山西呂梁山北段中生代構(gòu)造特征及對(duì)成礦的制約

孫思磊， 張兆琪

(山西省地質(zhì)調(diào)查院，太原 030006)

0 引言

調(diào)查區(qū)位于山西省西北部，西北側(cè)分別與內(nèi)蒙古自治區(qū)和陜西省接壤。1949年以來(lái)調(diào)查區(qū)在地質(zhì)、礦產(chǎn)、物化探等方面已經(jīng)取得了一系列的成果[1-4]。近年來(lái)開(kāi)展的1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)、專題研究以及近期發(fā)表的有關(guān)文獻(xiàn)資料[5-13]從不同側(cè)面提高了區(qū)域地質(zhì)研究程度。但調(diào)查區(qū)內(nèi)工作程度不平衡，總體上南部較北部研究程度高。為了加強(qiáng)地質(zhì)找礦工作，本文將對(duì)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的幾條大型構(gòu)造帶中斷裂、褶皺等構(gòu)造的性質(zhì)、時(shí)代、序次、空間配置、區(qū)域分布等展開(kāi)討論，并進(jìn)一步探討大型構(gòu)造帶對(duì)區(qū)域成礦作用的影響。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)地層較為齊全，構(gòu)造較為復(fù)雜，巖漿巖較為發(fā)育(圖1)。

前寒武系主要為古元古代集寧巖群，為一套經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用和深層次構(gòu)造變形改造、具典型孔茲巖系巖石組合特征的變質(zhì)表殼巖[5-9]。古生代地層出露較為廣泛。中生代地層為一套陸相碎屑巖、泥質(zhì)巖建造，其中，新發(fā)現(xiàn)的張家口組主要由一套酸性火山碎屑巖及熔巖組成。

調(diào)查區(qū)構(gòu)造演化可以劃分為早前寒武紀(jì)、古生代、中生代和新生代4大構(gòu)造演化階段。其中，早前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造以中—深層次構(gòu)造變形為主，各種地質(zhì)體均受到強(qiáng)烈改造； 古生代是區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)平靜的階段，總體上以縱向構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為主； 中生代印支期—燕山期構(gòu)造活動(dòng)較為頻繁，形成不同方向的大型構(gòu)造帶； 新生代總體上以垂向運(yùn)動(dòng)為主，形成了山間斷陷盆地和拗陷盆地。

調(diào)查區(qū)巖漿巖較為發(fā)育，以古元古代的變質(zhì)深成巖類為主，其次為中生代侵入巖類。古元古代變質(zhì)深成巖巖石類型復(fù)雜，以各種變質(zhì)花崗巖類為主。中元古代以發(fā)育NW向的基性輝綠巖墻[14-15]為主。中生代侵入巖主要為一些規(guī)模較小的巖株?duì)钪兴嵝郧秩霂r，其侵入時(shí)代為中三疊世—早白堊世，總體呈NE向展布。中生代火山活動(dòng)僅有早白堊世酸性火山噴發(fā)活動(dòng)。新生代新近紀(jì)火山活動(dòng)為基性火山噴發(fā)活動(dòng)。

1.新生界； 2.白堊系； 3.三疊系； 4.中—上二疊統(tǒng)； 5.石炭系—下二疊統(tǒng)； 6.奧陶系； 7.寒武系； 8.古元古代集寧巖群黃土窯巖組； 9.早白堊世霏細(xì)斑巖； 10.早白堊世花崗閃長(zhǎng)斑巖； 11.晚侏羅世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖； 12.晚侏羅世花崗斑巖； 13.中三疊世角閃二長(zhǎng)斑巖； 14.變斑狀石榴二長(zhǎng)花崗巖； 15.變石榴白崗巖； 16.胡彩溝片麻巖； 17.火山口； 18.巖層產(chǎn)狀； 19.背斜； 20.向斜； 21.撓褶； 22.逆斷層； 23.正斷層； 24.礦化集中區(qū)； 25.多金屬成礦帶

圖1 1∶25萬(wàn)偏關(guān)縣幅地質(zhì)略圖

Fig.1Geologicalsketchof1∶250000PianguanCountry

2 中生代構(gòu)造特征

調(diào)查區(qū)基本構(gòu)造輪廓主要受中—新生代構(gòu)造控制。中生代燕山期板內(nèi)造山活躍，造山后大面積隆起很強(qiáng)烈，造成調(diào)查區(qū)內(nèi)地層出露南北分化，向南、向西地層逐漸變新。隆起還引起地層多個(gè)方向褶皺和撓褶[16-17]，甚至斷裂。撓褶構(gòu)造是由于地體的差異抬升而形成的表層構(gòu)造，往往是基底巖系受某種因素的作用而隆升，地體隆升后邊部失去側(cè)向支撐，受重力作用而出現(xiàn)滑覆，引起產(chǎn)狀變化，結(jié)果造成蓋層產(chǎn)狀無(wú)論橫向上還是縱向上都是由緩變陡、再由陡變緩這樣一個(gè)規(guī)律變化。巖層相對(duì)滑動(dòng)和變位、拉薄和缺失、褶皺和斷裂，對(duì)于帶內(nèi)巖層來(lái)說(shuō)既是一個(gè)擠壓剪切的過(guò)程，又是一個(gè)減薄拉伸的過(guò)程。隆升地體對(duì)側(cè)向有擠壓力，上升過(guò)程中又受到地層拽曳，但對(duì)于應(yīng)力場(chǎng)而言還是擠壓應(yīng)力場(chǎng)。撓褶構(gòu)造易被風(fēng)化剝蝕，剝蝕后殘留下一定規(guī)模的地層擠壓直立和倒轉(zhuǎn)帶。新生代喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)以繼承性斷裂活動(dòng)和地殼間歇性抬升為主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)形式，形成了調(diào)查區(qū)內(nèi)盆嶺相間的格局[18-22]。各構(gòu)造帶分述如下。

2.1 清水河構(gòu)造帶

清水河構(gòu)造帶構(gòu)造形態(tài)為一個(gè)大型撓褶構(gòu)造(Z3)。北起內(nèi)蒙古自治區(qū)賀家灣，經(jīng)清水河縣城、窯溝、上狼嘴、山跳峁，自塔兒梁過(guò)黃河至井子溝，全長(zhǎng)55 km，寬1～2 km。主要包括井子溝—賀家山撓褶(Z3)、上狼嘴逆沖斷層(F1)、路陽(yáng)坡逆沖斷層和小六犋牛正斷層等。

清水河構(gòu)造帶為撓褶構(gòu)造(圖2左)，三山子組白云巖由水平地層突然變得很陡。地層產(chǎn)狀由305°∠8°突變?yōu)?12°∠35°、310°∠55°，涉及地層有三山子組、太原組和山西組，山西組產(chǎn)狀逐漸正常。由此向東，未能找到它相應(yīng)的東翼構(gòu)造。陡傾斜地層寬約400 m，說(shuō)明構(gòu)造帶寬400 m。節(jié)理產(chǎn)狀128°∠76°，此處最易沿節(jié)理面滑動(dòng)而形成斷層。清水河縣城西是該構(gòu)造帶的末端，溝壁上可以看到完整的撓褶構(gòu)造(圖2右)，該構(gòu)造帶寬約100 m。地層排列從右向左逐漸變新，發(fā)生撓褶地層巖性為張夏組鮞?；?guī)r。該處可以觀察到地層產(chǎn)狀由水平變?yōu)槎竷A、直立、倒轉(zhuǎn)甚至折疊，其右側(cè)饅頭組傾覆于地下，其左側(cè)崮山組礫屑灰?guī)r產(chǎn)狀傾角小于10°。東側(cè)饅頭組之下為變質(zhì)巖，由于變質(zhì)巖的隆升，西側(cè)地形低，張夏組鮞?；?guī)r向西滑，形成撓褶構(gòu)造。

圖2 清水河構(gòu)造帶中撓褶構(gòu)造(鏡頭方位均朝北)

2.2 榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶

榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶位于黃河北岸榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣一帶，主要由榆樹(shù)灣撓褶(Z18)和榆樹(shù)灣逆斷層(F13)組成。區(qū)域上總體NW走向，寬約3 km，長(zhǎng)31 km。該構(gòu)造帶在衛(wèi)片上特征明顯，地層線性化呈帶狀分布，地層直立帶和陡傾帶都十分清楚，朝NW方向一直延伸出調(diào)查區(qū)外。

構(gòu)造帶地層產(chǎn)狀變化較大，主體是一個(gè)大型撓褶構(gòu)造。從北東向南西產(chǎn)狀遵循由緩變陡、再變緩的變化規(guī)律，中間地段產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)。撓褶構(gòu)造面向SW，寬2 300 m，落差650 m。在西北端徐家塔，該撓褶構(gòu)造帶中孫家溝組巖層產(chǎn)狀較陡，傾角60°～84°，劉家溝組巖層逐漸變緩，變成正常傾角20°～10°(圖3(a))。在韓家梁，撓褶構(gòu)造帶中涉及地層有馬家溝組、太原組、山西組和石盒子組，中心部位地層為太原組和山西組，山西組地層直立(傾角87°)、倒轉(zhuǎn)，甚至斷裂(圖3(b))。F13斷裂帶寬約10 m，不同時(shí)代地層相接觸，地貌沿走向?yàn)橐幌盗械屯莅安控?fù)地形。北東盤(pán)主要為馬家溝組、太原組和山西組，南西盤(pán)為石盒子組。斷面傾向SW，傾角70°以上，最陡處為馬家溝組—?jiǎng)⒓覝辖M，山西組地層直立、倒轉(zhuǎn)，甚至斷裂，地層傾角65°～85°。其中煤層被擠壓得很薄(圖3(c))。該構(gòu)造帶是因?yàn)楸睎|盤(pán)地層隆升，才使得地層直立、倒轉(zhuǎn)，甚至斷裂。引用撓褶構(gòu)造就是為了解釋構(gòu)造帶內(nèi)地層產(chǎn)狀變化規(guī)律，地層的急劇變新起到一般正斷層的效應(yīng)。從中可以看出，把地層這種規(guī)律性的變化現(xiàn)象稱為撓褶是有道理的，斷裂只是在局部存在，不能用斷裂代表全貌。

(a) 徐家塔北榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶特征

(b) 韓家梁西榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶特征

(c) 榆樹(shù)灣西北榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶特征

O2-3m.馬家溝組； C2t.太原組； P1s.山西組； P2-3s.石盒子組； P3s.孫家溝組； T1l.劉家溝組

圖3 榆樹(shù)灣—陽(yáng)灣構(gòu)造帶特征

Fig.3FeaturesofYushuwan-Yangwantectonicbelt

2.3 朔州盆地西緣構(gòu)造帶

朔州盆地西緣構(gòu)造帶位于朔州市以西盆地邊緣，大體呈“S”形，近SN向展布，長(zhǎng)約60 km，寬1～3 km。北段表現(xiàn)為地層褶斷，中段以地層撓褶(Z9)為主，南段則是在撓褶基礎(chǔ)上形成的一系列斷層。

北段在白家窯西側(cè)山梁上，馬家溝組灰?guī)r地層產(chǎn)狀平緩，向東急劇變陡，褶皺最強(qiáng)烈的地方出現(xiàn)“Z”形小褶皺，其中打英溝正斷層(F17)規(guī)模較大，產(chǎn)狀56°～72°∠40°～45°，由西向東地層由老變新，產(chǎn)狀逐漸變陡，從白家窯向北構(gòu)造帶走向變?yōu)镹NW向(圖4(a))。

中段在李家窯溝內(nèi)，地層產(chǎn)狀變化劇烈，在小北岔溝村三山子組中白云巖再次發(fā)生撓褶，造成地層產(chǎn)狀變化劇烈，巖層彎曲變薄。王解莊山前構(gòu)造非常明顯，山梁上馬家溝組灰?guī)r產(chǎn)狀平緩，進(jìn)入構(gòu)造帶中產(chǎn)狀逐漸變陡，向東又逐漸變緩。在大水口馬家溝組灰?guī)r產(chǎn)狀由平緩急劇扭曲成“Z”形小褶皺，有的地層產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一些傾向多變的小斷裂面(圖4(b))。

例如我們?cè)凇把鯕獾膶?shí)驗(yàn)室制取”實(shí)驗(yàn)中，為學(xué)生根據(jù)具體的化學(xué)知識(shí)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)可行性分析，沒(méi)有直接教授學(xué)生“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取”方法，而是組織學(xué)生進(jìn)行集體討論，我作為討論的參與者幫助學(xué)生自主研究實(shí)驗(yàn)方法。之后我為學(xué)生介紹了安全注意事項(xiàng)，組織學(xué)生利用自主探究的方式，完成“氧氣的實(shí)驗(yàn)室制取”實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們通過(guò)自主探究，利用高錳酸鉀制氧、過(guò)氧化氫制氧、氯酸鉀制氧等多種方法，有效地完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，使學(xué)生在自主探究的過(guò)程中，有效發(fā)展了探究意識(shí)與創(chuàng)新思維。

(a) 朔州盆地西部邊緣構(gòu)造帶北段

(b) 朔州盆地西部邊緣構(gòu)造帶中段

南段斷層以磨天嶺逆斷層規(guī)模最大(F39)，區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)約10 km，斷層走向30°左右，斷面產(chǎn)狀傾向SE，傾角20°～30°。兩盤(pán)巖層及其產(chǎn)狀不一。西盤(pán)為太原組、山西組及馬家溝組五段，東盤(pán)為馬家溝組五段，斷層面附近巖層產(chǎn)狀較陡?；?guī)r破碎，地層發(fā)生撓褶。

2.4 朔州盆地南緣構(gòu)造帶

朔州盆地南緣構(gòu)造帶地處朔州盆地南部邊緣賈家窯—石碣峪一帶，構(gòu)成了盆地與基巖山區(qū)的過(guò)渡地帶，NE向延伸，長(zhǎng)約18 km，寬約5 km。主要以垂直升降運(yùn)動(dòng)為主，形成逆沖斷層和拗陷盆地。該構(gòu)造帶主要由上石碣峪撓褶(Z11)、前石湖NE向斷層(F41)、郝家溝斷層、扒齒溝推覆斷層、賈家窯正斷層(F50)及前石湖NW向斷層組成。

構(gòu)造帶底部為饅頭組，頂部為石盒子組。隆起造成帶內(nèi)地層陡傾、直立、倒轉(zhuǎn)，甚至折疊。構(gòu)造帶的北部以盆地邊緣為界，南部以一個(gè)分劃性構(gòu)造——正斷層為界。該正斷層上盤(pán)為冶里組，下盤(pán)為饅頭組。斷裂面產(chǎn)狀為140°～120°∠75°。破裂帶寬為20 cm，斷距約500 m。擦痕發(fā)育，產(chǎn)狀為321°∠68°(圖5中F1)。正是由于該分化性構(gòu)造面的存在，使得隆起只在北側(cè)形成撓褶，南側(cè)基本正常。構(gòu)造帶北部還有一個(gè)逆沖斷層，將馬家溝組灰?guī)r逆沖在太原組泥巖之上，造成馬家溝組和太原組重復(fù)出現(xiàn)。該斷層面向北西傾斜，傾角65°，斷距約180 m(圖5中F2)。

圖5 朔州盆地南緣賈家窯—石碣峪構(gòu)造帶

Fig.5Jiajiagou-ShijieyutectonicbeltinthesouthernmarginofShuozhoubasin

3 構(gòu)造與成礦關(guān)系

野外實(shí)地調(diào)查和室內(nèi)研究顯示，中生代是調(diào)查區(qū)重要的多金屬成礦期。

3.1 礦化信息

調(diào)查區(qū)礦化信息較多，從南到北分為4個(gè)區(qū)，沿NE走向分布(圖1)，大體具有等距性。

1號(hào)區(qū)呈脈狀及枝狀成群出露地表20余處，主要巖性為斑狀含石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖、二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖和花崗斑巖等。矽卡巖型金、銀礦點(diǎn)，并伴有鐵、銅礦產(chǎn)出。該類型礦產(chǎn)出露于大馬軍營(yíng)—磨石山一帶，在該處約2 km2范圍內(nèi)分布有鐵、銅、金、銀礦點(diǎn)及礦化點(diǎn)8個(gè)。對(duì)斑狀石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗斑巖，分別采用單顆粒鋯石激光燒蝕法進(jìn)行測(cè)年，測(cè)年結(jié)果分別為(150.31±0.6) Ma和(149.26±0.87) Ma，屬于晚侏羅世。

3號(hào)區(qū)距2號(hào)區(qū)約20 km，山包上有一灰白色花崗閃長(zhǎng)斑巖巖株。由于被風(fēng)力發(fā)電設(shè)施占據(jù)，無(wú)法開(kāi)展工作。

4號(hào)區(qū)距3號(hào)區(qū)約30 km，位于滴水沿一帶。主要呈巖株?duì)町a(chǎn)出，2個(gè)巖株出露面積為2.12 km2。巖性主要為角閃二長(zhǎng)斑巖，受其影響，圍巖有輕微的熱接觸變質(zhì)，接觸帶處圍巖層理產(chǎn)狀較陡且較破碎，可見(jiàn)呈透鏡狀產(chǎn)出的赤鐵礦層和弱的褐鐵礦化。測(cè)年結(jié)果為(234.81±0.97) Ma，屬于中三疊世。

3.2 構(gòu)造控礦

調(diào)查區(qū)經(jīng)歷了多期變形作用，各種構(gòu)造十分發(fā)育，并伴隨著復(fù)雜的成礦過(guò)程。在成礦過(guò)程中，構(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)不同類型的礦產(chǎn)及其礦體、礦床或礦化的形成與分布起著重要的控制作用，是主要的控礦因素。

NE向規(guī)模較大的區(qū)域性斷裂帶是主要的導(dǎo)礦構(gòu)造。與成礦有關(guān)的巖漿巖空間上受控于NE向隱伏斷裂。一些規(guī)模較小的次一級(jí)構(gòu)造，則是巖漿熱液型礦床的主要容礦和儲(chǔ)礦構(gòu)造。

圖6是下水頭發(fā)現(xiàn)的小型撓褶構(gòu)造(Z6)，走向NW向，寬不到800 m，長(zhǎng)約2 km。在核部有灰白色花崗閃長(zhǎng)斑巖侵入，說(shuō)明小型撓褶構(gòu)造提供的空間被巖漿巖利用，為成礦熱液提供了庇護(hù)場(chǎng)所。

圖6 下水頭撓褶構(gòu)造(Z6)

大馬軍營(yíng)鐵、銅、金、銀礦點(diǎn)，礦體賦存于二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖體與崮山組、張夏組灰?guī)r的接觸帶上，為矽卡巖型鐵銅金礦體。

下水頭多金屬礦點(diǎn)是在挖掘鐵路燧道時(shí)發(fā)現(xiàn)的。礦點(diǎn)產(chǎn)于中生代斑狀二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中，巖石中可見(jiàn)明顯的黃鐵礦化、黃銅礦化和錳礦化等。巖體本身就是礦體。礦化呈浸染狀、細(xì)脈狀，礦化具有明顯的不均一性。下石窯村北西溝中巖體具褐鐵礦化蝕變，礦化蝕變帶產(chǎn)于構(gòu)造裂縫中。

區(qū)內(nèi)礦化大多在斷裂發(fā)育區(qū)、帶內(nèi)或次級(jí)斷裂中產(chǎn)出，錳、金、銀礦化均賦存于斷裂、裂隙中，反映了斷裂對(duì)礦化的空間分布起控制作用?？臻g上受控于NE向隱伏斷裂，呈NE向帶狀有規(guī)律集中分布，形成了1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)礦化集中區(qū)，表明了燕山期金、銀及多金屬成礦的共生關(guān)系，它們均屬同一成礦系列，因各地的地球化學(xué)特征不同及受不同成礦溫度控制，或因脈沖形成不同成礦溫度礦化的疊加而產(chǎn)生成礦差異。

從NE向斷續(xù)分布的巖株和巖脈判斷，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)礦化集中區(qū)所構(gòu)成的多金屬成礦帶是一個(gè)大型構(gòu)造帶。這樣類似的例子山西其他地方也有，如西安里大型鐵礦，地表也是未見(jiàn)明顯斷層，但巖脈呈NNE向斷續(xù)分布[9]，實(shí)際是隱伏的NNE向大型構(gòu)造帶。

4 結(jié)論

(1)區(qū)內(nèi)大型構(gòu)造帶均是在地殼強(qiáng)烈隆升形成的撓褶構(gòu)造的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，撓褶構(gòu)造反映地層產(chǎn)狀從平緩到陡傾、直立、倒轉(zhuǎn)，甚至折疊，最后又逐步變緩。尤其是后期斷層的加入，使構(gòu)造帶內(nèi)地層產(chǎn)狀變化更加突顯。撓褶構(gòu)造提供的空間被巖漿巖利用，就會(huì)成為容礦和儲(chǔ)礦構(gòu)造。

(2)把這些中生代巖漿巖及礦(化)點(diǎn)展示在地質(zhì)圖上，明顯看到其NE向等距離分布，表明存在一條NE向展布的隱伏構(gòu)造。單顆粒鋯石激光燒蝕法測(cè)年結(jié)果顯示，主成礦期在(127.19±0.36)～(234.81±0.97) Ma之間，即中生代為該區(qū)重要的多金屬成礦期。其成礦作用和中生代巖漿活動(dòng)有關(guān)。