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第 2 9卷第 4期 2 0 0 9年 1 2月 矿 物 学 报 ACTA MI NERAL OGI CA SI NI CA V0 1 . 2 9. No . 4 De c ., 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 0 - 4 7 3 4 2 0 0 9 0 4 - 0 4 9 1 -05 铜陵凤凰 山铜 矿床角砾岩 的形成与矿床定位机制 毛政利 , 赖健清2 , 彭省临2 1 . 河南城建学院 测量与国土信息系, 河南 平顶山 4 6 7 0 0 0 ; 2 .中南大学 地学与环境工程学院, 湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 摘要 角砾岩不仅记录了矿区构造的形成演化过程, 同时也记录了矿床的形成定位过程, 因此对角砾岩的产出、 分布特征研究有利于进一步揭示矿床的形成与定位机制。凤凰山铜矿区不同类型角砾岩的分形研究结果表 明, 该区角砾状花岗闪长岩属于化学成因角砾岩, 在形成过程中有物理作用的参与, 而角砾状矿石和角砾状大 理岩是水力致裂角砾岩 , 形成时能量达到中等 , 说 明该 区角砾岩的形成 与成矿热液的演化密切相关。 关键词 角砾岩;矿床定位机制; 分形; 凤凰山 中图分类号 t “ 6 1 3 ; P 6 1 8 . 4 1 0 2 文献标识码 A 作者简介 毛政利, 男, 1 9 6 7年生, 博士, 副教授, 现主要从事 G I S与成矿预测的教学与科研工作 .E m a i l z h 1 . ma o 1 63 .t o m 成矿构造历来是矿床学研究中的重要 内容之 一 ,而角砾岩往往与构造相伴产出, 它不仅指示 了 构造的产出位置 , 而且角砾岩的不 同特征也指示 了构造的演化 过程, 成矿溶液 的迁移 富集 机制。 热液角砾岩是角砾岩 中的一种特殊类 型, 它是破 碎岩石与热液流体作用的产物。其成岩作用常常 伴随热液成矿作用 , 构成金属矿床 中的一种重要 类型 引。前人对角砾岩的研究多集中于定性 的 描述, 野外观测结果难 以用碎裂过程的物理理论 加以解释 , 部分原因是缺乏有效的定量描述方法。 为此 , J e b r a k 评述 了出现于热液脉型矿床中主 要角砾岩化过程, 以及如何鉴别其形成的物理和 化学机制。在我国, 肖龙和王方正 J 应用分形方 法研究了新疆伊犁京希 一伊尔曼德金矿区角砾岩 的分形特征 , 取得了较好的效果 , 刘省三 、 沈远 超等 对矿 区角砾岩及其与成矿 的关 系进行 了 较为详细的研究。凤凰山铜矿床的角砾岩分布十 分广泛, 而且在空间上与矿体 的产出位置关系密 切 , 但是对该区角砾岩至今还没有较为系统 的研 究 , 本文试图应用分形理论 , 对其角砾岩的特征进 行定量分析 , 探讨角砾岩的成因, 进而讨论角砾岩 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 - 2 7 基金项 目 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 9 7 3 项 目编 号 2 0 0 7 C B 4 1 6 6 0 8 ;国 家 十 一 五 科 技 支 撑 计 划 项 目 编 号 2 0 0 6 B A B 0 1 B 0 7 的形成与矿床定位的关系。 1 地质背景 凤凰山铜矿床位于铜陵市东南约 3 5 k m的凤 凰山新屋里盆地 。盆地总体构造格架为一复式向 斜 , 其轴向北东, 与区域构造线方向基本一致。新 屋里复式向斜轴部出露三叠系中、 下统 , 两翼依次 出露二叠系、 石炭系、 泥盆系、 志留系。 盆地中心为燕山晚期的新屋里岩体, 出露面 积近 1 0 k m , 主要 由花 岗闪长岩和石英二长闪长 岩组成 , 呈岩株产出。以花岗闪长岩为主, 占一半 以上, 石英二长闪长岩约占三分之一 , 分布于岩体 中部及边缘 图 1 。新屋里岩体周 围还分布有花 岗斑 岩、 闪 长岩、 正 长斑 岩及 辉 绿玢 岩 等晚期 脉岩。 新屋里岩体主要与三叠系中、 下统灰岩接触 。 围绕岩体接触带产出有凤凰 山、 宝 山陶、 铁山头、 仙人冲、 清水溏和江家冲多个铜矿床, 其中只有凤 凰山矿床达到了中型规模。 凤凰山矿床位于新屋里岩体 的西部 , 新屋里 向斜的中段靠近轴部之西北翼 , 三叠系中、 下统与 花岗闪长岩的接触带附近。已揭露的矿体主要受 接触带和断裂构造的复合控制 , 其 中主要 的控矿 断裂为左行张剪性断裂 , 其走 向由北向南依次为 北东、 北北东、 近南北、 北北西、 北西走 向, 呈弧形 , 在剖面上表现为锯齿状 。矿体主要呈似板状 和透 4 9 2 矿物学报 2 0 0 9拒 镜状产于新屋里岩体与三叠系灰岩问的接触 带上。 1 .花岗闪长岩 2 .石英二长闪长岩 3 .三叠系中统月 山组 4 .三叠系中下统 5 .二叠 一泥盆系 6 .志留系 7 .复式向斜枢纽 8 .断层 9 .地质界线 图 1 凤凰山铜矿区地质略图 F 1 . G e o l o g i c a l s k e t c h ma p o f t h e F e n g h u a n g s h a n c o p p e r mi n i n g a r e a . 2 角砾岩地质特征 凤凰山铜矿床矿体及其周围的角砾岩类型主 要有角砾状花岗闪长岩、 角砾状矿石和角砾状大 理岩等, 其空间分布如图2 , 主要特征如下 1 角砾状花岗闪长岩, 分布于花岗闪长岩 体边部 , 其空间展布与岩体接触带形态及矿体展 布方向一致。在靠近矿体部位 , 角砾状花 岗闪长 岩中还见有与角砾状矿石相似的角砾成分。这些 现象显示角砾状矿石与角砾状花岗闪长岩在形成 时间上是接近的。角砾成分以花岗闪长岩为主, 发育有绢云母化、 黄铁矿化、 钾长石化等蚀变 , 常 见黄铁矿细脉, 局部有星点状辉钼矿化 , 角砾中常 见有浅色反应边, 局部也见有含铜磁铁矿 一 赤铁 矿角砾、 赤铁矿 一 绿泥石角砾和黄铜矿角砾等 , 大 多数角砾粒径在0 . 5 8 c m之间, 其形态多呈次 圆状。胶结物以花 岗闪长岩为主 , 多发生强烈 的 绢云母化和碳酸盐化蚀变, 胶结物中也见有浸染 状铜矿化, 反映了铜矿化的多 阶段性。角砾 和胶 结物为同期的花岗闪长岩, 是先结晶的花岗闪长 岩被残余岩浆及成矿热液挤压破碎并胶结而 形成。 1 .矿体 2 .角砾状 大理岩 3 .角砾状矿体 4 .花岗闪长岩 5 .角砾状花岗闪长岩 6 .大理岩 7 .角砾状花岗闪长岩型矿体 8 . 辉绿岩 9 .矿体编号 图2 凤凰山铜矿床- 1 1 0 m中段I 、 Ⅱ 号矿体地质平面略图 F i g .2 . n l e g e o l o gi c al s k e t c h p l a / n fi g u r e o f o r e b o d i e s I a n d I I a t 一 1 1 0 m l e 、 e l i n t h e F e n g h u a n g s h a n c o p p e r d e p o s i L 2 角砾状矿石, 其在空间上常与角砾状花 岗闪长岩伴生 , 位于岩体接触带。角砾成分主要 为磁铁矿、 赤铁矿、 菱铁矿角砾和黄铜矿 一 斑铜矿 等, 也有岩浆岩、 夕卡岩和大理岩角砾 , 其中岩浆 岩角砾多发生绢云母化、 碳酸盐化或绿泥石化等 蚀变, 角砾中的夕卡岩矿物 , 如石榴子石也多被碳 酸盐矿物交代 。角砾形状多次棱角状和次圆状, 粒径大多在 0 . 5 5 c m之间。胶结物多以菱铁矿 和方解石等碳 酸盐矿物为主, 次为黄铁矿 、 黄铜 矿、 斑铜矿、 石英和石英二长闪长岩。其中石英二 长闪长岩发育强烈的绢云母化、 黄铁矿化和侵染 状黄铜矿化、 斑铜矿化 。 3 角砾状大理岩 多沿矿体边部靠 近大理 岩一侧产出。其角砾成分主要为棱角状大理岩 , 少量磁铁矿 , 粒径大多在 0 . 7~ 3 0 c m之间。胶结 物以方解石为主, 次为黄铁矿、 黄铜矿和石英 , 菱 铁矿较少。在靠近矿体部位, 见有夕卡岩化大理 岩角砾, 胶结物中也常出现铁闪锌矿或铁闪锌矿 一 黄铁矿集合体。 3 角砾岩分形特征 不同成因的角砾岩具有各 自的特征 , 在 以前 的角砾岩研究中, 大多数只是对各种角砾岩 的特 第 4期 毛政利等. 铜陵凤凰山铜矿床角砾岩的形成 与矿床定位机制 4 93 征进行定性描述 , 分形理论的引入为定量研究描 述角砾岩的特征提供了有效的理论方法。角砾岩 中角砾的形态是主要的研究对象之一 , O r f o r d和 Wh a l l y 研究 了沉积岩中颗粒形 态的分类方法 , 其中用得较多的是颗粒的直径和特征比值如颗粒 长度和宽度 的比值 , 颗粒 的圆度 颗粒面积与半 径的比值 也可以在一定的程度上描述角砾岩 的 形态特征。但对于外形 比较复杂的颗粒 , 这些定 量研究描述方法却显得不足, 分形理论刚好弥补 了这一缺陷。分形理论研究描述形态特征的主要 方法是边界分形 , 颗粒的边界分形方法有几种 , 其 中用得最多 的是 Ma n d e l b r o t m 的用不 同步长去 测量边界长度的方法 , 这种方法对人为误差反应 敏感 川 , 另一种更为有效的方法是欧几里德距 离填图法 ’ , 这种方法是 根据颗粒 的外形计 算划分出带宽 , 分别测量计算不同带宽 的颗粒面 积 , 然后用面积和宽度的对数作图, 求出其拟合直 线 的斜率 r , 则其形态分维值 D, 2一 r , 形态分维 值 D , 越大 , 表明颗 粒外形越 复杂。D, 很好地描 述 了颗粒形态的复杂程度。 颗粒的大小分布是角砾岩研究 中的又一主要 对象。颗粒的大小分布可以用几种允布函数来拟 3. 5 3. 4 3. 3 .璺 p 3 . 2 3 . 1 3 2 . 9 I . 6 1 . 2 合, 如指数分布 , 对数正态分布和幂律分布等。分 形分布是一种幂律分布 ] , 其颗粒大小分布的分 维值直接反映了角砾岩中颗粒大小分布的复杂程 度 , 因而能很好地定量描述角砾岩中颗粒的大小 分布特征 。其方法是先测量出角砾岩一定范围内 所有颗粒的粒径 , 统计在不 同粒径范围内的颗粒 数 , 用粒径和在其范围内的颗粒数的对数作 图, 其 拟合直线的斜率即为角砾岩颗粒大小分布的分维 值 D , D 越大, 说明颗粒大小的复杂性越大。 图 3和表 1 是铜陵凤凰山铜矿区矿体及其周 围角砾岩的形态和大小分维值和分形分布图, 其 中形态分维值是用欧几里德距离填图法测量计算 得出的。从 中可 以看出, 角砾状大理岩形态分维 值最低 , 仅为 1 . 0 1 , 其次为角砾状矿石 , 其形态分 维值为 1 . 1 4 , 角砾状花 岗闪长岩的形态分维值最 高, 为 1 . 2 6, 说 明了区内角砾状大理岩 的形态最 简单 , 角砾状花岗闪长岩形态最复杂 , 角砾状矿石 介于它们之间。颗粒的大小分维值从角砾状大理 岩、 角砾 状 矿 石 到 角 砾 状 花 岗闪 长岩 依 次 为 1 。 2 4 , 1 . 5 2 6 , 1 . 3 8 9 , 说明了区内角砾状矿石 的颗 粒大小复杂性最大 , 角砾状花岗闪长岩次之 , 角砾 状大理岩最小。 一 lgw l gw l g14 1 L 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 0. 6 0. 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 1 . 4 L 6 1 . 8 2 2. 2 2. 4 2. 6 I gp l gp I gp a , b, c为角砾岩形态分形分布图 为角砾带宽 , s 为角砾在该带宽的面积 & 角砾状花岗闪长岩 . b .角砾状矿石 ; c .角砾状大理岩 ; d , e , f 为角砾岩大小分形分布图 p 为角砾粒径, n 为大于 该粒 径的 角砾数量 ; d . 角砾状花岗闪 长岩; e . 角砾 状矿 石; £角砾状大趣 岩 图3 角砾岩形态和大小分形分布图 F i g .3 . T h e ma p o f t h e mo r p h o l o g y a n d s i z e f r a c t a l d i s t r i b u t i o n s o f b r e e e i a s . ■ . 一 ● r ● 一 ● 一 ● 一 L e . 一 ● ] ● r ● 一 L d . 一 ● 『 ● 一 ● 一 二 8 4 0 0 0 跫昌 l 49 4 矿物学报 2 0 0 9拒 表 1 各类角砾岩的形态和大小分维值表 T a b l e 1 .T h e mo r p h o l o g y a n d s i z e f r a c t a l d i me n s i o n s o f v a r i e s br e c c i a s 4 角砾岩成因及其与矿床定位分析 探讨研究角砾岩的成因, 形态和大小分布是 两个重要的参数, 对角砾岩的形态研究可以区分 其是物理成因的还是化学成因的; 大小分布则反 映了角砾岩形成时的能量大小。化学成因的角砾 岩形态较为复杂, 形态分维值较高 , 物理成因的角 砾岩形态较为简单, 形态分维值较低。颗粒大小 分布的分维值越大, 反映了其复杂性越大, 说明其 形成时的能量越大。根据上述对本区不同角砾岩 的分形研究结果 , 参照 J e b r a k角砾岩分类体系, 其 中角砾状花岗闪长岩以化学成因为主, 其颗粒大 小分维值达到 了 1 . 3 8 9 , 说 明在其形成过程中有 物理作用的参与 , 在角砾形成之初 的破碎过程中 能量达到中等。角砾状矿石和角砾状大理岩属于 在流体辅助作用下形成的角砾岩。在流体辅助作 用下形成的角砾岩又分为水力致裂和临界破碎两 类角砾岩, 水力致裂角砾岩大多形成于张性环境 , 由于流体压力的升高使岩石破裂而形成 , 它所需 要的能量较低; 而临界破碎角砾岩是 由于流体压 力不断升高而打破了流体压力与区域压力之间的 平衡, 岩石在巨大的流体压力作用下发生爆裂而 形成, 它所需要的能量较大 , 体积 的膨胀性也较 大 。根据上述分形研究结果 , 结合角砾岩产 出的 实际情况, 本区角砾状矿石和角砾状大理岩均属 于水力致裂角砾岩 , 其形成时的能量中等 , 并且角 砾状矿石形成时的能量高于角砾状大理岩。 由此凤凰山铜矿床角砾岩及矿床的形成与定 位过程可推测为 角砾状花岗闪长岩最早形成, 它 是在花岗闪长岩岩浆作用晚期 , 岩体边部岩浆 刚 结晶不久 , 残余岩浆及成矿热液上涌使岩体内部 压力增大, 从而使已结晶的花岗闪长岩破裂 , 残余 岩浆及成矿热液在上涌和结晶沉淀过程中熔蚀并 胶结花岗闪长岩碎块, 并形成最初的矿体; 稍后, 破裂的花岗闪长岩, 其渗透性增加, 使岩浆中的流 体J 顷 利地从岩浆中分离出来集中于岩体边部的岩 体与先期形成的矿体之间, 在不断增大的流体压 力和张性构造环境的共同作用下, 先期形成的矿 体破碎而形成角砾状矿石, 能量得以释放 , 残余流 体同时穿过矿体到达大理岩边界 , 由于流体的聚 集而产生的压力和构造活动的联合作用, 大理岩 破裂而形成角砾状大理岩 , 同时成矿物质得 以沉 淀成矿。 5 结论 1 凤凰山铜矿床角砾状花岗闪长岩以化学 成因为主, 在其形成过程中有物理作用的参与, 且 形成时能量达到中等, 说明残余花岗岩浆及成矿 热液在其形成过程中具有较大的影响。 2 该区角砾状矿石和角砾状大理岩均为张 性环境下的水力致裂角砾岩, 形成时能量达到 中 等 , 结合其胶结物成分, 说明它们是成矿热液演化 过程中的产物。 3 该区不同类型的角砾岩均与成矿热液的 演化过程有关 , 每种类型角砾岩的形成均有一定 的成矿作用 , 说明本区角砾岩的形成过程实际上 就是成矿热液的演化过程, 也是本 区矿床 的定位 过 程 。 参考文献 【 1 ] T h o m p s o n T B , ri ft p p 1e A D , O w e n e y P c .M i n e r a l i z e d v e i n a n d b r e c e i a s o f t h e C ri p p l e C r e e k D i r e c t C o l o r a d o [ J ] . E c o n C . e o l , 1 9 8 5 , 8 0 6 1 6 6 9 1 6 8 8 . [ 2 ] H e n l y R E p i t h e r m a l g o 1 d d e p o s i t s int h e v o l c a n i c t e r r a n e s [ A ] .F o r s t e r R G o l d M e t a l l o g e n y a n d E x p l o r a t i o n[ c ] . G l a s g o w a n d I o n d o n B l a c k i e 。1 9 9 11 3 7 。 1 4 2. [ 3 ] 卿 敏, 韩先菊. 隐爆角砾岩型金矿研究述评[ J ] . 黄金地质, 2 0 0 2 , 8 2 1 - 7 . [ 4 ] J e b r a k M .H y d r o t h e r m a l b r e c c ia s i n v e i n t y p e o r e d e p o s i t s A e w o f m e c h a n i s m s , m o r p h o l o g y a n d s i z e d i s t r l t u t i o n[ J ] .O r e G e o lo g y R e - v i e w s ,1 9 9 7,1 21 1 1 - 1 3 4 . 【 5 ] 肖龙, 王方正. 新疆伊犁京希- 伊尔曼德金矿区角砾岩特征及成因[ J ] . 矿物岩石, 2 0 0 2 , 2 2 2 9 - 1 2 . [ 6 ] 刘省三 . 湖南水口山铅- 锌多金属矿田硅化角砾岩体 带 地质特征与成矿的关系[ J ] . 矿产与地质, 2 0 0 7 , 2 1 2 1 8 6 1 9 1 . 第 4期 毛政利等. 铜陵凤凰山铜矿床角砾岩的形成与矿床定位机制 4 9 5 [ 7 ] 沈远超, 申 萍, 曾庆栋, 刘铁兵, 李光明. 甘肃北山地区南金山金矿床隐爆角砾岩体的发现及成矿规律研究[ J ] . 矿床地质, 2 0 0 6 , 2 5 5 5 7 2 - 5 8 2 . [ 8 ] [ 9 ] [ 1 3 ] O r f o r d J D, Wh a l l e y W B .T h e q u a n t i t a t i v e d e s c r i p t i o n o f h i g h l yi r r e g u la r s e d i m e n t a r y p a r t i c l e s The u s e o f t h e f r a c ta l d i m e n s i o n[ A] .Ma r - s h a l I J I 乙C l a s t i c P a r t / d e s [ C ] .N e w Y o r k V a n N o r s t r a n d R e i n h o l d C o . , 1 9 8 7 2 6 7 之 8 0 . M a n d e l b r o t B B .S e l f - a ff i n e f r a c t a l s e t s [ A ] .P i e t r o n e r o L , T o s a t t i E . F r a c t a ls i n P h y s i c s [ M] . N o r t h H o l l and , A m s t e r d r a m E l s e v i e r S c i - e n e e P u b l i s h e r s B V,1 9 8 63 - 2 8 . Mand e l b o r t B B .T h e F r a c t a l G e o m e t r y o ft u r e[ M] .N e w Y o r k WH F r e e m a n, 1 9 8 2 . P o w e r W L , T u l l is T E , W e e k s J D .R o u g h n e s s and w e a l “ d u ri n g[ J ] . J Geo p h y s R e s , 1 9 8 8 , 9 3 1 5 2 6 8 - 1 5 2 7 8 . B e r u b e D , J e b r a k M .F r a e t a l d e s c ri p t o r s f o r t h e c l a s s i fi c a t io n o f S u d b u r y b r ee e i a s [ A ] . G e o l o g i c a l A s s o c ia t i o n o f C a n a d a Min e r a lo g i c a l A s - s o c ia t i o n ofC a n a d a . A n n u a l M e e t i n gA b s t r a c t [ c ] .W i n n i p e g G A C M A C , 1 9 9 6 2 1 , A - 8 . R u s s J C .T h e I m a g e P r o c e s s i n g H a n d b o o k 2 n d e d . [ M] .N e w Y o r k C R C P r e s s , 1 9 9 5 6 7 4 . Th e Fo r ma t i o n o f Br e c c i a a n d Or e Bo d y’ S Lo c a l i z a t i o n M e c ha n i s m i n Fe n g h u a ng s h a n Co p p e r De po s i t ,To n g l i ng Ar e a,An hu i P r o v i n c e,Ch i n a MAO Z h e n g . . .1 i,L AI J i a n . q i n g ,P e n g S h e n g l i n 1 . D e p a r t m e n t ofS u r v e y&S o i l I n f o r m a t i o n, H e n a n U n i v e r s i t y of U r b a n C o n s t r u c t io n ,P i ngd i ngs h a n 4 6 7 0 0 0,C h i na ; 2 .C o l l e g e of G e o s c ie n c eE n v i r o n ment E n g i n e e r i n g,C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ,C h i na Ab s t r a c t B r e c c i a h a s r e c o r d e d n o t o n l y t h e i n f o r ma t i o n a b o u t f o rm a t i o n p r o c e s s a n d s t r u c t u r e e v o l u t i o n,b u t a l s o t h e i nfo rm a t i o n a b o u t t h e p r oc e s s o f o r e b o d y’ S f o rm a t i o n a n d t h e l o c a l i z a t i o n i n mi n i n g a r e a . S o,s t u d y O n t h e o u t p u t a n d d i s t r i b u t i o n o f b r e c c i a wo u l d b e h e l p e d t o d i s c o v e r t h e o r e b o d y’ S f o r ma t i o n a n d l o c a l i z a t i o n me c h a n i s m.Th e r e - s u i t s o f f r a c t a l a n a l y s i s o f d i ff e r e n t t y p e s o f b r e c c i a s i n t h e F e n g h u a n g s h a n c o p p e r d e p o s i t s h o we d t h a t t h e b r e c c i a t e d g r a n o d i o fi t e wa s o f c h e mi c a l o ri g i n,i n v o l v e d wi t h p h y s i c a l p r o c e s s e s;t h e b r e c c i a t e d o r e a n d b r e oci a t e d ma r b l e we r e a l l h y d r a u l i c a l l y c r u s h e d b r e c c i a s a n d t h e e n e r g y r e a c h e d mo d e r a t i e l e v e l wh e n t h e y we r e f o rm e d . T h i s i n d i c a t e s a c l o s e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e f o rm a t i o n o f b r e c c i a a n d t h e e v o l u t i o n o f o r e f o rm i n g h y d r o t h e rm a l s o l u t i o n s . Ke y wo r d sb r e c c i a;o r e bo d y’ S l o c a l i z a t i o n me c h a n i s m;f r a c t a l ;Fe n g hu a n g s h a n
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