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      熱—流輸運(yùn)耦合動力學(xué)在分析金礦床成因中的應(yīng)用

      2017-01-19 23:50:24楊松林劉娟徐子琪
      環(huán)球人文地理·評論版 2016年8期

      楊松林+劉娟+徐子琪

      摘要:本文通過地質(zhì)建模及模擬結(jié)果分析,研究了成礦流體的運(yùn)移與聚集規(guī)律,并結(jié)合礦田成礦預(yù)測資料與現(xiàn)行勘查成果,預(yù)測礦體的分布規(guī)律。研究表明:模擬結(jié)果顯示成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集,從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位;石英脈型金礦當(dāng)中,熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。

      關(guān)鍵詞:成礦流體;構(gòu)造應(yīng)力場;絹英巖;破頭青構(gòu)造

      1研究區(qū)地質(zhì)概況

      產(chǎn)于膠東的金礦床主要受控于區(qū)域上NNE向主斷裂,產(chǎn)出于斷裂帶發(fā)生產(chǎn)狀波動的位置,而東風(fēng)礦區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造為破頭青斷裂,下盤次級斷裂構(gòu)造發(fā)育。因此,通過熱-流輸運(yùn)耦合動力模型研究構(gòu)造分級及巖性分帶對區(qū)域礦床成因、探礦顯得尤為重要。

      2地質(zhì)模型

      2.1建模設(shè)置。據(jù)前人研究,破頭青金礦帶成礦流體可能為大氣降水和深部流體混合來源,因此,熱-流輸運(yùn)耦合動力學(xué)數(shù)值模擬中為設(shè)定了兩種流場邊界條件:①右邊界為流體流入邊界,左邊界為流體流出邊界;橢圓區(qū)域?yàn)榱黧w減速和匯聚區(qū);②上、右邊界為流體流入邊界,左、下邊界為流體流出邊界,橢圓區(qū)域?yàn)榱黧w減速和匯聚區(qū)。

      2.2成礦流場模擬結(jié)果。流體從玲瓏花崗巖地帶流動進(jìn)入絹英巖區(qū),遇到剪切帶(界面)即折返向巖體方向流動,遇到巖體接觸帶(界面)再度折返。這一特殊的流動方式導(dǎo)致溶解于流體中的金及金屬硫化物隨著流體流動,在界面處發(fā)生反應(yīng)而沉淀,形成溶解-反應(yīng)前鋒。隨著流體循環(huán)流動,反應(yīng)前鋒不斷擴(kuò)展,沉淀的礦層逐漸加厚。如此循環(huán)往復(fù)、反復(fù)多次,流體逐漸將深部及圍巖中低濃度星點(diǎn)狀的金及金屬硫化物輸運(yùn)到界面而沉淀成礦。由流場邊界條件②的模擬結(jié)果可知:當(dāng)成礦流體來源于上部,成礦流體在主干斷裂帶及其下盤橢形區(qū)域發(fā)生聚集,該區(qū)可能有利于成礦作用的發(fā)生。

      綜上可見,成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集,其活動程度相對強(qiáng)烈,因而也是蝕變作用發(fā)生較為強(qiáng)烈的地方,從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位。

      3構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)

      3.1構(gòu)造-流體耦合產(chǎn)物。玲南和羅山金礦區(qū)內(nèi)發(fā)育網(wǎng)脈狀礦化角礫巖。如鉀化花崗巖內(nèi)發(fā)育大量石英硫化物細(xì)脈指示右行剪切;絹英巖內(nèi)發(fā)育大量網(wǎng)脈狀的石英硫化物脈;硅化碎裂巖內(nèi)發(fā)育呈樹枝狀分叉的硫化物脈產(chǎn)出。上述現(xiàn)象中,在右行剪切的環(huán)境下,在斷裂的對盤形成了與斷層運(yùn)動方向呈銳角相交的一系列張性石英脈;在垂直于σ1的方向上形成一系列張性空間,同時形成一系列共軛剪切石英脈,整體呈網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu);成礦流體在運(yùn)移過程中,因壓力的不斷積累和釋放形成的網(wǎng)脈狀構(gòu)造。上述現(xiàn)象指示金礦區(qū)內(nèi)的金礦體是構(gòu)造-流體耦合的產(chǎn)物,存在水壓致裂現(xiàn)象。

      3.2巖石破裂機(jī)理。通過計算,我們得出CO2包裹體在均一時的壓力在180-250Mpa之間??梢娏黧w的存在對于巖石的破裂起到了至關(guān)重要的作用。(構(gòu)造差應(yīng)力遠(yuǎn)大于巖石的抗壓強(qiáng)度也表明礦區(qū)主要以剪切破裂為主。)而裂隙的生成模式主要有三種:分別為張裂、剪裂(滑動式)、剪裂(撕裂式)。裂隙生成的具體模式受控于構(gòu)造應(yīng)力場與巖石作用的相關(guān)部位。對于研究區(qū)來講,三種模式均存在,或是在一組破裂面的不同部位,以不同的成因機(jī)制形成。

      3.3構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)模式。統(tǒng)計表明,距離主斷裂越近,巖石破碎程度越高(滲透率越大),蝕變程度越強(qiáng),礦化樣式也從石英脈型過渡到蝕變巖型。在靠近主斷裂處,當(dāng)金以硫化物的絡(luò)合物的形式遷移至此時,與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng),流體中的HS-與圍巖中的Fe2+、Cu2+等發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致硫化物絡(luò)合物發(fā)生分解,即:Au元素的運(yùn)移載體分解,最終致使金的運(yùn)移能力下降,在蝕變過程中最終沉淀下來??梢娏黧w的脫硫反應(yīng)是蝕變巖型礦體沉淀的主要機(jī)制。而控制石英脈型礦體形成的機(jī)理與蝕變巖型不同,張性空間的產(chǎn)生,使得熱液流體的壓力急劇降低,CO2的溶解度降低,并且發(fā)生相分離,導(dǎo)致了金的沉淀,沉淀區(qū)域主要集中在石英脈與圍巖的接觸部位,或是靠近石英脈的圍巖當(dāng)中,表明在石英脈型金礦當(dāng)中,熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。

      產(chǎn)于膠東的金礦床主要受控于區(qū)域上NNE向主斷裂,產(chǎn)出于斷裂帶發(fā)生產(chǎn)狀波動的位置,主斷裂帶發(fā)生近等間距的產(chǎn)狀波動,直接導(dǎo)致了礦床的近等間距產(chǎn)出。而且在單個礦床中,靠近主斷裂面,與主斷裂面近平行,等間距的產(chǎn)出一系列NNE向次級斷裂帶,而這些斷裂帶則作為次級礦體的產(chǎn)出部位,導(dǎo)致礦體的近平行與等間距排布。由此提出了區(qū)域構(gòu)造-流體耦合成礦動力學(xué)模型,指出斷裂帶韌→脆轉(zhuǎn)換和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場北西向北東的轉(zhuǎn)換控制了金成礦作用發(fā)生,相分離和硫化反應(yīng)是導(dǎo)致金沉淀的主要原因(圖1)。

      4結(jié)論

      (1)模擬結(jié)果顯示成礦流體在破頭青斷裂帶及其下盤發(fā)生聚集,從而推斷斷裂帶是成礦作用發(fā)生及礦體賦存、就位的有利部位。(2)石英脈型金礦當(dāng)中,熱液蝕變作用所導(dǎo)致的脫硫化與相分離可能是礦化的主要機(jī)制。(3)斷裂帶韌→脆轉(zhuǎn)換和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場北西向北東的轉(zhuǎn)換控制了金成礦作用發(fā)生,相分離和硫化反應(yīng)是導(dǎo)致金沉淀的主要原因。

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