湘南黃沙坪—寶山礦田構(gòu)造應(yīng)力場控礦規(guī)律及找礦方向分析

付雨昕，趙 凍，韓潤生

（1.昆明理工大學(xué) 國土資源學(xué)院，昆明 650093；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心 西南地質(zhì)調(diào)查所，昆明 650093）

成礦作用動力學(xué)理論揭示了構(gòu)造是控制一定區(qū)域上地質(zhì)體間耦合關(guān)系的主導(dǎo)因素［1-3］。構(gòu)造模擬可有效地將構(gòu)造變形和成礦流體運移兩個成礦關(guān)鍵因素緊密結(jié)合在一起，因其能直觀、快速反演或再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的形成和發(fā)育過程而被研究者廣泛關(guān)注［4-7］。早期研究者運用物理模擬方法再現(xiàn)了各種典型構(gòu)造形態(tài)的形成過程，以及巖石破壞變形機(jī)制和斷裂、褶皺成因機(jī)制等的研究［8-11］。自數(shù)值模擬方法被用于地學(xué)領(lǐng)域研究以來，在礦田或成礦域尺度構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬［3，12-13］、構(gòu)造驅(qū)動成礦流體運移及成礦過程反演研究［14］、多場耦合控礦研究［15-16］等領(lǐng)域取得卓越的成就，不僅極大的豐富了區(qū)域構(gòu)造控礦理論認(rèn)識，而且在礦集區(qū)深邊部找礦中也取得重要突破。目前，隨著高性能計算機(jī)技術(shù)和圖形處理的快速發(fā)展，數(shù)值模擬的計算理論和計算方法已經(jīng)越來越成熟，這種研究手段已成為國際構(gòu)造控礦機(jī)理研究的重點之一［17］。

湘南多金屬礦集區(qū)受燕山期花崗巖類巖漿侵位和擠壓變形構(gòu)造的直接控制。其中坪寶礦田是該區(qū)燕山期Cu-Sn多金屬復(fù)合成礦的典型代表。針對該礦田復(fù)雜巖漿-成礦作用，前人從礦床成因［18-19］、成礦物質(zhì)來源［20-23］、巖漿巖演化及成巖時代［18，20，24］、成礦時代及成礦機(jī)理［25-28］等開展了大量研究。同時，前人基于不同尺度的構(gòu)造也開展了大量精細(xì)解析，結(jié)果表明區(qū)內(nèi)成巖、成礦作用與復(fù)雜、多變的構(gòu)造密不可分，詳細(xì)的研究了區(qū)內(nèi)構(gòu)造的空間格架［29-30］、構(gòu)造 控 巖 控 礦規(guī) 律［31-33］、構(gòu) 造體 系［34-36］和構(gòu)造控巖控礦機(jī)制［35］等。其中，韓潤生等［35］基于坪寶礦田控巖控礦規(guī)律，新提出了該區(qū)黃沙坪、寶山礦床成礦巖體及礦體群在空間上呈現(xiàn)“中心對稱”分布格局。上述研究成果僅僅是對構(gòu)造控礦規(guī)律的深化和總結(jié)，缺乏對構(gòu)造變形和構(gòu)造驅(qū)動成礦流體運移的實驗?zāi)M研究，因此本文旨在通過礦田構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬，更好地理解該區(qū)構(gòu)造變形過程及其控巖控礦過程。本次研究基于韓潤生等研究成果［35］，應(yīng)用礦田地質(zhì)力學(xué)理論與方法［37］和大比例尺構(gòu)造-蝕變巖相學(xué)填圖方法［38］，通過對該區(qū)構(gòu)造的系統(tǒng)鑒定，對構(gòu)造期次及應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，討論不同期控巖控礦構(gòu)造變形、破裂與應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)，驗證成礦過程中構(gòu)造應(yīng)力場狀態(tài)的變化，從而揭示控礦構(gòu)造的運動方式以及構(gòu)造對流體運移和礦體富集的控制作用。該研究不僅完善了構(gòu)造應(yīng)力場對巖體和礦體的控制作用機(jī)理，而且深化了構(gòu)造應(yīng)力場控巖控礦規(guī)律，對該區(qū)深部找礦預(yù)測具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

湘南地區(qū)是EW向南嶺構(gòu)造帶與NE向欽州－杭州（欽杭）構(gòu)造帶的疊合作用下的產(chǎn)物，多期的構(gòu)造—巖漿活動，造成了該區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造—巖漿格局［39-40］，該區(qū)域鈮、鉭、鎢、錫、鉛、鋅等金屬資源儲量巨大，目前已發(fā)現(xiàn)560多處礦床（點）（圖1）。華南板塊歷經(jīng)三次強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿活動：印支期（230～210 Ma）、燕山早中期（170～142 Ma）和燕山晚期花崗巖（134～80 Ma）［39，41］。其中，燕山期花崗巖以中-酸性花崗巖為主［42-43］，并呈巖基（如該區(qū)千里山、騎田嶺巖體）、巖屑、巖墻形式產(chǎn)出［28，44-45］。

2 礦田地質(zhì)概況

坪寶礦田地處湖南省郴州市桂陽縣西南側(cè)約10 km處，耒陽—臨武SN向構(gòu)造帶和騎田嶺巖體的NW側(cè)（圖1b）。

圖1 （a）華南板塊地質(zhì)圖（據(jù)［35，39］）、（b）湘南千里山-騎田嶺地質(zhì)圖［46］Fig.1 Geological map of the South China Block（modified from［35，39］）；（b）geological map of the Qianlishan-Qitianling area in southern Hunan［46］

區(qū)內(nèi)出露地層以上泥盆統(tǒng)、石炭系、中下二疊統(tǒng)為主。其中，下泥盆統(tǒng)地層包括：佘田橋組（D3s）白云巖；錫礦山組（D3x）灰?guī)r及白云巖。石炭系地層包括：陡嶺坳組（C1d）頁巖、泥灰?guī)r；石磴子組（C1sh）灰?guī)r；測水組（C1c）石英砂巖、碳質(zhì)頁巖；梓門橋組（C1z）白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r；壺天群（C2＋3h）白云巖。中下二疊統(tǒng)地層包括：棲霞組（P1q）含燧石結(jié)核或條帶灰?guī)r；當(dāng)沖組（P1d）頁巖、硅質(zhì)泥巖；龍?zhí)督M（P2l）砂巖頁巖夾煤層，其中石磴子組灰?guī)r是本區(qū)最主要的賦礦層位［47］，地層之間均為整合接觸關(guān)系（圖2）。

圖2 坪寶礦田地層柱狀圖①Fig.2 Stratigraphic histogram of Huangshaping-Baoshan ore field①

坪寶礦田內(nèi)構(gòu)造極為發(fā)育以斷裂、褶皺構(gòu)造為主（圖3）。主要發(fā)育一系列近SN向走滑斜沖斷層（黃沙坪礦區(qū)傾向SE-SEE、寶山礦區(qū)傾向NWNWW）、NWW-NW向正斷層（傾向N-NE）和NENEE向斷裂構(gòu)造（傾向SE或NW），構(gòu)成該區(qū)“井字形”構(gòu)造格架［35］。近SN和NE向褶皺構(gòu)造最為發(fā)育，例如：黃沙坪礦區(qū)近SN向?qū)殠X、觀音打座復(fù)式倒轉(zhuǎn)褶皺（西翼倒轉(zhuǎn)，整體傾向東）和寶山礦區(qū)NENEE向?qū)殠X、財神廟、牛心倒轉(zhuǎn)褶皺（東翼倒轉(zhuǎn)，整體傾向NW-NWW）。

圖3 湘南坪寶礦田區(qū)域地質(zhì)簡圖①Fig.3 Geological map of the Huangshaping-Baoshan ore field①

該礦田巖體分布廣泛，以淺成中酸性巖漿巖為主，包括：石英斑巖、花崗斑巖、花崗閃長斑巖及少量煌斑巖，其產(chǎn)出受強(qiáng)烈的構(gòu)造作用控制，進(jìn) 而 控 制 了 區(qū) 內(nèi) 礦 體 類 型 及 分 布［23，27，35-36］（圖4）。其中，石英斑巖分布于寶嶺-觀音打座一帶及黃沙坪礦區(qū)南部F0斷裂帶內(nèi)，為出露地表的巖體；花崗斑巖為隱伏巖體，分布于黃沙坪礦區(qū)東南部；花崗閃長斑巖分布于寶山礦區(qū)及NWW向斷裂帶內(nèi)。

圖4 （a）寶山銅鉛鋅多金屬礦床165線剖面圖①；（b）黃沙坪銅錫多金屬礦床109線剖面圖 ［35］Fig.4 （a）Line 165 section of the Baoshan Cu-Pb-Zn polymetallic deposit① ；（b）Line 109 section of the Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit［35］

成礦巖體與灰?guī)r的接觸帶常見強(qiáng)烈的夕卡巖化、大理巖化和重結(jié)晶，并分別形成了不同的礦化類型，表現(xiàn)為：1）靠近成礦巖體（花崗閃長斑巖、花崗斑巖）賦存于夕卡巖中的W-Sn-Mo-Bi礦體，2）賦存于層間斷裂帶中的熱液脈型Cu-Ag-Pb-Zn礦體［35-36，47-49］多金屬礦體多呈細(xì)脈浸染狀、柱狀、透鏡狀、似層狀、囊狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)出［27］。

3 構(gòu)造期次劃分及應(yīng)力分析

韓潤生等［35］研究認(rèn)為，坪寶礦田歷經(jīng)了加里東期、海西期、印支期、燕山期多期構(gòu)造運動，多期次多階段構(gòu)造運動使得該區(qū)構(gòu)造十分發(fā)育，不同方向構(gòu)造相互穿插、疊加復(fù)合形成了復(fù)雜的構(gòu)造格局。基于此研究成果，本文補(bǔ)充和完善了礦田內(nèi)構(gòu)造形跡，厘定了成礦前、成礦期、成礦后構(gòu)造體系。

3.1 成礦前構(gòu)造體系（印支期）

印支期華南板塊與印支板塊相互碰撞，促使楊子板塊與華南板塊在印支期完成碰撞－拼合作用，受板塊運動的影響在近EW向擠壓構(gòu)造體制下，華南板塊內(nèi)部發(fā)生強(qiáng)烈陸內(nèi)俯沖、匯聚作用形成大量走向近SN的褶皺—斷裂構(gòu)造［50］，例如茶陵－郴州斷裂、桂陽復(fù)式背斜及其西側(cè)礦區(qū)內(nèi)次一級褶皺構(gòu)造，構(gòu)成區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造格架。

根據(jù)劉肇昌、黃繼鈞等［51-52］提出的褶皺兩翼產(chǎn)狀與主應(yīng)力方位關(guān)系，求得HTK-32點（圖5）褶皺形成時的三軸應(yīng)力方位分別為σ1：68°∠9°（傾向-傾角，下同）、σ2：338°∠13°、σ3：242°∠76°。由此可知，該點早期在近EW向主壓應(yīng)力下形成向斜褶皺和層間滑動，后期在NW-SE向主壓應(yīng)力作用下形成多條NE向壓性斷裂，破壞背斜形態(tài)，以及多條近SN向左行扭壓性斷裂。

圖5 黃沙坪銅錫多金屬礦床HTK-32褶皺構(gòu)造照片及力學(xué)解析圖Fig.5 Folded structure photos and mechanical analysis diagram of HTK-32 in Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

同理，基于礦田成礦前褶皺產(chǎn)狀的統(tǒng)計，運用赤平投影求得褶皺形成時σ1、σ2、σ3產(chǎn)狀如表1所示。結(jié)果顯示成礦前期的主壓應(yīng)力方位介于70°～120°，傾角近水平，在該期主壓應(yīng)力作用下形成礦田內(nèi)近SN向的褶皺以及層間斷裂構(gòu)造以及與之配套的NWW-EW向的張性構(gòu)造破壞褶皺形態(tài)。

表1 黃沙坪銅錫多金屬礦床成礦期褶皺構(gòu)造兩翼產(chǎn)狀及主壓應(yīng)力方向統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of occurrence of two wings of fold structure and direction of main compressive stress in the metallogenic period of Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

3.2 成礦期構(gòu)造體系（燕山早中期）

成礦期由于受區(qū)域應(yīng)力場改變，區(qū)域內(nèi)外力作用方式發(fā)生變化形成了一系列NE向壓扭性構(gòu)造破壞了巖塊的均一性并對成礦前期構(gòu)造產(chǎn)生了強(qiáng)烈的改造作用，使NWW-EW向張性構(gòu)造轉(zhuǎn)化成右行扭張性特征，而近SN-NNE向構(gòu)造進(jìn)一步改造呈現(xiàn)“S”型（圖3），既在寶山礦區(qū)成礦前期近SN向斷裂-褶皺帶在該期走向變?yōu)镹E-NEE向并且傾向發(fā)生變化呈NW-NWW向。

就礦區(qū)范圍內(nèi)來看，寶山和黃沙坪礦區(qū)巖體主要沿近EW或NWW向斷裂對稱侵位上升（圖6），并沿近 SN 向（黃沙坪）、NE-NEE向（寶山）斷裂和褶皺虛脫部位延展，寶山礦區(qū)和黃沙坪礦區(qū)空間上呈現(xiàn)“疊瓦狀”形態(tài)分布［35-36］（圖6），通過礦區(qū)大比例尺構(gòu)造-蝕變巖相填圖發(fā)現(xiàn)EW向斷裂呈現(xiàn)波狀起伏及“陡寬緩窄”的特征，并且在巖體與圍巖接觸部位多為角礫巖帶（圖7）膠結(jié)斷裂帶內(nèi)灰?guī)r角礫或巖體與灰?guī)r組成的混雜角礫，角礫往往形狀不規(guī)則，大小不一，棱角分明，根據(jù)擦痕、斷裂運動方式顯示侵位期EW向斷裂右行扭張性特征。

圖6 寶山銅鉛鋅多金屬礦床（a）、黃沙坪銅錫多金屬礦床（b）構(gòu)造控巖控礦“疊瓦狀”示意圖 ［35］②Fig.6 Baoshan Cu-Pb-Zn polymetallic deposit（a），Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit（b）‘imbricate'schematic diagram of tectonic rock control and ore control［35］②

圖7 黃沙坪銅錫多金屬礦床侵入接觸構(gòu)造帶照片及素描圖Fig.7 Photos and sketches of intrusive contact structural belt of Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

通過對礦區(qū)內(nèi)成礦期控礦構(gòu)造產(chǎn)狀統(tǒng)計認(rèn)為成礦期控礦斷裂優(yōu)勢產(chǎn)狀為NE向20°～75°（圖8），是礦區(qū)重要的導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造，且通過對擦痕及斷裂的運動方式解析判斷黃沙坪礦區(qū)內(nèi)NE向斷裂具左行壓扭性特征［35］。

圖8 成礦期控礦構(gòu)造走向玫瑰花圖Fig.8 Rose diagram of ore-controlling structure in ore-forming stage

與NWW-NW張性斷裂帶配套發(fā)育的NE向的壓扭性斷裂內(nèi)及與巖體內(nèi)接觸帶上常見夕卡巖型黑鎢礦-輝鉬礦礦體（圖9a、b、c），閃鋅礦-方鉛礦-磁黃鐵礦-黃鐵礦-黃銅礦礦體往往受NE向左行壓扭性構(gòu)造控制賦存于斷裂帶及其下盤（圖9d、e、f、g）。NE向斷裂總體表現(xiàn)為裂帶較平直，帶寬2～50 cm，帶內(nèi)可見片理化、透鏡體化，帶內(nèi)及其旁側(cè)圍巖發(fā)育強(qiáng)烈的矽卡巖化、螢石化、方解石化、硅化等熱液蝕變，并且在遠(yuǎn)離巖體的圍巖內(nèi)蝕變呈現(xiàn)從斷裂向兩側(cè)逐漸減弱的特征（圖10）。

圖9 黃沙坪銅錫多金屬礦床NE向控巖控礦構(gòu)造坑道素描、照片圖Fig.9 Sketch and photograph of NE-trending rock-and ore-controlling structures in Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

圖10 黃沙坪銅錫多金屬礦床-136 m中段坑道剖面圖及照片F(xiàn)ig.10 Profiles and photographs of the level adit of-136 m in Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

3.3 成礦后構(gòu)造體系（燕山晚期）

成礦后可見NW向斷裂切穿成礦期含礦夕卡巖或礦體（圖11a、b），帶內(nèi)礦化圍巖擠壓破碎，波狀裂面被擠壓變得平直，且?guī)?nèi)早期形成的方解石脈和礦化圍巖被擠壓破壞，形成透鏡體，并被泥質(zhì)片理化包裹呈現(xiàn)壓性特征（圖11c-f）。而NNE向壓扭性斷裂帶由成礦期左行壓扭性轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚袕埮ば裕瑤?nèi)常形成張性混雜角礫，以礦化角礫、石英斑巖角礫及重結(jié)晶灰?guī)r角礫為主，角礫棱角分明，大小不一（圖11g-k）。綜合分析認(rèn)為成礦后主壓應(yīng)力方向NE-SW向。

圖11 黃沙坪銅錫多金屬礦床NW向和NE向破巖、破礦斷裂照片及素描圖Fig.11 Photographs and sketches of NW-trending and NE-trending rock-and ore-breaking faults in Huangshaping Cu-Sn polymetallic deposit

3.4 構(gòu)造應(yīng)力特征演化

結(jié)合前人控礦構(gòu)造和成礦構(gòu)造體系研究，認(rèn)為該區(qū)在成礦前期受近EW向擠壓作用形成SN向斷裂-褶皺構(gòu)造帶和近EW、NWW向張性斷裂。成礦期受NW-SE向擠壓應(yīng)力作用形成了該區(qū)NE向走滑構(gòu)造帶，并對早期SN向斷裂-褶皺構(gòu)造帶進(jìn)行了改造形成區(qū)域由北向南走向由NE向→NEE向→SN向→NE向的“S”型變化，而EW向構(gòu)造由張性轉(zhuǎn)變?yōu)橛倚信埿?，并且?guī)r漿在黃沙坪礦區(qū)和寶山礦區(qū)沿EW向張性構(gòu)造自南東向北西和自北西向南東兩個方向?qū)ΨQ侵位（圖6），同時沿褶皺構(gòu)造的虛脫部位和NE向斷裂向上及兩側(cè)延展，在與圍巖接觸構(gòu)造帶、NE向斷裂彎曲轉(zhuǎn)折端、接觸構(gòu)造帶與斷裂復(fù)合構(gòu)造的有利部位形成矽卡巖型礦體，并在晚階段含礦熱液沿NE向裂隙運移并與圍巖發(fā)生接觸交代作用，是礦區(qū)熱液脈型礦體的主要產(chǎn)出形式。成礦后期受NE-SW向擠壓作用（NW-SE向伸展），形成NW向壓扭性斷裂帶而NE向斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)閺埮ば?，受?yīng)力場改變該期構(gòu)造切錯巖體和礦體，斷裂帶內(nèi)充填破碎的礦化角礫（圖12）。

圖12 坪寶礦田成礦前、成礦期、成礦后應(yīng)力示意圖Fig.12 Stress diagram of the pre-mineralization stage，ore-forming stage，and post-mineralization stage in Pingbao ore field before，during，and after mineralization

4 控礦構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬

基于坪寶礦田構(gòu)造控巖控礦特征及控礦模式［35］，開展了坪寶礦田不同期構(gòu)造應(yīng)力場有限元數(shù)值模擬，由于本次模擬僅對成礦前、成礦期構(gòu)造變形和流體運移研究，模擬過程如圖13所示。

圖13 數(shù)值模擬流程圖Fig.13 Flow chart of Numerical Simulation

4.1 地質(zhì)建模

為了提高計算速度和模擬結(jié)果的精度，根據(jù)不同地層巖石力學(xué)性質(zhì)劃分了4個力學(xué)層（圖2，具體巖性詳見前文）。模型構(gòu)建過程中提取了礦田內(nèi)地層、斷裂、巖體及礦體等主要地質(zhì)體，在不影響結(jié)果的前提下，地質(zhì)模型簡化了斷裂帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并假設(shè)不同地質(zhì)體構(gòu)造變形相對均勻，由此建立二維平面地質(zhì)模型（圖14），在ANSYS Workbench軟件中運用SpaceClaim Direct Modeler和Design Modeler模塊進(jìn)行修改，使其利于數(shù)值計算，并對二維平面模型賦予一個遠(yuǎn)小于模型整體大小的厚度，這樣既不會改變二維平面應(yīng)力的計算結(jié)果，又利于后續(xù)邊界條件和載荷的加載，以及模擬的順利計算。

4.2 力學(xué)模型構(gòu)建

4.2.1 巖石力學(xué)參數(shù)選取

由于本次模擬范圍為地殼淺部，因此材料選擇各向同性的彈性材料，依據(jù)礦山工程地質(zhì)資料②，以及進(jìn)行巖石力學(xué)實驗獲得的實驗參數(shù)，對上述四個地質(zhì)單元進(jìn)行材料參數(shù)（包括：密度、楊氏模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度）設(shè)定并在本次模擬過程中對參數(shù)反復(fù)調(diào)整依，最終選擇合理的參數(shù)值（表2）。

表2 坪寶礦田地質(zhì)體巖性物理參數(shù)③Table 2 Physical parameters of the main rocks in Pingbao ore field③

4.2.2 單元網(wǎng)格劃分

為了使幾何模型能夠作為數(shù)值模擬計算的有限元模型，首先確定分析類型和四邊形網(wǎng)格單元類型。本次模擬為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析（Static Structural），因此單元類型選擇Solid 185，并采用人工控制與自動生成相結(jié)合的方法最終劃分網(wǎng)格31 429個單元（Elements），7 384個節(jié)點（Nodes）（圖14）。

圖14 坪寶礦田有限元分析網(wǎng)格化模型圖Fig.14 Meshing model of finite element analysis in the Pingbao ore field

4.2.3 邊界條件及初始條件

綜合前文對成礦前、成礦期構(gòu)造體系研究，確定成礦前期邊界初始條件為（圖15a），具體邊界條件見表3。

圖15 坪寶礦田有限元邊界條件圖Fig.15 The boundary conditions of the finite element analysis in the Pingbao ore field

表3 坪寶礦田力學(xué)模型邊界條件Table.3 The boundary conditions of structural models in the Pingbao ore field

4.3 模擬結(jié)果分析

4.3.1 成礦前構(gòu)造應(yīng)力場模擬結(jié)果分析

4.3.1.1 最大主應(yīng)力

模擬結(jié)果表明（圖16a），成礦前該區(qū)域大部分地區(qū)都處于壓性環(huán)境，最大主應(yīng)力高值主要集中在黃沙坪礦區(qū)、寶山礦區(qū)、柳塘、六合地區(qū)，最大主應(yīng)力值主要集中在40～60 MPa，最大約94.4 MPa，受模型邊界影響其他地區(qū)均為表現(xiàn)明顯的異常，根據(jù)各力學(xué)層抗壓極限強(qiáng)度值判斷，最大主應(yīng)力高值區(qū)內(nèi)巖石破碎強(qiáng)烈，構(gòu)造變形活動明顯，整體來看區(qū)內(nèi)最大主應(yīng)力高值區(qū)呈SN-NNE向展布，這與實際野外地質(zhì)觀測的該期發(fā)育大量SN-NNE向壓（扭）性斷裂相一致，坪寶礦田中部多條SN向斷裂帶內(nèi)低值區(qū)，而從斷裂帶向外逐漸增大。NW-NWW向多條斷裂帶較四周為高值區(qū)，巖石更為破碎，應(yīng)力狀態(tài)指示成礦前NW向斷裂帶是主要導(dǎo)巖構(gòu)造。

4.3.1.2 最大剪應(yīng)力

最大剪應(yīng)力主要呈NWW向分布于寶山、黃沙坪礦區(qū)（圖16b）。最大值主要集中在52.9-88.6MPa，已知礦點均位于最大剪應(yīng)力高值區(qū)或梯度帶上相對高值的區(qū)域，該高值區(qū)指示了該區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)烈并為成礦期深部巖漿的上升提供有利條件。

圖16 坪寶礦田成礦前期最大主應(yīng)力（a）、最大剪應(yīng)力分布圖（b）分布圖Fig.16 Distribution of maximum principal stress（a）and maximum shear stress（b）in the Pingbao ore field during the pre-mineralization stage

4.3.1.3 應(yīng)變能與最大主應(yīng)變

在巖石變形過程中外界對巖石施加的外力轉(zhuǎn)換為能量存儲于巖體中，當(dāng)能量達(dá)到極限時，巖石釋放能量并破裂，而較破碎的巖石有利于流體的運移，因此應(yīng)變能的低值區(qū)也是流體運移勢能的高值區(qū)［53］。應(yīng)變能結(jié)果顯示（圖17a）該區(qū)寶山礦區(qū)及黃沙坪礦區(qū)局部、六合、柳塘局部都存在應(yīng)變能的低值區(qū)，并且四周都伴隨著高值區(qū)的存在。此外，EW向斷裂帶內(nèi)應(yīng)變能均較低，而近SN向斷裂應(yīng)變能較高。

最大主應(yīng)變主要集中在斷裂帶內(nèi)以及寶山、黃沙坪礦區(qū)、六合地區(qū)，特別是黃沙坪礦區(qū)SN向斷裂與近EW向斷裂交匯處最大主應(yīng)變較高可達(dá)0.00492-0.00227（圖17b）。

圖17 坪寶礦田成礦前期應(yīng)變能（a）、最大主應(yīng)變（b）分布圖Fig.17 Distribution of strain energy（a）and maximum principal elastic strain（b）in the Pingbao ore field during the pre-mineralization stage

4.3.2 成礦期構(gòu)造應(yīng)力場模擬結(jié)果分析

4.3.2.1 最大主應(yīng)力

隨著該期礦田主壓應(yīng)力作用力方式的改變，相比于成礦前期，該期最大主應(yīng)力值集中在17.3～46.8 MPa，最大值為76.2 MPa（圖18a），表明該區(qū)域擠壓作用不斷減弱，高值區(qū)呈NNE-NE向分布，巖石進(jìn)一步破裂并產(chǎn)生NE向斷裂帶。

圖18 坪寶礦田成礦期最大主應(yīng)力（a）、最大剪應(yīng)力（b）力分布圖Fig.18 Distribution of maximum principal stress（a）and maximum shear stress（b）in the Pingbao ore field during the ore-forming stage

4.3.2.2 最大剪應(yīng)力

最大剪應(yīng)力高值區(qū)主要集中在黃沙坪礦區(qū)及寶山礦區(qū)，數(shù)值多介于73.4～161.1 MPa，呈 NW 向分布，遠(yuǎn)大于成礦前期，并呈現(xiàn)以兩個礦區(qū)為中心向NW和SE兩側(cè)逐漸降低的特點（圖19b），礦田中部最大剪應(yīng)力值較小變形較弱。已知的礦點多位于剪應(yīng)力梯度變化帶上與剪應(yīng)力相對高值區(qū)內(nèi)，特別是寶山地區(qū)最高達(dá)161.1 MPa。

4.3.2.3 應(yīng)變能與最大主應(yīng)變

該期應(yīng)變能值遠(yuǎn)高于成礦前（圖19a），使得巖石變得更加破碎，已知礦區(qū)均分布于應(yīng)變能低值區(qū)及運移勢能高值區(qū)，并且近SN向斷裂應(yīng)變能較高，而近EW向斷裂應(yīng)變能較低，有利于巖漿熱液運移上侵并沉淀成礦。

最大主應(yīng)變高值區(qū)呈NW向分布于礦田中部（圖19b），并且斷裂帶內(nèi)應(yīng)變能高值區(qū)較早期范圍有所擴(kuò)大，表現(xiàn)為斷裂帶內(nèi)及附近圍巖均為應(yīng)變高值區(qū)，高值區(qū)主要集中在0.00556～0.00252，略高于早期。

圖19 坪寶礦田成礦期應(yīng)變能（a）、最大主應(yīng)變（b）分布圖Fig.19 Distribution of strain energy（a）and maximum principal elastic strain（b）in the Pingbao ore field during the ore-forming stage

5 討論

5.1 構(gòu)造變形特征

成礦前期受區(qū)域近EW向主壓應(yīng)力作用，在模型東側(cè)加載x軸負(fù)方向50 MPa壓力的條件下，呈SN向展布的最大主應(yīng)力高值區(qū)指示該區(qū)SN向褶皺構(gòu)造和斷裂的產(chǎn)生，并且高值區(qū)域集中在寶山、黃沙坪、柳塘、六合地區(qū)，說明這些區(qū)域巖石破碎強(qiáng)烈，并形成主要的斷裂—褶皺構(gòu)造，最大主應(yīng)變顯示斷裂帶變形最為強(qiáng)烈，特別是構(gòu)造交匯部位出現(xiàn)極高值。應(yīng)變能顯示近EW向斷裂均呈現(xiàn)明顯低值區(qū)，之后成礦期巖漿熱液運移提供有利通道。

成礦期因區(qū)域應(yīng)力作用的改變，最大主應(yīng)力高值帶由近SN向轉(zhuǎn)變?yōu)镹E向呈“順時針式”變化，并伴隨大量NE向斷裂產(chǎn)生，但該期值低于成礦前期，擠壓作用變?nèi)?。最大剪?yīng)力與成礦前分布形態(tài)基本一致并且高值區(qū)范圍有所擴(kuò)大，并且最大剪應(yīng)力值遠(yuǎn)高于成礦前期，指示了該區(qū)逐漸由擠壓作用主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟凶饔弥鲗?dǎo)的特征，主要呈NW向分布于寶山礦區(qū)及其北部和黃沙坪礦區(qū)及其南部，該分布特征表明這些區(qū)域變形更加強(qiáng)烈，并對早期近SN向構(gòu)造帶進(jìn)行改造，使其在高值區(qū)發(fā)生形變、彎曲，呈由北向南構(gòu)造走向由NE-SN-NNE向的“S”型，而呈NW向分布于礦田中部的最大主應(yīng)變高值區(qū)也為南北兩側(cè)構(gòu)造變形提供空間，并且寶山地區(qū)最大剪應(yīng)力的極高值可能是使其發(fā)生傾向反轉(zhuǎn)（傾向呈NW-NWW向）和更大角度走向變化的重要原因之一。

5.2 構(gòu)造應(yīng)力場控巖控礦規(guī)律

經(jīng)歷多期應(yīng)力狀態(tài)的改變，礦田內(nèi)構(gòu)造發(fā)生強(qiáng)烈的變形、疊加和繼承，受上述構(gòu)造變形特征的影響，成礦期NW向兩個最大剪應(yīng)力高值帶使的該區(qū)巖石進(jìn)一步破碎是流體能夠運移到該區(qū)域的關(guān)鍵因素，已知礦床也均分布于此高值帶上。而就礦床尺度來看，SN向斷裂應(yīng)變能較高，近EW向、NWW向斷裂與成礦前特征一致為應(yīng)變能低值區(qū)，流體運勢能較高，易于巖漿熱液的運移，這一結(jié)果與該區(qū)特別是黃沙坪礦區(qū)沿NWW向斷裂分布的巖漿巖的地質(zhì)事實一致（圖3）。當(dāng)巖漿上升到淺部時受構(gòu)造變形的影響含礦巖漿熱液沿NWW-近EW向斷裂在黃沙坪礦區(qū)由SE向NW、寶山礦區(qū)由NW向SE兩個方向?qū)ΨQ侵位，而寶山礦區(qū)兩側(cè)近SN向、NE向斷裂應(yīng)變能高值帶以及黃沙坪礦區(qū)西部高應(yīng)變能能區(qū)，對流體繼續(xù)沿近EW向、NWW向斷裂運移起到很好的限制和阻擋條件，使巖漿熱液能夠在低應(yīng)變能區(qū)不斷聚集，并沿近SN向、NE向斷裂和倒轉(zhuǎn)背斜核部向上和兩側(cè)延展，之后大量成礦物質(zhì)的沉淀形成了礦區(qū)主要的礦體群，受巖體侵位方向的影響，礦體的空間分布也存在對稱性［35］。因此認(rèn)為礦田成礦期所受的此種構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)是造成構(gòu)造變形和構(gòu)造驅(qū)動成礦流體聚集沉淀的重要因素之一，該分布規(guī)律也進(jìn)一步佐證了韓潤生等［35］提出的坪寶礦田內(nèi)成礦巖體和主礦體群的“中心對稱”分布效應(yīng)。

5.3 找礦方向

綜合上述模擬結(jié)果、野外地質(zhì)觀察及已知礦床地質(zhì)特征，認(rèn)為大坊、寶山南部、黃沙坪礦區(qū)北部均位于最大剪應(yīng)力NW向高值區(qū)帶上和應(yīng)變能低值區(qū)域內(nèi)，與已知礦床的構(gòu)造應(yīng)力場分布形態(tài)具有相似性，因此，這些地區(qū)是今后找礦勘探工作的重點區(qū)域。

6 結(jié)論

1）構(gòu)造明顯控制了礦床的形成和時空分布，結(jié)合前人礦田構(gòu)造組合及構(gòu)造體系研究，確定了坪寶礦田三期的構(gòu)造演化分別為：成礦前期SN構(gòu)造帶、成礦期NE構(gòu)造帶、成礦后NW構(gòu)造帶。

2）基于ANSYS Workbench軟件對坪寶礦田構(gòu)造應(yīng)力場模擬，最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力、應(yīng)變能、最大主應(yīng)變分布特征與成礦前和成礦期實際地質(zhì)特征基本一致，成礦前期構(gòu)造應(yīng)力場作用產(chǎn)生SN構(gòu)造帶，伴生的EW向斷裂應(yīng)力場特征為巖漿侵位提供有利條件，成礦期，NW向最大剪應(yīng)力高值帶為該區(qū)巖漿大規(guī)模侵位提供有利條件，并進(jìn)一步沿近EW向構(gòu)造運移，高應(yīng)變能區(qū)域?qū)α黧w運移的限制，使其能夠在低應(yīng)變能區(qū)不斷聚集并沉淀成礦。

3）基于構(gòu)造應(yīng)力場模擬研究，大坊、寶山東南部、黃沙坪礦區(qū)北部是今后找礦勘探的主要方向。