小秦嶺鴻鑫金礦區韌性剪切帶S－C組構與構造應力場的探討

林銳華，何海坡，王鐵軍，朱 斌

（1．中鋼集團天津地質研究院，天津300181；2．靈寶黃金股份有限公司，河南 靈寶472500）

0 引言

研究特定地區某一時期的局部應力場，特別是研究與成礦有關的某一時期的應力場，有助于對礦體形態變化趨勢的判斷和對成礦構造的研究。本文采用了研究韌性剪切帶中的S－C面理的各個要素，來反演該韌性剪切帶形成時的礦區應力場，從而利用這一結果對礦體形態變化趨勢作出判斷，指導找礦預測工作。

1 礦區地質概況和構造特征

1．1 礦區地質概況

鴻鑫金礦區位于豫、陜交界靈寶—潼關一帶的小秦嶺地區，屬于小秦嶺—熊耳山成礦帶小秦嶺成礦亞帶小秦嶺金礦田。礦區周圍有文峪、東闖、四范溝、槍馬、楊砦峪、秦嶺、大湖、靈湖等金礦。鴻鑫金礦位于五里村南，松樹凹向斜之北翼，基本為原紅土嶺金礦的位置。所在區域構造發育，北有太要斷裂、南有小河斷裂，二者均為區域性大斷裂，呈近EW走向，與礦區內主要的韌性剪切帶和礦體的走向上基本一致（圖1）。

鴻鑫金礦區內主要出露新太古界太華群渙池峪組、觀音堂組變質巖系，主要巖性為黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖等。區域規模較大的巖體有文峪花崗巖體和娘娘山花崗巖體，均為燕山期產物。區內金礦類型以蝕變巖型和石英脈型為主，礦體形態和產狀受EW向的韌性剪切帶控制。

1．2 韌性剪切帶變形特征

研究區內韌性剪切帶規模較大，以S8201脈為例，沿走向長＞6km，寬20～60m，總體產狀走向近EW，傾向S，傾角45°～60°［1］。剪切帶由多個強弱相間且平行的糜棱巖帶組成，一般韌性剪切帶靠近上盤和下盤分別發育數米寬較強的韌性變形帶，局部在上、下盤之間也見較強的糜棱巖帶，韌性剪切帶兼具韌脆性變形特征。

S8201脈受近EW向韌性剪切帶控制，其形成時期較早，為成礦前形成，但其在成礦期又有活動，是本區最重要的成礦構造帶。該構造帶早期形成時是以韌性剪切帶發育為特征。構造帶寬度較大，可達幾十米至上百米。該剪切帶由強變形帶（糜棱巖帶＋片理化帶）和弱變形帶（主要為弱變形塊狀斜長角閃片麻巖或含石英條帶斜長角閃巖）組成。強變形帶主要是由以斜長角閃片麻巖或花崗片麻巖為原巖變形而成的糜棱巖帶或片理化帶。當斜長角閃片麻巖或花崗片麻巖所夾的斜長角閃巖厚度較小時，斜長角閃巖則形成片理化黑云母和綠泥石，甚至為 絹云母，也構成強變形帶的一部分。

圖1 小秦嶺地區區域地質略圖Fig．1 Regional geological sketch of Xiaoqinling area

1．3 韌性剪切帶與金礦化的關系

該期構造形成時，處于深層次構造水平，溫壓較高，因而不利于金成礦物質的沉淀，金礦化較弱。但由于其生成時變形較強，規模較大，因而為后期金礦化提供了熱液運移通道和儲礦空間，控制了該區礦化帶的空間展布。該帶形成發展演化的時間較長，在晚期應力場作用下重新活動、疊加了不同階段的脆韌性和脆性剪切構造，形成復合型剪切帶，表現為在近EW剪切帶中既可見到石香腸狀構造也可見到碎裂巖（圖2），而且常見到多組構造面在帶內交互出現。在晚期剪切帶疊加時伴隨有大量含金熱液的活動，因而在成礦期剪切帶疊加部位熱液活動頻繁，形成含金石英脈型金礦化、細脈浸染型金礦化和蝕變巖型金礦化［2］。因此近EW向韌性剪切帶是本區主要金礦脈發育的控礦構造。

1．4 韌性剪切帶內的S－C組構

韌性剪切帶是高度非均勻的變形地帶，主要由強烈變形巖石—糜棱巖構成，韌性剪切帶內發育非共軸持續變形［3］。由于非共軸變形過程中巖石各個部位受壓剪作用力不均勻而產生了強弱不均勻的變形區域。在韌性剪切帶內，強變形帶（Sc帶）和弱變形帶（Ss帶）一般都是相間出現的。在鴻鑫金礦區S8201脈的一個完整韌性剪切帶內經常可以見到多組Sc帶和Ss帶相間產出。其宏觀表現為：在韌性剪切帶內的不同位置，巖石所受韌性剪切作用不同，在后期成礦熱液的作用下體現出礦化不均勻的特性（圖3）。

圖2 韌性剪切帶內的變形石英脈及碎裂巖Fig．2 The deformed quartz vein and cataclasticrock in ductile shear zone

Ss面理是統計性的貫穿面理，受應變橢球體主軸的控制，在變形巖石表現為重結晶顆粒的定向排列［4］，在本礦區體現為石英呈短脈狀、透鏡狀定向排列。Sc面理為非連續性剪切應變面理，由一系列平行于剪切帶邊界的剪切應變帶間隔排列而成［5］，在本礦區表現為層狀礦物的定向排列，如絹云母的定向排列。

圖3 986中段8201脈大巷穿脈剖面圖Fig．3 Ort 8201at level 986m

2 S－C組構中各要素與應力場之間的關系

在研究某個礦區的礦床成因過程中，研究礦床的構造應力場是一個較為關鍵的步驟。構造應力場的確立，對于解釋礦體形態和預測礦體空間變化趨勢是十分重要的。在研究典型的與韌性剪切帶有關的礦床中，多采用韌性剪切帶內剪應變力的方向來表征構造應力場的方法。一般認為，韌性剪切作用產生的物理效應可以分解為壓應力作用和剪應力作用，當剪應力方向（σ1）與剪切應變的方向無限接近時，剪應力（σ1）在剪應變方向上的分量無限接近最大，而此時壓應力（σ2）為最小（接近于0）。而剪應變值γ與Ss－Sc面理夾角θ的關系為［6］：

由此我們得出，當Ss－Sc面理夾角θ為45°時，剪應變值γ等于0。也就是在Ss的中點位置（圖4中A點）剪應變值為0。而A點所在的平行于上下2個Sc面的虛線上的所有點在平行于Sc面的方向所受的剪應變值也均為0。

圖4 韌性剪切帶內剪應變值最小位置示意圖Fig．4 Sketch showing position of minimum strain in ductile shear zone

表1 剪應變值與面理夾角測定值Table 1 Shear strain and Ss－Sc included angle measurements

我們在小秦嶺鴻鑫金礦區井下工作過程中在1350中段、986中段、848中段及650中段分別選出韌性剪切變形特征明顯的韌性剪切帶，在帶內量取變質巖韌性剪切帶內某點韌性剪切作用的形變方向與Sc面夾角θ、該點到同側Sc面的垂直距離，根據θ角求出該點形變值γ，綜合整理的結果見表1。利用這些點到同側Sc面的垂直距離與剪應變值γ建立直方圖（圖5）。

圖5 各點剪應變值與該點離Sc面距離關系圖Fig．5 Plot showing shear strain value for each points and distance of the point to Sc

由圖5可以看出，γ值在離開Sc面超過60cm后小于2，且其曲線趨于平緩，曲線所代表的γ值接近最小，換言之，當受力點遠離Sc面時，其受剪切力作用在平行Sc面的方向上的分量最小，而在垂直Sc面方向上的分量最大，垂直Sc面方向的分量接近壓應力σ2的方向。因此在研究礦區應力場的時候，礦區應力場的大小和方向均可以近似地以韌性剪切帶中A點所處平面的垂直于Sc面方向的分量來代替。

圖6 Ss面理法線產狀統計（下半球投影）Fig．6 Occurrence statistics of normal of Ss

根據S8201脈穩定的Ss面理產狀統計，求得構造主壓應力場大致產狀σ1為355°～5°∠20°～25°（圖6）。

3 討論

從礦脈的產狀（走向近EW，傾角中等偏陡）反推成礦期的構造應力場應該為SN向緩傾擠壓或相對擠壓環境，這與采用求應力方法所求出的應力場σ1：355°～5°∠20°～25°基本一致。

由此，我們得出結論：在研究一個韌性剪切型礦區應力場的時候，除了采用常規手段外，我們也可以通過該礦區的一些典型韌性剪切現象來判斷該礦區的構造應力場。該礦區內韌性剪切作用期的構造應力場的大小和方向可以認為與韌性剪切帶內Ss面理區域的中點位置所受的力近似一致。

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