膠萊盆地東北緣郭城金礦床成礦流體特征及礦床成因

摘要：郭城金礦床位于膠萊盆地東北緣，由土堆礦段、沙旺礦段、東劉家礦段、龍口礦段和后夼礦段等組成，受以郭城斷裂為主的拆離構(gòu)造體系控制。礦石中石英流體包裹體巖相學(xué)、顯微測溫等研究結(jié)果顯示，流體包裹體分為氣液兩相包裹體、含CO2三相包裹體和純液相包裹體3種類型；成礦流體鹽度為1.39 %～16.53 %，密度0.56～1.00 g/cm3，屬于中低鹽度、低密度流體；成礦溫度為200 ℃～360 ℃，成礦流體壓力60～125 MPa，成礦深度6.22～9.31 km。結(jié)合前人研究成果，認(rèn)為郭城金礦床成因類型是受郭城斷裂為主拆離構(gòu)造體系控制、地幔流體參與成礦的中溫?zé)嵋好}型金礦床。

關(guān)鍵詞：流體包裹體；成礦溫度；成礦深度；礦床成因；郭城金礦床；膠萊盆地東北緣

中圖分類號：TD11P618.51文章編號：1001-1277（2024）05-0057-07

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240513

引言

膠東地區(qū)作為中國重要的金礦集區(qū)，受到了眾多地質(zhì)工作者的關(guān)注和重視，而膠萊盆地東北緣是膠東地區(qū)繼發(fā)現(xiàn)膠西北、棲—蓬—福、牟—乳金成礦帶之后，近年來新發(fā)現(xiàn)的金礦集區(qū)。目前，已發(fā)現(xiàn)遼上、宋家溝、西井口、郭城、西澇口、蓬家夼等（特）大、中型金礦床6處，累計探獲近200 t金金屬量。其中，郭城金礦床的土堆礦段、沙旺礦段、東劉家礦段、龍口礦段和后夼礦段等5個礦段累計探獲金金屬量20余t。

近年來，部分學(xué)者對郭城金礦床同位素特征、構(gòu)造控礦規(guī)律、找礦前景、成礦時代等方面進(jìn)行了研究［1-5］，為礦床勘查提供了理論基礎(chǔ)。在以往工作基礎(chǔ)上，通過對郭城金礦床各礦段的石英流體包裹體進(jìn)行測試分析，綜合研究成礦流體特征、物質(zhì)來源和礦床成因類型，以期為該礦床深部找礦勘查提供參考。

1礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

1.1礦區(qū)地質(zhì)特征

郭城金礦床大地構(gòu)造位置處于華北板塊膠北斷隆南緣、膠萊斷陷東北緣，東南與蘇魯造山帶相鄰，西側(cè)被郯廬斷裂隔斷（見圖1-A）。礦區(qū)內(nèi)地層出露廣泛，古元古界荊山群呈北東向分布于礦區(qū)中部郭城斷裂下盤，中生界白堊系萊陽群主要分布于礦區(qū)西北部郭城斷裂上盤，第四系沿溝谷分布（見圖1-B）。荊山群地層以黑云變粒巖、黑云片巖、黑云斜長片麻巖、大理巖等巖性組合為主，萊陽群地層為一套灰白色礫巖、紫紅色礫巖、含礫砂巖和粉砂巖組合。礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，按走向可分為北東向、北西向和近南北向3組斷裂。其中，北東向斷裂為礦區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造［5］。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖為玲瓏序列九曲單元二長花崗巖，整體呈北東向侵入荊山群地層中，且具有韌性變形和糜棱巖化現(xiàn)象，巖體內(nèi)多含有荊山群地層包裹體。此外，礦區(qū)發(fā)育煌斑巖、閃長玢巖、輝綠玢巖等早白堊世中—基性巖脈［6］，這些巖脈穿插于荊山群地層及中生代二長花崗巖中。

1.2礦床地質(zhì)特征

郭城金礦床位于牟—乳金成礦帶中南部郭城鎮(zhèn)土堆—沙旺一帶，由土堆礦段、沙旺礦段、東劉家礦段、龍口礦段和后夼礦段等5個礦段組成［7］。其中，土堆礦段已圈定43個礦體，受控于北東向斷裂為主的拆離構(gòu)造體系。礦體賦存于荊山群地層中，呈脈狀、似層狀發(fā)育，走向整體呈北東向，傾向北西，傾角5°～25°。沙旺礦段已圈定101個礦體，與土堆礦段相似，礦體均受控于北東向斷裂為主的拆離構(gòu)造體系，賦存于黃鐵絹英巖化蝕變帶內(nèi)，呈脈狀、似層狀發(fā)育，走向以北東向為主，傾向北西，傾角15°～25°；東劉家礦段已圈定9個礦體，其中D2礦體為主礦體，受控于北東東向斷裂，賦存于角礫狀黃鐵絹英巖化二長花崗巖中；后夼礦段已圈定54個礦體，H3、H5礦體為主礦體，其余為次要或單工程控制礦體，礦體呈似層狀，賦存于角礫狀黃鐵礦化二長花崗巖中，礦體走向總體呈北東向，傾向南東，傾角7°～35°；龍口礦段已圈定8個礦體，其中L1、L2礦體為主礦體，其余為次要礦體或單工程控制礦體，礦體呈脈狀、似層狀，賦存于絹英巖化二長花崗巖及荊山群地層中，總體走向10°～35°，傾向南東，傾角較緩，一般在15°～40°。各礦段礦體多沿走向呈脈狀、似層狀或透鏡狀斷續(xù)發(fā)育，具有分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)、膨脹狹縮等現(xiàn)象。

郭城金礦床礦石按自然類型可分為原生硫化物礦石和少量氧化礦石。其中，原生硫化物礦石主要包括石英脈型礦石和少量蝕變巖型礦石。礦石礦物組成可分為金屬礦物和非金屬礦物，金屬礦物以黃鐵礦為主（見圖2），其次為磁黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦和自然金等；非金屬礦物以石英、長石、黑云母和方解石為主，少量角閃石、綠簾石和綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要有半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，其次為交代熔蝕結(jié)構(gòu)、骸晶結(jié)構(gòu)等。自然金主要以不規(guī)則粒狀星散分布，粒徑5～25 μm，常見磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦或閃鋅礦等交代黃鐵礦形成交代熔蝕結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以致密塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造為主，局部可見斑雜狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造或星點狀構(gòu)造等。

郭城金礦床各礦段礦體均發(fā)育不同程度的圍巖蝕變，蝕變類型以硅化、黃鐵絹英巖化和碳酸鹽化為主，鉀化、綠泥石化等蝕變次之。其中，黃鐵礦化與金成礦作用密不可分。礦體與圍巖呈漸變關(guān)系，未發(fā)現(xiàn)明顯的蝕變分帶現(xiàn)象。

郭城金礦床主成礦期的成礦過程可分為以下4個階段：①石英-黃鐵礦階段，為成礦作用早期階段，以形成大量石英和少量黃鐵礦為代表，且黃鐵礦晶形較好，粒度較粗，呈星散狀分布，此階段金礦物不發(fā)育（見圖2-e））；②石英-黃鐵礦-金階段，為金礦形成的主要階段，該階段除了石英、黃鐵礦較為發(fā)育外，還明顯形成大量金礦物顆粒（見圖2-a）、b）），且成礦作用早期形成的黃鐵礦晶體多遭受擠壓而破碎，呈壓碎結(jié)構(gòu)（見圖2-f））；③石英-硫化物階段，為多種金屬硫化物如黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等形成的主要階段，同時有少量金形成，該階段的多金屬硫化物多交代成礦作用早期發(fā)育的黃鐵礦，形成交代熔蝕結(jié)構(gòu)（見圖2-c）、d））；④碳酸鹽階段，為成礦作用晚期階段，成礦熱液含大量CO2-3、Ca2+和Mg2+等離子，經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)快速結(jié)晶，形成方解石、白云石等礦物，同時伴有絹云母化、綠泥石化等蝕變，該階段金礦化不發(fā)育，代表成礦作用結(jié)束。

2流體包裹體研究

2.1樣品采集與分析方法

對郭城金礦床的5個礦段主要礦體進(jìn)行樣品采集，共制作薄片53個，光片56個，流體包裹體片73個，并對礦體中的石英進(jìn)行流體包裹體測試。流體包裹體測試在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院完成，測溫儀器為LinkamTHMS-600冷熱臺，儀器在-100 ℃～25 ℃的分析誤差為0.1 ℃，25 ℃～600 ℃的分析誤差為1 ℃，測試前用國際標(biāo)樣進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。

2.2巖相學(xué)特征

郭城金礦床各礦段礦石中發(fā)育大量原生流體包裹體，多呈不規(guī)則形、圓形或橢圓形連續(xù)或星散隨機分布（見圖3）。通過對流體包裹體測試分析和室溫條件下相態(tài)特征觀察研究，可將流體包裹體分為氣液兩相包裹體、含CO2三相包裹體和純液相包裹體3種類型。

1）氣液兩相包裹體：由氣相水（VH2O）和液相水（LH2O）組成，其形態(tài)多呈不規(guī)則多邊形、次棱角形、圓形或橢圓形（見圖3-a～d），粒徑5～30 μm，氣相水和液相水比為15 %～80 %。該類包裹體數(shù)量較多，占包裹體總量的80 %左右。

2）含CO2三相包裹體：由液相H2O（LH2O）、液相CO2（LCO2）和氣相CO2（VCO2） 3種包裹體組成，包裹體粒徑4～20 μm，呈不規(guī)則橢圓形、次棱角形、眼球形或長條形等（見圖3-e～h）。包裹體中CO2占40 %～60 %，CO2氣液相比為50 %～65 %。該類型包裹體數(shù)量占包裹體總量的15 %。

3）純液相包裹體：由液相H2O（LH2O）組成，粒徑一般小于5 μm，形態(tài)以圓形、橢圓形為主（見圖3-i），占包裹體總量的5 %。

2.3顯微測溫

采用均一法對流體包裹體進(jìn)行測試，根據(jù)流體包裹體巖相特征，純液相包裹體所占比例相對較少，因此選擇氣液兩相包裹體和含CO2三相包裹體研究測試，顯微測溫結(jié)果見表1。

根據(jù)本次測試數(shù)據(jù)，氣液兩相包裹體完全均一溫度為135.0 ℃～376.4 ℃，峰值集中在200 ℃～280 ℃（見圖4-a），冰點溫度為-12.5 ℃～-0.8 ℃。經(jīng)計算得出，成礦流體鹽度為1.39 %～16.53 %，峰值集中在6 %～10 %（見圖4-b），密度集中在0.80～1.00 g/cm3（見圖4-c）。

本次測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，含CO2三相包裹體中所有CO2熔化溫度為-58.7 ℃～-55.0 ℃，這一溫度反映出含CO2三相包裹體中可能存在N2或CH4等成分［8］，該類包裹體完全均一溫度為153.0 ℃～348.7 ℃，峰值為200 ℃～360 ℃（見圖4-a）。包裹體中籠合物熔化溫度為2.3 ℃～9.3 ℃，因此可計算得出含CO2三相包裹體的鹽度為1.43 %～12.89 %。氣相CO2均一至液相的溫度為18.2 ℃～34.8 ℃，根據(jù)CO2的均一方式和對應(yīng)的密度方程，可計算出含CO2三相包裹體密度為0.56～0.88 g/cm3。

由完全均一溫度直方圖（見圖4-a）可知，含CO2三相包裹體的完全均一溫度整體略高于氣液兩相包裹體，溫度為160 ℃～280 ℃時，部分重疊。顯微測溫結(jié)果表明，包裹體鹽度為1.39 %～16.53 %，密度為0.56～1.00 g/cm3。綜上所述，成礦流體的物理性質(zhì)為中低鹽度、低密度流體。

3討論

3.1流體包裹體捕獲環(huán)境

郭城金礦床各類型包裹體形態(tài)各異，大小不一，成群或定向排列分布，且共生于同一石英顆粒中，指示包裹體被流體捕獲時處于一種不均勻熱液體系狀態(tài)［9］。捕獲端元組分的包裹體完全均一溫度和壓力基本可以代表成礦期包裹體被捕獲時的流體溫度和壓力［10］。

經(jīng)觀察流體包裹體的形態(tài)和分布體特征可知，郭城金礦床主成礦期的成礦流體經(jīng)歷過明顯的不混溶狀態(tài)，根據(jù)前文研究，含CO2三相包裹體完全均一溫度為153.0 ℃～348.7 ℃，峰值集中在200 ℃～360 ℃，代表了不混溶包裹體被流體捕獲時的真實溫度，即郭城金礦床的成礦溫度。

利用含CO2三相包裹體的捕獲溫度，通過等容線相交法［11-12］可以計算出包裹體被捕獲時的流體壓力主要集中在60～125 MPa（見圖5）。利用孫豐月等［13］提出的關(guān)于熱液脈狀礦床成礦深度的分段擬合計算公式，估算該礦床成礦深度為6.22～9.31 km，屬中深成深度。

3.2成礦流體組成及來源

前人對于郭城金礦床的成礦流體來源進(jìn)行了多次研究和討論。李紅梅等［14］通過氫氧同位素法對土堆、沙旺礦段礦石分析研究認(rèn)為，成礦流體以巖漿水為主，后期有部分大氣降水參與；陳昌昕［15］通過對沙旺礦段礦石氫氧同位素測試分析認(rèn)為，成礦流體來自地幔初生水，以及少量巖漿水和大氣降水；張鵬鵬等［16］通過對郭城金礦床地球化學(xué)特征分析認(rèn)為，成礦物質(zhì)主要來源于上地幔，成礦熱液以原生巖漿水為主，且加入了部分大氣降水。本文測得郭城金礦床成礦溫度為200 ℃～360 ℃，成礦深度在6.22～9.31 km，屬于中溫中深成金礦床。通過收集和總結(jié)前人研究成果，結(jié)合本次成礦溫度和深度的估算結(jié)果，認(rèn)為郭城金礦床成礦流體主要來源于地幔初生水和部分巖漿水，成礦后期有少量大氣降水的參與。

3.3成礦模式

郭城金礦床同屬于膠東大規(guī)模金礦成礦作用的一部分，與該區(qū)早白堊世晚期構(gòu)造-巖漿-熱液事件密切相關(guān)［17］。根據(jù)礦床地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究分析，拆離斷裂構(gòu)造體系是郭城金礦床的主要控礦因素。拆離構(gòu)造體系不僅提供了成礦流體的運移通道，而且提供了礦體的就位空間［18-19］?？氐V構(gòu)造的多級性直接控制了礦床的空間分布及礦體的形態(tài)和產(chǎn)狀。

中生代，華北板塊經(jīng)歷了由擠壓構(gòu)造體制向伸展性構(gòu)造體制轉(zhuǎn)化的過程。太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖，引發(fā)巖石圈地幔深熔和拆沉作用，巖石圈減薄，地殼表面伸展剝離形成凹陷區(qū)。同時，大規(guī)模的地幔物質(zhì)上涌和頻繁的巖漿活動，使得膠東陸殼與地幔物質(zhì)發(fā)生相互熔融和置換作用，為金元素的運移和成礦作用提供了物質(zhì)條件和動力［20］。來自殼?；旌显磪^(qū)以地幔流體為主要物質(zhì)來源的成礦熱液，向上運移進(jìn)入拆離構(gòu)造體系中，在少量巖漿水和大氣降水的參與下，隨著流體溫度、壓力的降低，金元素逐漸卸載沉淀，并富集成礦（見圖6）。

綜上所述，郭城金礦床成因類型是受郭城斷裂為主拆離構(gòu)造體系控制、地幔流體參與成礦的中溫?zé)嵋好}型金礦床。

4結(jié)論

1）郭城金礦床流體包裹體可分為氣液兩相包裹體、含CO2三相包裹體和純液相包裹體3種類型，是不均勻熱液體系狀態(tài)的產(chǎn)物，反映成礦流體經(jīng)歷了明顯的不混溶作用。

2）郭城金礦床成礦流體鹽度為1.39 %～16.53 %，密度0.56～1.00 g/cm3，屬于中低鹽度、低密度流體；成礦溫度200 ℃～360 ℃，成礦流體壓力60～125 MPa，成礦深度6.22～9.31 km。綜合分析認(rèn)為，郭城金礦床成因類型是受郭城斷裂為主拆離構(gòu)造體系控制、地幔流體參與成礦的中溫?zé)嵋好}型金礦床。

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Characteristics of ore-forming fluids and genesis of Guocheng Gold Deposit

in the northeast margin of Jiaolai Basin

Li Zhiqiang1，2，Ding Zhengjiang2，3，Bo Junwei1，2，3，Wang Zhixin1，Li Yong1，Ji Pan1，Li Tingting1

（1.No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources of Shandong Province;

2.Shandong Province Engineering Research Center for Deep Gold Mine Detection Big Data Application Development;

3.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，

China University of Geosciences（Wuhan））

Abstract：Guocheng Gold Deposit is located on the northeast margin of Jiaolai Basin.It is composed of Tudui ore section，Shawang ore section，Dongliujia ore section，Longkou ore section，and Houkuang ore section.It is controlled by the detachment structural system dominated by Guocheng fault.The petrography and microscopic temperature measurement of quartz fluid inclusions in the ore show that the fluid inclusions in the deposit can be divided into 3 types：gas-liquid two-phase inclusions，CO2-containing three-phase inclusions，and pure liquid phase inclusions.The salinity of ore-forming fluid is 1.39 %-16.53 %，and the density is 0.56-1.00 g/cm3.It belongs to medium-low salinity and low-density fluid.The ore-forming temperature is 200 ℃-360 ℃，and the pressure of ore-forming fluid is 60-125 MPa.The ore-forming depth is 6.22-9.31 km.Based on predecessors research achievements，it is considered that the genesis of Guocheng Gold Deposit is a mesothermal hydrothermal vein type deposit，of which the mineralization involves mantle fluid，controlled by the detachment structural system dominated by Guocheng fault.

Keywords：fluid inclusion;ore-forming temperature;ore-forming depth;deposit genesis;Guocheng Gold Deposit;northeast margin of Jiaolai Basin

收稿日期：2023-11-10； "修回日期：2024-01-15

基金項目：深部金礦探測大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)山東省工程研究中心開放課題（SDK202207）；國家自然科學(xué)基金項目（41973048）；中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室開放課題（GPMR202203）

作者簡介：李志強（1990—），男，工程師，研究方向為金成礦機制與成礦規(guī)律；E-mail：lizq2209@qq.com

*通信作者：丁正江（1977—），男，研究員，博士，研究方向為熱液礦床成礦作用及成礦規(guī)律；E-mail：ytdzhj@126.com