。有人认为金矿与玲珑花岗岩侵入演化有关[12]；有学者认为金矿是郭家岭花岗岩岩浆期后热液矿床[13-14]；有观点认为郭家岭花岗岩与金矿化成矿流体具同源性，且成矿略晚于岩浆侵位[15]；另一些观点认为金矿床受断裂构造蚀变带和郭家岭花岗岩体接触带联合控制[16]；还有人认为金的来源与埃达克岩有关[17]。众说纷纭，但是这些观点都与中生代岩体有关。

为了确定二长花岗岩的年代，从钻孔1050m取样品进行了SHRIMP锆石U-Pb测年。锆石挑选由河北省廊坊区域地质调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成。然后在双目镜下挑选出无裂痕、无包裹体且具有代表性的锆石颗粒粘于环氧树脂表面，固化后打磨抛光至露出一个光洁平面；再进行透、反射和阴极发光照像；结合这些图像仔细研究锆石的晶体形态与内部结构特征，以选择最佳测试点。SHRIMP锆石U-Pb测年在国家科技基础条件平台北京离子探针中心(中国地质科学院地质研究所)分析完成。锆石定年分析所用仪器为SHRIMPII。详细的实验条件、测试分析流程及数据处理方法见文献[18-19]。

挑出的锆石呈长柱状，粒径100～200μm，长宽比2∶1～3∶1，自形，具有清晰的岩浆振荡环带(图5),对该二长花岗岩样品锆石进行了分析，15颗锆石的207Pb/235U和206Pb/238U年龄都在谐和线上及其附近(表1，图6)，其中15颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(153.9±1.1)Ma,位于160～150Ma之间[20]，岩浆锆石的年龄代表了岩体的形成年龄，说明孔内二长花岗岩形成于中生代晚侏罗世(燕山早期)。

表1 钻孔内二长花岗岩SHRIMP锆石U-Pb测年数据表

图5 孔内二长花岗岩锆石CL图像

图6 孔内二长花岗岩锆石U-Pb谐和图(a)和加权平均年龄(b)

通过本次钻探揭露结合锆石测年,确定该岩体为玲珑二长花岗岩,综合区域构造图及小比例尺布格重力异常图、航磁图及地震资料,确定该接触面即为玲珑二长花岗岩的西部边界，接触带以西的莱州湾地层主要为新近纪及古近纪地层,无侵入岩体[11]。

5 讨论

在布格重力异常图上F2断裂表现为一条规模较大的重力梯级带，断裂北西侧表现为重力高异常特征，南东侧表现为重力低异常特征，并且南北两端梯级带变化不一致，都表现为南陡北缓。该特征与三山岛断裂(F3)非常相似，三山岛断裂为区内重要控矿断裂，位于三山岛—仓上—潘家屋子一带，南北两端均延入海中，整体走向NE，倾向SE，在布格重力异常图(图2)上表现为规模大、水平变化率大的重力梯级带，同样表现为南陡北缓。

在重力低的边部，鼻状正重力异常、重力低的“港湾”部位、舒缓波状重力梯度带、交叉或尖灭端是金矿集中分布的有利部位，在重力梯级带拐弯部位易形成大型、特大型金矿[21]。重力值逐渐增高或降低的“鼻状区”与已知金矿田有明显的对应关系，其中梯度变化宽缓的负“鼻状区”为金矿集中产出区[22]。大致沿NE走向的F2断裂北段，位于重力梯度变化宽缓的“鼻状区”，布格重力异常梯级带特征较弱，南北两段均表现为较强的重力异常梯度带。在相邻三山岛成矿带上，三山岛、三山岛北部海域等超大型金矿床分布在重力低值区与重力高值区的过渡梯级带上及其边缘地带。

通过17SZK01施工，钻孔649.07m以上中细粒变辉长岩，条带状英云闪长质片麻岩，钾化二长花岗岩，中细粒二长花岗岩，以下为玲珑二长花岗岩，局部钾化强烈，绢云母化黄铁矿化等现象存在。549.74～550.74m样品分析Au品位0.1g/t，550.74～551.74m样品分析Au品位0.16g/t,778.81～780.31m样品分析Au品位0.1g/t，649.07m处见岩体接触面，界线较清晰(图4b)。对比相邻三山岛断裂带，2014年山东省第四地质矿产勘查院在芙蓉岛东部海域施工了钻孔ZK5401(图2),419.30m为栖霞序列变质岩与玲珑岩体接触面，接触面以上主要为变辉长岩以及英云闪长质片麻岩，局部破碎，以下为二长花岗岩。另外三山岛断裂发育在玲珑花岗岩当中，如2015年利用“山东省莱州北部金矿远景调查”施工的钻孔ZK8401开孔后见少量的变辉长岩后基本上为玲珑二长花岗岩，到876.59m穿过三山岛断裂主断裂面。三山岛北部海域金矿赋矿的直接围岩主要是侏罗纪玲珑花岗岩，而非栖霞序列变质岩与玲珑岩体接触界线处，该情况与本次验证的刁龙嘴断裂非常相似。

根据该区域“东西成行、南北成列、汇集成片呈棋盘格局”金矿分布特征，推断F2断裂北部区域具有很高的成矿可能性。布格异常值基本介于(-1～10)×10-5m/s2之间，剩余异常上基本表现为重力低异常特征。该区北部与近EW向布格重力异常梯级带交会，具有显著的成矿重力场条件。对应三山岛断裂上，赋存有三山岛、仓上、新立大型金矿床及西岭、三山岛北部海域特大型金矿床。

从以上地质、矿产及物探特征可以发现，该区重磁场分界清晰，北部与近东西向布格重力异常梯级带交会，具有显著的成矿重磁场条件；孔内上部为变辉长岩及英云闪长质片麻岩，局部发育绢英岩化，钻孔下部为玲珑二长花岗岩，具有较强的钾化、硅化现象，对比三山岛、焦家断裂地质条件，具有较高相似性；黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等多金属硫化物发育，部分样品分析结果显示具有金矿化，个别Au品位为0.16×10-6。综合认为该区具有较好的找矿潜力。

6 结论

(1)开展海上重力工作,圈定异常梯级带，通过海上钻探验证确定了前寒武纪变质岩与岩体接触面。

(2)通过岩石SHRIMP锆石U-Pb测年，确定岩体为形成于中生代晚侏罗世(燕山早期)的玲珑二长花岗岩，综合区域地质资料,确定该位置为胶东玲珑二长花岗岩在该海域的西部边界。

(3)F2断裂南北两端重力特征表现为南陡北缓，对比三山岛金成矿带布格重力及地质特征，结合钻探验证及样品分析，F2断裂找矿潜力较好。