焦家断裂带对成矿的制约

梁学明

(山东省第六地质矿产勘查院，山东 招远 265400)

0 引言

胶东为我国主要的金矿产地，山东90%以上的金资源量位于胶东半岛的西北部[1-4]，简称胶西北地区。该区金矿主要受3个一级成矿带控制，即焦家断裂带、三山岛断裂带、招平断裂带[4-6]。焦家金矿田为“焦家式”金矿的一个典型代表，目前探明焦家、寺庄、朱郭李家、南吕-欣木、纱岭、前陈-上杨家、新城、曲家、招贤、东季-南吕等大型、超大型金矿床多处，累计探获金资源量1300余吨。

近30年的科学研究认为，金矿的形成与中生代构造—岩浆—热液活动或碰撞造山作用有密切关系，矿床成因类型为岩浆热液型金矿床，主要成矿时间集中在122～113Ma[7-8]，矿床严格受NE—NNE向焦家断裂及其派生断裂控制。而焦家断裂带主要活动时间为131.05～123.53Ma，略早于成矿时间[8]，认为焦家断裂带既是导矿构造亦是控矿构造。矿床内热液蚀变非常发育，沿断裂面向两侧具明显的蚀变分带特征。

构造性质包括压扭性弧形断裂带、脆—韧性变形剪切带、弧形脆性断裂、伸展—拆离断层等[9]。部分学者将焦家断裂带分4次活动，地壳深层次上的塑性变形、脆性变形、右旋扭动同时沿张开断裂发生蚀变及矿化、成矿后破坏矿体及蚀变岩，使矿体及蚀变岩破碎，同时形成断层泥；李厚民[10]研究认为，金城金矿乃至焦家金矿田成矿期构造演化分为成矿初期韧性剪切活动、主成矿期张剪性构造活动及压剪性构造活动和成矿后张性构造活动4个阶段；刘于旺[11]认为，焦家金矿田断裂构造早期为韧性剪切作用，晚期叠加脆性作用。

前人研究大多集中于对焦家断裂带韧脆性变形阶段和期次的划分，对构造面形态和构造岩岩性与成矿关系研究较少，且以往研究工作大部分位于浅部。随着深部找矿的持续推进，该断裂带目前见矿深度已突破2000m。深部重大找矿成果逐渐揭露了胶东金矿深部矿化富集带的分布规律，为进一步补充和深化焦家式金矿成矿理论提供了新的资料。

1—郭家岭序列花岗闪长岩;2—玲珑序列二长花岗岩;3—马连庄序列变辉长岩;4—闪长玢岩;5—破碎蚀变带;6—实测压扭性断裂;7—物探推测断裂；8—地质界线图1 焦家金矿田地质简图

1 焦家断裂带

研究区控矿构造为NNE向的焦家断裂带，为左行压扭构造，经历多期次运动后使整条断裂带整体上沿走向呈“S”形分布。其次级分支构造发育，如望儿山断裂等(图1)，经研究及工程揭露发现，次级分支构造亦是控矿构造，赋矿良好[12]。焦家断裂带地表露头一般，仅局部可见，根据地表工程揭露及少量露头控制，得出研究区内出露长近5000m，走向0～31°,倾向NNW—NW，倾角一般12°～40°。近地表较陡，可达60°～70°。主干断裂中部沿新太古代变辉长岩与中生代玲珑花岗岩体的接触带展布，新城以北及寺庄以南地段则主要展布于玲珑花岗岩体内，部分地段产于中生代玲珑花岗岩体和郭家岭岩体接触部位。

断裂带标志面明显，主要岩性为糜棱岩或断层泥。厚度变化较大，从1～30cm不等，具明显压扭特征。主裂面两侧蚀变带宽140～510m，有明显分带现象，其分带模式以断裂面为界，向两侧蚀变逐渐减弱，上盘由内向外依次为绢英岩化碎裂岩、绢英岩化变辉长岩质碎裂岩(绢英岩化花岗质碎裂岩)、绢英岩化变辉长岩(绢英岩化花岗岩)；下盘由内向外依次为黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗岩(强钾化)。各蚀变岩带之间呈渐变过渡关系。蚀变带平行于主干断裂展布，剖面上、平面上产状要素与断裂面一致，上下盘蚀变岩带分布不对称，下盘蚀变强于上盘且宽度较大。金矿床主要赋存于伸展构造的下盘[13-16]。形态以大脉状为主，连续性好，矿化较稳定，形态简单。

2 断层岩对成矿的约束

2.1 断层岩对矿体分布约束

21世纪初，限于钻探技术及开采技术的不足，主要针对-500m标高以浅进行探矿。在统计矿体特征时发现矿体具明显的分带现象，与蚀变带分带现象相对应，且矿体大部分在主裂面下盘发育，主裂面上盘仅见极个别小矿体。经研究发现断层岩是制约上盘成矿的主要因素，浅部断层岩主要为断层泥，压扭条件下的断层泥具有良好的隔水性，致使成矿热液很难穿透断层泥达到上盘，致使浅部上盘矿体不甚发育。但随着勘查技术的提升，矿体、构造控制深部不断加大，焦家断裂带断层岩由浅到深发生明显变化，矿体产出部位也相继发生改变。

该次研究选取焦家断裂带中段为研究对象，搜集焦家、寺庄、后赵北、东季-南吕、朱郭李家、南吕- 欣木、纱岭、前陈等8个矿区内500个钻孔数据，对各个钻孔揭露断层岩、上盘见矿情况进行统计，控矿标高自地表～-2000m。从大量的钻孔编录过程中总结出控矿断裂带断层岩有断层泥、断层泥+糜棱岩、糜棱岩3种(图2)。断层泥主要呈灰黑色，挤压片理极发育，含有少量浸染状黄铁矿。断层泥形成于矿前期，之后又经历了多期次的活动，未发现金矿化。糜棱岩主要由变形显著的石英、长石碎斑(65%～80%)和残斑以及同成分的基质(20%～35%)、少量云母等组成；韧性变形表现为石英出现变形带和变形纹，长石发生扭折[17]。

a—灰黑色断层泥；b—中心为断层泥两侧为糜棱岩；c—糜棱岩图2 焦家断裂带断层岩照片

经统计，在-1000m标高以浅内施工钻孔357个，其中323个钻孔断层岩为断层泥，占浅部钻孔总数的90.48%，浅部断层岩以断层泥为主，仅少量钻孔断层岩为糜棱岩。在-1000m～-2000m标高收集钻孔143个，其中77个钻孔主裂面岩性为糜棱岩，占深部钻孔的53.85%；深部断层岩为糜棱岩的钻孔明显增多，且超过总数的一半，而断层泥加糜棱岩组合则主要分布在-1000m标高左右。断层岩由浅到深整体变化为断层泥—断层泥+糜棱岩—糜棱岩，呈现由断层泥向糜棱岩渐变过程。断层泥是低温脆性条件下形成的含破碎岩石和自生矿物的断裂带物质,而糜棱岩一般在相对高温、高应力条件下形成[18-19]，断裂带由浅到深温度、压力增加使带内岩石的构造属性发生变化。研究区内断层岩由浅到深逐渐变化，由断层泥逐渐变为糜棱岩，中部则有一个明显的过渡地带。

焦家断裂带断层泥中含大量的黏土矿物、高度分化的颗粒粒度以及定向的显微构造导致低的横向渗透性,有效阻隔成矿流体向上运移[20]。糜棱岩的孔隙度远高于断层泥，有利于成矿热液到达上盘。从图3可以看出，断裂带深部断层岩以糜棱岩为主，断层泥分布范围较小并包裹在糜棱岩范围内，成矿热液易于到达构造面上方，以至于上盘见矿率比较高。研究区东南部断层岩为断层泥，上盘未发现矿体，而在北部有糜棱岩发育的区域或周边发育多个小矿体。说明成矿热液到达上盘后并非是直接沉淀成矿，而是在压力及多期次构造作用向周围扩散，之后在温度、压力下降，Eh，Ph值升高时富集成矿，所以上盘矿体富集位置一般略浅于糜棱岩位置。

1—断层泥分布区；2—糜棱岩分布区；3—糜棱岩+断层泥混合区；4—见矿/未见矿工程；5—深、浅部分界线；6—上盘矿体见矿厚度×品位等值线图图3 焦家金矿田断层岩与上盘矿体投影图

2.2 断层岩对蚀变带分带约束

热液矿床一般具有良好的蚀变分带性，“焦家式”金矿床以主裂面为界，浅部金矿床蚀变分带：断层岩为断层泥，向下盘由内向外依次为黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗岩，向上盘由内向外依次为绢英岩化变辉长岩质/花岗质碎裂岩、绢英岩化变辉长岩/花岗岩等，矿体主要赋存在主裂面下方、靠近主裂面的两层蚀变岩中。

-1000m以下，断层岩渐变为糜棱岩，沿构造面向下岩性分带顺序不变，不过整体下盘蚀变带厚度有所减小，上盘蚀变增强，出现黄铁矿化和硅化。靠近主裂面位置出现黄铁绢英岩化碎裂岩。在上盘可见规模较大矿体，如在纱岭矿区上盘见规模较大的Ⅳ-28号矿体，矿体产出于主裂面之上的绢英岩化花岗质碎裂岩和黄铁绢英岩化碎裂岩内。-2000m以下，成矿的温度、压力增大，高压力下的热液更容易透过主裂面达到上盘，致使上盘蚀变增强，并伴有显著的硅化等现象。很可能出现以主裂面为界，两侧蚀变带出现对称现象(图4)。主裂面不再是明显的找矿标志，上盘、下盘矿体无明显分界，上盘蚀变带硅化加强，下盘蚀变带变窄，黄铁绢英岩化花岗岩带距离构造面距离变短，大量陡倾、反倾裂隙更容易将成矿热液输送至外围黄铁绢英岩化花岗岩带内，形成与主矿体产状相反或斜交的小矿体群，通常将其划分为Ⅲ号矿体群[21]。焦家断裂带施工的最深钻孔已超3000m，2800m见到焦家断裂带，构造面上盘为黄铁绢英岩化碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩，共发现矿体6层，累计厚度20.87m，均位于构造面上盘。初步证实断裂带上盘在深部具极好的找矿空间[22]。

1—变辉长岩带;2—绢英岩化变辉长岩带;3—绢英岩化变辉长岩质碎裂岩带;4—绢英岩化碎裂岩带;5—黄铁绢英岩化碎裂岩带;6—绢英岩化花岗岩带;7—黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带;8—黄铁绢英岩化花岗岩带;9—花岗岩带;10—断层泥;11—糜棱岩图4 焦家断裂带理想及推测蚀变带分布模式图

2.3 断层表面形态对成矿约束

为了更好地研究断层面表面形态对成矿的约束，构建了焦家成矿带三维构造模型。首先利用收集的焦家、马塘、寺庄、朱郭李家、东季-南吕、南吕-欣木、纱岭、前陈等8个矿区勘查线剖面图，拼接形成43条地表～-2000m综合勘查线剖面图，提取各个勘查线剖面的断层线作为三维地质构造模型的约束数据。基本网度设为60m×60m，利用Creatar Xmodeling软件构建三维构造模型。

对构建的三维构造模型进行表面坡度分析，坡度范围0%～90%。均匀采集坡度点5904个，总和193041.35，平均32.70，标准差7.06。采用自然间断点分级法，自动将坡度分为6个等级，分别为0.00%～21.08%,21.08%～27.95%,27.95%～33.03%,33.03%～39.24%,39.24%～49.46%,49.46%～90.00%(图5)。构造面沿走向和倾向上均存在明显坡度变化。沿倾向上坡度小表示构造产状平缓，坡度大表示构造产状变陡；沿走向上，坡度大小直接反应构造面变形程度，坡度越大说明遭受的后期挤压作用越明显，变形程度越高。

图5 坡度自然间断点分级示意图

研究区内Ⅰ，Ⅱ号矿体严格受构造控制，主要赋存于紧贴主裂面的黄铁绢英岩化碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩内，其产状与构造面产状基本一致。矿体主要赋存于白色和浅灰色位置，为构造面坡度较小处，周围坡度相对较大，产状较陡(图6)。

1—Ⅰ号矿体水平投影位置；2—Ⅱ号矿体水平投影位置；3—构造面地表位置；4—0.00%～21.08%坡度范围；5—21.08%～27.95%坡度范围；6—27.95%～33.03%坡度范围；7—33.03%～39.24%坡度范围；8—39.24%～49.46%坡度范围；9—49.46%～90.00%坡度范围图6 构造表面坡度与主矿体水平投影叠合图

构成数个不规则“簸箕”状曲面，而矿体主要赋存于“簸箕”底部位置。从Ⅰ，Ⅱ号矿体厚度×品位等值线图来看(图7)，研究区内矿体厚度、品位分布不均匀，出现数个富集带，富集带厚度×品位值远远高于周围。结合构造表面坡度图可以看出矿体富集区在坡度图中显示为白色，且其右侧(沿倾向上右侧为其浅部)均为黑色，显示矿体在倾向上突然变缓部位易于形成厚大矿体。主要是断裂陡倾段为开放空间，顶部压力小，成矿流体沿断裂运移时向上逸散速度快，不宜沉淀成矿；断裂缓倾段，为相对封闭空间，顶部围岩压力大，流体横向逸散速度慢，宜沉淀成矿[23-24]。

a—Ⅰ号矿体群主矿体厚度×品位等值线图；b—Ⅱ号矿体群主矿体厚度×品位等值线图；1—黄铁绢英岩花花岗质碎裂岩+黄铁绢英岩花花岗岩；2—黄铁绢英岩化碎裂岩；3—变辉长岩质碎裂岩；4—见矿钻孔；5—未见矿钻孔；6—等值线及数值图7 焦家金矿田主矿体等值线图

3 结论

(1)随着深度增加，焦家断裂带断层岩由断层泥逐渐变为糜棱岩，无法阻隔成矿热液上侵。主裂面两侧蚀变带和矿体出现对称分布。以主裂面为中心，向两侧岩性依次为黄铁绢英岩化碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗岩带。而下盘黄铁绢英岩化碎裂岩带、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带宽度变窄。

(2)上盘通道的打开，压力得到释放，成矿热液向上盘急速分散，在合适条件下富集成矿。焦家带断层岩岩性分界在-1000m标高左右，向深部上盘矿体逐渐增多，上盘具有和下盘一样的储矿空间，有条件产出规模巨大、品位较高的矿体。

(3)焦家断裂带表面形态复杂，形成数个不规则簸箕状曲面，矿体主要赋存于簸箕底部。构造面在倾向上由陡倾急速变缓部位易于形成厚大矿体。