胶东海域金矿床元素富集贫化特征及深部预测

doi:10.11720/wtyht.2021.1099

胶东海域金矿床元素富集贫化特征及深部预测

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

1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000

2.山东省第六地质矿产勘查院,山东威海 264200

3.中国地质调查局,北京 100037

Elements enrichment and dilution characteristics and deep metallogenic prognosis in the Haiyu gold deposit, Jiaodong Peninsula

ZHANG Liang-Liang^,¹^,², ZHU Li-Xin³, MA Sheng-Ming^,¹, LIN Shao-Yi², DAI Chang-Guo², ZHOU Ming-Ling², HUO Guang², XU Zhong-Hua², XI Ming-Jie¹, ZHANG Tao²

1. Institute of Geophysics and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000, China

2. No. 6 Institute of Geology and Mineral Resources, Weihai 264200,China

3. China Geological Survey, Beijing 100037, China

通讯作者: 马生明(1963-),男,教授级高工,博士指导教师,主要从事勘查地球化学理论方法研究及矿产地质、生态地质调查工作。Email:msmigge@163.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2020-02-29 修回日期: 2021-01-11

基金资助:

国家重点研发计划项目.  2018YFE0208300
中国地质调查局地质调查项目“矿集区矿产调查及深部找矿预测”.  DD20190571
国家科技支撑计划项目“胶西北金矿深部找矿地球化学方法与集成与示范”.  2014BAB05B00

Received: 2020-02-29 Revised: 2021-01-11

作者简介 About authors

张亮亮(1987-),男,博士研究生,地球化学专业勘查地球化学方向。Email: 15634333042@163.com

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470 t、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

Abstract

The Haiyu gold deposit, as a superlarge gold deposit with gold reserves of 470 t and average grade of 4.30×10^-6, is a typical Jiaojia-type gold deposit. The authors carried out the rock geochemical survey by the samples from drillholes, and detected the enrichment of Au, Cu, Pb, Zn, Ag, As, Sb, Cd, Bi, S and Fe₂O₃ and the depletion of Na₂O, Ba and Sr in the ore-hosting tectonic alteration zone. The authors systematically summarized the geochemical marks used for exploration. The enrichment of S and Au, or called the positive S and Au anomalies, is the typical geochemical mark of the source rock. The enrichment of S, Au, Ag and Bi and the depletion of Na₂O and CaO are typical geochemical marks of the tectonic alteration zone. Based on the above elements and their anomalies, the authors constructed the ore-induced anomaly model of the Haiyu gold deposit, which provides a useful reference for the exploration of the peripheral and deep-seated gold deposits. It is proposed that the main gold orebodies of the ore-forming zone of the sea field may be along ZK2403, ZK3008, and ZK3814 boreholes spread in NEE direction.

Keywords： Haiyu gold deposit ; rock geochemical survey ; enrichment or depletion ; ore-induced anomaly model

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本文引用格式

张亮亮, 朱立新, 马生明, 林少一, 戴长国, 周明岭, 霍光, 徐忠华, 席明杰, 张涛. 胶东海域金矿床元素富集贫化特征及深部预测. 物探与化探[J], 2021, 45(4): 835-845 doi:10.11720/wtyht.2021.1099

ZHANG Liang-Liang, ZHU Li-Xin, MA Sheng-Ming, LIN Shao-Yi, DAI Chang-Guo, ZHOU Ming-Ling, HUO Guang, XU Zhong-Hua, XI Ming-Jie, ZHANG Tao. Elements enrichment and dilution characteristics and deep metallogenic prognosis in the Haiyu gold deposit, Jiaodong Peninsula. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2021, 45(4): 835-845 doi:10.11720/wtyht.2021.1099

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5 000 t,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^[2,3,4],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3 900 t^[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^[6,7,8],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^[9,10,11,12]。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^{[13,14,15,16,17]}。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(图1)。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。

图1

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图1 胶东半岛区域地质和金矿分布简图(据宋明春等^[20]修编 )

1—第四系;2—新近系、古近系;3—白垩系;4—古-新元古界;5—含榴辉岩的新元古代花岗质片麻岩;6—太古宙花岗-绿岩带;7—白垩纪崂山花岗岩;8—白垩纪伟德山花岗岩;9—白垩纪郭家岭花岗闪长岩;10—侏罗纪花岗岩;11—三叠纪花岗岩;12—整合/不整合地质界限;13—断层;14—以往探明的浅部金矿床位置(直径由大到小分别表示资源储量≥100 t的超大型金矿床、资源储量 20~100 t的大型金矿床、资源储量5~20 t的中型金矿床和资源储量<5 t的小型金矿床);15—新探明的深部金矿床位置(直径大小的意义同图例14);16—蚀变岩型金矿/石英脉型金矿/其他类型金矿;17—三山岛北部海域金矿位置

Fig.1 Regional geological map of the Jiaodong Peninsula,showing distribution of gold deposits (modified from Song M C,et al^[20])

1—Quaternary; 2—Neogene,Paleogene; 3—Cretaceous; 4. Paleo-Neoproterozoic; 5—Neoproterozoic granitic gneiss containing eclogite; 6—Archean granite-greenstone belt; 7—Cretaceous Laoshan granite; 8—Cretaceous Weideshan granite; 9—Cretaceous Guojialing granodiorite; 10—Jurassic granite; 11—Triassic granite; 12—Conformity/unconformity geological boundary; 13—fault; 14—the location of the shallow gold deposits proven in the past (the diameters from large to small indicate super-large gold deposits with resource reserves ≥100 t, large-scale gold deposits with resource reserves of 20~100 t, medium-sized gold deposits with resource reserves of 5~20 t and small-scale gold deposits with reserves <5 t); 15—the location of the newly discovered deep gold deposit (the diameter has the same meaning as in legend 14); 16—altered-rock type gold deposits/quartz-vein type gold deposits/other types of gold deposits; 17—the location of north Sanshan island water gold deposit

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20 km的三山岛村北部近岸浅海海域(图1)。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(图2a、b),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、晶隙金和裂隙金(图2e、f)。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。

图2

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图2 海域金矿蚀变岩及金矿物显微特征

a—钾化,见钾长石包裹斜长石;b—主裂面上盘绢英岩化,可见绢云母面状蚀变交代钾长石、斜长石,硅化体现为波状消光石英;c—黄铁绢英岩化碎裂岩,斜长石、钾长石均蚀变为绢云母和石英,含金矿铁矿呈脉状分布;d—黄铁绢英岩化碎裂岩中的星散状黄铁矿;e—金矿物以角砾状包体金和线状晶隙金形态分布于黄铁矿中;f—金矿物以椭圆状包体嵌布在黄铁矿中;Kf—钾长石;Pl—斜长石;Qz—石英;Ser—绢云母;Py—黄铁矿;Au—金矿物

Fig.2 Microscopic characteristics of altered rocks and gold deposits in Haiyu gold deposit

a—potassium, the picture shows potassium feldspar wrapped plagioclase; b—sericification of the hanging wall of the fault, it can be seen that the sericite surface alteration metasomatizes potassium feldspar and plagioclase, and the silicification is embodied as wavy matte quartz; c—pyrite-sericite-quartzized cataclastic rock, where plagioclase and potash feldspar are all corroded into sericite and quartz, and gold-bearing pyrites are distributed in veins; d—scattered pyrite in pyrite-sericite-quartzized cataclastic rocks; e—gold minerals are distributed in pyrite in the form of brecciated inclusion gold and linear interstitial gold; f—gold minerals are encased in pyrite in an oval shape;Kf—potash feldsparl;Pl—plagioclase;Qz—quartz;Ser—sericite;Py—pyrite;Au—gold mineral

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470 t、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3 km,最大斜深超过1.7 km,金资源总量超过500 t^[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8 m,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20~30 g,每件样品总质量不少于200 g。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(表1)。

表1 样品测试方法及质量监控结果统计

Table 1 Sample test method and the result statistics of quality monitoring

指标	测试方法	检出限	单位	一级标准物质合格率/%	重复样合格率/%
Au	无火焰原子吸收光谱法(AAN) 火焰原子吸收光谱法(AAS)	0.2 100	10^-9	100	95.6
Ag	等离子体质谱法(ICP-MS)	20	10^-9	100	97.9
As	氢化物—原子荧光光谱法(HG-AFS)	1	10^-6	100	94.7
Ba	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	5	10^-6	100	100
Bi	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.05	10^-6	100	97.9
Cd	等离子体质谱法(ICP-MS)	20	10^-9	100	100
Cr	等离子体光谱法(ICP-AES)	2	10^-6	100	97.9
Cu	等离子体质谱法(ICP-MS)	1	10^-6	100	98.9
Ga	等离子体质谱法(ICP-MS)	2	10^-6	100	100
Ge	氢化物—原子荧光光谱法(HG-AFS)	0.1	10^-6	100	100
Mo	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.2	10^-6	100	95.7
Pb	等离子体质谱法(ICP-MS)	2	10^-6	100	92.6
S	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	50	10^-6	100	100
Sb	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.05	10^-6	100	96.8
Sr	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	5	10^-6	100	100
Ti	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	10	10^-6	100	100
W	等离子体质谱法(ICP-MS)	0.2	10^-6	100	98.9
Zn	等离子体质谱法(ICP-MS)	2	10^-6	100	96.8
Zr	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	2	10^-6	100	100
SiO₂	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	0.1	%	100	100
Al₂O₃	等离子体光谱法(ICP-AES)	0.1	%	100	98.9
TFe₂O₃	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	0.1	%	100	98.9
MgO	压片法—X射线荧光光谱法(XRF)	0.05	%	100	100
CaO	等离子体光谱法(ICP-AES)	0.05	%	100	100
Na₂O	等离子体光谱法(ICP-AES)	0.05	%	100	98.9
K₂O	等离子体光谱法(ICP-AES)	0.05	%	100	100

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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。富集系数(q)定义如下:

$q = C_{i}^{A} / C_{i}^{O},$

式中: $C_{i}^{A}$ 为研究区某地质体中元素i的平均含量; $C_{i}^{O}$ 为中国东部相应类型岩石中元素i的平均化学组成(文中有时叙述为丰度)。

微量元素富集系数大于10、常量元素富集系数大于1.4视为富集,无论是微量元素还是常量元素,富集系数小于0.7视为贫化,富集系数介于0.9~1.2视为惰性。

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见表2。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。从表2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。

表2 海域金矿不同地质单元中元素含量与富集系数统计

Table 2 Statistical table of element content and enrichment coefficient in different geological units of Haiyu gold deposit

指标	变辉长岩 (n=61)		二长花岗岩 (n=316)		上盘花岗岩 (n=105)		构造蚀变带 (n=160)		下盘花岗岩 (n=102)		花岗闪长岩 (n=21)
指标	C	q	C	q	C	q	C	q	C	q	C	q
Au	4.0	4.7	23	46	21	42	3037	6074	166	333	7.0	10
Ag	210	3.1	390	6.5	840	14	3900	65	1300	21	87	1.4
As	8.5	5.7	8.0	6.7	17	14	69	58	26	21	1.0	0.8
Cd	280	2.5	710	12.5	1500	27	690	12	1000	18	48	0.6
Cu	46	0.8	9.12	1.7	14	2.5	87	16	32	5.8	4.3	0.2
Ga	21	1.1	21.43	1.2	20	1.1	20	1.1	21	1.1	20	1.1
Ge	1.31	1.2	1.2	1.0	1.2	0.96	1.4	1.1	1.1	0.9	0.78	0.7
Pb	26	1.7	83	3.2	533	20	473	18	435	16.7	22	1.4
Sb	0.55	3.4	0.48	3.7	0.75	5.8	0.88	6.7	0.73	5.6	0.24	1.7
Zn	109	1.0	156	3.9	353	8.8	177	4.4	291	7.3	24	0.4
Cr	111	0.5	24	3.6	24	3.6	43	6.4	18	2.7	8.8	0.2
Ti	3178	0.4	774	0.6	838	0.61	1047	0.8	840	0.6	915	0.3
Ba	776	1.7	1098	1.6	1154	1.70	478	0.7	1081	1.6	1640	1.8
Sr	363	0.6	376	1.7	332	1.51	113	0.5	293	1.3	659	1.5
Zr	91	0.8	60	0.4	69	0.44	84	0.5	75	0.5	75	0.4
Mo	4.60	10	2.0	2.8	0.96	1.37	1.2	1.6	1.0	1.4	0.72	1.5
W	1.24	2.5	1.2	1.2	1.4	1.42	4	4.3	2.3	2.3	0.85	2.2
Bi	0.15	1.6	0.29	1.2	0.12	0.49	8.2	34	0.73	3.0	0.06	0.5
S	701	1.4	382	4.2	632	7.0	6573	73	2727	30	53	0.2
SiO₂	58.49	1.20	65.15	0.90	63.86	0.88	59.80	0.83	69.95	0.97	64.31	0.98
Al₂O₃	14.49	0.89	13.89	1.00	13.83	1.00	13.08	0.95	15.11	1.09	14.40	0.95
TFe₂O₃	6.16	0.64	1.34	0.59	1.78	0.78	4.76	2.08	2.58	1.13	0.71	0.15
CaO	2.64	0.27	1.73	1.29	1.83	1.36	1.22	0.91	1.90	1.42	1.88	0.59
MgO	2.40	0.31	0.58	0.90	0.52	0.81	0.76	1.19	0.21	0.33	0.26	0.13
Na₂O	2.78	1.11	3.44	0.97	2.49	0.70	0.41	0.12	3.53	1.00	4.54	1.23
K₂O	3.13	3.23	4.05	0.93	4.31	0.99	4.31	0.99	4.40	1.01	3.38	1.16

注:n为参加统计样品数;C为元素含量平均值;q(富集系数)=元素含量平均值/元素丰度;Ag、Cd、Hg含量单位为10^-9,其他微量元素为10^-6,常量元素含量单位为%。

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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。

3.2 赋矿地质体地球化学勘查指标

3.2.1 矿源岩地球化学勘查标志

已有研究表明,胶东地区金成矿受矿源岩控制^[19,25],侏罗纪部分岩浆活动的源区物质为胶东群的太古宙基底,胶东地区玲珑花岗岩属重熔型花岗岩^[26]。虽然海域金矿构造蚀变带上盘、下盘地质体均为花岗岩,但是两者对金成矿的作用是不同的,构造蚀变带上盘花岗岩基本与金成矿无关,金矿仅产出在下盘花岗岩中,故有研究表明,焦家型金矿构造蚀变带下盘花岗岩是金成矿的矿源岩,其地球化学标志是富Au,同时高度富S^[27],富S地质体(花岗岩)的存在表明矿源岩存在,就还有发现Au矿体的可能。

3.2.2 构造蚀变带地球化学勘查标志

海域金矿的形成受矿源岩控制明显,但是,仅有矿源岩并不能成矿,只有矿源岩与构造耦合,形成构造蚀变带才可能成矿。与构造蚀变带上盘、下盘花岗岩中元素平均含量相比,在构造蚀变带发育地段出现显著含量变化的指标有Au、S、Ba、Sr、Bi、Fe₂O₃、MgO、CaO和Na₂O,其中Au、S、Bi、Fe₂O₃、MgO平均含量显著增大,Au平均含量达到3 000×10^-9以上,S平均含量达到6 500×10^-6以上,Bi平均含量达到8.2×10^-6,Fe₂O₃平均含量达到4.76×10^-2,MgO平均含量达到0.76×10^-2,呈现正异常。而Ba、Sr、CaO和Na₂O含量变化与Au、S等恰好相反,与构造蚀变带下盘花岗岩中平均含量相比,Ba含量降低50%以上,Sr含量降低60%,CaO含量降低35%左右,Na₂O含量降低近90%,呈现出明显的负异常。与正常花岗岩平均化学组成相比,Ba、Sr、Na₂O平均含量仍然都低于正常花岗岩平均化学组成,而CaO则与正常花岗岩基本一致,只是与海域金矿构造蚀变带上盘、下盘花岗岩相比,CaO平均含量明显降低,呈现负异常。

构造蚀变带中部分元素含量较原岩降低,说明在构造蚀变带发生发展过程中元素发生了带出作用,而元素发生带出一定有流体的参与。在海域金矿30勘探线上,构造蚀变带下盘花岗岩中Na₂O含量与正常花岗岩接近,上盘花岗岩中Na₂O略低于正常花岗岩,构造蚀变带中Na₂O明显低于正常花岗岩和上盘花岗岩,表明产出在构造蚀变带下盘的花岗岩并未受到后期热液作用的影响,而上盘花岗岩与构造蚀变带则不同程度地受到后期热液作用影响,只是由于上盘花岗岩中Au、S含量相对较低,热液作用也不甚强烈,因此海域金矿仍基本产出于构造蚀变带内。Na₂O及Ba、Sr等含量不仅低于蚀变带上盘、下盘的花岗岩,也低于正常花岗岩,出现明显贫化,成为控矿构造蚀变带的地球化学标志。从矿产勘查的角度分析,构造蚀变带最典型的地球化学标志是富Au、极大富S,同时显著贫Na₂O。

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(图3)。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6 570×10^-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2 730×10^-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。

图3

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图3 海域金矿30勘探线钻孔岩石测量元素异常分布

Fig.3 Borehole rock survey anomaly diagram of the Haiyu gold deposit

在构造蚀变带中,Na₂O平均含量0.41%,显著低于花岗岩中Na₂O的平均含量(3.55%),在海域金矿出现的6类地质体中含量也是最低,负异常显著。结合构造蚀变带中矿化蚀变特征分析,Na₂O含量降低与热液作用中长石类矿物蚀变成绢云母有关(图2b、c、d),例如,在斜长石蚀变成绢云母过程中,Na₂O从斜长石中析出,被热液带走,由此产生负异常,如式(1)所示。

此外,在构造蚀变带上盘花岗岩中,Na₂O平均含量2.49%,较花岗岩的平均化学组成也有明显降低,异常明显。构造蚀变带下盘花岗岩中,Na₂O平均含量3.53%,与花岗岩的平均化学组成基本持平,没有异常显示。

(1)

\underset{斜长石}{2 (NaAlS i_{3} O_{8} + CaA l_{2} S i_{2} O_{8})}

+K₂O+H₂O→

\underset{绢云母}{2 KA l_{2} (AlS i_{3} O_{10}) {(OH)}_{2}}

+2CaO+Na₂O+

\underset{石英}{4 Si O_{2}}

CaO在构造蚀变带中的平均含量为1.22%,尽管略高于花岗岩的平均化学(1.34%),但是与构造蚀变带以外地质体中的平均含量相比,含量最低,出现较明显的负异常。成矿元素Au在海域金矿各类地质体中的平均含量都明显高于相应岩性岩石的平均化学组成,即便是平均含量最低的变辉长岩,其中的Au平均含量也有4.2×10^-9,高于辉长岩平均化学组成(0.9×10^-9)近5倍。相比区内其他地质体中Au的平均含量,构造蚀变带中Au异常极其显著,含量高达3 040×10^-9,总体达到矿化程度。除构造蚀变带以外,其下盘花岗岩中Au异常仍然明显,平均含量为166×10^-9。

Ag异常分布总体与Au类似,在构造蚀变带中异常最为明显,平均含量达3 900×10^-9,在构造蚀变带下盘花岗岩中次之,平均含量为1 300×10^-9。与花岗岩中Ag平均化学组成相比(60×10^-9),构造蚀变带上盘花岗岩中Ag也有异常显示,平均含量为830×10^-9。Bi平均含量最高0.73×10^-6,出现在蚀变带下盘花岗岩中,高出酸性岩类岩石中Bi平均化学组成(0.24×10^-6)约3倍,异常不甚明显。但是在构造蚀变带内,Bi平均含量高达8.2×10^-6,异常显著。

从海域金矿的地球化学异常中可以看出,该矿床中出现异常的指标不多,但是异常属性却很丰富。从异常性质上看,有正异常(S、Au、Ag等)和负异常(Na₂O、CaO等);从元素含量上看,有微量元素(S、Au、Ag等)和常量元素(Na₂O、MgO等);从成矿指示作用上看,有成矿元素(Au)和成矿伴生元素(Ag、Bi);从元素地球化学活动性上看,有低温元素(Ag)和高温元素(Bi)。由此证实,在海域金矿成矿系统中,存在着多属性地球化学异常,据此构建了海域金矿矿致异常模式(图4)。在该矿致异常模式中,包含了金成矿矿源岩和构造蚀变带(金矿体)两个层次的异常。该矿致异常模式的实用价值在于分层次递进地指示是否存在矿源岩,矿源岩是否经历了热液作用以及热液作用程度和强度,进而预测深部成矿前景。

图4

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图4 海域金矿床致矿异常模式图示

Fig.4 Ore-induced anomaly pattern diagram of the Haiyu gold deposit

4.2 海域金矿深部靶区预测

通过海域金矿30勘查线及6个相邻勘查线钻孔中多属性地球化学异常特征分析,结合海域金矿24、30、38和46勘查线成矿地质体元素分析,24、30、38和46东部区域存在着深部找矿前景,综合试验研究及示范预测结果判断,Au成矿带主体可能沿ZK2403、ZK3008、ZK3814钻孔连线呈NEE向展布(图5)。预测依据如下:

图5

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图5 海域金矿深部预测成矿有利地段图示

Fig.5 Prospective ore-forming location of of Haiyu gold deposit

30勘查线钻孔中黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩等赋矿地质体中从外围的ZK7603钻孔向预测区段,S含量增高异常增强的趋势明显,在预测区附近达到极高含量,出现极强异常,表明有利的赋矿地质体集中分布在这个区段^[21]。此外,S极显著富集在ZK4612、ZK3814、ZK3008和ZK2403钻孔位置,尤其是ZK3814、ZK3008和ZK2403钻孔位置并未完结,表明赋矿地质体沿其产状向深部仍有延伸,提供成矿的矿源条件。30号勘查线沿倾向具有明显的Na₂O负异常,推测将向深部延续,为预测区段热液成矿提供前提条件^[28]。

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。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。

致谢:

山东省地矿局宋明春研究员给予了很多具体的启发性建议,提高了文章的质量和讨论深度;中国地质科学院地球物理地球化学研究所的唐世新和王建博士对部分图件的清绘给予了帮助;室内测试工作得到了中国地质调查局地球物理地球化学勘查研究所实验室测试人员的帮助;审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此一并致以谢忱!

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

宋明春

胶东金矿深部找矿主要成果和关键理论技术进展

[J]. 地质通报, 2015,34(9):1758-1771.

[本文引用: 2]

Song

M C

The main achievements and key theory and methods of deep-seated prospecting in the Jiaodong gold concentration area,Shandong Province

[J]. Geological Bulletin of China, 2015,34(9):1758-1771.

[本文引用: 2]

[2]

J W

, Vasconcelos

P M

, Zhang

, et al.

⁴⁰Ar/³⁹Ar constraints on a temporal link between gold mineralization, magmatism, and continental margin transtension in the Jiaodong gold Province, eastern China

[J]. Journal of Geology, 2003,111:741-751.