以“区域控制局部、深层约束浅层”的思想为指导，以位于胶西北金矿集区的三山岛及邻近区域为研究区，开展了大地电磁测深（MT）测量和重磁电综合研究。基于研究区MT测量、重力与航磁数据、岩样物性和地质资料的综合研究结果，对位于三山岛断裂与焦家断裂之间的胶东群变质岩系与中生代花岗岩的空间分布关系进行了推断，探讨了焦家断裂与三山岛断裂带深部断裂构造的深部交汇方式。
13.3.1 研究区概况
三山岛金成矿区大地构造位置处于华北地台南缘胶北地体之胶北隆起区，西靠NNE向的沂沭断裂带，南接胶北地体之胶莱坳陷，北邻龙口断陷盆地和渤海坳陷，东靠与金矿成矿有密切关系的晚元古代玲珑超单元侵入岩（图13．6）。
图13.6 三山岛金矿区地质简图（有修改）
1—太古界胶东群英云闪长岩；2—太古界胶东群斜长片麻岩；3—中生代玲珑二长花岗岩；4—煌斑岩；5—绢英岩及碎屑绢英岩；6—钾化及硅化蚀变岩；7—金矿体；8—断层角砾岩；9—断层及编号；10—勘探线
1）地层
该区内出露地层简单，主要为新生界第四系全新统及下第三系渐新—始新统，分布广泛。其岩性主要为黑云变粒岩、石英岩等，走向近EW向，厚度一般为30～40m，最厚为50m。与矿化直接有关的岩体主要为下盘的玲珑型片麻状黑云母花岗岩和郭家岭型似斑状花岗闪长岩。
2）构造
矿区构造以断裂为主，走向有NNE、NE和近SN向，断裂构成了区内的基本构造格架。三山岛—仓上断裂位于胶东金矿化集中区的西端，仅局部出露地表，大部分被第四系覆盖，北东起自三山岛镇，南西至潘家屋子，两端延入渤海，其南西端入海后在芙蓉岛有出露。陆地出露长12km、宽50～200m，平面上呈S形展布，总体走向40°、局部70°～80°，倾向SE，倾角45°～75°。断裂主要沿玲珑超单元二长花岗岩与马连庄超单元变辉长岩的接触带展布，由糜棱岩、碎裂岩和碎裂状岩石组成，有连续而稳定的主裂面，呈舒缓波状，显压扭性特点。该断裂控制了三山岛、新立、仓上金矿床。
3）侵入岩
区内侵入岩广泛发育，按形成时间早晚，主要有晚太古代、晚元古代及中生代侵入岩。晚太古代侵入岩主要分布在三山岛断裂与焦家断裂之间，是胶东隆起金矿的矿源层，为区内最老的结晶基底，多呈岩株、岩枝产出；晚元古代侵入岩在该区比较发育且分布广泛，呈岩株产出，岩性为中粒二长花岗岩，与金矿化关系密切。中生代侵入岩分布在仓上及龙埠一带，呈NE向小岩株状产出，受断裂控制明显，其岩性主要为巨斑状中粒花岗闪长岩，与金矿关系密切，是形成大型金矿床的成矿母岩。
13.3.2 岩石物性测量与分析
对研究区钻孔的岩心切割、打磨成157块样品，进行了密度、磁化率和电阻率等物性测量。岩心的采样深度范围56～3685m。对钻孔的岩样物性进行了综合分析，得出以下认识：
1）花岗岩
花岗岩中，磁化率最大的是郭家岭花岗岩，密度最大的是蚀变郭家岭花岗岩，电阻率最大的是玲珑花岗岩。
玲珑花岗岩具有高阻、中磁和低密度的特征。随着埋藏深度的不同，钾化玲珑花岗岩的电阻率值差异很大（550～29000Ω·m），磁化率是中等值，密度值是中等值及最低值。强钾化玲珑花岗岩具有高阻的特征，其密度和磁化率是中等值。绢英岩化玲珑花岗岩电阻率和密度是中等值，其余物性都是低值。
郭家岭花岗岩中等电阻率、高值磁化率、中等密度，其磁化率明显高于其他花岗岩。郭家岭花岗岩的密度和磁化率均大于玲珑花岗岩。蚀变郭家岭花岗岩的电阻率和密度是中等值，磁化率是低值。蚀变郭家岭花岗岩的密度大于郭家岭花岗岩，但是磁化率小于郭家岭花岗岩。
2）变质岩
变质岩呈重力高、低阻及杂乱跳跃磁场的地球物理特征。变质岩的主要组成是黑云母和角闪石，可能含磁铁矿、钛铁矿，因而电阻率低。
胶东群变质岩物性特征总体上呈磁化率较低、个别样品磁化率异常高、电阻率变化非常大。磁化率异常高可能与含钛铁矿、磁铁矿等金属矿物或石英脉有关；电阻率低的样品可能与黑云母、角闪石等暗色矿物含量高有关，而电阻率高可能与石英、斜长石等浅色矿物含量高有关。
老地层的胶东群变质岩和太古代侵入岩的密度值总体高于晚侏罗世花岗岩的密度值。
3）变辉长岩
变辉长岩因含钛铁矿、富铁矿物，密度大、磁化率高、电阻率较低。
4）蚀变对花岗岩磁性的影响
硅化和钾化这两种蚀变可能引起玲珑花岗岩的磁各向异性度的增强。硅化、钾化、绢英岩化等蚀变引起磁化率显著降低。对于郭家岭花岗岩，蚀变郭家岭花岗岩的磁化率明显低于新鲜的郭家岭花岗岩。绢英岩化则引起岩石磁性减弱。绢英岩化玲珑花岗岩和灰色绢英岩化混合岩（胶东群）的磁化率都很小。
5）蚀变对花岗岩导电性的影响
蚀变岩由于破碎和充水，其电阻率较未蚀变的花岗岩明显下降。破碎导致电阻率的显著降低，而钾化导致电阻率的显著升高，绢英岩化导致电阻率下降。
利用火成岩（岩浆岩）与其他岩石之间或受不同类型及程度蚀变的花岗岩之间的物性差异及其引发的地球物理异常，判断与推测研究区的断裂、岩浆岩体分布，能够为开展成矿标志分析及提出成矿异常标志提供重要的依据。因测量的岩样数量有限，所总结或推断的这些认识仅作参考。
13.3.3 区域重磁场特征
对研究区重力、航磁数据进行了处理与分析，提取了与岩体有关的异常，圈划了研究区的断裂分布。
1）重力场特征
研究区布格重力异常总体走向为NE向（图13．7）。NE向的重力正值异常带两侧是负值异常区。沙河镇北部的重力高为太 元古代变质岩群的反映，莱州、柞村镇东部的重力低为相对低密度的中生代（早白垩世晚、中期，晚侏罗世）岩浆岩体所引起。莱州东部异常密集分布，为梯度带，是断裂响应。莱州湾的NE向梯度带对应三山岛—仓上断裂。(www.xing528.com)
图13.7 研究区布格重力异常
2）磁场特征
航磁异常总体呈NE走向，局部有EW向异常（图13．8）。虽然太古代结晶基底岩石早期呈EW走向，但因受到中生代主构造应力场改造已成NE向异常。程郭镇以南的大面积低负异常，对应的是低磁的花岗岩体。化极处理前后芙蓉岛附近的磁异常差别较大。化极后该处呈NE走向的负磁异常带，与芙蓉岛分布中生代花岗岩有关。
图13.8 研究区航磁化极异常图
13.3.4 大地电磁测量
在山东莱州三山岛、朱桥镇一带进行了野外MT测量。此次MT测量的主要目标层深度在3000～5000m，目的是确定三山岛断裂和焦家断裂在深部的交汇情况及埋深（图13．9）。测点20个，近参考点1个，测线总长16km。MT测量采用Metronix公司制造的GMS-07e，装置采用对称十字形标准布极方式。
由于矿区开采和矿区附近重工业密集，造成环境噪声和人文噪声尤其严重。经过后期精细处理，高频段和低频段数据质量得到明显改善，能够刻划浅层及深部分布情况。通过阻抗张量分解技术分析测线下方电性结构的维数特征与区域构造走向，分析结果表明地下电性结构可以近似用二维模型模拟。使用非线性共轭梯度法二维反演获得了研究区MT剖面深部地质体的电性结构。
图13.9 MT二维反演剖面（电阻率值取对数）
MT反演剖面反映：浅部（1500m以上）电性横向分块，以招贤村（A13、A14）为界，东西两段电阻率值及形态上有差异，结合地质情况推断，是岩性的不同导致电性上的差异。近地表（200m以上）电性横向上有较小差异。测点A19及附近电阻率等值线形态不规则，推测是该处破碎蚀变带的存在引起电性变化。
剖面A4～A8段的3500m深度以下呈现低阻、等值线稀疏的特征，与两端特征差异较大，初步推测该段地层是玲珑花岗岩的碎裂带和蚀变带。蚀变作用主要是绢英岩化。根据本区钻孔岩样的物性测量结果，绢英岩化引起电阻率的明显降低，碎裂岩（或初糜岩）电阻率降低。
东南段的电阻率断面呈舒缓状NW向缓倾，反映断裂带向下平缓延伸；自1100m深度开始，呈舒缓的台阶状展布。这一特征与文献［10，11］的认识一致。
13.3.5 综合物探解释
1）断裂分布推断
断裂的异常特征主要有：异常特征的分界线、异常等值线扭曲、异常轴线错位、串珠状磁异常带。通过对重磁异常所反映的断裂信息进一步提取，并结合区域地质特征，划分了主要断裂分布。该区的断裂方向主要为NE、NNE，并且发育有NW向次一级断裂构造，后期NW向切割NE向断裂，造成NE向断裂或矿体的水平错动甚至错断，显示了该区的主要控矿构造三山岛—仓上断裂带和焦家断裂带，平面上呈舒缓波状展布。
焦家断裂带在主干断裂带两侧磁场特征明显不同，南东侧为大片平缓低磁场，反映了区内玲珑花岗岩体的分布范围；北西侧为跳跃变化杂乱磁场，反映了基底变质岩分布区。主干断裂位于这种由平缓负磁场到波动磁场的过渡带上。在断裂带附近表现为串珠状正负磁异常，其走向与断裂带一致，主要由穿插侵入的郭家岭超单元花岗闪长岩引起。沿主干断裂向北，断裂带穿插在玲珑超单元花岗岩分布区，表现为低缓负磁场特征，断裂带两侧磁场无明显变化。
三山岛断裂位于中生代花岗岩与太古界胶东群变质岩的接触带上。三山岛断裂整体表现为磁异常梯级带和重力异常梯级带，其北部磁异常特征显示相对较弱，而经渤海湾后南部磁异常特征显示明显；断裂西侧磁异常值低于东侧，推测其东侧的变质岩中含有磁黄铁矿，导致其磁性强于西侧的中生代花岗岩。
根据研究区航磁化极异常及其处理结果，推断了研究区主要断裂分布（图13．10）。断裂走向有NNE、NE、近EW、NWW向，断裂构成了区内的基本构造格架。
图13.10 研究区断裂分布示意图（根据航磁异常数据推断）
推断的断裂大部分与地质吻合或基本吻合。MT测点A12与A13之间的NE向断裂对应于变质岩体与玲珑花岗岩之间的分界线，断裂以西是胶东群变质岩出露区，以东是中生代花岗岩出露区。
2）剖面构造推断
根据研究区MT剖面、重磁数据、岩样物性和地质资料，对深部结构及断裂的剖面分布进行了综合推断（图13．11）。
图13.11 剖面解释图
钻孔岩样物性显示：剖面A5～A6段700m深度、3500m深度是电性分界线，分界线上下分别对应不同的电阻率值及形态。
根据地质图，地表的第四系地层除了局部地区有几十米厚外，其余很薄，主要为变质岩或花岗岩出露区。测点A13～A16以及A19位于花岗岩出露地表区；测点A7～A8、A10～A12之间是胶东群变质岩系出露地表区；A17与A18之间、A1～A6、A9与A10之间的区块均是第四系覆盖。测点A19及附近区域地表有破碎蚀变带出露。
MT剖面反演结果能反映的层位明显，上部低阻电性层与胶东群变质岩系相对应；下部高阻基底电性层与花岗岩体对应；其间的梯度带自上而下呈渐变关系，对应这两种不同岩性的接触带，即断裂蚀变带。断裂呈梯级带、电性变化分界线表现。MT反演结果与其他地球物理资料、地质及钻孔资料对应较好，这表明利用大地电磁二维反演剖面的变化规律来推断三山岛断裂与焦家断裂段的深部延伸及变化趋势是有效的。
综合研究区MT剖面、重磁数据、岩样物性和地质资料，得出以下认识：
（1）三山岛断裂和焦家断裂沿走向及倾向均呈舒缓波状展布。三山岛断裂与焦家断裂倾向相向，在深部交汇，交汇深度大致在地表以下5500m左右。三山岛断裂倾角呈现浅部陡、深部缓的特点，而焦家断裂倾角特征与之相反。
（2）三山岛断裂浅部（1000m以内）大致上沿着变质岩与花岗岩接触带发育。三山岛断裂的上盘是晚侏罗世玲珑黑云母二长花岗岩及其蚀变岩，下盘是玲珑花岗岩碎裂带和蚀变带（绢英岩化）、英云闪长质混合岩或变辉长岩残留体。
（3）三山岛断裂阻断了焦家断裂向深部延伸，三山岛断裂有可能继续向深部延伸。
（4）三山岛断裂与焦家断裂的交汇部位（5500m深度以下）其电性特征明显区别于其他部位，可能是矿体赋存的有利部位。
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