湖南沃溪金矿断裂构造动力成矿研究.pdf

， 棚 第 2 O春第 l期 1 9 9 3年 1月 成都地质学院学报 J OURNAL OF CHENGDU COLL EGE OF GEOLOGY vd．2 DNo l n． 1 9 9 3 湖南沃溪金矿断 裂构造动 力成矿研究 刘亚至一 ●_ 一一 地 质 出版社 ． 北 京 1 0 0 0 1 3 【 摘要】 文章 重 点探讨 了断裂 构 造 动力 成矿 的机 l } j 及 横 式 ， 并 以 此为 基 础 ， 垒 面分析 了湖 南沃 曩盎 矿台盎 石 英脉 中叠 厦 在 断裂 构造 动 力成矿 作 用下 垂 向和倒 向上 的积 聚 过程 ． 指 出断裂构 造 动 力成 矿 作用 与谈矿床 的形 盅渍化有 密切 关系 ． 关t调断裂构 造 动力成 矿 ， 机制与 镁 武 - 台 叠石 英脉 积 景过 程 沃 溪 金 矿 ． 湖南 1 沃 溪金 矿 区地 质 特征概述 已有百余年开采史的湖 南 沃溪 金矿 ， 位 于扬 子 地 台 江南 背斜南缘雪 峰山弧形 隆 起带向北西凸起的急剧转弯 地带 。 矿区西起红岩溪 ， 东 至 上 沃溪 ， 东 西长 约6 k in， 南 北 宽 1 ～ 2 k in， 面 积 约 7 ． 5 k in ， 由西至 东 分 为 红岩溪 、 鱼 儿 山、 粟家溪、 十六棚公、 上沃 溪 五 个矿 段 。 地 层 主要 为板 溪 群 浅变 质 岩 系 ， 矿 区外 围 分布有变质程度稍深的冷家 溪 群， 二者星角度不整合接 触。 矿 区北部 出露有上 白垩 l 0 9 I ． 0 5 ． 0 6杖 端 50 圈 1 沃沮矿区地质掏造纲要囝 Fi g ．1 Sk e Wh map s h o wi ng t he ge o l ol D ,a n d 0 e c ∞ i n W o xi o r e E k r e a K ．上 白垩蛀 I P t b w． 五 强滇 组 ； P t h m． 马雇驿 组 } P 【 夸 謇溪辞 维普资讯 统陆相厚层状红色砂砾岩 ， 以角度不整合覆盖于元古界地层之上 。 板溪群 自上而下分为五强溪 组 和马底驿组 。 马底驿组中 、 上段 的紫红色绢 云母 板岩或含钙质结核的条带状板 岩为主要赋矿 层位 图1 。 ． 东西 向的古佛 山复 背斜在 矿 田范 围内表 现 为仙鹅 抱 蛋穹 窿 式箱 状 倾 伏背 斜 ． 构 成 矿 区主要 构造 格 架 。 板溪 群 主 体裙 皱 为北 东 向 在矿 田范 国 内为 一复背 斜 和一 复 向斜 ． 倾 伏 向5 0 。 ， 倾 伏角 2 O 。 。 袄 溪 大 断层 F 为 区 内最 大的断裂构造 ， 其走向近东西， 倾向北北东． 烦 角 3 O 左 右 ， 为 压 扭 性 断 层。 新 田湾 断 层 F 3 与唐浒 坪断 层 产状近乎相 同． ， 走 向北 东 ， 崾向南东 ， 倾 角3 O 。 左 右 ， 均为压扭性断 层 ， 。沃 盘 矿 尊 第 地 质 剖 面 囝 二 断 层 向 北 延 伸 与F 呈 “ 入 一 字 形 相 交 。 P 与 F 2 0 伽 l 咄 i c a l窖 e 嘶 o | 1 a l o n g No 一 ’ 。 t Ⅱ t l I 。 w。 】‘ i g d e p 。 m F 3 将 古佛 山复背斜 切为两段 ， 西段 为仙鹅抱蛋 K ． 白垂未红色 砂砾岩 P r im o ． 五强演组石英砂岩} 穹 窿式箱状背斜 ， 其枢纽东倾伏l 东段为拖 毛 P t b m． 马赢驿组紫红色板岩} V ． 矿棒蕊垃号 岭复背斜， 枢纽向西倾伏 图1 。 矿区内有6 条 较 大的层间断裂 ， 主要 发育于 R下盘 的马底驿 组紫红 色板 岩中 ， 它们均 为含矿断裂 ． 分别记 为 V ， V2 ， V ， VI ， V s ， V 图2 。 它们沿走 向长6 5 0 5 3 0 0 m不等 ， 彼此平行排 列 ， 并具近 似等距性 ． 产状基本上与 围岩一致或呈小角度斜交 。 区内矿 体主要是 以台金石英脉形 式产出 ， 按 其形 态分 为层问矿脉 和 网状一 羽状矿脉两 种 。 层间 矿脉 主要赋存于 上述 6 条层 问断裂 内， 走 向近 东西 ， 倾 向北或 北北东 ， 倾角 2 5 。 ～3 5 。 。 剖 面 上 自上而 下依次 为 V ， V， ， V- ， V ， Vs ， V 图2 ， 具 中 V - 至 v一 为工业 矿脉 ， 形态主要为似层状 、 扁 豆状 肠状等 。 同状一 羽状矿脉分 布于 层问矿脉两侧 ， 有的与层问矿脉平订 ， 有的与之斜交 ． 主要 产在 由层 间断裂所 派生 的次 一级裂隙 内。 2 断裂构造动力成矿作用研究 2 、 1 断裂构造动力成矿作用机制及其模式 2 ． 1 ． 1成矿 机 制 按 照广义热 力学 的定 义 ， 断裂构造不 断地 与外 界交换物 质和能 量 ， 故属 开放体 系。 又 因在 这 一体系 中存在 的压力差、 温度差和 浓度 差等 ， 使体 系处 于 一种非 平衡状 态 ， 必 然要 发生物质 的扩 散运移与分 异 ， 这 实质上是一种耗 散结构 ， 系受压 力、 温度和 浓度 的功 能作 用的结 果 。 同 样 ， 断裂从 孕育 到成长 ， 又是从非平衡态到新 的平衡 态的持续过 程 ， 断 裂的张挤离 合能量互 相 转换 与积 聚释 放 ， 使不 同构造 部位 出现 温度 差 、 应 力差 、 浓度 差 ， 导致某些 区域的各种元 素 台 成矿元素 不同程度地活化和重新 调整分配 ， 从高应力区 向低应力 区 高温处向低温处 、 高浓度 处向低浓度处 发生侧 向和垂 向迁 移 ， 在适宜部位积 聚富集成矿 。 由于各种 元素在 不同 期次 的 断裂构造活动中， 其话化程度不一， 强度和序次有异， 迁移方向、 速度和距离不等， 聚集场所与 规模不 同 ， 因而 形成多期次 矿化分带 与多阶段矿化叠 加， 造成 了成矿 的复 杂性 。 断 裂 怍用也改 变了岩石的物理机械性质 ， 使岩石发生破裂位移， 增加了其孔隙度、 渗透率和过滤效应． 有利于 51 维普资讯 矿液的迁移富集 ， 提高 了矿 质含 量。 我们不妨把受到构 造运动影 响的一定范 围内的矿 源层当作 一个体 系 ， 在 没有断 裂活动产 生裂隙之前 ， 体系内的各个 相处 于相 对平衡状 态。 依热 力学观点 ． 平衡即 蚵 一O 在任何压 力和 温度 条件下 ， 平衡条件 为 杨 国清 ， 1 9 8 8 y 雎 略一 一 斯 ＆ 一 一 0 麒， 旃， 雎， 埽 分 别为在相 n ， 『i 中组 分 A ， B ， C， D的化学势 ； w ， x． Y， Z分 别为反应 中相应 组 分的摩 尔敷 。 此平衡是相 对的 ， 各组分之 间由分子运动 引起 的 自由扩 散仍存在 ， 但速度 撅慢 。 构造裂 隙的产生破坏 了岩 石内的静应力平衡 。 由于 负压的作 用 ， 促使 矿液作定 向迁移 ， 同 一 元 素在不同的 构造部位 具有不同 的位能 即化 学势 。 化 学势是一种能量 ， 为体系 的状 态函数 ， 可用吉 布斯 自由能来 表述 。 吉布斯 自由能就是 体 系中每个组分的化学势与其各 自的摩尔敷的乘积之和 魄 一∑M 式中 为任意组分 i 的化学势， m为相中 i 组分的摩尔敷， 总和涉及全部组份。 任意组分 i 的化学势 曲在体 系的压力 ， 、 温度 和 总成分 固定时具有单值 ， 并可从对 的偏微分求 得 一 鲁 式是 ， 为除组分 i 之外的其它组分的摩尔 敷。 各组分 的流动方 向， 总是从高化学势 部位 向 低化学 势部 位迁 移， 它的 自发过 程是 不可逆 的， 服从热力学第二定律 。 某些矿床的形 成也遵循上述热力学规律。 因为 断裂 作用 使成 矿 裂 隙 成 为应 力 消 失的 极 限 ， 因此裂 隙中 的有 用组分 比围岩 中的有用 组 分 具有较低 的化 学势[ 即 由于 P m ] ， 从 而有 用组分 定 向地 由分散 状 态 向裂 隙处浓 集是 可能 的。 只要化学 势差 A 1 ．k 不 消 失 ， 从 理论上讲 ，有用组分及其相关元素的断裂 构造动力成矿作 用就会发 生。 以元素 的化学 势差 为动 力的 断裂 构 造 成矿作 用 ， 肯 定 丁压 力差 却 是 重要 的 。 只要 有 了压力 差 ， 定 向扩 散就 成 为可能 ， 成矿 元 素 i 的局部 富集 成矿 也就 会 进行 f 贺潜 飞 ， 1 9 8 6 ； 杨 国清 ， l 9 8 8 。 2 ． 1 ． 2成 矿 模 式 ／ ／ 、 三}二 tI f J ／ ≠ j j ～、、 一、 、 ～ 围3 断裂构造动力成矿模式囝 FiS．3 Sk e t c h map s h o wi n g t he[ r t t x z r t x q z t u r e dyn a m i c m o d e l 成矿元 素及其 相关 元素在断裂构造动力成矿作用下 的迁 移积 聚富集过 程 ， 可 由如下模 式 52 维普资讯 表述 图3 。 断裂初始形成 阶段原始矿 源层在构造 应力作用下开始形成断裂构造 图3 。 b ． 萌矿 昧形 成阶段 由于初始 断裂 内部 的压力较低 ， 它与 围岩之 间便产生 了压 力差 ． 进而产 生了化学势差 ． 驱动 断裂 两侧 岩石中具高迁移 能 力的成 矿 元素及其 相关 元素 ． 以 定向扩散方式 迁移 ， 被“ 榨取” 到断裂 内， 萌矿脉开始形成 图3 b 。 c ． 萌矿脉 生长 阶段由于“ 榨取 ” 不断进行 ， 使得断裂与淋滤晕 图3 中封闭断线所示范 围 之间的压力差渐小， 而淋滤晕与其外侧岩石中的压力差渐增， 因此导致成矿元素及其相关组分 向淋 滤晕内作 定向扩散 迁移， 使得萌矿脉增大 图3 C ； d ． 本旋 圆形 成的矿脉“ 睡眠 阶段断裂构造动 力成矿作 用使这次断裂 活动产生 的裂 隙梭 成矿元素及其相关元素等填满后， 压力差暂时消失． 矿脉停止生长， 本旋回的断裂构造动力成 矿作用哲告结束 圈3 。 由于断裂 活动 具有 脉动性 、 长期性和 继承性特点 ． 因而断裂 构造动 力成矿也具脉 动性 、 长 期性和继承性特征， 多期坎的断裂构造动力成矿在相同空闻的继承性叠加就可形成矿体 2 ． 2 沃溪金矿断裂构造动力成矿作用研究 沃溪金矿四条具工业价值的舍金石英脉， 均产在马底驿组地层的层间断裂内。 马底驿组紫 红色绢云母板岩是该矿床的矿源层， 矿源层的存在为断裂构造动力成矿作用的发生提供了物 质基础 。 含金石英脉的矿石矿物主要为自然金等， 而脉石矿物主要是石英． 自然金以细小颗粒 赋存于石英 的徽裂 隙 内。 下 面分 别对 金及石英在断裂构造 动 力成矿作 用下的积 聚过 程作一综 合分 析。 2 ． 2 ． 1 合空石 英脉 中金的积聚过程分析 沃溪 矿 区近矿 围岩 的舍 金量很高 ， 最高 可达4 8 p p b ， 平均值 为1 6 p p b ， 与 区域背景值 5 ． 6 p p b 扬燮， 1 9 8 5 相比， 高出3 倍以上{ 而远 矿围岩舍金量相对较低， 平均值为2 ． 1 5 p p b ， 为 区域 背景值 的] ／ 2 以下 表 1 。 从正常 区域 地 层一 远矿圄 岩一 近矿 围岩一 矿体 ， 金 的含 量变化曲线直方图表现为特征的马鞍形 图 4 ． 粟家溪 钻孔剖 面 内圄岩 及矿体 中金 的含 量变化也有相似的规律 t 未蚀变的板岩内含 金量为4 p p b ， 靠近矿脉含金量下降至l p p b左 右 f 而在强蚀变的矿眯旁侧含金量陡增， 达效 十至数百 p p b ， 其台金量变化 曲线也呈近似 马鞍形 图5 。 在矿区螺丝湾， 笔者横穿矿眯 采集了l 1 个掏造地球化学样品， 由成都地质 学院 测试中心进行 了分析 ，其结果列于表2 ． 寰l 最瀑矿区圈岩含叠量数据寰 Ta b l e 1 Go k l c o n t e n t d d h i n c o u n t r y r o c k s 0 f w 0 x i or e - b e a r i r ar e a 近矿 围岩 A u p 曲 远 矿 围岩 u p 曲 紫 黑色板 岩 8 ． 6 灰绿色 板岩 0 、 7 紫 红色板岩 7 ． 5 紫灰色 板岩 0 ． 9 浅 紫色板 岩 3 8 灰绿色 板岩 1 ． a 灰绿 色板岩 d B 案色含钙 扁豆体 I ． 1 紫灰色板岩 1 4 紫黑色板岩 1 ． 0 紫灰色板岩 5 ． 9 紫灰色板岩 6 ． 7 紫灰色板岩 3 ． 6 含白云质紫 a ．4 红 色板 岩 紫灰色板岩 1 2 ． 5 平均值 2 ． 【 5 紫灰色板岩 6 ． 5 区域背景值 5． 6 平均值 l 6 ． 0 6 杨望 ． 1 9 B 5 ， ‘ 据最演 盘矿等 据表2 所列数据做出的这条剖面的古金量变化曲线直方图 图6 可以看出， 由正常区域地层一 远矿 围岩一近矿圄岩一矿体 ， 其变化曲线亦呈较特征的马鞍形． 上述事实表明， 在层间断裂形成及其演化过程中， 由于压力差的存在而产生了化学势差 ， 53 维普资讯 成矿元素金将从旁侧作为矿源层的紫红色板岩中向层间断裂方向发生定向扩散式迁移 包括 25 2 0 e l 5 l 0 5 0 ， 1 ／ f ／ | J7 ‘ 。 1 围4 沃蕊矿区矿体爱国岩舍盒量变化 曲线直方圉 Fi g．4 Var i a t ion ve - hi s t o S r a m 0f go I d c o nt e nt i n o f e b0 dy a n d o 0 un t r y l j n W o t i or e - b e a r i r L r f a 1 ． 矿棒 - 2 ． 近矿 固岩 - 3 ． 远 矿 固岩 - 4 ． 区域 背景 值 80 锄 0 { 4 0 0 1 2 3 4 5 6 7 取 样 顺 序 囝6 沃瀑金矿螺丝簿剖面矿辣置围岩 舍金量变化曲线直方圉 F ．6 Var iat ion r y e- h i , t o ,r a m o f okt t o nt e t Y o t of or e ve i n a n d C ou nt r y r o c k o f Lu 0 wa n s e c t i o n i n W o o d 8o l d d ep o si t 一 1 8 丑 {1 2 6 0 钻孔垂 深 m 围5 蕊金矿 粟煮 蕊钻孔 剖面 中矿体 麓圈 岩 舍盘量变化曲线圈 F i g ,5 Va r iatio n c ur v e- his t o g r a m o t B 。 - d c o nt e n i n o r e b o dy n d c ou nt r y r o c k o f a d r i l l h o l e J n W o ‘ l g o l d de p R 田7 沃 滠矿 区矿 体 与国 岩中 S l O 含量 变化曲线直方囤 Fi g ．7 Var J J o n c u r r e - his t og r a m Si c o nt e nt s o￡ c o un t r y r o d k a n d o r e b o d y i n W ox i or e - b e aHng am 1 ． 矿钵 2 近矿 圜岩 ， 3 远 矿 匝 岩 表2 沃沮矿区螺丝漳剖面矿脉置国岩 中舍盒量衰 T| b k 2 Gol d c o nt en t si n or e v e i n a nd c o unt r y m l 0 f Lu - 嘴 i wa n s e c t i o n i n W o xi ol e - be a x l ng at 能 取样 位 矿脉 矿脉 矿 矿 脉 矿脉 区域 置及 样 上盘 上盘 下 盘 下盘 背 景值 远矿 诟 矿 近 矿 远矿 畅燮 ． 品类 别 脉 国岩 国岩 I 9 5 国岩 嗣岩 金平 均 含量 值 1 ． 7 5 0 ． 6 9 2 9 ． 5 5 0 ． 0 1 ． 9 5 ． 6 p p b 穗试 单位 t 成都 地质擘 院测试 中心 侧向的和垂向的 。 由于断裂活动的脉动性 、 长期性和继承性 ， 其作用的最终结果即形成了沃溪 矿区现今的各条层间舍金石英脉 它 们实际上均为一种复矿脉 ， 是断裂构造 动 力成 矿 作用脉动 - 5 4 上 一 维普资讯 性、 长期性和继承性的反映 。 成矿元素金的定向扩散迁移过程也可解释为 由于断裂活动产生 的裂 睬与矿 源层 围岩之间存在着负化学势 ， 负化学势驱使裂 隙不断地从 围岩中向 自己方向“ 化 学榨取 成矿元索金 ， 这样成矿元索金便不断地在裂 隙中积聚 富榘 。 2 ． 2 ． 2 合金石 英脉中石英的积爨过程分析 沃溪矿区含金石英咏中睬石矿物石英， 也是在断裂形成及活动过程中伴随断裂构造动力 成 矿 作 用 不 断 生 成 的 。 远 矿 围 岩 、 近 矿 围岩 及 矿 体 中 S i O 的 含 量 平 均 值 分 别 为 6 8 ． 9 ． 6 O ． 5 7 ， 7 9 ． 8 6 表3 。 由这些数据作出的 S iO z 含量变化 曲线直方图 图7 ， 亦显示了马鞍形 分布特征 ， 表 明 S i O 由近矿 围岩 向矿体方 向曾发生过定 向扩 散式 迁移 ， 致使近 矿 围岩 中的 S i O 含量与远矿 围岩中的 S J O 含量相 比 ， 减少 了1 2 强 。 上 述事 实亦表 町。 在矿 区发生 多期 次的断 裂构造动力成矿作用过程中， 由于断裂活动而产生的裂隙与匿岩之问存在着负化学势． 负{ L 学 势 驱动裂 隙多期次地从 围岩中 向 自己方 向 化学榨取 S i Ot ， 致 使 S iO。 不 断地在 裂隙 中积聚起 来而形成现 今的层闭 石英脉 ． 袭3 沃浜矿区围岩置矿体内 i O 含量袭 Ta b l e 3 Si O me nls of c o o nuy 坤 a nd o r e t x xly i nW ox i g o l d d e p os i t 范田 地点 岩 矿 石 样品数 宽度 m s i o , 含量 平均值 玲家 溪 紫红色 扳岩 9 6 9 ． 5 4 远矿 围岩 1 2 O 6 8 ． 0 3 新 胡冲 紫红色 板岩 5 6 8 ． 3 2 十六棚公 紫红色板岩 2 3 6 6 0 ． 2 3 近 矿圈岩 8 0 ～ 1 2 O 6 O ． 5 7 上 菠溪 紫红 色板岩 1 2 6 0 ． e 2 一 1 l o re中段 古金石英脉 l 5 8 O ． 1 3 矿 体 0 ． 2 ～ 1 7 9 ， 8 6 十1 5 m中段 古金石英脉 2 l 7 9 ． 6 0 据矗擤盘 辱 本文在 完成过 程 中承 蒙成席地质 学院 徐开 礼教授 、 蔡学韩 副教授 的指导 ， 在此致谢 。 s TUDY 0F DYNAMl C M I NERALI ZATI ON oF FRACTURE Sr RUCTURE T N W OXI GoLD DEPOS I T。 HUNAN PROVI NCE L ／ uY j u a Ab a c t 1 e s I “c t u t e d y n a mio mi n e r a l i z a t inn t h e o t y i s∞ i mp o r t a n t i n s t u d o f g e o l o g y o f o r e d e p o s i t s t h a t mo r e an d r r tor e g e ol o g i s t s h a ve b e e n p a y i ng c l o s e a t t e n t i o n t o i t i t ha s p r o vi d e d i l e w e n l i g h t - e n r r t e n t an d o p e n e d up n e w s ph e r e an d s h o wn ne w p r o s p e c ts f o r t he s t ud y o f g e o l o g y of or c d ep o s i t s a n d s t r u c t u r a l g e o l o g y ． F r a c t u r e s t r u c t u r e d y n a mJ c mi n e r a l ／g a t i n g o G c u p j e s a t1 i mp o r t a n t p l a c e i n t h j s t h e or y． Th i s p a p e r d i s c u s s e s ma i nl y the me C h a ni s m a n d mo d e l o f t h e f r a c t ur al d y n ami c m i n e r a l i z a t i on ． Fu r t h e r mo r e。 b a s e d on t hi s me c h a ni s m a n d mo d e l t he a C g u ml a t i v e pr o c e s s o f g o l d an d S i 02 i r i v e r t l c al a nd h o r i z o nt a l d i me n s i o n un d e r t h e f r a c tur a l str u c tur e d y na mi c mi n e r a l i z at i on o f W o x i go l d d e p o s i t i n Hun a n Pr o yi n c e i s a n a l y s e d．I t is p o i n t e d o u t t h a t t h e f r a c t ur a l d yn a mi c mi n e r a l i z a t i o n i s c l o s e l y r e t a t e d t o t h e f o r ma t ion a n d e v o l u t i o n o f t he O r e d e p i t ． Ke y wo r d s r a c t ur o s t r u c t ur a l d yn a mi c mi n e r a l i z do n， me c ha n i s m an d mo d e l , g o l d b e a r i n g q L 旧r v e i n， a c c u mul a t i o n pr o ce s s， W o x i g ol d de p o s i t ， Ha n a n Pr o v i n C e 5 5 维普资讯