鲁西铜石金矿田找矿成果及成矿机制探讨

2021-07-27张英梅安茂国孟祥伟徐然徐超冯玺平陈昆明

山东国土资源 2021年7期

张英梅，安茂国，孟祥伟，徐然，徐超，冯玺平，陈昆明

(山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地勘局第二地质大队)，山东济宁 272100)

0 引言

铜石金矿田位于山东省临沂市平邑县铜石镇，区内已发现多个矿床、矿点，且矿化类型复杂多样。其中较为著名的为归来庄、卓家庄、磨坊沟金矿床：归来庄金矿床为鲁西地区唯一特大型金矿床，矿体赋存于近EW向F1构造蚀变带内，矿化类型为脉状构造——隐爆角砾岩型；卓家庄金矿床为国内罕见的“小而富”矿床，矿体受两组断裂控制，矿化类型为筒状—隐爆角砾岩型；磨坊沟金矿床为似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型，矿体赋存于寒武纪底部朱砂洞组地层及其顶底板中。区内发现的金矿体均属于中低温热液型，为同一成矿流体在不同构造位置密集成矿所形成的不同类型矿床，成因上与中生代侵入岩关系密切[1]。

1 区域地质概况

铜石金矿田位于鲁中隆起和沂沭断裂带2个Ⅲ级成矿区(带)内，地处鲁西隆起区的平邑凹陷、尼山凸起与临沂凸起的接壤部位(图1)[2]。

1—第四系；2—古近纪官庄群；3—白垩纪青山群；4—白垩纪莱阳群；5—侏罗纪淄博群；6—石炭纪月门沟群；7—奥陶纪马家沟群；8—寒武纪九龙群；9—寒武纪长清群；10—新太古代泰山岩群；11—隐爆角砾岩；12—侏罗纪二长斑岩；13—侏罗纪二长闪长玢岩；14—侏罗纪细粒闪长岩；15—新太古代花岗闪长岩；16—新太古代黑云母石英闪长岩；17—金矿化标志层；18—实测断层及倾角；19—平行不整合地质界线；20—角度不整合地质界线；21—大型金矿床；22—中小型金矿床；23—金矿点；24—铜石杂岩体

铜石金矿田地质特征表现为中心部位出露铜石杂岩体，其为中侏罗纪(180～170Ma)[3-4]构造体制从挤压转变为伸展时，底侵的地幔岩浆与新生地壳熔融混合后分离结晶所形成[5]，侵入期次大概分为三期：二长闪长玢岩、二长斑岩、隐爆角砾岩，最高侵位至马家沟群东黄山组地层，其中普遍认为中期二长斑岩与金成矿关系密切；由中心向外围主要出露寒武纪长清群—奥陶纪马家沟群地层，岩性以灰岩、白云岩等碳酸盐岩为主，东北部为少量侏罗纪-白垩纪地层；区内构造以断裂为主，其中规模最大的为NNW向燕甘断裂，其他方向构造为燕甘断裂带次级构造，呈环状、放射状展布，其中部分与岩浆岩相连接的次级构造，是含矿热液运移、储存成矿的最佳场所[6]，现阶段已发现的归来庄、卓家庄金矿床均与此类断裂构造有关。

2 铜石金矿田的找矿过程及进展

铜石金矿田的金矿勘查工作始于20世纪80年代末，最初发现归来庄金矿床源于砂金溯源找矿法，通过一块特殊的紫黑色蚀变角砾岩发现了找矿线索，最终实现了该区金矿找矿突破[7]。自此一个与胶东金矿成矿类型不同、且与中生代偏碱性杂岩体有关的归来庄金矿床就此诞生。它是我国第一个碲金型浅成低温热液金矿床，改写了鲁西地区无大型金矿床的历史，是我国“七五”期间地质找矿的三大发现之一[8]，荣获了原地质矿产部“找矿一等奖”和“勘查成果二等奖”。自此，打开了国内甚至是世界认识铜石金矿田的大门，开启了铜石地区金矿找矿的热潮。在后续的勘查研究中，通过区内成矿地质条件的总结分析，相继发现并评价了卓家庄筒状构造-隐爆角砾岩型金矿床，磨坊沟、东大湾、梨坊沟、贺山庄等似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型金矿床，以及十字庄、榆林、张里东岭、银洞沟等众多金矿点，累计探求上表金金属量达50t。这些矿床均形成于中侏罗纪，与铜石中偏碱性潜火山杂岩密切相关，是在同一成矿系统中形成的不同金矿类型(表1)[9]，在以往研究中被定义为归来庄式、卓家庄式、磨坊沟式。

表1 各金矿化类型地质特征一览表

3 典型矿床找矿成果及地质特征

3.1 归来庄金矿床

归来庄金矿床是铜石金矿田储量、规模最大的金矿床，占铜石金矿田总储量的80%以上，其位于燕甘断裂带上盘、铜石杂岩体的东部边缘，目前探求上表资源量为40余t(1)山东省地矿局第二地质大队，山东省平邑县归来庄金矿床勘探地质报告,1994年。(2)山东省鲁南地质工程勘察院，山东省平邑县榆林矿区(24～52勘探线)金矿详查报告,2015年。。矿床内发现多个金矿体，可归纳为2种类型：一种为脉状构造-隐爆角砾岩型，即归来庄金矿①-1号主矿体，赋存于燕甘断裂带次级构造、近EW向F1构造蚀变带及其顶底板附近[10]；另一种为似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型，矿体赋存于寒武纪张夏组碎裂状褐铁矿化鲕粒灰岩和朱砂洞组碎裂状硅化萤石化白云岩层中[9]。现阶段矿山开采主要为主矿体及张夏组似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型矿体。

(1)脉状构造-隐爆角砾岩型。矿床内①-1号主矿体为脉状构造-隐爆角砾岩型，金金属量约占矿床总量的99.27%，矿体总体呈脉状产出，沿走向或倾向呈“豆荚状”延展，东西长约800m,控制最大斜深1200m，走向近EW，倾向S，倾角随深度加深变化较大，近地表68°左右，至深部逐渐变缓(图2)，与胶东地区的阶梯式成矿特征相似[11-12]。钻孔控制最深部位矿体产状近水平，矿体赋存标高+130m～-735m，埋深为480～860m，总体为北东高、南西低，呈向南西侧伏的趋势[13]；矿体单工程厚度一般在1.14～10.98m,平均为7.68m，整体呈透镜状，中间厚两侧薄，厚度较为稳定；矿体Au品位(1.01～26.37)×10-6，高者可达457.40×10-6，平均6×10-6左右，有用组分分布不均匀，整体表现为浅部富集，深部矿化相对减弱。

1—构造蚀变带及编号；2—钻孔位置；3—归来庄主矿体；4—似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型矿体；5—寒武—奥陶纪地层；6—新太古代二长花岗岩；7—侏罗纪二长闪长玢岩

矿体顶底板岩性主要与断层两侧围岩有关，浅部为蚀变破碎的碳酸盐岩和二长闪长玢岩、二长斑岩，深部主要以二长闪长玢岩为主。成矿阶段可划分为矽卡岩期、热液成矿期、表生期[14]。

(2)似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型。该类型矿体主要与化学性质活泼的碳酸盐岩关系密切，主要赋存层位为断裂构造下盘的张夏组、朱砂洞组，其中以张夏组最为普遍，矿体赋存于寒武纪张夏组厚层状碎裂状褐铁矿化鲕粒灰岩中。矿体多由单个见矿钻孔控制，总体呈层状、似层状产出，形态变化中等；矿体产状与地层总体产状一致，走向为SE向，倾向NE，倾角一般为10°～28°；结合矿山开采实际了解，该类型矿体沿走向一般延伸为50～100m,控制最大斜深80m；矿体局部被脉岩穿插，矿化不连续；矿体赋矿标高及埋深差异性较大，在张夏组赋存标高及埋深分别为0～-198m，110～332m，在朱砂洞组赋存标高及埋深分别为-498m～-917m，636～1050m；矿体厚度在1.00～8.05m之间，Au品位一般在(3.59～28.88)×10-6，高者达几百×10-6。

矿体顶底板岩性与矿体差异性不大，多呈渐变过渡关系，靠肉眼较难区分围岩与矿石界线，矿体多见硅化、弱萤石化、方解石化等，有些需借助镜下观察进行区分。

3.2 卓家庄金矿床

卓家庄金矿床位于铜石金矿田西北部，是国内少有的小而富的碲金矿床[15-16]，矿床规模达中型，金品位较高，最高可达3000×10-6。

卓家庄金矿受控于NW向卓家庄断层和近EW向二长斑岩脉2组断裂，整体呈岩筒状。NW向卓家庄断层总体走向120°，倾向SW，倾角较陡，一般在70°～75°；周围存在多条近EW向次级断裂，总体倾向S，倾角50°～70°，多被二长斑岩脉充填。目前该区发现有4个等间距分布的矿化隐爆角砾岩筒，其中Ⅰ号角砾岩筒矿化蚀变最强、品位最高(图3)，其资源量占全区金储量的99%以上[8]。

1—燕山早期二长闪长玢岩；2—燕山早期二长斑岩；3—隐爆角砾岩型矿体；4—矿化隐爆角砾岩；5—角砾岩筒编号

Ⅰ号角砾岩筒呈向SE侧伏的筒状，平面上表现为大透镜状，长度10～20m，宽度6～10m，剖面上呈现不规则的糖葫芦状。矿体受2组断裂交会形成的隐爆角砾岩岩筒控制,走向120°,倾向SW,倾角较陡，为75°～80°，平面出露宽度较小，但延深较大。矿山开采证实开采深度170m以上矿体仍未尖灭，因深部水大暂未开采，目前最深揭露地层为朱砂洞组。

矿石中主成矿元素为Au,平均品位128.07×10-6；伴生有用组分为Ag和Te,其中Ag含量在(0.54～9040)×10-6,平均695.33×10-6；Te含量在0.06%～3.29%,平均品位1.18%，均达到综合利用要求[16-17]。

与金矿化关系密切的主要有硅化、萤石化、黄铁矿化、碲化物矿化，其次为绢云母化、滑石化、碳酸盐化[18]。矿床成矿阶段可划分为4部分：石英-黄铁矿阶段、石英-多金属硫化物-金-碲化物阶段、石英-冰长石-绢云母阶段、碳酸盐阶段[19]。

3.3 磨坊沟金矿床

磨坊沟金矿床位于铜石金矿田西南部。矿床规模为小型，矿化类型为似层状碳酸盐岩微裂隙浸染型，因其矿化类型特殊并定义为“磨坊沟式”[20]。

矿体呈似层状赋存于寒武纪朱砂洞组下部丁家庄段层位中，含矿岩石为厚—巨厚层灰质白云岩及白云质灰岩，矿化分布严格受层位控制，顶板一般为薄层泥云岩或中层含燧石结核(条带)灰岩、白云质灰岩，底板为中厚层青灰色灰岩(图4)[21]。目前勘查工程控制矿体长340m，宽280m，厚度在0.60～4.80m之间，平均2.82m，Au品位在(1.09～25.21)×10-6之间，平均品位为11.57×10-6。

1—朱砂洞组丁家庄段;2—朱砂洞组上灰岩段;3—馒头组石店段;4—中生代二长斑岩;5—新太古代二长花岗岩;6—灰岩;7—含隧石站核灰岩;8—白云岩;9—泥质白云岩；10—薄板状泥质灰岩;11—二长斑岩;12—二长花岗岩;13—金矿体

磨坊沟金矿含矿层中金品位变化较大，金矿化品位的强弱与含矿岩石的破碎程度、裂隙的发育程度及蚀变强弱程度呈正相关[22]。

3.4 其他金矿床(点)

(1)蚀变斑岩脉型——张里东岭、银洞沟金矿点。张里东岭、银洞沟金矿点为蚀变斑岩脉型金矿化的代表，位于铜石杂岩体的边部。金矿体赋存在斑岩脉内及其与围岩接触带附近，其形态、产状受岩体控制。以往勘查工程控制矿体长度约400m，控制最大斜深40～80m，矿体厚度在2.00m左右，金品位(1.03～6.23)×10-6，矿体整体呈楔形，向深部逐渐渐变为矿化体。

岩石裂隙发育，局部为碎裂状或角砾状，显示出该脉岩形成后，有多次的构造及热液活动的特征。硅化、褐铁矿化、萤石化等蚀变较普遍，蚀变矿物多呈薄膜状分布在裂隙面上，有不同程度的金矿化现象，金矿化程度与原岩蚀变的强弱有关。两侧的二长闪长玢岩、隐爆角砾岩仅见弱矿化。

(2)层间角砾岩型——王家村金矿点。层间角砾岩型金矿体发育在铜石杂岩体南边部、王家村—刘家庄北岭一带。层间角砾岩带赋存于盖层与基底不整合面之上，由于顺层上侵的二长斑岩造成围岩层间破碎，与其形成层间角砾岩，加之后期岩浆热液活动叠加，形成金矿化体。该层位产出稳定，分布面积广，产状与地层产状基本一致，含矿岩石为复成分角砾岩，角砾成分以二长斑岩、白云岩、灰岩为主，岩浆质胶结。根据已知钻孔数据得知，矿(化)体厚度一般为9.02～21.80m，平均13.64m，厚度稳定，金品位普遍集中在(0.3～1.05)×10-6，具萤石化、硅化、褐铁矿化等蚀变，金矿化明显。

(3)矽卡岩型——十字庄、西皋金矿点。十字庄、西皋矿化体为该类型矿化的代表，位于铜石杂岩体的北边部。矿体赋存于二长闪长玢岩、二长斑岩与寒武纪朱砂洞组灰岩接触生成的含磁铁矿矽卡岩带上，伴有金矿化叠加。灰岩呈大小不等的捕虏体保存在二长闪长玢岩中，多被矽卡岩化或重结晶，受多次构造活动的影响，后期的矿液再次活动叠加发生金矿化。矿化蚀变主要为硅化、萤石化及黄铁矿化。在透辉石矽卡岩中见有金矿化，品位一般为1.5×10-6，矿化不均匀。

4 矿床成矿机制

4.1 成矿时代

前人对铜石杂岩体用不同研究方法开展了大量的年代学研究工作。林景仟等[23]采用角闪石40Ar-39Ar同位素测年，测得岩体中二长-闪长玢岩的坪年龄值为(189.8±0.2)Ma，二长斑岩的坪年龄值为(188.4±1.6)Ma；胡华斌等[24]测得铜石岩体斑状细粒闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为(175.7±3.8)Ma；朱金通过含黄铁矿矿石中的黄铁矿的Rb-Sr同位素年代学研究，厘定金矿成矿年龄为(180.3±2.3)Ma[25]。于学峰团队通过对采集的铜石杂岩体二长正长斑岩进行了SHRIMP U-Pb测年研究，年龄主要集中于(176.0±1.1)Ma和(2529.7～2531)Ma，研究认为(176.0±1.1)Ma指示了铜石杂岩体的结晶年龄为中侏罗世，认为鲁西地区存在燕山早期构造岩浆热事件，与之有关的归来庄金矿也在此时期形成。

4.2 成矿物质来源

铜石金矿田内金矿化类型多样，成矿物质复杂，现普遍认为铜石金矿田内各矿床在成因上均与中生代燕山早期铜石碱性次火山杂岩体密切相关，且前人对铜石金矿田的成矿物质来源也开展过众多分析研究。本文通过梳理汇总，从地质、流体包裹体、硫同位素等多个方面对成矿物质来源进行了探讨，认为铜石杂岩体是金的直接来源，金元素来自深部岩浆。

(1)地质方面。铜石金矿田内目前发现的金矿床(点)全部围绕在铜石杂岩体内部及边缘，在矿体周围均有不同规模的中生代岩浆岩侵入，其中归来庄金矿床、卓家庄金矿床分别就位于岩体边缘隐爆角砾岩带和岩筒中，受断裂构造控制，矿体角砾成分主要为隐爆角砾岩、二长斑岩等，这也侧面反映了矿体与中生代岩浆在空间分布及生成时间上具有密切关联，或者共用运移通道，具有同源性。

(2)流体包裹体。前人针对归来庄金矿中方解石、黄铁矿中流体包裹体成分研究显示，气相成分含较高的N2，F，Cl[26-28]。矿床中矿化蚀变发育大量萤石化，这也反映了成矿流体含有大量的F离子，F离子与地层中Ca离子发生反应形成萤石。上述事实说明成矿流体很可能为地幔流体[29-30]。

(3)S同位素。铜石金矿田金矿类型均属低硫型，但热液成因的黄铁矿等金属硫化物仍是矿床及杂岩体中常见的金属矿物[14]。查明硫的来源，对查清成矿流体来源、探讨矿床成因有着重要的作用[31]。据林景仟1997年采集金矿体样品进行黄铁矿S同位素测试研究数据显示，硫同位素δ34S(CDT)介于(-0.71～2.99)×10-3之间，与地幔硫(1×10-3～2×10-3)接近，具有岩浆硫的特征，表明硫的来源可能与岩浆相同，来自地幔或地壳深部，但硫数量极其有限[23,32]。

(4)Sr，O和Pb同位素比值。归来庄金矿石锶、氧和铅同位素研究成果表明，其同位素比值均较低，接近于幔源数据(表2)[33]。将铅同位素数据投在铅环境图中，数据多集中在地幔铅演化曲线和邻近克拉通化地壳附近，显示其具有深源的特性，成矿物质主要来源于上地幔，并在侵入运移过程中受到部分壳源物质的混染。

表2 Sr，O和Pb同位素比值与幔源数据对比表

(5)H-O同位素。曹荣龙[30]对归来庄金矿的氢、氧同位素测试结果显示:δ(18O)为(12.62～19.54)×10-3，成矿溶液的δ(18O)为(2.45～7.74)×10-3；δ(D)为(-73.3～-51.6)×10-3，通过分析可得，成矿流体主要来自岩浆水，并混合了部分大气水[5]。

(6)Te元素地球化学特征。铜石金矿田中归来庄、卓家庄金矿床具有丰富的伴生碲元素，且通常与金元素及硫化物伴生，其平均浓度值高达1.18%[11]。碲元素是一种半金属分散元素,在地壳中呈现分散状态，在不同深度的地壳中其丰度值不同：根据前人资料[35]，地壳、下地壳的w(Te)丰度分别为0.001×10-9，0.1×10-9,表明地壳深部碲元素相对富集，并通过岩浆上侵活动将其带到浅层岩石圈参与成矿作用。因此，碲元素具有深源的特点，与其密切伴生的金元素可能与其同源。

4.3 成矿温度

本次研究对归来庄金矿床中流体包裹体进行了显微测温，测试数据如表3。

表3 归来庄金矿床流体包裹体测温数据一览表

从表3数据可知，全部包裹体的均一温度范围114～341℃，石英、方解石、萤石整体成矿温度集中在130～250℃之间(图5)，早期至晚期温度逐渐降低，平均值为187℃，整体上石英均一温度>萤石均一温度>方解石均一温度，这一结果与石英、萤石主要采自主成矿期的矿石，方解石来自成矿晚期的矿石相一致。表明铜石金矿田矿体成矿温度较低，为低温型矿床[23-24,28-29,33,36]。

图5 归来庄矿床流体包裹体均一温度直方图

4.4 矿化富集规律

(1)金的富集与构造。区域性大断裂多半为导岩导矿构造，其本身不含矿，而成矿多在其次级构造内[25]。构造运动产生的大量层间、层内裂隙，为含矿流体的上侵提供了通道，同时部分断裂构造本身及断裂两两交会部位均为金矿形成的良好空间；隐爆角砾岩及其顶底板的碳酸盐岩，破碎强烈，裂隙发育，有利于金元素的富集。如：归来庄金矿床赋存于F1断裂蚀变带中，碳酸盐岩微裂隙浸染型金矿总体为岩石裂隙越发育，离裂隙越近，相应的矿体厚度越大，金品位越高[10]。

(2)金的富集与岩浆岩。矿床的形成与偏碱性铜石杂岩体密切相关，各矿体均分布于铜石杂岩体周边及其外围，在金矿体的角砾岩带内或其顶底板围岩附近均有岩浆呈岩床、岩脉、岩株等不同形态展布。岩浆活动晚期，富含挥发分的残余岩浆及热水溶液为金元素的活化迁移提供了充足的热源和热液；潜火山作用形成的环状、放射状断裂及隐爆角砾岩体，是含金热液运移和聚集成矿的有利空间[37]。

(3)金的富集与地层。区内寒武系—奥陶系底部的灰岩、白云岩、白云质灰岩等碳酸盐岩化学性质活泼，孔洞发育，有利于含矿热液的迁移、渗透和交代，是金富集的有利围岩，金品位普遍偏高；靠近断层下盘的此类碳酸盐岩常成为金矿赋存的有利场所，如磨坊沟式金矿体、赋存于归来庄断层下盘张夏组与朱砂洞组地层中的微裂隙浸染型矿体。

(4)金的富集与隐爆角砾岩。角砾岩型矿体的展布、形态及产状严格受隐爆角砾岩体控制，一般角砾岩体本身就是矿体。角砾岩体的前缘、角砾岩体与顶底板围岩的接触部位有利于金的富集，常形成富矿体，金矿物主要赋存在角砾岩胶结物中，角砾的大小及胶结物的多少影响着金的富集。一般角砾小、胶结物含量多、岩石孔隙发育，则有利于含金热液的运移和交代成矿。

4.5 成矿机制

铜石金矿田金矿均与碱性岩有关，形成于燕山早期、伸展构造体制下[38]。中侏罗世时期，受碰撞造山作用的影响，沂沭断裂带次级构造——燕甘断裂带发生多期次构造活动，派生出该区一系列NE向、NW向、近EW向次级构造，呈放射状、发散状分布，为区内岩浆活动及热液的运移提供了通道，部分被后期脉岩充填。来自上地幔的含矿热液沿着断裂裂隙上升，在岩浆侵入与燕甘断裂带活动影响下，岩浆热液沿不同期次不同方向的断裂带上侵运移，在合适的温压条件、水汽环境下，富含挥发分的含矿热液沿地层、构造薄弱地带运移，当含矿热液被前期岩浆屏蔽遮挡，在强大的气压条件下，极易在薄弱地带发生强烈的潜火山隐爆作用，使围岩震碎并混合含矿热液沿构造带上侵灌入，在近地表形成复成分隐爆角砾岩(归来庄、卓家庄金矿体)；在近地表发生隐爆作用的同时，部分含矿热液沿构造带下盘微裂隙发育地段迅速迁移，与寒武纪顶部张夏组灰岩发生反应形成微裂隙浸染型金矿体(归来庄矿床常见)；当含矿热液沿裂隙、微裂隙渗滤到化学性质活泼的白云岩及白云质灰岩中时，发生交代富集沉淀形成金矿体(磨坊沟式金矿体)；当含矿热液运移至先期形成的含铁矽卡岩接触带上沉淀聚集成矿，则形成含铁矽卡岩叠加型金矿(十字庄矿体)；富含挥发分的含矿汽液，上侵过程中随着温压条件的变化，在近地表逐渐冷凝固结，遇到致密、化学性质不活泼的二长花岗岩等岩石时，含矿热液无法与围岩发生交代反应而在岩脉内聚集形成了斑岩脉型金矿体(张里东岭、银洞沟金矿体)。

由上可见，铜石金矿田各矿体为中生代含矿热液在同一大地构造环境、不同温压物理成矿条件下形成的，它们生成于不同深度、不同地质构造部位，赋存于不同的地质体中，但在时空、空间、成因上均具有密切联系，其相伴产出，是在铜石潜火山中低温热液成矿系统中生成的金矿类型组合(图6)[9]。

1—朱砂洞组白云岩；2—朱砂洞组泥云岩；3—馒头组页岩；4—崮山组泥灰岩；5—张夏组鲕粒灰岩；6—马家沟群灰岩；7—二长闪长玢岩；8—二长斑岩；9—角砾岩；10—二长花岗岩；11—金矿体；12—构造破碎带；13—脉状构造—隐爆角砾岩型金矿体；14—筒状构造—隐爆角砾岩型金矿体；15—碳酸盐岩微裂隙浸染型金矿体；16—蚀变斑岩脉型金矿体；17—层间角砾岩型金矿体；18—矽卡岩型金矿体