冀东幔枝构造成矿作用及其地质找矿分析

牛树银, 陈 超, 张福祥, 王丰翔, 马宝军, 王晨光, 孙爱群, 胡华斌

幔枝构造是地幔热柱多级演化的第三级构造单元, 是本科研团队1990 年代自主创新提出的一种构造成矿控矿假说。 经历了从“变质核杂岩→盆山耦合→一盆多山→地幔热柱→地幔亚柱→幔枝构造” 等研究过程, 逐步完善成为幔枝构造成矿控矿理论体系。

1 从变质核杂岩到幔枝构造

幔枝构造的提出—找矿实践的检验—地质找矿的推广, 经历了30 多年的漫长过程, 完成了多个国家、省部级等科研项目的深入探索, 出版了17 部有关项目资助的科技专著, 发表了150 余篇有关项目资助的科技论文, 得到了许多专家学者的鼓励与指导, 并被较为广泛地应用于地质找矿。

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20 世纪90 年代, 学校从塞外古城宣化搬迁至石家庄, 科研团队的研究重点亦从华北地台北缘逐渐转移扩展到整个华北地区, 除完成国家自然科学基金项目、 省部级科研项目外, 同时承担了部分地方横向科研项目。 从太行山区变质核杂岩—推广至太行山隆起与华北断陷之山盆耦合—分析了华北盆地与燕山、 太行山、 胶辽山地、 秦岭的一盆多山耦合, 进一步探索了地幔热柱多级演化及其成矿控矿作用。

1.1 太行山区变质核杂岩

变质核杂岩是美国学者 Crittenden 等[1-3]在研究美国西部科迪勒拉山伸展构造(新生代) 基础上提出的, 是地球演化过程中形成的一种伸展构造类型, 并在地质找矿实践中取得长足进展, 较好地认识了伸展构造体制下形成的构造形式, 较系统地分析了变质核杂岩的几何学和运动学特征, 探讨了其形成机理和成矿控矿作用。 变质核杂岩还被广泛应用于北京怀柔、北京西山、 小秦岭、 长江中下游、 太行山、 内蒙古等地的地质学研究[4-9]。

本科研团队较早地学习并应用了Davis 等[3,10]提出的“变质核杂岩” 模式, 开展了 “太行山构造岩浆带对金属矿的控制研究”, 河北省地质矿产勘查开发局配置了同名课题, 并从河北省综合地质队、 地质六队、 十一队、 十三队和石家庄综合研究队遴选了10名具有较丰富经验的地质人员参加, 发挥了产学研密切合作的优势, 应用新理论、 新技术、 新方法开展了地质找矿创新研究。 团队认为阜平隆起和赞皇隆起是两个较为典型的变质核杂岩, 并把变质核杂岩形成时代推至中生代, 利用3 年时间进行了野外实地调研,得到了大量第一手野外资料, 探讨了变质核杂岩的特征及成矿控矿作用, 总结了金银多金属成矿规律, 指出了找矿方向, 出版了专著《太行山区地壳演化及成矿规律》。

1.2 一盆多山耦合

通过太行山隆起与相邻华北断陷进行研究对比,发现两者具有很密切的成因联系和耦合关系。 华北断陷深部是巨大的地幔隆起。 地幔已经上隆至60 km,而其上部盖层则发育大规模的华北断陷, 新生代断陷已经达到5～10 km, 刘和甫等[11]专门撰文探讨了挤压环境、 伸展环境和走滑环境的盆山耦合关系。 但是, 华北断陷有所不同, 它是以华北断陷为中心, 外围大幅度隆起, 包括西为太行山隆起, 南为大别山隆起, 东为胶辽山地, 北是燕山山脉。 Niu 等[27]撰文论述“一盆多山耦合关系” (图1)。

图1 一盆多山耦合关系模式图Fig.1 Coupling relationship between multiple mountains in a basin

老福告别刘主任回到了家，这回轮到他给母亲布置任务了：“妈，您还能找到罗家的保姆吗？”母亲痛快地答应了。

研究认为变质核杂岩和幔枝构造都是地幔热柱多级演化某一阶段的产物, 不管组成特征如何, 形成时代早晚, 其动力学机制是一致的。

1.3 地幔热柱多级演化

地幔热柱是指核幔边界产生的呈柱状上升的高温低粘度热物质流, 其顶部呈喇叭形张开, 具有半球状顶冠和细颈尾柱的蘑菇状构造。 它不仅可以引起地壳深熔、 大规模岩浆活动、 区域变质作用以及地壳伸展、 变质核杂岩隆升, 也是金、 银多金属成矿物质运移的重要载体和成矿控矿构造。

日本学者Maruyama[12]利用地震层析成图研究地球深部构造, 并以地幔底界(2 900 km)、 上地幔底界(670 km) 和地壳底界 (100 km) 为限划分一、二、 三级热柱。 而随着热物质不断累积效应, 地幔热柱便会衍生出二级地幔亚热柱和三级幔枝构造[13](图2) 。

图2 地幔热柱三级模式图(据Maruyama et al., 1994[12] 修改)Fig.2 Third order model of mantle plume

地幔热柱可起源于核-幔界面, 也可发源于上、下地幔间的界面或岩石圈底部。 起源于核幔边界的D″层的地幔热柱规模较大。 在上升过程中, 受上、下地幔间以及幔壳间的剪切拆离作用影响, 可以导致多级演化, 也可不分级而直达地表, 形成一柱到顶的通天柱, 这可能取决于地幔热柱形成期间, 地幔上涌时的温度差、 压力差以及地球层圈间的剪切波速差等。

由图5表明，随着溶液矿浆浓度升高，溶液中金的浸出率逐渐升高。当矿浆浓度为25%时，浸出曲线趋向于平缓，综合考虑金的浸出率和试验效率，选择最佳矿浆浓度为25%，此时金的浸出率为98.23%。

2 幔枝构造及其成矿控矿

幔枝构造(mantle-branch structures) 是地幔热柱多级演化的第三级单元, 是地幔热柱在地壳上的综合表现形式。 主要构造单元及其特征如表1 所示。

表1 幔枝构造不同单元的主要特征Table 1 Main characteristics of different units of mantle branch structure

地幔热柱和地幔冷柱的循环不仅沟通了核-幔-壳的物质循环, 而且较好的解释了地壳垂向运动与水平运动的对立统一关系。 特别是地幔热柱, 通过亚热柱、 幔枝构造等多级演化, 使地球的深部过程与地壳运动有机地联系起来。 它不仅是幔壳运动、 地形地貌演化、 生态环境变化的主因, 还对岩浆作用、 成矿作用、 成矿类型及地质灾害等起着重要的控制作用(图3)。

前者以上海旅游高等专业学校、南京旅游职业学院、浙江旅游职业学院、山东旅游职业学院以及青岛酒店管理职业技术学院为代表的以旅游酒店专业为主的专门类院校，已经形成了涵盖运营类、生产性、技能型实训基地的全面型实训基地。例如山东旅游职业学院有运营类的四星级百川花园酒店，容生产性技能型于一体的专业实训中心；浙江旅游职业学院有运营类的旅苑酒店，专门的专业实训中心；青岛酒店管理职业技术学院有运营类的国际交流中心，生产性技能型一体的实训中心，各个学校都实现了对内岗位技能训练、对外经营管理、对内产品生产的全方位一体化实训基地。

图3 地幔热柱多级演化及成矿类型模式图Fig.3 Multistage evolution of mantle plume and metallogenic type model

上叠盆地多以构造断陷为主, 往往以一组或两组陡倾断裂控制着盆地边缘。 断陷盆地可发育成堑垒式, 也可发育成箕状。 控边断裂往往是一组高角度正断层。 在空间上断裂往往表现出铲状特征, 即断裂的上部产状较陡, 一般多在50°～80°, 往下则逐渐变缓, 常为40°～20°。 有些大规模的盆地边界断裂甚至可一直拆离到中、 下地壳界线上, 有的深达中地壳低速高导层。

由于主拆离带之上存在着若干个次级拆离带, 岩浆侵位就可在空间上沿多个次级拆离带形成若干个鞍状侵入体, 其间由若干岩层中断裂交汇处破碎的筒状岩体连接, 形成空间的塔状(式) 侵入体。 总体特征看, 通道(反向铲状断裂与横张断裂交汇处) 主要向南东陡倾, 而由筒状岩体串联起的各个塔状岩鞍则沿次级拆离带扩散侵位, 也即各个塔状体呈向北西缓倾的岩鞍状。 峪耳崖岩体这种塔状展布的认识得到在岩浆通道上有很多围岩残块捕虏体, 或在围岩中有沿裂隙贯入的岩脉、 岩枝所支持。 同时更重要的是已被矿床地质勘探和地质采矿所证实。

（一）最急性型 病死猪剖检可见气管和支气管内充满泡沫状带血的分泌物。肺充血、出血和血管内有纤维素性血栓形成。肺泡与间质水肿。肺的前下部有炎症出现。

断陷盆地中火山岩与沉积岩的关系, 既可是上下叠置的早晚层序关系, 也可在横向上表现出互相穿插、 镶嵌的指状交互关系。 且火山岩系、 沉积岩系均有相变频繁、 厚度变化较大、 物质成分复杂的特征。这种特征可能直接与断陷火山-沉积盆地的成因有关。

2.1 成矿物质——深部来源

矿床在地壳中的形成与分布是极不均匀的, 在区域上, 常常在某些地区或区段形成某种或某几种元素的工业富集源区, 即成矿集中区或矿聚区。 在时间上, 地球演化过程中成矿数量具有由少到多, 聚矿能力由弱到强的趋势。 这种时间上、 区域上的特征主要取决于构造运动、 岩浆活动、 变质作用、 地内流体、地球化学场等条件, 这些条件的变化又依赖于地球的深部过程, 或者说与地幔热柱多级演化密切相关。

利用浅部坑道工程和深部稀疏钻孔宏观控制, 各工程施工段见矿率很高, 并与地表有很好的对应关系。 从地表露头、 浅部坑探、 深部钻探情况看, 矿化带有从浅向深蚀变增强、 品位变富的趋势。 就总体而言, 矿石品位在地表一般为 1×10-6～3×10-6, 局部地段达10×10-6, 浅部一般为3×10-6～7×10-6, 局部达21×10-6, 深部一般8×10-6～16×10-6, 表明深部仍有很大的找矿潜力(图10)。

幔枝构造的什么部位对成矿最有利? 对于含金成矿流体, 可以在幔枝构造核部花岗质岩体的内外接触带、 主次级韧脆性剪切带、 主次级拆离带、 外围盖层裂隙带等构造部位集聚成矿(图3)。

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图9为总磷的分析结果，由图9可以看出降雨开始时总磷为0.086mg/L，基本为Ⅳ类水体。随着降雨径流对地表的冲刷作用，总磷浓度开始逐渐升高；降雨开始12小时后污染物浓度达到峰值0.18mg/L，为Ⅴ类水体。从降雨开始12小时后，由于稀释作用，污染浓度开始降低；至降雨结束，总磷浓度基本恢复至Ⅳ类水质。由此可见，水源地一天内水质为Ⅴ类时间约为23个小时，降雨径流对总磷的影响比较显著，需要重点考虑。

幔枝构造是进入近地表的构造单元, 也即地幔热柱多级演化在地壳的表现形式, 它不仅控制着盆—山耦合关系, 而且是主要的成矿控矿构造类型。 具体的成矿控矿构造包括脆—韧性剪切带, 主、 次级拆离带, 铲状断裂, 岩体内、 外接触带, 次火山岩构造,不同方向、 不同性质的断裂, 甚至裂隙, 它们分别控制着矿带、 矿田、 矿床、 矿体、 矿脉等的就位及储集, 是主要的成矿控矿构造。

研究表明, 地幔热柱的形成及其多级演化, 对金银多金属矿的成矿作用起着明显的控制作用。 地球的平均化学成分(重量%) 百分比依次分别为Fe、 O、Mg、 Si、 S、 Ni、 Ca、 Al、 Na、 Cr、 Mn、 K 等, 占地球总量的98%以上, 其它元素不足地球总量的2%。银的地球丰度值仅为3.2×10-6, 铅的丰度值为13×10-6, 锌也仅为180×10-6[22]。 一般认为, 地球形成初期其成分是相当均一的星际物质, 在其聚集、 分异过程中, 在热力膨胀和引力收缩的统一作用支配下, 地内物质开始对流。 密度大、 熔点低的铁、 镍呈熔融状态渗透过硅酸盐物质沉向地心形成地核, 铁镁硅酸盐物质上浮形成地幔。 地幔的表层由于散热及挥发分物质的逃逸很快冷却, 并逐渐演化为刚性地壳。 这种密度分异作用目前仍在进行着。

金银等多金属元素亦属于密度较大的元素, 也有向地核聚集的趋势, 并主要集中于地核之中, 以气-液态充溶于铁镍之间。 当核幔边界涌动或受干扰形成上升地幔热柱时, 金银多金属等成矿物质便可随地幔热柱多级演化向上迁移, 并通过气态→气-液混合相→含矿流体的形式随地幔热柱→地幔亚柱→幔枝构造向地壳浅部迁移(图3)。

2.2 地幔亚柱——成矿物质迁移通道

地幔亚热柱沟通了金、 银多金属等元素的深部来源, 但成矿物质的多少则取决于核幔边界的涌动强度, 核幔的涌动又受着核幔平衡状态、 外来激发因素的影响。 因此, 地幔热柱中上涌幔流携带成矿元素含量(成分) 也会随着核幔涌动强度变化而时多时少,时断时续, 成矿作用也必然具有明显的阶段性、 脉动性。 据张荣华等[23]的研究, 金、 银、 钨、 锡、 锌等均具有很强的气态迁移能力, 深部来源的含矿流体及其元素亦具有很强的迁移能力。

金银多金属等成矿元素随地幔热柱的多级演化向上迁移时, 越接近地壳上部受构造运动影响越明显,这与岩石的物化状态密切相关。 在地球深部, 地幔物质在横向上、 纵向上变化不大, 地幔热柱基本受核幔边界的初始动力和热驱动上升, 干扰因素较少。 当地幔热柱穿过上、 下地幔界面, 以亚柱形式继续上升到岩石圈的底部时, 则会受到岩石圈底界形态、 岩石圈深切韧性剪切带的影响。

2.3 幔枝构造——成矿控矿有利空间

幔枝构造之所以成为成矿控矿的有利空间, 是因为成矿元素随地幔亚柱向上运移, 到岩石圈底部受阻而向造山带的根部拆离。 当被造山带轴部持续活动的深切韧性剪切带切割时, 成矿元素便可沿韧性剪切带, 或随岩浆活动向地壳浅部迁移, 在幔枝构造的有利构造扩容带聚集成矿。

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幔枝构造是地幔热柱多级演化在地壳的主要表现形式, 它不仅控制着盆—山耦合关系, 而且是主要的成矿控矿构造类型。 具体的成矿控矿构造则是包括脆—韧性剪切带, 主、 次级拆离带, 铲状断裂, 岩体内、 外接触带, 次火山岩构造等, 不同方向、 不同性质的断裂、 裂隙、 节理等, 它们分别控制着矿带、 矿田、 矿床、 矿体、 矿脉等的就位及储集成矿。

矿床(点) 在地壳中的分布极不均匀, 这种不均匀表现在时间演化和区域分布两个方面。 地史演化上成矿作用表现为: 成矿物质由少到多, 矿床类型由简到繁, 成矿频率由低到高, 聚矿能力由弱到强, 中生代达到极致[20,24]。 在分布区域上, 常常在局部范围或区段形成某种或某几种元素的工业富集, 甚至构成大、 中型矿床连片分布的巨量堆积, 即成矿集中区或矿聚区。 中国东部位于西太平洋中段, 中生代以来亦进入了覆地翻天之巨变, 且导致了大规模成矿作用, 控矿条件的变化取决于地球的深部过程,尤其是成矿物质的深部来源。 因此, 地幔热柱多级演化控制的成矿物质反重力运移可能是认识巨量矿质堆积的钥匙。

诚然, 金的最终成矿作用也明显受活化剂(水、溶于水中的卤盐、 硫、 硫化物、 二氧化碳等)、 活化环境(温度、 压力、 pH 值、 Eh 值、 杂质离子) 等(能量场) 的控制。 银、 铅、 锌、 铜也有类似的特征。

中生代以来, 地球发生了覆地翻天之巨变, 导致了大规模成矿作用。 可以在幔枝构造核部花岗质岩体的内外接触带、 主次级韧脆性剪切带、 主次级拆离带、 外围盖层裂隙带等构造部位集聚成矿。 如果含矿流体含有多种成矿物质, 一般根据成矿物质结晶温度梯度, 还会出现铜金→金→金银→银铅锌→铅锌→萤石、 重晶石等成矿系列。

如果含矿流体含有多种成矿物质, 一般根据成矿元素的结晶温度梯度, 会出现铜金→金→金银→银铅锌→铅锌→萤石、 重晶石等成矿系列。

成矿作用得以实现的充分必要条件首先是成矿物质来源, 而其来源有两种基本认识: 一种认为主要萃取自含矿围岩; 一种认为主要来自深源。 过去曾一度下大力气寻找矿源层, 但结果并不理想。 而更多的证据表明成矿物质主要来自深源, 甚至可能来自核-幔边界, 通过地幔热柱多级演化向上迁移[14-21]。

科研团队历经几十年的研究, 河北省就建立了冀西阜平和赞皇幔枝构造、 冀北张宣和丰承幔枝构造、冀东幔枝构造, 总结出幔枝构造对金等矿床的控制规律(图4)。

图4 河北省幔枝构造区金矿地质简图(底图据国土资源部中国地质调查局[28] 修改)Fig.4 Geological sketch of gold deposits in the mantle branch structure area of Hebei Province

燕山运动中晚期, 地壳运动转变为以伸展运动为主的活动期, 华北地区东部形成了一系列幔枝构造。由于篇幅所限, 仅就冀东幔枝构造典型矿床进行探讨。

3 冀东幔枝构造特征

幔枝构造轴部成矿控矿, 如金厂峪金矿; 外围拆离带成矿控矿, 如峪耳崖金矿; 盖层控矿, 如尖宝山金矿(图5)。

图5 河北省冀东地区区域地质—矿产简图Fig.5 Regional geology and mineral esources diagram of eastern region in Hebei province

3.1 核部剪切带成矿控矿——金厂峪型金矿

金厂峪金矿位于冀东幔枝构造轴部NNE 向韧脆性剪切带, 与EW 向韧性剪切带的交汇部位, 是冀东地区大型金矿之一。 近年来, 通过深入分析控矿构造, 大幅度增加了矿山黄金储量, 特别是Ⅴ号石英脉型矿体,位于金厂峪剪切带的东部边缘, 且矿脉的延长和延深都有很好的连续性, 表明找矿潜力仍然较大。

3.1.1 矿床主要地质特征

以幔枝构造为视角, 通过成矿作用分析和矿田构造解剖, 为其深部和外围地质找矿提出了新的找矿靶区。

区内赋矿地层为太古宇八道河群王厂组。 主要区域变质岩为斜长角闪岩、 斜长角闪片麻岩和变粒岩。局部地段发育有较为强烈的混合岩化, 北北东向韧性剪切带发生了强烈的糜棱岩化, 发生明显的退变质作用, 并成为主要的储矿构造[25,26]。

燕山期幔枝构造强烈活动, 使东西向韧性剪切带重新活动, 与北北东向韧脆性剪切复合处往往控制着燕山期的岩浆侵入, 如青山口花岗闪长岩和贾家山花岗岩岩体, 还发育有众多中基性、 酸性岩脉。

2.动物标识及动物疫病可追溯体系建设是现代畜牧业发展必然趋势，全世界70%多的国家都在致力于可追溯体系的建设，近年来，农业部采取积极有效措施，探索建立动物防疫和动物产品安全监管工作的长效机制和有效手段。根据《畜牧法》（2006年施行），农业部颁布实施了《畜禽标识与养殖档案管理办法》，对推行动物标识溯源工作做出明确规定。通过动物标识溯源系统建设，将逐步在全国建立现代化的动物防疫和动物产品安全监管信息化平台，利用信息化网络有效集成畜牧兽医工作中的组织协调、业务管理、执法监督、诊断检测等业务，实现标准统一、传递迅速、追溯快捷的管理目标。

金厂峪金矿区展布在黑石峪—桑家峪韧脆性剪切带中, 矿区可划分为3 个矿段: 北部为黑石峪矿段,长1 700 m; 中部为金厂峪矿段, 长1 500 m; 南部为桑家峪矿段, 长3 000 m。 3 个矿段全长达6 200 m,宽200～960 m, 出露面积5 km2。 矿体产于走向为25°的糜棱岩带中, 矿带长近6 000 m, 宽约1 000 m。 受构造影响, 矿体形态复杂多样, 总体为首尾相连构成矿体群(图6)。 矿化由深部裂隙系统向韧脆性剪切带贯入交代, 在成矿期构造与成矿前构造叠加部位、两组裂隙交叉处往往形成富矿体。 蚀变矿物绢云母K-Ar 年龄为169.8 Ma。

图6 冀东金厂峪金矿区地质简图Fig.6 Geological sketch of Jinchangyu gold mine area in Eastern Hebei

以金厂峪矿段为例, 其围岩主要是糜陵岩化斜长角闪岩, 走向北东, 倾向北西, 倾角在40°～80°, 由西向东分为6 个矿带, 17 个矿体。 受断裂控制, 矿体产出形态多为脉状、 不规则状、 扁豆状等。 脉体宽度与矿化强度呈正比。 矿体一般长50 ～150 m, 最长890 m; 厚度1～6 m, 最厚达40 余米。 品位2×10-6～15×10-6。 水平方向由矿脉到围岩蚀变分带依次为:含金石英脉→绢云母化糜棱岩带→绿泥石绢云母化糜梭岩带→绿泥石化糜棱岩带→斜长角闪岩 (变质原岩)。

金的成矿作用可分成4 个矿化阶段, 即早期次生石英岩脉阶段(I), 中期钠长石英复脉阶段(Ⅱ) 和石英大脉阶段(Ⅲ), 晚期石英碳酸盐脉阶段(Ⅳ)。第Ⅱ矿化阶段形成的钠长石英复脉, 分布广, 大部分达到工业品位, 尤其以矿脉密集、 品位较高为特征。

3.1.2 地质找矿新进展

近年来, 在中国地质调查局危机矿山接替资源项目的支持下, 金厂峪金矿找矿取得了新的进展。 勘查工作主要部署在金厂峪金矿区Ⅱ、 Ⅲ、 V 号脉。 Ⅱ、Ⅲ号脉在前期控制的基础上, 在-417 m 中段17-41线间进一步布置坑探和钻探工程, 加大了控制范围。V 号脉在-257 m 中段和-417 m 中段等布置坑探工程和坑内钻探工程, 对深部进行控制。 完成主要实物工作量: 坑探7 313 m, 坑内钻探12 790 m, 地表钻探530 m, 槽探3 000 m3, 预期提交333 金资源量(金属量) 近XX 吨。

特别是V 号脉带勘查工作取得了突破性进展, 矿脉延长范围大于1 500 m, 宽17 ～72 m, 脉带延深也已超过千米。 脉带受韧脆性剪切带南东部边界断裂的控制, 倾向NW, 倾角80°至直立。 目前勘查工程(钻探) 已控制到-700 m 标高, V 号脉矿体平均厚度2.67 m, 平均品位3.68×10-6, V 号脉带累计新增333金资源量XX 吨。 整个矿区累计共增333 金资源量XX吨(图7A), 展示了很好的找矿前景。

图7 金厂峪金矿第19 勘探线剖面图 (A) 与成矿构造分析预测图 (B)Fig.7 Profile map of the 19th exploration line of Jinchangyu gold mine (A) and its prediction map of metallogenic structure analysis (B)

3.1.3 深部与外围预测

氯丁橡胶沥青防水涂料的成分主要是氯丁橡胶和石油沥青两种材料。按其溶剂为有机溶剂或水的不同，可分为溶剂型和水乳型两种氯丁橡胶沥青防水涂料。其中，水乳型氯丁橡胶沥青防水涂料最大的特点是其涂膜强度较高、延伸性能很好，并且能够充分适应建筑物基层的变化。这种新型防水涂料的耐热性能和柔韧性能良好，是一种比较安全的防水涂料，并且无毒，不会产生对人体有害的气体，目前这种防水涂料已经成为我国防水涂料的主要产品之一。这种新型防水涂料目前主要用于工业和民用建筑的屋面防水、墙身防水、地下室防水、楼面防水等工程，以提高结构的抗渗性和密闭性。

从垂向上看, 200 ～-200 m 区段为矿脉密集区,-200～-600 m 区段为另一矿脉密集区(图7A), 两者结合部位, 即-150 ～-250 m 的区间段是两个矿脉密集区段的过渡带, 相当于人们常说的豆荚状矿脉豆粒间的过渡(相对贫化) 带。 很显然, 按照此规律推测, 有无第三个矿脉密集区呢? 或者说按此规律,-550～-650 m 区间应该是相对贫化段, 也即第二个与第三个豆粒之间的过渡部位, 那么, 650～-1 000 m区间是否为第三个矿脉密集带?! 甚至, 其下部尚有第四个矿脉密集区。 对比国土资源部深部找矿的深度要求, 这正是深部找矿的有利区间。 山东胶东地区、河南小秦岭地区的找矿经验也表明-500～-1 500 m 区间仍然是很有利的找矿空间。

横向上(外围), 金厂峪金矿韧性剪切带的北西部边界应该注意找寻与Ⅴ号矿脉相类似的石英脉型矿体。 从图7B 成矿构造分析预测图可见, 如果把200～-200 m 区段、 -200～-600 m 区段、 -600 ～-1 000 m区间等三个矿脉密集群看做一个剪切带的话, 现在已经勘查的Ⅴ号矿脉就相当于韧脆性剪切带的南东部边界剪切面, 该剪切面被成矿流体所贯入, 成为长大于6 000 m, 延深大于1 000 m, 且基本连续的石英脉型矿体。 从受力分析来看, 在韧脆性剪切带的北西侧,还应该有另一个韧性剪切带的边界, 也即有可能存在着相当于南东侧Ⅴ矿脉的另一个延长稳定(长6 000 m)延深较大(1 000 m) 石英脉型矿体, 这个可能性是相当大的。 据矿山最新研究资料证实, 矿体-1 300 m 左右仍未见底, 这种找矿预测成果被钻探工程所验证。

最近这种找矿预测被中国黄金集团有限公司地质科研项目研究得到证实 “河北省迁西县金厂峪金矿深部找矿研究” 证实, 在钻孔-1 300 m 标高仍未见底。

3.2 小岩体成矿控矿——峪耳崖型金矿

3.2.1 构造控制成岩成矿空间

以峪耳崖花岗岩体为例, 峪耳崖岩体侵位特征和空间展布完全受反向断裂, 和山家湾子—峪耳崖横张断裂共同控制。 这两组断裂交汇处构成了岩体上侵通道, 而岩体的具体形态则受扩容空间控制。 由于两组断裂的深切作用, 构成主拆离带之上盘最近路径和较为有利的陡倾产状, 使沿主拆离带活动的岩浆顺通道上侵。 当岩浆上侵通过致密厚岩层时, 岩浆从两组断裂交汇的筒状破碎带通过; 而当岩浆上侵进入次级拆离带时, 在岩浆的温压条件作用下, 呈席状侵入, 形成一定范围的板状或鞍状侵入体。 成为成矿期间的薄弱带, 成为含矿流体的储矿空间。

3.2.2 构造成矿控矿作用

断陷火山-沉积盆地中的充填物多为火山岩系和沉积岩系。 火山岩系包括火山熔岩、 集块岩、 角砾岩、 凝灰岩等, 岩性可从基性玄武岩至酸性流纹岩。沉积岩则包括砾岩、 粗砂岩、 细砂、 粉砂岩、 泥页岩等, 总体上是以粗碎屑岩占优势。

岩浆侵入过程中或之后, 幔枝构造的持续活动导致上盘次级拆离带仍有一定的活动性。 次级拆离带的拆离滑脱作用, 在通过沿次级拆离带贯入形成鞍状侵入岩体时, 往往在岩体中形成平行于次级拆离带的一系列裂隙, 并且呈与等间距展布的岩鞍相一致的裂隙密集带。 而与岩鞍相关的裂隙为岩浆期后的含矿热流体提供了有利的成矿空间。 地幔热柱多级演化过程中, 当深源含矿流体进入幔枝构造, 并再继续向上迁移进入主拆离带时, 与主拆离带连通的早期裂隙便成了有利的扩容空间。 含矿流体可呈贯入式沿裂隙展布, 并表现出明显的多种贯入式特征, 及以裂隙为中心的蚀变分带。 矿脉多呈平行状、 斜列状, 单个矿脉一般长200～300 m, 最长可达900 m, 宽(厚) 一般0.2～1 m, 最厚可达5 m。 矿体形态多呈脉状、 扁豆状、 透镜状, 甚至串珠状, 主要展布在岩体之中。

3.2.3 成矿控矿构造分析

图8是等间距随机选取的3 条勘探剖面图, 剖面上清楚地显示出岩体具有塔状特征, 凡是岩体呈鞍状沿次级拆离面扩展(岩体未圈闭处) 往往为矿脉密集带。几个勘探剖面均有此特点。 这种脉状特征从宏观到微观均有表现。 在断裂的附近, 工业矿体与围岩呈渐变过渡关系。 从厚大矿体向外可逐渐过渡为细脉(网脉)浸染状矿体, 并且可表现为网脉分级, 直到镜下的显微矿脉仍可表现出明显的贯入特征和裂隙两侧的浸染状特征。 矿脉金的品位一般较为稳定, 多在 5×10-6～10×10-6之间, 最高可达100×10-6～1 000×10-6。 金属矿物主要为黄铁矿, 偶见黄铜矿、 方铅矿等。 金主要呈微粒赋存在黄铁矿中, 在富矿石中也可见明金颗粒。

图8 峪耳崖金矿区勘探剖面图Fig.8 Exploration profile of Yu'erya gold mine area

矿石中的金属矿物主要为黄铁矿, 其次有磁黄铁矿、 黄铜矿、 方铅矿、 闪锌矿, 少量辉钼矿、 斑铜矿以及自然金、 银金矿、 碲金矿、 自然铋等。 脉石矿物则以石英为主, 次为方解石、 长石及绿泥石。

3.2.4 外围地质找矿预测

华北断陷外围发育一系列变质核杂岩(幔枝构造), 与典型变质核杂岩相比, 其组成特征有较大差异, 其发育时间亦有早、 晚之别, 例如: 阜平变质核杂岩形成于中生代, 核部变质杂岩、 外围拆离滑脱带及盖层“三位一体” 发育较为完整。 核部的岩浆-变质核杂岩呈北东向展布, 核部变质岩已经剥蚀到阜平群底部索家庄组, 外围中元古—古生代沉积盖层已经被剥蚀到阜平群外围, 其间发育很好的拆离断层, 变质核杂岩的各种构造单元展布清楚; 而胶东地区郭家店变质核杂岩则发育较早, 由于核部隆升较快, 主要以岩浆-变质杂岩展布为主, 上部盖层基本拆离剥蚀殆尽, 已经进入杂岩阶段; 鲁西变质核杂岩隆升幅度较小, 核部变质杂岩展布区仍残留着4 个中—新生代断陷盆地, 表明岩浆-变质杂岩核部隆升幅度尚小,沉积盖层尚未剥蚀殆尽, 属于变质核杂岩演化的早期阶段。 很显然, 变质核杂岩的组成与其隆升幅度有关, 而隆起幅度又与核部中酸性侵入岩体的大小有关, 岩体相对较大则浮力较大, 隆升速度较快, 幅度大, 剥蚀强烈, 甚至盖层被剥蚀殆尽, 如胶东地区,仅残留少量盖层。 反之, 则浮力较小, 隆升速度较慢, 剥蚀幅度较小。 此外, 从岩浆来源、 演化序列、活动强度、 含矿特征等方面研究, 将变质核杂岩命名为幔枝构造更为恰当。

峪耳崖金矿的成矿控矿构造明显受小岩体控制和构造裂隙的控矿, 成矿作用还与构造因素密切相关,在幔枝构造轴部、 主拆离带及上盘盖层裂隙等构造扩容带中成矿。

外围化探异常范围大, 元素浓集系数高, 构造发育, 具有一定宽度的蚀变带。 因此, 峪耳崖金矿及其外围仍有很大的找矿远景和潜力。 应在详细解剖峪耳崖金矿成矿控矿构造的基础上, 扩大外围和深部普查找矿, 特别是同一构造成矿带上, 发育类似峪耳崖岩性相近小岩体中开展地质找矿。

对照组患者给予常规护理，内容包含健康教育、饮食指导、用药干预等，实验组则是在对照组基础上配合心理护理，护理方法如下：

以往地质找矿多在500 m 以浅的深度, 依据邻区近年来的找矿成果, 至少在1 000～1 500 m 区间仍然是成矿密集区和找矿范围, 应注重探边摸底。

3.3 外围拆离带控矿——尖宝山金矿

拆离带不仅是重要的区域构造形迹, 也是重要的成矿控矿构造。

3.3.1 区域地质构造概况

区域主次级拆离带呈北东向平行展布, 尖宝山就位于南缘西尖灭端处。 矿区地层由太古宇迁西群拉马沟组 (Arl) 和中元古界长城系常州沟组 (Chc)、 高于庄组(Chg) 组成。 前者呈楔状岩片展布于长城系地层之中, 岩性以角闪斜长片麻岩为主, 夹斜长角闪岩、花岗片麻岩。 长城系常州沟组由石英砾岩、 含砾长石石英岩、 石英砂岩、 石英岩状砂岩构成。 外围出露高于庄组(Chg) 硅质白云岩、 含粉砂泥质白云岩夹粉砂质、泥质页岩。 各地层单元之间界线皆为拆离滑脱带。

在不同高度表现为不同特征。 以断裂成矿控矿作用为例, 浅部以破裂构造为主, 深部则以韧性剪切带为特征, 而在中上部为韧脆性断裂构造, 中下部为脆韧性剪切带为主。 在尖宝山矿床, 以主、 次级拆离带和反向铲状断裂为主。 在矿区范围内, 以 F1、 F2、F3、 F4 为主体格架构成断裂束。 其中 F1 为北部主拆离带, 产状 50°～ 60°/NW∠60 ～ 70°, 断裂延长数千米。 主拆带的下盘为太古宇迁西群拉马沟组变质岩系, 以花岗片麻岩夹斜长角闪岩为主, 片麻理产状330°∠64°。 在片麻岩中见有数条韧性剪切带, 剪切带中发育云英质糜棱岩, 石英具明显的拉长定向。 主拆离带上盘为常州沟组含砾长石石英砂岩、 长英质粗砂岩为主(图9)。

图9 尖宝山金矿区地质矿产简图Fig.9 Geological and mineral resources diagram of Jianbaoshan gold mine area

主拆离带宽几十厘米至一二百厘米, 带内发育构造角砾岩、 碎裂岩、 断层泥, 岩石硅化强烈, 具明显的重结晶现象和多期活动的特点。 在主拆离带上盘一定范围内尚有数条沿薄弱岩层面发育的次级拆离带,其延伸铲状基本平行于主拆离带。 此外, 在主拆离带上盘含砾石英岩中还有沿裂隙发育的网状石英脉, 并可见有弱黄铁矿化。 断裂带一般宽几十厘米至几百厘米, 断层角砾混杂, 具明显的硅化, 为含矿流体的主要通道和储矿空间。 矿体往往沿主断层面富集, 也有“入” 字型分枝矿与主矿脉相交。 F3、 F4 亦为矿区主要控矿构造。

纳入标准：所有患者均满足临床诊断糖尿病、髋关节置换的判断指标，且患者和家属自愿签字签字认可知情同意书后内容，对医院有关伦理委员会申报以后被许可。

3.3.2 拆离带成矿控矿作用

幔枝构造主要变形特征是核部变质-岩浆杂岩呈揭顶式强烈上隆, 外围盖层则发生大幅度正向拆离滑脱, 往往形成堑垒式断陷盆地, 主拆离带即为核部杂岩与外围盖层间的韧性剪切 (断裂) 带。 由于幔枝构造形成的长期性, 主拆离滑脱带便成为伴随幔枝构造形成的长寿断层, 表现为上部脆性断裂, 往下过渡为韧脆性和脆韧性剪切带, 深部为韧性剪切为主的韧性变形带, 主拆离滑脱带是良好的导岩、 导矿构造。 由于主拆离滑脱带的深切和减压释荷作用, 不仅导致中下地壳发生深熔和岩浆岩化。 同时主拆离带成矿作用及控矿部位不同可表现出系列成矿的特征, 如含矿流体随岩浆侵入, 可形成斑岩型金矿或矽卡岩型金矿。甚至发育成隐爆角砾岩—大脉—网脉型连续过渡的复式金矿。 尖宝山金矿矿化连续, 延长、 延深都较稳定。

由于主拆离带较大的深切及活动的长期性, 沿主拆离带又具有较好的构造扩容空间, 使其成为很好的矿液通道。 向上运移的含矿流体受主拆离带上盘盖层岩石的阻挡, 往往沿主拆离带聚集形成矿体。 受主拆离带的控制, 可表现出舒缓波状, 矿体沿走向和倾向多呈透镜状、 豆荚状, 甚至有些成矿部位呈现出尖灭再现、 尖灭侧现的展布。

图10 尖宝山金矿区矿体展布剖面图Fig.10 Distribution profile of ore bodies in Jianbaoshan gold mine area

3.3.3 围岩控制的成矿特色

矿石呈黄褐色、 灰白色、 灰—深灰色, 具交代结构、 糜棱结构、 薄膜结构等, 浸染状、 微浸染状、 角砾状构造。 主要金属矿物为黄铁矿、 黄铜矿、 方铅矿、 辉钼矿等。 金属矿物种类繁多, 颗粒细, 含量少, 总量约占0.5%～1% 。 黄铁矿可明显地分为2期: 早期粗粒状、 自形、 色浅, 常见破碎溶蚀状; 晚期颗粒较细, 烟灰色, 晶形较差。 方铅矿、 黄铁矿均呈细粒, 彼此相互交代, 沿裂隙充填。 金矿物主要为自然金、 银金矿, 颗粒微小, 一般与黄铁矿连生或分布于黄铁矿裂隙之中。

矿石类型可分为氧化矿和原生矿。 氧化矿石多见于近地表10 m 以上, 裂隙发育可延至20 ～30 m。 矿石呈黄褐色, 碎裂状, 沿裂隙发育薄膜状和细脉状褐铁矿化, 氧化强、 孔洞多的矿石有次生富集现象。

3.3.4 找矿预测

水下机器人的实物图如图9所示,为了验证面向水下机器人协同的LIFI的通信功能,本文在水池中进行了水下机器人的协同作业实验,通过使用LED灯来模拟主机水下机器人,然后通过LED灯发送数据操控从机水下机器人进行水下各种姿态的变换以及机器人的抓取实验,作业机器人上各种传感器采集的数据通过机器人上的LED灯进行发送,通过接收端的解调后上传到上位机中进行显示。

该区成矿作用及成矿控矿因素复杂, 找矿预测建议如下:

(1) 矿区地层由太古宇迁西群拉马沟组 ( Arl)和中元古界长城系常州沟组 (Chc)、 高于庄组(Chg) 组成, 前者为基底变质岩系, 后者为中元古界盖层岩系。 同于岩性差异, 不整合面往往被断裂构造所利用, 成为主要成矿物质上升通道。 同时, 注意其上、 下盘次级韧性剪切带的成矿控矿找矿。

(2) 幔枝构造有利控矿成矿部位 尖宝山金矿位于冀东幔枝构造东西向与北东向大断裂的交汇部位,断裂构造发育。 由于强烈的构造活动形成了多组韧性剪切带, 构成了尖宝山金矿等热物质流沿已有脆韧性—韧脆性剪切带向上迁移, 在有利构造部位成矿。因此, 地质找矿应引起重视。

4 结论

(1) 幔枝构造是地幔热柱多级演化的第三级构造单元, 也是地球内动力与外动力地质作用的综合表现形式是地内热物质上升的主要构造单元, 也是重要的内生成矿控矿构造, 特别是金、 银、 铜、 铅、 锌等热液成矿的主要形式。

(2) 在地球重力均衡作用支配下, 金银等较重元素逐渐下沉至地核, 只有在特殊地质条件下, 例如地幔热柱形成时, 金银等重元素才得以气态-气液态-含矿流体等形式随地幔热柱多级演化, 向上迁移至条件适合的幔枝构造区成矿。

(3) 幔枝构造不同构造部位控制着不同的成矿作用类型, 如斑岩型金矿往往形成在幔枝构造核部小岩体附近; 蚀变岩型金矿则多形成在幔枝构造外围主、次级拆离带及其断裂之中; 而外围盖层中则多形成脉状、 裂隙状矿体。

(4) 成矿作用类型往往具有明显的分带性, 在剖面上表现出从下往上, 分别控制着中高温—中低温矿床; 在平面上则表现为从内向外分别控制着中高温—中低温矿床。 这种成矿作用分带有助于成矿规律分析、 找矿预测以及矿山采矿设计。

致谢: 本文成果基于作者曾承担的国家自然科学基金项目、 省自然科学基金项目、 省部攻关项目、 地学基础等项目研究的认识、 归纳和总结。 研究工作中得到了国土资源部有关部门、 中国地质科学院矿产资源研究所、 地质所、 河北省国土资源厅、 地质矿产勘查开发局、 河北省地质勘查院、 河北地质大学等单位有关领导和专家的热情鼓励和指导。 野外调研中得到了地矿、 国土、 有色、 冶金等部门地勘单位和开采矿山的友好协助和大力支持, 特表示衷心感谢。 工作中还得到了毛景文院士、 侯增谦院士、 江思宏博士等的热情指导, 并进行过广泛的学术交流, 受益颇深, 深表感谢。 工作中还学习、 应用了许多专家、 学者的科研成果, 未能一一列出, 在此一并衷心感谢。

在河北地质大学70 年校庆将至的日子, 衷心祝愿学校欣欣向荣、 兴旺发达。