個(gè)舊礦區(qū)高松礦田斷裂特征分析

鄭德志，楊榮森，田 源，倪春中

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一直是地質(zhì)力學(xué)中的核心內(nèi)容，與巖石力學(xué)有密不可分的關(guān)系，同樣它也是解決地殼相關(guān)問(wèn)題的方法之一。了解構(gòu)造應(yīng)力作用方式以及演化形式，對(duì)于斷裂活動(dòng)的相關(guān)研究及探索有很重要的意義。通過(guò)野外觀測(cè)將褶皺、節(jié)理、擦痕等相關(guān)信息收集分類，利用整理后的數(shù)據(jù)資料推演出巖石形變前后的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)及其主應(yīng)力方向，深入了解研究區(qū)域的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方式[1-2]。

前人在個(gè)舊礦區(qū)高松礦田開展了許多卓有成效的構(gòu)造研究工作，重點(diǎn)解析節(jié)理構(gòu)造的發(fā)育特征及分布規(guī)律，并探討斷裂構(gòu)造的多期活動(dòng)特征，總結(jié)出了不同斷裂構(gòu)造的形成序次和控礦規(guī)律[3-4]。本文在充分收集研究區(qū)已有地質(zhì)及找礦資料的基礎(chǔ)上，開展F7斷層構(gòu)造實(shí)測(cè)，著重討論高松礦田的多時(shí)期斷裂構(gòu)造活動(dòng)特征與地應(yīng)力的關(guān)系，以確認(rèn)不同斷裂形成的時(shí)間次序以及成礦規(guī)律。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

個(gè)舊礦區(qū)是世界著名的錫礦產(chǎn)地之一，大地構(gòu)造位置處于華南地槽褶皺區(qū)右江地槽褶皺帶西緣，濱太平洋構(gòu)造域邊緣而與特提斯構(gòu)造域相接的部位，西部為南北向的小江深大斷裂，南西為北西向哀牢山—紅河深大斷裂，礦區(qū)整體位于揚(yáng)子板塊之個(gè)舊—右江盆嶺構(gòu)造的西側(cè)[5-6]。個(gè)舊斷裂將個(gè)舊礦區(qū)分為東區(qū)和西區(qū)，截至目前已被發(fā)現(xiàn)和開采的礦床多集中在東區(qū)。

高松礦田位于個(gè)舊東礦區(qū)中北部，是東區(qū)的五大礦田之一，也是云錫公司開采的重點(diǎn)礦山之一，礦田內(nèi)礦產(chǎn)已發(fā)現(xiàn)有色、稀有及貴金屬20余種，查明有色金屬資源儲(chǔ)量累計(jì)達(dá)800多萬(wàn)t。高松礦田不僅是一個(gè)超大型錫礦區(qū)，更是中—大型的銅、鉛、鋅、鎢和銀礦區(qū)，內(nèi)部還伴有眾多的稀有、稀土等金屬礦產(chǎn)。礦田內(nèi)主要出露地層為三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組碳酸鹽類巖石，礦體的定位及產(chǎn)出形態(tài)受地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造的控制十分明顯，褶皺和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，撓曲現(xiàn)象明顯。玄武巖呈帶狀出露于礦田東部的麒麟山一帶，礦田深部有燕山中—晚期的黑云母花崗巖體隱伏[7]。礦田位于五子山復(fù)背斜北段，為北部個(gè)松斷裂、南部背陰山斷裂、東部甲界山斷裂、西部蓮花山斷裂所夾持，面積約 50 km2，區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件較復(fù)雜。礦田近地表及淺部主要產(chǎn)出層間氧化礦床，深部產(chǎn)出有接觸帶矽卡巖型硫化物礦床。高松礦田是個(gè)舊東區(qū)工作程度相對(duì)較低、具有一定找礦潛力的地區(qū)[8]。

高松礦田內(nèi)斷裂較發(fā)育，根據(jù)其延伸的方向，可分為四大組，即東西向斷裂組、北東向斷裂組、北西向斷裂組和南北向斷裂組。東西向斷裂組為礦田內(nèi)發(fā)育規(guī)模最大的斷裂組，由北往南分別為個(gè)松斷裂、麒麟山斷裂、馬吃水?dāng)嗔?、高阿斷裂、背陰山斷裂，表現(xiàn)為一系列東西向的壓剪性斷層，一般出露地表的規(guī)模較大，而隱伏產(chǎn)出的規(guī)模較?。槐睎|向斷裂組發(fā)育僅次于東西向斷裂組，主要斷裂有蓮花山斷裂、蘆塘壩斷裂、麒阿西斷裂，與東西向斷裂組交匯形成了區(qū)內(nèi)的菱形構(gòu)造；北西向斷裂組大部分都為旁側(cè)于東西向斷裂的次級(jí)斷裂，其主要斷裂有大菁東斷裂、駝峰山斷裂和阿西寨斷裂，該組整體構(gòu)造呈現(xiàn)北強(qiáng)南弱的趨勢(shì)，礦區(qū)內(nèi)東北部發(fā)育規(guī)模較大，中段和南段規(guī)模偏小；南北向斷裂組不發(fā)育，組內(nèi)一級(jí)斷裂構(gòu)造為甲界山斷裂，同時(shí)也是高松礦田的東界，其余南北向斷裂分布零散，發(fā)育較差，大多屬于其它方向主斷裂的次級(jí)斷裂。本文選取個(gè)舊高松礦田麒麟山斷裂、大箐東斷裂及蘆塘壩斷裂交匯區(qū)為研究范圍，進(jìn)行典型斷層構(gòu)造面研究，其中東西向個(gè)松斷裂、麒麟山斷裂和北東向蘆塘壩斷裂穿過(guò)研究區(qū)域(圖1)。

圖1 個(gè)舊礦區(qū)高松礦田地質(zhì)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Schematic diagram of geological structure of Gaosong ore field in Gejiu tin deposits

2 斷裂及節(jié)理構(gòu)造特征

在研究區(qū)大菁東斷裂帶與蘆塘壩斷裂帶交匯北西側(cè)，經(jīng)過(guò)野外詳細(xì)觀察，在蘆塘壩斷裂與大箐東斷裂之間新發(fā)現(xiàn)一條北東向F7斷層。通過(guò)觀測(cè)F7斷層構(gòu)造面幾何特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)及其附近區(qū)域節(jié)理統(tǒng)計(jì)與測(cè)量，總結(jié)出研究區(qū)域內(nèi)F7斷層周邊節(jié)理構(gòu)造的發(fā)育特征與分布規(guī)律(圖2)。

圖2 大菁東點(diǎn)D007典型斷層面解析Fig.2 Analysis of typical fracture surface at point D007 in Daqingdong

F7斷層在空間上沿北東向分布，規(guī)模中等，延伸長(zhǎng)度約1 600 m，本次所選取的F7斷層產(chǎn)在細(xì)—中晶灰質(zhì)白云巖中，斷層面產(chǎn)狀為249°∠29°，斷裂面中發(fā)育有刀砍狀裂隙，并發(fā)育有多組剪節(jié)理較好，斷層面較為光滑，呈波浪狀。斷層帶寬20～100 cm，絕大部分填充物為泥質(zhì)物與角礫巖，含有方解石條帶沿?cái)鄬幼呦蚍植?，方解石條帶寬約3 cm，空間延伸較穩(wěn)定。依據(jù)斷層面特征，反映了該斷層先后經(jīng)歷了兩期構(gòu)造應(yīng)力作用，早期表現(xiàn)為壓扭性，后期表現(xiàn)為張性，并有團(tuán)塊狀張性角礫巖與脈狀方解石充填。綜合分析，該斷層經(jīng)歷壓扭性向張性的力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變。

3 節(jié)理構(gòu)造特征

在F7斷層及周邊實(shí)地測(cè)量共獲得106組節(jié)理，繪制節(jié)理傾向玫瑰花圖與走向玫瑰圖(圖3)，分析得到研究區(qū)內(nèi)最發(fā)育的節(jié)理傾向南東(SE130°±5°)，此方向節(jié)理發(fā)育穩(wěn)定且已具有一定規(guī)模，有較大的切割深度及延展長(zhǎng)度，角礫與褐色、紅色泥質(zhì)物為其主要填充物；北西傾向的節(jié)理較發(fā)育(NW310°±5°)，規(guī)模與前者相比較小，泥質(zhì)物為主要填充物，角礫狀細(xì)晶大理巖少量分布，可觀察到剪節(jié)理發(fā)育特征；北東傾向節(jié)理發(fā)育較差，節(jié)理中偶見方解石填充，而傾向南西方向節(jié)理在研究區(qū)內(nèi)不發(fā)育。

圖3 節(jié)理分布玫瑰圖Fig.3 Rose diagram of joint distribution

4 礦區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析

研究區(qū)內(nèi)大多發(fā)育脆性構(gòu)造，巖層在區(qū)域應(yīng)力下發(fā)生剪切破裂現(xiàn)象后容易形成共軛節(jié)理，共軛節(jié)理與構(gòu)造主應(yīng)力存在一定的關(guān)系。根據(jù)觀測(cè)共軛節(jié)理，可分析研究區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)的演化過(guò)程，并進(jìn)一步判斷和推導(dǎo)整個(gè)礦區(qū)地應(yīng)力的狀態(tài)(圖4)。

圖4 共軛節(jié)理Fig.4 Conjugate joints

通過(guò)野外觀察，研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多組發(fā)育較好的X形共軛節(jié)理，本次在F7斷層及周邊中選取了16組共軛節(jié)理(表1)，并用赤平投影對(duì)其進(jìn)行吳氏網(wǎng)投影進(jìn)而更直觀的判斷。

表1 礦區(qū)共軛節(jié)理產(chǎn)狀及應(yīng)力分布Table 1 Conjugated joint occurrence and stress distribution

從投影出的應(yīng)力數(shù)據(jù)來(lái)看(圖5)，研究區(qū)受到的應(yīng)力作用主要來(lái)自北東—南西向與北西—南東向，1)北東向的最大主應(yīng)力σ1的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?5°～64°，傾角為0°～36°，優(yōu)勢(shì)方位為50°∠18°；2)南西向最大主應(yīng)力σ1的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?08°～215°，傾角為0°～29°，優(yōu)勢(shì)方位為212°∠15°；3)北西向擠壓應(yīng)力最大主應(yīng)力σ1的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?27°～345°，傾角為1° ～6°，優(yōu)勢(shì)方位為336°∠4°；4)南東向最大主應(yīng)力σ1的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?17°～166°，傾角為1°～22°，優(yōu)勢(shì)方位為142°∠12°。5)EW向擠壓應(yīng)力僅一個(gè)，最大主應(yīng)力σ1為79°，傾角73°。結(jié)果顯示北東—南西方向的應(yīng)力共有9個(gè)，為所測(cè)數(shù)據(jù)中占比最多的應(yīng)力方向，占總數(shù)的56%[8]。

圖5 礦區(qū)共軛節(jié)理赤平投影圖Fig.5 Stereographic projection of conjugate joints in mining area

同時(shí)根據(jù)F7斷層結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)斷定最大主應(yīng)力的方向，經(jīng)觀測(cè)此斷裂為右行扭性逆斷層，斷層走向?yàn)楸睎|—南西向，角度為北東向40°，水平最大主應(yīng)力σ1與該斷層傾向平行，中間主應(yīng)力方向σ2與斷層走向平行，最小主應(yīng)力σ3垂直于斷層走向和傾向，因此可以判定斷層受到的主應(yīng)力為北西—南東向的擠壓應(yīng)力。

5 討論

通過(guò)以上對(duì)研究區(qū)域的F7斷層結(jié)構(gòu)面和節(jié)理實(shí)地測(cè)量與統(tǒng)計(jì)分析，揭示F7斷層至少經(jīng)過(guò)由壓扭性向張性力學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變，區(qū)域應(yīng)力經(jīng)歷北西—南東方向應(yīng)力向北東—南西方向的轉(zhuǎn)變。結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)北東向蘆塘壩斷裂帶被北西向的大菁東斷裂錯(cuò)斷，根據(jù)斷裂組的交切關(guān)系，可以推測(cè)蘆塘壩斷裂為早期形成斷裂，大菁東斷裂形成時(shí)間較晚，即研究區(qū)域內(nèi)北西—南東向應(yīng)力時(shí)期比北東—南西向應(yīng)力時(shí)期較為早期。共軛節(jié)理分析得到東西向僅有一個(gè)最大主應(yīng)力σ1為79°，傾角73°，可能代表研究區(qū)東西向應(yīng)力，形成南北向構(gòu)造個(gè)舊斷裂和甲界山斷裂。結(jié)合前人研究，高松礦田范圍內(nèi)以東西向個(gè)松壓扭性逆斷層規(guī)模為最大，其次為麒麟山斷裂，該斷裂寬幾米到十幾米，壓性構(gòu)造透鏡體如壓裂及碎斑巖等沿?cái)嗔衙娌痪鶆蚍植?，并多伴有旁?cè)破劈理帶[9]，它們均經(jīng)歷了最早期南北向的應(yīng)力擠壓。綜上所述，高松礦田的斷裂構(gòu)造最少經(jīng)歷了四期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，最大主應(yīng)力方向分別為南北向、北西—南東向、北東—南西向和東西向。

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)斷層帶特征、共軛節(jié)理和應(yīng)力分析，并結(jié)合以往的資料與研究成果[10-18]，將燕山期與喜山期也進(jìn)一步詳細(xì)劃分為多期次，1)南北向擠壓應(yīng)力為印支晚期—燕山早期，礦區(qū)內(nèi)有多條東西向斷裂帶被北東向斷裂帶錯(cuò)斷，表明其發(fā)生時(shí)期更早，該期次為成礦前運(yùn)動(dòng)；2)燕山中晚期，太平洋板塊碰撞歐亞板塊導(dǎo)致南北方向的擠壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽鳌蠔|方向的應(yīng)力，此期次應(yīng)力為張性之后轉(zhuǎn)為扭性，該期為成礦期運(yùn)動(dòng)且對(duì)本文研究斷裂帶影響最大；3)北東—南西向擠壓應(yīng)力為喜山早期，為成礦后運(yùn)動(dòng)并對(duì)礦體起到破碎作用；4)喜山晚期，轉(zhuǎn)為東西向擠壓力，形成南北向壓扭性斷裂。至此根據(jù)地應(yīng)力的反演并結(jié)合所發(fā)生的期次運(yùn)動(dòng)可判定研究區(qū)至少發(fā)生過(guò)四期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)論

1)新發(fā)現(xiàn)的F7斷層為右行扭性逆斷層，該斷層周邊優(yōu)勢(shì)節(jié)理傾向?yàn)槟蠔|130°±5°，其次為北西310°±5°，南北方向節(jié)理不發(fā)育。在測(cè)得的16組共軛節(jié)理數(shù)據(jù)中，受北東與南西方向應(yīng)力影響的共軛節(jié)理最多，共有9組，優(yōu)勢(shì)方向?yàn)楸睎|50°∠18°，南西212°∠15°，其次為北西與南東向應(yīng)力數(shù)，共有6組，東西向應(yīng)力僅有一組。

2)應(yīng)力分析表明礦區(qū)經(jīng)歷過(guò)多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從印支晚期至喜山晚期共經(jīng)歷過(guò)至少四期的地殼運(yùn)動(dòng)，其中北西—南東向應(yīng)力活動(dòng)在燕山中晚期最為明顯，對(duì)應(yīng)礦區(qū)成礦期，該方向的斷裂和節(jié)理為礦區(qū)內(nèi)重要控礦構(gòu)造，而喜山早期運(yùn)動(dòng)為成礦后運(yùn)動(dòng)并對(duì)礦體產(chǎn)生破壞作用。