重慶市城口縣錳礦整裝勘查區(qū)構造組合特征及控礦模式*

寧墨奐 陳 龍 李 建 韋 軼 田 孟

(1.重慶市地質(zhì)調(diào)查院;2.重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局205地質(zhì)隊)

錳礦作為國家重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的地位。重慶市城口錳礦床屬沉積型礦床，位于國內(nèi)著名的陜、川、渝交界的城巴磷錳礦帶上。近年來，大量學者分別在錳礦沉積環(huán)境[1-3]、成礦物質(zhì)來源[4]、礦床地質(zhì)特征[5-9]、礦物特征[1,10]等方面開展了研究工作，并取得大量研究成果。2013年，城口錳礦被列入全國第三批整裝勘查區(qū)，先后設置了高燕、大渡溪和修齊礦區(qū)深部普查項目。自2015年開展錳礦整裝勘查工作以來，雖然取得了較大的找礦突破，但是由于其處于大巴山逆沖推覆帶與揚子陸塊結合帶，區(qū)內(nèi)構造復雜，錳礦體受構造破壞嚴重，嚴重制約了深部鉆孔見礦效果。因此，研究整裝勘查區(qū)內(nèi)的構造特征及控礦規(guī)律對于實現(xiàn)該區(qū)錳礦找礦突破具有重要意義。本研究通過對以往的研究成果及礦區(qū)錳礦勘查成果資料進行綜合分析，結合構造剖面測量及野外路線地質(zhì)調(diào)查，對研究區(qū)的構造特征及組合樣式進行研究，并對成礦后期構造對錳礦體的控制規(guī)律進行探討。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

城口錳礦整裝勘查區(qū)(研究區(qū))位于上揚子地塊北緣、四川盆地與秦嶺造山帶的過渡帶上，其北東、南西兩側分別受控于城巴斷裂和烏坪斷裂，城巴斷裂以北為大巴山逆沖推覆構造帶，以南為大巴山前陸褶皺—沖斷帶[11-12]。南大巴山前陸褶皺—沖斷帶具有獨特的弧形構造形態(tài)，又稱為大巴山前陸弧形構造帶，該帶以烏坪斷裂為界，可進一步劃分為基底拆離帶和蓋層滑脫帶2個亞帶[11]。根據(jù)構造走向和變形樣式，在走向上可將平面上呈弧形形態(tài)展布的南大巴山前陸褶皺—沖斷帶劃分為西段、中段和東段，西段總體走向呈SN向至NNW—SSE向，中段主體呈NW—SE向，與大巴山逆沖推覆帶構造線平行，東段主體走向為近EW向。大巴山前陸褶皺—沖斷帶在傾向上以烏坪斷裂和雞鳴寺斷裂為界，可分為疊瓦斷層帶、滑脫褶皺帶和斷層—褶皺帶[12-13]，城口錳礦整裝勘查區(qū)即位于大巴山前陸褶皺—沖斷帶中段的疊瓦斷層帶內(nèi)。

圖1 研究區(qū)位置及區(qū)域地質(zhì)特征[12]

2 研究區(qū)構造組合特征

2.1 研究區(qū)主要斷裂特征

城巴斷裂為揚子陸塊與秦嶺造山帶的邊界斷裂，是北大巴山乃至整個南秦嶺推覆構造的南界斷裂和主推覆滑脫面，深達15～20 km[14-15]。城口斷裂具有3種運動方式，即逆沖、左旋走滑及右旋走滑運動，構造變形以脆韌性為主[12-13]。該斷裂呈SSW向突出的弧形構造展布，研究區(qū)內(nèi)其走向NW，修齊壩和高觀鎮(zhèn)觀音寨觀察點顯示斷層傾角為30°～90°，北東盤的南沱組砂礫巖逆沖于南西盤的寒武系泥巖、碳酸鹽巖之上[13]。

烏坪斷裂在大巴山弧形構造帶中段為疊瓦斷層帶與斷層—褶皺帶的二級分區(qū)斷裂，呈NW—SE向展布，斷層面傾角為40°～65°，上盤為震旦系—奧陶系，下盤為寒武—志留系。該斷層具備逆沖和走滑2種性質(zhì)。

坪壩—修齊斷裂北東盤為南沱組、燈影組及寒武系，南西盤主要為三疊系。該斷裂除了具備強烈的壓型構造行跡外，還具備扭應力特征，如石溪河口處斷層破碎帶中含研磨極細碎的糜棱巖存在，并且在高燕—大渡溪一帶的斷層兩側發(fā)育大量雁列式排列的近EW向走滑逆沖斷層，與修齊—坪壩斷裂呈銳角相交。修齊—坪壩斷裂也顯示為2期活動，在斷裂下盤，晚三疊世—早中侏羅世過渡沉積明顯呈角度不整合覆蓋于已發(fā)生抻斷變形的中下三疊統(tǒng)之上，而自身又被晚期坪壩斷裂的重新活動所沖斷掩覆，表明其在印支期便已形成并活動，但坪壩斷裂與城口斷裂的平行延伸表明更強烈的活動可能發(fā)生在燕山期[13]。

2.2 構造組合分區(qū)

研究區(qū)構造變形以平行于城巴斷裂展布、主體上呈北傾南倒的不對稱線狀褶皺和走滑逆(沖)斷層組合的斷褶構造為特點，其變形強度由北東向南西依次減弱，靠近城巴斷裂以斷裂為主，向南西過渡為以褶皺構造為主。斷層系統(tǒng)主要以走滑—逆(沖)斷層、逆斷層為主，褶皺構造主要是由復式背(向)斜、次級褶皺及斷層相關褶皺構成。鄰近主要斷裂的背斜構造抬升幅度高，出露地層老，完整性經(jīng)常受到破壞;遠離斷裂帶的背斜構造褶皺幅度相對減弱，形態(tài)也比較完整。根據(jù)區(qū)內(nèi)斷層性質(zhì)、斷層與褶皺的組合形式及變形程度，按照構造組合特征，將區(qū)內(nèi)劃分為右行走滑逆沖疊瓦斷層區(qū)(Ⅰ)、右行+左行走滑逆沖斷層區(qū)(Ⅱ)、褶皺—斷層區(qū)(Ⅲ)等3個構造組合區(qū)(圖2)。

圖2 研究區(qū)構造組合分區(qū)

2.2.1 右行走滑逆沖疊瓦斷層區(qū)(Ⅰ區(qū))

Ⅰ區(qū)主要由多條走滑逆沖斷層呈疊瓦狀排列組成，總體由修齊—坪壩斷裂和城巴斷裂控制，中間發(fā)育的疊瓦狀斷層均為派生斷裂，斷層沿走向延伸均未貫穿整個構造帶。逆沖斷層均為NW—SE向展布，與城巴斷裂呈小角度斜交，向NE陡傾，也發(fā)育部分向SW傾斜的反沖斷層。地表斷層面傾角多為80°左右，中深層斷面變緩，并于深層歸于城巴斷裂，構成前展式構造組合。城巴斷裂及修齊—坪壩斷裂均具有右行走滑性質(zhì)，構造帶內(nèi)的派生次級逆沖斷層具備右行走滑特征，總體上推覆擠壓作用強于走滑作用，據(jù)此表明該構造帶是強推覆中走滑作用的結果。研究區(qū)內(nèi)早期發(fā)育的褶皺總體上為復式背(向)斜，在后期推覆擠壓中兩翼被逆沖斷層破壞，完整性較差，已無法恢復其原始形態(tài)，但其核部保存相對完整。區(qū)內(nèi)主要褶皺樞紐走向約310°，與城巴斷裂走向大致平行，平面上樞紐呈彎曲狀。靠近修齊—坪壩斷裂，城口—修齊復式向斜核部相對保存完整，兩翼被斷層破壞并產(chǎn)生斷層相關褶皺。露頭上次級褶皺形態(tài)多樣，有尖棱褶皺、緊閉褶皺、連續(xù)不對稱褶皺。研究區(qū)內(nèi)次級褶皺表現(xiàn)出明顯的疊加變形特征，如修齊礦區(qū)內(nèi)所見的翻卷褶皺(圖3(a))，其早期應為緊閉平臥褶皺，在后期NW—SE向擠壓過程中，發(fā)生重褶變形，前期褶皺軸面發(fā)生彎曲，指示區(qū)內(nèi)發(fā)生了2次擠壓運動。修齊礦區(qū)發(fā)育有橫跨疊加褶皺(圖3(b))，顯示早期形成的樞紐走向為NW向，經(jīng)后期走滑運動發(fā)生軸面彎曲，樞紐走向轉變?yōu)镾SE向，該疊加褶皺也反應了擠壓和走滑2種構造運動。

圖3 次級褶皺特征

2.2.2 右行+左行走滑逆沖斷層區(qū)(Ⅱ區(qū))

該構造組合亞帶分布于城口錳礦整裝勘查區(qū)中段的高燕—大渡溪一帶，東西分布受控于城巴斷裂和烏坪斷裂，二級分支斷裂修齊—坪壩斷裂將該帶分為大渡溪和高燕2個斷塊。Ⅱ區(qū)以發(fā)育大量走滑逆沖斷層為主要特征，斷層組合形式為右行走滑逆沖斷層+左行走滑斷層+正斷層，為強走滑—中推覆作用的結果。

大渡溪斷塊受控于城巴斷裂和坪壩—修齊斷裂，斷裂構造總體呈近EW至NEE—SWW向展布，斷層組合為右行走滑逆沖斷層+右行走滑斷層+左行走滑斷層+正斷層組合(圖4)。區(qū)內(nèi)斷層按走向可分為3組，第一組斷層走向為近EW向，與主控斷層走向交角為25°～35°，斷層以斜沖斷層為主;第二組斷層走向為NE—NNE向，與城巴斷裂大角度相交，斷層以左行走滑斷層為主，平面上切斷第一組斷層，其形成時間晚于第一組斷層;第三組斷層大致平行于城巴斷裂展布，斷層性質(zhì)多為逆沖斷層，經(jīng)后期走滑改造后具備走滑性質(zhì)。大渡溪斷塊內(nèi)主褶皺樞紐走向為NEE—SEE向，與主斷裂走向一致，其兩翼受斷層破壞嚴重，部分核部保存較完整，但無法恢復其原始形態(tài)。

圖4 大渡溪礦區(qū)構造綱要

高燕斷塊主要受控于修齊—坪壩斷裂和烏坪斷裂，斷裂構造組合與大渡溪斷塊基本相同，也是右行走滑逆沖斷層+左行走滑斷層構成的逆沖走滑斷層構造系。其構造組合與大渡溪斷塊存在一定的差異性，主要表現(xiàn)在：高燕斷塊的右行走滑逆沖斷層系走向為NW—SE向，左行走滑斷層相對較發(fā)育，左行走滑斷層走向以NE—SW向為主，局部走向為NW—SE至近SN向(圖5)。斷塊內(nèi)的右行走滑逆沖斷層與大渡溪斷塊內(nèi)的走行走滑逆沖斷層一并呈構造雁列式排列，并分布于修齊—坪壩斷裂兩側，與其呈銳角相交，銳角指示方向為修齊—坪壩斷裂對盤走滑方向，是修齊—坪壩斷裂具備走滑性質(zhì)的重要標志。高燕斷塊內(nèi)斷層期次劃分也與大渡溪斷塊基本一致。

圖5 高燕礦區(qū)構造綱要

2.2.3 褶皺—斷層區(qū)(Ⅲ區(qū))

該構造帶內(nèi)以發(fā)育復式背(向)斜為主，其次發(fā)育逆沖斷層，總體上褶皺較斷層發(fā)育?？拷鼮跗簲嗔训牡貙咏缇€在平面上呈“Z”字型彎曲，形成復式背(向)斜，呈雁列式分布于烏坪斷裂北東側，其樞紐與烏坪斷裂呈銳角相交，交角方向指示了對盤運動反向，指示烏坪斷裂發(fā)生了右行走滑運動。褶皺—斷層區(qū)受逆沖推覆作用相對較弱，走滑作用較明顯，總體上為中走滑中推覆作用區(qū)。

3 構造演化特征

研究區(qū)內(nèi)的構造演化可以劃分為3個主要階段，即：晚侏羅世—早白堊世褶皺變形階段(初期)，早白堊世—晚白堊世逆沖推覆、走滑變形階段(主變形階段)以及燕山末期—燕山期構造定型階段。

3.1 晚侏羅世—早白堊世褶皺變形期(中燕山期)

晚侏羅世時期，大陸構造演化由碰撞造山轉化為陸內(nèi)造山階段，北大巴山開始向南大巴山推覆擠壓，此時的城巴斷裂作為推覆帶前鋒的主滑脫面，進入強烈活動區(qū)，與此同時，南大巴山開始進入主構造變形期，南大巴山兩端開始發(fā)生強烈變形。研究區(qū)處于城巴斷裂中段，在推覆擠壓作用下，開始發(fā)生地層縮短的褶皺變形，這是區(qū)內(nèi)復式背(向)斜的最初形態(tài)，研究區(qū)南西邊界斷裂——烏坪斷裂在該時期開始形成。

3.2 早白堊世—晚白堊世逆沖推覆、走滑變形期

(1)逆沖推覆變形期。北大巴山大規(guī)模的逆沖推覆運動使得城巴斷裂進入強烈活動期，烏坪斷裂也在此時形成。研究區(qū)受強烈的推覆擠壓作用，變形初期形成的褶皺被強烈擠壓形成緊閉褶皺，地層強烈縮短，同時發(fā)育平行于城巴斷裂的高角度逆沖斷層，褶皺被該類逆沖斷層強烈破壞。越靠近城巴斷裂褶皺破壞越嚴重，往南西側，褶皺破壞相對較輕。

(2)走滑變形期。隨著北大巴山逆沖推覆的繼續(xù)推進，受漢南古陸和神龍架隆起阻擋，大巴山弧形構造帶形成，北大巴山逆沖推覆體以城巴斷裂的主滑脫面為界發(fā)生了走滑運動，城巴斷裂西段和中段發(fā)生了右行走滑，東段發(fā)生了左行走滑，并掩蓋了前期右行走滑痕跡。受右行走滑運動影響，逆沖推覆變形期形成的平行于城巴斷裂展布的逆沖斷層發(fā)生了走滑改造，使其具備了逆沖和走滑雙重性質(zhì)，同時在高燕—大渡溪一帶形成了一系列走滑斷層系統(tǒng)，包括斜沖斷層、左行走滑斷層和正斷層等，同時發(fā)育了褶皺樞紐與主斷層平行的復式褶皺。

3.3 隆升改造期(燕山末期—喜山期)

晚白堊世晚期，北大巴山發(fā)生了最后一次快速短期的逆沖運動，南大巴山受影響也發(fā)生了一次相對弱的逆沖運動，在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育部分反沖斷層，在高燕—大渡溪一帶發(fā)育一系列左行走滑斷層，該類斷層切斷了前期形成的右行走滑逆沖斷層。經(jīng)過此次快速短期的逆沖運動，大巴山弧形構造帶正式定型，研究區(qū)的構造形態(tài)也基本定型。

4 構造控礦規(guī)律

城口錳礦床為沉積型礦床，區(qū)內(nèi)發(fā)育的構造均為成礦后期的破礦構造，控制了礦體在空間上的形態(tài)，礦體的空間形態(tài)與構造形態(tài)基本一致。構造破礦形式主要表現(xiàn)在褶皺構造使得礦體在傾向、走向上發(fā)生同褶皺彎曲，斷層破礦形式有2種，一種是在褶皺兩翼及近核部位置縱向切斷礦體，使其沿斷層面發(fā)生位移，部分被推至地表，另一種是后期發(fā)生的走滑斷層沿走滑方向切斷礦體使其發(fā)生平移。根據(jù)南大巴山的構造演化特征，可知錳礦體同樣經(jīng)歷了4期變形，即：沉寂期、褶皺彎曲期、斷層破壞期(同時發(fā)生疊加褶皺變形)和隆升改造期(圖6)，最終形成了如今的礦體剖面形態(tài)。

圖6 城口錳礦構造破礦模式示意

(1)沉積期——加里東期。該時期的伸展構造形成泛揚子海盆，沉積了陡山沱組碳質(zhì)陸源碎屑巖、碳酸鹽巖，同時形成了錳礦層(圖6(a));同時期的城巴斷裂處于伸展階段，為錳礦體沉積的北側邊界。

(2)褶皺期——燕山中期。由于北大巴山開始發(fā)生逆沖推覆運動，南大巴山受擠壓作用，地層縮短，形成了一系列走向NW—SE向的復式背(向)斜，錳礦層隨之發(fā)生褶皺變形(圖6(b));城巴斷裂開始活動，同時烏坪斷裂開始形成。

(3)斷層破壞期——燕山晚期。北大巴山發(fā)生大規(guī)模的逆沖推覆運動，南大巴山受強烈擠壓作用，前期形成的復式背(向)斜進一步擠壓縮短形成緊閉褶皺，并同時在褶皺兩翼及核部產(chǎn)生逆沖斷層，錳礦層被斷層破壞，擠壓持續(xù)作用，區(qū)內(nèi)發(fā)生右行走滑，錳礦層同時發(fā)生平面上的右行錯動，燕山運動末期的一次快速短時逆沖推覆，在高燕—大渡溪一帶產(chǎn)生左行走滑斷層，在平面上切斷前期右行走滑逆沖斷層，錳礦層再次發(fā)生錯位(圖6(c))。

(4)隆升改造期。喜山期的新構造運動發(fā)生構造抬升、夷平、切蝕，最終形成了目前錳礦體在地表的出露特征和剖面上的基本形態(tài)(圖6(d))。

5 結 論

(1)研究區(qū)受大巴山陸內(nèi)造山運動影響，發(fā)育了逆沖斷層和走滑斷層2套斷層系統(tǒng)，逆沖斷層系統(tǒng)平行于城巴斷裂展布，后期受走滑運動影響發(fā)生改造;走滑斷層系統(tǒng)形成時間晚于逆沖斷層系統(tǒng)，其走向與城巴斷裂走向斜交。

(2)根據(jù)斷層與褶皺的組合形式，研究區(qū)可劃分為右行走滑逆沖疊瓦斷層區(qū)(Ⅰ區(qū))、左行+右行走滑逆沖斷層區(qū)(Ⅱ區(qū))和褶皺—斷層區(qū)(Ⅲ區(qū))等3個構造組合區(qū)。右行走滑逆沖疊瓦斷層區(qū)顯示強推覆中走滑作用，發(fā)育一系列受走滑作用改造的逆沖疊瓦斷層，斷層走向與城巴斷裂小角度相交，褶皺被斷層破壞嚴重，已無法恢復原始形態(tài);左行+右行走滑逆沖斷層區(qū)顯示強走滑中推覆作用，發(fā)育一套走滑斷層系統(tǒng)，主斷層為近EW向的斜沖斷層，其次發(fā)育左行走滑斷層和正斷層;褶皺—斷層區(qū)顯示中推覆中走滑作用，褶皺和斷層同等發(fā)育。

(3)研究區(qū)經(jīng)歷了3個構造演化期，分別為晚侏羅世—早白堊世褶皺變形期，早白堊世—晚白堊世逆沖推覆、走滑變形期以及燕山末期—喜山期隆升改造期。

(4)研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺和斷層均為錳礦成礦后期的破礦構造，控礦模式是褶皺使得礦體在傾向上發(fā)生彎曲，斷層使得礦體發(fā)生斷裂并在縱向和平面上發(fā)生位移。根據(jù)礦區(qū)構造演化特征，可將礦體的形態(tài)演化劃分為沉積階段、褶皺彎曲階段、斷層破壞階段和隆升改造階段。