山东省蓬莱-栖霞金成矿带地壳结构对金成矿的约束

单伟 迟乃杰 熊玉新 张伟 李勇 李敏 马祥县 于学峰 薄军委 舒磊 孙雨沁

摘要： 岩浆活动和构造活动是胶东地区金成矿的主要成矿要素，建立岩浆活动和构造活动间的成因联系是成矿机理研究的重要内容。本次贯穿笏山金矿和蓬莱 栖霞断裂带的高精度反射地震剖面测量显示，控矿的陡崖 台前断裂为地壳浅层的铲式断裂，其深部与垂向的蓬莱 栖霞断裂带的主干断裂栖霞 杨础断裂相交。栖霞 杨础断裂切穿地壳，表现出走滑断裂特征，沿断裂存在岩浆活动行迹。蓬莱 栖霞金矿带为以解宋营 紫现头断裂、栖霞 杨础断裂为主干，发育的右旋走滑断裂构造系统。岩浆活动和成矿作用分布于构造系统的局部张性域内。研究表明：胶东地区存在以剪切走滑为主控的构造活动和沿垂直地壳的剪切带与之耦合的岩浆活动。在此基础上，提出了以岩石剪切破裂模式为基础的，右旋走滑断裂控制的岩浆活动和成矿作用相耦合的基于岩石圈剪切破裂的成矿系统模型。

关键词： 蓬莱 栖霞金矿带；地壳深部结构探测；走滑断裂；岩石圈剪切破裂；成矿系统

中图分类号： P618.57     文獻标识码： A    doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.002

引文格式： 单伟，迟乃杰，熊玉新，等.山东省蓬莱 栖霞金成矿带地壳结构对金成矿的约束［J］.山东国土资源，2023，39（3）：5 13.SHAN Wei， CHI Naijie， XIONG Yuxin， et al. Constraint of Crustal Structures on Gold Mineralization in Penglai-Qixia Gold Metallogenic Belt［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（3）：5 13.

0 引言

胶东金矿具有典型的断裂构造控矿特征，是中生代华北东部地区存在大规模的内生金矿成矿过程的代表［1 3］。成矿过程是构造活动与岩浆活动相耦合的过程，但迄今为止，对成矿系统的认识多限于对地壳浅层地质现象的研究［4］，基于地壳结构约束的研究并不多。蓬莱 栖霞金成矿带是胶东地区3大金成矿带（区）之一，沿NNE向展布的栖霞断裂带（解宋营 紫现头断裂和栖霞 杨础断裂）分布，金矿床受断裂构造、郭家岭花岗岩体、胶东岩群等成矿地质体控制。矿床受NE、NNE向断裂及裂隙控制，主要产于胶东岩群变质岩中的断裂带内，部分产在郭家岭花岗岩与胶东岩群内外接触带上。该矿带分布有各种类型金矿床及矿点77个，其中大型金矿床6个，中型金矿床18个。矿床类型以破碎带蚀变岩型和石英脉型2大类型为主。石英脉型金矿床主要分布于臧家庄盆地以北的蓬莱地区，蚀变岩型金矿分布在臧家庄盆地及以南地区的大型断裂内，其中位于台前 陡崖断裂带内的笏山金矿为该区域深部找矿的典型代表。

以胶西北金成矿密集区为目标的地壳深部结构探测显示金成矿与走滑断裂带存在成因联系［5］，同时也与岩浆的上涌和伸展构造的发育存在密切关系［6］。以上认识从成矿系统构成的角度，建立了岩浆活动与构造活动的关系，同时也勾勒出不同类型的断裂构造与成矿作用的耦合性关系，为从成因角度系统认识地质过程中各种成矿要素的有机联系奠定了基础。以上对成因机制和地质过程的认识是否正确，相似的规律是否具有再现性，本次工作在蓬莱 栖霞金成矿带进行了验证性研究，同时也对蓬莱 栖霞金成矿带的成矿机理形成了系统性的认识。

本次研究通过蓬莱 栖霞金成矿带中段的深反射地震剖面测量，获得了该带的深部地壳结构、构造特征，结合地表地质信息，建立了该区域的构造格架。深部探测结果显示：该区域分布着NNE向延伸的走滑断裂，断裂切穿了地壳，沿垂向断裂存在岩浆活动。赋存笏山金矿床的台前 陡崖断裂为地壳浅层的铲式断裂，其深部延伸与垂向的走滑断裂相交。以上结构特征再现了大尹格庄金矿田的构造 岩浆 成矿组合模式。蓬莱 栖霞金成矿带以解宋营 紫现头断裂和栖霞 杨础断裂为主干，形成了以右旋剪切错动为主控，配套发育各类次级断裂和拉分盆地和岩浆侵入体的构造 岩浆 成矿作用分布带。该项认识明确了胶东地区以走滑断裂构造体系为主控的金成矿机理，以此为基础建立的成矿系统模型展现了胶北地块内部金矿床的分布规律和内在成因联系。

1 地质背景

蓬莱 栖霞金成矿带位于胶北地块胶北隆起区的中部。胶北地块现今位于太平洋板块俯冲的弧后区，中生代则位于华北克拉通的东南缘。其南临胶南威海造山带，西侧以郯庐断裂带为界与鲁西地块相邻。作为华北克拉通重要组成部分的胶北地块，地史演化漫长，岩浆、构造发育期次众多。经历了太古宙至元古宙的陆核 地块（体） 联合地块逐渐生长、增大、拼合的陆块形成过程，也经历了中生代华北陆块与杨子陆块的拼合，以及中新生代古特提斯构造域向太平洋构造域的转换。

蓬莱 栖霞金成矿带内发育新太古代绿岩建造 胶东岩群（同位素年龄最早在2.9Ga）［7］和古元古代粉子山群。胶东岩群和粉子山群的变质程度达到角闪岩 麻粒岩相，构成该区域的结晶基底。在此之上，局部覆盖有新元古代蓬莱群，为稳定环境下盖层性质的碎屑岩、碳酸盐岩沉积。

胶北地块内存在多期构造运动的复合叠加，构造形迹复杂［8］。中生代早期的南北陆块拼合，华北东部克拉通破坏，郯庐断裂带的左旋走滑、古太平洋块向亚欧板块的斜向俯冲等一系列地质事件在该区域均有显现。构造体制也相应的由古特提斯构造域转换为滨太平洋构造域。以上过程在胶东地区形成了EW向构造与NE向构造相叠加的构造格局。出露的主要构造形迹为褶皱、断裂以及韧性剪切带。

该区域新太古代、古远古代以及新元古代构造运动形成的构造形迹，由于中深成相的变质作用以及浅表层的隆升剥蚀，现今所能见主要为韧性剪切带或流变构造。

前期本项目组在胶西北金矿集区开展了贯穿三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂带的高精度反射地震剖面测量（图1），发现了胶北地块内部发育有小位移量的走滑断裂系统［5］。在招平断裂带中段的大尹格庄金矿田内，存在走滑断裂系统与伸展断裂系统相叠加，同时与岩浆活动相耦合的现象［6］（图2b），以上现象的发现为再认识胶东地区金成矿机理提供了新的契机。

2 地震数据采集与处理

高分辨率反射地震剖面位于蓬莱 栖霞成矿带的中段（图1，G H），剖面近于垂直NNE向延伸的栖霞 杨础断裂，过笏山金矿，剖面全长20km。反射剖面为共深点（CDP）叠加剖面，炮间距为40m，检波距为20m。

数据处理采用以野外静校正、叠前噪音衰减、子波一致性处理及精细速度分析为主线的处理流程，分时分频处理，获得了水平叠加剖面、DMO叠加剖面、水平偏移和DMO偏移剖面以及相应的分频分时剖面等。

（2）台前 陡崖断裂表现为强反射界面，倾向E。垂向上延伸自0～2.5s，深部存在间断，应为与栖霞 杨础断裂的交会处。

（3）自3.5～9.5s间，地震波组呈现强反射与无反射相混杂的特征。强反射的同相轴存在弯曲、错动的特征。同时，呈现相互穿插的“鳄鱼嘴”结构特征；强反射区与无反射区呈斑杂状交错分布。反应该区域岩性组成复杂，构造改造强烈。推测为变质岩分布区，内部存在岩浆岩的就位。结合该区域靠近胶南 威海造山带以及岩浆岩中存在扬子地块的继承锆石的现象，推测该区域可能存在华南 华北陆块拼合时，不同地体相互穿插的现象。

（4）自9.5～10.5s为壳幔过渡带，表现为强反射同向轴组成的波组相互叠置的特征。内部结构凌乱，显示存在明显的构造改造作用。

3.2 地壳结构与构造格架特征

基于剖面展现的地震波组特征和已知的区域地质特征，该剖面展现的地壳结构垂向呈层状结构，横向存在间断的特征。

（1）地壳浅层为玲珑花岗岩分布区，厚度约为10～13.5km。区域内地表分布的前寒武纪结晶变质岩为漂浮在玲珑花岗岩岩基之上的岩片。玲珑花岗岩岩体内部存在变质岩包体以及后期的岩株状岩浆侵入体。

（2）玲珑花岗岩岩基以下至壳幔过渡带为变质岩分布区。依据区域地质演化史推断，该区域仍以前寒武纪变质岩为主体，内部可能存在岩浆岩侵入体和外来的岩片的插入，呈现挤压推覆的构造特征。

（3）壳幔过渡带厚度约3km，强反射界面存在错断，叠置现象，表明该界面存在强烈的构造改造。

（4）剖面贯穿到的栖霞断裂表现为垂向的切穿地壳的断裂束。断裂带两侧及内部的地质体呈现不连续的间断特征，表明地质体存在水平的错动。

基于以上地壳结构特征的约束，可以建立以走滑断裂（栖霞 杨础断裂）和铲式断裂（台前 陡崖断裂）为主干的构造格架样式。走滑断裂为贯穿地壳的断裂系统，沿断裂系统存在岩株状的岩浆岩体，台前 陡崖断裂为地壳浅层的断裂；与走滑断裂在深部相交。同时外来岩片的插入表明，存在挤压推覆。

4 讨论

4.1 地壳结构特征对成矿系统的约束

对胶东地区中生代金成矿的认识存在克拉通破坏型金矿［9 10］、造山型金矿［11］、非造山带型金矿［12］等较大的争议。该区的构造系统和成矿系统研究也有多种认识［13 16］。本次工作获得的地壳结构特征对该区域构造格架形成提供了成因机制约束，同时也对认识成矿带内的断裂构造属性奠定了基础。

地壳结构特征表明该区的构造系统的形成存在剪切错动机制，剪切错动的走滑断裂形成了贯穿地壳的断裂系统，作为赋矿构造的笏山断裂是地壳浅层的断裂，在地壳内延伸深度有限。笏山断裂与以栖霞断裂为代表的垂向断裂构造在深部相交，构成了该区域的构造格架。

区域内存在两种产状的岩浆岩。一为呈似层状产出的玲珑花岗岩，该期花岗岩在栖霞地区呈隐伏的岩基，稳定产出。一为沿走滑断裂分布的岩株状岩体。依据成矿带内已知的郭家岭岩体、艾山岩体和脉岩的测年数据推测，该类岩浆活动以郭家岭期和伟德山期为主。

以上2种现象的发现为理解区域内的构造活动和岩浆活动提供了不同于以往的视角。晚侏罗世层状展布的花岗岩岩基［17］和早白垩世岩株状分布的岩浆岩体明显不同的产出状态表明其存在显著的成因差异。

4.2  岩石剪切破裂模式和蓬莱 栖霞成矿带构造系统

岩石圈块体在水平挤压下沿最大剪应力方向错动可形成切割岩石圈的走滑断裂，郯庐断裂带就是典型的代表之一。理想的岩石的剪切破裂过程中（图3），除沿最大剪应力方向发育主位移带（PDZ）发生剪切破裂外，仍存在与之小角度相交的同向剪切破裂面 里德尔剪切面（R）， P剪切破裂面，高角度相交的反向里德尔剪切破裂面（R'）和张破裂面（T）；与以上破裂相伴随的还存在轴线与T破裂面垂直的褶皱。在以上4个破裂面中，R和P破裂面为张扭性，P'为压扭性破裂面，T为张性。在持续的形变过程中，主位移带（PDZ）可持续错动形成切割岩石圈的走滑断裂带，构成剪切错动机制下的一级构造。同时，由于岩石圈自浅至深的形变机制由脆性形变向塑性形变转变，其他4个破裂面则既可向主位移带收敛，表现为次级的断裂构造，形成花状断层组合（花状构造）；也可以随着大规模的收缩或伸展发育成上陡下缓的铲式断裂。

Harding（1985）设计了以右阶斜列的主断层带为主干的右旋走滑断裂构造系统（图4），包括马尾状雁列同向斷层，雁列反向断层、雁列状正断层、拉分盆地、各种褶皱和堑、垒构造等次级构造。以上构造样式是理想的构造模型，在现实中受具体条件和发育程度的限定，不同区域内存在一定的差异，但以上构造组合为走滑断裂构造系统的识别提供了依据。

蓬莱 栖霞成矿带的断裂构造系统以解宋营 紫现头断裂和栖霞 杨础断裂为主干呈现左阶斜列的形式（图5），高精度反射地震剖面显示了栖霞 杨础断裂深部为切割地壳的走滑断裂，解宋营 紫现头断裂错动了郭家岭岩体，也显示了走滑断裂的特征。另外，古现 南张家断裂、大柳行断裂以及村里集断裂等与解宋营 紫现头断裂等呈现雁列状右阶斜列，广域电测法测量显示的大柳行断裂也是高陡倾角的断裂。NNE向延伸的断裂与脉岩延伸的方向一致，应为该区域剪切错动的主面位移面（PDZ）。与剪切错动面高角度相交的西林 吴阳泉断裂为张破裂面发育的铲式断裂，控制了藏家状盆地，形成了走滑拉分盆地，盆地内受拉伸岩浆上涌。在莱阳盆地中也发育了同构造属性的拉分盆地。以上构造样式表明，蓬莱 栖霞金成矿带的断裂构造为右旋剪切错动的挤压走滑构造系统。构造系统发育的时间有待进一步确定，依据断裂发育对郭家岭岩体的切割和对后期岩浆活动、盆地发育的控制大致可推测该断裂为郭家岭期以后。

4.3 蓬莱 栖霞成矿带金矿床分布规律

依据蓬莱 栖霞成矿带断裂构造和金矿床分布的特征可以总结出以下规律：

（1）在地壳尺度上的岩石圈右旋剪切破裂过程中，沿一系列的剪切破裂面发育岩浆活动，岩体就位于强烈拉伸的区域并多与拉分盆地相伴随，凸显了岩石圈块体在挤压剪切破裂过程中局部强伸展的张性域所在。

（2）与岩浆活动相伴随的成矿流体在张性域就位，形成矿床密集分布区。

（3）与主位移面相伴生的张性、张剪性破裂面是主要的赋矿空间，其构造形式有小位移量的走滑断层、密集的劈理、节理带、铲式断层等；主破裂面由于连通性好并可能存在长期活动，成矿流体难以保存而不能成矿。

（4）受构造属性约束，大型断层破碎带内常形成蚀变岩型金矿体，在岩石密集劈理带和破裂面内则发育石英脉型金矿体。

蓬莱 栖霞金矿带地壳深部结构探测再现了招平断裂带中段与金成矿相关的构造活动和岩浆活动耦合关系的地壳结构特征（图2b）：地壳浅层铲式断裂在深部与直立的切割地壳的走滑断裂相交，沿走滑断裂分布中生代岩浆岩体。以上表明以地壳结构为约束的成矿机理认识具有普遍规律性。同时，该发现链接了岩浆活动、构造活动以及成矿作用，为从成矿系统的角度重新认识胶东地区成矿模式奠定了基础。

4.4 胶东地区金成矿系统模型和勘查目标优选

中生代形成的胶东金矿分布于胶北地块和胶南 威海造山带内，印支期华北板块与扬子板块的南北拼合，燕山期古太平洋板块斜向俯冲形成的NW SE向的挤压是该时期大规模金成矿的主要成因背景。

燕山期太平洋板块沿NW方向运动，形成了西太平洋大陆边缘弧NW SE向挤压构造环境。晚侏罗世至早白垩世（135Ma）的构造应力场表现为挤压 伸展应力体制的交替演化［18 19］，至晚白垩世后期存在挤压反转。晚侏罗世至早白垩世（135Ma），为NW—SE向挤压；早白垩世早期（135～120Ma），胶莱盆地为NW—SE向伸展，晚期120～100Ma为近E—W向的伸展；早白垩世末期至晚白垩世初期，盆地遭受NW—SE向挤压，导致了胶莱盆地的缩短变形和郯庐断裂带的再次左旋走滑活动。

以上应力场的特征控制了该区域成矿系统的发育（图6）。胶北地块在晚中生代以右旋走滑错动形式发育拉分盆地的同时，在胶北隆起区也发育了走滑断裂系统。随着岩石圈的强烈破裂，胶北地块内沿走滑断裂带存在幔源、壳源的岩浆活动。与岩浆活动相伴随的成矿流体以充填或交代的方式进入走滑断裂系的各级断裂及同成矿活动的地层或不整合面内，形成了以中 低温热液为主要成矿流体的金矿床。

概括成矿系统的特征，可以形成以下認识，从而为深部找矿和勘查目标的确定奠定理论依据：（1）地壳结构特征显示，现今地表出露的金矿床为成矿系统浅层或末端产物，为成矿流体在成矿系统远端的裂隙中（断裂构造）充填成矿；与金成矿相关的岩浆系统尚未完全出露地表。（2）与金成矿相关的岩浆和流体受断裂构造控制，在断裂系统的张性域就位，从而形成岩浆活动和成矿作用集中区。（3）从成矿系列的角度分析，与岩浆活动相关的成矿作用除了形成已知的金、银等中 低温热液成矿外，还应存在中高温热液成矿作用；成矿模式除了裂隙充填式外，还应存在接触交代式和斑岩成矿模式。基于以上理论认识，在深部中应从缺位补位角度寻找潜在的勘查目标。

5 结论

蓬莱 栖霞金矿带高精度反射地震测量再现了胶西北金矿密集区中约束金成矿的地壳结构特征，表明了地壳的水平剪切错动机制是区域构造系统过程中普遍存在的机制，基于以上认识形成以下结论：

（1）蓬莱 栖霞金成矿带地壳深部结构特征显示赋矿断裂深部与走滑断裂联通，其控矿构造体系是以解宋营 紫现头断裂和栖霞 杨础断裂为主干的右旋走滑断裂系统；水平剪切错动机制是同成矿期构造系统发育的主控机制。

（2）走滑断裂带控制了中生带岩浆活动和成矿作用的分布，形成了区域上NNE向延伸的构造 岩浆 成矿作用分布带。同成矿期的岩浆岩体和金矿床主要定位于走滑断裂系统的张性域。

（3）以岩石剪切破裂模型为基础，可见胶东金矿的矿体分布于张性、张扭性破裂面（T、P、R破裂面）中，构造活动不强烈的主剪切面（D）和局部的压扭性破裂面中（R'）也可赋矿。

（4）胶东地区大规模的金成矿受控于岩石圈的强烈剪切破裂和同时期发育的岩浆活动。是中国东部板块汇聚环境下巨型走滑断裂系的组成部分。岩石圈的强烈剪切破裂是胶东地区大规模金成矿的前提。

（5）从成矿系列的角度分析，与岩浆活动相关的成矿作用除了形成已知的金、银等中低温热液成矿外，还应形成中高温热液矿床，深部中应从缺位补位角度寻找潜在的勘查目标。

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Constraint of Crustal Structures on Gold Mineralization   in Penglai-Qixia Gold Metallogenic Belt

SHAN Wei1，CHI Naijie1，XIONG Yuxin1，ZHANG Wei1，LI Yong2， LI min1，MA Xiangxian1，YU Xuefeng1，BO Junwei2， SHU Lei1，SUN Yuqin1

（1.Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resource Utilization， MNR， Shandong Provincial Key Laboratory of Metallogenic Geological Process and Resource Utilization；Shandong Institute of Geological Sciences， Shandong Ji'nan 250013，China；2.No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Yantai 264000，China）

Abstract： Magmatic activity and tectonic activity are key metallogenic factors of gold mineralization in Jiaodong area. It is important to establish genetic relationship between magmatic activity and tectonic activity in the study of metallogenic mechanism. The previous crustal structure exploration in the northwest Jiaodong area shows that there is a vertical fault system in the crust accompanied by magmatic activity， which indicates the coupling of magmatic activity and tectonic activity. The high-resolution reflection seismic section survey crossing the Hushan Gold Deposit and Penglai-Qixia fault zone shows that the Taiqian-Douya fault controlling the ore deposit is a shovel type fault on the surface of crust， and it intersects with Qixia-Yangchu fault in deep-the main branch fault of Penglai-Qixia strick-slip fault zone. Qixia-yangchu fault cuts through the crust， showing the characteristics of strike-slip fault， and there are magmatic activity traces along the fault. The Penglai-Qixia gold deposit belt is a dextral strike-slip fault structural system with Jiesongying-Zixiantou fault and Qixia-Yangchu fault as the main trunk. Magmatic activity and mineralization are distributed in the local tensional domain of the tectonic system. This study reconfirms the previous knowledge that there are tectonic activities dominated by shearing movement， and magmatic activities coupled with the shear zones cutting through crust in Jiaodong area. On this basis， a new metallogenic system model based on rock shear fracture model is proposed， which is coupled with magmatic activity and mineralization controlled by right-lateral strike-slip fault.

Key words： Penglai-qixia gold metallogenic belt; deep crustal structure exploration; strike-slip fault; lithospheric shear fracture; metallogenic system