山東海陽郭城地區金礦床成礦特征

楊春福

(中國黃金集團公司,北京 100011)

山東海陽郭城地區金礦床成礦特征

楊春福

(中國黃金集團公司,北京 100011)

近年來,在山東海陽郭城地區郭城斷裂下盤發現了多處金礦床(點)。研究發現,該地段金礦成礦特點與膠東其它地區存在較大的差異。通過對礦區的礦床地質、控礦構造和成礦流體等方面的研究,揭示了該地區金礦體形態復雜和產狀多樣的原因系多組結構面聯合控礦所致。區內成礦期構造應力場是以郭城斷裂為主干斷裂的左行剪切作用,成礦流體環境為中高鹽度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2體系,硫同位素特征反映了成礦熱液來源于古老變質巖部分熔融形成的殼源巖漿熱液。

膠東 郭城地區 金礦 成礦特征

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.

膠東地區多數金礦床的研究程度都較詳盡(翟建平等,1995;趙鵬沄等,2007;季海章等, 1992;肖武權等,1995;孫豐月,1994;王力等, 2007;楊金中等,2001;劉連登等,1984;祝新友, 1991;劉曉煌等,2003),但處在牟(平)-乳(山)成礦帶西側邊緣郭城斷裂帶下盤的金礦研究資料卻較少。郭城地區位于山東海陽市北約45km,處在膠萊盆地的東北緣,成礦期由于受特殊構造環境因素的影響,所形成的金礦床與膠東其它地區的金礦在地質特征方面存在著較大的差異。近年來,隨著地質認識的逐步深入(譚俊等,2006),該區的找礦工作也先后在土堆和沙旺兩個礦區的淺部取得了一定的進展,但縱深方向的找礦尚未取得實質性突破。調查發現,與其處在同一構造線方向的其它礦床(點)均有著相似的地質特征,目前還處在成礦規律不清、找礦方向不明的境況。因此,研究和總結該區金礦的成礦特征,對這一地區的找礦勘探具有重要的意義。

1 成礦地質背景

膠東金礦集中區位于華北地臺東部,屬膠東前寒武紀結晶基底區,并處于濱太平洋成礦帶西部中新生代大陸邊緣活動帶內。研究區的區域大地構造環境位于膠萊盆地與膠北隆起交匯處,是膠萊盆地北緣近年來發現的新類型金礦(沈遠超等,2001;沈遠超等,2002)。

區內地層出露不全,見有早元古代荊山群,巖性以大理巖和變粒巖為主,大多分布在郭城斷裂的下盤;中生代萊陽群、青山群和王氏群,巖性以礫巖、砂巖和頁巖為主,多產于郭城斷裂的上盤。

區內構造主要呈現的是斷裂構造,走向NE,傾向NW,傾角50°～60°。自西向東發育有:桃村斷裂、郭城斷裂、朱吳斷裂和海陽斷裂。這組深大斷裂向北東方向追索跨過黃?？膳c遼東南的鴨綠江深大斷裂相連(圖1)。其中的郭城斷裂帶在膠東地區延長約150km(鄒為雷等,2001),研究區即位于該斷裂通過的郭城鎮一帶。

區內巖漿巖廣泛發育,有基性、中性、酸性和堿性巖,其中以酸性巖為主。大面積出露的巖體為晚元古代牧牛山巖體,巖體中細粒二長花崗巖為主要巖石類型,整體呈“舌狀”由NE向S W方向侵位于早元古代荊山群地層中,巖體內含有變粒巖、大理巖等地層包體。巖體普遍遭受糜棱巖化。此外,燕山期的各類巖脈也非常發育,穿插于荊山群地層及牧牛山巖體中(圖2)。

圖1 郯廬斷裂帶(束)簡圖(據魏俊浩,2009修改)Fig.1 Sketch map show in the Tancheng -Luj iang fault zone(afterW ei,2009)

圖2 膠東郭城地區地質簡圖Fig.2 Geologicalmap of the Guocheng area,Jiaodong Pen insula

2 礦床地質特征

2.1 容礦巖石特征

該區含礦巖石相對較簡單,主要為早元古界荊山群變質巖和黑云二長花崗巖。變質巖包括大理巖類、透閃石巖、透輝石巖、透閃透輝石巖、黑云變粒巖。大理巖和變粒巖主要分布于金礦化區的西部,是土堆金礦區的主要容礦圍巖。黑云二長花崗巖屬玲瓏超單元九曲單元的牧牛山巖體的一部分,巖石化學特征中的里特曼組合指數δ1.91～δ2.33,平均值為2.156,屬鈣堿性巖石。Al2O3≥K20+Na2O+ CaO,平均比值為1.05,屬鋁過飽和系列巖石。全巖Rb-Sr法測試等時線年齡值為702.63Ma,初始比0.70735,接近于幔源型花崗巖(0.703)①。黑云二長花崗巖主要出露在礦區的東部,也是沙旺金礦區的主要容礦巖石。

從金礦化對巖石的選擇性來看,通常是在大理巖中的金礦化好于花崗巖中的金礦化,而花崗巖中的金礦化又強于變粒巖中的金礦化。

2.2 巖脈特征

研究區發育了密集的各類巖脈,巖性主要有輝綠巖、煌斑巖、閃長巖、閃長玢巖、花崗斑巖和正長斑巖等。這些巖脈大多呈NE走向,傾向NW,傾角70°左右,寬度一般在2～5m,少數厚大的巖脈寬度在十幾米甚至幾十米,走向延長可達數百米,個別可延長數千米(圖3)。

巖脈的成巖時間集中在100～140Ma,屬燕山晚期巖漿作用的產物(劉燊等,2005)。它們總體上屬于鉀質鈣堿性系列,高Mg、Fe、Al,低Ti,富集L ILE和LREE,相對虧損HFSE。其微量元素與膠東其它地區同期巖脈的研究成果比對,具有極為一致的分布特征,指示了它們可能來自深部同一巖漿源區(譚俊等,2006;羅天明,1992)。絕大多數巖脈的生成時間略晚于礦體,密集的巖脈將礦體切割得支離破碎,但一般只穿插切割礦體,并未對礦體造成大的位移。

2.3 礦化帶及礦體

研究區的金礦化具有成群成帶分布的特點?，F已控制的具有工業意義的礦化群帶有三條,由西向東依次可劃分為土堆礦化帶(Ⅰ號帶)、土堆東礦化帶(Ⅱ號帶)和沙旺礦化帶(Ⅲ號帶)。這三條礦化帶總體走向NNE,近乎等距出現,相距200～300m,每條礦化帶的寬度在400m左右。Ⅰ號礦化帶以2﹟脈為主體,Ⅱ號礦化帶探明了46﹟和56﹟兩條主礦體,Ⅲ號礦化帶沿走向控制程度最高,長度近千米,兩端金礦化依然存在,發育了28﹟、29﹟兩條主礦體(圖4)。

圖3 土堆礦區472勘探線地質剖面圖Fig.3 Geological section along exploration line 472 in the Tudui deposit

從垂向上看,這三條礦化帶目前探、采的深度很淺,僅限于地表以下百余米,只有個別鉆孔的深度達到了300m左右(圖3)。礦體的形態多以脈狀、透鏡狀為主,單個礦體一般走向延長十幾米至幾十米不等,厚度通常在1～2m之間,平均金品位多在6×10-6左右,但一些富塊段金品位可高達20× 10-6,多處地段出現單個樣品金品位超過100× 10-6,最高單個樣品金品位達到了226×10-6。礦脈常見有膨脹收縮、分支復合、尖滅再現現象。

從主礦體產狀看,2﹟和56﹟均為NEE走向,傾向S,傾角較緩,通常在20°左右;46﹟、28﹟和29﹟三條主礦體走向則為NNE,傾向NWW,傾角一般在20°-40°之間。這五條礦體除2﹟礦體和28﹟礦體出露地表外,其余三條礦體均為隱伏礦體。

2.4 金礦化及礦物組合特征

2.4.1 金礦化特征

研究區的金礦化主要為含金黃鐵礦型及含金磁黃鐵礦型,個別地段見有磁黃鐵礦化與黃銅礦化、閃鋅礦化的多金屬硫化物型金礦化。礦化的形式主要有星散狀浸染型、細脈浸染型、細脈-網脈狀浸染型、脈狀黃鐵礦(磁黃鐵礦)型,金礦化主要集中在構造斷裂帶和斷裂-裂隙帶中。

2.4.2 礦物成分特征

礦石的光、薄片鑒定結果表明,礦石的礦物成分較簡單,以黃鐵礦為主,次為磁黃鐵礦、黃銅礦,少見閃鋅礦,極少量或微量方鉛礦、磁鐵礦、銀金礦、金銀礦。其中的主要礦石礦物黃鐵礦在該區占礦石礦物的90%以上,是金的主要載體礦物。特別是中細粒半自形-它形黃鐵礦,一般呈集合體狀、細脈狀、團塊狀,常與陽起石和綠簾石等脈石礦物共生,這種特征的黃鐵礦是主成礦階段的產物。另外,呈它形粒狀集合體、包裹交代早期黃鐵礦或充填在粗粒黃鐵礦裂隙中的磁黃鐵礦,往往與主成礦階段的黃鐵礦和黃銅礦密切共生,此類礦石含金品位高,是主成礦階段的代表性礦物之一。脈石礦物主要為長石、石英、角閃石、方解石,有少量透輝石、透閃石、綠簾石、陽起石、絹云母,副礦物有磷灰石、鋯石、榍石等。

金礦物常見自然金和銀金礦,金銀礦次之。形態多見粒狀,具非均質性。粒度以中、細、微粒金為主。金的賦存狀態多為晶隙金和裂隙金。

2.4.3 礦石組構特征

礦石結構主要為半自形-它形粒狀結構、熔蝕結構、碎裂結構、充填或填隙結構、交代殘余結構和包含結構。礦石構造主要為浸染狀構造、塊狀構造、脈狀構造和角礫狀構造等。

圖4 Ⅲ號礦化帶金礦體(化)平面分布圖Fig.4 Map showing gold body distribution in them ineralized belt No.III

2.4.4 礦石類型

按礦石的自然類型可分為細脈浸染型礦石、細網脈狀-脈狀黃鐵礦型礦石、脈狀磁黃鐵礦礦石、塊狀-團塊狀黃鐵礦礦石、破碎角礫巖型礦石。

2.4.5 圍巖蝕變特征

研究區的圍巖蝕變類型復雜,在不同圍巖中的礦化蝕變作用表現不同。花崗巖中主要蝕變類型為鉀長石化、硅化、碳酸鹽化、絹云母化、沸石和高嶺石化;變質巖中主要蝕變類型為蛇紋石化、透閃石化、陽起石化、綠簾石化、黝簾石化、綠泥石化及碳酸鹽化等。礦體附近的巖脈普遍發生了蝕變,基性巖脈蝕變以陽起石化、綠簾石化、黝簾石化、綠泥石化及碳酸鹽化為主,并且普遍伴有黃鐵礦化,蝕變巖脈的Au、As和Co的含量明顯增高。

研究表明,石榴子石化與早期硅化早于金的主礦化期,陽起石化、綠簾石化、黝簾石化、綠泥石化與金礦化基本同時,而蛇紋石化及碳酸鹽化晚于金的成礦作用。

2.4.6 礦化階段

成礦大致可分為四個階段:第一階段為粗粒黃鐵礦化階段。該階段的黃鐵礦呈自形晶-半自形晶,結晶狀態好,碎裂結構普遍,但金礦化弱,以星散浸染狀礦化為主,伴生蝕變礦物為石榴子石和陽起石;第二階段為含金多金屬硫化物階段,為金的主要成礦階段。組成礦物主要為中細粒黃鐵礦,但常有磁黃鐵礦和黃銅礦,偶見閃鋅礦和方鉛礦。這一階段的黃鐵礦多為中細粒,也見細粉末狀,半自形晶和它形晶為主,充填形式以細脈狀和細網脈狀為主,個別地段形成黃鐵礦和磁黃鐵礦大脈。蝕變礦物有硅化、陽起石化、綠簾石化和綠泥化等;第三階段為晚期黃鐵礦化階段,黃鐵礦通常為中細粒自形-半自形晶。當礦體被閃長玢巖脈穿插時,這一階段的礦化表現為閃長玢巖中的星散狀黃鐵礦化,由于閃長玢巖脈切割了礦體,因而閃長玢巖脈中的礦化明顯晚于主成礦階段。該階段金礦化弱,一般不形成金礦體。但金礦體因受這一階段的礦化疊加影響,往往形成高品位的富礦段;第四階段為碳酸巖階段。該階段為成礦的晚期階段,表現為沿裂隙形成的一些方解石脈,內有少量的細粒黃鐵礦礦化。這些方解石脈穿插礦體,也切割了中基性巖脈,金礦化弱,不形成礦體。

3 構造控礦特征

3.1 容礦構造性質

研究區內的土堆-沙旺金礦區的容礦斷裂構造按其走向可分為NNE、NEE和NW三組方向,以NNE和NEE兩組為主。

NNE組以46﹟、28﹟和29﹟三條主礦脈為代表。從礦體上、下盤充填有含金硫化物細脈的羽狀裂隙特征可判斷出成礦時容礦構造為左行逆沖性質。此外,從容礦構造產狀上看,具有逆沖斷層的緩傾斜特征;從充填其中的脈體厚度變化特征方面看,脈體具有沿走向的右彎地段厚度減小、左彎地段厚度增大,沿傾向方向傾角陡的地段礦體變薄、傾角緩的地段礦體肥大的特點,并在脈壁上可見清晰的逆沖擦痕。所有這些,都反映出該組容礦構造為左行壓剪逆沖性質的結構面特征。

（4）盡量采用自繁自養的養殖模式，嚴禁從疫區引進種豬、副產品以及設備設施。如果不確定為疫區或非疫區，要對設備設施進行徹底消毒，對引進的種豬進行嚴格的檢疫，確認無病后才可以混群飼養[5]。

NEE組容礦構造以2﹟號和56﹟脈為代表,礦體常見透鏡狀,走向延長較短,通常在十幾米至幾十米,厚度變化大,與圍巖界面參差不齊。通過現場對結構面特征的分析,判定該組構造具有以壓為主兼剪性的逆沖結構面性質。

NW組含礦構造走向330°、傾向240°、傾角45°左右。該組容礦構造不甚發育,多與上述的NNE和NEE兩組結構面構成聯合控礦體系。這組容礦構造獨立形成的礦脈較少見,只在沙旺礦區北側的東劉家地段地表民采坑和老硐等個別工程內見到。礦體規模小,所形成的金礦化厚度也較小,一般只有1m左右,走向延長也較短,一般只有十幾米至幾十米,根據結構面特征可判定為右行張剪性質。

3.2 構造控礦特征

上述三組容礦構造常常相伴產出,但發育的程度不同。當兩組或兩組以上的結構面在同一地段近于同等發育時,充填其中的礦體形態即為透鏡狀、蠹狀或瘤狀,且沿任何一組結構面的走向和傾向方向追索時,礦體在較短距離內都將尖滅,如沙旺礦區的Ⅱ-8采場等。因此說,多組容礦構造裂隙的交叉部位控制了形態復雜和產狀多變的金礦體。

研究表明,礦體形態主體可劃分為兩類:一類是脈狀礦體,另一類為透鏡狀礦體。脈狀礦體走向大多為NNE向,延伸相對穩定,厚度變化較小,金品位較高,一般為黃鐵礦脈和/或磁黃鐵礦的細脈、網脈充填型為主,局部地段也充填黃鐵礦和/或磁黃鐵礦的塊狀硫化物大脈;透鏡狀礦體大多為NEE走向,往往受多組剪性斷裂或剪切裂隙帶疊加控制,有時可見到共軛剪裂面聯合控制的特征,表現為礦體厚度變化大,礦體不穩定等特征。

綜觀研究區內的各類金礦體,具有如下特征:①礦體無一例外均產于斷裂帶及構造裂隙帶中,構造控礦明顯。②礦體主要為NNE和NEE兩組走向,但NNE組結構面表現得更為普遍和穩定(圖4)。③礦體以緩傾斜為主要特征。較緩礦體的金礦化和厚度一般好于較陡的礦體。④同一礦體常呈現多組結構面聯合控礦的現象,反映了多組構造共同疊加的控礦特征。⑤在礦化帶中,透鏡狀礦體在走向和傾向上常出現尖滅再現現象,在傾向方向呈現疊瓦狀排列的展布特征。

3.3 控礦構造應力場分析

研究結果表明,郭城地區金礦的三組控礦結構面在時間、空間及成因的力學性質方面是相互聯系的,它們是同一構造應力場作用下的產物(梁華英, 2000;沈遠超,1998)。根據前面分析的三組控礦結構面的空間組合特性及力學性質,可恢復當時成礦期應力場系沿NE方向的左行剪切作用,其主干剪裂面即是礦區西側的郭城斷裂。該斷裂的左行剪切結果從理論上講可產生四組結構面—壓剪性結構面S1、張剪性結構面S2、剪壓性結構面P和剪張性結構面T(楊春福等,1997),其中S1和S2為一組共軛剪裂面(圖5)。

圖5 郭城斷裂左行剪切應力場分析圖解Fig.5 Analysis diagram of the sin istral-shear stress field of the Guocheng fault

需要說明的是,由于受巖性、構造等不同地質條件的影響以及應力作用方式的不同,在不同地區各組結構面并不是同等發育,通常情況下只發育與主應力夾角較小的1-2組(楊春福,1997),其余各組結構面在一些地段能夠觀察到它的“形跡”。研究區成礦期的左行剪切應力場作用導致發育了NNE和NEE兩組結構面,而NW向結構面多與前二者相伴產出。這三組結構面在平面上相互制約就構成了該區的特殊控礦構造格架。由于主應力場分解的壓應力為NW-SE方向,因而,在橫剖面上則體現出NNE和NEE兩組容礦構造的鋸齒狀展布特征(圖3),且兩組結構面均表現出逆沖性質。

控礦構造的復雜性造就了礦體形態的多樣性。當含金熱液充填在NNE、NEE和NW三組復合的構造空間時,則形成了瘤狀、囊狀和透鏡狀等不規則形狀的礦體。本區礦體形態和產狀變化大的原因即是多組結構面參與了控礦。

4 成礦流體特征

4.1 流體包裹體特征

圖6 郭城金礦床流體包裹體特征Fig.6 Characteristics of fluid inclusions in the Guocheng gold deposit

礦石中石英的包裹體類型以CO2包裹體為主導,包裹體有明顯的多階段形成的特點。通過對流體包裹體的初融溫度測試表明,其溫度范圍在57℃～59℃之間,這個溫度范圍遠低于NaCl-H2O體系初融溫度。在NaCl-H2O-CO2體系中包裹體的初融溫度平均值為58.2℃。根據CO2-CH4相圖,推測CH4/(CH4+CO2)比值為0%～7%,平均約3%。同時,根據CO2的P-V-T圖解(DCO2),求得礦區成礦壓力為9.013×105～1.401×106Pa,相當于成礦深度3～4km。在不大的壓力下(8.013×105～9. 013×105Pa),礦物結晶形成的包體爆裂溫度高于實際溫度。當壓力為9.013×105Pa時,爆裂溫度小于實際溫度。因此,在測試時某些樣品包體加熱時未均一而先爆裂,表明形成壓力大于9.013×105Pa大氣壓。按1.013×106Pa大氣壓進行溫度校正,校正溫度約80℃。含CO2包體校正后平均溫度為402℃,校正后均一溫度與蝕變礦物組合及變質相圖所確定的成礦溫度相一致。

經測試,礦區的石英包裹體均一溫度100.6-450℃,校正后,均一溫度180.6℃～530℃,主成礦階段成礦溫度300℃～450℃,成礦作用早期均一溫度達500℃～540℃。未校正的晚期礦化流體均一溫度為97℃～243℃。統計結果表明,含CO2包體鹽度6.11～11.0%;汽液兩相包體鹽度變化大,為2.07～23.0%;方解石均一溫度低,為97℃～243℃,鹽度也低,為3.23～5.26%;石英包裹體也顯示出低鹽度、均一溫度低的趨勢,相關系數0.574 (圖7)。

流體包裹體研究還表明,礦區主成礦期成礦流體為中高鹽度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2體系。流體內富含硫,硫的賦存狀態以H2S為主。金的賦存狀態以Cl-的絡合物和HS-的絡合物為主。金的沉淀與流體溫度、壓力降低及H2O與CO2的不混溶作用等密切相關(莫測輝等,1997)。

4.2 硫同位素特征

在郭城斷裂下盤的主成礦區土堆-沙旺礦區井下采集分析了14件硫同位素樣品,測試的δ34S‰值列于表1。從表1可計算得出,礦區的δ34S‰值在+5.6～+10.5之間。

硫同位素的這些特征反映了成礦熱液來源既不是地表水或鹵水,也不是幔源流體,而是來源于古老變質巖部分熔融形成的殼源巖漿熱液。

圖7 包裹體均一溫度分布直方圖Fig.7 Histogram of homogen ized temperatures of fluid inclusions

表1 土堆-沙旺礦區硫同位素分析結果表＊Table1 Sulfur isotopic compositions of sulfides from the Tudui-Shawang deposit

5 結論

①膠東郭城地區的金礦體以形態復雜的緩傾斜為主要特征,常呈現多組結構面聯合控礦的現象,反映了多組構造共同疊加的控礦作用?？氐V構造的復雜性造就了礦體形態的多樣性。

②礦區發育了密集的各類巖脈,這些巖脈與膠東其它地區同期巖脈具有極為一致的分布特征,可能來自深部同一巖漿源區。絕大多數巖脈的生成時間略晚于礦體。

③研究區內成礦期表現為沿NE方向左行剪切的構造應力場。郭城斷裂的左行剪切作用所產生的張剪性結構面S2、剪壓性結構面P為金礦體的賦存提供了空間。

④研究區礦化大理巖和二長花崗巖中的包裹體主要類型為2相氣液包裹體,氣液比相對較小,隨礦化強度增加,CO2包裹體增多。礦石中石英的包裹體類型以CO2包裹體為主導,包裹體有明顯的多階段形成的特點。

⑤研究區內主成礦期的成礦流體為中高鹽度的H2O-CO2-NaCl-CaCl2體系。流體內富含硫,硫的賦存狀態以H2S為主。金的賦存狀態以Cl-的絡合物和HS-的絡合物為主。金的沉淀與流體溫度、壓力降低及H2O與CO2的不混溶作用等密切相關。

⑥礦區的δ34S‰值在+5.6～+10.5之間,極差4.9,平均值為+8.63。硫同位素的這些特征反映了成礦熱液來源于古老變質巖部分熔融形成的殼源巖漿熱液。peninsula[J].Chinese Journal of Geology,40(1):69-83

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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;[責任編輯]鄭 杰。

楊春福(1965年-),男,1991年畢業于長春地質學院,高級工程師,主要從事礦山地質及管理工作,E-mail:ycfsdxt@ 163.com。