甘肅陽山金礦帶不同構造背景下方解石顯變形特征研究

摘要：陽山金礦帶位于陜、甘、川“金三角”地區，是我國超大型金礦床。大地構造位置處于揚子板塊、中朝板塊、松藩地塊的聚合地帶，屬西秦嶺南亞帶。礦區內方解石產出于三種不同構造環境的巖層：無明顯構造現象的巖層，發生褶皺的巖層和斷裂發育的巖層。根據對礦區內這三種不同環境下產出的方解石進行研究，得出如下結論：（1）研究區內構造活動明顯的區域，方解石發生了明顯的變形，產生了與構造背景相符的顯微特征，正確反映了構造運動的變遷；（2）研究區內構造活動不明顯的區域，方解石同樣發生了一定程度的變形，反映了宏觀構造背景對其顯微特征的影響；（3）位于褶皺和斷裂構造位置的方解石，其顯微特征存在較大差別，但基本上符合各構造期次的變化特征。可能是由于褶皺所受到的構造疊加較強，其方解石變形比斷層處的更為復雜；（4）灰巖樣本中方解石脈體較發育，筆者判斷其為灰巖受構造活動影響而原地生成。

陽山金礦帶位于川、陜、甘金三角地區，在甘肅省文縣北部，是我國超大型金礦床，現排名世界第六，亞洲第一。據估算，陽山金礦已探明的黃金資源量潛在經濟價值達500億。

1.礦床地質特征

陽山金礦帶位于陜甘川交界地帶，在大地構造位置上地處揚子板塊、中朝板塊、松藩地塊的聚合地帶，屬西秦嶺南亞帶。區域構造位置處于秦嶺東西向構造帶南緣、松潘——甘孜褶皺系東側與龍門山北東向構造帶相交匯部位的文縣弧形構造內。陽山金礦帶地理坐標為東經104°30′00″～104°50′00″，北緯33°00′00″～33°08′00″。

1.1地層

陽山金礦區出露的地層為中泥盆統三河口群（D：S）的第三、第四巖性段，巖性主要為淺灰、深灰色、紫色、灰黑色千枚巖、中厚層狀灰巖、灰白色石英砂巖。

1.2巖漿巖

礦區內僅出露部分酸性巖漿巖脈，巖漿活動相對較弱，礦區內巖漿巖主要為變質花崗斑巖巖脈、蝕變流紋巖和石英巖脈及少量的蝕變細粒斜長花崗巖巖脈、蝕變細粒二長花崗巖巖脈和弱礦化絹英巖巖脈。

1.3地質構造

研究區位于中國揚子大陸——華北大陸——松藩甘孜地塊三大板塊的會聚轉化部位。在中晚三疊世，伴隨華北板塊與揚子板塊的碰撞拼合，秦嶺西側的古特提斯洋閉合，勉略縫合帶形成，而康縣——琵琶寺——南坪一帶洋脊型和洋島型玄武巖的發現，使得秦嶺勉略縫合帶向西經文縣延伸到南坪地區并與阿尼瑪卿相連，成為一條橫亙與我國中部的印支縫合帶。該縫合帶在文縣一帶由一系列弧形斷裂構成，構成了本區的主要構造格架，而研究區正位于弧形斷裂轉換調節地帶的安昌河——觀音壩斷裂帶之上，其多表現為一系列斷裂構造和褶皺。

2.方解石特征與構造背景關系研究

方解石是分布最廣的礦物之一，具有各種不同的成因類型。主要為：沉積型，海水中的碳酸鈣達到過飽和時，可沉積形成大量的石灰巖、鮞狀灰巖等；熱液型，常見于中、低溫熱液礦床中，呈脈狀或見于空洞里，具良好的晶型；巖漿型，方解石為巖漿成因的碳酸巖和碳酸鹽熔巖中的主要造巖礦物，常與白云巖、金云母等共生；風化型，石灰巖、大理巖在風化過程中地下水溶解易形成重碳酸鈣進入溶液，當壓力減小或蒸發時，大量二氧化碳逸出，碳酸鈣可再沉淀下來，形成鐘乳石、石筍、石柱等。

方解石一般呈無色或白色，有時被Fe、Mn、cu等元素染成淺黃、淺紅、紫、褐黑色。無色透明的方解石稱為冰洲石。解理（1011）完全；在應力影響下，沿（0112}聚片雙晶方向滑移成裂開，硬度3。相對密度2.6～2.9。某些方解石具發光性。

方解石屬三方晶系，Np//c，呈不規則等軸粒狀，或具有菱形的晶體，或為六方柱與復三方偏三角面體及菱面體的聚形。方解石在薄片中無色透明，具菱形解理，閃突起負低——正中突起；高級白干涉色；常具聚片雙晶；一軸晶負光性。

自Griggs（1936，1938）對方解石進行流變實驗以來，許多人都對方解石的變形行為和變形機制進行了研究。在實驗變形巖石方面，D.J.Barber和H.R.Wenk（1973）發表了利用透射電子顯微鏡（TEM）對Solnhofen石灰巖實驗變形的研究，C.Goetze和D.L.Kohlstedt（1977）研究了Yule大理巖實驗變形的位錯構造特征；在自然變形巖石方面，D.J.Barber和H.R.Wenk（1976）研究了自然變形石灰巖中方解石的缺陷，許志琴（1984）對西藏大理巖進行了TEM的觀察。方解石在變形中最容易發生雙晶滑移，據Barber等（1981）的實驗表明，發生平移的臨界剪切應力值比雙晶滑移所需的要高得多，在溫度較低時尤為明顯。方解石中最常見的雙晶滑移為e雙晶滑移。自七十年代以來，Turner、Karl等人對石灰巖、大理巖等進行了三軸應變實驗，提出了方解石e面雙晶C-T圖解法；Jamison和Spang提出了利用e雙晶估算差異應力的方法。后來的地質學家根據他們提出的原理，編制了進行e雙晶動力學分析的計算機程序，并對天然構造巖中的方解石做了大量的工作，如我國許志琴等對東秦嶺變形構造的研究，Burger和Hamil（1967）對美國蒙大拿州干溪嶺背斜的研究等。徐靄君（1982）通過觀察廣東云浮大理巖中方解石的顯微特征，研究其成因特點。孫樹林、董火根、盧華復（1990）通過透射電子顯微鏡，研究了川東斷層巖中方解石的超顯微構造特征，揭示了方解石的多種位錯亞構造。杜國云（1996）則研究了南京湖山地區方解石的晶內變形現象，并以此計算了古差異應力；J.M.Gonza’lez-Casado等（2006）也對西班牙東南部第四紀沉積中的方解石顯微特征進行了研究，并以此作為新構造運動的標志。衛宏、渠天祥（1994）和宋鴻林（1982）等人也在利用方解石e雙晶測定古應力方面進行了研究。實驗研究與實際工作均表明：方解石e雙晶是一種有效的古應力計。Schmid等（1980，1987）對灰巖和大理巖進行了壓縮和簡單剪切變形實驗。在對Carara大理巖的軸壓縮變形實驗中，隨著溫壓等條件的改變，產生了不同的顯微構造；在對灰巖及大理巖的簡單剪切變形實驗中，樣本在不同的溫壓條件下顯示出不同的顯微特征。根據受變形影響后的方解石晶的外形特征，可將其分為I型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型4種類型。它們反映的最大變形溫度分別是<200℃、150～300℃、>200℃和>250℃。這一結論可適用于未變質的、宏觀上未變形或微弱變形巖石的顯微構造研究。天然變形巖石中的方解石其顯微構造現象與試驗變形所得結果極為相似，如Heitzman（1987）報道的綠片巖相條件大理巖糜棱巖中方解石的顯微構造，即隨著應變的加大，由開始的機械雙晶到雙晶消失，并最后形成形態及光軸組構。方解石是一種較易發生塑性流動的礦物，因而也常見碳酸鹽糜棱巖的變晶糜棱巖。

2.1主要研究方法

主要研究方法為光學顯微鏡觀察法。筆者利用偏光顯微鏡對樣本所切制的薄片進行觀察，研究樣本中方解石具有的顯微特征，并以此作為方解石在各種構造背景下顯微變形研究的基礎。

2.2方解石圍巖巖性

本次研究所采樣本巖性如下：

D1008-R1：灰黑色灰巖透鏡體，隱晶質結構，塊狀構造，發育方解石脈；

D1010-R1：灰色薄層灰巖，隱晶質結構，薄層狀構造，發育方解石脈；

D4014-R1：灰黑色薄層板狀灰巖，隱晶質結構，板狀構造，垂直層面可見方解石脈充填；

D4068-R1：灰黑色薄層灰巖，隱晶質結構，薄層狀構造；

D5224-R1：灰色薄層灰巖，隱晶質結構，薄層狀構造，表面可見方解石條帶；

D8004-R1：灰黑色薄層灰巖，隱晶質結構，薄層狀構造。

2.3方解石采樣構造背景

本次研究所采樣本大致取自于以下3種構造背景：無明顯構造現象的巖層，發生褶皺的巖層和斷層發育的巖層。

（1）正常巖層（無明顯構造現象）

D4014-R1：薄層板狀灰巖，產狀100°∠60°，發育方解石脈。

D4068-R1：薄層灰巖，發育方解石脈。

D8004-R1：薄層灰巖，產狀315°∠70°，發育方解石脈。

（2）發生褶皺的巖層

DIOIO-R1：薄層灰巖，發育“z”型褶皺，北翼發育羽狀方解石脈。

（3）斷層發育的巖層

D1008-R1：可見一逆斷層，斷層面產狀35°∠48°，上下盤面上發育方解石脈，厚度約2mm；正斷層產狀350°∠80°，上部發育灰巖透鏡體，透鏡體中可見石英脈穿插。樣本取自該透鏡體中。

D5224-R1：正斷層上盤灰巖條帶與千枚巖互層，灰巖中有方解石條帶（250°），定向標本產狀21°∠66°，發育牽引褶皺。

2.4方解石顯微特征（照片1-6）

D1008-R1：可見大量方解石顆粒，呈無色透明粒狀，粒徑約為0.2mm～0.4mm，發育兩組解理，解理夾角為60°（120°），負低突起，干涉色為高級白，聚片雙晶發育。可見大量解理彎曲現象，少數晶粒發育扭折帶，可見一組e雙晶，部分方解石顆粒的邊界較為平直，呈規則的多邊形狀。

D1010-R1：無色透明，形狀不規則，粒徑小于0.1mm，未見解理發育，負低突起，干涉色為高級白。方解石總體上沿同一方向展布。

D4014-R1：可見大量方解石，呈無色透明粒狀，粒徑約為0.1mm，未見解理發育，負低突起，干涉色為高級白。80%以上的方解石顆粒在同方向上拉長且呈條帶狀分布，外形與S-C面理類似。可見一組排列緊密的石英，沿相同方向拉長。

D4068-R1：可見大量方解石顆粒，呈無色透明粒狀，粒徑約為0.1mm～0.5mm，多發育一組解理，少量顆粒發育兩組解理，解理夾角為60°（120°），負低突起，干涉色為高級白，聚片雙晶發育。解理面和雙晶面存在彎曲現象，可見一組e雙晶發育。方解石顆粒沿同一方向被拉長。

D5224-R1：可見大量方解石顆粒，呈無色透明粒狀，粒徑分布不均，0.1mm～1mm皆有，粒徑較大的發育一組或兩組解理，解理夾角為60°（120°）；粒徑較小的方解石顆粒充填于大顆粒之間。負低突起，干涉色為高級白，可見聚片雙晶。發育一組e雙晶。

DS004-R1：可見大量方解石顆粒，呈無色透明粒狀或板狀，粒徑約為0.5mm～1.5mm，發育一組或兩組解理，解理夾角為60°（120°），負低突起，干涉色為高級白，可見聚片雙晶。部分方解石顆粒的邊界較為平直，呈規則的多邊形狀。

2.5方解石特征與構造背景分析

由構造期次資料可知，該區主要褶皺和斷裂構造形成于印支期（D1），主應力方向為近Ns向，形成了NEE向、NWW向和近WE向的擠壓性斷裂和近NS向的張性斷裂以及近WE向的褶皺。而燕山期（D2）和喜山期（D3）的近WE向應力活動疊加于印支期構造之上，形成了近NE向的擠壓性斷裂和近WE向的張性斷裂，并使得近WE向的構造進一步發展。

D1008-R1取自近NS向的正斷層和逆斷層之間，所受應力方位應為NS向。在該樣本中，可以觀察到方解石的大部分晶體光學特征，且存在解理變形和少量扭折帶，說明樣本在斷裂構造活動中產生了韌性和塑性變形；其中韌性變形較多，說明樣本受應力作用時處于較高的溫度環境，同時方解石顆粒存在一定的靜態重結晶現象，說明在初次變形后，樣本仍處于較高溫環境中。然而在樣本中也可觀察到e雙晶，說明在靜態重結晶后的時期溫度降低，并受到了應力作用的影響發生了雙晶滑移，與研究區構造期次變形過程大致相符。

D5224-R1取自近NS向的正斷層上盤灰巖條帶中，所受應力方位應為NS向。在該樣本中，除方解石外可以觀察到一定量石英、長石等其他礦物，較D1008-R1種類豐富。樣本中生長雙晶和波狀消光現象明顯，且礦物粒徑差別較大，解理、雙晶變形發育。晶型較好，粒徑較大的礦物顆粒間隙中充填了大量細粒方解石和石英。與D1008-R1相似，樣本在受構造運動作用時處于溫度較高的環境，其成分較前者更加多樣，同時局部細粒物質存在定向拉長的現象，在斷裂形成時應受到較大的應力作用。由于雙晶發育，方解石形成后受構造作用改造時的溫度應小于700℃，而存在大量細粒晶體也說明樣本后期經歷了降溫過程，重結晶程度較低。

相對于D1008-R1和D5224-R1，D1010-R1取自于變形復雜的褶皺構造中。該褶皺近WE向，為NS向應力擠壓而成，在后兩期構造運動中又受到近WE向應力的作用，使得褶皺的形態更加復雜。樣本的鏡下特征也十分復雜，難以觀察到具有完整晶型的方解石，其形狀基本為它形，沿同方向拉長并平行排列。這可能是由于樣本形成于構造作用過程中，發生了動態重結晶所致，而后期的溫壓環境不足以使其再結晶，因而保持了初形成時的復雜構造。后期的WE向構造運動所造成的影響與取自斷層的樣本相似，在構造活動末期溫度較低，未能促成方解石的變形。

D4014-R1、D4068-R1和D8004-R1取自于構造活動不明顯的巖層中。這3個樣本產狀各不相同，但均發育方解石脈體。D4014-R1方解石粒徑較小，多數晶粒被拉長且沿同方向排列展布，在局部與S-C面理有相似之處。樣本中還可觀察到數個排列在一起的長條狀石英。在樣本的某些區域可見細粒方解石和石英構成的脈體，與大多數方解石顆粒的變形方向成穿插關系，這表明樣本可能經歷了壓縮——張裂——裂隙充填的過程。D4068-R1中的方解石顆粒晶型比前者完整，粒徑較大，可以觀察到解理和雙晶的變形，未見扭折帶，這說明樣本處于韌性變形和塑性變形的過渡狀態。部分顆粒有一定程度的破碎，且細粒晶體和粒徑較大的方解石都沿一定方向發生了拉長，表明了樣本所處的環境中存在定向構造應力的影響。D8004-R1的方解石顆粒較大，且晶粒邊緣平直，形狀規則，應為宏觀構造運動結束后處于高溫下，發生了靜態重結晶作用。由于該樣本的方解石顆粒比D1008-R1和D5224-R1的大，可以認為其重結晶時所處環境的溫度比前兩者都要高。同時，樣本中可觀察到很少量的解理、雙晶變形現象，這說明其受直接應力的影響并不明顯，而是主要由于溫度的作用產生了變化。以上3個樣本未處于明顯的構造中，其方解石顯微特征的變化主要受宏觀構造背景的影響。3者均存在晶粒的定向變形，樣本所處巖層皆發育方解石脈。但該區巖漿活動較弱，樣本采集位置也未見外源熱液及礦化作用，因此可以認為方解石脈的形成是由于整體構造應力的作用，使得巖石張裂并在后期的活動中被充填。方解石的來源可能為原巖，是受構造作用影響析出后重結晶的產物。

2.6地質意義

方解石廣泛存在于地層中，由于其易受構造作用影響而變形，且能反映構造活動中溫度和壓力等因素的變化情況，因此可以作為有效的古應力、古溫度研究素材。通過分析特定礦物方解石的微觀特征，與宏觀的構造背景進行對比，可以更好地研究構造運動的發展變化，為區域構造特征的研究提供一定的幫助。

3.結論

（1）研究區內構造活動明顯的區域，方解石發生了明顯的變形，產生了與構造背景相符的顯微特征，正確反映了構造運動的變遷；

（2）研究區內構造活動不明顯的區域，方解石同樣發生了一定程度的變形，反映了宏觀構造背景對其顯微特征的影響；

（3）位于褶皺和斷裂構造位置的方解石，其顯微特征存在較大差別，但基本上符合各構造期次的變化特征。可能是由于褶皺所受到的構造疊加較強，其方解石變形比斷層處的更為復雜；

（4）灰巖樣本中方解石脈體較發育，筆者判斷其為灰巖受構造活動影響而原地生成。