成矿深度研究及其对深部找矿的指示意义——以胶东典型焦家式金矿为例

戴长国

(山东省第六地质矿产勘查院，山东省地矿局深部金矿勘查与评价重点实验室，山东省深部金矿探测大数据应用开发工程实验室，山东 威海 264209)

0 引言

矿床形成的本质为成矿物质的沉淀聚集，而成矿物质沉淀的前提是物理化学条件的改变，控制物理化学条件改变的最重要因素之一为成矿深度，只有在一定深度的物理化学条件界面附近，矿质才能沉淀富集形成矿床[1]，因此，成矿深度是矿床研究中不可忽视的一项重要参数，对其研究程度极大地影响成矿预测水平和深部找矿成效[2-3]。

胶东作为我国最重要的金矿集区，区内累计探明金矿床200余个，中型以上金矿床100余处，累计探明金资源储量超5000t[4-5]，其中，中型规模以上的焦家式金矿床64个，焦家式金矿累计探明金资源储量达4300余吨[5]，该类型金矿是胶东最重要的金矿床类型。近年来，该类型金矿在500～2000m深部不断取得重大找矿突破，相继探明了三山岛、焦家、台上-水旺庄等3个千吨级超巨型金矿床(1)山东省第六地质矿产勘查院，山东省招远市水旺庄-李家庄大型金矿床深部及外围金矿调查评价报告，2020年。[4，6]，显示出深部巨大的找矿潜力。然而，该类型金矿深部是否仍具有找矿空间，赋矿空间在哪是目前制约深部找矿亟需解决的关键科学问题。为此，本文选取三山岛、焦家、台上-水旺庄3个千吨级金矿床为研究对象，在分析成矿深度研究现状的基础上，综合利用构造特征、岩浆作用及地温梯度约束该类型金矿成矿深度，结合区域隆升剥蚀程度研究及典型矿床矿体产出规律，综合评价深部找矿空间，以期对该类型金矿床深部找矿提供些许思路。

1 区域成矿地质背景

胶东金矿集区由隶属于华北克拉通东南部的胶北隆起和隶属于秦岭-大别-苏鲁造山带东北部的威海隆起及叠加于二者之上的胶莱盆地等构造单元组成[7]。胶北隆起主要由太古宙花岗—绿岩带和古—新元古代变质地层及中生代花岗岩类组成，另有少量古近纪—新近纪火山岩和碎屑沉积物及第四纪松散沉积物。威海隆起是三叠纪华北板块与扬子板块之间的碰撞造山带，主要由含榴辉岩的新元古代花岗质片麻岩和中生代花岗岩类组成。胶莱盆地主要由白垩纪陆相火山—沉积岩系组成。

胶东地区的中生代花岗岩类主要包括侏罗纪花岗岩类(玲珑花岗岩和文登花岗岩)；早白垩世花岗岩类(郭家岭花岗闪长岩、伟德山花岗岩和崂山花岗岩)，少量的晚三叠世花岗岩类(宁津所正长岩、槎山正长花岗岩)[7]。中生代花岗岩内广泛发育闪长玢岩、石英闪长玢岩、煌斑岩等脉岩[8]。胶东地区断裂构造极为发育，构造格架主要包括NE—NEE、NW—NWW和EW走向断裂构造，NE—NEE走向断裂构造数量多、规模大，该组断裂构造控制了胶东90%以上已探明的金资源量，为主控矿构造[9]。

胶东金矿床主要分布于莱州、招远、蓬莱、栖霞、福山、牟平、平度、莱西、乳山和文登等行政市(区)，金矿化类型主要为破碎带蚀变岩型(焦家式)和石英脉型(玲珑式)。此外，还有硫化物石英脉型、蚀变角砾岩型、蚀变砾岩型和层间滑脱拆离带型等类型[9-10]。焦家式金矿集中分布于胶西北三山岛断裂带、焦家断裂带和招平断裂带内(图1)。

1—第四系；2—新近系和古近系；3—白垩系；4—元古宇；5—含榴辉岩的新元古代花岗质片麻岩；6—太古宙花岗—绿岩带；7—白垩纪崂山花岗岩；8—白垩纪伟德山花岗岩；9—白垩纪郭家岭花岗闪长岩；10—侏罗纪花岗岩类；11—三叠纪花岗岩类；12—整合/不整合地质界线；13—断裂及代号(F1三山岛断裂；F2焦家断裂；F3招平断裂；F4西林-陡崖断裂；F5金牛山断裂)；14—金矿床(圆形代表蚀变岩型和网脉型金矿，三角形代表石英脉型和硫化物石英脉型金矿，正方形代表蚀变角砾岩型、蚀变砾岩型和层间滑脱拆离带型金矿；图中金矿符号大小依次代表资源储量≥100 t的超大型金矿床、20 t≤资源储量<100 t的大型金矿床、5 t≤资源储量<20 t的中型金矿床和资源储量<5 t的小型金矿床)图1 胶东构造地质与金矿分布简图(据文献[6，10]修改)

2 成矿深度研究

2.1 焦家式金矿成矿深度研究现状

吕古贤等[11-13]基于构造作用力影响成岩成矿静水压力的理论研究，提出成矿深度构造校正测算方法，即从成岩成矿测算压力中消除构造附加静水压力，然后再利用静岩压力梯度计算成矿深度。利用该方法计算玲珑金矿田内金矿床成矿深度约1～3.5km，焦家金矿田内金矿床成矿深度约1.6～2.2km。

陈国华等[14]根据流体包裹体完全均一温度和起爆温度计算成矿压力，然后根据静岩压力梯度计算成矿深度，计算结果表明胶东地区中深成脉型金矿床成矿深度2.42～4.36km，浅成脉型金矿床成矿深度0.161～2.861km。

然而，最新的深部金矿勘查成果表明，三山岛金矿床蚀变矿化延伸至4.0km深度，于2.5km处发现金矿体(图2a)[15]。焦家金矿床于2.4～3.2km深度存在厚约800m的蚀变带和180m的矿化带，发现6层金矿体(图2b)，总厚度25.20m，其中工业矿体厚7.00m，平均品位3.13×10-6[6]。玲珑金矿田内水旺庄金矿床3km深度仍均有良好的蚀变矿化(图2c)[16]，2.8km深度发现厚约1.50m金矿体，品位6.85×10-6。

1—太古宙花岗—绿岩带；2—白垩纪郭家岭花岗闪长岩；3—侏罗纪玲珑花岗岩；4—黄铁绢英岩化蚀变带；5—绢英岩化蚀变带；6—金矿体；7—地质界线；8—推测地质界线；9—断裂构造；10—钻孔图2 胶东典型焦家式金矿剖面图(a—三山岛巨型金矿床；b—焦家巨型金矿床；c—台上-水旺庄巨型金矿床)(据文献[6，30-31]修改)

胶东地区大规模爆发性成矿发生于120Ma左右[17-18]，矿床形成后受各种地质作用影响而发生不同形式和不同程度的变化[19]，大量学者研究表明胶东地区自晚白垩世以来经历了明显的隆升剥蚀，王建平等利用黑云母全铝压力计估算胶西北区域自115Ma以来隆升剥蚀量约2.37km[20]；柳振江等[21-22]利用磷灰石裂变径迹法估算胶西北区域自110Ma以来隆升剥蚀量为2.0～4.3km，平均3.3±0.5km。张华峰等[23]利用绿帘石压力计法估算胶西北区域自110Ma以来隆升剥蚀量不足4km。

综合区内深部最新勘查成果及区域隆升剥蚀程度研究成果，玲珑金矿田和焦家金矿田内矿床深度至少应>4km。因此，吕古贤等[13]提出的构造校正测算方法估算的成矿深度和陈国华等[14]计算成矿深度均小于实际成矿深度。

孙丰月等[24]根据Sibson提出的断裂带流体压力曲线分段拟合出成矿深度(H，km)与成矿压力(P，MPa)的计算公式[25]：P<40MPa时，采用静水压力梯度(10MPa/km)计算成矿深度，H=P/10；P=40～220MPa时，H=0.0868/(1/P+0.00388)+2；P=220～370MPa时，H=11+e(P-211.95)/79.075；P>370MPa时，采用静岩压力梯度计算成矿深度。然而，在实际运用当中发现，如果成矿压力介于40～65MPa，运用上述公式计算出来的成矿深度却大于用静水压力计算出的成矿深度(表1)，并不符合客观事实。此外，大量研究表明，焦家式金矿成矿压力集中于78～300MPa[9-10]，按照孙丰月等[25]拟合公式计算成矿深度范围约7～13km，按隆升剥蚀4km计算，矿体应在地表以下3km以深，而实际勘查过程表明，胶东地区大部分矿床已出露地表，因此，孙丰月等提出的计算公式并不适用于胶东地区金矿成矿深度估算。

表1 不同压力梯度下成矿压力与成矿深度计算表

2.2 构造作用与焦家式金矿成矿深度

焦家式金矿严格受控于断裂构造(图1)，而断裂构造中岩石的韧脆性变化控制裂隙的发育程度和介质的渗透率高低，影响成矿流体的流动及成矿物质的沉淀，从而制约矿床的成矿深度[2-3]。焦家式金矿矿化样式主要为浸染型、细脉—网脉型，少量石英脉型，矿石构造以浸染状、细脉浸染状构造为主，少量细脉网脉状构造、角砾状构造[26]，反映了其成矿作用发生于韧脆性转换空间至脆性空间，韧脆性转换空间大概对应5～10km深度[24]。因此，从矿化样式及矿石构造分析，焦家式金矿成矿深度范围大约在<5～10km范围。

2.3 岩浆作用与焦家式金矿成矿深度

焦家式金矿在空间分布上与侏罗纪玲珑花岗岩和白垩纪郭家岭花岗闪长岩关系密切(图1)，金矿床主要产于岩体内部或岩体与太古宙花岗—绿岩带接触部位，中生代花岗岩类可能提供了成矿热液及成矿物质[26-27]。而与岩浆热液有关的矿床成矿深度取决于岩浆的侵位深度及岩浆热液出溶深度，岩浆热液出溶深度决定了矿床形成深度范围的下限[2-3]。已有研究表明，玲珑花岗岩平均侵位深度约10～15km[23]。郭家岭花岗闪长岩平均侵位深度约6～13km[28]。假定含角闪石、黑云母和白云母源岩各自部分熔融形成的闪长岩熔体、花岗闪长岩熔体和花岗岩熔体上升到水饱和花岗岩固相线的深度代表了热液出溶的深度，那么成矿深度范围可以从接近地表延伸到约12km深度。与侵入岩有关的金矿床一般成矿深度范围较大，可以从<1km延伸到10km以深，但基本上在10km以浅[3]。因此，从与成矿密切相关的玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩侵位深度及相关岩浆热液出溶深度分析，焦家式金矿最深成矿深度应<10km(表2)。

表2 胶东地区典型焦家式金矿床成矿深度计算表

成矿深度受构造发育程度、多孔介质渗透率、岩浆侵位深度、热液出溶深度、环境物理化学条件、地球化学障、成矿流体中成矿元素溶解度等多因素的制约和影响[29-30]，本文初步讨论了构造发育程度、岩浆侵位深度、热液出溶深度、对焦家式金矿成矿深度的影响，还有很多因素需要考虑。此外，一个区域不能简单地对应于一个成矿深度，同一区域不同的时空节点上其成矿深度也可能是不一致的，因此需要更全面更深入更精细的研究。

3 深部找矿空间分析

综合前文构造作用、岩浆作用及地温梯度与成矿深度分析结果，胶东地区典型焦家式金矿成矿深度范围约2.5～9.5km。成矿后至今区域隆升剥蚀量约2.0～4.3km，平均(3.3±0.5)km[21-22]，表明区内金矿虽略有剥蚀，但整体剥蚀量不大，深部矿体保存良好。区内目前平均勘查深度不足2.0km，最深勘查深度达4.0km。大量研究表明，焦家式金矿床矿体规模大，向深部延伸稳定，浅部金矿体和深部金矿体沿同一断裂构造倾斜方向分布，构成浅部第一矿化富集带和深部第二矿化富集带，矿化富集带之间通常为无矿或弱矿化段[42-45]。而且，矿体具有明显的侧伏规律，当矿体倾向NW时，矿体向SW向侧伏，倾向SE时矿体向NE向侧伏，如：焦家金矿床矿体具有SW向侧伏规律，整体侧伏向210°，侧伏角约15°，沿侧伏方向厚度×品位高值区具有似等间距分布规律，厚度×品位每隔3500m出现高值区，高值区之间为弱矿化段或无矿段，预测沿侧伏方向向深部3500m范围内具有良好的找矿前景(图3a)。

图3 典型焦家式金矿床厚度×品位似等间距分布规律图(a—焦家金矿床；b—大尹格庄金矿床)

1—太古宙花岗—绿岩带；2—白垩纪郭家岭花岗闪长岩；3—侏罗纪玲珑花岗岩；4—黄铁绢英岩化蚀变带；5—绢英岩化蚀变带；6—钾化蚀变带；7—金矿体；8—地质界线；9—断裂构造图4 胶东地区典型焦家式金矿深部找矿空间模式图(底图据文献[9-10]修改)

大尹格庄金矿床矿体整体均具有NE向侧伏的规律，整体侧伏向110°，侧伏角约35°，沿侧伏向厚度×品位高值区同样具有似等间距分布规律，厚度×品位每隔700～800m出现高值区，高值区之间为弱矿化段或无矿段，预测沿侧伏方向向深部800m范围内具有良好的找矿前景，山东省第六地质矿产勘查院正在开展的大尹格庄勘探项目于2200m深度发现厚约1.50m的金矿体，进一步验证了深部良好的找矿前景(图3b)。综合分析表明，焦家式金矿深部仍具有2～4km找矿空间(图4)。

4 结论

焦家式金矿成矿作用发生于韧脆性转换空间至脆性空间，成矿深度范围大约在<5～10km。与金成矿密切相关的玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩侵位深度分别为10～15km，6～13km，岩浆热液出溶深度<12km，成矿深度<10km。成矿温度集中于150～350℃，成矿深度范围约2.5～9.5km。

该类型金矿成矿后至今虽略有剥蚀，但整体平均剥蚀量约3.3km，深部矿体保存良好。

焦家式金矿矿体规模大，向深部延伸稳定，深浅部金矿体沿同一控矿断裂构造倾斜方向分布，具有明显的侧伏规律，当矿体倾向NW时，矿体向SW向侧伏，倾向SE时矿体向NE向侧伏，沿侧伏方向厚度×品位高值区具有似等间距分布规律，高值区之间为弱矿化段或无矿段。焦家式金矿深部仍具有2～4km的找矿空间，沿侧伏方向按照厚度×品位高值区的间距向深部具有良好的找矿前景。

致谢：本文是在山东省第六地质矿产勘查院完成的纱岭、水旺庄、大尹格庄等金矿床勘查和研究成果基础上撰写的，感谢所有参与到这些项目当中的地质科技人员，审稿专家为本文提出了诸多宝贵的修改意见，在此致以诚挚的感谢！