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5千吨胶东型金矿,源于热隆-伸展成矿系统

 changyz001 2023-09-08 发布于河南
-宣扬地学成果,传播勘查技术方法-
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胶东型金矿热隆-伸展成矿系统

宋明春1,2,宋英昕3,李杰1,刘洪波4,李健5,董磊磊6,贺春艳4,王润生4

1 河北省战略性关键矿产资源重点实验室,河北地质大学地球科学学院

2 自然资源部深部金矿勘查开采技术创新中心,山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队

3 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,山东省地质科学研究院

4 山东省物化探勘查院

5 山东理工大学资源与环境工程学院

6 北京科技大学土木与资源工程学院

第一作者:宋明春,博士,教授,主要从事矿产勘查、区域地质调查和相关研究
导读:

在一定的地质时空中,具有成矿功能的地质作用过程及地质构造体系可定义为成矿系统包括控制矿床形成、变化、保存的全部地质要素成矿作用过程以及所形成的矿床系列

胶东以晚中生代金矿闻名,规模世界第三。此外,还有少量铜、铅锌、钼(钨)等矿床。胶东大规模金成矿属于怎样的一个成矿系统?业内学者高度关注!
胶东是中国最大的金矿集区,已累计探明金资源量5000余吨占全国总资源量的近1/3,并且己有研究者提岀胶东金资源量将会超过10000吨(宋明春等,2021年)。
胶东地区金资源来源自哪里怎样形成的?矿床形成后又怎样在慢长的地质构造运动中被保存下来?这是一个重大科学问题,开展胶东金矿成矿系统研究有利于金矿勘查选区和找矿突破。以往研究已有丰富成果
本文为了深化认识控制矿床形成、变化和保存的地质要素成矿过程综合分析了胶东半岛晚中生代岩浆作用、构造活动和成矿特征及其构造背景,提出该区深部岩浆活动地壳快速隆升浅部变质核杂岩、张性断层、断陷盆地等伸展构造共同控制了以Au为主的矿床成矿系列及成矿演化过程,谓之热隆-伸展成矿系统。
研究认为,这一成矿系统形成于古太平洋板块俯冲后撤的后俯冲伸展环境由于软流圈上涌导致岩石圈地幔性质由富集向亏损转化,从而引起岩浆岩地球化学特征变化,地球化学元素重新调整,幔源含金流体与由重熔下地壳析出的壳源含金流体混合形成富金流体库并产生贫金花岗岩大规模岩浆活动为成矿元素的活化、迁移提供了热动力条件,上地壳伸展产生的断裂构造则为成矿元素聚集提供了良好空间。
定量研究及综合分析认为,胶东金及有色金属矿成矿时是构造岩浆活动最强烈的时期其后没有发生大规模的构造运动区域地壳的剥蚀总厚度有限,矿床仅遭受了微弱的剥蚀,矿床得到较好保存。
热隆-伸展成矿系统是中国东部晚中生代重要的成矿系统本文研究成果还可以供其它地区金矿勘查参考、借鉴。
         
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0 引言
1 区域地质背景与金矿资源
2 晚中生代岩浆热隆作用
2.1 岩浆岩的类型和形成时代
2.2 岩浆岩地球化学性质转化和构造环境变化
2.3 早白垩世岩浆快速降温、隆升
3 伸展构造系统
3.1 变质核杂岩或伸展穹窿
3.2 张性断裂
3.3 伸展断陷盆地
4 矿床成矿系列及成矿作用
4.1 成矿系列
4.2 矿床成因和保存
5 成矿系统演化
6 结论
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0  引言
晚中生代华北克拉通发生强烈破坏和巨量岩石圈减薄表现为广泛的构造运动、岩浆活动和爆发性成矿作用大量发育的变质核杂岩、同构造岩浆岩、拆离断层和地堑-半地堑盆地等被认为是区域伸展构造的表现(林伟等,2019)。岩石圈在拉伸作用下,地幔隆起、地壳上拱减薄、地壳浅部发生伸展滑脱深部地质体被拉伸至浅表部而形成的系列构造组合被称为热隆构造,如燕山晚期华南大陆持续的伸展作用,造成沿基底与盖层的界面拆离滑脱,同时产生大规模深成岩浆活动、火山喷发,及有关的热液成矿,形成了以闽西北为中心的“华南热隆”构造(宋传中等,2019)。许志琴和崔军文(1996)在研究松藩-甘孜山链、大别山及辽南地区时,发现大量地壳重熔及S型花岗岩的侵位,使冷地壳转变为热地壳,出现以上升的深熔花岗岩为中心或者古老变质杂岩重熔上隆形成的“热隆”构造,将这种在垂直主应力作用下导致的上部地壳伸展减薄称为热隆-伸展构造,并将其分为浅层次热隆-伸展构造深层次热隆-伸展构造许多变质核杂岩的形成与地壳内热点及岩浆活动有密切的联系,大量的热导致基底活化、热隆上拱和基底岩石的侧向动力变质扩展,被称为变质核杂岩的热隆-伸展模式(Zheng et al.,1988)。变质核杂岩和岩浆穹窿一般是多期岩浆活动的中心,岩浆热液活动、伸展隆起和构造剥蚀形成了高地热梯度和高热流环境,为成矿元素的活化、萃取、迁移、富集提供了良好条件加强对变质核杂岩及伸展构造或热隆-伸展构造控矿的研究不但具有重要的地学理论意义,而且具有明确的找矿指导作用。
胶东半岛是我国乃至全球重要的金成矿区。对胶东金矿的成因一直处于不断研究和发展过程中,研究者陆续提出了绿岩带型、岩浆热液型和造山型等成因认识21世纪以来,越来越多的研究者认为胶东金矿不同于经典的造山带成矿作用,也与国际上已知的其他金矿类型有明显差异(翟明国等,2004;Groves and Santosh,2016),并分别称之为胶东型金矿(翟明国等,2004;杨立强等,2014;Li et al.,2015;宋明春等,2015a;Deng and Wang,2016)和克拉通破坏型金矿(Zhu et al.,2015)。本文综合研究认为胶东半岛晚中生代深部的岩浆活动、地壳快速隆升,与浅部的变质核杂岩、张性断层、断陷盆地等伸展构造响应控制了以金为主的矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程,以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体,是一个具有成矿功能的自然体系(翟裕生等,1999),称之为热隆-伸展成矿系统。以往对胶东金矿的成因研究虽然取得了重要进展,并实现了重大找矿突破,但对金与有色金属成矿的关系、早前寒武纪变质基底及中生代岩浆活动对金成矿的贡献、壳幔相互作用及成矿的动力学过程等仍未理清。本文系统归纳了胶东半岛晚中生代岩浆热隆作用、伸展构造、矿床成矿系列及成矿作用,阐明了成矿物质和流体来源,提出了胶东型金矿热隆-伸展成矿系统演化过程和模式讨论了成矿系统的深部控制机制。期望为我国的热隆-伸展构造区找矿提供有益启示。
1  区域地质背景与金矿资源
胶东半岛由华北克拉通东南缘的胶北地体、大别-苏鲁造山带东段的威海地体和叠覆于二者之上的胶莱盆地3个构造单元组成。地质单元主要由老、新二部分组成,老地质单元为前寒武纪变质侵入岩和变质地层,新地质单元主要为中生代花岗岩类、陆相火山-沉积地层和少量新生代陆相沉积地层及火山岩(图1)。
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图1 胶东区域地质和晚中生代金及有色金属矿床分布图(据宋明春等,2015b)

 SSF-三山岛断裂;JJF-焦家断裂;ZPF-招平断裂;TCF-桃村断裂;GCF-郭城断裂;ZWF-朱吴断裂;HYF-海阳断裂;JNF-金牛山断裂;MSF-米山断裂;JXBMD-胶西北成矿小区;QPFMD-栖蓬福成矿小区;MRMD-牟乳成矿小区

胶北地体的变质基底岩系主要为中-新太古代花岗-绿岩带元古宙变质地层;前者主要包括中-新太古代唐家庄岩群、胶东岩群、十八盘片麻岩套、栖霞片麻岩套、谭格庄片麻岩套和基性-超基性侵入岩,花岗质片麻岩套是胶北地体的主要组成物质,由英云闪长质、奥长花岗质和花岗闪长质(TTG)片麻岩组成;后者主要包括古元古代荆山群和粉子山群,有少量中元古代芝罘群和新元古代蓬莱群。
威海地体主要由新元古代花岗质片麻岩组成,零星分布少量古元古代变质地层和中元古代基性-超基性侵入岩。新元古代花岗质片麻岩以荣成片麻岩套为主,少量铁山片麻岩套,主要为二长花岗质片麻岩。这些地质体普遍遭受了三叠纪超高压变质作用,以榴辉岩的广泛发育为标志。
胶东半岛中生代岩浆活动强烈,包括花岗岩类侵入岩、中基性-酸性脉岩和火山岩花岗岩类侵入于胶北地体和威海地体的变质基底中,除在威海的石岛一带有少量晚三叠世钾质花岗岩外,主要侵入岩包括侏罗纪花岗岩类(玲珑型花岗岩、文登型花岗岩和垛崮山型花岗闪长岩)和早白垩世花岗类(郭家岭型花岗闪长岩、柳林庄型闪长岩、伟德山型花岗岩、崂山型花岗岩和雨山型花岗斑岩)。中基性-酸性脉岩主要有煌斑岩脉、闪长玢岩脉、二长岩脉和花岗斑岩脉等,脉岩形成于侏罗-白垩纪,且以早白垩世脉岩为主。
胶莱盆地由白垩纪陆相火山-沉积岩系组成,下部为早白垩世莱阳群山麓洪积相、河流相、湖泊相砂岩、泥岩和砾岩等碎屑岩沉积;中部以早白垩世青山群中基性-酸性火山岩建造为主,夹有少量沉积岩;顶部为晚白垩世王氏群河湖相红色砂岩、泥岩和砾岩等碎屑岩系。
胶东半岛的断裂构造以NE-NNE走向为主,其次为近EW-NEE走向金矿床主要受NE-NNE向断裂控制,牟平-即墨断裂带切割了胶北地体与威海地体的结合带。
胶东半岛已探明金资源储量近6000余吨,探明中型以上金矿床100余处,金矿床集中分布于胶西北(莱州-招远,JXBMD)、栖蓬福(栖霞-蓬莱-福山,QPFMD)和牟乳(牟平-乳山,MRMD)3个成矿小区。近年来的深部找矿新探明莱州三山岛北部海域、莱州三山岛西岭-新立、莱州纱岭和招远水旺庄等4个金资源量各超过200t的超大型金矿床形成了以三山岛、焦家和玲珑为代表的3个千吨级金矿田(宋明春等,2022a)研究发现,三山岛和焦家地区的以往被认为独立分布的多个浅部金矿床向深部连为一体,二者累计探明资源储量均超过1000t,是我国仅有的2个千吨级超巨型金矿床(宋明春等,2019)。
2  晚中生代岩浆热隆作用
2.1 岩浆岩的类型和形成时代
胶东半岛晚中生代发生了大规模岩浆活动,岩浆岩出露总面积占胶东陆域面积的1/3以上,岩浆岩类型包括侵入岩、脉岩和火山岩。侵入岩以酸性的花岗岩类为主,少量中性的闪长岩。近十几年,研究者对晚中生代侵入岩进行了大量高精度同位素年龄测试(图2),LA-ICP-MS、SIMS和SHRIMP锆石U-Pb年龄测试结果如:玲珑型花岗岩为163~149Ma (Yang et al.,2012;王斌等,2021),郭家岭型花岗闪长岩为133~125Ma (Yang et al.,2012;Jiang et al.,2016;Feng et al.,2020a;王斌等,2021),柳林庄型闪长岩为122~118Ma(宋明春等,2020),伟德山型花岗岩为125~111Ma (Goss et al.,2010;Tang et al.,2014;Song et al.,2020;王斌等,2021),崂山型花岗岩为125~109Ma (Goss et al.,2010;Yan et al.,2019;王斌等,2021)。采用这些数据制作同位素年龄相对分布频数图(图2),图中出现3个年龄峰值,三者分别指示了玲珑型花岗岩、郭家岭型花岗闪长岩和伟德山型+崂山型花岗岩的形成时代
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图2 胶东晚中生代岩浆活动年龄图谱

年龄数据参考文献同正文

胶东半岛广泛分布基性、中性和酸性脉岩在金矿床中常见煌斑岩、闪长玢岩等中基性脉岩。岩脉宽一般数米至数百米,长百余米至数千米,走向NE 至NS。脉岩多与晚中生代侵入岩相伴产出,分布于侵入岩内及附近围岩中。根据脉岩的空间分布,将其划分为玲珑-招风顶、巨山-龙门口和崂山-大珠山三大脉岩带。前者主要分布于胶北地体的玲珑岩体中;中者在胶东半岛广泛分布,主要分布于伟德山型花岗岩和郭家岭型花岗闪长岩中及附近区域;后者主要分布于苏鲁超高压变质带与胶莱盆地接合部位附近,与崂山型花岗岩相伴分布。对脉岩进行同位素年龄测试,获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为130~108Ma,SHRIMP锆石U-Pb年龄为124.9~112.2±0.7Ma,SIMS 锆石U-Pb年龄为120~117.7Ma,大部分年龄介于125.6~112.2Ma (Ma et al.,2014a;Li et al.,2016;Long et al.,2017;Feng et al.,2020a;Liu et al.,2020;王斌等,2021)。
胶东半岛含火山岩的地层有早白垩世莱阳群、青山群和晚白垩世王氏群,其中青山群主要由火山岩系组成,莱阳群和王氏群中火山岩呈夹层出现。莱阳群中火山岩的同位素年龄为129.7±1.7Ma、129.4±2.3Ma和131±2Ma(张岳桥等,2008),青山群火山岩的同位素年龄为123.6±0.8~98.0±1.0Ma (Ling et al.,2007;张岳桥等,2008;Liu et al.,2009a),王氏群玄武岩的同位素年龄为73.2±0.3Ma (Yan et al.,2003)。
2.2 岩浆岩地球化学性质转化和构造环境变化
从侏罗-白垩纪,胶东地区花岗岩类地球化学特征发生显著变化(Song et al.,2020;王斌等,2021),岩石化学成分从高钾钙碱性岩系列变为橄榄安粗岩系列(图3a)由过铝质变为偏铝质。微量元素组成从高Ba、Sr变为低Ba、Sr(图3b),从高Sr低Y演化为低Sr高Y(图3c)。在Sr/Y-Y图解中(图3c),玲珑型花岗岩和郭家岭型花岗闪长岩主要投点于埃达克岩区,而伟德山型和崂山型花岗岩投点于埃达克岩与典型岛弧岩石重叠区域脉岩类主要投点于典型岛弧岩石区岩浆岩活动背景由埃达克型向岛弧型演化。稀土元素由正Eu异常转化为负Eu异常(图3d)。晚侏罗世玲珑型花岗岩为壳源重熔的S型花岗岩类;而早白垩世花岗岩类为I型和A型,并且普遍发育火成微粒闪长质包体,具有明显的壳、幔岩浆混合作用特点(Song et al.,2020;王斌等,2021)。晚中生代岩浆岩的构造环境和源区性质也发生了明显的变化:在R1-R2图解中(图4a),玲珑型花岗岩主要投点于同碰撞期区域,郭家岭型花岗闪长岩主要投点于板块碰撞后的抬升区域,伟德山型花岗岩主要投点于造山晚期的区域,崂山型花岗岩的投点则主要沿非造山的边界线分布,指示岩浆活动的构造环境经历了从挤压向伸展的转化;花岗岩类由埃达克型向岛弧型演化的特征,则指示了下地壳由加厚向减薄转化;在Rb-(Yb+Ta)图解中(图4b),各类花岗岩均主要投点于火山弧花岗岩区域,在Th-Ta图解中均投点于活动大陆边缘区(图4c),指示岩浆活动发生于陆缘火山弧环境;中新生代岩浆岩的εNd(t)特征显示(图4d),晚三叠世-早白垩世岩浆岩具有富集地幔来源特征,而晚白垩世以来则转化为亏损地幔源区。
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图3 胶东晚中生代岩浆岩地球化学成分演化图解

数据来源:(a)据宋明春等,2009,2015a,2018;Yang et al.,2012;(b)据Goss et al.,2010;Yang et al.,2012;Li et al.,2023;(c)据Goss et al.,2010;Yang et al.,2012;Ma et al.,2014a,b;(d)据王来明等,2023

         
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图4 岩浆岩构造环境判别图解

数据来源:(a)据宋明春等,2009;(b、c)据王斌等,2021;王来明等,2023;(d)据Yang et al.,2021;王来明等,2023

中基性脉岩是指示成岩构造环境和地幔性质的重要标志在胶东郭城、大尹格庄和玲珑金矿区中产出的基性脉岩,具有大陆弧钙碱性玄武岩地球化学特征(孙景贵等,2000;谭俊等,2006),指示岩浆活动发生于陆弧构造环境(图5a)。脉岩的地球化学特征具有来源于富集地幔岩浆源区的特点,并可能受到了洋壳板块俯冲的改造(Ma et al.,2014a;Liang et al.,2020)。在焦家金矿床中,发现了低Ti(TiO2 <1.1%,Ti/Y<270)和高Ti(TiO2>2%,Ti/Y>370)二种煌斑岩,低Ti煌斑岩具有俯冲作用地球化学特征,源于交代改造的古老富集岩石圈地幔的部分熔融;高Ti煌斑岩具有洋岛玄武岩地球化学特征,可能源于对流岩石圈地幔的部分熔融。低Ti和高Ti煌斑岩的同位素年龄均在121Ma左右,指示由岩石圈源区快速转变为软流圈源区(Ma et al.,2014a)。在三山岛金矿床中,成矿前基性脉岩显示了岛弧地球化学特征,指示岩浆源区为交代地幔;成矿期的基性脉岩具有了洋岛玄武岩地球化学特征(Deng et al.,2019)。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解中,胶东半岛的二种基性脉岩分别投点于岩石圈地幔源区和软流圈地幔源区(图5b)。
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图5 胶东半岛脉岩的Ce/P2O5-Zr/TiO2判别图解(a)和εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(b)

数据来源:(a)据孙景贵等,2000;谭俊等,2006;(b)据Li et al.,2016;Liu et al.,2009b,2020;Ma et al.,2014b;Cai et al.,2015;Deng et al.,2017

胶东和鲁西中生代盆地中的早白垩世玄武岩具有岛弧玄武岩的地球化学特征,而晚白垩世玄武岩具有洋岛玄武岩的地球化学特征。与上述基性脉岩的形成环境演化具有相似性,反映了不同的与俯冲有关的壳幔相互作用早白垩世岛弧型玄武岩导源于橄榄岩地幔楔与来自于三叠纪大陆碰撞事件中俯冲大陆地壳的酸性熔浆的交代作用形成的富集地幔源区晚白垩世洋岛型玄武岩导源于橄榄岩地幔楔与来自于古太平洋俯冲洋壳酸性熔浆交代作用形成的亏损地幔源区(Dai et al.,2019)。青山群火山岩总体为高钾钙碱系列,碱度率较低(315件样品的AR值为1.99~4.36,平均为2.45)(宋明春等,2009),具有活动大陆边缘型火山岩地球化学特征。根据火山岩全岩与单斜辉石单矿物具有一致的Sr、Nd、Pb同位素组成,指示其可能起源于俯冲陆壳在地幔源区发生混染和交代作用所形成的富集地幔的部分熔融体(邱检生等,2005)。王氏群玄武岩属高钛碱性玄武岩系列,显示了大陆板内玄武岩特征,其87Sr/86Sr值为0.7035~0.7038、εNd(t)=+7.08~+7.55,反映了岩浆来源于亏损的地幔源区,是由软流圈和新生岩石圈地幔分别部分熔融产生的熔体混合而成(闫峻等,2005)。
总体分析,白垩纪岩浆岩地球化学特征指示其具有大陆拉张环境岩浆岩特点,由晚侏罗世和早白垩世至晚白垩世,岩石圈地幔性质由富集岩石圈地幔转变成亏损岩石圈地幔。
2.3 早白垩世岩浆快速降温、隆升
胶东半岛的晚中生代侵入岩中发育较多的锆石和磷灰石等副矿物,由于磷灰石U-Th-Pb同位素封闭温度比锆石相对低,对二者进行同位素定年可分别提供岩浆活动相对低温阶段和相对高温阶段的年龄信息从而计算其在某一年龄段的降温速率,分析岩浆隆升的相对快慢。玲珑型花岗岩样品的锆石和磷灰石U-Pb年龄分别为157.9Ma和136.1Ma,计算的降温速率为11.9℃/Myr郭家岭型花岗闪长岩样品的锆石和磷灰石U-Pb年龄分别为132.9Ma和125.9Ma,平均降温速率为35.8 ℃/ Myr伟德山型花岗岩样品的锆石和磷灰石U-Pb年龄分别为121.3Ma和111.7Ma,平均降温速率为29.2℃/Myr柳林庄型闪长岩样品的锆石和磷灰石U-Pb年龄分别为120.1Ma和117.6Ma,平均降温速率为156.5℃/Myr (宋明春等,2023)。可见,157.9~136.1Ma间降温速率较慢132.9~111.7Ma降温速率明显加快,达前一阶段的2倍以上。这说明,玲珑型花岗岩形成和冷却时期处于较缓慢的隆升过程而郭家岭型、伟德山型花岗岩形成和冷却时发生了快速的隆升作用,尤其是柳林庄型闪长岩是在强烈的隆升过程中定位的(图6)。
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图6 胶东晚中生代花岗岩类冷却路径

数据来源:锆石和磷灰石LA-ICPMS U-Pb年龄据宋明春等,2023;角闪石、白云母和黑云母Ar-Ar年龄据Charles et al.,2013

Charles et al.(2013)通过对花岗岩中角闪石、黑云母、白云母的Ar-Ar同位素年龄测试,结合锆石U-Pb同位素年龄值估算,玲珑变质核杂岩从约160~150Ma花岗岩侵位,到约128Ma拆离断层脆性变形,延续时间超过25Myr,经历了较缓慢的降温过程(约18°C/Myr);郭家岭型花岗闪长岩从130~126Ma就位,到大约124Ma冷却至~350°C以下,冷却速率为100°C/Myr量级;形成于122~118Ma的伟德山型花岗岩,极快地冷却,于118Ma降温至约350±50°C。与前述根据锆石和磷灰石年龄数据指示了一致的侏罗纪花岗岩较慢速冷却而早白垩世花岗岩快速冷却过程。
前人对胶东晚中生代花岗岩体的侵位深度和剥蚀程度进行了研究。采用绿帘石压力计,估算侏罗纪垛崮顶和昆嵛山花岗岩体的固结压力为0.3~0.4GPa,得出岩体侵位深度为10~15km(张华锋等,2006a);采用角闪石全铝压力计,计算早白垩世郭家岭岩体的侵位深度为13.0±1.6km(豆敬兆等,2015),计算早白垩世艾山、海阳、牙山、三佛山、伟德山等岩体的侵位深度小于3.5km(张华锋等,2006a)。野外观察发现,伟德山型花岗岩的艾山岩体侵入玲珑型花岗岩和郭家岭型花岗闪长岩,三佛山岩体侵入玲珑型花岗岩综合说明,原始侵位深度大于10km的玲珑型花岗岩和郭家岭型花岗闪长岩在伟德山型花岗岩侵位时,已抬升至约3.5km的较浅部玲珑型花岗岩在140~110Ma 的30Myr间,隆升幅度约7km郭家岭岩体在约10Myr内隆升量达10km左右(豆敬兆等,2015)。而110Ma前至今地壳隆升量最大4km可见,胶东半岛在侏罗-白垩纪大规模岩浆活动的同时发生了强烈的地壳隆升事件。
伸展构造系统
胶东半岛晚中生代变质核杂岩、拆离断层、张性断层、断陷盆地、岩浆作用等非常发育,指示了强烈的伸展构造环境,构成了伸展构造系统(林伟等,2013;宋明春等,2018),有研究者称之为胶东宽裂谷(Charles et al.,2013)。
3.1 变质核杂岩或伸展穹窿
胶东半岛的变质核杂岩主要有玲珑、鹊山和五莲3处,它们的核部主体均由晚中生代花岗岩类组成外围以拆离断层为界被早前寒武纪变质岩系或中生代地层环绕赋存大量金矿床的玲珑变质核杂岩倍受研究者关注,该变质核杂岩的核部主要为侏罗纪玲珑花岗岩基,零星分布有白垩纪郭家岭型花岗闪长岩和伟德山型花岗岩,玲珑岩基的东、西两侧分别被招平和焦家拆离断层限制,断层上盘由早前寒武纪栖霞片麻岩套和胶东岩群、荆山群、粉子山群变质地层组成;岩基南、北两端分别被平度-门村和黄山馆断裂破坏,断裂上盘分布中-新生代沉积地层。玲珑岩基地表呈NE向延伸的椭圆状,重力反演指示其为南厚北薄的席状岩基,最大厚度10km左右。虽然有研究者不认同玲珑变质核杂岩,提出玲珑岩基的隆升机制属于伸展穹窿,但大家普遍认为玲珑岩基是在早白垩世NW-SE向伸展作用下被剥露出来的(林伟等,2019)。
焦家断裂和招平断裂被认为是玲珑变质核杂岩的主拆离断层,它们也是胶东最重要的金矿赋矿断裂。受断裂控制的金矿体有二种产状类型即平行于主断面的较缓倾角主矿体与主断面斜交的较陡倾角次要矿体,二种金矿体的产状分别代表了主控矿断裂及其下盘次级断裂、裂隙的产状。通过对金矿体产状的统计分析,可以确定赋矿断裂的应力状态。其中,根据三山岛超巨型金矿床和焦家超巨型金矿床的主要金矿体产状,进行赤平投影,获得三山岛和焦家断裂之间最大主应力σ1倾角为82°(图7b);根据焦家超巨型金矿床和台上-水旺庄巨型金矿床的主要金矿体产状,获得焦家和招平断裂之间最大主应力σ1倾角为78°(图7c)。二者均指示了近垂向的主应力状态。对于焦家断裂,根据焦家矿区和望儿山矿区金矿体产状获得最大主应力σ1倾角为78°(图7d),根据焦家矿区和河西矿区金矿体产状获得最大主应力σ1倾角为81°(图7e),根据焦家矿区Ⅰ号主矿体及Ⅲ号矿体群产状获得最大主应力σ1倾角为67°(图7f),三者显示了较相似的应力状态最大主应力均为高角度状态。对于招平断裂北段的玲珑金矿田,根据水旺庄、栾家河、岭南、阜山、东风171脉矿区蚀变岩型金矿体的产状和玲珑矿区石英脉型金矿体产状,确定最大主应力σ1倾角为69°(图7g),也为高角度主应力。通过对多个矿区矿体及控矿断裂应力状态的分析,一致地指示了垂向隆升是控制玲珑变质核杂岩拆离断层形成及相关金矿体产状主导应力状态。

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图7 胶西北地区地质图(a)和构造应力场分析图(b-g)(据宋明春等,2022b)

F1-三山岛断裂;F2-焦家断裂;F3-招平断裂.1-第四系;2-白垩系;3-早前寒武纪变质岩系;4-白垩纪崂山型花岗岩;5-白垩纪伟德山型花岗岩;6-白垩纪郭家岭型花岗闪长岩;7-侏罗纪栾家河型花岗岩体;8-侏罗纪玲珑型花岗岩;9-整合/不整合地质界限;10-断裂/主要控矿断裂;11-浅部大/中小型金矿床;12-深部大/中小型金矿床

综合分析认为,玲珑岩基在晚侏罗世侵位后缓慢隆升,早白垩世时,在区域伸展背景下,由于郭家岭型和伟德山型花岗岩的强烈岩浆热隆,地壳发生快速隆升,玲珑岩基被抬升至地壳浅部。在早白垩世壳幔混合花岗岩强烈隆升和幔源基性脉岩上侵的同时,在其上部和外围产生了拆离断层及相关的张性断层系统它们共同构成了热隆-伸展构造系统(图8)。

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图8 玲珑热隆-伸展构造系统

3.2 张性断裂
胶东半岛断裂构造发育,主要为NE、NNE走向断裂,少量近南北、近东西和NW走向者,断裂组合样式呈现以沂沭断裂(郯庐断裂的山东段)为骨干,向NE撒开、向SW收敛的似帚状构造。张性断裂主要有走滑断裂、控盆正断层、拆离断层、高角度正断层等
走滑断裂是控制胶东晚中生代以来构造格架的断裂,也是区内规模最大的断裂,主要断裂有沂沭断裂和牟即断裂,二者均具有显著的左行走滑特征,分别控制了胶莱盆地的西、东边界。从郯庐断裂错断三叠纪大别-苏鲁造山带和古生代山东蒙阴与辽宁瓦房店金伯利岩带分析,断裂的左行错移距离分别达550km左右和740km(张岳桥等,2008;梁光河,2018)。位于山东省的沂沭断裂带显示了拉张裂谷性质,该断裂带由4条近平行的断裂组成,总宽度约20~60km。4条断裂所控制的地质体构成“二堑夹一垒”格局,核部为由新太古代花岗-绿岩带和古生代海相沉积地层组成的地垒区,二侧为由早白垩世火山沉积岩系组成的地堑区(图9)。牟即断裂也由4条主干断裂组成,总宽度40~50km,累计左行错移地质体总距离近万米。断裂带内早白垩世莱阳群沉积厚度达6000余米(宋明春等,2009),是胶莱盆地沉积沉降最大的区域之一指示了强烈的裂陷特征。

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图9 沂沭断裂带结构剖面图

1-早白垩世砂岩;2-早白垩世火山岩;3-早白垩世正长斑岩;4-寒武纪灰岩;5-新太古代花岗质片麻岩;6-断裂及编号

胶莱盆地南侧的五莲-青岛断裂及臧家庄盆地北侧的西林断裂、俚岛盆地西侧的俚岛断裂等都是控制盆地沉降的正断层。五莲-青岛断裂呈NEE走向,长度近100km,其下盘为苏鲁超高压变质带变质岩系,上盘为白垩纪沉积地层,断裂位于变质基底岩系与中生代盆地之间,断面向盆地方向倾斜,断裂控制了盆地的生成与演化,为盆地边界正断层。
玲珑变质核杂岩东、西两侧的焦家断裂和招平断裂及鹊山变质核杂岩南侧的鹊山断裂均被认为是拆离断层在胶东半岛施工的深部金矿找矿钻探工程揭示,控矿的招平和焦家断裂均具有浅陡、深缓的铲式断裂特征,而且呈现陡、缓相间的阶梯状变化规律(Song et al.,2012)。如在玲珑金矿田东风矿区,由120勘探线剖面揭露的破头青断裂(招平断裂北段),从地表至-500m深度段断裂倾角较陡,约42°;在-500~-1000m深度,断裂倾角逐渐变缓为约20°;至-1000~-1250m深度,断裂倾角增陡为约38°;-1250m深度以下,断裂倾角再变缓为大约28°。可见,由浅至深断裂呈陡、缓交替的阶梯状展布
位于胶东半岛东部的金牛山断裂带由大致平行且近等间距排列的5条断裂组成,断裂带纵贯半岛南北,长约60km,宽约30km,相邻断裂间距约2~4km。断裂构造岩主要为碎裂岩和角砾岩,有较多煌斑岩、石英脉等脉岩贯入到断裂带中,断裂性质为张性。断裂倾角60°~85°,在钻探工程控制的约2000m深度范围内,断裂倾角一直很陡沿该断裂带已经探明若干石英脉型金矿床,构成著名的金牛山金矿带(或称牟乳成矿带)。
穿越胶北隆起和胶莱盆地的重、磁、MT综合物探剖面(图1),揭示了断裂构造的深部特征,剖面东段胶莱盆地及下伏基底中有较多陡倾角断裂,而剖面西段的基底隆起区则发育缓倾角铲式断层(图10)。         

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图10 穿越胶北隆起和胶莱盆地的地球物理剖面及推断解释(据贺春艳等,2022)

(a)重力拟合曲线;(b)磁场拟合曲线;(c)MT测量视电阻率剖面;(d)推断解释地质剖面,图中的数字为模拟密度赋值

3.3 伸展断陷盆地
胶东半岛最大的中生代盆地为胶莱盆地,此外,还有臧家庄盆地、龙口盆地、桃村盆地、俚岛盆地、莒南盆地、中楼盆地、临沭盆地等规模不大的小盆地,其规模仅数十平方千米,叠覆于基底隆起区之上盆地的边界受正断层控制,为伸展断陷盆地。胶莱盆地西边界受控于郯庐断裂,东缘被牟即断裂切割,南侧受五莲-青岛断裂限制,北边缘的局部断续分布有门村-平度断裂和金刚口断裂。盆地的东、西侧断裂为走滑断裂,南、北边界为正断层,属走滑拉分盆地盆地经历了多阶段、不同构造热体制的伸展演化过程,包括3个主要演化阶段,莱阳期断陷盆地、青山期裂谷盆地和王氏期坳陷盆地,为伸展型叠合盆地。
根据地表地质及钻探资料综合分析,建立的胶莱盆地岩石地层格架(图11)看出,胶莱盆地的沉降中心在莱阳一带,地层厚度大、地层单位多,发育完整的湖泊演化序列(图11a)。东部乳山一带为古隆起,处于盆地边缘,西部早期的古隆起到后期随盆地规模扩大和沉降中心迁移也进入盆地范围。盆地中部自北而南的断面(图11b)则反映在高密以南存在另一沉降中心,该沉降中心范围较大、沉降速率较小,湖泊演化序列不完整,以发育河流冲积扇为特征。白垩纪时胶莱盆地内有多个凹陷和凸起,指示了强烈的伸展构造过程热隆-伸展-滑脱作用是导致胶莱盆地古地形与沉积格架的直接原因(周瑶琪等,2018)。

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图11 胶莱盆地白垩纪岩石地层格架
4  矿床成矿系列及成矿作用
4.1 成矿系列
胶东晚中生代以金矿闻名,在胶东东部地区分布少量铜、铅锌、钼(钨)等矿床。按照有用矿种组合,将矿床类型分为单金矿床金多金属矿床和有色金属矿床
单金矿床以Au为主,一般有伴生的Ag,含有少量Cu、Pb、Zn(多不具开发利用价值),目前胶东已探明中型以上金矿床100余处。金多金属矿床是Au与Cu、Pb、Zn等共、伴生的矿床,Au与多种金属矿产综合勘查、综合开发,这类矿床的数量较少,典型矿床有五莲七宝山铜金矿和威海大邓格金多金属矿床有色金属矿床主要包括铜矿床、铅锌矿床和钼(钨)矿床,已探明小型及以上矿产地10余处,典型矿床如福山王家庄似层状热液充填交代型铜矿床,栖霞香夼矽卡岩型铅锌铜矿床,栖霞尚家庄斑岩型钼矿床。
胶东晚中生代金属矿床成矿之时恰是大规模岩浆活动之期。金成矿与中生代岩浆活动密切相关(杨立强等,2014;Li et al.,2015),矿床主要赋存于侏罗纪玲珑型花岗岩和白垩纪郭家岭型花岗闪长岩中而白垩纪伟德山型花岗岩及大量中基性脉岩与金成矿时间一致(Song et al.,2020)。有色金属矿则主要是与伟德山型花岗岩有关的斑岩型、矽卡岩型和热液脉型矿床(Song et al.,2017;戴广凯等,2021)。与成矿时间接近的郭家岭型花岗闪长岩和伟德山型花岗岩均是壳幔混合源花岗岩类(Goss et al.,2010;Song et al.,2020),基性脉岩和青山群玄武岩均是幔源岩浆岩,并且胶东半岛还发现有形成于122.3~118.3Ma的幔源分异的柳林庄高镁闪长岩(宋明春等,2020)。这说明,早白垩世时胶东半岛发生了强烈的壳幔混合作用单金矿床、金多金属矿床和有色金属矿床是与壳幔混合岩浆活动有密切成因联系的矿床成矿系列。
根据矿化类型、矿床时空分布、矿床(物)共生组合特征及主要成矿因素,将胶东主要形成于早白垩世与燕山晚期大规模岩浆活动有关的单金矿床、金多金属矿床和有色金属矿床划归为早白垩世胶东型金矿成矿系列或早白垩世与燕山晚期岩浆活动有关的Au(Ag)、Cu、Pb、Zn、Mo矿床成矿系列,其下包括早白垩世中期(125~115Ma)的Au(Ag)成矿亚系列和早白垩世中晚期(118~110Ma)的Cu、Pb、Zn、Mo成矿亚系列(表1)。
表1 胶东型金矿成矿系列划分表

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早白垩世中期(125~115Ma) Au(Ag)成矿亚系列为胶东型金矿成矿系列主成矿期的主要矿床组合,胶东的单金矿床属于这一成矿系列。金矿床中常伴生有可供综合利用的银,个别有独立的银矿床,如招远十里堡银矿床。金矿床类型主要是破碎带蚀变岩型和石英脉型,二者累计资源储量占胶东金资源总量的94%以上。此外,还有破碎带石英网脉带型、硫化物石英脉型、蚀变砾岩型、盆缘断裂角砾岩型、层间滑动构造带型黄铁矿碳酸盐脉型等金矿化类型金矿床的主要赋矿地质体(赋矿围岩)是侏罗纪玲珑型花岗岩,其次为白垩纪郭家岭型花岗闪长岩和新太古代-古元古代变质岩系,少量金矿床赋存于早白垩世莱阳群的底部金矿床主要产于NNE-近SN走向的断裂中,主要控矿断裂有:三山岛断裂、焦家断裂、招平断裂、西林断裂、陡崖断裂和金牛山断裂。
早白垩世晚期(118~110Ma) Cu-Pb-Zn-Mo成矿亚系列为胶东型金矿成矿系列后期的次要矿床组合,金多金属矿床和有色金属矿床属于这一成矿系列。矿床类型主要有热液充填脉型银铅锌矿、斑岩型铜钼矿(钨)、接触交代型铅锌铜矿、似层状热液充填交代型铜矿、破碎带蚀变岩型金及多金属矿、隐爆角砾岩型金铜矿等。矿床主要产于伟德山型花岗岩类的内部或周边,如尚家庄钼矿赋存于牙山岩体中的节理裂隙中,同家庄银矿和夼北铜矿分别产于伟德山岩体内部和边缘,七宝山金铜矿和敞沟-杏山峪银铅锌矿产于七宝山潜火山杂岩体中。
4.2 矿床成因和保存
成矿物质和流体来源是成矿系统的关键组成要素。胶东半岛有色金属矿床中指示成矿物质和流体来源的稳定同位素数值与金矿床一致暗示了二者密切的成因联系。对胶东29个金矿床的856个硫同位素值统计表明,δ34S 值范围为-14.0‰~15.1‰,主要集中在6.0‰~10.0‰之间(李杰等,2022),不同于典型的岩浆硫和变质硫,而与新太古代胶东变质杂岩(包括胶东岩群和TTG岩系)、古元古代荆山群和粉子山群、侏罗纪-白垩纪花岗岩类等赋矿围岩的δ34S 值大范围重叠指示硫源主要继承了赋矿围岩的硫同位素特征。并且金矿床的δ34S值范围大于围岩,指示S的源区不是单一的。与金矿相比,钼矿、铅锌铜矿δ34S值较低且变化不大,如栖霞香夼铅锌铜矿硫化物δ34S 值为-1.1‰~4.9‰,栖霞尚家庄钼矿δ34S 值为4.5‰,福山王家庄铜铅锌矿δ34S 值为5.9‰~6.6‰(戴广凯等,2021),显示了岩浆硫特征,暗示有较多地幔物质参与。金矿石铅同位素组成主体相对均一,206Pb/204Pb值为16.476~17.863,207Pb/204Pb 值为15.211~15.529,208Pb/204Pb值为36.797~38.029(宋明春等,2022a),在构造环境判别图解中,投点于下地壳范围内(图12a)或下地壳与地幔演化线之间(图12b),并且数据点排列斜切下地壳、地幔和造山带源区增长曲线(图12a)。说明金矿中铅的来源是以下地壳源区为主,地幔源和造山带源不等量混合的结果;尚家庄钼矿和大邓格多金属矿Pb 同位素组成与金矿总体相似,但206Pb/204Pb、208Pb/204Pb 值略偏低(图12)。Re-Os 同位素体系可以示踪成矿物质来源,尚家庄钼矿床辉钼矿中Re 含量为17.74×10-6~23.72×10-6,平均20.21×10-6(宋明春等,2015b),指示成矿物质为壳、幔混合来源。总之,胶东金及有色金属矿床的成矿物质均具有壳、幔混合来源特征。
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图12 胶东金成矿系统矿石构造环境判别图

数据来源:张良等,2014;Song et al.,2021;Tan et al.,2015;宋明春等,2015b;Yang et al.,2017;薛建玲等,2019;Li et al.,2020;Tian et al.,2020

胶东金矿床成矿流体的氢氧同位素组成范围较宽泛δD值范围-111.0‰~-53.5‰,δ18O值-9.7‰~16.7‰,投点于氢氧同位素组成图的变质水和原生岩浆水区的左下方,并偏向于大气降水方向(杨立强等,2014;Deng and Wang,2016),表明成矿流体具有混合来源特征许多研究者认为,主成矿期以岩浆水为主,成矿晚期有大气水加入(Li et al.,2015;薛建玲等,2019;Feng et al.,2020b);也有人认为,变质水可能是成矿流体的主要来源,并可能混入了岩浆水和大气水(杨立强等,2014;Chai et al.,2017;Yang et al.,2017;Guo et al.,2020)。相比而言,胶东有色金属矿的氢氧同位素组成变化不大,福山邢家山钼(钨)矿和栖霞香夼铅锌矿矿石中石英流体包裹体的δD值为-77.0‰~-55.6‰,δ18O值为5.8‰~13.6‰(王奎峰,2008;薛玉山等,2014),位于金矿床氢氧同位素组成范围内,且具有岩浆流体特征。新立、望儿山、大尹格庄、辽上、金青顶金矿碳酸盐矿物的δ13CPDB值为-6.7‰~-2.2‰,δ18OSMOW 值为7.8‰~12.1‰(宋明春等,2022a),与火成岩/岩浆系统(-30‰~-3‰)和地幔(-7‰~-5‰)碳储库的δ13C值非常接近。投点于碳酸盐矿物δ18O -δ13C图解中,少量数据点在地幔多相体系内,大多数数据点在地幔多相体系和原始碳酸盐区右上角花岗岩区内外(杨立强等,2014;Deng and Wang,2016)。指示成矿流体与壳、幔混合源或深源流体有关(Zhu et al.,2015;Deng et al.,2020a)。金矿床中黄铁矿流体包裹体的He同位素值,投点于地幔He与地壳He之间(图13),指示成矿流体不具单一来源特征,应是地壳和地幔的混合流体有较多的幔源流体参与了成矿过程。对焦家超巨型金矿床69件破碎蚀变样品统计,其K2O、Na2O、Ba、Sr含量分别是4.93%、2.31%、1437×10-6、2004×10-6,而107件未蚀变的玲珑型花岗岩样品的相应元素含量分别是4.12%、3.99%、307×10-6、591×10-6(宋明春等,2023),对比发现,矿化蚀变岩石与赋矿围岩——玲珑型花岗岩相比,具有富钾、贫钠和低Ba、Sr特征(图14),指示蚀变过程中有富钾贫钠、钡和锶的流体加入。与金成矿同时代的伟德山型和崂山型花岗岩恰恰具有高钾和较低钡、锶含量的特征(图14),暗示与伟德山型和崂山型花岗岩岩浆活动有关的流体参与了成矿过程。
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图13 胶东金矿床黄铁矿流体包裹体3He-4He图

STP-标准状态.数据来源:Shen et al.,2013;Wen et al.,2016;Tan et al.,2018;杜佛光等,2019;Han et al.,2019;李杰等,2020;王来明等,2023

         

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图14 花岗岩类和矿化蚀变岩的K2O-Na2O关系图解(a)和Ba+Sr含量对比图(b)

数据来源:宋明春等,2009,2023;王来明等,2023

运移通道、储矿位置和成矿机制成矿物质和流体的由源区向末端转移的纽带。由于胶东金矿主要赋存于断裂构造中,并且金矿床中常有较多基性脉岩,因此许多研究者认为深大断裂或幔源基性岩脉是胶东金矿成矿流体运移的重要通道(Groves and Santosh,2016;Deng et al.,2019)。,其运移与早白垩世壳、幔混合源花岗岩的侵位有关。矿床的空间分布表明,拆离断层和陡倾角张性断层是胶东金矿赋存的有利空间,而白垩纪花岗岩类侵入体的内、外接触带则是有色金属矿赋矿的有利空间。对成矿机制的研究表明,金主要以Au(HS)2-化合物形式被流体运移(杨立强等,2014;Yang et al.,2017),水/岩反应、流体不混溶及流体混合是引起金沉淀的主要机制(Li et al.,2018;Zhang et al.,2020)。随着花岗岩和区域地壳的快速隆升、降温,流体的压力急剧降低,造成流体不混溶,fO2降低,CO2、H2S逸出和硫化作用导致Au(HS)2-等络合物失稳分解,金沉淀富集成矿(杨立强等,2014)。
胶东金及有色金属矿成矿时是构造岩浆活动最强烈的时期其后没有发生大规模的构造运动,因此成矿后的变化比较小。通过对焦家超巨型金矿床中锆石和磷灰石裂变径迹年龄测试获得120Ma以来区域地壳的剥蚀总厚度约5.2±1.2km (Zhang et al.,2022),认为矿床本身仅遭受了微弱的剥蚀,矿床得到较好保存。
成矿系统演化
成矿系统是在一定地质时-空域中控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程,以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体,是具有成矿功能的一个自然体系。翟裕生等(1999)依据构造动力体制将成矿系统划分为伸展构造成矿系统类、挤压构造成矿系统类、走滑构造成矿系统类等7类,并基于成矿系统思想,构建了中国成矿系统构造演化动力学模型(Zhai and Deng,1996)。晚中生代,胶东半岛深部软流圈上涌壳幔相互作用及强烈的岩浆热隆起与浅部变质核杂岩、断陷盆地、拆离断层等伸展构造共同控制了Au(Ag)-Cu-Pb-Zn-Mo矿床成矿系列及矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程本文称之为胶东型金矿热隆-伸展成矿系统,属于翟裕生等(1999)划分的伸展构造成矿系统类。这一成矿系统形成于古太平洋板块向欧亚板块俯冲的后俯冲伸展环境(Mao et al.,2021),成矿系统的深部表现为地幔隆起岩石圈减薄,造成下地壳和地幔岩石圈的部分熔融,来自不同深度和层次岩浆房及不同源区的岩浆梯次上侵,在地壳浅部则产生伸展拆离构造,构成一个在壳、幔圈层相互作用下的深部与浅部耦合联动的构造成矿系统
如前所述,胶东侏罗纪-白垩纪岩浆活动的地球化学特征演化指示了地幔性质由EM2型向EM1型演化(Song et al.,2020),由交代的富集地幔向亏损地幔演变。大量同位素年龄测试结果表明胶东金矿形成于120Ma左右(Deng et al.,2020b),而玲珑型花岗岩形成于163~149Ma,郭家岭型花岗闪长岩形成于132~125Ma,伟德山型和崂山型花岗岩形成于125~108Ma。金成矿作用发生于二种不同年代、不同地球化学性质的岩浆活动过渡或转化时期。在岩石圈地幔由富集向亏损转化和岩浆岩地球化学性质变化过程中,岩石圈地幔和下地壳中的组成元素重新调整是金成矿的重要背景而大规模岩浆活动则为成矿元素的活化、迁移提供了重要的热动力条件。据研究,胶北地体Au丰度的平均值为1.31×10-9,具有较高的Au背景场晚中生代花岗岩的Au丰度平均为0.85×10-9,是中国东部花岗岩的2倍以上(田瑞聪等,2022)。山东省地质调查院近期通过测试2570件样品,计算的与金成矿有关主要地质单元的金含量平均值为:新太古代胶东岩群1.04×10-9新太古代栖霞TTG质片麻岩套1.74×10-9,新太古代马连庄基性-超基性岩序列1.34×10-9,古元古代荆山群1.03×10-9,古元古代莱州基性-超基性岩序列1.03×10-9晚中生代基性脉岩2.65×10-9,侏罗纪玲珑型花岗岩1.70×10-9,白垩纪郭家岭型花岗闪长岩1.15×10-9,白垩纪伟德山型花岗岩0.75×10-9(田瑞聪等,2022;王来明等,2023)。比较发现,伟德山型花岗岩中的金丰度明显小于其他地质单元,为贫金花岗岩。在金含量与标准差和变异系数图解上,各地质单元的投点呈现较好的线形分布(图15),指示金丰度与标准差和变异系数呈正相关,而且与金成矿同时和略晚的伟德山型花岗岩的金丰度、标准差和变异系数明显低于金成矿期之前的各地质单元基性脉岩、栖霞片麻岩套和玲珑型花岗岩具有较高的金丰度、标准差和变异系数在晚中生代侵入岩中,玲珑型花岗岩及郭家岭型花岗闪长岩金的丰度与早前寒武纪变质岩没有明显差异,而基性脉岩的金丰度显著增高,伟德山型花岗岩的金丰度值相对较小。这说明,金成矿之前和其后胶东地壳中金的丰度明显降低;基性脉岩、栖霞片麻岩套和玲珑型花岗岩等地质体经历了金的不均一化过程是有利于提供成矿元素的地质体。由此,本文认为胶东半岛在晚中生代强烈的壳幔相互作用及壳幔岩浆混合作用过程中岩石圈地球化学组成重新调整较高背景金含量下地壳和岩石圈地幔中的金质被活化、迁移,形成了富金的流体库,同时产生了贫金的伟德山型花岗岩这一转化过程为金成矿提供了丰富的物质来源。
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图15 胶东与金矿有关地质体的金含量-标准差(a)和金含量-变异系数图解(b)

数据来源:田瑞聪等,2022;王来明等,2023

胶东半岛于2Ga前形成了早前寒武纪变质岩系,于1.8~1.7Ga经历了强烈的区域变质变形改造其后进入长期的相对稳定发展阶段,直到中生代华北克拉通破坏(Yang et al.,2008;吴福元等,2008;Zhu et al.,2011),地壳重新活化太古宙时的原始地壳薄,地热梯度大,岩浆活动强烈,由胶东岩群火山-碎屑岩建造、来自下地壳的栖霞TTG岩系和来自地幔的马连庄基性-超基性火成岩等构成了较高Au背景场的花岗-绿岩建造中生代时,胶东半岛经历了由华北板块与扬子板块碰撞向太平洋板块俯冲构造体系的转化和克拉通破坏的构造演化过程,产生了强烈的构造岩浆活动。中三叠世,华北克拉通与扬子克拉通碰撞苏鲁造山带隆起,晚三叠世超高压岩石快速折返。侏罗纪,古太平洋板块向西低角度俯冲,造成华北克拉通东部地壳增厚、隆升,形成大陆岩浆弧,主要由早前寒武纪基底物质组成的胶东下地壳活化,大范围陆壳重熔(Yang et al.,2012),岩浆源区深度在30km左右(张华锋等,2006b),岩浆大致顺层侵位到早前寒武纪变质岩系中,形成了似层状展布的具埃达克岩地球化学特征的玲珑型花岗岩(图16a)。白垩纪,古太平洋板块高角度俯冲和后撤(Yang et al.,2021),华北东部发生强烈伸展作用,处于后俯冲伸展环境,形成拉分盆地和变质核杂岩等伸展构造。克拉通岩石圈及地壳减薄(Xu et al.,2009),其空间被热的、饱满的软流圈物质所代替,形成新生岩石圈地幔;拆沉的古老岩石圈地幔发生不同程度的部分熔融,形成了富集的镁铁质岩浆;而上涌的软流圈发生减压部分熔融,则形成相对亏损的镁铁质岩浆(Ma et al.,2014b;Yang et al.,2021)。热的幔源岩浆上升到地壳底部发生底侵,诱发下地壳物质发生部分熔融产生长英质岩浆(Goss et al.,2010)。早白垩世早期(~130Ma),胶东半岛的壳幔相互作用较弱,岩浆活动比较局限,形成规模不大的壳幔混合型花岗岩(郭家岭型花岗闪长岩)及少量基性脉岩,二者均具埃达克岩性质(图16b),花岗岩的岩浆源区深度>33km(杨进辉等,2003)。随着交代的富集地幔源区组分的不断移出进入岩浆,胶东半岛早白垩世地幔性质由EM2型转化为EM1型,至晚白垩世出现新生的亏损地幔。早白垩世中晚期(~120Ma),软流圈地幔部分熔融产生的基性岩浆上侵分异出高镁闪长岩(宋明春等,2020)和洋岛型基性脉岩;壳幔相互作用引发大规模下地壳重熔及流体活动,幔源含金流体与由重熔下地壳析出的壳源含金流体混合形成富金流体库,析出金后的幔源和壳源岩浆混合及结晶分异,形成大规模的具弧花岗岩性质的贫金花岗岩(伟德山型及崂山型花岗岩)(图16c),伟德山型花岗岩的岩浆源区位于约30km深度的壳幔边界附近(张华锋等,2006b)。
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图16 胶东型金矿热隆-伸展成矿系统及演化
         
深部地球动力学变化在地壳浅部产生了强烈的构造响应形成广泛的早白垩世伸展构造。受区域伸展作用和岩浆隆升顶托的影响,胶东的玲珑岩基与早前寒武纪变质岩层之间发生拆离滑脱形成大致沿玲珑岩基顶部发育的拆离断层,三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂均是岩浆热隆-伸展体制下的铲式断裂属拆离断层的组成部分。这种拆离断层规模大、连续性好,而且倾角陡、缓变化频繁,为金矿床的形成提供了良好空间。随着早白垩世大规模花岗岩类、高镁闪长岩和基性脉岩的上侵,富金流体库的热力平衡被破坏,流体快速迁移,到达上地壳中的拆离断层系统中汇聚、运移并与大气降水混合,最终在断裂倾角阶梯状变化位置和拆离断层下盘的次级断裂、裂隙中沉淀成矿。总之,由于古太平洋板块俯冲、回撤,岩石圈地幔由富集向亏损转化,在胶东半岛产生热隆-伸展构造,为大规模金成矿作用提供了有利条件。胶东型金矿形成于后俯冲伸展构造环境,是华北克拉通破坏的产物(Zhu et al.,2015),与经典造山型金矿的成矿构造环境和形成机制显然不同,是不同于国外已知金矿类型的独特类型。
中国中东部晚中生代伸展构造十分发育,表现为大量伸展成因的穹隆构造和地堑-半地堑盆地,林伟等(2019)称之为伸展穹窿构造并指出伸展穹窿构造诱发了我国中东部晚中生代岩浆-热液活动及相关的成矿作用。在辽吉成矿带,发育医巫闾山穹隆(变质核杂岩)(Lin et al.,2013)、岫岩穹隆(岩浆穹隆或变质核杂岩)(Lin et al.,2011)、古道岭穹隆(同构造岩浆穹隆)、饮马湾山穹隆(同构造岩浆穹隆)(Charles et al.,2012)、辽南穹隆(变质核杂岩)(Lin et al.,2008)等,沿辽南变质核杂岩边缘的韧性剪切带普遍存在矿化,并局部富集成矿,包括普兰店孙家沟和核桃房金矿床小秦岭是我国贵金属矿主要产地之一,金矿集中产于各变质核杂岩中,如小秦岭、崤山、熊耳山等。这些伸展穹窿及成矿作用构成了广泛分布的热隆-伸展成矿系统这表明,热隆-伸展成矿系统是中国中东部晚中生代重要的成矿系统。
6  结论
(1)胶东晚中生代深部岩浆活动与地壳快速隆升及浅部变质核杂岩、张性断层、断陷盆地等伸展构造,共同控制了以Au为主的矿床成矿系列及矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程,谓之热隆-伸展成矿系统。矿床的成矿物质和流体具有壳、幔混合源特征,金成矿后没有遭受大规模的破坏和剥蚀热隆-伸展成矿系统是中国东部晚中生代重要的成矿系统
(2)晚中生代胶东半岛岩浆岩的地球化学特征发生了明显变化花岗岩类由高钾钙碱性岩系列和过铝质转化为橄榄安粗岩系列和偏铝质,由高Ba、Sr和高Sr低Y向低Ba、Sr和低Sr高Y转化,由正Eu异常演化为负Eu异常;基性脉岩由岛弧型地球化学特征转变为洋岛型地球化学特征,火山岩由橄榄安粗岩系列转变为高钛碱性玄武岩系列。指示了岩浆形成的构造环境由挤压转为伸展,源区性质由富集岩石圈地幔向软流圈地幔转化。胶东型金矿形成于岩浆岩地球化学特征和地幔地球化学性质转化过程中。
(3)金矿化蚀变带的高K、低Na和贫Ba、Sr特征与伟德山型和崂山型花岗岩具有较好的一致性,指示与这二种岩浆活动有关的流体参与了成矿过程早白垩世中晚期胶东地壳中金的丰度显著降低,产生了贫金的伟德山型花岗岩,这一过程为金成矿提供了丰富的物质来源。
(4)热隆-伸展成矿系统形成于古太平洋板块俯冲后撤的后俯冲伸展环境,由于软流圈上涌导致岩石圈地幔由富集向亏损转化,地球化学元素重新调整,同时大规模岩浆活动为成矿元素的活化、迁移提供了热动力条件,幔源含金流体与由重熔下地壳析出的壳源含金流体混合形成富金流体库,并产生贫金花岗岩上地壳伸展产生的断裂构造则为成矿元素聚集提供了良好空间。
谨以此文祝贺河北地质大学70周年华诞。
致谢 徐备教授邀请撰写本文,审稿专家提出了宝贵的建设性修改意见,谨表衷心感谢。文中引用了大量前人资料,部分文献未能在参考文献中具体注明,一并表示感谢。

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