冀东冷口断裂带北侧金矿地质特征及远景预测

王久良， 武 峰， 赵靖雯， 杨爱雪

(河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山 063000)

冷口断裂带位于河北迁安-青龙境内，长近36 km，走向北西，倾向南西，倾角55°～80°，中部向南凸起，走向上被多个北东和近南北向断裂错断。该断裂带一般宽为40～100 m，最宽可达200 m。该断裂带内岩石较为破碎，构造角砾岩、糜棱岩、蚀变岩等较为发育。冷口断裂带由近于平行的多条断裂组成，自南向北主要由3条断裂构成，依次为石门至刘家口断裂、杏树坨至采桑峪以及大块地至六柱坪断裂。三条断裂倾向均为SW，倾角55°～80°。该地区凉水河-三拨子厢式向斜以及冷口断陷盆地主要由上述断裂整体控制。该断裂带北侧构造发育，岩浆活动频繁，在其北侧冷口断陷盆地内中元古代碳酸盐岩地层广泛发育。

在断裂带北侧中元古代地层中已发现的金矿床及矿化点主要有二拨子东沟金矿、石山沟、长城金矿、清河沿金矿等，其金矿成因与国内其他地区金矿有所不同(樊秉鸿等,1998；杨喜安等,2017；刘祥朋等,2017；周先军等,2019)。本区典型金矿床长城金矿及清河沿金矿的成因类型尚未达成统一认识，有学者认为是卡林型(赵文浩等，2003)、热液(断裂蚀变岩)型(孙爱群等，2002；张艳春,2003)、类卡林型(张俊怡，2018)等。此外，前人对该区单个矿床研究居多，区域性总结研究工作偏少，指导找矿的效果偏弱。因此，亟待对区域性金矿床进行综合研究。笔者以冷口断裂带北侧金矿为研究对象，通过研究金矿地质特征预测金矿找矿远景区。

1 地质背景

研究区在大地构造位置上位于华北克拉通北缘，地处华北板块与西伯利亚板块之间，马兰峪复背斜与山海关隆起衔接部位，是中国金矿的主要产地之一，在地理位置上位于河北迁安-青龙境内。

冷口断裂带北侧地层主要为太古宙结晶基底及中元古代沉积岩盖层，南侧主要为太古宙深变质岩；另有一些燕山期中酸性岩体沿该断裂带北侧侵入。在其北侧新房子-清河沿一带碳酸盐岩地层广泛发育，地层出露齐全，长城系-蓟县系均有发育，并且在长城系的常州沟组、高于庄组以及蓟县系杨庄组中均发现有金矿床，矿床规模均为中小型(图1)。

图1 冷口断裂带沿线金矿分布图(董建乐，2002)Fig.1 Distribution of gold deposits along Lengkou fault zone1.中侏罗统、早白垩统碎屑岩；2.燕山晚期酸性火山岩；3.古生界沉积岩；4.中、新元古界沉积岩；5.古元古界变质岩；6.太古宇中深变质岩；7.燕山早期中酸性侵入岩；8.元古宇闪长岩；9.断裂；10.遥感解译环型构造；11.1∶5万遥感构造解译区；12.矿床(小、中、大)

2 矿床地质特征

冷口断裂带北侧的中元古代沉积岩中已发现清河沿、二拨子东沟、长城、石山沟等多个金矿床及矿化点，形成了一个金多金属成矿带。现将清河沿金矿和长城金矿作为本地典型的金矿床进行研究。

2.1 清河沿金矿

清河沿金矿分布于冷口-擦崖字北西向断裂带中。区内出露的地层主要为长城系和蓟县系，不整合于太古宙变质岩系上，矿体赋存在中元古界高于庄组三至四段白云岩内(图2)。断裂构造比较复杂，按产状共分为3组，即东北向、北西向、近东西向断裂。这些断裂对金矿的形成和富集起到重要作用，在断裂交汇部位常形成厚大的富矿地段(图2)，矿区范围内未见有岩浆活动。

矿区共分为大西峪、斧刃山、鸽子房3个矿段，共圈出11个矿体。矿体长为40～170 m，倾向延伸较浅，一般为28～135 m，平均厚度为1.23～17.45 m，变化系数为20%～116%，平均品位为(3.29～17.45)×10-6，品位变化系数为74%～132%。品位由地表向深部变化较大，呈现地表富深部逐渐变贫的特点，由于受构造破碎带控制，产状变化较大，倾向SW、SE、NE均有，倾角为59°～90°。矿体形态主要为脉状、透镜状，主要受破碎带控制，赋存于白云质角砾岩中。矿石类型主要为角砾岩型金矿石(图3)，角砾岩成分为白云质，硅质等，砾径大小不等，一般为1～10 cm。胶结物主要为硅质及铁锰矿物；角砾岩中金属矿物为纤铁矿，少量针铁矿，偶见黄铁矿，其含量≤5%，脉石矿物主要为玉髓-石英，其次为白云石、方解石及少量黏土质、黑云母、绢云母。矿石结构主要为胶状结构、角砾状结构、块状构造。反光镜下观察，金矿物主要为自然金(图4)，主要赋存于由硅质及铁锰矿物组成的胶状物之中，围岩蚀变较弱。

图3 清河沿角砾岩型金矿石Fig.3 Qingheyan breccia type gold ore

图4 金矿石(反光镜)Fig.4 Gold ore (reflector)

2.2 长城金矿

该矿床与清河沿金矿同赋存于于冷口断裂带北侧沉积岩地层中，两者相距约10 km。长城金矿区出露地层主要为长城系高于庄组，蓟县系杨庄组、雾迷山组和侏罗系后城组以及第四系(图5)。矿区内受冷口断裂带影响，构造发育，主要为北西、北东向断裂。另外区内存在一背斜褶皱，轴向北东，翼部及轴部被断裂构造错动，而金矿脉就赋存于上述构造交汇处。肖营子岩体位于矿区北东侧约3 km处，矿区内未见岩浆岩体出露，仅在钻孔中见有煌斑岩脉和闪长玢岩脉。矿区内金矿体主要赋存于杨庄组紫红色泥质白云岩内(图5)，部分金矿体赋存于蚀变闪长玢岩脉中。

图5 长城金矿地质简图Fig.5 Geological sketch of Changcheng gold deposit1.第四系；2.侏罗系后城组；3.蓟县系杨庄组；4.长城系高于庄组三至四段；5.构造碎裂岩；6.煌斑岩；7.矿体位置及编号；8.断层及编号；9.推测断层；10.剖面及编号

矿区内共圈定7个矿带，呈北西向大致平行排列，矿区内大部分矿带受断裂或蚀变岩带控制，矿体形态似层状、透镜状和脉状(图6)。矿区共发现40余条金矿体，矿床规模已达中型，其中以Ⅰ矿带Ⅰ-9号矿体规模最大，矿体长度达360 m，平均厚度为3.02 m，平均品位为3.33×10-6，走向110°～140°，倾向SW，倾角55°～72°。矿石类型主要为白云岩型(图7a)以及蚀变闪长玢岩型(图7b)。

图6 长城金矿0号和3号勘探线地质剖面图Fig.6 Geological profile of No.0 and No.3 prospecting lines of Changcheng gold deposit1.第四系；2.蓟县系杨庄组三段；3.蓟县系杨庄组二段；4.蚀变含砂泥质白云岩；5.闪长岩脉；6.闪长玢岩脉；7.工业矿体位置及编号；8.低品位矿体位置及编号；9.产状(倾向/倾角)；10.断层位置及编号； 11.坑道工程位置及编号；12.钻孔编号

矿石中主要金属矿物有黄铁矿、褐铁矿、自然金、自然银(含量极少)，其中自然金仅在个别矿石中可见，含量极少，呈细粒显微金颗粒分布于黄铁矿晶隙间。据电子探针测定，自然金的金含量为92.88%～98.29%(表1)；脉石矿物为石英、方解石、白云石、绿泥石、角闪石、斜长石等；矿石结构主要为粉晶-泥晶结构，少量斑状结构(图7a,b,c,d)，块状构造；浅部各矿带近矿体围岩硅化、绢云母化、泥化、碳酸盐化及铁白云石化发育，其中铁白云石化范围相对较广，沿隐爆角砾岩的多组裂隙呈迷雾状、网脉状分布。深部蚀变以铁白云石化(图7e)、硅化最为发育(图7f)，其次是绢云母化、泥化、碳酸盐化。铁白云石化较强处，如矿石呈粉红色压碎熔蚀构造蚀变岩，硅化往往较强，矿石为灰黑色致密块状蚀变白云岩时，金含量最高，可达20×10-6以上，褐铁矿化、硅化、铁白云石化为区内的找矿标志。

表1 矿石中金矿物电子探针测定结果Table 1 Electronic probe analysis of gold minerals in ores /%

图7 长城金矿岩矿石岩相学特征Fig.7 Petrographic characteristics of Changcheng gold deposita.蓟县系杨庄组含砂质泥粉晶白云岩(+)；b.长城金矿蚀变石英闪长玢岩(+)；c.蓟县系杨庄组自形-半自形黄铁矿(反光镜)；d.蓟县系杨庄组半自形-他形黄铁矿(反光镜)；e.蓟县系杨庄组白云岩型金矿体(铁白云石化较强)；f.蓟县系杨庄组白云岩型金矿体(硅化较强)

3 岩石地球化学特征

在冷口断裂带北侧金矿化蚀变带及附近采集了16件代表性样品，采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行微量元素测试，结果见表2。

表2 冷口断裂带北侧金矿化蚀变带及附近岩石中的微量元素含量Table 2 Trace elements in the gold mineralized alteration zone and the adjacent rocks on the north side of Lengkou fault zone

利用SPSS17.0软件分析了各元素含量的相关性(表3)。结果显示，Au含量与As、Co、Ni、Pb、Hg等含量呈正相关，这元素组合与卡林型金矿Au、Ag、As、Hg、Sb元素组合不同，其中Hg、As作为探途元素，其含量明显高于Au的丰度值，表明Au的富集与构造有关，而Co与Ni亲Fe，表明成矿物质来源可能与地幔物质或下地壳关系密切。

表3 冷口断裂带北侧岩石微量元素相关系数 Table 3 Correlation coefficient of trace elements of rocks in the north side of Lengkou fault zone

通过野外观察发现，清河沿金矿矿石越破碎、长城金矿矿石越红，金品位就越高。清河沿金矿矿石角砾岩的胶结物主要为铁锰质，而长城金矿矿石红化是由铁化物形成。因而对研究区矿石与围岩中Fe含量进行分析发现(表4)，矿石中Fe的平均含量(0.83%)明显高于地层Fe的平均含量(0.51%)，推测为前文所提及的铁白云石化所引起。铁白云石化间接表明介质是富CO2、贫H2S的氧化环境。金以微细粒存在于铁白云石化的岩石中，铁白云石化的强弱与金含量高低呈正相关(图8)，说明含矿热液含有一定的Fe，且矿石的红化现象与杨庄组本身的红化是不同的。

表4 研究区矿石与围岩中Fe及Au含量Table 4 Content of Fe and Au of ores and wall-rocks in study area

通过上述分析，笔者推测该地区成矿可分为两个阶段：第一阶段为含铁质的矿化热液在高于庄组岩石破碎地段交代围岩沉淀成矿(清河沿)；第二阶段为含矿热液沿通道继续向上运移，在距地表较近较强的氧化环境中富集成矿，使部分Fe氧化成Fe2O3致矿石具有红色(长城金矿)，说明该区矿床存在着垂向分带。

4 金成矿有利条件分析及成矿模式建立

4.1 地层条件

冷口断裂带北侧广泛分布着中元古代碳酸盐岩及碎屑岩，其以盖层的形式赋存于太古宙结晶基底之上。该地区中元古代地层岩石中Au含量与上地壳Au克拉克值比值为0.78～2.06(表5)，表明该地区地层只能提供极少量Au，甚至不能为金矿的形成提供物质来源，只是充当了容矿的角色。冀东地区太古宙变质岩结晶基底Au丰度值可达12.05×10-9，故区内变质岩结晶基底尤其是八道河群的片麻岩和斜长角闪岩可能为金矿的形成提供大部分物质来源。

4.2 构造条件

冷口断裂带及其次级构造控制了该地区的构造单元分布，受其影响，北东向、北西向以及近东西向断裂发育，各断裂间的交织错断为本区提供良好的容矿空间及导矿构造。

4.3 岩浆岩条件

该区是一个大面积酸性岩浆活动区(张婉等，2013)，岩体东部出露且剥蚀强烈，向下延伸浅，西部大部分处于隐伏状态，上部覆盖中上元古代沉积岩地层。在冷口断裂带北侧出露的肖营子岩体以及沿北西向分布的众多形态复杂、规模不大的花岗斑岩、花岗岩等岩体为该侵入岩出露地表的一部分。当上述侵入岩沿冷口断裂带上涌时，使太古宙变质岩系中的成矿物质重新运移，岩浆热液携带成矿物质与天水混合形成含矿流体，在不同地段重新富集成矿。

4.4 岩石地球化学

通过对研究区矿化蚀变带及附近岩石微量元素分析以及矿石品位与Fe含量关系发现，As和Hg含量明显高于上地壳丰度值(Mclennan,2001)，与Au含量呈正相关性。这两种元素在研究区可表示为两种存在形式：一是作为探途元素，指示了构造的存在；二是作为前缘元素，指示了含卤水热液的运移方向。Co和Ni作为亲铁元素，说明含矿热液含有一定的铁质，物质来源为太古宙结晶基底。总体说明，研究区矿床的形成与构造和深部含铁热液的活动密切相关。

通过上述分析，冷口断裂带北侧金矿床赋矿地层为中元古代沉积岩，矿石类型有石英脉型、蚀变岩型、角砾岩型等，每个矿床空间上与其他类型金矿紧密伴生。推测其应为一个与中酸性岩体距离有关的成矿表现形式，矿床距离岩体由近及远由于温度、压力等条件不同，形成角砾岩型(清河沿金矿)、微细粒浸染型金矿(长城金矿)等不同矿石类型的一个成矿系列。这种表现形式主要为同一成矿作用的两种不同成分含矿热液所致，符合金矿“一体多型”的特点。由于后期剥蚀程度不同，在冷口断裂北侧不同地点出露不同矿石类型金矿床。

综合上述矿床地质特征，对冀东冷口断裂带北侧金及多金属成矿带建立如下成矿模式(图9)。

图9 冀东冷口断裂带北侧金矿成矿模式图Fig.9 Metallogenic model of gold deposit on the north side of Lengkou fault zone, Eastern Hebei

5 找矿远景预测

(1)从区域上看，该地区构造发育，尤其众多小型裂隙构造交错，具有较好导矿、容矿构造条件，并且燕山期岩浆活动频繁，冷口断裂带北侧沿线侵入岩众多，为成矿提供了充足的物质来源及热动力，故该地区理论上存在形成大型-特大型金及多金属矿床的“三位一体”条件。目前地表所出露的清河沿、二拨子东沟、长城金矿等众多矿体，只在该成矿带上的大型矿床上部及外围，因此认为在该地区深部具有很大的找矿远景。

(2)根据以往经验，与构造有关的矿床多赋存于导矿构造上盘，该区导矿构造为冷口断裂带，故根据冷口断裂带及其北侧矿点分布特征推断，该断裂带虽然地表产状为南西向陡倾，但在深部可能逐渐转为北东向倾斜，并可能逐渐变缓。基于以上考虑，冷口断裂带深部找矿应集中在北东方向，而不是沿地表产状一直向南西追索。

(3)长城金矿矿体赋存于长城系碳酸盐岩中，矿化程度取决于角砾岩带的岩石破碎程度和热液活动强度，后者往往决定了金矿体的存在与否。冷口断裂为金矿成矿提供了导矿通道，初步推断该矿床成因类型应为与隐爆角砾岩型金矿有关的浅成岩浆热液碎裂蚀变岩型金矿。通过综合研究认为，长城金矿相对于清河沿金矿为深部隐伏岩体的远端产物，推测长城金矿矿体在空间上有垂向分带，存在多个矿化富集段。在其深部，有可能存在其他类型金矿，找矿远景相对其他地段尤为突出。

6 结论

(1)清河沿金矿矿石类型主要为角砾岩型，金矿物主要为自然金，围岩蚀变较弱；长城金矿矿石类型主要为白云岩型和蚀变闪长玢岩型，自然金仅在个别矿石中可见，含量极少，呈细粒显微金颗粒分布于黄铁矿晶隙间，围岩蚀变较强；其中褐铁矿化、硅化、铁白云石化为区内的找矿标志。

(2)本区Au含量为(0.43～538.59)×10-9，平均为64.22×10-9；Au含量与As、Co、Ni、Pb、Hg含量呈正相关，金含量高低与铁白云石化的强弱呈正相关。

(3)金矿成矿物质来源于太古宙变质岩结晶基底；成矿热液为岩浆热液与天水混合形成的含矿流体；金矿的形成，与构造和深部含铁热液的活动关系密切。

(4)冷口断裂带深部找矿远景区为北东方向及Pb、As、Hg等异常区和地层中Fe含量高的地区。