水泉溝銅多金屬成礦與韌性剪切帶的關(guān)系分析

張 榮，周文博，劉 彤，穆海旗，趙志偉，陽(yáng)正勇

(核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

研究區(qū)位于大興安嶺成礦帶的西南端，西拉沐倫河斷裂的北側(cè)。該區(qū)在早二疊世晚期屬淺?！ｊ懡换ハ啵练e了一套復(fù)理石—磨拉石建造，該套巖石在早二疊世末受到北東—東西向擠壓作用，發(fā)生了軸向北東的縱彎褶皺，同時(shí)，近古陸一定距離范圍內(nèi)巖石韌性剪切變形，并發(fā)生韌性右行走滑。韌性剪切帶的分布與銅多金屬礦空間展布具有密切的聯(lián)系，同時(shí)韌性剪切帶是巖漿活動(dòng)和熱液活動(dòng)比較強(qiáng)烈的地帶[1]，對(duì)成礦作用比較有利，掌握韌性剪切帶的分布范圍、規(guī)?？梢灾笇?dǎo)后期地質(zhì)勘查找礦和成礦預(yù)測(cè)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系的溫都爾廟—翁牛特旗加里東褶皺帶與蘇尼特右旗晚華力西褶皺帶的過(guò)渡部位。受兩大構(gòu)造單元影響，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動(dòng)和火山作用強(qiáng)烈(圖1)[2]?；鹕絿姲l(fā)基底由早二疊世哲斯組構(gòu)成，二疊系是區(qū)域內(nèi)礦床的主要產(chǎn)出層位[3]，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示：區(qū)內(nèi)50%以上的礦床均與二疊系地層有關(guān)(如大井銅銀錫礦床)，二疊系地層成礦元素豐度見(jiàn)表1。從表1中可看出，二疊系地層的成礦元素豐度一般較高，銅多金屬礦床大多與該地層關(guān)系密切。燕山運(yùn)動(dòng)早期，斷裂構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)，導(dǎo)致了大規(guī)模的巖漿噴發(fā)—侵入活動(dòng)。區(qū)內(nèi)侵入巖時(shí)代有早二疊世、晚二疊世、早白堊世等，以早白堊世為主。巖石類型有基性、中酸性、酸性巖等，以酸性巖最多。主要分布在西拉沐倫河以北，礦區(qū)以南。早白堊世是大興安嶺多金屬礦化蝕變帶主要成礦期[2]，本區(qū)構(gòu)造以近東西向和北東向?yàn)橹鳌＝鼥|西向構(gòu)造主要發(fā)育在南部，為西拉沐倫河斷裂帶的通過(guò)地帶，其控制著后期地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育，并顯示出多期活動(dòng)性；北東向構(gòu)造為古生代以來(lái)的主體構(gòu)造，其華力西期主要表現(xiàn)為縱彎褶皺，在燕山期表現(xiàn)為張扭性斷裂構(gòu)造及巖漿巖帶的展布，并改造了東西向構(gòu)造。

圖1 大興安嶺南段大地構(gòu)造分區(qū)略圖(據(jù)內(nèi)蒙古地質(zhì)志)Fig.1 A brief map of geotectonic zoning in the southern section of the Great Khingan Mountains (according to the geological records of Inner Mongolia)

表1 大興安嶺南段二疊系地層成礦元素豐度

據(jù)S R Taylor，1964

2 研究區(qū)基本特征

2.1 地層

出露的地層為二疊系上統(tǒng)哲斯組上段。哲斯組上段是該區(qū)的主要含礦層位，為一套濱海相碎屑巖沉積建造，主要有糜棱巖化砂礫巖、絹云千糜巖夾條帶狀糜棱巖、弱糜棱巖化砂礫巖、含礫砂巖、矽卡巖化鈣質(zhì)砂巖等，走向近EW，傾向N或NNW，傾角較陡。

2.2 構(gòu)造

受蒙古大洋板塊向中朝陸臺(tái)板塊俯沖消減作用的影響，使該區(qū)的二疊系地層產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)力變形，形成區(qū)域韌性變形帶，同時(shí)在韌性變形帶上形成了多個(gè)不對(duì)稱的小背斜和小向斜[2]。在小背斜的軸部由于應(yīng)力集中已形成剝離空間，兩翼產(chǎn)生層間破碎，形成有利礦液運(yùn)移和充填的構(gòu)造條件[4-5]，多見(jiàn)似層狀礦體。該區(qū)位于西拉沐倫河斷裂帶上，又處于區(qū)域韌性變形帶內(nèi)，褶皺和斷裂均很發(fā)育。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育NE、NW、近SN、近EW向四組，共22條斷裂構(gòu)造。近東西向斷裂規(guī)模較大，形成時(shí)間最早，近南北向斷裂形成時(shí)間較晚。北西向斷裂多數(shù)以大溝形式出現(xiàn)。

2.3 侵入巖

礦區(qū)西北出露早白堊世黑云母花崗巖(K1γ)，侵入于中生代滿克頭鄂博組火山巖中，走向NE。侵入巖主要以大面積分布于礦區(qū)西北部的早白堊世黑云母花崗巖(K1γ)為主，其次為脈巖，主要有花崗斑巖、石英脈、閃長(zhǎng)玢巖、輝綠巖、花斑巖、煌斑巖等。

3 礦床基本特征

礦區(qū)內(nèi)目前已圈定多個(gè)工業(yè)礦體，礦體厚度0.89～11 m，長(zhǎng)度12～280 m。在地表也見(jiàn)到礦體的出露，見(jiàn)有孔雀石、鐵帽等。礦體形態(tài)比較簡(jiǎn)單，形態(tài)以不規(guī)則薄脈狀為主，其次為透鏡狀。賦礦巖石有條帶狀糜棱巖、糜棱巖化砂礫巖及黑色含炭質(zhì)板巖等。

礦化巖石及礦石糜棱巖化特征發(fā)育。如波狀消光、疊影消光、核幔組構(gòu)、竹節(jié)狀石英、剪切條帶、顯微鞘褶皺、柔流構(gòu)造。礦石礦物主要有：黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，其次磁黃鐵礦、赤鐵礦，少量磁鐵礦、輝鉬礦、輝銀礦。礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造都比較簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)以自形、半自形、他形粒狀結(jié)構(gòu)為主，次為交代殘余結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)。構(gòu)造以脈狀、網(wǎng)脈狀、角礫狀、條帶狀為主，塊狀次之。

4 韌性剪切帶的特征

礦區(qū)位于EW向西拉木倫河韌性剪切帶[6]的北緣次一級(jí)韌性剪切帶上，該韌性剪切帶長(zhǎng)大于7 km，寬約為2 km。剪切帶北部為韌性右行走滑帶，南部為韌性壓扁帶，發(fā)育一條糜棱巖—弱糜棱巖—糜棱巖化巖糜棱面理褶皺帶。由褶皺帶兩側(cè)到中心，變形強(qiáng)度遞增，出現(xiàn)糜棱巖化巖—弱糜棱巖—糜棱巖的分帶現(xiàn)象。剪切帶內(nèi)圍巖蝕變普遍發(fā)育，多見(jiàn)硅化、絹云母化、綠泥石、綠簾石，陽(yáng)起石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化等，硅化及絹云母化最為普遍。從剪切帶的中心到兩側(cè)，圍巖蝕變逐漸減弱。從南往北，變形減弱，糜棱巖化減弱。剪切帶內(nèi)小柔皺發(fā)育，呈緊密不對(duì)稱狀，局部發(fā)育鞘褶皺。片狀礦物定向排列，硅質(zhì)小礫石被壓扁拉長(zhǎng)現(xiàn)象，如圖2。

1-弱糜棱巖；2-糜棱巖；3-初糜棱巖；4-糜棱巖化；5-弱糜棱巖化；6-推測(cè)糜棱面理線；7-糜棱面理線產(chǎn)狀圖2 水泉溝糜棱面理褶皺帶實(shí)測(cè)剖面圖(據(jù)1∶5萬(wàn)區(qū)測(cè)資料)Fig.2 The measured profile of the mylonitic fold zone in Shuiquangou(according to the data in 1∶50 000 area)

4.1 韌性剪切帶的宏觀特征

礦區(qū)巖石在剪切帶內(nèi)發(fā)育一套特有的構(gòu)造組合，這些構(gòu)造(主要有S-C面理、線理、褶皺、不對(duì)稱構(gòu)造等)呈帶狀分布。片狀或柱狀礦物定向排列，形成新生的面狀組構(gòu)(片理、劈理、線理)。隨著變形作用的增強(qiáng)，面狀組構(gòu)越來(lái)越發(fā)育，方位在逐漸的變化，在剪切帶的邊緣面理與主剪切面呈45°的夾角；向剪切帶中心逐漸的變小，最后趨于平行。線理的產(chǎn)狀也不斷在變化，并指示運(yùn)動(dòng)方向[7]。

由于擠壓形作用，在糜棱巖、糜棱巖化砂礫巖、絹云千糜巖中發(fā)育有以劈理為主，片理為輔的面狀組構(gòu)(圖3a)。在剪切帶內(nèi)褶皺發(fā)育不均勻，類型復(fù)雜，形態(tài)多樣，有相似褶皺、緊閉褶皺、脫空(圖3b)、膝折(圖3c)。褶皺的樞紐大多與拉伸線理平行。另外還見(jiàn)有鞘褶皺，樞紐急劇的彎曲，兩翼的傾角大多在70°以上，甚至直立。膝折在剪切帶中心最發(fā)育，向兩側(cè)發(fā)育減弱。在巖石的溶蝕空洞、脫頂部位易形成鐵帽，也是銅多金屬的富集場(chǎng)所，往往有工業(yè)礦體存在，該層是主要含礦層位，由西向東逐漸變寬，厚195 m。

圖3 韌性剪切帶的宏觀特征Fig.3 Macroscopic characteristics of ductile shear zone

線理多表現(xiàn)為拉伸線理，長(zhǎng)英質(zhì)小礫石被拉長(zhǎng)，粒狀礦物或集合體定向排列，綠泥石、綠簾石呈不規(guī)則的條帶狀，一些堅(jiān)硬的巖石或礦物變成細(xì)頸化，或拉斷，形成不對(duì)稱的石香腸構(gòu)造。巖石中眼球狀構(gòu)造發(fā)育，眼球體的大小不一，多見(jiàn)1 cm×2 cm、1 cm×1 cm，個(gè)別稍大圖(圖3 d)。在剪切帶的邊緣或附近斷裂較發(fā)育，多沿巖石的面理發(fā)育有微弱的斷裂，巖石中的剛性礦物硅質(zhì)長(zhǎng)石有明顯破裂錯(cuò)位，沿面理有滑動(dòng)面，錯(cuò)裂面有明顯的錯(cuò)移現(xiàn)象，巖石中的礦物晶體破裂面只延伸到破碎晶體的邊緣就停止了，并沒(méi)有向韌性基質(zhì)中延伸。

4.2 韌性剪切帶的微觀特征

區(qū)內(nèi)剪切帶巖石在鏡下可見(jiàn)強(qiáng)烈的變形、細(xì)?；?。在結(jié)構(gòu)上，糜棱巖主要有原巖殘晶核和已經(jīng)細(xì)粒化的重結(jié)晶礦物組成。基質(zhì)含量較高，多為動(dòng)態(tài)重結(jié)晶為主，殘晶內(nèi)的粒內(nèi)應(yīng)變構(gòu)造發(fā)育，多見(jiàn)有波狀消光、變形紋、帶狀消光。巖石中長(zhǎng)石裂隙有韌性物質(zhì)的楔入，并將長(zhǎng)石分割成石香腸。巖石具有糜棱結(jié)構(gòu)，不對(duì)稱眼球構(gòu)造、不對(duì)稱碎斑構(gòu)造均很發(fā)育。在剪切帶內(nèi)，從糜棱巖→弱糜棱巖→糜棱巖化巖，巖石中韌性基質(zhì)含量減少，不對(duì)稱眼球構(gòu)造、膝折構(gòu)造、不對(duì)稱碎斑構(gòu)造減弱。

5 韌性剪切帶與銅多金屬礦化的關(guān)系

5.1 礦化受韌性剪切帶的變形強(qiáng)度控制

銅多金屬礦體多呈透鏡狀、脈狀、似層狀，多產(chǎn)于韌性剪切帶最強(qiáng)烈的變形區(qū)，沿著糜棱面理分布。通過(guò)對(duì)礦區(qū)礦化段樣品統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：礦區(qū)主要的賦礦巖石為黃褐色糜棱巖及條帶狀糜棱巖，見(jiàn)表2。從0號(hào)勘探線剖面明顯可看出，從剪切帶中心向兩側(cè)依次分布著糜棱巖、弱糜棱巖、糜棱巖化巖，主礦體嚴(yán)格受糜棱巖的控制，隨著遠(yuǎn)離礦體，變形程度逐漸的減弱，在礦體兩側(cè)巖石都強(qiáng)烈變形，礦化隨著糜棱巖化的加強(qiáng)而變好，在礦體兩側(cè)漸變?yōu)槊永鈳r化砂礫巖和絹云母千糜巖(圖4)。

表2 水泉溝礦化段樣品統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of samples from Shuiquangou mineralization sections

1-弱糜棱巖化砂礫巖；2-條帶狀糜棱巖； 3-糜棱巖化砂礫巖；4-黃褐色糜棱巖；5-絹云千糜巖； 6-銅-多金屬礦體；7-鉆孔及編號(hào)圖4 水泉溝地區(qū)0號(hào)勘探線鉆孔剖面簡(jiǎn)圖Fig.4 Brief borehole profile of exploration line 0 in Shuiquangou area

5.2 礦化受深部韌性剪切帶的控制

剪切帶在淺層次主要表現(xiàn)為脆性斷裂，在深部過(guò)渡為韌性變形，何紹勛等研究認(rèn)為，地殼級(jí)韌性剪切帶的次級(jí)韌性剪切帶往往控制了礦床的空間展布，強(qiáng)烈變形的巖石與圍巖相比具有較大的滲透性，能起到導(dǎo)流作用，使深部不同層次的流體向上遷移，使途經(jīng)不同巖性的熱液流體將不同層次中的成礦元素富集起來(lái)，為成礦奠定了良好的基礎(chǔ)[8]。然而如此多的成礦元素，不可能完全由韌性剪切巖石提供，還應(yīng)該有深部來(lái)源。強(qiáng)烈變形的韌性剪切帶經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化，可誘發(fā)不同深層次的巖石發(fā)生重熔，發(fā)生巖漿活動(dòng)，從而提供了有用組分。這些組分經(jīng)熱液活動(dòng)與剪切帶的流體混合，構(gòu)成成礦溶液，向上運(yùn)移并富集成礦。這樣的巖漿活動(dòng)隨著剪切帶的開(kāi)合可多次進(jìn)行，每次巖漿活動(dòng)可伴隨一次硫化物的富集，一次的礦化[8]。不但深部剪切帶為成礦提供了有用組分，而且為礦液上升提供了場(chǎng)所和通道。這正是深部剪切帶控制了礦體展布的原因。

5.3 礦化受韌性剪切帶的次級(jí)構(gòu)造控制

研究區(qū)內(nèi)韌性剪切帶的次級(jí)構(gòu)造較發(fā)育，多為小規(guī)模的脆性斷裂，脆性裂隙，局部較密集。銅多金屬礦多以條帶狀、細(xì)脈狀、細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀產(chǎn)于脆性裂隙中。在區(qū)內(nèi)脆性斷裂構(gòu)造發(fā)育NE、NW、近SN、近EW向四組，共22條斷裂構(gòu)造。在不同方向斷裂的交匯部位，小規(guī)模斷裂發(fā)育，使巖石破碎，剪節(jié)理發(fā)育，節(jié)理越發(fā)育，礦化越強(qiáng)烈。主剪切帶與次級(jí)構(gòu)造之間存在物理和化學(xué)的差異，主剪切帶中的流體來(lái)源深[8]，含礦流體從下部構(gòu)造層向上部構(gòu)造層運(yùn)移時(shí)，由于物理化學(xué)梯度的變化，以及熱液蝕變和外來(lái)流體的混合，使成礦物質(zhì)與流體發(fā)生反應(yīng)，硫化物的富集，形成多金屬礦。

韌性剪切帶礦化極不均勻，富集部位正是糜棱巖和糜棱巖化巖石的脆性裂隙、脆性斷裂、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育部位。涂光熾指出，中國(guó)東北部具體的地質(zhì)條件下，韌性剪切帶是間接控礦，疊加(穿切)于韌性剪切帶上的脆性構(gòu)造、破碎帶則是控礦構(gòu)造。岳石以閃鋅礦石為樣品，在250～450 ℃，200～300 MPa的差異應(yīng)力以及10-5～10-7km/s的應(yīng)變速率條件下完成了剪切變形實(shí)驗(yàn)，模擬出了韌性剪切帶變形構(gòu)造，硫化物沿韌性變形構(gòu)造韌性流動(dòng)，在韌性流動(dòng)過(guò)程中，可產(chǎn)生脆性破裂，伴隨氣液作用的發(fā)生。Cu、Pb、Zn等成礦元素容易活化遷移，從高壓區(qū)遷向低壓區(qū)[9]。因此，韌性剪切帶的次級(jí)構(gòu)造是本區(qū)主要的控礦構(gòu)造。

6 結(jié)論

水泉溝銅多金屬礦化受韌性剪切帶的控制是明顯的，韌性剪切帶控制礦化的空間展布，它不僅是導(dǎo)礦構(gòu)造，給熱液流體運(yùn)移提供了通道，也是有用礦物富集的主要場(chǎng)所。因而得出以下結(jié)論：1)銅多金屬礦化受韌性剪切帶變形強(qiáng)度的控制，巖石變形越強(qiáng)烈，銅多金屬礦化越好。2)韌性剪切帶直接提供礦質(zhì)和礦液有限，大部分礦液和流體源自深部韌性變形。3)韌性剪切帶不直接控礦，而疊加在其上的脆性構(gòu)造、脆性裂隙、破碎帶才是直接的控礦構(gòu)造。