山东沂南县贺家沟地区金铜多金属矿成矿规律与成矿模式

武 斌，张海瑞，邹双英，李明波，刘继勇

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室，山东 潍坊 261021；3.山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277599)

0 引言

沂南贺家沟地区的金铜多金属矿床主要为矽卡岩型接触交代矿床，为中生代岩浆岩侵入南华纪、寒武纪地层中的不纯灰岩含矿流体在内外矽卡岩带内部富集沉淀所形成，该地区新发现蚀变岩型金银矿体分布于中生代侵入岩与新太古代花岗岩体接触带内，且矿体的金、银矿化程度远大于铜矿化，因此对贺家沟地区的成矿模式进行补充完善，并根据最新的成矿认识提出了该地区下步找矿的建议。

1 地质背景

贺家沟地区位于鄌郚—葛沟断裂西侧，鲁中隆起之蒙山凸起东南边缘[1]，断裂构造发育，NW向肥城—土门和新泰—青驼断裂与鄌郚—葛沟断裂相交，为该地区的岩浆活动、成矿热液活动提供了有利条件。该地区内岩浆活动频繁，并具有长期性、多岩类、多期次特点，岩浆岩成岩时代主要为前寒武纪和中生代燕山期，前寒武纪侵入岩以新太古代傲俫山序列为主，中生代燕山期侵入岩以沂南序列、苍山序列复式中酸性的小型岩株为主。

2 成矿地质条件

2.1 矿区地质

贺家沟地区地层出露以南华系、寒武系为主，东部和北部大面积为第四系沉积物覆盖(图1)。南华系主要岩性为佟家庄组长石砂岩，寒武系主要岩性为馒头组页岩及疙瘩状灰岩，朱砂洞组以泥云岩、泥灰岩为主，李官组由石英砂岩、页岩组成，第四系主要为砂砾、残坡积亚黏土，沉积厚度一般为1～3 m。

区内岩浆岩主要为中生代燕山期沂南序列大朝阳单元二长闪长玢岩、大有单元细粒闪长岩，苍山序列于山单元二长花岗斑岩以及新太古代傲俫山序列蒋峪单元二长花岗岩。

区内断裂构造较发育，为区内构造的主要表现形式，断裂将区内盖层分割成为大小不等阶梯状和块状，以单斜层产出，倾向以NE为主，倾角较缓，为8°～25°，主要有三组：

NE向断裂，走向与鄌郚—葛沟断裂一致，倾角50°～60°，为正断层，延伸较远，断层面上可见角砾岩，北端被近EW向破碎带所截。

NWW向和近EW向断裂，南倾，倾角55°至近直立，表现为南、北破碎带，南部破碎带南侧破裂面的倾角自西的55°向东逐渐变陡近直立，西端破裂面上见明显错动擦痕，北侧破裂面的倾角为50°～65°；破碎带内岩石以角砾岩为主，硅质胶结，角砾岩的挤压面和断裂产状一致，破碎挤压程度自西向东逐渐变弱；北部破碎带方向基本与前者平行，由西向东倾角55°～65°至近直立，倾向由南倾变成北倾，该破碎带穿切岩层，上盘相对东移，下盘西移，断距约200 m，破碎带附近的脆弱部位有闪长岩和二长花岗斑岩等小岩体侵入。

近SN向断裂，产状不稳定，该组断裂多被燕山晚期二长花岗斑岩脉所充填，延伸不远，切割上述两组断裂，属于张性断裂。

2.2 物探异常特征

贺家沟地区区域岩石磁性参数(表1)显示，新元古代至古生代地层以砂岩、页岩和灰岩等为主，岩石磁性平均值在(8～57)×10-6·4πSI范围内，属于无磁性或微磁性；第四系为无磁性地层，岩石磁性平均值为13×10-6·4πSI；新太古代和中生代的花岗岩、花岗斑岩等酸性岩体磁性较弱，岩石磁性平均值在(63～92)×10-6·4πSI范围内；中性闪长岩类随铁质矿物增多磁性增强，岩石磁性平均值在(426～557)×10-6·4πSI范围内；大有单元闪长岩磁化率最高为557×10-6·4πSI，剩磁为1218×10-3A/m。

1∶5000磁法测量①的测线方位为342°，ΔZ等值线间距为0、(±)50、(±)100、(±)200、(±)300、(±)400、(±)500，观测精度均方差M=±7.5Υ，区内垂向磁分量分布见图2。

图2显示，垂向磁分量高背景区主要为中生代侵入岩分布区，极高值区主要为闪长岩分布区，垂向磁分量正、负异常间；正异常往往对应中酸性岩体，南华系、寒武系的异常均较弱或是负异常，因此借助局部磁异常可大致圈定中酸性岩体，然后根据追索地质路线确定其与碳酸盐岩的接触带，缩小寻找矽卡岩型多金属矿的范围。

2.3 化探异常特征

根据贺家沟地区所采取的465件水系沉积物样品分析数据，通过采用Tukey提出的EDA(Expolrer Date Analysis)分析技术[2]，对按不同的地质单元(地球化学子区)进行数据处理，其地球化学特征参数见表2，并根据Au-Ag-Cu-As元素的异常下限圈定出Au-Ag-Cu-As元素组合异常1处，Au单元素异常1处(图2)；不同地质单元的Au、Ag、Cu、As元素箱线图(图3)显示蒋峪单元(Ar3ηγAj)组中Ag元素的极端异常14个、Au元素的极端异常28个、Cu元素的极端异常24个，而其他地质单元各元素的极端异常个数仅为1～4个不等，另结合图4亦显示蒋峪单元中Ag、Au、Cu元素富集情况较好；侵入岩地质单元中沂南序列侵入岩(K1Y)组和苍山序列侵入岩(K1C)组在Ag、Au中箱体(内散度)较大，说明Ag、Au元素在上述两组中较为集中，但未见明显极端异常，且结合图4显示上述两组地质单元中Au、Ag元素富集情况较好，Au元素最大值大于100×10-9，Ag元素最大值大于1500×10-9，说明Au、Ag元素在沂南序列和苍山序列侵入岩中具有较大的成矿可能，另在馒头组和朱砂洞组地质单元中可见到少数极端异常，这与矽卡岩型铜金多金属矿体在两者中分布有关；Cu元素除在蒋峪单元(Ar3ηγAj)组中有极端异常外，在朱砂洞组和佟家庄组中也有极端异常存在，故朱砂洞组和佟家庄组亦作为铜矿重要找矿地质单元。

图3 Ag-Au-Cu-As元素箱线图Fig.3 Box diagram of Ag-Au-Cu-As elements1—第四系 2—寒武系馒头组 3—寒武系朱砂洞组 4—寒武系李官组 5—南华系佟家庄组 6—中生代苍山序列侵入岩 7—中生代沂南序列侵入岩 8—新太古代傲俫山序列蒋峪单元侵入岩

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

贺家沟地区蚀变岩型金银矿体位于近SN向构造蚀变带内(图4)，构造蚀变带走向340°，倾向SW，长约130 m，构造蚀变带宽约12 m。矿体在构造带内沿于山单元二长花岗斑岩与蒋峪单元二长花岗岩接触带不均匀展布，多呈透镜状，走向与构造带一致，倾向SW，倾角65°～70°，含矿岩石原岩为二长花岗岩，具硅化、糜棱岩化、碎裂岩化蚀变，顶板围岩为苍山单元二长花岗斑岩，底板围岩为蒋峪单元二长花岗岩。综合剖面图(图4)显示矿体对应位置出现高阻高极化，这与矿体上的褐铁矿的电阻率、极化率特性有关。图4中两处被苍山序列二长花岗斑岩所充填的近SN向构造带位置均出现高阻高极化现象，且岩石光谱曲线显示Au、Ag元素在上述两处构造带对应位置均出现高值，揭示了区内蚀变岩型金银矿体的找矿特征。

矽卡岩型金铜矿体主要是由燕山期闪长岩与碳酸盐岩接触交代所形成，矿体主要赋存在寒武纪朱砂洞组不纯灰岩中，顺层分布；矽卡岩带与矿体形状并不一致，矽卡岩型矿体往往穿切矽卡岩带，说明矿体形成时间要晚于矽卡岩带，即矽卡岩溶液与成矿溶液在形成过程中是统一的，但富集地点不一，含矿溶液晚于矽卡岩溶液(图5)，所以在矽卡岩带断裂构造发育、接触界线复杂地段多形成单独的小的透镜状矿体(图6)，该类矿体为高温热液交代型，矿体埋藏较浅[3]。

图5 沂南县高家坊庄铜矿区南段矿脉与矽卡岩穿切关系Fig.5 The penetration relationship between ore veins and skarn at the south section of Gaojiafangzhuang copper mining area in Yinan Countysk—矽卡岩 Mt—磁铁矿

图6 沂南县高家坊庄铜矿区南段贺家沟村西第24勘探线剖面图Fig.6 Sectional map of the 24th exploration line in the west of Hejiagou Village at the south part of Gaojiafangzhuang copper mining area in Yinan County1—大理岩 2—白云岩 3—泥灰岩 4—粉砂岩 5—闪长岩 6—二长花岗斑岩 7—二长闪长玢岩 8—矽卡岩型金铜矿体

3.2 矿石特征

矽卡岩型金铜矿石矿物成分：不透明矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、孔雀石、褐铁矿；透明矿物含量大于99%。孔雀石0.5%，黄铁矿、黄铜矿、褐铁矿均占少量。黄铁矿半自形—他形粒状(图7c)，粒径一般为1～5 μm，部分为5～10 μm，星散状分布；黄铜矿他形粒状(图7b)，粒径一般为10～50 μm，部分为50～100 μm，少数为100～200 μm，星散状分布；孔雀石隐晶—纤状(图7a)，纤长一般为1～10 μm，部分为10～30 μm，少数为30～50 μm，集合体脉状分布；褐铁矿一般呈隐晶状、细分散状分布(图7d)。不透明矿物生成先后顺序：黄铁矿、黄铜矿、孔雀石、褐铁矿[4-6]。

图7 贺家沟地区矽卡岩型金铜矿体主要矿物显微特征(a，b)与蚀变岩型金银矿体主要矿物显微特征(c，d)Fig.7 Microscopic photos of main minerals of skarn-type gold-copper orebodies(a，b)and those of alteration rock type gold-silver orebodies(c，d)in Hejiagou areaMal—孔雀石 Cp—黄铜矿 Py—黄铁矿 Lm—褐铁矿

构造热液蚀变型金银矿石矿物成分：不透明矿物有黄铁矿(少量)、褐铁矿(5%～10%)；透明矿物含量90%～95%。黄铁矿半自形、他形粒状，粒径一般为10～30 μm，部分为30～50 μm，少数为50～250 μm，星散状分布，局部被褐铁矿交代；褐铁矿隐晶状，集合体常呈半自形黄铁矿假象产出，部分集合体似脉状分布[7]，少部分集合体不规则堆状分布，少细分散状分布。不透明矿物生成先后顺序为黄铁矿、褐铁矿。

矿石品位：前者铜金矿体采样化学分析结果，地表CuO的平均品位为0.45%，Au的品位为0.83×10-6；原生CuS品位为2.1%，Au的品位大于1.46×10-6，Mo的品位为0.07%；后者金银矿体采样化学分析结果Au的平均品位为9.26×10-6，Ag的平均品位为191.8×10-6。

3.3 围岩蚀变特征

贺家沟地区接触交代型矽卡岩铜金矿体围岩蚀变以矽卡岩化为主，其次有黄铁矿化、碳酸盐化、大理岩化、角岩化等。以上现象见于外接触带，主要蚀变矿物有透辉石、石榴子石、方解石、绿泥石、透闪石、磁铁矿、镜铁矿、绿帘石、尖晶石等。矽卡岩化主要见于闪长岩与碳酸盐类岩石接触的外接触带。在贺家沟以东形成一半圆形连续的矽卡岩带，地表风化后，在含矿地带可见褐铁矿化、孔雀石化、蓝铜矿等，未见矿地段，岩石风化后松散，变成高岭土和其他锰铁氧化物及碳酸盐类矿物等。带内断裂构造发育，接触界线复杂地段有铜矿体形成，矿体的顶板岩石蚀变比底板要强烈。

构造热液蚀变型金银矿体围岩蚀变以褐铁矿化、硅化和糜棱岩化为主。构造带内中生代于山单元二长花岗斑岩与新太古代蒋峪单元二长花岗岩均发育有糜棱岩化，硅化、褐铁矿化则多发育在上述两者接触部位，与金矿化关系密切[8]。

4 成矿规律

4.1 成矿时代

矿区内接触交代型矽卡岩金铜矿体和构造热液蚀变型金银矿体成矿均与中生代燕山晚期侵入岩具有密切关系，前者成矿与沂南序列侵入岩有关，后者成矿与苍山序列侵入岩有关。苍山序列侵入岩于山单元二长花岗斑岩在该地区常常与沂南序列侵入岩大朝阳单元二长闪长玢岩相伴出现，通过在该区内的1∶5万半程幅区域矿产地质调查工作所采取的大朝阳单元二长闪长玢岩同位素年龄测试结果，锆石U-Pb年龄值为129.8 Ma(图8、图9)；苍山序列自早到晚有二长岩—石英二长岩—石英二长斑岩—石英闪长玢岩—花岗闪长岩—花岗闪长斑岩—二长花岗岩—二长花岗斑岩—二长花岗细晶岩的变化[11]，该区内苍山序列侵入岩以二长花岗斑岩为主，且在该矿区内一般与大朝阳单元二长闪长玢岩相伴而生，其形成时间稍晚于大朝阳单元，其K-Ar和40Ar/39Ar同位素年龄值集中于112～125 Ma[12]；故贺家沟地区的成矿时代为燕山晚期。

图8 贺家沟地区大朝阳单元二长闪长玢岩锆石阴极发光图像(数字、红色矩形代表U-Pb分析点位置)Fig.8 Cathodoluminescence images of zircon from monzodiorite porphyrite in Dachaoyang unit，Hejiagou area(number and red rectangle represent the location of U-Pb analysis point)

图9 贺家沟地区大朝阳单元二长闪长玢岩U-Pb年龄谐和图和加权平均年龄图[9-10]Fig.9 U-Pb age concordancy diagram and weighted average age map of the monzodiorite porphyry in Dachaoyang unit in Hejiagou area [9-10]

4.2 矿体空间分布规律

贺家沟地区的矽卡岩型金铜多金属矿体和构造蚀变岩型金银矿体的空间分布均受成矿岩体、地层、构造及围岩蚀变的共同控制。

矽卡岩型金铜多金属矿体的成矿岩体即沂南序列侵入岩在上侵就位过程中开辟的空间、侵入体空间分布形态及其与围岩作用形成的蚀变晕圈范围控制了矿体的形态、规模和空间分布，而南华系佟家庄组和寒武系朱砂洞组、馒头组均为由灰岩、不纯灰岩和页岩、细碎屑岩等组成的互层地层，具备良好的物理化学条件，能够为矿体的形成提供就位和封存空间，故矿体多赋存于具有多期次浅成侵位的燕山晚期沂南序列中酸性侵入岩的接触带及其外侧围岩中的构造薄弱带和顺层侵入的岩床内部及上下两侧[13]，环绕岩体呈环带状产出。

蚀变岩型金银矿体严格受近SN向构造带控制，该类构造带为中生代沂南序列侵入岩和苍山序列侵入岩提供了空间，特别是构造带内的中生代侵位岩体苍山序列于山单元二长花岗斑岩与前寒武基底新太古代傲俫山序列蒋峪单元二长花岗岩的接触部位，Au、Ag元素富集形成矿体。

4.3 矿体共生规律

流体包裹体研究表明，早期矽卡岩矿物形成时为一种硅酸盐熔体与气液相流体共存的不混溶状态，这种不混溶直接导致含矿气水热液从岩浆体系中析出，并为后期热液成矿奠定了物质基础；晚期成矿热液阶段，成矿流体发生了以气、液相分离为主要标志的不混溶作用，且这种减压沸腾可能多次重复发生，从而导致了金、铜矿物的大量沉淀富集，形成金铜共生矿床[14]。

贺家沟地区蚀变岩型金银矿体通过燕山期的交代—重熔作用，共生矿物主要为黄铁矿、方铅矿、自然银、自然金、金银矿等，且金银矿主要附存在方铅矿和黄铁矿中[15]。

5 成矿模式探讨

根据前人对鲁西地区诸多金矿的研究，认为中介矿源岩(层)主要为太古代结晶基底，成矿各阶段的热流体中成矿物质主要来源于岩浆[16]，另外矿区内的氢氧同位素研究的及结果表明，成矿中晚期有不同程度的大气降水的混入。

包括贺家沟金铜多金属矿区在内的鲁西地区众多金矿床的形成都与沂沭断裂带构造—岩浆演化过程密切相关(图10)。早白垩世沂沭断裂带走滑拉张阶段深切至壳—幔边界，诱发深源岩浆上侵，于浅部NW向盖层断裂与NE向沂沭断裂带次级断裂的交汇部位就位，形成了贺家沟地区杂岩体，并通过与新元古界—寒武系以碳酸盐岩为主的围岩发生一系列热接触交代、接触双交代等作用，在岩浆岩与围岩接触带、层间破碎带及不整合面等处形成矽卡岩型金铜多金属矿体；另外贺家沟杂岩体受区内近SN向断裂控制与断裂带两侧新太古代围岩发生接触变质形成蚀变岩型金银矿体。

6 结论

通过对沂南贺家沟地区金铜多金属成矿地质背景和物化探等综合找矿信息的分析研究，在系统总结区内成矿规律的基础上，对区内金银矿体、金铜矿体进行成矿预测，得出以下几点认识：

1)矿区内的构造热液蚀变型金银矿体分布在近SN向断裂构造带中，构造带一般被燕山晚期苍山序列侵入岩充填，并常与沂南序列侵入岩相伴而生，矿体围岩蚀变发育，黄铁矿化、褐铁矿化、糜棱岩化和硅化与金银矿化关系最为密切，该类金银矿体品位对比矽卡岩型金铜矿体金品位一般相对较高。

2)矿区内的矽卡岩型铜金矿体已通过钻孔验证，并进行了资源量估算，但蚀变岩型金银矿体仅通过地表探槽工程验证，未进行深部钻探验证，矿区内的满足已知金银矿体的成矿条件的近南北向构造蚀变带共有4条，综合剖面验证范围内的两条均有Au、Ag元素异常反应，找矿综合信息指示性较好，故矿区内的蚀变岩型金银矿仍需后续工作验证。

3)贺家沟地区的金铜多金属成矿时间为燕山晚期，应稍晚于贺家沟杂岩体形成时间，这与鲁西地区众多金矿成矿时间即128～121 Ma相吻合，这也从侧面论证了贺家沟地区金铜多金属成矿与鲁西众多金矿成矿处于同一时期，相同类型的成矿类型，即斑岩—矽卡岩型成矿类型。

注释：

① 山东省第四地质矿产勘查院. 山东省沂南县高家坊庄铜矿普查项目报告(数字化)[R]. 2018.