棲霞-福山多金屬成礦帶地質特征及其成礦作用

戴廣凱，李秀章，朱學強，秦杰

(山東省地質調查院，山東 濟南 250014)

0 引言

山東省棲霞高家-香夼-福山邢家山一帶礦(化)點繁多，成礦條件優越，尤以多金屬成礦作用最為突出，為一多金屬成礦帶。成礦帶位于膠東地區中東部的棲霞、福山一帶，行政區劃隸屬于煙臺市下屬的棲霞市、蓬萊市、福山區管轄。成礦帶面積985km2。帶內有鉬鎢礦大型礦床1處，中型銅鋅礦床1處，中型多金屬礦床1處，小型銀礦床1處，中型金礦床1處，小型金礦床1處，銅礦(化)點6處，鉛礦(化)點2處，多金屬礦(化)點2處，金礦(化)點6處，銀礦(化)點1處，鉬礦(化)點2處，鐵礦(化)點2處(圖1)。

1—王氏群；2—青山群；3—萊陽群；4—蓬萊群；5—粉子山群；6—荊山群；7—新太古代基底；8—偉德山序列；9—郭家嶺序列；10—玲瓏序列；11—地質界線；12—角度不整合界線；13—韌性斷層接觸界線；14—斷層；15—金礦；16—鉬鎢礦；17—銅礦；18—鉛鋅銅多金屬礦；19—銀礦；20—鐵礦；21—錳礦；22—鉛礦；23—鉛鋅礦；24—多金屬成礦帶范圍

1 成礦帶地質背景

成礦帶地層屬華北地層區魯東地層分區膠北地層小區，出露有新太古代—新元古代、中生代和新生代地層。古元古代粉子山群和新元古代蓬萊群出露完整，尤其是粉子山群張格莊組大理巖和蓬萊群香夼組灰巖，是矽卡巖型多金屬礦的控制層位。

成礦帶內脆性斷裂構造發育，據脆性斷裂的產狀、性質與礦化關系，主要劃分為近EW向、近SN向、NW向、NE向、NEE向等5組，NEE向和NWW向規模均較小。其中NE—NNE向斷裂是研究區的主要構造，發育的條數多、密度大，該組斷裂的共同特點是延伸遠，連續性好，以左行壓扭性為主，常控制或明顯改造早期地質體，奠定了研究區的主體構造格架，與礦產的關系也尤為密切。

成礦帶內與成礦關系密切的中生代巖漿活動強烈。侏羅紀玲瓏序列二長花崗巖分布在成礦帶東北部，鉬鎢礦的形成與其有關。郭家嶺序列分布在成礦帶西北部，在其與玲瓏序列和新太古代地質體接觸部位形成了金礦礦集區。偉德山序列主要出露在成礦帶西部和中東部形成了規模較大的多金屬礦。

2 礦床分布及典型礦床特征

區內礦產眾多，礦床分布密集，是山東重要礦產地集中分布區。區內礦產按照成因可分為斑巖-矽卡巖型、熱液型等。

2.1 成礦帶礦床分布特征

金(銀)礦空間上集中分布于2個區域，即蓬萊市東南方向的大柳行地區及棲霞市北部。大柳行地區金礦類型主要為玲瓏式石英脈型，金礦床分布區出露巖石為晚侏羅世玲瓏二長花崗巖。金礦床的分布范圍西部受棲霞-紫現頭斷裂控制，東部受大柳行斷裂控制，在臧家莊盆地北緣EW向西林斷裂南側分布有少量杜家崖式層間角礫巖型金礦床。棲霞北部金礦床分布區出露巖性為新太古代棲霞英云閃長質片麻巖和石英閃長質片麻巖，以及大量的石英脈、閃長玢巖等。金礦床的分布主要受石英脈控制。銀礦為金礦床內的伴生礦床，一般不獨立形成銀礦床。

銅礦主要分布于煙臺市福山區王家莊地區，為王家莊式熱液交代型銅(鋅)礦床，早白堊世王家莊單元石英閃長玢巖為成礦母巖。含礦熱液順層侵入于粉子山群巨屯組、崗崳組含石墨大理巖、黑云變粒巖、黑云片巖內，礦床受控于粉子山群巨屯組、崗崳組含石墨大理巖，含礦熱液沿地層內裂隙充填、交代富集成礦。在臧家莊盆地北緣止鳳莊組礫巖中發育孔雀石化，認為深部存在隱伏小型斑巖體。

鉛鋅礦主要分布于臧家莊鎮南部香夼地區，為一中型鉛鋅礦床，礦床主要分布于早白堊世中酸性淺成—超淺成侵入巖—花崗閃長斑巖與新元古代香夼組輕微變質結晶灰巖接觸帶的外帶附近，形成斑巖-接觸交代(矽卡巖)型鉛鋅礦床。礦床主要受巖體與灰巖接觸帶控制。在接觸帶內帶靠近巖體一側往往形成斑巖型銅礦。另外，在臧家莊盆地北緣西林斷裂帶南側西林一帶也發育鉛鋅礦化，艾山一帶偉德山序列花崗巖邊部也發育鉛鋅礦化。

鉬鎢礦主要分布于煙臺市福山區西部的邢家山地區，為邢家山式接觸交代(矽卡巖)型鉬(鎢)礦床，與成礦關系密切的侵入巖為中生代晚侏羅世玲瓏斑狀中細粒含黑云母二長花崗巖，巖體與粉子山群張格莊組、崗崳組含石墨大理巖層發生接觸交代作用形成鉬(鎢)礦床，礦床一般賦存于接觸帶的外帶，少量分布于接觸帶的內帶。

2.2 成礦帶典型礦床特征

對比研究區典型礦床，從早至晚，棲霞-福山多金屬成礦帶多金屬礦產由斑巖—矽卡巖型—中溫熱液型—中低溫熱液型。從礦體特征、控礦構造、圍巖巖性、與成礦有關的侵入體、礦石類型、礦產類型、圍巖蝕變、成礦元素組合、成礦階段、成礦流體特征、同位素特征、成礦壓力深度、形成溫度、成礦時代等方面均具有一定的差別，又有一定的演化關系(表1)。

表1 典型礦床主要特征表

據參考文獻[1-4,7]。

3 成礦規律

3.1 多金屬礦的成礦條件

多金屬成礦帶內礦體多集中分布于臧家莊盆地邊緣。盆地周緣復雜的構造系統，古老的變質基底和伴隨盆地發育的巖漿活動共同促成了成礦作用的發生，即礦體受地層、構造及巖體三者聯合控制，具有“三位一體”的特點(圖2)。

1—礫巖；2—灰巖；3—蓬板巖；4—片巖；5—黑云變粒巖；6—大理巖；7—變質侵入巖；8—花崗斑巖；9—石英閃長玢巖；10—花崗巖；11—流紋斑巖；12—構造角礫巖；13—金礦體；14—銀礦體；15—鉛鋅礦體；16—銅礦體；17—鉬鎢礦體；18—孔雀石化；19—相變界線；20—斷層；21—白堊紀陸相沉積；22—蓬萊群；23—粉子山群；24—新太古代變質基底；25—雨山序列花崗閃長斑巖；26—雨山序列石英閃長玢巖；27—郭家嶺序列花崗巖；28—玲瓏序列花崗巖；29—流紋斑巖； ①—斑巖-矽卡巖型鎢鉬銅、鉛鋅礦化；②—中溫熱液脈型銅鉛鋅礦化；③—中低溫熱液脈型金銅礦化；④—中低溫熱液脈型金銀礦化；⑤—潛火山熱液脈型金礦化

3.1.1 地層條件

臧家莊盆地周緣的古元古代粉子山群、新元古代蓬萊群中碳酸鹽類巖石和鈣鎂硅酸鹽類巖石，成層性好，韻律性強，化學性質活潑易于交代，是形成熱液礦床或層控礦床的有利巖性。沿地層層間，尤其是各組、段間接合部位，多易形成層間滑脫拆離構造及各種小型張裂隙、節理。這些小型構造為成礦熱液的聚集和礦質的沉淀富集提供了容儲空間，與區域上較大型褶皺和斷裂構造可共同構成完整的“導礦、配礦、容礦”成礦構造體系。

變質巖作為層狀地質體，可對下部流體起到一定的隔檔作用，促使金屬發生沉淀。粉子山群地層中含有大量的石墨及含碳不純大理巖，可能形成成礦元素遷移的“地球化學障”，碳質在擴大金屬離子在溶液中的穩定范圍的同時，具有吸附金屬離子的作用，為熱液中流體的沉淀富集提供了有利的物理化學條件。

3.1.2 巖漿巖條件

盆地周緣的巖漿活動尤其是淺成—超淺成巖漿活動是多金屬成礦帶金及多金屬礦床產出的前提，是重要的控礦因素之一。

巖漿作用尤其是淺成—超淺成的巖漿系統為成礦帶來了成礦物質，為成礦提供直接的物質來源。區內斑巖型鉬鎢礦床和矽卡巖型鉛鋅礦床以及巖漿熱液型礦床的形成，其物源都主要來自于巖漿本身。淺成—超淺成的斑巖富含成礦物質、硅質，在底侵就位過程中不斷演化出成礦流體，富集于小的巖體部位成礦。低程度部分熔融產生的巖漿成礦元素含量較高，這部分巖漿往往富含揮發份，巖漿黏度較小，上侵能力強，易形成淺侵位的斑巖、爆破角礫巖[4]等小巖體，造成小巖體成大礦的情形[5]。

巖漿作用為成礦帶來了熱源和成礦流體：通過典型礦床分析可以看出，金及多金屬礦成礦作用中都離不開巖漿和巖漿熱液，尤其后者更為直接。對于斑巖型礦床來說，富含揮發份的巖漿上升至淺部定位過程中不斷分異出含礦流體，直至最后富集成礦，巖漿用熱“融化”了成礦物質，釋放流體讓其運移，再以爆破、底劈等作用為成礦物質的富集成礦創造了有利條件。

巖漿作用為成礦開辟了成礦空間：巖漿活動的上升，一方面追溯以往斷裂發育，并可在前端及周圍形成水壓破裂，并迅速擴張，從而擴大斷裂空間；另一方面，由于其上拱作用，容易形成穹窿，發育變質核雜巖構造。如鵲山變質核雜巖，中生代玲瓏花崗巖的同構造侵入作用加劇了區域地殼的水平伸展變薄及因均衡作用而隆升的步伐，在其上部荊山群地層內發育鏟形斷層系統，上盤鏟形斷層向深部變緩，最終聯合或終止于一個大規模的低角度正斷層上。該斷層系統為后期成礦作用所利用，發育了蓬家夼式(西林金礦)。另外，巖體邊部的韌性剪切帶，由于礦物的重新定向排列，其內流通性較好，利于成礦作用的發生。在巖體與地層接觸帶，接觸面附近容易發生氣液隱爆作用，有利于成礦物質的富集。

3.1.3 構造條件

構造體系對成礦的控制作用主要表現在兩個方面，首先深成構造作為成礦熱液運移的主要通道，為深部成礦物質與成礦熱液的上升提供了良好空間，其次淺部構造作為相對封閉的環境為成礦物質的聚集和沉淀提供了良好的場所，是最佳成礦位置。構造發育區是金及多金屬成礦的有利地段，控制著礦化的富集程度與礦體的空間定位。臧家莊盆地盆緣區為構造薄弱帶，是多種構造復合疊加的部位。伸展構造運動下，環盆緣往往形成滑脫拆離構造帶，具有多期活動、脆性—韌性疊加的特征，并且呈現上陡下緩、沿走向和傾向呈舒緩波狀的特點；在盆內緣則形成陡傾斜的NE向斷裂、裂隙密集帶等脆性斷裂構造。構造活動形成的擴容空間是礦液運移并選擇性成礦的有利部位。西林金礦床即賦存于控制臧家莊斷陷盆地北緣的西林斷裂帶中。盆地邊緣的近東西向大斷裂西林-吳陽泉斷裂、龍窩鋪-韓家疃斷裂及其與NNE向斷裂的交匯部位是主要礦床分布區，是研究區銅、鉬、鉛鋅多金屬礦的控礦構造帶。例如盆地南緣的EW向龍窩鋪-韓家疃斷裂與NNE向亭口斷裂交匯部位，形成了香夼鉛鋅銅多金屬礦；近EW向的吳陽泉斷裂與丁家夼斷裂的交匯部位形成了王家莊銅礦。

3.2 成礦流體性質

3.2.1 成礦溫度和壓力

根據前人對流體包裹體的研究表明[1,7]：邢家山鉬鎢礦流體包裹體測溫結果顯示，包裹體均一溫度值在89～431℃之間，峰值為160～200℃。其中透輝石中含少量氣液兩相包裹體，為長方形或方形切面，相當于輝石的負晶形，孤立產出，均一溫度分別為401℃和431℃。不同世代輝鉬礦形成溫度分別為360～430℃，250～375℃、250℃。方解石中的流體包裹體，均一溫度為89～91℃，代表了成礦后期熱液活動礦物結晶的溫度。

香夼銅鉛鋅礦流體包裹體均一溫度值在120～430℃之間，峰值為300～390℃，整個均一溫度明顯分為3組，早期矽卡巖階段溫度為587℃；(濕)矽卡巖化階段溫度范圍287～430℃；中期銅鉛鋅礦化階段的溫度范圍192～270℃，晚期石英-碳酸鹽化階段的溫度范圍120～180℃。

王家莊銅礦床包裹體均一溫度在值在162.0～342.2℃之間，峰值為160～200℃，整個均一溫度明顯分為4組，早期熱液活動階段(石英-黃鐵礦階段)溫度范圍為340～360℃；多金屬硫化物早期階段溫度范圍為260～300℃；多金屬硫化物晚期階段溫度范圍為220～240℃；晚期石英-碳酸鹽階段溫度范圍為160～200℃。整體上，王家莊銅礦成礦流體為中低溫流體。

杜家崖金礦流體包裹體均一溫度變化范圍為175～292.3℃，峰值在200～250℃，屬中—低溫范疇。其中190～300℃為石英-多金屬硫化物階段溫度，為成礦溫度范圍；晚期石英-碳酸鹽階段溫度170～180℃。

整體上包裹體均一溫度均表現出多期熱液活動，集中表現為早期熱液活動階段(或矽卡巖晚期階段)、多金屬硫化物階段(又可分為早期和晚期)、石英-碳酸鹽階段3個大的階段(圖3)。

圖3 研究區典型礦床流體包裹體均一溫度對比圖

3.2.2 成礦物質來源

對穩定同位素分析表明[1,6-8]：杜家崖金礦石英的δ18O‰值在12.7～15.4之間，平均值為14.1，δD‰值在-92～-79之間，平均值為-84.8[1]；邢家山鎢鉬礦石英的δ18O‰值在12.2～13.6之間，平均值為12.97，δD‰值在-77～-71.9之間，平均值為-73.8[9]；香夼銅鉛鋅礦石英的δ18O‰值在5.8～ 9.0之間，平均值為7.48，δD‰值在-74.2～-55.6之間，平均值為-65.1[6]。

根據成礦流體氫氧同位素關系圖(圖4)中各組數據投影點的位置可以看出，投點位置主要集中分布于變質水和巖漿水左側下方，大氣降水與巖漿水混合區域聚集了大部分的投影點，僅有香夼銅鉛鋅礦床的投影點完全落入巖漿水范圍內，邢家山鎢鉬礦主成礦期的投影點十分接近巖漿水范疇，表明斑巖-矽卡巖型的多金屬礦床主成礦期的流體可能為巖漿流體。對于層間滑脫拆離帶型的金礦床，投影點主要落入靠近巖漿水的位置，說明金礦床初始和成礦期的流體以巖漿流體為主，隨著成礦作用的推進，有大氣降水的混入，據此推斷流體來源可能為巖漿水和大氣水的混合流體。

圖4 研究區典型礦床成礦流體δD -δ18O圖解

據前人對邢家山鎢鉬礦、香夼鉛鋅銅多金屬礦、王家莊銅礦、杜家崖金礦中原生礦石中硫化物的硫同位素進行分析表明[1,7]，香夼鉛鋅銅礦的硫同位素值最低，δ34S在-1.4‰～4.1‰之間，其他礦床的硫同位素值主要分布在5.5‰～9.5‰之間，且變化范圍小，僅杜家崖金礦硫同位素值變化范圍較大，可能反映了硫的多來源，但其絕大多數樣品硫同位素主要集中在5.5‰～9.5‰之間。整體上δ34S變化范圍窄，極差小，硫均一化程度較高，具有深源巖漿硫特征，同時又有一定的地殼物質參與成礦作用。

3.3 成礦深度

在綜合考慮礦區地質特征、包裹體體系的基礎上，根據前人[1,6-7]對包裹體顯微測溫結果，對典型礦床的成礦深度進行估算，結果表明，邢家山礦區鉬成礦深度范圍為3.71～9.93km，與常見矽卡巖型礦床5～9km成礦深度吻合。成礦深度為中等。香夼礦區礦床成礦深度范圍大致2.78～3.52km；王家莊銅礦成礦深度范圍為1.69～3.64km，平均為2.49km，成礦深度較淺。杜家崖金礦成礦深度范圍為1.45～2.58km，平均值為1.97km，金礦成礦深度為淺成(圖5)。

圖5 典型礦床成礦深度圖

3.4 成礦時代

成礦帶內成礦年齡主要是依據成礦巖體的年齡來確定。成礦帶內與成礦關系密切的燕山晚期淺成—超淺成斑巖巖漿活動主要經歷了3個階段，主要巖石單元的特征見表2。

表2 與成礦有關巖體的特征表

據參考文獻[2,13-22](1)山東省地質礦產局第三地質大隊，王文安、楊國福、張丕建等，1∶5萬石島等8幅區域地質調查報告，1995年。(2)山東省第三地質礦產勘查院，楊國福、薛志忠、周忠福等，1∶5萬煙臺市等五幅區域地質調查報告，2000年。。

第一個階段為玲瓏序列花崗巖，主要出露于成礦帶北部的筆架山和東北部的邢家山一帶，區內代表性巖體主要為磁山巖體和幸福山巖體，巖性主要為弱片麻狀細中粒含石榴二長花崗巖(磁山巖體)和斑狀中細粒二長花崗巖(幸福山巖體)。早期巖體內有較多變質地層、棲霞巖套及基性巖包體。包體的延展方位與區域構造線吻合，時具弱片麻狀構造；晚期巖體包體較少，僅在邊緣見有圍巖捕虜體。大柳行一帶的磁山巖體含斑中粗粒黑云二長花崗巖巖獲得的單顆粒鋯石U-Pb 年齡值為(157±2)Ma(LA-ICP-MS)[10]；邢家山鉬礦獲得的幸福山巖體形成時代分別為(157±2)Ma(LA-ICP-MS U-Pb)、(159.3±1.6)Ma(SHRIMP U-Pb)[11-12]，表明磁山巖體、幸福山巖體形成時代均為晚侏羅世，屬玲瓏期。其中，幸福山斑狀中細粒含黑云二長花崗巖巖體與圍巖粉子山群碳酸鹽巖的接觸帶形成矽卡巖型W-Mo礦床。

第二階段為分布于臧家莊盆地南部香夼和東北部王家莊等地的花崗閃長斑巖(香夼巖體)和石英閃長玢巖(王家莊巖體)，以隱伏產出為主，地表僅出露小型斑巖體。無論是石英閃長玢巖還是花崗閃長斑巖，淺部形成似網脈狀巖枝，向下逐漸匯合成筒狀，具有多期次侵入的特征。與碳酸鹽巖地層的矽卡巖接觸帶內發育鉛鋅礦體，在巖體內部發育銅鉬礦體。在接觸帶外圍的巖枝、巖脈則以中低溫熱液脈型銅化為主。在香夼南和羊虎山采集了花崗閃長斑巖和石英閃長玢巖樣品采用激光燒蝕多接觸等離子質譜(LA-MC-ICP-MS)法進行了鋯石U-Pb同位素年齡測試，鋯石具有清晰的震蕩環帶(圖6)，Th/U均值分別為0.4842和0.2976，均明顯大于變質鋯石Th/U比值(<0.1)，為典型的巖漿鋯石。結果顯示諧和年齡分別為(127.91±0.58)Ma和(125.63±0.75)Ma(圖7)。

圖6 香夼花崗閃長斑巖和王家莊石英閃長玢巖鋯石陰極發光(CL)圖像

圖7 香夼花崗閃長斑巖和王家莊石英閃長玢巖同位素年齡諧和圖

第三階段為石前莊期發育的潛火山巖相酸性巖漿-流紋斑巖。臧家莊盆地北部主要沿西林斷裂帶狀分布，形成西林巖體，伴隨著含礦熱液的上移，在斷裂的轉折端或斷裂交匯部位沉淀成礦，形成西林金礦床。在東山莊一帶采集了流紋斑巖樣品，鋯石具有清晰的震蕩環帶，Th/U均值為0.7439，均明顯大于變質鋯石Th/U比值(<0.1)，為典型的巖漿鋯石(圖8)。樣品內選取了30個鋯石微區開展鋯石U-Pb測年分析，獲得鋯石U-Pb加權平均年齡為(114.14±0.78)Ma(n=30，MSWD=2.5， probability=0)(圖9)。這與蓬家夼金礦(位于膠萊盆地東北緣，與鵲山變質核雜巖及其周緣的構造滑脫帶相關，同樣受滑脫拆離斷裂構造帶控制)中角礫狀礦石中的石英黃鐵礦膠結物中石英40Ar-39Ar測年(117.33±0.15Ma)[20-22]具有大致相當的年齡。因此，認為西林金礦的成礦時代大致在114Ma左右。

圖8 東山莊流紋斑巖鋯石陰極發光(CL)圖像

圖9 東山莊流紋斑巖鋯石U-Pb年齡諧和圖(左)和加權平均值圖(右)

在臧家莊盆地南部大欒家南采集了流紋斑巖測年樣品，其鋯石具有清晰的震蕩環帶，Th/U均值為0.7439，均明顯大于變質鋯石Th/U比值(<0.1)，為典型的巖漿鋯石。獲得鋯石206Pb/238U加權平均年齡為(112.52±0.61)Ma(圖10)。

圖10 流紋斑巖(大欒家南)LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡諧和圖(左)和加權平均值圖(右)

4 結論

(1) 棲霞高家-香夼-福山邢家山多金屬成礦帶，礦體多集中分布于臧家莊盆地邊緣。盆地周緣復雜的構造系統，古老的變質基底和伴隨盆地發育的巖漿活動共同促成了成礦作用的發生，即礦體受地層、構造及巖體三者聯合控制，具有“三位一體”的特點。成礦作用受NE向斷裂影響較大。

(2) 成礦帶整體上包裹體均一溫度均表現出多期熱液活動，集中表現為早期熱液活動階段(或矽卡巖晚期階段)、多金屬硫化物階段(又可分為早期和晚期)、石英-碳酸鹽階段3個大的階段。邢家山礦區鉬成礦深度范圍為3.71～9.93km，成礦深度為中等，其余礦床成礦深度范圍為1.69～3.64km，成礦深度較淺。

(3)成礦帶成礦巖體為燕山晚期淺成—超淺成斑巖，巖漿活動主要經歷了3個階段，第一個階段為玲瓏序列花崗巖， LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡值為(157±2)Ma；第二階段為香夼花崗閃長斑巖和王家莊石英閃長玢巖，年齡分別為(127.91±0.58)Ma和(125.63±0.75)Ma；第三階段為石前莊期發育的潛火山巖相酸性巖漿-流紋斑巖，鋯石U-Pb加權平均年齡為(114.14±0.78)Ma。