|
-宣扬地学成果，传播勘查技术方法- 点击上方“覆盖区找矿”，关注更精彩！ 焦家式金矿勘查与研究 周明岭1,2，孙亮亮1,2，吕军阳1,2，王斌1,2，刘向东1,2，鲍中义1,2，张琪彬1,2，周晓萍1,2，解天赐1,2，王珊珊1,2，刘彩杰1,2，徐韶辉1,2，闫春明1,2，张朋1,2，张亮亮1,2，杨真亮1,2，范家盟1,2，赵成乐1,2，郭美丽1,2，李瑞翔1,2 1 山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队 2 自然资源部深部金矿勘查开采技术创新中心 第一作者：周明岭，学士，研究员，专注于地质矿产的勘查与研究。2023年荣获第十八届李四光地质科学奖，文末附有获奖者介绍。 焦家式金矿已是国际知名金矿类型，1960年代山东地质工作者在胶东西北部发现了这一金矿类型。从发现到确立金矿类型经历了12年的勘查研究历程，此后迅速推广，并在胶东及全国多个地区取得了丰硕的找矿成果。仅胶东地区探获的焦家式金矿资源储量就已达到3600余吨。焦家式金矿的产出受区域性构造破碎带的控制，成矿期普遍发生黄铁绢英岩化蚀变，成矿特征包括规模大、蚀变分带明显、矿化集中、矿体形态简单、品位相对均匀、矿物组合简单。研究表明，焦家式金矿的成矿时代为126～120Ma；金矿形成于区域强烈伸展的背景下，成矿物质来源具有多源性，太古代拉斑玄武岩为含金初始矿源岩；构建了“热隆-伸展”成矿理论和“阶梯式”成矿模式；成矿深度为5～10km，成矿后剥蚀厚度为5.2±1.2km，矿床保存较好。预测胶西北地区三山岛、焦家和招平三大成矿带5000m以内的金资源总量为7258～10150t，显示出焦家式金矿深部具有巨大的找矿潜力。本文通过回顾焦家式金矿的发现及矿床模式的确立过程，阐述了焦家式金矿的定义、内涵和特征，研究了金矿的成矿模式与成矿预测，系统总结了焦家式金矿的勘查历程、勘查模型及关键勘查技术，为地质工作者全面了解焦家式金矿提供了资料，对金矿勘查具有指导价值。0 引言 1 金矿的发现与焦家式金矿的确立 2 焦家式金矿的基本特征 2.1 区域产出特征 2.2 蚀变矿化和分带特征 2.3 规模、吨位和品位特征 2.4 矿石和物质组成特征 3 焦家式金矿的成矿模式研究与成矿预测 3.1 焦家式金矿的成矿模式研究 3.2 成矿预测 4 焦家式金矿勘查实践 4.1 焦家式金矿的勘查历程 4.2 焦家式金矿的关键勘查技术方法 5 结论 焦家式金矿是山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队（原胶东第一地质队、原山东省地质局807队、山东省第六地质矿产勘查院，以下简称“六队”）地质工作者在胶东地区进行多年地质勘查中发现的金矿类型，其发现和开发使得胶东地区成为新中国成立以来最重要的黄金基地，可用“三个中国之最”加以概括：已探明资源量居全国之最，单一矿床规模居全国之最，黄金产量居全国之最。焦家式金矿的发现，引领了以六队为代表的山东省地勘队伍金矿找矿方向的重大转移，在胶东地区迅速发现和评价了一大批同类型金矿。随着勘查工作的不断深入，焦家式金矿的勘查技术方法和手段也日臻完善。尤其是21世纪初以来，随着“攻深找盲”和“找矿突破战略行动”的实施，胶东地区一大批同类型金矿床被不断发现，累计查明资源储量快速增长，进一步巩固了胶东地区黄金产量和资源储量在全国的领头羊地位，对中国黄金事业稳定发展和黄金储备快速增长的贡献功不可没，同时极大地提升了焦家式金矿在国际知名金矿类型中的重要地位。文章通过回顾焦家式金矿的发现和矿床模式确立过程，阐述了焦家式金矿的定义、内涵和特征，对金矿成矿模式和成矿预测进行了研究，系统总结了焦家式金矿的勘查历程、勘查模型与关键勘查技术，为地质工作者对焦家式金矿的全面了解提供资料。20世纪60年代中期之前，胶东地区金矿勘查工作以招远市玲珑地区石英脉型金矿为中心，投入大量工作，但找矿效果不佳。六队在1958－1965年的8年间，探获金资源量不足30t。在对石英脉型金矿进行勘查期间，六队通过长期观察发现，含金石英脉两侧的蚀变岩中具有明显的金矿化。受此启示，研究人员开始在区域性构造破碎带蚀变岩中进行金矿找矿探索。1965年冬季，六队二分队矿产组在莱州湾的三山岛矿点取样、并发现找矿线索。1965年12月11－22日，六队三分队普查组对找矿线索开展检查评价，进行岩石、构造、蚀变与矿化特征调查，采样103件，其中1/3样品的金品位高于3g/t，达到工业品位，确认含矿蚀变带的存在，明确了进一步的工作价值。1966年3月，六队组织开展系统的普查、详查工作，1967年转入勘探工作，1969年11月提交《山东掖县三山岛金矿区地质勘探报告》（山东省地质局807队，1969），于-390m标高以上提交金资源储量总计63.56t。三山岛金矿的发现，使六队地质工作者确信：宽度超过100m，长度超过10km的区域性断裂是能够储矿的，并且矿床规模往往较大，这为在区域性断裂带中找矿提供了实例。三山岛金矿的探索勘查开创了中国特大型金矿的找矿先例，为之后总结焦家式金矿理论奠定了基础（张韫璞和文子中，1983）。1966年，六队二分队龙埠地质组在龙口-莱州弧形断裂破碎带中段（即焦家断裂带）发现金矿化。在龙埠矿点进行地质工作时，经地表追索，采矿遗迹调查，确定焦家—新城一带为寻找蚀变岩型金矿的新靶区。其后，1966－1972年系统勘查了焦家金矿床，提交金资源储量77.92t；1974－1979年系统勘查了新城金矿床，提交金资源储量71.07t。此外，六队于1967－1970年在招远-平度断裂带勘查评价了夏甸金矿床，于1974年提交金资源储量6.38t。相同类型金矿的不断发现，极大地拓宽了金矿找矿区域，证实了蚀变岩型金矿具有广阔的找矿前景。1976—1977年，六队以焦家和新城金矿的勘查和研究成果为例，完成了《山东省焦家式破碎带蚀变岩型金矿地质特征》（山东省地质局第六地质队，1977）研究报告，将焦家式破碎带蚀变岩型金矿作为一种矿床类型正式提出。在1977年的全国第二次金矿地质工作会议上，六队全面介绍了焦家式金矿研究成果并得到广泛认同，会议将“焦家式破碎带蚀变岩型金矿”（简称焦家式金矿）作为中国一种新类型金矿床确立下来。焦家式金矿区域上受宽大的构造破碎带控制，成矿期普遍发生黄铁绢英岩化蚀变，以矿床规模大、矿化集中、矿体形态简单、品位相对均匀、矿石易选为主要特征。焦家式金矿以其独特的控矿构造、巨大的矿床规模明显区别于世界其他类型金矿，工业价值特别巨大。其成矿作用方式、矿化蚀变、含矿建造、矿石类型、矿床规模及品位特征也与胶东地区其他类型金矿具有一定的差异。胶西北地区大地构造位置位于华北板块东南边缘部位和秦岭-大别-苏鲁造山带东北部，经历了早前寒武纪不成熟陆壳向成熟陆壳转化和陆块碰撞拼合阶段、中—新元古代大陆裂解与聚合阶段、古生代海陆变迁/中—新生代构造体制转折和岩石圈减薄阶段，具有典型的陆块区与叠加造山弧盆系的双重特征（宋明春等，2010）。郯庐深大断裂对区内构造格架起着重要的控制作用，按区域性构造展布特征，结合其形成演化、成岩成矿的专属性等特征，将区域性构造大致划分为基底东西向构造、北东—北北东向弧形断裂构造、北北东向断裂构造和北东向构造4种构造型式（郭振一和孙秀珠，1983）。胶东地区中生代侵入岩按成岩时间可分为侏罗纪玲珑序列、白垩纪郭家岭序列、白垩纪伟德山序列、白垩纪雨山序列和白垩纪崂山序列等不同时代侵入体，反映了中生代强烈的构造-岩浆活动历史。按岩体与成矿关系可分为与侏罗纪酸性侵入岩有关的Mo（W）-Au矿床成矿系列、与早白垩世中酸性侵入岩有关的Au（Ag）成矿系列和与早白垩世中酸性侵入岩有关的Cu-Pb-Zn-Mo-Ag-Au成矿系列，分别与玲珑序列、郭家岭序列和伟德山序列岩浆事件相对应。焦家式金矿床的分布在区域上受控于中生代岩体和北东—北北东向弧形断裂构造。在胶西北地区自西向东共有4条断裂带，依次为三山岛-仓上断裂带、龙口-莱州断裂带、招远-平度断裂带和西林-陡崖断裂带（图1）。焦家式金矿控矿断裂属于区域性北东—北北东向构造，一般认为是郯庐断裂带所派生的次级构造，其规模相似，活动历史复杂（邓军等，1996；任云生等，1997）。整体上表现为复杂的继承性和新生性活动特征，成矿期在地壳隆升背景下发生了强烈的伸展活动，对矿体产出和矿化富集起到了直接的控制作用。控矿断裂一般宽大于100m，延伸大于10km，平面上呈S形展布，总体走向北东向。其中，三山岛-仓上断裂带（F1）与龙口-莱州断裂带（F2）倾向相对产出，龙口-莱州断裂带（F2）与招远-平度断裂带（F3）倾向相反产出；龙口-莱州断裂带（F2）和西林-陡崖断裂带（F4）复合古老的东西向构造，倾角一般为20°～40°，为上陡下缓的铲状形态（图2）。控矿断裂倾角向深部逐渐变缓，而且呈现陡、缓交替特征，显示出铲式阶梯状断裂形态。焦家式金矿多产出于上述断裂构造及其分支断裂中（图1）。图2 胶东西北部地区焦家式金矿控矿断裂组合示意图 F1—三山岛-仓上断裂带；F2—龙口-莱州断裂带；F3—招远-平度断裂带 焦家式金矿因成矿期普遍发生中温热液蚀变，主要有钾长石化、赤铁矿金红石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化和绿泥石化，同时伴随有金属硫化物和金银矿化作用。相对于胶东其他类型金矿而言，焦家式金矿蚀变种类较全，也较为典型。黄铁绢英岩化作为黄铁矿化与绢云母化、硅化在空间上相互叠加和紧密伴生的成矿期蚀变类型组合，是焦家式金矿中与矿化关系最为密切且发育最广泛的蚀变作用。一般来说，黄铁绢英岩化越强部位，金富集程度越高。蚀变程度一般在断裂带上盘黄铁绢英岩化较弱，而下盘强。在下盘破碎带外侧，常见厚大的钾长石化花岗岩带。焦家式金矿蚀变岩具有明显的分带特征。以焦家金矿为例，沿控矿断裂常发育稳定的断层泥，两侧上、下盘的蚀变岩大致呈带状对称分布。根据蚀变类型、原岩及原岩破碎程度，自内向外划分为黄铁绢英岩化碎裂岩（糜棱岩）带、黄铁绢英岩化花岗质（变辉长岩质）碎裂岩带和黄铁绢英岩化花岗岩（变辉长岩）带。各蚀变岩带之间呈渐变过渡接触，由内向外岩石的破碎和蚀变程度递减。不同矿化蚀变带控制不同的矿体，金矿体主要产于断裂带下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩（糜棱岩）带和黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带内，黄铁绢英岩化花岗岩带内则分布有小规模的石英脉型金矿（图3）。对三山岛-新立、焦家-新城、台上-水旺庄和大尹格庄4个典型矿床中各蚀变岩分带金资源储量的统计表明，断裂带下盘的黄铁绢英岩化碎裂岩（糜棱岩）带和黄铁绢英化花岗质碎裂岩带内的金资源储量分别达到了总量的34.00%和52.57%，占各矿床资源量的绝大多数。断裂带下盘全部蚀变岩带的金资源储量占比达98%以上，而上盘金资源储量占比不足2%，推测成矿期断层泥对成矿物质起到了明显的阻挡、渗滤作用。焦家式金矿主矿体规模较大且矿化连续稳定，形态相对简单，多为脉状、似层状和透镜状，可见分支复合、膨胀夹缩现象。浅部矿体形态多为相对复杂的脉状、透镜状，深部矿体形态相对较简单，多为脉状。三山岛-新立、焦家-新城、台上-水旺庄和大尹格庄4个典型焦家式金矿矿床的主矿体走向长一般为1000～3000m，最长为6280m；倾斜深一般为500～2000m，最深为3200m；揭露厚度一般为5～30m，最厚可达125.64m。截至2020年底，对胶东各矿床的金资源储量和平均品位取对数后统计可知（图4）：以焦家式金矿为代表（焦家式金矿查明金资源储量占蚀变岩型金矿查明总量的96.48%）的蚀变岩型金矿床整体品位虽然较低，但矿床规模大，占据了胶东地区大多数大型金矿床，其中包括金资源储量在100t以上的超大型金矿床有14个，进一步表明焦家式金矿的经济价值巨大。图4 胶东各类型金矿吨位-品位图 说明：其他类型金矿包含石英脉型、石英脉-蚀变岩型和斑岩型 焦家式金矿矿石类型主要有3种，分别为浸染状黄铁绢英岩化碎裂岩型、浸染状-细脉状-脉状黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩型和细脉状-网脉状黄铁绢英岩化花岗岩型，前2种为各矿床内的主要矿石类型（图5）。矿石结构以晶粒状结构为主，其次还有碎裂结构、填隙结构、包含结构、交代残余结构、交代假象结构、文象结构和乳滴状结构等。矿石构造以浸染状、脉状、细脉浸染状以及斑点状构造为主，其次为角砾状及交错脉状构造。图5 焦家式金矿床典型类型金矿石照片 a、b—浸染状黄铁绢英岩化碎裂岩型；c、d—浸染状-细脉状-网脉状黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩型；e、f—细脉状-网脉状黄铁绢英岩化花岗岩型 焦家式金矿物质组成较为单一，矿石主要有益组份除金外，银含量可达到伴生有益组分的工业指标，硫经选矿富集可以综合开发利用。矿石中主要金属矿物为黄铁矿，其次为方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、毒砂、磁黄铁矿、褐铁矿和磁铁矿等。主要非金属矿物为石英、绢云母、长石，次之为碳酸盐类矿物（方解石、白云石、菱铁矿等）。金矿物主要为银金矿，其次有自然金、金银矿。金属硫化物以黄铁矿为主，其次为方铅矿。金的赋存状态主要为晶隙金，其次为裂隙金，少量包体金。随着焦家式金矿勘查的全面开展和不断深入，在金矿成矿时代、成矿动力学背景、成矿物质来源和物理化学条件演化、成矿模式构建等方面的研究取得了众多重要进展。研究成果丰富完善了焦家式金矿的成矿理论体系，使得成矿预测更加准确可靠，有力地指导了胶东地区的金矿勘查。焦家式金矿提出后，众多学者以焦家式金矿为研究对象，开展了矿床成因、成矿规律和成矿模式等研究，构建了地层提供初始物质来源、岩浆岩提供直接物质来源、断裂构造提供成矿空间的焦家式金矿成矿模式。该模式有效指导了山东乃至全国金矿的勘查工作部署，并取得了巨大找矿成果。焦家式金矿的成矿时代研究经历了从争议较大到基本统一的历程。早期大多学者认为其为早前寒武纪成矿，后期大部分学者普遍认为成矿时代是燕山期。20世纪90年代末以来，利用SHRIMP锆石UPb测年技术，对招远—莱州地区与金矿关系密切的郭家岭序列花岗岩及成矿后花岗斑岩脉进行年代学测试。郭家岭序列花岗岩的形成年龄为130～126Ma，成矿后花岗斑岩脉的成岩年龄为120±2Ma（苗来成等，1997；关康等，1998）。利用热液独居石原位U-Pb测年（Deng et al.，2020a）、绢云母Ar-Ar测年（Li et al.，2003，2006；Zhang et al.，2003，2020；胡芳芳等，2006；Yang et al.，2014）等方法获得了基本一致的测年结果。目前，胶东地区金矿的成矿年龄厘定为126～120Ma，这为研究金矿成矿事件发生提供了准确的年代学依据。中生代构造体制的转变是导致胶东地区大规模金成矿的主导因素。一般认为胶东地区大规模爆发性成矿发生于华南-华北克拉通后碰撞挤压和伊泽奈崎（Izanagi）板块快速斜冲剪切的双重构造环境及其后的拉张构造环境中，构造体制转换事件是大规模成矿作用发生的基础。Deng et al.（2020b）进一步推断古太平洋俯冲板片回撤生成板片窗，诱发地幔楔中蛇绿岩在低于其熔融温度下快速脱挥发分，释放地幔楔中储存的含金H2O-CO2流体，导致巨量金在中—上地壳北北东—北东向断裂构造系统中汇聚成矿。郯庐断裂带印支中晚期已深切上地幔，将岩石圈中的地幔薄弱带连接成树枝状网络，为新生软流圈流体的上升提供了良好的通道，因而被认为是形成胶东地区大型—超大型矿床的关键性因素。胶东金矿集区的形成和演化与深部地质构造的关系也取得了进展。中—新生代板块俯冲挤压，地幔上隆，导致莫霍面呈波状起伏，其实质是深部地质构造特征的显示，反映幔隆与幔凹的交替产出。邓军等（2000）认为，胶东金矿集区相对于周边的地幔隆起区，莫霍面高出2～3.5km，不同部位金成矿系统聚矿功能不同，表现为凹陷区的局部隆起部位金成矿强度明显小于其他地段。孙丰月（1994）结合胶东地区暗色岩脉群和碱性玄武岩的分布特征认为，地幔在中—新生代发生活动，推测其与地幔柱上升有关，是中生代花岗岩形成所需热力的重要来源，并为金矿化提供了一定的物质来源。王登红等（1999）认为，胶东金矿可能受到渤海地幔柱构造的制约与影响，金主要来自于深部或地幔柱的头部。孙景贵等（2000a，2000b）通过对胶东金矿集中区成矿规律和地球物理信息的综合研究，认为胶东地区可能存在一个规模较大的中生代地幔热柱-幔枝热构造。牛树银等（2002）进一步指出，胶西北金矿的集中与深部莱阳地幔亚热柱和郭家店幔枝构造的形成与演化密切相关，深源金元素以气态-气液混合态-含矿流体的形式，通过地幔柱-地幔亚热柱-幔枝构造向控矿构造迁移。总的看来，越来越多的研究者肯定了胶东地区大规模金矿化的深部因素。基于金矿产出的大地构造背景研究，早期学者提出了绿岩带型金矿或构造期后再生型金矿。后期随着造山型金矿理论的兴起，又有诸多学者将胶东金矿归类于造山型金矿（Goldfarb et al.，2001；Qiu et al.，2002；Zhou et al.，2002；陈衍景等，2004；蒋少涌等，2009；李洪奎等，2011；郭春影等，2011）；但是也有人提出不同的意见（周军等，2001；翟明国等，2004；蒋少涌等，2009；杨立强等，2014；GoldfarbandSantosh，2014），认为胶东地区金矿与典型造山型金矿明显不同。近年来，也有学者提出了“克拉通破坏型金矿”（朱日祥等，2015）“胶东型金矿”（周军等，2001；翟明国等，2004；李士先等，2007；杨立强等，2014；宋明春等，2018；邓军等，2023），并得到了越来越多的认可。关于岩浆岩对金矿成矿贡献的认识历来争议较大。裘有守（1987）推测栾家河花岗岩是形成金矿成矿热液主要来源；姚凤良等（1990）也认为含金成矿热液与栾家河花岗岩来自同一岩浆源；而陈光远等（1989）和曹国权（1992）则坚持认为郭家岭花岗岩是对金矿成矿有利的岩浆岩；宋明春等（2013）依据胶东金矿成矿时代与伟德山花岗岩时代相接近，认为胶东金矿的形成与伟德山花岗岩及其脉岩有关。总的看来，胶东金矿在空间上与玲珑花岗岩、栾家河花岗岩及郭家岭花岗岩相关，在时间上与郭家岭花岗岩关系最为密切，花岗岩类侵入体与金矿化之间是同源产物，这一认识得到了许多学者的认可。基于成矿地质体研究，以六队为代表的学者认为，成矿物质来源与古老结晶基底相关。原胶东岩群与金矿关系密切，变质过程中中—基性火山岩内的成矿物质活化、迁移，形成金的高背景区，胶东岩群为金的矿源岩（张韫璞和文子中，1983）。李士先等（2007）称胶东岩群变质岩系为胶东金矿的原始矿源岩系，邓军等（2001）认为胶东岩群正变质岩的原岩建造-太古代拉斑玄武岩为含金初始矿源岩。同位素研究证实成矿物质具有多源性。邓军等（2001）提出了胶东金矿成矿流体的多源性，即存在地幔富C-H-O流体、中—下部地壳富硅流体和浅—表部富硫3个流体循环系统。3个层次流体相互沟通混合，导致流体混合持续时间增长，萃取围岩有用元素增多，成矿元素丰度升高，并最后形成金矿集中区。周新华等（2002）研究发现胶东地区典型金矿Sr、Nd和Pb同位素组成反映的成矿物质来源具有多元性和幔源物质参与成矿的信息。毛景文等（2002，2005）对胶东金矿进行了S、H、O、C、N同位素测定，发现地幔流体参与胶东金矿成矿作用；此外，对石英脉型-破碎带蚀变岩型和角砾岩型金矿进行C、H、O同位素测定分析，认为2类金矿属于同一成矿系统，在石英脉型-破碎蚀变岩型矿石中可见深刻的地幔流体和岩浆流体的“烙印”（毛景文等，2002）。众多学者对胶东金矿的成矿阶段进行了研究。黄德业（1991，1994）通过稳定同位素研究论证了2期成矿作用的叠加特征，认为主成矿期金矿化与郭家岭期花岗岩有关，伴生金-银成矿期则与艾山岩体关系密切。王义文等（2002a）详细统计了2期金矿化截然不同的δ34S特征，主成矿期，蚀变岩型δ34S为7‰～12‰；伴生成矿期，金、银、铅锌矿床δ34S为-4‰～+4‰。杨金中和李光明（2001）、刘连登等（2002）分析了2期金矿化作用，认为其分别形成于陆内（地体）碰撞（俯冲）的挤压动力学环境和陆内拉张裂谷带环境。研究者（张成基，2005；李洪奎等，2014；于学峰等，2016）依据岩浆成矿专属性对胶东地区中生代以来岩浆-热液-成矿事件进行了成矿系列划分，认为存在3期成矿作用，后2个成矿系列分别与郭家岭花岗岩和伟德山花岗岩具有成因联系，与金矿主成矿期和金多金属成矿期对应。关于胶东金矿的主成矿期成矿阶段的划分，目前有4阶段（王燕和卢作祥，1988）、5阶段（姚凤良等，1990）和6阶段（陈光远等，1989）等不同的方案。其中，王燕和卢作祥（1988）根据矿脉的穿插包裹关系将主成矿期划为4个成矿阶段：石英-黄铁矿阶段（Ⅰ）、含金黄铁矿-石英阶段（Ⅱ）、石英-多金属硫化物阶段（Ⅲ）、石英-碳酸盐阶段（Ⅳ）。该划分方案得到了较广泛的认可，为深入研究成矿作用提供了依据。流体包裹体研究表明，胶东金矿床的成矿流体为H2O-CO2-NaCl±CH4流体，成矿温度为中温，成矿压力为中等，流体表现为中—低盐度，流体密度为0.6～1.0g/cm3。在成矿过程中随温度、压力逐渐降低，盐度和CO2包裹体密度也随之降低（赵宏光等，2005）。第Ⅰ成矿阶段：成矿温度为403～250℃，成矿压力为300～100MPa；第Ⅱ、Ⅲ成矿阶段：成矿温度为335～170℃，成矿压力为250～70MPa；第Ⅳ成矿阶段：成矿温度降为228～96℃（范宏瑞等，2005）。成矿流体变化特征为第Ⅰ成矿阶段的成矿流体为贫金流体，第Ⅱ、Ⅲ成矿阶段的流体富CO2与CH4（邓军等，2005）。由此推测主成矿期成矿流体富集CO2与CH4，有利于吸附基底变质岩系与侵入岩中的金元素，使成矿流体由贫金流体变为富金流体，同时引起流体的各项物理化学参数发生变化，使金易于沉淀（Benning and Seward，1996）。在成矿过程中，成矿物理化学参数趋于递减或递增，流体由氧化状态向还原状态逐步过渡（潘瑞广，2013；罗栋，2014；张潮等，2016）。林文蔚和殷秀兰（1998）研究指出在高温阶段成矿流体以岩浆水为主，在低温阶段以大气降水为主。一般采用流体包裹体压力计对焦家式金矿的成矿深度进行估算，但不同学者的研究结果不同。吕古贤（1995，1997）利用构造校正测算方法，估算焦家金矿Ⅰ、Ⅱ号矿体的形成深度为2243.6m，其深度是指构造、岩石和矿床形成时的上覆岩石厚度。孙丰月等（2000）统计胶东金矿的成矿压力绝大多数介于40～100MPa，估算成矿深度为4～8.25km。李碧乐等（2009）通过含CO2三相流体包裹体压力估算玲珑金矿52号脉群成矿深度为5～12.7km，集中在6.8～9.5km，认为玲珑金矿深部金资源潜力较好。郭春影等（2012）通过流体包裹体压力和花岗岩形成深度综合分析，认为胶东金矿床成矿深度上限为2～3km，成矿深度下限为5～8km。Deng et al.（2019）认为焦家式金矿的形成深度为5～10km，为浅—中深成矿床。张琪彬等（2022）通过低温热年代学方法估算焦家巨型金矿床的剥蚀厚度为5.2±1.2km，判定矿床形成后被剥蚀的深度不大，认为焦家式金矿向深部具有较好的找矿前景。伴随着深部找矿的不断研究，宋明春等（2011）创建了胶东金矿“热隆-伸展”成矿理论和胶西北金矿“阶梯式”成矿模式。“热隆-伸展”成矿理论指出，在中国东部中生代岩石圈减薄背景下，胶东地区形成了壳幔混合型花岗岩和上地壳中的伸展拆离构造，岩浆活动为金矿形成提供了主要的物源、热源和流体；伸展拆离构造为金矿成矿提供了有利空间（图6）。“阶梯式”成矿模式则结合深部找矿实践进一步提出主控矿构造为铲式断裂，沿断裂倾向分布若干个由陡变缓的台阶，金矿体产出于缓倾的台阶部位，构成阶梯式的分布形式。“阶梯式”成矿模式的提出，科学地解释了焦家式金矿深部是否有矿及赋矿部位等制约深部找矿的关键问题，引领了深部找矿的重大突破（朱训，2016）。图6 胶东金矿区域成矿模式图 胶东金矿成矿预测工作始于20世纪80年代，1981－1987年，六队和原长春地质学院联合开展了山东省金矿资源总量预测工作。利用蒙特卡罗方法和回归分析模型在胶东圈定了矿田级预测单元36处，预测胶东地区1000m以浅金矿资源总量为3026t。之后20余年在其预测单元中发现了旧店、大柳行、金城、宋格庄和西林等金矿床，累计探明的新增金矿资源量与预测结果大致相当（李士先和王建收，2006）。1993—1994年，六队在胶西北主要成矿带开展了大比例尺成矿预测。1993年完成了《山东省胶东西北部焦家金矿带1∶2.5万金矿成矿预测报告》（常乃焕，1993），1994年完成了《山东省胶东西北部招远-平度断裂带1∶5万金矿成矿预测报告》（常乃焕，1994）。在综合信息研究基础上，采用数学模型-特征分析、逻辑信息法、数量化理论、多元回归分析和蒙特卡洛模拟等方法，预测焦家矿带的金矿资源总量为993t，采用多元回归分析数学法定量评价招远-平度断裂带的金矿资源总量为849t。后续的勘查开发证实，截止2019年底，焦家金矿田内累计查明金矿资源储量大于1300t，招（远）-平（度）金矿带内累计查明金矿资源储量大于1000t。2001—2002年，六队开展了山东省焦家成矿带深部大比例尺金矿成矿预测研究，采用综合信息成矿预测方法，共圈定靶区11个，预测金矿资源总量为632t。该预测结果经后期勘探验证，预测资源量远小于实际探明资源量。2007—2012年，六队完成的《山东省金矿资源潜力评价成果报告》（温桂军，2011），采用矿床模型综合地质信息预测技术，预测2000m以浅胶东地区的金资源量为3963t。目前，胶东地区已探明金资源储量超过5000t，最大勘探深度已超过2000m。2017—2020年，六队完成的《深部金矿资源评价理论、方法与预测报告》（宋明春等，2020），以相似类比和惯性理论为指导思想，提出了基于阶梯式成矿模式的深部成矿靶区预测方法，依据三维地质模型、地球物理信息和地球化学信息在胶西北地区圈出7处深部找矿靶区；采用基于浅部金矿资源量的深部资源潜力预测方法，预测胶西北地区三山岛、焦家、招平3大成矿带5000m以浅金资源总量为7258～10150t，显示了焦家式金矿深部的巨大找矿潜力。通过三山岛-新立、焦家-新城、台上-水旺庄、大尹格庄4处典型矿床研究发现，焦家式金矿深部普遍存在第二甚至第三富集带，受构造活动形成的波状起伏面控制。三山岛-仓上断裂带控制矿体主要赋存于控矿构造产状由缓变陡的波峰部位，而龙口-莱州和招远-平度断裂带控制矿体则主要赋存于控矿构造产状由陡变缓的波谷部位。矿体分布与富集表现出一定的规律性。首先，各富集带具有稳定的倾伏方向。当控矿断裂带倾向为北西向时，矿体向南西向倾伏；当断裂倾向为南东向时，矿体向北东向倾伏。三山岛-仓上断裂带和招远-平度断裂带倾向为南东—南东东向，矿体均向北东向倾伏；龙口-莱州断裂带倾向为北西—北西西向，矿体均向南西向倾伏。其次，各富集带沿倾伏方向呈现分段富集的特征，富集段之间为弱矿化段或无矿化段，而且向深部富集段之间间距有增大趋势。在倾向上同样呈现分段富集的规律，且深、浅部富集段富集中心在垂向上基本相互对应。以招远-平度断裂带为例，按上述规律性认识建立矿床地质勘查模型（图7）：①区域性北东—北北东向招远-平度断裂带是主控矿构造，主要金矿体均产于断裂带下盘0～150m范围黄铁绢英岩化碎裂岩及黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩带内，具有数量少、规模大、产状稳定的特征；②矿体常赋存于断裂的倾角变化部位，沿断裂倾角陡缓转折部位容易富集成矿；③矿区内由浅到深已基本揭露2个平行产出的矿化富集带，深部第三矿化富集带则控制程度较低，具有一致的北东东向倾伏趋势；④矿化富集带沿倾伏方向具有分段富集规律，富集段中心近似等间距韵律式交替出现，向深部富集段间距逐步变大。基于该模型，根据浅部矿体或矿化体的产状即可推断出矿体向深部的倾伏方位，预判矿体的空间位置，增加找矿的成功率。六队在找矿实践中建立了深部金矿勘查模型“成矿构造带+高精度地球物理探测+阶梯式成矿模式”：选择已知的成矿构造带，实施高精度精细地球物理探测确定赋矿断裂带延深和深部产状变化，按照阶梯式成矿模式对断裂倾角由陡变缓的有利成矿区段布置钻探验证。将成矿模式与地球物理模型有机融合，突破传统的以圈定激电异常为目标的浅表部金矿找矿思路，创造了以识别控矿断裂向深部倾角变化的台阶位置为目标的深部金矿找矿方法。深部勘查前期，山东省物化探勘查院开展了三山岛和焦家金矿田典型矿床深部物探综合剖面测量，利用重力、磁法、可控源音频大地电磁测深（CSAMT）和大地电磁测深（MT）综合物探手段查明了断裂带深部分布特征（曹春国等，2012）。该剖面的重、磁、电反演模拟计算地质模型见图8，实测重磁剖面曲线与理论曲线具有良好的拟合性，反映了模型的合理性。反演模拟计算结果表明，早前寒武纪结晶基底呈残留体的形式分布于三山岛-焦家断裂带之间，控矿断裂带呈阶梯状分布且向深部斜切入玲珑序列花岗岩内。依据物探成果结合阶梯式成矿模式圈出了6处深部成矿有利构造部位（图8），后期深孔验证也证明了预测的可靠性。图8 三山岛-焦家金矿田重磁联合反演模拟计算的地质剖面图在物探厘定深部构造产状的基础上，结合成矿规律研究，对三山岛-新立等4处典型的焦家式金矿开展深部矿体定位预测（图9），共预测深部靶区10处。其中，三山岛-新立金矿床深部预测靶区2处，编号分别为A1和A2。A1位于已控制第一富集带向深部尖灭再现的另一富集段，A2位于目前已控制第二富集带向深部尖灭再现的另一富集段。焦家-新城金矿床深部预测靶区3处，编号分别为A3、A4和A5。A3位于已控制第一富集带向深部尖灭再现的另一富集段，A4位于已揭露第二富集带内第2富集段向深部的延伸，A5位于已控制第二富集带内向深部尖灭再现的另一富集段。台上-水旺庄金矿床深部预测靶区4处，编号为A6—A9。A6—A8位于初步揭露的第三富集带内，分别与浅部第一、二富集带内富集段相对应，A9位于已控制第一、二富集带内向深部尖灭再现的另一富集段。大尹格庄金矿床深部预测靶区1处，编号为A10，为已控制第3富集段向深部的延伸。需要指出的是，此次预测的10处靶区仅依据地质规律圈定，后期需要结合高精度地球物理探测和化探研究结果，进一步限定靶区位置。焦家式金矿的发现打破了当时地学界“大断裂只导矿不储矿”的传统认识，拓展了金矿勘查的新空间。焦家式金矿发现后，广大学者不断深化和发展焦家式成矿理论体系，创新发展金矿勘査技术方法，在山东乃至全国取得了显著的金矿找矿效果。截至2020年底，在三山岛-仓上、龙口-莱州、招远-平度和西林-陡崖4条断裂带内累计发现焦家式金矿床52个，包括特大型（≥50t）17个、大型（20～50t、含20t）13个、中型（5～20t、含5t）13个、小型（<5t）9个（图10），累计提交金资源储量3617.12t。按照各矿床勘查时间和深度，可大致将焦家式金矿勘查历史划分为浅部勘查（截至20世纪90年代中期）和深部勘查（20世纪90年代中期至今）2个勘查阶段。图10 浅部勘查阶段各成矿带提交金资源储量和查明矿床数量及其占比 a—金资源储量及占比；b—矿床数量及占比 焦家式金矿的发现，引领了胶东地区金矿勘查的第一轮热潮。1966—1995年，山东省地质勘查队伍在胶西北地区发现和勘查了焦家式金矿床23个，其中包括三山岛、焦家、新城特大型金矿床3个，仓上、河西、河东、上庄、破头顶、台上、大尹格庄等大型矿床7个，中小型金矿床13个。浅部勘查阶段累计提交金资源储量618.71t，各区域性控矿构造内累计提交金资源储量及查明矿床数量占比详见图10。该阶段各重要金矿的整体勘查深度，一般不超过600m，仅招远-平度断裂带上的台上、大尹格庄等少数矿床局部勘查深度超过600m。焦家式金矿于21世纪初进入了深部找矿阶段。其中，2002—2006年间，六队在龙口-莱州断裂带寺庄矿区深部-500～-1000m标高间探获金资源储量达51.83t的特大型金矿床，是焦家式金矿深部找矿具有里程碑意义的成果，引领了深部勘查的新热潮。1996—2020年间，累计在胶西北地区发现焦家式金矿48个，其中包括北部海域、西岭、三山岛、寺庄、朱郭李家、纱岭、前陈、曲家、东季-南吕、南吕-欣木、东风、水旺庄、玲南、姜家窑、夏甸等特大型金矿床15个，红布、招贤、陈家-小涝洼、河东、河西、望儿山、李家庄、后仓、曹家洼等大型金矿床9个，中型金矿床15个，小型金矿床9个（图11）。图11 深部勘查阶段各成矿带提交金资源储量和查明矿床数量及其占比 a—金资源储量及占比；b—矿床数量及占比 深部勘查阶段累计提交新增金资源储量2998.41t，各区域性控矿构造内累计提交金资源储量及查明矿床数量占比详见图11。深部勘查阶段经历了初期勘查深度1000m以浅，中期勘查深度1000～2000m，后期勘查深度2000～3000m甚至更深。目前最大的勘查深度为2008—2010年在三山岛-仓上成矿带深部施工的孔深4006.17m科研钻，被称为“中国岩金勘探第一深钻”。此外，2016－2017年在龙口-莱州成矿带深部施工的深度为3266.06m的钻孔，被称为“中国岩金第一见矿深钻”（于学峰等，2019）；2018—2021年在招远-平度成矿带深部施工了3个超过3000m的科研钻。焦家式金矿控矿断裂带覆盖比较严重，地球物理、地球化学勘查技术方法在找矿中发挥了良好作用。勘查前期开展的工作主要有重力、磁法、激电联剖、激发极化法、土壤和岩石测量、水系沉积物测量、土壤中气汞量测量等（顾留成和肖霏岳，1990）。万国普（1994）对磁法、电法等常规物探方法进行了总结，建立了焦家式金矿的地质-地球物理找矿模型。20世纪60年代前，中国的金矿勘查主要沿用苏联石英脉型金矿的勘查规范；60年代末，六队在焦家式金矿勘查过程中，针对金矿规模大、品位变化小的特点，经过多次试验和演算改进，将苏联规范中坑探取样间距由1.5m放稀至5m，断面取样规格采用最小7cm×3cm，在掌握矿石品位变化规律后合并缩减取样个数，大大缩减了以往复杂繁琐的工作量。同时，对坑道刻槽及钻孔取样进行试验对比，提出了利用钻孔代替坑道探求高级别储量的技术方案。在样品加工中，通过对样品加工系数的试验及加工流程的改进，大大节省了人力、物力、财力，加快了矿床评价速度（李士先，2015）。勘查技术方法的创新是深部金矿勘查取得突破的关键因素。在深部勘查中，大功率激电、激电测井、可控源音频大地电磁（CSAMT）、频谱激电（SIP）、大地电磁（MT）等物探方法被广泛应用；反射地震、广域电磁（WFEM）、电性源短偏移距瞬变电磁（SOTEM）、微动测深等方法也得以应用。其中，利用综合物探资料，对三山岛断裂带与焦家断裂带之间早前寒武纪变质岩系和中生代花岗岩的深部空间分布进行了圈定；利用高磁、重力、MT和CSAMT手段，推断解释了焦家断裂带与三山岛断裂带深部的空间展布和形态（图8）；结合成矿规律和找矿标志开展深部成矿预测，圈定了6处深部成矿靶区，验证获得成功（曹春国等，2012）。宋明春等（2020）系统梳理优选了深度2000m以浅以及2000～5000m深度的金矿探测的有效地球物理方法组合：2000m以浅的最佳技术方法组合以“频率域电磁测深法+SIP测量”为主，重力勘探辅助。探测深度2000～5000m成矿结构面的最佳技术方法组合为，在微弱—中等强度的噪声干扰区，使用“大地电磁测深/广域电磁法+重力勘探+地震勘探”；在强烈电磁干扰区（如矿区、城镇等），采用以“重力勘探+地震勘探”为主、广域电磁法为辅的技术方法组合。钻探技术为深部金矿勘查提供了重要保障。从2006—2019年，山东省地矿局三队和六队在三山岛金矿区施工了孔深4006.17m的“中国岩金勘探第一深钻”。山东省地矿局三队自主研发的简易海上地质钻探平台和自升式浅海钻探平台“探海1号”成功完成了国内最大海上勘探项目，实现了焦家式金矿勘查由陆域向海域的进军（刘建奎和陈师逊，2019）。焦家式金矿50余年的勘查、研究实践表明，地质找矿与成矿理论研究密不可分，只有充分研究总结找矿实践中发现的各类地质现象，运用最新的科学技术手段进行探索解释，才能更清晰地认识地质成矿规律。（1）焦家式金矿是受区域性构造破碎带控制、成矿期普遍发生黄铁绢英岩化蚀变而形成的一种金矿床类型，其成矿特征是规模大、蚀变分带明显、矿化集中、矿体形态简单、品位相对均匀、矿物组合简单。（2）焦家式金矿与郭家岭花岗岩具有密切的时空关系，金矿成矿年龄为126～120Ma；成矿物质具有多源性，太古代拉斑玄武岩为含金初始矿源岩；矿床形成深度约为5～10km，成矿后剥蚀厚度为5.2±1.2km，未受到大范围剥蚀，矿床保存较好；“热隆-伸展”成矿理论和“阶梯式”成矿模式的提出，科学地解释了焦家式金矿成矿过程及原理，解决了深部是否有矿和赋矿部位等关键问题。（3）焦家式金矿床累计提交金资源储量3617.12t（截至2020年底），找矿勘查历史划分为浅部和深部2个阶段。浅部勘查阶段为20世纪90年代中期前，勘查深度为600m以浅，累计探获金资源量618.71t；深部勘查阶段为20世纪90年代中期至今，勘查深度为600m以深，累计探获金资源量2998.41t。（4）焦家式金矿地球物流探测方法组合为：2000m以浅以矿化体为探测目标，最佳技术方法组合是以“频率域电磁测深法+SIP测量”为主、重力勘探辅助；2000～5000m以识别控矿断裂向深部倾角变化的台阶位置为探测目标，最佳技术方法组合为“大地电磁测深/广域电磁法+重力勘探+地震勘探”。致谢：此文是集体工作成果，包含了几十年来在山东从事金矿勘查与研究的地质工作者的成果，在此向他们致敬；感谢为山东金矿勘查做出贡献的地质工作者们，也感谢全国金矿地质工作者对胶东金矿找矿的关注。周明岭，二级研究员，中共党员，原山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队副队长、总工程师。1991年毕业于中国地质大学（北京）地质学专业，获学士学位。2023年荣获第十八次李四光地质科学奖野外奖。周明岭同志长期坚持扎根野外一线，主要从事以金为主的地质矿产勘查、区域地质调查和地质科学研究工作，主持和参与完成地质勘查和科研项目100余项，在胶东地区连续探获了焦家深部、朱郭李家、前陈、纱岭、玲南、水旺庄、姜家窑、西涝口等大型—超大型金矿床10余处，累计探明金资源量1400余吨。不断丰富和发展了焦家式金矿成矿理论，参与“胶东焦家金矿田千吨金矿勘查理论和关键技术”“胶东金矿理论技术创新与深部找矿突破”等研究工作，研发创新了金矿深部找矿技术和方法。先后发表具有重要影响的学术论文20余篇（其中SCI论文5篇、EI论文4篇），专著6部，授权发明专利2项。个人荣获国家科技进步二等奖1项，省部级科学技术奖一等奖1项、二等奖2项，荣获“山东省有突出贡献的中青年专家”“山东省国土资源系统先进个人”“山东省找矿突破战略行动（2011—2013年度）先进个人”“山东省地矿局第二届曹国权地质科学奖”“山东省地矿局第二批科技领军人才”“山东省地矿局'十一五’优秀科技工作者”等荣誉称号。
|
