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于学峰1,2,3，李大鹏1,2,3，单伟1,2,3，李增胜1,2,3，耿科1,2,3，舒磊1,2,3，孙雨沁1,2,3，宋英昕1,2,3 1 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室； 2 山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室； 3 山东省地质科学研究院 第一作者：于学峰，博士，二级研究员，主要从事地质矿产研究，2022年入选首批中国地质学会会士（详情附后）。  于学峰研究员荣获全国五一劳动奖章（照片来源：齐鲁壹点，2021） 导读： 鲁西归来庄金矿田是中国东部最重要的富碲型金矿田之一，也是鲁西地区迄今唯一的特大型金矿田。该矿田地处华北克拉通腹地，不在造山带范围内，其所处成矿地质背景及其成矿作用方式倍受关注。 目前普遍共识是归来庄金矿田受郯庐断裂带派生的北西向燕甘断裂控制，该断裂控制着矿田区域地层、岩浆岩、次级构造及金矿床/点的展布。成矿地质环境背景是郯庐断裂带燕山期活动，地球物理场地球化学场背景是北西向重磁异常梯级带：区内矿床主要分布在北西向区域重磁异常带内，并有较明显的化探Au异常，如下图。  归来庄地区布格重力异常图（朱文杰，2016）  鲁西自由空气重力异常（于磊等，2017）  归来庄地区航磁异常图（朱文杰，2016）  鲁西卫星磁化极异常图（于磊等，2017）  归来庄地区化探水系沉积物Au异常图（朱文杰，2016） 前人研究普遍认为归来庄金矿田的成矿作用属于中国东部早侏罗世岩浆-成矿事件（188～175Ma），与胶东早白垩世（120±2Ma）巨量金爆发成矿有着明显不同。但是，随着该矿田勘查程度和研究深度的逐步加强，于学峰团队近期在归来庄矿田深部和外围地区新发现了与金成矿关系密切的早白垩世细粒二长斑岩脉和二长斑岩岩床，这暗示了归来庄金矿田主成矿期极可能是在早白垩世（127～124Ma），而非早侏罗世。 为了深化对鲁西归来庄金矿田成矿背景、产出环境及成矿作用的系统理解，于学峰研究员等基于大量研究基础，系统剖析金矿成矿特征，厘定金矿成矿背景与构造环境，探讨其金成矿作用过程与成矿机制，进一步厘定了矿床类型、揭示了成矿规律，研究表明鲁西归来庄地区中生代大规模金成矿作用受控于统一的地质事件，可划归为一个统一的潜火山中—低温热液金成矿系统。 对比研究认为，鲁西与胶东两个中生代金成矿系统，其形成均与壳幔混合侵入岩有关，但岩浆源区有所不同，鲁西地区主要为EM1型富集地幔，胶东地区则主要为EM2型富集地幔。 本文研究成果为鲁西和类似地区发现新的金矿产地提供了理论依据。 ------内容提纲------ 摘要： 0 引言 1 地质背景 2 成矿特征 2.1 归来庄金矿床 2.2 卓家庄金矿床 2.3 磨坊沟金矿床 3 控矿地质条件 3.1 构造控矿特征 3.1.1 断裂构造 3.1.2 潜火山穹隆构造 3.2 地层控矿特征 3.3 岩浆岩控矿特征 4 成矿作用 4.1 成矿物质来源 4.2 流体性质 4.3 碲金成矿过程和机理 4.4 成矿时代 5 鲁西与胶东金成矿差异的构造–岩浆背景 6 成矿模式 7 结论 --------------- 摘要：鲁西归来庄金矿田是中国东部最重要的富碲型金矿田之一，也是鲁西地区迄今唯一的特大型金矿田。矿田中各金矿床受铜石潜火山穹隆控制，产出于不同深度、不同地质构造部位、不同的地质体中，矿化类型多样，但它们的形成环境、成矿地质背景、成矿作用特征总体一致：①归来庄金矿田是一个主要由前寒武纪基底岩石和早古生代碳酸盐岩盖层组成、中生代构造-岩浆作用较为发育的内生中低温热液金矿集区；②燕甘断裂是郯庐断裂带派生构造，控制着区内陆层、岩浆岩、次级构造及金矿床/点的展布；燕甘断裂的次级断裂、潜火山穹隆的放射状、环状构造是矿液运移和沉淀聚集的良好场所；③金矿化以隐爆角砾岩型、镁质碳酸盐岩微细浸染型、斑岩型、矽卡岩叠加型及破碎带蚀变岩型为主，矿石普遍发育浸染状、细脉浸染状、网脉状、团块状和块状构造，反映其形成于岩浆期后热液环境；④具有碲与金超常富集共存的显著特征，金属矿物除常见的自然金、银金矿外，另有含碲矿物碲铜金矿、碲金银矿、碲银矿、碲金矿等；⑤早侏罗世中偏碱性岩浆侵位初步启动了该区的金成矿过程，为早白垩世的中碱性岩浆活动提供了母岩和成矿物质来源，早白垩世可能是鲁西归来庄金矿田的主要成矿时期；⑥成矿流体具有低温、低盐度特征，同位素特征具有多来源性，以岩浆水和大气降水为主，并有少量变质水的参与；⑦在成矿热液中可能是Au与Te、S结合生成可搬运的配合物进行运移；成矿热液中有较高的碲逸度，在中低温条件下碲易置换硫而进入硫化物晶格，在高碲逸度的条件下碲则易与Au、Ag、Pb等元素形成碲化物而参与成矿。这种区域上成矿特征表现出的一致性，表明鲁西归来庄地区中生代大规模金成矿作用受控于统一的地质事件，可划归为一个统一的潜火山中—低温热液金成矿系统。 关键词：隐爆角砾岩；富碲金矿；成矿系统；归来庄；鲁西地区 0 引言 作为中国东部最重要的富碲型金矿田之一，鲁西归来庄金矿田自20世纪90年代初被发现至今，一直备受国际地学界广泛关注。该区是明确揭示巨型郯庐断裂带对中国东部中生代成矿大爆发约束机制的典型地域；同时，该构造岩浆带是系统研究中国东部中生代华北-扬子板块碰撞与古太平洋板块俯冲构造体制转变的优选对象；并且，该矿田也是研究富碲成矿热液演化与金成矿作用的良好案例。针对于该矿田的Te-Au成矿过程，国内外地学专家开展了系统深入的研究，普遍认为该矿田是形成于早侏罗世（188～175Ma）的、与高钾碱性潜火山杂岩体密切相关的浅成中低温热液型金矿，其成矿特征与胶东早白垩世巨量金爆发成矿有着明显不同。 但随着该矿田勘查程度和研究深度的逐步加强，作者团队近期在归来庄矿田深部和外围地区新发现了与金成矿关系密切的早白垩世细粒二长斑岩脉和二长斑岩岩床，这暗示了归来庄金矿田主成矿期极可能是在早白垩世，而非普遍认为的早侏罗世。因此，为了深化对鲁西归来庄金矿田成矿背景、产出环境及成矿作用的系统理解，文章在大量相关研究基础上，系统剖析金矿成矿特征，厘定金矿成矿背景与构造环境，探讨其金成矿作用过程与成矿机制，进一步厘定矿床类型、揭示成矿规律，以期为在鲁西和类似地区发现新的金矿产地提供理论依据。 1 地质背景 鲁西地区大地构造位置处于滨西太平洋成矿域中部、华北板块东南缘、郯庐断裂带西侧，具备有利的金矿成矿地质条件，已发现多处金矿床（点）（图1）。金矿床大多分布于沂沭断裂带（郯庐断裂带山东段）西侧，矿床（点）的形成大多与潜火山热液活动有关，如平邑归来庄金矿田、沂南铜井金矿床、邹平王家庄铜金矿床、兰陵龙宝山金矿床等。其中，平邑归来庄金矿田是鲁西地区规模最大、最重要的金矿田，其成矿作用与燕山早期铜石（杂岩）岩浆活动后期的潜火山热液活动密切相关，受区域性主干断裂-燕甘断裂和铜石潜火山穹隆及伴生的环带状、放射状构造控制。  图1 鲁西地区金矿地质简图 1—太古宙侵入岩类；2—元古宙侵入岩类；3—中生代侵入岩类；4—地层；5—已知和推断断层；6—金矿床（矿点）；7—归来庄金矿田 归来庄金矿田地处鲁西隆起区南部，尼山凸起与平邑凹陷的接壤地带。区内陆层主要为新太古代泰山岩群山草峪组变质岩系、古生代寒武系—奥陶系碳酸盐岩及碎屑岩地层、中生代侏罗系—白垩系碎屑岩及火山岩等。区域基底褶皱构造发育，盖层总体为一倾向北东的单斜构造。区内断裂构造发育，主要有北北西向、近东西向及北西向3组（图2）。北北西向的主干断裂及次级北西向断裂控制了地层及岩浆岩的展布；近东西向及北西向的次级断裂是该区的主要控矿构造。区内岩浆岩较发育，新太古代花岗闪长岩、二长花岗岩构成了该区的结晶基底。中生代燕山期构造-岩浆活动强烈，形成了主要由二长-闪长质岩石、二长-正长质岩石构成的铜石中偏碱性潜火山杂岩体。矿田内形成了与中生代燕山期潜火山岩浆热液有关的隐爆角砾岩型（归来庄、卓家庄）、镁质碳酸盐岩微细浸染型（磨坊沟）等多种类型金矿。  图2 归来庄金矿田地质简图 1—第四系；2—白垩系；3—侏罗系；4—奥陶系；5—寒武系；6—新太古代泰山岩群山草峪组；7—燕山早期二长闪长玢岩；8—燕山早期二长斑岩；9—新太古代花岗闪长岩；10—新太古代二长花岗岩；11—隐爆角砾岩；12—角度不整合地质界线；13—断裂及编号；14—隐爆角砾岩型（归来庄式）金矿床；15—镁质碳酸盐岩微细浸染型（磨坊沟式）金矿床；16—其他热液型金矿床（点）；F1—燕甘断裂；F2—归来庄断裂；F3—营子洼断裂 2 成矿特征 自20世纪90年代初归来庄大型新类型金矿床发现之后，矿田内又相继发现了卓家庄、磨坊沟、梨方沟、贺山庄等多处中、小型金矿床及宝古山、银洞沟、郝家山头等一大批金矿点和金矿化点。根据各类矿床（点）的控矿地质条件、成矿方式及矿化特点，可划分为5种矿床类型：隐爆角砾岩型、镁质碳酸盐岩微细浸染型、斑岩型、矽卡岩叠加型及破碎带蚀变岩型。各类型金矿化相伴产出，受潜火山穹隆的控制，它们生成于不同深度不同地质部位，赋存于不同的地质体中，为铜石潜火山中低温热液成矿系统中不同的金矿类型组合，主要特征如表1所示。 表1 归来庄金矿田成矿系列划分表  2.1 归来庄金矿床 归来庄金矿床产于郯庐断裂带次级北北西向断裂-燕甘断裂东侧、铜石潜火山杂岩体东部边缘。矿体呈脉状赋存于沿断裂带侵入的构造隐爆角砾岩带内及其两侧的下古生界碳酸盐岩中。Ⅰ号矿体为主矿体，其资源储量占矿区已查明总资源储量的99%以上，-300m标高以上矿体长度为550m，延深＞650m，呈脉状产出，矿化连续；矿体厚度一般在2～15m，最厚达36.5m，平均厚度为6.12m。矿体总体走向为近东西向，倾向南，倾角随倾向向深部逐渐变缓，在-540～-600m标高，倾角一般为29°～42°，在-600～-665m标高，倾角一般为8°～11°，局部呈近水平为5°。近年来经深部勘查验证，在-300～-1000m标高成功控制了向深部连续延深的主矿体（图3），累计新增金资源量20t以上，矿床金总资源储量已近60t。  图3 归来庄金矿深部32勘探线剖面图 矿石类型主要有隐爆角砾岩型（占70%）、石灰岩白云岩型（占27%）及斑（玢）岩型（占3%）。金矿物主要有自然金、碲铜金矿、银金矿；银矿物主要有自然银、辉银矿；碲矿物主要为碲镍矿、碲铅矿、碲汞矿、碲银矿、碲金矿、碲金银矿等。载金矿物以石英、方解石、白云石等为主（占90%以上），少量为黄铁矿、褐铁矿等。与成矿有关的蚀变主要有硅化、萤石化、绢云母化、水白云母化、冰长石化及碳酸盐化。 矿石中Au品位一般为3.50×10-6～12.00×10-6，平均为8.10×10-6；伴生有益组分主要为Ag，与金含量相当或高于金含量，平均品位为14.21×10-6；Cu、Pb、Zn、Te、S含量均较低，S含量仅为0.06%。矿石的金矿物中，自然金占55%、碲铜金矿占29%、银金矿占16%。金矿物形态主要有角粒状（约占65%）、浑圆状（占约11%）、长角粒状（约占9%）、麦粒状（约占12%）等。粒度以细粒—微细粒金为主，粒径＜0.009mm者占85%以上。金矿物的赋存形式主要有粒间金（占69.85%），次为包体金（占25.18%），少量裂隙金（占4.89%），粒间金主要为脉石矿物粒间金，金矿物呈星散粒状或集合体分布于脉石矿物粒间；包体金以脉石矿物包体金为主，金矿物呈孤立粒状或集合体状包裹于石英、方解石等内部，少量褐铁矿及黄铁矿包体金。裂隙金主要表现为金矿物沿矿石裂隙或碳酸盐矿物节理充填分布。 2.2 卓家庄金矿床 卓家庄金矿是中国罕见的富碲型金矿，位于矿田西北部（图2），主要赋存于受北西向断裂控制的隐爆角砾岩筒内，角砾岩筒主要发育在北西向与近东西向断裂构造交会部位上。角砾岩筒内充填有细粒二长斑岩脉及隐爆角砾岩，围岩主要为二长斑岩及二长闪长玢岩。角砾岩体就是矿体，为全筒式金矿化，平面上呈透镜状，长轴长10～15m，走向300°，倾向南西，倾角为75°～80°；短轴长5～10m；延深＞170m。在90m中段，矿体长轴达50m左右。Au平均品位为156.77×10-6，最高达2000×10-6以上；伴生组分Ag平均品位为695.33×10-6；Te含量的平均品位为1.18%；具有碲与金超常富集共存的显著特征，碲、金元素浓集系数分别高达118000、22998。金矿物主要有自然金、银金矿、碲金矿、碲金银矿等。与成矿有关的蚀变主要有硅化、萤石化、黄铁矿化、碲化物矿化，其次为绢云母化、滑石化、碳酸盐化（图4）。  图4 卓家庄金矿富碲型金矿石矿相学特征 Alt—碲铅矿；Syl—针碲金银矿；Py—黄铁矿；Qtz—石英；Fl—萤石；Ser—绢云母；Hes—碲银矿；Am—辉银矿；Gn—方铅矿；Sp—闪锌矿；Ccp—黄铜矿；Pro—碲铁矿；Tel—自然碲 a—石英-萤石-多金属硫化物-金-碲化物脉体沿早期石英-黄铁矿化的岩石裂隙充填，又被成矿后期的绢云母脉体充填穿插（单偏光）；b—碲铅矿和针碲金银矿连生分布于黄铁矿周围，晚于黄铁矿形成（反射光）；c—碲银矿与辉银矿呈不规则状交生体状，并见许多乳滴状碲银矿分布于石英粒间（反射光）；d—碲银矿和黄铁矿分布于石英萤石粒间（反射光）；e—碲铅矿和针碲金银矿分布于碲铁矿边部（反射光）；f—自然碲及针碲金银矿连生分布于石英、萤石等非金属矿物中（反射光）；g—碲铁矿和自然碲及针碲金银矿连生分布于非金属矿物石英、萤石中（反射光）；h—自然碲分布于胶结物中（反射光） 矿石类型主要为隐爆角砾岩型，根据隐爆角砾岩中胶结物成分及含量，大致分为4种主要矿石类型：矿浆胶结隐爆角砾岩型、热液胶结隐爆角砾岩型、熔浆胶结隐爆角砾岩型和凝灰质胶结隐爆角砾岩型，其金品位依次由高到低，以第1种矿石金品位最高，多在1000×10-6以上。 富含碲元素是卓家庄金矿的独特之处，碲化物往往局部富集，含量可达3%～5%，与石英、萤石、黄铁矿等其他热液蚀变矿物一起分布于角砾之间（图4h）。碲矿物有自然碲、碲银矿、碲金银矿、碲金矿、碲铅矿、碲铋矿、碲铁矿等，碲化物电子探针波谱定量分析结果见表2。 表2 归来庄金矿田主要碲化物和自然金电子探针波谱定量分析结果 2.3 磨坊沟金矿床 磨坊沟金矿床位于铜石中偏碱性潜火山杂岩体的西南部边缘（图2）。矿体赋存在寒武系与新太古代基底不整合面上部、朱砂洞组上灰岩段下部的一套镁质碳酸盐岩中（图5），其岩性主要为中厚层—厚层灰质白云岩、含燧石结核白云质灰岩、泥质白云岩、白云质灰岩。这类岩石具有的脆性大、化学活动性强、角砾状构造和岩溶孔隙发育等特点，有利于含矿热液的运移和渗滤扩散，易与矿液发生交代作用而形成矿体。上部的泥云岩、含燧石结核灰质白云岩等岩石，结构致密，化学活动性差，对含矿热液起着隔挡或屏蔽作用。 图5 平邑磨坊沟金矿地质剖面图 1—石灰岩；2—白云质灰岩；3—含燧石结核灰岩；4—萤石化白云质灰岩；5—中生代燕山期二长斑岩；6—新太古代二长花岗岩；7—金矿体；8—早寒武世朱砂洞组 矿体呈似层状产于寒武纪朱砂洞组上灰岩段下部层位中，共圈定2个金矿体，其中Ⅰ号矿体长340m，厚度为0.60～4.80m，平均厚度为2.82m；矿体呈似层状，产状与岩层产状基本一致，倾向为325°～350°，倾角为8°～20°；Au品位一般为1.09×10-6～25.21×10-6，平均为11.57×10-6。Ⅱ号矿体长200m，厚度在1.20～3.20m，平均厚度为2.05m；矿体呈似层状，产状与岩层产状一致，倾向为10°～20°，倾角为8°～10°；Au品位一般在1.64×10-6～12.88×10-6，平均为4.54×10-6。 矿石中的金矿物主要有自然金、碲金银矿、银金矿，伴生金属矿物较少，主要为黄铁矿、方铅矿、褐铁矿等。主要蚀变矿物为方解石、白云石、石英、萤石、绢云母等。金矿物粒度以微粒金为主，小于10μm的金矿物占全部金矿物的98%，其中粒径为1μm左右的金矿物占51%。围岩蚀变主要有硅化、萤石化、黄铁矿化、绢云母化及碳酸盐化，其中硅化、萤石化与金矿化关系最为密切。 3 控矿地质条件 3.1 构造控矿特征 3.1.1 断裂构造 燕山运动早期，随着太平洋板块沿北北西向欧亚板块俯冲，郯庐断裂发生左行扭动，派生出一系列北西向、北北西向主干断裂及次级断裂（图6）。受区域应力与潜火山穹隆的共同作用，研究区内断裂构造发育，其中北北西向的燕甘断裂为区内主干断裂，近东西向及北西向断裂为燕甘断裂的次级断裂也是该区的主要控矿构造，控制着区内金矿床（点）的生成与分布。 图6 燕甘断裂及其派生断裂构造展布图 1—实测断层及倾角/(°)；2—推测断层 北北西向燕甘断裂是归来庄金矿田的主要断裂，断裂北起蒙山断裂，途经平邑铜石燕庄，南至兰陵甘霖，向南东与鲁南小型帚状构造系列断裂收敛相交于郯庐断裂带西侧，是其派生构造-鲁南“帚状”构造的重要组成部分，控制着该区地层、岩浆岩、次级构造及归来庄金矿田的展布。区内断裂总体走向345°～350°，倾向北东，倾角为64°～80°。断裂宽度为5～25m，带内发育碎裂岩和角砾岩及灰白色断层泥，断裂带内多发育硅化、绿泥石化、萤石化、绢云母化等，局部可见金矿化。 燕甘断裂历经多次构造活动，派生有近东西向断裂、北西向断裂，是矿田内的主要导矿和容矿构造，区内矿床（点）多分布于此2组断裂内或其旁侧附近。近东西向断裂包括归来庄F1、F2断裂、大平安庄断裂、车草峪断裂、营子洼断裂，整体走向为260°～290°，向南倾，倾角为65°～82°。F1断裂是归来庄矿床的控矿断裂，其转折、复合、交会部位是矿体产出的有利部位。北西向断裂大多位于燕甘断裂西部，小官路断裂、毛家岭断裂、贺山庄断裂、卓家庄断裂、麻窝-银洞沟断裂等由北向南依次分布。总体走向290°～310°，倾向南西，倾角为60°～80°，该组断裂控制着卓家庄、磨坊沟等金矿床的分布。 3.1.2 潜火山穹隆构造 受区域构造应力转换及断裂发育影响，该区中生代岩浆活动频繁，大量的幔源岩浆底侵上升，经地壳同化混染作用形成一套杂岩体，侵入到老基底与寒武系的不整合面附近形成一个穹隆体，呈轴向北西的椭圆状，基本由中心、内、外环带组成，外环带由二长闪长质岩石构成；内环带主要有二长-正长质岩石构成；中心主要由隐爆角砾岩及脉岩组成。岩浆的侵位及之后的隆升，在穹隆的顶部及外环和围岩中，形成一系列的环状、放射状及轴向线状断裂。这些环状、放射状及轴向线状构造与区域性构造的叠加、复合和交会部位，是矿液聚集成矿的良好场所，既是导矿构造又是容矿构造。已知归来庄、卓家庄金矿床即受此类构造控制。 3.2 地层控矿特征 在成矿物质方面，泰山岩群可能为成矿提供了部分成矿元素。区内新太古代绿岩带主要为泰山岩群的山草峪组，据作者以往研究资料，山草峪组中的黑云斜长片麻岩金元素含量为5.9×10-9（n=45）、长英质片岩金元素含量为7.04×10-9（n=17）、斜长角闪岩金元素含量为8.2×10-9（n=5）。据赵鹏大和陈永清（1998）研究成果，泰山岩群金元素含量为10.14×10-9（n=68）。可见，鲁西新太古代泰山岩群金元素含量是地壳丰度值的3～5倍（地壳丰度值为2.19×10-9；黎彤，1992）。这暗示成矿组分可能主要来源于具有丰富金元素储备的泰山岩群。 在成矿空间方面，一方面地层不整合为成矿提供了空间，寒武纪朱砂洞组不整合于前寒武纪花岗质变质基底之上，其下部的灰质白云岩，脆性大，化学活动性强，角砾状构造和岩溶孔隙发育，有利于含矿热液的运移和渗滤扩散，易与矿液发生交代作用而形成矿体；另一方面，顶板围岩主要为泥云岩等，其结构致密，化学活动性差，对金元素的聚集成矿起着隔挡或屏蔽作用，该层位是形成磨坊沟式金矿的主要层位。此外，寒武系上部及奥陶系下部的白云质灰岩、白云岩等，是归来庄式金矿的有利围岩。 3.3 岩浆岩控矿特征 中生代燕山早期郯庐断裂带左行走滑使鲁西地区北西向断裂发生拉张，为幔源岩浆上侵提供了通道。携带金属矿质的岩浆在上侵过程中不断活化、迁移泰山岩群中的金属矿质，于浅部寒武系地层及燕甘断裂的次级断裂处就位，多次的岩浆活动形成了铜石潜火山杂岩体。该岩体为一多阶段分异演化而形成的高钾碱性潜火山穹隆，岩浆活动可分为3个主要阶段：①二长闪长质岩石阶段，主要分布于杂岩体的外环；②二长-正长质岩石阶段，分布于铜石杂岩体的中部；③粗面斑岩及隐爆角砾岩阶段，隐爆角砾岩主要呈筒状或脉状分布于杂岩体的中心部位或边缘构造带中，金矿化主要发生在该阶段。已有研究表明，矿田内广泛分布的二长闪长玢岩和二长斑岩年龄主要集中于189～180Ma，二者同属燕山早期产物。近期，作者团队对矿田内与成矿关系密切的细粒二长（正长）斑岩脉和二长斑岩岩床开展系统深化研究，获得岩体锆石U-Pb年龄均集中于127～124Ma，这暗示铜石杂岩体晚阶段的二长（正长）斑岩脉（岩床）可能形成于早白垩世，而非早侏罗世。 矿田内中生代的潜火山岩浆活动对金矿形成具有明显的控制作用。从空间展布上看，已知金矿床、矿点及矿化点均位于铜石杂岩体范围内，且多分布于杂岩体的边缘接触带附近；从金矿化与岩浆演化的关系看，矿化主要发生在分异强烈的二长-正长质岩浆活动阶段末期。岩浆岩对金矿化的控制作用主要表现在，一方面，多期次的潜火山岩浆活动为成矿提供了充足的热源和成矿热液。多期多阶段的高钾碱性潜火山岩浆活动，分异出大量富含H2O、CO2、S挥发分及部分矿质的成矿热液，热液在上升运移过程中，进一步活化泰山岩群中的金元素，使成矿物质进一步富集迁移，在适当的物理化学条件下沉淀聚集，形成矿体。另一方面，岩浆活动末期形成的隐爆角砾岩（筒）、二长斑岩岩床和岩脉及潜火山杂岩体接触带及伴生的放射状、环状断裂，为矿液的迁移和金元素的沉淀聚集提供了有利空间。 4 成矿作用 4.1 成矿物质来源 关于金矿床成矿物质的来源，绝大多数学者强调了其多元性和复杂性，至于何者为主，分歧较大，故文中结合归来庄金矿田矿石及各地质体同位素地球化学数据对成矿物质来源与演化进行了综合约束。 （1）硫同位素方面 众所周知，热液系统的硫同位素组成由温度、pH值、氧逸度和离子活性等物理化学条件决定，而在温度低于350℃、流体中以H2S为主的还原热液条件下，硫化物矿物的平均δ34S接近热液的δ34S值。归来庄金矿田形成于中低温还原环境，共生含硫矿物主要是黄铁矿，其他只有少量黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿和辉钼矿，未发现硫酸盐矿物。因此，硫化物矿物的平均δ34S值可以直接表征硫源。已有研究表明，该区隐爆角砾岩型金矿床黄铁矿的δ34S值为0.71‰～5.50‰，镁质碳酸盐岩微细浸染型黄铁矿的δ34S值变化范围为16.5‰～0.4‰。由此可见，隐爆角砾岩型矿石硫同位素的特征代表着成矿物质初始硫同位素特征，而镁质碳酸盐岩微细浸染型黄铁矿的δ34S值变大是受地层中大量的海相沉积硫（δ34S值接近20‰）混合造成的。 （2）铅同位素方面 归来庄矿田隐爆角砾岩型矿石的206Pb/204Pb和207Pb/204Pb质量比分别为16.94～17.42和15.36～15.42。Li et al.（2018）报道了镁质碳酸盐岩微细浸染型黄铁矿的铅同位素质量比为18.207～18.908（206Pb/204Pb）、15.575～15.757（207Pb/204Pb）、38.313～39.252（208Pb/204Pb），铅的μ（238U/204Pb）和ω（232Th/204Pb）分别为9.37～9.79和36.83～39.17，高于正常铅的μ（8.686～9.238）和ω（35.55±0.59）。以上资料表明，隐爆角砾岩型金矿形成的铅主要来自地幔，可能与下地壳混合，而镁质碳酸盐岩微细浸染型金矿形成的铅有一部分来自碳酸盐岩围岩。 （3）氢氧同位素方面 有学者研究了隐爆角砾岩型金矿石英和方解石晶体中包裹体水的氢、氧同位素特征，发现归来庄矿床石英、方解石含水δD值为-73‰～-48‰，δ18O值为-1.1‰～8.7‰，与原生岩浆水及变质水相当，更接近于中国东部北方中生代大气降水的δD值（-70‰～-110‰）。由此可说明，成矿热液具有多来源性，以岩浆水和大气降水为主，并有少量变质水的参与。 （4）碳氧同位素方面 相关学者开展了大量的研究工作，研究认为隐爆角砾岩型矿石更接近于地幔或者岩浆岩体系，而镁质碳酸盐岩微细浸染型金矿石的碳源主要来自碳酸盐岩围岩。 （5）铷锶同位素方面 有学者研究发现隐爆角砾岩型金矿的初始Sr同位素比值i（87Sr/86Sr）为0.7024～0.7061，镁质碳酸盐岩微细浸染型金矿石的初始Sr同位素比值i（87Sr/86Sr）为0.712429±0.000076。由此可见，前者与幔源胶结物的铅数据接近（＜0.7037），后者的数据高于玄武岩（＜0.704）、低于陆源硅酸盐（＞0.720；Faure,1986），表明成矿物质特别是Rb和Sr来自深部，在成矿流体渗入灰岩围岩中时与上地壳物质混合。 综上所述，鲁西归来庄金矿田成矿流体来自统一的流体库—壳幔相互作用过程中的流体系统。 4.2 流体性质 对主成矿阶段形成的石英、萤石流体包裹体的测试资料表明，归来庄金矿床石英中包裹体主要为富液相包裹体，多数为原生包裹体，少量次生包裹体。形态多样，有梯形、椭圆形、三角形、长方形、不规则形态，大小以3～8μm为主；方解石中包裹体大部分也为富液相，少量均一液相，呈星点状、长条状分布，形状有不规则状、椭圆状、菱形等，大小多为3～6μm；成矿主阶段的萤石，颜色为不均匀紫色调，晶形较好，所含大量包裹体成群分布，呈长条状、椭圆状、不规则状，多为原生包裹体，个头较大，为5～20μm，主要为5～10μm。成矿晚期的萤石中包裹体很少。 包裹体显微测温发现，石英中流体包裹体的均一温度为179～341℃，主要集中于230～260℃，平均值为244℃，冰点范围为-8.2～-3.2℃；方解石中流体包裹体的均一温度为114～259℃，主要集中于140～170℃，均值为158℃，冰点在-7.9～-2.5℃；萤石中流体包裹体的均一温度为121～268℃，集中于160～190℃，均值为179℃，冰点在-10.5～-2.4℃。以上数据显示出均一温度按石英、萤石、方解石顺序逐步降低，这一结果与石英、萤石主要采自主成矿期的矿石，方解石来自成矿晚期的矿石相一致。全部包裹体的均一温度范围为114～341℃，成矿温度集中在130～250℃，早期至晚期温度逐渐降低，平均值为187℃，表明归来庄矿床成矿温度较低，为中—低温热液矿床。石英中流体包裹体的盐度为5.26%～12.39%，均值为8.39%；方解石中流体包裹体的盐度范围为4.18%～11.58%，均值为7.14%；萤石中流体包裹体的盐度为4.03%～14.46%，均值为7.1%；全部包裹体盐度均值为7.54%，表明成矿流体为低盐度流体。 包裹体激光拉曼分析表明，石英脉中的流体包裹体主要成分是H2O，其中含数量不等的Na+、K+、Ca2+/Mg2+和Fe2+等阳离子及CO2、F2、Cl2、CH4、H2S等组分，偶尔含少量Fe2+和N2。而萤石中的流体包裹体富含CO2、H2S、SO2及少量的SO42-、HCO3-，可能说明成矿流体处在酸性或弱酸性环境，CO2含量的升高可能更有利于金元素的成矿。H2S的大量出现及少量的SO2和SO42-存在，可能暗示了部分金可能以硫络合物的形式迁移。 4.3 碲金成矿过程和机理 碲化物型金矿床是国际矿床学界公认的一种重要金矿类型，其显著特点是矿石中含有大量的碲化物，往往与俯冲背景下有地幔流体加入的碱性、钙碱性岩浆活动有关，矿化多分布在同期或者早期的火山岩中。在世界上许多的碲化物型金矿床中，碲化物常与自然金密切共生，且金越富集的地方碲化物的含量越高，呈正相关关系，因此多项研究认为碲（硒/铋元素）络合物可能是此类金矿金元素出熔、迁移、富集成矿的过程中的主要载体。但也有学者发现金矿物中具有比较低的Te/Au和Te/Ag比值，认为碲不足以有效运载金或银，即碲络合物并非主要的金属运载组成。还有观点认为在岩浆热液过程中碲以气相运移冷凝沉淀，而非液相，无法参与运移金元素。张招崇和李兆鼐（1997）认为碲化物型金矿床中往往自然金成色高的原因是成矿溶液中有较高的碲逸度，碲逸度对金银矿物的共生组合会产生重大影响。钱汉东等（2000）认为金银碲化物产出的种类和数量取决于成矿体系溶液中Au、Ag、Te元素的浓度及其含量比值。Mao et al.（2003）通过稀有气体同位素研究认为东坪金矿床部分富碲成矿流体来源于地幔，流体运移可能主要沿着克拉通的边缘上升。Voudouris et al.（2011）研究发现在成矿流体的演化过程中，硫、硒逸度的降低和碲逸度的升高是碲化物形成的重要因素。 归来庄金矿田的硫化物含量相对较少，含As黄铁矿中能承载的Au是有限的，因此硫化物导致的金矿化规模较小，基于归来庄金矿田大量碲化物的特点，碲化物的金矿化可能是该金矿田最重要的成矿过程。矿石中碲化物除大量发育的自然碲外，还有斜方碲金矿、碲银矿、碲金银矿、碲铋矿、碲铁矿、碲铅矿及碲汞矿等碲化物，往往局部富集，含量可高达3%～5%，明确指示了其成矿热液中有较高的碲逸度。文中通过碲化物矿物学、元素地球化学特征及Te-Au-Ag共生关系等进行了深入研究，以进一步揭示碲金超常富集机理。为了更直接清晰地观察碲矿物的元素分布规律，对碲铅矿-斜方碲金矿-自然碲的共生体进行了面扫描分析（图7），发现与碲矿物关系密切的元素有Bi、Co、Zn、Ni、As、Cu、Sb、Se、Cl等，Sb更倾向于富集在自然碲中，而Se更倾向于富集在碲铅矿中。碲化物共生体边界清晰，Au、Ag在斜方碲金矿中分布不均匀，可能是非平衡状态下快速沉淀而成。将金银碲化物的矿物学数据投点到Au-Ag-Te三角图解中（图8）。可以看出，大部分矿物都不是标准的端元组分，这也说明这些金银碲化物是在非稳定、非平衡状态下快速沉淀形成，这也解释了大量碲铅矿-斜方碲金矿-自然碲共生体的形成原因。 图7 碲铅矿-斜方碲金矿-自然碲共生体元素分布图 图8 Au-Ag-Te三角图解 投点采用矿物元素的质量百分数 Au除与S结合生成可搬运的配合物外，还可能与Te、Se、Bi结合形成可搬运的配合物。尽管归来庄金矿成矿过程中存在一期石英-硫化物阶段，但这个阶段明显晚于区内的大规模金成矿作用。碲化物中的阴离子多伴有S、Br、F等元素，阳离子主要有Ag、Au、Pb等元素，这可能与富碲碱性岩浆分异过程中的沸腾作用和混合作用造成硫氢化物和硫碲化物反应所引起的Te逸度升高有关。除了具有Te逸度高的特征外，成矿岩浆/流体还表现出高Cl、F、Br等卤族元素的特征。在中、低温条件下，Te易置换S而以类质同象的形式分散于硫化物晶格中；但在高碲逸度的条件下，Te易与Au、Ag、Pb等元素结合形成大量碲化物，这是碲元素参与成矿的主要地球化学行为。初步认为，在成矿热液中Au可能与Te、S等结合生成可搬运的配合物进行运移。 4.4 成矿时代 归来庄式金矿形成与中生代燕山早期潜火山杂岩有关，但热液型金矿成矿时代一般晚于成岩时代。已有学者对铜石杂岩体主体岩石做了大量年代学工作。例如，谭东娟等（1993）、林景仟等（1996）采用角闪石40Ar/39Ar法测得石英二长闪长玢岩和二长斑岩年龄分别为189.8±0.2Ma和188.4±1.6Ma；胡华斌等（2004）测得细粒闪长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄值为175.7±3.8Ma；Lan et al.（2012）利用锆石LA-ICP-MS U-Pb法测得细粒石英二长岩的年龄为184.7±1.0Ma、斑状石英二长岩年龄为181.5±0.9Ma、中粒斑状正长岩年龄为180.1±0.7Ma、细粒斑状正长岩年龄为180.5±0.9Ma；Xu et al.（2015）测得正长岩中锆石U-Pb年龄为179.7±1.4Ma；李世勇等（2021）测得归来庄金矿床矿化闪长玢岩的锆石U-Pb年龄为181.5±1.8Ma～178.6±2.0Ma。可见，归来庄金矿田存在早侏罗世岩浆活动是毋庸置疑的。早期对于归来庄矿田成矿年龄的研究，大都是根据成岩时代及地质关系推定，或依据少量蚀变矿物萤石、方解石、黄铁矿同位素年龄数据集中于188～175Ma（燕山早期），认为归来庄金矿田的成矿作用属于中国东部早侏罗世岩浆-成矿事件。 近年来，作者团队对归来庄矿田与成矿关系密切的细粒二长（正长）斑岩脉和二长斑岩岩床开展系统深化研究，尤为重要的是发现这类岩体锆石UPb年龄均集中于127～124Ma，金矿体往往错断（归来庄金矿）或穿插侵入（卓家庄金矿）该期次二长斑岩脉或稳定赋存于该期次二长斑岩岩床顶板附近（磨坊沟金矿）；这一新数据暗示归来庄金矿田主成矿期极可能是在±125Ma的早白垩世，而非早侏罗世。但该区广泛发育的早侏罗世高钾碱性潜火山杂岩在成矿空间（主要矿体赋存于该类岩体边缘中）和同位素特征（矿石铅同位素与之具有相似特征）等方面与成矿关系非常密切。由此，经初步研究认为，早侏罗世中偏碱性岩浆岩对区域成矿作用的贡献不仅是这类岩体的侵位初步启动了该区的金成矿过程，更在于其为早白垩世的碱性岩浆活动提供了母岩或物源，而早白垩世可能是鲁西归来庄金矿田的主要成矿时期。当然，这项工作还需要系统深入地研究不同成矿阶段蚀变矿物特征，优选主成矿阶段代表性蚀变矿物进行年代学研究，方可进一步明确约束成矿过程及成矿时代。 5 鲁西与胶东金成矿差异的构造-岩浆背景 对胶东地区成矿期岩浆活动的研究表明，与金成矿时间接近的郭家岭型花岗岩和伟德山型花岗岩均为壳幔混源花岗岩类，岩浆来源于再循环的大陆地壳物质与富集岩石圈地幔的部分熔融，基性岩浆早于酸性岩浆侵位，花岗岩中来自幔源的微粒闪长质包体含量不超过15%。胶东地区金矿床中发育的中基性脉岩研究表明，类似于岛弧地球化学特征和洋岛玄武岩地球化学特征的两种基性脉岩，分别为交代地幔源区和富集地幔源区的产物。对胶东金矿的研究表明，成矿流体为壳幔混合来源，以壳源变质流体为主；也有学者认为，幔源岩浆是克拉通破坏型金矿床的主要物质/流体来源。对金成矿之前的玲珑型花岗岩的研究表明，其为陆壳重熔型花岗岩，物质来源于华北增厚下地壳的部分熔融。可见，胶东金矿成矿流体与同时代的花岗岩类均显示有幔源的印记，金成矿与以壳源为主有幔源参与的花岗岩类侵入岩有关。壳幔岩浆混合产生的热量及流体为金成矿提供了优良的热动力条件和流体来源，岩浆隆升产生的穹窿伸展构造为金成矿提供了有利的运移通道和赋存空间，地壳快速抬升降温为金质沉淀提供了适宜的物理化学条件，金在热隆-伸展构造作用下成矿。 鲁西归来庄金矿田广泛分布的铜石杂岩体恰好是壳幔混合的侵入岩，而且岩浆经历了快速的隆升降温，岩体周边发育岩浆穹窿伸展构造，具备与胶东金矿相似的热隆-伸展成矿条件。鲁西地区也发育有白垩纪侵入岩，大部分为幔源的中基性侵入岩类，如济南辉长岩、埠村闪长岩等，这些中基性岩体周边均没有金矿分布；但以壳源为主并有少量幔源参与的侵入岩周边常常有金矿化且和成矿关系密切，甚至部分金矿脉将这类岩脉切断，如卓家庄金矿床。这暗示了这类岩脉与区域金成矿作用密切，说明早白垩世这类壳幔混合、以壳源为主的侵入岩是有利于成矿的。鲁西和胶东的金矿分布共同指示了纯壳源和纯幔源侵入岩是不利于成矿的，且地幔物质的参与对山东省与岩浆岩有关的金矿形成起到重要促进作用。 Sr-Nd同位素是判别岩浆源区的重要标志，因此文中收集了以上讨论的、与金成矿相关的鲁西铜石杂岩体、早白垩世岩脉、胶东的郭家岭型花岗岩、伟德山型花岗岩和中基性脉岩的Sr-Nd同位素数据。数据显示鲁西和胶东地区的地幔性质不同，鲁西地区主要为EM1型富集地幔，胶东地区则主要为EM2型富集地幔。综上认为，鲁西与胶东金成矿的显著差异与二者的侵入岩类型不同有关。鲁西地区发育少量侏罗纪的壳幔混合源侵入岩，幔源为EM1型富集地幔；胶东地区发育大量早白垩世壳幔混合花岗岩类，幔源为EM2型富集地幔。 鲁西地区的EM1型地幔是华北克拉通古老的富集岩石圈地幔减压熔融的产物，而胶东地区的EM2型地幔为受俯冲的扬子地壳影响的改造型地幔。在侏罗纪—白垩纪时期，太平洋板块向欧亚板块俯冲，中国东部构造体制由挤压向伸展转换，引起岩石圈下部拆沉和软流圈上涌，伴随着岩石圈减薄事件，并在早白垩纪达到高峰期。胶东和鲁西地区岩浆活动和金成矿程度的差异是由太平洋板块俯冲过程中两地块构造背景不同引起的。与胶东地区相比，鲁西地区位于板内相对稳定的环境。在鲁西地区，侏罗纪时期处于岩石圈减薄的初期阶段，产生少量侏罗纪壳幔混合侵入岩，随后发生金矿化，早白垩世岩石圈强烈减薄，产生较多幔源岩浆岩；在胶东地区，侏罗纪时岩石圈的厚度较大，形成了加厚下地壳部分熔融的大规模玲珑型花岗岩，而早白垩纪岩石圈发生大范围减薄，产生大规模壳幔混合花岗岩，为金成矿提供了有利条件。综上所述，侏罗纪—白垩纪古太平洋板块的俯冲引起岩石圈减薄对先存地幔改造程度不同，是鲁西和胶东地区成岩成矿存在差异的关键因素。 6 成矿模式 鲁西地区金矿与碱性岩有关，形成于伸展环境。中生代燕山运动早期，受古太平洋伊泽奈奇(Izanagi)板块北西向俯冲挤压作用的影响，郯庐断裂发生左行扭动并派生出该区北西向、北北西向的主干断裂及次级断裂，为岩浆活动及热液的运移提供了通道。燕山运动时期，来自上地幔的含矿热液沿着断裂裂隙上升，二长-正长质岩浆分异晚期的残余岩浆，同化了上地壳中的酸性岩石（泰山岩群），并活化、吸取了其中的Au元素，使Au的丰度值明显提高。强烈的同化作用使残余岩浆极富以水为主的挥发分。因前锋岩浆的凝固，内部岩浆被屏蔽于冷凝壳内，形成局部高压封闭环境，内部压力、温度逐渐升高，当内压超过外压时，便发生剧烈的潜火山隐爆作用；强大的内能使部分隐爆产物沿构造带运移，贯入断裂构造形成隐爆侵入角砾岩。隐爆作用产生的热能加热了下渗的大气降水，大气降水与部分岩浆热液混合，并与围岩发生水岩交换作用，使矿源层中的Au、Ag等元素活化、迁移，形成富含矿质及挥发分的潜火山岩浆期后热液。当矿液充填渗滤到构造隐爆侵入角砾岩带而聚集成矿时，则形成潜火山热液隐爆角砾岩型（归来庄式）金矿床；当矿液充填渗滤到岩体上下盘的下寒武系白云质灰岩和白云岩中沉淀聚集成矿，即形成镁质碳酸盐岩微细浸染型（磨坊沟式）金矿；当矿液运移到先期形成的含铁矽卡岩接触带上沉淀聚集成矿，则形成含铁矽卡岩上叠加型金矿。 归来庄金矿田范围内金矿类型多样，具工业价值的主要有隐爆侵入角砾岩型金矿床（归来庄式）、镁质碳酸盐岩微细浸染型金矿床（磨坊沟式）；另外，有隐爆崩塌角砾岩型金矿化（宝古山式）、斑岩型金矿化（银洞沟式）及矽卡岩叠加型金矿化（十字庄式）。多种类型金矿化相伴产出，受潜火山穹隆的控制，它们生成于不同深度、不同地质构造部位，赋存于不同的地质体中，是在铜石潜火山中低温热液成矿系统中生成的金矿类型组合（图9）。 图9 归来庄金矿田成矿模式图 ①—隐爆侵入角砾岩型金矿床(归来庄式)；②—镁质碳酸盐岩微细浸染型金矿床(磨坊沟式)；③—隐爆崩塌角砾岩型金矿化(宝古山式)；④—斑岩型金矿化(银洞沟式)；⑤—矽卡岩叠加型金矿化(十字庄式) 1—侏罗系；2—奥陶系；3—寒武系；4—新太古代泰山岩群山草峪组；5—古近纪砂砾岩；6—石灰岩；7—白云岩；8—二长斑岩；9—二长闪长玢岩；10—片麻状花岗闪长岩；11—黑云角闪变粒岩；12—隐爆角砾岩；13—金矿体；14—金矿化体；15—热液运移方向；16—前寒武纪基底；17—古生代地层；18—中生代地层；19—新生代地层；20—中生代岩浆岩；21—断层 7 结论 （1）鲁西地区中生代发生了大规模的金成矿事件，在归来庄金矿田形成了隐爆角砾岩型、镁质碳酸盐岩微细浸染型、斑岩型、矽卡岩型等类型的金矿床，各类型赋存于铜石杂岩体潜火山穹隆不同深度、不同地质构造部位、不同的地质体中，构成了潜火山中—低温热液金成矿系统。 （2）成矿物质来源于壳幔相互作用过程中的岩浆-流体系统；成矿流体具有低温、低盐度特征，同位素特征具有多来源性，以岩浆水和大气降水为主，并有少量变质水的参与。 （3）该区金矿具有碲与金超常富集共存的显著特征，在成矿热液中可能是Au与Te、S结合生成可搬运的配合物进行运移；成矿热液具有高Te逸度、高卤素元素特征，Te以类质同象的形式置换S是Te元素参与Au成矿的主要地球化学行为。 （4）早侏罗世中偏碱性岩浆侵位初步启动了该区的金成矿过程，为早白垩世的碱性岩浆活动提供了母岩和成矿物质来源，早白垩世可能是鲁西归来庄金矿田的主要成矿时期。 （5）鲁西与胶东两个中生代金成矿系统相比，其形成均与壳幔混合侵入岩有关，但岩浆源区有所不同，鲁西地区主要为EM1型富集地幔，胶东地区则主要为EM2型富集地幔。侏罗纪—白垩纪太平洋板块的俯冲引起岩石圈减薄对先存地幔改造程度不同可能是鲁西和胶东地区成岩成矿存在差异的关键因素。 致谢：李四光先生努力拼搏、孜孜以求的爱国情操，为国家建设兢兢业业竭尽全力的奉献精神，处处为我们树立了光辉的榜样，谨以此文献给地质学前辈李四光先生。衷心感谢本刊特邀主编胡建民研究员和审稿专家对本文提出的宝贵意见。 -----于学峰介绍----- 于学峰，山东省地质科学研究院二级研究员、山东科技大学产业教授。2021年获得第17次李四光地质科学奖野外奖。现任山东省地质科学研究院党委书记、理事长，兼任中国地质学会理事、山东地质学会理事长、山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室主任、自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室主任。长期从事矿产资源勘查研究和管理工作。参加工作近40年来，先后主持60余项国家和省部级重大项目，累计发表论文近100篇（其中第一/通讯作者论文36篇、SCI和EI20篇），出版专著12部（第一作者专著4部），获省部级科技一等奖9项（6R1、1R2、2R3）、二等奖10项（6R1、1R2、3R5），全国十大地质找矿成果2项（1R1、1R2）、全国十大地质科技进展2项（2R1），为我国金矿深部探测和山东金、铁、煤等矿产找矿突破做出重要贡献。先后获国务院政府特殊津贴、山东省有突出贡献的中青年专家、全国优秀科技工作者、国土资源部首批科技领军人才、山东省泰山学者特聘专家、山东省智库高端人才首席专家、山东五一劳动奖章、李四光地质科学奖、全国五一劳动奖章等荣誉。 |
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