膠東金礦幔源成礦流體深部演化與深部找礦

時偉

(石家莊經(jīng)濟學院，河北 石家莊　050031)

膠東金礦幔源成礦流體深部演化與深部找礦

時偉

(石家莊經(jīng)濟學院，河北 石家莊050031)

目前，膠東金礦成礦流體研究主要集中在成礦流體的來源及其成礦過程研究，但是對于其侵位前的物化狀態(tài)及分異演化研究尚淺。該文提出膠東金礦礦集區(qū)幔源成礦流體深部演化的一種形成機制，并認為膠東金礦幔源成礦流體在侵位前發(fā)生了富集作用。正是由于幔源成礦流體的富集作用才使得膠東地區(qū)形成現(xiàn)在規(guī)模、品位的金礦。膠東金礦幔源成礦流體的侵位機制主要受華北東部構造轉(zhuǎn)折體制制約。根據(jù)膠東地區(qū)金礦幔源成礦流體分異演化特征、構造特征及現(xiàn)有深部探測實例表明：膠東地區(qū)在1000m以下極有可能存在另一個大型金礦帶。

膠東金礦；幔源成礦流體；深部演化；構造轉(zhuǎn)折；深部找礦

引文格式：時偉.膠東金礦幔源成礦流體深部演化與深部找礦[J].山東國土資源，2015,31(10)：12-15.SHI Wei. The Deep Evolution of the Ore-forming Fluid from Originated Mantle and Deep Prospecting in Jiaodong Gold Deposit in China[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(10):12-15.

0　引言

膠東是中國最大金礦生產(chǎn)地，面積占全國0.27%，黃金產(chǎn)量和儲量卻占全國1/4[1-3]。目前，膠東金礦的研究已達到比較全面的階段并取得了豐碩的成果。

膠東金礦成礦物質(zhì)來源的研究表明：其具有多元性，既來自于控礦圍巖——花崗片麻巖和變質(zhì)巖，又來自于幔源的巖漿巖[2]。

目前，膠東金礦成礦流體的研究主要集中在成礦流體的來源及其成礦過程研究，但是對于其侵位前的物化狀態(tài)及分異演化研究尚淺。流體是成礦的精髓，它的來源、運移和物質(zhì)卸載反應了整個成礦過程[4]。因此，加強成礦流體的研究對探索礦床的生成、演化有重要意義。該文主要研究了膠東礦集區(qū)幔源成礦流體在侵位前的深部分異、演化及其侵位機制，并據(jù)此對膠東幔源成礦流體型金礦的深部找礦提出建議。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

膠東位于華北克拉通東緣、西臨郯廬斷裂帶，濱太平洋成礦帶西部，中—新生代大陸邊緣活動帶內(nèi)，南以五蓮-榮城斷裂與大別蘇魯超高壓變質(zhì)帶相鄰，北為龍口-蓬萊斷裂和黃海盆地[3，5]。區(qū)域內(nèi)出露地層為晚太古宙膠東群、古元古代荊山群和粉子山群以及白堊系火山巖[3-5]。

膠東地區(qū)巖漿活動十分頻繁，從太古代到新生代都有發(fā)現(xiàn)。燕山期巖漿活動最為強烈，以玲瓏花崗巖、郭家?guī)X花崗閃長巖、昆崳山花崗巖為代表[4]。

膠東礦集區(qū)自西向東有4條主要斷裂帶，即牟平-即墨(牟平)斷裂、米山斷裂、榮成-五蓮(榮成)斷裂和石島-青島(石島)斷裂，大致呈NE--NNE向展布，其西南部大致在乳山--海陽一帶聚斂，有順時針旋轉(zhuǎn)趨勢(圖1)。

2　幔源成礦流體的形成與演化

通過對膠東及鄰區(qū)的重力異常、磁異常及地震各向異性探測成果表明，膠東地區(qū)存在明顯地幔隆起，且礦集區(qū)位于地幔隆起帶的坳陷區(qū)[1，6，7]，有學者稱其為幔枝構造——地幔熱柱的三級構造單元[8-9]。地幔隆起主要是由地幔巖漿體上升侵位造成，因此，地幔隆起的存在為膠東金礦提供幔源成礦流體成為可能。通過幔源巖漿體研究表明，其可能是核幔邊界熱物質(zhì)演化而來[7]，其上升的驅(qū)動力目前尚未得到一致定論。通過對膠東幔源成礦流體型金礦成礦年齡測定及其化學特征分析得到，深部幔源成礦流體具有同期上升侵位的特征[3-4]。

圖1　膠東礦集區(qū)地質(zhì)和金礦分布圖[2]

幔源成礦流體具有核幔邊界熱物質(zhì)的特征，即貴金屬元素、有色金屬元素、鐵族元素、鉑族元素等比重較大的元素有在地核聚集的趨勢[10]。通過對地球的金元素分布規(guī)律(表1)研究表明：地球上99%的金賦存于地核內(nèi)部。核幔邊界處于3000℃～5000℃的高溫環(huán)境[11]，而金元素的熔點為1064.43℃、沸點為2807.00℃(表2)[10]，在此狀態(tài)下金元素呈紫色氣體狀態(tài)賦存于鐵鎳之間[12]。

表1　金、銀在地球各圈層的分布特征[10]

表2　不同元素密度、熔點、沸點對比[10]

金元素隨地幔熱流物質(zhì)從核幔邊界向上運移時，隨著上升高度、圍巖狀態(tài)、溫度和壓力等變化而發(fā)生一系列物理變化：

(1)金的運移途徑：地核-D"層-下地幔-上地幔-巖石圈-地殼。

(2)金的存在狀態(tài)：紫色氣體-氣、液混合相-含礦(金)流體-固態(tài)金[7，10]。

深部巖漿體體積巨大，金元素相對含量比較低。此時深部巖漿體上升侵位固結(jié)成礦，并不能形成當前品位的金礦，甚至不能形成具有工業(yè)價值的金礦床。該文認為，深部巖漿體在侵位前必定發(fā)生了幔源金礦流體的富集作用。下面探討膠東金礦幔源成礦流體從地幔向上遷移及演化過程(圖2)。

1--新生代沉積盆地；2--上地殼；3--中地殼；4--下地殼；5--地幔巖；6--中基性侵入巖；7--中酸性侵入巖；8--中基性侵入巖；9--基性巖買；10--酸性巖脈圖2　華北東部幔源巖漿的遷移演化模式[7]

核幔邊界熱流物質(zhì)侵位到地幔形成的深部巖漿體可看作一個巨大的巖漿房，其內(nèi)部巖漿成分具有核幔邊界熱流物質(zhì)的特征。深部巖漿體由于上升降溫、減壓作用使其內(nèi)部發(fā)生差異沉降作用，即高密度成分在重力作用下向下運移，低密度氣-液流體成分在浮力作用下向上運移。深部巖漿體內(nèi)部形成不同成分的垂向分層現(xiàn)象。此時，金元素主要以氣-液狀態(tài)存在[13]，彌散在深部巖漿體內(nèi)部的金元素在浮力作用下向上運移，并在其上部富集。因此，金元素的含量在深部巖漿體內(nèi)部的分布由上到下呈遞減趨勢，其主要集中在上部，下部巖漿內(nèi)也含有可觀數(shù)量的金元素。

當深部巖漿體受到自身能量釋放、下部熱物質(zhì)再次上升或構造運動的影響時，其內(nèi)部巖漿突破圍巖束縛，從巖漿房頂部再次向上發(fā)生侵位，并形成一個或多個次級巖漿體，類似于地慢柱的多級演化。次級巖漿體整體呈圓狀或橢圓狀分布于原始巖漿體的上部，它們的體積明顯變小，內(nèi)部巖漿成分發(fā)生明顯變化。

次級巖漿體的成分主要是深部巖漿體上部的相對密度較低的、富含氣-液態(tài)金元素的巖漿，可能含有部分中、下部相對密度較高的巖漿。因而，次級巖漿體內(nèi)部金元素相對含量明顯增高。隨著巖漿體的再次侵位結(jié)束，形成的次級巖漿體發(fā)生降溫、減壓作用，使其內(nèi)部發(fā)生結(jié)晶分異作用，處于氣-液流體狀態(tài)的金元素再次在巖漿房頂部富集，金元素的相對含量較下部巖漿體更高。隨后，巖漿體重復上述侵位演化過程，直至侵位到上地殼，金礦幔源成礦流體的深部分異演化結(jié)束。

金礦幔源成礦流體的演化過程中具有以下特點：巖漿侵位深度較深，溫度、壓力足以使金元素處于氣態(tài)至氣-液流體態(tài)，保證金元素快速上升遷移；深部巖漿體的巖漿性質(zhì)由超基性、基性、中性到酸性或堿性依次發(fā)生變化，最終侵位的巖漿多為酸性或堿性；巖漿體向上遷移、演化過程中，次級巖漿體往往呈樹枝狀逐級演化，到達上地殼時形成多個小巖漿體，并呈圓狀或橢圓狀分布在下部大巖漿體周圍，膠東礦集區(qū)可清楚的劃分出多個小巖漿體。

由于巖漿體與圍巖之間呈直接接觸關系，使其在上升侵位、分異演化等過程中與圍巖發(fā)生一系列反應，如同化混熱、侵蝕、溶蝕等作用，導致幔源成礦流體具有殼幔混合特征。

3　幔源成礦流體的侵位

關于膠東金礦成礦時代存在很大爭論，其成礦年齡參差不齊，很多早期獲得的年代學數(shù)據(jù)受限于分析方法和分析精度并不可信。翟明國等[14]通過對載金礦物—黃鐵礦的微量元素含量研究，測得載金礦物黃鐵礦的Rb-Sr等時線法年齡為121.6～122.7Ma，即早白堊世[14]。該年齡值已得到高精度的SHRIMP鋯石U-Pb年齡證實，與普遍接受的120±10Ma的膠東金礦成礦高峰期年齡相吻合[15]。

膠東金礦研究早期，有些學者認為中生代對其具有影響意義的地質(zhì)事件有：古太平洋板塊向歐亞大陸斜向俯沖作用、中生代早期的華北板塊與揚子板塊之間的深俯沖作用、巖石圈減薄和中生代晚期的地殼拉伸作用、郯廬斷裂帶左行走滑運動、大規(guī)模的構造巖漿活動等[16]。目前，普遍認為，膠東大規(guī)模成礦的動力學過程必定受華北東部中生代構造轉(zhuǎn)折體制制約，其始于150～140Ma，終于110～100Ma，峰期是120～110Ma[15]，與膠東礦集區(qū)大規(guī)模成礦時間(120±10Ma)吻合。

華北東部構造體制轉(zhuǎn)折具體表現(xiàn)：①中生代構造體制轉(zhuǎn)折總體上表現(xiàn)為陸內(nèi)伸展與地幔隆起相伴的巖石圈大規(guī)模減薄；②由EW向到NNE向的盆嶺格局重組；③中生代構造體制轉(zhuǎn)折的伸展作用與印支期末的碰撞后的伸展不屬同一構造動力學過程；④深部的殼幔作用和巖石圈減薄與上部地殼的運動有明顯的吻合和成因聯(lián)系[15]。

中生代期間，中國東部發(fā)生了強烈的巖石圈減薄作用[17]，而膠東半島在早白堊世(140～110Ma)期間，地殼隆升-剝蝕厚約7km[18]，這與中國東部巖石圈減薄的峰期時限吻合。

膠東金礦幔源成礦流體的侵位機制可以解釋為：華北東部中生代構造轉(zhuǎn)折期，陸內(nèi)伸展與地幔隆起相伴的巖石圈大規(guī)模減薄，導致深部的殼幔作用和巖石圈減薄。深部的殼幔作用導致膠東地區(qū)巖石圈整體性擾動及原有平衡結(jié)構的破壞；深部巖漿體的快速侵位，導致膠東地區(qū)巖石圈快速隆升、引起大規(guī)模的地殼減薄及下地殼發(fā)生拆離破壞，并在深部派生出一系列NE，NNE向剪切帶；其作為含礦流體侵位的導礦、控礦構造系統(tǒng)。當NE，NNE向?qū)УV構造切穿巖漿房上部時；富集含礦流體沿其上升運移或直接向上遷移，并在上部控礦構造內(nèi)定位，通過多種成礦作用(結(jié)晶分異、圍巖蝕變、與大氣水混合等作用)形成含礦體；當深部導礦構造切穿巖漿房側(cè)面時，其上升侵位的巖漿含有的含礦流體相對較少，固結(jié)成品位較低的金礦，此類礦床多分布在主成礦區(qū)外圍。

在侵位過程中，含礦流體總會沿著某一條“優(yōu)勢”控礦構造先侵位，當該控礦構造達到飽和時，再向“次級優(yōu)勢”控礦構造侵位。因此，膠東地區(qū)主要形成3條成礦帶，即招遠-萊州-平度成礦帶、蓬萊-棲霞成礦帶、牟平-乳山成礦帶。

4　幔源成礦流體的演化與深部找礦

目前固體礦產(chǎn)深部找礦是指地表以下1000～2000m范圍內(nèi)的找礦[19]，根據(jù)我國礦產(chǎn)資源找礦特征認為深部找礦深度在500～2000m[20]。

膠東幔源成礦流在華北東部中生代構造轉(zhuǎn)折期發(fā)生上升侵位，并在容礦空間內(nèi)固結(jié)成礦。華北東部中生代構造轉(zhuǎn)折期的陸內(nèi)伸展與地幔隆起相伴的巖石圈大規(guī)模減薄，產(chǎn)生一系列NE，NNE向?qū)УV、控礦構造，且發(fā)生大幅度的上移。

目前，膠東礦集區(qū)已勘探到的金礦深度大部分在1000m以上，少數(shù)在1000m以下，如膠西北三山島金礦超深部探礦工作顯示存在一條傾向延深2300m尚未尖滅的蝕變帶[21]。華北東部中生代構造轉(zhuǎn)折產(chǎn)生的導礦、控礦構造并非局限在1000m以上，在地下1000m以下極有可能產(chǎn)出。根據(jù)現(xiàn)有勘測表明，在1000m以下極有可能存在另一個大型金礦成礦帶，其賦存礦體與上部金礦體同源、同期，其金礦品位和1000m以上金礦帶的品位相同或稍低于上部金礦品位。

5　結(jié)論

(1)膠東金礦幔源成礦流體在侵位前發(fā)生了富集演化，正是幔源成礦流體的富集演化作用使得膠東地區(qū)形成現(xiàn)在規(guī)模、品位的金礦。

(2)華北東部中生代構造體制轉(zhuǎn)折為膠東金礦提供導礦、控礦構造系統(tǒng)，是膠東金礦的侵位機制。

(3)膠東礦集區(qū)在1000m以下極有可能存在另一個大型金礦帶。

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The Deep Evolution of the Ore-forming Fluid from Originated Mantle and Deep Prospecting in Jiaodong Gold Deposit in China

SHI Wei

(Shijiazhuang University of Economics, Hebei Shijiazhuang 050031, China)

At present, study on the ore-forming fluid of Jiaodong gold deposit is focused on the sources and mineralization processes, but the study on physical and chemical state and differential evolution before its emplacement is not enouth. In this paper, a set of the formation mechanism of the mantle ore-forming fluid of Jiaodong gold deposit has been put forward. It is regarded that enrichment has happened before emplacement. Enrichment of the mantle ore fluids has formed such scale and degree of Jiaodong gold deposit. Emplacement mechanism is mainly controlled by tectonic regime inversion of the North Eastern tectonic of the mantle ore-forming fluid of Jiaodong gold deposit. According to the differential evolution features, structural features, and deep exploration of existing examples of mantle ore-forming fluid of Jiaodong gold deposit, it is showed that:there is another gold belt under 1000m in Jiaodong area.

Jiaodong gold deposit; mantle ore-forming fluid; deep evolution; tectonic regime inversion; deep prospecting

2015-06-22；

2015-09-25；編輯：王敏

時偉(1989—)，男，山東臨沂人，研究生，主要從事構造地質(zhì)學研究；E-mail:jzxshiwei@163.com

P618.51

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