東昆侖祁漫塔格虎頭崖銅多金屬礦田構(gòu)造應(yīng)力場分析

劉渭，楊興科，江萬，何虎軍，王鯤鵬，于恒斌，馬曉鵬

(1.新疆慶源格仁地?zé)崮芄こ逃邢薰?，新?昌吉 831100；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；4.中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，陜西 西安 710199；5.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710061)

青海祁漫塔格地區(qū)位于東昆侖西段北側(cè)，北鄰柴達(dá)木盆地，西為阿爾金走滑剪切帶所截，南與巴顏喀拉造山帶相接。由于該區(qū)是區(qū)域大斷裂-昆北斷裂方向由北西西向變?yōu)榻鼥|西向的地段，因此成礦構(gòu)造條件優(yōu)越，已成為西北地區(qū)實現(xiàn)地質(zhì)找礦重大突破最有希望的地區(qū)。

虎頭崖礦田就處于整個祁漫塔格成礦帶的中心附近，對于該礦床巖石學(xué)、成礦地質(zhì)條件及礦化蝕變特征已有了大量研究，然而對成礦構(gòu)造條件的研究卻較為欠缺，特別是在進(jìn)行區(qū)域構(gòu)造理論認(rèn)識、礦田構(gòu)造與成礦規(guī)律方面遇到瓶頸，直接影響勘探工作，也導(dǎo)致了在深部和外圍找礦的一系列問題。構(gòu)造應(yīng)力場是礦田構(gòu)造研究的重要方面，也是區(qū)域地質(zhì)找礦預(yù)測的基礎(chǔ)。構(gòu)造應(yīng)力場研究中最主要的就是對應(yīng)力進(jìn)行定時、定向和定量分析。定時是確定各構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)的形成時代；定向是確定某一時期內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力的方位，即3個主應(yīng)力軸方位；定量是確定主應(yīng)力的大小。

1 地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)背景

祁漫塔格大地構(gòu)造位置(圖1)處于古亞洲與特提斯構(gòu)造域結(jié)合部位的東昆侖多島弧盆造山系的西段，處于柴達(dá)木地塊、東昆侖造山帶、阿爾金斷裂所夾持的三角地帶。構(gòu)造演化上，從北到南可以劃分為4個三級成礦帶：北祁漫塔格巖漿弧帶、祁漫塔格結(jié)合帶、北昆侖巖漿弧帶、南昆侖俯沖消減帶(王秉璋，2004；伍躍中，2011)。成礦區(qū)帶隸屬祁漫塔格結(jié)合帶，秦祁昆成礦域、昆侖成礦省、東昆侖成礦帶之祁漫塔格鐵-釩-鈦-金-銅-鉛-鋅成礦亞帶。

1.邊界斷裂；2.區(qū)域性斷裂；3.區(qū)域性韌性斷裂；4.構(gòu)造單元；5.虎頭崖礦田Ⅰ.柴達(dá)木盆地；Ⅱ.北祁漫塔格巖漿?。虎?祁漫塔格結(jié)合帶；Ⅳ.北昆侖巖漿弧；Ⅴ.南昆侖俯沖削減帶圖1 區(qū)域構(gòu)造單元劃分略圖Fig.1 The sketch map of regional tetonic units

研究區(qū)(圖2)內(nèi)出露地層由老至新有：中元古界薊縣系狼牙山組(Jxl)、奧陶—志留系灘間山群(OST)火山巖組、下石炭統(tǒng)大干溝組(C1dg)、上石炭統(tǒng)締敖蘇組(C2d)、上三疊統(tǒng)鄂拉山組(T3e)火山碎屑巖等(豐成友，2011)。與成礦有關(guān)的地層主要為狼牙山組上巖段大理巖夾硅質(zhì)巖、灘間山群火山巖(OSTb)凝灰?guī)r與安山巖、下石炭統(tǒng)大干溝組(C1dg)生物碎屑巖和上石炭統(tǒng)締敖蘇組(C2d)大理巖夾白云質(zhì)灰?guī)r。

巖漿巖有似斑狀二長花崗巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、閃長玢巖脈及新發(fā)現(xiàn)的石英斑巖體。

1.2 構(gòu)造特征

虎頭崖礦田區(qū)內(nèi)的構(gòu)造按照構(gòu)造形跡及展布方向主要有北西西、近東西向、北東向、北東東向和近南北向5組。不同尺度和規(guī)模的構(gòu)造形成以軸向近東西向的褶皺構(gòu)造和以近東西向、北東東向和北西西為主的斷裂構(gòu)造，有F1、F2、F3、F5、F6,、F7和F8，褶皺構(gòu)造有景忍東背斜和狼牙山向斜。

圖2 虎頭崖礦田構(gòu)造綱要簡圖Fig.2 Simplified structural outline map of Hutouya ore field

景忍東背斜：背斜軸向近東西向，位于景忍東IV礦帶(科特勒高勒)一楚魯套海高勒一帶，長大于6 km，北翼傾角為40°左右，南翼為40°～50°，樞紐具有向東緩傾伏的趨勢，核部及翼部均為石炭統(tǒng)締敖蘇組，向東隱伏于柴達(dá)木盆地西南緣。

F1斷裂:位于景忍東背斜核部偏南側(cè)，長度大于12 km，寬為50～150 m，斷層性質(zhì)為壓扭性逆沖斷層，斷裂面主體傾向南，局部北傾，傾角陡立。

F5脆性斷層：位于虎頭崖崖壁附近，斷層帶長大于8 km，斷面普遍近于直立，斷層走向為160°～190°，傾角為70°～88°。沿著斷裂帶，斷層在淺部主要發(fā)育于薊縣系狼牙山組。

1.3 礦產(chǎn)分布

礦床類型為典型的與印支期中酸性巖體有關(guān)的矽卡巖型銅鐵鉛鋅鉬多金屬礦床(劉云華，2004；豐成友，2011)。研究區(qū)8個礦帶具體情況見表1。

表1 虎頭崖礦田主要礦床類型一覽表Tab.1 Main ore deposit types in Hutouya orefield

2 構(gòu)造應(yīng)力場分析

2.1 區(qū)域構(gòu)造分析

2.1.1 區(qū)域褶皺構(gòu)造分析

區(qū)域內(nèi)褶皺包括祁漫塔格十字溝南復(fù)背斜、肯德可克向斜、野馬泉向斜、景忍-楚魯套海背斜、狼牙山復(fù)式向斜、喀雅克登塔格西段褶皺群。褶皺軸向主要有近東西向及東西—北東東向。褶皺變形地質(zhì)體主要涉及的構(gòu)造層有：①元古界基底構(gòu)造層：中元古界薊縣系狼牙山組。②下古生界構(gòu)造層：奧陶—志留系灘間山群。③上古生界構(gòu)造層：晚石炭統(tǒng)締敖蘇組。④中生界構(gòu)造層：晚三疊統(tǒng)鄂拉山組。

根據(jù)與褶皺相關(guān)的變形特征、軸向分布及與之相關(guān)構(gòu)造層的研究，可分為：①軸向近東西的褶皺變形，卷入下古生界構(gòu)造層，并被上古生界泥盆系地質(zhì)體呈角度不整合覆蓋，反映加里東期的近南北向主壓應(yīng)力。②東西—北東東向褶皺變形，卷入上古生界構(gòu)造層——晚石炭統(tǒng)締敖蘇組，受褶皺核部裂隙控制，發(fā)育印支期侵入體，褶皺局部被晚三疊系鄂拉山組火山巖呈角度不整合覆蓋，反映華力西晚期—早印支期近南北—北北西向主壓應(yīng)力。③北西向褶皺變形，卷入鄂拉山組火山巖，與新生界角度不整合，反映燕山期北東向主壓應(yīng)力。

2.1.2 區(qū)域斷裂構(gòu)造分析

(1)區(qū)域北西西斷裂帶屬加里東造山運動(尹福光，2008)。由于受邊界條件、構(gòu)造級序和后期構(gòu)造疊加作用的影響，其在礦田尺度范圍內(nèi)表現(xiàn)為北西西、近東西和北西向斷裂構(gòu)造，所以在加里東晚期本區(qū)主壓應(yīng)力方向為北北東—近南北。

(2)近東西—北西西向斷裂帶屬華力西—印支期疊覆造山運動的影響，該期主壓應(yīng)力的方向為近南北向。

(3)北東向斷裂常表現(xiàn)出左行走滑性質(zhì)，其對印支中晚期地質(zhì)體具有一定改造作用，結(jié)合后期所疊加的構(gòu)造，認(rèn)為在燕山期應(yīng)有一次北西向的主壓應(yīng)力活動(圖2)。

(4)區(qū)內(nèi)近南北向斷裂常表現(xiàn)出張性性質(zhì)，且尚疊加于先期華力西—印支期構(gòu)造之上，常充填具有一定寬度的方解石脈體，反映燕山—喜馬拉雅期具有一次近南北向壓應(yīng)力活動。

2.2 礦田斷裂構(gòu)造解析

礦田尺度范圍內(nèi)斷層作為區(qū)域大斷裂的低級別構(gòu)造往往是重要的研究對象(陳柏林，2000；陳正樂，2011)。在虎頭崖礦田區(qū)主要發(fā)育一系列北西西、近東西、北東—北東東向以及近南北向斷裂帶。在不同的礦帶內(nèi)由于所受力學(xué)性質(zhì)的變化，各組斷裂的發(fā)育情況和特點有所差異。對露頭上的斷層進(jìn)行觀察研究，鑒定其力學(xué)性質(zhì)、相對運動、切割其他地質(zhì)要素或被其他地質(zhì)要素切割的關(guān)系，確定本區(qū)的主應(yīng)力方向,最后共對59條斷裂所受主應(yīng)力σ1進(jìn)行投圖。

從圖3中可以看出，59條斷層求得的主應(yīng)力方向可以分為6組：①北東東向主應(yīng)力共11條。②北東向主應(yīng)力共7條。③主應(yīng)力呈近南北向共12條。④主應(yīng)力呈北西向共18條。⑤主應(yīng)力呈北西西向共8條。⑥主應(yīng)力呈近東西向共3條。

綜合上述，區(qū)域構(gòu)造和不同礦帶控礦斷裂構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)的變化，顯示出礦田加里東晚期至今至少經(jīng)歷了6期不同方向的應(yīng)力作用。

圖3 斷層特征求解的σ1方向玫瑰花圖(N=59)Fig.3 Rose-diagram of the principal stress direction of faults(N=59)

2.3 節(jié)理分析

節(jié)理分期配套是從時間、空間和形成力學(xué)上研究一個地區(qū)節(jié)理的形成發(fā)展史和分布規(guī)律，可以為研究區(qū)的構(gòu)造和恢復(fù)古應(yīng)力場提供一定依據(jù)(翟裕生，1993；孫葉，2011)。

在虎頭崖礦田區(qū)內(nèi)巖體和地層內(nèi)節(jié)理十分發(fā)育，常具有壓性或張扭性，屬良好的測試對象。設(shè)計測量點數(shù)10個，遍及整個礦帶內(nèi)。根據(jù)礦帶所屬范圍內(nèi)的構(gòu)造發(fā)育情況，分為Ⅱ礦帶東、Ⅲ礦帶、Ⅳ礦帶、Ⅴ礦帶東、Ⅴ礦帶西、Ⅶ礦帶東、Ⅶ礦帶西及楚魯套海-狼牙山8個測區(qū)。對統(tǒng)計結(jié)果，利用吳氏網(wǎng)進(jìn)行投圖分析，得到節(jié)理走向玫瑰花圖及節(jié)理法線極點等密度圖(圖4)，并總結(jié)出節(jié)理優(yōu)勢走向方位列表(表2)。

在節(jié)理法線極密圖(圖4)上，節(jié)理法線主要發(fā)育點極密。觀察點Ⅱ礦帶東段：200°∠40°；Ⅲ礦帶：165°∠5°和247°∠6°；Ⅳ礦帶：250°∠3°和80°∠0°；Ⅴ礦帶東：79°∠21°和268°∠14°；Ⅴ礦帶西：296°∠56°；Ⅶ礦帶東：80°∠20°和100°∠12°；Ⅶ礦帶西： 93°∠17°；楚魯套海-狼牙山：150°∠30°和100°∠25°。統(tǒng)計結(jié)果顯示，對于點極密比較靠近大圓環(huán)帶的Ⅲ礦帶、Ⅳ礦帶、Ⅴ東礦帶、Ⅶ礦帶東及Ⅶ礦帶西，其法線傾角較緩，表明節(jié)理產(chǎn)狀較陡，即σ1和 σ3方向都為近水平，而σ2方向為近直立，而對于Ⅱ礦帶東、Ⅴ礦帶西以及楚魯套海-狼牙山實測區(qū)，其法線具有一定的傾角，但也不是很陡，表明主應(yīng)力σ1、σ2和σ3均處于傾斜狀態(tài)。

從表3和圖4可看出，在礦田區(qū)內(nèi)Ⅱ礦帶東節(jié)理走向主要集中在2個區(qū)間北東東70°～80°和走向北東30°～40°，節(jié)理多具有壓性，結(jié)合法線極密圖，推測該區(qū)經(jīng)歷擠壓應(yīng)力為北東東；Ⅲ礦帶節(jié)理主要集中在走向北西300°～310°和走向北東25°～35°，推測主應(yīng)力為北北西向；Ⅳ礦帶節(jié)理主要集中在走向東西80°～90°和北北西340°～350°，推測主應(yīng)力為北西向；Ⅴ礦帶東節(jié)理主要集中在3個區(qū)間，即走向近南北355°～10°，多表現(xiàn)為張性斷裂，而走向北東30°～40°和北西315°～325°表現(xiàn)為壓型、壓扭性剪節(jié)理。因此，結(jié)合野外觀察，推測該礦帶受主壓應(yīng)力為近南北向，引起北東和北西的具有共軛性質(zhì)的剪節(jié)理，以及近南北向的張節(jié)理；Ⅴ礦帶西節(jié)理主要集中在走向北西西285°～300°和走向北東25°～40°，推測主應(yīng)力為北東東向；Ⅶ礦帶東節(jié)理主要集中在走向北西300°～310°和走向南北350°～10°，推測主應(yīng)力為北北西—北西向；Ⅶ礦帶西主要形成走向南北350°～10°的張節(jié)理和走向北西320°～330°的剪節(jié)理，根據(jù)對野外節(jié)理發(fā)育情況分析，推測地質(zhì)體接受近南北向壓應(yīng)力，形成近南北向張節(jié)理及北北東和北北西向的共軛剪節(jié)理；楚魯套海-狼牙山節(jié)理集中在走向東西80°～90°、走向北東40°～50°，推測主壓應(yīng)力為北東東向。

根據(jù)節(jié)理的集中優(yōu)勢方位、節(jié)理法線的點極密發(fā)育情況，可以推測研究區(qū)內(nèi)主要存在近南北、北西西、北東東、北北西向4個方向的主壓應(yīng)力。

2.4 共軛剪節(jié)理分析

共軛節(jié)理一般是指在一定應(yīng)力作用下巖石受剪切應(yīng)力破裂形成的裂隙，沿著2組最大剪切面發(fā)育的節(jié)理。共軛剪節(jié)理具有特定的剪切滑動面，常成對出現(xiàn)，互相切割，或者節(jié)理呈節(jié)理叉、鋸齒狀追蹤張節(jié)理或雁列張節(jié)理等特點。折尾及菱形結(jié)環(huán)一般就能代表2組共軛剪節(jié)理。利用共軛剪節(jié)理的組合關(guān)系，并輔以節(jié)理發(fā)育的總體特征及其有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系可以確定統(tǒng)一應(yīng)力場中形成的各組節(jié)理。2組剪節(jié)理的夾角為共軛剪裂角，2組剪節(jié)理的交線代表σ2，2組剪節(jié)理的夾角平分線分別代表σ1和σ3，共軛剪節(jié)理與主應(yīng)力軸的關(guān)系是進(jìn)行分期、配套、分析應(yīng)力狀態(tài)和探求應(yīng)力場的基礎(chǔ)和依據(jù)。據(jù)此，在野外根據(jù)剪節(jié)理發(fā)育特點進(jìn)行分期配套研究，可以分析主應(yīng)力方向和進(jìn)行構(gòu)造應(yīng)力場分析。虎頭崖礦田脆性變形極為發(fā)育，是測量共軛剪節(jié)理的良好地區(qū)。對區(qū)內(nèi)的共軛剪節(jié)理進(jìn)行實測統(tǒng)計分析(表2)，并利用赤平投影法作出共軛剪節(jié)理的主應(yīng)力方向空間分析圖(圖5)。例如，Ⅶ礦帶實測Ⅰ剖面一組共軛剪節(jié)理發(fā)育于下石炭統(tǒng)大干溝組的大理巖中，節(jié)理產(chǎn)狀分別為116°∠43°和270°∠46°，在該組節(jié)理兩側(cè)發(fā)育走向北東東向的伴生雁列張節(jié)理，據(jù)此得出σ1為北北東20°向，σ2較緩，σ3方向為96°。

圖4 虎頭崖礦田節(jié)理走向玫瑰花圖和節(jié)理法線極點圖Fig.4 Rose-diagram of the strike and polar-diagram of the normal line of joints in the Hutouya ore field

表2 節(jié)理走向優(yōu)勢方位表Tab.2 The dominant orientation of the strike of joints

表3 共軛剪節(jié)理及其確定的主應(yīng)力方向表Tab.3 Principal stress direction inferred from conjugated shear joints

根據(jù)實測的14對共軛剪節(jié)理特征，結(jié)合野外判斷的運動方向和相互切割關(guān)系，可求得主應(yīng)力方向(不同期次)主要分為5組：北東30°～52°、近南北351°～355°、北西130°～148°、北東東20°、東西270°～275°方向，按照應(yīng)力方向從構(gòu)造序次和配套的關(guān)系上分析，應(yīng)有5期構(gòu)造應(yīng)力作用。

2.5 化石應(yīng)變測量統(tǒng)計分析

有限應(yīng)變測量是指根據(jù)變形巖石中各應(yīng)變標(biāo)志物變形狀態(tài)多種測量數(shù)據(jù)與其原始未變形狀態(tài)比較，定量給出構(gòu)造變形區(qū)各點巖石的應(yīng)變狀態(tài)，求取各點應(yīng)變橢球體的主軸方位、軸比、弗林指數(shù)和應(yīng)變強(qiáng)度等(John, et al., 1987；Phillips,1986)，進(jìn)而可建立區(qū)域應(yīng)力變化變場、推算剪切帶。

在區(qū)內(nèi)選取韌性剪切帶北側(cè)邊界的下石炭統(tǒng)大干溝組中的海百合莖為研究對象，由于其近圓形、橢圓形,且具有隨機(jī)分布的特點，因此可使用長短軸法進(jìn)行分析。在野外借助巖層中發(fā)育的劈理方向,選擇韌性變形帶走向方向為X軸,垂直X軸的切面為YZ切面,垂直Y軸的切面為XZ切面(王云斌，2004；王宇明，1991),共在4個測量點統(tǒng)計標(biāo)志體98組。在上述XZ,YZ兩個切面上依次測量獲得每個應(yīng)變標(biāo)志體的X、Y、Z值,通過對統(tǒng)計的海百合莖沿著韌性變形帶走向和傾向截面上的測量數(shù)據(jù)投影于長軸為縱軸、短軸為橫軸的坐標(biāo)系中(圖6)，過原點作最合適的直線求得斜率，求得軸率分別1.67和1.77。結(jié)合野外判定為左行韌性剪切變形帶，性質(zhì)具有很好的吻合性，生物化石變形是宏觀逆沖推覆構(gòu)造的微觀響應(yīng)，再結(jié)合地質(zhì)分析，反映出區(qū)域上由南向北的推覆運動，而該變形帶則受次級北東—南西上擠壓應(yīng)力，變形帶上由此發(fā)生左行剪切，從而致使帶內(nèi)巖石轉(zhuǎn)化為動態(tài)性構(gòu)造巖。除剪切帶外，還發(fā)育有扁豆體、構(gòu)造透鏡體、變形捕虜體等。因此,可以用化石變形的長短軸法來進(jìn)行有限應(yīng)變測量、韌性剪切帶性質(zhì)以及構(gòu)造應(yīng)力場的研究。

圖5 共軛剪節(jié)理的主應(yīng)力方向分析圖Fig.5 The analysis diagram of principal stress direction of the conjugate shear joints

2.6 韌性變形分析

韌性剪切變形帶發(fā)育在巖石圈中具剪切應(yīng)變的強(qiáng)烈變形帶(聶江濤，2009)。在剪切帶分別沿著無數(shù)微細(xì)滑動面做微小滑移，從而引起地質(zhì)塊體的錯位(Phillips et al,1986；Robert et al,1986)。根據(jù)對韌性剪切帶相伴生的劈理、線理、節(jié)理、裂隙、多米勒骨牌、“Q”型剪切褶皺、S-C面理和旋轉(zhuǎn)碎斑系等研究(楊興科，1998；朱光謝，2005)，可對其剪切方向和構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)行分析。

圖6 石炭系中的海百合莖長短軸法應(yīng)變測量圖解Fig.6 Date plot of short and long axis of encrinte in the carboniferous strata

祁漫塔格斷裂為祁漫塔格地區(qū)的大型主干斷裂，總體呈北西西—近東西向舒緩波狀沿阿達(dá)灘北緣—野馬泉—格爾木一線分布，是劃分三級構(gòu)造單元祁漫塔格結(jié)合帶和北昆侖巖漿弧的分界斷裂(潘桂棠等，2008)。該斷裂為一多期活動的復(fù)合斷裂(郭通珍，2011)，早期和中期具有中淺層次的韌性變形特征，剪切帶出露數(shù)百米，晚期具有表部構(gòu)造層次的脆性變形特點。

該斷裂在虎頭崖礦田內(nèi)主要發(fā)育在石炭系和薊縣系狼牙山組中，剪切帶寬度一般為100～300 m，剪切帶內(nèi)部有透入性糜棱面理。該斷裂主期變形時限為晚奧陶世，在那棱格勒河兩岸奧陶—志留紀(jì)地層多見(郭通珍，2011)；而在華力西期，主斷層受近南北向擠壓運動，在景忍—楚魯套海一帶上石炭統(tǒng)締敖蘇組、呼都森花崗巖上發(fā)育方向為北西的右行剪切的變形帶(郭通珍，2011)；華力西末—早中印支期，在虎頭崖地區(qū)的下石炭統(tǒng)和薊縣系接觸帶上發(fā)育左旋剪切變形帶，沿該透入性糜棱面理有矽卡巖型礦體產(chǎn)出；燕山—喜山期斷裂主要表現(xiàn)為由南向北的逆沖推覆。

景忍東F1兩側(cè)糜棱面理總體向北傾，傾角為50°～85°(圖7)，拉伸線理發(fā)育，主要由拉長的石英及定向排列的黑云母、白云母組成，糜棱面理面上發(fā)育的拉伸線理向北西方向傾伏，其傾伏角為50°～60°，具有右旋性質(zhì)；虎頭崖韌性變形帶糜棱面理南傾居多，傾向為160°～210°，傾角為60°～85°(圖7)，為左行順層剪切，S面理35°∠70°。根據(jù)對帶內(nèi)糜棱面理、角礫巖、碎裂巖、流劈理、破劈理等面理構(gòu)造和與節(jié)理的交切關(guān)系、共軛剪節(jié)理的分期配套等，認(rèn)為第一期主應(yīng)力為北西向拉張力，形成近東西向左行剪切帶；第二期主應(yīng)力為近南北—北西西向，形成北西西向右行剪切變形帶。

2.7 構(gòu)造應(yīng)力場的劃分和時代的確定

根據(jù)區(qū)域構(gòu)造分析、礦田斷裂構(gòu)造解析、節(jié)理分析、共軛剪節(jié)理分析、化石應(yīng)變測量統(tǒng)計分析及韌性變形分析，可將研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場主應(yīng)力(σ1)的方向劃分為：北北東—南北→北北東→北北西→北東—北北東→南北—北北西→北西—北西西→北東東—東西→南北，共8期次。

在進(jìn)行構(gòu)造應(yīng)力場分析研究時，定時是指研究各地質(zhì)時期構(gòu)造形變的相對次序以及確定各構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)的形成時代，是研究礦田構(gòu)造最關(guān)鍵的問題。確定構(gòu)造應(yīng)力場的時代可以依據(jù)地質(zhì)方法，也可以依據(jù)構(gòu)造年代學(xué)方法。因此，依據(jù)區(qū)域構(gòu)造與不整合關(guān)系和巖漿侵位關(guān)系、地層時代、韌性剪切變形時代、地質(zhì)體變形疲勞關(guān)系和斷裂切割關(guān)系等確定原則，可以確定本區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的先后關(guān)系和時代，即主應(yīng)力(σ1)方向的變化秩序是：(第一期)北北東—南北→北北東→北北西→(第二期)北東—北北東→南北—北北西→(第三期)北西—北西西→北東東—東西→南北，其對應(yīng)的時間大致為(第一期)加里東晚期→華力西早期→華力西晚期→(第二期)早中印支期→印支中晚期→(第三期)燕山期→燕山—喜山期→喜山期。

圖7 景忍東韌性剪切帶中糜棱面理的統(tǒng)計圖Fig.7 Statistical charts of mylonitic foliation in ductile shear zone in Jingrendong

3 構(gòu)造應(yīng)力場演化

綜上所述，結(jié)合鈾礦成礦作用特征及其成礦時代的確定，研究區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場可以劃分為3期8個階段(表4、圖8)。

3.1 成礦前構(gòu)造

(1)基底變形階段。褶皺變形基底為前寒武紀(jì)地層及早古生界灘間山群，變形時代屬加里東晚期構(gòu)造，變形性質(zhì)為韌脆性褶皺變形，最大主壓應(yīng)力呈近南北—北北東向，形成的主要構(gòu)造形跡是近東西—北西西向的褶皺和斷裂構(gòu)造帶，屬于成礦前構(gòu)造。

(2)火山活動。分布于礦田南側(cè)至肯德可克一帶的牦牛山組，時代應(yīng)該為晚泥盆紀(jì)，主要的構(gòu)造活動為巖漿侵位相和火山噴發(fā)作用。根據(jù)火山噴發(fā)特征，主應(yīng)力(σ1)方向為北北東向。

(3)蓋層變形。晚古生代蓋層受區(qū)域性動力變質(zhì)作用控制而發(fā)生韌脆性變形，形成北西西向右旋斜沖韌性剪切帶以及北東東向褶皺系，推測主應(yīng)力方向為北北西向。

3.2 成礦期構(gòu)造

(1)成礦早階段。時代為華力西晚期—早中印支期，變形性質(zhì)為脆韌性階段，發(fā)生一系列北西西向、近東西向的逆沖推覆構(gòu)造，形成多條脆性斷裂帶，最大主應(yīng)力方向為北北東—南北向。該斷裂最后發(fā)育為礦田內(nèi)的二級構(gòu)造帶，切割薊縣系、石炭系，并被中晚印支期巖體侵入及晚三疊統(tǒng)火山巖覆蓋，沿著斷裂帶發(fā)育與印支晚期中酸性巖體有關(guān)矽卡巖銅、鐵、鉛、鋅礦床。

圖8 虎頭崖礦田構(gòu)造主應(yīng)力方位演化圖Fig.8 The evolution diagram of principal stress direction in Hutouya ore field

(2)成礦晚階段。時代為中晚印支期，主要為脆性變形階段，最大主應(yīng)力方向為近南北—北北西向，主要形成近東西、北東東向脆性斷裂帶，斷裂具有壓扭性質(zhì)。這都是與Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ礦帶有關(guān)的控礦構(gòu)造，屬同期次成礦構(gòu)造，主要形成矽卡巖型礦床。在靠近巖體附近礦體受接觸帶構(gòu)造控制，而遠(yuǎn)端表現(xiàn)為斷控?zé)嵋盒偷V化特點，均是找礦的重要標(biāo)志。沿著斷裂帶發(fā)育與中印支期中酸性巖體有關(guān)矽卡巖銅、鐵、鉛、鋅礦床。因此，北西西向和近東西向控礦構(gòu)造，及與中酸性巖體接觸部位的構(gòu)造是重要的構(gòu)造找礦標(biāo)志。

3.3 成礦后構(gòu)造

(1)成礦后早階段。推測屬燕山期，變形性質(zhì)為脆性破碎，最大主應(yīng)力方向為北西向，形成北東向具左行平移性質(zhì)斷裂，對整個區(qū)域地層、巖體甚至礦體改造明顯。

表4 構(gòu)造應(yīng)力場演化特征表Tab.4 The tectonic evolution characteristics of stress field

續(xù)表4

(2)成礦后中階段。主應(yīng)力方向為北東東—東西向，推測時代為晚燕山—喜山期，形成近南北向和北北西向脆性斷裂，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，但斷裂規(guī)模不大。

(3)成礦后晚階段。屬喜山期造山運動的產(chǎn)物，形成近南北向的主壓應(yīng)力，構(gòu)造行跡為近南北向張性斷裂、近東西向斷裂復(fù)活以及北東—北西共軛剪切斷裂。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)區(qū)域構(gòu)造分析結(jié)果指示區(qū)域上4期次的應(yīng)力作用；礦田斷裂構(gòu)造解析法顯示了6期次的應(yīng)力作用；根據(jù)節(jié)理的集中優(yōu)勢方位、法線的點極密發(fā)育情況和共軛剪節(jié)理的分析，至少發(fā)育5期次不同方向的主壓應(yīng)力作用；對化石應(yīng)變測量和韌性變形帶的分析也表明經(jīng)歷2次區(qū)域性主壓應(yīng)力作用?？傮w劃分為8個期次應(yīng)力作用：北北東—南北→北北東→北北西→北東—北北東→南北—北北西→北西—北西西→北東東—東西→南北。

又通過對區(qū)域和礦田區(qū)構(gòu)造與不整合的關(guān)系、巖體侵位關(guān)系、地層時代、地質(zhì)體變形疲勞關(guān)系、韌性剪切變形時代以及斷裂切割關(guān)系的梳理，為研究區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的判定制定了原則，并厘定出其形成時代，認(rèn)為主應(yīng)力的演化共分3期，成礦前：(加里東—華里西期)北北東—南北→北北東→北西→北北西；成礦期：(華里西—印支期)北北東—南北→北北西；成礦后期：(燕山—喜山期)北西—北西西→北東東—東西→南北。

(2)該礦床以矽卡巖型多金屬礦化為主，在成礦期構(gòu)造北西西、近東北、北東東向斷裂交匯部位及其派生斷裂附近是尋找礦體的有利構(gòu)造部位。

(3)虎頭崖礦田的構(gòu)造應(yīng)力場演化與區(qū)域上早古生代以來兩階段的構(gòu)造-巖漿演化活動密切相關(guān)，后期又受到燕山期構(gòu)造活動和喜山期強(qiáng)烈造山運動的影響，形成構(gòu)造演化的多階段性、多期次性和多次疊加性，這在早期是有利于成礦的，在后期卻是不利于保存礦體的。

致謝：感謝青海省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院、云銅礦業(yè)公司對項目野外工作的支持，以及陳正樂、郭濤、王世峰等老師的指導(dǎo)交流。