甘肅陽山金礦區(qū)構(gòu)造變形特征

張龍，景永康，程賢達，張 哲，吳珺瑋，王曉陽

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；2.長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；3.中國地質(zhì)調(diào)查局廊坊自然資源綜合調(diào)查中心，河北 廊坊 065000）

甘肅陽山金礦是國內(nèi)超大型金礦床之一，目前已控制金資源量超過350 t，預測遠景資源量近千噸[1-3]。國內(nèi)外眾多研究者對其相關(guān)的地質(zhì)礦產(chǎn)科學問題始終保持高度關(guān)注，并從成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征及成因機制、礦床地球化學等方面提出了一系列的觀點和認識[4-11]。前人認為陽山金礦的形成與勉略構(gòu)造帶的構(gòu)造演化密切相關(guān)[5,12]，許多學者提出復雜構(gòu)造變形對成礦具有重要的控制作用。關(guān)于這一方面的研究工作較少，尚無統(tǒng)一認識，由此導致對控礦因素、礦體形態(tài)規(guī)模及礦體圈連方法的爭論都影響勘查工作的進一步深入[13]。因此，對陽山礦區(qū)構(gòu)造變形特征的研究對探討該區(qū)的構(gòu)造演化與成礦控礦的關(guān)系具有重要意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

陽山金礦位于西秦嶺造山帶南緣勉略構(gòu)造帶內(nèi)，屬康縣-文縣-瑪曲區(qū)段（圖1-b）。該區(qū)域是揚子板塊-華北板塊-松藩甘孜地塊的匯聚部位，在平面上呈現(xiàn)三面圍限的形態(tài)特征[14-17]（圖1-a）。其獨特的造山過程、構(gòu)造演化歷史及動力學機制使其被稱作“中國地質(zhì)百慕大”[18-20]。作為中國大陸印支期主要結(jié)合帶的重要組成部分，勉略構(gòu)造帶經(jīng)文縣向西與阿尼瑪卿縫合帶相連[21-23]，向東以文縣弧形構(gòu)造的形式展現(xiàn)。文縣弧形構(gòu)造由多條疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶組成，邊界斷裂自北向南分別為松柏-梨坪斷裂、觀音壩-安昌河斷裂、魏家壩-馬家磨斷裂及白馬-臨江斷裂（圖2-a）。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造背景（a）和勉略帶大地構(gòu)造略圖（b）Fig.1 Macroscopic tectonic framework(a)and geological sketch（b）of Mianlue belt

陽山金礦區(qū)整體上處于三河口逆沖推覆體中南部，安昌河-觀音壩斷裂是主要控礦斷裂，泥盆系三河口群為主要容礦地層（圖2-b），以含碳質(zhì)、硅質(zhì)及鈣泥質(zhì)板巖和千枚巖為主，夾中薄層灰?guī)r，前人總結(jié)為一套熱水沉積地層[24]。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖整體出露較少，但種類較多。基性、超基性、中酸性火山巖及侵入巖均見出露。巖體規(guī)模較小，難以在圖中表示，且空間分布不集中，較為散亂。侵入巖多呈巖脈或小型巖株，與金礦存在密切關(guān)系或直接參與礦化[25]。巖漿活動期次區(qū)分較明顯，均與構(gòu)造事件密切相關(guān)，可將本區(qū)構(gòu)造-巖漿事件劃分為加里東期、印支期及燕山期3期，其中印支期構(gòu)造-巖漿事件最為顯著，即中生代中晚期楊子板塊與華北板塊碰撞拼合，產(chǎn)生強烈的碰撞造山作用，使該區(qū)廣泛發(fā)育褶皺、斷裂、逆沖推覆、剪切平移等構(gòu)造作用，并伴隨強烈的火山活動及巖漿侵入。

2 研究區(qū)變形特征

為查明復雜構(gòu)造變形對陽山金礦成礦的控制和影響，本次工作針對區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育的中小尺度變形和顯微變形進行分析研究，獲取區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形特征。

2.1 宏觀尺度構(gòu)造變形

透入性線理在區(qū)內(nèi)非常發(fā)育，以皺紋線理和交面線理為主。本次工作分別在礦區(qū)內(nèi)的草坪梁、后村、賈那下、葛條灣、寺陡坪5 地實測B 型線理88 組（圖2-b），以皺紋線理為主，交面線理和窗棱構(gòu)造次之（圖3-a，c）。采集18塊定向標本，運用赤平投影法對產(chǎn)狀投影，得到線理優(yōu)選產(chǎn)狀108°∠6°（圖3-m）。反應區(qū)域構(gòu)造置換主應力方向為NNE向。

圖2 文縣弧形構(gòu)造格架圖（a）和陽山金礦帶地質(zhì)簡圖（b）Fig.2 Tectonic framework of Wenxian arc structure(a)and geological sketch map of the Yangshan gold deposit

圖3 典型構(gòu)造變形及優(yōu)選產(chǎn)狀Fig.3 Typical tectonic deformation and preferred orientation

區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育以緊閉褶皺和同斜褶皺為主的復雜褶皺，代表巖層受到垂直軸面方向的應力作用被強烈壓扁（圖3-e，f）。全區(qū)實測緊閉褶皺樞紐產(chǎn)狀326 組。從極密圖中可看出（圖3-n），樞紐優(yōu)選產(chǎn)狀110°∠18°。反應區(qū)域構(gòu)造置換主應力方向為NNE向。另外，對礦區(qū)內(nèi)多地220組穩(wěn)定面理進行測量統(tǒng)計（圖3-o），得到優(yōu)勢傾向為NNE向，平均產(chǎn)狀45°∠50°。此外，區(qū)內(nèi)還發(fā)育多種具指示意義的特征構(gòu)造變形，主要為鈣質(zhì)千枚巖內(nèi)發(fā)育的旋轉(zhuǎn)碎斑、書斜構(gòu)造、S/C 組構(gòu)、黃鐵礦壓力影拖尾、石英脈右行拖尾及規(guī)模不等的構(gòu)造透鏡體（圖3-g-l）。透鏡體多為石英脈和花崗斑巖，具斜列和尖滅后再現(xiàn)的特點。

2.2 微觀尺度構(gòu)造變形

陽山金礦帶內(nèi)發(fā)育大量顯微構(gòu)造變形，蘊含豐富的地質(zhì)信息，能夠從微觀角度體現(xiàn)區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形的整體特征。

本次工作采集三河口群中強變形的千枚巖、板巖和灰?guī)r磨制薄片進行鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)多數(shù)樣品中石英顆粒均發(fā)育波狀消光、變形紋（圖4-a），部分石英發(fā)育動態(tài)重結(jié)晶顆粒（圖4-k），代表該區(qū)普遍發(fā)生塑性變形并發(fā)生低綠片巖相變質(zhì)。千枚巖定向薄片中旋轉(zhuǎn)碎斑（圖4-f）、礦物顆粒條帶（圖4-d）、書斜構(gòu)造的運動學指向為右行，宏觀指向自北向南。另外，面理疊加現(xiàn)象說明該區(qū)受到多期構(gòu)造活動改造（圖4-l），而顯微破裂是脆性變形的直接表現(xiàn)[26]（圖4-b），反應晚期脆性變形的疊加。

定向薄片JCG-b1 與CPL-b6 中條帶狀構(gòu)造延伸方向分別為68°與288°（圖4-j，d），與之垂直方向即所受應力方向分別為338°和18°[27-28]；定向薄片CPL-b16 中發(fā)育雁列狀張裂隙（圖4-b），雁列展布方向代表主應力σ1方向，垂直破裂面方向代表σ3[28]。σ3方向為60°，即σ1方向為330°。綜上分析，區(qū)域主應力方向為18°～330°，即NNW-NNE之間。

圖4 典型顯微構(gòu)造變形和石英C軸結(jié)晶學優(yōu)選組極圖Fig.4 Typical micro tectonic deformation and pole figures of quartz CPO

2.3 石英EBSD組構(gòu)分析

采用EBSD技術(shù)獲取石英晶體的CPO（crystallization preferred orientation）信息，通過繪制組構(gòu)圖分析其特點來反映變形溫度，可為巖石整體的變形和機制提供微觀信息[29-31]。本次測試在中國地質(zhì)大學（北京）重點實驗室工作人員協(xié)助下完成，所用儀器包括牛津IE350 型X 射線能譜儀、加載HKL Nordlys EBSD 探頭套件的日立S-3 400NⅡ型掃描電子顯微鏡，加速電壓15kV，COP極密圖由HKL Channel 5軟件完成。

選取4塊千枚巖定向樣品制備薄片，在XZ平面（平行線理，垂直面理）分析<0001>方位的極圖。前人研究表明，不同活動滑移系對應不同的變形溫壓條件[32-37]。樣品8832-2存在多個極密點（圖4），其中Y 軸附近極密和XZ 點極密代表柱面和底面的滑移；樣品JCG-b1存在相交于Y 軸的Ⅱ型交叉環(huán)帶，代表低溫變形特點（350℃～450℃）[36]；樣品D202618Db-2 和D8835-2 分別體現(xiàn)柱面滑移和底面滑移，說明其同樣經(jīng)歷了中低溫變形（450℃～550℃）[36,38]。4組樣品總體反映中低溫變形特征。

2.4 古差應力估算

強應變和高溫壓條件使礦物顆粒發(fā)生位錯蠕變，并在動態(tài)恢復作用下產(chǎn)生重結(jié)晶顆粒。礦物變形實驗研究表明，重結(jié)晶粒度越小所經(jīng)受應變越強烈[28]。本次計算采取動態(tài)重結(jié)晶顆粒大小與差異應力大小之間的關(guān)系式（1）[39-41]。

D=動態(tài)重結(jié)晶顆粒粒徑均值。A 和m 為常數(shù)，以石英為對象是通常取A=6.1，m=0.68。

選取區(qū)內(nèi)廣泛分布的三類巖石（表1），對其中所含的動態(tài)重結(jié)晶石英顆粒進行測定，統(tǒng)計方法為線截法，計算公式為（2）：

N=測量顆?？倲?shù)；L=截線總長度；測量平均粒徑和古應力差值計算結(jié)果見表1。該組古應力差值為37.21～44.39 MPa，相對本區(qū)石英差應力均值108.3 MPa偏小[42]，推測代表后期淺-表層剪切作用下產(chǎn)生的差異應力，構(gòu)造層次較淺。

表1 動態(tài)重結(jié)晶法估計古差應力值Table 1 Paleostress estimated value of the dynamic recrystallization

3 逆沖剪切帶邊界特征

陽山金礦處于文縣弧形構(gòu)造帶內(nèi)（圖2-a），該弧形構(gòu)造為勉略構(gòu)造帶疊瓦狀復合逆沖推覆構(gòu)造的幾何學體現(xiàn)[23,43-44]。本次工作對陽山金礦區(qū)所處三河口逆沖推覆體南北邊界進了對比觀測[43]。

南部邊界位于陽山礦區(qū)之外陶家壩村以南地區(qū)（圖2-b，圖5），巖性以中薄層灰?guī)r為主，變形強烈且復雜。普遍發(fā)育中等尺度緊閉褶皺，發(fā)育由巖層能干性差異導致的劈理折射現(xiàn)象；千枚巖和灰?guī)r中均發(fā)育大量壓溶成因石英和方解石脈及縫合線構(gòu)造（圖5-a，b）；脈體順劈理發(fā)育且在褶皺轉(zhuǎn)折端滑脫部位聚集；局部可見方解石偉晶巖脈。一系列不對稱褶皺軸面北傾，顯示該區(qū)自北向南的推覆指向。

北部邊界位于礦區(qū)西北橋頭鄉(xiāng)南部（圖2-b，圖5），上部推覆體主要為一套灰?guī)r和鈣質(zhì)碳酸巖，整體自北向南覆于以千枚巖為主的巖層之上。巖層構(gòu)造變形強烈，與南部邊界對比發(fā)現(xiàn)北部巖石更加破碎，中小尺度斷裂、小型不對稱褶皺和無根褶皺十分發(fā)育，大量石英和方解石脈被剪切改造拉伸或呈透鏡狀（圖5-c，d）。由此可見，北部構(gòu)造變形層次較之南部相對更深，但未發(fā)現(xiàn)明顯的片理出現(xiàn)，說明仍處于淺-中構(gòu)造層次。

圖5 構(gòu)造應力場分析圖和陶家壩-橋頭構(gòu)造剖面圖Fig.5 Analysis of tectonic stress field and structural section from Taojiaba to Qiaotou

4 討論

勉略構(gòu)造帶的形成始于晚古生代泥盆紀末期，勉略洋作為東古特提斯洋北側(cè)分支有限洋盆開始裂陷擴張，中石炭—早三疊世時逐漸轉(zhuǎn)為俯沖消減，至三疊紀末期發(fā)生碰撞拼合造山，最終形成拼合中國南北大陸主體的主要斷裂復合構(gòu)造帶[13,21,43]。前人將勉略帶主要變形劃分為俯沖和碰撞兩期[23]，以主造山碰撞晚期，自北向南的逆沖推覆構(gòu)造最為顯著。由其造成的構(gòu)造掩覆使古縫合帶的物質(zhì)記錄深埋于地下，蛇綠混雜巖等殘跡基本無出露；俯沖期變形殘存于泥盆系三河口群中，以發(fā)育順層的韌性剪切變形和自北向南的低角度韌性逆沖推覆為主要特征。本文通過對礦區(qū)內(nèi)各類透入性構(gòu)造變形的觀測和解析，得到區(qū)內(nèi)構(gòu)造置換主期應力為NNE 向，宏觀及微觀變形均指示剪切變形具韌性特征，而區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育順劈理的壓溶石英和方解石脈，代表大量的流體存在，為俯沖帶的標志之一。上述變形特征代表了俯沖期變形的殘留，區(qū)內(nèi)大量發(fā)育的緊閉褶皺和同斜褶皺則揭示出碰撞期強烈的NS向擠壓，與礦區(qū)南北邊界斷裂一起代表著區(qū)域主導變形。

韌性剪切變形結(jié)合大量流體發(fā)育，表明陽山礦區(qū)構(gòu)造變形整體上具韌性通道流的特點[46]。該概念出自對青藏高原隆升機制的研究，主要強調(diào)中下地殼因升溫熔融所產(chǎn)生的韌性流變層對上覆剛性塊體的運動學影響[47]。但若以片理作為深部構(gòu)造變形標志，陽山礦區(qū)并未發(fā)育片理，且變質(zhì)程度僅為低綠片巖相，加之石英EBSD 實驗中低溫變形特點和相對較低的古差應力，將該區(qū)構(gòu)造變形層次限定為淺-中層次，無法產(chǎn)生熔融流變層。然而，區(qū)內(nèi)確實發(fā)育了大量脈體，其成因可能為逆沖推覆過程中，巖層能干性差異導致相對軟弱的泥質(zhì)板巖、千枚巖被兩側(cè)能干性強的巖層擠壓，產(chǎn)生大量順劈理發(fā)育的石英和方解石脈（圖5-a-d）。軟弱巖層由于大量流體的加入而表現(xiàn)出韌性流變特性，調(diào)節(jié)剛性巖層的推覆運動，由此形成復雜的具韌-脆性變形特征的構(gòu)造變形。

5 結(jié)論

（1）對區(qū)內(nèi)典型構(gòu)造變形產(chǎn)狀的統(tǒng)計分析得出線理優(yōu)選產(chǎn)狀108°∠6°；緊閉褶皺樞紐優(yōu)選產(chǎn)狀110°∠18°；面理優(yōu)勢傾向為NNE 向，平均產(chǎn)狀45°∠50°；發(fā)現(xiàn)大量具韌-脆性變形特點的顯微構(gòu)造變形，推算區(qū)域構(gòu)造主應力方向為18°～330°。推測區(qū)域構(gòu)造置換主期應力方向為NNE向，表現(xiàn)為由NNE 向SSW 的具韌性變形特征的逆沖推覆。

（2）石英EBSD實驗得出中低溫組構(gòu)模型，變形溫度350℃～550℃；動態(tài)重結(jié)晶法測算古應力差值為37.21～44.39 MPa，推測為后期剪切作用下產(chǎn)生的差異應力。整體而言，陽山金礦區(qū)構(gòu)造變形層次較淺。

（3）礦區(qū)發(fā)現(xiàn)大量順劈理發(fā)育的石英和方解石脈，結(jié)合韌性變形特點，認為陽山金礦區(qū)構(gòu)造變形具韌性通道流的特點，體現(xiàn)為一系列具韌-脆性變形特征的復式褶皺組合。

致謝：審稿專家和編輯老師對本文提出的建設(shè)性意見，使本文質(zhì)量得到提升，讓筆者受益匪淺；石英EBSD測試得到師姐李影的指導和幫助，在此一并表示衷心的感謝。