论热液成矿系统中构造体系控矿作用
来源:地质 时间:2026/1/4 15:26:42

论热液成矿系统中构造体系控矿作用



韩润生 1,2*, 刘 飞1,2*, 张 艳 1,2

1 昆明理工大学 国土资源工程学院, 云南 昆明 650093

2 有色金属矿产地质调查中心 西南地质调查所, 云南 昆明 650093

*通信作者 刘 飞( 1989—),男,博士后,从事矿田构造成矿与找矿研究。Email:916397898@qq.com

摘要


构造体系是李四光先生创立的地质力学理论和方法的灵魂。针对目前相关文献中对构造体系的各种表述和用法,本文从构造体系基本概念出发正本清源,深刻理解构造体系的内涵,发展和应用地质力学理论和方法,为揭示地壳构造和地壳运动的规律、深入研究构造与成岩成矿(藏)关系,以及指导矿产资源探测和评价提供依据。该文讨论了主压应力作用、力偶持续作用下发生序次转化形成的构造体系的力学机制,总结了构造体系具有统一性、区域性、层次性、复合性(继承性)、复杂性的特点;研究提出构造型式具有层次性,成矿构造体系具有一致性、阶段性、差异性、多样性、转换性的特点,并总结揭示了其控矿规律;基于成矿构造体系(控矿构造型式)与成矿系统的成生联系,矿集区、矿田、矿床分布具规律性,构造变形作用、岩浆活动与成矿作用具同时性,以及含矿构造和矿石中物质组成特征具一致性等方面,厘定成矿构造体系,进而提出成矿构造体系研究方法,为矿床(体)找矿预测和深部勘探提供依据。在此基础上,以非岩浆热液型多金属成矿系统(川滇黔成矿区富锗铅锌矿床)和岩浆热液型多金属成矿系统(湘南坪宝铜锡多金属矿田)为例,论证了成矿构造体系控矿作用及其研究的重要意义。


关键词 成矿构造体系;控矿构造型式;控矿作用;地质力学;热液成矿系统


0 引言


构造体系是李四光先生创立的地质力学理论和方法的灵魂, 该研究有助于揭示地壳构造和地壳运动的规律、深入研究构造与成岩成矿( 藏) 关系,以及指导能源、矿产资源探测、区域地壳稳定性和重大工程地基稳定性评价。因此,不少专家、学者从不同角度研究和发展了地质力学理论与方法, 并取得了一系列突出的研究成果。例如,孙家骢发表的云南省第一张构造体系图,开创了云南构造体系研究的新境界,为不同成矿区(带)矿产资源分布规律研究和勘查部署提供了重要依据。关于构造体系,在有关文献中不同的专家学者从不同的视角提出了各种不同的或相近意义的表述和用法。归纳起来,大体有如下表述:( 1)构造方向:EW 向、 SN 向、 NE 向、 NW 向构造体系;( 2)断盘相对运动:逆断层、正断层、平移断层构造体系;( 3)构造力学性质:压扭性、张性、扭性构造体系;( 4)矿集区、矿田内主构造带方向:NW、 SN、 EW 构造带;( 5)地质力学经典类型:纬向、经向、扭动构造体系,华夏系、新华夏系(区域);( 6)区域构造体制:伸展、推覆、走滑构造体系;( 7)构造控矿作用:控矿构造体系、含(赋)矿构造体系、成矿构造体系;( 8)构造与矿种类型关系:铅锌成矿构造体系、钨锡成矿构造体系等;( 9)构造型式或构造组合样式:多字型、棋盘格式等构造体系;( 10)构造的简单性和复杂性:简单构造体系、复杂构造体系;( 11)构造与成矿时间关系:成矿(期)前、成矿期、成矿后构造体系;( 12) 成矿构造活动时代:燕山期、印支期构造体系等:( 13)控矿构造的特殊性:刺穿构造体系、核杂岩构造体系、接触带构造体系等;( 14)地质作用类型:沉积-成岩作用、侵入作用、火山作用等构造体系或系统等。因此,构造体系的如此表述在学术交流和应用实践中造成一定程度的混乱。

构造体系对各类矿床成矿具有重要的控制作用,在热液矿床形成过程中构造控制极为显著。构造体系控矿作用在热液成矿系统中表现得尤为明显,包括但不限于控制:( 1)矿床和矿体的形成及分布,构造作为成矿流体输运、分配和积聚的驱动力、通道和场所,直接控制成矿的发生和矿床(体)的最终定位,如在个旧锡多金属矿区的马拉格矿床中,新华夏系的棋盘格式构造控制了矿床和矿体群的形成和展布;( 2)矿体的形态及产状,构造的几何学形态(包括构造的局部特殊部位)、运动方式、力学性质及构造体制等特征,往往制约着矿体的形态和产出状态特征,如造山型金矿的构造控制作用研究表明,构造(体系)的形态、运动方式、力学性质及构造体制等不仅控制金矿的形成和分布,而且制约了矿体的形态及产状特征。在胶东金矿新华夏系的断裂构造带的产状控制了矿床和矿体的倾伏侧伏规律;( 3)矿床、矿体或矿化类型及其物质组成,不同力学性质的构造形迹或同一构造形迹的不同部位具有差异的成矿地球化学条件,其控制形成的矿床和矿化类型也不同,如在陕西铜厂铜金多金属矿田近 EW 向“巨型压力影”构造的不同部位, 因构造体制的不同产生了不同类型的多金属矿化,在“巨型压力影”构造的引张区的东西两侧及闪长岩体的内外接触带发育脉状矿体,在挤压区的闪长岩体的南北两侧形成层控型矿(化)体;( 4)矿床(体)的改造及次生富集作用,构造活动的多期次性决定构造体系具复合性或继承性,该特点常常约束矿床(体)的改造及次生富集。可见,深入研究构造体系对深刻理解热液成矿作用过程至关重要。鉴于构造与成矿的密不可分的动态耦合关系,尤其是成矿构造体系对成矿系统的控制、成矿系统对成矿构造体系的映射关系,厘定成矿构造体系是构造体系控矿作用研究的关键。

因此, 深刻理解构造体系的真正内涵,发展地质力学理论和方法,本文从构造体系的基本概念出发,讨论了构造体系形成的力学机制,总结了构造体系的特点,概括了构造型式的层次性、成矿构造体系的特点及其控矿规律。在此基础上提出成矿构造体系研究方法,并以非岩浆热液型多金属成矿系统和岩浆热液型多金属成矿系统的典型矿田(床)为例,说明成矿构造体系控矿作用研究的重要作用。

1 构造体系理论基础


李四光在《地质力学概论》中指出,构造体系指许多不同形态、不同性质、不同级别和不同序次,但具有成生联系的各项结构要素所组成的构造带以及它们之间所夹的岩块或地块组合而成的总体。这个概念揭示出组成构造体系的构造形迹具有成生联系;构造体系是由构造带和地块或岩块组成。按其内涵, 地球表面(或地壳)的构造体系可划分为三种类型(图 1):( 1) SN 向挤压作用形成的纬向构造体系;( 2) EW 向挤压作用形成的经向构造体系;( 3)力偶扭动作用形成的直扭、旋扭、复杂扭动构造体系。前人对这三大类构造体系的形成机制、组成特点、控矿作用等均有大量的论述,在此不再赘述。


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图 1 构造体系类型


1.1不同应力作用方式形成的构造体系力学机制

1.1.1主压应力作用下形成的构造体系

纬向构造体系、经向构造体系可在主压应力作用形成。例如,在南北向简单的挤压外力作用下,产生与主压应力σ1垂直的压性结构面、与主张应力σ3垂直的张性结构面,并沿最大扭应力 τmax 的方向产生两组共轭的扭性结构面(图 2a) 。

1.1.2力偶作用下形成的构造体系

力偶(外力作用方式呈直线扭动)作用下形成直扭构造体系,主要包括多字型、入字型、棋盘格式构造。例如,在一对南北向左行力偶的作用下,产生与力偶作用方向大致呈 45°方向的压性结构面,与压性结构面垂直的张性结构面和与压性结构面斜交的两组扭性结构面(图 2b) 。

除了上述的主压应力作用和力偶作用所形成的纬向构造体系、径向构造体系和直扭构造体系之外,自然界还广泛发育旋扭构造体系和山字型构造。对于旋扭构造体系,主要包括帚状构造、环状构造、涡轮状构造、歹字型构造、 S 型或反 S 型构造、旋卷构造等,它们是扭转剪切作用的产物,即是剪切作用围绕某一直立轴作用,在水平面上成一扭转运动的结果。山字型构造是一种特殊而且复杂的扭动构造体系,是在主压(张)应力与旋扭应力联合作用下形成的构造型式。


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图 2 主压应力作用( a) 和力偶作用( b)下形成构造体系的力学机制


1.1.3 两种不同方式应力持续作用发生序次转化形成的构造体系

在同一方式和同一方向应力持续作用下,在一定的岩块中各点的应力作用方式不是一成不变的,而是随着岩块的边界条件的变化而变化。因此,在同一期构造变形过程中,可以形成许多不同性质和不同方向的具有内在联系的构造形迹构成构造体系。下面简述由水平侧应力和力偶两种不同方式应力持续作用发生序次转化形成的构造体系,详细分析见文献。

( 1)水平侧应力持续作用下岩层的变形过程

对于由水平岩层组成的矩形岩块,在侧向水平应力和重力的作用下,变形初期的应力状态如图 3a所示,在这种应力作用下,可能产生两组垂直层面的共轭剪节理和一组横张节理;随着侧向水平应力的增大,应力状态转变为图 3b,岩层发生纵弯褶曲,同时还可产生两组剖面上的 X 节理;变形中期,在侧向水平应力的持续作用下,主褶曲的幅度不断增大,褶曲内部不同部位的局部应力场发生变化(图 3c),并形成一些新的构造形迹;变形后期,侧向水平应力持续作用,随着主背斜的进一步隆起,背斜顶部的某些纵张断裂不断扩大、加深,该处岩层在顶部张力和重力的共同作用下,沿纵张断裂下陷形成“地堑”式构造形迹(图 3d);“地堑”在下降过程中,受到两侧岩层的约束而诱导出局部侧压力,以及沿正断裂上下运动而产生的扭应力,形成一些与“地堑”走向一致的附加小褶皱,在两侧的岩层中派生出局部的拖曳褶皱和羽状裂隙。


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图 3 水平主压应力持续作用下岩层的应力状态与变形过程


( 2)力偶持续作用下岩层的变形过程

对于正方形岩块,东西两侧边界受到南北向左行力偶 QQ’的作用,岩块处于纯剪应力状态(图4a),产生一套结构面,包括挤压面 c、张裂面 和共轭扭裂面 s1及 s2(图 4b)。在左行力偶 QQ’的持续作用下,假定正方形岩块的南北向的中面固定不动,则岩块东西两侧边界的方位不变,而南北两侧边界则逆时针转动了一个角度,使正方形岩块变成平行四边形,此时,在初始应力状态下产生的各种结构面也相应地发生不同程度的转动(图 4c)。由于岩块的受力边界和力偶的方向未变,因此应力状态仍保持纯剪应力状态(图 4d),但是经转动后的各种结构面与各种应力的关系发生了改变。其中,挤压面 经转动后与 QQ’的锐夹角 α 小于 45°,其法线在应力圆上的位置由 A 点移动到 A’点(图4e),偏离了主压应力σ1,因而转化为压扭性面;张裂面 经转动后与 QQ’的锐夹角 θ 大于 45°,其法线在应力圆上的位置从 B 点移动到 B’点(图 4e),偏离了主张应力 σ3,转化为张扭性面;扭裂面s1转动至 s1’面,其法线在应力圆上的位置由 E 点移动到 E’点(图 4e),作用在其上的扭应力减小,张应力增大,转化为扭张性面;扭裂面s2转动至 s2’面,其法线在应力圆上的位置由 D 点移动到 D’点(图 4e),该面原为纯剪面,转化为扭压性面。因此,在力偶的持续作用下,伴随初始结构面的转动,它们的力学性质均发生了转化,形成了序次转化结构面,这类结构面在自然界是更为常见的。


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图 4 力偶持续作用下变形过程的力学机制示意图


1.2构造体系特点

构造体系具有统一性、区域性、 层次性、 复合性(继承性)、复杂性的特点

( 1) 统一性:构造体系的概念表明,组成同一构造体系的构造形迹具有成生联系,所谓成生联系是指在统一的构造应力场中所形成的构造形迹在发生、发展过程中的力学联系。因此,尽管这些构造形迹的类型有别、形态各异、大小悬殊、性质不同,以及它们在构造方位、应力状态、变形样式、变形强度等方面也可以不同,但它们却不是孤立出现的,而是相伴而生,是在某一地质时期的某次构造运动中,通过一定方式的构造应力场所形成的构造变形的整体。构造体系的统一性强调不同构造之间的内在联系,反映了构造应力场的统一性,而构造应力场的统一性是构造体系划分的根本准则。

( 2) 区域性:形态各异、性质不尽相同、等级不同和序次不同的但具有成生联系的各项结构要素具有区域性广泛分布,但并非同等发育。如横亘中国大地的东西构造带和南北构造带,这些构造带在没有受到严重干扰的情况下,可以绵延数千千米,不仅出现在大陆上,在大洋底也存在它们的踪迹。而且,这种区域性的构造体系,在地球上的其他地区同样存在,如纵贯南北美洲西部边缘地带的科迪勒拉、安第斯南北构造带。

( 3) 层次性:构造体系的层次性主要体现在空间分布上的多样性和差异性,它们的分布范围可以从纵横数千千米的区域性构造体系,到数百至数十千米的矿集区或矿田尺度构造体系,再到数千米的矿区或矿床尺度构造体系,直至数十厘米的手标本尺度。李四光[1]指出,一个复杂的,即由不同序次、 不同等级的各项构造成分组成的构造体系,特别是大型的构造体系,经常是由很多较小的次一级构造体系组合而成的,这种次一级的构造体系,又可以由若干更小的构造体系组成。不同层次之间的构造成分可以归属同一构造体系,也可以是不同构造体系的组成部分,但它们往往是组成区域性构造体系的片段。

如在川滇黔接壤区,控制印支期富锗铅锌多金属成矿系统的构造体系具有明显的层次性。区域上, 近南北向延伸的深断裂, 如安宁河—绿汁江断裂、小江断裂、普渡河断裂,历经了漫长地质历史时期的演化过程,对区域上沉积作用、构造活动、岩浆活动及矿产的形成和分布均具有明显的控制作用。在印支期,这些深断裂发生左行剪切作用,形成华夏系构造( NE 构造带),控制了川滇黔富锗铅锌多金属成矿区的分布(图 5) ;在矿集区内, 4 条 SN 向主走滑构造带及其派生的 NWW-EW 向右行张扭性断裂带,控制了川西南富锗铜铅锌矿集区分布;以 NE 向为主的压扭性断裂和褶皱构成 8 条NE 向斜冲走滑-断褶带,控制了滇东北富锗铅锌矿集区分布;NW 向张扭性断裂和次级褶皱构成的 2条左行斜落走滑-断褶带控制了黔西北富锗银铅锌矿集区的分布,这些矿集区均受 NE 构造带(构造体系)控制;在矿田( 床) 范围内,控制了铅锌矿田和矿床分布的构造体系为 NE 构造带(图 6) 。这些不同层次的构造体系的成生发展均符合统一的构造应力场。可见,构造体系的层次性,表达的是不同尺度的具有成生联系的各项结构要素所组成的构造带及其它们所夹岩块或地块的组合。对于较小尺度的构造体系, 往往是上一级构造体系(华夏系) 的组成片段。需要说明是, 我们采用 NE 构造带来表达较小尺度(如矿田、矿床) 的构造体系, 反映控制矿田(床)的主压构造面方向, 它既不同于通常所讲的构造带,又区别于某一方向的构造带( 如 NE 向构造带)。


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图 5 川滇黔铅锌成矿区构造与矿床分布图


( 4) 复合性(继承性):构造体系的复合,从广义来说,不仅适用于同一构造体系中两种极其接近的成分彼此结合、联合或合并的关系,而且还包括在同一地域中属于不同构造体系的各种构造成分依各种方式互相干扰和联合的一切现象。复合的构造体系可以是同时期的,或者部分同时期或完全不同时代的,其前者地质力学中称之为构造体系联合,后者称为构造体系叠加。可见,构造体系的成生发展的多样性是造成其复合的根本原因,多期构造体系复合在同一地块或岩块中,往往控制了这一地块的构造演化过程。


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图 6 滇东北铅锌矿集区典型矿床断褶构造平面图


例如,在川滇黔接壤区,铅富锗锌多金属成矿系统的形成与构造作用密切相关,可识别出自晋宁期以来形成的 4 种构造组合,代表了 5 期构造体系(图 7),依次为:早 SN 构造带(成矿前) →NE构造带(成矿期) →NW 构造带(成矿后 1) →晚 SN 构造带(成矿后 2) →EW 构造带(成矿后3) 。其中,成矿期 NE 构造带的构造成分不仅在成矿期控制了富锗铅锌成矿系统的发育,而且后期的构造活动中发生力学性质的转化、归并等复合现象,还受到成矿后的 NW 构造带、 EW 构造带等构造体系的破坏、干扰。

( 5) 复杂性:因构造体系所具有的统一性、区域性、层次性及复合性,导致其具有明显的复杂性,主要体现在构造体系在时间上、空间上及其复杂的演化过程。


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图 7 川滇黔铅锌成矿区构造变形期次及其演化

2构造型式和成矿构造体系研究


2.1构造型式及其特点

构造型式指具有一定形态组合规律的构造体系类型, 如山字型、多字型、入字型等。构造型式与构造体系,既有联系又有区别,它们之间的关系是普遍性和特殊性、共性和个性的关系,构造体系是在总结了各种构造型式,特别是总结了各种扭动构造型式规律性的基础上产生的,是泛指的概念,只有具有独特形态的构造型式(如山字型、多字型等)才是具体的。构造型式表现出明显的层次性,包括区域、矿集区、矿田、矿床(体) 层次。研究发现,在自然界存在的控矿构造型式,主要表现为如下两类。

2.1.1 一期构造体系形成的构造型式

由某一期构造运动形成的构造体系所构成的构造型式,这是常见的构造型式。如在川滇黔铅锌成矿区,在印支期统一的构造应力场作用下,分别在滇东北、黔西北和川西南的铅锌矿集区形成了斜冲走滑-断褶构造组合、斜落走滑-断褶构造组合和走滑-断褶构造组合,这些构造组合内的主干断裂与褶皱轴面呈“入”字形态,构成了“入”字型构造型式(图 8)。具体到铅锌矿田或矿床内,控矿断裂之间往往组合呈“多”字形态,如滇东北矿集区内典型的会泽、毛坪铅锌矿床,矿体受一组 NE 向压扭性主控断裂和派生背斜控制,并与 NW 向张(扭)性断裂构成了“多”字型构造型式,这种构造型式也是区域、矿田内具有普遍性的控矿构造型式。


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图 8 川滇黔铅锌成矿区典型矿床断褶构造组合型式


2.1.2两期或多期构造体系复合形成的构造型式

这类构造型式往往控制了矿集区、矿田(床)定位,也就是说矿床定位期的构造体系与其前期的构造体系在成矿期活化发生两期构造体系复合形成的构造型式。如“巨型压力影”构造组合型式( 陕西铜厂铜金多金属矿田)、 “镜面对称”构造组合型式( 易门铜矿田)、 “中心对称”构造组合型式( 湘南坪宝钨锡多金属矿田)、特殊的“棋盘格式”构造型式。其中, 滇西南翁孔坝铜多金属矿床中“棋盘格式”控矿构造型式,不同于传统的一期构造体系作用形成两组共轭扭性构造组合而成,而是火山沉积成岩成矿期(印支晚期:233-231 Ma)形成的近 SN 向岩性/岩相界面在构造改造成矿期(燕山早中期)转化为压扭性断裂带,与燕山早中期的近 EW 向张( 扭) 性断裂组合而成,控制形成了“SN 向构造控制矿化带、 EW 向控制矿体”的成矿分布格局(图 9)。


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图 9 滇西南翁孔坝铜多金属矿床特殊的棋盘格式构造型式


每一种构造型式是一定的构造应力场的反映, 构造型式的特点主要表现为普遍性(分布的普遍性)、统一性(力学机制的统一性)和重现性(实验的相似性),这也是确定构造型式的三条基本原则。

普遍性:任何一种构造型式多次出现、普遍存在于地壳的不同区域中。

统一性:任何一种构造型式都是在一定方式的应力作用下形成的, 且统一于一定型式的构造应力场中。

重现性:任何一种构造型式都能够在室内用各种不同的方法再现出来,并能够多次重现,而且在自然界多次出现。

2.2成矿构造体系及其特点

2.2.1成矿构造体系

成矿构造体系指在一定时空域内控制成矿作用和矿产(床)分布的构造体系,是构造变形作用、岩浆活动、沉积-成岩作用、 变质作用与成矿作用在时间-空间-物质具有成生联系的统一体。在时间上,成矿构造体系控制的构造变形作用、岩浆活动、沉积-成岩作用及变质作用,与成矿作用属同一期构造运动的产物;在空间上,成矿构造体系控制成矿带、矿田、矿床的分布及矿体的形态和产状;在物质学上,其构造成分多数是在成矿期产生的,也可是改造、 活化成矿前期的构造体系成分作为成矿构造体系的组成成分,但这些成分具有明显的成生联系。例如,由于构造多期次活动,可以促使构造带及其围岩的物理化学条件发生改变,导致矿物成分的改变或新矿物相的生成,如白云母变为多硅白云母;在韧性剪切带与金矿化关系研究中,孙岩等研究指出韧性剪切构造的递进变形与热液蚀变及金矿化是同步发生的,并且在韧性剪切过程中,递进变形作用还改造了先前矿化,使金进一步富集成矿。

2.2.2成矿构造体系特点

成矿构造体系具有一致性、阶段性、差异性、多样性和转换性的特点。

( 1)一致性:成矿构造体系直接控制成矿作用的发生, 其成生发展与成矿作用具有时空上的一致性,反映出构造与成矿作用的时空耦合特点。如通过综合应用地质推断-构造变形筛分-构造古应力系统测量-同位素定年技术,韩润生等确定了川滇黔成矿区铅锌多金属矿床的成矿时代与断褶构造的形成时代一致, 成矿构造体系为 NE 构造带,而区内铅锌矿集区、矿田、矿床(体)的具体分布严格受 NE 构造带中不同尺度、不同方向、不同序次、不同性质构造形迹的控制(图 5,图 6,图 8)。在岩浆热液成矿系统,成矿构造体系与成岩成矿作用的一致性也表现的尤为突出,岩浆浅层侵位与矿床(体)的就位与成矿期构造体系具有密切的时空联系。构造-(流体) -成矿耦合是热液成矿系统的显著成矿特征和成矿机制,其实质是在一定的时空域内构造驱动成矿流体和成矿物质活化、运移(迁移)、积聚、富集及定位,即构造成岩成矿动力学过程。因此,成矿构造体系的厘定对深刻理解该过程具有重要意义。

( 2)阶段性:成矿构造体系成生发展的期次性、阶段性控制成矿作用的期次性或阶段性,进而控制了不同的成矿期次和成矿阶段。如在滇西北衙超大型斑岩-夕卡岩型金多金属矿床,其发育了“五位一体”的矿床(体)类型,组成了斑岩型、氧化淋滤型两类金多金属成矿系统,分别受喜马拉雅中期东西构造带和喜马拉雅晚期晚南北构造带的控制。在广东凡口超大型铅锌矿床,构造体系的多期次演化过程控制了同生沉积成矿期、热液期和逆冲推覆构造异地定位期的多期次铅锌成矿作用,该研究结果不仅较好地解释了该矿床的成矿物质深部来源、成矿作用通道及成矿作用热源等问题,而且指导找矿勘查取得了重大突破。

( 3)差异性:不同时期成矿构造体系成生发展的差异性控制成矿作用差异性。如湘南长城岭铅锌锑多金属矿床具两期构造-岩浆-叠加成矿作用:在印支晚期该矿区成矿构造体系为 SN 构造带,控制了铷铌钽矿体的形成和分布;燕山期成矿构造体系转变为 NE 构造带,控制了锑铅锌多金属矿体的形成和分布。长城岭矿床塘下垄花岗斑岩锆石 U-Pb 同位素年龄为 222.5±1.8 Ma, 代表了矿区铷铌钽矿体的形成时代;而方解石 Sm-Nd 同位素年龄指示锑铅锌矿体形成于燕山期(通信李厚民)。研究表明,印支期与燕山期的成矿构造体系的差异性在湘南钨锡多金属成矿区具有普遍性,而且分别控制了不同时期成岩成矿事件。

( 4)多样性:在同一成矿构造体系内不同空间部位构造形迹的多样性控制矿化类型的多样性。特别是,在岩浆侵入构造系统、褶皱构造系统、断褶构造系统的不同部位往往发育有不同类型的构造形迹,控制形成矿体形态与规模、矿石组成成分、矿石结构构造、矿化蚀变特征及明显差异的多种矿化类型。如滇西北衙金多金属矿床发育一套褶皱-断裂-节理控岩控矿构造系统, 其中喜马拉雅中期成矿构造体系为东西构造带, 该成矿构造体系内不同部位的不同构造形迹控制形成了与富碱斑岩成矿岩体有关的四类矿化类型:( 1)受斑岩体内断裂、节理裂隙及爆破角砾岩筒控制的斑岩型 Cu-Au-(Fe)矿床(体) ;( 2)受斑岩与围岩接触带构造控制的夕卡岩型 Au-Fe-(Cu)矿床(体) ;( 3)受围岩层间断裂破碎带、断裂、节理裂隙控制的热液脉型 Au-Fe 矿床(体);( 4)沿北衙组灰岩与青天堡组砂泥岩界面及北衙组层间断裂破碎带产出的中低温热液型 Pb 多金属矿床(体)。

( 5)转换性:成矿构造体系常常控制主成矿系统的成生及其分布特点。如湘南地区铜锡多金属矿床为燕山早期( T3-J1) NE 构造带(挤压构造背景)向燕山晚期( K1-K2) NW 构造带(伸展构造背景) 构造体系转换的产物(未发表资料) 。在岩浆热液成矿系统, 构造体系(体制)的转换普遍存在且对成岩成矿作用具有重要意义。Piquer 等研究安第斯斑岩 Cu-Mo 成矿带构造控矿作用后指出, 从挤压向伸展的构造体制转换是形成斑岩型矿床的最佳构造环境, 而构造体制的转换过程可能是相对长期的和周期性的,这与岩浆弧内多期次构造-岩浆-成矿事件相一致。

2.2.3 成矿构造体系控矿规律

( 1)成矿构造体系控制成岩成矿作用全过程及矿集区、矿田、矿床(体)空间分布规律,控制热液成矿系统的发育。

( 2)同一成矿构造体系中不同类型(性质)构造控制的矿体具有不同的分布特点:压扭性构造控制的矿体。一般其延深大于延长,单个矿体规模大,厚度和品位较稳定张扭性构造控制的矿体, 一般其延长大于延深,单个矿体规模小,厚度和品位变化大扭性构造控制的矿体, 一般其延长与延深相当,单个矿体规模较大,厚度和品位稳定

( 3)矿化蚀变发育程度及其空间分带规律,与成矿构造体系内具体的控矿构造类型、性质等因素密切相关。

( 4)同一成矿构造体系控制形成的矿体,其空间组合展布方式向中深部一定范围内延深时, 往往具有与浅部类似的空间展布规律。

( 5)成矿构造体系内多尺度控矿构造具有分级控岩控矿规律,主要表现出序次构造的挨次控制关系。而且,不同尺度的控矿构造等间距性和等深距离分布特征往往控制矿集区、矿田、矿床、矿体呈等间距性和等深距离分布。

2.2.4 成矿构造体系研究方法

成矿构造体系是直接控制成岩成矿(藏) 发生全过程的构造体系。成矿构造体系的研究与应用,要以经典论著的理论和方法为根本, 如“地质力学概论”、 “地质力学概论(第二版)”、 “成矿构造研究法”、“地质力学导论”、“矿田构造学”、“矿田地质力学理论与方法”等,需要在深入分析区域构造背景的基础上,开展矿田(床)构造专项研究(图 10),划分矿田构造体系,建立构造控矿型式,厘定成矿构造体系,进而构建构造控矿模式,指导找矿预测取得新进展。


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图 10 矿田(床)构造专项研究流程与方法框架图


因此,厘定成矿构造体系的主要依据表现在如下四方面

( 1) 不同性质、序次、等级和不同形态但具有成生联系的含矿构造呈一定规律组合,构成一定的控矿构造型式,控制同一成矿系统或成矿系列的矿床(体) 。成矿构造体系必然是矿田构造体系的一部分,在建立矿田构造体系的基础上,以含矿构造为重点,兼顾导矿构造和配矿构造,分析厘定对矿床(体)形成和分布起着主导性控制作用的构造形迹所构成的构造体系,即为成矿构造体系。

( 2) 成矿构造体系某一发展阶段产生的构造变形与成矿作用、岩浆作用(特别是与岩浆作用有关的岩浆热液型矿床或岩浆矿床) 具有同时性,这是成矿构造体系的一致性特点的重要体现。成矿构造体系的构造活动时限与成矿时代是一致的,不仅在由一期成矿作用形成的矿床如此,在由两期或多期成矿作用形成的矿床也是大致相同的,有所差异的是后者的成矿构造体系是复合或是完全不同的,如上述的北衙金多金属矿床,喜马拉雅中期东西构造带控制了斑岩成矿系统的发育,而喜马拉雅晚期晚南北构造带控制了氧化淋滤成矿系统的形成和分布。

( 3) 成矿构造体系控制的成矿带、矿集区、矿田、矿床的分布,与组成成矿构造体系的构造形迹的分布相一致,且在一定的空间部位往往同位产出,这同样是成矿构造体系的一致性特点的重要表现,在此不再赘述。

( 4) 在组成成矿构造体系的控矿构造中存在热液蚀变和矿化痕迹,且在所有的含矿构造中,构造岩的主微量元素组成与矿石的主微量元素组成具有一致性。构造空间内赋存矿石(化)或与成矿关系密切的热液蚀变是鉴别成矿构造的重要宏观标志,而构造岩与矿石的化学组成的相似性是重要的微观标志。如在滇东北会泽超大型富锗铅锌矿床,矿山厂、麒麟厂主控断裂内发育强烈的矿化与蚀变,主要表现为:①断裂构造岩中出现强 Pb、 Zn、 Fe、 Ge、 As、 Ti 等元素异常, Fe 可达 18%以上, Pb-Zn含量可高达 0.7%;②断裂带内构造岩发有强烈的白云石化、黄铁矿化、硅化、绿泥石化、 重晶石化及方解石化等热液蚀变,在断裂带和附近围岩中分布大量碳酸盐岩脉及石英细脉,反映断裂中成矿流体活动的特点。这些特征证实矿山厂、麒麟厂断裂是会泽富锗铅锌矿成矿构造体系的组成部分。

3 实例


3.1 非岩浆热液系统(川滇黔富锗铅锌多金属成矿区)

非岩浆热液体系中, 碳酸盐岩容矿的非岩浆后生热液型铅锌矿床是世界上铅锌矿床的主要类型之一, 川滇黔成矿区广泛分布的富锗铅锌多金属矿床,是我国铅、锌、银、锗、镓、镉等金属的重要资源基地。

21 世纪前,认为川滇黔成矿区铅锌矿床是以沉积成因为主的层控型矿床,该成因观点强调地层、岩性/岩相对铅锌成矿的控制作用,但认为铅锌成矿与构造的关系并不密切。这些成因理论认识制约深部找矿勘查实践。在 20 世纪末期,会泽、毛坪、茂租、金沙、乐马厂、赫章、大梁子、天宝山等一批主力铅锌矿山面临储量严重不足或濒临关闭的困境,造成这种困境的主要原因是制约该区深部找矿勘查的成矿理论研究存在瓶颈,特别是该区成矿主控因素不清、 成矿类型和成矿机制不明、矿体形态特殊及垂向延深大等因素,这些问题给成矿理论深化认识和深部勘查带来严峻挑战。

进入 21 世纪以来,一些学者逐渐重视构造活动在川滇黔成矿区铅锌成矿过程中的作用,强调构造是控制区内铅锌矿床形成和分布的主导性因素。历经 20 余年产学研用协同攻关, 在区域构造分析、深部地球物理探测、矿田构造解析、典型矿床精细解剖等深入研究的基础上,韩润生等厘定了成矿区的成矿构造体系为 NE 构造带(图 7),该构造体系是成矿期 NW-SE 向构造应力场作用的产物,形成了“多字型”、“阶梯状”两类控矿构造型式和断褶构造组合型式,直接控制了成矿流体运移和成矿物质沉淀成矿的全过程,决定了铅锌成矿系统储存和矿床(体)空间展布规律(图 11),进而提出了陆内构造系统控矿—流体“贯入”成矿理论。该理论深化和完善了川滇黔成矿区铅锌多金属矿床的成矿规律,以此提出了铅锌矿床的新类型—“会泽型”铅锌矿床,揭示了该类铅锌矿床的典型特征和成矿机制,并与 MVT 铅锌矿床共同组成碳酸盐岩容矿的非岩浆后生热液型铅锌矿床的两个端元。该理论和相应的找矿勘查技术在指导找矿勘查实践中实现了矿山深部及外围一系列重大找矿突破和新进展, 获得了显著的经济社会效益。


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图 11 川滇黔铅锌成矿区铅锌矿床成矿地质模型


3.2 岩浆热液系统(坪宝钨锡多金属矿田)

黄沙坪—宝山钨锡多金属矿田(简称“坪宝矿田”)是在钦杭成矿带、 南岭成矿带叠合构造背景下形成的岩浆热液型多金属成矿系统的典型代表。坪宝矿田多金属成矿作用与中生代岩浆热液作用密切相关,而且矿床(体)的形成和分布明显受构造控制。然而,由于该区构造作用的多期性、构造类型及组合的多样性与复合构造体系的复杂性,导致构造体系成生发展过程及其对钨锡多金属成矿的控岩控矿作用机理不清。因此,厘定成矿构造体系、揭示构造控岩控矿规律与探究多期构造体系控岩控矿作用机理,对深化理解坪宝矿田钨锡多金属成矿系统的成生发展至关重要。

韩润生等基于坪宝矿田构造精细解析,查明了区内发育侵入接触构造、断裂构造、褶皱及其翼部的层间断裂带和复合构造 4 类控岩控矿构造类型,厘定出矿田-矿床-矿体(脉)不同尺度的控岩控矿构造组合样式,提出构造分级控矿控矿规律,进而厘清了坪宝矿田控矿构造体系及其演化过程(图12)。研究表明, NE 构造带(华夏系)是坪宝矿田的成矿构造体系:( 1)在区域上, NE 构造带与成矿前构造体系( EW 构造带与 SN 构造带)联合控制了构造-岩浆成矿带的分布;( 2)坪宝多金属矿田受构成 NE 构造带的“S”形断裂-褶皱带与 NWW 向张扭性断裂带所构成的“井字型”构造控制;( 3)矿床的分布受 NE-NNE 向压扭性断裂-倒转背斜与 NWW-EW 向张(扭)性断裂组成的“棋盘格式”构造控制;( 4)隶属 NE 构造带的侵入接触构造与倒转背斜翼部的层间断裂分别控制了夕卡岩型钨锡多金属矿体和热液脉型铅锌矿体的形态和产状。而且,坪宝矿田的成矿构造体系控制的宝山、黄沙坪多金属矿床的成矿岩体、矿体群在空间展布上具有明显的“中心对称”成矿效应,不同尺度(规模)、不同类型、不同方向、不同性质的成矿期构造形迹具体控制了成矿斑岩体的浅层侵位、成矿流体的运移与聚集和成矿物质的沉淀及富集(图 13)。这些认识为坪宝矿田甚至钦杭、南岭成矿带多金属成矿作用研究与深部找矿勘查将提供重要启示。


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图 12 黄沙坪—宝山矿田构造体系及其动力学演化

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1-石英斑岩;2-花岗斑岩;3-黑云母花岗岩;4-夕卡岩;5-斑岩型 Cu 矿体;6-夕卡岩型 W-Sn-Mo-Cu 矿体;7-夕卡岩型 Fe 矿体;8-脉状 Pb-Zn 矿体;9-地质界线;10-NE 向压扭性主干断裂;11-控岩控矿断裂;12-倒转背斜;13-倒转向斜;14-主压应力及方向;15-岩体侵位方向

图 13 黄沙坪铜锡多金属矿床构造控岩控矿模式

4 结论


( 1)针对构造体系在文献中的各种表述和用法,阐述了主压应力作用、力偶作用及其两种应力持续作用下形成的构造体系的力学机制, 阐明了构造体系的基本内涵。

( 2)构造体系具有统一性、区域性、层次性、复合性( 继承性) 、复杂性的特点,这些特点是构造体系在时间成生、空间分布及其演化过程的具体体现;构造型式是具有一定形态组合规律的构造体系类型,往往表现出受构造体系制约的层次性。成矿构造体系是直接控制成岩成矿作用全过程的构造体系,具有一致性、阶段性、差异性、多样性及转换性的特点,并表现出明显的控矿规律。

( 3)成矿构造体系研究及应用,要以经典理论为基础, 开展矿田(床)构造专项研究, 以划分矿田构造体系,厘定构造控矿型式和成矿构造体系。找矿效果明显的典例说明成矿构造体系对成矿系统的控制、成矿系统对成矿构造体系的映射关系。该研究不仅对深化和完善矿田( 床) 成矿规律和成矿机制具有重要意义,而且对深部找矿勘查具有明显的指导作用。


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