岩石学报  2017, Vol. 33 Issue (2): 398-414   PDF    
黑龙江铜山断裂的变形特征及铜山铜矿床蚀变带-矿体重建
庞绪勇1,2, 秦克章1,2, 王乐1,2, 宋国学1, 李光明1, 苏仕强1,2, 赵超1,2     
1. 中国科学院矿产资源研究重点实验室, 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
2. 中国科学院大学, 北京 100049
摘要: 黑龙江铜山铜矿床系多宝山铜矿田的重要组成部分,它和多宝山矿床同是中亚造山带东段最古老的斑岩铜矿床(奥陶纪)。铜山断裂为铜山斑岩铜矿床内最为重要的一条成矿后断裂,它截切矿体和蚀变带,因而导致矿化中心、深部找矿方向不明。现阶段的研究对其运动学特征还存有较大争议,缺乏对该带变形特征与性质的细致观察与鉴别。据此,本文开展详细地野外及室内研究工作,取得如下新认识:1)铜山断裂为近东西走向的压扭性断裂,最典型的构造几何学特征为发育北东-北东东走向劈理、构造透镜体、以及岩脉及热液脉扭曲现象。2)断裂带内石英、黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿的镜下变形特征和石英C轴组构特征显示低温变形条件,依据矿物和岩石变形特点判断铜山断裂主体为脆性断裂。3)构造解析表明铜山断裂运动学特征为:上盘由南东向北西方向斜向逆冲。综合断裂上、下盘地质体界线、蚀变和脉系分布特征等,判断上盘相对下盘大致沿NW320°方向水平移动距离700~800m,垂向抬升550~700m,错开蚀变外带(青磐岩化带、石英-绢云母-伊利石-绿泥石化带)和矿化带。4)铜山断裂的次级断裂截切了中晚三叠世白云母花岗岩,推测铜山断裂活动时限晚于中晚三叠世。5)复原铜山断裂上盘和下盘的空间位置至铜山断层活动前,重建铜山铜矿床蚀变带-矿化体,初步判断铜山断裂活动前铜山矿床为纺锤形态。根据重建后矿化和蚀变的分布规律推断下盘Ⅲ号矿体的南侧位置应有尚未发现的成矿斑岩和矿体,为深部找矿提供了依据。
关键词: 铜山斑岩矿床     铜山断裂     变形特征     蚀变带-矿化体重建    
Deformation characteristics of the Tongshan fault within Tongshan porphyry copper deposit, Heilongjiang Province, and restoration of alteration zones and orebodies
PANG XuYong1,2, QIN KeZhang1,2, WANG Le1,2, SONG GuoXue1, LI GuangMing1, SU ShiQiang1,2, ZHAO Chao1,2     
1. Key Laboratory of Mineral Resource, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The Tongshan copper deposit is situated in the Duobaoshan copper ore field, Heilongjiang Province. It and Duobaoshan porphyry copper deposit are the oldest (Ordovician) porphyry copper deposits within the eastern part of the Central Asian Orogenic Belt. The Tongshan fault, the most important post-mineralization fault in the Tongshan copper deposit, cuts orebodies and alteration zones, which leads to mineralized center unknown and direction for further prospecting unclear. Its current kinematic characteristics is still under controversial, moreover, detailed reporting involving deformation feature descriptions is lacking. This paper carried out both detailed indoor and outdoor studies, and several understandings were accomplished:1) The Tongshan fault, with a nearly EW strike, belongs to a compression-shear fault. Its most typical geometric feature is the development of NEE-strike cleavages, structural lenses and twisted dykes and hydrothermal veins. 2) Microscopic deformation features of quartz, pyrite, chalcopyrite and sphalerite, together with quartz fabric features analyzed by EBSD, indicate low temperature deformation condition. The Tongshan fault is considered to be brittle fault as a whole by the deformation characteristics of minerals and rocks. 3) Structural analysis indicates that relative to the footwall, the hanging wall slipped through SE to NW. The fault displacement is estimated by matching geological boundaries within the hanging wall and footwall and studying the distribution regularity of alteration zones and hydrothermal veins of the Tongshan area. The hanging wall was horizontally offset with a distance of 700~800m along direction of around NW320°, and was lifted 550~700m vertically. As a result, outer alteration zones and mineralized zones were cut off. 4) A secondary fault of the Tongshan fault cuts through the Late-Middle Triassic muscovite granite, so the activity time of the Tongshan fault was later than the Late-Middle Triassic. 5) The distribution of alteration zones and orebodies of the Tongshan porphyry deposit is restorated by displacement recovery of the Tongshan fault, which shows that the Tongshan deposit was in spindle morphology before the Tongshan fault activated. It can be inferred from the distribution regularity of mineralization and alteration, that the porphyry, related to mineralization, and undiscovered orebodies may exist in the south of orebody Ⅲ in the footwall of the Tongshan fault.
Key words: Tongshan porphyry deposit     Tongshan Fault     Deformation characteristics     Restoration of alteration zones and orebodies    

大型斑岩型矿床多具有面状蚀变和矿化,由中心向外,受控于流体硫化状态和pH值等因素,蚀变和矿化呈现明显的分带性 (Lowell and Guibert, 1970Bowman et al., 1987Sillitoe,2010Seedorff et al., 2005),当后期断层作用时,这种分带的完整性往往会遭受破坏,表现为矿体、蚀变带、甚至成矿斑岩被错断。例如美国西南部San Manuel断层切穿Kalamazoo矿床,使矿体分为两部分:San Manuel和Kalamazoo矿体 (Lowell and Guilbert, 1970);智利北部中新世的走滑断层West Fissure等,错断几个最初呈线状分布的斑岩铜矿床,并截切单个矿床如Chuquicamata矿床 (Lindsay et al., 1995Ossandón et al., 2001);Mitchell逆冲断层使加拿大不列颠哥伦比亚省的Mitchell金-铜-钼斑岩矿床上部错移1.6km,分成Mitchell和Snowfield两个矿体 (Febbo et al., 2015)。研究斑岩矿床中这类后期断层有助于揭示其对斑岩矿床的改造作用,复原完整的斑岩成矿系统和寻找错断的隐伏矿体 (王之田等,1994)。

铜山断裂是发育在兴安地块东缘多宝山矿集区截切铜山斑岩型矿床的成矿后断裂,它使铜山矿床几个矿体错开叠置,断层上下盘岩性、蚀变、矿化不再连续。铜山铜矿床目前在矿床研究和深部资源勘查方面面临的最大难题是没有探测到成矿斑岩体,无法确定热液活动中心,因此对铜山断裂所起作用的研究成为认识该斑岩矿床的关键环节。尽管已有关于铜山断裂研究的报道,但由于缺乏与断裂相关岩石变形特征方面的详细研究,断层的运动学特征还存在争议,如杜琦等 (2008)判断东西展布的铜山断裂上盘先由东向西平移,后由南向北逆掩;金山岩等 (2014)认为上盘沿NE10°~13°由西向东推覆。本文利用地表露头、采坑和钻孔岩芯对铜山断裂的有利揭露条件,对铜山断裂几何学、运动学特征等进行研究,尝试恢复各矿体原始位置关系,从而为铜山矿床的进一步勘查和研究提供思路和科学依据。

1 地质背景 1.1 区域地质背景

黑龙江铜山铜矿床位于中亚造山带东段、兴安地块东缘,其北西方向4km里处为著名的多宝山斑岩铜矿床,其南东方向5km处为争光大型金矿,三个矿床同位于由北西向南东延伸呈反“S”形弯曲的构造带,基础构造为NW-SE走向的多宝山复背斜,由早古生代奥陶纪火山-沉积地层构成,NE翼为倒转翼,SW翼为正常翼,地层受后期岩浆侵入和北西-北西西向断裂作用,发生片理化、劈理化 (谭成印,2009杜琦等,2008宋国学等,2015图 1)。

图 1 研究区大地构造位置图 (a, 据Wu et al., 2011修改) 和多宝山-铜山区域地质简图 (b, 据葛文春等,2007杜琦等,1988修改) Fig. 1 Tectonic location map (a, after Wu et al., 2011) and regional geological map of the Duobaoshan-Tongshan orefield (b, modified after Ge et al., 2007; Du et al., 1988)

区域出露的地层由老至新主要有:中奥陶统铜山组 (O2t) 和多宝山组 (O2d)、上奥陶统裸河组 (O3l) 和爱辉组 (O3a)、下志留统黄花沟组 (S1h)、中志留统八十里小河组 (S2b)、下泥盆统泥鳅河组 (D1n) 和霍龙门组 (D1hl),下白垩统九峰山组 (K1j)。铜山组岩性主要为砂岩、粗砂岩、凝灰质砾岩、安山岩、凝灰岩等,为一套陆缘碎屑岩夹火山岩建造;多宝山组岩性主要为安山岩、凝灰岩、含砾凝灰岩、火山角砾岩夹凝灰质砂岩、砾岩等,为安山质、凝灰质海相的火山熔岩和火山碎屑岩、碎屑火山沉积岩组合;裸河组岩性为凝灰质粉砂岩、细砂岩、凝灰岩夹安山岩;爱辉组岩性主要为泥质粉砂岩,粉砂质泥岩;黄花沟组和八十里小河组主要岩性为粉砂质泥岩、粉砂岩、角岩,为浅海相碎屑岩建造,局部夹杂有中基性火山岩;霍龙门组和泥鳅河组为一套砂岩、泥岩为主的陆相碎屑岩建造,九峰山组岩性以陆相含煤系碎屑岩建造为主 (图 1)。

1.2 矿区地质背景

铜山矿区出露的主要地层为中奥陶统铜山组 (O2t)、多宝山组 (O2d)。奥陶纪花岗闪长岩、英云闪长岩、石英闪长岩 (475.9±0.8Ma,Hao et al., 2015) 侵入铜山组、多宝山组,从多宝山矿区延伸至铜山矿区。此外,多条闪长玢岩脉侵入多宝山组、矿体及石英闪长岩体,局部出露的中晚三叠世白云母花岗岩 (230.9~240.7Ma, Hao et al., 2015) 侵入多宝山组和矿体 (图 2)。

图 2 铜山矿区地质简图 (据黑龙江黑龙矿业股份有限公司, 2010修改) 1-铜山组 (O2t):粉砂岩、砂岩、粗砂岩;2-多宝山组 (O2d):安山岩和火山碎屑岩;3-石英闪长岩;4-白云母花岗岩;5-闪长玢岩脉;6-铜矿体;7-金-锌矿体;8-隐伏铜矿体;9-铜山断裂;10-剖面位置;11-倒转背斜;12-次级向斜 Fig. 2 Simplified geological map of the Tongshan ore district 1-siltstone, sandstone and coarse sandstone of the Tongshan Formation; 2-andesite and volcaniclastic rock of the Duobaoshan Formation; 3-quartz diorite; 4-muscovite granite; 5-diorite porphyrite; 6-copper orebody; 7-gold-zinc orebody; 8-concealed orebody; 9-the Tongshan fault; 10-sectional position; 11-reversed anticline; 12-sub-syncline

①  黑龙江黑龙矿业股份有限公司.2010.黑龙江省嫩江县铜山铜矿勘探报告

矿区位于多宝山复背斜的SW翼,由铜山组和多宝山组构成,地层倾向南南西。北西-北西西向压扭性断裂通过铜山矿区 (赵寅震,1977杜琦等,2008)。晚期东西向铜山断裂切过整个矿区 (图 1图 2)。

铜山铜矿床主要的赋矿围岩为多宝山组地层和早古生代石英闪长岩,成矿时代为早奥陶世 (475.9±7.9Ma, Zeng et al., 2014),围岩、成矿时代与邻近的多宝山斑岩矿床一致;矿体呈细脉浸染状、网脉状矿化;石英内流体包裹体均一温度为120~550℃,盐度为2.96%~59.76% NaCleqv (武广等,2009)。由此,学者一致认为铜山铜矿床属于斑岩矿床。但铜山铜矿床目前尚未发现成矿斑岩体,热液活动中心还未明确。

矿产勘查已圈定并命名5个矿体,编号Ⅰ~Ⅴ,铜平均品位0.48%,钼平均品位0.023%。Ⅰ、Ⅱ矿体在铜山断裂上盘,Ⅲ~Ⅴ矿体在铜山断裂下盘,Ⅰ、Ⅱ矿体走向近北西西向,Ⅲ矿体走向近东西 (图 2)。矿区东南部还发育金锌矿化,位于铜山断裂上盘 (图 2),与争光金矿有一定相似性 (宋国学等,2015)。通常,斑岩矿床的矿体形态为柱状、筒状、板状 (全岩矿化),分布于斑岩体的上部,呈环状产于斑岩体的边部或呈脉状、透镜状沿裂隙带分布 (芮宗瑶等,1984秦克章等, 1999, 2014),而铜山矿床的矿体却分布较乱,呈叠置分布,矿体走向不一致,表明受到成矿后断裂的改造作用。

前人勘查工作已表明矿区存在一条东西向断裂即铜山断裂,其错开岩体、地层、铜山矿体,使断层上下盘岩性、蚀变、矿化不连续。在铜山矿区内,铜山断裂被不少于100个钻孔控制,产状和宽度等特征已明确,即走向近东西,南倾,倾角约40°,断裂带宽度变化较大,1米至20余米 (黑龙江黑龙矿业股份有限公司, 2010),但铜山断裂的运动学性质等特征还未取得一致认识,阻碍了研究区的矿产勘查和矿床研究工作。铜山断裂在铜山采坑北帮被部分揭露,本文利用采坑和钻孔的揭露条件,对铜山断裂构造几何学和运动学特征开展野外和室内研究。

2 铜山断裂带的构造几何学特征 2.1 野外宏观特征

在铜山采坑北帮,铜山断裂呈10余米宽的压扭破碎带,断层上盘岩性为安山岩、火山碎屑岩,局部夹含砾粗砂岩。下盘岩性主体为石英闪长岩,残留紫红色含砾粗砂岩、砾岩 (图 3)。破碎带中心为宽约1m的强应变带,发育断层泥,局部见强烈破碎的断层角砾岩,两侧为岩石破碎带,发育劈理、构造透镜体 (图 3)。断层泥带与旁侧破碎带的界面清晰可见,界面产状为175°~185°∠40°~45°,追索断层泥出露点,断层泥带呈近东西向延伸,所测断层泥带的产状和断裂带整体产状一致。发育北东-北东东走向劈理、构造透镜体、岩脉及热液脉扭曲现象是铜山断裂最典型的构造几何学特征 (图 3)。

图 3 铜山断裂带地质平面简图和剖面图 (A) 铜山断裂在铜山矿区采坑中的出露位置;(B) 铜山断层带地质平面简图;(C) 构造地质剖面及剖面照片.1-多宝山组安山岩和火山碎屑岩;2-铜山组砂岩和砾岩;3-石英闪长岩;4-白云母花岗岩;5-闪长玢岩脉;6-断层泥带及断层泥追索点;7-北西西向紧闭褶皱;8-铜山断裂带范围 (北东东向劈理发育区);9-北西西向劈理发育区;10-岩性界线;11-剖面位置;12-劈理;13-透镜体;14-强变形带;15-里德尔剪裂体系中R节理;16-里德尔剪裂体系中P节理;17-界面、面理、节理产状;18-逆冲方向 Fig. 3 Geological plane graph and sections of the Tongshan fault zone (A) the position of the Tongshan fault in Tongshan pit; (B) geological plane graph of the Tongshan fault; (C) simplified structural sections and field photos. 1-andesite and pyroclastic rocks of the Duobaoshan Formation; 2-sandstone and conglomerate of the Tongshan Formation; 3-quartz diorite; 4-muscovite granite; 5-diorite porphyrite vein; 6-gouge zone and gouge observation points; 7-NWW tight fold; 8-range of the Tongshan fault (area developing with NEE-striking cleavages); 9-area developing with NWW-striking cleavages; 10-lithologic boundary; 11-section position; 12-cleavage; 13-structural lens; 14-strong deformation band; 15-Riedel shear in Riedel shear system; 16-P shear in Riedel shear system; 17-attitude of boundary, foliation and joint; 18-thrust direction
2.1.1 劈理

断裂带内蚀变石英闪长岩、凝灰岩、安山岩发育破劈理,产状一致,集中在155°~160°∠ 55°~60°(图 3B, C图 4a1, a2, a3),早期区域变形所致劈理的走向为北西西向,在断裂带南侧可见,两者产状明显不同 (图 3B),北东-北东东向劈理是铜山断裂区别早期变形的典型特征。

2.1.2 构造透镜体

断裂带内常见构造透镜体,透镜体长轴大小从厘米级至米级不等,分级现象明显,一级透镜体由铜山断裂旁侧分支裂隙及派生节理交叠、分叉形成,长度可达4m (图 3C)。次级构造透镜体,可分为两类,一类是受里德尔剪裂 (R、R’) 和压剪性裂隙 (P) 围限的长菱形构造透镜体 (Ahlgren, 2001)(图 4b-d),和劈理 (Sx) 共生,另一类是岩石能干性差异条件下经压扁作用形成的石香肠构造 (马杏垣,1965),如石英-黄铜矿-辉钼矿脉受挤压,因较周围安山岩、凝灰岩能干性强而形成透镜体,透镜体被周围劈理 (Sx) 围限 (图 4d, e)。

图 4 铜山断裂带内的劈理和构造透镜体 (a1) 劈理化石英闪长岩;(a2) 劈理化安山岩;(a3) 劈理产状赤平投影 (下半球);(b-e) 构造透镜体及构造解析.R-里德尔剪裂R;P-压剪性节理P;Sx-劈理;Qz-石英;Mol-辉钼矿;Ccp-黄铜矿 Fig. 4 Cleavages and structural lens within the Tongshan fault zone (a1) cleavaged quartz diorite; (a2) cleaved andesite; (a3) foliation stereographic projection (lower hemisphere); (b-e) structural lens and structural analysis. R-Riedel shear in Riedel shear system; P-P shear in Riedel shear system; Sx-cleavage; Qz-quartz; Mol-molybdenite; Ccp-chalcopyrite
2.1.3 扭曲现象

铜山断裂带内的闪长玢岩和远离铜山断裂的闪长玢岩形态形成鲜明对比,前者因构造作用扭曲明显,同一岩脉上下宽窄不一,与围岩界面不规则,后者上下宽度一致,与围岩界面平直。断裂带内穿切石英闪长岩、安山岩的闪长玢岩,被改造成北东东走向,产状为150°~165°∠50°~75°,与周围劈理产状一致,局部闪长玢岩内部被裂隙切割成菱形状 (图 5a, b)。紫红色含砾粗砂岩、砾岩层受铜山断裂改造扭曲变形,岩层变为北东东走向,产状为160°~170°∠60°~80°,岩层表面见少量擦痕 (Lx),走向290°~300°,周围有岩块呈反“S”形 (图 5c)。

图 5 铜山断裂带内的扭曲现象 (a、b) 变形的闪长玢岩脉;(c) 变形的砾岩;(d-f) 变形的石英脉.Sx-劈理;Lx-线理;紫红色虚线为岩脉和砾层被扭曲后的界面,紫红色实线为其赤平投影 (下半球),与周围劈理产状一致 Fig. 5 Twisting deformation phenomenon within the Tongshan fault zone (a, b) deformed diorite porphyrite dyke; (c) deformed conglomerate layer; (d-f) deformed quartz veins. Purple dotted line represents the interface of twisted dyke or conglomerate layer and purple solid line is the stereographic projection of the interface (lower hemisphere), whose attitude is consistent with that of the cleavages around

断裂带内的石英脉、石英-金属硫化物脉也明显变形。穿插安山岩的石英脉 (宽5~15cm) 被改造,呈反“S”形 (图 5d),周围共生北东东走向的劈理 (Sx);穿插石英闪长岩的石英脉 (宽约5cm) 被扭曲,呈透镜状,产状变为135~150°∠57~60°,并见线理 (Lx),走向295°(图 5e)。在安山岩中发育的石英-黄铜矿-黄铁矿细脉 (宽约1cm) 也扭曲变形 (图 5f),周围也发育北东东向的劈理 (Sx)。

2.2 显微构造特征

为避免同早期北西西向构造变形混淆,选取构造带内发育北东-北东东向劈理的石英闪长岩以及被改造为北东-北东东向的石英脉、石英-硫化物脉作为研究对象,野外采集定向标本用于室内研究。

2.2.1 显微镜下特征及分析

断裂带内蚀变石英闪长岩受劈理化作用,结晶结构已难辨,伊利石、绢云母 (斜长石的蚀变矿物) 以及不透明矿物定向组成劈理域,碎裂的石英如“碎屑流”聚集,整体呈透镜状,组成微劈石域 (图 6)。微劈石域中,石英常见的变形为镶嵌状消光、溶蚀现象、波状消光 (图 6),其中镶嵌状消光指单偏光下完好的石英晶粒,正交偏光下分成若干个不同消光位的亚消光域 (杨钟堂,1988),不同的亚消光域称为亚晶粒,单个亚晶粒形状不规则,各亚晶粒之间呈镶嵌状,边界呈折线、阶梯状,没有明显碎裂和位错现象,称为低温退火颗粒边界 (Stipp et al., 2002)。亚晶粒消光位差一般小于10°,逐渐碎裂为新晶粒。

图 6 劈理化绢云母-伊利石化石英闪长岩显微镜下变形特征 Qz-石英;Ser-绢云母;ill-伊利石;Sx-劈理;(a1) 为单偏光,其他照片为正交偏光 Fig. 6 Microscopic deformation features of cleavaged and altered quartz diorite Qz-quartz; ser-sericite; ill-illite; Sx-foliation (cleavage); (a1) under plane-polarized light, other photos under crossed polarized light

显微镜下石英-金属硫化物-(金属氧化物) 脉明显变形,不同矿物因能干性差异而呈现不同变形特征。有的石英-黄铁矿脉呈透镜状,透镜体延伸方向与劈理面平行,黄铁矿周围出现石英压力影 (压溶构造)(图 7a, b),有的黄铁矿颗粒本身也被改造为透镜状 (图 7b, b1),内部发育裂隙。有的石英-黄铁矿脉被扭曲,黄铁矿碎裂并形成旋转碎斑和拖尾,发育X型微型节理、张裂隙、碎粒 (图 7b1-c2)。变形的石英-闪锌矿-黄铁矿脉与劈理面平行,黄铁矿发育裂隙,闪锌矿弯曲变形 (图 7d, d1)。在石英-磁铁矿-黄铜矿脉中,磁铁矿发育裂隙,黄铜矿脉韧性变形。有石英-黄铜矿-辉钼矿-黄铁矿脉被改造成透镜体 (石香肠构造)(图 4e),显微镜下黄铜矿和辉钼矿呈旋转形态,内部包裹石英、黄铁矿,构成微型揉碾构造 (durchbewegung)(Vokes,1969Marshall and Gilligan, 1989顾连兴等,1995),黄铁矿裂隙被黄铜矿充填,裂隙中的黄铜矿与外侧黄铜矿相连 (图 7e)。在变形的石英-黄铁矿脉中,有黄铜矿细脉填充在黄铁矿的裂隙中,包括X型微型共轭节理、黄铁矿旋转碎粒周围的圆弧形裂隙、张裂隙、微型共轭节理等,它们明显与导致形成北东东向劈理、变形石英-硫化物脉的局部应力场协调匹配 (图 7b-d1)。

图 7 石英-硫化物脉显微镜下变形特征 (a) 透镜状石英-黄铁矿脉,平行于劈理Sx,标本号TSF-7,定向标本,劈理Sx产状155°∠60°;(b、b1) 石英-黄铁矿-黄铜矿脉断续分布,延伸方向与劈理Sx方向一致,黄铁矿呈透镜状,发育裂隙,裂隙中充填石英-黄铜矿细脉,标本号605-360,钻孔ZK605中360m处;(c、c1、c2) 石英-黄铁矿脉中黄铁矿形成旋转碎斑和拖尾,发育X型微型节理、张裂隙、碎粒。脉的延伸方向与劈理方向一致,裂隙中充填黄铜矿细脉;标本号15TSF-8,定向标本,脉产状150°∠60°;(d、d1) 石英-闪锌矿-黄铁矿脉透镜状延伸,脉中闪锌矿呈弧形,标本号15TSF-13,定向标本,劈理Sx产状160°∠65°;(e) 透镜体 (石英-辉钼矿-黄铜矿脉) 中黄铜矿、辉钼矿弯曲变形,呈揉碾构造,标本号15TSF-3. Qz-石英;Ccp-黄铜矿;Py-黄铁矿;Sph-闪锌矿;Mol-辉钼矿; Ser-绢云母;Ill-伊利石;(a、b、d、d1) 正交偏光,其他照片为反光 Fig. 7 Microscopic deformation features of quartz-metal sulfide veins (a) lenticular quartz -pyrite vein, parallel to the cleavage; oriented specimen No. TSF-7;attitude of the cleavage (Sx)-155°∠60°; (b, b1) quartz-pyrite-chalcopyrite veins discontinuously distributing within quartz diorite, extending direction consistent with the cleavage (Sx); pyrites in lenticular shape with cracks filled with chalcopyrite; specimen No. 605-360;(c, c1, c2) cracked pyrites in a quartz-pyrite vein showing porphyroclast system, developing X-type joints, tension fractures and small grains; the extending direction of the vein consistent with the cleavage (Sx); cracks within pyrites filled with chalcopyrite; oriented specimen No. 15TSF-8;attitude of the cleavage (Sx)-150°∠60°; (d, d1) lenticular quartz-sphalerite-pyrite vein, parallel to the cleavage (Sx); the sphalerite was curved, oriented specimen No. 15TSF-13;attitude of the cleavage (Sx)-160°∠65°; (e) the sphalerite and molybdenite within the lens of quartz-molybdenite-chalcopyrite were curved showing durchbewegung structure.Qz-quartz; Ccp-chalcopyrite; Py-pyrite; Sph-sphalerite; Mol-molybdenite; Ser-sericite; Ill-illite; (a, b, d, d1) under cross-polarized light, other photos under reflected light
2.2.2 EBSD石英组构分析

(1) 实验原理和实验设备

石英晶体中有多种不同的滑移系,主要包括底面滑移、菱面滑移、柱面滑移,石英晶体内部滑移系的启动和石英晶体的变形受温度条件影响极其显著 (Passchier and Trouw, 2005)。不同温度条件下,不同的滑移系会产生不同的石英晶格优选方位,形成不同的石英c轴组构特征 (Passchier and Trouw, 2005)。通过测量分析岩石石英c轴组构点极密的分布情况,可获得石英滑移系的活动情况,进而推测岩石的变形温度 (王勇生等,2016)。

前人通过实验总结出石英组构特征、温度条件、滑移系之间的关系:1) 温度<400℃,滑移系为{0001} < a > ,通常形成Z轴附近的点极密,为低温底面组构;2) 温度在400~550℃之间,滑移系为{10-11} < a > 为主,通常形成Y轴两侧对称点极密,为中低温棱面组构;3) 温度在550~650℃之间,滑移系为{10-10} < a > 为主,形成Y轴附近的点极密,为中温柱面组构;4) 温度在650℃以上,滑移系{10-10} < c > 为主,形成X轴附近的点极密,为高温柱面组构 (Schmid and Casey, 1986; Passchier and Trouw, 2005)。

本文利用岩石电子背散射衍射 (EBSD) 技术采集样品中的石英C轴数据,通过丹麦HKL公司开发的CHANNEL5软件处理采集数据绘制石英C轴极图。EBSD实验在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学微区实验室测定,实验仪器为日本电子公司 (JEOL) 的JSM-56101v型扫描电镜和丹麦HKL公司的CHANNEL5型EBSD仪器。

(2) 样品采集和制备

本文选取断裂带内有代表性、相对变形程度高的劈理化石英闪长岩 (面理产状:155°∠60°) 和北东走向的变形石英-黄铁矿脉 (脉产状:160°∠55°) 采集定向样品。用于组构分析的探针片需沿样品平行于拉伸线理,垂直于面理的XZ面磨制。但铜山断裂带内的岩石线理不甚发育,野外仅识别出几处,本文由三个方面确定拉伸线理方位:1) 在断裂带内发现的几处拉伸线理走向NW-SE及NWW-SEE; 2) 通过断裂带内广泛发育的劈理和断层面的空间位置关系计算拉伸线理方位为NWW (后文详述); 3) 定向样品垂直面理或变形石英脉各切取4个方向 (NEE、NNW、NW、NWW) 的探针片,观察比较石英颗粒长宽比,镜下显示NW和NWW切面的石英颗粒长宽比大,计算结果和实际观察测量一致,由此确定北西和北西西向为拉伸线理方位。取此方位的样品探针片用于EBSD实验分析,分析前先用振动抛光机将探针片精细抛光。

(3) 实验结果

样品15TSP-29为劈理化石英闪长岩。石英含量约20%,碎裂、镶嵌状消光、波状消光,周围为斜长石的蚀变矿物伊利石和绢云母,呈条带状分布。EBSD采集石英颗粒C轴数据,每个石英颗粒只取1个测试点,排除大石英颗粒多点重复统计影响后的组构如图 8,呈现Z轴附近的点极密,反映滑移系为{0001} < a > ,估计变形温度<400℃,为低温变形。

图 8 铜山断裂带中石英C轴极点密度图和统计区域镜下特征 采用等面积网下半球投影;X、Z分别代表应变椭球的最长轴和最短轴;薄片方向平行于XZ面 Fig. 8 Quartz c-axis fabric stereogram and microscopic features of the measured area in slice sections of the Tongshan fault zone Lower hemisphere, equal area projection; X-the longest axis of strain ellipsoid; Z-the shortest axis of strain ellipsoid; The thin sections are parallel with the XZ plane

样品TSF-8为变形的石英-黄铁矿脉。石英-黄铁矿脉中黄铁矿有明显的碎裂现象,黄铁矿配套的微型张裂隙和X型节理指示石英-黄铁矿脉发生简单剪切变形,裂隙中有黄铜矿细脉填充。石英碎裂、波状消光,EBSD采集数据处理后呈现如图 8的组构,也呈现Z轴附近的点极密,反映底面{0001} < a > 滑移系,估计变形温度<400℃,为低温变形。

综上,铜山断裂发育北东-北东东走向劈理、构造透镜体、岩脉及热液脉扭曲现象,矿物变形以石英镶嵌状消光、黄铁矿和磁铁矿碎裂、黄铜矿和闪锌矿韧性变形为特征,EBSD石英组构分析显示低温变形特征。

3 铜山断裂运动学分析及空间几何形态复位 3.1 铜山断裂运动学性质的争议焦点与解决途径

研究区周围为林场,地表覆盖严重,断裂带仅在采坑内部分出露,给断层研究带来很大困难,运动学性质仍存争议。赵寅震 (1977)根据片理化带中的擦痕,判断铜山断裂上盘75°仰角向西向上斜冲;杜琦等 (2008)根据向南倾斜的擦痕掩盖东西向擦痕、地质体界线错动等判断上盘先由东向西平推;后由南向北逆掩;金山岩等 (2014)根据断层下盘次级压性节理和主断面构成的入字型结构面,以上下盘砂砾岩层和矿体作标志层比对,认为铜山断裂上盘沿NE10°~13°推覆,由南向北推移,西部推移大于1000m,东部推移小于700m,由西向东平推约200m距离。前人的认识主要依据擦痕、标志层比对 (矿体、砂砾岩) 等,此次野外及钻孔观察发现,由于强烈压扭,主应变带 (断层泥带) 附近难以保存判断运动学方向的直接证据如擦痕、阶步,仅在旁侧劈理化带和构造透镜体带中见到少数擦痕,擦痕方向仅代表局部运动方向,判断断层整体运动方向时需综合考虑。斑岩矿床中矿体为细脉浸染状矿化带,断层切过斑岩矿床的位置未知时,难以直接将矿体作为标志层。铜山断裂上盘为安山岩、火山碎屑岩夹砂砾岩层,下盘主体为石英闪长岩体侵入砂砾岩层,上下盘岩性差别大,不宜直接将砂砾岩作为标志层。针对此难点,本文采取的对策为追索断层泥带,统计断层泥带两侧劈理产状,根据变形带边界和次级压扁面关系判断、计算断层相对运动方向。

3.2 运动学特征分析

本文通过以下四个方面判断断裂上下盘的相对运动方向:

(1) 断层面与其两侧劈理 (Sx) 的夹角指示对盘运动方向,断层面与劈理 (Sx) 的交线相当于应变B轴,在断层面上此交线的垂线相当于擦痕 (图 9)。

图 9 铜山断裂运动学示意图 1-安山岩和凝灰岩;2-砂砾岩;3-石英闪长岩;4-闪长玢岩脉;5-变形石英脉、石英-金属硫化物脉;6-透镜体;7-里德尔剪裂体系中R节理;8-里德尔剪裂体系中压剪性节理P;9-劈理 (Sx);10-上盘相对于下盘的运动方向、擦痕方向;11-派生最大主应力;12-派生最小主应力 Fig. 9 Schematic diagram of kinematic characteristics of the Tongshan fault 1-andesite and tuff; 2-coarse sandstone and conglomerate; 3-quartz diorite; 4-diorite porphyrite dyke; 5-deformed quartz vein and quartz-sulphide veins; 6-structural lens; 7-Riedel joint of Riedel shear system; 8-P joint of Riedel shear system; 9-cleavage (Sx); 10-move direction of the hanging wall relative to the footwall, scratch direction; 11-the induced great principal stress axe; 12-the induced least principal stress axe

采坑内追索断层泥,发现断层泥成带连续产出,走向基本稳定,为175°~185°,探槽内和边帮处断层泥与旁侧挤压带的界面清晰可见,产状为175°~185°∠40°~45°。断裂整体产状与所测断层泥带的产状一致。由此本文将应变最集中的断层泥带视为断层面。断层泥带两侧发育劈理 (Sx),多处测量显示,产状集中在155°~160°∠55°~60°。通过投图计算,上盘相对于下盘,沿290°~295°∠20°~25°由南东东向北西西方向运动 (图 9)。

(2) 野外发现断层泥中有构造透镜体,断层泥带与带内构造透镜体AB面的夹角可指示对盘运动方向。里德尔节理R和压剪性节理P围限的透镜体及劈理的空间方位,可指示相对运动方向,它们均表明上盘相对于下盘沿北西方向运动 (图 9)。

(3) 擦痕。在断裂带内的砾岩层、石英闪长岩、安山岩表面有几处擦痕 (A型线理),走向285°~305°~320°。擦痕表明上盘相对于下盘沿北西西-北西方向运动,与计算的运动方向一致 (图 9图 10)。

图 10 铜山断裂带中的擦痕 Fig. 10 Scratches in the Tongshan fault zone

(4) 闪长玢岩脉被改造为150°~165°∠35°~55°;石英脉被扭曲形成石香肠构造等构造透镜体,AB面产状150°~160°∠55°~70°;砾岩层被改造,产状变为160°~180°∠60°~85°。扭曲的方向显示断层上盘相对下盘向北西方向运动 (图 9)。

综合以上几点,本文认为铜山断裂运动学方向为:上盘相对于下盘由南东向北西方向运动。

3.3 断距及蚀变带-矿体重建

在铜山矿区内,铜山断裂上盘以多宝山组分布最广,其岩性以安山岩和凝灰岩为主,局部夹砂砾岩。下盘主体为石英闪长岩,残留铜山组砂砾岩。因难以找到可对比的标志层,本文从上下盘地质体界线和矿化、热液脉系、蚀变分布特征对比入手,从以下四方面推断铜山断裂的断距和重建蚀变带-矿体。

(1) 上下盘铜山组和多宝山组的界线对比

区域地质调查及矿区探矿工程揭示上下盘都存在铜山组和多宝山组的界线 (黑龙江省地质矿产局第二地质调查所, 1993)(图 2图 11A中①线和②线),为厚层砂砾岩和安山岩的界线,被铜山断裂错开,此界线可作为推断上下盘断距的参考线。

①  黑龙江省地质矿产局第二地质调查所.1993.黑龙江省嫩江县铜山铜矿详查报告

图 11 铜山矿区铜山断裂断距及复位示意图 (A) 现今铜山断裂上下盘地质体的位置关系、典型热液脉和矿化分布示意图;(A1) 1040勘探线地质剖面简图;(A2) 1096勘探线地质剖面简图;(B) 铜山断裂上盘复位示意图 Fig. 11 Schematic diagram of displacement of the Tongshan fault and its restoration (A) schematic diagram showing present position relationship of geological bodies between the Tongshan hanging wall and footwall, as well as present distribution characteristics of typical hydrothermal veins and mineralization; (A1) schematic geological section of 1040 prospecting line; (A2) schematic geological section of 1096 prospecting line; (B) restoration diagram of the hanging wall of the Tongshan fault

(2) 下盘侵入体与围岩的界线对比

多宝山-铜山矿区地质体分布表明,铜山矿区位于英云闪长岩、石英闪长岩体的东南边缘,是趋向岩体边界的位置 (图 1图 2图 11A)。铜山断裂下盘在浅部呈现岩体围限地层的特征,深部主体为岩体,北西向延伸的岩体至铜山断裂戛然而止 (图 1图 2图 11A)。铜山矿区断层上盘西侧位置也呈现岩体围限地层的特征 (图 1图 2),上下盘岩体的岩性一致,南侧岩体呈岩株状,该区域为岩体的南部边界区。勘查钻孔揭示铜山断裂下盘1096~1100勘探线位置为石英闪长岩和安山岩及碎屑岩首次出现明显分界的位置,界线东南为安山岩,北西为石英闪长岩 (黑龙江省地质矿产局第二地质调查所, 1993)(图 11A, A1, A2)。而上盘1040线位置为石英闪长岩和安山岩首次出现明显分界的位置 (黑龙江省地质矿产局第二地质调查所, 1993)(图 11A, A1, A2),这两个边界也可作为推断上下盘断距的参考线。

(3) 矿化、脉系和蚀变分布特征对比

铜山断裂上盘Ⅰ号矿体和下盘Ⅴ号矿体特征极其相似,表现在:① 均发育磁铁矿脉,钾长石-磁铁矿脉② 脉系穿插关系一致③ 赋矿围岩均为安山岩、凝灰岩、含角砾凝灰岩,两者与少见磁铁矿脉的下盘Ⅲ号矿体明显不同。铜山断裂未形成前,上盘Ⅰ号矿体和下盘Ⅴ号矿体应处在斑岩系统的相同位置。

铜山断裂下盘Ⅲ号矿体呈近东西向延伸,矿体位置为绢云母-伊利石-绿泥石化蚀变,Ⅲ号矿体南侧为弱钾化蚀变区 (图 11A2图 12),发育石英-辉钼矿脉,下盘呈现由北北东向南南西方向靠近热液蚀变中心的规律。

图 12 蚀变带-矿体重建示意图 Fig. 12 Restoration of alteration zones and orebodies of the Tongshan deposit

铜山断裂上盘Ⅰ号矿体和下盘Ⅴ号矿体位置的蚀变为钾化和绢云母化过渡蚀变,蚀变矿物组合为石英-绢云母-伊利石-绿泥石-钾长石,发育石英-钾长石-黄铜矿-辉钼矿脉、磁铁矿脉、密集的石英-黄铜矿-(辉钼矿) 脉,矿体周围为青磐岩化,矿物组合为绿帘石-绿泥石-方解石等。铜山断裂上盘1030~1040勘探线位置的石英闪长岩岩体,有弱钾化及绢云母-伊利石-绿泥石化,发育少量石英-辉钼矿脉、石英-钾长石脉 (黑龙江省地质矿产局第二地质调查所,1993)(图 11A1图 12)。铜山断裂上盘由南东向北西呈现闪锌矿+黄铁矿+金→黄铜矿+黄铁矿+辉钼矿的金属组合变化 (图 11A图 12),由此,上盘由南东向北西方向是靠近热液蚀变中心的方向。由上下盘矿化、脉系、蚀变特征对比判断铜山断裂上盘原位置应在其现今位置的南东方向。

(4) 复位和蚀变带-矿体重建

如果将上盘沿着约140°方向向南东方向移动复位,使上盘Ⅰ号矿体西北部和下盘Ⅳ号矿体连接,上盘将沿铜山断裂面水平移动700~800m,垂向下降550~700m (图 12),同时上盘铜山组和多宝山组界线①与下盘铜山组和多宝山组界线②连接,上盘侵入体和围岩的界线③与下盘侵入体和围岩的界线④连接,几个矿体整体构成纺锤状矿化分布,Ⅰ号矿体东南部和Ⅴ号矿体对接 (图 11B图 12)。复位后更符合斑岩矿床蚀变、矿化空间分布特征 (图 12),即由外向内,蚀变带分为青磐岩化带或绿泥石-绿帘石-碳酸盐化带、绢云母-伊利石化-绿泥石化带、钾化和绢云母化过渡带、钾化带 (推测),矿体主要分布在绢云母-伊利石化-绿泥石化带、钾化和绢云母化过渡带,由此实现了铜山矿床蚀变带-矿体的重建,推测岩浆热液中心在下盘Ⅲ号矿体的南侧 (图 12)。

4 铜山断裂活动时限

铜山断裂切断矿体,使绢云母、方解石等蚀变矿物、石英-金属硫化物脉变形,使断裂带内的闪长玢岩受到改造,其次级断裂切过白云母花岗岩 (图 13),故铜山断裂活动年龄应晚于成矿作用,晚于闪长玢岩侵位年龄,并晚于白云母花岗岩形成年龄。铜矿成矿作用时代为早奥陶世 (辉钼矿Re-Os等时线年龄475.9±7.9Ma,Zeng et al., 2014;473±4Ma,Hao et al., 2015);白云母花岗岩为230.9~240.7Ma (Hao et al., 2015),故铜山断裂活动时限应晚于中晚三叠世。

图 13 铜山断裂的次级断裂截切白云母花岗岩 Fig. 13 Muscovite granite was cut by secondary fault of the Tongshan fault
5 讨论 5.1 铜山断裂带变形条件分析

铜山断裂带内常见的变形矿物为石英、金属硫化物 (黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等),综合其变形行为可反映铜山断裂带的变形条件。

石英:镜下以镶嵌状消光、碎裂、溶蚀现象、波状消光为主。镶嵌状消光一般是低温、较高差异应力以及应变速率下形成的,常低于300℃,主要发育在地壳浅部的脆性和韧-脆性断裂构造带 (杨钟堂,1988)。石英碎裂、压溶迹象、波状消光的特征组合反映低温变形条件 (Stipp et al., 2002胡玲等,2009),EBSD分析显示变形侵入岩体中的石英和石英-金属硫化物脉中的石英都具有低温组构,为低温条件变形。

金属硫化物:铜山断裂带内黄铁矿碎裂,黄铜矿和闪锌矿呈现塑性变形特征。实验表明常见金属硫化物的能干性顺序为:方铅矿 (最弱)<磁黄铁矿<黄铜矿<闪锌矿<黄铁矿 (最强),中间三个矿物顺序可能在不同条件下会有变动 (Marshall and Gilligan, 1987)。黄铜矿在100~200℃以碎裂作用为主,170~200℃以滑移和双晶为主,超过170~350℃发育细粒化,在自然应变速率条件下,动态重结晶温度可以低至300℃(Kelly and Clark, 1975Roscoe,1975)。黄铁矿通常在450℃以下以碎裂作用为主,动态重结晶一般高于550℃(McClay and Ellis, 19831984),最近研究发现黄铁矿在低温条件 (温度约为260℃,应变速率为10-12~10-16·s-1) 也可发生塑性变形 (Barrie et al., 2011)。因此,低温变形条件下可以形成铜山断裂带中黄铁矿碎裂,黄铜矿和闪锌矿塑性变形的矿物变形组合。

综合石英、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿的变形特征和石英EBSD组构分析,以及岩石劈理化为主的变形特征,本文认为铜山断裂活动导致的岩石矿物变形条件为低温条件,铜山断裂主体为脆性断裂。

5.2 金属硫化物再活化分析

组分从一处转移至另一处的过程称为活化,组分从先存矿体转移出并重新沉淀的过程称为再活化 (顾连兴等,2004)。目前学者提出的金属硫化物活化和再活化的迁移方式主要有:机械迁移 (固态)、化学迁移 (液态)、复合迁移、硫化物熔融迁移。机械迁移指组分在固态状态下以碎屑流或塑性流形式迁移。化学迁移指组分溶解在流体中,以流体相运移,在引张区如压力影和脉中沉淀矿物。复合迁移指固态和液体迁移共同作用。硫化物熔融迁移如峰期变质作用时硫化物部分熔融,低粘度硫化物熔体运移至引张区并冷却结晶,从而导致活化迁移,部分熔融及熔体冷却过程中会出现元素分异 (Frost et al., 2011Tomkins et al., 2007)。在自然体系里,多为复合迁移,机械和化学迁移相互促进,难以分开 (Marshall and Gilligan, 1987Marshall et al., 2000)。

铜山断裂带内变形的石英-黄铁矿-黄铜矿脉中,黄铁矿裂隙内充填黄铜矿和石英细脉,有的黄铜矿未直接与外侧黄铜矿相连,反映流体运移充填作用,为化学活化迁移特征。有石英-黄铜矿-辉钼矿-黄铁矿脉被改造成透镜体 (石香肠构造),显微镜下黄铁矿裂隙被塑性黄铜矿充填,裂隙中的黄铜矿与外侧黄铜矿相连,黄铜矿和辉钼矿呈旋转形态,内部包裹石英、黄铁矿,构成微型揉碾构造 (durchbewegung)(Vokes,1969Marshall and Gilligan, 1989顾连兴等,1995),反映变形过程中塑性 (或半塑性) 黄铜矿和辉钼矿向低压处固态迁移 (机械活化迁移),上述现象表明铜山铜矿床形成后金属硫化物经历了再活化。

目前金属硫化物再活化的研究成果多集中在区域变形变质作用对块状硫化物矿床的改造和活化 (Marshall et al., 2000Gu et al., 2007Tomkins,2007Zheng et al., 2013Zhong et al., 2015Cloutier et al., 2015),且以角闪岩相或高于角闪岩相变形变质条件居多,有些矿床识别出富CO2、甚至有纯CO2相的流体包裹体 (Marignac et al., 2003Xu et al., 2011Zheng et al., 2016),与原始VMS体系流体明显不同,代表金属硫化物活化迁移有关的变质流体。也有低级区域变质作用条件 (绿片岩相) 下金属硫化物再活化的报道,如加拿大Whalesback富铜VMS矿床 (Cloutier et al., 2015)。

动力变质作用 (断裂作用) 也可以导致金属硫化物再活化,如Bellot (2004)对法国Limousin南部地区的矿化剪切带进行研究表明,逆冲作用形成糜棱岩化石英岩,含黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等。黄铁矿沿着S、C、C’分布,赋存在石英周围的压力影区、截切面理的雁列张裂隙等引张区,且蚀变带平行于剪切带,显示构造和剪切带内的矿化耦合同期。断裂带上盘有相似矿化、未被改造的矿床,认为此矿床受逆冲断裂作用发生金属硫化物再活化,逆冲断裂带成为流体的运移通道、金属硫化物的沉淀空间。

此外,有实验表明,在构造应力作用下,硫化物可以发生化学再活化 (顾连兴等, 2005, 2008),如在~350℃和414MPa条件下,体系为高应变速率 (4.1×10-6·s-1) 并存在流体 (顾连兴等,2005) 或低应变速率 (1.4×10-6·s-1) 且无外来流体 (顾连兴等,2008),黄铜矿均可发生活化,表现为脉状填充在黄铁矿裂隙中,以及胶结黄铜矿和黄铁矿的碎粒。实验温度提高至464℃、556℃、682℃,该活化作用增强 (Zheng et al., 2012)。

因此,区域变质作用和动力变质作用皆能导致金属硫化物活化或再活化。铜山构造带内金属硫化物的再活化由此可能有两种成因解释:1) 矿区矿体形成后受到北西-北西西向区域变形作用发生金属硫化物活化,之后卷入铜山断裂带中。多宝山-铜山-争光区域处在北西-北西西向弧形构造带内,带内主要变形特点为劈理化、片理化,常见蚀变矿物绢云母、绿泥石定向现象,仅在局部出现糜棱岩或千枚岩 (黑龙江省地矿局第三地质调查所, 1995),整体具有动力变质作用导致的韧-脆性变形特征。铜山矿区钻孔中远离铜山断裂的矿体位置也观察到岩石变形,同时也见黄铁矿碎裂及裂隙中充填黄铜矿细脉现象,表明发生金属硫化物的再活化。2) 铜山断裂活动直接导致局部矿体内的金属硫化物活化。前文中分析的样品经过了筛选,选取的是代表铜山断裂变形特征的定向样品,黄铁矿旋转碎粒周围的圆弧形裂隙、张裂隙、微型共轭节理等明显与导致形成北东东向劈理、变形石英-硫化物脉的局部应力场协调匹配,属于铜山断裂应力体系。本文倾向于第二种解释,同时也认为早期区域变形作用导致金属硫化物再活化,即金属硫化物再活化可能有两期:早期为北西-北西西向构造所致,晚期铜山断裂导致断裂带附近矿体中金属硫化物再活化,相比早期金属硫化物再活化范围小,后续还需进一步研究。

①  黑龙江省地矿局第三地质调查所.1995.黑龙江多宝山及其邻区寻找大型斑岩铜矿的研究

5.3 矿体分布呈纺锤形态的原因

铜山斑岩铜矿床西北侧4km的多宝山斑岩铜 (钼金) 矿床,因剥蚀程度较高,成矿斑岩得以出露,矿体形态呈纺锤形,为北西向压扭构造改造所致 (杜琦等,2008)。曾有研究人员 (赵寅震,1977杜琦等,2008) 认为北西-北西西向压扭构造会延伸至铜山斑岩铜矿床,限于较弱的勘查、开采和研究程度,未有详尽报道。笔者在采坑观察到北西西向构造变形,地层形成紧闭褶皱,热液脉系 (石英-金属硫化物脉、晚期石英脉、石英-碳酸盐脉) 卷入其中,紧闭褶皱枢纽为北西西向,反映了北北东向的压扁和缩短,此方向的压扁作用导致铜山斑岩铜矿床呈纺锤形态。

5.4 铜山斑岩铜矿床改造模型及重建意义

早奥陶世,多宝山矿集区中-深成岩体和浅成斑岩体沿北西-北西西向构造带侵位,多个携带成矿流体的斑岩、岩枝侵位导致蚀变和矿化,形成斑岩矿床、矿点,呈北西-北西西向分布。铜山斑岩矿床矿化和蚀变早期呈典型面状、筒状分布,由内而外为钠钙化、钾化、绢云母化、绢云母-伊利石-绿泥石化带、青磐岩化,铜矿体主要分布在绢云母-伊利石-绿泥石化带,青磐岩化伴有金锌矿化。之后,北西-北西西向构造再次活动导致北西西向压扁作用,矿体被改造为纺锤形态。中晚三叠世之后,铜山断裂切穿铜山斑岩铜矿床,错开铜山斑岩成矿系统较外围的蚀变带-青磐岩化带和绢云母-伊利石-绿泥化 (中级泥化) 带,切断矿化带,使得上下盘矿体叠置 (图 14)。

图 14 铜山斑岩铜矿床改造模型 1-石英闪长岩;2-花岗闪长斑岩;3-安山岩及火山碎屑岩;4-火山角砾岩;5-含角砾凝灰岩;6-钠钙化;7-钾化、钾硅化;8-强硅化;9-石英-绢云母化;10-石英-伊利石-绿泥石化;11-绿泥石-绿帘石-碳酸盐化或青磐岩化;12-铜 (钼) 矿体;13-铜山断裂上盘矿体及编号;14-铜山断裂下盘矿体及编号;15-金锌银矿化;16-压扭性断层;17-铜山断裂上盘的运动方向和距离参考;18-水平断面及编号;19-预测矿体 (铜山断裂下盘);20-预测成矿斑岩 (铜山断裂下盘) Fig. 14 Transformation model of the Tongshan porphyry copper deposit 1-quartz diorite; 2-granodiorite porphyry; 3-andesite and pyroclastic rocks; 4-volcanic breccia; 5-tuff with breccia; 6-sodium and calcification; 7-potassic alteration, potassic and silicification alteration; 8-strong silicification; 9-quartz-sericite alteration; 10-quartz-illite-chlorite alteration; 11-chlorite-epidote-carbonate alteration or propylitization; 12-copper (molybdenum) orebody; 13-orebody and its No. in the hanging wall of the Tongshan fault; 14-orebody and its No. in the footwall of the Tongshan fault; 15-zinc-gold-silver mineralization; 16-compresso-shear fault; 17-kinematics direction of the hanging wall and distance reference; 18-horizontal section and No.; 19-forecast orebody (in the footwall of the Tongshan fault); 20-forecast porphyry related to mineralization (in the footwall of the Tongshan fault)

铜山斑岩铜矿床热液蚀变中心不明确,尚未发现成矿斑岩体和典型的钾化蚀变,使矿床研究和矿产勘查受阻。研究查明铜山断裂性质是解决此问题不可回避的技术关键。本文研究其运动学特征并进行复位,实现蚀变带-矿体重建 (图 11图 12),结果表明铜山断裂错开纺锤形态矿床 (北西西走向) 的东南部分,使该部分外围蚀变带和矿体抬升剥蚀,矿床北西西部分还未被勘查所完整控制,根据斑岩矿床矿体的分布规律推断下盘Ⅲ号矿体的南侧位置应有尚未发现的成矿斑岩和厚大矿体 (图 14)。

6 结论

(1) 铜山大型斑岩铜矿床位于中亚造山带东段多宝山矿田,铜山断裂为近东西走向的压扭性断裂,最典型的构造几何学特征为发育北东-北东东走向劈理、构造透镜体、以及岩脉及热液脉扭曲现象。

(2) 断裂带内石英、黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿的镜下变形特征和石英C轴组构特征显示低温变形条件,依据矿物和岩石变形特点判断铜山断裂主体为脆性断裂。

(3) 构造解析表明铜山断裂运动学特征为:上盘相对于下盘由南东向北西方向斜向逆冲。综合断裂上下盘地质体界线、矿化、蚀变和脉系分布特征等,判断上盘相对下盘斜向移动距离700~800m,垂向抬升550~700m,错开蚀变外带 (青磐岩化带、石英-绢云母-伊利石-绿泥石化带) 和矿化带。

(4) 复原铜山断裂上盘和下盘的空间位置至铜山断层活动前,重建铜山铜矿床蚀变带-矿体空间位置关系,初步判断铜山断裂活动前铜山矿床为纺锤形态。根据重建后矿化和蚀变的分布规律推断下盘Ⅲ号矿体的南侧位置应有尚未发现的成矿斑岩和矿体。

致谢 野外工作得到了黑龙矿业集团股份有限公司刘锐总裁、郭继海总经理、梁海军总工、总工助理唐辉和齐永生、崔革和金山岩高工、佟匡胤工程师的大力支持;崔革高工在野外给予了悉心讨论启发;赵俊兴副研究员、李真真博士后、金露英博士给出了建设性意见;中国地质科学院地质研究所梁凤华老师在EBSD实验和解释方面给予了帮助;审稿专家徐兴旺研究员和林伟研究员耐心、细致审阅并给出了建设性修改意见和指导;在此一并衷心感谢。
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