辽东地区金矿床成因与资源潜力

辽东地区金矿床成因与资源潜力

摘要

 华北东部广泛分布着与晚中生代克拉通破坏相关的金矿床, 但不同地区金矿床在研究程度、 成矿特征、探明储量等方面存在显著差异. 华北东部的辽东具有与胶东相似的区域地质特征, 并共同经历了晚中生代克拉通破坏作用, 但其金成矿的理论研究和探明的黄金资源量却存在巨大差异. 本文在分析研究辽东区域地质、 中生代岩浆-构造演化和矿床地质基础上, 通过深部-浅部综合地球物理探测和大数据AI资源量预测, 提出了辽东晚中生代金元素富集主体来自于克拉通破坏诱发的幔源熔流体, 金矿床主要受北东-北北东向断裂控制, 金矿类型以破碎带蚀变岩型和含硫化物石英脉型为主. 明确了鸭绿江主断裂带及相关的次级断裂、 已知矿集区外围与深部是未来金矿资源勘查的重要区域, 预测鸭绿江成矿带黄金资源潜力巨大, 具备新增数千吨级黄金资源的潜力.

关键词 辽东, 金矿, 综合地球物理勘查, 找矿潜力, 找矿突破方向

1 引言

全球超大型金矿床多分布在克拉通上, 并与克拉通化过程中的造山-变质作用相关, 是由中地壳深度绿片岩相-角闪岩相进变质脱水、脱硫、脱碳形成的含金(H₂O-CO₂)流体迁移到地壳浅部沉淀形成, 通常被称之为造山型金矿. 华北克拉通广泛分布着大型-超大型金矿床, 其探明储量占全国的50%以上, 金矿床围岩为前寒武纪变质岩及后期侵入的中生代岩浆岩, Groves等(1998)认为胶东金矿床也属于造山型金矿. 但近年的研究表明, 胶东地区在晚古生代经历了古特提斯洋俯冲, 在早中生代经历了大陆碰撞, 在晚中生代经历了克拉通破坏等多重构造作用. 胶东及华北克拉通东部其他地区金矿床主要形成于早白垩世, 与区内煌斑岩墙和辉绿岩墙成岩时代接近, 形成于白垩纪岩石圈减薄、软流圈上涌的伸展环境, 与克拉通破坏所引起的构造、岩浆、流体活动有关, 是古太平洋板块俯冲作用下克拉通破坏的产物, 且在成矿流体、成矿物质来源、矿床地质特征和成矿背景等方面明显区别于造山型金矿. 因此, 一些学者认为华北金矿床不是造山型金矿,而是“胶东型金矿”或“克拉通破坏型金矿”. 最近, Mao等(2021)通过研究欧亚大陆东部边缘多金属成矿特点与构造背景, 提出胶东和辽东白垩纪金矿属于晚太平洋板块后俯冲伸展环境下大规模成矿的组成部分, 即成矿元素来自岩石圈深部动力过程.

华北克拉通东部不同地区金矿床在研究程度、成矿类型、矿床地质特征、探明储量等方面存在显著差异. 胶东地区已探明黄金储量>5400t, 占全国的1/3以上. 而同处于郯庐断裂东部的辽东地区, 虽具有与胶东类似的前寒武纪基底岩石和广泛分布的中生代岩浆岩, 且经历了与胶东相同的克拉通破坏作用, 但辽东地区发现的黄金资源量与胶东地区存在巨大差距. 为深入研究辽东地区金矿成因、寻找黄金资源战略接替基地, 近年来国家设置专项对辽东地区金矿床进行了地质学、地球化学、地球物理学等多学科综合研究. 这些研究进一步表明, 辽东地区黄金资源量潜力巨大, 目前黄金已探明储量接近千吨. 本文在对比分析胶辽地区岩石圈深部结构、中生代构造演化、中生代岩浆作用与深部过程, 以及巨量成矿作用的基础上, 提出了辽东地区未来研究重点和黄金找矿勘查的新方向.

2 辽东地区晚中生代地质特征

辽东地区地处华北克拉通东北部, 介于郯庐断裂带与鸭绿江断裂带之间, 北邻中亚造山带(也称为兴蒙造山带)(图1). 该区南部的渤海以南, 为华北克拉通东南缘的胶北隆起, 发育了大规模的早白垩世克拉通破坏型/胶东型金矿. 在基底演化阶段, 辽东主体属于古元古代胶-辽-吉造山带, 其西北侧(海城-本溪南-通化一线西北侧)为龙岗地块, 东侧(鸭绿江断裂带以东)为狼林地块. 辽东出露的岩石包括太古代-古元古代变质基底、中元古代-古生代海相沉积盖层、局部的侏罗纪-白垩纪陆相火山-沉积岩及一系列中生代岩体.

在华北克拉通破坏峰期, 辽东地区发生了广泛而强烈的岩浆作用和地壳伸展活动, 并发育了一系列伸展构造.近年来, 大量高精度同位素年代学资料显示, 辽东地区 中 生 代 岩 浆 岩 可 划 分 为 三 期 : 三 叠 纪(231~200Ma)、侏罗纪(183~152Ma)和早白垩世(131~120Ma), 其中早白垩世花岗岩和火山岩分布最为广泛. 三叠纪岩浆岩主要包括碱性岩和钙碱性辉长岩-闪长岩-花岗岩;侏罗纪岩浆岩则以中酸性闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩为主, 很少见基性岩; 而早白垩世岩浆岩岩石类型复杂, 包括碱性岩、 A型花岗岩和I型花岗岩, 且广泛伴生中基性岩石. 辽东地区中生代岩浆岩在成岩时代、岩石类型等方面与胶东地区基本相似, 早白垩世华北克拉通破坏峰期岩浆作用最为强烈(图1b), 形成于强烈的伸展构造背景之下.

辽东地区广泛分布着早白垩世伸展构造, 包括一系列变质核杂岩、拆离断层、高角度正断层、顺层伸展滑动破碎带与伸展盆地(图1b). 辽东地区南部发育着变质核杂岩, 自南向北称为辽南与万福变质核杂岩. 变质核杂岩核部出露先前位于中地壳层次的太古代变质岩与中生代岩体, 核杂岩拆离断层带的上盘出露中元古代-古生代海相盖层,并控制发育了早白垩世上叠盆地. 在120~100Ma期间,辽南与万福变质核杂岩发生相对抬升与剥露. 万福变质核杂岩西侧, 发育大营子和孤山低角度拆离断层带, 两者的上盘均发育了伸展盆地(刘俊来等, 2011). 早白垩世北东-南西走向的高角度正断层在辽东地区中、北部广泛出现, 断层属性可划分为两类: 一类是新生的, 一般规模相对较小; 另一类是早期左行平移断裂的复活, 包括巨型的郯庐断裂带与鸭绿江断裂带. 早白垩世顺层伸展滑动破碎带,主要发育在古元古代辽河群大石桥组大理岩与上覆盖县组片岩接触带上, 多为低角度产出, 以出现角砾岩带为特征, 并常伴生岩脉侵入与矿化. 这一类伸展构造在辽东中部的青城子矿集区最为发育, 主要呈近北东走向.

辽东地区早白垩世发育的一系列伸展盆地均为小型的火山-沉积盆地,可划分为三种类型: 一类是辽南与万福变质核杂岩拆离断层带上盘发育的上叠盆地(东侧为桂云花盆地, 西侧为普兰店-瓦房店盆地); 另一类是大营子和孤山低角度拆离断层带上盘发育的伸展盆地(黄花旬-大营子盆地与孤山盆地); 还有一类为高角度正断层控制的断陷盆地(如丹东盆地和通远堡盆地). 辽东地区一系列伸展韧性拆离剪切带的⁴⁰Ar/³⁹Ar定年结果, 以及伸展盆地内火山岩的锆石U-Pb定年结果表明,早白垩世伸展活动时限为135~106Ma. 鸭绿江断裂带早白垩世期间转变为大型正断层带, 东盘主体下降, 控制发育了一系列断陷盆地; 西盘为上升盘, 剥露上地壳, 伴生了一系列北东-南西走向的高角度正断层.

3 地球物理探测与岩石圈深-浅结构

3.1 辽东地区岩石圈深部结构

在辽东地区区域地质考察和金矿床研究的基础上, 沿着南东方向、穿过五龙和青城子两个矿集区布设了流动地震台阵探测和两个矿集区浅部地球物理综合探测, 以查明辽东地区岩石圈深部结构和矿集区浅部地质构造与隐伏岩体(图2a). 综合华北克拉通东北缘及邻区宽频带流动台阵(NCISP6和NCISP10)和固定台站数据, Zhang等(2014)和Meng等(2021)利用远震S波接收函数偏移成像方法,获得了辽东地区岩石圈深度变化特征(图2b). 从图2b可见, 穿越五龙和青城子两个金矿集区的AA′剖面, 岩石圈厚度从东部约65km向西北逐渐加深到大兴安岭南部的100km左右. 这表明辽东地区岩石圈已被破坏和减薄, 并且在空间上呈现出不均匀性, 特别是沿郯庐断裂带与鸭绿江断裂带之间岩石圈厚度明显变薄(图2b), 而且岩石圈之下也存在明显的热异常, 显示深大断裂在克拉通破坏与减薄过程起着重要的作用, 并且为深部熔流体上侵提供了通道. 岩石圈厚度的显著减薄和强烈的熔流体交代作用, 可能是辽东晚中生代金成矿的重要因素之一. 图2c揭示了龙岗地块下方5km左右太古代基底顶面, 该界面向东可能延伸进入胶-辽-吉造山带, 并逐渐变深, 并被龙岗块体和胶-辽-吉造山带边界(BLJ)断裂错断. 前人研究结果表明, 胶东地区岩石圈厚度也明显减薄. 由此可见, 辽东与胶东两地区均具有岩石圈破坏与减薄的基本结构和动力学背景.

3.2 矿集区浅部地球物理探测与地质构造

为揭示辽东地区五龙和青城子两个典型金矿集区浅部地壳结构和控矿构造, 实施了地面大地电磁、航空瞬变电磁、航空磁测、短周期地震台阵等浅部地球物理探测工作. 浅部地球物理探测揭示了五龙矿集区、青城子矿集区的航磁异常、电性异常和速度异常. 以往地面磁测资料表明, 辽河群的磁铁石英岩呈强磁性, 而其中的大理岩、片岩、变粒岩等呈弱磁性. 区内中生代花岗岩呈弱磁性, 基性辉长岩为中磁性, 不含矿石英脉表现为弱磁性或无磁性, 含矿石英脉因含有磁黄铁矿而磁性略强. 具体的矿集区磁异常解译如下.

(1) 五龙矿集区. 对五龙矿集区航磁异常进行化极处理后, 发现测区内磁场整体呈北东走向, 具有北西高南东低的特征(图3a). 以测区中部鸡心岭断裂北东段为界, 其西北为大面积的高磁异常区, 东南则表现为负异常区. 北东向磁异常条带基本与红石断裂、杨家断裂、鸡心岭断裂等位置相吻合, 均以稳定、连续磁异常为特征.

航磁异常资料限定了岩体边界和岩性. 图3a中B区为无磁或弱磁性的辽河群地层, 岩性可能为大理岩、片岩、变粒岩; 而A区则为辽河群含有磁铁矿颗粒的高磁性异常区(图3a). 测区东南部半圆型低磁异常带与测区内三股流岩体出露位置对应(图3a, C区).五龙岩体本应表现为弱磁性, 但在测区西北部出现高磁异常, 推测与其深部的辽河群变质岩以及后期侵入的基性岩体有关, 测区中部出现中磁异常, 推测与出露五龙岩体片麻状黑云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩有关.

为了解地下不同深度电性分布特征, 根据航空瞬变电磁资料, 绘制了地表、地下100m、 300m不同深度视电阻率切面图(图3b). 在地下300m深度范围内,测区内电性分布形态基本一致, 电阻率具有明显的北高南低的特征, 低阻带由北东向南西呈等间隔相间分布. 航电异常资料反映的岩体边界和岩性与航磁探测结果(图3a)基本一致吻合, A区和B区均为辽河群地层,整体上表现为低电阻率特征, C区为高电阻率特征, 与三股流岩体出露位置对应, 其他区域为五龙岩体, 主要表现为高电阻特性. 由于构造作用结果, 五龙岩体电性分布不均匀, 在部分地段出现中阻特性.

(2) 青城子矿集区. 青城子矿集区地表出露四个岩体(B、 D、 C、 E)(图4a), 其中的中、晚三叠世二长花岗岩岩体呈高磁性(D), 而元古代二长花岗岩岩体(B、C、 E)呈中低磁性. 在姚家钼矿附近发现高磁区(A区),推测为中侏罗世含矿花岗岩体.

航磁资料验证了测区内发育北东向(F101和F102)和北西向(F201和F202)两组断裂(图4a), 揭露了这两组断裂深部在走向上的延伸. 位于矿集区中南部的F101断裂, 在测区内控制长度14km, 其北侧磁场较强, 南侧磁场较弱, 而钼矿床分布在其与F201断裂的交汇处. F102断裂在区内控制长度约28km, 断裂南侧为弱正磁场, 北侧为弱负磁场, 表明两侧的岩性存在着差异.

三维大地电磁测深法获得的地下5km里电性资料(图4b)表明, 在L1A、 L2A、 L3A线剖面位置处(图4a和4b), 近地表高阻区域推测为出露或者隐伏花岗岩, 低电阻特性区域推测为古元古界辽河群盖县组地层. 区内几个著名的多金属矿床与断裂密切相关, 并多位于弱正、弱负磁场梯度带上(图4b). 小佟家堡子(图4b, L3线)附近处于高阻与低阻过渡部位, 且向深部具有较大的延深. 短周期地震台阵噪声成像, 揭示小佟家堡子下方深至5km可能存在隐伏岩体, 推测为金矿带产出位置.

4 金矿床成因

4.1 辽东金矿成矿时代

辽东地区金矿床主要包括石英脉型和蚀变岩型两种类型, 近年来, 金矿床成矿年代学研究取得了重要进展. 在五龙金矿床, 不同方法所获得的成矿时代基本一致, 含金石英脉中辉钼矿Re-Os等时线年龄为(125±2)Ma, 热液独居石SIMS U-Pb年龄为(127±3)Ma, 热液金红石SIMS U-Pb年龄为(122±1)Ma, 绢云母⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为(123±1)Ma, 这些年龄与矿区内与金矿脉密切伴生的中基性脉的年龄一致, 均表明了为早白垩世成矿. 在青城子矿集区, 成矿时代存在一定争议, 但据岩脉与矿脉穿切关系及锆石U-Pb年龄, 区内金矿主要形成于早白垩世(~126Ma). 对辽东西部猫岭矿集区成矿时代早期争论更大, 部分研究者认为猫岭矿集区成矿时代从古元古代((2316±140)Ma, Yu等,
2005; (2287±95)Ma)至侏罗纪约(189±5) Ma, 但近期获得猫岭矿区花岗岩锆石U-Pb年龄129Ma; 矿田内北部大东沟金矿近年来找矿取得重大突破, 区内相关岩体及成矿年龄也均为早白垩世. 鸭绿江断裂带南部新房金矿, 成矿阶段黄铁矿Re-Os等时线年龄为(121±1)Ma, 硫化物Rb-Sr年龄为(123±2)Ma; 新甸金矿的成矿前脉岩时代为127Ma, 与成矿后脉岩时代121Ma同样限定其成矿时代为早白垩世; 中部古楼子金矿含金石英脉中热液独居石U-Pb年龄为(121±7)Ma(本文作者未发表的数据), 北部沙窝沟金矿形成于126~129Ma(本文作者未发表数据). 这些最新研究结果表明, 辽东地区金矿成矿时代主要为早白垩世, 与胶东地区金矿床形成时代一致.

4.2 辽东金矿控矿构造

辽东地区金矿控矿构造主要为北东-南西走向高角度正断层与近东西向低角度顺层伸展滑动破碎带. 石英脉型金矿主要受高角度正断层控制, 而蚀变岩型金矿分别受高角度正断层与低角度顺层伸展滑动破碎带控制. 目前勘查程度较高的五龙金矿为石英脉型金矿, 其控矿构造主要是北东-南西走向高角度正断层及其伴生构造, 具体包括早白垩世伸展期新生的正断层以及前期左行平移断层及其派生断层的复活, 赋矿围岩是晚侏罗世五龙二长花岗岩体. 鸭绿江断裂带南部的四道沟金矿与辽东中部的猫岭金矿, 均为蚀变岩型金矿, 发育在古元古代辽河群内, 四道沟金矿的容矿构造为辽河群层间破碎带, 矿体走向呈北东与北西向, 而猫岭金矿的容矿构造为高角度正断层的破碎带. 青城子矿集区的白云、小佟家堡子、桃源、林家三道沟等蚀变岩型金矿, 均受低角度顺层伸展滑动破碎带控制, 主要发育在辽河群大石桥组大理岩与盖县组片岩内, 呈近东西向, 常具有多期活动特点, 早期为逆冲-推覆型层间滑动带, 晚期转变为伸展型层间滑动带. 无论哪种金成矿方式, 均发育强烈的围岩蚀变, 并具有较为明显的热液蚀变分带规律, 即自矿脉中心向围岩依次可划分为(黄铁)绢英岩化(硅化)-绢云母化(绿泥石化)-未蚀变岩石.

辽东地区金矿床具有集中成区和成带分布的规律, 根据其丛聚性分布的特点, 分为青城子金多金属矿集区、猫岭金矿集区和鸭绿江金成矿带(图1). 鸭绿江成矿带以北东向展布于辽东半岛东侧, 与朝鲜接壤, 发育以五龙金矿为代表的石英脉金矿和以四道沟与大东沟等为代表的蚀变岩型金矿. 石英脉型金矿受NE向陡倾断裂控制, 蚀变岩型金矿受辽河群层间断裂控制(图5). 由此可见, 辽东金矿化主要受北东-北北东向断裂控制的特征, 与胶东金矿构造控矿规律非常相似(图1).辽东与胶东金成矿作用是在相同构造背景下短时间内完成的, 金矿类型均以破碎带蚀变岩型和含硫化物石英脉型为主.

4.3 辽东与胶东金矿成矿对比

胶东矿集区是我国最重要的金矿产地, 在仅占中国陆地面积0.17%的区域内已经探明5400余吨金资源量, 成为世界第三大金矿集区. 辽东和胶东地区在岩石圈深部结构、中生代构造演化、基底岩石和岩浆岩等方面基本相似, 尤其是均以发育与金矿床密切相关的早白垩世花岗岩为特征, 金矿床成矿时代和矿化特征等也具有明显的相似性. 前人采用硫化物Rb-Sr同位素测年方法、石英-硫化物矿脉中热液锆石和独居石SHRIMP/LAICPMS U-Pb定年, 将胶东矿集区三个主要成矿带矿化年龄精确限定在(120±5)Ma范围内, 与辽东地区金成矿时代相同.

辽东早白垩世金矿床与胶东金矿床具有相似的流体包裹体特征, 主要类型为H₂O-NaCl气液两相和含CO₂两类包裹体, 成矿温度主要集中在200~350℃, 流体盐度主要在2~15wt.% NaCl equiv., 成矿流体同属于H₂O-NaCl-CO₂热液体系(图6a). 辽东金矿床中发现部分高盐度流体包裹体(图6a), 反映了岩浆热液流体的特征. 高盐度的岩浆热液成矿流体和低盐度的大气水发生流体不混溶作用或者流体混合作用, 是金矿沉淀的主要机制. 辽东和胶东金矿床的氢氧同位素范围大体相似, 主体与初始岩浆水重叠(图6b), 也进一步表明其成矿流体主要为岩浆水, 有部分大气降水的参与. 胶东金矿床硫同位素δ³⁴S值较为集中, 大多为+6‰~+10‰; 而辽东金矿床硫同位素由于受成矿流体与围岩(辽河群变质岩)发生强烈水-岩反应的影响, δ³⁴S值较分散, 变化于-9.0‰~+17‰之间, 但依然涵盖了胶东金矿δ³⁴S值范围. 总之,辽东和胶东金矿的成矿流体均以岩浆流体为主, 混入部分大气降水, 并显示与地壳围岩发生不同程度交换的特征. 这些特征进一步表明, 辽东和胶东地区在早白垩世相似的构造与岩浆活动背景下发生金成矿作用,且具有瞬时爆发成矿的特点, 两地区金矿床矿化特征和成矿流体温度-压力-组分等也具有极大相似性.

4.4 辽东金矿成矿模式

辽东地区金成矿作用主要发生在早白垩世, 受断裂构造控制, 以强烈硅化和绢云母化为特征. 流体包裹体C-H-O同位素和硫化物微区S同位素等研究表明,辽东地区无论是石英脉型还是蚀变岩型金矿床的成矿流体主要来源于同期岩浆水, 并混合了萃取围岩成矿物质的大气降水. 黄铁矿的Sr-Nd-Pb同位素及其微区S-Fe同位素研究, 揭示出金等成矿元素主要来源于早白垩世岩浆. 区内金矿床是岩浆水与萃取围岩成矿元素的大气降水混合, 在有利的构造位置经过强烈的水-岩相互作用后卸载形成. 因此, 克拉通破坏导致的强烈早白垩世岩浆活动和伸展构造是造成辽东地区乃至华北东部金矿床成矿的一级控制因素. 多学科综合研究表明, 华北克拉通破坏及其伴生的强烈构造-岩浆-成矿作用是古太平洋板块俯冲作用的结果. 华北克拉通东部岩浆时空分布和构造特征, 揭示了晚中生代古太平洋板块向东亚大陆的俯冲过程, 即侏罗纪低角度俯冲及随后的早白垩世俯冲板块回撤和俯冲带后撤. 正是早白垩世俯冲板块的后撤, 导致华北克拉通破坏及伴生的伸展构造-岩浆-金成矿深部动力学过程.

结合区域地质资料, 我们建立了辽东地区乃至华北东部金矿床成矿模式: 自晚侏罗世-早白垩世以来,古太平洋板块俯冲和俯冲带持续后撤, 造成华北东部发生强烈伸展作用, 形成伸展盆地和广泛分布的变质核杂岩. 古太平洋板块后撤引起的不稳定地幔流动体系, 导致上地幔中熔流体含量增加和岩石圈黏度显著降低, 促使华北克拉通东部古老岩石圈地幔经历了强烈的熔流体交代作用, 同时导致华北克拉通东部巨量幔源岩浆和流体形成. 地壳物质受到上涌软流圈以及上升到地壳内的幔源岩浆加热发生部分熔融, 形成长英质岩浆. 这些携带部分成矿物质的岩浆和深部流体沿深大断裂上升至地壳不同深度, 形成岩性复杂的火山岩和侵入岩. 岩浆在地壳浅部通过结晶分异作用形成的成矿流体, 并与广泛淋滤围岩中成矿物质的大气降水混合, 形成富金成矿流体. 当成矿流体继续上升进入浅部断裂构造体系时, 随着温度、压力等条件的改变, 成矿流体迅速发生沸腾/混合, 造成金等成矿元素的沉淀而成矿(图7). 由此可见, 辽东早白垩世金矿床不可能是造山型, 应该是与克拉通破坏密切相关的“克拉通破坏型金矿”或“胶东型金矿”.

5 找矿潜力预测与突破方向

5.1 辽东地区典型金矿集区资源潜力预测

根据辽东金成矿动力学背景和矿床成因模式, 利用地质矿产大数据(地质、地球物理、地球化学、遥感及典型矿山深部补充勘探资料)、人工智能方法(包括随机森林(RF)、 PU-Learning等机器学习)和2D/3D/ 4D GIS技术, 构建了辽东金矿集区成矿地质体三维模型. 在此基础上, 利用自主研发Geo-系列软件(Geosift, Geostatck, GeoPro, GeoSIM和GeoCube3.0), 对五龙、青城子金矿集区开展了地质大数据挖掘、三维勘探变量(包括构造与岩体找矿信息以及密度、磁化率和电阻率矿致异常信息)提取以及融合集成研究, 提出了找矿有利靶区和资源潜力估算新方法.

(1)  五龙金矿集区. 根据五龙金矿集区1:1万地质矿产图、 1:1000中段图和钻孔数据库, 利用SKU-GOCAD18.0软件, 建立了五龙金矿集区核心地段的断裂、岩体、岩脉、矿体等模型, 并运用自主研发的Geosift软件获得了1:5万重磁成矿地质体三维模型. 在此基础上, 利用澳大利亚Encom公司开发的ModelVision软件, 对重磁进行位场的二度半解释, 将深部地质结构划分为多个连续性地质单元; 再利用UBC-GIF软件获得正演建模约束下的大地电磁剖面(垂深5.0km)数据集Loop3D的三维成矿地质体建模与不确定性分析及三维勘探变量提取. 基于上述三维模型和勘探变量提取, 应用SKUA-GOCAD18.0软件对密度、磁化率、电阻率及其组合变量, 对控矿断裂和侵入岩体/岩脉三维反演数据进行DSI插值, 构建了三维密度反演模型、三维磁化率反演模型以及三维电阻率反演模型. 最后利用自主研发的定量化资源预测评价软件GeoCube3.0的增强证据权法模块, 圈定出五龙矿集区找矿有利靶区(图8). 在此基础上, 采用金富集-体积(C-V)多重分形将五龙矿集区划分为三个等级(图8a~8c). 其中, 一级靶区(图8d)进一步划分为A级靶区(A-1、 A-2和A-3), B级靶区(B-1、 B-21、 B- 3、 B-4、 B-5和B-6)和C级靶区. 依据工业储量估算块体单元的含金量, 估算2500m以浅金资源量超1000t, 五龙金矿集区累计资源储量超500t.

(2) 青城子矿集区. 根据青城子矿集区地质矿产大数据, 利用SKU-GOCAD18.0软件初步建立了青城子金矿集区核心区域的断裂、岩体、矿体模型, 开展了地层、岩体、断裂缓冲区、脉岩、密度、磁化率、电阻率等多参数三维空间信息融合研究, 并根据金矿成因模式和找矿模型构建了三维成矿地质体模型. 运用上述Geo-系列地学软件, 开展了矿集区的勘探变量融合集成研究, 利用3D RF与3D PU -Learing两种方法及其软件模块确定了五个找矿靶区, 分别是白云NW地段、荒甸子NE地段与SW地段、小佟家堡子深部地段和林家三道沟-桃源矿区深部地段(图9). 根据青城子金矿床的显式建模(辅助矿山巷道工程数据集)获取了覆盖工业矿体及其三维块体单元数量, 依据工业储量估算出块体单元的含金量; 统计了已知金矿体外围三维块体单元数量(一级靶区地段), 一级靶区与已知矿体具有相似的勘探变量及其组合和较高数值的贝叶斯后验概率; 根据块体单元数量和含金量数值乘积得出了靶区资源量. 利用GeoCube3.0软件和SKUA-GOCAD软件分析, 估算出青城子矿集区500~2500m深金资源量达1619t.

5.2 找矿标志

辽东地区已发现金矿床的地质特征与成因, 指示了较为明显的找矿标志. 找矿标志之一是早白垩世中期(120~125Ma)幔源基性侵入岩, 具体为闪长岩、辉绿岩与煌斑岩, 多以岩脉形式侵位, 局部呈岩株状. 这些基性侵入岩的发育程度常与金矿化程度呈正比, 是寻找蚀变岩型或石英脉型金矿的最有利部位. 找矿标志之二是早白垩世早期(125~130Ma)壳-幔混源的中-酸性侵入体, 以花岗闪长岩为主. 这些中酸性侵入体内部与周边也是有利的金矿富集区. 找矿标志之三是区域上发育晚侏罗世壳源花岗岩, 它们常与金成矿带相伴, 是重要的成矿岩石学背景. 找矿标志之四是早白垩世成矿期的伸展构造, 包括正断层、伸展拆离带、层间滑动带或顺侵入体边界发育的断层, 其中脆-韧性伸展构造是金成矿的最有利部位.

值得指出的是, 上述三期侵入岩与早白垩世伸展构造在空间上重叠部位是辽东地区最有利的金成矿区. 这三期岩浆与伸展活动强度与金矿化程度成正比.辽东地区早白垩中期幔源岩浆与伸展活动是金成矿的必要条件, 而早白垩世早期与晚侏罗世岩浆活动是金成矿的充分条件. 早白垩中期幔源岩浆和伸展活动与区内金矿紧密相伴, 而早白垩世早期和晚侏罗世岩浆活动常发育在金矿周边或深部.

辽河群由浪子山组、列尔峪组、高家峪组、大石桥组和盖县组组成, 由下至上依次发育白云岩、火山岩、碳酸盐岩和泥质岩. 辽河群盖县组巨厚的泥砂质沉积岩变质程度最低, 金含量最高; 同时盖县组也是蚀变最发育的岩层, 因此盖县组是在辽东寻找蚀变岩型金矿最有利的层位.

5.3 找矿突破方向

尽管目前我们还不能确定在辽东是否存在类似胶东不同深度多台阶富集成矿的特点, 但辽东地区与胶东地区无论在区域地质演化史与金矿床地质特征, 还是在成矿过程和成矿背景等方面, 都非常相似, 近期的多学科综合勘查资料也表明辽东地区金矿资源潜力巨大, 应是我国黄金最重要的战略资源接替基地之一,近期重点研究工作和找矿突破方向建议如下:

(1) 已知金矿床深/边部. 除五龙金矿外, 辽东地区金矿床目前探采深度大多小于500m. 然而, 辽东地区各金矿集区广泛分布与金矿密切相关的早白垩世中酸性岩脉和同期活动的控矿断裂; 矿床浅部发育强烈的围岩蚀变(如硅化、绢英岩化、绢云母化、绿泥石化等), 具有蚀变强度大且变化不明显的特点; 地球物理探测也指示已知矿脉向深部和边部仍具有较大的延伸范围. 在青城子矿集区实施的深部科学钻探发现, 最深矿体(130脉)埋深达1692m, 是辽东已知见矿最深的矿体; 五龙金矿钻探发现1500m深的含金石英脉, 厚度达3.7m, 品位达5.74g/t. 区域地质研究也表明, 已知金矿集区的矿脉向边部及外围均有明显的延伸, 呈现沿构造连续发育, 并有围岩蚀变和金矿化显示. 例如, 五龙金矿集区发育与已知矿区内控矿构造、围岩蚀变、矿化相似的数百条含金石英脉, 但目前对这些含金石英脉的勘探程度较低. 青城子矿集区白云金矿已知矿化蚀变带向西经过李家堡, 一直延伸到冯家堡子. 在冯家堡子民采坑处, 揭示含金石英脉的品位达到8.97g/t,蚀变带宽达50~60m. 经可控源大地电磁探测发现, 低阻 异 常 带 走 向 延 长 超 过 4 0 0 0 m , 倾 向 延 伸 至400~1500m, 并与地表观测到的蚀变带相吻合. 由此可见, 区域地质和钻探都表明辽东地区已知金矿集区深部/边部均具有巨大的找矿潜力.

(2) 大型断裂中蚀变岩型金矿. 辽东地区具有与胶东地区相似的区域构造格架, 发育了一系列北北东走向的大型断裂及旁侧近南北向次级断裂. 胶东地区在北北东向主干断裂上, 如三山岛断裂、焦家断裂和招平断裂, 发育了多个大型、超大型蚀变岩型金矿床.然而, 目前辽东地区同类北北东向大型断裂还未发现超大型金矿床. 在断裂构造特征方面, 辽东地区北北东向断裂与胶东地区同类控矿断裂十分相似, 多呈现出早期韧性至晚期脆性的递进活动, 发育破碎带及与金矿化密切的硅化、绢云母化等围岩蚀变(局部已见明显的金矿化), 并具有明显的低电阻率异常和正磁异常特点. 例如, 近期在五龙金矿集区北东向鸡心沟断裂带中, 新发现了破碎蚀变岩型金矿体, 有待钻探验证和进一步的深入勘探研究. 在青城子金矿集区内, 尖山子断裂控制了主要金矿的分布. 已有的钻孔资料表明, 该断裂内发育了厚达100多m、倾向延伸达1100~1600m的金矿化带, 局部金品位可达2.72g/t, 平均金品位0.19g/t.

中朝边界上北北东走向的鸭绿江断裂带, 长达700km, 是辽东地区十分重要的控矿构造, 控制发育了多种类型的金矿. 目前在该大型断裂带上发现的蚀变岩型金矿床有沙窝沟金矿、秋果碧金矿、四道沟金矿、新房外围金矿以及盖州大东沟形成于辽河群盖县组绢云千枚岩层的蚀变岩型金矿. 这些金矿床的赋矿围岩皆是盖县组, 其中四道沟金矿已经成为大型金矿床, 大东沟成为超大型金矿床. 此外, 在鸭绿江断裂带上还发现了蚀变岩型与石英脉型叠合金矿床, 代表性的有下河口金矿、大古岭金矿和新房金矿, 其中新房金矿已经成为大型金矿床. 下河口金矿赋矿围岩为辽河群高家峪组, 大古岭金矿赋矿围岩为辽河群高家峪组和大石桥组, 新房金矿赋矿围岩为太古代鞍山群. 在鸭绿江断裂带内及其旁侧次级断裂上,还发现了一系列石英脉型金矿或金矿化点, 如庙台子金矿、南岭外金矿、汞洞沟金矿和老边墙金矿. 这些石英脉型金矿的赋矿围岩均是晚中生代花岗岩, 也具有重要的找矿潜力. 这些初步研究表明, 辽东地区鸭绿江断裂带内的破碎蚀变带和石英脉型金矿床, 是未来找矿的重要突破口, 具备新增千吨级黄金可采储量的潜力.

6 结语

辽东地区金矿床主要形成于早白垩世, 受断裂构造控制, 以强烈硅化和绢云母化为特征, 金成矿作用与华北东部岩石圈减薄、克拉通破坏导致的早白垩世岩浆活动密切相关. 辽东地区金矿床与著名的胶东地区金矿床在区域地质演化、成矿时代、成矿过程等方面非常相似, 是与克拉通破坏密切相关的“克拉通破坏型金矿”或“胶东型金矿”.

中生代岩浆-构造演化与矿床成因研究、深-浅部综合地球物理探测与大数据AI资源量预测表明, 辽东地区金资源潜力巨大, 是我国另一个重要的“数千吨级”黄金资源战略基地. 根据近期研究和勘查结果, 本文明确提出鸭绿江断裂带及其周边是未来金矿资源勘查的重点区域, 已知矿区外围与深部也是未来寻找金矿的重要靶区.