湘东北万古金矿区变形序列及其对控矿构造属性的约束.pdf
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1、第 43 卷 第 2 期2023 年 6 月桂 林 理 工 大 学 学 报Journal of Guilin University of TechnologyVol.43 No.2June2023文章编号:1674-9057(2023)02-0161-15 doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2023.02.001湘东北万古金矿区变形序列及其对控矿构造属性的约束吴能杰1,柏道远1,李 彬1,2,魏方辉1(1.湖南省地质调查所,长沙 410016;2.东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室,南昌 330013)摘 要:湘东北万古-黄金洞地区是湖南重要的金矿产区之一。前人关
2、于区内控矿断裂形成时代的研究相对薄弱,对区内不同时代构造类型的总结也不全面。鉴于此,通过地表露头构造观测、解析,结合已有区域构造研究成果,厘定了万古金矿区的构造变形序列及其时代背景,探讨了成矿时代,确定了矿区控矿构造的类型和形成时代。主要认识:(1)研究区从早至晚经历了 7 期主要变形事件:新元古代中期受 NNE 向挤压,形成 NWW 向板劈理、顺层剪切逆断裂和褶皱;志留纪晚期受 SN 向挤压,形成 EW 向板劈理和逆断裂;中三叠世晚期受 NW 向挤压,形成 NWW 向右行走滑断裂、NE 向逆冲剪切破裂和断裂;晚三叠世受 SN 向挤压,形成 NW-NNW 向右行剪切破裂、NE 向左行走滑断裂、
3、NEE 向左行逆冲剪切破裂等;中侏罗世晚期受 NWW 向挤压,形成 NNE 向逆断裂、EW 向右行走滑断裂;白垩纪区域 NW-SE 向伸展,形成 NE 向正断裂和断陷盆地;古近纪中晚期受 NE 向挤压,形成 EW 向左行走滑断裂。(2)志留纪晚期构造活化导致矿质初步富集,燕山期花岗质岩浆活动导致金矿床形成。(3)区内容矿构造主要为新元古代中期形成的 NWW 向北倾顺层剪切逆断裂;导矿构造为中三叠世晚期形成的 NE 向逆断裂;古近纪 EW 向左行走滑断裂为破矿构造,志留纪、中三叠世晚期和晚三叠世形成的逆断裂和走滑断裂也可能切错或限制NWW 向矿脉发育。关键词:变形序列;成矿时代;控矿构造;万古金
4、矿;湘东北中图分类号:P551;P618.51 文献标志码:A江南造山带湖南段(或称雪峰金矿带)分布有大量金(锑、钨)矿床,有湖南省“金腰带”之称1。湘东北万古-黄金洞地区位于雪峰金矿带东段北部,是湖南省重要的金矿产区之一,区内发育黄金洞和万古 2 个大型金矿田,分布于长平(长沙-平江)断陷盆地的东西两侧(图 1)。前人对万古-黄金洞地区金矿的矿床地质特征2-6、矿床成因7-9、成矿物质来源10-14、成矿时代15-20、成矿物理化学条件3,8,11,21等进行过大量研究,取得了丰富成果。此外,前人对区内金矿床的控矿构造进行了较多研究,一般认为金矿的含矿构造为 EWNWW向断裂,导矿构造为 N
5、E 向断裂6,22-26,但关于控矿断裂的形成时代认识不足,部分研究提出了断裂时代但缺乏构造解析证据支持。最近,Zhou 等27研究提出万古-黄金洞金矿区经历了新元古代 NE向挤压、早古生代和早中生代 SN 向挤压、侏罗纪早白垩世 EW 向挤压和 SN 向伸展、早白垩世晚期晚白垩世 NW-SE 向伸展等 5 期构造变形事件,并认为赋矿构造为 EW 向断裂,其最初形成于早古生代,于早白垩世活化、伸展并产生金矿化。这一成果对变形期次及时代的认识比以往有了显著提高,但区域上存在的早中生代NW向挤压和古 收稿日期:2022-06-14 基金项目:湖南省地质院科研项目(201917)作者简介:吴能杰(1
6、966),男,高级工程师,研究方向:地质调查与矿产勘查及管理,1016903352 。通讯作者:柏道远,博士,研究员级高级工程师,daoyuanbai 。引文格式:吴能杰,柏道远,李彬,等.湘东北万古金矿区变形序列及其对控矿构造属性的约束 J.桂林理工大学学报,2023,43(2):161-175.Wu N J,Bai D Y,Li B,et al.Deformation sequence and its constraints on the attributes of ore-controlling structures of Wangu gold deposit in northeast
7、Hunan J.Journal of Guilin University of Technology,2023,43(2):161-175.图 1 区域地质图及金-锑-钨矿床分布图(据文献19修改)Fig.1 Regional geological map and distribution of Au-Sb-W depositsF1城步-新化断裂;F2公田-新宁断裂;F3连云山-衡阳断裂;F4郴州-邵阳断裂;F5常德-安仁断裂近纪 NE 向挤压构造事件28-32未得到反映,区域上冷家溪群中普遍发育的新元古代顺层剪切断裂也未见提及,说明该研究对区内不同时代构造类型的总结尚不全面。笔者最近对万古金
8、矿区进行了大量露头构造调查与解析,初步厘定了区内构造变形序列的框架,从而可为控矿构造属性提供一定约束。1 区域地质背景及矿床地质概况万古金矿位于 NE 向长平断陷盆地的西侧(图1)。矿床所在的湘东北地区经历了长期多旋回构造演化,形成了新元古代冷家溪群活动大陆边缘沉积、板溪群南华系裂谷盆地沉积、震旦系下奥陶统被动大陆边缘盆地沉积、中奥陶统志留系前陆盆地沉积、泥盆系中三叠统陆表海沉积、上三叠统中侏罗统挤压类前陆盆地沉积和白垩系古近系断陷盆地沉积等多个时代的地层,以及以新元古代俯冲或碰撞造山相关花岗岩、志留纪后碰撞花岗岩、印支期后碰撞花岗岩和燕山期陆内伸展花岗岩为主的岩浆岩;经历了武陵(晋宁)、加里
9、东、印支、燕山早期等几次具挤压造山性质的主要构造运动,分别造成了板溪群与冷家溪群、上古生界与前泥盆系、上三叠统或侏罗系与前中三叠统、白垩系与侏罗系(或前白垩系)之间的角度不整合30。万古金矿区内地层主要为冷家溪群和白垩系古近系(图 2)。赋矿地层为冷家溪群板岩、粉砂质板岩、凝灰质板岩等,形成于新元古代中期弧后盆地33。含矿构造主要为 NWWEW 向、倾向北的顺层脆韧性剪切破碎带,其与轴面北倾的同走向倒转褶皱相伴发育24。含矿断裂常具多期活动特征,如早期条带状石英脉可呈构造透镜体夹于后期挤压破碎带中,含矿石英脉可发生较强变形而形成揉皱。万古金矿区经历了多期构造挤压和伸展事件,形成了不同走向和规模
10、的褶皱、断裂、剪切破裂和劈理等构造(图 2)。区内主要构造为 NE 向断裂和NWWEW 向断裂(图 2a),其中 NWWEW 向断裂为容矿构造。构造线走向为 NWW 向,岩层均倾向北。除上述填图尺度的断裂和褶皱构造外,万古金矿区尚发育大量露头尺度的不同走向和不同性质的褶皱、断裂、节理和破裂、板劈理等构造类型,其261桂 林 理 工 大 学 学 报 2023 年图 2 万古金矿区地质图(a 据125万长沙市幅地质图和文献27修改)及观察点构造形迹与应力场方位(b)Fig.2 Geological map of Wangu gold deposit(a),deformations and stre
11、ss orientation on observation points(b)1中白垩统戴家坪组;2红花套组;3罗镜滩组;4新元古界雷神庙组;5断裂;6正断裂;7逆断裂;8平移断裂;9岩层产状;10新元古代中期劈理产状/志留纪晚期劈理产状;11金矿脉;12构造观察点号;13褶皱;14逆断裂或逆冲剪切破裂;15正断裂;16左行剪切断裂或破裂;17右行剪切断裂或破裂;18平移逆断裂;19顺层剪切断裂;20板劈理;21新元古代中期构造形迹及应力方位;22志留纪晚期构造形迹及应力方位;23中三叠世晚期构造形迹及应力方位;24晚三叠世构造形迹及应力方位;25中侏罗世晚期构造形迹及应力方位;26白垩纪构造
12、形迹及伸展应力;27古近纪中晚期构造形迹及应力方位形成于新元古代中期、志留纪晚期、中三叠世晚期、晚三叠世、中侏罗世晚期及古近纪等时期的区域挤压构造运动,以及白垩纪古近纪区域伸展事件(图 2b)。金矿体常表现出侧伏现象,但侧伏规律尚待进一步研究24。根据矿石结构和组分,矿石类型主要有蚀变破碎岩型、构造角砾岩型、石英脉型、碎裂石英脉型、蚀变板岩型等24-25。2 构造变形序列2.1 变形序列研究概况由于沉积缺失或抬升剥蚀,研究区仅发育冷家溪群和白垩系两个构造层,相对区域上缺少上元古界板溪群下古生界、上古生界中三叠统、上三叠统侏罗系等主要构造层34,因此难以通过多个不同构造层变形特征对历史变形事件给
13、予约束。鉴于此,本文变形序列研究主要通过识别构造变形的应力场、综合厘定不同应力事件的方法来进行:对野外所见各类构造的几何学和运动学特征以及其先后关系进行详细观测,以此恢复各类构造形成的应力场(主要为最大主压应力方向);将上述露头观测资料进行归纳、总结,结合区域构造事件的应力场特征29-32,厘定出研究区构造应力事件及其相对时序和变形类型、确定各期变形事件的时代背景32。相关构造形成的最大主应力确定方法如下:褶皱、逆断裂和劈理形成的最大主应力分别垂直其走向;根据 Anderson 断层模式35以及前人实际观测,361第 2 期 吴能杰等:湘东北万古金矿区变形序列及其对控矿构造属性的约束脆性剪切破
14、裂或断裂形成的最大主压应力与裂面和擦痕夹角取 30。为尽可能保证调查客观准确,避免因资料代表性问题出现认识偏差,在万古金矿区共选择 13 个公路边的地表露头点(D241D253 点)开展构造观测和解析(图 2a),其中 10 个点位于赋矿地层冷家溪群中;另有 3 个点位于白垩系中,以约束晚燕山期以来的应力事件。对点上不同类型构造的几何学、运动学特征及切错、叠加和改造关系等进行详细观测,并恢复构造形成的应力方位(图 2b)。走滑、斜滑剪切破裂和断裂所形成的应力方位不易直接确定,通过赤平投影软件 strGraphPrj 手工操作求解,结果如图 3 所示(发育多个裂面时,产状取倾向和倾角的加权平均值
15、)。根据上述研究思路和方法,对露头所收集资料和区域构造资料进行归纳、总结,从早至晚厘定出新元古代中期 NNE 向挤压(D1)、志留纪晚期 SN 向挤压(D2)、中三叠世晚期 NW 向挤压(D3)、晚三叠世 SN 向挤压(D4)、中侏罗世晚期 NWW 向挤压(D5)、白垩纪区域伸展(D6)以及古近纪中晚期 NE向挤压(D7)等 7 期构造事件(详见后文 2.3 节)。2.2 露头点构造特征露头点上包括形成期次在内的构造解析可以反映研究区的构造事件。通过野外露头所见各类构造特征及其切错、叠加和改造关系,确定其形成的应力场,同时提示其变形期次。构造对应的变形期次以构造事件代码(D1D7)直接标示。(
16、1)D241 点露头构造:人工开挖露头剖面上见一 EW 向右行走滑断裂(D5)。上、下盘围岩为含凝灰质板岩,层面及顺层板劈理(D1)发育,走向NWW,产状 3070。断裂表现为宽约 4 m 的硅化破碎带(图 4、图 5a),带内发育石英脉或石英团图 3 万古金矿区代表性露头观察点走滑、斜滑剪切破裂、断裂的应力解析Fig.3 Stress analysis of strike-slip and oblique-slip shear fractures and faults at representative outcrop points in Wangu gold deposit图 4 D241
17、 点 EW 向断裂特征Fig.4 Characteristics of EW-trending fault at D241板岩;构造破碎带;R里德尔反向破裂;q石英脉;上盘向里运动,下盘向外运动461桂 林 理 工 大 学 学 报 2023 年图 5 D241D247 点构造变形特征Fig.5 Characteristics of tectonic deformation at D241-D247ad 为 D241 点:aEW 向北倾断裂;bEW 向断裂带内石英脉顺劈理发育;cEW 向断裂上盘 R破裂指示断裂右行;d正阶步及擦痕指示 EW 向断裂右行。eD242 点倒转背斜及断裂。fD243
18、点 NE 向左行走滑断裂。gi 为 D244 点:g2 条 EW 向北倾逆断裂;h劈理旋转指示 EW 向断裂逆冲;iNE 向断裂 F3左行切错 EW 向断裂 F2。jD245 点断裂。kD246 点 2 期劈理及层面交切形成的铅笔构造。lm 为 D247 点:lD247 点 NWW 向顺层硅化破碎带;m断裂带中后期 NEE 向左行逆冲剪切破裂块,含有大量碎裂岩化的围岩夹块。石英脉顺先期劈理面发育(图 5b)。破碎带内板岩夹块的层面 S0及顺层劈理 S1产状为 455070左右,相对围岩发生了顺时针旋转,指示断裂右行走滑(图 4a)。断裂顶板和底板分别发育宽约 5 cm 和 15 cm 的石英脉
19、,顶板处断裂产状为 35565(图 5c)。顶板围岩中见里德尔反向破裂(R)并被石英脉充填,产状 5565(求得其与主断裂面交线产状为 2562),指示右行走滑(图 5c);断裂面上擦痕与正阶步也指示右行走滑(图 5d),反映出 NWW 向最大主应力(图 2b,图 3)。(2)D242 点露头构造:出露板岩夹粉砂岩,发育 NWW 走向的劈理、倒转背斜和顺层剪切逆断裂(图 5e、图 6),均反映 NNE 向挤压(D1)(图 2b)。背斜南翼(倒转翼)产状 5068,北翼产状 2340;枢纽产状为 33431,向北西倾伏。南翼层面 S0产状为 6070,板劈理(D1)产状 S1为4050,层劈交线
20、产状为 34434,也向 NW倾伏;背斜枢纽及层劈交线向 NW 倾伏可能暗示褶皱为过渡型的A-B型褶皱有关。NWW向逆断裂561第 2 期 吴能杰等:湘东北万古金矿区变形序列及其对控矿构造属性的约束图 6 D242 点倒转褶皱及核部剪切断裂Fig.6 Overturned fold and shear fault in the core at D242砂质板岩;板岩;顺层剪切带;褶皱枢纽;S1劈理位于背斜核部,表现为宽 58 cm 的剪切面理发育带,产状与北翼一致,为 3047,属顺层剪切滑脱逆断裂。断裂上盘靠近断裂附近发育宽约 2 m的强劈理化带,带内劈理走向 NWW,产状为 2340。断裂
21、往北约 5 m 见一 NW 向倒转向斜,南、北翼产状分别为 3040、3060(图 6)。(3)D243 点露头构造:剖面处于公路北侧,露头良好,出露板岩夹粉砂岩,岩层产状为 2056。发育一 NE 向近直立小断裂(D4),断裂带宽约 515 cm,主要由碎裂围岩组成。断裂带产状为 13085(图 5f),羽裂和裂面上正阶步指示左行走滑,反映近 SN 向最大主应力(图 2b,图 3)。(4)D244 点露头构造:露头板岩中 NW 向顺层板劈理极为发育(D1),层理与劈理产状均为 4075左右。发育 2 条 EW 向小型逆断裂 F1、F2(D2)(图 5g),以及 NE 向左行走滑断裂 F3(D
22、4)。F1产状为 540,发育宽约 2040 cm 的硅化破碎带。F2产状为 042,硅化破碎带宽约 1040 cm,石英脉沿断裂充填;上盘劈理牵引弯曲指示断裂具逆冲性质(图 5h)。F3产状为 13075,沿断裂发育石英细脉和硅化;其切割并错移断裂 F2(图 5i),正阶步和羽裂指示左行走滑特征,反映近SN 向挤压(图 2b,图 3)。(5)D245 点露头构造:露头剖面处于公路边,见 EW 向右行走滑断裂 F1和 F3(D5)以及 NWW 向右行走滑断裂 F2(D3)(图 7,图 5j)。断裂南盘为粉砂岩,产状为 11043;北盘为板岩,发育产状为 2080的 NWW 向劈理(D1)。F1
23、和 F2规模小,宽仅数 cm。F3规模较大,为一宽达 2 m 的硅化破碎带,带内为碎裂板岩、石英脉,具硅化蚀变;靠下盘处发育次级小裂面,并被石英脉充填。F2上盘围岩中羽裂指示断裂具右行走滑特征,反映 NW 向最大主压应力(D3)。F3南盘岩层走向相对 NWW 走向具顺时针旋转,暗示与断裂右行走滑牵引有关,反映 NWW 向最大主压应力(D5)。(6)D246 点露头构造:点处发育板岩,层面 S0产状为 2040。发育 2 期劈理,即早期 NWW 向劈理 S1(D1)和晚期 EW 向劈理 S2(D2),其中 S1贯通性较差,产状 3050,与 S0相近;S2贯通性好,产状585;2期劈理与层面相交
24、而形成铅笔图 7 D245 点断裂特征Fig.7 Characteristics of faults at D245板岩;砂质板岩;硅化破碎带;F3断裂编号661桂 林 理 工 大 学 学 报 2023 年构造(图 5k)。(7)D247 点露头构造:点处见 NWW 向顺层逆断裂(D1)。围岩为板岩,层面 S0产状 3060,板劈理 S1产状 3065(D1)。断裂表现为宽 2.2 m的破碎带(图 5l),带内发育断层碎裂岩,包括大小不一的岩块和角砾;具硅化并发育大量石英团块,推测为加里东期 SN 向挤压下的构造-热液叠加活动产物(D2)。据顶板量得断裂产状为 3060,为顺层剪切断裂。带内发
25、育产状为 33045的后期NEE 向左行逆冲剪切破裂 L(D4)(图 5m),其切割硅化碎裂岩,擦痕侧伏方向为 55E,正阶步指示左行逆冲,反映 SN 向主压应力(图 2b,图 3)。(8)D248 点露头构造:白垩系红花套组紫红色含钙质泥质粉砂岩,岩层近水平,产状约 2906。见一近 EW 向左行走滑小断裂或剪切破裂(D7)(图 8a),产状为 34586;正阶步指示左行走滑(图 8b),反映 NE 最大主应力(图 2b,图 3)。测点南东约 50 m,见一 NE 向小型正断裂(D6)(图2b),产状 12565。露头剖面底部见剪切破裂雁行排列和羽裂。雁列剪切破裂重叠部位具张性图 8 D24
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