膠東地區控礦剪切帶脆性變形時代的Ar-Ar年代學及其對成礦的制約*

程南南 石夢巖 侯泉林 潘結南 何苗 閆方超

1. 河南理工大學資源環境學院，焦作 4540032. 自然資源部深地動力學重點實驗室，中國地質科學院地質研究所，北京 1000373. 中國科學院大學地球與行星科學學院，北京 100049

在金礦成礦系統研究中，構造作用一直被認為是重要的控制因素，對構造與成礦關系的理解是揭示金礦形成機制的核心之一，也是找礦的關鍵所在。作為一種重要的構造變形方式，剪切帶廣泛發育于各類構造環境中。剪切帶通常為區域構造薄弱帶，其內巖漿活動、變質作用及流體活動相對集中，常作為含礦熱液運移的主要通道。剪切帶不僅能為流體的遷移提供有利的空間和通道(導礦構造)，還能驅使成礦物質活化遷移，在有利部位(容礦構造)富集成礦，具有非常好的成礦前景(Spencer and Welty，1986；Robert and Kelly，1987；鄧軍等，1998；張連昌等，1999；劉忠明，2001；路彥明等，2008；劉晶晶等，2013；劉俊來，2017)。世界上許多金礦直接產在剪切帶中(如加拿大Val-d’Or礦區，Boullier and Robert，1992；津巴布韋Renco礦區，Kolb，2008)，或明顯地受到與剪切帶相關的次級構造的控制(如澳大利亞Darlot礦區，Kenworthy and Hagemann，2007；中國膠東玲瓏礦區，程南南等，2018)。這種成因機制與控礦因素都與剪切帶密切相關的金礦，稱為剪切帶型金礦。深入研究剪切帶與金礦的成因關系，尤其是精確厘定控礦剪切帶的活動時代，可為探討剪切帶型金礦成因提供關鍵的時限約束，并且對礦床成礦模式的建立具有至關重要的意義。

作為中國典型的剪切帶型金礦產地，膠東地區已發現金礦床150余處，探明的黃金資源儲量超過4000t，約占全國的1/3，是我國最重要的金礦集區(楊立強等，2014)。對區內金礦床進行的大量礦石礦物定年工作揭示其成礦時代主要集中在120±10Ma(張連昌等，2002；Lietal.，2003；李厚民等，2003；胡芳芳等，2006；薛建玲等，2019；Saietal.，2020)，對應于中國東部構造體制轉折、巖石圈大規模減薄、克拉通破壞的高峰，成礦作用處于同一構造-巖漿-流體-成礦系統(朱日祥等，2015)。盡管前人對膠東金礦進行了大量礦床地質、成礦時代、成礦流體與成礦物質來源等方面的研究工作，也取得了豐碩成果，但對于剪切帶活動如何精細控制金礦的形成過程，尤其是控礦剪切帶活動時代與成礦時代的關系研究，尚顯薄弱。而對金礦區詳細的構造解析、礦脈內部結構以及流體包裹體和數值模擬研究表明，剪切帶中脆性變形活動對金礦體的形成具有直接影響(李曉峰等，2007；Wenetal.，2015；衛清等，2015；程南南等，2018；Chengetal., 2019)。因此精確厘定膠東地區控礦剪切帶的脆性變形時代，對于深入理解剪切帶型金礦的成礦過程和成礦機理具有重要意義。

近年來，部分學者對膠東地區控礦剪切帶的韌性變形時代進行了40Ar-39Ar定年研究(圖1)，結果表明其時代主要集中在133.9±1.5Ma～123.2±1.5Ma(張宏遠等，2006；Charlesetal.，2013；Nietal.，2016)。Charlesetal.(2013)對招平剪切帶南段的脆性變形時代也進行了研究，發現其時代為128.2±1.4Ma～127.7±1.3Ma。盡管這一結果初步顯示剪切帶脆性變形與成礦活動密切相關，但因該采樣點與相關金礦床相距甚遠，且研究結果僅針對招平剪切帶南段，在膠東地區尚缺乏對金礦區控礦剪切帶脆性變形時代的系統研究。為了深入理解剪切帶與金礦床的成因關系，本文在前人研究的基礎上，選擇膠東地區焦家、玲瓏、鄧格莊、乳山這四個金礦，對礦區內控礦剪切帶中斷層泥進行白云母40Ar-39Ar定年研究，通過系統對比膠東各礦區控礦剪切帶變形時代、巖體侵位時代和成礦時代，并結合相關剪切帶活動特征和金礦體產出特征，對剪切帶活動與金礦成因關系進行了深入探討，為進一步揭示膠東金礦的成礦機理提供新的約束。

圖1 膠東地區地質簡圖(據楊立強等，2014)圖中黑框內紅色字體：剪切帶韌性變形時代；藍色字體：剪切帶脆性變形時代. 數據來源：焦家和招平剪切帶據Charles et al.，2013；五蓮剪切帶據Ni et al.，2016；牟平-乳山和海陽-石島剪切帶據張宏遠等，2006Fig.1 Geological map of Jiaodong Peninsula (after Yang et al.，2014)Red words in the black box: ductile deformation age of shear zones; blue words: brittle deformation age of shear zones. Ar-Ar data source: Jiaojia and Zhaopign shear zones from Charles et al., 2013; Wulian shear zone from Ni et al., 2016; Muping-Rushan and Haiyang-Shidao shear zones from Zhang et al., 2006

1 地質背景

1.1 區域地質特征

膠東地區在大地構造位置上處于華北克拉通東南緣、郯廬斷裂帶以東、太平洋板塊西部、蘇魯超高壓變質帶北部區域(圖1)，主要包括北部的膠北隆起、中部的膠萊盆地和東部的蘇魯高壓-超高壓變質帶(Wenetal.，2015；朱日祥等，2015)。其中，膠北隆起主要出露前寒武紀基底巖石和大量中生代侵入巖，賦存了膠東地區90%以上的金礦床。前寒武紀基底包括太古界膠東群變質火山沉積巖和英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖(TTG)片麻巖，下元古界荊山群、粉子山群和芝罘群中高級變質巖，以及上元古界蓬萊群沉積巖(楊忠芳等，1998)；侵入巖則為大面積出露的中生代玲瓏花崗質巖體、郭家嶺花崗質巖體(關康等，1998；Lietal.，2003；胡芳芳等，2007；林博磊和李碧樂，2013；李洪奎等，2017)。在金礦區還發育大量白堊紀中-基性脈巖(煌斑巖、輝綠巖、細晶閃長巖、閃長玢巖等)(胡芳芳，2006；Caietal.，2013；)。膠萊盆地主要發育中生代火山巖，包括青山組和王氏組中酸性火山巖-火山碎屑巖(楊忠芳等，1998)。蘇魯高壓-超高壓變質帶以新元古代花崗片麻巖和中生代花崗巖(昆崳山、三佛山、偉德山和嶗山巖體等)為主(郭敬輝等，2005；胡芳芳等，2007；Gossetal.，2010；于學峰等，2012)，還發育大量榴輝巖包體、斜長角閃巖和少量超基性巖(許志琴等，2003)。

圖2 膠東地區控礦剪切帶顯微變形特征(正交偏光下)(a、b)石英顆粒邊界遷移重結晶；(c)鉀長石邊部蠕英結構；(d、e)石英亞顆粒旋轉重結晶；(f、g)斜長石機械雙晶及晶紋彎折；(h)石英波狀消光和碎裂結構；(i)斜長石晶內裂隙；(a、d、f)焦家剪切帶；(b、e、g、h)招平剪切帶：(c、i)牟乳剪切帶. Kfs-鉀長石；Pl-斜長石；Qtz-石英；Ser-絹云母Fig.2 Micro-structural deformation characteristics of ore-controlling shear zones in Jiaodong Peninsula (under cross-polarized light)(a, b) grain boundary migration recrystallization in quartz; (c) myrmekitic texture in K-feldspar; (d, e) subgrain rotation recrystallization in quartz; (f, g) deformation twins and bending in Plagioclase; (h) wave extinction and cataclastic texture in quartz; (i) intracrystalline fractures in plagioclase; (a, d, f) Jiaojia shear zone; (b, e, g, h) Zhaoping shear zone; (c, i) Muru shear zone. Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Qtz-quartz; Ser-sericite

1.2 控礦剪切帶特征

膠東地區斷裂構造發育，主要包括EW、NE-NNE、NW-NNW向構造系統。其中NE-NNE向構造是區內最主要的控礦構造，前人研究多認為其為郯廬斷裂帶的次級斷裂，與中生代古太平洋Izanaji板塊的俯沖、回轉和后撤有關(Zhuetal.，2010；楊立強等，2014；朱日祥等，2015)。NE-NNE向構造以約35km的間隔彼此平行分布于膠東半島，自西向東分別是三山島、焦家、招平、棲霞、桃村、牟平-即墨、五蓮-青島-煙臺、海陽-青島、牟平-乳山(簡稱牟乳)、威海、榮成和海陽-石島等剪切帶(圖1)，膠東地區幾乎所有的金礦床都集中在這些剪切帶上。已有的研究表明，這些剪切帶主要活動于晚侏羅世-早白堊世，成礦前為左行走滑擠壓剪切，成礦期轉換為右行走滑拉伸，與區域分布的巖漿巖一起組成變質核雜巖構造體系(張宏遠等，2006；林少澤等，2013；楊立強等，2014；呂古賢等，2016；夏增明等，2016；倪金龍等，2019)。

膠東地區控礦剪切帶總體走向NE-NNE，呈弧形彎曲延伸，由北向南延伸數百千米，局部向E或向W偏轉；傾向NW或SE，傾角一般30°～50°，接近地表傾角變陡(～80°)，呈現出“上陡下緩”的鏟式特征。剪切帶內普遍發育S-C組構、不對稱旋轉碎斑、礦物拉伸線理、剪切條帶、多米諾構造、擦痕、階步等構造現象，韌性和脆性變形特征共同指示了NW-SE向的伸展活動(林少澤等，2013；呂古賢等，2016；夏增明等，2016；Chengetal.，2019)。剪切帶糜棱巖中高溫變形和低溫變形組構出現疊加特征(圖2)。其中，高溫變形(500～600℃)表現為石英發育顆粒邊界遷移重結晶(圖2a, b)，鉀長石邊部出現蠕英結構(圖2c)；中溫變形(400～500℃)表現為石英亞顆粒旋轉重結晶(圖2d, e)，斜長石發育機械雙晶并出現晶紋彎折(圖2f, g)；低溫變形(<400℃)表現為石英波狀消光，普遍發育晶內裂隙及碎裂結構(圖2h, i)。對糜棱巖中石英進行的EBSD組構分析也顯示滑移系疊加現象(李瑞紅等，2014；Chengetal.，2019)。這些特征顯示，膠東地區控礦剪切帶經歷了遞進變形過程，初始發育在中地殼層次(15～20km，500～600℃)，之后逐漸被抬升剝露到達地表淺層。

圖3 膠東蝕變巖型金礦礦體分布剖面圖(a)焦家金礦；(b)三山島金礦Fig.3 Profiles of orebody distribution in Jiaodong Peninsula(a) Jiaojia gold deposit; (b) Sanshandao gold deposit

圖4 膠東蝕變巖型金礦手標本和反射光照片(a)角礫狀礦體；(b)條帶狀礦體；(c)浸染狀礦體；(d)碎裂狀黃鐵礦和裂隙金；(e)黃鐵礦中包裹金；(f)方鉛礦內包裹金；(a、b、d、e)三山島金礦；(c、f)焦家金礦. Au-金礦物；Ccp-黃銅礦；Gn-方鉛礦；Py-黃鐵礦；Sp-閃鋅礦Fig.4 Photos in hand specimen and reflected light of altered rock type gold deposits, Jiaodong Peninsula(a) breccia orebody; (b) banded orebody; (c) disseminated orebody; (d) cataclastic pyrite and fissure-filling gold; (e) gold inclusion in pyrite; (f) gold inclusion in sphalerite; (a, b, d, e) Sanshandao gold deposit; (c, f) Jiaojia gold deposit. Au-gold grains; Ccp-chalcopyrite; Gn-galena; Py-pyrite; Sp-sphalerite

1.3 礦床地質特征

膠東地區自西向東有三個成礦帶，分別為招遠-萊州成礦帶、蓬萊-棲霞成礦帶和牟平-乳山成礦帶，其間多以侏羅紀-白堊紀火山-沉積盆地相隔。膠東金礦礦化類型有蝕變巖型、石英脈型、蝕變礫巖型和多金屬硫化物型，其中以前兩種最為重要(范宏瑞等，2005；楊立強等，2014)。

1.3.1 蝕變巖型金礦床

蝕變巖型金礦主要分布在三山島、焦家、新城、大尹格莊等礦區(圖1)，礦體分布和形態都嚴格受到剪切帶的控制。平面上，剪切帶沿走向常呈舒緩波狀展布，礦體主要賦存在剪切帶抑制性轉彎部位以及斷裂交叉部位；剖面上，剪切帶常表現出上陡下緩的“鏟式”特點，沿傾向常出現陡緩相間的變化規律，礦體主要賦存在傾角變化的平緩部位以及陡-緩轉折部位(程南南等，2018)。在賦存蝕變巖型礦體的剪切帶內，均發育一條較平直光滑的主剪切面，礦體主要產于主剪切面的下盤(圖3)。從主剪切面向下盤外側，蝕變和變形具有較好的分帶現象，依次為主礦體帶、黃鐵絹英巖帶、黃鐵絹英巖化花崗巖帶、鉀化花崗巖帶。在蝕變帶邊部常發育石英脈型礦體(圖3)，對這些脈體和主剪切帶的產狀分析發現，脈體主要屬于R、T和R′破裂，為張性、張剪性破裂(程南南等，2018)。蝕變巖型礦體多以角礫狀(圖4a)或浸染狀(圖4c)礦化為特征，部分可見條帶狀或揉皺狀構造(圖4b)。礦石礦物中黃鐵礦是最主要的載金礦物，普遍發生強烈碎裂巖化(圖4d)，以半自形或他形分布于蝕變巖裂隙中，部分呈微細浸染狀與黃銅礦、金礦物零星分布于方鉛礦內部(圖4f)。金礦物主要以單顆粒形式賦存于黃鐵礦內部或晶間，具有明顯的金黃色反射色、高反射率、均質性和低硬度等特征(圖4d-f)。金礦物賦存狀態有包裹金和裂隙金兩種，包裹金的金礦物呈橢圓狀或不規則粒狀被包裹于黃鐵礦或閃鋅礦內部(圖4e, f)，部分金顆粒邊界平直，可能為黃鐵礦內部早期裂隙愈合位置(圖4e)；裂隙金的金礦物以他形粒狀賦存于黃鐵礦裂隙處(圖4d)。

圖5 膠東石英脈型金礦床地質簡圖(a)玲瓏金礦(據Yang et al.，2014)；(b)鄧格莊金礦(據Cheng et al.，2019)；(c)乳山金礦(據Cheng et al.，2019)Fig.5 Geological sketch maps of quartz vein type gold deposits in Jiaodong Peninsula(a) Linglong gold deposit (after Yang et al., 2014); (b) Denggezhuang gold deposit (after Cheng et al., 2019); (c) Rushan gold deposit (after Cheng et al., 2019)

圖6 膠東石英脈型金礦內部結構(a-c)石英脈中破裂-愈合構造；(d、e)石英纖維垂直脈壁或大角度相交；(f)脈體內部穿插多期細脈；(g)自形-半自形黃鐵礦；(h)黃鐵礦中包裹金；(i)黃鐵礦中裂隙金.(a、d)乳山金礦；(b、e、h)鄧格莊金礦；(c、f、i)英格莊金礦；(g)玲瓏金礦Fig.6 Internal micro-textures of quartz vein type gold deposits in Jiaodong Peninsula(a-c) crack-seal structure in quartz veins; (d, e) quartz fibers intersecting perpendicular to the vein wall or at large angles; (f) veins interspersed with multiphase veinlets; (g) idiomorphic-hypidiomorphic pyrite; (h) gold inclusion in pyrite; (i) fissure-filling gold in pyrite. (a, d) Rushan gold deposit; (b, e, h) Denggezhuang gold deposit; (c, f, i) Yinggezhuang gold deposit; (g) Linglong gold deposit

1.3.2 石英脈型金礦床

石英脈型金礦主要分布在玲瓏、臺上、乳山、鄧格莊、英格莊等礦區(圖1)。金礦脈主要產于脆-韌性剪切帶的次級破裂中，呈似透鏡狀、豆莢狀成群產出；規模大小不等，多呈雁行排列；形態簡單，多數呈單脈產出，傾角一般較陡(圖5)。對這些脈體和主剪切帶的產狀分析發現，脈體主要屬于R、T和R′破裂，為張性、張剪性破裂(程南南等，2018；Chengetal.， 2019)。石英脈中常見破裂-愈合構造， 表現為石英與硫化物呈互層狀或條帶狀產出，代表周期性流體脈動事件(圖6a-c)；顯微結構顯示石英纖維多與脈壁垂直或大角度(60°～70°)相交，暗示脈體形成于張性或張剪性環境(圖6d, e)；同時脈體內部穿插多期細脈，并伴隨強烈碎裂巖化，說明脈體形成過程中經歷了多期流體-構造事件(圖6f)。礦體多以致密塊狀、條帶狀構造為主，礦石礦物中黃鐵礦是主要的載金礦物，通常呈自形或半自形碎裂狀沿石英裂隙分布(圖6g-i)。金礦物數量及反射色和反射率明顯低于蝕變巖型金礦，賦存狀態以包裹金和裂隙金為主(圖6h, i)。

表1 膠東各金礦區剪切帶斷層泥中白云母40Ar/39Ar階段升溫測年數據

續表1

2 白云母40Ar-39Ar年代學研究

2.1 樣品測試方法

本文用于40Ar-39Ar定年的白云母樣品主要采自膠東金礦區井下露頭處的斷層泥中(采樣位置見圖1、圖3和圖5)。其中，樣品0813采自焦家礦區焦家剪切帶(采樣位置見圖3a)，樣品0910采自玲瓏礦區玲瓏剪切帶(招平剪切帶的分支，采樣位置見圖5a)，樣品1000和1005采自鄧格莊礦區牟乳剪切帶(采樣位置見圖5b)，樣品1015采自乳山礦區牟乳剪切帶(采樣位置見圖5c)。采集的樣品經破碎、水漂、過篩、磁選、比重液分選等步驟分選出白云母樣品，最后在雙目鏡下手工挑選。40Ar-39Ar定年工作在中國地質科學院地質研究所Ar-Ar法定年實驗室進行。選純的白云母(純度>99%)用超聲波清洗。清洗后的樣品被封進石英瓶中送核反應堆接受中子照射。照射工作在中國原子能科學研究院的“游泳池堆”中進行，使用B4孔道，中子流密度約為2.65×1013n·cm-2S-1。照射總時間為1440min，積分中子通量為2.29×1018n·cm-2；同期接受中子照射的還有用做監控樣的標準樣：ZBH-25黑云母標樣，其標準年齡為132.7±1.2Ma，K含量為7.6%。

圖7 膠東各金礦區剪切帶斷層泥中白云母40Ar/39Ar坪年齡圖和反等時線年齡圖(a、b)焦家金礦區；(c、d)玲瓏金礦區；(e-h)鄧格莊金礦區；(i、j)乳山金礦區Fig.7 40Ar/39Ar age spectrum and inverse isochron for muscovite from fault gouge of shear zones in typical gold deposits, Jiaodong Peninsula(a, b) Jiaojia gold deposit; (c, d) Linglong gold deposit; (e-h) Denggezhuang gold deposit; (i, j) Rushan gold deposit

樣品的階段升溫加熱使用石墨爐，每一個階段加熱10min，凈化20min。質譜分析是在多接收稀有氣體質譜儀Helix MC上進行的，每個峰值均采集20組數據。所有的數據在回歸到時間零點值后再進行質量歧視校正、大氣氬校正、空白校正和干擾元素同位素校正。中子照射過程中所產生的干擾同位素校正系數通過分析照射過的K2SO4和CaF2來獲得，其值為：(36Ar/37Aro)Ca=0.0002398，(40Ar/39Ar)K=0.004782，(39Ar/37Aro)Ca=0.000806。37Ar經過放射性衰變校正；40K衰變常數λ=5.543×10-10y-1；用ArArCALC程序計算坪年齡及正、反等時線；坪年齡誤差以2(給出。詳細實驗流程見文獻(陳文等，2006；張彥等，2006)。

2.2 測試結果

膠東地區控礦剪切帶斷層泥中的5個白云母升溫階段測年數據見表1，相應的坪年齡譜和反等時線年齡譜見圖7。在500～1400℃溫度范圍內，對各白云母樣品進行不同階段的釋熱分析。其中，焦家剪切帶焦家礦區的白云母樣品在600～1400℃獲得坪年齡為110.30±1.50Ma(MSWD=22.5)(圖7a)，對應的39Ar釋放量為83.53%。相應的39Ar/40Ar-36Ar/40Ar反等時線年齡為111.22±3.22Ma(MSWD=25.86)(圖7b)，40Ar/36Ar初始值為265.3±95.9。招平剪切帶玲瓏礦區的白云母樣品在600～1200℃獲得坪年齡為122.82±1.74Ma(MSWD=46.23)(圖7c)，對應的39Ar釋放量為95.67%。相應的39Ar/40Ar-36Ar/40Ar反等時線年齡為120.64±2.53Ma(MSWD=29.16)(圖7d)，40Ar/36Ar初始值為419.6±114.4。牟乳剪切帶鄧格莊礦區兩個白云母樣品分別在550～1400℃和500～1400℃獲得坪年齡為115.81±1.35Ma(MSWD=5.70)和116.99±1.24Ma(MSWD=0.55)(圖7e, g)，對應的39Ar釋放量分別為77.63%和39.19%。相應的39Ar/40Ar-36Ar/40Ar反等時線年齡分別為115.63±3.05Ma(MSWD=6.48)和116.64±2.47Ma(MSWD=0.66)(圖7f, h)，40Ar/36Ar初始值分別為302.0±101.8和300.3±29.5。牟乳剪切帶乳山礦區的白云母樣品在520～1400℃獲得坪年齡為119.62±1.20Ma(MSWD=1.82)(圖7i)，對應的39Ar釋放量為63.36%。相應的39Ar/40Ar-36Ar/40Ar反等時線年齡為119.69±1.34Ma(MSWD=2.10)(圖7j)，40Ar/36Ar初始值為291.8±27.8。

3 討論

3.1 白云母年齡可靠性

斷層泥中自生黏土礦物(如白云母、伊利石等)的K-Ar或40Ar-39Ar定年是測定剪切帶脆性活動時代的常用方法(Hainesetal.，2016；Tanner and Brandes，2019)。本文主要采用白云母40Ar-39Ar法進行剪切帶脆性變形時代的測定。測試結果(圖7)顯示，膠東各金礦區斷層泥中40Ar/39Ar坪年齡和39Ar/40Ar-36Ar/40Ar反等時線年齡在誤差范圍內基本一致，由反等時線獲得的這些白云母樣品的40Ar/36Ar初始值與現代大氣氬同位素比值(298.56±0.31；Leeetal.，2006)在誤差范圍內一致，表明白云母形成時沒有捕獲過剩氬。因此，5個白云母樣品的坪年齡可以代表控礦剪切帶的脆性變形時代。

值得注意的是，膠東地區控礦剪切帶大都經歷了從高溫(500～600℃)到中溫(400～500℃)再到低溫(<400℃)的遞進變形過程(圖2)，而白云母40Ar-39Ar體系的封閉溫度為350±50℃(向必偉等，2007)，因此樣品中的白云母在剪切帶變形過程中必然經歷了同位素的重置，用這類白云母測得的年齡能夠反映其脆性變形時代。此外，在膠東蝕變巖型金礦區，如焦家金礦，控礦剪切帶的脆性活動時代是110.3±1.5Ma，明顯晚于脈型金礦區(玲瓏、鄧格莊和乳山金礦區)的脆性活動時代(128.2±1.4Ma～115.8±1.4Ma)(圖7)。盡管前人研究指出膠東地區成礦作用近于同時形成(120±10Ma；范宏瑞等，2005)，且脈型和蝕變巖型礦化具有統一的成礦機理(Chengetal., 2019)，但其詳細成礦過程仍有區別，這可能是導致二者脆性變形時代存在差別的主要原因。在蝕變巖型金礦區，礦體位于主剪切帶中，由于遭受強烈的碎裂巖化和流體活動，晚期疊加的多期脆性變形造成白云母早期同位素體系發生改變，可能記錄最晚一期的剪切活動。而脈型礦化中金礦脈主要位于次級破裂處，脈體中破裂發育稀疏，愈合后不易遭受后期疊加改造，因此白云母同位素體系沒有受到較大程度干擾，主要記錄了韌性或脆-韌性變形期間的剪切活動。

圖8 膠東金礦區巖體-構造-成礦時代統計

3.2 剪切帶變形時代與成巖-成礦時代對比

3.2.1 焦家金礦區

焦家金礦產于玲瓏巖體與太古界膠東群角閃巖接觸部位的焦家剪切帶中，其北部緊鄰郭家嶺巖體。玲瓏巖體主要形成于160～142Ma(胡芳芳等，2007；于學峰等，2012；林博磊和李碧樂，2013)，在130～124Ma期間被郭家嶺巖體侵入(關康等，1998；Lietal.，2003；胡芳芳等，2007；李洪奎等，2017)。研究者對金礦體開展了精細的定年工作，得到的成礦時代主要為120.5～119.2Ma(Lietal.，2003)。對焦家剪切帶進行的構造年代學研究發現，剪切帶韌性變形時代為124.1±1.8Ma～123.2±1.5Ma(Charlesetal.，2013)。本文對焦家礦區斷層泥進行的40Ar-39Ar定年得到的控礦剪切帶脆性變形時代為110.3±1.50Ma。綜合這些巖體-構造-成礦時代數據(圖8a)可以看出，焦家金礦形成前經歷了多期巖體侵位事件。其中成礦時代與玲瓏巖體侵位時代相差較遠，而與郭家嶺巖體侵位時間相近。根據這些年齡特征，并結合金礦的成礦深度與花崗巖的就位深度，宋明春等(2010，2014)認為盡管焦家金礦直接產于玲瓏巖體中，但成礦流體活動與之沒有必然聯系。而穩定同位素研究表明，礦石、蝕變礦物和黃鐵礦的Sr和S同位素值與玲瓏巖體和郭家嶺巖體均有較大范圍重疊，表明金礦與賦礦圍巖具有繼承關系，成礦物質來源可能具有多源性(范宏瑞等，2005；胡芳芳，2006；楊立強等，2014)。同時，對比焦家礦區成礦時代與剪切帶變形時代可以看出，剪切帶脆性變形時代(110.3±1.50Ma)明顯晚于韌性變形時代(124.1±1.8Ma～123.2±1.5Ma)和金礦成礦時代(120.5～119.2Ma)，可能代表了成礦期后強烈的構造疊加。結合控礦剪切帶活動特征(圖2)以及流體包裹體和數值模擬計算，本文認為剪切帶早期的韌性變形可能為成礦物質與成礦流體提供了有利的運移通道，而在晚期逐漸抬升到地殼淺部過程中，強烈脆性變形所產生的脆性破裂在斷層閥行為控制下會發生周期性破裂愈合，期間流體壓力突然降低從而造成流體閃蒸和金的沉淀(Sibsonetal.，1988；張祖青等，2007；Weatherley and Henley，2013；Wenetal.，2015；程南南等，2018；Chengetal.，2019)。剪切帶從韌性區抬升到脆-韌性區時，由于應變速率加快，脆性破裂發育并經過多期破裂-愈合-充填過程，形成石英脈型礦化；而到地殼淺部后巖石發生強烈碎裂化，同時流體與圍巖發生強烈水巖反應，最終導致焦家金礦區蝕變巖型礦化的形成。而隨著剪切帶的隆升剝蝕，晚期疊加多期次的脆性變形，脈型與蝕變巖型礦化出現在同一構造部位，并導致白云母體系發生改變，最終記錄了最晚一期的脆性變形活動。

3.2.2 玲瓏金礦區

玲瓏金礦主要賦存于玲瓏巖體中(圖5a)，成礦作用受控于招平剪切帶。Yang and Zhou(2001)對金礦體中的黃鐵礦進行Rb-Sr測年得到的成礦年齡為123.0±4.2Ma～122.7±3.3Ma。對招平剪切帶糜棱巖中變形角閃石、黑云母和白云母以及斷層面自生白云母進行的構造年代學研究發現，剪切帶韌性和脆性變形時代分別為134±1.5Ma和128.2±1.4Ma～127.7±1.3Ma(Charlesetal.，2013)。而本文研究得到的該礦區控礦剪切帶脆性變形時代為122.8±1.7Ma，稍晚于上述研究的脆性變形時代。綜合這些巖體-構造-成礦時代數據(圖8b)可以看出，玲瓏金礦在成礦前及成礦期經歷了多期巖體侵位事件。金礦床穩定同位素研究顯示載金黃鐵礦的S同位素值與玲瓏巖體、郭家嶺巖體及前寒武紀變質巖石均有較大范圍重疊，表明成礦物質具有多源性(侯明蘭等，2006；楊立強等，2014)。此外，玲瓏金礦床在時空上與區域分布的中-基性脈巖(122～119Ma和110～102Ma)表現出密切的聯系(圖5a)，這些脈巖可提供部分成礦物質(Yang and Zhou，2001；Caietal.，2013；楊立強等，2014；Wenetal.，2015)。同時招平剪切帶的脆性活動時代(128.2±1.4Ma～122.8±1.7Ma)要稍晚于韌性變形時代(134±1.5Ma)，并與成礦時代(123.0±4.2～122.7±3.3Ma)存在大范圍重疊。結合該剪切帶微觀變形特征(圖2)、玲瓏礦區流體包裹體溫壓數據(Wenetal.，2015)以及斷層雙層結構模型(Sibson，1977)，本文認為玲瓏金礦區的成礦作用主要形成于剪切帶脆-韌性變形過程中，在該構造層次，由于應變速率較快，巖石易發生脆性破裂從而導致流體沸騰和金礦脈的形成。

3.2.3 鄧格莊金礦區

鄧格莊金礦主要產于昆崳山巖體與前寒武紀變質巖石接觸部位的剪切帶附近(圖5b)。昆崳山巖體主要形成于161±3Ma～142±3Ma(郭敬輝等，2005；胡芳芳等，2007；于學峰等，2012)，在118±1Ma～113±2Ma期間被三佛山巖體侵入(郭敬輝等，2005；Gossetal.，2010)。前人對金礦體進行了鋯石U-Pb和鉀長石40Ar-39Ar定年，認為鄧格莊金礦主要形成于123±0.5Ma～120±3.6Ma(胡芳芳，2006；薛建玲等，2019)。對于該礦區主要控礦剪切帶的歸屬問題，目前尚存爭議: 張宏遠等(2006)稱之為牟平剪切帶; 而楊立強等(2014)將其劃為海陽-青島剪切帶(圖1); Chengetal.(2019)認為其屬于牟乳剪切帶的一部分。本文根據鄧格莊金礦所在牟平-乳山成礦帶的區域地質背景(范宏瑞等，2005；李旭芬等，2010)，主要采用第三種觀點，即鄧格莊金礦的主要控礦剪切帶為牟乳剪切帶，其韌性活動時代為122.8±0.3Ma(張宏遠等，2006)。本文研究得到的該礦區控礦剪切帶脆性變形時代為116.9±1.2Ma～115.8±1.4Ma。以上這些巖體-構造-成礦時代數據(圖8c)顯示，鄧格莊金礦成礦作用前后經歷多期巖體侵位事件。其中昆崳山巖體的侵位時代(161±3Ma～142±3Ma)與成礦時代(123±0.5Ma～120±3.6Ma)相差較大，盡管同位素證據表明其與金礦體具有一定的同源性，但由于二者形成時代相差較大(～40Myr)，成礦物質直接從昆崳山巖體中萃取而來的可能性不大；同時流體包裹體及C-H-O-S同位素研究也表明，鄧格莊金礦的形成與白堊紀的巖漿活動(三佛山巖體和中-基性脈巖)直接相關(薛建玲等，2018，2019)。對比成礦時代與控礦剪切帶變形時代可以看出，剪切帶脆性變形時代(116.9±1.2Ma～115.8±1.4Ma)稍晚于韌性變形時代(122.8±0.3Ma)，二者在誤差范圍內均與成礦時代(123±0.5Ma～120±3.6Ma)存在重疊，揭示了剪切帶發育過程中的韌性和脆性變形都對成礦起到重要的控制作用。結合該剪切帶微觀變形特征(圖2)及礦體產出特征(圖5和圖6)，本文認為剪切帶脆-韌性變形過程中形成的大規模脆性變形是成礦作用發生的關鍵因素。

圖9 膠東地區剪切帶活動對成礦的控制機理(a)韌性區脈型金礦；(b)脆-韌性區脈型金礦和脆性區蝕變巖型金礦Fig.9 Controlling mechanism of shear zone activity on gold mineralization in Jiaodong Peninsula(a) vein type gold deposits in ductile deformation region; (b) vein type gold deposits in brittle-ductile deformation region and altered rock type gold deposits in brittle deformation region

3.2.4 乳山金礦區

乳山金礦主要產于昆崳山巖體中(圖5c)，前人對乳山金礦進行了鋯石U-Pb、絹云母40Ar-39Ar和絹云母Rb-Sr等多種方法的年代學研究，得到乳山金礦的成礦時代為129Ma～117±3Ma(胡芳芳等，2004，2006；胡芳芳，2006；Saietal.，2020)?？氐V剪切帶——牟乳剪切帶的韌性活動時代為122.8±0.3Ma(張宏遠等，2006)。本文研究得到的該礦區控礦剪切帶脆性變形時代為119.6±1.2Ma。綜合這些巖體-構造-成礦時代數據(圖8d)可以看出，乳山金礦在成礦作用前后同樣發生多期巖體侵位事件。礦床Pb同位素和稀土元素研究顯示，乳山金礦的成礦物質主要來源于前寒武紀變質基底巖石和昆崳山花崗巖，而S同位素結果顯示，載金黃鐵礦與昆崳山花崗巖具有相近的S同位素組成，這些結果暗示了昆崳山巖體可能是乳山金礦的直接礦源巖(李旭芬，2011)。對比成礦時代與控礦剪切帶變形時代可以看出，剪切帶韌性變形時代(122.8±0.3Ma)與脆性變形時代(119.6±1.2Ma)十分接近，暗示了脆性變形有可能是在剪切帶韌性變形期間所產生的；同時二者變形時代與成礦時代(129～117±3Ma)高度一致，揭示了剪切帶活動對成礦的強烈制約作用。通常認為韌性變形過程中流體處于封閉環境，不利于礦體的形成，但隨著晶內塑性變形和動態重結晶的持續作用，封閉條件下孔隙體積越來越小，因而局部流體壓力逐漸升高并出現高壓流體，從而降低巖石強度出現脆性微破裂，有利于成礦作用的進行(程南南等，2018)。結合礦體產出特征(圖6)以及流體包裹體溫壓數據(程南南等，2018)，本文認為控礦剪切帶韌性變形期間由高壓流體所產生的脆性破裂是造成流體閃蒸和礦質沉淀的直接因素。

3.3 剪切帶活動對成礦的制約

對膠東眾多金礦區的巖體-構造-成礦的年代學和地球化學研究表明，礦體的形成、發展和演化與區域巖漿活動、流體作用和剪切帶活動有密切的關系(圖9)。成礦作用前后發生的多期巖體侵位能夠提供充足的成礦物質來源，而成礦期強烈的巖漿作用所產生的流體活動能夠促使成礦物質活化遷移(馮佐海等，2009；楊立強等，2014)。在中地殼韌性區(15～20km，500～600℃)，緊鄰巖體發育的剪切帶產狀較緩，強烈剪切作用造成的韌性變形使剪切帶的滲透性逐漸增強，從而為流體運移提供了有利通道，使成礦物質在剪切帶中高度聚集。局部應力集中所造成的高壓流體環境使脆性微破裂在韌性域中開始發育(Phillip，1972；Kolb，2008)，而微破裂所造成的壓力驟降環境使成礦流體發生閃蒸作用導致金發生沉淀(Weatherley and Henley，2013)。隨著剪切作用的持續進行，應力集中-脆性破裂-壓力驟降-流體閃蒸-元素析出的應力化學過程循環發生(程南南等，2018)，微破裂經歷多次破裂-愈合過程逐漸發育擴展成大規模脈體(R、T和R′破裂)，同時金的品位也不斷提高，最終在剪切帶中形成脈型金礦(如乳山金礦中石英脈型礦化，圖9a)。隨著遞進變形的持續進行，剪切帶逐漸抬升剝露到中地殼頂部脆-韌性轉換區(10～15km，400～500℃)，剖面上產狀變陡，走向上呈舒緩波狀展布。在這些陡緩轉折部位以及抑制性轉彎部位，應力集中引發剪切帶附近強烈的脆性破裂和脈型礦化(如玲瓏、鄧格莊和焦家金礦中石英脈型礦化，圖9b)。而在上地殼脆性區(5～10km，300～400℃)，剪切帶中破裂發育密集，巖石發生角礫巖化甚至是碎裂巖化，并伴隨強烈剪切滑動。此時成礦流體與圍巖充分接觸，易形成蝕變巖型礦化(如焦家金礦中蝕變巖型礦化，圖9b)。

綜合上述特征，在一個理想的連續演化的剪切帶剖面，自下而上一般出現韌性區脈型、脆-韌性區脈型和脆性區蝕變巖型礦化類型(圖9b)。但隨著剪切帶的遞進變形和隆升剝蝕，后期多期次的脆性構造變形疊加改造，可導致多種礦化類型出現在同一構造部位，如焦家金礦中石英脈型和蝕變巖型礦化(圖3a)。

4 結論

(1)膠東各金礦區剪切帶斷層泥中白云母40Ar-39Ar定年研究表明，焦家剪切帶、招平剪切帶以及牟乳剪切帶的脆性變形時代分別為110.3±1.5Ma、122.8±1.7Ma、119.6±1.2Ma～115.8±1.4Ma。

(2)焦家剪切帶的脆性變形時代明顯晚于招平和牟乳剪切帶，可能代表了蝕變巖型礦化形成后易遭受后期強烈的構造疊加。

(3)綜合膠東各金礦區控礦剪切帶變形時代、巖體侵位時代和成礦時代及剪切帶活動特征和礦體產出特征，本文認為在多期巖體侵位以及控礦剪切帶遞進變形過程中，剪切帶韌性變形區中產生的同期脆性破裂以及脆-韌性和脆性區中形成的大規模脆性變形對成礦起到至關重要的控制作用。

致謝野外工作得到了山東黃金集團的大力支持；中國地質科學院地質研究所張彥老師在Ar-Ar年齡測定過程中給予了指導和幫助；中國科學院大學地球與行星科學學院柴育成教授、閆全人教授在成文過程中提出了寶貴意見；兩位評審專家提出了寶貴的修改意見。在此一并致以衷心的感謝！

謹以此文紀念李繼亮先生，感念先生對地質事業的卓越貢獻！