铜冶店-孙祖断裂成因机制与控岩控矿研析

刘书锋

(山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250100)

1 断裂特征

铜冶店-孙祖断裂北起垛庄，经鹿野、雪野、铜山、铁铜沟、前孤山、莲旺崖等地，南至沂南孙祖，断裂总长度大于100km，宽100～200m，总体走向320°，倾向SW，断裂面产状230°∠80°。南东段覆盖严重，露头时断时续，主要发育于古生界；北西段露头较好，主要发育于基底岩系，破碎带内构造角砾岩发育，角砾呈棱角—次棱角状，大小悬殊，裂隙发育。该组断裂至少经历了两期继承性构造活动，早期(印支期)具明显的张性机制，晚期(燕山期)该断裂活动强烈，表现为早期形成的构造角砾岩遭挤压破碎，发育断层泥、岩石碎片、挤压透镜体、挤压劈理等，具典型的左行压扭特征。该断裂规模巨大[注]①山东省地质调查院，1∶250000临沂市幅区域地质调查报告，2007年。，总体上分为6段：

垛庄-鹿野段：此段倾向NE，倾角70°～80°，宽度一般为几十米，根据断裂角砾岩性质判断断裂早期表现为张性，在章丘东峪村附近见到断裂带中充填有大量张性角砾，角砾成分为两盘寒武系岩石，角砾棱角分明，大小混杂，泥质钙质胶结，张性特点显示清晰(图2)。该断裂第二期活动表现为压性，前期形成的硅化带又受到挤压破碎，且发育有摩擦镜面及擦痕。

鹿野-前孤山段：北起鹿野，经雪野、铜山、铁铜沟等地，南至新泰市前孤山。走向315°～340°，倾向SW，倾角60°～80°。在莱芜北孝义，该断裂分为2条主干断裂，一条从铜山通过，另一条从口镇东侧通过，并再次在雪野复合，两断裂之间，夹有基底花岗岩和寒武-奥陶纪地层断片，地层受左行牵引而使走向发生偏转(图3)。在北端，主断裂分解为一系列的次级断裂，并呈指状散开，断裂活动强度逐渐减弱，实为应力消减带。

1—一级单元界线；2—二级单元界线；3—三级单元界线；4—四级单元界线；5—五级单元界线；6—断裂及推测断裂;7—不整合界线；8—单元代号;F1—连云港-泗阳-嘉山断裂；F2—五莲断裂；F3—牟平-即墨断裂；F4—昌邑-大店断裂；F5—安丘-莒县断裂；F6—鄌郚-葛沟断裂；F7—齐河-广饶断裂；F8—聊城-兰考断裂图1 大地构造位置简图

1—构造角砾；2—钙泥质胶结物图2 东峪村附近断层角砾岩素描示意图

上图：剖面图(莱芜雪野)；下图：平面图1—古元古代中粒二长花岗岩；2—馒头组；3—寒武纪至奥陶纪地层；4—马家沟群；5—常路组；6—断裂形成顺序；7—二长花岗岩；8—碎裂状二长花岗岩；9—碎裂岩；10—断裂；11—角度不整合图3 鹿野-孙祖断裂素描图(据山东省地质调查院1∶250000淄博市幅区域地质调查报告，2003年)

前孤山-莲旺崖段：该断裂总体走向330°～345°，主体倾向SW，局部倾向NE，倾角58°～85°。断裂总体断于基底岩系中，该断裂在不同地段亦是一条明显地质分界线。在北半部其北东盘为傲徕山序列松山单元的二长花岗岩，南西盘为寒武系盖层；在南半部，其北东盘为寒武系盖层，南西盘为基底傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩(图4)；断面的总体延伸方向为舒缓波状。

莲旺崖-栗村段：断裂主要发育于古生界盖层中，露头时断时续，破碎带宽约30～50m不等，西部宽达150m：该断裂具两期活动，早期显示张性，主要表现为带内构造角砾岩发育，角砾呈棱角—次棱角状，大小悬殊，裂隙发育，具明显的张性机制，晚期该断裂活动强烈，表现为早期形成的构造角砾岩遭挤压破碎，发育断层泥、岩石碎片、挤压透镜体，具典型的压扭特征，故该段断裂具两期次活动，显示先张后压扭机制。

栗村-孙祖段：断裂主要发育于基底岩系中，沂南县连项一带产于古生界盖层和基底之间。该段断裂规模较大，破碎带宽约20～30m，带内节理发育，岩石破碎，发育较宽的构造碎裂岩带、构造角砾岩带，总体显示挤压碎裂岩、碎斑岩等切割构造角砾岩，力学性质先张后压。

孙祖-河阳段：地表覆盖严重，多沿汶河及其支流发育，断裂主要产于古生界盖层中，局部伴生有多条次级断裂，总体上南降北升，为正断层。

综观铜冶店-孙祖断裂展布方向与区域上基底岩石的条带展布方向一致，切割了断裂两盘的所有地层，该断裂在基底构造的基础上发展而来，其构造的强烈活动期，与沂沭断裂带左行活动造成的伸展运动有关[2]。其强烈活动期为中生代，新生代后亦有活动。

2 控岩特征

该断裂大地构造位置位于鲁西隆起区，岩浆活动强烈，地层发育齐全。新太古代泰山岩群变质岩及侵入岩组成的结晶基底于凸起区广泛出露。在凸起的两翼与凹陷的接壤地带，大面积分布有早古生代寒武-奥陶纪沉积盖层，其岩性以碳酸盐岩为主，局部可见少量碎屑岩，铜冶店-孙祖断裂具多期次多阶段活动的特点，构成部分凸起与凹陷的边界断裂。在区内主干断裂与其他方向断裂的交会部位，中生代强烈的构造岩浆活动形成多处中基性—中性—中偏碱性(中偏酸性)杂岩体。与中生代金属矿成矿有关的地层(奥陶纪地层)、岩浆岩(中生代岩体)发育，对金属矿的形成极为有利[3]。

2.1 地层

鲁西地层分区在地层区划上属华北地层区，区内地层分布受区域构造控制，多呈NW—SE向展布。发育新太古界、新元古界、寒武系、奥陶系、石炭-二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系及第四系。奥陶纪马家沟群厚层灰岩与成矿关系最为密切。

1—傲徕山序列松山单元中粒二长花岗岩；2—构造角砾岩带；3—朱砂洞组白云岩；4—二长花岗岩；5—白云岩；6—碎裂岩；7—断裂；8—角度不整合图4 青石堆铜冶店-孙祖断裂素描图(据山东省地质调查院1∶25万淄博市幅区域地质调查报告，2003年)

2.2 岩浆岩

岩浆岩在时空上显示“区域成带性”、“多旋回性”、“多成因性”的特点，即在空间上具有区域成带分布特点，在时间上则显示出多旋回活动的特点，在形成上具有多成因的特点[4]。区内岩浆岩主要以中生代燕山晚期侵入岩活动最为强烈，其次为新太古代侵入岩出露。金属矿成矿与中生代白垩纪中基性—中性—中偏碱性(中偏酸性)侵入岩关系密切[5]。中生代侵入岩多处于铜冶店-孙祖断裂及其次级断裂附近或与其他构造复合部位。由北向南主要为金牛山岩体、矿山岩体、铁铜沟岩体、铜井岩体等杂岩体[6]，其产出严格受构造所控制，岩体与奥陶纪碳酸盐地层的接触带常产出矽卡岩型铁矿[7-9]。

3 控矿特征

该断裂规模较大，并经历了多期活动，早期活动控制着两侧地质体的分布，晚期活动对各种含矿热液的运移和富集起着不同程度的控制作用，故在其两侧赋存有数十处规模大小不等的铁、金、铜等矿产(表1)，矿体形态多为似层状、透镜状、扁豆状、囊状和不规则状，产状一般与接触带产状、断裂面产状及围岩产状保持一致。矿体规模大小不等，组成矿床的矿体可有一至多个，长数十米至千余米，倾斜宽几十米至数百米，厚0.1m至数十米。矿点、矿化点之矿(化)体长十数米至200m，宽数米至十数米，厚0.1～5m。

表1 主要矿种勘查项目

铜冶店-孙祖断裂是控制铁、铜、金矿形成和分布的重要因素,是铁、铜、金矿成矿作用的有机组成部分，该断裂活动提供了成矿物质和流体迁移、聚集的热力和动力，提供了成矿物质运移和沉淀的空间场所。该断裂所控制的接触交代(矽卡岩)型铁矿床[10-14]及中低温热液金、铜等矿床，多集中于铜冶店-孙祖断裂鹿野-前孤山段。

4 成矿作用

4.1 构造—成岩—成矿作用

中生代时期由于太平洋板块和欧亚板块的相对运动，使得整个濒太平洋带壳幔活动强烈，亦包括鲁西隆起，正是由于鲁西隆起强烈的壳幔活动，造成了铜冶店-孙祖断裂的发育和深部岩浆的大规模上侵，即形成上隆的“地幔柱”[15]，断裂的深切形成了地壳的薄弱地带，上部稀薄的熔融“透岩浆流体”[16]沿着这些薄弱地带先行上侵，上升过程中这部分岩浆的温度和压力会逐渐降低，当上升到地壳一定位置和深度，“透岩浆流体”的压力和围岩达到平衡，温度也降低到一定程度，“透岩浆流体”慢慢冷凝，矿物结晶，形成金牛山、矿山、铁铜沟、铜井等岩体。而“透岩浆流体”的多次上升涌动形成了杂岩体。“透岩浆流体”的这种上升运动带走热“地幔柱”的许多热量，同时压力亦减小，“地幔柱”上升动力不足，因此后期不会形成大面积的岩基。“透岩浆流体”在上升过程中，从深部带上来部分成矿物质，由于岩体冷凝过程中存在冷热流体循环，“透岩浆流体”中富集的成矿物质在温度降低、pH值变化、酸碱度变化的物理化学条件下慢慢结晶，在合适的构造部位聚集成矿。

4.2 构造—流体—成矿作用

由于岩浆的上侵活动，围岩亦会产生不同规模的活动，从而产生一些构造，包括断裂构造、岩体接触带构造、围岩的破碎等，已存在的铜冶店-孙祖断裂及不整合面被进一步活化，这些构造则成了热流体运移的通道和场所，为成矿物质的聚集提供了条件。众所周知，岩浆在上升过程中会伴随热流体的出现，有岩浆本身的，亦有运移过程中围岩中加入的，由于这些流体是高温高压的，大大增强了对许多物质的溶解度，更何况多是高碱性的或者酸性的流体，对铁、金等金属的溶解度相当高。很多物质在不断的循环运动过程中被溶解，自围岩中“萃取”成矿物质。在岩浆定位慢慢冷却过程中，流体亦不断冷却，流体温度降低，很多物质溶解度降低，结晶形成固体矿物富集成矿。

5 结语

铜冶店-孙祖断裂展布方向与区域上基底岩石的条带展布方向一致，作为构造单元边界的分划性断裂往往深切上地幔或下地壳，从而成为深部岩浆和矿液的上升通道。其强烈活动期为中生代，新生代后亦有活动。它控制着该区成矿带或成矿区的分布，莱芜地区杂岩体亦是受铜冶店-孙祖及其次级断裂或与其他构造复合部位控制。假整合面、舌状围岩和捕掳体往往形成较大矿体。该断裂具“构造控矿，分段富集(走向、倾向)”的特点。