云南彝良縣毛坪鉛鋅礦區(qū)構(gòu)造變形分析及意義

姜慶錢，孫幫濤，趙正友

(彝良馳宏礦業(yè)有限公司，云南 彝良 657600)

云南彝良縣毛坪鉛鋅(銀、鍺)礦床是川滇黔成礦域內(nèi)碳酸鹽巖賦礦的典型代表，規(guī)模達(dá)超大型。礦體嚴(yán)格受北東向?qū)娱g斷裂和花苗寨疊加褶皺的控制，分布于毛坪逆斷層上盤的花苗寨倒轉(zhuǎn)背斜西翼層間斷裂帶中。礦體呈大脈狀陡傾斜產(chǎn)出，其傾向延伸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于走向延長，主要礦石礦物由閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦組成，脈石礦物主要為鐵白云石、方解石、石英和重晶石。前人就該礦的成因分別提出過沉積改造-側(cè)分泌層礦礦床[1、2]、沉積-改造-后期礦床[3]、沉積-熱液改造礦床[4]、沉積-熱液疊加改造礦床[5]、沉積-流體貫入-構(gòu)造控礦礦床[6～10]等礦床成因的意見。本文綜合流體包裹體特征、成礦流體來源、北東向斷裂構(gòu)造巖微量元素R型因子、礦床同位素地球化學(xué)性質(zhì)等研究成果基礎(chǔ)上，著重對礦床構(gòu)造變形開展研究，系統(tǒng)分析礦區(qū)構(gòu)造變形演化，建立構(gòu)造變形模型，認(rèn)為該礦床屬于“沉積→構(gòu)造運(yùn)動→流體貫入淋濾→萃取圍巖的成礦元素→構(gòu)造控礦”之多成因礦床，礦床的賦存空間與構(gòu)造變形關(guān)系密切。研究成果對成礦規(guī)律研究及找礦實踐具有重要意義。

1 成礦地質(zhì)背景

毛坪鉛鋅礦床處于特提斯喜馬拉雅構(gòu)造域與太平洋構(gòu)造域交接部位揚(yáng)子地臺西南緣滇東北臺褶束中部，先后經(jīng)歷了加里東、華力西、印支以及燕山運(yùn)動，被小江斷裂、昭通-水城斷裂、南盤江斷裂夾持，并遭受華南褶皺帶、三江褶皺帶的強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓，形成了一系列北西向、北東向構(gòu)造(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)柳賀昌、林文達(dá)等等“略加修改”)Fig 1.Regional Geological Sketch Map

礦區(qū)出露的地層主要有上泥盆統(tǒng)宰格組(D3zg)，石炭系豐寧統(tǒng)(C1f)、威寧統(tǒng)(C2w)，下二疊統(tǒng)梁山組(P1l)、上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)及第四系(Q)。其中上泥盆統(tǒng)宰格組、石炭系威寧組為礦(化)的賦礦地層，主要為灰白、灰色-厚層狀中-粗晶白云巖。

礦區(qū)內(nèi)主干構(gòu)造為石門坎背斜(區(qū)域上稱之為花苗寨背斜)、獻(xiàn)雞向斜，次為北東-南西向和北西-南東向展布的兩組斷裂構(gòu)造，其中北東-南西向斷裂構(gòu)造，主要位于洛澤河北東岸。除此之外，在石門坎背斜西翼深部還發(fā)育著一些由北西、南東向的外力擠壓形成的層間隱伏斷裂和層間擠壓滑動剝離構(gòu)造帶。巖漿巖主要為海西期陸相裂隙式噴發(fā)的峨眉山玄武巖。

2 礦床構(gòu)造變形分析

2.1 主要賦礦層位巖石力學(xué)參數(shù)

研究區(qū)除石炭系豐寧統(tǒng)萬壽山組和二疊系下統(tǒng)梁山組(P1l)為含煤碎屑巖系外，其它均為碳酸鹽巖建造，通過實驗得出部分巖石抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度數(shù)(表1)，石炭系豐寧統(tǒng)萬壽山組(C1f1)巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度最大，石炭系豐寧統(tǒng)灰頁巖組(C1f2～3)、泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3zg)巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度次之，石炭系豐寧統(tǒng)灰頁巖組(C1f2～3)巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度略大于泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3zg)巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度，石炭系威寧統(tǒng)(C2w2)巖石抗壓、抗剪強(qiáng)度最小，表明石炭系豐寧統(tǒng)萬壽山組(C1f1)巖石的強(qiáng)度極限>石炭系豐寧統(tǒng)灰頁巖組(C1f2～3)巖石的強(qiáng)度極限>泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3zg)巖石的強(qiáng)度極限>石炭系威寧統(tǒng)(C2w2)巖石的強(qiáng)度極限，說明在相同性質(zhì)的應(yīng)力、地質(zhì)條件下，石炭系威寧統(tǒng)(C2w2)巖層更容易破裂，泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3zg)、石炭系豐寧統(tǒng)灰頁巖組(C1f2～3)巖層次之。

表1 研究區(qū)部分巖體物理力學(xué)指標(biāo)Tab 1.Mechanics Indices of Some Rockbody

2.2 最大主應(yīng)力分析

加里東期，區(qū)域遭受近東西張應(yīng)力、南北向擠壓應(yīng)力。在東西向張應(yīng)力作用下，區(qū)域性南北向斷裂(如安寧河-綠汁江斷裂)規(guī)模進(jìn)一步發(fā)展，次級南北向深大斷裂(小江斷裂)開始形成(劉福輝，1984)。海西期，由于持續(xù)受到東西向拉張作用，南北向深斷裂深度增加，安寧河-綠汁江斷裂已發(fā)展成為巖石圈斷裂。印支期，滇東北礦集區(qū)毗鄰龍門山造山帶、南盤江-右江增生弧型沖褶帶及哀牢山墨江綠春造山帶(馬力等，2004)，由于受越北古陸向北強(qiáng)烈擠壓，在滇東北地區(qū)形成控制礦田分布的一系列北東向沖斷褶皺構(gòu)造帶后，跟隨喜馬拉雅運(yùn)動的構(gòu)造疊加，區(qū)域川滇黔菱形地塊強(qiáng)烈擠壓褶皺，形成區(qū)域內(nèi)“串珠狀”間隔分布的菁門背斜、彝良向斜、花苗寨背斜、洛澤河向斜等構(gòu)造?！按闋睢瘪薨櫂?gòu)造體系是受與褶皺構(gòu)造體系走向一致和與其直交兩組擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用形成，且直交構(gòu)造應(yīng)力大于走向擠壓構(gòu)造應(yīng)力，形成“串珠狀”褶皺構(gòu)造體系兩排褶皺的背、向斜之間為最大剪應(yīng)力和應(yīng)變能密度最大梯度區(qū)因擠壓屈而斷裂[12]，從而形成分布于兩背、向斜之間的放馬壩-銀廠溝、毛坪、待補(bǔ)等壓扭性走滑斷裂。在走滑斷裂走向彎曲或轉(zhuǎn)折的地方，剪切面的方向與走滑運(yùn)動方向斜交，形成走滑斷層某些段落的拉張下沉，而在走滑斷裂尖滅端，由于受未斷開地段的牽制，在錯動方向后方可能產(chǎn)生相對拉張下沉區(qū)(圖2)。毛坪壓扭性走滑斷裂南東段轉(zhuǎn)折段與洛澤河壓扭性走滑斷裂南東段轉(zhuǎn)折端交匯，形成了區(qū)域花苗寨隆起背斜區(qū)、毛坪塌陷區(qū)、小法路塌陷區(qū)等，有利于賦礦空間及聚煤盆地(圖3)。毛坪鉛鋅礦礦區(qū)位于毛坪壓扭性走滑斷裂南東端形成的花苗寨背斜隆起區(qū)與毛坪塌陷區(qū)組合中隆起區(qū)，位于洛澤河壓扭性走滑斷裂南東端形成的走滑斷裂花苗寨背斜隆起區(qū)與小法路塌陷區(qū)中隆起區(qū)，同時受來自毛坪壓扭性走滑斷裂、洛澤河壓扭性走滑斷裂所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力作用。當(dāng)兩壓扭走滑斷裂所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力大小方向不一致時，巖層因受力不一致將向受力較小一方倒轉(zhuǎn)，因此毛坪鉛鋅礦礦區(qū)受洛澤河壓扭性走滑斷裂所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力作用大于受毛坪壓扭性走滑斷裂所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力作用，綜合受力方向垂直于花苗寨背斜軸方向，方向沿背斜巖層倒轉(zhuǎn)方向為北西向，與毛坪鉛鋅礦最大主應(yīng)力方向為N60°-70°W與N45°-50°W之間[14]相符。而沿花苗寨背斜南西端，洛澤河壓扭性走滑斷裂所產(chǎn)生的應(yīng)力由擠壓應(yīng)力逐漸向拉張應(yīng)力過渡，綜合受力由北西向逐漸轉(zhuǎn)換為相互抵消作用，背斜兩翼地層逐漸趨于正常。

圖2 毛坪鉛鋅礦走滑斷層尖滅端應(yīng)力分布圖Fig 2.Stress Distribution of Strike-Slip Fault Thinning out End of Maoping Pb-Zn Deposit

圖3 毛坪鉛鋅礦彎曲的走滑斷裂系與構(gòu)造簡圖Fig 3.Sketch Map of Torsion Strike-Slip Fault System and Structure of Maoping Pb-Zn Deposit

2.3 構(gòu)造變形分析

地殼在構(gòu)造變形過程中，主要表現(xiàn)為構(gòu)造聯(lián)合和構(gòu)造復(fù)合兩種構(gòu)造疊加方式[15～17]。構(gòu)造聯(lián)合是同地同時發(fā)生的2個或兩個以上應(yīng)力場、應(yīng)變場、位移場及有關(guān)構(gòu)造的疊加[15]；而構(gòu)造復(fù)合是同地不同時的應(yīng)變場、位移場及有關(guān)構(gòu)造的疊加，是地殼變形中最為常見的構(gòu)造變形現(xiàn)象之一，典型的構(gòu)造復(fù)合疊加現(xiàn)象有斷裂交切、面理線理的穿插、褶皺的疊加干擾等[15]。疊加褶皺作為復(fù)合構(gòu)造中一種重要的表現(xiàn)形式[17]，是由于已褶皺的巖層或巖石再次或多次褶皺變形而形成的褶皺綜合形態(tài)[18]，其變形標(biāo)志是先期褶皺軸面再次發(fā)生褶皺變形，或者先期褶皺軸發(fā)生彎曲[16]。毛坪鉛鋅礦位于花苗寨背斜轉(zhuǎn)折端核部，受獻(xiàn)雞向斜影響形成的疊加構(gòu)造區(qū)，根據(jù)所測巖石力學(xué)指標(biāo)，石炭系、泥盆系為一套韌性、脆性互層。巖整個印支期，區(qū)域地層在南東-北西向順層擠壓構(gòu)造應(yīng)力的作用而發(fā)生褶皺，研究區(qū)巖層也因褶皺形成過程發(fā)生灣滑作用，形成礦區(qū)層間滑動及韌性巖層層間小褶皺，同時由于灣流作用與“串珠狀”褶皺構(gòu)造體系背斜脊上張應(yīng)力較大[12]重疊效應(yīng)，研究區(qū)形成了部分順層剪裂面、翼部剪節(jié)理等內(nèi)部構(gòu)造。當(dāng)巖體和巖層內(nèi)有早期斷裂存在再次發(fā)生構(gòu)造變形時，在早期斷裂附近，特別是在斷裂帶的端點(diǎn)、拐點(diǎn)、分枝點(diǎn)、錯列點(diǎn)和待交匯點(diǎn)最容易出現(xiàn)應(yīng)力集中[19]。進(jìn)入燕山期，礦區(qū)由于區(qū)域構(gòu)造擠壓應(yīng)力由北西向逐漸向北北東-南南西向轉(zhuǎn)變，最大主應(yīng)力方向也發(fā)生改變，改變了礦區(qū)原有構(gòu)造應(yīng)力分布，應(yīng)力主要集中分布于毛坪壓扭性斷裂、石門坎背斜與北西向洛澤河斷裂交匯部位印支運(yùn)動形成的構(gòu)造系統(tǒng)內(nèi)，促使花苗寨背斜北東端倒轉(zhuǎn)而形成較為有利的賦礦空間。

毛坪礦區(qū)的最大主應(yīng)力方向為N45°～70°W[14]，區(qū)域構(gòu)造擠壓應(yīng)力由北西向逐漸向北北東-南南西向轉(zhuǎn)變時，石門坎背斜北東端最大主應(yīng)力由原來的北西向逐漸向近東西向變化，在背斜北端表現(xiàn)有撓曲構(gòu)造，且該處也是印支運(yùn)動形成的順層剪裂面、翼部剪節(jié)理等內(nèi)部構(gòu)造較為發(fā)育區(qū)段，說明研究區(qū)進(jìn)入燕山運(yùn)動后，背斜北端繞曲段構(gòu)造應(yīng)力較為集中，撓曲轉(zhuǎn)折端構(gòu)造應(yīng)力與巖層走向垂直，撓曲北東端巖層走向與最大主應(yīng)力存在一定夾角，最大主應(yīng)力由距離繞曲軸部由近到遠(yuǎn)性質(zhì)由擠壓力逐漸轉(zhuǎn)換為張扭應(yīng)力，礦區(qū)原本形成的花苗寨背斜經(jīng)受二次構(gòu)造應(yīng)力疊加，背斜北東端形成二次褶皺疊加，二次構(gòu)造變形形跡階梯分布在原形成的花苗寨背斜核部，形成階梯狀有利賦礦空間，與現(xiàn)勘查發(fā)現(xiàn)的礦體階梯賦存相符(圖4)。研究區(qū)石炭系豐寧統(tǒng)萬壽山組(C1f1)巖層抗壓、抗剪強(qiáng)度最大，區(qū)域表現(xiàn)為韌性巖性，巖層在構(gòu)造應(yīng)力下易變形而不易破裂形成塑性變形；而石炭系豐寧統(tǒng)灰頁巖組(C1f2-3)、泥盆系上統(tǒng)宰格組(D3zg)巖層抗壓、抗剪強(qiáng)度次之，區(qū)域表現(xiàn)為韌性與脆性巖性之間；石炭系威寧統(tǒng)(C2w2)巖層抗壓、抗剪強(qiáng)度最小，區(qū)域表現(xiàn)為脆性巖石，在相同應(yīng)力、相同地質(zhì)環(huán)境下，巖層受力更容易破裂形成節(jié)理裂隙，為礦體的賦存提供有利空間，從而形成礦區(qū)Ⅱ、Ⅲ礦體及Ⅰ礦體的主要賦存空間(圖4)。通過對Ⅱ、Ⅲ礦帶賦存狀態(tài)及圍巖觀察，發(fā)現(xiàn)礦體主要賦存在巖層節(jié)理裂隙及拖曳空間內(nèi)，巖層中除發(fā)育一些走向北東向斷裂外，還有許多雁形排列的微小張裂隙。據(jù)此推出該段主應(yīng)力方向為北東向，表現(xiàn)為剪應(yīng)力，為礦區(qū)東西向應(yīng)力最大集中點(diǎn)，由該點(diǎn)向花苗寨背斜南東延伸，受構(gòu)造疊加應(yīng)力不斷影響，最大主應(yīng)力不斷發(fā)生改變，由北西向擠壓應(yīng)力逐漸變?yōu)楸睎|-南西向張扭應(yīng)力，形成以疊加構(gòu)造應(yīng)力變化跡線為對稱的兩組有利賦礦空間。

圖4 毛坪鉛鋅礦區(qū)綜合地質(zhì)剖面圖Fig 4.Comprehensive Geological Section of Maoping Pb-Zn Orefield

巖石變形特征不僅與受力大小、方向、性質(zhì)有關(guān)，而且與巖石本身的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。巖石的力學(xué)性質(zhì)主要取決于其成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等內(nèi)在因素，同時也受地質(zhì)環(huán)境因素，如圍巖、溫度、溶液、空隙壓力、時間及巖石變形的應(yīng)力狀態(tài)等條件的影響，巖層在受擠壓應(yīng)力作用下形成褶皺，隨褶皺的深部巖石，巖層力學(xué)性質(zhì)不斷改變，巖石強(qiáng)度不斷減低，彈性減弱，韌性顯著增強(qiáng)[18]。說明研究區(qū)石門坎背斜隨深度延伸，構(gòu)造應(yīng)力形成的順層剪裂面、翼部剪節(jié)理等內(nèi)部構(gòu)造逐漸減弱直至蠕變狀態(tài)，推測研究區(qū)燕山運(yùn)動疊加于印支運(yùn)動形成的構(gòu)造端點(diǎn)、拐點(diǎn)、分枝點(diǎn)、錯列點(diǎn)和待交匯點(diǎn)應(yīng)力集中區(qū)隨深度的增加減小，且在石門坎背斜北端撓曲部位最大主應(yīng)力表現(xiàn)為壓力力，隨著距離繞曲點(diǎn)向背斜南西部位移，最大主應(yīng)力由壓應(yīng)力向剪應(yīng)力、剪應(yīng)力向張應(yīng)力過渡，形成與疊加應(yīng)力跡線對稱的相對賦存空間，而撓曲向背斜北端延伸則應(yīng)巖層受地質(zhì)環(huán)境的影響，巖層變形較小，不易形成有利的礦體賦存空間。

3 結(jié)論

(1)疊加應(yīng)力由花苗寨背斜北東端向南西端延伸，最大主應(yīng)力由壓應(yīng)力向剪應(yīng)力、剪應(yīng)力向張應(yīng)力過渡；

(2)疊加構(gòu)造變形形跡由背斜北東端向南西端延伸最大主應(yīng)力形成的疊加構(gòu)造形跡呈一定角度向深部延伸，且形成以構(gòu)造主形跡線對稱的兩個相對賦礦空間，礦體以構(gòu)造主形跡線為對稱呈階梯狀分布；

(3)花苗寨背斜北東端繞曲向北東端延伸，構(gòu)造主要受擠壓應(yīng)力作用，變形較小，不易形成賦礦空間；

(4)花苗寨背斜由繞曲向南西延伸，由于受疊加構(gòu)造應(yīng)力影響，形成以構(gòu)造軸線對稱的兩個相對有利賦礦空間，礦體呈階梯分布于以構(gòu)造軸線相對稱的兩個賦礦空間，但隨深度的不斷加深，巖石受環(huán)境因素等影響，強(qiáng)度不斷降低，彈性減弱，韌性增強(qiáng)，形成的賦礦空間呈現(xiàn)收縮趨勢，且走向延伸與傾向延伸比例不斷減小。