成矿流体运移与就位及其构造控制机理:以胶东焦家金矿带为例

热液成矿系统的形成受控于构造运动引发的成矿流体运移和就位,构造是一级控矿因素,成矿流体的运移与就位则为构造控矿理论的核心。以流体压力差为主导、综合水力梯度和热传导等多种或单一主导因素驱动流体在围岩中由断层、裂隙和孔隙组成的输运通道中运移。流体在构造裂隙或孔隙中发生化学反应、流体混合和不混溶作用、流体沸腾都会导致流体物理化学性质发生变化,导致成矿物质沉淀;流体运移形式影响着矿化形式的表达,以管道流形式在宏观断层和裂隙中运移的流体以形成规模较大且矿化程度高的脉状矿体为主,而在围岩微米级裂隙和孔隙中广泛发育的渗透流多形成矿化品位稳定、规模中等的细脉-浸染状矿体。构造变形与流体压力、应力状态之间的动态耦合导致矿体的时空定位,断层阀-泵吸机制是解释造山型金成矿作用最具代表性的构造-流体耦合成矿动力学模型。胶东焦家金矿带中矿床的形成与分布受到焦家断裂带上一、二、三级断裂构造的联合控制:压剪性的焦家断裂为一级控矿构造,控制了广泛的以绢英岩化为主的热液蚀变作用和破碎带蚀变岩型金矿体的形成与就位;在其下盘张剪性的望儿山断裂为二级控矿构造,热液蚀变相对较弱,发育过渡型金矿体;三级控矿构造为以鲍李断裂为主的数十条张剪性断裂和节理系,蚀变-矿化程度最弱,主要控制石英脉型金矿体的产出。寺庄金矿床矿体三维几何学结构研究表明从I号到Ⅲ号矿体群的形态扁平程度增加,说明成矿流体输运方式由渗透流向管道流的空间演变,矿体产状差异则反映成矿流体运移方向也发生了变化。进一步研究需融合多学科方法和成果,特别是深入剖析显微-超显微变形组构与成矿流体行为耦合关系,构建逼近实际的多尺度构造-流体耦合成矿模型,揭示热液成矿系统形成的精细过程和机理。

山东栖霞笏山-西陡崖金矿地质特征及资源潜力分析

栖霞笏山西陡崖金矿位于蓬莱栖霞金成矿带南侧,是产于新太古代变质基底与中生代燕山期花岗岩接触带附近的破碎蚀变岩型金矿。本次研究在矿区外围开展了详细的野外地质调查,并对该矿床进行了详细研究,在Ⅰ号主矿体深部施工DKZK03钻孔,控制金矿体4层,累计真厚度6.85 m。其中,Ⅰ-1、Ⅰ-2号金矿体埋深分别为1273.80~1275.45 m、1072.95~1076.55 m,Ⅰ-1号金矿体为该区目前最深金矿体。采用趋势外推法对区内深部金矿体进行定位预测,为今后在栖霞地区金矿深部找矿勘查提供了依据,该地区金矿深部具有较大的找矿潜力。

胶东焦家金矿带3000m深部成矿特征及其地质意义

近年来,胶东焦家金矿带深部找矿取得了重大突破,控制深度一般在2000m左右。为进一步研究焦家金矿带3000m深部成矿特征,本团队在莱州吴一村地区成功实施了深度3266. 06m的科研深钻,新发现金矿体6层,累计见矿厚度20. 87m,平均品位1. 85×10^-6,最高品位13. 65×10^-6。该深钻有效验证了胶东金矿3000m深部的资源潜力,被誉为"中国岩金第一见矿深钻"。据研究预测,深钻控制的吴一村预测区2000~4000m区间推断金矿资源量约900t,整个胶东地区2000~4000m区间推断金矿资源量4000t左右。焦家断裂带从浅部到深部倾角逐步变缓,焦家金矿带深部从破碎特征、蚀变矿化特征、构造岩类型等方面与浅部及中深部存在差异,具有分带性,一般从外向内分为碎裂状花岗岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩、黄铁绢英岩化碎裂岩、断层泥等带;焦家金矿带深部黄铁绢英岩仅局部出现在破碎蚀变最强部位,不连续,常呈条带状、透镜状出现;深部矿体主要位于主断裂面(断层泥)的上部,打破了以往研究认为断层泥在成矿过程中起隔挡成矿热液的作用、矿体位于其下部的局限认识,这些新认识对于正确构建找矿模型、确定深部找矿有利部位、成矿预测以及资源潜力评价等方面具重要意义。根据矿相学观察和测试研究,可将成矿阶段划分为Ⅰ石英-黄铁矿阶段、Ⅱ金-黄铁绢英岩化阶段、Ⅲ金-石英-多金属硫化物阶段和Ⅳ石英-重晶石-碳酸盐矿物阶段;深部矿体黄铁矿原位硫同位素测定及综合研究表明,成矿物质总体来源于中生代活化再造的前寒武纪变质基底,也有深源流体与地壳围岩强烈交换的特征,同时也显示地表水的参与,应该是燕山期地幔大幅度上涌,岩石圈迅速减薄,造成大规模陆壳重熔活化和岩浆活动,形成新的岩浆-流体-成矿系统,最终参与成矿。

胶东西涝口金矿深部110 Ma角闪辉长岩脉及其对成矿时代的约束

西涝口金矿是胶莱盆地北东缘新近取得找矿突破的蚀变岩型金矿,金矿体主要赋存于古元古界荆山群与牧牛山二长花岗岩之间的构造破碎带中。前期在其深部新发现的角闪辉长岩脉中,通过人工重砂分选,获得了自然金。为探索其与金成矿的关系,文章对其进行了主量、微量元素、锆石U-Pb年代学以及Hf同位素研究。主量、微量元素分析结果表明,角闪辉长岩属钾玄岩岩石系列,全碱、Ba、Sr、轻稀土元素含量高,Rb、P和重稀土元素含量相对较低,无铕异常或有轻微的正铕异常,明显亏损Nb、Zr、Hf等高场强元素,具有富集大离子亲石元素与轻稀土元素、亏损高场强元素与重稀土元素的地球化学特征,类似于富闪深成岩。锆石Hf同位素结果显示,其岩浆锆石的εHf(t)为-14.0^-11.8,暗示其来源于富集地幔源区或存在源区混染的可能性。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,角闪辉长岩年龄为(108.4±2.2)Ma,属早白垩世晚期,明显晚于郭家岭、伟德山序列岩体。综上,笔者认为西涝口金矿角闪辉长岩形成于俯冲板片脱水而导致上覆地幔楔部分熔融,其成因可能与古太平洋板块向华北板块俯冲所形成的火山弧有关,其与该区金成矿过程密切相关,极有可能在成矿过程中直接提供了金的来源。西涝口金矿的形成时代应当在110 Ma左右,胶东东部应该存在110 Ma的金成矿事件。

基于TOPSIS法的省级层面自然资源节约集约评价研究——以山东省为例

本文在论述自然资源节约集约利用特点和省级层面考核评价指标选取原则的基础上,选取了17个代表性指标构建了山东省自然资源节约集约利用评价指标体系,并运用TOPSIS法对山东省自然资源节约集约利用情况进行了实证分析。研究表明,山东省各市在自然资源节约集约利用水平上存在较大差距;16市在节约集约利用水平上仍有较大的提升空间;本研究结果可以为未来的自然资源管理决策提供科学的依据;省级层面的自然资源节约集约利用评价应以安全为前提评价自然资源利用;TOPSIS方法简单易操作,能够更全面地评估决策方案,适用于自然资源节约集约利用评价。

胶东金矿床中关键金属资源储量估算与潜力初探

通过对大尹格庄和夏甸两个超大型金矿床的精金矿与尾矿砂中关键元素含量的分析,发现相对于华北克拉通地壳元素丰度,本次分析的稀贵元素Co、Rh、Ir和Ru,稀散元素Cd、Te和Se,稀有元素W和In均发生了不同程度的富集;特别是Te、Co和Cd超常富集达到伴生组分综合评价品位。根据伴生有用组分综合评价规范和金矿选矿报告相关参数,分别估算了金矿石和精金矿中可利用的关键金属矿产储量,其中夏甸金矿床内Te储量为69吨(精金矿中52吨)、Co储量为604吨(精金矿中413吨),大尹格庄金矿床内Cd储量为224吨(精金矿中206吨),这些均可直接回收利用。矿物学和矿物化学综合研究表明:Te主体以碲金矿、碲银矿、碲铋矿、碲铅矿和陈国达矿等独立矿物存在,与可见金密切共生;Co常以微量元素形式分布在金成矿早阶段的粗粒黄铁矿和磁黄铁矿中;Cd主要以类质同象的形式赋存于金成矿晚阶段的闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿中。进一步通过对典型金矿床中黄铁矿原位和/或单矿物的Te与Co含量对比、并结合矿石中Co与Cd元素组成及其区域地球化学空间分布特征,综合约束了其超常富集特征与资源潜力,揭示新城、玲珑和寺庄金矿床及栖霞异常区分别有约2329吨、1035吨、1553吨和22790吨Co资源量,乳山、新城和焦家金矿床有约1529吨、126吨、216吨Te资源量,仓上、新立、三山岛、寺庄和新城金矿床、以及栖霞和招平北段异常区分别有约47.6吨、78吨、63.7吨、69吨、3564吨、7120吨和696吨Cd资源量;即胶东金矿集区具备近期被综合利用或作为未来潜在接替资源的Co、Te和Cd资源条件,且其展布区域广泛、资源潜力巨大。初步研究已显示胶东具有形成大型-超大型Cd、Te和Co矿床的资源条件,但关键金属资源的空间分布极不均一、其超常富集机理与规律尚不清楚,亟需深入研究。

金矿立体地球化学探测模型与深部钻探验证

深部资源地球化学探测科学问题的的焦点是元素大深度垂向迁移机理和立体地球化学探测模型的建立。本文以胶东蚀变岩型金矿和贵州水银洞卡林型金矿钻孔岩芯和地表联合取样获得的数据,建立千米深度立体地球化学探测模型。蚀变岩型金矿立体地球化学模型显示,Au、S和Hg与金矿密切相关,分布模式既有相似性又有差异性,Au的立体几何分布模式兼具矿化剂元素S和远程指示元素Hg的双重特征,金异常和矿化剂元素硫与矿体倾斜方向一致,反映了成矿过程中流体沿控矿构造的轴向运移;金异常与类气体元素汞在垂向上一致,而且出现从矿体到地表的连续贯通式异常,反映了流体沿微裂隙和纳米孔的垂向迁移。卡林型金矿立体地球化学模型显示,Au、As、Sb、Hg、Tl和S在不整合面都显示高含量特征,与深部层状主矿体分布一致;在矿体上覆地层中都存在弱异常,显示了明显的成矿流体沿隐伏微小断裂垂向迁移特点;所不同的是Sb和Tl元素在不整合面附近显示了最高的元素含量,而Sb和Hg在近地表均显示了明显高的异常特征。立体几何模型清晰地显示了矿体的展布特征和范围,而且金及其伴生元素垂向迁移在地表形成清晰异常,为利用金及伴生元素和矿化剂元素进行深部矿体三维预测提供了重要依据,对指导深部金矿勘查发挥了重要作用。针对胶东蚀变岩型金矿地表完全被土壤覆盖区的穿透性地球化学微细粒级土壤采样,金属活动态提取分析圈定的异常,经深部钻探验证,胶东焦家成矿带五一村3200 m钻探,在2428.00~3234.16 m深度发现6层矿化体,其中高品位矿体位于2854 m深度;上宫金矿地表基岩出露,采集断层泥或裂隙岩石样品,可以清晰探测深部异常,经2000 m钻探,在1312 m处发现高品位金铅锌银矿体;贵州水银洞采集地表细粒级土壤,能够直接有效地揭示深部金矿体,经500~1500 m钻探验证,在300~1500 m深度新增金资源量203 t。

热液成矿系统构造控矿理论

构造对成矿的控制是热液成矿系统的典型特征之一,系统剖析多重尺度控矿构造的几何学、运动学、动力学、流变学和热力学对认识矿床成因和预测找矿至关重要;而如何实现控矿构造格架、渗透性结构、成矿流体通道和矿化变形网络由静态到多尺度时-空四维动态的转变,查明流体通道和矿床增量生长过程与控制因素,揭示热液成矿系统的构造-流体耦合成矿机制和定位规律是亟待解决的关键科学难题。为此,我们在对已有相关成果系统梳理的基础上,提出了科学构建热液成矿系统构造控矿理论的基本要点与对应方法及应用范畴:(1)流体而非构造是构造控矿理论的中心,热液系统的流体流动与成矿作用受控于断裂带格架及其渗透性结构,其中渗透率是将流体流动与流体压力变化联系起来理解控矿构造的核心;(2)不同控矿构造组合的关键控制是构造差应力和流体压力的大小,而矿化类型的变化可能是由于构造应力场引起的容矿构造方位的不同和赋矿围岩之间的强度差异所致;(3)流体通道的生长始于超压流体储库上游围岩中孤立的微裂隙沿流体压力梯度最大的方向、随裂隙发育且相互连结而形成新的长裂隙,并最终连通形成断裂网络内的流体通道,矿床的增量生长发生在高流体通量的短爆发期,断层反复滑动驱动其内流体压力、流速和应力快速变化,当由此诱发的流体通道生长破坏了流体系统的动态平衡时,随之而来的流体快速降压就成为金属沉淀成矿的关键驱动因素;(4)以热液裂隙-脉系统野外地质观测和构造-蚀变-矿化网络三维填图为基础,通过宏观与微观各级控矿构造相结合、地质历史与构造应力分析相结合、局部与区域点-线-面相结合、浅部与深部相结合、时间与空间相结合、定性和定量相结合,对各种控矿因素开展多学科、多尺度、多层次、全方位综合研究,是应遵循的基本原则;(5)通过构造-蚀变-矿化网络填图,将蚀变-矿化体与控矿构造的类型、形态、规模、产状和间距等几何学特征联系起来,利用热液裂隙-脉系统和断裂网络拓扑学及矿体三维几何结构分析等定量方法查明控矿构造格架和渗透性结构并揭示矿化变形网络的连通性与成矿潜力;(6)合理构建地质模型,选取合适的热力学参数和动力学边界条件,利用HCh和COMSOL等方法,定量模拟成矿过程中的流体流动、热-质传递、应力变形和化学反应等的时-空变化,是揭示构造-流体耦合成矿机理和定位规律、预测矿化中心和确定找矿目标的有效途径。进而提出了构造控矿理论的研究流程:聚焦构造-流体耦合成矿机制和定位规律这一关键科学问题,选择热液裂隙-脉系统和构造-蚀变-矿化网络为重点研究对象;通过几何学描述、运动学判断、流变学分析、动力学解析和热力学综合,厘定控矿构造格架,定位矿化中心,示踪成矿流体通道和多种矿化样式的增量生长过程及其关键控制,揭示渗透性结构的时-空演变规律及构造再活化与成矿定位的成因关联,建立构造-流体耦合成矿模式,服务新一轮战略找矿突破。以胶东焦家金矿田为例,开展控矿构造理论研究和成矿预测应用实践,证实了其科学性和有效性。

山东省矿产资源潜力评价成矿地质背景属性数据库的建设方法探讨

信息技术快速发展,数字找矿工作不断创新,数字地质的信息化程度不断提高。依据地质空间数据特性,使用合适的技术方法进行数据库建设,提高地质空间数据的科学性和可靠性。通过介绍运用通用软件MAPGIS和专用软件GEOMAG实施山东省成矿地质背景专题属性数据库的建设流程、建设方法和质量监控。探讨在地质背景底图类图层文件出现特殊情况时,根据属性数据特征,所应采取的有效处理方法。

胶东型金矿

胶东是全球唯一已知赋存于前寒武纪变质地体中的晚中生代巨型金矿省,其成矿系统独具特色,具体表现为:(1)位于陆内复合构造域,经历了多期重大构造-热事件,大规模金成矿作用受控于120±2Ma古太平洋板块俯冲方向变化及其诱发的软流圈上涌、岩石圈改造和伸展-挤压变形交替及控矿断裂剪压-剪张转换;(2)多重控矿构造和多样赋矿建造联合控制了不同规模和类型金矿的发育,形成了三山岛、焦家、招平、栖霞、郭即和牟乳六条NE向金矿带和三山岛-栖霞EW向富金廊带,导致了金矿化类型(焦家式/破碎带蚀变岩型、玲珑式/石英脉型、蓬家夼式/蚀变砾岩±角砾岩型、辽上式/黄铁矿-碳酸盐脉型)及其地质-地球化学特征的多样性;(3)主要矿化元素Au、Ag、Cu、Pb和Zn均达到工业利用要求,并有多种共/伴生关键金属超常富集;(4)不同金矿带中硫化物Pb同位素组成与探明金资源储量及到郯庐断裂带的距离线性相关,反映距离幔源流体主通道越近、金属硫化物中放射性成因Pb含量和幔源组分占比越多、金成矿强度越大;(5)区域总体相对均一的Δ199 Hg(平均~0.012‰)及Δ199 Hg/Δ201 Hg与金品位呈线性负相关,表明成矿物质来源于富集岩石圈地幔、且地幔被俯冲洋壳及其上覆沉积物交代的程度控制了金品位的高低;(6)区域恒定的Δ33 S同位素组成(~0‰)排除了巨量金源自太古宙变质基底及其重熔花岗岩的可能,重的δ34 S(平均9.0±3.7‰)来源于俯冲的古太平洋板片及其上覆沉积物的脱挥发份;不同金矿带Δ33 S/δ34 S与探明金资源储量及其到郯庐断裂带距离线性相关,反映成矿期地壳伸展程度控制了金成矿强度;(7)区域He-Ar和H-O同位素组成显示壳幔混合特征,焦家式金矿的成矿流体组成更靠近地幔、玲珑式金矿位于地幔与地壳过渡带;三山岛、焦家和招平金矿带的成矿流体相对接近幔源流体,而郭即金矿带具有相对开放的构造环境;不同金矿带氢-氧同位素组成和探明金资源储量正相关,可能表征了从西到东成矿流体通量和流体-岩石反应强度逐渐降低。基于对上述特征的总结,提出了胶东型金矿的成因模式,明确了其成矿地球动力学背景和深部驱动、巨量金属和流体及络合物来源、输运通道和方式、源→汇过程和机制、成矿后变化和保存等成矿系统形成的关键因素,确立了“拆离断裂系与基底活化带及幔源流体通道复合控矿”的勘查思路和“四步式”的勘查模型。综上,胶东金矿不同尺度的鉴别特征及其形成的关键因素明显不同于全球已知的其他金矿类型,难以被已有成矿模式所涵盖,属于一种新的金矿类型——胶东型,其成因模式对华北、华南、西伯利亚、西澳伊尔岗、北美怀俄明和南美圭亚那等陆内金矿床具有普适性;系列找矿突破则验证了该成因模式与勘查模型的合理性和适用性。因此,本文认为胶东型金矿是全球研究热点和重要的金矿勘查方向,而该地区找矿的主攻目标是资源量大且品位和产状稳定的破碎带蚀变岩型金矿。

胶东夏甸金矿床构造-热历史:成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束

胶东是全球唯一已知前寒武纪变质地体内的晚中生代巨型金成矿系统,其成矿机制独具特色,属胶东型金矿床成因新类型;深入剖析该成矿系统的形成、变化与保存过程对丰富和完善金成矿理论具有重要意义。夏甸超大型金矿床位于胶东招平金矿带中南段,赋存于晚侏罗世玲珑花岗岩和早白垩世郭家岭花岗岩中,是一典型的胶东型金矿床;该矿床成岩-成矿时代已有精确限定,但其精细演化过程与成矿后变化-保存尚缺乏有效约束,是开展矿床形成与隆升剥蚀研究的理想选择。因此,本文通过成岩-成矿年代学与磷灰石裂变径迹热年代学综合约束该矿床的构造-热历史,揭示其主控因素,提高对该成矿系统的认识,为深部找矿潜力评价提供支撑。本次获取的锆石U-Pb定年结果显示玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩分别于151.7±2.1Ma(2σ)和125.8±1.6Ma(2σ)侵位。区域已有黑云母和白云母^(40)Ar/^(39)Ar年龄表明玲珑岩体侵位后缓慢冷却,并发生韧性变形;郭家岭花岗岩则经历了同岩浆韧性变形和快速冷却;约于124Ma两者均冷却至350±50℃,区域发生韧脆性变形转换。夏甸金矿床与载金矿物共生的热液绢云母^(40)Ar/^(39)Ar和热液独居石U-Pb年龄表明,该区于约120Ma发生大规模脆性构造活动和金成矿作用。本文利用采自夏甸金矿床-652m中段532巷道中包括主控矿断层上、下盘经历不同变形程度的7件岩/矿石样品进行磷灰石裂变径迹(AFT)分析。除遭受异常热事件影响的主断裂上盘次级断层断层泥样品外,其余6件样品AFT中值年龄在32.5±1.7Ma(1σ)至23.6±2.9Ma(1σ)之间,其径迹长度平均值低于14μm(范围为12.0±0.3μm~13.8±0.3μm)、为单峰分布、并略具负偏斜特征,表明该矿床大致在32~23Ma单调缓慢通过磷灰石裂变径迹部分退火带(125~60℃)。综合区域已有热年代学资料与上述锆石U-Pb、AFT数据,重建了夏甸金矿床自赋矿玲珑和郭家岭花岗岩侵位以来的构造-热演化历史,计算出自120Ma金成矿至今该矿床平均冷却和剥蚀速率分别为1.8℃/Myr和0.059km/Myr,总剥蚀量约为7km,对比前人对胶西北地区整体剥蚀程度与深部成矿潜力的定量评估以及目前~1.5km的钻孔最大见矿深度,推断其深部找矿潜力良好。

胶东三山岛北部海域金矿床石英热释光和晶胞参数特征及其找矿意义

胶东是中国最重要的黄金资源基地之一,近年来深部找矿取得重大突破,特别是在三山岛北部海域发现超大型金矿床。深入研究其成矿规律,对于指导今后的找矿勘探意义重大。笔者应用成因矿物学和找矿矿物学理论,选取该矿床的贯通性矿物石英,对其热释光和晶胞参数特征的时空分布规律及与金矿化的关系进行了系统研究。结果表明:(1)石英热释光曲线以中温单峰、肩峰和不对称双峰为特征。主成矿阶段发光曲线出现中温峰和高温峰的双峰,发光强度大;(2)石英热释光峰位温度、发光强度在垂向上的波动变化与矿石金品位套合较好;(3)石英(Δa_(0)/a_(0))/(Δc 0/c 0)值的变化范围在1.92~3.30,指示微量元素进入石英的方式以填隙为主;(4)随着成矿阶段由早至晚,石英晶胞参数a_(0)和V_(0)逐渐升高,c 0/a_(0)逐渐降低,表明石英的晶胞参数可作为识别其结晶阶段的标识之一;(5)钻孔深部石英热释光峰位温度较高,发光强度波动性较大,峰型呈单峰和肩峰,石英晶胞参数a_(0)、V_(0)仍较大,指示该矿深部仍有较好的找矿前景。

胶东玲珑金矿田金的赋存状态及其对成矿过程的指示意义

胶东地区是我国最大的黄金基地,探明黄金资源储量超过5000t。胶东地区金矿床主要发育两种矿化样式,即浸染状细脉-网脉型矿化和石英-硫化物脉型矿化,金主要以可见金形式赋存于黄铁矿和石英中。玲珑金矿田位于招平断裂带北端,同时发育两种矿化样式的矿体,是研究金赋存状态的理想选区,理清金的赋存状态对于选择合适的选冶工艺以及揭示金的成矿作用和富集机制具有重要的研究意义。在详实的野外地质调查基础上,通过显微岩相学观察、电子探针分析与矿物自动定量分析,对胶东玲珑金矿田两种不同矿化样式的样品中可见金的赋存状态进行了对比研究,探讨了金成矿过程。玲珑金矿田两种矿化样式矿石中金矿物的赋存状态并无显著差异,金矿物主要为银金矿和自然金。嵌布状态为裂隙金、包体金、粒间金,以粒间金和包体金为主。金矿物粒度以微粒-细粒为主,石英脉中偶见中粒-粗粒金矿物。金矿物主要以独立矿物形式以及与黄铜矿、方铅矿等硫化物共生的形式赋存于黄铁矿中。石英-黄铁矿阶段金矿物成色高于石英-多金属硫化物阶段金矿物成色,主要是受到成矿温度的影响。浸染状细脉-网脉型样品金矿物比石英-硫化物脉型样品金矿物具有更高的金成色,是由于两种矿化样式沉淀机制差异导致。

地壳深部结构探测启示与山东中生代金成矿的主要科学问题讨论

在山东省域内广泛分布有中生代形成的金矿床。涵盖胶北地块、胶南威海造山带的胶东金矿区以成矿作用强烈、赋存资源量巨大成为中国东部金成矿的典型代表,为成矿机理、成矿过程和研究对比提供了重要场所。在对胶东地区地壳深部结构探测认识进展的基础上,总结山东省中生代金成矿的时空规律,本文提出胶北地块、鲁西地块以及胶南威海造山带内中生代形成的与岩浆活动相关的内生金矿床虽具有不同成矿模式,但在成矿过程中,具有相似的成矿动力机制。通过不同构造单元内成矿模式的对比,结合已有的成矿理论和胶北地块地壳结构特征,提出在华北克拉通破坏过程中,存在以岩石圈破裂为特征的金成矿作用。成矿作用以构造体系、岩浆体系和成矿流体等要素耦合为基础,构成了各具特色的成矿系统。在阐述上述认识的基础上,本文初步梳理了进一步研究中,需要厘清和解决的部分科学问题。

胶东焦家断裂带3000 m深部矿化特征及金矿物赋存状态

胶东是我国黄金的主要产地,前人已开展大量矿床学研究,但主要集中在浅部,其深部的成矿研究仍然薄弱。本文以目前最深的见矿钻孔为研究对象,在宏观观察描述的基础上,以电子探针为主要研究方法,在微观上系统开展深部金矿的矿相学和元素地球化学研究,为深部金矿成矿特征提供了第一手的基础资料,研究结果对于深入认识焦家金矿带矿床的成因以及进一步的深部找矿预测都具有重要意义。超深科研钻ZK01井位于莱州吴一村地区,是目前焦家断裂带最深的见矿钻孔,也是我国岩金最深见矿孔。深钻蚀变类型主要有钾化、硅化、黄铁矿化、绢英岩化、黄铁绢英岩化、绿泥石化和碳酸盐化,矿石类型为黄铁绢英岩化碎裂岩和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩,矿体多以脉状、细脉网脉状、细脉浸染状为主。载金矿物主要为黄铁矿,少数金矿物分布在黄铜矿、石英和钾长石中。焦家带深部矿石金矿物成色较高,主要为含银自然金,其次为银金矿,说明该深钻深部金矿形成于高温、较深的成矿环境;成矿时代相对较老。Au主要有两种赋存形式:独立的金矿物和不可见金即晶格金。独立金矿物可分为三种赋存状态,即包体金、裂隙金和晶隙金。初步认为矿石矿物生成顺序从早到晚依次为:(不含Pb黄铁矿、方铅矿、辉铋矿、金矿物)→(黄铜矿)→(含Pb黄铁矿)→(方铅矿、金矿物)→(重晶石)→(闪锌矿)。深钻成矿热液存在多期活动,碎裂岩带为含金热液运移提供了通道,多重成矿阶段的叠加和复合导致金矿物多期次结晶。

山东招远大尹格庄金矿深部三维可视化建模与定位预测

山东招远大尹格庄金矿床位于华北板块之胶北隆起区内的招远–平度断裂带(简称招平断裂)中。招平断裂带是沿玲珑花岗岩体和前寒武纪结晶基底岩系的侵入接触带而发展、承生、并经多期构造叠加的一条北东向断裂,既属控矿构造,又是导矿和容矿构造,大尹格庄金矿床主要产于招平断裂下盘的碎裂状玲珑花岗岩中,在其上盘的基底岩系中亦有分布,为一典型的破碎带蚀变岩型金矿床。本文以大尹格庄金矿田为研究对象,引入三维地质建模(3DGM)及三维可视化技术,研究探索隐伏矿体预测的三维化、定量化及可视化技术,重点突破了复杂地质体三维形态分析、控矿地质因素场模拟、成矿信息三维定量提取等关键技术,初步形成了隐伏矿体三维可视化预测的方法。依据勘探工程数据、矿体圈定规范和成矿地质规律并结合已知的地震、重力、大地电磁等方法获得的各类数据作为研究深部地质构造的基本资料,对深部成矿构造进行了三维重构,对大尹格庄金矿深部进行了矿化空间分析和三维成矿信息提取,开展了三维定量成矿预测,在此基础上建立了三维定量成矿预测模型。在大尹格庄金矿田共圈定了I、II和Ⅲ号三个可视化立体找矿靶区,为今后深部工作优选区位提供了方向。

山东省莱州曲家金矿区原生晕立体地球化学模型及对元素迁移和深部找矿的启示

与热液活动有关的矿床多数伴有原生晕的形成,其本质是元素的迁移和扩散,原生晕成分分带和浓度分带特征的研究对于找矿有重要意义,而立体地球化学建模是近年来兴起的新的原生晕研究方法。曲家金矿和招贤勘查区北部位于胶东焦家金矿带中段,为新城金矿和马塘金矿向深部的延伸。曲家金矿矿体赋存标高–607~–1466 m,最大勘查深度1600 m,招贤勘查区矿体赋存标高–1330~–2170 m,最大勘查深度2268 m,在这一地区开展原生晕立体地球化学建模研究具有得天独厚的条件。为此采集了曲家金矿南部腾家矿段的33个钻孔和西侧相邻的招贤勘查区的6个钻孔的1130件岩心样品,分析测试了34个元素,用Micromine软件建立了原生晕立体地球化学模型,建模标高0~–1810 m。模型显示Au、Ag、Cu、Pb、As、Sb、Bi、Hg、Mo、W、S、Co、Ni、V、Cr、Ba、Sr、Cl、F、Se、Fe2O3、K2O、CaO、MgO等元素高值区域主要沿焦家断裂带分布,表明这些元素的迁移富集由成矿热液沿断裂破碎带活动引起,其中Ni、Co、Sb、Ba、F等元素趋向在断裂带较深部位富集,而K2O则趋向在较浅部位富集。Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Bi、Hg、Cd、Se、Mo、W、S、F等元素在垂向上也有较明显的迁移和成晕现象。同时发现原生晕在空间分布上具有复杂性,研究认为成矿元素在成矿带轴向和垂向上的迁移扩散受多种因素影响,包括成矿部位、成矿热液中元素浓度、热液的温度压力、围岩化学活性和可渗透性等。元素的扩散及原生晕的形成除与热液对围岩的蚀变作用、金属纳米粒子被地气携带上升有关外,可能还与成矿作用过程中形成的金属气态络合物、气态水合粒子的迁移有关。元素垂向扩散形成的原生晕能够达到近地表部位,这对于穿透性地球化学和原生晕找矿机理研究有重要意义。利用模型确定了新的深部找矿靶区和找矿方向。

鲁西归来庄金矿田燕山期金成矿系统及成矿模式

鲁西归来庄金矿田是中国东部最重要的富碲型金矿田之一,也是鲁西地区迄今唯一的特大型金矿田。矿田中各金矿床受铜石潜火山穹隆控制,产出于不同深度、不同地质构造部位、不同的地质体中,矿化类型多样,但它们的形成环境、成矿地质背景、成矿作用特征总体一致:(1)归来庄金矿田是一个主要由前寒武纪基底岩石和早古生代碳酸盐岩盖层组成、中生代构造-岩浆作用较为发育的内生中低温热液金矿集区;(2)燕甘断裂是郯庐断裂带派生构造,控制着区内地层、岩浆岩、次级构造及金矿床/点的展布;燕甘断裂的次级断裂、潜火山穹隆的放射状、环状构造是矿液运移和沉淀聚集的良好场所;(3)金矿化以隐爆角砾岩型、镁质碳酸盐岩微细浸染型、斑岩型、矽卡岩叠加型及破碎带蚀变岩型为主,矿石普遍发育浸染状、细脉浸染状、网脉状、团块状和块状构造,反映其形成于岩浆期后热液环境;(4)具有碲与金超常富集共存的显著特征,金属矿物除常见的自然金、银金矿外,另有含碲矿物碲铜金矿、碲金银矿、碲银矿、碲金矿等;(5)早侏罗世中偏碱性岩浆侵位初步启动了该区的金成矿过程,为早白垩世的中碱性岩浆活动提供了母岩和成矿物质来源,早白垩世可能是鲁西归来庄金矿田的主要成矿时期;(6)成矿流体具有低温、低盐度特征,同位素特征具有多来源性,以岩浆水和大气降水为主,并有少量变质水的参与;(7)在成矿热液中可能是Au与Te、S结合生成可搬运的配合物进行运移;成矿热液中有较高的碲逸度,在中低温条件下碲易置换硫而进入硫化物晶格,在高碲逸度的条件下碲则易与Au、Ag、Pb等元素形成碲化物而参与成矿。这种区域上成矿特征表现出的一致性,表明鲁西归来庄地区中生代大规模金成矿作用受控于统一的地质事件,可划归为一个统一的潜火山中—低温热液金成矿系统。

胶东型金矿热隆-伸展成矿系统

胶东型金矿具有独特的成矿特征和成因机制,不同于国际已知金矿类型。为了深化认识控制矿床形成、变化和保存的地质要素及成矿过程,本文综合分析了胶东半岛晚中生代岩浆作用、构造活动和成矿特征及其构造背景,提出该区深部岩浆活动与地壳快速隆升及浅部变质核杂岩、张性断层、断陷盆地等伸展构造,共同控制了以Au为主的矿床成矿系列及成矿演化过程,谓之热隆-伸展成矿系统。阐明了晚中生代岩浆演化过程中的元素变化规律,发现了金矿化蚀变带中的低Ba、Sr含量异常及早白垩世胶东地壳中金丰度的显著变化,揭示了壳幔物质混合和伟德山型花岗岩岩浆活动对金成矿的贡献。认为这一成矿系统形成于古太平洋板块俯冲后撤的后俯冲伸展环境,由于软流圈上涌导致岩石圈地幔性质由富集向亏损转化,从而引起岩浆岩地球化学特征变化,地球化学元素重新调整,幔源含金流体与由重熔下地壳析出的壳源含金流体混合形成富金流体库,并产生贫金花岗岩。大规模岩浆活动为成矿元素的活化、迁移提供了热动力条件,上地壳伸展产生的断裂构造则为成矿元素聚集提供了良好空间。热隆-伸展成矿系统是中国东部晚中生代重要的成矿系统。

胶西北焦家断裂带深部成矿流体包裹体特征

焦家断裂带是胶西北地区最重要的断裂带之一,很多大中型金矿床沿此带分布。依托莱州市吴一村地区焦家断裂带深部的“中国岩金第一见矿深钻”钻孔岩心,挑选了不同蚀变阶段及主断裂带上下盘不同深度的花岗岩、黄铁绢英岩和金矿石开展流体包裹体岩相学、显微测温及激光拉曼分析研究,识别出3个成矿阶段、5个世代富含流体包裹体的石英和两大类型流体包裹体;焦家断裂带深部金成矿流体性质为中-低盐度H_(2)O-NaCl-CO_(2)±CH_(4)流体;成矿流体来源为地幔富含成矿金属的流体与浅部下渗大气降水混合成因,并可能有壳源变质流体的参与;成矿流体中金主要以一价金的硫氢络合物(AuHS^(o))形式迁移。岩相学观察及显微测温结果表明,主成矿阶段发生了H_(2)O-CO_(2)流体不混溶作用,并导致金矿化,发生流体不混溶的温度压力条件分别为210~260℃和150~210 MPa。中生代,古太平洋板块向欧亚大陆的北西向俯冲,引起胶东地区强烈的挤压变形和岩浆活动(形成玲珑花岗岩体)。随后,在早白垩世,构造体制从挤压向伸展转换,导致郭家岭花岗岩的侵位、郯庐断裂带的左型走滑运动,以及一系列NE—NNE向次级断裂形成,为深部岩浆-热液流体的上升提供了通道。在岩浆-热液流体上升过程中与地壳中-上部循环的变质水和大气水发生混合,最终形成金矿床。