山东牟乳石英脉型金矿流体成矿构造动力学研究

高太忠　杨敏之　金成洙　吴学益

摘　要　对金矿床地质地球化学和成矿流体及构造动力学研究认为，石英脉型金矿 广泛发育围岩交代作用，在时间上遵循碱金属交代→Ca、Fe、Mg中性交代→酸性交代的总体 演化序列。与围岩的交代作用，沸腾作用引起的相分离和大气降水的加入所产生的混合稀释 是成矿流体体系演化的主要途径，容矿断裂构造活动可划分为脆性破裂和韧脆性扩张两种动 力学状态。成矿物质在非平衡和近平衡两种状态交替中分异结晶。流体演化与成矿动力耦合 是形成金矿的主要机制。
关键词　石英脉型金矿床　流体成矿体系　成矿构造动力学　山东牟乳

STUDY ON FLUID AND TECTONODYNAMICS
OF QUARTZ VEIN-TYPE GOLD DEPOSITS
IN THE MOUPING-RUSHAN GOLD BELT,
SHANDONG PROVINCE, CHINA

GAO Taizhong¹⁾　YANG Minzhi²⁾　JIN Chengzhu³⁾ 　WU Xueyi⁴⁾
1) (Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)
2) (Tianjin Geological Academy of MMI, Tianjin 300061, China)
3) (Northeastern University, Shenyang 110006, China)
4) (Institute of Geochemistry, Academia Sinica, Guiyang 550002)

ABSTRACT　Based on the research of geochemistry, ore-forming fluid and tectonic-dynamics of gold deposits, it is known that wall rock metasomatism is widely developed i n quartz vein-type gold mineralization, and the general evolution sequence was alkali metasomatism-Ca, Fe, Mg neutral ones-acidic ones temporally. Wall-rock metasomatism, boilings and separation of fluid facies, as well as mixture with meteoric water were the main evolution processes in a fluid system. The activiti es of ore-bearing fractures can be divided into two states: brittle and brittle -ductile ones. Ore-forming materials were deposited under these two conditions of nonequilibrium and near-equilibrium. The coupling of fluid evolution and te ctonic-dynamics is a main mechanism of quartz vein-type gold deposits.
KEY WORDS　Quartz vein-type gold deposit, fluid metallogenic s ystem, ore-forming tectonodynamics, Mouping-Rushan, Shandong, China

　　成矿作用动力学是近年来矿床地球化学和矿床成因理论的一个研究热点。成矿作用动力学研 究矿床成矿作用的速率、机制和过程，它是矿床形成的核心与关键。石英脉型金矿是胶东金 矿集中区典型的矿床类型之一。对石英脉型金矿床成矿作用动力学机制的研究，对于深化胶 东金矿成因，提高成矿预测能力具有十分重要的理论和实际意义。

图1　牟乳地区区域地质图
1-鹊山花岗岩；昆嵛山花岗岩；2-三佛山花岗岩；七崮顶花岗
岩；3-中生界-新生界；4-糜棱岩化花岗岩；5-荆山群变质岩系；6-金矿床；7-断裂带
Fig.1　Regional geological map of the Mouping-Rushan area

　　金矿床受近东西向基底构造和NNE向断裂带及绿岩带与花岗岩体接触带联合控制［1996，高 太忠］。控矿构造为NNE向7条大致平行等距排列的压扭性断裂。矿化中心为压扭性控矿断裂 张性部位。金矿床以石英脉型为主。矿脉严格受主断裂或两侧次级断裂控制，沿走向及倾向 均呈舒缓波状弯曲，并有分支复合、尖灭再现、膨大缩小等现象。走向一般为NE 5°～15° 。
　　黑云母二长花岗岩为容矿围岩，发育强烈的交代作用，主要有绢英岩化、硅化、黄铁矿化、 钾化、绿泥石化、碳酸盐化等。金矿石中金属矿物以自然金、银金矿、黄铁矿、闪锌矿、方 铅矿、黄铜矿为主。脉石矿物以石英、方解石、菱铁矿为主，并有少量重晶石等。成矿阶段 划分为黄铁矿-石英(Ⅰ)、石英-黄铁矿(Ⅱ)、石英-多金属硫化物(Ⅲ)、石英-碳酸盐( Ⅳ)等四个阶段。
　　金矿床的成矿压力为29.8～85.5 GPa，由早期到晚期呈逐渐下降，在空间上，由矿体深部至 浅部，也表现为逐渐降低。pH值的变化为6.1～7.5，从早期至晚期逐渐增大，趋于相对碱性 。氧化还原电位升高。
　　成矿流体物理化学特征和实验研究［1989，Shenberger et al; 1982, Se ward］表明，在pH值近中性，温度为150°～350℃条件下，在含H₂S、NaCl的流体中，金 主要以［Au(HS)₂］^-形式存在。

2　金成矿流体水-岩作用与成矿控制反应
2.1　水-岩反应特征
　　牟乳金矿带和胶东其它金矿带［1992，赵一鸣等；1993，徐兵等］各类金矿床中广泛发育围 岩交代作用。由于控矿构造的发育程度、所交代的原岩岩石类型、成矿流体的组成性质以及 与围岩发生水-岩反应的时空演化不同，所形成围岩交代具有明显的演化序列和分带性。
　　由典型矿床围岩交代蚀变分带的矿物组合和矿物交代的交替关系，可划分为3个交代相：① 钾长石+石英+绢云母+钠长石±碳酸盐矿物；②钾长石+石英+绢云母+黄铁矿±碳酸盐矿物； ③石英+绢云母+黄铁矿±碳酸盐矿物。交代作用在空间上水平方向以矿体为中心对称发育， 由内向外逐渐减弱。蚀变带宽度一般在20～40 m。从矿体向外呈(黄铁)绢英岩化→绢云母化 →硅化→钠化、钾化→新鲜花岗岩，碳酸盐化叠加在其它蚀变之上。垂向上也具有一定的分 带性，一般下部交代作用发育，规模大，种类多；上部渐变为较单调的硅化或石英脉。在时 间上呈钾化、钠化→绢英岩化、黄铁绢英岩化→碳酸盐化的演化序列。即遵循在时间上由早 期的碱金属(K, Na)交代作用；中期的中性(Ca, Fe, Mg)交代作用到晚期的酸性交代作用总 体演化序列；在空间上表现为碱交代钠化、钾化发育于深部；中性的绿泥石、绢云母化、碳 酸盐化发育于中部；酸性的硅化发育于上部。
2.2　成矿流体温度-盐度及交代过程中阳离子演化规律
　　对蚀变岩石和成矿石英脉包体测温表明［1996，高太忠］，蚀变围岩的成岩温度范围较广。 钾化花岗岩为180～360℃；绢云石英岩为240～270℃；黄铁绢英岩为200～250℃。金矿成矿 温度范围为110～310℃。从Ⅰ至Ⅳ阶段逐渐降低，具有一定的重叠交叉，分别为：310～270 ℃、280～230℃、240～170℃、190～140℃。成矿流体的盐度大多数集中于7.7%～11%之间 ，由Ⅰ至Ⅳ阶段逐渐下降，是成矿流体盐度稀释的过程。
　　金矿脉石英流体包裹体成分测试结果(表1)显示，成矿流体中含有CO₂、CH₄、CO、H₂ 等气体成分，阳离子主要为K⁺、Na⁺、Ca²⁺及Mg²⁺；阴离子主要有F^-、C l^-、SO^2-_4等。成矿流体以富含H₂O、CO₂、HS^-、S^2-、Na⁺、 Ca²⁺为特征。为低盐度、富CO₂的NaCl－CO₂－H₂O体系。

　　源于壳源深熔花岗岩浆水和地幔C－H－O流体［1995，孙丰月等］从深部上升至控矿断裂的 过程，是成矿物质和能量的输运与物理化学转变之间的耦合过程。期间伴随能量(温度和压 力)的消耗和动量的传递及物质成分的交换。温度的变化是由于流体上升导致压力聚降而引 起沸腾作用以及与所流经围岩进行的热传递而至。在较高温度时，水蒸汽具有较大的热焓值 ，流体的沸腾使大量的热能散失，从而造成温度下降。在成矿作用中后期，大气降水的加入 、混合-稀释，使成矿流体温度进一步下降，同时流体的盐度也明显降低。
　　在成矿流体中，阳离子具有从早期相对富K⁺向晚期相对富Na⁺、Ca²⁺的演化趋势 ，结合金矿床围岩广泛发育绢云母交代的地质事实，表明水-岩反应、沸腾作用引起的相分 离和大气降水的混合-稀释作用是牟乳金矿带成矿流体演化的主要途径。
2.3　流体成矿体系与成矿控制反应
　　成矿流体与花岗岩的水-岩反应，不仅可以改变流体体系的物理化学性质，使金活化进入流 体，而且水-岩反应也是重要的成矿控制反应。对本区金矿床的矿石矿物、脉石矿物组合、 矿床围岩交代特征及流体包裹体成分分析，可以建立牟乳金成矿作用的主要化学反应，并构 成一个具有代表性的热液矿床成矿反应体系。该体系存在3种类型的反应：
　　(1) 成矿反应：

图2　乳山金矿矿脉分带示意图
1-绢云岩带；2-第Ⅰ阶段乳白色石英脉；3-第
Ⅱ阶段块状黄铁矿矿石；4-第Ⅲ阶段黄铁矿菱铁矿矿石；5-第Ⅲ阶段金属硫化物矿石
Fig.2　Sketch map showing the gold ore vein zoning in the Rushan gold deposit

3.2　石英脉型金矿的耦合成矿机制
　　流体演化与成矿动力耦合是形成石英脉型金矿的重要机制。成矿构造地质学研究认为，成矿 断裂活动可划分出若干个活动期和亚活动期［1988，万天丰］。根据牟乳金矿床矿脉形态、 产状和矿石结构构造特征，含矿断裂构造活动可划分为两种动力学状态：即脆性破裂阶段和 韧脆性扩张阶段。二者对成矿流体体系产生完全不同的制约作用。
　　脆性破裂阶段是构造活跃期，由于应力瞬间高强度释放，使原为完整岩石或原有压扭性断裂 面，产生脆性破裂，压力梯度可达80～120 MPa，此阶段所经历的时间为一个构造活动期的1 /10至1/100［1996，高太忠］。脆性破裂阶段造成岩石破碎，形成断层角砾。由于浅部张剪 裂隙的减压扩容，形成瞬时负压，“泵吸”导致深部流体迅速上侵和充填断裂空间。该阶段 使矿液处于远离平衡状态，加速矿质的晶出和分异，形成细粒乳白色块状石英脉，也见有胶 结断层角砾现象。
　　韧脆性扩张阶段是构造亚稳期，区域构造应力的继续释放，断裂转入韧脆性缓慢扩张阶段。 由于压力差的存在深部矿液得以继续补充导入，此阶段成矿热液体系在接近局域平衡的 状态下演化。矿质在张裂隙空间缓慢结晶，形成晶型较好的矿石，如梳状石英，条带状多金 属矿石。
　　矿石中金主要以包体金、裂隙金和晶隙金形式存在。反应式(3)、(4)分别代表了黄铁矿中包 体金和裂隙金的形成作用。包体金形成较早，主要形成于构造脆性破裂阶段后期，即第Ⅱ阶 段。此时矿液处于非平衡状态，黄铁矿快速沉淀结晶，同时金也沉淀析出，金被包裹在黄铁 矿中。随着成矿物质沉淀，体系的主要组分SiO₂、FeS₂在Ⅰ、Ⅱ阶段从流体中结晶析出 。Pb、Zn、Cu、Au、Ag等在流体中残余富集，先期形成的黄铁矿、石英等矿石在构造应力作 用下发生碎裂作用，残余富金流体充填，形成裂隙金和晶隙金，或产于第Ⅲ阶段近同期结晶 的Pb、Zn、Cu矿物的晶隙中形成晶隙金。构造地球化学高温高压实验结果［1998，高太忠等 ］证实了裂隙金的形成机制。实验结果表明，金的富矿石产于构造应力释放部位，矿石中黄 铁矿颗粒细小，并受后期构造应力作用，产生碎裂形成微裂隙空间。野外观察和研究发现含 金矿脉中黄铁矿颗粒粗大，结晶完好部位金品位很低，甚至无品位，与实验结果吻合。这是 石英脉型金矿床金品位系数不稳定的主要原因之一。
　　因此，石英脉型金矿床的成矿机制，可认为是成矿流体体系在两种动力学环境交替控制，发 生多次脉动式矿液上侵和沸腾作用，热液体系依次沉淀形成Ⅰ～Ⅳ阶段的乳白色石英脉、含 金块状黄铁矿矿石、含金多金属硫化物矿石和碳酸盐脉等。

4　结　论
　　(1) 石英脉型金矿是牟乳金矿带的主要矿床类型。金矿脉矿化中心为压扭性控矿断裂张性部 位。成矿阶段划分为黄铁矿-石英(Ⅰ)、石英-黄铁矿(Ⅱ)、石英-多金属硫化物(Ⅲ)、石 英-碳酸盐(Ⅳ)4个成矿阶段。
　　(2) 金矿广泛发育围岩交代作用。交代作用遵循早期的碱金属交代；中期的Ca、Fe、Mg中性 交代；晚期的酸性交代的总体演化序列。成矿流体体系与围岩水-岩反应，沸腾作用引起的 相分离和大气降水的加入所产生的混合-稀释是其演化的主要途径。
　　(3) 由金矿床矿石组合和流体包裹体成分，可以建立流体成矿反应体系。体系中存在成矿、 控制和缓冲控制3种反应，体系的状态和反应进行的方向和强度受成矿构造动力学状态控制 。
　　(4) 容矿断裂构造活动可划分为两种动力学状态：即脆性破裂阶段和韧脆性扩张阶段。二者 对成矿流体体系产生完全不同的制约作用。流体演化与成矿动力耦合是形成石英脉型金矿床 的主要机制。

作者单位：高太忠　河北科技大学，石家庄 050018
　　　　　杨敏之　冶金部天津地质研究院，天津 300061
　　　　　金成洙　东北大学，沈阳 110006
　　　　　吴学益　中国科学院地球化学研究所，贵阳 550002