甘肅龍首山成礦帶芨嶺地區(qū)斷裂構(gòu)造解析及變形序列

邵東，王剛，馬驪，陳云杰，王生云

（1.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 712000；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

甘肅省龍首山成礦帶是我國西北地區(qū)一個(gè)重要的成礦帶，因區(qū)內(nèi)發(fā)育鈉交代熱液型鈾礦床而備受中外地質(zhì)學(xué)者關(guān)注，其中又以芨嶺鈾礦床為最典型代表［1］。前人對區(qū)內(nèi)發(fā)育的鈉交代熱液型鈾礦床做了大量研究工作，取得了較多成果。芨嶺巖體南部鈉交代熱液型鈾礦化的空間展布嚴(yán)格受北西西向斷裂控制［2］， 鈾礦石的年齡為 444～318 Ma［3］， 侵入巖體的年齡集中在558～416 Ma［4-10］， 礦體的產(chǎn)出與鈉長石化、赤鐵礦化、綠泥石化和碳酸鹽化 “四位一體”蝕變密切相關(guān)［11］，成礦流體可能源于地幔流體與大氣降水熱液的混合［12］，流體的混合作用導(dǎo)致成礦物質(zhì)沿?cái)嗔褬?gòu)造運(yùn)移并最終卸載成礦［13］。這些研究表明鈉交代熱液型鈾礦床與斷裂構(gòu)造密切相關(guān)。前人在芨嶺地區(qū)針對斷裂構(gòu)造曾做過一些基礎(chǔ)研究［14-19］，但缺少系統(tǒng)分析和總結(jié)，未能深入研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及其變形序列，制約了對區(qū)域地質(zhì)演化和成礦作用的認(rèn)識(shí)。

在近幾年找礦工作認(rèn)識(shí)進(jìn)一步提高的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果，通過大比例尺構(gòu)造剖面和鉆探查證，筆者詳細(xì)分析了區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，進(jìn)一步探討了斷裂構(gòu)造的相對變形序列及其找礦意義，以期為深入研究龍首山芨嶺地區(qū)斷裂構(gòu)造與鈾成礦關(guān)系提供新的構(gòu)造依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

龍首山成礦帶位于華北板塊西南緣，北鄰潮水盆地，南以龍首山深大斷裂為界與河西走廊相接，西部止于金塔-鼎新斷裂與塔里木板塊毗連，呈北西向弧形分布，是祁連-秦嶺鈾成礦省的重要組成部分［20］，因其經(jīng)歷了多旋回、漫長的地質(zhì)構(gòu)造演化，表現(xiàn)出復(fù)雜物質(zhì)組成和多期次構(gòu)造活動(dòng)的特征。

芨嶺地區(qū)位于龍首山中東段，是龍首山成礦帶的重要組成部分（圖1）。研究區(qū)內(nèi)前寒武系結(jié)晶基底發(fā)育，以古元古界龍首山巖群為主，前人研究發(fā)現(xiàn)龍首山巖群內(nèi)部支離破碎，層序不清，是一套經(jīng)角閃巖相變質(zhì)作用改造的強(qiáng)烈變質(zhì)變形地體，測年分析顯示龍首山巖群代表本區(qū)最早的巖漿活動(dòng)記錄（3.056 Ga）， 具古陸 核 性質(zhì)［21-24］； 龍首山巖群塌馬子溝組（Pt11t）在芨嶺地區(qū)出露最為廣泛，巖石組合以云母片巖、石英片巖為主，夾斜長角閃巖和大理巖。中元古界墩子溝群（Pt2d）陸源碎屑沉積不整合于龍首山巖群之上。研究區(qū)早古生代為隆起剝蝕區(qū)，除少量分布以含磷建造為特點(diǎn)的寒武紀(jì)碎屑巖和碳酸鹽巖外，早古生界缺失；晚古生代地層也僅有泥盆系紫紅色磨拉石和安山質(zhì)凝灰?guī)r、玄武巖和石炭-二疊系碎屑巖沿?cái)嘞菖璧亓阈欠植?；中新生代地層主要以河湖相及磨拉石建造為特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，種類較多且分布廣泛，明顯受北西西向構(gòu)造控制，與構(gòu)造帶展布方向一致。巖漿演化較為完整，發(fā)育由陸殼重熔巖漿經(jīng)結(jié)晶分異形成的中性—酸性—堿性侵入巖系列［24］，包括灰黑色細(xì)粒閃長巖（540 Ma）、肉紅色似斑狀花崗巖（458 Ma）、 肉紅色中粗?；◢弾r （445 Ma）和鈉交代體 （443 Ma），且局部發(fā)育少量輝綠巖脈（485 Ma），演化后期出現(xiàn)的鈉交代體為龍首山地區(qū)鈾礦化奠定了豐富的物源基礎(chǔ)［25］。

圖1 龍首山成礦帶芨嶺地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the Jiling area in Longshoushan metallogenic belt

2 斷裂構(gòu)造解析

芨嶺地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向劃分主要有3個(gè)方向，北西西向、近東西向和近南北向。無論從數(shù)量還是規(guī)模上看，均是以北西西向斷裂構(gòu)造為主，這組斷裂控制了芨嶺地區(qū)乃至龍首山成礦帶的現(xiàn)今構(gòu)造格局。針對研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造的分布及野外露頭情況，將主要構(gòu)造剖面位置選擇在能穿過3個(gè)方向斷裂構(gòu)造的芨嶺礦床附近，剖面長度約850 m（圖 2）。

2.1 北西西向斷裂

研究區(qū)內(nèi)北西西向斷裂十分發(fā)育且規(guī)模最大，地表露頭跨度從幾米到幾十米不等。斷裂產(chǎn)狀在馬路溝地區(qū)發(fā)生微轉(zhuǎn)變，由北西西向變?yōu)榻鼥|西向，但主體仍沿北西西向分布。芨嶺地區(qū)斷層面優(yōu)勢產(chǎn)狀為210°～225°∠65°～73°（圖 3a）， 主體為一系列高角度逆沖斷裂帶（圖4a），斷層帶內(nèi)發(fā)育大量構(gòu)造透鏡體、石香腸構(gòu)造（圖4b）和劈理，圍巖邊部發(fā)育與逆沖構(gòu)造伴生的牽引褶皺（圖4c），均指示自南向北的逆沖運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。斷裂帶內(nèi)可見韌性變形，表現(xiàn)在長英質(zhì)糜棱巖和眼球狀糜棱巖中（圖4d），糜棱面理優(yōu)勢產(chǎn)狀為216°∠72°，巖石內(nèi)部變形強(qiáng)烈，礦物定向明顯，鏡下石英拉長并發(fā)生細(xì)粒化（圖 4e），帶內(nèi)發(fā)育典型的礦物拉伸線理，優(yōu)勢產(chǎn)狀為152°∠64°，局部可見石英眼球狀構(gòu)造、旋轉(zhuǎn)碎斑系（圖4f）等，判斷巖石經(jīng)歷了強(qiáng)烈的右行剪切作用。此外，區(qū)內(nèi)還存在一組傾向北北東的斷裂構(gòu)造，規(guī)模較小，主要發(fā)育在芨嶺-馬路溝地區(qū)，斷層產(chǎn)狀集中在15°～30°∠62°～68°（圖 3b）， 斷層面上可見擦痕和階步構(gòu)造（圖4 g），擦痕優(yōu)勢產(chǎn)狀為282°∠24°，斷層帶內(nèi)部主要為構(gòu)造碎裂巖、斷層泥和大量構(gòu)造透鏡體（圖4h），均指示了右行走滑兼具逆沖的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

圖2 龍首山成礦帶芨嶺地區(qū)構(gòu)造剖面Fig.2 Structural section of the Jiling area in Longshoushan metallogenic belt

圖3 斷裂構(gòu)造產(chǎn)狀極射赤平投影圖 （下半球投影）Fig.3 Stereographic projection of fault attitudes （the lower hemisphere projection）

圖4 芨嶺地區(qū)不同斷裂構(gòu)造變形特征Fig.4 The characteristics of different faults deformation in the Jiling area

在對鉆孔ZKJ25-7揭露的北西西向斷裂（F101和F105）進(jìn)行了精細(xì)剖面編錄， 北傾F105斷裂自南向北依次為碎裂花崗巖、碎裂大理巖、花崗巖構(gòu)造透鏡體、片理化帶和碎裂大理巖，帶內(nèi)巖性主要以構(gòu)造碎裂巖為主，表現(xiàn)出脆性變形的特征，是區(qū)內(nèi)淺表層次的構(gòu)造變形；而南傾F101斷裂自南向北依次為碎裂硅化帶、初糜棱巖化帶、片理化帶和糜棱巖化帶，主要以片理化帶和糜棱巖帶為主，顯示了脆-韌性變形的特征，代表了區(qū)內(nèi)中深層次的構(gòu)造變形，且明顯經(jīng)過后期的構(gòu)造活動(dòng)改造。

2.2 近東西向斷裂

龍首山成礦帶近東西向斷裂在芨嶺地區(qū)最為發(fā)育，主體由一組產(chǎn)狀相近的逆沖斷層組成，斷層帶規(guī)模中等，主要發(fā)育在北西西向F101斷裂的北東側(cè)。斷層面優(yōu)勢產(chǎn)狀為185°～200°∠75°～84°（圖 3c）， 帶內(nèi)以碎裂巖和斷層泥為主，發(fā)育少量韌性變形，可見斷層帶圍巖中的石英脈發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，局部形成小褶皺（圖4j）。斷裂帶邊部形成兩組剪節(jié)理（S1和S2），依據(jù)與斷層小角度相交的節(jié)理 （S1）銳角指示本盤運(yùn)動(dòng)方向，可以判斷該斷層的性質(zhì)為逆沖斷層（圖4k）。近東西向斷裂與北西西向斷裂形成較多的構(gòu)造夾持區(qū)，構(gòu)造交匯部位巖石破碎程度較高，斷裂內(nèi)部可見強(qiáng)烈的劈理化帶（圖4m），并表現(xiàn)出沿?cái)嗔褞騼蓚?cè)圍巖劈理逐漸變?nèi)醯奶卣鳌?/p>

2.3 近南北向斷裂

芨嶺地區(qū)以西發(fā)育多條近南北向斷裂，斷裂傾向不一，但主體傾向西，少量傾向東，傾角較陡（圖 4n）， 主要集中在 72°～85°（圖3d），斷裂帶發(fā)育構(gòu)造碎裂巖，可見褐鐵礦化和高嶺石化蝕變，圍巖中可見 “X”節(jié)理，指示北東-南西向?yàn)樽畲笾鲬?yīng)力方位。區(qū)內(nèi)沿?cái)嗔研雄E常形成溝谷，依據(jù)溝谷兩側(cè)的標(biāo)志層及地貌特征，判斷該期脆性斷裂的性質(zhì)為右行走滑，結(jié)合斷層的相互排列關(guān)系，判斷該斷裂構(gòu)造為右行左階式。

3 斷裂構(gòu)造變形序列

芨嶺地區(qū)斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，并表現(xiàn)出多期次構(gòu)造活動(dòng)的特點(diǎn)。通過野外地質(zhì)調(diào)查和鉆探查證，結(jié)合室內(nèi)顯微尺度下的構(gòu)造解析，識(shí)別出4期斷裂構(gòu)造變形。

第一期為脆-韌性剪切（D1），主要表現(xiàn)在北西西向南傾剪切帶內(nèi)部 （如F101），是現(xiàn)存的主構(gòu)造期構(gòu)造形跡。脆-韌性剪切帶內(nèi)巖石以構(gòu)造碎裂巖、片理化帶、初糜棱巖、眼球狀糜棱巖和糜棱巖為主。糜棱巖的分布和變形強(qiáng)弱與其構(gòu)造位置關(guān)系密切，近剪切帶巖石糜棱巖化程度高，塑性流變強(qiáng)烈，遠(yuǎn)剪切帶巖石變形程度逐漸減弱，整體表現(xiàn)出自南向北由脆性向韌性變形過渡的特征。鏡下可見糜棱巖云母魚構(gòu)造、旋轉(zhuǎn)碎斑系和S-C組構(gòu)，依據(jù)定向薄片中旋轉(zhuǎn)碎斑系和云母魚的拖尾可以判斷為逆沖性質(zhì)的韌性剪切帶，圍巖中發(fā)育與逆沖構(gòu)造伴生的同斜倒轉(zhuǎn)褶皺，屬于同一變形過程中的不同構(gòu)造類型。此外，剪切帶邊部可見大量構(gòu)造透鏡體和劈理，劈理與斷層帶夾角指示了右行走滑的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，判斷可能為后期構(gòu)造活化所致。

第二期為逆沖斷裂構(gòu)造（D2），表現(xiàn)為一組近東西向分布、產(chǎn)狀相近的疊瓦式逆沖斷層，斷層面南傾，巖石碎裂化明顯，偶見眼球狀糜棱巖，帶內(nèi)劈理極其發(fā)育，指示了由南向北的逆沖特征。近東西向逆沖斷層明顯受控于北西西向剪切帶，二者交匯部位顯示近東西向斷裂構(gòu)造僅在北西西向斷裂一側(cè)發(fā)育，表現(xiàn)出晚于北西西向剪切帶的特征。

第三期為右行走滑 （D3），主要表現(xiàn)在北西西向北傾斷層（如F105）中，斷層帶內(nèi)主要為脆性變形，未發(fā)現(xiàn)韌性變形。區(qū)內(nèi)含礦層位被該期斷裂截切，北北東側(cè)含礦層位向東滑移近80 m，上升約40 m，其走滑位移量明顯大于逆沖位移量，表明該期斷層兼具逆沖性質(zhì)。大量鉆孔資料表明，區(qū)內(nèi)含礦層位于早期脆-韌性剪切帶下盤，右行走滑斷層截切了含礦層位的同時(shí)，也截切了早期形成的剪切帶和近東西向疊瓦式逆沖斷層。

第四期表現(xiàn)為淺表構(gòu)造層次下的脆性斷裂（D4），規(guī)模較小，走向延伸較差，主要呈近南北向展布，傾角較陡，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，在區(qū)內(nèi)多形成溝谷，兩側(cè)發(fā)育大量斷層三角面和構(gòu)造破碎帶，該期斷裂構(gòu)造截切了區(qū)內(nèi)早期構(gòu)造變形形成的各種斷裂和標(biāo)志層，為區(qū)內(nèi)最晚期構(gòu)造。

4 討論

4.1 變形時(shí)代的厘定

龍首山成礦帶主體是一條北西西向發(fā)育右行走滑兼具逆沖性質(zhì)的構(gòu)造帶，其經(jīng)歷了較為復(fù)雜的俯沖拼合、碰撞造山過程［26］，而芨嶺地區(qū)早古生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，形成的一系列巖體恰好有助于劃分區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造變形的時(shí)限?，F(xiàn)有研究表明，龍首山地區(qū)在震旦紀(jì)早期受Rodinia大陸裂解影響，在柴達(dá)木地塊與龍首山地塊之間形成了古祁連洋［27］，寒武紀(jì)早期（544 Ma 左右）洋殼開始俯沖［28-29］，一直到奧陶紀(jì)中期（463～460 Ma）阿拉善微地塊和中祁連微地塊才開始碰撞拼合［30-32］，古祁連洋開始閉合，之后進(jìn)入陸陸碰撞造山階段。本次研究發(fā)現(xiàn)，在D1期脆-韌性帶內(nèi)部發(fā)育多條順層侵入的輝綠巖脈 （485 Ma），脈體受擠壓作用形成構(gòu)造透鏡體和石香腸構(gòu)造，且圍巖古元古界龍首山群卷入變形并截切了部分寒武紀(jì)早期形成的閃長巖體（540 Ma），表明北西西向南傾剪切帶最初形成早于485 Ma而晚于540 Ma，是早古生代早期洋殼俯沖階段的產(chǎn)物。此外，區(qū)內(nèi)早古生代晚期形成的碰撞后花崗巖體（458～443 Ma）受北西西向剪切帶控制也可表明其形成時(shí)代可能為早古生代早期，而剪切帶內(nèi)發(fā)生構(gòu)造變形的輝綠巖脈則暗示剪切帶形成之后還疊加了晚期構(gòu)造活動(dòng)。研究區(qū)以西新水井地區(qū)發(fā)育的鈾礦體嚴(yán)格受近東西向斷裂控制，其成礦年齡與芨嶺鈾礦床一致（444～381 Ma），表明斷裂形成時(shí)代要早于泥盆紀(jì)。根據(jù)斷層截切關(guān)系和帶內(nèi)變形特征，發(fā)現(xiàn)近東西向逆沖斷層明顯受控于北西西向剪切帶，且均發(fā)育韌性變形，而在龍首山以南泥盆系中未見有韌性變形［18］，表明韌性剪切帶形成于早古生代，由此認(rèn)為近東西向斷裂可能為北西西向剪切帶的次級斷裂構(gòu)造，形成時(shí)代應(yīng)略晚于D1期構(gòu)造變形時(shí)代，推斷D1和D2期構(gòu)造變形可能是同一構(gòu)造背景下不同階段的產(chǎn)物。

晚古生代龍首山地區(qū)進(jìn)入了陸內(nèi)演化階段，構(gòu)造巖漿活動(dòng)顯著減弱［20］；而中、新生代以來構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈而頻繁，發(fā)育典型右行走滑斷裂［33］。前人對龍首山地區(qū)的右行走滑兼具逆沖性質(zhì)的斷裂構(gòu)造（D3）研究發(fā)現(xiàn)其切割了古生代花崗巖，并使少量龍首山巖群直接逆沖至中新世砂礫巖之上，說明其至少在中新世強(qiáng)烈活動(dòng)過，而第四紀(jì)礫巖直接覆蓋在斷裂上也間接表明斷裂在第四紀(jì)時(shí)期已停止活動(dòng)［34］，但由于目前缺少精確的定年資料，無法確定該期斷裂構(gòu)造變形的確切時(shí)間。研究區(qū)第四紀(jì)全新世以來曾多次強(qiáng)烈抬升，上升幅度大于周圍地塊［14］，由此判斷區(qū)內(nèi)近南北向分布的脆性斷裂（D4）可能是同時(shí)期青藏高原北部構(gòu)造活動(dòng)在阿拉善地塊南緣的響應(yīng)。

4.2 找礦意義

北西西向脆-韌性剪切和右行走滑構(gòu)造是芨嶺地區(qū)最主要的構(gòu)造形跡，結(jié)合4期構(gòu)造變形時(shí)限，推斷芨嶺地區(qū)早古生代構(gòu)造應(yīng)力以北東-南西向的擠壓為主，而在中、新生代可能經(jīng)歷了由北西-南東向轉(zhuǎn)為近南北向或北東-南西向的過程，表明芨嶺地區(qū)是經(jīng)歷了早古生代逆沖縮短增厚、大規(guī)模走滑向東逃逸和喜馬拉雅期陸內(nèi)調(diào)整階段，才形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。對于鈉交代熱液型鈾礦床來說，含礦熱液主要沿著成礦前斷裂形成的構(gòu)造破碎帶和裂隙進(jìn)行運(yùn)移，并在適當(dāng)?shù)奈恢眯遁d成礦。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)內(nèi)發(fā)育的中酸性巖漿巖和鈾礦體特征，認(rèn)為D1、D2期斷裂構(gòu)造變形代表的動(dòng)力學(xué)背景相似，發(fā)育時(shí)代相近，且沿?cái)嗔褞Ф及l(fā)育有鈉交代體和鈾礦化，表明沿北西西向南傾斷裂和近東西向次級斷裂均有成礦期熱液活動(dòng)［35］，為區(qū)內(nèi)最主要的控礦斷裂；D3、D4期斷裂構(gòu)造明顯切割D1、D2期斷裂構(gòu)造，屬于典型的破礦斷裂。建議重點(diǎn)關(guān)注前兩期斷裂構(gòu)造及其交匯部位，有利于進(jìn)一步指導(dǎo)地質(zhì)找礦工作。

5 結(jié)論

1）龍首山芨嶺地區(qū)識(shí)別出4期構(gòu)造變形，分別為脆-韌性剪切（D1）、逆沖斷裂構(gòu)造（D2）、右行走滑（D3）和淺表構(gòu)造層次下的脆性斷裂（D4），是經(jīng)歷了早古生代逆沖縮短增厚、大規(guī)模走滑向東逃逸和喜馬拉雅期陸內(nèi)調(diào)整階段，才形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

2）依據(jù)斷裂構(gòu)造變形期次結(jié)合區(qū)內(nèi)發(fā)育的鈾礦化特征，認(rèn)為D1、D2期斷裂構(gòu)造為區(qū)內(nèi)最主要的控礦斷裂，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，指導(dǎo)下一步地質(zhì)找礦工作。

致謝：野外工作得到了核工業(yè)二〇三研究所李萬華研究員的指導(dǎo)，鏡下鑒定過程中得到了聶利工程師的幫助，在此一并表示感謝。