介于巖漿巖型與剪切帶型之間的脈狀鎢錫礦床——廣西珊瑚鎢錫礦床新認(rèn)識(shí)

韋安偉，汪勁草，莫志明，張知春，嚴(yán)小敏，程雄衛(wèi)，王永東，李庚華

(1.桂林理工大學(xué)a.廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心;b.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004;2.廣西地質(zhì)勘查總院，南寧 530023;3.廣西機(jī)電工業(yè)學(xué)校，南寧 530023;4.廣西地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局二七一地質(zhì)隊(duì)，廣西桂林 541100)

脈狀礦床是指礦體由礦液充填破裂形成的礦床[1－2]，可分為兩種主要類型:一種與巖漿巖有關(guān)，其礦脈構(gòu)型具“五層樓模式”[3]，礦脈擴(kuò)展機(jī)制主要為流體致裂[4]，可稱為巖漿巖型脈狀礦床;另一種與脆性、脆－韌性剪切帶有關(guān)，其礦脈構(gòu)型呈雁列狀，礦脈擴(kuò)展機(jī)制主要為構(gòu)造致裂，可稱為剪切帶型脈狀礦床[5－7]。過去對脈狀礦床的研究在構(gòu)造上多限于形態(tài)與結(jié)構(gòu)，而很少探討其形成機(jī)制，這主要緣于長期忽視流體在一些脈體擴(kuò)展中的主導(dǎo)作用。構(gòu)造致裂與流體致裂所形成的脈狀礦床在結(jié)構(gòu)和構(gòu)式上存在明顯的差異[8－9]。本文通過對廣西珊瑚鎢錫礦床礦脈的結(jié)構(gòu)和構(gòu)式研究，認(rèn)為該礦床屬巖漿巖型脈狀礦床與剪切帶型脈狀礦床的過渡類型，結(jié)合礦脈群在空間上的結(jié)構(gòu)和構(gòu)式特征，分析了此過渡類型脈狀礦床的成因機(jī)制，并根據(jù)珊瑚鎢錫脈狀礦床的新構(gòu)造模型，討論了隱伏礦體的預(yù)測方向。

1 地質(zhì)概況

珊瑚鎢錫礦床是中國湘、贛、粵、桂鎢錫成礦帶典型鎢錫礦床之一[10]，位于南嶺EW 向構(gòu)造帶、湘南SN 向構(gòu)造帶和桂東南新華夏系構(gòu)造帶的交匯部位，桂東北富賀鐘鎢錫成礦區(qū)之中部。

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為泥盆系，其中:下泥盆統(tǒng)蓮花山組(D1l)和那高嶺組(D1n)砂巖、頁巖;中泥盆統(tǒng)郁江組(D2y)和東崗嶺組(D2d)砂巖、頁巖及灰?guī)r;上泥盆統(tǒng)桂林組(D3k)灰?guī)r。

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂、褶皺發(fā)育。斷裂構(gòu)造以NNE 向?yàn)橹?，NW、NE 向次之。石灰山斷裂(F1)和筆架山斷裂(F3)可將該礦區(qū)分為3 個(gè)構(gòu)造帶，即東部的SN 向褶皺帶、中部的NE 向脆－韌性剪切帶和西部的EW 向褶皺帶，珊瑚鎢錫礦床產(chǎn)于中部NE 向脆－韌性剪切帶中(圖1)。

圖1 廣西珊瑚鎢錫礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch map of Shanhu tungsten-tin ore fields

礦區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖主要為鹽田嶺云英巖化花崗巖，呈巖株?duì)畛雎队诘V區(qū)西部葫蘆嶺背斜的南翼，距珊瑚鎢錫礦床約4 km，地表出露面積約0.16 km2。巖體呈灰白色，蝕變強(qiáng)烈。據(jù)地物化綜合資料推斷，在長營嶺和松宮兩處的深部存在隱伏花崗巖體。

珊瑚鎢錫礦床由鎢錫石英脈組成，共有740 余條礦脈，其中工業(yè)礦脈200 多條，礦脈可劃分為6 個(gè)脈組，Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ脈組構(gòu)成了礦床的主體。礦脈主要呈SE 向陡傾斜，傾角60° ～80°，具有延伸大、平行密集排列的特點(diǎn)，成礦深度超過1 000 m。礦石成分復(fù)雜，有黑鎢礦、錫石、毒砂、閃鋅礦、黃銅礦、白鎢礦等。圍巖蝕變有電氣石化、螢石化、絹云母化、黃鐵礦化、綠泥石化及碳酸鹽化等。

2 流體致裂特征

流體致裂發(fā)生的條件是Pf≥σ3+Rt，即當(dāng)流體壓力Pf超過最小主應(yīng)力σ3和巖石抗張強(qiáng)度Rt之和時(shí)，便會(huì)發(fā)生流體致裂[11]。成礦流體在構(gòu)造泵吸機(jī)制下會(huì)在張破裂中發(fā)生周期性沉淀而形成脈狀礦體。流體致裂作用是巖漿巖型脈狀礦床中成礦構(gòu)造形成的主要破裂機(jī)制，礦脈在空間上具“五層樓模式”[3]。

2.1 似“五層樓”結(jié)構(gòu)

在垂向上，珊瑚鎢錫礦床由地表往深部依次為線(細(xì))脈帶→?。忻}帶→大脈帶→尖滅帶[10](圖2)。礦脈從下往上，呈樹型分叉結(jié)構(gòu)。礦脈雖然在垂向上具“五層樓模式”分帶，但礦脈組在平面上呈左行雁列排布，在橫剖面上呈后行側(cè)幕式排列[10]，雖然整體上珊瑚鎢錫礦床與典型“五層樓模式”結(jié)構(gòu)十分相似，但在平、剖面結(jié)構(gòu)及礦脈構(gòu)式上又具有剪切帶型脈狀礦體的一些典型特征。因此，珊瑚鎢錫礦床不是具典型南嶺“五層樓模式”的巖漿巖型脈狀礦床。

2.2 流體致裂的主要特征

圖2 珊瑚鎢錫礦床9 號(hào)勘探線剖面圖Fig.2 Geological profile of Line 9 Shanhu tungsten-tin deposit

在整體上，珊瑚鎢錫脈狀礦床從下往上具明顯的樹型分叉結(jié)構(gòu)，地表細(xì)脈帶多達(dá)700 多條，而深部－5 m 中段大脈只有幾十條(圖2)，且上部礦脈逐漸向下部礦脈歸并匯合，此種樹型分叉結(jié)構(gòu)是典型的高壓流體致裂的結(jié)果，且越往上，流體致裂點(diǎn)越多，這與上部圍壓減小，即圍壓－流體壓力差逐漸增大有關(guān)[3];在平面上，特別是礦脈的上部——細(xì)脈帶與?。忻}帶，越往上礦脈尾部樹型分叉越明顯，這與剪切帶型脈狀礦體的尾端雁列分叉明顯不同，反映流體致裂是控制礦脈尾部分叉消失的主要構(gòu)造機(jī)制;在縱剖面上，單條礦脈整體形貌呈扇形，即呈上長下短、上薄下厚的形貌特征，此與剪切帶型脈狀礦體呈對稱的長橢圓形，即中厚邊薄、一長一短的形貌特征明顯不同，也同樣反映流體致裂在珊瑚鎢錫脈狀礦床形成中占有很重要的地位;在同一平面上，礦體出現(xiàn)很多規(guī)模大小近于一致的平行復(fù)脈，并往深部收斂，這與剪切帶型脈狀礦體平行復(fù)脈少、礦脈平行雁列排布的樣式不同，也同樣說明礦脈中存在明顯的礦液分壓致裂的特征;在單條礦脈中，珊瑚鎢錫脈狀礦床中礦脈韻律條帶很不發(fā)育，明顯比剪切帶型脈狀礦體中韻律條帶少，同樣的礦脈厚度，剪切帶型脈狀礦體中韻律條帶可達(dá)幾百條，而巖漿巖型脈狀礦體中韻律條帶只有幾至幾十條，這很可能與巖漿巖型礦脈在形成過程中流體壓力高、礦脈擴(kuò)展速率大、礦脈形成時(shí)間短有關(guān)。此外，礦脈中常見有“漂浮狀”的圍巖角礫，角礫有兩種:一種具定向性，呈長扁透鏡狀，外緣呈弧形，塊體相對較大，為石英－硫化物包繞，角礫長軸方向與礦脈走向大致平行;另一種是具有可拼性，角礫棱角分明，塊體較小，為石英－硫化物膠結(jié)，此類現(xiàn)象亦與流體致裂作用有關(guān)。

3 構(gòu)造致裂特征

剪切帶型脈狀礦體受韌性或脆－韌性剪切帶控制[12]，礦脈在空間上呈平行雁列脈組，單條礦脈呈透鏡狀或二維板狀，礦脈中部最厚，往周緣逐漸尖滅。常發(fā)育平行剪切帶邊界的“D”型雁列脈組或與剪切帶邊界呈近45°交角的“R”型雁列脈組。礦脈一般通過橋構(gòu)造連通，礦脈的擴(kuò)展與剪切動(dòng)力作用有關(guān)，礦脈內(nèi)韻律條帶與構(gòu)造脈動(dòng)頻率有關(guān)。礦脈擴(kuò)展速率小，可控制程度高，礦脈結(jié)構(gòu)、構(gòu)式簡單[3]。

3.1 礦脈平、剖面雁列特征

在平面上，珊瑚鎢錫礦床礦脈(組)呈左行雁列排布，走向?yàn)楸睎|15° ～40°，由北東向→南西向，脈組依次為Ⅲ→Ⅱ→Ⅵ，礦脈帶延伸方向穩(wěn)定，不因雁行褶皺或巖層產(chǎn)狀而變化;在剖面上，礦脈群亦呈脈組型式，脈組總厚度呈透鏡狀，并呈后行側(cè)幕排列(圖3)。脈組向南西側(cè)伏，側(cè)伏角近10°，由上往下依次為Ⅲ→Ⅱ→Ⅵ，Ⅲ號(hào)脈組產(chǎn)狀比Ⅱ脈組稍陡，向下逐漸收斂趨于合并(圖2)。

圖3 珊瑚鎢錫石英脈組等厚線及空間分布[10]Fig.3 Thickness contour and spatial distribution of vein groups in Shanhu tungsten-tin quartz vein

3.2 構(gòu)造致裂的主要特征

構(gòu)造致裂是剪切帶型脈狀礦床的主要成因機(jī)制，礦脈構(gòu)式符合剪切帶中脈體形成的基本規(guī)律，除了上面提到的礦脈群在平、剖面上具有常見的雁列特征外，單條礦脈尚具有如下特征。

(1)側(cè)羽分支:由于剪切帶中形成的礦脈一般為剪張脈，即礦脈在形成過程中主應(yīng)力與礦脈主平面總具有一定的銳夾角，這導(dǎo)致礦脈在擴(kuò)展過程中，在其主平面兩側(cè)或一側(cè)形成羽狀分支脈，分支脈與主脈呈銳角相交，其銳角指向本盤運(yùn)動(dòng)的方向[13]。珊瑚鎢錫礦床大(薄)脈帶中常見側(cè)羽分支(圖4a)，表明深部礦脈具有明顯的剪裂特征。

(2)尾端雁列分叉:尾端雁列分叉是剪切帶型脈狀礦床中礦脈尾端消失的典型構(gòu)型，明顯區(qū)別于巖漿巖型脈狀礦床中礦脈尾端樹型分叉的典型構(gòu)型。在珊瑚鎢錫礦床深部大(薄)脈帶中，經(jīng)常見到礦脈臨近尾端會(huì)出現(xiàn)礦脈整體變細(xì)，并通過雁列分叉消失(圖4b)，同樣表明礦脈具有明顯的剪裂特征。

(3)韻律條帶:韻律條帶在剪切帶型脈狀礦床十分發(fā)育，是礦脈周期性脈動(dòng)的構(gòu)造標(biāo)志。在珊瑚鎢錫礦床深部大(薄)脈帶中，雖礦脈中有時(shí)見有韻律條帶，但韻律條帶稀、粗(圖4c)，表明礦脈在剪切擴(kuò)展過程中，單位時(shí)間內(nèi)礦液增量很大，指示此階段深部流體庫承壓很大，符合巖漿熱液成礦特征。

(4)中石構(gòu)造:中石構(gòu)造是指礦脈中存在被包裹的圍巖角礫，有兩種類型:一種為礦脈內(nèi)高壓流體致裂圍巖，角礫具可拼性;另一種為礦脈在剪切擴(kuò)展中，在礦脈疊接帶內(nèi)或分支復(fù)合處形成包裹的圍巖角礫。前者常見于巖漿巖型脈狀礦體中，后者常見于剪切帶脈狀礦體中。珊瑚鎢錫礦床深部大(薄)脈帶中常見因礦脈剪切擴(kuò)展而包裹的圍巖角礫(圖4d)，說明深部大脈存在明顯的剪裂作用。

4 礦脈分布的分形特征

應(yīng)用分形幾何理論對珊瑚鎢錫礦床4 個(gè)中段礦脈分布的分維值進(jìn)行了計(jì)算，在標(biāo)定尺度范圍內(nèi)，珊瑚鎢錫礦床4 個(gè)中段礦脈分布具有很好的自相似性，決定系數(shù)R2均大于0.998(圖5)，具有良好的分形特征。4 個(gè)中段礦脈分布的分維值介于1.34 ～1.42，平均值D =1.39，且隨著深度的增加，分維值逐漸減小。

圖4 珊瑚鎢錫礦床深部大脈的構(gòu)式特征Fig.4 Big deep vein structure in tungsten-tin deposit of Shanhu (typical photos)

圖5 珊瑚鎢錫礦床礦脈分布分維值線性擬合Fig.5 Linear fitting of vein distribution fractal dimension in Shanhu tungsten-tin deposit

孔凡臣等[14]對我國不同地區(qū)的斷裂系分形特征進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，認(rèn)為斷裂構(gòu)造與分維值D的大小之間具有密切的聯(lián)系。分維值D 越小，說明斷裂構(gòu)造的展布結(jié)構(gòu)越簡單，活動(dòng)性越弱，其發(fā)育趨向成熟和衰亡，連通性和連續(xù)性也逐漸增強(qiáng)。珊瑚鎢錫礦脈在垂向自上而下從線脈帶到大脈帶，礦脈分布的分維D 值隨深度增加而變小，說明其裂隙的展布結(jié)構(gòu)趨于簡單，活動(dòng)性減弱，礦脈的連通性逐漸增強(qiáng)。

珊瑚礦床裂隙的分維值(1.39)與整個(gè)華南的裂隙體系[15](整個(gè)華南地區(qū)的分維值為1.35)相當(dāng)。周盡[16]認(rèn)為斷層系的分維與其形成的力學(xué)環(huán)境具有密切的關(guān)系，剪切斷層系具有較小的分維值(1.1 ～1.3)，而張性環(huán)境中形成的斷層系則具有較高的分維值(1.5 ～1.6)。珊瑚鎢錫礦床礦脈的分維值兼具剪性與張性環(huán)境的斷層體系，表明礦床的成礦裂隙既具有流體型破裂的特征又具有構(gòu)造型破裂的特征，介于流體型破裂與構(gòu)造型破裂間。

5 成因機(jī)制探討

5.1 早期剪切作用階段

前已述及，珊瑚鎢錫礦床雖然具有一些“五層樓模式”礦床的樹型分叉結(jié)構(gòu)，但其在平面與橫剖面上卻具有明顯的雁列排布特征，而且深部大脈帶單脈皆具有羽裂與雁列特征(圖4)。依據(jù)此特征，筆者認(rèn)為珊瑚鎢錫礦床形成早期因受基底斷裂的復(fù)活影響，在蓋層泥盆紀(jì)地層中形成了初始破裂系。由于圍壓較大，早期破裂系受脆－韌性剪切帶控制，其在平剖面上具有雁列排布規(guī)律(圖1～圖3)，而在橫剖面上，雁列礦脈群皆向下收斂，越往東礦脈位態(tài)越高(圖2、圖3)，呈半花狀結(jié)構(gòu)，這表明控制早期初始破裂系的非共軸剪切應(yīng)力在橫剖面上具有明顯的逆沖分量。結(jié)合礦脈在平剖面上的雁列排布規(guī)律及剪切帶內(nèi)雁列褶皺的排布特征，認(rèn)為控制珊瑚脈狀礦床的剪切帶為左行逆－平移脆－韌性剪切帶，其控制已知礦床的破裂系應(yīng)為正花狀破裂系的一半(圖6)。

當(dāng)基底斷裂持續(xù)活動(dòng)時(shí)，脆－韌性剪切帶在脆性域經(jīng)遞進(jìn)變形而形成邊界斷裂(F1、F3)。所以，F(xiàn)1、F3與北西向斷裂組成的格子狀斷裂應(yīng)晚于早期深部雁列狀破裂的形成，即珊瑚礦區(qū)格子狀斷裂系為成礦后斷裂，其中，北東向斷裂對礦床形成空間起限制作用，而北西斷裂對礦床脈組主要起破壞作用。

5.2 晚期流體致裂作用階段

當(dāng)大規(guī)模的成礦流體沿著下部的花狀構(gòu)造初始破裂系繼續(xù)上涌時(shí)，破裂體系中流體壓力劇增，巖石就會(huì)產(chǎn)生流體致裂[11]，此時(shí)礦脈擴(kuò)展將由構(gòu)造致裂為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w致裂為主。由于愈往上部，圍壓愈小，流體壓力與圍壓差也愈大，此時(shí)高壓流體會(huì)在早期破裂前鋒同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)致裂中心并向上擴(kuò)展，導(dǎo)致礦脈逐級(jí)分叉，形成樹型結(jié)構(gòu)。愈往上分叉愈多，最上礦脈的寬度僅達(dá)毫米級(jí)。一般分枝礦脈的總厚度等于分枝處未分枝礦脈的厚度(圖6)。這表明在珊瑚礦床形成的晚期，當(dāng)深部承壓流體持續(xù)注入時(shí)，破裂系的剪切擴(kuò)容不足以降低注入流體的壓力增量，此時(shí)就會(huì)在花狀破裂系的前鋒產(chǎn)生流體致裂。

圖6 珊瑚鎢錫礦床構(gòu)造成礦模式Fig.6 Structural metallogenic model of tungsten-tin deposit in Shanhu

6 結(jié) 論

(1)根據(jù)珊瑚鎢錫礦床礦脈的平剖面特征、構(gòu)式特征及礦脈分布的分形特征，表明礦床的成礦裂隙既具有流體型破裂的特征又具有構(gòu)造型破裂的特征。綜合其特征可知，珊瑚鎢錫礦床既具有巖漿型脈狀礦床的“五層樓模式”特征，又具有剪切帶型脈狀礦床的雁行排列等特征，其成礦構(gòu)造特征屬于巖漿型與剪切帶型脈狀礦床的過渡類型。

(2)珊瑚鎢錫礦床初始破裂受北東向左旋逆－平移脆－韌性剪切作用控制，基底斷裂的走滑剪切作用使上覆圍巖產(chǎn)生高角度的初始破裂系，其特征表現(xiàn)為在剖面上呈正花狀構(gòu)造破裂體制，具斜向逆沖性質(zhì)。在地震泵吸作用下，巖體脈動(dòng)侵位，在礦床的下部形成了大脈帶，礦脈(組)呈雁行排列;成礦后期，成礦流體大量分異，在礦床的上部礦脈擴(kuò)展以流體致裂作用為主，流體與圍巖的壓力差形成了薄(細(xì))脈帶，礦脈呈樹型分叉。

(3)通過對珊瑚鎢錫礦床的構(gòu)造成因分析，認(rèn)為控制珊瑚鎢錫礦床的破裂體系具有正花狀破裂系的特征，其發(fā)育于應(yīng)變強(qiáng)化部位，是礦床成礦裂隙的初始裂隙，也是控制流體運(yùn)移的主要構(gòu)造形式和通道。目前工程控制已知鎢錫礦脈的破裂系為正花狀破裂系的一半，根據(jù)正花狀破裂系的結(jié)構(gòu)，在剖面上以主干斷裂為中心呈對稱或偏對稱分布，向上散開為多支次級(jí)裂隙，因此認(rèn)為珊瑚鎢錫礦床的東南側(cè)，即F1斷裂東南側(cè)，存在正花狀破裂系的另一半。

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