山东乳山铜锡山金矿床地质特征及成因探讨

李旭芬,刘建朝,米乃哲,于 虎,柳玉明,张 雪

(1.长安大学地球科学与资源学院,西安710054;2.陕西延长石油集团研究院,西安710061;3.山东金州集团地质勘探有限公司,山东乳山264501)

0 引言

胶东地区蕴藏着巨大的金矿资源。前人将该区金矿划分为招远—莱州成矿带、牟平—乳山成矿带和蓬莱—栖霞3个成矿带。铜锡山金矿位于乳山市北16 km处,为牟平—乳山金矿带中的一个金矿床。矿区自古代就有人开采金矿;20世纪50—90年代,多次进行过金矿地质工作。

1 区域地质概况

1.1 构造

铜锡山金矿区位于胶东隆起的东部(图1),构造活动强烈,断裂发育,以NE向及NNE向为主,NNE向断裂构造纵贯全区,为区内金矿床的主要控矿构造。

NE向断裂由一系列平行展布的断裂构成,发育断裂破碎带。走向45°,倾向 SE,局部反倾,倾角70°～80°,以压扭性为主 ,具多次活动特点 ,与金矿化关系不密切。如区内的午极断裂,是区域性海阳—育黎断裂的一部分。

NNE向断裂在区内最为发育,规模较大,自西向东依次为唐家沟、下仙姑、冯家断裂。区域上属于金牛山断裂带的南段,走向0°～15°,倾向 SEE,倾角60°～80°,断裂带内有煌斑岩、石英脉及蚀变绢英岩的充填。

1.2 地层

本区主要出露太古宇胶东群变质岩和第四系。胶东群是一套变质火山-沉积建造,原岩为拉斑玄武岩-陆源沉积建造,斜长角闪片麻岩的锆石U-Pb法年龄为2 858 Ma[4]。胶东群被认为是胶东金矿的矿源层;自下而上分为鲁家夼组和马格村组,主要岩性为黑云斜长片麻岩、黑云片岩、大理岩等。片麻理产状 50°∠70°～85°[5]。

1.3 岩浆岩

昆嵛山花岗岩的岩石类型为二长花岗岩,该岩体为铜锡山金矿的直接围岩。昆嵛山岩体的成岩时代认识不一,较早的研究多将其归属元古宙,也有人认为是中生代产物;近年对花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄测定证实,岩体形成年龄为(160±3)Ma,显然是中生代的产物[6]。

图1 胶东牟平-乳山金矿带地质略图Fig.1 A simplified geological map of the Muping-Rushan gold belt in the Jiaodong Peninsula

区内燕山晚期脉岩非常发育,主要有花岗闪长斑岩、煌斑岩脉等;脉岩的规模最长可达5～6 km,宽1～10 m。走向为NNE-NE向,倾角一般较陡。其中煌斑岩最为发育,它可分为两组:一组为NNE向,产于含金石英脉的上、下盘,二者平行产出,走向2°～12°,倾向 SE ∠70°～85°,延长 600 多 m,宽 1～5 m;另一组的煌斑岩与含金石英脉呈斜交,走向40°～60°,倾向 NW ∠70°～80°,长 400～500 m,宽 4～13 m。早期煌斑岩被含金石英脉切穿,Rb-Sr等时线年龄为132.34 Ma;晚期煌斑岩或与含金石英脉平行产出,或切穿矿脉,K-Ar法年龄为 104.97 Ma[7-8],而金矿的成矿年龄在117 Ma左右[6]。可见,煌斑岩在空间和时间上与金矿脉关系密切。

2 矿床地质特征

2.1 矿体地质特征

铜锡山金矿主要由Ⅰ号、Ⅰ支1号、Ⅰ支2号和Ⅱ号共4个矿体组成。

Ⅰ号矿体呈脉状产出。地表矿体主要出露于29线—30线之间,矿体断续长500m,最大延深为-210 m。矿体总体走向 2°～12°,多倾向 SE,27线附近倾向 NW,倾角70°～90°。地表的矿体厚度为0.25～4.10 m。深部的矿体厚度为0.20～4.43 m。工程见矿频数以0.20～1.00 m最多(占48%),1.00～2.00 m者占37%(图2),矿体厚度变化系数为72%,较为不稳定,矿体膨大收缩明显,并有分支复合、尖灭再现等特点。矿体沿走向方向在34线附近出现无矿地段。并在26线、27线及39线附近出现无矿“天窗”。矿体品位变化较大,金品位w(Au)最高达104.99×10-6,金品位为1.5×10-6～5.0×10-6者占 58%,5.0×10-6～10.0×10-6者占 25%,金品位变化系数为133%,属不均匀型矿体(图3)。矿石类型为含金黄铁矿石英脉。

从矿体厚度变化曲线图(图4,图5)可以看出,矿体沿走向方向在40线和26线处的厚度最大,沿垂深方向上在-38 m和+100 m标高的厚度较大,通常是在断裂沿走向和倾向的转折或变异地段厚度增大。

图2 矿体厚度变化直方图Fig.2 Histogram of orebody thickness variation

图3 矿体品位变化直方图Fig.3 Histogram of orebody grade variation

Ⅰ支1号矿体在地表出露于27线附近,矿体长约40 m,走向 2°～12°,倾向 NW ∠80°,矿体平均水平厚度为1.14 m,金品位w(Au)平均4.28×10-6。

Ⅰ支2号矿体位于27线附近,赋存于Ⅰ号矿体下盘,呈脉状,为盲矿体。矿化类型为含金黄铁矿蚀变花岗岩。矿体赋存标高为-73 m,与Ⅰ号矿体平行产出,两矿体之间相距 8 m左右,水平厚度为0.92 m,金品位w(Au)平均 2.14×10-6。

Ⅱ号矿体分布于24线附近,赋存于Ⅰ号矿体下盘,为盲矿体。矿化类型为含金黄铁矿石英脉。矿体赋存标高为-128 m,与Ⅰ号矿体平行。两矿体之间相距10 m左右,水平厚度为1.23 m,金品位w(Au)平均3.35×10-6。

2.2 矿石特征

矿石具有半自形-自形粒状结构、包含结构、交代残留结构、网脉状结构、乳滴状结构,黄铁矿呈半自形-自形晶,多为立方体或五角十二面体,以单晶或集合体分布,赋存金的黄铁矿常具有包含结构,即银金矿呈包含结构赋存在五角十二面体黄铁矿内;自然金与方铅矿连生体呈包含结构赋存于黄铁矿内。矿石主要金属矿物黄铁矿以浸染状、团块状构造为主,局部为块状构造;脉石矿物绢云母呈角砾状构造,石英呈对称梳状构造;此外,黄铁矿脉和石英也形成网环状和晶洞状构造。

图4 矿体沿走向厚度变化曲线Fig.4 Curve diagram of changing thickness of orebody along strike

图5 矿体垂直方向的厚度变化曲线Fig.5 Curve diagram of changing orebody thickness in vertical direction

矿石中金属矿物以黄铁矿为主,其次为磁铁矿,有少量黄铜矿、方铅矿及闪锌矿等,金矿物主要为自然金、银金矿。非金属矿物以石英为主,其次是绢云母、长石、重晶石、方解石、绿泥石等。

主要矿石矿物和脉石矿物有以下特点:

(1)黄铁矿。是主要的金属矿物,占90%以上,为主要载金矿物。其形态复杂,不同阶段的黄铁矿具有不同的标型特征:①第I阶段黄铁矿多呈中粒自形晶产出,晶形为五角十二面体,内有自然金粒包体;晶面光滑,裂纹发育,多呈角砾被晚期热液胶结,与乳白色石英伴生;②第Ⅱ阶段黄铁矿出现银金矿、银金矿包体,多被黄铜矿网脉穿切,呈细粒半自形晶粒出现,与灰白-烟灰色石英共生,是主要的载金矿物;③第Ⅲ阶段黄铁矿多呈立方体、八面体自形晶产出,与铁白云石、石英伴生。

(2)石英。是主要的脉石矿物,不同成矿阶段其特征有明显差别:①第 I阶段石英为乳白色,多呈他形晶,压碎结构,具波状消光;②第Ⅱ阶段石英为灰白色,石英内有黄铁矿、金银矿的微细包体;③第Ⅲ阶段石英呈自形晶,中-细粒,多与菱铁矿伴生,呈晶洞构造、梳状构造;④第Ⅳ阶段石英呈微细晶或隐晶质,与方解石、高岭石伴生。

2.3 成矿阶段

根据矿石结构构造、矿化蚀变特征、穿插关系、矿物共生组合、矿物生成顺序等,将矿床的形成过程划分为4个阶段(图6),金主要在第Ⅱ、Ⅲ阶段形成。

2.4 金的赋存状态

自然金的赋存状态主要表现为连生体金,占65.36%;其次为微细包体金,占 25.47%;单体金(晶隙、裂隙)占 8.82%。

2.5 围岩蚀变带特征

矿体两侧的围岩中发育不同强度的蚀变现象,宽度一般为2～6 m。主要的蚀变类型有绢云母化、硅化、绢云岩化和钾化。

(1)绢云母化:是发育最广泛的蚀变。鳞片状绢云母交代斜长石,绢云母集合体常呈团块状沿解理呈脉状产出,常与硅化伴生。

图6 铜锡山金矿床矿物共生组合及生成顺序Fig.6 Paragenetic assemblage and sequence of minerals in the Tongxishan gold deposit

(2)硅化:根据石英的形态可分为3种。①他形粒状,彼此紧密镶嵌,具波状消光,呈团块状产出;②他形晶,沿解理呈细脉状、网状产出;③呈隐晶质,并交代长石,使岩石硅质增多、硬度增大。硅化发育强的部位与石英脉呈渐变过渡关系。

(3)绢云岩化;局部地段出现。鳞片状绢云母呈微晶、隐晶质交代长石,或以粒状集合体产出。黄铁绢英岩化与金矿化关系密切,有的本身为工业矿体(如 Ⅰ支2号矿体)。

(4)钾长石化:分两种情况,一种是均匀的粒状钾长石化,与金矿化无关;另一种是石英脉两侧的网脉状钾长石化,它与金矿化关系密切。

据坑道及钻孔资料来看,蚀变有对称的水平分带特点:中心为含金黄铁矿石英脉,两侧为绢云母化、硅化花岗岩,边缘为钾长石化花岗岩,各带之间无明显界线,呈渐变过渡关系。

3 矿床成因探讨

铜锡山金矿赋存在牟乳断裂带中,是典型的石英脉型金矿,金矿床的成因问题成为研究者关注的焦点,各家的观点不尽一致:有人认为成矿与矿体的直接围岩昆嵛山花岗岩有关,有人则认为成矿与矿体附近的煌斑岩有密切联系。主要的成因观点有:①成矿流体来源于中基性脉岩形成的岩浆水,成矿物质主要源于地幔[9-10];②成矿流体来源于岩浆期后热液,成矿物质来源于花岗岩及变质岩[11];③成矿流体来源于变质热液,成矿物质来源于胶东群[12];④成矿流体来源于大气降水,成矿物质来源于围岩(包括花岗岩和变质岩)[13-14]。

从现有资料分析,金矿的直接围岩(昆嵛山花岗岩)的侵位时间为(160±3)Ma,而含金石英脉的成矿年龄为(117±3)Ma,成岩与成矿的时差约为40 Ma。前人研究表明[15-16],由单一侵入体引起的岩浆热液活动时间最长在1 Ma内,即使考虑岩浆在深部的缓慢冷却效应也不会超过10 Ma。这说明,在金矿形成时,昆嵛山岩浆已经固结成岩,不会再产生大量的热液。因此,乳山地区的成矿热液来源于岩浆期后热液的解释显然不甚合理。

笔者通过矿床地质研究,并收集分析前人大量资料,认为本区金矿床应属于中低温热液型,成矿流体与幔源流体有关,并有大气降水的混入。

3.1 硫同位素组成

表1显示,取自不同矿体样品的δ(34S)具有共同的特点,不同产状和特征的矿脉却具有近似的硫同位素组成,显示出参与成矿的硫具有较深的来源特点。表明成矿热液中的硫与昆嵛山花岗岩中的硫具有相似的来源,而且与荆山群原岩的火山岩源区也具有一致性。

图7 不同的环境207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(底图据文献[20])Fig.7 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb diamgram of different environment

表1 硫化物的硫同位素特征[17-18]Table 1 S isotopic characteristic for sulfide

3.2 铅同位素组成

铅同位素在矿床成因研究中发挥了重要的作用,作为一种有效的示踪剂,已被广泛应用于探讨源区特征、形成环境和物质来源等方面[19]。前人对牟乳金矿带地层、围岩及矿石铅同位素的研究认为[4],金矿的成矿物质不仅源于地壳源的,而且也有部分源于地幔。表2的数据表明,花岗岩、矿体与胶东群的铅同位素比值具有一致性,说明矿床是与岩浆作用具有成因联系。

将表2中的的数据投在铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(图7)中,绝大部分点都落于造山带铅与地幔铅的演化线之间,反映铅的深源特点。说明各金矿床地层、花岗岩与矿脉有着共同的深源性,推断成矿物质可能来源于壳源和幔源的混合铅,具有多来源性。

3.3 氢氧同位素组成

胶东地区不同成矿阶段石英包裹体的氢氧同位素数据见表3。金矿的成矿温度在300℃左右,说明矿床主要形成于中低温阶段。

将表3的数据投到δ(D)-δ(18O)关系图上(图8),其投影点大都在岩浆水范围内或大气降水线的一侧,矿脉的投影点更接近大气降水线。显示胶东金矿的成矿热液以岩浆水为主,同时有部分大气降水的混入。

表2 铅同位素组成[17-18]Table 2 Pb isotopic composition

表3 氢氧同位素组成[17-18]Table 3 H,O isotopic composition

3.4 矿床成因

从铜锡山金矿的地质情况分析,金矿的成矿并不是直接与金矿的围岩——昆嵛山花岗岩相关。但是许多地质-地球化学特征却一致地给出成矿与岩浆作用有关的指向;同时在昆嵛山花岗岩侵位之后,区域范围内的构造-岩浆活动并未终止,煌斑岩脉的侵位年龄为104.97～132.34 Ma[7,8],与牟乳金矿带金矿的成矿年龄((117±3)Ma)[21]、三佛山似斑状花岗岩侵位年龄(110～115 Ma)[22]均处于同一时限范围内。近年来的研究表明,尽管煌斑岩本身的金丰度不足以使其成为矿源岩,但是富含挥发份的钙碱性煌斑岩非常有利于金的活化迁移;深部来源 的煌斑岩在结晶过程中释放大量的热能促使地壳浅部的水(包括大气降水)进行深循环,通过水-岩作用萃取围岩中的成矿物质到适宜的部位富集成矿[23-24]。矿区煌斑岩和断裂构造构成了金成矿的两个主要的控矿因素,因此,铜锡山金矿床是与燕山晚期构造-岩浆作用有关的中低温热液矿床。

图8 胶东金矿δ(D)-δ(18O)图解(据文献[18])Fig.7 δ(D)-δ(18O)diamgram of Jiaodong gold deposits

4 找矿标志

(1)构造标志:NNE向的压扭性断裂是金矿化的主要赋存部位。

(2)岩性标志:从牟乳金矿带各个金矿的地质特征分析,只要有金矿脉赋存的部位,就有煌斑岩与之密切共生,同时在空间上、成因上与金矿床有密切的联系,因此煌斑岩应为寻找金矿床极好的标志。

(3)矿物学标志:在已发现的矿脉中出现较多细粒或粉末状黄铁矿、毒砂等矿物时,矿化一般较好;若出现方铅矿、闪锌矿、黄铜矿时,是富金或明金产出的标志。

(4)围岩蚀变标志:围岩蚀变有钾化、硅化、绢云母化、黄铁绢云岩化、绿泥石化;以矿体为中心向两侧依次为黄铁绢英岩化-硅化-绢云母化-钾化-黑云母花岗岩,远离矿体则蚀变明显减弱;黄铁矿富集部位往往形成金矿体。

5 结语

铜锡山金矿产于牟乳断裂带的南部,为一含金石英脉型金矿。矿床的地质特征和矿床地球化学资料的对比分析表明,成矿受NNE向断裂控制,与金矿体同时空产出的煌斑岩对成矿亦有重要的控制作用;成矿物质为壳源和幔源的混合来源,成矿流体主要以岩浆水为主,有部分大气降水加入;矿床属于与燕山晚期构造-岩浆作用有关的中低温热液矿床。

致谢:审稿专家对本文提出了宝贵的意见和建议。野外工作得到山东金洲黄金集团领导和地质同行的大力支持。长安大学刘建朝教授、张学仁副研究员的悉心指导,谨此表示诚挚的谢意。

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