胶东三山岛断裂带金矿床蚀变矿物勘查标识

图1 胶东半岛地质背景及金矿床分布图（修改自Song et al.，2020）

（a）中国东部地质简图；（b）胶东半岛地质简图及金矿床分布；1.断裂；2.玲珑岩套；3.区域断裂；4.郭家岭岩套；5.苏鲁造山带；6.伟德山岩套；7.前寒武纪岩石；8.崂山岩套；9.中生代花岗岩；10.白垩纪正长岩；11.中生代盆地；12.三叠纪花岗岩

Fig.1 Geological background and gold deposit distribution map of Jiaodong Peninsula（modified after Song et al.，2020）

图2

图2 北部海域金矿床位置、地质图和勘探线剖面

（a）三山岛断裂带地质简图；（b）北部海域金矿床地质图；（c）30号勘探线剖面图；图（b）：1.郭家岭花岗岩；2.玲珑花岗岩；3.变辉长岩；4.黄铁绢英岩带；5.金矿体；6.断裂；7.勘查线；8.钻孔及编号；图（c）：1.第四系；2.玲珑花岗岩；3.前寒武纪岩石；4.黄铁绢英岩带；5.金矿体；6.煌斑岩/辉绿岩脉；7.钻孔及编号

Fig.2 Location， geological map and cross-section of exploration line of Beibuhaiyu gold deposit

蚀变矿物是热液矿床重要的标志之一，也是矿床学研究和勘查应用的重要手段（李胜荣等，2001，2013），通过开展大量研究，已建立重要矿床类型的蚀变矿物勘查标识体系。胶东破碎带蚀变岩型金矿发育有钾长石化、硅化、黄铁绢英岩化和碳酸盐化等热液蚀变，前人对蚀变矿物的标型特征（主要是物理标型）和蚀变矿物成分等进行了广泛研究（王建等，2020；邵雪维等，2021；袁月蕾等，2023；邹艳红等，2023），有力支持了矿床成因研究和找矿勘查。同时，随着现代激光剥蚀电耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）技术的应用，矿物微区微量元素测试已成功应用于矿床成因研究。

近年来，短波红外光谱技术成为识别蚀变矿物和指导找矿的重要技术方法之一，在确定蚀变矿物类型和寻找热液中心等研究中得到了广泛应用，尤其是斑岩型矿床、浅成低温热液型矿床和矽卡岩型矿床等（杨志明等，2012；田丰等，2019；陈华勇等，2019；张炎等，2021；Wang et al.，2021）。应用短波红外光谱（Short Wavelength Infrare，SWIR）技术对三山岛北部海域金矿的初步研究表明，金品位与绢云母的光谱学特征峰强度、峰强比和峰对称呈正相关关系（宋英昕，2017）。随着研究的进步，目前机器学习方法在短波红外光谱的研究中也有较好的应用（Zhao et al.，2024）。但目前短波红外光谱技术在热液脉型金矿勘查和研究中的应用仍较少，尤其是对具有全球意义的胶东蚀变岩型金矿尚未建立有效的蚀变矿物勘查标识。

鉴于此，本文选取三山岛北部海域金矿床30号勘探线的6个钻孔岩心和三山岛井下坑道进行了系统的蚀变矿物短波红外光谱测试和黄铁矿LA-ICP-MS微量元素分析，研究蚀变矿物对金成矿的指示意义，以期更好地服务胶东地区深部金矿勘查和新一轮找矿突破战略行动。

1 区域地质背景

华北板块位于中亚造山带以南、苏鲁—大别造山带以北，被郯庐断裂带所切割［图1（a）］。自古元古代末期，华北克拉通东西部陆块拼合完成后（克拉通化），华北板块一直处于稳定状态（Zhao et al.，2005）。直到中生代时期，古太平洋板块的俯冲作用使得华北板块尤其是东部陆块发生了大规模的岩石圈减薄事件，且伴有广泛岩浆活动和金属矿化的超常富集过程，以金矿床的形成最受瞩目。据统计，目前华北板块内已探明金储量占全国的50%（Groves et al.，2016，2018；Li et al.，2020）。胶东半岛位于华北板块东部，目前已探明的金储量接近6 000 t（宋明春等，2023），是我国乃至全球重要的金矿集区之一（Li et al.，2015，2022；李胜荣等，2021）。胶东半岛主要由前寒武纪结晶基底和中生代火山—沉积岩以及侵入体组成［图1（b）］。基底岩系主要包括中—新太古代唐家庄岩群、胶东岩群以及古元古代粉子山和荆山岩群。中生代时期，胶东半岛受华北板块东部岩石圈大规模减薄作用的影响，岩浆活动强烈，形成了一系列中—酸性侵入体和火山岩。按照形成时代、岩性组合和地球化学组成，可将侵入岩划分为玲珑/昆嵛山型（167~154 Ma）（Yang et al.，2012；Ma et al.，2013；Wang et al.，2022）、郭家岭型（130~127 Ma）（Yang et al.，2012；Jiang et al.，2016；Dong et al.，2023）、伟德山型（125~110 Ma）（Goss et al.，2010；Li et al.，2012；Song et al.，2020；Dong et al.，2023）和崂山型（125~108 Ma）（Goss et al.，2010；王栋等，2023；Li et al.，2023a）4类花岗岩，主要岩性为二长花岗岩、正长花岗岩、花岗闪长岩和正长岩等。断裂异常发育也是胶东半岛的重要特征。胶东半岛自西向东发育有多条平行的NE-NNE向断裂，几乎所有的金矿床均沿断裂分布［图1（b）］。

根据金矿床的分布情况，将胶东金矿集区自西向东进一步划分为胶西北、栖蓬福（栖霞—蓬莱—福山）和牟乳（牟平—乳山）3个成矿小区［图1（b）］。其中，胶西北成矿小区成矿规模最大，已探明金储量超过4 000 t（宋明春等，2012），金矿床主要沿着三山岛、焦家和招平断裂分布［图1（b）］。三山岛断裂带内发育有多个矿床，包括三山岛、北部海域、西岭、新立和仓上等，均为蚀变岩型矿化。

2 矿床概况及矿化蚀变特征

2.1 矿床地质概况

三山岛断裂带金矿体深部连接在一起，且各个矿床地质特征基本一致。北部海域金矿床位于三山岛断裂的东北部［图2（a）］延伸到海域的一段，是我国首个在海域内发现的世界级金矿床，目前已探明储量达470 t（平均品位为4.3×10^-6）（Song et al.，2021）。矿区整体上被深度为8.5~20.0 m的海水覆盖［图2（a）、2（b）］（宋明春等，2015）。钻探工程显示矿区地层主要为新太古代变质岩和第四系沉积物（35~40 m）［图2（c）］。岩浆岩主要为侏罗纪玲珑花岗岩、白垩纪郭家岭和伟德山花岗岩，脉岩主要为闪长玢岩和煌斑岩。NE向三山岛断裂控矿作用显著，矿体严格沿断裂展布［图2（c）］。

北部海域金矿床共发现45条金矿体，分布在20~42号和50~66号勘探线之间（张军进等，2023）。这些矿体受三山岛断裂的严格控制，与断裂产状基本一致。矿化类型为脉状/细脉状浸染型。28~34号勘探线矿体品位最高（最高品位>100×10^-6），为高品位矿带。Ⅰ-4-3矿体（平均品位为8.66×10^-6）规模最大［图2（c）］，占整个资源量的45%。矿体位于黄铁绢英岩化碎裂带中，长度为1 430 m，呈大脉状，走向为35°，倾向SE，倾角为22°~52°［图2（c）］。Ⅰ-1矿体也是一个重要的矿体（平均品位为2.85×10^-6），占总资源量的4.2%。矿体长度为1 097 m，走向为22°~43°，倾向为SE，倾角为23°~62°［图2（c）］。三山岛金矿床地质和矿化蚀变特征详见Li et al.（2023b）。

2.2 矿化蚀变特征

矿化蚀变带沿三山岛断裂分布，蚀变带宽度一般为50~200 m，围岩蚀变主要包括钾长石化、绿泥石化、绢云母化、硅化和碳酸盐化（图3和图4）。断裂主断面上、下盘均有矿化蚀变现象，但上盘蚀变较弱且分带不明显，一般无工业金矿体。矿化蚀变带主要由（黄铁）绢英岩组成，以主裂面为界，其下盘依次出现黄铁绢英岩化、绢英岩化和钾长石化带，各带呈渐变关系；主裂面以上主要为绢英岩化，黄铁矿化较弱。根据矿物组合、矿石组构和脉体穿切关系共识别出4个成矿阶段：石英—黄铁矿—钾长石阶段（Ⅰ）、石英—黄铁矿—黄铜矿—自然金阶段（Ⅱ）、石英—黄铁矿—方铅矿—闪锌矿—自然金阶段（Ⅲ）和菱铁矿—方解石阶段（Ⅳ）（图3和图4），与三山岛金矿床一致（Li et al.，2023b）。由于该矿床中蚀变矿物分布不均，并未识别出前人提及的热液蚀变期，主要为热液成矿期（Li et al.，2015）。上述各阶段详细特征如下：

图3

图3 北部海域金矿床不同成矿阶段典型矿物组合特征

（a）~（c）Ⅰ阶段；（c）、（d）Ⅱ阶段；（d）~（i）Ⅲ阶段；（h）Ⅳ阶段；Kfs-钾长石；Qtz-石英；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Gn-方铅矿；Sp-闪锌矿；Sd-菱铁矿

Fig.3 Typical mineral combination characteristics of Beibuhaiyu gold deposit in different metallogenic stages

图4

图4 北部海域金矿床典型矿物组合显微特征

Chl-绿泥石；Cab-碳酸盐；Mus-白云母；Ser-绢云母；Pl-斜长石；Qtz-石英；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Gn-方铅矿；Sp-闪锌矿；Sd-菱铁矿；Po-磁黄铁矿；Gl-自然金

Fig.4 Microscopic characteristics of typical mineral assemblages in Beibuhaiyu gold deposit

Ⅰ阶段具有弱的钾化蚀变，矿物组合为石英、黄铁矿以及少量黄铜矿、毒砂、磁黄铁矿和白铁矿［图3（a），图4（a）、4（e）、4（f）］。石英主要呈烟灰色和浅灰色细脉，黄铁矿呈浸染状。Ⅱ阶段脉宽0.5~1.5 cm，伴有绢云母化，并穿切Ⅰ阶段矿脉。石英呈乳白色，与自形—半自形黄铁矿共生［图3（c）、3（d），图4（g）、4（i）］。自然金主要以显微包体的形式分布在黄铁矿的裂隙中［图4（g）、4（i）］。Ⅲ阶段金属矿物主要包括黄铁矿、方铅矿和闪锌矿，含少量自然金和黄铜矿，伴有强烈的绢云母化［图4（b）、4（c）］。Ⅲ阶段脉较宽（>2 cm），石英呈乳白色，方铅矿、闪锌矿和黄铁矿主要以团块状和浸染状分布在石英中［图3（d）、3（i）］。自然金主要以包体或裂隙形式分布在黄铁矿、黄铜矿和方铅矿中［图4（k）、4（m）］。与其他阶段相比，Ⅲ阶段脉主要发育在矿床的较浅部（<500 m），穿切了Ⅰ阶段或Ⅱ阶段脉［图3（d）］。Ⅳ阶段发育菱铁矿—方解石±方铅矿±黄铁矿细脉（1~2 mm），金属硫化物较少发育，以碳酸盐矿物为主，通常穿切Ⅲ阶段脉［图3（i），图4（b）、图4（d）］。

3 样品采集、测试方法及结果

3.1 样品采集及测试方法

选取北部海域30号勘探线6个钻孔进行了系统的样品采集。其中，ZK3013和ZK3002钻孔位于控矿断裂的陡倾贫矿段［图2（c）］，矿化蚀变很差；ZK3001和ZK3011钻孔位于控矿断裂浅部的赋矿段，矿化情况较好；ZK3006和ZK3008钻孔钻穿控矿断裂深部的赋矿段，该段存在高品位厚大矿体。根据孔深及含矿性的不同，取样间距设为20~50 m不等，在矿化蚀变发育部位进行了适当加密，具体取样位置见图5。将采集的样品用于短波红外光谱分析，测试工作在中国地质科学院地质研究所完成。具体操作步骤如下：将待测样品清洗后晾晒；每个样品测试2~4个点，测试结果取平均值。测试仪器为TerraSpec，为保证测试数据的质量，每隔20 min对仪器进行优化及基准白测量一次，具体操作步骤及参数详见杨志明等（2012）。测试的数据通过光谱地质师软件进行自动解译，并对解译结果逐条进行人工解译，伊利石2 200 nm和1 900 nm的吸收峰位、吸收深度和结晶度通过软件求得，各个样品均取平均值。

图5

图5 北部海域金矿床30号勘探线典型钻孔样品采集位置图

1.第四系；2.二长花岗岩；3.变辉长岩；4.变辉长岩（弱绢英岩化）；5.变辉长岩（弱黄铁绢英岩化）；6.硅化碎裂岩；7.辉绿玢岩；8.似斑状花岗闪长岩；9.绢英岩化花岗岩；10.黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；11.黄铁绢英岩化碎裂岩；12.矿体；13.石英脉；14.采样位置

Fig.5 Location map of typical borehole sample collection for No.30 exploration line in the Beibuhaiyu gold deposit

选取不同矿化阶段的黄铁矿样品3件进行LA-ICP-MS微量元素面扫描分析。分析测试工作在广州拓岩有限公司完成，元素面扫描图像和具体测试参数见Li et al.（2023b）。

3.2 测试结果

在本次短波红外光谱分析中，主要识别出Al-OH矿物、Fe-OH矿物和碳酸盐矿物3类蚀变矿物，其中以伊利石和白云母等为代表的Al-OH矿物含量最多。代表性光谱曲线如图6所示。

图6

图6 北部海域金矿床代表性光谱曲线

Fig.6 Representative spectral curves of Beibuhaiyu gold deposit

按照各钻孔中蚀变矿物出现的频次，依次为伊利石、白云母、高岭石、蒙脱石、地开石、菱铁矿、黑云母、铁白云石、绿帘石、锰黏土矿物、金云母、角闪石、方解石、铁绿泥石、铁镁绿泥石和钠云母［图7（a）］。钻穿深部厚大矿体的ZK3006和ZK3008钻孔蚀变矿物种类最多（图8），主要是Al-OH矿物和碳酸盐类蚀变矿物组合，这与钻孔编录时所观察到的现象一致。在短波红外光照射时，Al-OH的2 200 nm特征吸收称为伊利石2 200 nm吸收峰位（Pos2200），相应的吸收峰称为伊利石2 200 nm吸收深度（Dep2200）；与之对应的H₂O在1 900 nm附近出现的吸收和深度分别称为伊利石1 900 nm吸收峰位（Pos1900）和伊利石1 900 nm吸收深度（Dep1900）；Dep2200与Dep1900的比值称为伊利石结晶度（SWIR-IC）（杨志明等，2012）。北部海域金矿床伊利石的Pos2200值介于2 197~2 212，集中在2 202~2 206范围内［图7（b）］，SWIR-IC值介于0.2~4.1，集中在1.0~2.0范围内，平均值为1.4［图7（c）］。由各钻孔柱状图可以看出，Pos2200值与SWIR-IC值之间呈显著正相关关系（图8）。

图7

图7 北部海域金矿床短波红外光谱蚀变矿物、Al-OH吸收峰位和结晶度分布特征

Fig.7 Short wave infrared spectroscopy of altered minerals，distribution characteristics of Al-OH absorption peaks and crystallinity in Beibuhaiyu gold deposit

图8

图8 北部海域金矿床钻孔短波红外光谱分析详细统计结果

Fig.8 Detailed statistical results of shortwave infrared spectroscopy analysis of boreholes in the Beibuhaiyu gold deposit

伊利石和白云母贯穿各钻孔始终，从浅部到深部均有大量发育。在垂向空间上，浅部样品Pos 2200值（<2 205 nm）和SWIR-IC值较低（<2.0），随着钻孔深度的增加，Pos2200值和SWIR-IC（部分样品除外）均开始逐渐增加，Pos1900值变化趋势不明显。

4 讨论

4.1 蚀变矿物对金矿化蚀变的指示

短波红外光谱分析技术主要是根据短波红外光（1 300~2 500 nm波长的光）照射到常见的热液蚀变矿物时，不同基团（如羟基、CO $_{3}^{2 -}$ 和SO $_{4}^{2 -}$ 等）对短波红外光的吸收波长有所差别，进而识别出蚀变矿物（杨志明等，2012），也就是主要依据不同矿物对短波红外光的敏感性来识别蚀变矿物。该测试技术具有快速、便捷、经济和高灵敏度等特点，因此近年来在确定蚀变矿物类型和寻找热液中心等研究中得到了较好的应用（杨志明等，2012；田丰等，2019；陈华勇等，2019；张炎等，2021；Wang et al.，2021），但在热液脉型金矿床的研究中鲜有报道。

胶东金矿床是典型的热液脉型。本次研究首次对胶东半岛第二大金矿床北部海域金矿床开展了短波红外光谱分析，对成矿最典型的30号勘探线6个含矿和贫矿钻孔进行了系统研究，深度控制到约1 700 m范围（图5）。矿化发育情况与Al-OH吸收峰位和伊利石结晶度之间呈显著正相关关系，容易与贫矿部位区分。短波红外光谱除了对成矿有利部位具有指示意义，还对成矿过程具有启示作用（杨志明等，2012）。现有研究显示，成矿温度与SWIR-IC值之间关系密切（杨志明等，2012；田丰等，2019）。其原因主要是在较高的温度条件下，伊利石化学成分配比会接近理想状态（KAl₂［（SiAl）₄O₁₀］·（OH）₂·nH₂O），但是随着成矿体系温度的降低，Si会与Al+K在四面体位置发生替换，替换过程势必导致晶格的缺陷，从而层间容纳了更多的水，导致Dep1900值升高，对应的SWIR-IC值也越低（SWIR-IC=Dep2200/Dep1900）（杨志明等，2012）。北部海域金矿床深部靠近矿体部位普遍具有较高的SWIR-IC值，而随着成矿流体的向上运移，温度不断降低，因此在贫矿和浅部赋矿部位SWIR-IC值较低。浅部矿体的矿物组合主要是多金属硫化物，属于Ⅲ阶段的产物，与反映的温度变化相符（未发表数据）。ZK3002、ZK3006、ZK3008和ZK3011钻孔样品的短波红外测试结果显示，深部矿体较发育部位SWIR-IC值较大（>2.0），Al-OH吸收峰位也较高，暗示着矿化体与SWIR-IC值和Pos2200之间的相关性。

具体从钻孔中揭露的各个地质体情况来分析，在Al-OH吸收峰位上，辉绿玢岩和变辉长岩地层值较高，矿体与蚀变花岗岩之间区别大不；在伊利石结晶度IC值上，矿体最大，明显不同于辉绿玢岩、变辉长岩地层、新鲜和蚀变的花岗岩，可作为显著的找矿标志（图9和图10）。在蚀变矿物组合和分带特征上，矿体产状较陡的浅部钻孔中蚀变矿物显示主要为伊利石、白云母及少量黏土矿物的组合（ZK3001和ZK3002钻孔），深部断裂产状由陡变缓部位蚀变矿物也显示主要为伊利石和白云母组合，但是黏土矿物和碳酸盐矿物含量显著增高，并且由浅到深表现为白云母逐渐增加的趋势（图10）。深部发育热液蚀变，其蚀变矿物类型多样，可能是由于断裂产状由陡变缓部位热液流体充分聚集，并形成了矿体厚大的高品位矿段（Li et al.，2023b）。除此之外，控矿断裂由陡变缓部位具有形态较缓（倾角35°~43°）、断层泥发育、构造破碎带厚大和破碎程度强—剧烈（多为黄铁绢英岩化碎裂岩+黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩+绢英岩化碎裂岩的组合形式）等特点，硫化物组合主要为稠密浸染状/脉状的黄铁矿、白铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和毒砂等；在控矿断裂陡倾部位，断裂形态明显较陡（倾角75°~85°），断层泥不发育，构造破碎带宽度较小（<20 m），破碎程度弱（主要为绢英岩化花岗岩+弱绢英岩化碎裂岩的岩性组合），硫化物也较少发育，主要为零星的黄铁矿（表1）。这些特征与胶东其他断裂带含矿和贫矿特征基本吻合（宋明春等，2018，2020），暗示着上述规律可作为胶东金矿床在断裂构造方面的找矿标志。本研究结果与前人所建立的阶梯式成矿模式相符（宋明春等，2012）。

图9

图9 北部海域金矿床钻孔中各地质体Al-OH吸收峰位和结晶度统计结果

Fig.9 Statistical results of Al-OH wavelength position and crystallinity of various geological body in boreholes of Beibuhaiyu gold deposit

图10

图10 北部海域金矿床钻孔蚀变矿物及分带特征

Fig.10 Alteration minerals and zoning characteristics of boreholes in Beibuhaiyu gold deposit

表1 北部海域金矿床控矿断裂陡倾段和缓倾段对比

Table 1 Comparison between steeply inclined section and gently inclined section of ore-controlling faults in Beibuhaiyu gold deposit

差异性特征	控矿断裂由陡变缓段	控矿断裂陡倾段
断裂形态	较缓	较陡
断裂产状	倾角35°~43°	倾角75°~85°
断层泥发育情况	发育，厚度为0.05~0.5 m	不发育
构造岩带宽度	40~400 m	<20 m
破碎程度	强	弱
碎裂岩组合	黄铁绢英岩化碎裂岩+黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩+绢英岩化碎裂岩	绢英岩化花岗岩+弱绢英岩化碎裂岩
伊利石结晶度	≥2.0	<2.0
Al-OH吸收峰位	≥2 205 nm	<2 205 nm
硫化物组合	稠密浸染状/金脉状的石英+黄铁矿±多金属化物	稀浸染状/细脉状的石英±黄铁矿
蚀变矿物组合	伊利石+白云母±碳酸盐矿物±绿泥石	伊利石+白云母+黏土矿物+碳酸盐矿物

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4.2 黄铁矿微量元素特征及对金成矿的指示

黄铁矿是各种类型热液矿床中常见且普遍存在的硫化物（Keith et al.，2018；Augustin et al.，2019），也是胶东金矿床的主要载金矿物。前人研究表明，黄铁矿含有大量的微量元素（如Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd、Sb、Te、Au、Pb、Bi、Hg和Tl），这些元素以固溶体、纳米或微米级包裹体形式存在（Ma-cLean et al.，2008；Deditius et al.，2011；Reich et al.，2013）。黄铁矿中这些微量元素的浓度变化受到各种因素的影响，如元素浓度、温度（T）、压力（P）、酸碱度（pH值）和热液流体的氧逸度（fO₂）（Dedi-tius et al.，2009，2014；Voute et al.，2019；Wu et al.，2021）等。因此，黄铁矿经常被用来作为探究金矿床成矿机理的重要载体。本研究主要是在前期对三山岛金矿床黄铁矿微量元素分析的基础上进行。

Au与As元素之间显示显著的正相关关系，且Ⅱ阶段黄铁矿Au含量位于金饱和曲线上方，说明其以纳米颗粒形式存在（Au⁰），暗示着初始成矿流体具有较高的金含量（图11）。Au与As元素之间的相关性还指示在黄铁矿沉淀过程中As与S元素发生了离子替换，由于离子半径的差异使得黄铁矿晶格发生变形，使Au元素得以进入黄铁矿晶格中（Reich et al.，2005；Li et al.，2023b）。Au与Ag元素也具有一定的正相关关系，且暗示着不见金到可见金之间存在一定的转化过程（Hastie et al.，2020；Li et al.，2023）。Au、Ag与Pb、Bi、Te、Sb等元素之间的相关性也指示三山岛断裂带金的多样富集过程。研究指出，As、Sb、Bi、Hg、Pb、Se、Te、Tl和Sn等为低熔点亲铜性元素（LMCE）（刘家军等，2021），可在低至300 ℃的温度下以熔体形式存在（Frost et al.，2002；Ciobanu et al.，2006），并优先从流体中分离出来。暗示着成矿流体演化过程中，LMCE熔体的存在高效地抽离了金（Tooth et al.，2011），这也是三山岛断裂带大量粗颗粒发育的重要原因之一（Li et al.，2023b）。在断裂产状由陡变缓的转折端热液充足，更有助于上述过程的发生（宋明春等，2012）。根据含金黄铁矿微量元素分析，本文提出离子替换、LMCE熔体的高效抽离作用、不可见金到可见金的转换过程以及断裂蚀变带的阶梯式变化等综合因素控制着三山岛断裂带金矿体的发育，这也可能是胶东蚀变岩型金矿床发育的关键控制因素。最新研究指出，胶东石英脉型金矿床可能经历了幕式流体脉冲过程，不过LMCE熔体同样发挥了关键作用（Cai et al.，2024）。

图11

图11 三山岛金矿床黄铁矿LA-ICP-MS面扫描数据相关性图解

Fig.11 Correlation diagram of LA-ICP-MS surface scanning data of pyrite in Sanshandao gold deposit

4.3 胶东蚀变岩型金矿蚀变矿物勘查标识

金矿床与热液蚀变之间的关系，一直是矿产勘查的重要指示标志和关注的焦点（Groves et al.，1998）。现有大量研究证实绢云母是脉型金矿床发育的主要蚀变矿物，其Al-OH吸收峰位和结晶度可作为重要的勘查标识，可以指示热液蚀变和矿化中心（Wang et al.，2017；Zhao et al.，2024）。

三山岛断裂带内的三山岛和北部海域金矿床均普遍发育绢云母，且主要为伊利石和白云母，在靠近矿体部位Pos2200多大于2 205 nm，结晶度多大于2。最近针对焦家断裂带前陈蚀变岩金矿床的研究也得出相似的规律（Zhao et al.，2024），即高的Al-OH吸收峰位和结晶度对金矿体有直接的指示意义（图12）。应用QGIS软件对本研究获得的Pos2200和IC数据进行反距离插值（IDW），结果显示高值区与矿体位置完全吻合（图13），指示其可作为胶东蚀变岩金矿床的勘查标识。值得注意的是，Pos2200值除了矿体部位较大外，变辉长岩地层同样显示较高的值，但其IC值较小（图9、图13和图14），因此在实际研究中要结合Pos2200和IC数据进行分析。在蚀变矿物上，白云母和伊利石百分含量等值线图显示二者与金矿体之间关系最为密切（图14）。白云母等值线图高值区与高结晶度IC值之间重合，暗示着深部1 500 m以下部位热液最为充足，且靠近热液中心。

图12

图12 机器学习模型结果及其分析图

（a）ROC曲线和AUC值；（b）不同模型的混淆矩阵；（c）不同模型的特征SHAP值图注：ROC曲线是一种用于衡量二分类模型性能的图形化工具，其以真阳性率（True Positive Rate，又称敏感度）为纵轴，假阳性率（False Positive Rate）为横轴，将不同阈值下的分类结果可视化展现出来。在ROC曲线上，理想情况下，模型的曲线越接近左上角（0，1）点，表示模型的性能越好。AUC（Area Under the Curve）是ROC曲线下面积的数值，代表了分类模型的性能。AUC的取值范围在0~1之间，数值越接近1，代表模型的性能越优秀。AUC为0.5时，代表模型的分类能力等同于随机猜测，而当AUC为1时，表示模型完美预测了样本的类别。SHAP图中，从垂直顶部到底部的顺序表示特征的重要性，红色表示高特征值，蓝色表示低特征值，水平轴表示特征值对输出的影响

Fig.12 Results and analysis charts for machine learning models

图13

图13 北部海域金矿床30号勘探线剖面图（显示Pos2200和IC等值线）

1.第四系；2.玲珑花岗岩；3.前寒武纪岩石；4.黄铁绢英岩带；5.金矿体；6.煌斑岩/辉绿岩脉；7.钻孔及编号

Fig.13 Geological cross-section of No.30 exploration line at Beibuhaiyu gold deposit（showing contour lines for Pos2200 and IC values）

图14

图14 北部海域金矿床30号勘探线地质剖面图（显示Pos2200、IC、伊利石和白云母百分含量等值线）

Fig.14 Geological profile of No.30 exploration line in Beibuhaiyu gold deposit（showing contour lines for Pos2200，IC，illite and muscovite percentage）

为了进一步探究Pos2200和IC值对金品位的影响，引入机器学习算法来寻找三者之间的隐含关系。首先，对已知的65个数据使用品位均值0.97进行切分，划分为2个类别，大于0.97归类为类别1，小于0.97归类为类别0。由于数据相对较少且存在数据不平衡的问题，需要先对数据使用SMOTE重采样数据来平衡数据集。为了更加全面地利用数据集和综合评估模型的性能，分别使用3折交叉验证来训练决策树和随机森林模型。从ROC（Receiver Operating Characteristic）曲线（图12）来看，基于集成学习的随机森林比决策树具有更明显的优势（Ali et al.，2012）。模型结果显示，二者具有相似的分类效果（图11），且整体准确率较好，综合准确率得分为0.89。从各自的SHAP值可以观察到模型对于属性特征的权重和影响度（图12）。从整体上来看，2个模型都是以IC值为更高的权重影响。此外，IC值的增加对预测结果的正影响越大。由此可见，短波红外光谱的结晶度对找矿指示意义重大。

黄铁矿是胶东金矿床最主要的载金矿物，但在围岩花岗岩中也发育有大量贫金的黄铁矿。本研究显示主量元素As与Au之间相关性显著，同绝大多数造山型金矿床一样，由此可知，富As黄铁矿可作为重要的找矿标志。这是针对蚀变岩型金矿床而言，因为现有石英脉型金矿床的研究显示成矿流体为显著的贫As体系（Cai et al.，2024）。除此之外，由于LMCE熔体在热液体系中的高效抽离作用，因此富含Pb、Bi、Te和Sb等元素的黄铁矿对金的指示意义同样不可忽视。晚中生代，受太平洋板块俯冲影响，华北克拉通破坏，在胶东地区产生强烈的构造岩浆活动，形成大量断裂，为金成矿提供了有利空间。在深部成矿流体沿着断裂运移的过程中，在断裂倾角的陡缓变化部位成矿流体具有局部聚集效应，加之断层泥封闭层的存在，含金矿石矿物在此大量沉淀，含矿段就此形成。当含矿热液运移至断裂陡倾部位时，流体难以局部聚集，因此矿化强度弱。

由此，本文强调在实际矿产勘查过程中要注意断裂产状、短波红外光谱指标和黄铁矿特征微量元素等重要勘查标识指标的变化情况。

5 结论

（1）根据矿物共生组合与矿脉之间的穿切关系，可将北部海域金矿床划分为4个成矿阶段：石英—黄铁矿—钾长石阶段（Ⅰ）、石英—黄铁矿—黄铜矿—自然金阶段（Ⅱ）、石英—黄铁矿—方铅矿—闪锌矿—自然金阶段（Ⅲ）和贫矿菱铁矿—方解石阶段（Ⅳ）。

（2）以往短波红外光谱分析技术在胶东金矿床研究中应用较少，本次对北部海域金矿床研究表明，矿体部位显示高的IC值和Pos2200值，在找矿勘查方面显示出较大的应用前景。断裂产状变化和黄铁矿特征微量元素含量的变化也可作为重要的勘查标识。

（3）本研究针对控矿断裂陡倾变化部位和陡倾部位勘查标识体系的研究，与已有的阶梯式成矿模式相符，是这一重要成矿理论的补充。

大众日报）

http://www.goldsci.ac.cn/article/2024/1005-2518/1005-2518-2024-32-5-749.shtml

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