云南彝良县毛坪铅锌矿区构造变形分析及意义

2021-11-13姜庆钱孙帮涛赵正友

云南地质 2021年3期

姜庆钱，孙帮涛，赵正友

(彝良驰宏矿业有限公司，云南彝良 657600)

云南彝良县毛坪铅锌(银、锗)矿床是川滇黔成矿域内碳酸盐岩赋矿的典型代表，规模达超大型。矿体严格受北东向层间断裂和花苗寨叠加褶皱的控制，分布于毛坪逆断层上盘的花苗寨倒转背斜西翼层间断裂带中。矿体呈大脉状陡倾斜产出，其倾向延伸远远大于走向延长，主要矿石矿物由闪锌矿、方铅矿、黄铁矿组成，脉石矿物主要为铁白云石、方解石、石英和重晶石。前人就该矿的成因分别提出过沉积改造-侧分泌层矿矿床[1、2]、沉积-改造-后期矿床[3]、沉积-热液改造矿床[4]、沉积-热液叠加改造矿床[5]、沉积-流体贯入-构造控矿矿床[6～10]等矿床成因的意见。本文综合流体包裹体特征、成矿流体来源、北东向断裂构造岩微量元素R型因子、矿床同位素地球化学性质等研究成果基础上，着重对矿床构造变形开展研究，系统分析矿区构造变形演化，建立构造变形模型，认为该矿床属于“沉积→构造运动→流体贯入淋滤→萃取围岩的成矿元素→构造控矿”之多成因矿床，矿床的赋存空间与构造变形关系密切。研究成果对成矿规律研究及找矿实践具有重要意义。

1 成矿地质背景

毛坪铅锌矿床处于特提斯喜马拉雅构造域与太平洋构造域交接部位扬子地台西南缘滇东北台褶束中部，先后经历了加里东、华力西、印支以及燕山运动，被小江断裂、昭通-水城断裂、南盘江断裂夹持，并遭受华南褶皱带、三江褶皱带的强烈构造挤压，形成了一系列北西向、北东向构造(图1)。

图1 区域地质简图(据柳贺昌、林文达等等“略加修改”)Fig 1.Regional Geological Sketch Map

矿区出露的地层主要有上泥盆统宰格组(D3zg)，石炭系丰宁统(C1f)、威宁统(C2w)，下二叠统梁山组(P1l)、上二叠统峨眉山玄武岩(P2β)及第四系(Q)。其中上泥盆统宰格组、石炭系威宁组为矿(化)的赋矿地层，主要为灰白、灰色-厚层状中-粗晶白云岩。

矿区内主干构造为石门坎背斜(区域上称之为花苗寨背斜)、献鸡向斜，次为北东-南西向和北西-南东向展布的两组断裂构造，其中北东-南西向断裂构造，主要位于洛泽河北东岸。除此之外，在石门坎背斜西翼深部还发育着一些由北西、南东向的外力挤压形成的层间隐伏断裂和层间挤压滑动剥离构造带。岩浆岩主要为海西期陆相裂隙式喷发的峨眉山玄武岩。

2 矿床构造变形分析

2.1 主要赋矿层位岩石力学参数

研究区除石炭系丰宁统万寿山组和二叠系下统梁山组(P1l)为含煤碎屑岩系外，其它均为碳酸盐岩建造，通过实验得出部分岩石抗剪强度、抗压强度数(表1)，石炭系丰宁统万寿山组(C1f1)岩石抗压、抗剪强度最大，石炭系丰宁统灰页岩组(C1f2～3)、泥盆系上统宰格组(D3zg)岩石抗压、抗剪强度次之，石炭系丰宁统灰页岩组(C1f2～3)岩石抗压、抗剪强度略大于泥盆系上统宰格组(D3zg)岩石抗压、抗剪强度，石炭系威宁统(C2w2)岩石抗压、抗剪强度最小，表明石炭系丰宁统万寿山组(C1f1)岩石的强度极限>石炭系丰宁统灰页岩组(C1f2～3)岩石的强度极限>泥盆系上统宰格组(D3zg)岩石的强度极限>石炭系威宁统(C2w2)岩石的强度极限，说明在相同性质的应力、地质条件下，石炭系威宁统(C2w2)岩层更容易破裂，泥盆系上统宰格组(D3zg)、石炭系丰宁统灰页岩组(C1f2～3)岩层次之。

表1 研究区部分岩体物理力学指标Tab 1.Mechanics Indices of Some Rockbody

2.2 最大主应力分析

加里东期，区域遭受近东西张应力、南北向挤压应力。在东西向张应力作用下，区域性南北向断裂(如安宁河-绿汁江断裂)规模进一步发展，次级南北向深大断裂(小江断裂)开始形成(刘福辉，1984)。海西期，由于持续受到东西向拉张作用，南北向深断裂深度增加，安宁河-绿汁江断裂已发展成为岩石圈断裂。印支期，滇东北矿集区毗邻龙门山造山带、南盘江-右江增生弧型冲褶带及哀牢山墨江绿春造山带(马力等，2004)，由于受越北古陆向北强烈挤压，在滇东北地区形成控制矿田分布的一系列北东向冲断褶皱构造带后，跟随喜马拉雅运动的构造叠加，区域川滇黔菱形地块强烈挤压褶皱，形成区域内“串珠状”间隔分布的菁门背斜、彝良向斜、花苗寨背斜、洛泽河向斜等构造。“串珠状”褶皱构造体系是受与褶皱构造体系走向一致和与其直交两组挤压构造应力作用形成，且直交构造应力大于走向挤压构造应力，形成“串珠状”褶皱构造体系两排褶皱的背、向斜之间为最大剪应力和应变能密度最大梯度区因挤压屈而断裂[12]，从而形成分布于两背、向斜之间的放马坝-银厂沟、毛坪、待补等压扭性走滑断裂。在走滑断裂走向弯曲或转折的地方，剪切面的方向与走滑运动方向斜交，形成走滑断层某些段落的拉张下沉，而在走滑断裂尖灭端，由于受未断开地段的牵制，在错动方向后方可能产生相对拉张下沉区(图2)。毛坪压扭性走滑断裂南东段转折段与洛泽河压扭性走滑断裂南东段转折端交汇，形成了区域花苗寨隆起背斜区、毛坪塌陷区、小法路塌陷区等，有利于赋矿空间及聚煤盆地(图3)。毛坪铅锌矿矿区位于毛坪压扭性走滑断裂南东端形成的花苗寨背斜隆起区与毛坪塌陷区组合中隆起区，位于洛泽河压扭性走滑断裂南东端形成的走滑断裂花苗寨背斜隆起区与小法路塌陷区中隆起区，同时受来自毛坪压扭性走滑断裂、洛泽河压扭性走滑断裂所产生的挤压应力作用。当两压扭走滑断裂所产生的挤压应力大小方向不一致时，岩层因受力不一致将向受力较小一方倒转，因此毛坪铅锌矿矿区受洛泽河压扭性走滑断裂所产生的挤压应力作用大于受毛坪压扭性走滑断裂所产生的挤压应力作用，综合受力方向垂直于花苗寨背斜轴方向，方向沿背斜岩层倒转方向为北西向，与毛坪铅锌矿最大主应力方向为N60°-70°W与N45°-50°W之间[14]相符。而沿花苗寨背斜南西端，洛泽河压扭性走滑断裂所产生的应力由挤压应力逐渐向拉张应力过渡，综合受力由北西向逐渐转换为相互抵消作用，背斜两翼地层逐渐趋于正常。

图2 毛坪铅锌矿走滑断层尖灭端应力分布图Fig 2.Stress Distribution of Strike-Slip Fault Thinning out End of Maoping Pb-Zn Deposit

图3 毛坪铅锌矿弯曲的走滑断裂系与构造简图Fig 3.Sketch Map of Torsion Strike-Slip Fault System and Structure of Maoping Pb-Zn Deposit

2.3 构造变形分析

地壳在构造变形过程中，主要表现为构造联合和构造复合两种构造叠加方式[15～17]。构造联合是同地同时发生的2个或两个以上应力场、应变场、位移场及有关构造的叠加[15]；而构造复合是同地不同时的应变场、位移场及有关构造的叠加，是地壳变形中最为常见的构造变形现象之一，典型的构造复合叠加现象有断裂交切、面理线理的穿插、褶皱的叠加干扰等[15]。叠加褶皱作为复合构造中一种重要的表现形式[17]，是由于已褶皱的岩层或岩石再次或多次褶皱变形而形成的褶皱综合形态[18]，其变形标志是先期褶皱轴面再次发生褶皱变形，或者先期褶皱轴发生弯曲[16]。毛坪铅锌矿位于花苗寨背斜转折端核部，受献鸡向斜影响形成的叠加构造区，根据所测岩石力学指标，石炭系、泥盆系为一套韧性、脆性互层。岩整个印支期，区域地层在南东-北西向顺层挤压构造应力的作用而发生褶皱，研究区岩层也因褶皱形成过程发生湾滑作用，形成矿区层间滑动及韧性岩层层间小褶皱，同时由于湾流作用与“串珠状”褶皱构造体系背斜脊上张应力较大[12]重叠效应，研究区形成了部分顺层剪裂面、翼部剪节理等内部构造。当岩体和岩层内有早期断裂存在再次发生构造变形时，在早期断裂附近，特别是在断裂带的端点、拐点、分枝点、错列点和待交汇点最容易出现应力集中[19]。进入燕山期，矿区由于区域构造挤压应力由北西向逐渐向北北东-南南西向转变，最大主应力方向也发生改变，改变了矿区原有构造应力分布，应力主要集中分布于毛坪压扭性断裂、石门坎背斜与北西向洛泽河断裂交汇部位印支运动形成的构造系统内，促使花苗寨背斜北东端倒转而形成较为有利的赋矿空间。

毛坪矿区的最大主应力方向为N45°～70°W[14]，区域构造挤压应力由北西向逐渐向北北东-南南西向转变时，石门坎背斜北东端最大主应力由原来的北西向逐渐向近东西向变化，在背斜北端表现有挠曲构造，且该处也是印支运动形成的顺层剪裂面、翼部剪节理等内部构造较为发育区段，说明研究区进入燕山运动后，背斜北端绕曲段构造应力较为集中，挠曲转折端构造应力与岩层走向垂直，挠曲北东端岩层走向与最大主应力存在一定夹角，最大主应力由距离绕曲轴部由近到远性质由挤压力逐渐转换为张扭应力，矿区原本形成的花苗寨背斜经受二次构造应力叠加，背斜北东端形成二次褶皱叠加，二次构造变形形迹阶梯分布在原形成的花苗寨背斜核部，形成阶梯状有利赋矿空间，与现勘查发现的矿体阶梯赋存相符(图4)。研究区石炭系丰宁统万寿山组(C1f1)岩层抗压、抗剪强度最大，区域表现为韧性岩性，岩层在构造应力下易变形而不易破裂形成塑性变形；而石炭系丰宁统灰页岩组(C1f2-3)、泥盆系上统宰格组(D3zg)岩层抗压、抗剪强度次之，区域表现为韧性与脆性岩性之间；石炭系威宁统(C2w2)岩层抗压、抗剪强度最小，区域表现为脆性岩石，在相同应力、相同地质环境下，岩层受力更容易破裂形成节理裂隙，为矿体的赋存提供有利空间，从而形成矿区Ⅱ、Ⅲ矿体及Ⅰ矿体的主要赋存空间(图4)。通过对Ⅱ、Ⅲ矿带赋存状态及围岩观察，发现矿体主要赋存在岩层节理裂隙及拖曳空间内，岩层中除发育一些走向北东向断裂外，还有许多雁形排列的微小张裂隙。据此推出该段主应力方向为北东向，表现为剪应力，为矿区东西向应力最大集中点，由该点向花苗寨背斜南东延伸，受构造叠加应力不断影响，最大主应力不断发生改变，由北西向挤压应力逐渐变为北东-南西向张扭应力，形成以叠加构造应力变化迹线为对称的两组有利赋矿空间。

图4 毛坪铅锌矿区综合地质剖面图Fig 4.Comprehensive Geological Section of Maoping Pb-Zn Orefield

岩石变形特征不仅与受力大小、方向、性质有关，而且与岩石本身的力学性质有关。岩石的力学性质主要取决于其成分、结构、构造等内在因素，同时也受地质环境因素，如围岩、温度、溶液、空隙压力、时间及岩石变形的应力状态等条件的影响，岩层在受挤压应力作用下形成褶皱，随褶皱的深部岩石，岩层力学性质不断改变，岩石强度不断减低，弹性减弱，韧性显著增强[18]。说明研究区石门坎背斜随深度延伸，构造应力形成的顺层剪裂面、翼部剪节理等内部构造逐渐减弱直至蠕变状态，推测研究区燕山运动叠加于印支运动形成的构造端点、拐点、分枝点、错列点和待交汇点应力集中区随深度的增加减小，且在石门坎背斜北端挠曲部位最大主应力表现为压力力，随着距离绕曲点向背斜南西部位移，最大主应力由压应力向剪应力、剪应力向张应力过渡，形成与叠加应力迹线对称的相对赋存空间，而挠曲向背斜北端延伸则应岩层受地质环境的影响，岩层变形较小，不易形成有利的矿体赋存空间。