膠東海域金礦床元素富集貧化特征及深部預(yù)測

　　摘要:三山島海域金礦床是近年來發(fā)現(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn),在賦礦構(gòu)造蝕變帶內(nèi),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(chǔ)上,按照礦源巖和構(gòu)造蝕變帶總結(jié)了地球化學(xué)勘查標(biāo)志,其中,礦源巖的典型地球化學(xué)勘查標(biāo)志是富S和Au,即礦源巖內(nèi)出現(xiàn)S、Au的正異常;構(gòu)造蝕變帶的典型地球化學(xué)勘查標(biāo)志是富S、Au、Ag、Bi,貧Na2O、CaO,即構(gòu)造蝕變帶內(nèi)S、Au、Ag、Bi呈現(xiàn)正異常,Na2O、CaO呈現(xiàn)負(fù)異常。利用上述元素及其異常,構(gòu)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(guān)鍵詞:海域金礦;巖石地球化學(xué)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(nèi)主要包括焦家式(構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)造分析基礎(chǔ)上進(jìn)行地球化學(xué)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(gòu)造地球化學(xué)方法找礦的基本思路,這為地球化學(xué)勘查方法的使用提供了實踐基礎(chǔ)。當(dāng)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(gòu)造—流體活動,在此活動過程中,化學(xué)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(xué)元素蘊含的成礦信息,進(jìn)而利用這些信息指導(dǎo)深部找礦提供了可能。近十年研究發(fā)現(xiàn),成礦系統(tǒng)中成礦地球化學(xué)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(fù)異常也引起了特別關(guān)注,由這些元素和成礦元素、成礦伴生元素構(gòu)成的礦致異常模式,是指導(dǎo)深部找礦的直接依據(jù)[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(jié)果,在元素富集貧化特征及規(guī)律基礎(chǔ)上,篩選出典型地球化學(xué)勘查指標(biāo),構(gòu)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(zhì)背景

　　1.1膠東區(qū)域地質(zhì)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(jì)和中生代地質(zhì)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(zhì)的濱淺海相沉積地層、新元古代淺變質(zhì)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(zhì)帶,主要由新元古代含榴輝巖的花崗質(zhì)片麻巖和中生代花崗巖組成。

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

　　1.2海域金礦床地質(zhì)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(jù)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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(cè)對稱出現(xiàn)黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)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(xì)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(cè)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(shù)據(jù)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(guān)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(dāng)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(nèi),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(zhì)量20~30g,每件樣品總質(zhì)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(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所承擔(dān),每件樣品測試元素26項。一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)監(jiān)控和重復(fù)測試統(tǒng)計結(jié)果表明,樣品測試數(shù)據(jù)質(zhì)量100%合格。

　　2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計單元劃分

　　根據(jù)海域金礦床賦礦地質(zhì)體及圍巖分布特征,將試驗剖面上所涉及的地質(zhì)體由淺至深依次劃分為變輝長巖、二長花崗巖、構(gòu)造蝕變帶上盤花崗巖、構(gòu)造蝕變帶、構(gòu)造蝕變帶下盤花崗巖、花崗閃長巖等6個地質(zhì)單元,文中元素含量及富集貧化特征即按這6個地質(zhì)單元進(jìn)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(zhǔn)相比,研究區(qū)內(nèi)與成礦有關(guān)的地質(zhì)體中元素的含量狀況。文中采用中國東部相應(yīng)類型巖石平均化學(xué)組成[24]作為同類地質(zhì)體中元素含量富集或貧化的參比標(biāo)準(zhǔn),并利用富集系數(shù)(q)進(jìn)行比較。

　　3賦礦地質(zhì)體地球化學(xué)勘查指標(biāo)

　　3.1賦礦地質(zhì)體中元素富集貧化特征及規(guī)律

　　海域金礦床構(gòu)造蝕變帶(礦體)及圍巖中元素平均含量及富集系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果。已有研究結(jié)果表明,海域金礦床與成礦有關(guān)的地質(zhì)體主要有構(gòu)造蝕變帶及其下盤花崗巖兩個地質(zhì)單元。從中可以看到,在構(gòu)造蝕變帶中,發(fā)生富集的指標(biāo)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(xiàn)惰性的元素數(shù)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(guān)關(guān)系,而TFe2O3與Au之間沒有相關(guān)性。Na2O、Ba、Sr的貧化與Au含量呈正相關(guān)關(guān)系,即Au含量越高,這幾個元素的貧化程度越強(qiáng)。

　　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(guān)性。在構(gòu)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(xiàn)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(guān)關(guān)系,CaO則與Au含量間沒有相關(guān)性。發(fā)生貧化元素Ti、Zr和MgO與Au含量間沒有相關(guān)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(guān)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(yù)測

　　4.1礦致異常模式

　　鉆孔巖石測量結(jié)果顯示,變輝長巖、二長花崗巖、構(gòu)造蝕變帶上盤花崗巖、構(gòu)造蝕變帶、構(gòu)造蝕變帶下盤花崗巖、花崗閃長巖等地質(zhì)單元中元素含量差異較大,尤其是典型地球化學(xué)勘查標(biāo)志S和Au兩個元素,含量相差2~3個數(shù)量級,采用原始數(shù)據(jù)編圖不能充分反映各類地質(zhì)單元中元素含量狀況及異常特征,故采用以地質(zhì)體為單元統(tǒng)計含量平均值,再按地質(zhì)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(yuǎn)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(guān)。S最明顯的異常出現(xiàn)在構(gòu)造蝕變帶內(nèi),S平均含量高達(dá)6570×10-6,Au礦體即產(chǎn)出在S異常之內(nèi)。除構(gòu)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(gòu)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(chǔ)上發(fā)育的構(gòu)造蝕變帶中,存在明顯的S異常。

　　5結(jié)論

　　海域金礦30勘探線鉆孔巖石測量結(jié)果顯示,在該礦床賦礦構(gòu)造蝕變帶內(nèi),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(xué)活動特性。對比構(gòu)造蝕變帶上盤花崗巖、下盤花崗巖中元素含量可以發(fā)現(xiàn),構(gòu)造蝕變帶下盤花崗巖中明顯富S和Au。依據(jù)金礦體總體產(chǎn)出在構(gòu)造蝕變帶下盤花崗巖中這一客觀事實,結(jié)合已有成礦地球化學(xué)機(jī)制研究結(jié)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(xué)勘查標(biāo)志是富S。

　　與構(gòu)造蝕變帶上盤花崗巖、下盤花崗巖中元素含量相比,構(gòu)造蝕變帶內(nèi)明顯富集的元素主要是S、Au、Ag、Bi,這些元素呈現(xiàn)正異常;明顯貧化的元素是Na2O(與正�；◢弾r相比)和CaO(與構(gòu)造蝕變帶上盤、下盤花崗巖相比),呈現(xiàn)負(fù)異常。利用S、Au、Ag、Bi,Na2O、CaO等元素,構(gòu)建了海域金礦礦致異常模式。該模式涵蓋了礦源巖和構(gòu)造蝕變帶兩層含義的異常。礦源巖異常以S、Au為主,構(gòu)造蝕變帶異常產(chǎn)出在礦源巖典型標(biāo)志S異常之內(nèi),呈現(xiàn)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(fù)異常。

　　并根據(jù)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(chǎn)勘查區(qū)內(nèi),采用鉆孔巖石測量,構(gòu)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(jìn)地分析預(yù)測深部成礦前景。

　　地質(zhì)工程評職知識： 發(fā)表沉積地質(zhì)學(xué)專業(yè)論文的期刊

　　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(zhì)體內(nèi)S異常規(guī)模大且顯著,同時有Au異常(規(guī)模和強(qiáng)度可能不大),則證實Au成礦礦源巖存在;利用Na2O和CaO等的負(fù)異常判斷礦源巖是否經(jīng)歷了熱液作用,以及熱液作用的程度和強(qiáng)度;依據(jù)礦源巖產(chǎn)狀特征,向S正異常、Na2O和CaO負(fù)異常增強(qiáng)方向,即熱液作用增強(qiáng)方向追索,就有發(fā)現(xiàn)深部礦化體的可能。當(dāng)然,如果沒有發(fā)現(xiàn)大規(guī)模富S地質(zhì)體,即便出現(xiàn)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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