胶东地区是我国重要的黄金产地, 黄金储量约占全国黄金储量的25%^[1]。该区金矿床数量多、分布广, 主要集中在莱州— 招远— 平度成矿带、蓬莱— 栖霞成矿带以及牟平— 乳山成矿带内^[2]。莱州— 招远— 平度成矿带岩浆活动强烈, 断裂发育且大多被含金石英脉充填, 具有较好的成矿地质条件^[3]。但由于该区黄金矿山数量较多, 资源探明率低, 资源保有储量不足, 制约了金矿的开采工作^[4]。实现该区金矿找矿突破, 首先需要查明断裂分布情况^[5], 进而才能推测金矿床的赋存位置。因此, 地球物理方法在该区金矿找矿工作中具有重要的作用^{[6, 7, 8, 9, 10]}。

郑家金矿位于山东省莱州市郑家地区, 处在莱州— 招远— 平度成矿带内, 区内及附近已开展的地质工作以基础性、公益性为主, 包括金、铁等矿种勘查。1959年, 地质矿产部地球物理勘探局航测902队进行了1∶ 20万航空磁测, 圈定出多个航磁异常区^[11]; 1979— 1992年, 山东省物化探勘查院完成了1∶ 20万重力调查工作, 圈定5个2级金矿成矿带, 指示了18个1级金成矿区^[12]; 1981— 1994年, 山东省地质矿产局区域地质调查大队进行了1∶ 20万区域化探扫面工作, 提出区内荆山群是金的主要矿源层, 并圈定出马驿、东庄、平里店等多个金、银多金属异常^[13]; 1987年, 山东省地质矿产局划分出了鲁东成矿带50个定量预测矿田, 包括研究区在内的苗家单元是22个有矿预测单元之一^[14]; 2008— 2010年, 青岛地质工程勘察院在平度市旧店东部地区开展了地质普查和物化探等地质工作^[15], 大致查清了旧店东部地区地层、构造、岩浆岩特征, 发现了规模较大的金、银、铅矿化蚀变碎裂岩带, 并在郑家地区发现弱磁铁矿化辉长岩、变辉长岩等, 磁性不强, 但规模较大, 具有开展进一步研究工作的价值。但因地质露头较差以及焦家断裂向南延伸情况不明等原因, 该区下一步的找矿难度也较大。为了进一步查明焦家断裂在第四系覆盖区的延伸情况, 确定金矿找矿靶区, 在已有地质资料的基础上采用高精度磁法、纵向中间梯度激电剖面法和激电测深法对矿体展布规律开展探测研究, 建立三维成矿预测模型, 圈定成矿推测区, 旨在为胶东地区金矿的下一步勘查工作提供参考。

研究区位于山东半岛东部烟台地区莱州市程郭镇胶北隆起南缘, 面积约16.40 km²。区内第四系覆盖较广, 厚度为10~18 m, 一定程度上覆盖了焦家断裂南段, 导致寺庄金矿以南断裂的走向难以判断, 加大了焦家断裂南段的金矿勘查难度。地层以粉子山群小宋组为主, 是一套黑云变粒岩、透闪变粒岩、角闪变粒岩夹磁铁石英岩、磁铁角闪岩等含铁岩系。基岩为变质地层和花岗岩, 区内岩浆活动强烈, 断裂发育, 具有较好的成矿地质条件。

焦家金矿带已产出焦家、新城、寺庄等超大型矿床(图1)。在走向和垂向上, 矿床(体)均沿焦家断裂断续分布, 具有显著的断裂控矿特征, 郑家金矿即位于焦家金矿带内。在以往的地质勘查中, 前人发现焦家金矿带及胶西北成矿带的金矿多数产于断裂产状发生变化的部位, 具有矿体单向侧伏、雁列式排列、间隔分布等特征, 由此提出了“ 断裂变缓控矿” “ 阶梯式成矿” “ 对称式成矿” 等勘查思路。区内断裂主要为NE向焦家断裂和近EW向门村— 平度断裂。焦家断裂是区内发主要控矿构造, 与成矿关系最为密切^[16]。该断裂宽40~500 m, 倾向北西, 倾角较缓, 其南延部分主要分布在寒武纪基底上, 同时伴有较强烈的岩浆活动, 发生过强烈的热液蚀变作用^[17]。门村— 平度断裂是区域分界断裂, 倾向南, 倾角较陡, 断裂以北出露玲珑花岗岩, 断裂以南分布中生代地层。以上两个断裂均沿带发育角砾岩、构造透镜体。在研究区附近已发现宿家小型石英脉金矿和曹家埠金矿, 金矿物主要以晶隙金、包体金和裂隙金形态赋存于黄铁矿、黄铜矿和石英中, 以裂隙金为主, 其次是包体金, 晶隙金最少。曹家埠金矿体的分布受焦家断裂派生的次级断裂控制, 走向15° , 倾向南东, 倾角25° , 共发现6个板状矿体, 金的平均品位为16.57 g/t。

图1

Fig.1

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图1 胶北地区区域地质及成矿带分布[4] 1.下白垩统莱阳群; 2.早白垩纪晚期花岗岩类; 3.早白垩纪早期花岗岩类; 4.晚侏罗纪花岗岩类; 5.晚三叠世石岛花岗岩体; 6.超高压变质岩; 7.古元古界粉子山群、荆山群变质岩; 8.新太古界胶东群变质岩; 9.断裂; 10.推测断裂; 11.区域断层; 12.推测断层; 13.韧性剪切带; 14.正断层; 15.逆断层; 16.走滑断层; 17.背斜; 18.Co达到伴生品位的金矿床; 19.Cd达到伴生品位的金矿床; 20.Te、Co达到伴生品位的金矿床; 21.Te、Cd达到伴生品位的金矿床; 22.Te、Co、Cd达到伴生品位的金矿床; 23.已报道含关键金属元素Te独立矿物的金矿床; 24.地名Fig.1 Regional geology and metallogenic belt distribution in northern Jiaodong area[4]

岩(矿)石之间的物性差异是开展地球物理勘探的前提和基础。胶东地区金矿带磁异常与重力异常之间存在相关性, 金矿往往位于低变化的负磁异常区和由高到低的重力异常梯度带中。焦家断裂与南延地区在断裂与地表交汇处存在众多倾角明显变化的梯阶带, 台阶平缓部位的金矿化是明显的地球物理找矿标志。

研究区各主要地质单元的电阻率、密度具有明显的差异, 含矿体大多数具有强磁性或高极化率。区内第四纪沉积物呈现低密度、低电阻、低极化率特征, 一般为弱磁性或无磁性, 局部区域出现强磁异常。中生代侵入岩体为低密度、高电阻、弱磁性特征, 当局部有中-基性岩体侵入或岩石包裹体时, 会出现局部高磁异常。古元古代变质岩体呈现高密度、高电阻特征, 磁性变化大。不含矿花岗岩和石英脉的电阻率最高且变化范围较大, 极化率较低; 含矿花岗岩和石英脉的极化率急剧增高, 这与岩石矿物成分、含量和后期蚀变破碎等因素有关。此外, 断裂破碎带中矿石的电阻率为70~200 Ω · m, 与围岩差异较大^{[15, 16, 17, 18, 19]}, 这为激发极化法的应用奠定了物性基础^[20]。通过测量电阻率和极化率的变化规律, 可以圈定成矿区, 查明断裂带分布特征。

综合磁法和激电剖面测量成果, 在研究区北部布置了5个激电测深点, 在中部布置了6个激电测深点, 在南部布置了12个激电测深点(图2)。通过分析测量数据, 发现北部和中部激电测深点显示该区域成层分布较好, 岩浆岩侵入现象不明显, 不具备成矿潜力。南部D区激电测深曲线如图6所示, 视电阻率曲线分别在D4、D5、D10、D11以及D12测深点的350~500 m、100~350 m、170~350 m、130~280 m以及100~350 m深度上显示低阻(图6(a)), 视极化率曲线在对应深度上的变化趋势与视电阻率的变化趋势接近(图6(b))。结合已知地质资料, D区激电测深解译成果如图7所示, 推测该区存在一个倾向约55° 的断裂破碎带II, 为焦家断裂南段, 且该区位于焦家断裂和门村— 平度断裂的交叉处, 具有较好的成矿地质条件。综合分析视极化率分布特征, 发现焦家断裂在该区倾向发生一定程度的变化, 为金矿的富集提供了条件。

图6

Fig.6

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	图6 D区激电测深曲线Fig.6 IP sounding curves for zone D

图7

Fig.7

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	图7 D区激电测深解译成果Fig.7 IP sounding interpretation results for zone D

激电剖面测量结果表明: 研究区地层主要由低电阻率、低极化率的赋水砂岩和高电阻率、低极化率的花岗岩组成; 研究区浅部矿体以裂隙金为主, 主要分布在南部断裂交界处地表及近地面的构造裂隙中, 多呈包体状分布于黄铁矿、黄铜矿、石英和闪锌矿晶体中, 在物性上呈现低电阻率、高极化率特征; 研究区深部金矿物以矿化蚀变为主, 多数与金属硫化物紧密伴生, 在物性上呈现高电阻率、高极化率特征。

针对研究区南部成矿潜力较大的区域, 利用激电测深数据建立三维视电阻率和视极化率地球物理模型。首先, 整理分析激电测深数据, 剔除异常点, 将坐标数据添加至每个测点; 其次, 确定建模范围, 生成模型边界; 最后, 通过网格化处理将模型区域剖分成若干个小单元格。通过对比实验, 发现对于该区域模型, 当单元格边长选取2 m时效果最好, 所以该模型共剖分了15 680 000个单元格。将视电阻率数据和视极化率数据导入模型中, 利用反距离插值和滑动平均法进行属性建模, 最终得到三维地球物理模型(图8)。在埋深50 m 以浅、y方向200~450 m处, 存在1个条带状高极化率异常, 该异常对应的电阻率较低; 在埋深150~500 m处, 存在一个近NW向分布的高阻区, 断裂在该处向深部延伸, 其对应的极化率在深度上逐渐升高, 呈高电阻率、高极化率特征, 推测该区域因岩浆侵入而发生矿化蚀变, 具有较好的成矿潜力。综合地质和地球物理资料, 建立了郑庄金矿成矿推测区示意图(图9), 金矿推测区主要在深度200 m以下, 多数分布在断裂破碎带交界处, 且400 m 以下具有更好的成矿条件。后期钻探工作, 证实了上述成果近似符合焦家金矿带成矿规律和分布特征。

图8

Fig.8

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	图8 三维地球物理模型Fig.8 Three-dimensional geophysical model

图9

Fig.9

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	图9 郑庄金矿成矿推测区示意图Fig.9 Schematic diagram of the metallogenic potential area in Zhengzhuang gold deposit

(1)采用高精度磁法勘探、纵向中间梯度激电剖面法和激电测深法联合探测, 发现2处较大规模的断裂破碎带, 与焦家断裂和门村— 平度断裂分布特征相似。多种地球物理方法组合探测可以克服单一方法的局限性, 一定程度上减少地球物理勘探的多解性问题。

(2)基于激电测深数据并结合地质资料联合解译建立的三维地球物理模型, 可以更好地揭露断裂走向, 综合金矿赋存规律有助于推测深部矿体的分布特征, 对金矿的后期开采工作具有一定的指导作用。但该方法目前正处于发展阶段, 仍具有一定的局限性, 三维地球物理模型的精度和可靠性与物探数据量的多少和精确性密切相关。

(3)研究区有高压线穿过, 对磁异常及激电异常的圈定造成了一定误差。下一步将对异常区域进行重点研究, 减少高压线对探测结果的影响。在下一阶段勘查和今后研究中, 应注重对研究区其他矿化带、物探异常带、岩体接触带和矿化区外围开展进一步的勘查工作, 扩大研究区金矿资源储量和找矿远景区。

(责任编辑: 常艳)