膠東海域金礦床元素富集貧化特征及深部預測

　　摘要:三山島海域金礦床是近年來發(fā)現的超大型金礦床,已探明金儲量470t、平均品位4.30×10-6,屬于典型的焦家式金礦床。本文選擇海域金礦床為研究對象,開展鉆孔巖石測量,結果發(fā)現,在賦礦構造蝕變帶內,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe2O3等發(fā)生富集,Na2O、Ba、Sr則發(fā)生貧化。在此基礎上,按照礦源巖和構造蝕變帶總結了地球化學勘查標志,其中,礦源巖的典型地球化學勘查標志是富S和Au,即礦源巖內出現S、Au的正異常;構造蝕變帶的典型地球化學勘查標志是富S、Au、Ag、Bi,貧Na2O、CaO,即構造蝕變帶內S、Au、Ag、Bi呈現正異常,Na2O、CaO呈現負異常。利用上述元素及其異常,構建了海域金礦床礦致異常模式,為該礦床外圍和深部金礦勘查提供了有益借鑒,提出了海域金礦成礦帶主體深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814鉆孔連線呈NEE向展布。

　　關鍵詞:海域金礦;巖石地球化學測量;富集貧化;礦致異常模式

　　0引言

　　膠東金礦集區(qū)地處華北克拉通東南緣,是金礦區(qū)域找礦勘查及科研的熱點地區(qū)。目前該地區(qū)累計探明金資源儲量超5000t,成為繼南非蘭德金礦、烏茲別克斯坦穆龍?zhí)捉鸬V之后的世界第三大金礦集區(qū)[1]。區(qū)內主要包括焦家式(構造蝕變巖型)、玲瓏式(石英脈型)和蓬家夼式(層間滑動角礫巖型)3種不同礦化類型[24],以焦家式金礦類型,即構造蝕變巖型為主,目前膠東地區(qū)該類型為主的金礦床資源儲量逾3900t[1],近年來膠東地區(qū)取得重大找礦突破的紗嶺金礦床、騰家金礦床、水旺莊金礦床、后倉金礦床、西嶺金礦床、三山島北部海域金礦床等均屬于此類型。

　　焦家式金礦床普遍具有構造控礦的特征,具有明顯的礦化蝕變分帶,有研究者指出[5],在成礦構造分析基礎上進行地球化學找礦研究是已知礦區(qū)深部找礦常用的方法,也是礦區(qū)構造地球化學方法找礦的基本思路,這為地球化學勘查方法的使用提供了實踐基礎。當前,膠東地區(qū)金礦床的成因仍存在爭議[68],取得的共識是膠東金礦是在統(tǒng)一的伸展或巖石圈減薄背景下富集成礦的[912]。

　　金礦床成礦過程中,在不同尺度上發(fā)生了大規(guī)模的構造—流體活動,在此活動過程中,化學元素是最直接、最敏感的參與者,這就為研究不同尺度上化學元素蘊含的成礦信息,進而利用這些信息指導深部找礦提供了可能。近十年研究發(fā)現,成礦系統(tǒng)中成礦地球化學信息非常豐富,除以往常用的成礦及伴生元素外,礦化劑元素S異常、Na2O、Ba、Sr、CaO等的負異常也引起了特別關注,由這些元素和成礦元素、成礦伴生元素構成的礦致異常模式,是指導深部找礦的直接依據[1317]。筆者選擇膠東地區(qū)典型的焦家式金礦床———三山島北海域(簡稱海域)金礦床為研究對象,利用鉆孔巖石測量結果,在元素富集貧化特征及規(guī)律基礎上,篩選出典型地球化學勘查指標,構建礦致異常模式,旨在為膠東地區(qū)金礦深部勘查提供研究案例。

　　1地質背景

　　1.1膠東區(qū)域地質背景

　　膠東地區(qū)位于華北板塊東南部和秦嶺—大別—蘇魯造山帶東北部[18],主要由前寒武紀和中生代地質體組成。其中,膠北隆起主要由新太古代花崗—綠巖帶、古元古代中—高級變質的濱淺海相沉積地層、新元古代淺變質的濱淺海相沉積地層和中生代花崗巖組成[19],威海隆起為高壓—超高壓變質帶,主要由新元古代含榴輝巖的花崗質片麻巖和中生代花崗巖組成。

　　中生代侵入巖主要有三疊紀閃長巖、正長巖、正長花崗巖,侏羅紀花崗閃長巖、花崗巖、二長花崗巖,白堊紀發(fā)育花崗閃長巖和花崗巖及基性脈巖等。金礦主要產于膠北隆起及其周邊地區(qū),賦礦圍巖主要為前寒武紀變質巖和中生代巖漿巖的內部及其接觸部位。膠東地區(qū)發(fā)育斷裂數量多、規(guī)模大,其中NE-NNE走向斷裂構造是金礦賦礦的有利部位[20]。

　　1.2海域金礦床地質特征

　　海域金礦床位于膠東半島西北部萊州市NNE方向約20km的三山島村北部近岸淺海海域。根據探礦工程揭露,基巖自上而下主要為新太古代馬連莊超序列變輝長巖、中生代燕山早期玲瓏二長花崗巖及燕山晚期郭家?guī)X序列花崗閃長巖[21]。三山島斷裂呈NNE向發(fā)育在玲瓏二長花崗巖與郭家?guī)X花崗閃長巖接觸帶附近,貫穿整個礦區(qū),走向約35°,總體呈舒緩波狀,傾向SE,三山島斷裂的產狀變化大,沿走向S形拐彎特征明顯,沿傾向總體上顯示淺部傾角陡深部傾角緩的鏟式特點,且呈現傾角陡、緩交替變化規(guī)律,形成階梯式斷層[22]。

　　斷裂蝕變帶受控于三山島主干斷裂帶,其形態(tài)、規(guī)模、產狀與斷裂帶一致。玲瓏二長花崗巖頂部發(fā)育鉀化,底部發(fā)育絹英巖化;郭家?guī)X花崗閃長巖頂部主要發(fā)育硅化和鉀化,主要巖性:中心部位為黃鐵絹英巖化碎裂巖,向兩側對稱出現黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖,部分地段靠近主斷裂面發(fā)育糜棱巖化碎裂巖,蝕變巖以斷層泥為中心,整體顯示非鏡像對稱特征[23]。金礦物主要為中細粒,以粒狀為主,金礦物賦存狀態(tài)可見包體金和晶隙金和裂隙金。

　　由淺入深,金礦物粒度總體呈增加趨勢,深部金礦物形態(tài)較淺部形態(tài)更加多樣。海域金礦床屬于三山島巨型金礦床的組成部分,探明金儲量470t、平均品位4.30×10-6,屬于典型的焦家式金礦床。該礦床與位于其南側的三山島礦區(qū)的深部主礦體相互連接,實際上為同一礦體,礦體全長超過3km,最大斜深超過1.7km,金資源總量超過500t[22],是我國規(guī)模最大的單體金礦。

　　2樣品采集、測試及數據統(tǒng)計方法

　　2.1樣品采集

　　以海域金礦30號勘探線為典型剖面開展相關研究工作。在30號勘探線上選擇ZK3001、ZK3011、ZK3003、ZK3004、ZK3006和ZK3008共6個鉆孔開展巖石測量。采樣間距一般為8m,礦化地段適當加密。樣品采集采用分層連續(xù)撿塊方式,在每個采樣間距之內,從鉆孔淺部向深部基本等間距采集10個巖石碎塊(子樣)組合成一個樣品。每個子樣質量20~30g,每件樣品總質量不少于200g。共采集鉆孔巖心樣品765件。

　　2.2樣品實驗測試

　　樣品測試由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所承擔,每件樣品測試元素26項。一級標準物質監(jiān)控和重復測試統(tǒng)計結果表明,樣品測試數據質量100%合格。

　　2.3數據統(tǒng)計單元劃分

　　根據海域金礦床賦礦地質體及圍巖分布特征,將試驗剖面上所涉及的地質體由淺至深依次劃分為變輝長巖、二長花崗巖、構造蝕變帶上盤花崗巖、構造蝕變帶、構造蝕變帶下盤花崗巖、花崗閃長巖等6個地質單元,文中元素含量及富集貧化特征即按這6個地質單元進行統(tǒng)計。

　　2.4元素富集貧化特征研究方法

　　元素富集貧化特征是指與確定的參比基準相比,研究區(qū)內與成礦有關的地質體中元素的含量狀況。文中采用中國東部相應類型巖石平均化學組成[24]作為同類地質體中元素含量富集或貧化的參比標準,并利用富集系數(q)進行比較。

　　3賦礦地質體地球化學勘查指標

　　3.1賦礦地質體中元素富集貧化特征及規(guī)律

　　海域金礦床構造蝕變帶(礦體)及圍巖中元素平均含量及富集系數統(tǒng)計結果。已有研究結果表明,海域金礦床與成礦有關的地質體主要有構造蝕變帶及其下盤花崗巖兩個地質單元。從中可以看到,在構造蝕變帶中,發(fā)生富集的指標有Ag、As、Cd、Cu、Pb、Bi、S和TFe2O3,發(fā)生貧化的元素主要是Na2O、Ba和Sr,呈現惰性的元素數量比較多,包括Ga、Ge、Mo、W、Ba、Sr、Ti、Zr、SiO2、Al2O3、CaO和MgO。在發(fā)生富集的元素中,Ag、As、Cd、Cu、Pb、Bi和S與成礦元素Au含量呈正相關關系,而TFe2O3與Au之間沒有相關性。Na2O、Ba、Sr的貧化與Au含量呈正相關關系,即Au含量越高,這幾個元素的貧化程度越強。

　　惰性組分Ga、Ge、Mo、W、Ba、Sr、Sr、Ti、Cr、SiO2、Al2O3、CaO和MgO等與Au含量沒有相關性。在構造蝕變帶下盤的花崗巖中,發(fā)生富集的元素有Ag、As、Cd、Cu、Pb、S和CaO,發(fā)生貧化的元素有Ti、Zr和MgO,呈現惰性的元素包括Ga、Ge、Ba、Sr、SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、TFe2O3等。在發(fā)生富集的元素中,Ag、As、Cd、Cu、Pb和S與成礦元素Au含量呈正相關關系,CaO則與Au含量間沒有相關性。發(fā)生貧化元素Ti、Zr和MgO與Au含量間沒有相關性。惰性組分Ga、Ge、Ba、Sr、Sr、Ti、Cr、SiO2、Al2O3、Na2O、TFe2O3、K2O等與Au含量沒有相關性,無論Au含量如何變化,這些元素總體恒定在豐度水平。

　　4礦致異常模式及預測

　　4.1礦致異常模式

　　鉆孔巖石測量結果顯示,變輝長巖、二長花崗巖、構造蝕變帶上盤花崗巖、構造蝕變帶、構造蝕變帶下盤花崗巖、花崗閃長巖等地質單元中元素含量差異較大,尤其是典型地球化學勘查標志S和Au兩個元素,含量相差2~3個數量級,采用原始數據編圖不能充分反映各類地質單元中元素含量狀況及異常特征,故采用以地質體為單元統(tǒng)計含量平均值,再按地質單元中元素平均含量成圖的方式,編制了30勘探線上S、Na2O、CaO、Au、Ag、Bi等元素異常圖。

　　從中可見,在遠離礦體的變輝長巖中,S平均含量較高,是其下部二長花崗巖中S平均含量的近1倍,S異常明顯,但這種S異常是變輝長巖本身S含量的反映,與二長花崗巖中S的相對低含量一樣,與Au成礦無關。S最明顯的異常出現在構造蝕變帶內,S平均含量高達6570×10-6,Au礦體即產出在S異常之內。除構造蝕變帶以外,其下盤花崗巖中S異常也很明顯,S平均含量為2730×10-6,明顯高于構造蝕變帶上盤花崗巖的630×10-6。由此證實,海域金礦礦源巖及在礦源巖基礎上發(fā)育的構造蝕變帶中,存在明顯的S異常。

　　5結論

　　海域金礦30勘探線鉆孔巖石測量結果顯示,在該礦床賦礦構造蝕變帶內,Au、Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Cd、Bi、S、Fe2O3等發(fā)生富集,Na2O、Ba、Sr發(fā)生貧化,展示了成礦過程中元素的地球化學活動特性。對比構造蝕變帶上盤花崗巖、下盤花崗巖中元素含量可以發(fā)現,構造蝕變帶下盤花崗巖中明顯富S和Au。依據金礦體總體產出在構造蝕變帶下盤花崗巖中這一客觀事實,結合已有成礦地球化學機制研究結果分析,海域金礦的形成受礦源巖的控制。礦源巖中除了富Au以外,更典型的地球化學勘查標志是富S。

　　與構造蝕變帶上盤花崗巖、下盤花崗巖中元素含量相比,構造蝕變帶內明顯富集的元素主要是S、Au、Ag、Bi,這些元素呈現正異常;明顯貧化的元素是Na2O(與正�；◢弾r相比)和CaO(與構造蝕變帶上盤、下盤花崗巖相比),呈現負異常。利用S、Au、Ag、Bi,Na2O、CaO等元素,構建了海域金礦礦致異常模式。該模式涵蓋了礦源巖和構造蝕變帶兩層含義的異常。礦源巖異常以S、Au為主,構造蝕變帶異常產出在礦源巖典型標志S異常之內,呈現兩種異常類型,一是S、Au、Ag和Bi等的正異常;二是Na2O和CaO等的負異常。

　　并根據礦體最大控制斜深鉆孔的元素富集貧化特征,提出了海域金礦成礦帶主體的深部可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814鉆孔連線呈延伸展布。在礦產勘查區(qū)內,采用鉆孔巖石測量,構建礦致異常模式,其實用價值在于可以綜合利用各種類型異常,遞進地分析預測深部成礦前景。

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　　以焦家式金礦勘查為例:利用S、Au(成礦元素)異常,判斷勘查區(qū)是否存在金成礦礦源巖,如果某地質體內S異常規(guī)模大且顯著,同時有Au異常(規(guī)模和強度可能不大),則證實Au成礦礦源巖存在;利用Na2O和CaO等的負異常判斷礦源巖是否經歷了熱液作用,以及熱液作用的程度和強度;依據礦源巖產狀特征,向S正異常、Na2O和CaO負異常增強方向,即熱液作用增強方向追索,就有發(fā)現深部礦化體的可能。當然,如果沒有發(fā)現大規(guī)模富S地質體,即便出現局部的Au(成礦元素)高含量點,成礦前景也不容樂觀。

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　　作者：張亮亮1,2,朱立新3,馬生明1,林少一2,戴長國2,周明嶺2,霍光2,徐忠華2,席明杰1,張濤2

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