水泉沟铜多金属成矿与韧性剪切带的关系分析

张 荣，周文博，刘 彤，穆海旗，赵志伟，阳正勇

(核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000)

研究区位于大兴安岭成矿带的西南端，西拉沐伦河断裂的北侧。该区在早二叠世晚期属浅海—海陆交互相，沉积了一套复理石—磨拉石建造，该套岩石在早二叠世末受到北东—东西向挤压作用，发生了轴向北东的纵弯褶皱，同时，近古陆一定距离范围内岩石韧性剪切变形，并发生韧性右行走滑。韧性剪切带的分布与铜多金属矿空间展布具有密切的联系，同时韧性剪切带是岩浆活动和热液活动比较强烈的地带[1]，对成矿作用比较有利，掌握韧性剪切带的分布范围、规模可以指导后期地质勘查找矿和成矿预测。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置位于内蒙古中部地槽褶皱系的温都尔庙—翁牛特旗加里东褶皱带与苏尼特右旗晚华力西褶皱带的过渡部位。受两大构造单元影响，该区地质构造复杂，岩浆活动和火山作用强烈(图1)[2]。火山喷发基底由早二叠世哲斯组构成，二叠系是区域内矿床的主要产出层位[3]，据统计资料显示：区内50%以上的矿床均与二叠系地层有关(如大井铜银锡矿床)，二叠系地层成矿元素丰度见表1。从表1中可看出，二叠系地层的成矿元素丰度一般较高，铜多金属矿床大多与该地层关系密切。燕山运动早期，断裂构造强烈活动，导致了大规模的岩浆喷发—侵入活动。区内侵入岩时代有早二叠世、晚二叠世、早白垩世等，以早白垩世为主。岩石类型有基性、中酸性、酸性岩等，以酸性岩最多。主要分布在西拉沐伦河以北，矿区以南。早白垩世是大兴安岭多金属矿化蚀变带主要成矿期[2]，本区构造以近东西向和北东向为主。近东西向构造主要发育在南部，为西拉沐伦河断裂带的通过地带，其控制着后期地质构造的发育，并显示出多期活动性；北东向构造为古生代以来的主体构造，其华力西期主要表现为纵弯褶皱，在燕山期表现为张扭性断裂构造及岩浆岩带的展布，并改造了东西向构造。

图1 大兴安岭南段大地构造分区略图(据内蒙古地质志)Fig.1 A brief map of geotectonic zoning in the southern section of the Great Khingan Mountains (according to the geological records of Inner Mongolia)

表1 大兴安岭南段二叠系地层成矿元素丰度

据S R Taylor，1964

2 研究区基本特征

2.1 地层

出露的地层为二叠系上统哲斯组上段。哲斯组上段是该区的主要含矿层位，为一套滨海相碎屑岩沉积建造，主要有糜棱岩化砂砾岩、绢云千糜岩夹条带状糜棱岩、弱糜棱岩化砂砾岩、含砾砂岩、矽卡岩化钙质砂岩等，走向近EW，倾向N或NNW，倾角较陡。

2.2 构造

受蒙古大洋板块向中朝陆台板块俯冲消减作用的影响，使该区的二叠系地层产生强烈的动力变形，形成区域韧性变形带，同时在韧性变形带上形成了多个不对称的小背斜和小向斜[2]。在小背斜的轴部由于应力集中已形成剥离空间，两翼产生层间破碎，形成有利矿液运移和充填的构造条件[4-5]，多见似层状矿体。该区位于西拉沐伦河断裂带上，又处于区域韧性变形带内，褶皱和断裂均很发育。区内断裂构造发育NE、NW、近SN、近EW向四组，共22条断裂构造。近东西向断裂规模较大，形成时间最早，近南北向断裂形成时间较晚。北西向断裂多数以大沟形式出现。

2.3 侵入岩

矿区西北出露早白垩世黑云母花岗岩(K1γ)，侵入于中生代满克头鄂博组火山岩中，走向NE。侵入岩主要以大面积分布于矿区西北部的早白垩世黑云母花岗岩(K1γ)为主，其次为脉岩，主要有花岗斑岩、石英脉、闪长玢岩、辉绿岩、花斑岩、煌斑岩等。

3 矿床基本特征

矿区内目前已圈定多个工业矿体，矿体厚度0.89～11 m，长度12～280 m。在地表也见到矿体的出露，见有孔雀石、铁帽等。矿体形态比较简单，形态以不规则薄脉状为主，其次为透镜状。赋矿岩石有条带状糜棱岩、糜棱岩化砂砾岩及黑色含炭质板岩等。

矿化岩石及矿石糜棱岩化特征发育。如波状消光、叠影消光、核幔组构、竹节状石英、剪切条带、显微鞘褶皱、柔流构造。矿石矿物主要有：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，其次磁黄铁矿、赤铁矿，少量磁铁矿、辉钼矿、辉银矿。矿石的结构、构造都比较简单。结构以自形、半自形、他形粒状结构为主，次为交代残余结构、固溶体分离结构、压碎结构。构造以脉状、网脉状、角砾状、条带状为主，块状次之。

4 韧性剪切带的特征

矿区位于EW向西拉木伦河韧性剪切带[6]的北缘次一级韧性剪切带上，该韧性剪切带长大于7 km，宽约为2 km。剪切带北部为韧性右行走滑带，南部为韧性压扁带，发育一条糜棱岩—弱糜棱岩—糜棱岩化岩糜棱面理褶皱带。由褶皱带两侧到中心，变形强度递增，出现糜棱岩化岩—弱糜棱岩—糜棱岩的分带现象。剪切带内围岩蚀变普遍发育，多见硅化、绢云母化、绿泥石、绿帘石，阳起石化、黄铁矿化、碳酸盐化等，硅化及绢云母化最为普遍。从剪切带的中心到两侧，围岩蚀变逐渐减弱。从南往北，变形减弱，糜棱岩化减弱。剪切带内小柔皱发育，呈紧密不对称状，局部发育鞘褶皱。片状矿物定向排列，硅质小砾石被压扁拉长现象，如图2。

1-弱糜棱岩；2-糜棱岩；3-初糜棱岩；4-糜棱岩化；5-弱糜棱岩化；6-推测糜棱面理线；7-糜棱面理线产状图2 水泉沟糜棱面理褶皱带实测剖面图(据1∶5万区测资料)Fig.2 The measured profile of the mylonitic fold zone in Shuiquangou(according to the data in 1∶50 000 area)

4.1 韧性剪切带的宏观特征

矿区岩石在剪切带内发育一套特有的构造组合，这些构造(主要有S-C面理、线理、褶皱、不对称构造等)呈带状分布。片状或柱状矿物定向排列，形成新生的面状组构(片理、劈理、线理)。随着变形作用的增强，面状组构越来越发育，方位在逐渐的变化，在剪切带的边缘面理与主剪切面呈45°的夹角；向剪切带中心逐渐的变小，最后趋于平行。线理的产状也不断在变化，并指示运动方向[7]。

由于挤压形作用，在糜棱岩、糜棱岩化砂砾岩、绢云千糜岩中发育有以劈理为主，片理为辅的面状组构(图3a)。在剪切带内褶皱发育不均匀，类型复杂，形态多样，有相似褶皱、紧闭褶皱、脱空(图3b)、膝折(图3c)。褶皱的枢纽大多与拉伸线理平行。另外还见有鞘褶皱，枢纽急剧的弯曲，两翼的倾角大多在70°以上，甚至直立。膝折在剪切带中心最发育，向两侧发育减弱。在岩石的溶蚀空洞、脱顶部位易形成铁帽，也是铜多金属的富集场所，往往有工业矿体存在，该层是主要含矿层位，由西向东逐渐变宽，厚195 m。

图3 韧性剪切带的宏观特征Fig.3 Macroscopic characteristics of ductile shear zone

线理多表现为拉伸线理，长英质小砾石被拉长，粒状矿物或集合体定向排列，绿泥石、绿帘石呈不规则的条带状，一些坚硬的岩石或矿物变成细颈化，或拉断，形成不对称的石香肠构造。岩石中眼球状构造发育，眼球体的大小不一，多见1 cm×2 cm、1 cm×1 cm，个别稍大图(图3 d)。在剪切带的边缘或附近断裂较发育，多沿岩石的面理发育有微弱的断裂，岩石中的刚性矿物硅质长石有明显破裂错位，沿面理有滑动面，错裂面有明显的错移现象，岩石中的矿物晶体破裂面只延伸到破碎晶体的边缘就停止了，并没有向韧性基质中延伸。

4.2 韧性剪切带的微观特征

区内剪切带岩石在镜下可见强烈的变形、细粒化。在结构上，糜棱岩主要有原岩残晶核和已经细粒化的重结晶矿物组成。基质含量较高，多为动态重结晶为主，残晶内的粒内应变构造发育，多见有波状消光、变形纹、带状消光。岩石中长石裂隙有韧性物质的楔入，并将长石分割成石香肠。岩石具有糜棱结构，不对称眼球构造、不对称碎斑构造均很发育。在剪切带内，从糜棱岩→弱糜棱岩→糜棱岩化岩，岩石中韧性基质含量减少，不对称眼球构造、膝折构造、不对称碎斑构造减弱。

5 韧性剪切带与铜多金属矿化的关系

5.1 矿化受韧性剪切带的变形强度控制

铜多金属矿体多呈透镜状、脉状、似层状，多产于韧性剪切带最强烈的变形区，沿着糜棱面理分布。通过对矿区矿化段样品统计发现：矿区主要的赋矿岩石为黄褐色糜棱岩及条带状糜棱岩，见表2。从0号勘探线剖面明显可看出，从剪切带中心向两侧依次分布着糜棱岩、弱糜棱岩、糜棱岩化岩，主矿体严格受糜棱岩的控制，随着远离矿体，变形程度逐渐的减弱，在矿体两侧岩石都强烈变形，矿化随着糜棱岩化的加强而变好，在矿体两侧渐变为糜棱岩化砂砾岩和绢云母千糜岩(图4)。

表2 水泉沟矿化段样品统计表Table 2 Statistical table of samples from Shuiquangou mineralization sections

1-弱糜棱岩化砂砾岩；2-条带状糜棱岩； 3-糜棱岩化砂砾岩；4-黄褐色糜棱岩；5-绢云千糜岩； 6-铜-多金属矿体；7-钻孔及编号图4 水泉沟地区0号勘探线钻孔剖面简图Fig.4 Brief borehole profile of exploration line 0 in Shuiquangou area

5.2 矿化受深部韧性剪切带的控制

剪切带在浅层次主要表现为脆性断裂，在深部过渡为韧性变形，何绍勋等研究认为，地壳级韧性剪切带的次级韧性剪切带往往控制了矿床的空间展布，强烈变形的岩石与围岩相比具有较大的渗透性，能起到导流作用，使深部不同层次的流体向上迁移，使途经不同岩性的热液流体将不同层次中的成矿元素富集起来，为成矿奠定了良好的基础[8]。然而如此多的成矿元素，不可能完全由韧性剪切岩石提供，还应该有深部来源。强烈变形的韧性剪切带经历了漫长的地质演化，可诱发不同深层次的岩石发生重熔，发生岩浆活动，从而提供了有用组分。这些组分经热液活动与剪切带的流体混合，构成成矿溶液，向上运移并富集成矿。这样的岩浆活动随着剪切带的开合可多次进行，每次岩浆活动可伴随一次硫化物的富集，一次的矿化[8]。不但深部剪切带为成矿提供了有用组分，而且为矿液上升提供了场所和通道。这正是深部剪切带控制了矿体展布的原因。

5.3 矿化受韧性剪切带的次级构造控制

研究区内韧性剪切带的次级构造较发育，多为小规模的脆性断裂，脆性裂隙，局部较密集。铜多金属矿多以条带状、细脉状、细脉浸染状、网脉状产于脆性裂隙中。在区内脆性断裂构造发育NE、NW、近SN、近EW向四组，共22条断裂构造。在不同方向断裂的交汇部位，小规模断裂发育，使岩石破碎，剪节理发育，节理越发育，矿化越强烈。主剪切带与次级构造之间存在物理和化学的差异，主剪切带中的流体来源深[8]，含矿流体从下部构造层向上部构造层运移时，由于物理化学梯度的变化，以及热液蚀变和外来流体的混合，使成矿物质与流体发生反应，硫化物的富集，形成多金属矿。

韧性剪切带矿化极不均匀，富集部位正是糜棱岩和糜棱岩化岩石的脆性裂隙、脆性断裂、岩石节理裂隙发育部位。涂光炽指出，中国东北部具体的地质条件下，韧性剪切带是间接控矿，叠加(穿切)于韧性剪切带上的脆性构造、破碎带则是控矿构造。岳石以闪锌矿石为样品，在250～450 ℃，200～300 MPa的差异应力以及10-5～10-7km/s的应变速率条件下完成了剪切变形实验，模拟出了韧性剪切带变形构造，硫化物沿韧性变形构造韧性流动，在韧性流动过程中，可产生脆性破裂，伴随气液作用的发生。Cu、Pb、Zn等成矿元素容易活化迁移，从高压区迁向低压区[9]。因此，韧性剪切带的次级构造是本区主要的控矿构造。

6 结论

水泉沟铜多金属矿化受韧性剪切带的控制是明显的，韧性剪切带控制矿化的空间展布，它不仅是导矿构造，给热液流体运移提供了通道，也是有用矿物富集的主要场所。因而得出以下结论：1)铜多金属矿化受韧性剪切带变形强度的控制，岩石变形越强烈，铜多金属矿化越好。2)韧性剪切带直接提供矿质和矿液有限，大部分矿液和流体源自深部韧性变形。3)韧性剪切带不直接控矿，而叠加在其上的脆性构造、脆性裂隙、破碎带才是直接的控矿构造。