胶东与白垩纪花岗岩有关的金及有色金属矿床成矿系列

宋明春,宋英昕 ,李 杰,李世勇

(1.山东省地质勘查工程技术研究中心,山东 济南 250013;2.国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东 济南 250013;3.山东省地质科学研究院,山东 济南 250013;4.石家庄经济学院 资源学院,河北石家庄 050031;5.山东省物化探勘查院,山东 济南 250013)

0 引 言

矿床的成矿系列是指在一定的地质时期和地质环境中,在主导的地质成矿作用下形成的,在时间上、空间上和成因上有密切联系的一组矿床类型的组合(陈毓川,1994;陈毓川等,2006)。山东省胶东地区是我国最重要的金矿基地,已探明的金资源储量和黄金产量均占全国 1/4以上。前人对胶东金矿进行了大量勘查、研究,取得了丰硕的研究成果,也进行过一定程度的矿床成矿系列及相关研究。如:通过对矿石成分研究认为,胶东金矿矿石矿物主要有黄铁矿、金矿物(银金矿、自然金、金银矿)、黄铜矿,其次有雌黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、斑铜矿等(孔庆友等,2006;李士先等,2007);通过对矿床共生规律研究发现,矿床具有单矿种多类型(蚀变岩型、石英脉型)、多矿种(Au、Ag)同类型组合规律(李宏骥,2002);通过对矿床成矿系列研究,将胶东金矿划分为中生代燕山期重熔岩浆热液交代型金银矿床成矿系列,主要成矿元素为Au、Ag,次要成矿元素有Cu、Pb、Zn(刘玉强等,2004)。

胶东地区还分布有铜、铅、锌、钼等有色金属矿床,由于矿床数量少、规模不大,研究程度低。已有部分地质工作者在进行区域成矿规律研究、资源潜力评价时,将这些矿床作为同一成矿系列来描述,也有人提出了金及多金属矿成矿系列的认识(丁正江等,2011)。

近年来,地质工作者加大了胶东地区的找矿力度。除新探明了一批深部金矿(宋明春等,2010a,2011a;Song et al.,2014)外,还新发现了威海大邓格多金属矿、胶南七宝山铅矿、五莲红石岗-敞沟银铅锌矿等矿床,在栖霞香夼铅锌矿、栖霞尚家庄钼矿、福山王家庄铜矿、五莲七宝山金铜矿等以往探明矿床的深部和外围探获了新增资源量。随着这些找矿工作的新进展及矿床成因和成矿时代研究成果的大量积累,有必要进一步总结区域成矿规律,以便有效指导找矿。本文以矿床成矿系列理论为指导,在总结近年胶东地区找矿成果基础上,深入分析了区域控矿因素和成矿规律,研究了不同矿种的成生联系,提出了胶东金矿与有色金属矿是与白垩纪伟德山花岗岩有关的同一成矿系列的新认识。

1 区域地质背景

胶东位于中朝陆块东南部和秦岭-大别-苏鲁造山带东北部,前者包括胶北隆起和胶莱盆地,后者在研究区内称为威海隆起(图1)。

图1 胶东地区区域地质和金及有色金属矿分布简图Fig.1 Sketch map showing the regional geology and distribution of metal mineral deposits in the eastern Shandong Peninsula

胶北隆起主要由前寒武纪变质岩系和中生代花岗岩类侵入岩组成。前寒武纪变质岩系主要为太古宙花岗-绿岩带(包括中太古代唐家庄岩群、新太古代胶东岩群、新太古代栖霞TTG质花岗片麻岩套和中太古代-新太古代基性-超基性岩组合)和古-新元古代变质地层(包括古元古代以高铝片岩、大理岩、含石墨变粒岩为代表的荆山群、粉子山群和中元古代以变质碎屑岩为主的芝罘群及新元古代浅变质的蓬莱群)。中生代花岗岩类侵入岩以侏罗纪玲珑花岗岩为主,部分为白垩纪郭家岭花岗岩和伟德山花岗岩。

胶莱盆地为白垩纪陆相盆地,由河湖相碎屑岩系和基性-中性-酸性火山岩组成(莱阳群、青山群、王氏群)。

威海隆起前寒武纪变质岩系主要由新元古代含超高压榴辉岩的花岗质片麻岩(荣成片麻岩套)组成,少量古元古代变质表壳岩(胶南表壳岩)和中元古代基性-超基性岩组合。中生代花岗岩类侵入岩以白垩纪伟德山花岗岩和侏罗纪玲珑花岗岩为主,少量三叠纪花岗岩类(宁津所正长岩、槎山正长花岗岩)和白垩纪崂山花岗岩。

胶东最发育的一组断裂是 NE-NNE走向断裂,其次为近EW-NEE走向断裂。NE-NNE向断裂发育的条数多、密度大,是胶东金矿的主要控矿构造。EW向断裂地表出露比较零星,连续性较差。中朝陆块(胶北隆起)和秦岭-大别-苏鲁造山带(威海隆起)的结合带被 NE向断裂和中生代花岗岩叠加,大致位于牟平-即墨断裂带附近。

2 主要矿床类型和典型矿床特征

2.1 金、银矿床

胶东地区共有金矿床 200余处,其中大型以上金矿40余处,分布于莱州、招远、蓬莱、栖霞、福山、牟平、乳山等地,构成胶西北、栖蓬福、牟乳3个金矿集中分布区(图1)。矿床分布频度、大型矿床数量均居国内首位,金矿床具有区域集中、规模大、富集强度高和成矿期短的特点,被我国地质学家称为中生代成矿大爆发或金属异常巨量堆积(翟明国等,2004)。

主要金矿床类型有破碎带蚀变岩型(焦家式)和含金石英脉型(玲珑式),此外,按照矿石主要特征和控矿构造性质还划分了破碎带石英网脉带型(河西式)、石英硫化物脉型(邓格庄式)、层间滑动构造带型(杜家崖式)、蚀变砾岩型(发云夼式)、盆缘断裂角砾岩型(蓬家夼式)等过渡类型金矿床(宋明春等,2014)。蚀变岩型金矿石的工业类型为低硫型金矿石,含金石英脉型为低-中硫型金矿石,石英硫化物脉型为高硫型金矿石。在地域分布上,胶西北金矿集中区以低硫型金矿石为主,栖蓬福金矿集中区以低-中硫型金矿石为主,牟乳金矿集中区以高硫型金矿石为主,表现为自西向东矿石中硫含量呈增高趋势。矿床的围岩主要有:早前寒武纪变质岩系、侏罗纪玲珑花岗岩和白垩纪郭家岭花岗岩,也有白垩纪莱阳群底部砾岩(发云夼式金矿)和白垩纪中基性脉岩。近年来的研究表明,不同类型金矿形成于同一时代、统一的构造背景(叶杰等,2002)或属同一构造-热液成矿系统(张连昌等,2002a),是同一构造背景、同一成因、同一时代形成的产于不同构造部位、不同围岩条件的不同自然类型(宋明春等,2010b)。流体包裹体研究表明,胶东金矿床的成矿流体为中-低温、中压、低-中等盐度(赵宏光等,2005;申萍等,2004),说明胶东金矿主要为中-低温热液金矿。金矿床受控于区域较大断裂和其次级张裂隙、层间滑动带、盆缘断裂及高角度张性断裂,成矿期表现为伸展性质(钱建平等,2011)或拆离断层(杨喜安等,2011)。

焦家式破碎带蚀变岩型金矿为受断裂构造控制的金矿(宋明春等,2011b),一般产于断裂主断面下盘,矿床规模大,矿化连续稳定。断裂中普遍发育的断层泥作为障碍层阻隔成矿流体并形成差异的蚀变矿化带(杨林等,2014)。矿床形态简单,多为大脉状或饼状。矿石类型单一,矿石构造主要为细脉浸染状和网脉状。矿体倾角较缓,一般不超过50°。是胶东金矿的主体,资源储量大于50吨的金矿床多是焦家式金矿床。

玲珑式金矿床的主要特点是:矿床规模以中、小型为主,个别大型(如玲珑金矿田108号脉),矿体呈简单的脉状,多形成矿脉群。金矿床受主干断裂伴生、派生的低级别、低序次陡倾角断裂控制,因而矿体也呈高角度倾斜。

胶东共有银矿床40余处,其中独立银矿仅有3处,与铅、锌、铜矿伴生的银矿4处,其余均为与金矿伴生的银矿。3处独立银矿均为陡倾斜脉状矿体,矿脉受断裂构造带控制。矿石自然类型有:含多金属硫化物石英脉型和细脉浸染状黄铁绢英岩质碎裂岩型两种,矿石工业类型划分为贫硫银矿石和含铅银矿石两种。招远十里堡银矿的主要围岩为玲珑花岗岩,栖霞虎鹿夼银矿的主要围岩是栖霞片麻岩套,荣成老横山银矿的围岩是荣成片麻岩套。

2.2 铜矿床

胶东铜矿点较多,但规模都较小,达到矿床规模的独立铜矿仅数处,其他为以铜为主的铜金、铜铅锌矿床和金矿、铅锌钼矿中伴生的铜矿。胶东东部海阳-乳山-荣成一带的主要铜矿类型有热液充填脉型、层控型和矽卡岩型,胶东西部莱州-招远-栖霞一带的铜矿则多为焦家式、玲珑式和邓格庄式金矿的伴生铜矿,胶莱盆地南缘五莲七宝山地区见有产于在白垩纪隐爆角砾岩中的热液型铜矿。

福山王家庄铜矿(表1)位于胶北隆起东北缘烟台市福山区城西约6 km处,栖霞-福山有色金属矿集中区北部,为山东境内最大的铜矿,查明铜资源储量近30万吨。矿体主要赋存于古元古代粉子山群巨屯组二段和岗嵛组一段大理岩、变粒岩、片岩、透闪岩中,共有20余个含矿层,226个矿体,其中工业矿体40个。矿体厚度一般1～5 m,最大30 m。矿体呈层状、似层状、透镜状,总体与变质岩层平行顺层产出,在含矿层中断续出现,常见分支复合、膨胀夹缩现象。尽管从局部看矿体层控特征明显,但分析不同深度的水平断面图发现,矿体产状与围岩产状并非完全一致,在20～40勘探线区段的-200 m以下深度的矿体,其走向与地层走向交角在 20°左右。矿区内有较多大致顺层产出的白垩纪石英闪长玢岩、闪长岩浅成小岩体(伟德山花岗岩的浅成相),这些岩体也常有较明显的矿化,而且在矿化闪长岩分布地段其围岩(变质地层)均发育有相应的矿化。近矿围岩普遍发生蚀变,主要有硅化、钾化、绢云母化、碳酸盐化等。虽然前人根据产状特征将王家庄铜矿划归为变质岩层状铜矿(层控型),但从矿床总体赋存特点、矿化蚀变、矿化与侵入岩的关系等方面分析,王家庄铜矿实为大致顺层分布的热液充填交代型矿床。

海阳一带的热液充填脉型铜矿产于胶莱盆地东北缘海阳岩体(伟德山花岗岩)周边白垩纪莱阳群砂岩和青山群火山岩中,矿体一般呈脉状、细脉带状,规模较大的呈透镜状、似透镜状,主要发育在牟平-即墨断裂带主断裂内及其附近的次级断裂和裂隙带内。矿体长一般几十米至数百米,厚不足1 m至数米。矿石中矿石矿物主要有黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、辉铜矿、方铅矿、铜蓝、孔雀石、褐铁矿等,脉石矿物有石英、方解石、长石、重晶石等。围岩蚀变不甚发育,主要为硅化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化。

2.3 铅锌矿床

以铅锌矿为主的矿床有8处,另有10多处为金银及铜的伴生矿床,主要分布于栖霞、福山、龙口、蓬莱、威海、乳山、胶南、安丘等地。主要矿床类型有斑岩-矽卡岩型和热液裂隙充填脉型两种。

斑岩-矽卡岩型铅锌矿的典型代表是栖霞香夼铅锌矿(表1),为一中型铅、锌、铜、硫共生矿床,位于胶北隆起东北部栖霞城东北约21 km,栖霞-福山有色金属矿集中区北部。矿床产于白垩纪香夼花岗闪长斑岩体(伟德山花岗岩的浅成相)与震旦纪蓬莱群香夼组灰岩接触带内(多在正接触带中),少量分布在内、外接触带中。矿化范围宽约 600 m,长约1700 m,延深＞700 m。已查明60余个矿体,其中主矿体4个。矿体形态复杂,呈透镜状、脉状、囊状、似层状。矿化存在明显的分带,外部为产于外接触带灰岩裂隙和灰岩捕虏体边缘的矽卡岩铅锌矿带,中部为产于正接触带矽卡岩中和内接触带蚀变花岗闪长斑岩中的矽卡岩-斑岩铜硫矿带,内部为发育于内接触带花岗闪长斑岩中的斑岩铜钼矿带。围岩蚀变作用强烈,主要有碳酸盐-绢云母化、钾化、矽卡岩化(绿泥石-绿帘石矽卡岩、绿帘石-石榴石矽卡岩)、大理岩化、硅化。

威海产里铅锌矿(表1)为热液裂隙充填脉型矿床,位于威海隆起中部荣成市区东北约30 km,伟德山岩体西北部约4 km,荣成有色金属矿集中区西北部,为一小型铅锌矿。矿床产于新元古代含超高压榴辉岩的花岗质片麻岩中的 NNE走向产里断裂中,矿体为多金属硫化物石英脉,呈脉状、透镜状,倾角较陡。共有 3个矿体,矿体长100～230 m,厚0.76～3.28 m。

2.4 钼钨矿床

已查明资源储量的钼矿产地有 5处,钨矿床 2处,主要分布于胶东东部的福山、牟平、栖霞、荣成等地。钼矿除 1处与钨矿共生外,其他为独立钼矿;钨矿1处为与钼共生矿,1处为硫铁矿的伴生矿。钼钨矿床类型为斑岩-矽卡岩型。

福山邢家山钼钨矿(表1)位于胶北隆起东北缘栖霞-福山有色金属矿集中区北部,东距烟台市福山城区约 2 km,为钼钨共生矿床,钼矿资源储量为大型,钨矿为中型。矿床产于白垩纪幸福山斑状花岗闪长岩体(伟德山花岗岩)与古元古代粉子山群接触带中,矿化范围约 13 km2,主矿体位于外接触带矽卡岩中。共有钼矿体107个,钨矿体48个,矿体多呈似层状、透镜状产出,产状与变质地层大致一致,部分矿体切穿地层,矿体产状总体比较平缓,各矿体大致平行排列。钼矿体多而大小差异悬殊,长 200～2200 m,厚度 1.17～185.47 m。钨矿体长 190～1465 m,厚度1.0～13.3 m。自幸福山岩体中心向北西方向,主要成矿元素具明显分带现象,即 Mo+WW+Cu-Pb+Zn。围岩蚀变强烈,种类较多,在岩体内部,以钾长石化、硅化、绢云母化为主;接触带以矽卡岩化为主,硅化、碳酸盐化也很强烈。

栖霞尚家庄钼矿(表1)为一中型斑岩型钼矿,矿床位于胶北隆起东部栖霞-福山有色金属矿集中区南部,向北西距栖霞市区约27 km。矿床赋存于牙山斑状花岗闪长岩和二长花岗岩体中(伟德山花岗岩),产于NNW-SSE向展布的长3.5 km、宽1.2 km的网状裂隙带内,控矿裂隙走向有NNE、NWW和NNE三组。矿体呈似层状、透镜状、饼状,形态较简单,共有23个矿体,单矿体长约800～1000 m,厚约5～60 m,产状比较平缓,倾角10°～25°。矿化具有明显分带性,由岩体中心向围岩依次出现辉钼矿+黄铜矿、黄铁矿+方铅矿+闪锌矿。围岩蚀变主要有钾化、硅化-绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化。

上述主要矿床特征反映出,胶东有色金属矿与白垩纪伟德山期花岗岩形影相伴,二者必然有渊源关系,钼钨矿、铜矿、铅锌矿应当有一致的物质来源;赋矿围岩主要有两大类,即前寒武纪变质岩(变质地层、花岗质片麻岩)和白垩纪火成岩(以花岗岩类为主,也有中基性火山岩和潜火山岩);赋矿构造位置主要有三种,即侵入接触带、断裂构造带、层间滑动带;围岩蚀变主要有四类,即矽卡岩化、硅化、钾化、绢云母化。有色金属矿的这些赋存规律简称为“一源、二岩、三带、四化”规律。

3 伟德山花岗岩及其与金、有色金属矿床的时空关系

3.1 伟德山花岗岩及其地质特征

伟德山花岗岩广泛分布于鲁东地区,总面积约2600 km2,是胶东地区中生代分布范围最广的一期花岗岩。前人在区域地质调查中称之为伟德山超单元,划分为 4个亚超单元、30个单元,早期的埠柳亚超单元主要由闪长岩组成,其后的阴子夼亚超单元主要为石英二长岩,再后的南宿亚超单元均为花岗闪长岩,最后期的牙山亚超单元由二长花岗岩组成。其中二长花岗岩分布面积约占总面积的 51%,石英二长岩类约占 46%。伟德山花岗岩常构成规模较大的复式岩体分布,研究区主要有伟德山岩体、三佛山岩体、海阳岩体、龙王山岩体、院格庄岩体、牙山岩体、艾山岩体、南宿岩体(图1)。伟德山岩体是伟德山花岗岩的典型岩体,位于威海隆起的中东部,由8个侵入体(单元)构成同心环带状分布,中心部位为细粒二长花岗岩(虎头石单元)、含斑中细粒二长花岗岩(营盘单元)和斑状中粒含角闪二长花岗岩(崖西单元),向外依次出现巨斑状中粗粒含角闪石英二长岩(不落耩单元)、斑状细粒含黑云角闪石英二长岩(大水泊单元)、含斑中粒角闪黑云石英二长岩(落西头单元)、细粒辉石角闪石英二长岩(崮庄单元)、中粒含辉石角闪石英二长闪长岩(埠柳单元)(图2)。

伟德山花岗岩岩石化学成分显示了 Ⅰ型花岗岩特点和钙碱性岩演化特征,稀土配分型式显示为轻稀土富集 Eu亏损型,微量元素特征指示其属高 Ba花岗岩类。δ18O 在+1.3‰～+8‰之间,属低-正常类型δ18O花岗岩类(宋明春和王沛成,2003)。花岗岩中普遍发育指示地幔来源的暗色包体。因此,伟德山花岗岩为壳幔同熔型花岗岩。

3.2 成岩、成矿时代

胶东中生代岩浆岩非常发育,形成大量侵入岩、火山岩和脉岩。侵入岩和脉岩广泛分布于胶北隆起和威海隆起,火山岩主要分布于胶莱盆地(青山群)。除少量花岗岩形成于三叠纪(宁津所正长岩、槎山正长花岗岩)外,绝大部分岩浆岩形成于侏罗纪-白垩纪。大量研究表明,侏罗纪-白垩纪花岗岩类侵入岩主要包括4种类型:(1)陆壳重熔型玲珑花岗岩,形成于160～140 Ma(苗来成等,1998);(2)壳幔混合型郭家岭花岗岩,形成于 130～126 Ma(罗镇宽和苗来成,2002;Wang et al.,1998);(3)壳幔混合型伟德山花岗岩,年龄值范围多在135～85 Ma,集中于127～105 Ma(宋明春和王沛成,2003),伟德山、泰薄顶、六渡寺、三佛山等岩体的锆石U-Pb同位素年龄是108±2 Ma、114±1 Ma、114.5±0.8 Ma 和 113±1 Ma(郭敬辉等,2005),马耳山、五莲山、七宝山、大店等岩体的锆石 U-Pb 同位素年龄是115±1 Ma、116±4 Ma、126±3 Ma和 123±4 Ma(周建波等,2003),牙山岩体和院格庄岩体的锆石SHRⅠMP同位素年龄分别为117.7±2.9 Ma和113.4±2.5 Ma(邱连贵等,2008),三佛山岩体的锆石 SHRⅠMP 同位素年龄为 113±1 Ma(郭敬辉等,2005)、116±1 Ma 和 125±3 Ma(Goss et al.,2010),锆石年龄值范围为126～108 Ma;(4)碱质A型崂山花岗岩,同位素年龄值集中于 115.4～90 Ma(宋明春和王沛成,2003)。

图2 伟德山岩体地质及有关矿产分布图(据丁正江等,2013修改)Fig.2 Sketch map showing the regional geology and distribution of metal mineral deposits related to the Weideshan granite

关于胶东金矿的成矿时代,前人进行过很多研究,初步统计,1987年以来测试的金矿同位素年龄数据60余个,年龄值介于213.2～46.53 Ma,集中于125～100 Ma(宋明春等,2010b)。2000年以来测试的高精度绢云母和石英 Ar-Ar年龄、黄铁矿和矿石Rb-Sr年龄、流体包裹体Rb-Sr年龄、锆石SHRⅠMP年龄范围为123～110 Ma(Yang and Zhou,2000,2001;张连昌等,2002b;李厚民等,2003;Zhang et al.,2003;Hu et al.,2004),因此多数人认为胶东金矿形成于125～110 Ma。

对胶东有色金属矿成矿年龄的测试资料很少,前人主要根据与有色金属矿有关的花岗岩的同位素年龄间接判断成矿年龄,如与香夼铅锌矿有关的香夼岩体的黑云母K-Ar同位素年龄值是120.6 Ma和127.6 Ma,与大邓格庄多金属矿有关的崮庄岩体K-Ar同位素年龄为113 Ma(宋明春和王沛成,2003),尚家庄钼矿赋矿岩体牙山岩体锆石SHRⅠMP和黑云母 Ar-Ar法同位素年龄为 117.7±2.9 Ma、116±0.5 Ma和116.9±0.7 Ma(张田和张岳桥,2007),与邢家山钼钨矿有关的幸福山岩体的 K-Ar同位素年龄为124.27 Ma(宋明春和王沛成,2003),冷家钼矿和南台铜矿赋矿围岩——伟德山岩体2个岩浆锆石U-Pb法加权平均年龄为113.4±1.8 Ma和114.2±2.1 Ma(丁正江等,2013)。因此,我们认为胶东有色金属矿形成时代为 113～127.6 Ma。

李杰(2012)测试了栖霞尚家庄辉钼矿的 Re-Os同位素年龄(表2),获得模式年龄值 115.5±1.6 Ma～117.6±1.6 Ma,平均值为 116.4±1.6 Ma,指示成矿年代为中生代早白垩世。

可见,金、有色金属矿与伟德山花岗岩的上述同位素年龄高度吻合,均为早白垩世,形成时代略晚于郭家岭花岗岩年龄,略早于崂山花岗岩年龄(图3)。

表2 尚家庄钼矿床辉钼矿Re-Os同位素测定结果Table2 Re-Os isotope results of molybdenite from the Shangjiazhuang molybdenum deposit

图3 胶东金、有色金属矿及白垩纪花岗岩形成时代序列轴Fig.3 Temporal relationship between the gold and nonferrous metal deposits and the Cretaceous granites

有研究者对福山邢家山钼矿形成时代研究表明,辉钼矿Re-Os同位素等时线年龄为157.6±3.9 Ma(刘善宝等,2011)和 158.7±2.06 Ma(丁正江等,2012),指示部分有色金属矿形成于侏罗纪,并认为胶东地区存在与三大岩浆活动阶段相对应的三大成矿期,即与三叠纪花岗岩相对应的印支多金属成矿期,与侏罗纪花岗岩相对应的燕山早期有色金属成矿期,与白垩纪花岗岩相对应的燕山晚期金及多金属成矿期(丁正江等,2013)。

虽然胶东地区有侏罗纪成矿时代的显示,但大量证据表明成矿作用主要发生于白垩纪。胶东地区在白垩纪发生了强烈的金及有色金属矿成矿作用,金矿与有色金属矿同时形成,二者都与伟德山花岗岩的形成时代一致,伟德山花岗岩的强烈活动诱发了胶东大规模、集中爆发式成矿。鉴于胶东金矿成矿与伟德山花岗岩成岩的同时性,宋明春等(2010a)研究提出,伟德山花岗岩是金矿成矿的直接原因,在金矿成矿中起到了“热机”作用。前人对胶东中生代花岗岩类研究时,一般将晚中生代岩浆活动划分为:以玲珑岩体为代表的晚侏罗世构造岩浆事件、以郭家岭岩体为代表的早白垩世早期构造岩浆事件和以崂山岩体为代表的早白垩世中晚期构造岩浆事件(邱连贵等,2008;李俊建等,2005),普遍没有将伟德山花岗岩作为独立的岩浆事件予以考虑,而将其主体划为崂山花岗岩,少量划为郭家岭花岗岩。同时,注意到了郭家岭花岗岩与金矿伴生、崂山花岗岩晚于金矿成矿时代的事实,但没有发现伟德山花岗岩与金矿同时形成的规律。笔者认为,由于玲珑花岗岩和郭家岭花岗岩是金矿的直接围岩,所以金矿成矿时,他们已经固结成岩并抬升至流体成矿的深度,金成矿流体活动不是这种岩浆活动所引起的。

3.3 矿床、岩体分布

胶东金及有色金属矿的空间分布与伟德山花岗岩密切相关,尤其是有色金属矿与伟德山期花岗岩形影相伴,在矿床尺度上和岩体尺度范围均表现明显,金矿与伟德山花岗岩的空间关系则在宏观尺度上才能显示出来。

就矿床尺度而言,有色金属矿均分布于伟德山花岗岩体内部、与围岩的接触带和离岩体不远的围岩中,在岩体内部表现为斑岩型矿,在接触带则为矽卡岩型矿,在围岩中主要表现为热液脉型矿。如上所述,福山邢家山钼钨矿和栖霞香夼铅锌矿均由岩体内部至围岩表现出明显的矿化分带,指示不同矿种是同一成矿作用的产物。

就岩体尺度而言,伟德山花岗岩对有色金属矿的控制作用明显,以伟德山岩体为典型代表。在伟德山岩体内部及周边分布有许多铜、钼、铅锌等有色金属矿床(点),如冷家钼矿(斑岩型)、逍遥山钼矿(斑岩型)、南台铜矿(隐爆角砾岩型)、庙院铜矿(热液脉型)、菜园铜矿(斑岩型?)、夼北铜矿(矽卡岩型)、陈家埠铜矿(矽卡岩型)、南流水铜矿(矽卡岩型)、涧北铜矿(斑岩型)、同家庄银矿(矽卡岩型)、前青顶银金矿(热液脉型)、岭东银矿(热液脉)、产里铅锌矿(热液脉型)、金角口铅锌金矿(热液脉型)、大邓格金银铜铅锌矿(热液脉型)、罗家金矿(热液脉型)等(图2)。这些矿产由伟德山岩体内部向外(以伟德山花岗岩晚期的虎头石单元为中心)依次分布,大致形成了内部钼-中边部铜银-外部铅锌多金属的分布环带,围岩中出现与多金属矿共生的金矿(如大邓格金银铜铅锌矿)和独立金矿(如罗家金矿)。这种分布规律指示,有色金属矿、金矿相伴产出,而且均围绕伟德山花岗岩分布。

就宏观尺度而言,金矿主要分布于胶东的西部和中部,构成胶西北、栖蓬福、牟乳三个集中分布区(图1)。矿床数量自西向东逐渐减少,在胶东东部威海一带金矿的数量很少,且规模小、常与有色金属矿伴生或共生。胶西北集中区金矿资源最丰富,已探明资源储量占胶东总量的 90%以上,中型以上的金矿床数量达60余处,胶东地区的特大型金矿均产于这个集中区中。区内金矿床类型以蚀变岩型(焦家式)和石英脉型(玲珑式)为主,受 NE-NNE向构造控制。栖蓬福集中区中矿床数量多,但规模较小,仅张家、台前、马家窑、杜家崖、黑岚沟等为数不多的几个矿床达到或接近中-大型矿床。区内构造以NE向和NW向为主,韧性剪切及层间滑动构造较为发育,断裂破碎带规模较小。金矿以石英脉型为主,少量层间滑动构造带型。牟乳集中区位于中朝陆块(胶北隆起)与大别-苏鲁造山带(威海隆起)接合部位,构造复杂,金矿类型较多,以石英脉型为主,也有破碎带蚀变岩型、蚀变砾岩型及层间滑动构造带型等金矿。金矿受陡倾斜断裂构造和缓倾斜层间滑动构造带控制。

有色金属矿主要分布于胶东的中部和东部,包括栖霞-福山和荣成两个集中分布区(图1)。栖霞-福山有色金属矿集中区西部与栖蓬福金矿集中区的东部大致吻合,区内的有色金属矿多围绕伟德山花岗岩小岩体分布,矿床规模较大,主要有斑岩-矽卡岩型钼、钨、铅锌矿和变质岩层状铜矿。荣成有色金属矿集中区矿床围绕伟德山岩基分布,主要为脉状铅锌矿、多金属矿,也有小规模斑岩型钼矿、脉状银矿,矿床规模较小、矿体分散。

伟德山花岗岩自胶东西部向东部岩浆活动增强、岩体数量增多、岩体面积增大。胶东西部的胶西北地区中只有数量有限的伟德山花岗岩小岩株或岩枝,规模较大的为侵入玲珑花岗岩中的南宿花岗闪长岩株,出露面积约 15 km2,但该区发育大量与伟德山花岗岩有关的同期脉岩(孙景贵等,2000)。胶东中部的蓬莱-栖霞-福山一带出露的岩体数量较多,但规模不大,呈岩株和较小的岩基产出,主要有艾山岩基、牙山岩株、院格庄岩基,面积分别为150 km2、65 km2、120 km2。胶东东部的威海-荣成一带伟德山花岗岩的数量多、面积大,构成较大岩基,如伟德山岩基面积480 km2、三佛山岩基面积200 km2、海阳岩基面积270 km2。

分析金及有色金属矿、伟德山花岗岩的区域分布发现,钼矿分布于花岗岩中和花岗岩与围岩的接触带,钨矿见于花岗岩与围岩的接触带,铜矿赋存于花岗岩中和花岗岩与围岩的外接触带,银矿产于花岗岩和围岩中,铅锌矿受控于花岗岩与围岩的接触带,在围岩中呈脉状产出,金矿分布于远离伟德山花岗岩的各种围岩中。即由伟德山花岗岩内部经过接触带至远离花岗岩依次出现钼矿、钼钨矿-铜矿、银矿、铅锌矿、多金属矿-金矿。有色金属矿主要围绕花岗岩株产出,较大岩基的内部矿产资源较少,其围岩中有多金属矿产出。金矿集中区内虽然未见较大的伟德山花岗岩体,但可见小岩株、岩枝,与伟德山花岗岩同期的脉岩发育,推测深部有花岗岩岩基。胶东地区现今由西至东伟德山花岗岩出露增多的原因是,东部位于中生代碰撞造山带强烈隆升区,剥蚀深度大,因此花岗岩的剥露程度高。

矿化的分带现象是一个普遍规律,从与矿体伴生的元素组分分带和浓度分带,到不同矿种、不同类型矿床的成矿分带,都是分带规律的客观反映。利用成矿作用的分带特征指导隐伏矿预测和矿床深部勘探,具有重要意义。赣东北德兴矿区在深部或平面上的中心部位发育斑岩铜矿,向上和向外出现Cu-Pb-Zn和 Ag-Pb-Zn矿,外围有金矿(毛景文等,2012);闽西紫金山矿区,具有显著的自上而下“U、Ag→Au→Au、Cu→Cu→Cu、Mo→W、Sn”矿化垂直分带特征(王少怀等,2009)。成矿分带的原因有多种解释,来自岩浆的流体随着降温、降压、矿物沉淀,卤水与气体的不混溶和水岩反应以及大气水的混入而不断进行调整和改变,是与岩浆作用有关矿床矿化分带的主要原因。

4 成矿物质来源和成矿条件

4.1 成矿物质来源

前人对胶东金矿的成矿物质来源进行了大量研究,如:通过流体包裹体研究,许多研究者认为胶东金矿成矿流体有岩浆流体或深源流体成分(沈昆等,2000;Fan et al.,2003;申萍等,2004;赵宏光等,2005;Yang et al.,2008,2009;Li et al,2013);对 C、H、O同位素的研究发现,胶东金矿成矿流体源于初始岩浆水,后期有大量大气降水参与(Fan et al.,2003;毛景文等,2005;姜晓辉等,2011)。胶东有色金属矿仅进行过少量S、Pb及Re-Os同位素研究,将其测试数据与金矿有关数据比较显示了一定的渊源关系。

S同位素研究表明,蚀变岩型焦家、三山岛金矿的 δ34S 值 分 别 为 +8.7‰～+11.84‰ 和 +11.0‰～+12.6‰,石英脉型玲珑金矿的 δ34S值为+4.9‰～+8.5‰ (王铁军和阎方,2002),栖霞香夼铅锌铜矿硫化物 δ34S值为-1.1‰～+4.9‰(孔庆友等,2006),尚家庄钼矿 δ34S值为+4.5‰,大邓格脉状多金属矿床 2件矿石样品 δ34S值分别是+7.0‰、+7.1‰(李杰,2012)。可见,斑岩-矽卡岩型钼矿、铅锌铜矿 δ34S值较低,具有地幔硫特征,指示有较多地幔物质参与;石英脉型金矿与脉状多金属矿 δ34S值中等,蚀变岩型金矿δ34S值较高,二者均显示了混合硫特征,可能蚀变岩型金矿在成矿时与围岩中的硫发生了更多的同位素交换(毛景文等,2005)。这说明,从蚀变岩型矿到脉状矿再到斑岩-矽卡岩型矿,幔源物质渐趋增多。

Pb同位素研究表明,胶东金矿 Pb同位素组成属于异常铅,显示“非今非古”的多来源混合型铅特征(李士先等,2007)。金矿和有色金属矿中方铅矿的Pb同位素组成较为均一,放射性成因铅含量较低,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb 变化范围为16.832～17.927、15.28～16.362 和 36.991～40.118(表3)。比较发现,尚家庄钼矿和大邓格多金属矿Pb同位素组成206Pb/204Pb、208Pb/204Pb及Th/U值较莱州和乳山地区金矿偏低,与栖霞石英脉型金矿接近;模式年龄较金矿大。在△γ-△β图解(图4a)中,金矿主要投点于地幔源铅和海底热水作用铅区域,少量投点于上地壳与地幔混合的俯冲铅和变质作用下地壳铅范围,有色金属矿的 3个测试数据均投点于地幔源铅中。在铅构造模式图(图4b)中,投点数据构成穿切 4个铅源区增长曲线的近垂直线型排列,多数投点数据落入地幔和造山带增长曲线之间,并且相对靠近地幔铅演化线;有色金属矿投点于金矿的左侧,分布于地幔铅演化线附近。这说明,金矿中的铅为地幔和地壳物质多来源混合铅,地幔铅占有很大的比重;有色金属矿的铅主要来自于地幔源,可能有少量地壳物质的混染。

Re-Os同位素体系不仅可以精确确定硫化物矿床形成的时间,同时还可以示踪成矿物质来源以及指示成矿过程中不同来源物质混入的程度(王辉等,2011)。一般认为:从地幔来源到壳幔混源再到地壳来源,辉钼矿中的 Re含量成 10倍地下降,从 n×10-4～n×10-5～n×10-6(Mao et al.,1999)。尚家庄钼矿床辉钼矿中 Re 含 量 为 17.74×10-6～23.72×10-6,平均20.21×10-6(李杰,2012),指示成矿物质应为壳幔混合来源。

表3 有色金属矿和金矿Pb同位素组成及特征参数表Table3 Pb isotope composition of galena from the nonferrous metal and gold deposits

图4 铅同位素Δβ-Δγ图解(a,据朱炳泉,1998)和Pb同位素构造模式图解(b,据Zartman and Doe,1981)Fig.4 Δβ vs.Δγ plot (a)and the plumbotectonic model (b)for the ore deposits

综之,尚家庄钼矿、大邓格多金属矿具明显地幔来源的特征,金矿也有幔源物质的信息,说明金矿及有色金属矿成矿物质来源具有一致性。

4.2 成矿物理化学条件

前人对胶东金成矿的物理化学条件做过很多研究。杨敏之和吕古贤(1996)得出主要成矿阶段的形成温度为 200～280 ℃,次要成矿阶段的温度为 150～220 ℃,成矿压力为 50～90 MPa。李士先等(2007)综合前人测试数据,估算焦家金矿不同阶段流体包裹体的均一温度为:金-黄铁矿-石英阶段280～338 ℃,金-石英-多金属硫化物阶段 230～270℃,金银-铅锌-石英阶段 180～210℃,黄铁矿-石英-方解石阶段130～160 ℃;估算不同阶段压力为:成矿早期50～70 MPa,成矿主期 30～50 MPa,石英-方解石阶段10～20 MPa。沈昆等(2000)对大尹格庄金矿流体包裹体的研究表明,钾化和绢英岩化阶段石英中的H2O-CO2-NaCl包裹体捕获温度分别为 300～360 ℃和 280～300 ℃,捕获压力≥150 MPa;而金-黄铁矿、金-多金属硫化物的沉淀温度分别为200～280 ℃和180～250 ℃,压力变化于24～115 MPa;金沉淀时的 pH=5～6,ƒO2= -34 左右。

有色金属矿形成条件的研究资料较少,福山邢家山钼钨矿包裹体测温(孔庆友等,2006)指示,早期成矿温度为 375～430 ℃,中期为 250～375 ℃,晚期为250 ℃左右。栖霞香夼铅锌矿包裹体均一温度测试表明,斑岩体形成温度为 587 ℃左右,矽卡岩形成温度范围为287～400 ℃,晚期热液温度为192～260 ℃(涂光炽,1989)。

可见,不同类型矿床和不同成矿阶段的成矿条件有差异,有色金属矿成矿温度明显高于金矿成矿温度。

5 成矿系列

5.1 与伟德山花岗岩有关的岩浆热液矿床成矿系列

上述研究表明,胶东地区白垩纪金(银)及有色金属矿是形成于同一地质时代、空间分布和成因上有密切联系的、具体成矿条件有差别的一组矿床类型的组合,构成了一个与伟德山花岗岩岩浆作用有关的岩浆热液成矿系列。这一成矿系列的矿床总体可分为两大类:一类是赋存于伟德山花岗岩内的矿,包括斑岩-矽卡岩型钼矿、钼钨矿、铅锌铜矿,部分热液脉型多金属矿、银矿,其成矿物质和流体来自于花岗岩浆本身和深部源区,在花岗岩浆结晶分异过程中,硅酸盐熔体中的金属元素通过热液蚀变进入流体相,在侵入岩体内或外适当部位沉淀成矿(肖庆辉等,2002);另一类是产于伟德山花岗岩外的矿,主要有蚀变岩型、脉型金矿,热液脉型和层控型多金属矿,其成矿物质和流体主要来自赋矿围岩,花岗质岩浆提供了热源和部分挥发分。控制斑岩型矿床形成的重要因素之一是,具有一个地壳上部的岩浆房,能够不断提供成矿物质和驱动热液循环的热能,伟德山花岗岩即起到了这种作用。

胶东钼矿均赋存于伟德山花岗岩内,属斑岩型钼矿,也有矽卡岩型钼钨矿。铜矿既有产于花岗岩内的斑岩型铜矿,也有位于花岗岩与围岩接触带的矽卡岩型铜矿,规模最大的是在粉子山群中顺层产出的层控型或受层间构造控制的热液充填交代型铜矿。铅锌矿有两种类型,大部分为产于中生代及前寒武纪地质体中的脉状铅锌矿,栖霞香夼铅锌矿为产于伟德山花岗岩与蓬莱群碳酸盐接触带的矽卡岩型铅锌矿。银矿主要为分布于花岗岩附近及围岩中的热液脉型银矿,也有矽卡岩型银矿。金矿主要包括蚀变岩型和石英脉型两种类型。可见,斑岩型、矽卡岩型、热液脉型、层控型、蚀变岩型矿床共存于胶东地区,各种矿床类型构成既有联系又有区别的同一成矿系列。

胶东金及有色金属矿成矿系列具有斑岩型矿床的组合特点,胶东西部(胶西北金矿集中区)的金矿主要为距伟德山花岗岩体较远的低硫化物型矿床,胶东中东部(牟乳金矿集中区)的金矿则为距岩体较近的高硫化物型矿床,而有色金属矿均为产于岩体内部、接触带和围岩中的斑岩-矽卡岩型矿及相关的热液脉型矿、层控热液充填交代型矿。对斑岩型矿床的研究表明,斑岩型矿床的含矿斑岩体是广泛热液蚀变的中心,在其周围也可以形成其他的矿化类型,包括高硫型、低硫型浅成低温金矿床、矽卡岩和产在碳酸盐和非碳酸盐岩中的交代型矿床(张文钊等,2009)。通常,与斑岩型矿床套合的浅成低温热液矿床为高硫化物型,而低硫化物型浅成低温金矿床则发育于距斑岩体较远处(张文钊等,2009)。

5.2 金及有色金属矿床的空间分布规律及区域成矿模式

宋明春等(2010)对胶东金矿床研究认为,胶东地区的3个金矿集中区(胶西北金矿集中区、蓬栖福金矿集中区、牟乳金矿集中区)、7种金矿床类型(焦家式、玲珑式、河西式、杜家崖式、蓬家夼式、发云夼式、邓格庄式)是同一构造背景、同一成因、同一时代形成的产于不同构造部位、不同围岩条件的不同自然类型。本文进一步研究表明,胶东白垩纪有色金属矿与胶东金矿形成于同一构造背景、同一地质时代,但产出的地质位置、物理化学条件不同,因此矿床类型不同。由伟德山花岗岩内部经过接触带至远离花岗岩依次出现钼矿、钼钨矿→铜矿、银矿、铅锌矿、多金属矿→金矿。胶东东部位于三叠纪碰撞造山带,经过中生代的强烈隆升、剥蚀,出露大面积的伟德山花岗岩基,花岗岩外围围岩及花岗岩外的有关矿床多被剥蚀。自东向西,隆起、剥蚀程度减弱,伟德山花岗岩出露减少,花岗岩外的矿剥蚀相应减少,因此出现自东向西金矿增多,有色金属矿减少的现象(图5)。

图5 胶东金及有色金属矿分布剖面示意图Fig.5 Geological profile showing the distribution of gold and nonferrous metal deposits

岩浆作用、流体活动、伸展构造是胶东金及有色金属矿成矿的关键因素。成矿作用发生于白垩纪大规模岩浆活动期,壳幔同熔型花岗岩(伟德山花岗岩)侵位是造成成矿流体活动的根本原因。花岗岩浆活动分异的流体和幔源流体携带的金属元素,在岩体内或外适当部位沉淀成矿,形成斑岩-矽卡岩型钼矿、钼钨矿、铅锌矿,以岩浆活动造成围岩中的流体活化为主,并与花岗岩类分离出溶的流体及幔源流体混合形成的流体,萃取花岗岩内部和围岩(主要为侏罗纪壳源重熔型玲珑花岗岩和前寒武纪变质岩系)中的金属元素,主要在岩体外适当部位沉淀成矿,形成蚀变岩型、脉型等金矿和脉型多金属矿。伴随中国东部中生代幔隆作用、岩石圈减薄(翟明国等,2005;匡永生等,2012),胶东大规模花岗岩侵位形成热隆-伸展构造,为成矿提供了有利空间。金矿主要产于远离热隆中心(壳幔同熔型花岗岩)的伸展构造主构造带(蚀变岩型金矿)和次级张裂隙、层间滑动构造、盆缘断裂及高角度张性断裂中(石英脉型及其他过渡类型金矿),沿主伸展构造带产出的金矿常形成剖面上的阶梯式分布型式(Song et al.,2012);有色金属矿主要形成于壳幔同熔型花岗岩(热隆中心花岗岩)附近的侵入接触带、断裂构造带(包括岩体内部的节理裂隙带)、层间破碎带中。以壳幔同熔型花岗岩(伟德山花岗岩)为中心,由近及远依次产出钼(钨)矿床、铜-铅锌-银矿床、金矿床(图6)。矿体的产状与围岩性质有关:层状围岩中常形成顺层产出的缓倾似层状矿体;块状围岩中有较多陡倾脉状矿体,也有在缓倾裂隙带中赋存的脉状矿体;片麻状围岩中既有沿韧性剪切带分布的缓倾透镜状矿体,又有与片麻理斜交的陡倾脉状矿体;沿不同类型围岩的边界常形成层间滑动构造,其中产出大脉状、似层状矿体。

6 结 论

(1)胶东金矿主要分布于胶东地区的西部和中部,包括胶西北、栖蓬福、牟乳三个金矿集中区,主要有蚀变岩型、石英脉型等矿床类型;有色金属矿主要分布于胶东地区的中部和东部,包括栖霞-福山和荣成两个集中分布区,具有“一源、二岩、三带、四化”规律,主要矿床类型有斑岩-矽卡岩型钼、钨、铅锌矿、变质岩层状铜矿和脉状铅锌矿、多金属矿。

图6 胶东金及有色金属成矿模式Fig.6 Metallogenic model for the gold and nonferrous metal deposits

(2)胶东金矿、有色金属矿及伟德山花岗岩均在早白垩世集中形成,物质来源具有壳、幔混合源特点,有色金属矿幔源成分较多,由伟德山花岗岩至有色金属矿,再到金矿,成岩、成矿温度逐渐降低。

(3)斑岩型、矽卡岩型、热液脉型、层控型、蚀变岩型矿床共存于胶东地区,构成了一组与伟德山花岗岩岩浆活动有关的岩浆热液型金(银)、有色金属矿成矿系列。

(4)有色金属矿与金矿形成于同一构造背景、同一地质时代,但产出的地质位置、物理化学条件不同,因此矿床类型不同。以壳幔同熔型花岗岩(伟德山花岗岩)为中心,由近及远依次产出钼矿、钼钨矿→铜矿、银矿、铅锌矿、多金属矿→金矿。岩浆作用、流体活动、伸展构造是胶东金及有色金属矿成矿的关键因素,大规模壳幔同熔型花岗岩(伟德山花岗岩)侵位造成成矿流体强烈活动,同时形成热隆-伸展构造,为成矿提供了有利空间。

致谢:本文是在山东省第六地质矿产勘查院、山东省第三地质矿产勘查院近年来地质找矿成果的基础上编写的,感谢这些项目、成果的参与者对胶东金及有色金属矿找矿和本文的贡献。感谢匿名审稿专家提出的宝贵意见、建议。

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