招平断裂带中段构造原生晕地球化学特征及找矿模型

2018-06-20梁平祝德成王巧云祝培刚陈磊高华丽刘汉栋原昌伟

山东国土资源 2018年7期

梁平，祝德成，王巧云，祝培刚，陈磊，高华丽，刘汉栋，原昌伟

(1.山东招金地质勘查有限公司，山东招远 265400；2.山东省地质调查院，山东济南 250013；3.招远市姜家窑金矿，山东招远 265400)

通讯作者：祝德成(1979—)，男，山东安丘人，高级工程师，主要从事地质矿产勘查工作；E-mail:zhudecheng1038@126.c0m

0 引言

构造地球化学是将构造地质研究与地球化学研究有机结合起来的一门边缘学科。主要研究各种地质建造和构造的物质组成特征，地质构造作用与元素活化迁移，分散富集的关系、规律及其动力学机制[1]。构造化探是运用构造地球化学的思路和方法进行找矿研究的一种新方法。构造地球化学晕属原生晕范畴，目前已被广泛应用于成矿作用理论研究和隐伏矿床找矿预测，其为含矿溶液运移过程中在构造带内部及其两侧形成的原生晕，是在成矿作用过程中形成，反映构造部位岩石中的地球化学异常，是最直接的原生地球化学特征的表现形式。构造地球化学晕在国内外专家、学者长期的探索研究下，已发展为地球化学找矿的主要方法技术之一，尤其在

寻找热液成因隐伏矿床方面具有明显直接的效果[2-3]。

招平断裂带是山东省乃至全国重要的金矿成矿带，先后发现了台上、大尹格庄、夏甸、东风、玲南、水旺庄、栾家河等特大—大中型矿床10余处，探获资源储量1000余吨[4]。不少学者对矿集区及典型矿床进行了包括地质特征、流体性质、矿床成因、构造与成矿关系、标型矿物、成矿预测方面的研究[5-14]，但对于构造地球化学研究仅局限于单个矿床[15-22]，且主要集中在矿床赋存相对较浅部位，针对成矿带的构造地球化学研究相对薄弱。该文依据最近勘查成果，通过对招平断裂带中段进行控矿构造地球化学特征研究，分析构造原生晕分带、叠加特征，建立构造地球化学分带模型，结合矿体分布规律，为深部矿体的预测提供证据。

1 成矿地质背景

研究区位于胶东半岛西北部，西靠沂沭断裂带，东接牟平-即墨构造混杂岩带[14]。古老的前寒武纪基底变形变质岩系、多期多成因的岩浆活动和以NE向断裂为主的构造格架，构成了该区金矿的区域成矿地质背景。

地层主要为新太古代胶东岩群，呈包体状零星分布于太古宙TTG花岗质片麻岩中。古元古代荆山群和粉子山群原岩为一套泥质-钙镁质碳酸盐岩及火山岩，分布于太古宙TTG片麻岩系的南北两侧。中生代白垩系为陆相火山—沉积岩系，主要分布于胶莱盆地和其他断陷盆地中。岩浆岩主要发育太古宙TTG花岗片麻岩和中生代花岗岩，中生代花岗岩可分为玲珑型、郭家岭型和伟德山型[23]。玲珑型花岗岩侵位于晚侏罗世，主要为二长花岗岩，呈NNE向带状分布于招平断裂下盘。郭家岭型花岗岩主要岩性为石英二长岩—花岗闪长岩—二长花岗岩，呈近EW向岩基或岩株状分布，属早白垩世。伟德山型花岗岩为二长花岗岩。玲珑型和郭家岭型花岗岩为胶东地区金矿床的主要赋矿围岩。

断裂构造发育，主要呈NE—NNE向，包括三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂带及其下盘的次级断裂，是胶西北地区金矿主要的控矿构造。

招平断裂带是区内最大的控矿和容矿构造，北起蓬莱，向南经招远的道头、夏甸，莱西南墅，平度尹府、山旺一带，延入胶莱坳陷后被第四系覆盖。出露长度超过120km，纵贯胶北隆起，切割EW向断裂，被NW向断裂错断。根据断裂形成时代、构造性质及其对金矿化控制程度,断裂变形可分为早、晚两期。早期以韧性变形为主，被晚期以脆性变形为主的断裂交接复合,是一条规模较大的压扭性断裂带[24-25]。破碎蚀变岩带由构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩、黄铁绢英岩等组成。断裂带在纵向和横向上形态、产状及变形特征有所不同。横向上招平断裂带由南到北糜棱岩逐渐减少而碎裂岩逐渐增多。纵向上主断面上盘以韧性变形为主，下盘以脆性变形为主。

招平断裂带一般划分为北段、中段、南段三段。北段分布于招远市城区以北，中段指招远市城区—莱西市南墅镇，南段为南墅至胶莱坳陷[26]。中段在走向上呈舒缓波状，总体走向15°～20°，倾向SE，倾角30°～50°，在黑虎山断裂以南为荆山群与玲珑花岗岩界线，而在中、北部为太古宙TTG花岗质片麻岩与玲珑花岗岩界线(图1)。断裂带的宽度变化大，一般数十米至数百米，宽者达1000m以上，断裂带变宽的地段多是断裂走向变化的地段，带内发育各类碎裂岩，局部见糜棱岩。在该段主干断裂的东部尚有多条与该主干断裂大致平行或小角度相交的断裂构造，如滦家河断裂、丰仪店断裂等，总体构成一个向北撒开在南墅一带收敛的帚状构造。断裂向深部倾角逐渐变小，并由脆性变形向脆—韧性变形过渡。在垂直断裂带走向上，紧靠主裂面下盘形成规模大、产状稳定的浸染状—细脉浸染状金矿，远离主裂面形成细脉—网脉状金矿。大尹格庄、夏甸、姜家窑、曹家洼、山后等金矿发育于该段的断裂带中，该段断裂既是导矿构造，也是容矿构造。

招平断裂带中段各金矿床的成矿阶段大体一致，一般划分为4个成矿阶段[27]：①黄铁矿-石英阶段：为成矿作用的早期阶段。②金-石英-黄铁矿阶段：矿物共生组合为黄铁矿、石英等，石英、黄铁矿裂纹发育。③金-石英-多金属硫化物阶段：矿物共生组合为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、石英等。④石英-碳酸盐岩阶段：矿物共生组合为石英、方解石及少量黄铁矿。①④阶段分别为矿化开始和结束,基本不形成矿体；②～③阶段为主要成矿阶段。

1—古元古代荆山群;2—中生代燕山早期玲珑型二长花岗岩;3—古元古代莱州序列基性—超基性岩;4—新太古代谭格庄序列奥长花岗岩;5—新太古代栖霞序列英云闪长岩;6—新太古代马连庄序列基性—超基性岩;7—绢英岩化花岗岩;8—黄铁绢英岩化花岗岩;9—黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩;10—黄铁绢英岩化碎裂岩;11—(石英)闪长玢岩脉;12—花岗斑岩/石英二长斑岩脉;13—石英脉/伟晶岩脉;14—煌斑岩脉;15—金矿体;16—断裂;17—地质界线;18—特大型金矿;19—中型金矿图1 招平断裂带中段基岩地质简图

2 元素地球化学特征

2.1 样品采集及测试

该次研究在招平断裂带中段的大尹格庄金矿、曹家洼金矿、姜家窑金矿钻孔中采样1449件，其中姜家窑金矿选取11条勘查线21个钻孔取样，采取样品450件；曹家洼金矿选取9条勘查线的14个钻孔取样，采取样品195件；大尹格庄金矿选取14条勘查线的33个钻孔取样，采取样品804件。视蚀变矿化强度，取样间距1.5～12m不等。测试由山东省物化探勘查院实验测试中心完成，Au采用泡塑吸附无火焰原子吸收法(P-GF-AAS)，检出限0.3×10-9；Ag，B采用垂直电极原子发射光谱法(ES)，检出限Ag 20×10-9，B 1.0×10-6；Cu，Pb，Zn，Co，Ni，Mn，Ba采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)，检出限Cu 2.0×10-6，Pb 2.0×10-6，Zn 5.0×10-6，Co 1.0×10-6，Ni 2.0×10-6，Mn 30×10-6，Ba 50×10-6；Mo采用极谱法(POL)，检出限0.2×10-6；As，Sb，Bi，Hg采用氢化物发生原子荧光分析法(HG-AFS)，检出限As 0.4×10-6，Sb 0.04×10-6，Bi 0.03×10-6，Hg 4.0×10-9。

2.2 地球化学背景

在远离成矿带的围岩中采集了95件未蚀变样品作为矿区的背景样，其中下盘玲珑二长花岗岩36件、上盘英云闪长岩30件、斜长角闪岩29件。表1列出了矿田围岩的微量元素背景含量及其浓度克拉克值特征。

从表1中可以看出：①浓集克拉克值≥1的元素有Au，Ba，Pb，Bi等。其中Au元素含量为5.52×10-9，浓集克拉克值为1.58；Ba元素含量为814.7×10-6，浓集克拉克值为2.09；Pb元素含量为21.78×10-6，浓集克拉克值为1.81；Bi元素含量为0.12×10-6，浓集克拉克值为28.92；②各元素浓集克拉克值从大到小依次是Bi(28.92─浓集克拉克值，下同)>Ba(2.09)>Pb(1.82)>Au(1.58)；③围岩以富含Au，Ba，Pb，Bi为特点；④二长花岗岩的Au，Co，Cu，Mn，Ni，Zn，Ag，Bi，Hg，As含量低于太古宙变质基底；而Ba，Pb，Mo，Sb等元素含量高于前寒武纪变质基底，B含量近似。围岩中微量元素含量特征为该区构造叠加晕异常下限及浓度分带提供了依据。

表1 招平断裂带中段金矿床围岩的微量元素特征值

注：()内为样品数；元素含量单位：×10-6(其中Au，Ag，Hg 为×10-9)；背景值为几何平均值，浓集克拉克值=矿区背景值/克拉克值；地壳丰度据文献[28]。

2.3 断裂构造微量元素含量及变化

招平断裂带中段蚀变破碎带中微量元素含量见表2、图2。

(1)在蚀变破碎带中，Au，Cu，Ag，Pb，Zn，Bi，Hg，As等元素均出现了明显富集，特别是Bi，Au，Ag，Pb，Zn，Cu等元素出现强烈富集，说明矿床多金属硫化物阶段发育，主成矿阶段应为金-石英-黄铁矿阶段(第Ⅱ阶段)与金-石英-多金属硫化物阶段(第Ⅲ阶段)的叠加。

(2)上盘围岩斜长角闪岩、英云闪长岩各元素含量变化不大。自碎裂状英云闪长岩→构造角砾岩→金矿体→黄铁绢英岩化碎裂岩→绢英岩化花岗质碎裂岩→绢英岩化花岗岩→未蚀变花岗岩,Au含量由低至高在降低，矿化弱→强→弱，这与招平断裂中矿体的赋存吻合，自主断裂面向下盘，一般赋存有3个矿体群，第一矿体群产于黄铁绢英岩化碎裂岩中，其规模大、连续性好，第二矿体群产于绢英岩化花岗质碎裂岩中，第三矿体群产于绢英岩化花岗岩中，二、三矿体群规模小、品位高、连续性差，证明破碎带蚀变岩型金矿存在构造—蚀变—矿化的水平分带性。

表2 招平断裂带中段蚀变破碎带岩(矿)石微量元素含量

注：()内为样品数；元素单位：Au,Ag,Hg为×10-9，其他为×10-6；1—碎裂状英云闪长岩，2—半固结构造角砾岩，3—金矿体，4—黄铁绢英岩化碎裂岩，5—黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩，6—绢英岩化花岗岩

图2 招平断裂带微量元素分布特征图大陆地壳数据据鄢明才等[29]；自左至右：上盘→矿化破碎带→下盘

(3)Ag，Pb，Zn，Cu等矿化元素自金矿体→黄铁绢英岩化碎裂岩→绢英岩化花岗质碎裂岩→绢英岩化花岗岩含量逐渐降低，与Au元素呈正消长关系,反映了后期的叠加成矿作用。

(4)自黄铁绢英岩化碎裂岩→绢英岩化花岗质碎裂岩→绢英岩化花岗岩,随着矿化强度的减弱,前缘晕元素As，Hg元素的含量逐渐降低;Mo，Co，Ni等尾晕元素含量变化不大，根据头晕指示元素As，Hg;尾晕指示元素Mo含量的变化可以判断深部的盲矿体，进行初步的找矿预测。

2.4 元素富集特征

微量元素含量特征见表3。

表3 招平断裂带中段金矿床各元素含量特征

注：几何均值、背景值单位为元素含量单位，其中Au，Ag，Hg为×10-9，其他为×10-6。

以各元素衬值(矿体各元素几何平均值/矿区相应元素背景值)>1为标准，矿体的元素组合为Au，Bi，As，Ag，Cu，Pb，Sb，Hg，Mo，Zn，B，Mn，Co。以Au元素衬值大于10，其他元素衬值大于2为标准，金矿体特征元素组合为Au，Bi，As，Ag，Cu，Pb，Sb。

2.5 元素相关关系

相关分析是利用元素间的相关系数来衡量各元素间相关性和亲和性的一种数学方法。成矿带主要微量元素相关性如表4所示，在0.01水平上，Au与Bi，Hg，As，Sb，Co等元素相关性较好，表明Au成矿与Hg，As，Bi关系密切，其高含量具较好的成矿指示意义；Ag与Pb，Zn，B，Hg相关性较好，显示多金属硫化物阶段的元素组合。

R型聚类分析遵循“物以类聚”的原则对变量归类。招平成矿带中段各指示元素的聚类分析谱系如图3所示。以相似系数25可将元素分为Au-Bi-Hg-Au-Cu-As-Co-Sb-Ni-Mo、Ag-Pb-Zn-B-Ba两个大群。当相似系数提高到20时，Au，

表4 招平断裂带中段各元素相关矩阵

注：**为在0.01水平(双侧)上显著相关；*为在0.05水平(双侧)上显著相关

图3 成矿元素R型聚类分析谱系图

Hg，Bi，Cu为一个亚群；显示Au与Hg，Bi，Cu相关性好，元素Hg，Bi，Cu可作为重要的成矿指示元素，Ag，Pb，Zn，B元素相关，在矿物组合上表现为闪锌矿与方铅矿在多金属硫化物阶段紧密共生，反映Au与Ag，Pb，Zn可能生成于不同的成矿阶段。一般认为，Au主要形成于金-石英-黄铁矿阶段；Ag，Pb，Zn主要形成于石英-多金属硫化物阶段，2个阶段叠加矿石品位更高。

3 构造地球化学特征及找矿标志

3.1 元素地球化学分带

样品采自构造蚀变带内矿化蚀变部位，依照成矿地球化学背景，确定各指示元素的异常下限，以异常下限作为外带异常下限值。该次研究以异常下限的2～4，4～8倍做为异常中带、内带的下限标准，划分标准见表5。

表5 招平断裂带中段指示元素异常外、中、内带分带标准

含量单位：Au，Ag，Hg为×10-9，其他元素为×10-6

Au，Ag元素内、中、外带均发育，内带分布在矿体和矿化带上，紧紧围绕矿体，形态与矿体相似，产状与矿体一致；中、外带位于蚀变带中，带的宽度受蚀变带宽度限制；主裂面之下各带宽大、之上狭窄。

As，Sb，Hg，B浓度分带清晰，外带发育、规模大、范围广，主要分布在蚀变带内；中带规模相对较小，出现在矿体与围岩的接触带附近；内带出现在规模较大的主矿体产出地段；外带异常包围矿体，中、内带与矿体不完全重叠，出现于矿体上部和头部。

Cu，Pb，Zn异常分带明显，外、中带发育，规模较大，一般包围矿体，内带多与矿体重合或稍大，与Au异常共同出现于矿体附近。

Bi，Mo等异常外、中带较发育，走向和倾向与矿体一致，形态呈狭长的带状，分带不清晰，内带异常不发育，主要出现在矿体的下部或尾部。

3.2 成矿元素异常特征

综合研究成矿带构造地球化学发育特点，特别是微量元素分带特征，在研究识别不同成矿阶段形成矿体及其构造原生晕的基础上，得出如下结论：

(1)招平成矿带中段的主要成晕元素为Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Hg，B，Bi，Mo等11种，分为前缘晕、近矿晕和尾晕。As，Sb，Hg，B：其强异常多分布于矿体的上部及前缘晕，是前缘晕特征指示元素。Au：以矿体为中心向上下、两侧浓度逐渐降低，Ag也有类似特点；Cu，Pb，Zn异常反映了Ⅲ成矿阶段叠加部位，多与金正相关，Au，Ag，Cu，Pb，Zn是近矿指示元素。Bi，Mo：其强异常多分布于矿体的靠下部位及尾晕，是尾晕特征指示元素。Co，Ni，Ba，Mn：其异常零星，且多为外带异常，与矿体相关性不明显，对Au成矿指示作用不大。

①在矿体周围能形成异常的指示元素有Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Hg，B，Bi，Mo。

②Au，Ag，Cu，Pb，Zn是以金矿体为中心向上下、两侧浓度逐渐降低，强异常指示近矿，Cu，Pb，Zn强异常指示Ⅲ阶段叠加，可能形成富矿。

③As，Sb，Hg，B强异常分布于矿体上部及前缘，强异常指示矿体前缘或头部。

④Bi，Mo异常分布于矿体下部及尾部，强异常指示矿体下部及尾部。

⑤Au，Ag，Cu，Pb，Zn异常指示近矿；As，Sb，Hg异常指示矿体上部及前缘晕；Bi，Mo异常指示矿体下部及尾晕。

(2)单个矿体原生晕的元素组合从上至下(矿体前缘—矿体—矿体尾部)为As，Sb，Hg(前缘晕)—Ag，Au，Cu，Pb，Zn(近矿晕)—Bi，Mo(尾晕)。

(3)招平成矿带中段成矿具有多期多阶段叠加成矿成晕特点，不同成矿阶段形成的矿体都有自己的前缘晕、近矿晕和尾晕，其成矿、成晕在空间上有同位叠加、部分同位叠加、前尾晕叠加等多种形式。

3.3 地球化学找矿模型

招平成矿带中段金矿体严格受断裂构造控制，并具有多期多阶段叠加成矿成晕特点，根据构造地球化学特征，建立了地球化学找矿模式(图4)。

图4 招平成矿带中段断裂构造原生晕地球化学找矿模式图

(1)成矿指示元素：指示元素组合为Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Hg，Bi，Mo，B；前缘晕指示元素为As，Sb，Hg，B；近矿指示元素为Au，Ag，Cu，Pb，Zn；尾晕指示元素为Mo，Bi。

(2)构造地球化学成矿模式：成矿带内每个矿体有自已的前缘晕(As，Sb，Hg，B)、近矿晕(Au，Ag，Cu，Pb，Zn)和尾晕(Bi，Mo)。

上、下多个串珠状矿体的成矿、成晕有3种可能:一是同一成矿阶段形成的多个串珠状矿体及其原生晕，有总体前缘晕和尾晕。每个矿体又有自己的前缘晕、尾晕，规模都小于总体前、尾晕，2个矿体相近时形成前、尾晕共存；二是不同成矿阶段成矿、成晕的叠加；三是多次成矿分别形成了上、下多个矿体的原生晕部分叠加。无论哪一种情况,其上部矿体的尾晕总是与下部矿体前缘晕叠加或部分叠加，前、尾晕共存是对深部进行盲矿预测的重要依据。

3.4 构造原生晕地球化学找矿标志

(1)前缘晕异常：在成矿带内存在Au异常的基础上，若有As，Sb，Hg，B等前缘晕异常出现，则指示深部有盲矿存在。若Au异常强度较低，As，Sb，Hg异常强度也只有外带异常，指示盲矿体可能埋藏较深；若Au异常强度较大，As，Sb，Hg异常强度也较大时，指示盲矿体较浅。在有Au弱异常的基础上，Bi，Mo异常较强，而As，Sb，Hg，B只有零星异常或无异常，则指示矿体下部、深部也不存在盲矿体。

(2)前缘晕、尾晕共存：在有Au弱异常条件下，若既有较强As，Sb，Hg前缘晕异常，又有较强Bi，Mo尾晕异常同时出现(共存)，则指示深部还有隐伏(盲)矿体，若Ag，Cu，Pb，Zn异常较强，指示有Ⅱ，Ⅲ阶段成矿叠加，深部盲矿体可能品位较高；若在矿体中出现前、尾晕共存，且尾晕异常较弱，指示矿体向下延伸还很大。

(3)前缘晕强度：如果矿体前缘晕As，Sb，Hg，B异常强度从矿头→矿体中部→矿尾，由强→弱→强，或异常一直很强，特别是在控制矿体最深工程的样品中出现前缘晕强异常，指示矿体向深部有较大延伸；若叠加Ag，Cu，Pb，Zn异常，指示有Ⅱ，Ⅲ成矿阶段叠加，深部矿体可能品位较高；若在矿体下部或尾部出现强前缘晕异常，则指示矿体向下延伸较大，或深部有盲矿体存在。

4 结论

招平成矿带中段断裂构造原生晕地球化学异常明显，微量元素异常组合为Au，Ag，Cu，Pb，Zn，As，Sb，Bi，B，Hg，Mo；元素组分分带在矿体的头、中、尾部表现为不同的异常组合，同时，同一部位的内、中、外带的异常组合也有差异；As，Sb，Hg为头晕指示元素，Bi，Mo为尾晕指示元素，近矿指示元素为Au，Ag，Cu，Pb，Zn；已知矿体下部出现头晕指示元素，暗示深部还有盲矿体存在，出现强度较大的尾晕元素组合，暗示在一定深度内可能不存在金矿体，头晕、近矿晕元素组合同时出现，暗示矿体向深部延深较大。

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