銅冶店-孫祖斷裂成因機(jī)制與控巖控礦研析

劉書(shū)鋒

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250100)

1 斷裂特征

銅冶店-孫祖斷裂北起垛莊，經(jīng)鹿野、雪野、銅山、鐵銅溝、前孤山、蓮?fù)碌鹊?，南至沂南孫祖，斷裂總長(zhǎng)度大于100km，寬100～200m，總體走向320°，傾向SW，斷裂面產(chǎn)狀230°∠80°。南東段覆蓋嚴(yán)重，露頭時(shí)斷時(shí)續(xù)，主要發(fā)育于古生界；北西段露頭較好，主要發(fā)育于基底巖系，破碎帶內(nèi)構(gòu)造角礫巖發(fā)育，角礫呈棱角—次棱角狀，大小懸殊，裂隙發(fā)育。該組斷裂至少經(jīng)歷了兩期繼承性構(gòu)造活動(dòng)，早期(印支期)具明顯的張性機(jī)制，晚期(燕山期)該斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，表現(xiàn)為早期形成的構(gòu)造角礫巖遭擠壓破碎，發(fā)育斷層泥、巖石碎片、擠壓透鏡體、擠壓劈理等，具典型的左行壓扭特征。該斷裂規(guī)模巨大[注]①山東省地質(zhì)調(diào)查院，1∶250000臨沂市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2007年。，總體上分為6段：

垛莊-鹿野段：此段傾向NE，傾角70°～80°，寬度一般為幾十米，根據(jù)斷裂角礫巖性質(zhì)判斷斷裂早期表現(xiàn)為張性，在章丘東峪村附近見(jiàn)到斷裂帶中充填有大量張性角礫，角礫成分為兩盤寒武系巖石，角礫棱角分明，大小混雜，泥質(zhì)鈣質(zhì)膠結(jié)，張性特點(diǎn)顯示清晰(圖2)。該斷裂第二期活動(dòng)表現(xiàn)為壓性，前期形成的硅化帶又受到擠壓破碎，且發(fā)育有摩擦鏡面及擦痕。

鹿野-前孤山段：北起鹿野，經(jīng)雪野、銅山、鐵銅溝等地，南至新泰市前孤山。走向315°～340°，傾向SW，傾角60°～80°。在萊蕪北孝義，該斷裂分為2條主干斷裂，一條從銅山通過(guò)，另一條從口鎮(zhèn)東側(cè)通過(guò)，并再次在雪野復(fù)合，兩斷裂之間，夾有基底花崗巖和寒武-奧陶紀(jì)地層斷片，地層受左行牽引而使走向發(fā)生偏轉(zhuǎn)(圖3)。在北端，主斷裂分解為一系列的次級(jí)斷裂，并呈指狀散開(kāi)，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，實(shí)為應(yīng)力消減帶。

1—一級(jí)單元界線；2—二級(jí)單元界線；3—三級(jí)單元界線；4—四級(jí)單元界線；5—五級(jí)單元界線；6—斷裂及推測(cè)斷裂;7—不整合界線；8—單元代號(hào);F1—連云港-泗陽(yáng)-嘉山斷裂；F2—五蓮斷裂；F3—牟平-即墨斷裂；F4—昌邑-大店斷裂；F5—安丘-莒縣斷裂；F6—鄌郚-葛溝斷裂；F7—齊河-廣饒斷裂；F8—聊城-蘭考斷裂圖1 大地構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖

1—構(gòu)造角礫；2—鈣泥質(zhì)膠結(jié)物圖2 東峪村附近斷層角礫巖素描示意圖

上圖：剖面圖(萊蕪雪野)；下圖：平面圖1—古元古代中粒二長(zhǎng)花崗巖；2—饅頭組；3—寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)地層；4—馬家溝群；5—常路組；6—斷裂形成順序；7—二長(zhǎng)花崗巖；8—碎裂狀二長(zhǎng)花崗巖；9—碎裂巖；10—斷裂；11—角度不整合圖3 鹿野-孫祖斷裂素描圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院1∶250000淄博市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2003年)

前孤山-蓮?fù)露危涸摂嗔芽傮w走向330°～345°，主體傾向SW，局部?jī)A向NE，傾角58°～85°。斷裂總體斷于基底巖系中，該斷裂在不同地段亦是一條明顯地質(zhì)分界線。在北半部其北東盤為傲徠山序列松山單元的二長(zhǎng)花崗巖，南西盤為寒武系蓋層；在南半部，其北東盤為寒武系蓋層，南西盤為基底傲徠山序列松山單元中粒二長(zhǎng)花崗巖(圖4)；斷面的總體延伸方向?yàn)槭婢彶睢?/p>

蓮?fù)?栗村段：斷裂主要發(fā)育于古生界蓋層中，露頭時(shí)斷時(shí)續(xù)，破碎帶寬約30～50m不等，西部寬達(dá)150m：該斷裂具兩期活動(dòng)，早期顯示張性，主要表現(xiàn)為帶內(nèi)構(gòu)造角礫巖發(fā)育，角礫呈棱角—次棱角狀，大小懸殊，裂隙發(fā)育，具明顯的張性機(jī)制，晚期該斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，表現(xiàn)為早期形成的構(gòu)造角礫巖遭擠壓破碎，發(fā)育斷層泥、巖石碎片、擠壓透鏡體，具典型的壓扭特征，故該段斷裂具兩期次活動(dòng)，顯示先張后壓扭機(jī)制。

栗村-孫祖段：斷裂主要發(fā)育于基底巖系中，沂南縣連項(xiàng)一帶產(chǎn)于古生界蓋層和基底之間。該段斷裂規(guī)模較大，破碎帶寬約20～30m，帶內(nèi)節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，發(fā)育較寬的構(gòu)造碎裂巖帶、構(gòu)造角礫巖帶，總體顯示擠壓碎裂巖、碎斑巖等切割構(gòu)造角礫巖，力學(xué)性質(zhì)先張后壓。

孫祖-河陽(yáng)段：地表覆蓋嚴(yán)重，多沿汶河及其支流發(fā)育，斷裂主要產(chǎn)于古生界蓋層中，局部伴生有多條次級(jí)斷裂，總體上南降北升，為正斷層。

綜觀銅冶店-孫祖斷裂展布方向與區(qū)域上基底巖石的條帶展布方向一致，切割了斷裂兩盤的所有地層，該斷裂在基底構(gòu)造的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其構(gòu)造的強(qiáng)烈活動(dòng)期，與沂沭斷裂帶左行活動(dòng)造成的伸展運(yùn)動(dòng)有關(guān)[2]。其強(qiáng)烈活動(dòng)期為中生代，新生代后亦有活動(dòng)。

2 控巖特征

該斷裂大地構(gòu)造位置位于魯西隆起區(qū)，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，地層發(fā)育齊全。新太古代泰山巖群變質(zhì)巖及侵入巖組成的結(jié)晶基底于凸起區(qū)廣泛出露。在凸起的兩翼與凹陷的接壤地帶，大面積分布有早古生代寒武-奧陶紀(jì)沉積蓋層，其巖性以碳酸鹽巖為主，局部可見(jiàn)少量碎屑巖，銅冶店-孫祖斷裂具多期次多階段活動(dòng)的特點(diǎn)，構(gòu)成部分凸起與凹陷的邊界斷裂。在區(qū)內(nèi)主干斷裂與其他方向斷裂的交會(huì)部位，中生代強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)形成多處中基性—中性—中偏堿性(中偏酸性)雜巖體。與中生代金屬礦成礦有關(guān)的地層(奧陶紀(jì)地層)、巖漿巖(中生代巖體)發(fā)育，對(duì)金屬礦的形成極為有利[3]。

2.1 地層

魯西地層分區(qū)在地層區(qū)劃上屬華北地層區(qū)，區(qū)內(nèi)地層分布受區(qū)域構(gòu)造控制，多呈NW—SE向展布。發(fā)育新太古界、新元古界、寒武系、奧陶系、石炭-二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系。奧陶紀(jì)馬家溝群厚層灰?guī)r與成礦關(guān)系最為密切。

1—傲徠山序列松山單元中粒二長(zhǎng)花崗巖；2—構(gòu)造角礫巖帶；3—朱砂洞組白云巖；4—二長(zhǎng)花崗巖；5—白云巖；6—碎裂巖；7—斷裂；8—角度不整合圖4 青石堆銅冶店-孫祖斷裂素描圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院1∶25萬(wàn)淄博市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2003年)

2.2 巖漿巖

巖漿巖在時(shí)空上顯示“區(qū)域成帶性”、“多旋回性”、“多成因性”的特點(diǎn)，即在空間上具有區(qū)域成帶分布特點(diǎn)，在時(shí)間上則顯示出多旋回活動(dòng)的特點(diǎn)，在形成上具有多成因的特點(diǎn)[4]。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要以中生代燕山晚期侵入巖活動(dòng)最為強(qiáng)烈，其次為新太古代侵入巖出露。金屬礦成礦與中生代白堊紀(jì)中基性—中性—中偏堿性(中偏酸性)侵入巖關(guān)系密切[5]。中生代侵入巖多處于銅冶店-孫祖斷裂及其次級(jí)斷裂附近或與其他構(gòu)造復(fù)合部位。由北向南主要為金牛山巖體、礦山巖體、鐵銅溝巖體、銅井巖體等雜巖體[6]，其產(chǎn)出嚴(yán)格受構(gòu)造所控制，巖體與奧陶紀(jì)碳酸鹽地層的接觸帶常產(chǎn)出矽卡巖型鐵礦[7-9]。

3 控礦特征

該斷裂規(guī)模較大，并經(jīng)歷了多期活動(dòng)，早期活動(dòng)控制著兩側(cè)地質(zhì)體的分布，晚期活動(dòng)對(duì)各種含礦熱液的運(yùn)移和富集起著不同程度的控制作用，故在其兩側(cè)賦存有數(shù)十處規(guī)模大小不等的鐵、金、銅等礦產(chǎn)(表1)，礦體形態(tài)多為似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?、囊狀和不?guī)則狀，產(chǎn)狀一般與接觸帶產(chǎn)狀、斷裂面產(chǎn)狀及圍巖產(chǎn)狀保持一致。礦體規(guī)模大小不等，組成礦床的礦體可有一至多個(gè)，長(zhǎng)數(shù)十米至千余米，傾斜寬幾十米至數(shù)百米，厚0.1m至數(shù)十米。礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)之礦(化)體長(zhǎng)十?dāng)?shù)米至200m，寬數(shù)米至十?dāng)?shù)米，厚0.1～5m。

表1 主要礦種勘查項(xiàng)目

銅冶店-孫祖斷裂是控制鐵、銅、金礦形成和分布的重要因素,是鐵、銅、金礦成礦作用的有機(jī)組成部分，該斷裂活動(dòng)提供了成礦物質(zhì)和流體遷移、聚集的熱力和動(dòng)力，提供了成礦物質(zhì)運(yùn)移和沉淀的空間場(chǎng)所。該斷裂所控制的接觸交代(矽卡巖)型鐵礦床[10-14]及中低溫?zé)嵋航?、銅等礦床，多集中于銅冶店-孫祖斷裂鹿野-前孤山段。

4 成礦作用

4.1 構(gòu)造—成巖—成礦作用

中生代時(shí)期由于太平洋板塊和歐亞板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得整個(gè)瀕太平洋帶殼幔活動(dòng)強(qiáng)烈，亦包括魯西隆起，正是由于魯西隆起強(qiáng)烈的殼?；顒?dòng)，造成了銅冶店-孫祖斷裂的發(fā)育和深部巖漿的大規(guī)模上侵，即形成上隆的“地幔柱”[15]，斷裂的深切形成了地殼的薄弱地帶，上部稀薄的熔融“透巖漿流體”[16]沿著這些薄弱地帶先行上侵，上升過(guò)程中這部分巖漿的溫度和壓力會(huì)逐漸降低，當(dāng)上升到地殼一定位置和深度，“透巖漿流體”的壓力和圍巖達(dá)到平衡，溫度也降低到一定程度，“透巖漿流體”慢慢冷凝，礦物結(jié)晶，形成金牛山、礦山、鐵銅溝、銅井等巖體。而“透巖漿流體”的多次上升涌動(dòng)形成了雜巖體?！巴笌r漿流體”的這種上升運(yùn)動(dòng)帶走熱“地幔柱”的許多熱量，同時(shí)壓力亦減小，“地幔柱”上升動(dòng)力不足，因此后期不會(huì)形成大面積的巖基。“透巖漿流體”在上升過(guò)程中，從深部帶上來(lái)部分成礦物質(zhì)，由于巖體冷凝過(guò)程中存在冷熱流體循環(huán)，“透巖漿流體”中富集的成礦物質(zhì)在溫度降低、pH值變化、酸堿度變化的物理化學(xué)條件下慢慢結(jié)晶，在合適的構(gòu)造部位聚集成礦。

4.2 構(gòu)造—流體—成礦作用

由于巖漿的上侵活動(dòng)，圍巖亦會(huì)產(chǎn)生不同規(guī)模的活動(dòng)，從而產(chǎn)生一些構(gòu)造，包括斷裂構(gòu)造、巖體接觸帶構(gòu)造、圍巖的破碎等，已存在的銅冶店-孫祖斷裂及不整合面被進(jìn)一步活化，這些構(gòu)造則成了熱流體運(yùn)移的通道和場(chǎng)所，為成礦物質(zhì)的聚集提供了條件。眾所周知，巖漿在上升過(guò)程中會(huì)伴隨熱流體的出現(xiàn)，有巖漿本身的，亦有運(yùn)移過(guò)程中圍巖中加入的，由于這些流體是高溫高壓的，大大增強(qiáng)了對(duì)許多物質(zhì)的溶解度，更何況多是高堿性的或者酸性的流體，對(duì)鐵、金等金屬的溶解度相當(dāng)高。很多物質(zhì)在不斷的循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被溶解，自圍巖中“萃取”成礦物質(zhì)。在巖漿定位慢慢冷卻過(guò)程中，流體亦不斷冷卻，流體溫度降低，很多物質(zhì)溶解度降低，結(jié)晶形成固體礦物富集成礦。

5 結(jié)語(yǔ)

銅冶店-孫祖斷裂展布方向與區(qū)域上基底巖石的條帶展布方向一致，作為構(gòu)造單元邊界的分劃性斷裂往往深切上地?；蛳碌貧ぃ瑥亩蔀樯畈繋r漿和礦液的上升通道。其強(qiáng)烈活動(dòng)期為中生代，新生代后亦有活動(dòng)。它控制著該區(qū)成礦帶或成礦區(qū)的分布，萊蕪地區(qū)雜巖體亦是受銅冶店-孫祖及其次級(jí)斷裂或與其他構(gòu)造復(fù)合部位控制。假整合面、舌狀圍巖和捕擄體往往形成較大礦體。該斷裂具“構(gòu)造控礦，分段富集(走向、傾向)”的特點(diǎn)。