黔西南雄武地区大际山铀多金属矿床控矿构造解析与找矿预测

2024-01-16刘开坤邱林飞肖昌浩张文高

大地构造与成矿学 2023年6期

吴玉, 徐伟 , 解波 , 王健 , 刘开坤, 邱林飞 , 肖昌浩, 张文高, 彭松

吴玉1, 徐伟2, 解波3, 王健1, 刘开坤4, 邱林飞1, 肖昌浩5, 张文高5, 彭松4

(1. 核工业北京地质研究院中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室, 北京 100029; 2. 核工业二八〇研究所, 四川广汉 618300; 3. 西南科技大学, 四川绵阳 621010; 4. 贵州省有色金属和核工业地质勘查局核资源地质调查院, 贵州贵阳 550005; 5. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081)

大际山铀多金属矿床地处黔西南碳酸盐岩台地相区, 赋矿围岩以碳酸盐岩和碎屑岩为主。详细的野外观测和构造解析表明, 该矿床主要有NE-NEE向张扭性断裂、NNE向压扭性断裂和层间破碎带/层间滑脱构造三种控矿构造类型, 形成“断控型”和“层控型”两种铀多金属矿体。矿区内构造分级控矿特征显著,区域性NE-NEE向张扭性断裂带控制了成矿区带的整体展布, 张扭性断裂带凹凸转换拉张部位决定了矿床的产出位置, 与NE-NEE向张扭性断裂贯通的层间破碎带、层间滑脱部位和NNE向压扭性断裂控制了矿体的形态和规模。依据矿区内不同构造行迹的相互穿插关系, 厘定出早北东向、晚北东向和北北西向三期构造带。其中, 早北东向构造带导致层间破碎带的形成, 为成矿流体的侧向贯入提供了先决条件; 晚北东向构造带控制了NE-NEE向张扭性断裂的形成和展布, 为成矿流体的垂向运移和矿床的就位提供了主要场所和空间; 北北西向构造带在促使NNE向压扭性断裂形成的同时, 驱动了成矿流体从势能高的地方向势能低的地方运移。由此构建了NE-NEE向张扭性断裂构造与层间破碎带/层间滑脱构造联合控矿模式, 并将浅表构造解析与CSAMT地球物理探测相结合, 预测了大际山矿区深部及外围黄泥堡‒下银厂地区仍具有良好的找矿前景, 为下一步铀多金属找矿勘查提供了新的思路和方向。

控矿构造; 成矿构造体系; 找矿预测; 大际山铀多金属矿床; 黔西南

0 引言

黔西南是我国华南大面积低温成矿域的重要组成部分(Hu and Zhou, 2012; 胡瑞忠等, 2016, 2020), 区内除广泛发育Au-As-Sb-Hg等多个大型‒超大型矿床之外(Chen et al., 2011, 2015; 苏文超等, 2015; Su et al., 2018; Jin et al., 2020), 还分布有大梨树、下偏坡、花江等众多铀多金属矿点和大际山铀多金属矿床。与近年来丰硕的Au-As-Sb-Hg找矿成果相比(郭振春和周忠赋, 2006; 刘建中等, 2006, 2009, 2017; 夏勇等, 2009; 祁连素等, 2014a, 2014b), 区内铀多金属无论是找矿勘查还是研究程度上都相差甚远。截至目前为止, 仅对雄武地区大际山铀多金属矿床开展过较为详细的勘查工作。根据大际山铀多金属矿体大多呈层状或似层状, 前人认为其成因类型主要为沉积‒成岩型, 或叠加有少量后期热液改造(李文明和陈占农, 1968; 郑懋荣, 2005)。该区找矿勘查工作也一直围绕地层展开, 虽有所发现, 但一直未取得实质性进展。近年来, 愈来愈多的证据表明大际山铀多金属矿床与构造关系密切, 如铀多金属矿化特征研究揭示铀多金属矿石普遍具有角砾状、浸染状和细脉状构造, 并伴随有硫化物化、有机碳化、硅化、黏土化等低温热液蚀变(潘澄雨等, 2021); 大比例尺土壤地球化学测量也发现区内铀多金属矿化均沿构造带集中展布(徐伟等, 2020)。因此, 工作者开始重新审视和思考该区矿化成因类型和找矿思路。然而, 大际山铀多金属矿床构造研究极为匮乏, 是目前找矿勘查过程中亟待解决的关键问题。鉴于此, 本文在前人研究工作的基础上, 运用构造解析理论和方法, 对该矿床展开了详细的构造解析, 以期查明控矿构造类型与特征, 建立多级序构造控矿体系, 并将浅表构造解析与深部地球物理解译相结合, 探讨有利找矿方向, 为该区铀多金属成矿规律研究和下一步找矿预测提供建议和依据。

1 区域地质概况

黔西南位于扬子陆块西南缘与右江造山带的交汇部位, 是右江盆地重要组成部分。大地构造位置上, 右江盆地处于扬子陆块、江南陆块与越北陆块所夹持的构造三角区, 其西北部以师宗‒弥勒断裂为界与康滇古陆相邻, 东北部以紫云‒南丹断裂为界与江南古陆相隔, 南部则以广南‒富宁‒那坡‒龙州断裂与越北陆块相接, 构成一个NW向、NE向和EW向相交互的三角区块。盆地内部以坡坪逆冲推覆构造为界, 分为西北部浅水台地相区和东南部深水盆地相区两个次级单元。其中, 西北部浅水台地相区以碳酸盐岩沉积为主, 而东南部深水盆地相区则以泥质岩、硅质岩等碎屑岩沉积为主(Lehrmann et al., 2012; 杜远生等, 2013)。前人通过大量的区域沉积建造、构造变形和岩浆活动等证据梳理了右江盆地的构造演化, 认为其主要经历了被动陆缘裂谷盆地(D1～P1)、弧后裂陷盆地(P2～T2)、前陆盆地(T3)以及随后的印支期造山(T2～T3)、燕山期造山(J2～K1)和早白垩世‒古近纪伸展(K13～E)等构造演化阶段(Chen et al., 2011; 刘寅等, 2015; 杨成富等, 2020)。其中, 印支期造山导致区域隆升、海水退去, 最终将盆地定型为台‒盆相间的沉积构造格局(曾允孚等, 1995); 而燕山期造山使得区域构造应力场发生改变, 形成一系列NE向冲断‒褶皱构造, 该期褶皱横跨或斜跨叠加在印支期构造变形之上, 形成长‒短轴比不同的穹窿状褶皱(Yang et al., 2021); 早白垩世‒古近纪伸展导致区内局部发育小型伸展盆地和少量基性‒超基性岩脉侵位(陈懋弘等, 2009; Liu et al., 2010; 刘寅等, 2015)。

1. 始新统路南组; 2. 中三叠统关岭组; 3. 下三叠统嘉陵江组三段; 4. 下三叠统嘉陵江组二段; 5. 下三叠统嘉陵江组一段; 6. 下三叠统飞仙关组; 7. 上二叠统龙潭组; 8. 上二叠统吴家坪组和中二叠统阳新组; 9. 上石炭统‒下二叠统黄龙组; 10. 基性火山岩; 11. 泥岩; 12. 粉砂质泥岩; 13. 粉砂岩; 14. 细砂岩; 15. 粗砂岩; 16. 砾岩; 17. 灰岩; 18. 砂屑灰岩; 19. 含燧石结核泥晶灰岩; 20. 生物碎屑灰岩; 21. 白云质灰岩; 22. 白云岩; 23. 穹隆状构造; 24. 大型逆冲构造; 25. 正断层; 26. 逆断层; 27. 平行不整合界线; 28. 铀多金属矿床; 29. 铀多金属矿点; 30. 铀多金属矿化点。

2 矿床地质特征

大际山铀多金属矿床位于雄武背斜东南翼, 夹持在NE-NEE向七舍‒革上断裂所围限的大际山向斜之中(图2a)。矿区内主要地层为下三叠统嘉陵江组一段(T11), 该段底部为薄层状鲕粒灰岩, 夹2～3层厚约1～2 m的灰绿色钙质粉砂岩, 向上逐渐变为中‒薄层状灰岩, 随后出露一套紫红色、黄褐色粉砂岩、细砂岩夹鲕粒灰岩, 再往上为灰色‒浅灰色砂屑亮晶灰岩夹白云岩, 最后变为浅灰‒肉红色中‒薄层状、块状白云岩、白云质灰岩(图2b), 呈现出碳酸盐岩与碎屑岩交互的特点, 反映混积碳酸盐岩台地相沉积特征。

图2 大际山铀多金属矿床地质简图(a; 据李文明和陈占农, 1968修改)及其矿区地层柱状图(b)

矿区内褶皱和断裂构造较为发育, 主要褶皱为雄武背斜的从属褶皱大际山向斜, 该向斜长约3 km、宽约500～700 m, 轴面倾向近直立, 枢纽走向NE45°～ 55°,向NE倾伏。大际山向斜北西翼地层产状倾向SE, 倾角较缓, 约为5°～30°, 被七舍‒革上断裂的分支断裂F1截切; 东南翼地层产状倾向NW, 倾角集中在5°～25°之间, 被七舍‒革上断裂的另一侧分支断裂F2截切, 褶皱翼间角为150°～165°, 整体表现为一个开阔平缓向斜。向斜内部还发育一系列次级小褶曲, 为更低级别的复向斜和复背斜, 这些复向斜和复背斜长约100～300 m, 宽约20～50 m, 轴向与大际山向斜相似, 共同构成一个长度近2 km的线性褶皱带。断裂构造以NE-NEE向为主, 可见有少量NW向断裂, 并截切了NE-NEE向断裂。大际山铀多金属矿床南、北两侧分别以F1、F2两条断裂为界, 其中, F1断裂倾向SE, 倾角为70°～80°, F2断裂倾向NW, 倾角为80°～85°, 二者均为七舍‒革上断裂的分支断裂。

矿区内共揭露和圈定出8个矿体, 全部赋存在大际山向斜内, 其中规模最大的矿体走向长约270 m、宽约100 m、平均厚度1.85 m, 铀含量为0.01%～0.17% (潘澄雨等, 2021)。矿体形态较为简单, 主要呈层状、似层状、透镜状和豆荚状等, 沿走向和倾向上具有膨大收缩、尖灭再现等特征。矿区内热液蚀变广泛发育, 且强度较大, 主要蚀变类型有黄铁矿化、硅化、黏土化(伊利石+高岭石)、有机碳化和褪色蚀变, 其中, 黄铁矿化、硅化、有机碳化及黏土化与铀多金属成矿关系最为密切, 形成前人所谓的“黑色蚀变”(郑懋荣, 2005)。铀多金属矿石具有致密块状、角砾状、浸染状、团斑状和细(网)脉状等构造, 矿石结构主要为自形‒半自形粒状结构、包含结构、网状结构, 其次是共结边结构、骸晶结构和残余结构(潘澄雨等, 2021)。以往研究认为该区铀以吸附状为主(郑懋荣, 2005), 但高分辨率扫面电镜和电子探针分析发现还存在显微‒超显微状沥青铀矿, 这些沥青铀矿多呈星点状、粒状分布在金属硫化物颗粒内部或呈不规则团块状、絮状赋存于矿物颗粒表面或间隙部位, 另有少量细(网)脉状沥青铀矿充填于角砾岩或碎裂岩的裂隙中(潘澄雨等, 2021)。铀多金属矿石中除具有沥青铀矿外, 还包括胶硫钼矿及少量的方铅矿和闪锌矿等金属矿物, 对铀多金属矿石中表面干净的沥青铀矿进行LA-ICP-MS U-Pb测年, 获得39.50±0.33 Ma和35.31±0.22 Ma两组较为集中成矿年龄(未发表数据)。

3 控矿构造类型与特征

综合运用构造地质学和地质力学矿田构造等方法, 通过详细的野外地质调查, 深入剖析了大际山铀多金属矿床构造与成矿关系, 厘定出NE-NEE向张扭性断裂构造、NEE向压扭性断裂和层间破碎带三种主要的控矿构造类型, 不同控矿构造类型下的铀多金属矿体规模和形态具有明显的差异。

3.1 NE-NEE向张扭性断裂构造控矿

七舍‒革上断裂带的分支断裂F1、F2作为矿区内主要的NE-NEE向断裂, 不仅是大际山铀多金属矿床的南北边界, 还是该矿床主要的导矿构造。在大际山矿区东南侧山顶的TC1801探槽内可见F2断裂构造形迹, 其走向NE40°～60°,倾向NW, 倾角为70°～80°, 断裂面呈锯齿状, 内部发育显著的碎裂岩、构造角砾岩和断层泥, 角砾成分以白云岩、白云质灰岩为主, 呈不规则棱角状‒次棱角状, 大小混杂分布, 显示出张性断裂构造特征(图3a), 断裂带内发育显著的铀多金属矿化, 并伴随黄铁矿化、硅化和有机碳化等围岩蚀变, 因地表强烈的风化淋滤作用, 导致黄铁矿氧化为褐铁矿(图3b)。在TC1801探槽下方的半山腰处前人还揭露了PD14平硐, 该平硐整体展布为NW-SE方向, 其内部25 m处可见高品位的富大矿体(图3c、d), U含量可达0.37%, 矿体延伸方向为NE50°～65°, 并发育显著的构造角砾岩、碎裂岩、断层泥等构造岩, 构造角砾岩中角砾成分以细砂岩、粉砂岩为主, 含少量白云岩、白云质灰岩, 呈棱角‒次棱角状, 在矿体中心部位角砾大小约为0.3～0.8 cm, 往矿体两侧角砾逐渐变大, 直到最后消失, 显示出明显的构造岩相分带特征, 在矿化中心部位还发育强烈的黄铁矿化、硅化和有机碳化等围岩蚀变。控矿构造解析显示, PD14平硐内的断裂走向为NE55°～60°, 倾向NW, 倾角为68°～75°, 宽约3～5 m, 与TC1801探槽中F2断裂的产出特征一致, 为F2断裂的深部延伸, 在其断层破裂面上发育明显的擦痕与阶步(图3e), 擦痕侧伏向为SW, 侧伏角为55°, 依据擦痕与阶步的关系, 判定该断层具有左行张扭性的性质, 通过断层矢量滑移获得三轴主应力1、2和3分别为202°/39°、53°/46°和306°/15° (图3f),表明该断裂带形成于NWW-SEE向伸展作用之下。

3.2 NNE向压扭性断裂构造控矿

NNE向压扭性断裂是大际山矿区又一控矿构造, 目前仅见于TC1903探槽和大际山‒上银厂村路边(XY2003观察点)。TC1903探槽位于大际山矿区西南部, 出露岩性主要为嘉陵江组一段白云岩、白云质灰岩, 探槽内可见有两期构造, 早期为杂乱分布的碎裂岩、构造角砾岩等构造岩, 显示出张性‒张扭性断裂构造, 其上叠加有晚期NNE20°～30°断裂构造, 晚期断裂构造宽约1.5～2 m, 倾向SEE, 倾角约为60°～70°。下盘断裂面较为平直, 上盘断裂呈舒缓波状。断裂带内发育灰黑色断层泥、强片理化构造和构造透镜体, 透镜体长轴方向与主断裂面产状一致, 显示出压性‒压扭性的断裂性质(图4a)。便携式伽玛辐射仪测得该断裂带放射性异常值为400～600 Ur,并可见有浸染状黄铁矿化、硅化、黏土化和有机碳化等围岩蚀变发育(图4b)。在大祭山‒上银厂村路边(XY2003观察点)张扭性主干断裂带内发育压扭性断裂构造(图4c), 该断裂构造总体走向NNE20°～30°, 倾向SEE, 倾角较陡, 断裂面呈舒缓波状, 发育强烈的片理化和小型构造透镜体, 透镜体长轴排列方向显示出该断裂具有右旋压扭特征(图4d)。野外可见该断裂内发育浸染状黄铁矿化、硅化、黏土化以及有机碳化等围岩蚀变, 并具有较强的放射性异常值(500～600 Ur)。值得注意的是, 赋存在该压扭性断裂构造中的矿体规模一般较小, 延伸不稳定, 这可能是压性‒压扭性断裂构造流体贯通性较差所致, 因此该类断裂构造储矿能力有限。

图4 受NNE向压扭性断裂控制的铀多金属矿化剖面素描图(a)与野外照片(b～d)

3.3 层间破碎带构造控矿

层状、似层状矿体是大际山铀多金属矿床最重要的矿化特征, 这也是前人将其归为沉积‒成岩型的主要原因(李文明和陈占农, 1968; 郑懋荣, 2005)。本次研究通过详细的野外观察和构造解析, 发现这些层状、似层状矿体均受大际山向斜中的层间破碎带控制(图5a), 位于大际山向斜西北翼的TC1905探槽揭露厚约1.0～1.2 m的铀多金属矿体, 铀含量为0.17%, 伴随有强烈的浸染状黄铁矿、硅化、黏土化和有机碳化等围岩蚀变, 矿体顶板为白云岩、白云质灰岩, 产状为140°∠20°, 底板为紫红色粉砂岩夹细砂岩, 产状为130°∠15°, 由于强烈的褪色作用, 紫红色粉砂岩夹细砂岩变成灰白色(图5b), 矿体顶底板之间发育明显的片理化断层泥和构造透镜体, 片理化产状与地层产状近一致, 约为125°～145°∠9°～12°,构造透镜体以顶板白云岩、白云质灰岩为主, 呈明显定向排列, 透镜体最大扁平面与断裂面间锐夹角所指示的运动学方向, 反映出上盘向NW、下盘向SE的层间剪切滑动(图5c), 与大际山向斜西北翼发生的顺层剪切的运动学特征一致(图5g)。大际山向斜东南翼的PD05平硐也揭露到该层矿体, 矿体顶部为厚层状白云岩、白云质灰岩, 底部为发生褪色蚀变的粉砂岩, 地层产状为303°∠15°。在顶底之间为宽约1.5 m厚的层间破碎带, 铀含量为0.17%, 同时可见浸染状黄铁矿、硅化、黏土化和有机碳化等围岩蚀变(图5d)。破碎带内发育强烈的片理化断层泥、剪破裂和构造透镜体, 表现出明显的角砾化、碎裂岩化等特征。在平硐左侧(靠近南西一侧)壁上, 通过透镜体长轴定向排列与断裂面间锐夹角以及剪破裂与主破裂面间的夹角关系, 指示上盘向SE、下盘向NW的层间剪切滑动(图5e、f), 这与大际山向斜东南翼顺层剪切的运动学方向一致(图5g)。

图5 受层间破碎带控制的铀多金属矿体剖面图(a)与野外照片(b～f)

除此之外, 在矿区内嘉陵江组一段(T11)上部碳酸盐岩夹薄层状粉砂岩中的层间破碎带内也发育有铀多金属矿体(图6a), 并沿走向表现出膨大变窄、尖灭再现的特征。在嘉陵江二段(T12)紫红色泥质粉砂岩与嘉陵江组三段(T13)碳酸盐岩之间的层间滑脱构造内也发现有铀多金属矿化(图6b)。这些铀多金属矿体或矿化均受层间破碎带或层间滑脱构造控制, 进而表明大际山地区存在多套层间破碎带和层间滑脱构造, 对铀多金属矿体具有明显的控制作用。

图6 大际山矿区受层间破碎带/层间滑脱构造控制的铀多金属矿化照片

4 大际山铀多金属矿床定位条件分析

大际山铀多金属矿床位于七舍‒革上断裂的分支断裂F1和F2所围限的区域内, 七舍‒革上断裂带长约25 km, 走向NE45°～65°, 倾向NW, 倾角约为65°～80°(图7), 断层矢量滑移分析表明, 控矿断裂F2形成于NWW-SEE向伸展作用之下。通过对七舍‒革上断裂进一步追索, 在革上村北东侧(XY2042观测点)发现较好的构造形迹(图7a), 野外可见卷入断裂内的岩石主要为嘉陵江组一段白云质灰岩, 形成大量构造角砾岩、碎裂‒碎粒岩和断层泥等构造岩, 其中, 构造角砾岩的角砾成分以白云岩、灰岩为主, 其次为灰绿色粉砂岩, 呈大小混杂的棱角‒次棱角状, 表现为张性‒张扭性断裂特征, 断裂带内发育多条断续的次级破裂面, 局部可见清晰的擦痕与阶步, 擦痕与阶步之间的相互关系指示为左旋张扭的力学性质。通过断层滑动矢量数据反演, 获得该观测点三轴主应力1、2和3分别为213°/8°、99°/70°和306°/17°, 也显示其形成于NWW-SEE向伸展作用之下(图7d)。值得一提的是, 在该处破碎带内发现有浸染状黄铁矿化和有机碳化等热液蚀变迹象, 并显示出铀多金属矿化异常信息(图7e、f)。另外, 在七舍‒革上断裂西南段鲁布格镇附近(XY2039观测点)也可见卷入断裂带的嘉陵江组白云岩, 并普遍形成构造角砾岩和碎裂岩, 亦发育多条次级断裂面, 产状为53°～58°/NW∠63°～68°, 断裂面上清晰的擦痕与阶步反映出左旋张扭的运动学特征(图7g)。断层滑动矢量分析获得该点三轴主应力1、2和3分别为212°/8°、107°/61°和306°/27°, 亦反映出NWW-SEE向伸展(图7h)。由此表明, 七舍‒革上断裂具有左旋张扭的运动学特征, 形成于NWW-SEE向伸展作用之下。前人在1∶20万区域地质调查中也认为七舍‒革上断裂具有左行走滑的运动学特征, 并初步估算走滑位移量为1.5 km(朱佑夫等, 1977)。

图7 七舍‒革上断裂带运动学解析(a～h)及其对大际山铀多金属矿床空间定位作用分析(i)

已有研究表明, 具有走滑性质的断裂构造, 断面弯曲形态和滑动矢量方向的不同会引起弯曲部位的应力集中或分散, 形成收敛挤压区和离散拉张区(Sylvester, 1988; 王义天和李继亮, 1999; 肖坤泽和童亨茂, 2020)。其中, 收敛挤压区主要形成一系列逆断层和挤压隆起等压扭性变形样式, 不利于成矿流体或热液的贯通与迁移; 而离散拉张区则通常发育正断层、拉分盆地和地堑块体等张扭性构造, 是成矿流体或热液大规模迁移和汇聚的理想场所, 控制了各类金属矿产的形成与分布(陈宣华等, 2009)。现有分析表明, 七舍‒革上断裂沿NE-NEE方向呈带状分布特征, 延伸至大际山矿区附近, 断裂向北逆时针偏转了约15°～25°, 形成类似“S”型的形态样式, 这种偏转在左行张扭的运动过程中直接导致离散拉张区的形成, 形成张性的扩容空间(图7i), 使得成矿流体在此大量迁移和汇聚, 从而实现了对大际山铀多金属矿床空间分布的控制, 其中, 矿床南北两侧的边界断裂F1和F2均为七舍‒革上断裂带中离散拉张区的伴生构造。

5 成矿构造体系分析

构造与成矿具有密不可分的动态耦合关系(陈宣华等, 2009)。同一矿区内不同控矿构造样式是形成于同一构造体系, 还是分属于不同构造体系? 其基本前提是确定这些构造样式是否存在着成生联系。同一构造体系的构造在构造形态、构造方位、力学性质和变形的规模及强度等方面可以有所不同, 但它们必须在同一地质时期通过一定方式外力作用下, 由同一构造应力场所形成的一个变形整体(韩润生等, 2003)。本次研究在详细的控矿构造解析的基础上, 通过对矿区内不同级别、不同方向断裂和褶皱构造的分期配套, 结合区域构造演化厘定出三种构造体系, 并依据其成生发展关系由早到晚分为: 早北东向构造带、晚北东向构造带和北北西向构造带。

5.1 早北东向构造带

早北东向构造带主要以褶皱和逆冲断裂为特征, 其中, 雄武背斜及其西北翼托克逆冲断层所构成的冲断‒褶皱构造是早北东向构造带的重要组成部分。详细的野外调查发现, 托克逆冲断层走向NE-SW, 倾向SE, 倾角较缓(20°～47°), 将较老的下三叠统碎屑岩直接逆冲至较年轻的中三叠统白云岩之上(图8a), 并在断层上、下两盘形成一系列次级断层破裂面和构造透镜体。构造透镜体长轴方向与断裂破裂面倾向一致, 呈定向排列特征(图8b、c), 在次级断层破裂面上可见有清晰的擦痕和阶步, 通过断层滑动矢量分析获得三轴主应力1、2和3分别为308°/6°、43°/9°和190°/78°, 反映其形成于NW-SE向挤压作用之下(图8d)。卷入变形的最新地层为中三叠统关岭组白云岩, 暗示早北东向构造带形成时代应晚于中三叠世。结合以往构造地质学研究成果, 燕山早期(～170 Ma)古太平洋板块低角度俯冲于华南大陆之下, 在华南大陆腹地形成强烈的NW-SE向挤压作用, 导致华南地区形成宽～1300 km的NE向逆冲褶皱构造带(徐先兵等, 2009; Dong et al., 2015; 颜丹平等, 2018), 并在湘中涟源、鄂西南湘北和桂西北南丹‒荔波等多个地区识别出NE向褶皱构造系横跨叠加在印支期近E-W向褶皱构造系之上, 形成叠加干涉褶皱(张岳桥等, 2009; 吴玉等, 2019)。在右江盆地贞丰和隆林地区也发育一系列NE-SW向冲断褶皱构造(杨坤光等, 2012; 董俭萌, 2019), 与燕山早期的主挤压应力方向一致。由此推测研究区早北东向构造带很可能形成于燕山早期NW-SE向挤压应力作用之下。该期挤压作用不仅导致雄武冲断‒褶皱构造的形成, 并在雄武背斜东南翼伴随发育了一系列低级序次级褶皱(如大际山向斜、泥尾背斜、羊际山向斜等), 在褶皱过程中能干性不同的岩性界面形成多套层间滑脱构造或层间破碎带, 为后期成矿流体的侧向运移和矿质的沉淀富集提供有利的通道, 成为“层控型”铀多金属矿体有利的成矿结构面。

图8 大际山及其周缘地区三期构造带发育特征及其分期配套

5.2 晚北东向构造带

晚北东向构造带主要由NE-NEE向张扭性断裂组成, 如七舍‒革上断裂、鲁坎断裂和烫德断裂等。这些断裂呈舒缓波状, 倾向NW或SE, 倾角较陡, 约75°～85°, 断裂带内可见构造角砾岩、初碎裂岩、碎裂岩和断层泥等构造岩, 伴随发育大量的断层破裂面, 部分破裂面上发育清晰的擦痕与阶步, 擦痕倾伏角较小, 介于20°～35°之间, 形成兼有走滑性质的正断层, 由前文可知这些断裂主要形成于NWW-SEE向伸展作用之下。这期伸展构造在大际山矿区内表现得尤为明显, 在矿区东北侧鲁坎村后可见一系列张性‒张扭性正断层切割下三叠统嘉陵江组, 形成众多露头尺度的地堑‒半地堑构造(图8e); 在鲁坎水库附近还可见该期张扭性正断层截切NW-SE向挤压作用下形成的复式小褶皱(图8f、g), 揭示NWW-SEE向伸展形成于NW-SE向挤压之后。结合区域构造演化表明, 古太平洋板块向华南大陆之下的持续俯冲, 俯冲角度变陡, 由于俯冲板片的拆沉使得华南大陆在燕山晚期(100～135 Ma)经历了由挤压向伸展的构造体制转化, 形成大量NE-NEE向白垩纪断陷盆地(舒良树等, 2004; Li et al., 2012)和长轴为NE-SW向的伸展穹窿(Lin et al., 2000; Li et al., 2013; 林伟等, 2019), 这些盆地和穹窿均反映出NW-SE向伸展作用, 与本区晚北东向构造体系表现出NWW-SEE向伸展近一致, 因此推测该构造带可能为燕山晚期伸展作用下的产物, 黔西南及其周缘地区晚白垩世基性‒超基性岩脉的发现进一步支持这期伸展构造的存在(陈懋弘等, 2009; Liu et al., 2010; 宋昊等, 2019)。晚北东向伸展构造形成的NE-NEE向张扭性断裂是深部成矿流体运移的重要通道, 为后期矿床的定位和“断控型”铀多金属矿体提供了关键的场所和空间。

5.3 北北西向构造带

北北西向构造带主要由NNW向展布的褶皱和压性断裂以及NNE向压扭性走滑断裂构成。其中, NNW向压性断裂规模较大, 在马格闹‒丫口上‒白古一线可见一条长约25 km, 宽约20～25 m的NNW向断裂(图8h), 该断裂倾向SEE, 倾角约为40°～60°, 断裂带内发育显著的构造透镜体、碎裂岩和片理化断层泥等。其中构造透镜体最大可达1.5 m×0.8 m, 小则几十至十几厘米, 其长轴方向统一倾向NEE, 与断裂带产状一致, 围绕构造透镜体可见一系列片理化断层泥和断层破裂面(图8i), 在局部破裂面上发育有清晰的擦痕和阶步。利用断层矢量滑移方法, 获得三轴主应力1、2和3分别为82°/1°、352°/18°和175°/72°, 显示该断裂是在SWW-NEE向挤压作用下形成的(图8j), 由于NNW向压性断裂直接截切了七舍‒革上断裂, 所以SWW-NEE挤压明显晚于NWW-SEE向伸展。另外, 该期挤压作用随着应力传播, 在雄武背斜东北端形成NNW-SSE向褶皱, 并叠加在早期NE-SW向褶皱之上, 形成“L”型横跨叠加褶皱(图8k)。前人研究表明在印度‒欧亚两大板块持续碰撞汇聚过程中, 高原物质向东、东南以及向西等方向发生了大规模扩散和逃逸(Tapponnier and Molnar, 1976; Zhang et al., 2004), 在向东、东南方向逃逸(或挤出)过程中派生出近EW向的挤压应力, 与本区北北西构造带所具有的SWW-NEE向挤压应力近于一致。因此, 北北西构造带应形成于喜山期印‒亚板块碰撞派生的侧应力之下, 该期挤压应力场不仅在贵州大部分地区普遍存在(秦守荣和刘爱民, 1998), 而且在整个右江盆地均有发现(聂冠军等, 2019; 吴玉等, 2019)。这期挤压作用在大际山矿区内形成的构造形迹较弱, 仅发育一些小规模NNE向压扭性走滑断裂, 在与NE-NEE向张扭性断裂复合叠加的部位形成少量“断控型”铀多金属矿体, 但较强的挤压作用驱动了成矿流体从势能高的地方向势能低的地方运移, 由此来控制矿质的沉淀和矿体的就位。

6 构造控矿规律和控矿模式

6.1 构造控矿规律

雄武地区构造活动强烈, 具有多期复合叠加特征, 对大际山地区铀多金属矿床(体)的形成和就位起着至关重要的作用。综合不同类型和期次的构造控矿特征, 对矿床、矿体的控制作用主要表现在以下几个方面:

(1) 通过前人地面放射性能谱和大比例尺土壤化探测量, 揭示区内铀多金属矿化与NE-NEE向七舍‒革上断裂、鲁坎断裂和烫德断裂等断裂带关系密切(徐伟等, 2020), 所有铀多金属矿床、矿(化)点都集中分布在这三条张扭性断裂附近及其所围限的区域内。因此, NE-NEE向的七舍‒革上、鲁坎和烫德等断裂是该区最重要的导矿和储矿构造, 控制了矿区的空间展布, 为矿区一级控矿构造, 是成矿流体向浅部运移的主要通道。

(2) 大际山铀多金属矿床主要产出在NE-NEE向七舍‒革上断裂凹凸转换的拉张部位, 分别由分支断裂F1和F2所围限。该转换拉张部位实际是由七舍‒革上断裂左旋张扭的运动过程中形成的一个离散拉张区, 为成矿流体的迁移和汇聚提供良好的低压扩容空间, 从而实现了对铀多金属矿床的定位。因此, NE-NEE向张扭性断裂带内的凹凸转换的拉张部位(即离散拉张区)为矿区二级控矿构造, 是矿床的配矿构造。

(3) 由NE-NEE向分支断裂F1和F2所围限区域内还发育有宽缓的大际山向斜, 在能干性差异较大的岩性界面附近往往形成层间破碎或层间滑脱构造。进一步的控矿构造解析显示, 矿区内所有的铀多金属矿体均赋存在张扭性分支断裂F1和F2及其与之贯通的层间破碎带、层间虚脱部位和NNE向压扭性断裂构造之内, 形成“层控型”和“断控型”矿体。这些构造是矿质沉淀、富集的重要场所, 直接控制了规模不等、形态不同的矿体分布, 为矿区三级控矿构造, 同时也是重要的储矿构造。

综上所述, 不同类型和期次的构造相互贯通, 形成一套复杂的控矿构造网络, 各级控矿构造相互配套, 分工明确, 为铀多金属成矿流体运移和矿床(体)的定位提供了有利的空间和通道。

6.2 构造控矿模式

基于上述对成矿构造体系和构造控矿规律分析, 结合铀多金属成矿时代, 构建了大际山铀多金属矿床构造控矿模式:

(1) 燕山早期(成矿前), 受古太平洋板块向华南大陆之下俯冲作用的影响, 兴义地区发生强烈的陆内改造和构造变形, 形成早北东向构造带。其中雄武地区形成了具有冲断‒褶皱构造特征的雄武背斜, 在雄武背斜东南翼还伴随发育有多个次级复向斜和复背斜, 并在能干性差异较大的岩性界面发生层间破碎或层间滑脱(图9a), 为后期成矿流体侧向运移提供了有利通道和空间。

1. 下三叠统嘉陵江组一段; 2. 下三叠统飞仙关组二段; 3. 三叠系; 4. 二叠系; 5. 石炭系; 6. 泥盆系; 7. 碎屑岩; 8. 碳酸盐岩; 9. 砂岩; 10. 泥岩; 11. 断层; 12. 铀多金属矿体。

(2) 燕山晚期(成矿前), 区域构造应力场由挤压向伸展转化, 在雄武背斜东南翼形成了晚北东向构造带, 即多条NE-NEE向张扭性断裂构造。这些张扭性断裂切割和围限了早期形成的复向斜和背斜, 其兼有左旋走滑的运动学特征。受走滑方向和断裂几何形态联合控制作用在大际山地区形成离散拉张区, 并配套发育有F1和F2分支断裂(图9b), 导致后期成矿流体易汇聚于此, 为大际山铀多金属矿床定位提供了主要空间。

(3) 喜山期(成矿期), 受青藏高原向东侧向挤出的应力传播作用, 派生出近EW向(或NEE-SWW向)挤压应力场, 形成北北西向构造带, 其不仅在大际山矿区外围形成NNW向压性断裂和褶皱构造, 同时在矿区内还发育一系列规模较小的NNE向压扭性走滑断裂, 其不仅进一步切割和破坏了早期形成的复向斜和背斜, 并且还叠加在第二期NE-NEE向张扭性断裂构造之上。喜山期近EW向(或NEE-SWW向)挤压作用还驱动了盆地内深循环的成矿流体从势能高的地方向势能低的地方进行迁移, 即沿垂向的NE-NEE向张扭性断裂向浅部低应力区运移, 并在合适的部位沉淀成矿, 形成脉状、透镜状等“断控型”矿体(图9c)。当成矿流体沿NE-NEE向张扭性断裂向上运移至与层间破碎带或层间滑脱构造相贯通的部位, 成矿流体趋于向层间破碎带或层间滑脱构造发生侧向贯入‒交代成矿, 形成似层状、层状和透镜状的“层控型”铀多金属矿体。而与NE-NEE向张扭性断裂叠加的NNE向压扭性断裂由于其圈闭作用也可以形成部分“断控型”矿体(图9d)。

7 找矿预测

大际山铀多金属矿床发现于20世纪五十年代末, 1968年曾由贵州省地质局112地质队完成普查勘查。当时的找矿线索和矿化信息都集中在浅表, 且矿区内铀多金属矿体与赋矿地层产状一致, 矿体呈层状或似层状等特征, 因而将其归为碳硅泥岩型铀矿床中的沉积‒成岩亚类, 后期仅叠加有少量的热液改造(李文明和陈占农, 1968; 郑懋荣, 2005)。受这一层控矿床观念的影响, 矿区内所有钻探工程查证均集中在200 m以浅, 以寻找受地层控制的铀多金属矿体为主。近年来, 核工业二八〇研究所在大际山地区开展了1∶1万土壤化探测量, 发现铀多金属矿化与NE-NEE断裂构造关系密切(徐伟等, 2020), 矿石组构特征与铀赋存状态也反映出低温热液型铀矿床类型(潘澄雨等, 2021)。本次通过详细的控矿构造解析研究, 进一步揭示大际山铀多金属矿化受垂向断裂和层间破碎带/层间滑脱构造联合控制, 构造成为该区找矿突破的第一要素, 铀多金属找矿思路发生了根本性转变。

为进一步探索和查明大际山矿区深部含矿空间的展布和延伸情况, 核工业二八〇研究所于2019年在大际山矿区及外围开展了CSAMT(可控源音频大地电测)地球物理探测, 此次共布置了L1901～L1903三条测线。其中L1903测线位于鲁坎村至水淹坝一带, 测线方向140°, 其北西段正好穿越了大际山铀多金属矿床(图7), 视电阻率反演获得断面图显示上部中高阻、中间中低阻、下部高阻的特征(图10)。从上部中高阻至下部高阻可见有多条陡倾的低阻带发育, 野外浅表查证正好对应于NE-NEE向七舍‒革上断裂、鲁坎断裂和烫德断裂。在1250 m和1700 m附近发育两条倾向相反的低电阻带, 在地表分别对应于NE-NEE向七舍‒革上断裂带的南北两条分支断裂F1和F2。另外, 在剖面图上可见F1和F2两条分支断裂所夹持的区域内呈现出高阻‒低阻‒中高阻‒低阻‒高阻相互交替的特征, 反映不同的岩性界面和层间破碎带。并且视电阻率具有“中间低、两端高”的特征, 这与大际山向斜的几何形态特征一致, 暗示大际山矿区深部仍存在多套受向斜褶皱控制的层间破碎带或层间滑脱构造。结合大际山铀多金属矿化主要受NE-NEE向张扭性断裂及其与之贯通的层间破碎带/层间滑脱构造联合控制的基本特征, 认为大际山矿区深部(埋深300～700 m)仍具有较好的铀多金属成矿潜力和找矿前景。

图10 大际山矿区L1903可控源音频大地电磁测深(CSAMT)反演剖面图

由于大际山矿床定位于NE-NEE向张扭性断裂带内的凹凸转换的拉张部位, 因此, 在区域找矿方面应注重NE-NEE向张扭性断裂的追索, 尤其是寻找断裂平面上呈“S”形拐弯部位。这些部位在左旋张扭的运动学过程中往往形成拉张低应力区, 有利于成矿流体的汇聚和矿床(体)的形成。在大际山矿区西南侧黄泥堡‒下银厂地区存在NE-NEE向鲁坎断裂及其类似的拉张低应力区(图1), 地表出露有下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩和碎屑岩等岩性组合, 与大际山矿床成矿条件极为相似。1∶1万土壤化探也显示区内U、Mo综合异常浓度较高、空间套合关系较好(徐伟等, 2020), 且地表已发现多处铀多金属矿(化)点。综合分析认为该区具有较大的铀多金属找矿潜力, 是下一步外围找矿勘查的有利地段。

8 结论

(1) 大际山铀多金属矿床位于雄武背斜东南翼, 夹持在NE-NEE向七舍‒革上断裂所围限的大际山向斜之中, 构造分级控矿特征显著。区域NE-NEE向张扭性断裂带控制了成矿区带的整体展布, 张扭性断裂带凹凸转换拉张部位决定了矿床的产出部位。与NE-NEE向张扭性断裂贯通的层间破碎带、层间滑脱部位和NNE向压扭性断裂控制了矿体的形态和规模, 形成“层控型”和“断控型”两种铀多金属矿体。

(2) 矿区内构造行迹反映出三期构造体系的成生发展, 从早到晚依次为早北东向构造带(燕山早期)、晚北东向构造带(燕山晚期)和北北西向构造带(喜山期)。其中, 早北东向构造带为成矿流体的侧向贯入‒交代成矿提供了先决条件, 晚北东向构造带为成矿提供了良好的导矿、容矿空间和矿床就位场所, 北北西向构造带则驱动了成矿流体从势能高的地方向势能低的地方运移。

(3) 依据区内控矿构造特征和成矿构造体系, 构建NE-NEE向张扭性断裂构造与层间破碎带/层间滑脱构造联合控矿模式, 并通过音频大地电磁测量, 将浅表构造解析与深部地球物理解译相结合, 开展了找矿预测, 认为大际山矿区深部(埋深300～700 m)仍具有较大的找矿空间。此外, 大际山矿区西南侧黄泥堡‒下银厂地区存在与大际山矿区类似的转换拉张区域, 可作为今后外围找矿的有利地段。

致谢:中国地质大学(北京)张达教授和昆明理工大学韩润生教授认真审阅了本文, 并给予了宝贵的建设性意见和建议, 在此一并致以诚挚的感谢！

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Analysis of Ore-controlling Structures and Prospecting Prediction of Dajishan Uranium Polymetallic Deposit in Xiongwu Area, Southwest Guizhou

WU Yu1, XU Wei2, XIE Bo3, WANG Jian1, LIU Kaikun4, QIU Linfei1, XIAO Changhao5, ZHANG Wengao5, PENG Song4

(1. CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Techniques, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China; 2. No.280 Institute of Nuclear Industry, Guanghan 618300, Sichuan, China; 3. Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, China; 4. Nuclear Resources Geological Survey Institute of Guizhou Nonferrous Metal and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau, Guiyang 550005, Guizhou, China; 5. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China)

TheDajishan U-polymetallic deposit is located inside a carbonate platform, Southwest Guizhou, and the orebodies are hosted in the Jialingjiang Formation carbonate and clastic rocks. Field observation and structural analysis revealed that the ore-controlling structures in the deposit consist of the NE-NEE-striking transtensional fault, the NNE-striking compressional fault, and the interformational fractured zone, which control the emplacement of the “fault-controlled” and “stratabound” U-polymetallic ore bodies. The Dajishan U-polymetallic deposit is obviously controlled by the hierarchical structures, such as the region NE-NEE-striking transtensional fault controlled the distribution of the U-polymetallic mineralization belts, the localization of the U-polymetallic deposit is controlled by the extensional duplex of the NE-NEE-striking transtensional fault and the NNE-striking compressional fault, the interformational fractured zone and the interformational detachment structures which connected with the NE-NEE-striking transtensional fault yielded the space for the ore body emplacement. According to the crosscutting relationship of the different structural styles, three metallogenic tectonic systems can be recognized in the Dajishan area, the early NE-trend structural belt in the early Yanshanian, the late NE-trend structural belt in the late Yanshanian, and the NNW-trend structural belt in the Himalayanian, respectively. The early NE-trend structural belt controlled the formation of the interformational fractured zone which provides a prerequisite for the lateral migration of ore-bearing fluid. The late NE-trend structural belt controlled the formation and distribution of the NE-NEE transtensional fault, and provided space for the vertical migration of ore-bearing fluid and the emplacement of the Dajishan U-polymetallic deposit. The NNW-trend structural belt not only triggered the formation of the NNE-striking compressional fault, but also drove the migration of ore-bearing fluid. Based on reconstruction the history of the metallogenic tectonic evolution, it can be inferred that the deposit was formed under the conjunct control of the NE-NEE-striking transtensional fault and the interformational fractured zone. Moreover, combining shallow structure analysis and deep CSAMT geophysical exploration, a promising exploration prospecting is predicted at the deep and peripheral parts of the Dajishan U-polymetallic deposit. This model may be applicable to analogous settings elsewhere in the Southwest Guizhou and provide a new approach for U-polymetallic prospecting and exploration.

ore-controlling structure; metallogenic tectonic system; ore-prospecting; Dajishan uranium polymetallic deposit; Southwest Guizhou

2021-12-10;

2022-08-06

国家自然科学基金项目(41802218)、中国核工业地质局铀矿地质科研项目(D2310)、中国地质调查局地质调查项目(DD20230293)和四川省科学技术厅成果转化示范项目(2021ZHZY0008)联合资助。

吴玉(1987–), 男, 博士, 高级工程师, 从事区域构造与矿田构造研究。E-mail: 21wu.yu@163.com

P542;P613

1001-1552(2023)06-1203-017

10.16539/j.ddgzyckx.2023.06.001