膠西北斷裂構造蝕變分帶及其鏟式分布特征

呂承訓，霍慶龍，唐占信，范 瀟，湯 磊，許亞青，袁月蕾

(1.中國地質調查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2.中國地質大學(北京)，北京 100083；3.河北省眾聯(lián)能源環(huán)?？萍加邢薰?，河北 石家莊 050011；4.山東招金集團有限公司，山東 招遠 265400；5.云岡石窟研究院，山西 大同 037007；6.貴州省煤礦地質工程咨詢與地質環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 貴陽 550001；7.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

0 引 言

膠東金礦集中分布于膠東西北部，金礦成礦帶受區(qū)域大型斷裂控制。區(qū)域上的典型控礦斷裂包括：三山島斷裂、焦家斷裂、招平斷裂和牟乳斷裂等。區(qū)內沿斷裂帶發(fā)育一系列大中型金礦床。前人研究[1-10]發(fā)現(xiàn)，以斷裂為中心的蝕變巖帶根據(jù)蝕變類型可以分為斷層泥、硅化帶、黃鐵絹英巖帶、強鉀化花崗巖帶、弱鉀化花崗巖帶和未蝕變花崗巖帶，在對它們的分布規(guī)模開展了初步研究，并通過構造變形蝕變巖帶的多層次地質填圖證實：膠東地區(qū)控礦斷裂蝕變帶的寬度不僅僅是以往認為的幾十米寬，而是幾百米，甚至超過千米，蝕變的規(guī)模和強度控制了成礦作用[11]。前人根據(jù)構造蝕變帶的巖相分布特征在膠東區(qū)域使用找礦新方法獲得了找礦突破[5]。膠東區(qū)域的成礦構造蝕變帶的分布與區(qū)域斷裂構造密切相關[12-14]，因此總結區(qū)域內斷裂構造的展布形態(tài)規(guī)律，可以更好地為深部預測和找礦服務[15-16]。本文以此為研究基礎，依靠實地觀測、采樣與室內測試分析，結合礦山已有的地質、地球物理、地球化學和鉆探資料，分析膠東區(qū)域斷裂構造的形態(tài)學特征，總結研究區(qū)域斷裂構造形態(tài)對金礦深部賦存規(guī)律的影響及其研究意義。

1 區(qū)域地質構造和背景

膠東地區(qū)的主要控礦構造為郯廬斷裂帶，受構造活動和巖漿活化的影響，研究區(qū)內巖漿巖分布與斷裂展布特征密切相關(圖1)。膠東主要金礦的控礦斷裂帶大部分位于郯廬斷裂帶東部，這些次生的控礦斷裂構造自西向東分別為：三山島—倉上斷裂帶、新城—焦家斷裂帶、北截—靈山溝斷裂帶、招遠—平度斷裂帶和牟平—即墨斷裂帶。上述4條次生斷裂帶的展布方向和相互間距大致相同，為區(qū)域熱液活動提供了通道，也為熱液蝕變成礦提供了良好的地質環(huán)境和成礦空間[17]。

圖1 膠東西北地區(qū)區(qū)域構造和斷裂蝕變分布略圖(據(jù)呂承訓[19]，2012)Fig.1 Geological map of Jiaodong peninsula and the location of faults and gold deposits (adapted from Lü Chengxun [19],2012)1.印支期花崗巖；2.玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖；3.欒家河—偉德山型中粗粒二長花崗巖；4.郭家?guī)X型似斑狀花崗閃長巖；5.嶗山—艾山花崗巖；6.膠東主要構造斷裂帶位置；7.礦床分布及取樣位置(圖中圓形圖例位置表示蝕變巖型金礦床，方形圖例位置表示石英脈型金礦床)；8.推斷斷裂

膠東地區(qū)在中生代時期的巖漿熱液活動程度高，在地質歷史進程中曾出現(xiàn)多期次大規(guī)模的熱液侵入事件。巖漿熱液活動的早期產(chǎn)物為殼源重熔花崗巖，晚期以深源花崗巖為主，構成區(qū)域“巖漿核雜巖隆起-拆離帶”構造，斷裂分布在隆起區(qū)的邊部[16]。

膠東區(qū)域構造特征也顯示了中生代陸內“巖漿核雜巖隆起-拆離斷裂帶”的構造特色[18]，既為區(qū)域成礦提供了動力和物質來源，也為斷裂蝕變帶控礦研究奠定了地質基礎。膠東地區(qū)典型的拆離斷裂帶沿著斷裂北北東方向分布，受深部巖漿雜巖核隆起-拆離帶的控制。構造帶的傾向表現(xiàn)北西和南東的明顯變化，三山島—倉上斷裂帶傾向南東、新城—焦家斷裂帶傾向北西、招遠—平度斷裂帶傾向南東和牟平—即墨斷裂帶傾向北西。

2 區(qū)域蝕變礦化帶的鏟式斷裂構造特征

2.1 焦家斷裂帶的蝕變分帶和構造地質特征

焦家金礦田作為膠東地區(qū)典型的蝕變巖型金礦帶受焦家斷裂帶控制，其中代表性金礦床包括了焦家、新城等大型金礦(圖2)[20]。焦家金礦是焦家式金礦床的命名地，該礦床的地質特征很有代表性，五個主要工業(yè)礦體均產(chǎn)在焦家扭壓破碎帶絹英質蝕變巖帶中[21]。焦家斷裂帶寬50～200 m ，平均走向NE 40°,傾向NW ，傾角30°～45°。絹英質蝕變巖由交代重熔花崗巖及膠東群變質巖在脆-韌性剪切帶中經(jīng)熱液蝕變作用而成。焦家金礦礦體產(chǎn)狀與區(qū)域內的控礦斷裂相近。礦體厚度從數(shù)米到數(shù)十米不等，礦體展布長度逾千米，整體延深超過1 000 m以上。礦體的形態(tài)多呈脈狀或透鏡狀，礦體賦存位置主要位于控礦主斷裂面下盤的黃鐵絹英質碎裂巖帶中。金礦礦化元素的富集程度與圍巖的蝕變程度呈正相關。礦體的整體金品位平均值較低，但是含礦范圍和金元素富集程度的變化系數(shù)小。根據(jù)焦家金礦礦區(qū)地質資料和實地觀測，控礦斷裂構造的傾角平緩，平均40°左右；根據(jù)礦區(qū)中段圖和鉆孔資料可知礦體存在沿走向傾向發(fā)生膨脹、收縮和局部分支復合的現(xiàn)象，礦體產(chǎn)狀有向SW側伏的現(xiàn)象，側伏角在70°左右。焦家金礦的礦體受斷裂構造展布形態(tài)的控制，呈現(xiàn)出“上陡下緩”的鏟狀形態(tài)。

圖2 焦家斷裂蝕變帶分帶示意圖Fig.2 Sketch map of alteration zone along the Jiaojia fault1.第四系沉積物；2.膠東巖群；3.玲瓏型花崗巖；4.郭家?guī)X型花崗巖；5.強鉀化花崗巖；6.弱鉀化花崗巖；7.斷裂；8.蝕變帶界線；9.金礦床

2.1.1 焦家斷裂的蝕變分帶特征

區(qū)域斷裂的成礦作用結合礦化、蝕變和構造巖的特點加以研究。開展區(qū)域斷裂的構造變形蝕變分帶性研究。實測構造變形蝕變巖相剖面，例如望兒山—金華山西的剖面，剖面直線長度約為1 300 m(圖3)。本文將控礦主斷裂面下盤的圍巖劃分為四個蝕變帶：(1)絹英巖化蝕變帶；(2)強鉀化蝕變帶；(3)弱鉀化蝕變帶；(4)未蝕變帶。

圖3 望兒山—金華山構造蝕變帶實測剖面圖Fig.3 Measured geologic profile of the Wangershan-Jinhuashan structural alteration zone 1.玲瓏似片麻狀花崗巖；2.黃鐵絹英巖化花崗巖；3.強鉀化花崗巖；4.弱鉀化花崗巖；5.石英脈；6.斷層及其產(chǎn)狀

絹英巖化蝕變帶：該蝕變分帶發(fā)育于主斷裂面附近，受熱液蝕變影響最為明顯，多呈強烈的絹英巖化，同時伴隨石英脈網(wǎng)脈狀穿插。該蝕變帶的寬度為50～80 m，其中以灰綠色絹英巖為主；石英脈多呈白色-灰白色，寬度為10～20 cm。蝕變帶中巖石呈塊狀構造，碎裂狀結構，不含暗色礦物。

強鉀化蝕變帶：該蝕變帶的賦存位置與絹英巖化蝕變帶相比距離主控礦斷裂稍遠。焦家金礦中的強鉀化蝕變帶寬度為500～600 m，整體呈深紅-肉紅色，具有明顯的紅色斑晶特征。該蝕變帶中巖石主要為強鉀化花崗巖，巖石多呈肉紅色，塊狀構造，變余花崗結構，主要礦物包含鉀長石、斜長石、石英和絹云母，不含暗色礦物。

弱鉀化蝕變帶：弱鉀化蝕變帶與強鉀化蝕變帶的主要區(qū)別在于暗色礦物在巖石中的含量，蝕變程度較強鉀化蝕變帶低。該蝕變帶在焦家金礦中的賦存位置較強化蝕變帶更加遠離主要控礦斷裂，寬度為300～400 m，具有微弱的鉀化現(xiàn)象，具有明顯的暗色礦化特征。該蝕變帶中的巖石主要呈灰白-灰黑色，具有明顯的肉紅色鉀長石斑晶。巖石呈塊狀構造，斑狀花崗結構，內部含有鉀長石、斜長石、石英和黑云母。

未蝕變帶：該分帶中以膠東地區(qū)廣泛發(fā)育的黑云母花崗巖為主，巖石呈塊狀構造，花崗結構，顏色為灰白色，脈巖與其似片麻理的產(chǎn)狀方向相近。

2.1.2 焦家斷裂帶的地質特征和空間展布形態(tài)

焦家主斷裂的傾角比較平緩，而次級斷裂相對陡立。焦家斷裂帶顯示為脆韌性多期活動的構造，是控制焦家金礦田最重要的NNE向斷裂構造帶[10]。作為焦家礦田的Ⅰ級控礦構造，焦家斷裂帶傾角比較平緩，而Ⅱ級控礦斷裂，例如望兒山斷裂和靈山溝—北截斷裂，傾角相對陡立(表1)。

表1 焦家金礦田北北東—北東向斷裂主要地質特征Table 1 Geological features of NNE-NE-trending faults in the Jiaojia orefield

焦家鏟狀斷裂蝕變帶由淺部向深部逐漸變寬。通過對礦區(qū)地質資料和已有鉆孔數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，焦家金礦的主要控礦斷裂構造具有明顯上陡下緩的深部延伸形態(tài)，呈鏟式分布特征。礦體如圖4所示，受斷裂構造控制，同樣具有上陡下緩的展布形態(tài)，以-200 m為分界點，-200 m以上產(chǎn)狀較陡，傾角在40°～70°之間，-200 m以下產(chǎn)狀較緩，傾角在20°～30°之間。礦體在-400 m以上主要發(fā)育于玲瓏花崗巖與變輝長巖的接觸帶，在-400 m以下主要發(fā)育在花崗巖巖體中。上述兩種金礦發(fā)育部位的張性和張扭性小型次生斷裂發(fā)育，產(chǎn)狀與主要控礦斷裂近似，但傾向相反，同時傾角陡立。主要控礦斷裂控制金礦整體形態(tài)，次生斷裂控制金礦在巖體中的分布。

圖4 焦家金礦64號勘探線斷裂蝕變帶剖面圖Fig.4 Profile of faulting and alteration zone for Exploration Line No.64 in the Jiaojia gold deposit1.膠東巖群；2.絹英巖化蝕變巖；3.強鉀長石化蝕變巖；4.弱鉀長石化蝕變巖；5.似片麻狀黑云母花崗巖；6.焦家斷裂；7.巖體界線；8.鉆孔位置

根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，對蝕變分帶在不同深度的橫向寬度進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，各蝕變分帶的橫向寬度由淺到深均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，包括了弱鉀長石化蝕變帶的整體寬度也逐漸增加，在-400 m深度蝕變寬度最寬1 500 m。

2.2 招平斷裂帶的蝕變分帶和構造地質特征

除了焦家斷裂帶，招平斷裂帶，即招遠—平度斷裂帶也是膠東地區(qū)重要的成礦帶，其全長超過130 km，沿斷裂帶分布了夏店、大尹格莊和曹家洼等典型金礦床(圖5)。

2.2.1 招平斷裂帶的構造變形巖相和蝕變分帶特征特征

該研究區(qū)的主要金礦通過利用構造變形巖相填圖取得區(qū)域找礦突破。前人在該區(qū)域開展90 km2構造變形巖相填圖[5]，圈定了花園、郭家埠和后瞳村3個預測區(qū)，后經(jīng)招金集團、河東金礦、大尹格莊金礦和武警黃金部隊等單位詳細勘查，在花園預測區(qū)探明了5個大型和超大型蝕變巖型金礦床。構造變形蝕變巖分帶填圖為找礦空白區(qū)成為儲量100多噸的金礦田做出了重大貢獻[5]。

表2 焦家金礦鏟式斷裂蝕變分帶特征Table 2 Alteration characteristics of listric faults in the Jiaojia gold deposit

招平斷裂蝕變帶中構造蝕變巖相的相關研究表明，主控礦斷裂帶的下盤花崗巖巖體和上盤變質巖接觸帶是重要成礦區(qū)位，沿南北方向延伸。構造蝕變帶主要存在于下盤。沿斷裂構造延展，巖石變形程度有較大差異，南部斷裂帶中的巖石多呈韌性變形，同時斷裂帶寬度較大；而斷裂北部的巖石則多呈脆性變形。該斷裂帶上的構造變形程度變化指示斷裂帶中的巖石經(jīng)歷了從早期韌性，脆韌性到晚期脆性變形的整個構造過程。在構造運動的過程中，斷裂構造巖可以劃分為：斷層泥、糜棱巖帶、構造角礫巖帶、碎裂巖帶等。上述這些構造巖在受到構造作用的同時，也受到成礦熱液的蝕變作用影響，圍巖蝕變程度和斷裂之間的距離有關，距離斷裂越近蝕變程度越高。招平斷裂帶的圍巖蝕變類型與焦家斷裂類似，包括了：絹英巖化蝕變帶、強鉀長石化蝕變帶、弱鉀長石化蝕變帶和未蝕變花崗巖帶(圖5)。

圖5 招平斷裂帶簡圖Fig.5 Sketch map of the Zhaoping fault zone1.第四系；2.燕山期花崗閃長巖；3.燕山期黑云母花崗巖；4.粉子山群和膠東群的老變質巖；5.壓扭性斷裂；6.壓性斷裂；7.張扭性斷裂；8.各礦山位置(小、中、大型礦山)

2.2.2 招平斷裂帶的地質特征和空間展布形態(tài)

招平斷裂帶的寬度差異較大，斷裂南端寬約5 km，斷裂北端寬約15 km。前人研究認為斷裂北部由5條走向相近的次級斷裂組合而成，包括了鳳儀店斷裂、欒家河斷裂、大秦家斷裂、玲瓏斷裂和老云頭頂斷裂。

從空間展布角度上看，招平斷裂帶呈現(xiàn)較為明顯的鏟狀形態(tài)(圖6)。平面空間上，招平斷裂走向近NE 40°，傾向SE，傾角45°±10°。斷裂帶在構造運動中的延伸過程受到巖石地層等多方面地質因素影響，因此斷裂的走向自北向南不是完全一致的。招平斷裂帶北部的走向在NE至NNE向30°～60°之間，隨著斷裂向南延伸逐漸接近NS向，到勾山水庫以南斷裂走向變?yōu)镹E向45°左右。斷裂整體平面形態(tài)自北向南形成類似“S”形的構造展布形式。

圖6 招平斷裂帶構造蝕變帶實測剖面Fig.6 Measured profile of structural alteration zone of the Zhaoping fault1.膠東群斜長交閃片麻巖；2.玲瓏型似片麻狀黑云母花崗巖；3.欒家河型粗粒二長花崗巖；4.絹英巖；5.似片麻理；6.偉晶巖脈；7.強鉀化花崗巖；8.弱鉀化花崗巖；9.構造角礫巖；10.斷裂；11.代表性節(jié)理位置及產(chǎn)狀

縱向空間上，根據(jù)井下實際測量結果和已有鉆孔、礦體的資料分析，發(fā)現(xiàn)了招平斷裂帶的鏟式空間展布特征。以臺上金礦、夏店金礦和大尹格莊金礦等受到招平斷裂帶控制的金礦床為例，其縱向剖面均呈現(xiàn)出控礦主斷裂傾角“上陡下緩”的深部產(chǎn)狀變化特征，展布形態(tài)類似“鏟”或“勺”狀。該類斷裂構造的縱向空間分布特點是靠近地表處傾角較大，同時傾角隨斷裂向深部延伸而逐漸平緩。以臺上金礦為例，控礦斷裂在地表至-300 m標高的部分傾角為45°，在-300 m以下區(qū)位逐漸變緩到20°～30°(圖7)。

圖7 臺上金礦21勘探線剖面示意圖Fig.7 Sketch profile of Exploration Line No.21 in the Tai-shang gold deposit1.礦體；2.斷裂面；3鉆孔編號

同樣的鏟式斷裂構造特征在大尹格莊金礦同樣存在。以該金礦的76勘探線剖面為例，控礦主斷裂在地表到-450 m標高處傾角保持在50°左右，超過-400 m以下的區(qū)位，斷裂傾角由50°變?yōu)?2°左右(圖8)。

圖8 大尹格莊76勘探線剖面示意圖Fig.8 Sketch profile of Exploration Line No.76 in the Dayingezhuang gold deposit1.礦體分布；2.斷裂面

夏甸金礦的鏟式斷裂構造如圖9所示。根據(jù)該金礦7號礦體的剖面示意圖，夏甸金礦的礦體在-1 200～-1 600 m標高處，產(chǎn)狀傾角由40°變緩至7°左右，傾角隨深度增加直至水平(圖9)。

圖9 夏甸金礦7號礦體剖面示意圖Fig.9 Sketch profile of Orebody No.7 in the Xiadian gold deposit1.斷裂面；2.礦體；3.控制鉆孔

招平斷裂帶作為夏甸金礦的主要控礦構造，其鏟式斷裂的形態(tài)特征如下：斷裂北部的破頭青斷裂兩組共軛節(jié)理產(chǎn)狀分別為215°∠35°和160°∠39°；斷裂中部區(qū)域的曹家洼金礦中斷裂產(chǎn)狀為135°∠29°；斷裂經(jīng)過夏甸斷裂上盤向SE方向滑動，深部傾角變緩。招平斷裂在深部變緩形成鏟式形態(tài)的主要因素，可能與區(qū)域內巖漿熱液活動形成的巖漿巖體和老變質巖之間的接觸帶不同巖性物理化學性質差異的影響有關[22]。

根據(jù)招平斷裂帶的空間分布特征和幾何形態(tài)，可以看出招平斷裂帶與焦家斷裂帶的形態(tài)相近，呈現(xiàn)出明顯“淺部產(chǎn)狀陡,深部產(chǎn)狀緩”的“S”形鏟狀形態(tài)(圖10)。斷裂的鏟狀展布形態(tài)對于斷裂帶上分布的金礦礦體深部賦存區(qū)位有直接控制作用。

圖10 招平拆離斷裂帶幾何特征示意圖Fig.10 Schematic diagram showing the geometric characteristics of the Zhaoping detachment fault zone1.主拆離-滑脫斷裂帶(韌性剪切帶)；2.上盤變質巖；3.下盤巖漿巖雜巖體；4.主要礦床或地名

3 結 論

本研究以焦家斷裂帶和招平斷裂帶為例，通過長期的資料收集和實地觀測，分析膠東西北部滑脫斷裂帶的空間分布特點，并開展構造斷裂蝕變巖分帶填圖工作和構造分析，獲得以下認識：

(1)膠東區(qū)域的典型控礦斷裂，以焦家斷裂和招平斷裂為例，產(chǎn)狀呈現(xiàn)出：走向NE 20°～40°，傾向SE，傾角35°～55°的特征。主斷裂由多組次級斷裂構造組成，并在斷裂形成后受到區(qū)域構造運動的錯斷作用。膠東區(qū)域典型斷裂帶的走向并不是穩(wěn)定不變的，而是在平面空間上構成類似“S”形的構造形式，這也反映出控礦斷裂構造帶由次生斷裂復合并疊加的特點。

(2)膠東區(qū)域斷裂構造帶中的巖石構造變形和蝕變作用相伴發(fā)育，野外觀察顯示為構造變形蝕變巖相。構造蝕變巖的構造變形程度和蝕變程度與區(qū)域金元素富集程度均呈正相關關系。依據(jù)構造變形蝕變巖相進行地質填圖，是膠東金礦找礦過程中的重要地質學方法。

(3)從垂向空間的剖面上看，膠東焦家斷裂和招平斷裂的深部變化顯示明顯鏟式構造特征，即斷裂“淺部產(chǎn)狀陡,深部產(chǎn)狀緩”。兩個典型斷裂在淺部的傾角在65°左右，深部傾角明顯變緩在25°～30°，整體空間展布形態(tài)顯示為“鏟式”拆離-滑脫斷裂的特征。

(4)鏟式斷裂構造是在區(qū)域構造的影響下，斷裂在上盤下滑運動、區(qū)域應力變化過程中應力松弛階段的構造運動產(chǎn)物。鏟式斷裂為膠東區(qū)域熱液成礦提供了熱液通道、蝕變環(huán)境和成礦空間，并在斷裂形成后期受到區(qū)域構造運動影響，進而呈現(xiàn)鏟式展布形態(tài)。鏟式斷裂構造不僅控制了區(qū)域構造巖相和熱液蝕變巖相的分布，還控制了膠東淺部礦體和深部第二富集帶的形成過程，為區(qū)域深部找礦提供了重要佐證。