山东省五莲七宝山金铜矿床成矿模式与找矿勘查模型——来自综合物化探的证据

李双飞，黄 鹂，陈 建，朱 伟，孙丽莎，王 欣，彭永和，商祥鸿，邹占春，唐名鹰，高 远，赵家强

（1.山东省第八地质矿产勘查院，山东日照 276826；2.山东省地矿局有色金属找矿与资源评价重点实验室，山东日照 276826）

0 引言

山东省五莲七宝山金铜矿位于胶莱盆地南缘，是中国东部重要的陆相火山热液型矿床成矿区，也是我国重要的找矿勘查区（黄鹂等，2020；李双飞等，2020；彭永和等，2020；金刚等，2021），金线头金铜矿和七宝山多金属矿均赋存于火山机构中，前人将该区成矿类型归于浅成热液型矿（邱检生等，1993）。胶莱盆地是一个中生代白垩纪陆相盆地（姜同海，2005），中生代火山爆发，在盆地边缘形成了包括七宝山火山在内的多个火山机构，伴随着多期次的岩浆侵入，为七宝山地区矿床的形成提供了条件。赋矿地层主要为中生代白垩系青山群火山碎屑岩（图1）。区域内发育有两条深大断裂：七宝山火山机构西侧北东向的沂沭断裂带和南侧北东东向的五莲-青岛断裂，断裂具有多期活动特征。岩浆岩主要分布在五莲山、九仙山、七宝山，以燕山期中酸性岩体为主，侵入时间132～123 Ma之间，来源于受扬子陆壳混染的富集岩石圈地幔（周建波等，2003；张淼，2016）。

图1 山东省五莲七宝山地区地质简图Fig.1 Geological map of the Qibaoshan area in Wulian，Shandong Province1-第四系；2-青山群后夼组；3-青山群方格庄组；4-青山群八亩地组；5-大盛群田家楼组；6-大盛群马朗沟组；7-莱阳群曲格庄组；8-安山玢岩；9-闪长玢岩；10-断裂；11-昌邑-大店断裂带；12-不整合接触；13-地质界线；14-金线头金铜矿；15-七宝山多金属矿；16-物探剖面及编号；17-七宝山地区；18-水库；19-村庄1-Quaternary；2-Qingshan Group Houkuang Formation；3-Qingshan Group Fangzhuang Formation；4-Qingshan Group Bamudi Formation；5-Dasheng Group Tianjialou Formation；6-Dasheng Group Malangou Formation；7-Laiyang Group Qugezhuang Formation；8-andesitic porphyrite；9-diorite porphyrite；10-fault；11-Changyi-Dadian fault zone；12-unconformable contact；13-geological boundary；14-Jinxiantou Au-Cu deposit；15-Qibaoshan polymetallic deposit；16-geophysical profile and number；17-Qibaoshan area；18-reservoir；19-village

七宝山火山机构主要由七宝山杂岩体组成，经多年的研究，基本厘定了七宝山杂岩体的成因和成矿作用。随着地质勘查项目的持续推进，浅部矿产已被揭露（曹新志等，2009；程远等，2018；倪云鹏等，2019），但以往工作多集中在浅部，对深部矿脉在三维空间的分布及控矿条件不明。另一方面，沿胶莱盆地南缘发现了多处火山机构，地球物理异常也显示了还存在一定数量的隐伏火山机构，众多的火山机构与目前发现的矿床相比，无论是数量还是规模均与成矿条件不匹配，亟需总结该区成矿模式和勘查模式，为胶莱盆地南缘铜、铅锌多金属矿产找矿预测提供支撑。找矿模型的建立对于指导找矿勘查，特别是胶莱盆地周缘浅覆盖区隐伏矿床的勘查，具有十分重要的意义（白德胜等，2021；杨海涛等，2022），为此，本文选择胶莱盆地最具代表性的五莲七宝山矿床，综合分析地质特征、物探、钻探等资料，与“三位一体”找矿预测相结合，研究了控矿模式，分析矿脉的延展情况，建立了找矿模型（吕志成等，2022），为七宝山地区及胶莱盆地南缘深部成矿作用、成矿规律研究和找矿勘查提供参考（王基元等，2021）。

1 七宝山地区地质及矿床特征

1.1 地层

五莲七宝山地区内主要出露中生代白垩纪地层，从老到新依次为莱阳群、青山群、大盛群、王氏群（田乃风等，2011；范伟顺等，2018）（图1）。

（1）莱阳群：集中分布于东部中至、高家庄一带，北东向分布，出露曲格庄组和法家茔组，主要岩性为砾岩、砂岩、泥灰岩。

（2）青山群：青山群分布于七宝山火山机构外围，出露八亩地组和方戈庄组，岩性主要为火山碎屑岩，年龄大致在118～93 Ma之间（唐嘉锋等，2008）。

（3）大盛群：分布于昌邑-大店断裂西侧，北北东向展布，出露大土岭组杂砂岩、马朗沟组复成分砾岩及田家楼组大砂岩。

（4）王氏群：分布于研究区北部，出露红土崖组砖红色复成分砾岩。

1.2 构造

研究区内深大断裂有两条，分别为昌邑-大店断裂和五莲-青岛断裂。昌邑-大店断裂是沂沭断裂带的东界断裂，规模大，活动和演化历史较长，对区内的沉积作用、岩浆作用，特别是中、新生代的地质演化具有明显的控制作用；五莲-青岛断裂位于研究区东南部，是沂沭断裂带以东地区的重要地质构造，中生代以来受沂沭断裂带活动的影响而重新活动，对区内胶莱盆地的中生代沉积也有控制作用。

七宝山火山机构内的构造主要为环状构造及放射性构造。次火山热液上升过程中，由于外部条件的改变，随着析出的挥发份越来越多，产生的压力爆开火山通道内的岩石，形成隐爆角砾岩筒及放射性、环状构造，提供赋矿空间。非环形构造按构造空间展布方向可分为三组：北东向断裂构造、近东西向断裂构造以及北西向断裂构造。从断层形成时间分析，规模较大的北东向断层控制着杂岩体的分布，为早期控岩构造，带内发育角砾岩，蚀变较弱，未见矿化现象；北西走向和近东西走向断层规模较小，控制着金铜及多金属矿（化）体的分布，为控矿构造。

1.3 岩浆岩

七宝山火山机构内部发育次火山岩体，为七宝山杂岩体（彭永和等，2018）。七宝山杂岩体中赋存有多种矿床，其中金线头金铜矿赋存在杂岩体内的隐爆角砾岩筒中，七宝山多金属矿赋存在外围的杂岩体中。七宝山火山机构内的次火山岩体（图2）从早到晚主要包括辉石闪长岩（128±1 Ma）、安山玢岩（126±1 Ma）、石英闪长玢岩（124.1 Ma）等（王永，2010）。石英闪长玢岩为该岩浆源区演化最晚阶段的成矿地质体，为矿床形成提供含矿热液。

图2 七宝山次火山岩手标本及薄片镜下照片Fig.2 Hand specimens and microscopic thin section of the Qibaoshan subvolcanic rocka-辉石闪长岩；b-辉石闪长岩镜下照片；c-石英闪长玢岩；d-石英闪长玢岩镜下照片；Qz-石英；Pl-斜长石；Di-透辉石a-pyroxene diorite；b-pyroxene diorite；c-quartz diorite porphyrite；d-quartz diorite porphyrite；Qz-quartz；Pl-plagioclase；Di-diopside

1.4 蚀变特征

七宝山地区面状蚀变较发育，有一定程度的分带，在水平方向上，由热液中心向外依次为中心的钾化、硅化（图3），近矿的绢云母化及远端的青磐岩化、泥化等。通过钻孔岩心分析，在垂向上，由下而上，依次为高温的钾化、硅化，中温的绢英岩化及低温的青磐岩化（邹占春等，2019；李双飞，2020）。

图3 矿体蚀变特征Fig.3 Alteration characteristics of ore bodya-矿石钾化现象；b-矿石硅化现象a-potassic alteration of ore；b-silicification of ore

1.5 矿石类型

金铜矿矿石类型为低硫隐爆角砾岩型金铜矿石（图4），矿石中金属矿物主要为镜铁矿、黄铜矿、黄铁矿以及方铅矿（李双飞，2019），有益化学组分主要为金、铜，并伴生银和硫，自然金嵌布在黄铁矿、黄铜矿及石英中。构造以角砾状、细脉状、网脉状为主，少量脉状、晶洞及细脉浸染状构造。

铅锌矿矿石类型主要为硫化物蚀变岩型铅锌矿石。矿石中主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿以及镜铁矿，可见少量黄铜矿与黄铁矿（图5），方铅矿、闪锌矿等呈团块状集合体富集，与脉石矿物石英、方解石等紧密嵌生，形成块状构造和条带、脉状构造，矿石的结构主要晶粒状结构、交代残余结构、环带状结构等。

2 七宝山地区地球物理特征

七宝山火山机构中的次火山岩体向四周延伸，由于地表覆盖地层厚度大，使得钻探施工难度大且效率低，难以获得深部地质信息。地球物理方法可以在一定程度上穿透覆盖层，获取深部信息，是成矿研究和找矿勘查的重要方法（严加永等，2021）。2007年以来，山东省第八地质矿产勘查院在七宝山地区开展了地球物理和地球化学综合探测，取得了大量的资料，包括航磁、γ能谱测量、可控源音频大地电磁和重力测量等。

2.1 放射性特征

γ能谱测量是利用γ能谱仪测量岩石放射性元素含量的工作手段，测量设备采用泽铭HD-2002 便携式γ能谱仪。该仪器探测器：φ75 mm×75 mm的碘化钠晶体，测量道宽U：1.66～1.90 MeV；Th：2.44～2.77 MeV；K：1.38～1.56 MeV；Σ：0.5～3.00 MeV。在保证设备的准确性后，对岩石露头进行测量，测量时保证辐射立体角为2π，每一个点的测量时间为60秒。

在隐爆角砾岩筒完成的γ能谱剖面结果显示（图6），含矿隐爆角砾岩Th元素、总量∑为低值，呈波谷显示，次火山围岩为高值，呈波峰显示，有明显的差异，其中U元素含量差异最为明显，其矿体内部含量一般在2×10-6～5×10-6，外侧边部围岩一般在10×10-6左右，远离矿体的围岩却降至0.85×10-6。而K元素含量在矿体内外基本无差异，反映了区内特殊的构造地球化学背景特征，说明区内含矿岩石与围岩之间在U、Th和∑，尤其在U元素金属含量方面具有明显差异，通过这种异常组合确定隐爆角砾岩筒的横向边界。

图6 七宝山隐爆角砾岩筒γ能谱测量剖面图Fig.6 γ energy spectrum measurement profile of the Qibaoshan cryptoexplosive breccia pipe1-辉石闪长岩；2-隐爆角砾岩1-pyroxene diorite；2-cryptoexplosive breccia

2.2 重力异常特征

重力异常是地下不同密度地质体的综合反映，可以通过针对性的处理，提取控矿地质体导致的异常，从而确定成矿有利空间。沿图1 中P1 剖面开展了高精度重力测量，并进行人机交互反演，结果如图7所示。剖面两端中生代白垩纪莱阳群、青山群沉积地层显示重力低，中部高重力区域为七宝山火山机构侵入次火山岩体（1.19×10-5～2.33×10-5m/s2），呈岩株、岩脉、岩枝状分布，岩性为辉石闪长岩、安山玢岩、石英闪长玢岩。金铜矿体赋存在角砾岩筒内，密度高、规模大，显示重力高异常（2.79×10-5～3.27×10-5m/s2）。总体来看，高重力异常很好地刻画了火山机构的形态，其中局部重力高则是寻找隐爆角砾岩筒的重要标志。

图7 七宝山火山机构重力拟合剖面图Fig.7 Gravity fitting profile of the Qibaoshan volcanic edifice1-白垩纪青山群；2-白垩纪莱阳群；3-隐爆角砾岩筒；4-安山玢岩；5-辉石闪长岩；6-推断断裂及编号1-Cretaceous Qingshan Group；2-Cretaceous Laiyang Group；3-cryptoexplosive breccia pipe；4-andesitic porphyrite；5-pyroxene diorite；6-inferred fracture and number

2.3 可控源音频大地电磁测深特征

可控源音频大地电磁测深具有勘探深度范围大、抗干扰能力强、分辨能力突出的特点，是研究深部地质构造和寻找隐伏矿的有效手段（黄理善等，2022；刘伟等，2022）。为弥补重力探测垂向分辨不高的缺陷，采用可控源大地电磁测深（CSAMT）测量，以获取火山机构垂向延伸情况。本研究数据采集使用美国生产的GDP-32Ⅱ多功能电法工作站，30 kW大功率发电机组、30 kW大功率发射机、具有6道接收系统的GDP-32Ⅱ接收机、ANT/6低噪声CSAMT探头及配套设备，测量电场和磁场分量。利用SCS2D软件反演获得了二维电阻率剖面（图8），剖面中部隐爆角砾岩筒呈中低阻，西侧辉石闪长岩、东侧闪长岩呈高阻，安山玢岩及八亩地组火山角砾岩层呈中低阻。钻孔ZK43孔深531 m，在215 m处见隐爆角砾岩，其下即见多层金铜矿体。结合已完成的钻孔ZK43钻探成果，确定了钻孔处隐爆角砾岩筒的视电阻率特征，为角砾岩筒向深部延伸的推断提供了解释依据。

图8 七宝山火山机构可控源大地电磁测深剖面图Fig.8 CSAMT section of the Qibaoshan volcanic edifice1-安山玢岩；2-辉石闪长岩；3-石英闪长玢岩；4-闪长岩；5-火山角砾岩；6-金铜矿体；7-推测隐爆角砾岩筒边界；8-推测岩体界线；9-已施工钻孔1-andesitic porphyrite；2-pyroxene diorite；3-quartz diorite porphyrite；4-diorite；5-volcanic breccia；6-gold-copper body；7-inferred boundary of cryptoexplosive breccia pipe；8-inferred rock mass boundary；9-completed drill hole

3 七宝山地区地球化学特征

根据区内开展的1∶5 万水系沉积物测量成果（卢文东，2019），在该区确定一处综合化探异常，异常与七宝山火山机构范围相吻合，位于区内北东向、北西向、东西向断裂构造的交汇部位，周围是受剥蚀程度较深的破火山口构造，形态呈近椭圆形，面积约33.99 km2，显示高大全化探异常（峰值高、规模大、元素全），以Ag、Pb、Au、Cu 元素异常为主（图9），各元素异常套合好，主要元素具有明显的二、三级分带。

图9 研究区化探异常图Fig.9 Geochemical anomalies of the study area1-第四系；2-八亩地组；3-方格庄组；4-曲格庄组；5-闪长玢岩；6-安山玢岩；7-闪长岩；8-粗安斑岩1-Quaternary；2-Bamudi Farmation；3-Fanggezhuang Formation；4-Qugezhuang Formation；5-diorite porphyrite；6-andesitic porphyrite；7-diorite；8-trachyandesite porphyry

4 讨论

4.1 次火山岩体分布推测

根据已完成的物性资料（范伟顺等，2018），七宝山次火山杂岩体呈高磁性。航磁异常图明显分布着3 处高磁区（图10），可在矿集区以低缓正磁异常圈定隐伏岩体（马振波等，2022）。M1异常位于七宝山火山机构中心次火山杂岩体；M2 和M3 异常呈环状分布于火山机构外围，推断为环状隐伏次火山岩体。

图10 七宝山地区航磁化极异常图Fig.10 Aeromagnetic anomaly map of the Qibaoshan area

4.2 成矿模式

结合前人资料（邱检生等，1993；王永，2010；叶天竺等，2017），将七宝山金铜矿及多金属矿床确定为燕山期陆相火山热液型矿床，多期岩浆活动是元素富集成矿的重要因素。在构造薄弱地带，富含挥发性组分的岩浆在火山通道内冲破围岩，形成了隐爆角砾岩筒（方维萱，2022），压力突降由此引发强烈的沸腾作用或流体不混溶作用，进而导致气液分离、地下水加入、温度和盐度及密度降低，并发生一系列流体交代作用（渗透和渗滤）、同化混染作用、置换反应与络合物分解作用等。在此过程中，七宝山杂岩体先后发生了酸性的青磐岩化、钾化、泥化蚀变和中性的绢英岩化、硅化蚀变，使金、铜元素聚集并沉淀成矿，形成金线头金铜矿。含矿流体沿着裂隙通道继续运移至外围，Pb、Zn 等多金属元素随着温度、盐度等的下降，在外围杂岩体构造中富集成矿，形成七宝山多金属矿（图11）。

图11 七宝山地区成矿模式图Fig.11 Metallogenic model of the Qibaoshan area

4.3 找矿模型

通过上述研究，结合野外调查，认为七宝山地区矿床属于陆相火山热液型矿床。强烈的火山活动加上沂沭断裂带次级构造的形成导致成矿作用的发生（王永等，2008）。成矿物质来源于下地壳或地幔，岩浆从地幔上升到近地表（于学峰等，2022），在火山口周围及火山通道中形成杂岩体，而最晚期的石英闪长玢岩，携带含矿热液沿着火山通道达到地壳浅部，通过一系列物理化学作用，在火山通道内形成了金铜矿，深部很可能转换成斑岩型矿床（孙思等，2010；徐文刚等，2015），沿北西向、近南北向断裂形成了多金属矿。总结出七宝山地区综合找矿预测模型（图12）：主要赋矿岩石为白垩系七宝山杂岩体；成矿地质体为石英闪长玢岩；成矿构造和结构面为隐爆角砾岩筒、原生断裂、次生断裂；成矿作用特征标志主要为近矿的钾化、硅化、镜铁矿化。

图12 七宝山地区综合找矿模型Fig.12 Prospecting prediction model in the Qibaoshan area1-安山质集块角砾岩；2-凝灰岩；3-辉石闪长岩；4-石英闪长岩；5-隐爆角砾岩筒；6-安山玢岩；7-花岗岩；8-金铜矿体；9-铅锌矿体；10-青磐岩化；11-绢云母化；12-硅化；13-钾化；14-黄铜矿化；15-镜铁矿化；16-碳酸盐化；17-循环大气水；18-氧化还原界面1-andesitic aggregate breccia；2-tuff；3-pyroxene diorite；4-quartz diorite；5-cryptoexplosive breccia pipe；6-andesitic porphyrite；7-granite；8-goldcopper body；9-lead-zinc ore body；10-propylitization；11-sericitization；12-silicification；13-potassic alteration；14-chalcopyrite mineralization；15-specularite mineralization；16-carbonation；17-circulating atmospheric water；18-redox interface

找矿勘查模型可以总结为：首先，利用高精度磁测（无人机或地磁），从区域利用环状高磁异常特征识别火山机构的平面位置，然后通过高精度重力剖面测量和放射性剖面测量，利用高重力异常中的局部高异常和低U、Th 和∑异常组合进一步确定隐爆角砾岩筒位置，再开展大功率电磁法，如可控源音频大地电磁等，解剖角砾岩筒深部延伸情况，最后结合地球化学资料，优选出找矿有利区，进行钻探验证。

5 结论

通过研究五莲七宝山地区的地质特征，推演成矿演化过程，推断了七宝山角砾岩筒的深部延伸情况及隐伏岩体分布，结合“三位一体”找矿预测理论，以及前人成矿规律的认识，完善了五莲七宝山地区深部及外围的成矿理论，建立了五莲七宝山地区的地质找矿模型。

（1）五莲七宝山地区次火山岩体呈高重力异常和高磁异常，重磁同高组合指示了火山机构的位置；隐爆角砾岩筒赋存在次火山岩体中，呈现明显的局部重力高异常，表明重力测量对寻找隐伏次火山岩体及隐爆角砾岩筒有较好的效果；γ 能谱剖面测量指示矿体出露位置表现为较高的U 值异常，K、Th 和∑表现为两波峰之间的次低值异常；电阻率对角砾岩筒垂向延伸和边界比较敏感，可以采用可控源音频大地电磁等方法追踪角砾岩筒的深部延伸变化。

（2）五莲七宝山成矿类型属陆相火山热液型矿床，成矿规模受火山活动影响。通过钻探、地质及物探资料揭示了该区平面和垂向火山机构特征，采用有效的物探组合对深部隐爆角砾岩筒有较好的控制，并建立了七宝山陆相火山热液型矿床综合找矿预测地质模型，为胶莱盆地南缘找矿工作提供了依据。

致谢：野外项目实施过程中得到中国地质调查局发展研究中心庞振山、薛建玲等老师的指导；文章修改得到山东科技大学孟元库老师、安徽工程大学李旋旋老师、合肥工业大学陈静老师的热心帮助，文章审稿及修改得到编辑部老师及审稿专家提出的宝贵意见，在此一并感谢。