膠東金礦區夏甸金礦床礦化分布規律及構造控礦分析

劉玉橋，李壽磊，牟志軍

(1.招金礦業股份有限公司，山東 煙臺 265400；2.濰坊市寒亭區自然資源和規劃服務中心，山東 濰坊 261100)

0 引言

膠東半島是中國最大的金成礦省，已探明金資源量超過5000t[1]，其中主要的金礦集中產于膠西北地區的3條NE—NEE向區域性斷裂帶內[2]。夏甸金礦床是膠西北地區典型的構造蝕變巖型金礦床，其位于招平斷裂帶南段，是膠西北地區南部最大的金礦床，已探明金資源量超過170t[3]。夏甸金礦床內礦體分布與其他膠西北地區的金礦床相似，均在垂向和走向上呈舒緩波狀分布，與控礦斷裂緊密相關[2-4]，因此，查明礦體分布規律和構造控礦特征將有力的指導夏甸金礦深邊部找礦工作。前人用傳統的地質調研和勘探資料分析來研究夏甸金礦床礦體分布規律和構造控礦特征，然而這些研究往往是基于二維數據的，對于三維空間中的礦體展布規律及其控制因素的理解可能存在不足。

對此，本文利用三維地質建模、空間分析等技術，結合野外地質調研，對夏甸金礦床的礦體、控礦構造進行全面研究，探討礦體空間展布規律、礦化富集規律、控礦構造空間形態及其與礦化的空間關系，從三維空間角度理解夏甸金礦床的礦體就位過程和控制機制，以期加深夏甸金礦床成因認識，為深部和外圍資源勘查提供指導。

1 地質背景

膠東金礦區位于華北克拉通東緣，主要由西部的膠北地體和東部為蘇魯造山帶組成，二者以五蓮-煙臺斷裂帶為界[1]。膠西北地區位于膠北地體的西北部，該區主要出露的地層為新太古代膠東巖群、古元古代荊山群等，均經歷了高級的變質作用(角閃巖相至麻粒巖相)。膠西北地區主要的巖漿活動發生在太古代和中生代，前者形成了陸殼中常見的TTG巖石系列，后者則發育了花崗巖和一系列中基性脈巖，以晚侏羅世玲瓏黑云母花崗巖、早白堊世郭家嶺似斑狀花崗閃長巖和煌斑巖、輝綠巖以及早白堊世艾山二長花崗巖為主。膠西北地區的構造主要為NE—NEE向區域斷裂帶(圖1)，自西向東依次為三山島斷裂帶、焦家斷裂帶、招平斷裂帶，控制了區內絕大多數金礦床(特別是超大型礦床)的形成與產出。這3條斷裂帶的整體特征產出相似，均呈現出脆韌性變形特征，傾角變化范圍在30°～50°，以一層黑色斷層泥為識別標志，絕大多數的金礦化賦存在主裂面下盤。

1—第四紀沉積物；2—白堊紀沉積物和火山巖；3—新元古代蓬萊群板巖、大理巖、灰巖(1.1～0.8Ga)；4—古元古代荊山群/粉子山群片巖、含石墨片麻巖、斜長角閃巖、大理巖(2.2～1.9Ga)；5—新太古代膠東群棲霞/譚格莊序列TTG巖系(2.7～2.5Ga)；6—晚侏羅世玲瓏、欒家河花崗巖；7—早白堊世郭家嶺花崗巖；8—早白堊世艾山花崗巖；9—斷裂帶；10—焦家式金礦；11—玲瓏式金礦圖1 膠西北礦集區地質簡圖[3]

膠西北地區金礦床形成時間集中于約120Ma，是克拉通活化背景下巖石圈大規模減薄的產物。按礦化產出特征劃分為蝕變巖型和石英脈型，前者資源量占據了膠西北礦集區金資源量的80%以上，絕大多數大型、超大型金礦床均屬蝕變巖型金礦[2]，以焦家金礦為代表，礦石為黃鐵絹英巖化碎裂巖，靠近區域斷裂帶。石英脈型礦床以玲瓏金礦為代表，礦石主要為石英硫化物脈，發育在次級斷裂。區內金礦床常同時發育蝕變巖型和石英脈型兩種礦化。

夏甸金礦床礦區范圍內主要出露地層為前寒武紀膠東巖群和荊山群巖系(圖2)，前者主要以變輝長巖(斜長角閃巖)和奧長花崗巖，后者以黑云變粒巖、含石墨斜長角閃巖、透輝石大理巖為主。夏甸礦區發育玲瓏黑云母花崗巖和少量閃長玢巖、煌斑巖、輝綠巖等脈巖，其中玲瓏黑云母花崗巖是主要的賦礦巖石(圖2)。

1—新太古代譚格莊TTG巖系；2—晚侏羅世玲瓏花崗巖；3—白堊紀煌斑巖；4—黃鐵絹英巖化蝕變帶；5—礦體；6—斷層圖2 夏甸金礦床地質簡圖[3]

夏甸礦區內的主要構造為招平斷裂帶，沿走向呈舒緩波狀通貫全區。在留仙莊以北，發育在玲瓏黑云母花崗巖體中，走向近SN向，E傾，傾角約35°；而在留仙莊以南，主要沿玲瓏黑云母花崗巖體與前寒武紀變質巖的接觸帶發育，走向逐漸變為NE，傾角約45°。招平斷裂帶寬約100～300m，帶內的構造巖主要為碎裂巖、角礫巖、斷層泥等。

2 礦體地質特征

夏甸礦床的金礦化顯著受招平斷裂帶及其次級構造控制(圖3a)，在空間中呈現出不均一分布的特征。礦體形態相對簡單，傾角一般在20°～60°，呈脈狀、似層狀、透鏡狀產出或呈不規則狀，常具有多處分支復合現象。主要的礦體為Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ號礦體，其中Ⅶ號礦體是夏甸礦床最大的金礦體，占據了金資源量的95%以上。Ⅶ號礦體的厚度變化范圍在1～47m，沿側伏方向延伸長度可達1400m。夏甸金礦體的品位主要集中在1～36g/t，平均品位3.4 g/t。

a—夏甸礦區招平斷裂帶內發育黑色斷層泥、礦體角礫、糜棱巖，下盤發育蝕變巖型礦體;b—近主裂面的浸染狀蝕變巖型礦石發育強烈的絹英巖化，碎裂狀石英磨圓度高、呈一定的定向排列特征，黑色基質為細粒絹云母和黃鐵礦;c—遠離主裂面部位的玲瓏巖體中發育節理，紅化蝕變沿節理交代發育，遠端石英—黃鐵礦細脈主要呈NE傾;d—陡立狀含金石英硫化物細脈穿插早期貧礦石英脈；e，f—礦石中的銀金礦主要與黃銅礦共生或被包裹于黃鐵礦中；Qz—石英；Kfs—鉀長石；Sd—菱鐵礦；Py—黃鐵礦；Ccp—黃銅礦；EI—銀金礦圖3 招平斷裂帶夏甸金礦床礦體及礦石礦物產出特征分布

夏甸金礦石主要為蝕變巖型，與強烈的黃鐵絹英巖化和碎裂巖化作用密切相關(圖3b)。同時，夏甸金礦也發育其他類型金礦化，如黃鐵礦-石英脈型、塊狀硫化物型[3]。蝕變巖型礦石多呈細脈浸染狀、網脈浸染狀構造，硫化物多以團塊狀出現在石英碎晶的邊緣處，礦石內常見早期石英或蝕變巖角礫。黃鐵礦-石英脈型礦石主要以硫化物豐富、脈石礦物相對較少為特征，多充填在次級節理裂隙中(圖3c、圖3d)，具有較高的品位。塊狀硫化物型礦石分布規律不明顯，具有豐富的黃鐵礦、磁黃鐵礦、鐵白云石[3]。夏甸礦區不同類型礦石的結構相似，均見碎裂狀結構、填隙結構、包含結構、交代結構和出溶結構等，但相對而言，蝕變巖型礦化的碎裂化程度更高，且常見定向排列特征。

夏甸不同類型金礦石在礦物組成上區分不明顯，含金礦物均為銀金礦(金成色在420～880)，載金礦物多為黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等，脈石礦物有石英、鐵白云石、絹云母、金紅石、白鎢礦等(圖3e、圖3f)。金的主要賦存形式為裂隙金(56%)，其次為晶隙金、包體金(43%)，固溶體金在夏甸礦區占比很低(<1%)。

3 三維建模與空間分析

三維建模已成為礦山生產、成礦規律、礦床成因、成礦預測、儲量估算的重要研究技術之一[5-9]。本文利用顯式—隱式建模的方法在GoCAD軟件中對夏甸礦區內金礦體和控礦斷裂進行了三維地質建模，斷裂面模型用DSI算法光滑，金品位模型基于38198個品位數據利用三維克里格插值實現。

3.1 礦體空間展布特征

夏甸地區的金礦體在空間中整體相連但分布不均勻，存在多個貧礦/無礦帶，表現出明顯的分支復合特征。同一礦體內也存在該特征，如在Ⅶ號礦體，其在500m標高礦體在538線附近膨大(圖4a)，向兩側減薄；而其深部，膨大部位出現在兩側，538線附近則變薄、甚至尖滅。此外，夏甸礦區的蝕變巖型和脈狀礦體在空間中也存在一定的分布規律，主要表現為蝕變巖型礦體距離主裂面較近，礦體品位較穩定但偏低，而黃鐵礦-石英脈型礦體(以下簡稱脈狀礦體)陡傾，遠離主裂面，品位變化系數大，品位相對較高(常大于5g/t)。脈狀礦體在淺部和深部均發育，未呈現出明顯變化。

為更直觀的呈現出夏甸金礦床的品位空間分布規律，本文基于勘查數據利用顯式建模方法開展了夏甸金礦體的三維建模。夏甸礦體金品位分布不均一，存在多個礦化富集中心，多呈不規則狀，常被低品位礦化帶圍繞，整體相連(圖4a)。礦化富集帶尚未呈現出明顯一致的礦體側伏特征，在南部的Ⅱ號礦體整體向NE側伏；中部的Ⅴ、Ⅶ號礦體規模較大，整體的礦化蝕變帶(特別是礦體)整體呈V字形，存在NE和SE側伏特征；北段的道北莊子礦化蝕變帶整體呈N—S或SE方向展布特征，NE向側伏規律不明顯(圖4b)。

本研究建立的三維模型顯示，夏甸礦床主礦體(Ⅶ礦體)沿招平斷裂帶走向出現了膨大狹縮特征，并呈現出明顯的波狀起伏特征，其中500線、538～550線出現明顯的膨大(圖4c)。此外，夏甸礦區平行主裂面分布一系列脈狀礦體，這些礦體的局部與主礦體相連，在571線附近分支最為顯著(圖4c)。

a—夏甸金礦床礦化帶(零星分布的藍點為鉆孔揭露的貧礦化體)；b—礦體分布三維柵格模型；c—Ⅶ號礦體模型平面視角圖4 夏甸金礦床礦體空間展布示意圖

3.2 構造變形特征

招平斷裂帶是夏甸金礦床的關鍵控礦斷裂，幾乎所有礦體受招平斷裂帶及其次級裂隙控制。招平斷裂帶在夏甸礦區表現出強烈的脆韌性變形(圖3a)，蝕變巖型礦石常見的同變形結構(圖3b)，此外，斷層破碎帶內可見成礦早期蝕變巖角礫和礦體角礫，揭示在成礦期、成礦后招平斷裂帶仍持續發育脆韌性變形。由于招平斷裂帶發育多階段的構造活動，早期的構造痕跡保留極為有限，本文通過節理統計，發現形成夏甸礦區控制早期紅化作用的節理和主成礦期脈狀礦體的節理優勢方位集中在NWW和NNE—NE方向，E傾(圖3c、圖3d)，說明招平斷裂帶在成礦早期和成礦期的擠壓狀態出現由NWW向NE的轉變。成礦期含礦共軛節理進行應力反演顯示，招平斷裂帶在成礦期層曾發育右行走滑正斷層活動，最大主應力方向近于垂直，但偏向SW，最小主應力方向為NW—SE(圖3a)。

為進一步從空間中表達招平斷裂帶的產出特征，本文建立了夏甸地區招平斷裂帶的三維模型。由于勘查數據的空間不平衡特點，招平斷裂帶在淺部高密度數據區的三維模型具有更為復雜的形態，而在稀疏數據區的斷裂模型光滑。三維模型顯示，招平斷裂帶在夏甸礦區整體傾向SE，傾角多在30°～60°(圖5)。在招平斷裂帶深部整體傾角低于35°，但在NE方向，具有相對高的傾角(35°～45°)，傾向SE。

圖5 夏甸地區招平斷裂帶三維模型

在夏甸礦區，招平斷裂帶在走向方向上存在明顯起伏，整體呈現出在N、SE、S方向上的明顯波動。這種產狀變化在礦區南部尤為明顯，表現為傾向由SE至NE再轉為SE的特征，且傾角較大(>50°)。

3.3 構造與金的空間關系

本文通過不同的空間分析技術提取了招平斷裂帶的特征(距離場、傾角、傾角變化、起伏程度)，并將其與金品位進行關聯分析(圖6、圖7)。結果顯示，夏甸金礦床的金主要富集在招平斷裂帶主裂面下盤250m的范圍內(圖7a)。其中兩個金富集帶能夠被識別出，其中第一富集帶具有相對高的金屬量和低的品位(約2.5g/t)，分布于在(0，-150m)的區間范圍，第二富集帶具有相對高的金品位，集中產于(-150m，-250m)范圍內(圖7a)。整體而言，靠近主裂面的部位存在更多的礦化體元(圖7a中紅至白色部位)。

a—距離；b—傾角；c—斷層面緩陡轉折特征；d—二級形態起伏特征圖6 夏甸金礦體與不同構造特征的空間關系(箭頭指示了脈狀礦體產出)

a—距離；b—傾角；c—斷層面緩陡轉折特征；d—二級形態起伏特征圖7 不同構造特征與金品位、平均金品位、累計金屬量的雙變量圖解和條形圖

在夏甸金礦，金與斷裂傾角沒有明顯的規律性變化，但多數的礦化體元與傾角35°～55°的斷裂面相關(圖7b)。招平斷裂帶的傾角變化值在夏甸地區多數都小于8°(圖7c)，顯示出了平緩的起伏變化，主要的金礦化與中等的轉折角度(約5°)密切相關。金品位與傾角變化值具有顯著的非線性關聯特征，其中在陡緩轉折最大和最小的部位出現了明顯高的金品位。在三維模型中，Ⅶ號礦體的中淺部出現了最大的傾角轉折幅度。

形態起伏分析結果顯示，招平斷裂帶的起伏范圍主要在-50m～50m(圖7d)，但Ⅶ號礦體沿斷裂走向出現了起伏程度的高低轉換(圖6d)。夏甸礦區主要的礦化體元集中在下凹(傾向反方向)的部位(圖7d)。高品位體元常出現在強起伏的部位附近(圖7d)，但在下凹40m時最為發育。

4 討論

4.1 構造變形對礦體就位的控制

三維地質建模為從空間中全面厘定礦體側伏規律提供了重要途徑[5-6]。研究顯示，招平斷裂帶在夏甸礦區南部和北部均出現了走向上的轉折，主要的礦化部位被向西外凸的招平斷裂帶所控制，說明在成礦期，招平斷裂帶的右行走滑活動一定程度上控制了金礦化的整體產出。進一步的礦體三維模型顯示，夏甸礦區的礦體側伏規律在空間中并不一致，在南部(Ⅱ號礦體)和北部(道北莊子礦體)分別向NE和SE方向側伏，而在中部的主礦化段的礦體側伏規律不明顯。Ⅱ號礦體和道北莊子礦體的礦體側伏方向均與招平斷裂帶的傾向方向一致，在無礦段(Ⅱ號礦體南側和道北莊子礦體北側)斷裂面傾向與含礦段恰好相反，在這些部位出現了明顯的構造轉折特征。前人研究顯示，膠東地區的金礦床常在垂向上出現礦體的間隔式分布特征，礦體產出部位與斷裂面陡緩轉折部位密切相關，礦體常在緩傾部位產出，而陡傾部位常不見礦[2,10-11]，例如三山島北部海域金礦、大尹格莊金礦。這種現象一般被歸結為斷裂在垂向上的緊閉—擴容組合控礦，即含礦流體沿斷裂面向上遷移過程中，向擴容部位匯流，而在緊閉部位圈閉[12]。研究顯示，斷裂面在走向上的轉折同樣控制了金礦體的空間就位，說明深部含礦流體向上運移過程中，斷裂面的轉折顯著控制了流體的流動方向。通過上述分析，推斷夏甸礦區的深部成礦流體運移通道可能在礦區中段深部，其向上運移過程中的南北分支，形成了現在觀測的礦體南北段不同側伏特征。

4.2 構造變形與礦化類型的成因關系

斷裂帶構造是膠東地區直接控制金礦化及相關的熱液蝕變空間分布的重要因素。夏甸礦區的金礦化多圍繞招平斷裂帶及其次級裂隙發育，三維模型和空間分析揭示出夏甸礦床中金在招平斷裂帶緩沖區范圍內發育多峰分布特征(圖7a)，dF=0～-150m具有穩定的、相對低的品位，dF=-150m～-250m范圍內發育高的品位(可達10g/t)。說明夏甸金礦床的主礦體(主要由蝕變巖型礦石組成)分布在招平斷裂帶主裂面下盤150m的范圍內(dF>-150m)。遠端高品位礦體可能代表了主礦體的分支(圖6a)，其多為硫化物脈充填形式產出(圖3c、圖3d)。在夏甸金礦床，所有的礦體均形成在中低溫、低鹽度、富CO2的流體系統[4]，蝕變巖型礦石和硫化物脈不存在明顯的流體差異。但細脈浸染狀的蝕變巖型礦石無論在顯微尺度還是手標本尺度常出現強烈的變形特征，且招平斷裂帶普遍發育多期的構造透鏡體、碎裂巖、糜棱巖(圖3b)，暗示成礦過程伴隨了多次構造變形作用。通常，斷裂帶發生重復的糜棱巖化和角礫巖化作用將導致壓力的周期動蕩和周邊巖石孔隙度、滲透率的增高[13-15]。這種壓力的匯聚—釋放，高滲透率的巖石條件將有效提高深部流體的上涌、匯聚和進一步的水巖反應，促進金礦化的發育[15-17]。因此，靠近主裂面的礦體可能與強烈的脆韌性活動引發的巖石碎裂、流體流動、交代作用有關。

空間分析結果顯示，夏甸礦區Ⅶ礦體在中淺部發育了明顯的的礦體分支現象，而這些部位出現了明顯的斷裂面陡緩變化(圖6c)。該特征說明礦體的分支極有可能與斷裂面的產狀變化有關。相似的現象，同樣出現在了北耩礦體。北耩礦體走向整體與招平斷裂帶小角度相交，而相交位置與招平斷裂帶的走向轉折部位一致。構造應力反演可知，夏甸礦區在成礦期的第一主應力和第二主應力方向分別為近垂向和NE—SW方向，因此，斷裂面的轉折部位可能引起了局部應力方向的不一致或發生壓扭作用，影響了成礦流體的流動方向[18-20]。與近端蝕變巖型礦體相比，遠端高品位礦主要形成在陡傾張性裂隙中(圖3c、圖3d)。這些部位比近端脆韌性變形部位的應力梯度變化明顯要大，將誘發更為劇烈的流體動力條件變化[21-24]。在瞬時的壓力釋放后，流體動力條件降低、金屬大量沉淀，最終形成充填狀的礦石構造。因此，遠離主裂面、充填在次級裂隙中的礦體可能與脆性張性裂隙導致的流體快速充填、滯留有關。

5 結論

夏甸礦床的金礦化產出和礦化類型顯著受控于招平斷裂帶及其次級裂隙。在成礦期，夏甸金礦床經歷了從NW向擠壓到NE向擠壓、NW向拉張的應力轉換，在這種應力作用下，招平斷裂帶主裂面出現了走向、傾向上的波狀起伏。夏甸礦床的礦體側伏規律并不一致，在南部和北部分別出現了NE和SE方向的側伏，與主裂面走向方向的轉折特征密切相關，說明斷裂面的幾何形態特征明顯控制了含礦流體在淺部的遷移、匯聚。此外，夏甸礦區不同類型礦體主要與斷層距離場和主裂面傾角變化特征相關，暗示這些類型礦化的發育本質上是不同構造變形及其產物(如裂隙、構造巖等)與熱液流體耦合作用的產物。