焦家斷裂帶對成礦的制約

梁學明

(山東省第六地質礦產(chǎn)勘查院，山東 招遠 265400)

0 引言

膠東為我國主要的金礦產(chǎn)地，山東90%以上的金資源量位于膠東半島的西北部[1-4]，簡稱膠西北地區(qū)。該區(qū)金礦主要受3個一級成礦帶控制，即焦家斷裂帶、三山島斷裂帶、招平斷裂帶[4-6]。焦家金礦田為“焦家式”金礦的一個典型代表，目前探明焦家、寺莊、朱郭李家、南呂-欣木、紗嶺、前陳-上楊家、新城、曲家、招賢、東季-南呂等大型、超大型金礦床多處，累計探獲金資源量1300余噸。

近30年的科學研究認為，金礦的形成與中生代構造—巖漿—熱液活動或碰撞造山作用有密切關系，礦床成因類型為巖漿熱液型金礦床，主要成礦時間集中在122～113Ma[7-8]，礦床嚴格受NE—NNE向焦家斷裂及其派生斷裂控制。而焦家斷裂帶主要活動時間為131.05～123.53Ma，略早于成礦時間[8]，認為焦家斷裂帶既是導礦構造亦是控礦構造。礦床內(nèi)熱液蝕變非常發(fā)育，沿斷裂面向兩側具明顯的蝕變分帶特征。

構造性質包括壓扭性弧形斷裂帶、脆—韌性變形剪切帶、弧形脆性斷裂、伸展—拆離斷層等[9]。部分學者將焦家斷裂帶分4次活動，地殼深層次上的塑性變形、脆性變形、右旋扭動同時沿張開斷裂發(fā)生蝕變及礦化、成礦后破壞礦體及蝕變巖，使礦體及蝕變巖破碎，同時形成斷層泥；李厚民[10]研究認為，金城金礦乃至焦家金礦田成礦期構造演化分為成礦初期韌性剪切活動、主成礦期張剪性構造活動及壓剪性構造活動和成礦后張性構造活動4個階段；劉于旺[11]認為，焦家金礦田斷裂構造早期為韌性剪切作用，晚期疊加脆性作用。

前人研究大多集中于對焦家斷裂帶韌脆性變形階段和期次的劃分，對構造面形態(tài)和構造巖巖性與成礦關系研究較少，且以往研究工作大部分位于淺部。隨著深部找礦的持續(xù)推進，該斷裂帶目前見礦深度已突破2000m。深部重大找礦成果逐漸揭露了膠東金礦深部礦化富集帶的分布規(guī)律，為進一步補充和深化焦家式金礦成礦理論提供了新的資料。

1—郭家?guī)X序列花崗閃長巖;2—玲瓏序列二長花崗巖;3—馬連莊序列變輝長巖;4—閃長玢巖;5—破碎蝕變帶;6—實測壓扭性斷裂;7—物探推測斷裂；8—地質界線圖1 焦家金礦田地質簡圖

1 焦家斷裂帶

研究區(qū)控礦構造為NNE向的焦家斷裂帶，為左行壓扭構造，經(jīng)歷多期次運動后使整條斷裂帶整體上沿走向呈“S”形分布。其次級分支構造發(fā)育，如望兒山斷裂等(圖1)，經(jīng)研究及工程揭露發(fā)現(xiàn)，次級分支構造亦是控礦構造，賦礦良好[12]。焦家斷裂帶地表露頭一般，僅局部可見，根據(jù)地表工程揭露及少量露頭控制，得出研究區(qū)內(nèi)出露長近5000m，走向0～31°,傾向NNW—NW，傾角一般12°～40°。近地表較陡，可達60°～70°。主干斷裂中部沿新太古代變輝長巖與中生代玲瓏花崗巖體的接觸帶展布，新城以北及寺莊以南地段則主要展布于玲瓏花崗巖體內(nèi)，部分地段產(chǎn)于中生代玲瓏花崗巖體和郭家?guī)X巖體接觸部位。

斷裂帶標志面明顯，主要巖性為糜棱巖或斷層泥。厚度變化較大，從1～30cm不等，具明顯壓扭特征。主裂面兩側蝕變帶寬140～510m，有明顯分帶現(xiàn)象，其分帶模式以斷裂面為界，向兩側蝕變逐漸減弱，上盤由內(nèi)向外依次為絹英巖化碎裂巖、絹英巖化變輝長巖質碎裂巖(絹英巖化花崗質碎裂巖)、絹英巖化變輝長巖(絹英巖化花崗巖)；下盤由內(nèi)向外依次為黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗巖(強鉀化)。各蝕變巖帶之間呈漸變過渡關系。蝕變帶平行于主干斷裂展布，剖面上、平面上產(chǎn)狀要素與斷裂面一致，上下盤蝕變巖帶分布不對稱，下盤蝕變強于上盤且寬度較大。金礦床主要賦存于伸展構造的下盤[13-16]。形態(tài)以大脈狀為主，連續(xù)性好，礦化較穩(wěn)定，形態(tài)簡單。

2 斷層巖對成礦的約束

2.1 斷層巖對礦體分布約束

21世紀初，限于鉆探技術及開采技術的不足，主要針對-500m標高以淺進行探礦。在統(tǒng)計礦體特征時發(fā)現(xiàn)礦體具明顯的分帶現(xiàn)象，與蝕變帶分帶現(xiàn)象相對應，且礦體大部分在主裂面下盤發(fā)育，主裂面上盤僅見極個別小礦體。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)斷層巖是制約上盤成礦的主要因素，淺部斷層巖主要為斷層泥，壓扭條件下的斷層泥具有良好的隔水性，致使成礦熱液很難穿透斷層泥達到上盤，致使淺部上盤礦體不甚發(fā)育。但隨著勘查技術的提升，礦體、構造控制深部不斷加大，焦家斷裂帶斷層巖由淺到深發(fā)生明顯變化，礦體產(chǎn)出部位也相繼發(fā)生改變。

該次研究選取焦家斷裂帶中段為研究對象，搜集焦家、寺莊、后趙北、東季-南呂、朱郭李家、南呂- 欣木、紗嶺、前陳等8個礦區(qū)內(nèi)500個鉆孔數(shù)據(jù)，對各個鉆孔揭露斷層巖、上盤見礦情況進行統(tǒng)計，控礦標高自地表～-2000m。從大量的鉆孔編錄過程中總結出控礦斷裂帶斷層巖有斷層泥、斷層泥+糜棱巖、糜棱巖3種(圖2)。斷層泥主要呈灰黑色，擠壓片理極發(fā)育，含有少量浸染狀黃鐵礦。斷層泥形成于礦前期，之后又經(jīng)歷了多期次的活動，未發(fā)現(xiàn)金礦化。糜棱巖主要由變形顯著的石英、長石碎斑(65%～80%)和殘斑以及同成分的基質(20%～35%)、少量云母等組成；韌性變形表現(xiàn)為石英出現(xiàn)變形帶和變形紋，長石發(fā)生扭折[17]。

a—灰黑色斷層泥；b—中心為斷層泥兩側為糜棱巖；c—糜棱巖圖2 焦家斷裂帶斷層巖照片

經(jīng)統(tǒng)計，在-1000m標高以淺內(nèi)施工鉆孔357個，其中323個鉆孔斷層巖為斷層泥，占淺部鉆孔總數(shù)的90.48%，淺部斷層巖以斷層泥為主，僅少量鉆孔斷層巖為糜棱巖。在-1000m～-2000m標高收集鉆孔143個，其中77個鉆孔主裂面巖性為糜棱巖，占深部鉆孔的53.85%；深部斷層巖為糜棱巖的鉆孔明顯增多，且超過總數(shù)的一半，而斷層泥加糜棱巖組合則主要分布在-1000m標高左右。斷層巖由淺到深整體變化為斷層泥—斷層泥+糜棱巖—糜棱巖，呈現(xiàn)由斷層泥向糜棱巖漸變過程。斷層泥是低溫脆性條件下形成的含破碎巖石和自生礦物的斷裂帶物質,而糜棱巖一般在相對高溫、高應力條件下形成[18-19]，斷裂帶由淺到深溫度、壓力增加使帶內(nèi)巖石的構造屬性發(fā)生變化。研究區(qū)內(nèi)斷層巖由淺到深逐漸變化，由斷層泥逐漸變?yōu)槊永鈳r，中部則有一個明顯的過渡地帶。

焦家斷裂帶斷層泥中含大量的黏土礦物、高度分化的顆粒粒度以及定向的顯微構造導致低的橫向滲透性,有效阻隔成礦流體向上運移[20]。糜棱巖的孔隙度遠高于斷層泥，有利于成礦熱液到達上盤。從圖3可以看出，斷裂帶深部斷層巖以糜棱巖為主，斷層泥分布范圍較小并包裹在糜棱巖范圍內(nèi)，成礦熱液易于到達構造面上方，以至于上盤見礦率比較高。研究區(qū)東南部斷層巖為斷層泥，上盤未發(fā)現(xiàn)礦體，而在北部有糜棱巖發(fā)育的區(qū)域或周邊發(fā)育多個小礦體。說明成礦熱液到達上盤后并非是直接沉淀成礦，而是在壓力及多期次構造作用向周圍擴散，之后在溫度、壓力下降，Eh，Ph值升高時富集成礦，所以上盤礦體富集位置一般略淺于糜棱巖位置。

1—斷層泥分布區(qū)；2—糜棱巖分布區(qū)；3—糜棱巖+斷層泥混合區(qū)；4—見礦/未見礦工程；5—深、淺部分界線；6—上盤礦體見礦厚度×品位等值線圖圖3 焦家金礦田斷層巖與上盤礦體投影圖

2.2 斷層巖對蝕變帶分帶約束

熱液礦床一般具有良好的蝕變分帶性，“焦家式”金礦床以主裂面為界，淺部金礦床蝕變分帶：斷層巖為斷層泥，向下盤由內(nèi)向外依次為黃鐵絹英巖化碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖、黃鐵絹英巖化花崗巖，向上盤由內(nèi)向外依次為絹英巖化變輝長巖質/花崗質碎裂巖、絹英巖化變輝長巖/花崗巖等，礦體主要賦存在主裂面下方、靠近主裂面的兩層蝕變巖中。

-1000m以下，斷層巖漸變?yōu)槊永鈳r，沿構造面向下巖性分帶順序不變，不過整體下盤蝕變帶厚度有所減小，上盤蝕變增強，出現(xiàn)黃鐵礦化和硅化?？拷髁衙嫖恢贸霈F(xiàn)黃鐵絹英巖化碎裂巖。在上盤可見規(guī)模較大礦體，如在紗嶺礦區(qū)上盤見規(guī)模較大的Ⅳ-28號礦體，礦體產(chǎn)出于主裂面之上的絹英巖化花崗質碎裂巖和黃鐵絹英巖化碎裂巖內(nèi)。-2000m以下，成礦的溫度、壓力增大，高壓力下的熱液更容易透過主裂面達到上盤，致使上盤蝕變增強，并伴有顯著的硅化等現(xiàn)象。很可能出現(xiàn)以主裂面為界，兩側蝕變帶出現(xiàn)對稱現(xiàn)象(圖4)。主裂面不再是明顯的找礦標志，上盤、下盤礦體無明顯分界，上盤蝕變帶硅化加強，下盤蝕變帶變窄，黃鐵絹英巖化花崗巖帶距離構造面距離變短，大量陡傾、反傾裂隙更容易將成礦熱液輸送至外圍黃鐵絹英巖化花崗巖帶內(nèi)，形成與主礦體產(chǎn)狀相反或斜交的小礦體群，通常將其劃分為Ⅲ號礦體群[21]。焦家斷裂帶施工的最深鉆孔已超3000m，2800m見到焦家斷裂帶，構造面上盤為黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖，共發(fā)現(xiàn)礦體6層，累計厚度20.87m，均位于構造面上盤。初步證實斷裂帶上盤在深部具極好的找礦空間[22]。

1—變輝長巖帶;2—絹英巖化變輝長巖帶;3—絹英巖化變輝長巖質碎裂巖帶;4—絹英巖化碎裂巖帶;5—黃鐵絹英巖化碎裂巖帶;6—絹英巖化花崗巖帶;7—黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖帶;8—黃鐵絹英巖化花崗巖帶;9—花崗巖帶;10—斷層泥;11—糜棱巖圖4 焦家斷裂帶理想及推測蝕變帶分布模式圖

2.3 斷層表面形態(tài)對成礦約束

為了更好地研究斷層面表面形態(tài)對成礦的約束，構建了焦家成礦帶三維構造模型。首先利用收集的焦家、馬塘、寺莊、朱郭李家、東季-南呂、南呂-欣木、紗嶺、前陳等8個礦區(qū)勘查線剖面圖，拼接形成43條地表～-2000m綜合勘查線剖面圖，提取各個勘查線剖面的斷層線作為三維地質構造模型的約束數(shù)據(jù)?；揪W(wǎng)度設為60m×60m，利用Creatar Xmodeling軟件構建三維構造模型。

對構建的三維構造模型進行表面坡度分析，坡度范圍0%～90%。均勻采集坡度點5904個，總和193041.35，平均32.70，標準差7.06。采用自然間斷點分級法，自動將坡度分為6個等級，分別為0.00%～21.08%,21.08%～27.95%,27.95%～33.03%,33.03%～39.24%,39.24%～49.46%,49.46%～90.00%(圖5)。構造面沿走向和傾向上均存在明顯坡度變化。沿傾向上坡度小表示構造產(chǎn)狀平緩，坡度大表示構造產(chǎn)狀變陡；沿走向上，坡度大小直接反應構造面變形程度，坡度越大說明遭受的后期擠壓作用越明顯，變形程度越高。

圖5 坡度自然間斷點分級示意圖

研究區(qū)內(nèi)Ⅰ，Ⅱ號礦體嚴格受構造控制，主要賦存于緊貼主裂面的黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖內(nèi)，其產(chǎn)狀與構造面產(chǎn)狀基本一致。礦體主要賦存于白色和淺灰色位置，為構造面坡度較小處，周圍坡度相對較大，產(chǎn)狀較陡(圖6)。

1—Ⅰ號礦體水平投影位置；2—Ⅱ號礦體水平投影位置；3—構造面地表位置；4—0.00%～21.08%坡度范圍；5—21.08%～27.95%坡度范圍；6—27.95%～33.03%坡度范圍；7—33.03%～39.24%坡度范圍；8—39.24%～49.46%坡度范圍；9—49.46%～90.00%坡度范圍圖6 構造表面坡度與主礦體水平投影疊合圖

構成數(shù)個不規(guī)則“簸箕”狀曲面，而礦體主要賦存于“簸箕”底部位置。從Ⅰ，Ⅱ號礦體厚度×品位等值線圖來看(圖7)，研究區(qū)內(nèi)礦體厚度、品位分布不均勻，出現(xiàn)數(shù)個富集帶，富集帶厚度×品位值遠遠高于周圍。結合構造表面坡度圖可以看出礦體富集區(qū)在坡度圖中顯示為白色，且其右側(沿傾向上右側為其淺部)均為黑色，顯示礦體在傾向上突然變緩部位易于形成厚大礦體。主要是斷裂陡傾段為開放空間，頂部壓力小，成礦流體沿斷裂運移時向上逸散速度快，不宜沉淀成礦；斷裂緩傾段，為相對封閉空間，頂部圍巖壓力大，流體橫向逸散速度慢，宜沉淀成礦[23-24]。

a—Ⅰ號礦體群主礦體厚度×品位等值線圖；b—Ⅱ號礦體群主礦體厚度×品位等值線圖；1—黃鐵絹英巖花花崗質碎裂巖+黃鐵絹英巖花花崗巖；2—黃鐵絹英巖化碎裂巖；3—變輝長巖質碎裂巖；4—見礦鉆孔；5—未見礦鉆孔；6—等值線及數(shù)值圖7 焦家金礦田主礦體等值線圖

3 結論

(1)隨著深度增加，焦家斷裂帶斷層巖由斷層泥逐漸變?yōu)槊永鈳r，無法阻隔成礦熱液上侵。主裂面兩側蝕變帶和礦體出現(xiàn)對稱分布。以主裂面為中心，向兩側巖性依次為黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗巖帶。而下盤黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖帶寬度變窄。

(2)上盤通道的打開，壓力得到釋放，成礦熱液向上盤急速分散，在合適條件下富集成礦。焦家?guī)鄬訋r巖性分界在-1000m標高左右，向深部上盤礦體逐漸增多，上盤具有和下盤一樣的儲礦空間，有條件產(chǎn)出規(guī)模巨大、品位較高的礦體。

(3)焦家斷裂帶表面形態(tài)復雜，形成數(shù)個不規(guī)則簸箕狀曲面，礦體主要賦存于簸箕底部。構造面在傾向上由陡傾急速變緩部位易于形成厚大礦體。