胶东金矿区夏甸金矿床矿化分布规律及构造控矿分析

刘玉桥，李寿磊，牟志军

(1.招金矿业股份有限公司，山东 烟台 265400；2.潍坊市寒亭区自然资源和规划服务中心，山东 潍坊 261100)

0 引言

胶东半岛是中国最大的金成矿省，已探明金资源量超过5000t[1]，其中主要的金矿集中产于胶西北地区的3条NE—NEE向区域性断裂带内[2]。夏甸金矿床是胶西北地区典型的构造蚀变岩型金矿床，其位于招平断裂带南段，是胶西北地区南部最大的金矿床，已探明金资源量超过170t[3]。夏甸金矿床内矿体分布与其他胶西北地区的金矿床相似，均在垂向和走向上呈舒缓波状分布，与控矿断裂紧密相关[2-4]，因此，查明矿体分布规律和构造控矿特征将有力的指导夏甸金矿深边部找矿工作。前人用传统的地质调研和勘探资料分析来研究夏甸金矿床矿体分布规律和构造控矿特征，然而这些研究往往是基于二维数据的，对于三维空间中的矿体展布规律及其控制因素的理解可能存在不足。

对此，本文利用三维地质建模、空间分析等技术，结合野外地质调研，对夏甸金矿床的矿体、控矿构造进行全面研究，探讨矿体空间展布规律、矿化富集规律、控矿构造空间形态及其与矿化的空间关系，从三维空间角度理解夏甸金矿床的矿体就位过程和控制机制，以期加深夏甸金矿床成因认识，为深部和外围资源勘查提供指导。

1 地质背景

胶东金矿区位于华北克拉通东缘，主要由西部的胶北地体和东部为苏鲁造山带组成，二者以五莲-烟台断裂带为界[1]。胶西北地区位于胶北地体的西北部，该区主要出露的地层为新太古代胶东岩群、古元古代荆山群等，均经历了高级的变质作用(角闪岩相至麻粒岩相)。胶西北地区主要的岩浆活动发生在太古代和中生代，前者形成了陆壳中常见的TTG岩石系列，后者则发育了花岗岩和一系列中基性脉岩，以晚侏罗世玲珑黑云母花岗岩、早白垩世郭家岭似斑状花岗闪长岩和煌斑岩、辉绿岩以及早白垩世艾山二长花岗岩为主。胶西北地区的构造主要为NE—NEE向区域断裂带(图1)，自西向东依次为三山岛断裂带、焦家断裂带、招平断裂带，控制了区内绝大多数金矿床(特别是超大型矿床)的形成与产出。这3条断裂带的整体特征产出相似，均呈现出脆韧性变形特征，倾角变化范围在30°～50°，以一层黑色断层泥为识别标志，绝大多数的金矿化赋存在主裂面下盘。

1—第四纪沉积物；2—白垩纪沉积物和火山岩；3—新元古代蓬莱群板岩、大理岩、灰岩(1.1～0.8Ga)；4—古元古代荆山群/粉子山群片岩、含石墨片麻岩、斜长角闪岩、大理岩(2.2～1.9Ga)；5—新太古代胶东群栖霞/谭格庄序列TTG岩系(2.7～2.5Ga)；6—晚侏罗世玲珑、栾家河花岗岩；7—早白垩世郭家岭花岗岩；8—早白垩世艾山花岗岩；9—断裂带；10—焦家式金矿；11—玲珑式金矿图1 胶西北矿集区地质简图[3]

胶西北地区金矿床形成时间集中于约120Ma，是克拉通活化背景下岩石圈大规模减薄的产物。按矿化产出特征划分为蚀变岩型和石英脉型，前者资源量占据了胶西北矿集区金资源量的80%以上，绝大多数大型、超大型金矿床均属蚀变岩型金矿[2]，以焦家金矿为代表，矿石为黄铁绢英岩化碎裂岩，靠近区域断裂带。石英脉型矿床以玲珑金矿为代表，矿石主要为石英硫化物脉，发育在次级断裂。区内金矿床常同时发育蚀变岩型和石英脉型两种矿化。

夏甸金矿床矿区范围内主要出露地层为前寒武纪胶东岩群和荆山群岩系(图2)，前者主要以变辉长岩(斜长角闪岩)和奥长花岗岩，后者以黑云变粒岩、含石墨斜长角闪岩、透辉石大理岩为主。夏甸矿区发育玲珑黑云母花岗岩和少量闪长玢岩、煌斑岩、辉绿岩等脉岩，其中玲珑黑云母花岗岩是主要的赋矿岩石(图2)。

1—新太古代谭格庄TTG岩系；2—晚侏罗世玲珑花岗岩；3—白垩纪煌斑岩；4—黄铁绢英岩化蚀变带；5—矿体；6—断层图2 夏甸金矿床地质简图[3]

夏甸矿区内的主要构造为招平断裂带，沿走向呈舒缓波状通贯全区。在留仙庄以北，发育在玲珑黑云母花岗岩体中，走向近SN向，E倾，倾角约35°；而在留仙庄以南，主要沿玲珑黑云母花岗岩体与前寒武纪变质岩的接触带发育，走向逐渐变为NE，倾角约45°。招平断裂带宽约100～300m，带内的构造岩主要为碎裂岩、角砾岩、断层泥等。

2 矿体地质特征

夏甸矿床的金矿化显著受招平断裂带及其次级构造控制(图3a)，在空间中呈现出不均一分布的特征。矿体形态相对简单，倾角一般在20°～60°，呈脉状、似层状、透镜状产出或呈不规则状，常具有多处分支复合现象。主要的矿体为Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ号矿体，其中Ⅶ号矿体是夏甸矿床最大的金矿体，占据了金资源量的95%以上。Ⅶ号矿体的厚度变化范围在1～47m，沿侧伏方向延伸长度可达1400m。夏甸金矿体的品位主要集中在1～36g/t，平均品位3.4 g/t。

a—夏甸矿区招平断裂带内发育黑色断层泥、矿体角砾、糜棱岩，下盘发育蚀变岩型矿体;b—近主裂面的浸染状蚀变岩型矿石发育强烈的绢英岩化，碎裂状石英磨圆度高、呈一定的定向排列特征，黑色基质为细粒绢云母和黄铁矿;c—远离主裂面部位的玲珑岩体中发育节理，红化蚀变沿节理交代发育，远端石英—黄铁矿细脉主要呈NE倾;d—陡立状含金石英硫化物细脉穿插早期贫矿石英脉；e，f—矿石中的银金矿主要与黄铜矿共生或被包裹于黄铁矿中；Qz—石英；Kfs—钾长石；Sd—菱铁矿；Py—黄铁矿；Ccp—黄铜矿；EI—银金矿图3 招平断裂带夏甸金矿床矿体及矿石矿物产出特征分布

夏甸金矿石主要为蚀变岩型，与强烈的黄铁绢英岩化和碎裂岩化作用密切相关(图3b)。同时，夏甸金矿也发育其他类型金矿化，如黄铁矿-石英脉型、块状硫化物型[3]。蚀变岩型矿石多呈细脉浸染状、网脉浸染状构造，硫化物多以团块状出现在石英碎晶的边缘处，矿石内常见早期石英或蚀变岩角砾。黄铁矿-石英脉型矿石主要以硫化物丰富、脉石矿物相对较少为特征，多充填在次级节理裂隙中(图3c、图3d)，具有较高的品位。块状硫化物型矿石分布规律不明显，具有丰富的黄铁矿、磁黄铁矿、铁白云石[3]。夏甸矿区不同类型矿石的结构相似，均见碎裂状结构、填隙结构、包含结构、交代结构和出溶结构等，但相对而言，蚀变岩型矿化的碎裂化程度更高，且常见定向排列特征。

夏甸不同类型金矿石在矿物组成上区分不明显，含金矿物均为银金矿(金成色在420～880)，载金矿物多为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等，脉石矿物有石英、铁白云石、绢云母、金红石、白钨矿等(图3e、图3f)。金的主要赋存形式为裂隙金(56%)，其次为晶隙金、包体金(43%)，固溶体金在夏甸矿区占比很低(<1%)。

3 三维建模与空间分析

三维建模已成为矿山生产、成矿规律、矿床成因、成矿预测、储量估算的重要研究技术之一[5-9]。本文利用显式—隐式建模的方法在GoCAD软件中对夏甸矿区内金矿体和控矿断裂进行了三维地质建模，断裂面模型用DSI算法光滑，金品位模型基于38198个品位数据利用三维克里格插值实现。

3.1 矿体空间展布特征

夏甸地区的金矿体在空间中整体相连但分布不均匀，存在多个贫矿/无矿带，表现出明显的分支复合特征。同一矿体内也存在该特征，如在Ⅶ号矿体，其在500m标高矿体在538线附近膨大(图4a)，向两侧减薄；而其深部，膨大部位出现在两侧，538线附近则变薄、甚至尖灭。此外，夏甸矿区的蚀变岩型和脉状矿体在空间中也存在一定的分布规律，主要表现为蚀变岩型矿体距离主裂面较近，矿体品位较稳定但偏低，而黄铁矿-石英脉型矿体(以下简称脉状矿体)陡倾，远离主裂面，品位变化系数大，品位相对较高(常大于5g/t)。脉状矿体在浅部和深部均发育，未呈现出明显变化。

为更直观的呈现出夏甸金矿床的品位空间分布规律，本文基于勘查数据利用显式建模方法开展了夏甸金矿体的三维建模。夏甸矿体金品位分布不均一，存在多个矿化富集中心，多呈不规则状，常被低品位矿化带围绕，整体相连(图4a)。矿化富集带尚未呈现出明显一致的矿体侧伏特征，在南部的Ⅱ号矿体整体向NE侧伏；中部的Ⅴ、Ⅶ号矿体规模较大，整体的矿化蚀变带(特别是矿体)整体呈V字形，存在NE和SE侧伏特征；北段的道北庄子矿化蚀变带整体呈N—S或SE方向展布特征，NE向侧伏规律不明显(图4b)。

本研究建立的三维模型显示，夏甸矿床主矿体(Ⅶ矿体)沿招平断裂带走向出现了膨大狭缩特征，并呈现出明显的波状起伏特征，其中500线、538～550线出现明显的膨大(图4c)。此外，夏甸矿区平行主裂面分布一系列脉状矿体，这些矿体的局部与主矿体相连，在571线附近分支最为显著(图4c)。

a—夏甸金矿床矿化带(零星分布的蓝点为钻孔揭露的贫矿化体)；b—矿体分布三维栅格模型；c—Ⅶ号矿体模型平面视角图4 夏甸金矿床矿体空间展布示意图

3.2 构造变形特征

招平断裂带是夏甸金矿床的关键控矿断裂，几乎所有矿体受招平断裂带及其次级裂隙控制。招平断裂带在夏甸矿区表现出强烈的脆韧性变形(图3a)，蚀变岩型矿石常见的同变形结构(图3b)，此外，断层破碎带内可见成矿早期蚀变岩角砾和矿体角砾，揭示在成矿期、成矿后招平断裂带仍持续发育脆韧性变形。由于招平断裂带发育多阶段的构造活动，早期的构造痕迹保留极为有限，本文通过节理统计，发现形成夏甸矿区控制早期红化作用的节理和主成矿期脉状矿体的节理优势方位集中在NWW和NNE—NE方向，E倾(图3c、图3d)，说明招平断裂带在成矿早期和成矿期的挤压状态出现由NWW向NE的转变。成矿期含矿共轭节理进行应力反演显示，招平断裂带在成矿期层曾发育右行走滑正断层活动，最大主应力方向近于垂直，但偏向SW，最小主应力方向为NW—SE(图3a)。

为进一步从空间中表达招平断裂带的产出特征，本文建立了夏甸地区招平断裂带的三维模型。由于勘查数据的空间不平衡特点，招平断裂带在浅部高密度数据区的三维模型具有更为复杂的形态，而在稀疏数据区的断裂模型光滑。三维模型显示，招平断裂带在夏甸矿区整体倾向SE，倾角多在30°～60°(图5)。在招平断裂带深部整体倾角低于35°，但在NE方向，具有相对高的倾角(35°～45°)，倾向SE。

图5 夏甸地区招平断裂带三维模型

在夏甸矿区，招平断裂带在走向方向上存在明显起伏，整体呈现出在N、SE、S方向上的明显波动。这种产状变化在矿区南部尤为明显，表现为倾向由SE至NE再转为SE的特征，且倾角较大(>50°)。

3.3 构造与金的空间关系

本文通过不同的空间分析技术提取了招平断裂带的特征(距离场、倾角、倾角变化、起伏程度)，并将其与金品位进行关联分析(图6、图7)。结果显示，夏甸金矿床的金主要富集在招平断裂带主裂面下盘250m的范围内(图7a)。其中两个金富集带能够被识别出，其中第一富集带具有相对高的金属量和低的品位(约2.5g/t)，分布于在(0，-150m)的区间范围，第二富集带具有相对高的金品位，集中产于(-150m，-250m)范围内(图7a)。整体而言，靠近主裂面的部位存在更多的矿化体元(图7a中红至白色部位)。

a—距离；b—倾角；c—断层面缓陡转折特征；d—二级形态起伏特征图6 夏甸金矿体与不同构造特征的空间关系(箭头指示了脉状矿体产出)

a—距离；b—倾角；c—断层面缓陡转折特征；d—二级形态起伏特征图7 不同构造特征与金品位、平均金品位、累计金属量的双变量图解和条形图

在夏甸金矿，金与断裂倾角没有明显的规律性变化，但多数的矿化体元与倾角35°～55°的断裂面相关(图7b)。招平断裂带的倾角变化值在夏甸地区多数都小于8°(图7c)，显示出了平缓的起伏变化，主要的金矿化与中等的转折角度(约5°)密切相关。金品位与倾角变化值具有显著的非线性关联特征，其中在陡缓转折最大和最小的部位出现了明显高的金品位。在三维模型中，Ⅶ号矿体的中浅部出现了最大的倾角转折幅度。

形态起伏分析结果显示，招平断裂带的起伏范围主要在-50m～50m(图7d)，但Ⅶ号矿体沿断裂走向出现了起伏程度的高低转换(图6d)。夏甸矿区主要的矿化体元集中在下凹(倾向反方向)的部位(图7d)。高品位体元常出现在强起伏的部位附近(图7d)，但在下凹40m时最为发育。

4 讨论

4.1 构造变形对矿体就位的控制

三维地质建模为从空间中全面厘定矿体侧伏规律提供了重要途径[5-6]。研究显示，招平断裂带在夏甸矿区南部和北部均出现了走向上的转折，主要的矿化部位被向西外凸的招平断裂带所控制，说明在成矿期，招平断裂带的右行走滑活动一定程度上控制了金矿化的整体产出。进一步的矿体三维模型显示，夏甸矿区的矿体侧伏规律在空间中并不一致，在南部(Ⅱ号矿体)和北部(道北庄子矿体)分别向NE和SE方向侧伏，而在中部的主矿化段的矿体侧伏规律不明显。Ⅱ号矿体和道北庄子矿体的矿体侧伏方向均与招平断裂带的倾向方向一致，在无矿段(Ⅱ号矿体南侧和道北庄子矿体北侧)断裂面倾向与含矿段恰好相反，在这些部位出现了明显的构造转折特征。前人研究显示，胶东地区的金矿床常在垂向上出现矿体的间隔式分布特征，矿体产出部位与断裂面陡缓转折部位密切相关，矿体常在缓倾部位产出，而陡倾部位常不见矿[2,10-11]，例如三山岛北部海域金矿、大尹格庄金矿。这种现象一般被归结为断裂在垂向上的紧闭—扩容组合控矿，即含矿流体沿断裂面向上迁移过程中，向扩容部位汇流，而在紧闭部位圈闭[12]。研究显示，断裂面在走向上的转折同样控制了金矿体的空间就位，说明深部含矿流体向上运移过程中，断裂面的转折显著控制了流体的流动方向。通过上述分析，推断夏甸矿区的深部成矿流体运移通道可能在矿区中段深部，其向上运移过程中的南北分支，形成了现在观测的矿体南北段不同侧伏特征。

4.2 构造变形与矿化类型的成因关系

断裂带构造是胶东地区直接控制金矿化及相关的热液蚀变空间分布的重要因素。夏甸矿区的金矿化多围绕招平断裂带及其次级裂隙发育，三维模型和空间分析揭示出夏甸矿床中金在招平断裂带缓冲区范围内发育多峰分布特征(图7a)，dF=0～-150m具有稳定的、相对低的品位，dF=-150m～-250m范围内发育高的品位(可达10g/t)。说明夏甸金矿床的主矿体(主要由蚀变岩型矿石组成)分布在招平断裂带主裂面下盘150m的范围内(dF>-150m)。远端高品位矿体可能代表了主矿体的分支(图6a)，其多为硫化物脉充填形式产出(图3c、图3d)。在夏甸金矿床，所有的矿体均形成在中低温、低盐度、富CO2的流体系统[4]，蚀变岩型矿石和硫化物脉不存在明显的流体差异。但细脉浸染状的蚀变岩型矿石无论在显微尺度还是手标本尺度常出现强烈的变形特征，且招平断裂带普遍发育多期的构造透镜体、碎裂岩、糜棱岩(图3b)，暗示成矿过程伴随了多次构造变形作用。通常，断裂带发生重复的糜棱岩化和角砾岩化作用将导致压力的周期动荡和周边岩石孔隙度、渗透率的增高[13-15]。这种压力的汇聚—释放，高渗透率的岩石条件将有效提高深部流体的上涌、汇聚和进一步的水岩反应，促进金矿化的发育[15-17]。因此，靠近主裂面的矿体可能与强烈的脆韧性活动引发的岩石碎裂、流体流动、交代作用有关。

空间分析结果显示，夏甸矿区Ⅶ矿体在中浅部发育了明显的的矿体分支现象，而这些部位出现了明显的断裂面陡缓变化(图6c)。该特征说明矿体的分支极有可能与断裂面的产状变化有关。相似的现象，同样出现在了北耩矿体。北耩矿体走向整体与招平断裂带小角度相交，而相交位置与招平断裂带的走向转折部位一致。构造应力反演可知，夏甸矿区在成矿期的第一主应力和第二主应力方向分别为近垂向和NE—SW方向，因此，断裂面的转折部位可能引起了局部应力方向的不一致或发生压扭作用，影响了成矿流体的流动方向[18-20]。与近端蚀变岩型矿体相比，远端高品位矿主要形成在陡倾张性裂隙中(图3c、图3d)。这些部位比近端脆韧性变形部位的应力梯度变化明显要大，将诱发更为剧烈的流体动力条件变化[21-24]。在瞬时的压力释放后，流体动力条件降低、金属大量沉淀，最终形成充填状的矿石构造。因此，远离主裂面、充填在次级裂隙中的矿体可能与脆性张性裂隙导致的流体快速充填、滞留有关。

5 结论

夏甸矿床的金矿化产出和矿化类型显著受控于招平断裂带及其次级裂隙。在成矿期，夏甸金矿床经历了从NW向挤压到NE向挤压、NW向拉张的应力转换，在这种应力作用下，招平断裂带主裂面出现了走向、倾向上的波状起伏。夏甸矿床的矿体侧伏规律并不一致，在南部和北部分别出现了NE和SE方向的侧伏，与主裂面走向方向的转折特征密切相关，说明断裂面的几何形态特征明显控制了含矿流体在浅部的迁移、汇聚。此外，夏甸矿区不同类型矿体主要与断层距离场和主裂面倾角变化特征相关，暗示这些类型矿化的发育本质上是不同构造变形及其产物(如裂隙、构造岩等)与热液流体耦合作用的产物。