山東乳山銅錫山金礦床地質特征及成因探討

李旭芬,劉建朝,米乃哲,于 虎,柳玉明,張 雪

(1.長安大學地球科學與資源學院,西安710054;2.陜西延長石油集團研究院,西安710061;3.山東金州集團地質勘探有限公司,山東乳山264501)

0 引言

膠東地區蘊藏著巨大的金礦資源。前人將該區金礦劃分為招遠—萊州成礦帶、牟平—乳山成礦帶和蓬萊—棲霞3個成礦帶。銅錫山金礦位于乳山市北16 km處,為牟平—乳山金礦帶中的一個金礦床。礦區自古代就有人開采金礦;20世紀50—90年代,多次進行過金礦地質工作。

1 區域地質概況

1.1 構造

銅錫山金礦區位于膠東隆起的東部(圖1),構造活動強烈,斷裂發育,以NE向及NNE向為主,NNE向斷裂構造縱貫全區,為區內金礦床的主要控礦構造。

NE向斷裂由一系列平行展布的斷裂構成,發育斷裂破碎帶。走向45°,傾向 SE,局部反傾,傾角70°～80°,以壓扭性為主 ,具多次活動特點 ,與金礦化關系不密切。如區內的午極斷裂,是區域性海陽—育黎斷裂的一部分。

NNE向斷裂在區內最為發育,規模較大,自西向東依次為唐家溝、下仙姑、馮家斷裂。區域上屬于金牛山斷裂帶的南段,走向0°～15°,傾向 SEE,傾角60°～80°,斷裂帶內有煌斑巖、石英脈及蝕變絹英巖的充填。

1.2 地層

本區主要出露太古宇膠東群變質巖和第四系。膠東群是一套變質火山-沉積建造,原巖為拉斑玄武巖-陸源沉積建造,斜長角閃片麻巖的鋯石U-Pb法年齡為2 858 Ma[4]。膠東群被認為是膠東金礦的礦源層;自下而上分為魯家夼組和馬格村組,主要巖性為黑云斜長片麻巖、黑云片巖、大理巖等。片麻理產狀 50°∠70°～85°[5]。

1.3 巖漿巖

昆崳山花崗巖的巖石類型為二長花崗巖,該巖體為銅錫山金礦的直接圍巖。昆崳山巖體的成巖時代認識不一,較早的研究多將其歸屬元古宙,也有人認為是中生代產物;近年對花崗巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡測定證實,巖體形成年齡為(160±3)Ma,顯然是中生代的產物[6]。

圖1 膠東牟平-乳山金礦帶地質略圖Fig.1 A simplified geological map of the Muping-Rushan gold belt in the Jiaodong Peninsula

區內燕山晚期脈巖非常發育,主要有花崗閃長斑巖、煌斑巖脈等;脈巖的規模最長可達5～6 km,寬1～10 m。走向為NNE-NE向,傾角一般較陡。其中煌斑巖最為發育,它可分為兩組:一組為NNE向,產于含金石英脈的上、下盤,二者平行產出,走向2°～12°,傾向 SE ∠70°～85°,延長 600 多 m,寬 1～5 m;另一組的煌斑巖與含金石英脈呈斜交,走向40°～60°,傾向 NW ∠70°～80°,長 400～500 m,寬 4～13 m。早期煌斑巖被含金石英脈切穿,Rb-Sr等時線年齡為132.34 Ma;晚期煌斑巖或與含金石英脈平行產出,或切穿礦脈,K-Ar法年齡為 104.97 Ma[7-8],而金礦的成礦年齡在117 Ma左右[6]?？梢?煌斑巖在空間和時間上與金礦脈關系密切。

2 礦床地質特征

2.1 礦體地質特征

銅錫山金礦主要由Ⅰ號、Ⅰ支1號、Ⅰ支2號和Ⅱ號共4個礦體組成。

Ⅰ號礦體呈脈狀產出。地表礦體主要出露于29線—30線之間,礦體斷續長500m,最大延深為-210 m。礦體總體走向 2°～12°,多傾向 SE,27線附近傾向 NW,傾角70°～90°。地表的礦體厚度為0.25～4.10 m。深部的礦體厚度為0.20～4.43 m。工程見礦頻數以0.20～1.00 m最多(占48%),1.00～2.00 m者占37%(圖2),礦體厚度變化系數為72%,較為不穩定,礦體膨大收縮明顯,并有分支復合、尖滅再現等特點。礦體沿走向方向在34線附近出現無礦地段。并在26線、27線及39線附近出現無礦“天窗”。礦體品位變化較大,金品位w(Au)最高達104.99×10-6,金品位為1.5×10-6～5.0×10-6者占 58%,5.0×10-6～10.0×10-6者占 25%,金品位變化系數為133%,屬不均勻型礦體(圖3)。礦石類型為含金黃鐵礦石英脈。

從礦體厚度變化曲線圖(圖4,圖5)可以看出,礦體沿走向方向在40線和26線處的厚度最大,沿垂深方向上在-38 m和+100 m標高的厚度較大,通常是在斷裂沿走向和傾向的轉折或變異地段厚度增大。

圖2 礦體厚度變化直方圖Fig.2 Histogram of orebody thickness variation

圖3 礦體品位變化直方圖Fig.3 Histogram of orebody grade variation

Ⅰ支1號礦體在地表出露于27線附近,礦體長約40 m,走向 2°～12°,傾向 NW ∠80°,礦體平均水平厚度為1.14 m,金品位w(Au)平均4.28×10-6。

Ⅰ支2號礦體位于27線附近,賦存于Ⅰ號礦體下盤,呈脈狀,為盲礦體。礦化類型為含金黃鐵礦蝕變花崗巖。礦體賦存標高為-73 m,與Ⅰ號礦體平行產出,兩礦體之間相距 8 m左右,水平厚度為0.92 m,金品位w(Au)平均 2.14×10-6。

Ⅱ號礦體分布于24線附近,賦存于Ⅰ號礦體下盤,為盲礦體。礦化類型為含金黃鐵礦石英脈。礦體賦存標高為-128 m,與Ⅰ號礦體平行。兩礦體之間相距10 m左右,水平厚度為1.23 m,金品位w(Au)平均3.35×10-6。

2.2 礦石特征

礦石具有半自形-自形粒狀結構、包含結構、交代殘留結構、網脈狀結構、乳滴狀結構,黃鐵礦呈半自形-自形晶,多為立方體或五角十二面體,以單晶或集合體分布,賦存金的黃鐵礦常具有包含結構,即銀金礦呈包含結構賦存在五角十二面體黃鐵礦內;自然金與方鉛礦連生體呈包含結構賦存于黃鐵礦內。礦石主要金屬礦物黃鐵礦以浸染狀、團塊狀構造為主,局部為塊狀構造;脈石礦物絹云母呈角礫狀構造,石英呈對稱梳狀構造;此外,黃鐵礦脈和石英也形成網環狀和晶洞狀構造。

圖4 礦體沿走向厚度變化曲線Fig.4 Curve diagram of changing thickness of orebody along strike

圖5 礦體垂直方向的厚度變化曲線Fig.5 Curve diagram of changing orebody thickness in vertical direction

礦石中金屬礦物以黃鐵礦為主,其次為磁鐵礦,有少量黃銅礦、方鉛礦及閃鋅礦等,金礦物主要為自然金、銀金礦。非金屬礦物以石英為主,其次是絹云母、長石、重晶石、方解石、綠泥石等。

主要礦石礦物和脈石礦物有以下特點:

(1)黃鐵礦。是主要的金屬礦物,占90%以上,為主要載金礦物。其形態復雜,不同階段的黃鐵礦具有不同的標型特征:①第I階段黃鐵礦多呈中粒自形晶產出,晶形為五角十二面體,內有自然金粒包體;晶面光滑,裂紋發育,多呈角礫被晚期熱液膠結,與乳白色石英伴生;②第Ⅱ階段黃鐵礦出現銀金礦、銀金礦包體,多被黃銅礦網脈穿切,呈細粒半自形晶粒出現,與灰白-煙灰色石英共生,是主要的載金礦物;③第Ⅲ階段黃鐵礦多呈立方體、八面體自形晶產出,與鐵白云石、石英伴生。

(2)石英。是主要的脈石礦物,不同成礦階段其特征有明顯差別:①第 I階段石英為乳白色,多呈他形晶,壓碎結構,具波狀消光;②第Ⅱ階段石英為灰白色,石英內有黃鐵礦、金銀礦的微細包體;③第Ⅲ階段石英呈自形晶,中-細粒,多與菱鐵礦伴生,呈晶洞構造、梳狀構造;④第Ⅳ階段石英呈微細晶或隱晶質,與方解石、高嶺石伴生。

2.3 成礦階段

根據礦石結構構造、礦化蝕變特征、穿插關系、礦物共生組合、礦物生成順序等,將礦床的形成過程劃分為4個階段(圖6),金主要在第Ⅱ、Ⅲ階段形成。

2.4 金的賦存狀態

自然金的賦存狀態主要表現為連生體金,占65.36%;其次為微細包體金,占 25.47%;單體金(晶隙、裂隙)占 8.82%。

2.5 圍巖蝕變帶特征

礦體兩側的圍巖中發育不同強度的蝕變現象,寬度一般為2～6 m。主要的蝕變類型有絹云母化、硅化、絹云巖化和鉀化。

(1)絹云母化:是發育最廣泛的蝕變。鱗片狀絹云母交代斜長石,絹云母集合體常呈團塊狀沿解理呈脈狀產出,常與硅化伴生。

圖6 銅錫山金礦床礦物共生組合及生成順序Fig.6 Paragenetic assemblage and sequence of minerals in the Tongxishan gold deposit

(2)硅化:根據石英的形態可分為3種。①他形粒狀,彼此緊密鑲嵌,具波狀消光,呈團塊狀產出;②他形晶,沿解理呈細脈狀、網狀產出;③呈隱晶質,并交代長石,使巖石硅質增多、硬度增大。硅化發育強的部位與石英脈呈漸變過渡關系。

(3)絹云巖化;局部地段出現。鱗片狀絹云母呈微晶、隱晶質交代長石,或以粒狀集合體產出。黃鐵絹英巖化與金礦化關系密切,有的本身為工業礦體(如 Ⅰ支2號礦體)。

(4)鉀長石化:分兩種情況,一種是均勻的粒狀鉀長石化,與金礦化無關;另一種是石英脈兩側的網脈狀鉀長石化,它與金礦化關系密切。

據坑道及鉆孔資料來看,蝕變有對稱的水平分帶特點:中心為含金黃鐵礦石英脈,兩側為絹云母化、硅化花崗巖,邊緣為鉀長石化花崗巖,各帶之間無明顯界線,呈漸變過渡關系。

3 礦床成因探討

銅錫山金礦賦存在牟乳斷裂帶中,是典型的石英脈型金礦,金礦床的成因問題成為研究者關注的焦點,各家的觀點不盡一致:有人認為成礦與礦體的直接圍巖昆崳山花崗巖有關,有人則認為成礦與礦體附近的煌斑巖有密切聯系。主要的成因觀點有:①成礦流體來源于中基性脈巖形成的巖漿水,成礦物質主要源于地幔[9-10];②成礦流體來源于巖漿期后熱液,成礦物質來源于花崗巖及變質巖[11];③成礦流體來源于變質熱液,成礦物質來源于膠東群[12];④成礦流體來源于大氣降水,成礦物質來源于圍巖(包括花崗巖和變質巖)[13-14]。

從現有資料分析,金礦的直接圍巖(昆崳山花崗巖)的侵位時間為(160±3)Ma,而含金石英脈的成礦年齡為(117±3)Ma,成巖與成礦的時差約為40 Ma。前人研究表明[15-16],由單一侵入體引起的巖漿熱液活動時間最長在1 Ma內,即使考慮巖漿在深部的緩慢冷卻效應也不會超過10 Ma。這說明,在金礦形成時,昆崳山巖漿已經固結成巖,不會再產生大量的熱液。因此,乳山地區的成礦熱液來源于巖漿期后熱液的解釋顯然不甚合理。

筆者通過礦床地質研究,并收集分析前人大量資料,認為本區金礦床應屬于中低溫熱液型,成礦流體與幔源流體有關,并有大氣降水的混入。

3.1 硫同位素組成

表1顯示,取自不同礦體樣品的δ(34S)具有共同的特點,不同產狀和特征的礦脈卻具有近似的硫同位素組成,顯示出參與成礦的硫具有較深的來源特點。表明成礦熱液中的硫與昆崳山花崗巖中的硫具有相似的來源,而且與荊山群原巖的火山巖源區也具有一致性。

圖7 不同的環境207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(底圖據文獻[20])Fig.7 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb diamgram of different environment

表1 硫化物的硫同位素特征[17-18]Table 1 S isotopic characteristic for sulfide

3.2 鉛同位素組成

鉛同位素在礦床成因研究中發揮了重要的作用,作為一種有效的示蹤劑,已被廣泛應用于探討源區特征、形成環境和物質來源等方面[19]。前人對牟乳金礦帶地層、圍巖及礦石鉛同位素的研究認為[4],金礦的成礦物質不僅源于地殼源的,而且也有部分源于地幔。表2的數據表明,花崗巖、礦體與膠東群的鉛同位素比值具有一致性,說明礦床是與巖漿作用具有成因聯系。

將表2中的的數據投在鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(圖7)中,絕大部分點都落于造山帶鉛與地幔鉛的演化線之間,反映鉛的深源特點。說明各金礦床地層、花崗巖與礦脈有著共同的深源性,推斷成礦物質可能來源于殼源和幔源的混合鉛,具有多來源性。

3.3 氫氧同位素組成

膠東地區不同成礦階段石英包裹體的氫氧同位素數據見表3。金礦的成礦溫度在300℃左右,說明礦床主要形成于中低溫階段。

將表3的數據投到δ(D)-δ(18O)關系圖上(圖8),其投影點大都在巖漿水范圍內或大氣降水線的一側,礦脈的投影點更接近大氣降水線。顯示膠東金礦的成礦熱液以巖漿水為主,同時有部分大氣降水的混入。

表2 鉛同位素組成[17-18]Table 2 Pb isotopic composition

表3 氫氧同位素組成[17-18]Table 3 H,O isotopic composition

3.4 礦床成因

從銅錫山金礦的地質情況分析,金礦的成礦并不是直接與金礦的圍巖——昆崳山花崗巖相關。但是許多地質-地球化學特征卻一致地給出成礦與巖漿作用有關的指向;同時在昆崳山花崗巖侵位之后,區域范圍內的構造-巖漿活動并未終止,煌斑巖脈的侵位年齡為104.97～132.34 Ma[7,8],與牟乳金礦帶金礦的成礦年齡((117±3)Ma)[21]、三佛山似斑狀花崗巖侵位年齡(110～115 Ma)[22]均處于同一時限范圍內。近年來的研究表明,盡管煌斑巖本身的金豐度不足以使其成為礦源巖,但是富含揮發份的鈣堿性煌斑巖非常有利于金的活化遷移;深部來源 的煌斑巖在結晶過程中釋放大量的熱能促使地殼淺部的水(包括大氣降水)進行深循環,通過水-巖作用萃取圍巖中的成礦物質到適宜的部位富集成礦[23-24]。礦區煌斑巖和斷裂構造構成了金成礦的兩個主要的控礦因素,因此,銅錫山金礦床是與燕山晚期構造-巖漿作用有關的中低溫熱液礦床。

圖8 膠東金礦δ(D)-δ(18O)圖解(據文獻[18])Fig.7 δ(D)-δ(18O)diamgram of Jiaodong gold deposits

4 找礦標志

(1)構造標志:NNE向的壓扭性斷裂是金礦化的主要賦存部位。

(2)巖性標志:從牟乳金礦帶各個金礦的地質特征分析,只要有金礦脈賦存的部位,就有煌斑巖與之密切共生,同時在空間上、成因上與金礦床有密切的聯系,因此煌斑巖應為尋找金礦床極好的標志。

(3)礦物學標志:在已發現的礦脈中出現較多細?；蚍勰铧S鐵礦、毒砂等礦物時,礦化一般較好;若出現方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦時,是富金或明金產出的標志。

(4)圍巖蝕變標志:圍巖蝕變有鉀化、硅化、絹云母化、黃鐵絹云巖化、綠泥石化;以礦體為中心向兩側依次為黃鐵絹英巖化-硅化-絹云母化-鉀化-黑云母花崗巖,遠離礦體則蝕變明顯減弱;黃鐵礦富集部位往往形成金礦體。

5 結語

銅錫山金礦產于牟乳斷裂帶的南部,為一含金石英脈型金礦。礦床的地質特征和礦床地球化學資料的對比分析表明,成礦受NNE向斷裂控制,與金礦體同時空產出的煌斑巖對成礦亦有重要的控制作用;成礦物質為殼源和幔源的混合來源,成礦流體主要以巖漿水為主,有部分大氣降水加入;礦床屬于與燕山晚期構造-巖漿作用有關的中低溫熱液礦床。

致謝:審稿專家對本文提出了寶貴的意見和建議。野外工作得到山東金洲黃金集團領導和地質同行的大力支持。長安大學劉建朝教授、張學仁副研究員的悉心指導,謹此表示誠摯的謝意。

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