山東省蓬萊-棲霞金成礦帶地殼結構對金成礦的約束

單偉 遲乃杰 熊玉新 張偉 李勇 李敏 馬祥縣 于學峰 薄軍委 舒磊 孫雨沁

摘要： 巖漿活動和構造活動是膠東地區金成礦的主要成礦要素，建立巖漿活動和構造活動間的成因聯系是成礦機理研究的重要內容。本次貫穿笏山金礦和蓬萊 棲霞斷裂帶的高精度反射地震剖面測量顯示，控礦的陡崖 臺前斷裂為地殼淺層的鏟式斷裂，其深部與垂向的蓬萊 棲霞斷裂帶的主干斷裂棲霞 楊礎斷裂相交。棲霞 楊礎斷裂切穿地殼，表現出走滑斷裂特征，沿斷裂存在巖漿活動行跡。蓬萊 棲霞金礦帶為以解宋營 紫現頭斷裂、棲霞 楊礎斷裂為主干，發育的右旋走滑斷裂構造系統。巖漿活動和成礦作用分布于構造系統的局部張性域內。研究表明：膠東地區存在以剪切走滑為主控的構造活動和沿垂直地殼的剪切帶與之耦合的巖漿活動。在此基礎上，提出了以巖石剪切破裂模式為基礎的，右旋走滑斷裂控制的巖漿活動和成礦作用相耦合的基于巖石圈剪切破裂的成礦系統模型。

關鍵詞： 蓬萊 棲霞金礦帶；地殼深部結構探測；走滑斷裂；巖石圈剪切破裂；成礦系統

中圖分類號： P618.57 ????文獻標識碼： A ???doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.002

引文格式： 單偉，遲乃杰，熊玉新，等.山東省蓬萊 棲霞金成礦帶地殼結構對金成礦的約束［J］.山東國土資源，2023，39（3）：5 13.SHAN Wei， CHI Naijie， XIONG Yuxin， et al. Constraint of Crustal Structures on Gold Mineralization in Penglai-Qixia Gold Metallogenic Belt［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（3）：5 13.

0 引言

膠東金礦具有典型的斷裂構造控礦特征，是中生代華北東部地區存在大規模的內生金礦成礦過程的代表［1 3］。成礦過程是構造活動與巖漿活動相耦合的過程，但迄今為止，對成礦系統的認識多限于對地殼淺層地質現象的研究［4］，基于地殼結構約束的研究并不多。蓬萊 棲霞金成礦帶是膠東地區3大金成礦帶（區）之一，沿NNE向展布的棲霞斷裂帶（解宋營 紫現頭斷裂和棲霞 楊礎斷裂）分布，金礦床受斷裂構造、郭家嶺花崗巖體、膠東巖群等成礦地質體控制。礦床受NE、NNE向斷裂及裂隙控制，主要產于膠東巖群變質巖中的斷裂帶內，部分產在郭家嶺花崗巖與膠東巖群內外接觸帶上。該礦帶分布有各種類型金礦床及礦點77個，其中大型金礦床6個，中型金礦床18個。礦床類型以破碎帶蝕變巖型和石英脈型2大類型為主。石英脈型金礦床主要分布于臧家莊盆地以北的蓬萊地區，蝕變巖型金礦分布在臧家莊盆地及以南地區的大型斷裂內，其中位于臺前 陡崖斷裂帶內的笏山金礦為該區域深部找礦的典型代表。

以膠西北金成礦密集區為目標的地殼深部結構探測顯示金成礦與走滑斷裂帶存在成因聯系［5］，同時也與巖漿的上涌和伸展構造的發育存在密切關系［6］。以上認識從成礦系統構成的角度，建立了巖漿活動與構造活動的關系，同時也勾勒出不同類型的斷裂構造與成礦作用的耦合性關系，為從成因角度系統認識地質過程中各種成礦要素的有機聯系奠定了基礎。以上對成因機制和地質過程的認識是否正確，相似的規律是否具有再現性，本次工作在蓬萊 棲霞金成礦帶進行了驗證性研究，同時也對蓬萊 棲霞金成礦帶的成礦機理形成了系統性的認識。

本次研究通過蓬萊 棲霞金成礦帶中段的深反射地震剖面測量，獲得了該帶的深部地殼結構、構造特征，結合地表地質信息，建立了該區域的構造格架。深部探測結果顯示：該區域分布著NNE向延伸的走滑斷裂，斷裂切穿了地殼，沿垂向斷裂存在巖漿活動。賦存笏山金礦床的臺前 陡崖斷裂為地殼淺層的鏟式斷裂，其深部延伸與垂向的走滑斷裂相交。以上結構特征再現了大尹格莊金礦田的構造 巖漿 成礦組合模式。蓬萊 棲霞金成礦帶以解宋營 紫現頭斷裂和棲霞 楊礎斷裂為主干，形成了以右旋剪切錯動為主控，配套發育各類次級斷裂和拉分盆地和巖漿侵入體的構造 巖漿 成礦作用分布帶。該項認識明確了膠東地區以走滑斷裂構造體系為主控的金成礦機理，以此為基礎建立的成礦系統模型展現了膠北地塊內部金礦床的分布規律和內在成因聯系。

1 地質背景

蓬萊 棲霞金成礦帶位于膠北地塊膠北隆起區的中部。膠北地塊現今位于太平洋板塊俯沖的弧后區，中生代則位于華北克拉通的東南緣。其南臨膠南威海造山帶，西側以郯廬斷裂帶為界與魯西地塊相鄰。作為華北克拉通重要組成部分的膠北地塊，地史演化漫長，巖漿、構造發育期次眾多。經歷了太古宙至元古宙的陸核 地塊（體） 聯合地塊逐漸生長、增大、拼合的陸塊形成過程，也經歷了中生代華北陸塊與楊子陸塊的拼合，以及中新生代古特提斯構造域向太平洋構造域的轉換。

蓬萊 棲霞金成礦帶內發育新太古代綠巖建造 膠東巖群（同位素年齡最早在2.9Ga）［7］和古元古代粉子山群。膠東巖群和粉子山群的變質程度達到角閃巖 麻粒巖相，構成該區域的結晶基底。在此之上，局部覆蓋有新元古代蓬萊群，為穩定環境下蓋層性質的碎屑巖、碳酸鹽巖沉積。

膠北地塊內存在多期構造運動的復合疊加，構造形跡復雜［8］。中生代早期的南北陸塊拼合，華北東部克拉通破壞，郯廬斷裂帶的左旋走滑、古太平洋塊向亞歐板塊的斜向俯沖等一系列地質事件在該區域均有顯現。構造體制也相應的由古特提斯構造域轉換為濱太平洋構造域。以上過程在膠東地區形成了EW向構造與NE向構造相疊加的構造格局。出露的主要構造形跡為褶皺、斷裂以及韌性剪切帶。

該區域新太古代、古遠古代以及新元古代構造運動形成的構造形跡，由于中深成相的變質作用以及淺表層的隆升剝蝕，現今所能見主要為韌性剪切帶或流變構造。

前期本項目組在膠西北金礦集區開展了貫穿三山島斷裂、焦家斷裂和招平斷裂帶的高精度反射地震剖面測量（圖1），發現了膠北地塊內部發育有小位移量的走滑斷裂系統［5］。在招平斷裂帶中段的大尹格莊金礦田內，存在走滑斷裂系統與伸展斷裂系統相疊加，同時與巖漿活動相耦合的現象［6］（圖2b），以上現象的發現為再認識膠東地區金成礦機理提供了新的契機。

2 地震數據采集與處理

高分辨率反射地震剖面位于蓬萊 棲霞成礦帶的中段（圖1，G H），剖面近于垂直NNE向延伸的棲霞 楊礎斷裂，過笏山金礦，剖面全長20km。反射剖面為共深點（CDP）疊加剖面，炮間距為40m，檢波距為20m。

數據處理采用以野外靜校正、疊前噪音衰減、子波一致性處理及精細速度分析為主線的處理流程，分時分頻處理，獲得了水平疊加剖面、DMO疊加剖面、水平偏移和DMO偏移剖面以及相應的分頻分時剖面等。

（2）臺前 陡崖斷裂表現為強反射界面，傾向E。垂向上延伸自0～2.5s，深部存在間斷，應為與棲霞 楊礎斷裂的交會處。

（3）自3.5～9.5s間，地震波組呈現強反射與無反射相混雜的特征。強反射的同相軸存在彎曲、錯動的特征。同時，呈現相互穿插的“鱷魚嘴”結構特征；強反射區與無反射區呈斑雜狀交錯分布。反應該區域巖性組成復雜，構造改造強烈。推測為變質巖分布區，內部存在巖漿巖的就位。結合該區域靠近膠南 威海造山帶以及巖漿巖中存在揚子地塊的繼承鋯石的現象，推測該區域可能存在華南 華北陸塊拼合時，不同地體相互穿插的現象。

（4）自9.5～10.5s為殼幔過渡帶，表現為強反射同向軸組成的波組相互疊置的特征。內部結構凌亂，顯示存在明顯的構造改造作用。

3.2 地殼結構與構造格架特征

基于剖面展現的地震波組特征和已知的區域地質特征，該剖面展現的地殼結構垂向呈層狀結構，橫向存在間斷的特征。

（1）地殼淺層為玲瓏花崗巖分布區，厚度約為10～13.5km。區域內地表分布的前寒武紀結晶變質巖為漂浮在玲瓏花崗巖巖基之上的巖片。玲瓏花崗巖巖體內部存在變質巖包體以及后期的巖株狀巖漿侵入體。

（2）玲瓏花崗巖巖基以下至殼幔過渡帶為變質巖分布區。依據區域地質演化史推斷，該區域仍以前寒武紀變質巖為主體，內部可能存在巖漿巖侵入體和外來的巖片的插入，呈現擠壓推覆的構造特征。

（3）殼幔過渡帶厚度約3km，強反射界面存在錯斷，疊置現象，表明該界面存在強烈的構造改造。

（4）剖面貫穿到的棲霞斷裂表現為垂向的切穿地殼的斷裂束。斷裂帶兩側及內部的地質體呈現不連續的間斷特征，表明地質體存在水平的錯動。

基于以上地殼結構特征的約束，可以建立以走滑斷裂（棲霞 楊礎斷裂）和鏟式斷裂（臺前 陡崖斷裂）為主干的構造格架樣式。走滑斷裂為貫穿地殼的斷裂系統，沿斷裂系統存在巖株狀的巖漿巖體，臺前 陡崖斷裂為地殼淺層的斷裂；與走滑斷裂在深部相交。同時外來巖片的插入表明，存在擠壓推覆。

4 討論

4.1 地殼結構特征對成礦系統的約束

對膠東地區中生代金成礦的認識存在克拉通破壞型金礦［9 10］、造山型金礦［11］、非造山帶型金礦［12］等較大的爭議。該區的構造系統和成礦系統研究也有多種認識［13 16］。本次工作獲得的地殼結構特征對該區域構造格架形成提供了成因機制約束，同時也對認識成礦帶內的斷裂構造屬性奠定了基礎。

地殼結構特征表明該區的構造系統的形成存在剪切錯動機制，剪切錯動的走滑斷裂形成了貫穿地殼的斷裂系統，作為賦礦構造的笏山斷裂是地殼淺層的斷裂，在地殼內延伸深度有限。笏山斷裂與以棲霞斷裂為代表的垂向斷裂構造在深部相交，構成了該區域的構造格架。

區域內存在兩種產狀的巖漿巖。一為呈似層狀產出的玲瓏花崗巖，該期花崗巖在棲霞地區呈隱伏的巖基，穩定產出。一為沿走滑斷裂分布的巖株狀巖體。依據成礦帶內已知的郭家嶺巖體、艾山巖體和脈巖的測年數據推測，該類巖漿活動以郭家嶺期和偉德山期為主。

以上2種現象的發現為理解區域內的構造活動和巖漿活動提供了不同于以往的視角。晚侏羅世層狀展布的花崗巖巖基［17］和早白堊世巖株狀分布的巖漿巖體明顯不同的產出狀態表明其存在顯著的成因差異。

4.2 ?巖石剪切破裂模式和蓬萊 棲霞成礦帶構造系統

巖石圈塊體在水平擠壓下沿最大剪應力方向錯動可形成切割巖石圈的走滑斷裂，郯廬斷裂帶就是典型的代表之一。理想的巖石的剪切破裂過程中（圖3），除沿最大剪應力方向發育主位移帶（PDZ）發生剪切破裂外，仍存在與之小角度相交的同向剪切破裂面 里德爾剪切面（R）， P剪切破裂面，高角度相交的反向里德爾剪切破裂面（R'）和張破裂面（T）；與以上破裂相伴隨的還存在軸線與T破裂面垂直的褶皺。在以上4個破裂面中，R和P破裂面為張扭性，P'為壓扭性破裂面，T為張性。在持續的形變過程中，主位移帶（PDZ）可持續錯動形成切割巖石圈的走滑斷裂帶，構成剪切錯動機制下的一級構造。同時，由于巖石圈自淺至深的形變機制由脆性形變向塑性形變轉變，其他4個破裂面則既可向主位移帶收斂，表現為次級的斷裂構造，形成花狀斷層組合（花狀構造）；也可以隨著大規模的收縮或伸展發育成上陡下緩的鏟式斷裂。

Harding（1985）設計了以右階斜列的主斷層帶為主干的右旋走滑斷裂構造系統（圖4），包括馬尾狀雁列同向斷層，雁列反向斷層、雁列狀正斷層、拉分盆地、各種褶皺和塹、壘構造等次級構造。以上構造樣式是理想的構造模型，在現實中受具體條件和發育程度的限定，不同區域內存在一定的差異，但以上構造組合為走滑斷裂構造系統的識別提供了依據。

蓬萊 棲霞成礦帶的斷裂構造系統以解宋營 紫現頭斷裂和棲霞 楊礎斷裂為主干呈現左階斜列的形式（圖5），高精度反射地震剖面顯示了棲霞 楊礎斷裂深部為切割地殼的走滑斷裂，解宋營 紫現頭斷裂錯動了郭家嶺巖體，也顯示了走滑斷裂的特征。另外，古現 南張家斷裂、大柳行斷裂以及村里集斷裂等與解宋營 紫現頭斷裂等呈現雁列狀右階斜列，廣域電測法測量顯示的大柳行斷裂也是高陡傾角的斷裂。NNE向延伸的斷裂與脈巖延伸的方向一致，應為該區域剪切錯動的主面位移面（PDZ）。與剪切錯動面高角度相交的西林 吳陽泉斷裂為張破裂面發育的鏟式斷裂，控制了藏家狀盆地，形成了走滑拉分盆地，盆地內受拉伸巖漿上涌。在萊陽盆地中也發育了同構造屬性的拉分盆地。以上構造樣式表明，蓬萊 棲霞金成礦帶的斷裂構造為右旋剪切錯動的擠壓走滑構造系統。構造系統發育的時間有待進一步確定，依據斷裂發育對郭家嶺巖體的切割和對后期巖漿活動、盆地發育的控制大致可推測該斷裂為郭家嶺期以后。

4.3 蓬萊 棲霞成礦帶金礦床分布規律

依據蓬萊 棲霞成礦帶斷裂構造和金礦床分布的特征可以總結出以下規律：

（1）在地殼尺度上的巖石圈右旋剪切破裂過程中，沿一系列的剪切破裂面發育巖漿活動，巖體就位于強烈拉伸的區域并多與拉分盆地相伴隨，凸顯了巖石圈塊體在擠壓剪切破裂過程中局部強伸展的張性域所在。

（2）與巖漿活動相伴隨的成礦流體在張性域就位，形成礦床密集分布區。

（3）與主位移面相伴生的張性、張剪性破裂面是主要的賦礦空間，其構造形式有小位移量的走滑斷層、密集的劈理、節理帶、鏟式斷層等；主破裂面由于連通性好并可能存在長期活動，成礦流體難以保存而不能成礦。

（4）受構造屬性約束，大型斷層破碎帶內常形成蝕變巖型金礦體，在巖石密集劈理帶和破裂面內則發育石英脈型金礦體。

蓬萊 棲霞金礦帶地殼深部結構探測再現了招平斷裂帶中段與金成礦相關的構造活動和巖漿活動耦合關系的地殼結構特征（圖2b）：地殼淺層鏟式斷裂在深部與直立的切割地殼的走滑斷裂相交，沿走滑斷裂分布中生代巖漿巖體。以上表明以地殼結構為約束的成礦機理認識具有普遍規律性。同時，該發現鏈接了巖漿活動、構造活動以及成礦作用，為從成礦系統的角度重新認識膠東地區成礦模式奠定了基礎。

4.4 膠東地區金成礦系統模型和勘查目標優選

中生代形成的膠東金礦分布于膠北地塊和膠南 威海造山帶內，印支期華北板塊與揚子板塊的南北拼合，燕山期古太平洋板塊斜向俯沖形成的NW SE向的擠壓是該時期大規模金成礦的主要成因背景。

燕山期太平洋板塊沿NW方向運動，形成了西太平洋大陸邊緣弧NW SE向擠壓構造環境。晚侏羅世至早白堊世（135Ma）的構造應力場表現為擠壓 伸展應力體制的交替演化［18 19］，至晚白堊世后期存在擠壓反轉。晚侏羅世至早白堊世（135Ma），為NW—SE向擠壓；早白堊世早期（135～120Ma），膠萊盆地為NW—SE向伸展，晚期120～100Ma為近E—W向的伸展；早白堊世末期至晚白堊世初期，盆地遭受NW—SE向擠壓，導致了膠萊盆地的縮短變形和郯廬斷裂帶的再次左旋走滑活動。

以上應力場的特征控制了該區域成礦系統的發育（圖6）。膠北地塊在晚中生代以右旋走滑錯動形式發育拉分盆地的同時，在膠北隆起區也發育了走滑斷裂系統。隨著巖石圈的強烈破裂，膠北地塊內沿走滑斷裂帶存在幔源、殼源的巖漿活動。與巖漿活動相伴隨的成礦流體以充填或交代的方式進入走滑斷裂系的各級斷裂及同成礦活動的地層或不整合面內，形成了以中 低溫熱液為主要成礦流體的金礦床。

概括成礦系統的特征，可以形成以下認識，從而為深部找礦和勘查目標的確定奠定理論依據：（1）地殼結構特征顯示，現今地表出露的金礦床為成礦系統淺層或末端產物，為成礦流體在成礦系統遠端的裂隙中（斷裂構造）充填成礦；與金成礦相關的巖漿系統尚未完全出露地表。（2）與金成礦相關的巖漿和流體受斷裂構造控制，在斷裂系統的張性域就位，從而形成巖漿活動和成礦作用集中區。（3）從成礦系列的角度分析，與巖漿活動相關的成礦作用除了形成已知的金、銀等中 低溫熱液成礦外，還應存在中高溫熱液成礦作用；成礦模式除了裂隙充填式外，還應存在接觸交代式和斑巖成礦模式。基于以上理論認識，在深部中應從缺位補位角度尋找潛在的勘查目標。

5 結論

蓬萊 棲霞金礦帶高精度反射地震測量再現了膠西北金礦密集區中約束金成礦的地殼結構特征，表明了地殼的水平剪切錯動機制是區域構造系統過程中普遍存在的機制，基于以上認識形成以下結論：

（1）蓬萊 棲霞金成礦帶地殼深部結構特征顯示賦礦斷裂深部與走滑斷裂聯通，其控礦構造體系是以解宋營 紫現頭斷裂和棲霞 楊礎斷裂為主干的右旋走滑斷裂系統；水平剪切錯動機制是同成礦期構造系統發育的主控機制。

（2）走滑斷裂帶控制了中生帶巖漿活動和成礦作用的分布，形成了區域上NNE向延伸的構造 巖漿 成礦作用分布帶。同成礦期的巖漿巖體和金礦床主要定位于走滑斷裂系統的張性域。

（3）以巖石剪切破裂模型為基礎，可見膠東金礦的礦體分布于張性、張扭性破裂面（T、P、R破裂面）中，構造活動不強烈的主剪切面（D）和局部的壓扭性破裂面中（R'）也可賦礦。

（4）膠東地區大規模的金成礦受控于巖石圈的強烈剪切破裂和同時期發育的巖漿活動。是中國東部板塊匯聚環境下巨型走滑斷裂系的組成部分。巖石圈的強烈剪切破裂是膠東地區大規模金成礦的前提。

（5）從成礦系列的角度分析，與巖漿活動相關的成礦作用除了形成已知的金、銀等中低溫熱液成礦外，還應形成中高溫熱液礦床，深部中應從缺位補位角度尋找潛在的勘查目標。

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Constraint of Crustal Structures on Gold Mineralization ??in Penglai-Qixia Gold Metallogenic Belt

SHAN Wei1，CHI Naijie1，XIONG Yuxin1，ZHANG Wei1，LI Yong2， LI min1，MA Xiangxian1，YU Xuefeng1，BO Junwei2， SHU Lei1，SUN Yuqin1

（1.Key Laboratory of Gold Mineralization Processes and Resource Utilization， MNR， Shandong Provincial Key Laboratory of Metallogenic Geological Process and Resource Utilization；Shandong Institute of Geological Sciences， Shandong Ji'nan 250013，China；2.No.3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Yantai 264000，China）

Abstract： Magmatic activity and tectonic activity are key metallogenic factors of gold mineralization in Jiaodong area. It is important to establish genetic relationship between magmatic activity and tectonic activity in the study of metallogenic mechanism. The previous crustal structure exploration in the northwest Jiaodong area shows that there is a vertical fault system in the crust accompanied by magmatic activity， which indicates the coupling of magmatic activity and tectonic activity. The high-resolution reflection seismic section survey crossing the Hushan Gold Deposit and Penglai-Qixia fault zone shows that the Taiqian-Douya fault controlling the ore deposit is a shovel type fault on the surface of crust， and it intersects with Qixia-Yangchu fault in deep-the main branch fault of Penglai-Qixia strick-slip fault zone. Qixia-yangchu fault cuts through the crust， showing the characteristics of strike-slip fault， and there are magmatic activity traces along the fault. The Penglai-Qixia gold deposit belt is a dextral strike-slip fault structural system with Jiesongying-Zixiantou fault and Qixia-Yangchu fault as the main trunk. Magmatic activity and mineralization are distributed in the local tensional domain of the tectonic system. This study reconfirms the previous knowledge that there are tectonic activities dominated by shearing movement， and magmatic activities coupled with the shear zones cutting through crust in Jiaodong area. On this basis， a new metallogenic system model based on rock shear fracture model is proposed， which is coupled with magmatic activity and mineralization controlled by right-lateral strike-slip fault.

Key words： Penglai-qixia gold metallogenic belt; deep crustal structure exploration; strike-slip fault; lithospheric shear fracture; metallogenic system