山東沂南縣賀家溝地區(qū)金銅多金屬礦成礦規(guī)律與成礦模式

武 斌，張海瑞，鄒雙英，李明波，劉繼勇

(1.山東省第四地質礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021；2.山東省地礦局海岸帶地質環(huán)境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021；3.山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 滕州 277599)

0 引言

沂南賀家溝地區(qū)的金銅多金屬礦床主要為矽卡巖型接觸交代礦床，為中生代巖漿巖侵入南華紀、寒武紀地層中的不純灰?guī)r含礦流體在內(nèi)外矽卡巖帶內(nèi)部富集沉淀所形成，該地區(qū)新發(fā)現(xiàn)蝕變巖型金銀礦體分布于中生代侵入巖與新太古代花崗巖體接觸帶內(nèi)，且礦體的金、銀礦化程度遠大于銅礦化，因此對賀家溝地區(qū)的成礦模式進行補充完善，并根據(jù)最新的成礦認識提出了該地區(qū)下步找礦的建議。

1 地質背景

賀家溝地區(qū)位于鄌郚—葛溝斷裂西側，魯中隆起之蒙山凸起東南邊緣[1]，斷裂構造發(fā)育，NW向肥城—土門和新泰—青駝斷裂與鄌郚—葛溝斷裂相交，為該地區(qū)的巖漿活動、成礦熱液活動提供了有利條件。該地區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，并具有長期性、多巖類、多期次特點，巖漿巖成巖時代主要為前寒武紀和中生代燕山期，前寒武紀侵入巖以新太古代傲俫山序列為主，中生代燕山期侵入巖以沂南序列、蒼山序列復式中酸性的小型巖株為主。

2 成礦地質條件

2.1 礦區(qū)地質

賀家溝地區(qū)地層出露以南華系、寒武系為主，東部和北部大面積為第四系沉積物覆蓋(圖1)。南華系主要巖性為佟家莊組長石砂巖，寒武系主要巖性為饅頭組頁巖及疙瘩狀灰?guī)r，朱砂洞組以泥云巖、泥灰?guī)r為主，李官組由石英砂巖、頁巖組成，第四系主要為砂礫、殘坡積亞黏土，沉積厚度一般為1～3 m。

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為中生代燕山期沂南序列大朝陽單元二長閃長玢巖、大有單元細粒閃長巖，蒼山序列于山單元二長花崗斑巖以及新太古代傲俫山序列蔣峪單元二長花崗巖。

區(qū)內(nèi)斷裂構造較發(fā)育，為區(qū)內(nèi)構造的主要表現(xiàn)形式，斷裂將區(qū)內(nèi)蓋層分割成為大小不等階梯狀和塊狀，以單斜層產(chǎn)出，傾向以NE為主，傾角較緩，為8°～25°，主要有三組：

NE向斷裂，走向與鄌郚—葛溝斷裂一致，傾角50°～60°，為正斷層，延伸較遠，斷層面上可見角礫巖，北端被近EW向破碎帶所截。

NWW向和近EW向斷裂，南傾，傾角55°至近直立，表現(xiàn)為南、北破碎帶，南部破碎帶南側破裂面的傾角自西的55°向東逐漸變陡近直立，西端破裂面上見明顯錯動擦痕，北側破裂面的傾角為50°～65°；破碎帶內(nèi)巖石以角礫巖為主，硅質膠結，角礫巖的擠壓面和斷裂產(chǎn)狀一致，破碎擠壓程度自西向東逐漸變?nèi)?；北部破碎帶方向基本與前者平行，由西向東傾角55°～65°至近直立，傾向由南傾變成北傾，該破碎帶穿切巖層，上盤相對東移，下盤西移，斷距約200 m，破碎帶附近的脆弱部位有閃長巖和二長花崗斑巖等小巖體侵入。

近SN向斷裂，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，該組斷裂多被燕山晚期二長花崗斑巖脈所充填，延伸不遠，切割上述兩組斷裂，屬于張性斷裂。

2.2 物探異常特征

賀家溝地區(qū)區(qū)域巖石磁性參數(shù)(表1)顯示，新元古代至古生代地層以砂巖、頁巖和灰?guī)r等為主，巖石磁性平均值在(8～57)×10-6·4πSI范圍內(nèi)，屬于無磁性或微磁性；第四系為無磁性地層，巖石磁性平均值為13×10-6·4πSI；新太古代和中生代的花崗巖、花崗斑巖等酸性巖體磁性較弱，巖石磁性平均值在(63～92)×10-6·4πSI范圍內(nèi)；中性閃長巖類隨鐵質礦物增多磁性增強，巖石磁性平均值在(426～557)×10-6·4πSI范圍內(nèi)；大有單元閃長巖磁化率最高為557×10-6·4πSI，剩磁為1218×10-3A/m。

1∶5000磁法測量①的測線方位為342°，ΔZ等值線間距為0、(±)50、(±)100、(±)200、(±)300、(±)400、(±)500，觀測精度均方差M=±7.5Υ，區(qū)內(nèi)垂向磁分量分布見圖2。

圖2顯示，垂向磁分量高背景區(qū)主要為中生代侵入巖分布區(qū)，極高值區(qū)主要為閃長巖分布區(qū)，垂向磁分量正、負異常間；正異常往往對應中酸性巖體，南華系、寒武系的異常均較弱或是負異常，因此借助局部磁異?？纱笾氯Χㄖ兴嵝詭r體，然后根據(jù)追索地質路線確定其與碳酸鹽巖的接觸帶，縮小尋找矽卡巖型多金屬礦的范圍。

2.3 化探異常特征

根據(jù)賀家溝地區(qū)所采取的465件水系沉積物樣品分析數(shù)據(jù)，通過采用Tukey提出的EDA(Expolrer Date Analysis)分析技術[2]，對按不同的地質單元(地球化學子區(qū))進行數(shù)據(jù)處理，其地球化學特征參數(shù)見表2，并根據(jù)Au-Ag-Cu-As元素的異常下限圈定出Au-Ag-Cu-As元素組合異常1處，Au單元素異常1處(圖2)；不同地質單元的Au、Ag、Cu、As元素箱線圖(圖3)顯示蔣峪單元(Ar3ηγAj)組中Ag元素的極端異常14個、Au元素的極端異常28個、Cu元素的極端異常24個，而其他地質單元各元素的極端異常個數(shù)僅為1～4個不等，另結合圖4亦顯示蔣峪單元中Ag、Au、Cu元素富集情況較好；侵入巖地質單元中沂南序列侵入巖(K1Y)組和蒼山序列侵入巖(K1C)組在Ag、Au中箱體(內(nèi)散度)較大，說明Ag、Au元素在上述兩組中較為集中，但未見明顯極端異常，且結合圖4顯示上述兩組地質單元中Au、Ag元素富集情況較好，Au元素最大值大于100×10-9，Ag元素最大值大于1500×10-9，說明Au、Ag元素在沂南序列和蒼山序列侵入巖中具有較大的成礦可能，另在饅頭組和朱砂洞組地質單元中可見到少數(shù)極端異常，這與矽卡巖型銅金多金屬礦體在兩者中分布有關；Cu元素除在蔣峪單元(Ar3ηγAj)組中有極端異常外，在朱砂洞組和佟家莊組中也有極端異常存在，故朱砂洞組和佟家莊組亦作為銅礦重要找礦地質單元。

圖3 Ag-Au-Cu-As元素箱線圖Fig.3 Box diagram of Ag-Au-Cu-As elements1—第四系 2—寒武系饅頭組 3—寒武系朱砂洞組 4—寒武系李官組 5—南華系佟家莊組 6—中生代蒼山序列侵入巖 7—中生代沂南序列侵入巖 8—新太古代傲俫山序列蔣峪單元侵入巖

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

賀家溝地區(qū)蝕變巖型金銀礦體位于近SN向構造蝕變帶內(nèi)(圖4)，構造蝕變帶走向340°，傾向SW，長約130 m，構造蝕變帶寬約12 m。礦體在構造帶內(nèi)沿于山單元二長花崗斑巖與蔣峪單元二長花崗巖接觸帶不均勻展布，多呈透鏡狀，走向與構造帶一致，傾向SW，傾角65°～70°，含礦巖石原巖為二長花崗巖，具硅化、糜棱巖化、碎裂巖化蝕變，頂板圍巖為蒼山單元二長花崗斑巖，底板圍巖為蔣峪單元二長花崗巖。綜合剖面圖(圖4)顯示礦體對應位置出現(xiàn)高阻高極化，這與礦體上的褐鐵礦的電阻率、極化率特性有關。圖4中兩處被蒼山序列二長花崗斑巖所充填的近SN向構造帶位置均出現(xiàn)高阻高極化現(xiàn)象，且?guī)r石光譜曲線顯示Au、Ag元素在上述兩處構造帶對應位置均出現(xiàn)高值，揭示了區(qū)內(nèi)蝕變巖型金銀礦體的找礦特征。

矽卡巖型金銅礦體主要是由燕山期閃長巖與碳酸鹽巖接觸交代所形成，礦體主要賦存在寒武紀朱砂洞組不純灰?guī)r中，順層分布；矽卡巖帶與礦體形狀并不一致，矽卡巖型礦體往往穿切矽卡巖帶，說明礦體形成時間要晚于矽卡巖帶，即矽卡巖溶液與成礦溶液在形成過程中是統(tǒng)一的，但富集地點不一，含礦溶液晚于矽卡巖溶液(圖5)，所以在矽卡巖帶斷裂構造發(fā)育、接觸界線復雜地段多形成單獨的小的透鏡狀礦體(圖6)，該類礦體為高溫熱液交代型，礦體埋藏較淺[3]。

圖5 沂南縣高家坊莊銅礦區(qū)南段礦脈與矽卡巖穿切關系Fig.5 The penetration relationship between ore veins and skarn at the south section of Gaojiafangzhuang copper mining area in Yinan Countysk—矽卡巖 Mt—磁鐵礦

圖6 沂南縣高家坊莊銅礦區(qū)南段賀家溝村西第24勘探線剖面圖Fig.6 Sectional map of the 24th exploration line in the west of Hejiagou Village at the south part of Gaojiafangzhuang copper mining area in Yinan County1—大理巖 2—白云巖 3—泥灰?guī)r 4—粉砂巖 5—閃長巖 6—二長花崗斑巖 7—二長閃長玢巖 8—矽卡巖型金銅礦體

3.2 礦石特征

矽卡巖型金銅礦石礦物成分：不透明礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦、孔雀石、褐鐵礦；透明礦物含量大于99%。孔雀石0.5%，黃鐵礦、黃銅礦、褐鐵礦均占少量。黃鐵礦半自形—他形粒狀(圖7c)，粒徑一般為1～5 μm，部分為5～10 μm，星散狀分布；黃銅礦他形粒狀(圖7b)，粒徑一般為10～50 μm，部分為50～100 μm，少數(shù)為100～200 μm，星散狀分布；孔雀石隱晶—纖狀(圖7a)，纖長一般為1～10 μm，部分為10～30 μm，少數(shù)為30～50 μm，集合體脈狀分布；褐鐵礦一般呈隱晶狀、細分散狀分布(圖7d)。不透明礦物生成先后順序：黃鐵礦、黃銅礦、孔雀石、褐鐵礦[4-6]。

圖7 賀家溝地區(qū)矽卡巖型金銅礦體主要礦物顯微特征(a，b)與蝕變巖型金銀礦體主要礦物顯微特征(c，d)Fig.7 Microscopic photos of main minerals of skarn-type gold-copper orebodies(a，b)and those of alteration rock type gold-silver orebodies(c，d)in Hejiagou areaMal—孔雀石 Cp—黃銅礦 Py—黃鐵礦 Lm—褐鐵礦

構造熱液蝕變型金銀礦石礦物成分：不透明礦物有黃鐵礦(少量)、褐鐵礦(5%～10%)；透明礦物含量90%～95%。黃鐵礦半自形、他形粒狀，粒徑一般為10～30 μm，部分為30～50 μm，少數(shù)為50～250 μm，星散狀分布，局部被褐鐵礦交代；褐鐵礦隱晶狀，集合體常呈半自形黃鐵礦假象產(chǎn)出，部分集合體似脈狀分布[7]，少部分集合體不規(guī)則堆狀分布，少細分散狀分布。不透明礦物生成先后順序為黃鐵礦、褐鐵礦。

礦石品位：前者銅金礦體采樣化學分析結果，地表CuO的平均品位為0.45%，Au的品位為0.83×10-6；原生CuS品位為2.1%，Au的品位大于1.46×10-6，Mo的品位為0.07%；后者金銀礦體采樣化學分析結果Au的平均品位為9.26×10-6，Ag的平均品位為191.8×10-6。

3.3 圍巖蝕變特征

賀家溝地區(qū)接觸交代型矽卡巖銅金礦體圍巖蝕變以矽卡巖化為主，其次有黃鐵礦化、碳酸鹽化、大理巖化、角巖化等。以上現(xiàn)象見于外接觸帶，主要蝕變礦物有透輝石、石榴子石、方解石、綠泥石、透閃石、磁鐵礦、鏡鐵礦、綠簾石、尖晶石等。矽卡巖化主要見于閃長巖與碳酸鹽類巖石接觸的外接觸帶。在賀家溝以東形成一半圓形連續(xù)的矽卡巖帶，地表風化后，在含礦地帶可見褐鐵礦化、孔雀石化、藍銅礦等，未見礦地段，巖石風化后松散，變成高嶺土和其他錳鐵氧化物及碳酸鹽類礦物等。帶內(nèi)斷裂構造發(fā)育，接觸界線復雜地段有銅礦體形成，礦體的頂板巖石蝕變比底板要強烈。

構造熱液蝕變型金銀礦體圍巖蝕變以褐鐵礦化、硅化和糜棱巖化為主。構造帶內(nèi)中生代于山單元二長花崗斑巖與新太古代蔣峪單元二長花崗巖均發(fā)育有糜棱巖化，硅化、褐鐵礦化則多發(fā)育在上述兩者接觸部位，與金礦化關系密切[8]。

4 成礦規(guī)律

4.1 成礦時代

礦區(qū)內(nèi)接觸交代型矽卡巖金銅礦體和構造熱液蝕變型金銀礦體成礦均與中生代燕山晚期侵入巖具有密切關系，前者成礦與沂南序列侵入巖有關，后者成礦與蒼山序列侵入巖有關。蒼山序列侵入巖于山單元二長花崗斑巖在該地區(qū)常常與沂南序列侵入巖大朝陽單元二長閃長玢巖相伴出現(xiàn)，通過在該區(qū)內(nèi)的1∶5萬半程幅區(qū)域礦產(chǎn)地質調(diào)查工作所采取的大朝陽單元二長閃長玢巖同位素年齡測試結果，鋯石U-Pb年齡值為129.8 Ma(圖8、圖9)；蒼山序列自早到晚有二長巖—石英二長巖—石英二長斑巖—石英閃長玢巖—花崗閃長巖—花崗閃長斑巖—二長花崗巖—二長花崗斑巖—二長花崗細晶巖的變化[11]，該區(qū)內(nèi)蒼山序列侵入巖以二長花崗斑巖為主，且在該礦區(qū)內(nèi)一般與大朝陽單元二長閃長玢巖相伴而生，其形成時間稍晚于大朝陽單元，其K-Ar和40Ar/39Ar同位素年齡值集中于112～125 Ma[12]；故賀家溝地區(qū)的成礦時代為燕山晚期。

圖8 賀家溝地區(qū)大朝陽單元二長閃長玢巖鋯石陰極發(fā)光圖像(數(shù)字、紅色矩形代表U-Pb分析點位置)Fig.8 Cathodoluminescence images of zircon from monzodiorite porphyrite in Dachaoyang unit，Hejiagou area(number and red rectangle represent the location of U-Pb analysis point)

圖9 賀家溝地區(qū)大朝陽單元二長閃長玢巖U-Pb年齡諧和圖和加權平均年齡圖[9-10]Fig.9 U-Pb age concordancy diagram and weighted average age map of the monzodiorite porphyry in Dachaoyang unit in Hejiagou area [9-10]

4.2 礦體空間分布規(guī)律

賀家溝地區(qū)的矽卡巖型金銅多金屬礦體和構造蝕變巖型金銀礦體的空間分布均受成礦巖體、地層、構造及圍巖蝕變的共同控制。

矽卡巖型金銅多金屬礦體的成礦巖體即沂南序列侵入巖在上侵就位過程中開辟的空間、侵入體空間分布形態(tài)及其與圍巖作用形成的蝕變暈圈范圍控制了礦體的形態(tài)、規(guī)模和空間分布，而南華系佟家莊組和寒武系朱砂洞組、饅頭組均為由灰?guī)r、不純灰?guī)r和頁巖、細碎屑巖等組成的互層地層，具備良好的物理化學條件，能夠為礦體的形成提供就位和封存空間，故礦體多賦存于具有多期次淺成侵位的燕山晚期沂南序列中酸性侵入巖的接觸帶及其外側圍巖中的構造薄弱帶和順層侵入的巖床內(nèi)部及上下兩側[13]，環(huán)繞巖體呈環(huán)帶狀產(chǎn)出。

蝕變巖型金銀礦體嚴格受近SN向構造帶控制，該類構造帶為中生代沂南序列侵入巖和蒼山序列侵入巖提供了空間，特別是構造帶內(nèi)的中生代侵位巖體蒼山序列于山單元二長花崗斑巖與前寒武基底新太古代傲俫山序列蔣峪單元二長花崗巖的接觸部位，Au、Ag元素富集形成礦體。

4.3 礦體共生規(guī)律

流體包裹體研究表明，早期矽卡巖礦物形成時為一種硅酸鹽熔體與氣液相流體共存的不混溶狀態(tài)，這種不混溶直接導致含礦氣水熱液從巖漿體系中析出，并為后期熱液成礦奠定了物質基礎；晚期成礦熱液階段，成礦流體發(fā)生了以氣、液相分離為主要標志的不混溶作用，且這種減壓沸騰可能多次重復發(fā)生，從而導致了金、銅礦物的大量沉淀富集，形成金銅共生礦床[14]。

賀家溝地區(qū)蝕變巖型金銀礦體通過燕山期的交代—重熔作用，共生礦物主要為黃鐵礦、方鉛礦、自然銀、自然金、金銀礦等，且金銀礦主要附存在方鉛礦和黃鐵礦中[15]。

5 成礦模式探討

根據(jù)前人對魯西地區(qū)諸多金礦的研究，認為中介礦源巖(層)主要為太古代結晶基底，成礦各階段的熱流體中成礦物質主要來源于巖漿[16]，另外礦區(qū)內(nèi)的氫氧同位素研究的及結果表明，成礦中晚期有不同程度的大氣降水的混入。

包括賀家溝金銅多金屬礦區(qū)在內(nèi)的魯西地區(qū)眾多金礦床的形成都與沂沭斷裂帶構造—巖漿演化過程密切相關(圖10)。早白堊世沂沭斷裂帶走滑拉張階段深切至殼—幔邊界，誘發(fā)深源巖漿上侵，于淺部NW向蓋層斷裂與NE向沂沭斷裂帶次級斷裂的交匯部位就位，形成了賀家溝地區(qū)雜巖體，并通過與新元古界—寒武系以碳酸鹽巖為主的圍巖發(fā)生一系列熱接觸交代、接觸雙交代等作用，在巖漿巖與圍巖接觸帶、層間破碎帶及不整合面等處形成矽卡巖型金銅多金屬礦體；另外賀家溝雜巖體受區(qū)內(nèi)近SN向斷裂控制與斷裂帶兩側新太古代圍巖發(fā)生接觸變質形成蝕變巖型金銀礦體。

6 結論

通過對沂南賀家溝地區(qū)金銅多金屬成礦地質背景和物化探等綜合找礦信息的分析研究，在系統(tǒng)總結區(qū)內(nèi)成礦規(guī)律的基礎上，對區(qū)內(nèi)金銀礦體、金銅礦體進行成礦預測，得出以下幾點認識：

1)礦區(qū)內(nèi)的構造熱液蝕變型金銀礦體分布在近SN向斷裂構造帶中，構造帶一般被燕山晚期蒼山序列侵入巖充填，并常與沂南序列侵入巖相伴而生，礦體圍巖蝕變發(fā)育，黃鐵礦化、褐鐵礦化、糜棱巖化和硅化與金銀礦化關系最為密切，該類金銀礦體品位對比矽卡巖型金銅礦體金品位一般相對較高。

2)礦區(qū)內(nèi)的矽卡巖型銅金礦體已通過鉆孔驗證，并進行了資源量估算，但蝕變巖型金銀礦體僅通過地表探槽工程驗證，未進行深部鉆探驗證，礦區(qū)內(nèi)的滿足已知金銀礦體的成礦條件的近南北向構造蝕變帶共有4條，綜合剖面驗證范圍內(nèi)的兩條均有Au、Ag元素異常反應，找礦綜合信息指示性較好，故礦區(qū)內(nèi)的蝕變巖型金銀礦仍需后續(xù)工作驗證。

3)賀家溝地區(qū)的金銅多金屬成礦時間為燕山晚期，應稍晚于賀家溝雜巖體形成時間，這與魯西地區(qū)眾多金礦成礦時間即128～121 Ma相吻合，這也從側面論證了賀家溝地區(qū)金銅多金屬成礦與魯西眾多金礦成礦處于同一時期，相同類型的成礦類型，即斑巖—矽卡巖型成礦類型。

注釋：

① 山東省第四地質礦產(chǎn)勘查院. 山東省沂南縣高家坊莊銅礦普查項目報告(數(shù)字化)[R]. 2018.