三山島西部海域構造帶發現及其地質意義

王金輝，張貴麗，陶有兵，王英鵬，祝培剛

(山東省地質調查院，山東 濟南 250014)

0 引言

膠東金礦集中區金礦十分發育，截至目前已探明資源儲量的金礦床(區)共有200余處，累計探獲資源量近5000t，自西向東依次為膠西北、棲蓬福、牟乳3個金成礦區[1-2]，3個金成礦區以膠西北金成礦區最為出名，區內三山島、焦家和玲瓏-大尹格莊金礦田均成為資源儲量超千噸的世界級金礦田[3-5]。深部找礦取得突破之后，地質工作者將找礦目標轉向近岸海域，近年來深部和海域隱伏區找礦又取得重大突破，在膠西北金成礦區內三山島斷裂北延海域發現了470t超大型金礦。三山島北部海域金礦床是截至目前在我國發現的最大規模的海域超大型金礦床，礦床類型為破碎帶蝕變巖型，礦體賦存于三山島斷裂下盤的玲瓏花崗巖中。

2013—2018年，山東省地質調查院利用地質調查專項及省地勘資金項目在三山島海域開展地質礦產調查工作，通過海上重力測量工作，確定了三山島斷裂在北部海域的延展位置，提交一處A類金礦靶區[6]。在三山島西部海域新發現一條重力梯級帶，推測為斷裂構造引起。該梯級帶位于沂沭斷裂帶東側，總體走向NE，被NW向斷裂錯動。前人工作已經證明本區的斷裂構造對金礦的形成起著重要的控制作用，已知金礦床嚴格受NE—NNE向深大斷裂控制。本次工作通過海上鉆探對該梯級帶進行了驗證，發現鉛(鋅、金)礦化體。揭露了前寒武紀變質巖與中生代二長花崗巖的接觸界面，類比相鄰三山島金成礦帶，對該梯級帶含礦可能性進行分析，期待對該海域找礦工作提供幫助。

1 區域地質礦產特征

膠西北金成礦區地處膠東金礦集中區西北部。大地構造位置屬華北地臺(Ⅰ級)、膠遼臺隆(Ⅱ級)、膠北隆起(Ⅲ級)西北部，西臨沂沭斷裂帶，北東鄰龍口斷陷盆地，基底由呈東西展布的太古宇構成(圖1)。

區內地層出露相對零星。主要古元古代荊山群與粉子山群及新元古代蓬萊群，中生代地層主要包括萊陽群、青山群及王氏群。新生代地層主要有古近紀五圖群、新近紀臨朐群和第四紀地層[7]。

1—第四系；2—白堊系；3—新元古界；4—古元古界；5—白堊紀嶗山花崗巖；6—白堊紀偉德山花崗閃長巖；7—白堊紀郭家嶺花崗閃長巖；8—白堊紀雨山花崗閃長巖；9—侏羅紀玲瓏花崗巖；10—太古宙TTG片麻巖；11—實測(推測)斷裂；12—海上重力范圍圖1 膠西北地區地質簡圖[1]

膠西北地區侵入巖呈近EW向或NE向展布的巖基、巖株、巖瘤狀產出。超基性—酸性均有發育，尤以中酸性、酸性巖規模大、分布廣。形成時代自中太古代至新生代，中生代燕山晚期最發育；巖漿物質來源分為幔源、殼源和殼幔巖漿混合源等。

中生代侵入巖主要有侏羅紀燕山早期玲瓏花崗巖，白堊紀燕山晚期郭家嶺花崗閃長巖、偉德山花崗閃長巖、雨山花崗閃長斑巖、嶗山花崗巖組成。玲瓏花崗巖和郭家嶺花崗閃長巖是區內金礦的主要圍巖，與金礦關系密切，構成膠西北金礦集區巖漿巖主體[8-9]。

區內金礦受斷裂構造控制，沿三山島斷裂分布有三山島、新立、倉上、三山島北部海域、西嶺等金礦床，沿焦家斷裂帶及其下盤次級斷裂分布有新城、曲家、上莊、焦家、望兒山、寺莊、沙嶺、朱郭李家、馬塘、前陳、南呂-欣木、蠶莊等金礦床，沿招平斷裂帶及其下盤次級斷裂分布有臺上、東風、嶺南、阜山、大磨曲家、水旺莊、九曲蔣家、九曲、大開頭、羅山、大尹格莊、夏甸、萊西、山旺、謝家溝、舊店等金礦床。

2 研究區布格重力異常特征

膠東西北部地區，粉子山群、膠東巖群、棲霞序列、馬連莊序列變質巖密度偏高，玲瓏花崗巖和郭家嶺花崗閃長巖密度偏低。由于花崗巖體與變質巖接觸時，在巖體分布區形成明顯的重力低異常，在變質巖分布區形成重力高異常，因此利用重力異常可以圈定出變質巖和花崗巖類的分布范圍[10]。

2013—2018年，山東省地質調查院為了查明該海域地質構造情況，使用美國生產的海底重力儀，在該海域開展海上1∶5萬重力測量工作，形成研究區布格重力異常圖。從布格重力異常圖上主要表現為強烈波動性，NE向高低相間的分帶性。以沂沭斷裂帶為界，魯東地區表現為在重力高值背景上的強烈波動重力場，背景值平均在(0～25)×10-5m/s2，顯著高于魯西重力場。沂沭斷裂帶以東，重力場在高背景上亦表現出了強烈的波動性，芙蓉島南部出現布格重力異常最高值達20.9×10-5m/s2，為區內最高值，東部布格異常值最低達-4×10-5m/s2，重力差值近25×10-5m/s2，重力場跌宕起伏，高低相間，使布格異常表現明顯的塊狀分布特征。引起此波動的原因：一是地殼運動的差異性，莫霍面起伏差異，二是花崗巖侵入的不平衡性，巖體大小厚薄不等，三是區內高密度的元古界沉積厚度不一。

區內共推斷斷裂22條，F1斷裂(昌邑-大店斷裂)走向NNE，表現為規模大、梯度陡的重力梯級帶異常特征，斷裂以西表現為重力低特征，以東表現為重力高特征。綜合區域構造圖及1∶25萬布格重力異常圖、航磁圖及地震資料[11]，該斷裂為沂沭斷裂帶最東側分支昌邑-大店斷裂。F3斷裂(三山島斷裂)整體走向NE，傾向SE，在平面上呈“S”形，三山島—新立段走向40°，向北由三山島金礦延伸入海，向南從新立西延入渤海，跨海后經倉上、潘家屋子東延入渤海。

F2斷裂(刁龍嘴斷裂)是本次工作首次發現(圖2)，也是重點研究對象。該斷裂位于研究區西部，總體走向NE，被NW向斷裂F11，F16斷裂錯動，長約38km，南西(F10斷裂以南)及北東(F17斷裂以北)兩端走向不明。在F16斷裂以南表現為寬大重力梯級帶異常特征，斷裂北西側表現為重力高異常特征，向北西幅值逐漸升高，南東側表現為重力低，幅值達-2.5×10-5m/s2，在水平梯度模等平圖上，則表現為一條帶狀分布的正極值帶，帶上梯度值一般在1.2×10-8/s2以上，最大可達2.2×10-8/s2。該斷裂在F16斷裂以北重力梯級帶特征減弱，但在垂向一階導數圖中梯級帶明顯，在水平梯度模等平圖中為極大值異常帶特征。在高精度重力測量剖面圖上該斷裂表現為臺階重力異常，自北向南斷裂兩側斷差逐漸變大。該海域施工3個淺鉆，北西側為高密度的太古宙變質巖，南東側則為低密度的玲瓏二長花崗巖，結合區域地質資料分析認為，該斷裂北西側為高密度的前寒武紀變質巖反映，南東側則為低密度的花崗巖反映。

3 鉆探驗證

為了驗證該梯級帶性質，根據重力剖面測量推斷情況指導并部署鉆孔17SZK01(圖2)，鉆孔施工深度為1109.30m，終孔傾角88.60°，終孔孔徑75mm。

全孔巖性較簡單，主要為條帶狀英云閃長質片麻巖、中細粒二長花崗巖、鉀化二長花崗巖等，夾有小規模暗色脈巖及花崗斑巖(圖3)。425.78m之前主要巖性為中細粒變輝長巖、條帶狀英云閃長質片麻巖、鉀化二長花崗巖、中細粒二長花崗巖，構造角礫巖脈巖主要為閃長玢巖和花崗閃長斑巖。425.78～451.10m發育絹云母化蝕變，原巖為條帶狀英云閃長質片麻巖。構造蝕變帶與上盤圍巖分界較為清楚，與下盤圍巖呈漸變關系，總體軸面夾角約55°±，540.70～546.34m發育絹云母化蝕變，絹云母化蝕變較強，未見金屬硫化物；546.34～649.07m巖性主要為條帶狀英云閃長質片麻巖，夾少量花崗巖脈，其中546.34～550.54m發育螢石礦化，見有方鉛礦伴隨產出(圖4c)，經化驗，滿足工業品位鉛礦體視厚度為4.4m，549.74～550.74m樣品分析Au品位0.1g/t，550.74～551.74m樣品分析Au品位0.16g/t；649.07m處見巖體接觸面，界線較清晰，接觸面與巖心軸夾角45°±；649.07～792.94m巖性主要為中細粒二長花崗巖，巖石整體發育鉀化蝕變，多呈肉紅色，局部可見硅質細脈穿插，伴隨有少量黃鐵礦、黃銅礦產出，其中，746.56～746.80m見黃鐵礦呈團塊狀分布；778.81～780.31樣品分析Au品位0.1g/t；781.32～792.94m為弱絹英巖化花崗質碎裂巖，發育絹云母化、綠泥石化等蝕變，偶見黃鐵礦呈星點狀分布；792.94～829.32m為中細粒二長花崗巖；829.32～866.22m為鉀化硅化二長花崗巖，巖石整體發育鉀化、硅化蝕變，多見長英質、硅質細脈穿插，偶見黃鐵礦呈星點狀、小團塊狀產出；866.22～936.61m為中細粒二長花崗巖，局部發育鉀化、硅化蝕變；936.61～941.51m發育絹英巖化蝕變，見少量黃鐵礦呈星散狀分布；941.51～1109.30m主要為中細粒二長花崗巖，夾少量輝綠巖、花崗斑巖脈，局部發育鉀化、硅化蝕變，偶見少量黃鐵礦呈星點狀沿裂隙分布。

1—斷裂及編號；2—本次施工海上深鉆位置及編號；3—前期已施工鉆孔位置及編號；4—已知金礦床圖2 三山島西部海域布格重力異常圖(附推斷斷裂)

1—海水；2—第四系；3—中細粒變輝長巖；4—條帶狀英云閃長質片麻巖；5—中細粒二長花崗巖；6—鉀化二長花崗巖；7—花崗閃長斑巖；8—絹英巖化花崗質碎裂巖；9—鉛礦體；10—鉆孔位置及編號圖3 研究區地質剖面簡圖

a—條帶狀英云閃長質片麻巖；b—條帶狀英云閃長質片麻巖與二長花崗巖接觸界面；c—螢石方鉛礦；d—鉀化硅化二長花崗巖圖4 鉆孔內典型巖石照片

4 SHRIMP鋯石U-Pb測年

區內中生代巖體與金礦的形成一直是存在著爭論。有人認為金礦與玲瓏花崗巖侵入演化有關[12]；有學者認為金礦是郭家嶺花崗巖巖漿期后熱液礦床[13-14]；有觀點認為郭家嶺花崗巖與金礦化成礦流體具同源性，且成礦略晚于巖漿侵位[15]；另一些觀點認為金礦床受斷裂構造蝕變帶和郭家嶺花崗巖體接觸帶聯合控制[16]；還有人認為金的來源與埃達克巖有關[17]。眾說紛紜，但是這些觀點都與中生代巖體有關。

為了確定二長花崗巖的年代，從鉆孔1050m取樣品進行了SHRIMP鋯石U-Pb測年。鋯石挑選由河北省廊坊區域地質調查研究所實驗室利用標準重礦物分離技術分選完成。然后在雙目鏡下挑選出無裂痕、無包裹體且具有代表性的鋯石顆粒粘于環氧樹脂表面，固化后打磨拋光至露出一個光潔平面；再進行透、反射和陰極發光照像；結合這些圖像仔細研究鋯石的晶體形態與內部結構特征，以選擇最佳測試點。SHRIMP鋯石U-Pb測年在國家科技基礎條件平臺北京離子探針中心(中國地質科學院地質研究所)分析完成。鋯石定年分析所用儀器為SHRIMPII。詳細的實驗條件、測試分析流程及數據處理方法見文獻[18-19]。

挑出的鋯石呈長柱狀，粒徑100～200μm，長寬比2∶1～3∶1，自形，具有清晰的巖漿振蕩環帶(圖5),對該二長花崗巖樣品鋯石進行了分析，15顆鋯石的207Pb/235U和206Pb/238U年齡都在諧和線上及其附近(表1，圖6)，其中15顆鋯石的206Pb/238U加權平均年齡為(153.9±1.1)Ma,位于160～150Ma之間[20]，巖漿鋯石的年齡代表了巖體的形成年齡，說明孔內二長花崗巖形成于中生代晚侏羅世(燕山早期)。

表1 鉆孔內二長花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb測年數據表

圖5 孔內二長花崗巖鋯石CL圖像

圖6 孔內二長花崗巖鋯石U-Pb諧和圖(a)和加權平均年齡(b)

通過本次鉆探揭露結合鋯石測年,確定該巖體為玲瓏二長花崗巖,綜合區域構造圖及小比例尺布格重力異常圖、航磁圖及地震資料,確定該接觸面即為玲瓏二長花崗巖的西部邊界，接觸帶以西的萊州灣地層主要為新近紀及古近紀地層,無侵入巖體[11]。

5 討論

在布格重力異常圖上F2斷裂表現為一條規模較大的重力梯級帶，斷裂北西側表現為重力高異常特征，南東側表現為重力低異常特征，并且南北兩端梯級帶變化不一致，都表現為南陡北緩。該特征與三山島斷裂(F3)非常相似，三山島斷裂為區內重要控礦斷裂，位于三山島—倉上—潘家屋子一帶，南北兩端均延入海中，整體走向NE，傾向SE，在布格重力異常圖(圖2)上表現為規模大、水平變化率大的重力梯級帶，同樣表現為南陡北緩。

在重力低的邊部，鼻狀正重力異常、重力低的“港灣”部位、舒緩波狀重力梯度帶、交叉或尖滅端是金礦集中分布的有利部位，在重力梯級帶拐彎部位易形成大型、特大型金礦[21]。重力值逐漸增高或降低的“鼻狀區”與已知金礦田有明顯的對應關系，其中梯度變化寬緩的負“鼻狀區”為金礦集中產出區[22]。大致沿NE走向的F2斷裂北段，位于重力梯度變化寬緩的“鼻狀區”，布格重力異常梯級帶特征較弱，南北兩段均表現為較強的重力異常梯度帶。在相鄰三山島成礦帶上，三山島、三山島北部海域等超大型金礦床分布在重力低值區與重力高值區的過渡梯級帶上及其邊緣地帶。

通過17SZK01施工，鉆孔649.07m以上中細粒變輝長巖，條帶狀英云閃長質片麻巖，鉀化二長花崗巖，中細粒二長花崗巖，以下為玲瓏二長花崗巖，局部鉀化強烈，絹云母化黃鐵礦化等現象存在。549.74～550.74m樣品分析Au品位0.1g/t，550.74～551.74m樣品分析Au品位0.16g/t,778.81～780.31m樣品分析Au品位0.1g/t，649.07m處見巖體接觸面，界線較清晰(圖4b)。對比相鄰三山島斷裂帶，2014年山東省第四地質礦產勘查院在芙蓉島東部海域施工了鉆孔ZK5401(圖2),419.30m為棲霞序列變質巖與玲瓏巖體接觸面，接觸面以上主要為變輝長巖以及英云閃長質片麻巖，局部破碎，以下為二長花崗巖。另外三山島斷裂發育在玲瓏花崗巖當中，如2015年利用“山東省萊州北部金礦遠景調查”施工的鉆孔ZK8401開孔后見少量的變輝長巖后基本上為玲瓏二長花崗巖，到876.59m穿過三山島斷裂主斷裂面。三山島北部海域金礦賦礦的直接圍巖主要是侏羅紀玲瓏花崗巖，而非棲霞序列變質巖與玲瓏巖體接觸界線處，該情況與本次驗證的刁龍嘴斷裂非常相似。

根據該區域“東西成行、南北成列、匯集成片呈棋盤格局”金礦分布特征，推斷F2斷裂北部區域具有很高的成礦可能性。布格異常值基本介于(-1～10)×10-5m/s2之間，剩余異常上基本表現為重力低異常特征。該區北部與近EW向布格重力異常梯級帶交會，具有顯著的成礦重力場條件。對應三山島斷裂上，賦存有三山島、倉上、新立大型金礦床及西嶺、三山島北部海域特大型金礦床。

從以上地質、礦產及物探特征可以發現，該區重磁場分界清晰，北部與近東西向布格重力異常梯級帶交會，具有顯著的成礦重磁場條件；孔內上部為變輝長巖及英云閃長質片麻巖，局部發育絹英巖化，鉆孔下部為玲瓏二長花崗巖，具有較強的鉀化、硅化現象，對比三山島、焦家斷裂地質條件，具有較高相似性；黃鐵礦、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦等多金屬硫化物發育，部分樣品分析結果顯示具有金礦化，個別Au品位為0.16×10-6。綜合認為該區具有較好的找礦潛力。

6 結論

(1)開展海上重力工作,圈定異常梯級帶，通過海上鉆探驗證確定了前寒武紀變質巖與巖體接觸面。

(2)通過巖石SHRIMP鋯石U-Pb測年，確定巖體為形成于中生代晚侏羅世(燕山早期)的玲瓏二長花崗巖，綜合區域地質資料,確定該位置為膠東玲瓏二長花崗巖在該海域的西部邊界。

(3)F2斷裂南北兩端重力特征表現為南陡北緩，對比三山島金成礦帶布格重力及地質特征，結合鉆探驗證及樣品分析，F2斷裂找礦潛力較好。