胶东海域金矿床元素富集贫化特征及深部预测

　　摘要:三山岛海域金矿床是近年来发现的超大型金矿床,已探明金储量470t、平均品位4.30×10-6,属于典型的焦家式金矿床。本文选择海域金矿床为研究对象,开展钻孔岩石测量,结果发现,在赋矿构造蚀变带内,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe2O3等发生富集,Na2O、Ba、Sr则发生贫化。在此基础上,按照矿源岩和构造蚀变带总结了地球化学勘查标志,其中,矿源岩的典型地球化学勘查标志是富S和Au,即矿源岩内出现S、Au的正异常;构造蚀变带的典型地球化学勘查标志是富S、Au、Ag、Bi,贫Na2O、CaO,即构造蚀变带内S、Au、Ag、Bi呈现正异常,Na2O、CaO呈现负异常。利用上述元素及其异常,构建了海域金矿床矿致异常模式,为该矿床外围和深部金矿勘查提供了有益借鉴,提出了海域金矿成矿带主体深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814钻孔连线呈NEE向展布。

　　关键词:海域金矿;岩石地球化学测量;富集贫化;矿致异常模式

　　0引言

　　胶东金矿集区地处华北克拉通东南缘,是金矿区域找矿勘查及科研的热点地区。目前该地区累计探明金资源储量超5000t,成为继南非兰德金矿、乌兹别克斯坦穆龙套金矿之后的世界第三大金矿集区[1]。区内主要包括焦家式(构造蚀变岩型)、玲珑式(石英脉型)和蓬家夼式(层间滑动角砾岩型)3种不同矿化类型[24],以焦家式金矿类型,即构造蚀变岩型为主,目前胶东地区该类型为主的金矿床资源储量逾3900t[1],近年来胶东地区取得重大找矿突破的纱岭金矿床、腾家金矿床、水旺庄金矿床、后仓金矿床、西岭金矿床、三山岛北部海域金矿床等均属于此类型。

　　焦家式金矿床普遍具有构造控矿的特征,具有明显的矿化蚀变分带,有研究者指出[5],在成矿构造分析基础上进行地球化学找矿研究是已知矿区深部找矿常用的方法,也是矿区构造地球化学方法找矿的基本思路,这为地球化学勘查方法的使用提供了实践基础。当前,胶东地区金矿床的成因仍存在争议[68],取得的共识是胶东金矿是在统一的伸展或岩石圈减薄背景下富集成矿的[912]。

　　金矿床成矿过程中,在不同尺度上发生了大规模的构造—流体活动,在此活动过程中,化学元素是最直接、最敏感的参与者,这就为研究不同尺度上化学元素蕴含的成矿信息,进而利用这些信息指导深部找矿提供了可能。近十年研究发现,成矿系统中成矿地球化学信息非常丰富,除以往常用的成矿及伴生元素外,矿化剂元素S异常、Na2O、Ba、Sr、CaO等的负异常也引起了特别关注,由这些元素和成矿元素、成矿伴生元素构成的矿致异常模式,是指导深部找矿的直接依据[1317]。笔者选择胶东地区典型的焦家式金矿床———三山岛北海域(简称海域)金矿床为研究对象,利用钻孔岩石测量结果,在元素富集贫化特征及规律基础上,筛选出典型地球化学勘查指标,构建矿致异常模式,旨在为胶东地区金矿深部勘查提供研究案例。

　　1地质背景

　　1.1胶东区域地质背景

　　胶东地区位于华北板块东南部和秦岭—大别—苏鲁造山带东北部[18],主要由前寒武纪和中生代地质体组成。其中,胶北隆起主要由新太古代花岗—绿岩带、古元古代中—高级变质的滨浅海相沉积地层、新元古代浅变质的滨浅海相沉积地层和中生代花岗岩组成[19],威海隆起为高压—超高压变质带,主要由新元古代含榴辉岩的花岗质片麻岩和中生代花岗岩组成。

　　中生代侵入岩主要有三叠纪闪长岩、正长岩、正长花岗岩,侏罗纪花岗闪长岩、花岗岩、二长花岗岩,白垩纪发育花岗闪长岩和花岗岩及基性脉岩等。金矿主要产于胶北隆起及其周边地区,赋矿围岩主要为前寒武纪变质岩和中生代岩浆岩的内部及其接触部位。胶东地区发育断裂数量多、规模大,其中NE-NNE走向断裂构造是金矿赋矿的有利部位[20]。

　　1.2海域金矿床地质特征

　　海域金矿床位于胶东半岛西北部莱州市NNE方向约20km的三山岛村北部近岸浅海海域。根据探矿工程揭露,基岩自上而下主要为新太古代马连庄超序列变辉长岩、中生代燕山早期玲珑二长花岗岩及燕山晚期郭家岭序列花岗闪长岩[21]。三山岛断裂呈NNE向发育在玲珑二长花岗岩与郭家岭花岗闪长岩接触带附近,贯穿整个矿区,走向约35°,总体呈舒缓波状,倾向SE,三山岛断裂的产状变化大,沿走向S形拐弯特征明显,沿倾向总体上显示浅部倾角陡深部倾角缓的铲式特点,且呈现倾角陡、缓交替变化规律,形成阶梯式断层[22]。

　　断裂蚀变带受控于三山岛主干断裂带,其形态、规模、产状与断裂带一致。玲珑二长花岗岩顶部发育钾化,底部发育绢英岩化;郭家岭花岗闪长岩顶部主要发育硅化和钾化,主要岩性:中心部位为黄铁绢英岩化碎裂岩,向两侧对称出现黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗岩,部分地段靠近主断裂面发育糜棱岩化碎裂岩,蚀变岩以断层泥为中心,整体显示非镜像对称特征[23]。金矿物主要为中细粒,以粒状为主,金矿物赋存状态可见包体金和晶隙金和裂隙金。

　　由浅入深,金矿物粒度总体呈增加趋势,深部金矿物形态较浅部形态更加多样。海域金矿床属于三山岛巨型金矿床的组成部分,探明金储量470t、平均品位4.30×10-6,属于典型的焦家式金矿床。该矿床与位于其南侧的三山岛矿区的深部主矿体相互连接,实际上为同一矿体,矿体全长超过3km,最大斜深超过1.7km,金资源总量超过500t[22],是我国规模最大的单体金矿。

　　2样品采集、测试及数据统计方法

　　2.1样品采集

　　以海域金矿30号勘探线为典型剖面开展相关研究工作。在30号勘探线上选择ZK3001、ZK3011、ZK3003、ZK3004、ZK3006和ZK3008共6个钻孔开展岩石测量。采样间距一般为8m,矿化地段适当加密。样品采集采用分层连续捡块方式,在每个采样间距之内,从钻孔浅部向深部基本等间距采集10个岩石碎块(子样)组合成一个样品。每个子样质量20~30g,每件样品总质量不少于200g。共采集钻孔岩心样品765件。

　　2.2样品实验测试

　　样品测试由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所承担,每件样品测试元素26项。一级标准物质监控和重复测试统计结果表明,样品测试数据质量100%合格。

　　2.3数据统计单元划分

　　根据海域金矿床赋矿地质体及围岩分布特征,将试验剖面上所涉及的地质体由浅至深依次划分为变辉长岩、二长花岗岩、构造蚀变带上盘花岗岩、构造蚀变带、构造蚀变带下盘花岗岩、花岗闪长岩等6个地质单元,文中元素含量及富集贫化特征即按这6个地质单元进行统计。

　　2.4元素富集贫化特征研究方法

　　元素富集贫化特征是指与确定的参比基准相比,研究区内与成矿有关的地质体中元素的含量状况。文中采用中国东部相应类型岩石平均化学组成[24]作为同类地质体中元素含量富集或贫化的参比标准,并利用富集系数(q)进行比较。

　　3赋矿地质体地球化学勘查指标

　　3.1赋矿地质体中元素富集贫化特征及规律

　　海域金矿床构造蚀变带(矿体)及围岩中元素平均含量及富集系数统计结果。已有研究结果表明,海域金矿床与成矿有关的地质体主要有构造蚀变带及其下盘花岗岩两个地质单元。从中可以看到,在构造蚀变带中,发生富集的指标有Ag、As、Cd、Cu、Pb、Bi、S和TFe2O3,发生贫化的元素主要是Na2O、Ba和Sr,呈现惰性的元素数量比较多,包括Ga、Ge、Mo、W、Ba、Sr、Ti、Zr、SiO2、Al2O3、CaO和MgO。在发生富集的元素中,Ag、As、Cd、Cu、Pb、Bi和S与成矿元素Au含量呈正相关关系,而TFe2O3与Au之间没有相关性。Na2O、Ba、Sr的贫化与Au含量呈正相关关系,即Au含量越高,这几个元素的贫化程度越强。

　　惰性组分Ga、Ge、Mo、W、Ba、Sr、Sr、Ti、Cr、SiO2、Al2O3、CaO和MgO等与Au含量没有相关性。在构造蚀变带下盘的花岗岩中,发生富集的元素有Ag、As、Cd、Cu、Pb、S和CaO,发生贫化的元素有Ti、Zr和MgO,呈现惰性的元素包括Ga、Ge、Ba、Sr、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、TFe2O3等。在发生富集的元素中,Ag、As、Cd、Cu、Pb和S与成矿元素Au含量呈正相关关系,CaO则与Au含量间没有相关性。发生贫化元素Ti、Zr和MgO与Au含量间没有相关性。惰性组分Ga、Ge、Ba、Sr、Sr、Ti、Cr、SiO2、Al2O3、Na2O、TFe2O3、K2O等与Au含量没有相关性,无论Au含量如何变化,这些元素总体恒定在丰度水平。

　　4矿致异常模式及预测

　　4.1矿致异常模式

　　钻孔岩石测量结果显示,变辉长岩、二长花岗岩、构造蚀变带上盘花岗岩、构造蚀变带、构造蚀变带下盘花岗岩、花岗闪长岩等地质单元中元素含量差异较大,尤其是典型地球化学勘查标志S和Au两个元素,含量相差2~3个数量级,采用原始数据编图不能充分反映各类地质单元中元素含量状况及异常特征,故采用以地质体为单元统计含量平均值,再按地质单元中元素平均含量成图的方式,编制了30勘探线上S、Na2O、CaO、Au、Ag、Bi等元素异常图。

　　从中可见,在远离矿体的变辉长岩中,S平均含量较高,是其下部二长花岗岩中S平均含量的近1倍,S异常明显,但这种S异常是变辉长岩本身S含量的反映,与二长花岗岩中S的相对低含量一样,与Au成矿无关。S最明显的异常出现在构造蚀变带内,S平均含量高达6570×10-6,Au矿体即产出在S异常之内。除构造蚀变带以外,其下盘花岗岩中S异常也很明显,S平均含量为2730×10-6,明显高于构造蚀变带上盘花岗岩的630×10-6。由此证实,海域金矿矿源岩及在矿源岩基础上发育的构造蚀变带中,存在明显的S异常。

　　5结论

　　海域金矿30勘探线钻孔岩石测量结果显示,在该矿床赋矿构造蚀变带内,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe2O3等发生富集,Na2O、Ba、Sr发生贫化,展示了成矿过程中元素的地球化学活动特性。对比构造蚀变带上盘花岗岩、下盘花岗岩中元素含量可以发现,构造蚀变带下盘花岗岩中明显富S和Au。依据金矿体总体产出在构造蚀变带下盘花岗岩中这一客观事实,结合已有成矿地球化学机制研究结果分析,海域金矿的形成受矿源岩的控制。矿源岩中除了富Au以外,更典型的地球化学勘查标志是富S。

　　与构造蚀变带上盘花岗岩、下盘花岗岩中元素含量相比,构造蚀变带内明显富集的元素主要是S、Au、Ag、Bi,这些元素呈现正异常;明显贫化的元素是Na2O(与正常花岗岩相比)和CaO(与构造蚀变带上盘、下盘花岗岩相比),呈现负异常。利用S、Au、Ag、Bi,Na2O、CaO等元素,构建了海域金矿矿致异常模式。该模式涵盖了矿源岩和构造蚀变带两层含义的异常。矿源岩异常以S、Au为主,构造蚀变带异常产出在矿源岩典型标志S异常之内,呈现两种异常类型,一是S、Au、Ag和Bi等的正异常;二是Na2O和CaO等的负异常。

　　并根据矿体最大控制斜深钻孔的元素富集贫化特征,提出了海域金矿成矿带主体的深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814钻孔连线呈延伸展布。在矿产勘查区内,采用钻孔岩石测量,构建矿致异常模式,其实用价值在于可以综合利用各种类型异常,递进地分析预测深部成矿前景。

　　地质工程评职知识： 发表沉积地质学专业论文的期刊

　　以焦家式金矿勘查为例:利用S、Au(成矿元素)异常,判断勘查区是否存在金成矿矿源岩,如果某地质体内S异常规模大且显著,同时有Au异常(规模和强度可能不大),则证实Au成矿矿源岩存在;利用Na2O和CaO等的负异常判断矿源岩是否经历了热液作用,以及热液作用的程度和强度;依据矿源岩产状特征,向S正异常、Na2O和CaO负异常增强方向,即热液作用增强方向追索,就有发现深部矿化体的可能。当然,如果没有发现大规模富S地质体,即便出现局部的Au(成矿元素)高含量点,成矿前景也不容乐观。

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　　作者：张亮亮1,2,朱立新3,马生明1,林少一2,戴长国2,周明岭2,霍光2,徐忠华2,席明杰1,张涛2

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