Question

深部金矿成矿条件

Answer 1

胶东爆发性金矿成矿作用得益于该区独特的大地构造背景，同时丰富的矿质来源、多期改造作用、强烈的流体活动、适宜的矿体定位空间等诸因素耦合为金矿提供了有利的成矿条件。

一、成矿物质来源

关于胶东金矿成矿物质来源，前人已作过许多研究，主要观点有:①成矿物质来源于太古宙绿岩带(即胶东岩群变质岩)，成矿热液为变质热液(朱丰三，1979);②成矿物质来源于花岗岩，成矿热液为岩浆期后热液(姚凤良等，1990);③成矿热液来源于大气降水，成矿物质来源于围岩，包括花岗岩、变质岩(翟建平等，1998;卢焕章等，1999);④成矿流体来源于与中基性脉岩有关的幔源流体，成矿物质主要来源于地幔;(季海章等，1992;孙丰月等，1995);⑤成矿物质和流体应属壳源或以壳源为主(陈衍景等，2004);⑥胶东金矿的形成具有长期性、多来源特点，太古宙变质岩系为原生矿源岩，新元古代玲珑花岗岩为衍生矿源岩，燕山早期郭家岭花岗岩为直接矿源岩，但中生代燕山早期的构造岩浆活动是主导的成矿因素，是壳幔混合，以地壳物质组分为主要物质来源的岩浆期后热液矿床(李士先等，2007)。

根据区域地质调查资料，胶东岩群的金平均丰度为1.71×10^－9、荆山群为1.36×10^－9，粉子山群为1.75×10^－9，TTG质花岗片麻岩中金的丰度为1.07×10^－9，玲珑花岗岩金含量1.36×10^－9～2.29×10^－9(宋明春等，2003)。据孙景贵(1999)统计，胶东岩群金含量为1.9×10^－9～4.5×10^－9，玲珑花岗岩金含量4.07×10^－9～11.5×10^－9，伟德山花岗岩金含量3.0×10^－9～7.5×10^－9，碱质花岗岩金含量3.54×10^－9～12.03×10^－9，火山岩金含量3.0×10^－9～8.5×10^－9，碱性脉岩金含量8.6×10^－9，酸性脉岩金含量5.5×10^－9～6.5×10^－9，煌斑岩金含量2.0×10^－9～6.5×10^－9。可见胶东地区不同地质体的金含量基本处于同一数量级，且多数岩石的金含量接近于或低于地壳的丰度值(3.5×10^－9～4×10^－9)和岩石圈的丰度值(4.5×10^－9)。而大型金矿的形成仅仅依赖于“矿源岩”或“矿源层”是不够的，用单一的背景值或简单的地质过程解释含金量从10^－9量级的岩石或地层富集几千倍甚至上万倍是不完全的(翟明国等，2004)。也有研究认为，金矿床的分布及其规模与容矿岩系的金丰度没有必然的联系，成矿环境的活化能才是最本质的因素(蔡新平等，1994)

胶东地区金矿床矿石硫化物硫同位素组成具有一致性，287个样品δ³⁴S都是正向偏离陨石值+1.39‰～+13.62‰，平均值+7.80‰，标准差为1.80，变异系数为0.23。极差虽然较大，但分布相当集中，在+0.45‰～+10.5‰范围内的样品数为259个，占90%;并且主要集中在+4.15‰～+9‰区间，中值为+7.24‰(李士先等，2007)。研究表明，金矿床矿石硫同位素组成与太古宙变质岩系、玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩的硫同位素组成具广泛的一致性，表明胶东地区金矿形成期，有一区域性形成深度大、波及面广的热事件，同时反映出成矿物质来源的继承性联系。对比发现，胶东金矿硫源可能来自局部围岩或来自浸染状硫化物或较古老的矿床(δ³⁴S_ΣS=5‰～15‰)，由于研究区内不存在金成矿期以前的浸染状硫化物和较古老的矿床，因此硫源应来自于围岩，主要的围岩包括太古宙变质岩系和玲珑花岗岩。深部金矿床硫同位素组成显示了幔源与壳源相互混合的混合流源特征。

胶东金矿矿石铅同位素组成变化范围较大，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为16.582～18.960，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.259～16.840，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.15～39.80。铅为古老的异常铅，具有多阶段演化特点。在B.R.多伊构造模式投点图上铅同位素主要投入地幔线和造山带线之间(李士先等，2007)，反映铅以壳幔混合源为主。铅同位素模式年龄的平均值为833Ma，一般在723～918Ma之间(李士先等，2007)，与苏鲁造山带大规模花岗岩片麻岩的形成年龄一致，指示新元古代造山作用引起的物质交换是金矿成矿物质来源之一;林文蔚等(1999)计算得出，胶东地区古老铅年龄为2.9～3.0Ga，属新太古代产物，说明铅来自于新太古代变质岩系，铅同位素的混合作用研究表明，上地幔为其初始矿源。

焦家深部金矿床蚀变岩的δ¹⁸O为4.52‰～8.35‰，C、O同位素表现出金矿成矿流体由岩浆水和大气水两种组分构成(杨敏之，1998)。

Nd同位素研究表明，玲珑金矿中黄铁矿和牟平金矿中硫化物ε(Nd，122Ma)值分别为－11.7～－19.4和－15.6～－21.3;围岩花岗岩和花岗闪长岩的ε(Nd，122Ma)值为－16.1～－21.08;中基性脉岩的ε(Nd，122Ma)值为－10.1～－16.8;变质岩的ε(Nd，122Ma)值则小于－20(杨进辉，2000)。黄铁矿和硫化物ε(Nd，122Ma)值范围明显分布于幔源的中基性脉岩与壳源的花岗岩、变质岩ε(Nd，122Ma)值范围内。

综合上述特征，我们认为胶东金矿成矿物质具有多源性和多期叠加成矿特征，但其主要成矿物质来自围岩———新太古代栖霞片麻岩套、胶东岩群和侏罗纪玲珑花岗岩，即胶东金矿具有新太古代变质基底和中生代花岗岩双重来源，新太古代变质基底是金矿的原生矿源岩，壳源重熔型玲珑花岗岩是形成金矿的直接矿源岩。原始来自于地幔的基性火山岩和地壳深部的TTG岩系，金的丰度较高，经过剧烈的构造运动并被巨厚后续岩层覆盖，埋藏于地壳深部，成为含金深部矿源层。中生代构造体制转折初期阶段(侏罗纪)金矿源层发生部分熔融，形成含金花岗岩岩浆，含金花岗岩浆因浮力或随构造运动向上运移到地壳浅部，在浅部岩浆房中富金花岗岩岩浆进行充分的液态分异作用，促使金成矿元素在浅部岩浆房中再次富集，岩浆冷凝结晶后形成富金花岗岩———玲珑花岗岩。

二、白垩纪岩浆活动对金矿的贡献

胶东地区中生代花岗岩类侵入岩非常发育，研究者普遍认为金矿的形成与中生代岩浆活动关系密切。并且认为，玲珑花岗岩或郭家岭花岗岩为金矿成矿的直接矿源岩，郭家岭花岗岩岩浆期后热液活动是导致金矿成矿的直接原因(李士先等，2007)。对山东177个中生代岩浆岩K－Ar同位素年龄数据和112件U－Pb同位素年龄数据(后者还包括部分³⁹Ar－⁴⁰Ar、Rb－Sr等时线和Sm－Nd等时线年龄数据)分别统计(图2－3)表明:岩浆岩同位素年龄介于250～60Ma之间，形成3个年龄集中段:230～200Ma、160～140Ma和135～90Ma，指示山东省经历了三叠纪、侏罗纪和白垩纪3个岩浆活动阶段。胶东侏罗—白垩纪花岗岩类主要包括4种类型:陆壳重熔型玲珑花岗岩，形成于160～140Ma(苗来成等，1998)，壳幔混合型郭家岭花岗岩，形成于130～126Ma(Wangetal.，1998;罗镇宽等，2002);壳幔混合型伟德山花岗岩，年龄值范围多在135～85Ma，集中于127～105Ma;碱质A型崂山花岗岩，年龄值集中于115.4～90Ma(宋明春等，2003)。可见金矿的同位素年龄略晚于郭家岭花岗岩年龄，略早于崂山花岗岩年龄，位于伟德山花岗岩年龄值高峰段范围内。

虽然玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩常常是金矿的直接围岩，但是研究表明，金矿的成矿深度与花岗岩的就位深度是有差别的，由于金矿成矿流体系统的温度(集中在200～350℃)远低于岩浆温度(＞573℃)，因此，就同一区域而言，无论成矿流体系统是否与岩浆系统有联系，成矿流体系统的发育深度都应浅于岩浆系统;同时，成矿流体系统的密度远低于岩浆，也决定了成矿流体系统发育深度浅于岩浆系统(陈衍景等，2004)。也就是说胶东金矿成矿时，其直接围岩必定已抬升至流体成矿的深度，成矿流体活动与这种(直接围岩)岩浆活动没有必然的联系。季克俭等(1989，1994)从理论上论证了花岗岩固结之后，富水岩浆并不存在，也不存在岩浆期后热液，岩浆上升或结晶时即使释放水也是微乎其微的;最近高温高压实验结果表明，硅酸盐熔体与水处于平衡时，金从高温(400～500℃和600～700℃)的硅酸盐熔体中释出的数量甚微;而且单一侵入体所引起的热液活动最长时间﹤1 Ma (Cathles et al.，1997)。因此，尽管金矿产于花岗岩和花岗闪长岩体内部或接触带上，但金矿与围岩花岗岩和花岗闪长岩的形成分别是先后不同的地质热事件的产物，二者之间没有明显的成因关系，不应归类于传统的岩浆热液成矿或岩浆期后热液成因(李兆龙等，1993;姚凤良等，1989;刘连登等，1987)。另外，金矿并非总是与玲珑花岗岩、郭家岭花岗岩相伴产出，在栖霞、福山等地的变质岩系内部及胶莱盆地东北缘的中生代地层底部也有较多金矿分布。郭家岭花岗岩主要分布于蓬莱—招远一带，分布范围远小于金矿床的范围，其产生的岩浆期后热液恐难达到金矿范围。因此，我们认为壳幔混合成因的郭家岭花岗岩既不是金矿成矿的直接矿源岩，也不是导致金矿成矿的直接原因，但由于郭家岭花岗岩形成时代与金矿成矿时代接近，其与围岩的接触带是金矿赋存的有利部位，因此在其周围形成诸多金矿床。而与金成矿同期的伟德山花岗岩及相关脉岩，分布面积大、范围广，是胶东地区中生代规模最大的一种花岗岩类型，其产生的热量足以造成强烈的流体活动及金的大范围迁移、富集，伟德山花岗岩是金矿成矿的直接原因，在金矿成矿作用中起到了“热机”作用。

三、构造－热事件叠加改造作用

胶东地区地壳改造作用强烈，由地壳构造变动、区域变质作用、重熔作用和火山岩浆活动所标志的多期叠加构造－热事件，不仅可以生成不同性质的内生热液，也可以驱动地表水、地下水和建造水等外生热液，而且还能够形成异常的温度差、压力差等环境条件，驱动热液运移，构成热液运动的动力条件。胶东地区三次大规模构造变动事件———新元古代造山作用、三叠纪碰撞构造、侏罗－白垩纪岩石圈减薄，控制着多期构造热事件和多期金矿叠加成矿作用。三次构造变动事件均伴随着大规模岩浆活动，既有与金矿成矿同期的岩浆活动，又有大量比成矿早的多期岩浆活动。它们既是成矿热液多期活动的热源，又是赋金初始地壳活化再造的产物。在多期构造岩浆活动过程中，变质基底中的金活化再分配，造成金的预富集;变质基底或由其预富集形成的矿源岩系中的金活化迁移，在适合的构造环境中形成金矿床。直接矿源岩系———玲珑花岗岩形成的侏罗纪无疑是金矿的主要预富集期。对玲珑花岗岩昆嵛山杂岩锆石SHRIMP年龄的研究表明(Guo et al.，2003)，锆石普遍具双层结构，核部有两种继承锆石:岩浆锆石和变质锆石，岩浆继承锆石年龄多在800～700Ma，变质继承锆石年龄多在230～200Ma，个别出现1900～1800Ma的变质年龄。这些特征反映出玲珑花岗岩熔融的源区以苏鲁造山带新元古代物质为主，部分三叠纪物质和胶北古元古代物质。新元古代和三叠纪正是胶东地区地壳强烈活动期，因此我们认为这两个地质时期也是胶东金矿重要的预富集期。

四、流体活动

长期多次热流体活动是金元素活化、迁移、富集成矿的重要因素。胶东新元古代、三叠纪、侏罗－白垩纪三次强烈的构造变动事件均伴随着大规模岩浆作用和广泛的流体活动，多次强烈的流体活动为形成富金流体创造了条件。对焦家金矿田成矿流体氢－氧同位素研究表明(罗镇宽等，2003)，δ¹⁸O_H2O=(6.69～3.9)×10^－3，平均5.46×10^－3，δD_H2O=(－60.07～－95.8)×10^－3，平均－79.76×10^－3，在有关图解上显示大气水和岩浆水比例相当，指示金矿床成矿流体为大气水和岩浆水的混合流体(张理刚等，1994)。焦家深部金矿氢氧同位素也显示了同样的特征。据流体包裹体研究结果，胶西北金矿床(浅部)的成矿温度为200～350℃，属中低温范围;成矿压力范围为30～50MPa，相对较低，显示成矿深度不大;成矿流体的盐度(NaCl)为6%～14%，属中等或低盐度(杨敏之等，1996;李兆龙等，1993)。流体包裹体组分主要为H₂O－CO₂－XCl_1－2－H₂S(SO₂+CH₄+N₂)，只有少量CO₂－CH₄－H₂O和含固相的多相包裹体;气相为CO₂、SO₂、H₂S、CH₄、(N₂)，成矿流体来源于下地壳(赵宏光等，2005)。

焦家深部金矿石中流体包裹体比较丰富，主要流体包裹体类型为H₂O(盐水)包裹体、H₂O－CO₂(±CH₄)包裹体和纯CO₂包裹体;偶尔可见含固相(石盐或方解石)的水溶液包裹体。H₂O(盐水)包裹体的盐度(NaCl)为1.4%～8.68%，相当于中－低盐度水溶液，流体的密度变化于0.619～0.979g/cm³。富液相的H₂O－CO₂包裹体、富气相包裹体以及纯CO₂包裹体，它们的组成、密度(以及均一温度)变化很大，可以从富水包裹体(X_H2O≥0.9，X_CO2≤0.1)变化到纯CO₂包裹体(X_CO2=1.0);水溶液相的盐度一般为0～8.82%。根据显微测温资料获得，主成矿阶段温度为240～300℃，压力为50～90MPa，与前人对浅部金矿的研究结果大致相当。

从总体上看，形成大型－超大型金矿密集区，首先要求流体的强度大，即矿化蚀变带的规模大，水/岩比值高;其次，要求流体具有较强的氧化性，由于金在矿源岩中主要以Au⁰形式存在，因此溶液的较强氧化性可以促进Au⁰向Au⁺转化，有利于Au⁺与S^2－或SH^－结合形成富金流体迁移。只有强度大、氧化性较强的热流体长期或多次活动才能使成矿流体富金，造成矿体变富，矿化流体增多(杨金中等，2001)。

胶东地区金最终富集成矿与中生代岩石圈减薄峰期引起的伟德山花岗岩浆活动和同期的幔源中基性岩浆活动有关，大规模岩浆活动造成流体异常活跃，流体萃取矿源岩中的金元素，形成含金热液，热液成矿作用由高温到低温主要经历钾质交代作用、硅质(硅化)交代作用和碳酸盐交代作用(孟良义，1995)，金矿床的成矿作用与中温硅化有关，在中温阶段金络合物的稳定性降低，导致金分解、析出，在成矿有利部位富集成矿。

五、矿体定位空间

金从流体中析出富集成矿需要一个孔隙度较高的有利的赋矿空间。金的矿源岩系在长期强烈的地壳改造过程中，形成的断裂裂隙构造带、韧性剪切带、顺层滑动构造带、角砾岩化带、侵入体的内外接触带以及物理化学性质具有明显差异的岩石接触带等都是金矿体最终定位的有利场所。

断裂裂隙构造带是胶东金矿最主要的矿体定位空间。胶东地区的主要金矿带———三山岛金矿带、焦家金矿带、招平金矿带、牟乳金矿带都是受NNE走向断裂构造带控制的。断裂带良好的裂隙空间为富金流体迁移提供了条件，胶东地区大量发育的与沂沭断裂近平行展布的区域性大断裂成为金矿的导矿构造。沿断裂带发育的连续的断层泥是一种不透水层，对流体迁移起到了屏蔽作用，胶东主要断裂构造带上的金矿床绝大部分产于以断层泥为代表的主断面下盘。断裂构造沿走向的产状转折拐弯部位和沿倾向倾角由陡变缓的凹斗部位等引张空间，是流体汇聚的理想位置，从而成为赋矿有利部位。

韧性剪切带是地壳内部一种狭长的高应变带，韧性剪切带具有规模大、应变强、切割深、热动力显著和多期活动等特点，为流体活动提供了条件。由于糜棱岩的高渗透率和孔隙率，决定了韧性剪切带可以成为深部重要的导矿和容矿构造。剪切带中流体渗透和流动不仅引起流体－岩石相互作用，使原岩成分、流体成分和物理化学性状发生变异，促使物质沉淀有利于成矿;而且过量流体压力引发水压裂隙，扩大了成矿空间。栖霞地区新太古代变质岩系中发育的韧性剪切变形带为该地区石英脉型金矿成矿提供了得天独厚条件。

胶东地区顺层滑动构造发育在中生代与前寒武纪之间不同构造层接触部位和古元古代地层、震旦纪地层内部不同岩性界面附近。顺层滑动与由伸展作用引起的拆离断层相似，其主要特征是:断层发育于不同岩性层或构造层接触部位，断层倾角较缓，断层上、下盘发生了顺层滑动或伸展。其成矿机理与伸展构造相似，滑动构造上盘，岩石温度冷，构成一个氧化环境下的水溶液循环系统;由糜棱岩组成了致密遮挡层为顶盖的滑动构造下盘，岩石温度热，构成一个还原环境的水溶液循环系统;从而在滑动构造上、下盘的接触部位，即两个水溶液循环系统的汇合处，形成了一个含矿热液沉淀聚集的有利场所。沿顺层滑动构造发育的典型金矿有:发育于胶莱盆地边缘中生代沉积盖层与前寒武纪基底之间滑动构造之下的乳山蓬家夼金矿床、平度大庄子金矿床，发育于粉子山群内部的福山隆口金矿。

胶东许多金矿产于花岗岩的内外接触带和断裂复合－叠加花岗岩接触带附近。蓬莱许多金矿床产于郭家岭花岗岩内外接触带附近，大尹格庄、夏甸金矿床产于玲珑花岗岩与前寒武纪变质岩接触带附近，新城、河东、上庄金矿床产于玲珑花岗岩与郭家岭花岗岩接触带附近，三山岛、仓上、焦家金矿床产于玲珑花岗岩与前寒武纪变质岩接触带上。玲珑花岗岩与前寒武纪变质岩接触带也是断裂构造带，这些断裂是沿花岗岩的侵入接触带发育的。这种断裂－复合叠加接触带是岩浆和流体最活跃的地段(孙希贤，1986)，成为形成大规模金矿的重要部位。

角砾岩化带主要包括断裂构造形成的角砾岩和火山活动形成的角砾岩，前者如乳山蓬家夼层间滑动角砾岩型金矿床，后者如五莲七宝山隐爆角砾岩型金矿床。