論熱液角礫巖構造系統及研究內容、研究方法和巖相學填圖應用

方維萱

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論熱液角礫巖構造系統及研究內容、研究方法和巖相學填圖應用

方維萱1, 2

(1.有色金屬礦產地質調查中心, 北京 100012; 2.北京礦產地質研究院, 北京 100012)

含礦熱液角礫巖類和非含礦角礫巖類的成巖成礦機制、獨立填圖單元確定和構造巖相學填圖等問題, 一直是困惑地質學家的難題。有效解決這些難題, 對于研究和恢復礦田構造具有重要價值。在熱液角礫巖成巖成礦系統中, 熱液角礫巖類不但是流體–巖石的多期次地球化學耦合與疊加作用、強烈流體交代作用的物理–化學反應庫, 也是各類疊加地質作用過程和結果的構造巖相學物質記錄。因此, 對其深入研究有助于提升成巖成礦系統理論認識水平。在綜述以往研究基礎上, 本文提出了熱液角礫巖構造系統概念、研究內容、研究方法和技術組合。在對角礫巖相系分類基礎上, 針對熱液角礫巖相系的復雜性, 通過巖相學填圖實例解剖, 總結專項填圖中構造巖相學填圖單元建立方法和填圖技術, 探索采用巖相學填圖恢復熱液角礫巖構造系統的新方法及技術組合。通過專項研究認為熱液角礫巖系統主要形成有利的構造地質背景有: (1)復式侵入巖體在多期次巖漿侵入過程中, 巖漿結晶分異和不混溶作用、巖漿冷卻與圍巖–先存構造多重耦合過程、同巖漿侵入期的脆韌性剪切帶耦合、侵入巖體在后期構造–流體疊加過程等, 對于形成熱液角礫巖構造系統有利; (2)在火山巖相系中, 早期次火山侵入體、晚期次火山巖侵入體和后期巖漿侵入巖體等, 對于形成熱液角礫巖體構造系統十分有利; (3)在沉積盆地后期疊加改造過程中, 先存火山角礫巖、巖溶角礫巖和沉積角礫巖相系等, 在后期盆地流體注入和多期次巖漿侵入過程中, 有利于形成疊加熱液角礫巖體構造系統; (4)在多期次的構造–巖漿–角礫巖雜巖帶中, 有利于形成熱液角礫巖構造系統。研究認為多期次巖漿侵入體、火山–次火山巖侵入體和盆地中熱流體是形成熱液角礫巖構造系統的主要機制, 包括與多期次復式侵入體有關的巖漿熱液角礫巖構造系統、火山–次火山熱液角礫巖構造系統、構造熱液角礫巖構造系統和復合熱液角礫巖系統等, 它們均屬礦田構造類型, 也是多礦種共生礦床的成巖成礦機制。采用構造巖相學專項填圖技術, 對不同類型熱液角礫巖構造系統及成巖成礦中心進行重建, 有助于尋找和發現深部隱蔽構造和隱伏鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床找礦預測。

熱液角礫巖構造系統; 構造巖相學填圖; 角礫巖相系分類; 鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床; 找礦預測

在鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床(Hitzman et al., 1992; Vila et al., 1996; MacCready et al., 1998; 張興春, 2003; Oliveros, 2005; Laughton et al., 2005; Williams et al., 2005; Ramírez et al., 2006; Benavides et al., 2007; Luis et al., 2008; Chen et al., 2010; Groves et al., 2010; 王獎臻等, 2012)、淺成低溫熱液型金銀礦床和斑巖鉬銅金礦床(Candela et al., 2005)、金和銻–螢石–硫鐵礦礦床(梁華英等, 2000; 方維萱等, 2000; Fang et al., 2008; 王登紅等, 2012)、熱水沉積–改造型鉛鋅礦床、砂礫巖型銅鉛鋅礦床、鈾礦和金剛石礦床中, 發育熱液角礫巖、巖漿熱液角礫巖、隱爆角礫巖、沉積角礫巖等, 其中角礫巖類和角礫巖體(筒、帶)不但是重要的含礦巖石類型,也是主要儲礦構造樣式。含礦角礫巖類和非含礦角礫巖類, 它們的成巖成礦機制差異、是否屬同一地質體、如何制訂獨立填圖單元進行巖相學填圖等一直是困惑地質學家的難題。有效解決這些難題, 對于礦田(床)構造系統研究具有重要價值。熱液角礫巖類不但是成巖成礦系統中流體–巖石的多期次地球化學反應、流體交代作用和相互耦合作用的物理–化學界面, 也是這些地質作用過程和結果的巖相學物質記錄。因此, 對其深入研究有助于提升成巖成礦系統理論認識水平, 尋找深部隱蔽構造和隱伏礦床。

在全球范圍內, 一些角礫巖帶規模較大, 屬于獨立構造巖層或構造巖石地層單元, 如加拿大育空地區Wernecke 角礫巖帶(Hunt et al., 2005)和澳大利亞奧林匹克壩 IOCG礦床角礫巖雜巖體(Hitzman et al., 1992)等。在云南東川地區因民–落雪–石將軍和濫泥坪–湯丹兩個復式倒轉背斜構造帶的軸部, 角礫巖雜巖帶斷續長度達40 km。在云南易門–四川拉拉地區, 刺穿構造帶中廣泛發育各類角礫巖帶, 這些角礫巖帶與銅礦床和鐵銅礦床具有十分密切的關系, 但對成因機制的認識觀點眾多(吳懋德和李希勣, 1983; 龔琳等, 1996; 李志偉等, 2002; 王雷等, 2010, 2011; 韓潤生等, 2000, 2011, 2014; 侯林等, 2013)。在 IOCG礦床中, 熱液角礫巖類是十分重要的典型標志之一。因此, 從成巖成礦機制角度看, 對IOCG礦床內各類角礫巖進行研究, 建立角礫巖類的相系類型并作為獨立填圖單元, 通過構造巖相學專項填圖, 對恢復礦田(床)構造中熱液角礫巖構造系統有特殊作用。

本文在對角礫巖類研究和礦山井巷工程巖相學填圖的基礎上(方維萱等, 2000; 方維萱, 2012a, 2012b, 2014; 方維萱和劉家軍, 2013; 方維萱和李建旭, 2014; 杜玉龍等, 2014; 王同榮等, 2014), 初步總結了角礫巖相系分類方案、研究方法、填圖技術和應用效果, 以智利科皮亞波和云南東川地區為例,深入討論了巖漿熱液角礫巖構造系統對鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床的控制作用。

1 角礫巖相系的成因相分類

巖漿熱液角礫巖類深受前人關注, 其角礫巖化作用是在滑落、冷卻、研磨、爆破和磨蝕等作用時,巖石發生破裂和裂解過程, 其形成機制有沉積、構造、地震、巖漿和火山作用等地質作用(Sillitoe, 1985; Landtwing et al., 2002; Cooke and Davies, 2005)。制訂合理的角礫巖類的相系分類方案具有重要作用。本文從成巖成礦機制和構造巖相學相系角度, 將角礫巖類劃分為沉積角礫巖、巖溶角礫巖、熱水角礫巖、構造角礫巖、火山角礫巖、巖漿角礫巖、變質角礫巖、液壓致裂角礫巖和多因復成角礫巖等 9大類相系。多因復成角礫巖相系是由前8種相系多期同位疊加所形成。其相系主要特征如下。

1.1 沉積角礫巖相系

主要包括: ①在古風化殼附近, 因殘積與正常沉積混合作用, 形成了殘積角礫巖相, 包括殘積角礫巖、淋濾殘積角礫巖等, 常與古風化殼和古土壤層形成的黏土巖等共存。②正常沉積作用所形成的沉積角礫巖相包括底礫巖、層間礫巖、泥石流(碎屑流)角礫巖、水下水道礫巖、礫屑灰巖、含礫濁積巖系、粗碎屑巖系(角礫巖–礫巖–含礫砂巖–粗砂巖組合)等。③沉積物軟泥在同生構造作用下或斜坡環境中, 因重力失穩等因素導致沉積物遭受擾動而發生再運移后, 在同生構造–再沉積作用下形成了(準)同生沉積角礫巖相, 包括同生角礫巖、滑塌角礫巖、水下泥石流角礫巖、同生礫屑灰巖、風暴角礫巖等,它們常具有沉積物塑性變形的流變層理和包卷層理等特征。④在古火山或古地震作用下, 形成了沉積火山角礫巖相和震積角礫巖相, 在沉火山角礫巖中常含有復成分角礫, 被凝灰質和黏土質、砂質和粉砂質等充填和膠結。⑤在震積角礫巖中, 常發育構造巖塊、陡崖崩塌巖塊、巨大角礫和地震巖席構造等, 膠結物變化較大。在沉積角礫巖相系中, 上述5種沉積角礫巖相, 對于大地構造相、沉積盆地和構造–古地理單元恢復具有重要指示意義, 如同生沉積角礫巖相是確定同生斷裂的重要依據之一; 震積角礫巖相是恢復古地震帶位置的主要依據; 殘積角礫巖相–粗碎屑巖的巖石組合常指示了沉積盆地邊緣與古陸之間的過渡部位。在新疆薩熱克砂礫巖型銅多金屬礦床, 上侏羅統庫孜貢蘇組碎裂巖化相褪色化雜礫巖是該類型礦床主要儲礦構造巖相學類型,原巖為扇中亞相紫紅色雜礫巖類, 在后期脆性構造變形域中形成了碎裂巖化相, 并經歷了低溫富烴類還原性盆地流體作用(褪色化), 輝銅礦主要呈熱液膠結物形式產于沉積礫石間, 或呈細脈狀產于裂隙帶中, 在裂隙面上發育輝銅礦拉伸線理。其碎裂巖化相褪色化雜礫巖的原巖為復式疊加扇的旱地扇扇中亞相雜礫巖類, 以中礫巖為主, 近蝕源巖區的扇頂亞相以巨礫巖和中礫巖為主。

1.2 巖溶角礫巖相系

巖溶角礫巖相系分布范圍較為有限且相體形態極不規則, 多限于古喀斯特構造中, 主要由崩塌角礫巖相、洞穴沉積角礫巖相、巖溶角礫巖相、巖溶角礫巖化相等組成, 相變極其強烈, 常需要開展1∶100～1∶500構造巖相學編錄才能有效圈定其相體分布, 但對恢復重建古喀斯特構造系統和區域不整合面具有重要作用。巖溶角礫巖相系對后期構造流體作用或熱液疊加成礦作用十分有利, 如貴州晴隆銻礦床中, 在中二疊統茅口組頂部發育巖溶角礫巖相系, 其相體呈似層狀和局部“上大下小”的不規則相體形態, 是十分有利的構造巖相學成礦相界面,形成富銻礦囊(方維萱, 2011)。在滇黔桂地區, 茅口組頂部巖溶角礫巖相系是卡林型金礦床的成礦層位和儲礦構造巖相體, 也是后期盆地流體大規模運移的構造通道和疊加巖相體, 形成與銻礦體的同體或異體共生螢石礦體, 發育 SiO2-CaCO3-CaF2交代型火山–熱水巖溶作用, 形成了硅石和螢石等非金屬礦產; 其巖溶角礫巖相系與滇西北衙(氧化型)金礦床類似(徐興旺等, 2003)。在湖南石門雄黃礦床中,古喀斯特和巖溶角礫巖相系是該雄黃礦床的主要儲礦構造和儲礦構造巖相體。在新疆烏拉根大型砂礫巖型鉛鋅礦床中, 鉛鋅礦體位于下白堊統克孜勒蘇群厚層砂礫巖和古新世阿爾塔什組之間似層狀角礫巖相中, 祝新友等(2010)研究認為鉛鋅礦體上盤為巖溶塌陷角礫巖, 角礫為白云巖, 大小不一, 直徑1～20 cm, 這種坍塌角礫巖相分布與鉛鋅礦化范圍一致, 在強鉛鋅礦化部位, 角礫巖化也較發育。巖溶坍塌角礫巖與阿爾塔什組膏鹽蒸發巖相層呈過渡相體結構, 局部為膏鹽蒸發巖相的組成部分。該巖溶塌陷角礫巖相層, 不但是砂礫巖型鉛鋅礦床的主要賦礦巖相, 也是石膏和天青石等非金屬礦床的賦礦巖相。因此, 巖溶角礫巖相系對金屬和非金屬礦床都具有十分重要的控制作用。

1.3 熱水角礫巖相系

①在海相和陸相沉積盆地中, 熱水或熱泉發生同生沉積作用形成了熱水同生沉積角礫巖相, 因古熱水成分不同, 主要有硅質角礫巖、鈉質角礫巖、硅質鐵白云石角礫巖、鐵白云石似碧玉角礫巖、石膏角礫巖和重晶石硅質角礫巖等。②由古火山熱(泉)水噴流同生沉積, 形成了火山熱水噴流角礫巖相,因火山巖成分和古熱水成分不同, 主要有綠泥石角礫巖、凝灰質硅質角礫巖、鈉質角礫巖和凝灰質鉀質角礫巖等, 常與層紋狀凝灰質重晶石巖和硅質巖、條帶條紋狀綠泥石巖等組成的火山熱水沉積巖相共生, 或形成同期異相結構體; 同生斷裂帶與同生角礫巖相在空間上共存, 常為熱水噴流構造通道。③在沉積盆地中, 沿同生斷裂帶下滲循環對流的(火山)熱水同生蝕變或爆破作用, 形成了熱水同生蝕變(隱爆)角礫巖相, 常構成熱水爆破角礫巖-熱水液壓致裂的同生蝕變角礫巖–熱水同生蝕變巖分帶, 如陜西柞水–山陽泥盆紀沉積盆地中鐵白云石鈉質角礫巖相等(方維萱和劉家軍, 2013)。在 1∶100～1∶500構造巖相學編錄基礎上, 采用熱水角礫巖相系可恢復重建火山噴溢和熱水噴流系統和通道相。

1.4 構造角礫巖相系

構造角礫巖相系指構造成巖作用和構造–流體成巖作用所形成的角礫巖類, 在構造應力作用下(Sibson, 2000), 使原巖發生角礫狀并被原巖的細碎屑充填膠結(或含有外來物質膠結), 它們具碎裂結構和角礫狀構造。角礫呈棱角狀或壓扁狀, 排列紊亂或局部定向。基質為細碎屑物、鐵質、硅質和鈣質膠結物組成。在構造-熱流體作用強烈時, 常發育熱液膠結物。構造角礫巖在斷層帶和糜棱巖化帶中廣泛分布, 其規模與構造強度密切有關。按照構造變形域和構造流體耦合作用, 劃分為斷層角礫巖相(脆性變形域)、糜棱巖化角礫巖相(脆韌性變形域)、角礫狀糜棱巖相(韌性變形域)和構造–流體角礫巖相。

在構造–流體角礫巖相中, 根據構造變形域和構造–流體(熱液和熔體)耦合作用強度劃分為5種類型, ①Ⅰ型脆性角礫巖化相形成于上地殼淺部, 如方解石化熱液角礫巖、燧石化角礫巖、硫化物化(如雄黃和黃鐵礦化等)熱液角礫巖, 蝕變相為燧石–黏土–碳酸鹽化蝕變相, 一般沿脆性斷裂帶呈帶狀相體或在斷裂交匯部位呈不規則狀相體。礦物組合為方解石–燧石±(雄黃–黃鐵礦–辰砂)–黏土礦物類等。②Ⅱ型糜棱巖化角礫巖相形成于上地殼尺度, 主要呈帶狀相體產于脆韌性剪切帶中。原巖為細碎屑巖或凝灰巖等火山巖, 為巖石能干性較弱的巖石類型,變質相為綠片巖相絹云母–石英型(絹英巖型)或綠泥石型, 礦物組合為綠泥石–絹云母–石英±鐵白云石±磁黃鐵礦等。③Ⅲ型角礫狀糜棱巖為中地殼尺度形成的大規模糜棱巖化帶, 如角礫狀碳酸鹽質糜棱巖并伴有構造碳化等。主要產于韌性剪切帶中, 呈帶狀相體, 變質相為綠片巖相黑云母–長石–石英型,礦物組合為黑云母–鈉長石–綠泥石–絹云母–石英±鐵白云石等。④Ⅳ型流變狀角礫巖相為中–下地殼尺度的構造流變加積層。變質相為角閃巖相, 原巖多為細碎屑巖或凝灰巖等火山巖, 變質礦物組合為黑云母–鈉長石–鉀長石。同構造期網脈狀硅化角礫巖發育, 伴有流變褶皺、傾豎褶皺、斜歪褶皺等構造群落, Ⅳ型流變狀角礫巖相主要特征為面狀–體狀+帶狀相體, 常為網脈狀硅化角礫巖和鐵白云石硅化角礫巖等。⑤Ⅴ型角礫狀混合巖相為下地殼尺度,混合巖化相帶中所形成的角礫狀混合巖, 常與下地殼中近水平流變和地殼重熔構造–巖漿帶有密切關系, 變質相達角閃巖相–低麻粒巖相, Ⅴ型角礫狀混合巖相主要特征為面狀–體狀相體特征。

1.5 火山角礫巖相系

包括火山集塊巖–火山角礫巖相、熔結火山集塊巖–熔結火山角礫巖相、蝕變火山集塊巖–蝕變火山角礫巖相、蝕變熔結火山集塊巖–蝕變熔結火山角礫巖相。主要特征為在地表以上, 火山作用形成的各類火山巖和蝕變火山巖等組成, 局部火山中心部位發育潛火山巖相, 常為巖漿–火山–構造–熱液作用中心構造巖相學特征, 即火山角礫巖相系物質–熱源供給系統根部。

1.6 變質角礫巖相系

角礫巖類或其他類型巖石在變質作用下, 發生變質–構造變形作用形成了變質角礫巖相。①以熱液交代蝕變作用形成的蝕變角礫巖相呈帶狀–不規則狀相體, 主要位于復式侵入巖體邊緣和脆韌性構造變形變質帶中, 對于成巖成礦作用和角礫巖構造系統恢復重建最為重要, 以IOCG礦床為典型(方維萱, 2012a; 方維萱等, 2013)。②變質角礫巖相常呈帶狀相體分布于板塊構造邊緣逆沖推覆構造帶中, 主要在以構造作用為主導作用下并伴有強烈構造流體作用形成。如在蛇綠巖構造巖塊帶中, 在脆韌性構造變形域中形成的蛇紋石化角礫巖, 曾發生了強烈構造變形和強烈水解硅酸鹽化為主的流體交代作用,如云南墨江和內蒙古九井子角礫狀蛇紋石巖(蛇綠巖構造巖塊帶)。③在區域變質巖區, 一些變質角礫巖相體具有較穩定的區域層位, 可構成標志層。這些變角礫巖相與這些層位經歷了特定區域變質作用并伴有構造變形作用有密切關系, 如角礫狀混合巖和角礫狀混合巖化等。

1.7 巖漿侵入角礫巖相系

在巖漿上升侵入過程中, 因巖漿混合或不混熔作用、淺成–超淺成巖漿作用(次火山作用)–巖漿超壓流體隱爆作用、巖漿熱液作用等系列巖漿作用過程所形成的巖漿角礫巖類。按照形成深度、形成機制和成巖作用方式, 巖漿侵入角礫巖相系可以劃分為巖漿熔體角礫巖相、侵入角礫巖相、巖漿隱爆角礫巖相、次火山角礫巖相、巖漿熱液角礫巖相、坍塌角礫巖相、構造–熱流體角礫巖相等7種。其中, 巖漿隱爆角礫巖相由巖漿–潛火山–超壓流體等隱爆作用形成。巖漿角礫巖相由巖漿混合或不混熔作用形成。坍塌角礫巖相為巖漿房上方或潛火山口中, 由巖漿熱液體系、地震和巖溶坍塌等復合作用所形成。這些不同類型的角礫巖相有助于恢復重建巖漿–潛火山活動中心、巖漿熱液噴流通道構造系統和巖漿–構造–熱液成巖成礦系統中心。與火山角礫巖相系的主要差異是以地下巖漿–構造–熱液相互作用為主導, 潛火山或次火山角礫巖相與火山角礫巖相系則有類似之處, 但在該相系總體上, 次火山角礫巖相屬于局部相體結構特征。

1.8 流體液壓致裂角礫巖相系

按照形成角礫的巖漿流體或盆地流體內壓力和外壓力平衡狀態(巖石–角礫–顯微裂隙–膠結物之間),可將液壓致裂角礫巖相系劃分為欠壓實、壓實和超壓流體等 3種不同類型。該類相系突出特征是角礫具有可拼接性, 異源的熱液膠結物發育, 或細碎屑的原巖物質多發生顯著的重結晶。①欠壓實型流體液壓致裂角礫巖相, 一般以構造應力破裂和構造–欠壓實型流體耦合為主, 即構造擴容作用為構造–流體耦合作用提供構造–流體的空間場所和構造應力場條件, 常形成完整自形晶、束狀、晶簇狀等構造特征, 顯示礦物在開放空間結晶形成, 因受層間斷層或層間滑脫構造面控制, 這種相體整體呈似層狀+有限穿層的帶狀; 或受穿層張性斷裂構造控制而呈帶狀或不規則狀分布, 如貴州晴隆銻礦床中自形晶輝銻礦螢石相和含自形晶輝銻礦硅化蝕變相等(方維萱, 2011)。在新疆薩熱克砂礫巖型銅多金屬礦床中, 欠壓實型盆地流體形成含輝銅礦褪色化雜礫巖, 主要特征為低溫富烴類還原性盆地流體形成,以輝銅礦和輝銅礦方解石等熱液膠結物形式膠結沉積角礫, 其沉積角礫構造變形不明顯, 顯示了欠壓實型富烴類還原性盆地流體形成的特征; 含輝銅礦褪色化雜礫巖沉積角礫(大理巖)發育張裂性裂隙,在這些顯微裂隙中充填有細脈狀輝銅礦, 并與呈熱液膠結物形式的浸染狀輝銅礦共生, 揭示碎裂巖化相中構造破裂作用與欠壓實型富烴類還原性盆地流體相互耦合所形成。②壓實流體型液壓致裂角礫巖相, 常與碎裂巖化相中構造破裂作用相伴呈現相分帶趨勢或獨立存在。其角礫主體與圍巖成分相同,膠結物多為流體釋壓作用形成的熱液膠結物, 與角礫成分有明顯差別, 顯示了強烈流體液壓致裂作用和熱液膠結作用。如在東川圍繞輝綠輝長巖侵入體的落雪組白云巖中, 發育壓實流體型液壓致裂角礫巖相, 灰白色白云巖角礫具有明顯可拼接性, 膠結物為細網脈狀淺粉紅色錳鐵白云石–錳方解石脈,為盆地流體形成的熱液膠結物。③超壓流體型液壓致裂角礫巖相, 是由沉積盆地在后期疊加深源異常高壓流體或后期變形收縮過程中形成了異常高壓流體形成, 與圍巖具有明顯的不協調性, 顯示盆地流體注入形成的后期疊加相體特征。對該相系研究需要進行專題構造–流體成巖成礦壓力、成礦深度、成礦溫度和流體成分研究。在陜西二臺子銅金礦床和陜西太白雙王金礦–鳳縣青巖溝一帶, 鐵白云石鈉長石角礫巖–鈉長石鐵碳酸鹽質角礫巖帶, 超壓流體型液壓致裂角礫巖相發育。在新疆薩熱克砂礫巖型銅多金屬礦床外圍, 中元古界阿克蘇巖群中發育脆韌性剪切帶, 其糜棱巖相由絹英糜棱巖亞相、碳酸鹽質糜棱巖亞相、綠泥石黑云母糜棱巖亞相、綠泥石陽起石糜棱巖亞相和角礫狀糜棱巖亞相等組成, 其角礫狀糜棱巖亞相中發育硅化、塑性流變褶皺、角礫狀構造, 顯示了在脆韌性剪切帶中具有強烈的構造流體耦合作用, 因超壓流體作用在脆韌性剪切帶中形成了角礫巖化。在東川–易門鐵銅礦床集中區內, 復式背斜核部因強應變帶疊加耦合深部巖漿注入作用, 在隱爆角礫巖相帶外, 形成超壓流體型液壓致裂角礫巖相, 角礫表現為異源角礫和原地角礫混生, 異源角礫常具有強烈蝕變和多期變形特征, 原地角礫蝕變較弱。

2 熱液角礫巖構造系統

2.1 巖漿熱液角礫巖構造系統

本文對巖漿熱液角礫巖構造系統的釋義為: 在多期次或一期多階段的構造–巖漿–熱液成巖成礦的物理–化學多重耦合結構系統中, 自侵入巖體內部、到侵入巖與圍巖接觸帶和圍巖中, 因構造–熱流體–巖性等多重耦合作用形成的成巖成礦構造系統。既包括同期多階段的侵入體內部因熱流體冷凝作用形成的構造樣式、巖漿熱侵位形成的熱力侵入構造帶和圍巖中先期構造–同侵入期疊加構造; 也包括多期次復式巖體中的侵入構造、同巖漿侵入期構造樣式、侵入巖后期遭受構造變形–變質和疊加侵入構造等。多重耦合結構為構造應力–熱應力–地球化學動力所導致的巖石–流體相互作用, 它們在時間–空間上形成了多重耦合與空間拓撲結構。以智利 IOCG型、斑巖型金銅鉬和淺成低溫熱液型銅金銀礦床為例, 巖漿熱液角礫巖構造系統主要由巖漿熔體角礫巖相、巖漿熱液角礫巖相、巖漿熱液疊加角礫巖相、火山角礫–集塊巖相、侵入角礫巖相、爆發角礫巖相、次火山侵入相、隱爆角礫巖相、塌陷–坍塌角礫巖相、構造角礫巖相和液壓致裂角礫巖相等11個構造巖相學相體等組成。在安第斯活動大陸邊緣, 與淺成熱液成礦系統和斑巖成礦系統相關的巖漿熱液角礫巖和巖漿熱液角礫巖構造系統較為典型, 以巖漿流體(熱液)為主導的巖漿熱液角礫巖構造系統的主要特征為: ①由巖漿混合或不混熔作用形成的巖漿熔體角礫巖相一般形成深度較大(≥5 km)。在巖漿混合作用形成的巖漿熔體角礫巖中, 巖漿角礫之間具有熔接構造、熱反應邊構造和塑性流動構造等。在智利安第斯造山帶, 花崗閃長巖質巖漿角礫巖為花崗巖含有閃長巖角礫或閃長巖中含有花崗巖角礫組成等,這種現象多為巖漿熔體角礫巖化, 一般少見角礫巖體構造。在巖漿不混熔作用形成的巖漿熔體角礫巖中, 角礫多為暗色體, 如輝石巖、角閃石巖和角閃石輝石巖等, 在鐵質安山巖中, 常見巨大的角閃石輝石巖等超基性巖析離體(與鐵質安山巖之間具有明顯結晶分異邊界)。②侵入角礫巖類和侵入角礫巖帶(筒)構造。侵入角礫巖相是巖漿上升過程中與圍巖之間形成的角礫巖帶, 常圍繞侵入巖體邊部或頂部分布。在侵入角礫巖類中, 角礫類型多變, 一類為經長距離的搬運后呈渾圓狀, 在熱流體作用下形成了熱液溶蝕和熱液反應邊結構。另一類角礫具有棱角狀–次棱角狀, 多為圍巖角礫, 膠結物主要為漿屑和熱液成因的礦物等。③巖漿隱爆角礫巖相是由淺成–超淺成(<2 km)巖漿作用–巖漿超壓流體隱爆作用形成。在巖漿熱流體侵入過程中, 在內外接觸角礫巖帶中因巖漿熱流體臨界沸騰、巖漿熱液侵入–交代蝕變作用和構造–流體多重耦合等作用, 形成了隱爆角礫巖化相帶。其特征一是位于淺成–超淺(<2 km)侵入體的傾沒端或接觸帶附近, 因深部巖漿在淺部瞬間釋壓導致角礫巖化。在多期復式侵入巖體中,晚期侵入巖和巖漿熱液沿構造破碎帶運移, 呈帶狀和筒狀隱爆角礫巖相體, 或呈不規則隱爆角礫巖相體。二是角礫成分為復成分或單成分, 角礫為棱角狀–次棱角狀、渾圓狀、具有反應邊結構的扭曲狀角礫。渾圓狀角礫多來自深部, 因在熱流體搬運過程中發生熱液溶蝕和機械磨損而呈渾圓狀, 具有原地和異地多源角礫共存特征。三是膠結物為與侵入巖(可見流動構造)同成分的火山碎屑物或凝灰質, 常發育熱液硫化物和高揮發份礦物(如電氣石、螢石等)膠結。若以熱液硫化物膠結物為主, 則從巖漿侵入–隱爆角礫巖相變為巖漿熱液角礫巖相。④巖漿熱液角礫巖相。從熱液來源角度, 可將其劃分為巖漿熱液角礫巖相、混合熱液隱爆角礫巖相和大氣降水熱液角礫巖相, 它們與金銅礦床密切有關(Sillitoe, 1985; Landtwing et al., 2002; Cooke and Dvaies, 2005)。形成角礫巖化主要機制一是在富含 F-Cl-BCO2-H2O 等揮發組分的巖漿結晶去氣作用下, 揮發組分逃逸、沸騰、或超壓流體瞬間快速釋壓等導致角礫巖化(Allman-Ward et al., 1982; Ross et al., 2002);二是流體化過程中角礫巖化(McCallmu, 1985; Druitt, 1995; Landtwing et al., 2002)。Sillitoe (1985)根據巖漿島弧環境熱液系統、角礫巖形態、巖石學組成、基質和膠結物類型等特征, 結合蝕變類型和礦化類型, 總結了 6種熱液角礫巖形成機制為第二次沸騰過程中巖漿熱液釋放、地下孔隙水被巖漿加熱、地下水與巖漿相互作用導致的地下水爆破、突然減壓、巖漿房上部噴發導致上部巖石角礫巖、流體在淺部運移導致圍巖機械坍塌和構造作用形成的角礫巖化。Kirwin (1985)根據含電氣石角礫巖筒的形態、角礫大小和結構特征、礦化類型和礦化性等, 劃分了5種角礫巖筒, 其不同規模和角礫巖結構, 揭示具有不同礦化類型和成礦規模。⑤坍塌角礫巖相為巖漿房因大量排氣或冷凝結晶后, 上覆巖體或地層因重力失穩形成塌陷作用所形成, 常含有較大構造巖塊并具有一定熱液蝕變, 但二者分布極不均勻。⑥在巖漿侵入過程中加熱地下水和大氣降水, 在巖漿侵入形成的熱力構造系統中,形成對流循環熱液體系, 因構造釋壓和冷卻等作用,形成了構造–熱流體角礫巖相。采用以上 6種角礫巖相進行巖相學填圖, 可重建巖漿熱液角礫巖體構造系統空間幾何形態, 這種巖漿熱液角礫巖構造系統的相體類型和空間相體結構特征, 也是這種特殊礦田構造類型的主要特征。

2.2 火山熱液角礫巖構造系統

火山熱液角礫巖構造系統以次火山巖侵入相、火山溢流相、火山爆發相、火山噴發沉積相、火山塌陷角礫巖相和坍塌角礫巖相等不同相體組成, 采用這些相系進行巖相學填圖, 可以有效恢復、重建火山噴發成巖和成礦中心、火山熱液活動和古火山機構中心等構造樣式與空間幾何學特征。與巖漿熱液角礫巖構造系統不同, 在該構造系統中由次火山熱液、火山熱液和大氣降水等共同組成了循環對流熱液系統, 因此, 采用蝕變巖巖相學填圖, 可恢復重建火山爆發–噴溢通道相和火山熱水噴流通道相等成巖成礦中心位置, 進行多礦種共伴生富集成礦中心預測和圈定。

(1) 次火山巖侵入相(體): 位于火山穹窿或火山洼地中心部位, 常形成小型巖株、巖枝和巖脈(群)等不規則狀侵入體, 次火山侵入體的中心相、過渡相和邊緣相具有較好的巖相學分帶。在火山噴發機構中, 次火山巖相多呈巖脈和巖脈群等形式產出, 與(熔結)火山集塊巖等相伴或迅速相變, 它們是圈定火山噴發通道相(火山頸相)的巖相學標志。次火山巖侵入相(體)常指示了火山熱液角礫巖構造系統中火山–成礦的物源–熱源中心部位(成巖成礦供給系統根部和中心部位)。

(2) 火山爆發相(熔結火山角礫巖–熔結火山集塊巖相)和火山角礫巖筒構造: ①與火山通道和火山頸有關的火山角礫巖相和火山角礫巖筒構造。其填隙物的成份、結構構造較復雜, 筒內角礫及膠結物有火山碎屑巖及深部帶來的巖石。這一特征是區分與潛火山有關的角礫巖筒的依據。凝灰質的火山碎屑巖常被熔巖所膠結。在角礫巖筒周圍發育有放射狀和環狀裂隙或次火山巖脈, 礦化多分布于火山通道的邊部。②與潛火山巖有關的火山角礫巖相、火山隱爆角礫巖筒構造和噴氣孔型熱液角礫巖, 常與火山穹窿構造和火山噴氣孔有關, 角礫為復成分或單成分, 以發育火山噴氣熱液角礫巖為特征。火山角礫巖具礦化或不具礦化(無礦酸性蝕變相系), 角礫巖相的形態學特征為橢圓形或裂隙形, 常伴有熱液成因的細脈型或細脈帶型蝕變脈體。③熔結火山角礫巖–熔結火山集塊巖相-次火山巖侵入相組合是恢復重建火山噴發通道相的直接標志, 在火山噴發通道相中含礦漿角礫巖、網脈狀–脈帶狀–塊狀含銅磁鐵礦相和硫化物相, 常與次火山巖侵入相(體)相鄰, 二者并呈現快速相變關系, 它們的相體空間結構特征能夠揭示火山噴發成巖成礦的中心位置。

(3) 次火山爆發角礫巖相(筒): 次火山爆發角礫巖筒是淺成–超淺成斑巖侵入體多期次侵入, 導致先存侵入巖和圍巖形成了多次再度爆發, 在巖漿流體轉化為氣相后, 產生的巨大內壓力大于上覆圍巖靜壓力從而產生的爆炸作用而形成。爆發角礫巖形成深度一般在地下1～3 km。該類角礫巖的角礫成分常較單一, 一般沒有強烈熱液活動和廣泛的熱液蝕變。石英中存在大量次生氣液包裹體和高鹽度流體。爆發角礫巖筒具有上寬下窄的漏斗狀形態。劉亮明(2011)通過對銅陵–安慶地區夕卡巖礦床研究, 認為夕卡巖礦床與角礫巖之間有密切關系, 角礫巖由流體超壓引發的巖石破裂在成礦中具有重要作用。流體超壓–巖石破裂和流體泄壓–破裂愈合兩個相反的過程, 通過巖石孔隙度和滲透率的改變而耦合。次火山爆發角礫巖相是火山熱液角礫巖構造系統能量釋放較大的空間位置。

(4) 火山角礫(集塊)巖與火山碎屑巖系: 在火山角礫巖中角礫大小在 2～64 mm, 火山集塊>64 mm,火山角礫含量在 50%以上, 角礫棱角明顯、分選差大小不等。填隙物為火山灰塵、晶屑和漿屑等。非火山角礫(沉積巖和變質巖等)含量>50%, 可稱為復成分火山角礫巖, 填隙物除火山灰塵、晶屑和漿屑外, 砂泥質比例明顯增加, 膠結物多為硅質、碳酸鹽礦物和鐵質等。火山角礫巖–火山集塊巖等巖石組合一般位于火山口外側, 火山角礫巖–火山集塊巖–次火山巖組合則指示了火山頸相+火山口相。①按照填隙物和熔結物不同進行分類, 熔結火山角礫巖和熔結火山集塊巖以巖漿熔結方式冷凝成巖。②采用復合命名法進行巖相學分類便于野外填圖, 如玄武巖質或流紋質火山角礫巖(火山集塊巖)。含輝石或角閃石較多時, 多為安山質火山角礫(集塊)巖。以長石和石英為主時, 為流紋質火山角礫(集塊)巖。③在青磐巖化發育時, 形成了青磐巖相蝕變火山巖, 火山巖角礫普遍發生蝕變, 膠結物主要為熱液膠結物(石英、綠泥石、綠簾石、方解石等), 為蝕變火山角礫(集塊)巖。④在蝕變火山巖區, 野外使用復合命名法有助于原巖恢復和蝕變火山區巖相學填圖, 恢復重建火山熱水活動中心, 如泥化–葉臘石化–硅化蝕變相,常為蝕變流紋巖質火山角礫(集塊)巖。

(5) 塌陷角礫巖相和坍塌角礫巖相(體): 多發育于次火山巖區, 由于深部巖漿或礦液沿已有裂隙陣發性的上升熔化, 或由于深部侵入體頂端的收縮產生的裂隙, 氣液沿之上升、熔化不斷擴大, 當氣液壓力減小時, 在上覆巖層的壓力下頂部崩落, 多次反復使角礫筒不斷擴大而形成。其特征一是坍塌角礫筒壁周圍常發育環狀片理化帶和裂隙帶, 在剖面上常可見小牽引褶皺, 發育楔形尖滅裂隙帶。常見較大規模的陷落巖塊(與周圍巖性界限明顯), 這種相體在平面多為圓形或橢圓形, 從幾米到幾百米。二是角礫成分總體較單一, 但局部角礫復雜多變, 巖石組合類型變化大, 總體上多為上部圍巖, 角礫形狀有棱角狀、構造巖塊及渾圓狀, 角礫和構造巖塊邊部熱液反應邊構造明顯。復成分坍塌角礫巖相多是上部圍巖坍塌后混雜堆積, 具有來自不同時代地層和層位相互混雜堆積特征。三是膠結物為巖屑和石英硫化物, 在裂隙帶或斷裂中熱液蝕變發育。該相常與爆發角礫巖或熱液侵入角礫巖伴生或迅速相變, 該相體為先存地層物質加入到火山熱液角礫巖構造系統形成的火山熱液-先存巖石多重耦合作用所形成。

(6) 與火山作用密切相關的構造角礫巖相(帶、筒): 一般在次火山侵入體外接觸帶部位或者先期形成的火山巖層中, 多在兩組斷裂構造交匯處常形成構造角礫巖筒; 或兩組平行構造及次級構造帶(劈理化帶)發育時, 形成了次火山侵入巖或火山隱爆角礫巖等有關的斷裂–裂隙構造帶控制的角礫巖化帶。這種構造角礫巖相(帶、筒)主要與火山作用密切有關,角礫一般與地層同成分, 膠結物主體是泥質(構造泥化)。當發育熱液膠結物時, 則為隱伏礦床的找礦預測標志。

(7) 與次火山熱液作用有關的液壓致裂角礫巖相: 這種液壓致裂作用是在次火山熱液作用下的高壓流體內壓力大于圍巖靜壓力下, 熱力破裂作用為釋放流體壓力的主要機制, 這種機制是巖石變形主要動力源(即熱力破裂系統的熱動力源)。與火山作用有關的熱力破裂系統在先存巖層或上覆封存沉積巖中, 形成了節理、裂隙、細脈和網脈帶等組成的巖石破裂巖系統, 角礫以先存巖石為主, 以注入方式的火山熱液和凝灰質形成了膠結物, 蝕變火山凝灰質和熱液膠結物與角礫成分差異顯著, 這種物理性破裂為流體儲集形成了構造空間, 多與金銀多金屬和銅金銀礦床密切相關, 在微觀-宏觀上表現為復雜的非線性裂隙–流體耦合結構或具明顯有序結構的裂隙–流體耦合結構, 即物理系統與化學系統的二元耦合結構, 采用裂隙和節理密度、充填物成分和方向性等填圖要素, 可以揭示裂隙–流體耦合結構特征。

(8) 蝕變火山巖相系: 先成火山角礫在火山熱液同生蝕變或后期熱液作用下可形成蝕變火山巖相,按照蝕變類型或蝕變巖巖相學特征, 可將蝕變火山巖相系按照溫度相序列劃分為氣成高溫蝕變相(如電氣石化蝕變角礫巖相、含電氣石–螢石絹英巖化蝕變相等)、高溫蝕變相(如鈉長石–鉀長石堿性硅酸鹽化蝕變相、黑云母化蝕變巖等)、中溫蝕變相(如綠泥石化蝕變巖等)和低溫蝕變相(如泥化明礬石化蝕變巖等)等。可按照流體成分特征, 進行地球化學巖相學類型、酸堿相(pH-AH)和氧化還原相(ORF)劃分(方維萱, 2012b), 建立巖相學填圖單元。蝕變火山巖相與淺成低溫熱液型金銀礦床、IOCG礦床具有十分密切的關系, 巖相學填圖有助于恢復、重建熱液成礦體系和熱源中心(方維萱等, 2012; 方維萱, 2012a, 2012b), 角礫狀蝕變巖相常為熱水通道相和熱液成礦體系中心部位的標志相。

(9) 火山熱水同生沉積相: 該相一般位于火山熱水沉積盆地中, 劃分和建立酸堿相(pH-AH)、氧化還原相(ORF)等地球化學巖相學類型(方維萱, 2012b), 建立巖相學填圖單元。如重晶石巖、石膏巖、石膏重晶石巖等是典型的強酸性–氧化地球化學相;菱鐵礦巖、硫化物菱鐵礦巖、硅質菱鐵礦巖等是典型的弱酸性–強還原地球化學相; 赤鐵礦碧玉巖、紫紅色硅質巖和赤鐵礦酸性凝灰巖等巖石組合, 常指示了弱酸性–強氧化地球化學相。這些相體在垂向相序列和水平相序上, 常與火山巖相系緊密共生或形成相變結構。

2.3 構造熱液角礫巖構造系統

大陸造山帶以構造動熱轉換為驅動力, 造成了造山帶流體和盆地流體的大規模形成、運移和聚集,在先存構造帶(如似層狀隱蔽構造、褶皺核部、脆韌性剪切帶、古喀斯特等)和同構造期的構造擴容空間內, 形成構造熱液角礫巖構造系統, 它們具有似層狀角礫巖相體、切層帶狀角礫巖相體兩類典型的構造巖相學相體結構, 與周圍地層具有顯著的構造巖相學不協調性, 因構造變形強度、構造–流體耦合作用強度和方式不同、構造流體疊加成巖成礦作用強度不同等諸多因素, 局部具有明顯的構造巖相學相體分帶規律, 常具有多期多階段疊加成巖成礦特征和構造巖相學分帶。在MVT型鉛鋅礦床、卡林型–類卡林型金礦床和湖南石門雄黃礦床等、龍門山北段丁家林–太陽坪–董家院含金脆韌性剪切帶、滇黔桂卡林型金礦床集中區等, 發育構造熱液角礫巖構造系統, 它們成為主要成巖成礦地質體和儲礦構造系統。大陸造山帶中強構造變形區, 系構造熱液角礫巖構造系統形成的有利構造部位, 如沉積盆地中強構造變形帶、沉積盆地–造山帶耦合轉換帶、逆沖推覆型剪切帶、前陸盆地中沖斷褶皺帶等, 這些構造部位具有形成造山帶流體和盆地流體大規模運移、聚集和圈閉的構造巖相學條件, 如川滇黔鉛鋅多金屬礦床集中區內, 印支期–喜馬拉雅期構造動熱轉換作用驅動造成了造山帶流體、盆地流體大規模形成、運移, 并聚集和圈閉在陸內斜沖走滑斷裂–褶皺構造帶中, 或斷裂–褶皺構造擴容空間并與巖性–巖相發生多重耦合, 形成會澤型(HZT)富鍺銀鉛鋅礦床(Han et al., 2004, 2007), 發育構造熱液角礫巖構造系統, 沿層間斷裂和切層裂隙帶分布線狀–帶狀熱液粗晶鐵白云石化白云巖相, 這種大規模造山帶流體和盆地流體在構造擴容空間內, 構造–流體耦合成礦作用強度大, 形成了川滇黔大型–超大型鉛鋅多金屬礦床集中區(韓潤生等, 2014)。

新疆烏拉根砂礫巖型鉛鋅礦床主要分布于烏拉根向斜的南北兩翼, 礦化帶延長超過 3 km; 在塔西烏拉根、康西、加斯和江結爾, 該類鉛鋅成礦帶總長度在100 km以上, 以下白堊統克孜勒蘇群頂部與古新統阿爾塔什組之間發育區域平行不整合面為典型特征, 其區域構造巖相學的相變構造界面為有利于盆地流體運移和圈閉的高滲透率構造巖相帶。下白堊統克孜勒蘇群第五巖性段灰白色塊狀砂礫巖屬辮狀河三角洲相, 為塔西砂礫巖型鉛鋅礦主要賦礦巖相之一, 鉛鋅礦體底板圍巖為第四巖性段紫紅色粉砂質泥巖和泥質粉砂巖, 也是盆地流體巖性封閉層(劉增仁等, 2011)。古新統阿爾塔什組(E1a)底部角礫狀白云質灰巖、坍塌巖溶白云質角礫巖、含石膏天青石巖和石膏巖, 也是烏拉根鉛鋅–天青石礦床的賦礦巖相, 鉛鋅礦體呈似層狀和層狀產于上述兩種賦礦巖相帶及區域平行不整合面附近, 圍巖蝕變類型主要包括石膏化、方解石化、白云石化、天青石化、黃鐵礦化等, 屬低溫圍巖蝕變組合, 并具有油田低溫熱鹵水大規模運移特征(劉增仁等, 2011)。推測在喜馬拉雅期造山過程中, 該構造巖相帶(平行不整合面附近)為盆地–造山帶流體的大規模運移通道和路徑, 在向斜構造區, 該相變帶也是還原性盆地流體的構造巖相學圈閉(巖性–巖相)。

2.4 復合熱液角礫巖構造系統

在沉積巖和變質巖區等, 以隱蔽構造–熱流體或隱伏巖漿為驅動力, 形成以大氣降水為主導的巖漿熱流體–大氣降水–盆地流體對流循環體系, 形成了復合熱液(熱流體)角礫巖構造系統, 它們由熱流體隱爆角礫巖相、熱流體化角礫巖相、熱流體型液壓致裂角礫巖相、熱水沉積角礫巖相、熱液坍塌角礫巖相和巖溶–熱水角礫巖相等組成。各類相體特點為: ①常具有圓形、橢圓形或寬帶狀形態, 與脆性斷層角礫巖相的線性形態明顯不同。②圍繞熱(液)流體爆破中心呈環帶分布, 構造巖相學水平分帶為爆破巖粉相帶→爆破角礫巖相帶→震碎巖相帶→震裂巖相帶。③在熱流體爆破角礫巖相中, 角礫常為圍巖物質, 膠結物為熱液礦物, 角礫邊緣具有熱液蝕變邊(褪色邊), 角礫具有可拼合特征。④由熱流體爆破中心相帶向外, 熱液蝕變類型變簡單, 蝕變作用減弱, 具有明顯的蝕變巖巖相學分帶, 如易門鳳山銅礦(韓潤生等, 2011)。⑤熱液角礫巖–熱流體角礫巖構造系統是尋找金銀礦和銅金礦床良好的構造巖相學標志, 如陜西二臺子含金銅角礫巖型礦床, 與地幔柱有關的深源堿性熱流體隱爆角礫巖筒有密切關系(方維萱等, 2000)。復合熱液角礫巖構造系統與構造熱液(熱流體)角礫巖化過程有十分密切關系, 常有深源巖漿熱液角礫巖構造系統疊加, 其附近多發育巖漿巖、或位于大型侵入巖基附近并發育巖脈群和小巖體等, 伴有區域性構造流體蝕變巖相及構造巖相學分帶, 復合熱液角礫巖構造系統在物質組成和構造變形樣式等方面, 與周圍地層具有顯著不同,揭示該構造巖相體為主要的成巖成礦地質體和成巖成礦中心。因此, 該類型具有明顯的疊加成巖成礦中心和多期次多階段疊加成巖成礦特征。如奧林匹克壩 IOCG礦床的含礦角礫巖體中, 即含有豐富的沉積角礫巖和熱液角礫巖, 也發育赤鐵礦巖漿熱液角礫巖, 伴隨大規模區域性堿性硅酸鹽化蝕變相等。在東川–易門鐵銅礦床集中區, 在巖漿底拱侵入驅動和底拱褶皺核部, 巖漿–褶皺協同作用下形成了背斜核部的刺穿構造體和復合熱液角礫巖構造系統, 如東川老杉木箐地區, 堿性輝綠輝長巖侵入體兩側發育侵入角礫巖相和隱爆角礫巖相, 在新元古界大營盤組中形成了中元古界因民組和落雪組等組成的刺穿構造體, 發育含銅鐵復合熱液角礫巖相系,在大營盤組中也形成了銅礦體, 揭示形成于晉寧–澄江期, 為東川地區新元古代最晚期復合熱液角礫巖構造系統。

智利月亮山IOCG礦床具有多期疊加成巖成礦特征, 在賽羅伊曼鐵礦–月亮山鐵銅礦西側, 前侏羅紀地層為海岸山帶中弧前增生地體構造單元, 韌性構造變形發育。賽羅伊曼鐵礦–月亮山鐵銅礦位于侏羅–白堊紀主火山島弧帶, 這是智利IOCG礦床成礦構造單元。其以東地區屬侏羅紀–白堊紀弧后盆地,也是智利 IOCG礦床的成礦構造單元, 如坎德拉利亞和仙多明格IOCG礦床等。在月亮山IOCG礦床內, ①早期的早白堊世幔源富鐵巖漿因巖漿不混溶作用, 形成了月亮山和賽羅伊曼礦區的火山噴溢型鐵礦層, 與地層呈整合接觸, 受韌性糜棱巖相、鈉鈣質蝕變巖相和陽起石化蝕變相帶控制。②中期為月亮山二長閃長巖–二長巖(135～130 Ma, 112～103 Ma)大型巖基西邊部, 形成了同巖漿侵入期韌性剪切帶,屬阿卡塔瑪(AFZ)斷裂構造系統的組成部分, 發育面型黏土化–鉀化蝕變帶和巖漿熱液角礫巖相帶,巖漿熱液角礫巖筒受二長斑巖和輝石安山巖之間的侵入構造帶控制, 其中心部位由石英電氣石熱液角礫巖、鉀硅酸鹽化電氣石熱液角礫巖和電氣石鉀硅酸鹽化熱液角礫巖等組成, 這些巖漿熱液角礫巖筒屬 IOCG礦床的儲礦構造樣式, 相伴的脆韌性剪切帶也是銅金疊加成礦的有利構造。③晚期為晚白堊世磷灰石透輝角閃石巖、鐵纖閃透輝石巖和鐵質輝長巖(82 Ma)以巖脈群和巖床等形式侵位, 形成了月亮山 IOCG礦床的疊加成礦, 以脆性構造變形域中形成的脆性斷裂帶為主, 在AFZ次級NW、NE和SN向斷裂中, 形成了脈帶型IOCG礦體。

其他類型還有熱水(泉)沉積角礫巖構造系統和變質熱液角礫巖構造系統等。總之, 以上各類熱液角礫巖相系在時間域–空間域上, 常具有內在成因聯系, 通過構造巖相學研究和填圖單元建立, 進行1∶200～1∶10000比例尺井巷工程巖相學編錄和巖相學填圖, 能夠圈定熱液角礫巖構造系統, 圈定或預測熱液角礫巖相系的成巖成礦中心和熱源中心。

3 研究內容與研究方法

3.1 研究內容與研究方法

研究內容主要包括相類型和相序結構建立, 相體和相系域的幾何學、運動學、動力學、物質學(巖石學、巖相學和巖石地球化學等)和年代學(構造變形篩分與同位素地球化學精確定年相互約束)。需從研究尺度、構造變形型相、構造變形域等研究方法進行系統研究。

(1) 研究尺度: 由于角礫巖相系復雜性和多類型的成因相, 需要從 5個不同尺度的構造巖相學進行研究, 即大地構造巖相學、區域構造巖相學、礦田構造巖相學、礦床構造巖相學和礦體構造巖相學,每一個研究區需要具體研究, 界定角礫巖相系組成和研究尺度, 確定填圖單元的尺度。

(2) 構造變形型相: 構造變形型相是指在相近或同一構造變形域中(構造變形層次), 同類巖石或不同類型巖石組合, 在不同深度、溫度和壓力條件下, 因構造應力–流體–巖石–耦合方式, 不同構造動力學作用或流體動力學作用形成了一套特定的構造樣式和構造變形群落。按照構造樣式–構造群落–巖相學特征,有助于恢復同類巖石或不同類型巖石組合形成的不同深度、溫度、壓力、流體–巖石耦合方式和環境。

(3) 構造變形域: 不同構造變形層次中, 因構造–流體動力學相互耦合作用方式不同, 形成了不同類型的構造巖相學產物, 在構造樣式-構造群落-巖相學類型上具有一致性和諧和性, 稱為構造變形域。按照巖石圈地幔深度, 可劃分為深部上地幔–下地殼界面層(>40 km)、較深部下地殼(20～40 km)、中部中地殼(10～20 km)、淺部上地殼(5～12 km)、陸殼淺部(1～5 km)和近地表(<1 km)等5個不同層次的構造變形域。暫按照不同地殼深度和變質相型結合,將構造變形域按照變質相型進行野外填圖單元劃分, 在巖石學的 P-T-t研究基礎上進一步恢復重建其形成深度和相關壓力–溫度參數, 脆性構造變形域(<3 km)與濁沸石相和葡萄石–綠纖石相變質相對應。在韌–脆性和脆–韌性構造變形域(3～15 km)主要為綠片巖相, 野外填圖在綠片巖相內, 可劃分為綠泥石絹云母型、綠泥石黑云母型和黑云母鉀鈉長石型脆韌性剪切帶。其角閃巖相、麻粒巖相、藍片巖相和榴輝巖相韌性剪切帶可以按照 P-T-t參數, 或者按照壓力–溫度進行進一步劃分, 恢復重建構造變形域。

3.2 研究思路和技術方法組合

(1) 系統整體思路(多維場)。主要技術方法包括構造巖相學填圖和五維立體(點–線–面–體–時)相體解析等兩大類。即: 構造巖相學(F)={x, y, z, t, M-(t-P-T)}。

四維立體解析(點–線–面–體–時)(D)=(x, y, z, t); M=Mi-ti-Pi-Ti

在上式中: 點=地質觀測點, 包括x, y, z等三維坐標數據。線=實測構造巖相學剖面線, 包括 x-y、x-z或 y-z坐標數據。面=勘探線剖面和中段平面剖面、地表構造巖相學圖。在地表巖相學填圖中, 以x、y為投影平面, 但實際上包括地形標高(z)。體=單一相體和礦體縱向、橫向和垂向等三向構造巖相學剖面圖, 并制作勘探線剖面聯立圖和不同中段聯立圖。對構造巖相學(F)進行四維立體解析(點–線–面–體–時)(D)。

M=物質組成及演化趨勢, 即為巖石地球化學常量組分(%)和微量組分(10-6)。Mi=在ti時間的物質成分; ti=采用同位素地球化學年代學厘定的形成年齡或采用構造巖相學篩分方法確定的構造世代; Pi=在ti時間相體和物質組成形成的壓力條件, Ti=在ti時間相體和物質組成形成的溫度條件, 二者采用礦物包裹體測溫和礦物溫度計獲得形成的Pi和Ti數據;用于對多期次形成的構造巖相體進行多維場解剖研究, 當i為相對固定的形成時代情況下(如缺少穿插關系且在同位素地球化學年代學方法測試誤差范圍內等), 即可采用t-P-T參數描述形成的時間–壓力–溫度條件。在(次火山)侵入巖相研究中, 一般對相關巖相進行t-P-T軌跡研究來描述(次火山)侵入巖相冷卻過程中降壓和降溫的持續時間、或疊加侵入巖相的增溫–增壓過程; 以及在附近地層(圍巖)中形成的構造熱事件年齡、增溫–增壓過程和降溫–降壓過程, 精確厘定(次火山)侵入巖與成礦年齡關系。

(2) 多維場空間拓撲學結構思路。主要技術方法包括空間–時間和空間–物質量等四維、空間–時間–物質量五維空間拓撲學結構等 3大類相體解析圖,即采用x-y-z表示空間域, t表示時間域, t0表示初始狀態的年齡, ti表示后期構造疊加相年齡, M表示物質成分(巖石學、巖相學和巖石地球化學成分), 即:構造巖相學(F)= (x-y-z, t/M)。

在初始狀態下進行巖相學解析, 則: 構造巖相學M-(t-P-T)[D(x, y, z)]=F(x-y-z, M); t=t0

在空間域內, 空間拓撲學結構主要為同時異相的相分異結構和相序結構, 主要在同一構造巖相學系統中, 因相系發生相分異作用而導致相變, 形成空間域內相序結構。

在時間域內進行地球化學巖相學解析, 則: M-(t-P-T)[D(x, y, z)]=t0+ti

在空間域內進行地球化學巖相學解剖, 則: M-(t-P-T)[D(x1±x2, y1±y2, z1±z2)]=t0+ti

在時間域內, 主要研究不同相體的物質組成及主要成巖成礦期的物質強度, 即成巖成礦中心和成礦中心在時間域分布規律。在空間域內, 主要研究同一相系中疊加相體的物質組成及主要成巖成礦期的物質強度, 即特定時間域內, 同一相系中疊加相體在空間域中成巖成礦作用強度中心, 用于圈定成巖成礦中心和成礦中心位置。

(3) 幾何學(形態學)、運動學、動力學、物質學和年代學(時間–空間拓撲學結構)。采用實測構造巖相學剖面, 建立巖相學類型和填圖單元, 系統進行1∶200井巷工程地質編錄和1∶1000～1∶5000井巷工程構造巖相學填圖。在野外和顯微鏡下并基于先進儀器測試, 對物質學和年代學進行研究。構造巖相學研究中, 年代學研究采用構造巖相學篩分相對定年, 進一步通過同位素年代學精確定年, 厘定絕對年齡, 最終建立構造事件和構造變形序列、構造樣式和構造組合圖。采用構造樣式測量研究其幾何學特征, 采用角礫巖相體填圖和礦體空間幾何形態學測量, 研究各類角礫巖相體與礦體形態之間的空間拓撲學結構。

(4) 綜合方法進行深部構造巖相學填圖。采用地震勘探是有效進行深部構造巖相學的填圖方法(胡煜昭等, 2012)。采用磁力勘探–深部磁化率填圖和重力勘探–深部密度填圖等綜合方法, 圈定預測古火山機構中具有磁性的次火山巖和侵入巖(基性–超基性巖類)和鐵銅礦體深部幾何形態學特征。基于GDP32電法工作站和EH4連續電導率測量等綜合方法, 對深部電性–構造巖相學填圖。采用MT、AMT 和CSAMT等綜合方法, 對深部構造巖相學填圖。采用地球化學巖相學、礦物地球化學、磁化率–密度和人工重砂測量等系列專項填圖, 對多礦種共伴生礦床進行研究。采用航空磁力和遙感蝕變填圖, 可快速高效地低成本覆蓋大范圍, 對礦田和區域深部的構造巖相學填圖。總之, 采用綜合方法可形成 1∶2000、1∶10000和1∶50000系列構造巖相學填圖,局部采用系列圖集形式表達核心內容。

圖1 陜西雙王熱液角礫巖型金礦床的構造巖相學結構圖Fig.1 Map of tectonic lithofacies for the Shuangwang hydrothermal breccia-type gold deposit, Shaanxi province

3.3 填圖單元和填圖方法的應用實例

3.3.1 多維場空間拓撲學填圖在陜西雙王熱液角礫巖型金礦床中的應用

在時間–空間域內, 空間拓撲學結構包括異時同位同相疊加相、異時同位疊加巖相、異時異相同位疊加相和異時異相異位相變體, 以疊加成巖成礦體系為典型, 需要進行系統的巖石地球化學和同位素年代學研究和填圖(圖1)。熱液角礫巖構造系統最重要特征是異時異相的同位疊加成巖成礦系統, 超壓流體型液壓致裂角礫巖相是沉積盆地在后期疊加深源異常高壓流體或后期變形收縮過程中形成了異常高壓流體、巖漿熱液體系具有較大內壓力且高于上覆圍巖靜壓力等熱流體系統, 多期次熱流體隱爆、液壓致裂、沸騰和瞬間構造釋壓等構造–巖相–流體(溫度–內壓力–流體成分)多重耦合作用形成。如在陜西雙王熱液角礫巖型金礦床中, 具有十分典型的異時異相–同位疊加成巖成礦作用的構造巖相學結構, 金礦體呈“巖帽狀”定位在熱液角礫巖構造系統上部, 下部存在三個較高溫度的熱流體成巖中心,各類異時異相–同位疊加的構造巖相學相體, 圍繞熱流體成巖中心大致呈對稱的相體空間幾何形態學結構(圖1)。

(1) 中泥盆世熱水沉積形成的似層狀鈉質板巖(AbR, SHRIMP鋯石U-Pb年齡為396.1±9.1 Ma, 圖1), 與東秦嶺丹江鈉質流體侵入–隱爆–交代–充填的區域熱事件(364.9±10.9 Ma, 全巖Rb-Sr等時線年齡,李勇等, 1999)具有一致性, 即先期為中泥盆世鈉質熱水同生沉積作用, 晚泥盆世為丹江鈉質熱流體侵入–隱爆–交代–充填事件。

(2) 在雙王金礦床, 石炭紀–二疊紀(342±4.5 Ma、280.1±4.5 Ma～277.5±4.2 Ma, SHRIMP鋯石U-Pb年齡)為堿性富 Na-CO2型熱流體隱爆–侵入–交代–充填的區域熱事件高峰期(圖1)。

(3) 礦物包裹體中成礦流體含鹽類子晶的高鹽度和富集PGE等特征(謝玉玲等, 2000), 揭示有巖漿不混溶作用和流體隱爆–沸騰作用發生。包裹體均一溫度主要范圍分別為成礦早期(463～300℃)、主成礦期(340～220℃)和成礦后期(279～100℃)。據劉必政等(2011)研究, 氣相組分主要為N2其次為O2, 含少量CH4和CO, 微量C2H2、C2H4和C2H6等, 普遍存在于富氣相包裹體中, 液相成分主要為 CO2和 H2O; CO2/H2O的摩爾分數比值在含鐵白云石中為0.08201～ 0.45603、方解石中為 0.11071～0.419294、晚期石英中為 0.189415; 早期成礦流體以巖漿水和變質水為主, 后期有大氣降水的混入。劉必政等(2011)研究證明雙王金礦床成礦流體鹽度低, CO2-H2O-NaCl包裹體鹽度為2.58%～12.81% NaCleqv, 并且富含CO2; 成礦流體pH值為7.27～7.16, 根據CH4-CO2-H2O體系參數估算含鐵白云石主成礦階段的氧逸度 lgfO2=–33,晚期方解石階段為lgfO2＝–35。這與雙王含金熱液角礫巖中發育含鐵白云石角礫巖化和方解石化等蝕變現象一致, 屬偏堿性還原地球化學相。結合謝玉玲等(2000)發現高鹽度成礦流體看, 暗示存在巖漿熱液型高鹽度流體和變質流體型中低鹽度流體, 這與多期次的熱液角礫巖相系形成有密切關系。劉必政等(2011)估算主成礦期的成礦壓力約為 170～100 MPa,根據主成礦期不混溶包裹體的壓力計算得出雙王金礦床的成礦深度大約在 3.8～6.4 km; 其估算壓力變化范圍較大, 小于40 MPa和大于200 MPa的成礦壓力都有出現, 存在異常高壓。包裹體多樣性及演化特征、熱液角礫巖型礦化特征揭示雙王金礦床成礦流體具有不混溶性特征, 流體的減壓沸騰是導致金沉淀成礦的重要原因。這些特征揭示深源堿性熱流體具有異常高壓和多次熱流體沸騰, 導致熱液角礫巖化、隱爆角礫巖化和液壓致裂角礫巖化(王國富等, 2002), 是形成含金熱液角礫巖的主要機制(圖1)。

(4) 在含黃鐵礦鈉質熱液角礫巖中, 黃鐵礦Ar-Ar年齡為168 Ma和183 Ma(石準立等, 1989), 為白堊紀疊加成巖成礦作用形成的產物。從中泥盆世似層狀鈉質板巖、石炭紀-二疊紀鈉長石巖和白堊紀含黃鐵礦鈉質熱液角礫巖疊加成巖成礦, 顯然, 雙王含金熱液角礫巖相體存在多期疊加作用。

3.3.2 填圖單元確定方法與東川角礫巖構造系統特征

云南東川–易門元古宙地層中角礫巖類最為復雜, 與鐵礦床、鐵銅礦床、銅礦床和鐵氧化物銅金型礦床具有密切的成因聯系, 但至今尚未取得統一認識, 主要觀點有構造角礫巖(李希勣等, 1953)、侵入角礫巖(花友仁, 1959)、流態構造角礫巖(吳懋德和李希勣, 1983)、火山氣–液爆發和次火山隱爆成因角礫巖(龔琳等, 1996; 蔣家申, 1998; 陳振強和周衛寧, 1999)、水壓角礫巖(汪勁草等, 1999)。在基于井巷工程1∶200編錄和1∶2000構造巖相學填圖的基礎上,通過系列勘探線剖面和坑道平面構造巖相學填圖、巖相學和礦相學鑒定、人工重砂定量分析、巖相地球化學、巖石地球化學和同位素年代學研究、1∶10000比例尺地面高精度磁力測量(初步在礦帶和礦區尺度上探測規模較大的隱伏磁性體大致位置)、井中三分量精細磁力測量(進一步在礦體尺度上精細探測磁性體空間位置)、磁化率填圖、物探綜合電法(采用 DGP32和 EH4等完成的深部電性填圖)剖面測量等系統綜合研究認為, 東川鐵銅礦集區角礫巖類可劃分為10個填圖單元, 適用于礦體尺度范圍的1∶1000、1∶2000和1∶5000的勘探線剖面圖、中段剖面圖和縱向剖面圖等三個方向的構造巖相學填圖, 實現對礦體和礦床尺度上立體空間幾何形態學(即x-y-z、x-y、x-z、y-z等)研究和解剖, 主要在于重建礦床構造樣式和礦體的儲礦構造樣式的幾何形態學和空間拓撲學結構。這些填圖單元或按照它們構造巖相學相體結構關系合并成為新填圖單元, 也適用于1∶10000和1∶50000的礦山地表和深部立體構造巖相學填圖, 以便于不同礦床之間對比研究,在恢復古火山機構、(次)火山熱液成礦中心和復式侵入巖體侵位中心等尤為重要。經過系統研究, 恢復了復式侵入巖體有關的巖漿熱液角礫巖構造系統、堿性鐵質輝長巖侵入體與巖漿熱液角礫巖構造系統、次火山熱液–熱流體角礫巖構造系統、構造–巖漿–角礫巖雜巖系統、盆地流體角礫巖系統、構造–熱流體角礫巖系統、巖溶–熱流體疊加角礫巖系統、堿性角礫狀碳酸巖–鐵白云石鈉長石巖侵入體與堿性熱液角礫巖系統、構造反轉拆離帶–逆沖推覆斷裂帶型角礫巖系統、韌性剪切帶型角礫巖系統和復成因角礫巖系統等10類角礫巖構造系統。在系列構造巖相學填圖基礎上, 采用地面高精度磁力異常場和EH4連續電導率填圖, 進行構造巖相學填圖單元的走向、傾向和延深等空間域分布位置和規模大小等深部空間幾何形態學填圖和預測。在全空間域內,開展井中三分量精細磁力測量和井巷TEM測量, 預測并尋找具有弱磁性地質體和礦體的空間分布特征和規律, 經過對鉆孔巖心和坑道磁化率測量證明,含銅赤鐵礦礦石和赤鐵礦礦石組成的鐵銅礦體和赤鐵礦礦體具有無磁性-弱磁性, 而其上下盤圍巖(蝕變基性火山巖和蝕變輝綠輝長巖等)屬明顯的弱磁性體, 主要系存在少量磁鐵礦所引起。因此, 將弱磁性地質體(成礦地質體)和磁鐵礦化體作為找礦預測目標物進行專題找礦預測, 為井巷驗證工程提供設計依據。在坑內鉆探和井巷工程驗證后, 系統對驗證工程進行核查研究, 完善和修改前期構造巖相學填圖。主要填圖單元確定依據和特征如下。

(1) 不規則狀堿性熱液角礫巖構造系統與新太古代–元古宙堿性角礫狀碳酸巖–方解石鈉長石巖侵入體。

①在小溜口巖組(Ar3-Pt1)頂部, 中心相為方解石鈉長石巖侵入體, 形成年齡為 2520±14 Ma(鋯石SHRIMP U-Pb年齡, 方維萱, 2014), 兩側為堿性碳酸角礫狀巖相、鐵白云石鈉長石角礫巖相和鐵白云石化蝕變閃長巖相等, 形成REE-Cu-Au-Ag-Co型礦(化)體。

②古巖溶–熱流體疊加角礫巖系統分布在小溜口巖組頂部, 古巖溶角礫巖相系(疊加熱流體角礫巖相)沿古喀斯特構造面, 總體上呈不規則的似層狀相體, 局部為“上大下小”的不規則熱液角礫巖體, 它們分別受古巖溶面和古喀斯特洞穴形態控制。

③在小溜口巖組頂部發育拆離斷裂帶(伸展型韌性剪切帶), 后期疊加有擠壓型韌性剪切帶, 對古巖溶角礫巖相系和方解石鈉長石角礫巖相系等形成了強烈的構造變形。

④因受后期巖漿熱液作用疊加, 局部為含銅熱液角礫巖。

⑤這種熱液角礫巖構造系統具有多期多階段特征, 在東川運動、小黑箐運動(格林威爾期)和晉寧運動期, 沿人占石–因民–落雪–石將軍和濫泥坪–湯丹復式倒轉褶皺–斷裂帶, 形成了堿性鈉長石鐵白云石角礫巖(巖漿碳酸巖)–方解石鈉長石角礫巖帶和對稱的構造巖相學分帶, 角礫狀鐵碳酸鹽化–鈉長石化蝕變相→液壓致裂角礫巖化相→脈帶狀含銅鐵白云石硅化蝕變相, 為熱液型脈帶狀Cu-Au-Ag-Co礦體的儲礦構造巖相帶。

(2) 似層狀火山沉積角礫巖構造系統與因民組一段的復成因角礫巖相體。

②在時間序列上, 因民組一段底部為底礫巖,主要為石英質礫巖等組成, 為區域角度不整合面標志層, 它與小溜口巖組流變褶皺群落–韌性剪切帶等共同組成了東川運動形成的大地構造巖相學類型(1800 Ma, 方維萱, 2014)。向上迅速相變為沉積成因的紫紅色雜礫巖和復成分角礫巖, 局部含有震積角礫巖和坍塌構造巖塊; 繼續向上變為復成分火山角礫巖和火山角礫巖等。火山噴發沉積作用形成了火山角礫巖, 一般含陸緣物質很少, 常有火山熔巖層;在同層位可相變為泥質粉砂巖和泥質灰巖等。

③在復成分火山角礫巖中, 火山巖角礫和填隙物含量在 70%以上, 局部熱水蝕變作用強烈, 青磐巖化蝕變相發育, 蝕變礦物組合為綠泥石–綠簾石–方解石–鐵白云石–鏡鐵礦(赤鐵礦)±磁鐵礦。在鏡鐵礦化蝕變強烈部位, 伴有銅鐵礦(化)體。

④復成分角礫巖中以陸緣物質為主體, 含有少量火山物質(角礫和凝灰質膠結物)。

⑤局部發育因民期地震作用形成的震積角礫巖、陡岸坍塌構造巖塊(5 m×10 m)和水下泥石流相。

⑥在火山熱水同生蝕變作用下, 局部形成了含銅鈉質熱液角礫巖相。在因民組一段復成分火山角礫巖中, 碎屑鋯石呈棱角狀巖漿鋯石特征, 顯示近距離搬運特征, 因民組一段形成年齡為1792±30 Ma(鋯石 LA-ICP-MS U-Pb法, 上交點諧和年齡, 作者未發表數據), 該年齡可能代表了因民組底界的形成年齡。

(3) 環帶狀巖漿熱液角礫巖構造系統和因民期堿性鐵質輝長巖次火山侵入巖錐體。

在東川鐵銅礦床集中區, 巖漿熱液角礫構造系統由次火山巖侵入體中心相(結晶核亞相、偉晶狀輝長巖亞相和粗粒輝長巖亞相, 圖2a, 2b)、過渡相(輝長玢巖亞相、輝長輝綠玢巖亞相、輝長閃長玢巖亞相)和邊緣相(氣孔杏仁狀輝綠巖亞相、輝綠巖亞相、綠泥石化蝕變輝綠巖亞相(圖 2c)), 巖漿熱液隱爆角礫巖相、巖漿侵入角礫巖相、黑云母巖漿熱液角礫巖相(圖 2d)、熱流體化角礫巖相、熱流體液壓致裂角礫巖相、火山熱水沉積角礫巖相、熱液坍塌角礫巖相、古巖溶–巖漿熱液疊加角礫巖相、構造–巖漿–角礫巖雜巖體、脆韌性剪切–熱液角礫巖化蝕變鐵質輝長巖相等15種不同相類型組成。需要通過構造巖相學填圖, 才能詳細圈定這種巖漿熱液角礫巖構造系統的空間分布范圍, 進行空間幾何形態學與成礦規律研究, 基于構造巖相填圖進行深部找礦預測。

①中元古代早期因民期初期形成的次火山巖侵入體, 地表為巖株–巖枝狀, 深部巖株–巖枝相連形成大型巖株, 即“上小下大”多個次火山錐體、蘑菇云狀次火山巖侵入體和相間排列的火山錐體, 在因民期、落雪期、黑山期和大營盤期均有不同堿性鐵質輝長巖侵入, 形成復式侵入巖體作為獨立填圖單元;在這些復式侵入巖體中, 發育巖漿熱液角礫巖構造系統。以因民地區彎刀山–磨子山復式輝長巖巖株為代表, 地表出露形態呈不規則橢圓形, 向西邊部呈兩個巖枝狀逐漸變薄, 北東–南西向長軸為 1500 m,南北向短軸850～100 m, 地表出露面積約1.0 km2。在1800 m水平坑道內, 西邊部兩個巖枝在深部變厚加大成為巖株狀, 次火山巖侵入體呈現上小下大形態(古火山錐體核心部位)。根據地面磁力異常場特征、井巷構造巖相學填圖和深部磁化率填圖等的綜合研究, 推測向深部可能為大型規模的巖株狀, 為大水溝–彎刀山–因民的古火山隆起的基礎構造格架。

中心相由角閃石–長石結晶核和晶腺構造(圖 2a)、偉晶狀輝長巖(圖2b)、粗粒輝長巖和輝長玢巖等組成, 其粗粒輝長巖形成年齡為 1775±30 Ma(鋯石LA-ICP-MS U-Pb法, 加權平均年齡, 作者未發表數據)。

過渡相為輝綠輝長巖、中粗粒輝長巖和中粗粒輝長閃長巖。

邊緣相為含團斑狀黑云母蝕變輝綠巖、細粒輝長巖、輝綠巖和綠泥石化蝕變輝綠巖(圖2c)等。

②后期輝長玢巖–粗粒輝長巖侵入在該大型巖株內, 形成了網脈狀含黃銅礦鏡鐵礦脈和含黃銅礦輝銅礦方解石石英脈、黑云母化熱液角礫巖相(圖2d), 它們構成了巖漿熱液角礫巖構造系統的中心部位, 屬成礦中心部位之一。

③在次火山巖侵入體兩側, 對稱發育堿性鐵質基性熔巖相、火山碎屑巖相(火山集塊巖、火山角礫巖和鐵質晶屑凝灰巖)和青磐巖化蝕變火山巖相,其中含磁鐵礦礦漿角礫的火山集塊巖(圖 2e)中, 形成了強烈的綠簾石–黑云母化熱液角礫巖相, 在該相中形成了細脈狀和浸染狀斑銅礦礦石和含斑銅礦磁鐵礦礦石, 它們共同構成了火山噴發通道相(儲礦構造), 鐵質晶屑凝灰巖–鐵質凝灰巖(磁化率為158×10–3～>1000×10–3SI)屬于因民組二段稀礦山型鐵銅礦床的含礦巖相, 這些構造巖相學標志指示其為東川地區稀礦山型鐵銅礦床的成礦中心部位之一。

④在因民組三段, 淺紫紅色–灰綠色條帶狀含角礫凝灰質砂板巖中, 凝灰質薄層理發生綠簾石–綠泥石化, 同生角礫巖相(圖2f)相帶發育, 以含同生角礫砂泥質灰巖(圖2g)和同生構造巖塊(含赤鐵礦大理巖巖塊, 圖2g中淺紫紅色角礫)為特征, 揭示了水下地震巖席發育規模較大, 其中火山熱水噴口相為含細網脈狀黃銅礦角礫狀硅化大理巖(圖 2h), 推測為本區東川型銅礦床形成時的因民期火山噴流通道口之一。

總之, 該次火山侵入體為復式巖體, 發現了含礦黑云母熱液角礫巖相、含斑銅礦磁鐵礦相、含磁鐵礦礦漿集塊巖和含銅角礫狀硅化大理巖等組成的三類巖漿熱液成礦中心, 揭示該大型巖株對于形成IOCG型礦床、稀礦山型(火山噴流沉積型)鐵銅礦床和東川型銅礦床十分有利。當稀礦山型鐵銅礦體上下盤圍巖為紫紅色粗面凝灰巖時, 稀土元素明顯富集, ∑REE為(1000～3000)×106-, 伴生Au(≥0.2 g/t)和Ag(1～20 g/t), 具有IOCG礦床特征。

(4) 環狀–半環狀巖漿熱液角礫巖構造系統與格林威爾期堿性鈦鐵質輝長巖侵入體。

圖2 東川因民鐵銅礦區鐵質輝長巖類和角礫巖類照片Fig.2 Photos of Fe-rich gabbros and breccias in the Yinmin Fe-Cu deposit in the Dongchuan area

①以東川白錫臘深部堿性鈦鐵質輝長巖侵入體為代表, 總體上呈切層分布, 穿切了新太古界–古元古界小溜口巖組、古元古界、中元古界(因民組、落雪組、黑山組和青龍山組), 堿性鐵質輝長巖體侵入構造與巖漿熱液角礫巖系統, 由堿性鐵質輝長巖侵入體中心相→堿性熱流體角礫巖相→坍塌角礫巖相±坍塌構造巖塊相→侵入角礫巖相帶→蝕變隱爆角礫巖相帶→隱爆角礫巖相帶→液壓致裂角礫巖相帶等組成,形成了因民組三段中的IOCG礦床。堿性鈦鐵質輝長巖類侵入最高層位為中元古界青龍山組, 并被新元古界大營盤組覆蓋, 形成年齡為 1042～1067 Ma (鋯石SHRIMP U-Pb年齡, 方維萱等, 2013), 屬東川地區第四期堿性鐵質輝長巖類侵入體, 形成于格林威爾造山期(小黑箐運動, 1000 Ma), 在濫泥坪-湯丹復式倒轉背斜軸部的濫泥坪–白錫臘–中老龍礦段、落因復式倒轉背斜軸部的人占石–因民–小溜口–落雪礦段分布廣泛。

②在該類侵入巖體與侵入角礫巖分布的最低層位上, 侵入小溜口巖組(Ar3-Pt1)中形成了傾向東和西的正斷層組, 在復式倒轉背斜核部發生了底拱疊加褶皺作用, 如JS中段, 可見對稱的構造巖相學和侵入構造組合分帶, 中心相粗粒堿性鈦鐵質輝長巖→過渡相中粗粒輝長玢巖+輝長閃長玢巖→邊緣相黑云母化鈉化輝綠巖+鈉化蝕變巖→鈉化巖漿熱液角礫巖相帶→隱爆角礫巖相帶±鈉質巖漿熱液角礫巖相→鐵白云石鈉化硅化熱液角礫巖相帶(小溜口巖組, 發育韌性流變褶皺+碎裂巖化相)。

③在落雪銅礦床2922中段等小溜口巖組中, 形成了輝綠輝長巖→侵入角礫巖→含礦隱爆角礫巖相帶→液壓致裂角礫巖相帶→斷層角礫巖相帶, 正斷層組中間部位因輝綠輝長巖–輝長巖上侵形成了侵入角礫巖帶和小溜口巖組斷塊式上升, 構造組合為地壘構造+侵入構造+角礫巖雜巖體。

④火麻箐和人占石銅礦床分別位于人占石背斜的東翼和西翼東川群青龍山組中, 似層狀銅礦體受青龍山組層間滑脫斷裂帶形成的層間裂隙帶控制,產于白云巖–硅質白云巖層中。在人占石以堿性鐵質輝長巖為中心相, 向外形成了堿性鐵質輝長巖→黑云母鈉長石蝕變巖相帶→侵入角礫巖相帶→隱爆角礫巖相帶→坍塌角礫巖相帶±液壓致裂角礫巖相帶,它們共同組成了巖漿隱爆角礫巖筒。巖漿隱爆角礫巖筒產于青龍山組中, 平面形態呈橢圓形, 南北向長480 m, 東西向寬100～230 m, 垂向延深>500 m, 向北側伏。黑云母鈉長石蝕變巖相帶主要位于堿性鐵質輝長巖邊部, 在輝長巖類尖滅部位相變為黑云母鈉長石熱液角礫巖相, 推測原巖為堿性鐵質輝長巖類。侵入角礫巖類(相帶)中含有渾圓狀因民組角礫和近源棱角狀的青龍山組硅質白云巖角礫, 膠結物主要為熱液成因的硅質、漿屑和巖屑等。侵入角礫巖中具有明顯的塑性流動特征, 并呈脈狀侵入到其他相帶中。隱爆角礫巖類(相帶)的角礫主要為青龍山組硅質白云巖, 角礫大小混雜, 棱角明顯, 膠結物主要為熱液蝕變礦物(石英、鈉長石、綠泥石、鐵白云石等)、凝灰質和漿屑等,在凝灰質和漿屑與角礫之間, 多具有熱反應邊結構和蝕變暈圈。坍塌角礫巖類位于隱爆角礫巖相帶上方,主要由大小相差懸殊的構造巖塊組成。

(5) 環錐狀火山熱液角礫巖構造系統與次火山巖侵入體。

在時間序列上, 按照是否能夠建立填圖單元,可劃分為6個期次。

①第一期形成于中元古代因民期和落雪期, 因民期早階段主要集中在落因復式倒轉背斜軸部地表和深部井巷工程中, 侵入角礫巖主要分布在輝綠巖–輝綠輝長巖–輝長巖侵入體兩側和頂部, 一類是復成分侵入角礫巖, 角礫多呈棱角狀–次棱角狀, 以小溜口巖組巖石為主, 主要有板巖類、火山巖類、糜棱巖類、石英巖和蝕變巖類, 在因民鐵銅礦區深部2472和JS中段井巷工程中多見這種侵入角礫巖。在侵入角礫巖和輝長輝綠巖–輝長巖中, 熱液蝕變作用顯著, 沿裂隙帶廣泛發育硅化細脈、方解石硅化細脈和綠泥石細脈, 這些細脈帶型蝕變巖顯示具有深部巖漿房中成礦物質供給系統的特征。另一類是侵入角礫巖–火山角礫巖組合, 如因民磨子山銅礦段地表等地區, 因民組中輝長巖和侵入角礫巖的巖相學分帶為火山角礫巖帶→侵入角礫巖→堿性鈦鐵質輝長巖,揭示在磨子山–彎刀山分布有因民期火山噴發中心。

②第二期為落雪期輝綠巖–堿性基性熔巖–火山角礫巖, 上侵到落雪組下部輝綠巖–輝長輝綠巖兩側,因民組一段復成分火山角礫巖以二次破碎和巖漿熔結為特征。落雪期鈉質火山熱水角礫巖(鈉長石角礫狀巖)主要分布在落雪組一段, 以似碧玉狀鈉質硅質巖–硅質鈉質巖、粗面質凝灰巖和硅質巖等為主。

③第三期形成于中元古代黑山期(Pt2Dh), 以堿性基性熔巖–火山集塊巖–火山角礫巖–凝灰巖等巖石組合為特征, 具有典型層狀火山巖相體特征。

④第四期形成于中元古代末期的小黑箐運動期。

⑤第五期以大營盤期(Pt3y)似層狀–層狀堿性鐵質基性熔巖–火山角礫巖相體+切層脈狀堿性鐵質輝綠巖脈群為特征。

⑥第六期輝長巖–輝長輝綠巖+隱爆角礫巖相形成于晉寧–澄江期, 多沿斷裂帶侵入于大營盤組, 形成隱蔽角礫巖帶。

(6) 帶狀–不規則狀熱液角礫巖構造系統與多期次構造–巖漿–角礫巖雜巖帶。

以多期多階段輝長巖–輝綠巖–鈉長石巖侵位和巖漿熱液角礫巖相帶為特征, 屬多期次巖漿侵入–火山隱爆–構造作用的多期次疊加成巖成礦作用形成。上侵最高層位為新元古界大營盤組等不同層位,因形成時代不同穿切層位不同, 也可多期次(時間域)在空間上同位疊加(空間域上同位疊加), 形成了異時同位疊加巖相體等組成的構造–巖漿–角礫巖雜巖體。

①老杉木箐構造巖塊及周邊的輝綠輝長巖–隱爆角礫巖相帶具有巖漿熱流體垂向驅動形成的刺穿構造巖片。

②構造–巖漿–角礫雜巖系統沿因民–落雪–石將軍和濫泥坪–湯丹兩個復式倒轉背斜軸部附近, 侵入角礫巖多期疊加在相同或相近空間中, 形成了異時異相同位疊加或異時同相疊加的多期疊加角礫巖相, 它們組成了角礫巖雜巖體。

③角礫巖成因類型有多期巖漿侵入角礫巖、火山角礫巖、隱爆角礫巖、震碎角礫巖、熱液角礫巖、坍塌角礫巖、坍塌構造巖塊、構造角礫巖等, 實際上是一系列構造–巖漿–角礫巖雜巖體組成的構造–巖漿–角礫巖雜巖帶。

④在該系統中, 坍塌角礫巖相、坍塌構造巖塊和陷落火山角礫巖筒發育, 可含有因民組、落雪組、黑山組和青龍山組等不同層位的角礫和構造巖塊,局部相變極強烈, 角礫成分混雜。在井巷工程巖相學填圖基礎上, 對不同地段采用構造巖相學–構造變形篩分進行解剖性研究, 仍然可以尋找和發現成礦控制規律, 為找礦預測提供依據。

(7) 帶狀糜棱巖化相的構造流體角礫巖相系與逆沖推覆型剪切帶。

發育在古元古界湯丹巖群灑海溝巖組、望廠巖組、菜園灣巖組、平頂山巖組和新太古界–古元古界小溜口巖組中。

①在碳酸鹽質糜棱巖–糜棱巖化相碳酸鹽質角礫巖中, 發育強烈韌性剪切流變和流變褶皺等, 中深構造變形層次下形成的構造變形型相(糜棱巖化帶–糜棱巖相等韌性流變構造型相和韌性構造變形域等)。

②小溜口巖組發育順層的糜棱巖化帶, 形成了含銅鈉長石硅化熱液角礫巖和含銅鐵白云石硅化熱液角礫巖, 屬構造–熱流體角礫巖相。

③黑山組中桃園型銅礦床與糜棱巖化相有密切關系, 在強構造變形部位, 形成了脈狀–網脈狀和角礫狀銅礦石。該相系主要功能在于識別韌性剪切帶,尋找和預測含銅韌性剪切帶型銅礦體。

④在格林威爾期堿性鈦鐵質輝長巖侵入構造中,發育同巖漿侵入期脆韌性剪切帶, 并發育糜棱巖化熱液角礫巖相系, 屬于與 IOCG型礦床關系十分密切的礦田構造樣式。

盆地流體角礫巖系統、構造-熱流體角礫巖系統和巖溶–熱流體疊加角礫巖系統多分布在上述 7種角礫巖相系外圍, 并在特定空間范圍內形成構造巖相學分帶, 形成相系分異結構或獨立發育。這三類相系作為獨立填圖單元, 對于上述 7種熱液角礫巖相系具有預測功能。

3.3.3 構造巖相學填圖方法與應用效果

貴州晴隆大廠地區為典型的銻–螢石–黃鐵礦–金礦–鈦礦–煤炭等多礦種共伴生礦田, 尚有硅石和貴翠等非金屬礦產。面臨復雜緩傾斜多礦種同體或異體共伴生富集成礦等技術難題, 將“大廠層”作為構造巖相學獨立填圖單元, “大廠層”厚度一般3～50 m。其上覆中二疊統峨眉山玄武巖組, 下伏中二疊統茅口組碳酸鹽巖, 按照 1∶10000填圖, 圈定了“大廠層”地表分布范圍, 也就直接圈定了找礦靶區。在茅口組頂部與峨眉山玄武巖組之間, 發育近水平似層狀熱液角礫巖構造系統, 在貴州晴隆大廠礦田分布面積達400 km2。在滇黔桂分布面積達3000 km2(即東吳運動形成的不整合構造面), 屬十分特殊的礦田構造類型, 由不同類型角礫巖相共同組成了該礦田構造系統, 其構造巖相學相體也復雜多變。需采用1∶200～1∶1000的專題填圖, 可有效研究多礦種共伴生富集的成礦規律(圖3), 從上到下一維垂向相序結構與礦種類型關系如下。

⑧ 上二疊統龍潭組泥炭沼澤相+凝灰質潮坪相,由一套砂巖、黏土巖夾灰巖、泥灰巖和煤層組成, 厚197～277 m, 是本區煤礦和金礦的主要含礦層位。

⑦ 中二疊統峨眉山玄武巖組火山溢流相厚層塊狀鐵質玄武巖和玄武質凝灰巖, 局部發育氣孔杏仁狀構造和柱狀節理, 厚度一般45～80 m。

⑥ 中二疊統峨眉山玄武巖組底部為鐵綠泥石化蝕變玄武巖相, 厚度0～3 m。由上到下巖性層序為鐵綠泥石化蝕變玄武巖→鐵綠泥石化蝕變巖→黃鐵礦鐵綠泥石化蝕變巖, 顯示最底部黃鐵礦化明顯增強。原巖相為火山溢流相鐵質玄武巖和火山噴發沉積相玄武質凝灰巖。

圖3 貴州晴隆三望坪銻礦段似層狀熱液角礫巖構造系統圖Fig.3 Tectonics system of the layer-like hydrothermal breccias in the Sanwangping Sb mine in Qinglong, Guizhou province

⑤ “大廠層”三段主要為黃鐵礦硅化黏土化蝕變相–硅化黏土化蝕變巖相–黏土化蝕變巖相, 厚度0～5 m。原巖為堿性凝灰巖相, 原巖相恢復為火山沉積巖相(火山空落沉積相)。推測在火山熱水沉積盆地中, 經過大規模的火山熱水同生蝕變交代作用, 形成了該蝕變巖相組合, 它們是銻和螢石礦的次要成礦–儲礦巖相層, 但屬鈦礦(銳鈦礦等)和硫鐵礦的主要成礦–儲礦巖相層。現今相體結構為火山熱水同生蝕變巖相+盆地流體疊加相+層間斷層角礫巖相, 具有同位異時疊加巖相學結構。共伴生礦種為鈦礦–銻礦–硫鐵礦–高嶺石礦。

④ “大廠層”二段為硫化物–氟化物–硅化熱液角礫巖相系, 厚度0～40 m。推測在火山熱水沉積盆地中, 火山熱水同生蝕變作用和后期盆地流體, 與層間斷層、小型構造(層間破碎帶、節理和裂隙等)和古巖溶地貌等多重耦合, 大規模水–巖交代作用形成的似層狀構造–巖相學相帶。火山熱水角礫巖相、層間斷層和盆地流體等多重耦合作用是該構造巖相帶的主控因素。它們是晴隆銻礦田中, 銻礦、硫鐵礦和螢石礦的成礦–儲礦巖相層, 該相系由硫化物–氟化物–硅化熱液角礫巖相、盆地流體疊加相、層間斷層角礫巖相和欠壓實流體型液壓致裂角礫巖相等多種相體組成, 具有同位異時異相疊加的相體結構, 相變規律是銻礦、硫鐵礦和螢石等共生分異規律的主控因素, 形成銻礦和螢石的獨立礦體、同體或異體共伴生礦體, 主礦種為銻礦和螢石礦, 伴生硫鐵礦、觀賞石和貴翠等非金屬礦產。在滇黔桂地區的茅口組頂部不整合面上, “大廠層”也是金礦富集層位, 當層間斷層和切層斷裂發育時, 形成了滇黔桂地區卡林型金礦床的定位構造巖相帶。

③ “大廠層”一段為火山熱水同生蝕變角礫巖相+黏土化蝕變角礫巖相+硅化角礫巖相, 厚約 8 m。巖性為灰白色強硅化火山角礫凝灰巖、硅化灰巖、硅化角礫巖化灰巖、凝灰質火山角礫巖和玄武質礫巖, 原巖相恢復為火山爆發沉積相+水下水道礫巖相等, 硅化蝕變相主要為火山熱水同生蝕變相, 盆地流體角礫巖化蝕變相為方解石化蝕變相、螢石蝕變相和重晶石化蝕變相, 具有(CaF2+BaSO2)-CaCO3型強酸性–弱堿性地球化學相界面。為銻礦和螢石礦的次要成礦–儲礦巖相層, 共伴生礦種為金礦+硅石+高嶺石礦+觀賞石。

② 中二疊統茅口組頂部發育殘積相黏土巖+古風化殼+古巖溶洞穴沉積相, 發育古喀斯特構造系統, 并控制了“大廠層”一段與茅口組頂部各類相體的穿插關系和空間拓撲學結構。

① 中二疊統茅口組局限碳酸鹽巖臺地相厚層塊狀結晶灰巖、生物碎屑灰巖和白云巖等。

從垂向相序結構看, 本區為典型似層狀構造熱液角礫巖構造系統, 由中二疊統峨眉山玄武巖組底部、“大廠層”一段、二段和三段、茅口組頂部殘積相黏土巖+古風化殼+古巖溶洞穴沉積相等組成, 以茅口組頂部和峨眉山玄武巖底部之間發育的區域性不整合面及產于其中的大廠層為主要構造巖相學組成。這種似層狀構造系統的底部相體形態, 受茅口組頂部不整合面形態控制明顯, 而頂部相體形態則受峨眉山玄武巖組底部鐵綠泥石化蝕變玄武巖相(鐵綠泥石化蝕變玄武巖→鐵綠泥石化蝕變巖→黃鐵礦鐵綠泥石化蝕變巖)控制, 主要與構造熱液活動規模密切有關, 形成年齡為253.7±5.3 Ma～251±2 Ma (LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb法, 本文), 揭示在晚二疊世長興階發生了較大規模的層間流體蝕變交代作用,伴隨該期鐵綠泥石化蝕變玄武巖相形成, 大量成巖成礦物質被活化, 形成了似層狀硫鐵礦體。彭建堂等(2003)認為螢石主成礦期年齡為148±8 Ma、142± 16 Ma, 與王登紅等(2012)獲得本銻礦中方解石(Sm-Nd等時線年齡為148±13 Ma)和螢石(Sm-Nd等時線年齡為142.3±7.9 Ma)相吻合, 揭示銻和螢石礦床的成礦時代為晚侏羅世。本區螢石蝕變相屬低溫地球化學相, 螢石–輝銻礦型礦石中螢石包裹體均一溫度為155～157 ℃, 輝銻礦–石英型礦石中石英包裹體溫度為130～195 ℃, 主成礦溫度為150～160 ℃(蔡華君等, 1997)。銻礦、螢石礦、硅石、硫鐵礦和貴翠等異時同位疊加成巖成礦作用, 受似層狀構造熱液角礫巖構造系統控制。

4 巖漿熱液角礫巖構造系統與IOCG礦床

4.1 多期次巖漿熱液角礫巖構造系統

智利曼托斯布蘭科斯銅銀礦床累計探明礦石資源量5.0億噸, 含銅1.0%, 銅金屬儲量500萬噸(Oliveros, 2005; Ramírez et al., 2006; Luis et al., 2008)。該IOCG礦床為典型的多期次巖漿熱液角礫巖構造系統(圖4)。早期(155 Ma)成巖成礦作用, 與酸性巖漿熱液角礫巖有關的絹英巖化密切有關。晚期(141～142 Ma)成巖成礦作用為鉀鈉硅酸鹽蝕變巖, 受同期閃長巖–花崗閃長巖巖株和閃長巖巖脈控制明顯。銅主成礦期明顯受晚期巖漿熱液角礫巖體控制, 以巖漿熱液角礫巖體為中心, 形成了垂向與水平蝕變礦化分帶。浸染狀和網脈狀銅硫化物富集與鈉硅酸鹽化蝕變密切有關。高品位輝銅礦帶為成礦中心, 位于巖漿熱液角礫巖體中心部位, 指示了高銅低硫地球化學環境。②黃銅礦–輝銅礦和黃銅礦–斑銅礦帶圍繞成礦中心分布, 其下部和邊部為黃鐵礦–黃銅礦帶,指示了高銅高硫還原地球化學環境。③在黃鐵礦–黃銅礦帶下為無銅礦化黃鐵礦蝕變體, 指示了高硫強還原地球化學環境。④銀主要富集在高銅低硫地球化學環境中, 銀賦存狀態以富銀輝銅礦為主, 其次賦存在輝銅礦和斑銅礦中。

該礦區地層為中上侏羅統拉內格拉組火山巖,巖性為雙峰式安山巖–流紋巖組合, 為伸展島弧構造環境中形成的火山巖組合。該礦床受三組斷層控制明顯, 顯示與區域構造動力學具有協調關系, ①NE向和 NW 向陡立斷層具有明顯的左旋和右旋運動特征。②SN向正斷層傾向西, 傾角為50°～80°。③SN向正斷層傾向東, 傾角為50°～80°。這種構造樣式組合與阿卡塔瑪斷裂系統的構造應力場相同, 揭示了它們屬于次級分枝斷裂系統。

巖石學單元時空格架特征: ①閃長巖–花崗閃長巖巖株侵入到流紋巖巖穹的穹頂, 形成了巖漿熱液角礫巖相帶。②晚期閃長巖和花崗閃長巖巖株上升侵入到巖漿熱液角礫巖中, 這些巖石單元都有不同程度的礦化。③晚期貧礦化的鐵鎂質基性巖脈橫切了早期形成的巖石單元。

圖4 智利曼托斯布蘭科斯銅銀礦床含礦熱液角礫巖體剖面圖(據Ramírez et al., 2006)Fig.4 Ore-bearing hydrothermal breccia in the Mantos Blancos IOCG deposit, Chile

主要包含五個構造巖相學單元(圖4): 流紋斑巖穹頂相、流紋質巖漿熱液角礫巖相帶、閃長巖和花崗閃長巖巖株(巖床)相帶、閃長–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖相帶和基性巖脈群相帶。

①流紋斑巖穹頂相。代表了酸性次火山巖侵出相, 分布于該礦床中部。近水平和垂直方向流體具典型層狀結構, 厚度1～4 cm, 主要由酸性凝灰巖(火山噴發相)和安山巖熔巖流(火山溢流相)組成, 流紋斑巖構成了流紋巖穹頂相, 其中發育碎裂溶蝕狀石英與強蝕變長石斑晶。閃長巖和花崗閃長巖床為侵入巖相體。

②流紋質巖漿熱液角礫巖相帶。由垂直單循環基質模式的流紋質巖漿和熱液角礫巖筒構造組成,該相帶侵入到長英質巖穹的穹頂。 由不規則巖體組成, 垂直范圍約 100～250 m, 橫截面形態為半橢圓形–圓形, 其直徑為50～100 m。在強烈動力變質作用的流紋巖碎屑中, 分布有浸染狀硫化物。蝕變巖石碎塊的形狀為不規則狀, 分選差, 角礫大小不等,礫徑在 1厘米至幾米。流紋質巖漿與巖漿熱液角礫巖相體指示了晚期成礦中心位置。晚期閃長質–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖侵入到該成礦中心部位, 指示了疊加成礦中心位置。

③閃長巖和花崗閃長巖巖株(床)為次火山侵入相帶。斑狀閃長巖和花崗閃長巖以巖株和巖床形態侵入到流紋巖穹頂。緩傾巖床至少存在五種巖石類型, 其厚度在10～50 m不等。這些巖株與巖床的形態特征, 揭示了巖漿侵入構造系統和巖漿運移通道(圖 4)。在花崗閃長斑巖中, 斑晶(10%～30%)為角閃石、斜長石、石英和黑云母; 基質為石英、長石、黑云母和赤鐵礦微晶。閃長巖中斑晶(5%～10%)為輝石和角閃石; 基質為細粒輝石、斜長石和磁鐵礦。閃長巖中發育毫米級杏仁氣孔狀構造, 并填充有石英和石英–硫化物。次火山侵入相帶的邊緣相, 發育隱晶質斑狀結構。花崗閃長巖和閃長巖普遍相互交切, 在花崗閃長巖中含閃長巖包體, 二者界線為火焰狀; 閃長巖中含花崗閃長巖包體, 二者界線具尖銳邊緣或邊緣角礫巖化, 顯示兩類巖漿熔體混合形成的巖漿角礫巖特征(混合巖漿角礫巖相)。晚期花崗閃長巖(142.18±1.01 Ma)和閃長巖(141.36±0.52 Ma,角閃石40Ar/39Ar)(Oliveros, 2005)屬兩類同期巖漿混合作用形成的混合巖漿角礫巖相, 這是該礦床巖漿熱液疊加成巖成礦中心, 也是本礦床的典型構造巖相學勘查標志。

④閃長–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖相帶: 位于閃長巖與花崗閃長巖巖株頂部, 與 SN向斷層有關的兩個復成分巖漿熱液角礫巖巖筒賦存于流紋質穹頂中(圖 4), 系巖漿熱液系統受構造釋壓, 在巖漿系統頂部形成的坍塌角礫巖相帶。中央熱液角礫巖體規模最大, 閃長巖–花崗閃長巖巖床穿切了該熱液角礫巖體。近垂直熱液角礫巖體(筒)垂深可達700 m,平面上直徑為 100～500 m。在巖漿熱液角礫巖相帶中, 基質和熱液膠結物為熱液成因的礦石和脈石礦物組成, 角礫為棱角狀和次圓形的流紋巖、花崗閃長巖及斑狀閃長巖, 巖漿巖角礫的礫徑為1 cm～15 m。在熱液角礫巖體深部, 受巖漿熱液控制明顯增強,含礦閃長巖基質中發育蝕變花崗閃長巖角礫、熱液蝕變暈圈和烘烤反應邊構造, 復成分巖漿熱液角礫巖相屬同時不等化學位的地球化學巖相學類型。

⑤基性巖脈群相帶: 該帶形成時間為 142.69± 2.08 Ma (角閃石40Ar/39Ar)(Oliveros, 2005), 走向主要為NNE, 次為SN和NNW向, 寬1～12 m。基性巖脈具有斑狀結構, 斑晶(10%～25%)由蝕變斜長石、角閃石和微晶輝石組成, 基質由細粒長石、角閃石、微晶黑云母和磁鐵礦組成。這種近直立基性巖脈群相帶, 受巖漿系統中大型冷凝節理構造系統控制,與巖漿侵入構造系統晚期熱衰竭過程密切有關。

本礦區具有兩期熱液成巖成礦作用, 早期熱液成巖成礦系統發育在流紋巖巖穹的穹頂相中, 由流紋質巖漿熱液角礫巖化作用形成。晚期熱液疊加成巖成礦系統為主成礦期, 集中在閃長質–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖巖體、閃長巖巖床及流紋巖穹頂相中, 與閃長巖和花崗閃長巖巖株侵入密切有關。

早期熱液蝕變–礦化系統形成范圍, 明顯比晚期疊加礦化–蝕變范圍大, 礦物組合為黃銅礦–斑銅礦–黃鐵礦–石英–絹云母。主要富集規律為: ①銅硫化物以浸染狀產于不規則和近直立流紋質巖漿熱液角礫巖巖體中。②細脈礦化與蝕變呈面狀分布。③銅硫化物呈浸染狀產于流紋質穹頂相與熱液角礫巖相中。④以單晶體形式產于流紋巖巖穹的石英斑晶中或環繞產出于其邊部。在流紋質巖漿熱液角礫巖中,硫化物以黃銅礦和斑銅礦為主。沿裂隙充填的細脈硫化物常伴有弱絹云母化–硅化, 成礦年齡為 155.11± 0.786 Ma(絹云母40Ar/39Ar, Oliveros, 2005)。

晚期熱液疊加成礦主要集中在閃長質–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖相帶, 屬花崗閃長巖–閃長巖巖株(床)同期形成的巖漿熱液角礫巖相。該相帶的規模為東西向長3000 m, 寬1000 m, 垂直延深600 m,成礦中心位于720～450 m(圖4)。①銅富集成礦集中在巖漿熱液角礫巖筒內和周緣, 高品位銅體位于該巖筒中, 向巖筒邊部銅品位逐步降低, 揭示巖漿熱液角礫巖筒為礦液運移主要構造通道。②早階段鉀化–青磐巖化蝕變巖集中在閃長質–花崗閃長質巖漿熱液角礫巖中; 晚階段鈉化蝕變巖發育在閃長巖巖床中, 鈉長石呈浸染狀和杏仁氣孔狀。③鉀硅酸鹽蝕變相由鉀長石和黑云母組成, 伴有石英、電氣石和綠泥石, 形成了磁鐵礦、黃銅礦和輝銅礦, 少量黃鐵礦。④銅銀礦體呈不規則似毯狀, 單礦體厚 100～ 200 m。

4.2 巖漿熱液角礫巖–脆韌性剪切帶耦合的構造系統

智利曼托貝爾德金銅礦床位于智利科皮亞波市北100 km, 探明銅氧化礦礦石量1.8億噸, 平均品位Cu 0.5%, 可采銅金屬儲量約 90萬噸; 下伏銅硫化礦礦石量4.0億噸, 平均品位Cu 0.52%, 可采銅金屬儲量約280萬噸。該IOCG礦床屬典型的巖漿熱液角礫巖與脆韌性剪切帶耦合的構造系統, Manto Verde, Manto Ruso, Manto Monstruo和Monte Cristo四個礦區, 均受巖漿熱液角礫巖體(筒)和阿塔卡瑪斷裂構造系統復合控制。Los Pozos區屬于南北向阿塔卡瑪斷裂帶兩個分支斷層間的構造巖片。該IOCG礦床與巖漿熱液角礫巖筒構造系統有密切關系(Vila et al., 1996; Benavides et al., 2007)。

該礦區地層為侏羅系拉內格拉組(La Negra)和下白堊統坂杜日阿斯(Bandurrias)組, 巖性為安山質熔巖和安山質火山角礫巖類。在阿塔卡瑪走滑斷裂系統(AFZ)形成期間, 伴隨同構造期巖漿侵入活動。在曼托貝爾德礦床北部斷裂帶中, 發育同巖漿侵入期的糜棱巖化相帶。曼托貝爾德斷裂帶(MVF)長12 km,走向NNW, 傾向東, 傾角40°～50°, 沿曼托貝爾德斷裂帶(MVF)銅富集成礦。早白堊世花崗巖呈巖基侵入于碎裂狀安山質火山巖中。在礦區西部Las Tazas雜巖體由花崗閃長巖–二長巖組成(130～128 Ma); 礦區東部 Sierra Diecioico雜巖體由閃長巖–二長閃長巖–花崗閃長巖–英云閃長巖組成(126～120 Ma)。

在 AFZ中脆–韌性斷裂帶為儲礦構造。在侏羅紀–早白堊世, AFZ具有伸展動力學特征, 局部為左旋斜沖走滑構造。該區三個含礦巖體與曼托貝爾德斷裂帶(MVF)相互平行, 在 AFZ兩個主斷裂之間, MVF屬協調斷層。金銅礦體主要受三類不同產狀的熱液角礫巖體構造控制(圖5), ①似層狀礦體受順層板狀含礦熱液角礫巖帶控制, 如在 Mantoverde, 礦體產于順層板狀熱液角礫巖帶中。②近直立含礦熱液角礫巖筒發育在兩組斷裂交匯部位, 如在 Manto Ruso 和 Manto Monstruo, 礦體產于近直立的熱液角礫巖筒內。③網脈狀礦體受斷裂帶的次級平行和分枝斷裂組控制, 在Monte Cristo礦體為網脈狀, 由含銅金鏡鐵礦型礦石組成。④本區銅金礦體的儲礦構造主要為熱液角礫巖筒(帶)。曼陀–阿塔卡瑪熱液角礫巖體寬 100 m, 膠結物主要為富含鏡鐵礦的熱液膠結物。熱液角礫巖體沿 MVF斷裂帶走向分布,熱液角礫巖體沿傾向到深部有減薄趨勢。從斷裂帶向外到安山巖(圍巖)中, 銅礦化和熱液角礫巖化強度均逐漸減弱, 揭示了巖漿熱液角礫巖系統與 AFZ脆韌性剪切帶的耦合特征。曼托貝爾德熱液角礫巖體(MVB)接觸帶寬20 m, 銅硫化物礦體賦存在安山巖和變形的火山碎屑巖中, 深成的銅礦體含銅1.0%以上, 伴生金0.25 g/t。其他銅金礦區沿AFZ斷裂帶東分支斷層分布, 或產于與MVF交匯部位, 受AFZ脆韌性剪切帶構造系統控制明顯。⑤銅硫化物與鐵氧化物密切相關, 在本區北部MVF中, 銅硫化物與鏡鐵礦共生; 在南部則主要與磁鐵礦伴生。富鏡鐵礦的銅主礦體定位于熱液角礫巖中, 鏡鐵礦和銅硫化物呈熱液膠結物形式, 膠結火山巖角礫和碎屑物。熱液角礫巖體周緣發育網脈狀含銅鏡鐵礦化,向圍巖逐漸減弱變為無礦帶。含鏡鐵礦的富銅金磁鐵礦礦石呈角礫狀、網脈狀和浸染狀, 產于MVF與次級斷裂的交匯部位, 受AFZ脆韌性剪切帶構造系統控制明顯。⑥次生銅礦物為硅孔雀石、水膽礬、塊銅礬和氯銅礦, 少量孔雀石和赤銅礦, 主要為近地表次生富集作用所形成。

構造巖相學單元對曼托貝爾德礦床具有顯著的控制作用, 從西向東, 構造巖相學分帶為:

①熱液角礫巖相帶。MVB熱液角礫巖體在礦體下盤寬5～25 m, 屬成礦期后斷裂角礫巖相, 角礫成分為安山巖, 膠結物為褐鐵礦、含銅黏土、鏡鐵礦細脈和方解石細脈; 西側為蝕變安山巖, 花崗巖脈和閃長斑巖體寬5～30 m。

②糜棱巖相帶。糜棱巖相帶在曼托貝爾德斷裂帶(MVF)東側和西側寬分別為1～8 m和1～2 m。該相帶東側曼陀–阿塔卡瑪熱液角礫巖帶(MKB)寬 10～ 100 m, 角礫成分為安山巖, 礫徑為1～30 cm。熱液膠結物主要為鏡鐵礦(體積含量>60%), 次為方解石。在該熱液角礫巖帶內, 局部可見孤立的糜棱巖相帶。MKB向東為過渡帶, 網脈狀鏡鐵礦化安山巖寬度100 m。MVB熱液角礫巖在MVF兩側出露, 角礫成分為次棱角狀花崗巖和黑綠色安山巖, 礫徑為0.5～5.0 cm, 熱液蝕變明顯, 蝕變組合為石英–綠泥石–絹云母±鏡鐵礦化。

圖5 智利曼托貝爾德 IOCG礦化與NW向曼托貝爾德斷裂的空間關系圖(據Vila et al., 1996)Fig.5 Relationships between IOCG mineralization and the NW-trending Mantoverde fault

③鉀硅酸鹽化蝕變相。分布在MVB和MKB兩個熱液角礫巖和斑狀安山巖中, 該相帶呈細脈狀和斑點狀, 熱液黑云母交代角閃石, 后期黑云母發生綠泥石化。磁鐵礦常被后期細粒赤鐵礦交代, 呈現鐵氧化物不平衡狀態。

④鉀化–綠泥石化蝕變相帶, 受到弱絹云母化蝕變疊加和交代。云英巖中見弱電氣石化, 局部弱–中等強度硅化相呈石英細脈。與鉀長石–鏡鐵礦化共生。在MKB熱液角礫巖中鏡鐵礦為主要礦物, 局部產生磁鐵礦、電氣石和石英, 鏡鐵礦–石英–電氣石組合揭示成巖成礦流體屬酸性氧化蝕變地球化學相。大量豆莢狀和不規則細脈狀方解石化在 MVB熱液角礫巖中普遍發育, 揭示碳酸鹽蝕變相(堿性蝕變地球化學相)呈彌漫狀堿性流體交代充填。磁鐵礦–赤鐵礦–鏡鐵礦多期交代、酸性–堿性蝕變多期疊加屬多期熱流體疊加巖相(不等時不等位地球化學巖相), 是超大型IOCG礦床特征之一。

與成巖成礦有關的構造巖相學演化序列為(圖5): ①閃長巖侵位于安山巖中。②花崗巖侵入于碎裂狀安山巖中。③沿著曼托貝爾德斷裂帶(MVF)產生左旋韌性斷裂(圖5a), 同時發生Fe-Cu-Au富集成礦(圖 5c)。④后期過渡帶產生礦化。⑤在東側深部形成礦化, 沿著MVF形成脆性的傾向滑動構造。

該礦區在垂向上具有不同成因的成礦分帶和銅礦物分帶規律。①在 MKB熱液角礫巖及過渡帶中富集銅次生礦物。細粒褐鐵礦、水膽礬、藍銅礦、孔雀石和氯銅礦發育; 藍銅礦、孔雀石和氯銅礦在近地表更加富集, 表明淺部表生成礦作用明顯強烈。②在 MVB熱液角礫巖中次生富集的銅礦物發育。褐鐵礦、孔雀石、藍銅礦、水膽礬、氯銅礦和硅錳石組成的氧化帶延深250 m。在次生富集帶內, 可見少量自然銅、斑銅礦和輝銅礦, 近地表至深 250 m處具有明顯的銅次生富集作用。③深部硫化物帶中發育深成的銅硫化物。 黃銅礦呈星點狀、微細脈狀和團塊狀; 含黃鐵礦和斑銅礦的鏡鐵礦發育。④深部銅鐵礦體受曼托貝爾德走滑斷裂控制, 銅鐵富集成礦與深成巖漿熱液有密切關系。MVB熱液角礫巖(下盤)形成深度大于MKB巖漿角礫巖系統。曼托貝爾德斷裂帶(MVF)西部花崗巖脈, 可能為深部更大規模的花崗巖侵入體在淺部形成的花崗巖脈。花崗巖侵入體是巖漿熱液流體的主要來源, 本區圍巖蝕變和銅鐵富集成礦與花崗巖侵入體密切有關。(5)由塊狀磁鐵礦–磷灰石±黃鐵礦組成不規則狀礦體屬IOCG成礦系統最深的根部, 沿 AFZ斷裂帶東側分枝斷裂帶分布。

5 討論與結論

(1) 復式侵入巖體在多期次巖漿侵入、巖漿不混溶結晶分異、巖漿冷卻、圍巖中先存構造多重耦合、同巖漿侵入體的脆韌性剪切帶耦合和侵入巖體在后期構造–流體疊加過程中, 對于形成與侵入巖體有關的熱液角礫巖構造系統十分有利。在這些復雜的多重耦合過程中, 各類侵入巖體與熱液角礫巖構造系統和金屬礦床的空間拓撲學結構主要樣式有:

①在侵入巖體周邊形成環狀–半環狀巖漿熱液角礫巖構造系統, 如云南東川濫泥坪–湯丹地區,圍繞格林威爾期堿性鈦鐵質輝長巖侵入體形成了環狀–半環狀巖漿熱液角礫巖構造系統, IOCG礦床主要產于堿性鈦鐵質輝長巖類侵入體內部和巖漿熱液角礫巖構造系統的各構造巖相學分帶之中(方維萱等, 2013; 方維萱, 2014; 杜玉龍等, 2014; 王同榮等, 2014)。

②多期次巖漿侵入的復式巖體有利于形成巖漿熱液角礫巖構造系統, 如智利曼托斯布蘭科斯銅銀礦床(IOCG)為典型的多期次巖漿熱液角礫巖構造系統(Oliveros, 2005)。

③在巖漿熱液角礫巖–脆韌性剪切帶耦合的構造系統中, 如智利島弧造山帶中, 阿卡塔瑪斷裂構造系統(AFZ)總體走向近南北向, 大致平行于俯沖帶和海溝走向, 早期(侏羅紀–早白堊世)AFZ以近水平韌性剪切作用為主, 局部為左旋斜沖走滑, 形成了大致順層的剪切面理帶、糜棱巖相和分枝斷裂,為中酸性侵入巖和巖漿熱液角礫巖提供了構造擴容空間; 中期(早白堊世末-晚白堊世初期)AFZ斜沖走滑作用形成了切層脆韌性剪切帶, 中酸性侵入巖和巖漿熱液角礫巖定位于兩組斷裂的交匯部位, 或次級分枝斷裂中, 其中AFZ次級斷裂與巖漿熱液的耦合作用, 為形成熱液角礫巖構造系統提供了良好地質條件, 如智利曼托貝爾德金銅礦床四個礦區均受巖漿熱液角礫巖體(筒)和阿塔卡瑪斷裂構造系統復合控制, 該 IOCG礦床均產于熱液角礫巖體中, 熱液角礫巖構造系統為主要的控礦–儲礦構造。

④疊加構造–巖漿熱液角礫巖構造系統。智利月亮山IOCG礦床為典型的疊加構造–巖漿熱液角礫巖構造系統, 早期為安山巖–閃長巖有關的含IOCG熱液角礫巖構造系統, 形成含 IOCG綠泥石陽起石熱液角礫巖和赤鐵礦–磁鐵礦熱液角礫巖等組成的熱液角礫巖構造系統。晚期為與堿性二長斑巖有關的巖漿熱液成因的電氣石赤鐵礦角礫巖構造系統, 對早期 IOCG礦床具有疊加成巖成礦作用, 形成了鉀硅酸鹽化蝕變相、黏土化蝕變相和淺成低溫熱液型銅金礦床(方維萱和李建旭, 2014)。晚期(晚白堊世末期)AFZ發生斜沖走滑形成了脆韌性斷裂帶, 為脈帶狀IOCG礦床提供了良好的構造擴容空間。

(2) 在火山巖相系中, 多期的次火山侵入體和巖漿侵入巖體組成的多期疊加成巖作用, 對于形成火山熱液角礫巖構造系統十分有利。

①在東川鐵銅礦床集中區, 中元古代因民期初期形成了因民組一段沉積角礫巖、復成分火山角礫巖、火山角礫巖和火山集塊巖等組成的角礫巖類相體地層, 局部夾鉀鐵質和鈉鐵質基性–超基性熔巖層, 為火山斷陷沉積形成的多成因角礫巖相體, 垂向和走向相變十分強烈, 具有顯著的同時異相結構的相體, 在火山噴發中心附近, 形成鏡鐵礦硅化熱液角礫巖構造系統。

②在堿輝長巖類次火山巖侵入體附近, 分布有上小下大的半環狀–環狀熱液角礫巖相帶, 在熔接火山集塊巖–基性火山熔巖中, 形成了含IOCG黑云母化熱液角礫巖相。它們組成了含IOCG熱液角礫巖構造系統, 屬IOCG礦床成巖成礦中心、因民–小溜口礦段鐵銅礦床成礦中心和熱液供給系統中心。

③中元古代因民期晚期火山活動減弱, 但在因民期火山機構中心仍有較強火山噴發活動, 在因民組三段形成了鈉鐵質基性熔巖–鈉質火山角礫巖–鈉質熱水沉積巖和鈉質火山同生交代蝕變巖等組成的火山熱液角礫巖構造系統, 形成了因民三段中IOCG礦床的儲礦巖相帶, 因民組三段為具有找礦潛力的新層位。

④中元古代落雪期, 主要為東川裂谷盆地的熱沉降過程, 在落雪組一段局部發育強烈的火山熱水沉積, 形成了鈉質沉凝灰巖–鈉質硅質熱水角礫巖,伴有鈉質火山巖夾層。在因民–落雪一帶, 還有侵入于落雪組的堿性鐵質基性巖等。

⑤大營盤組中, 發育鐵鈉質基性熔巖層和切層的鐵質輝綠巖脈, 發育赤鐵礦火山角礫巖–角礫狀赤鐵礦礦石。在鐵礦層之上, 發育鉀質凝灰巖和硅質巖等。

(3) 在沉積盆地后期改造過程中, 先存火山角礫巖、巖溶角礫巖和沉積角礫巖等相系, 在后期盆地流體、多期次巖漿侵入作用下, 有利于形成熱液角礫巖構造系統, 在沉積盆地向造山帶轉換過程中,強烈構造變形驅動盆地流體發生大規模運移, 這種先存角礫巖相系成為有利的運移通道和流體圈閉的構造巖相學層位, 同構造期的構造熱液作用也形成了熱液角礫巖化。

①層狀–似層狀火山角礫巖–巖溶角礫巖等相系與盆地流體發生物理性質耦合作用和強烈水巖反應。由于這些先存相系主要呈層狀和似層狀分布,局部呈不規則狀, 這些相體層總體上受原始相體形態控制, 如貴州晴隆銻–螢石–硫鐵礦礦田中, “大廠層”熱液角礫巖層主體呈似層狀和層狀展布, 局部受不整合面和巖溶角礫巖控制呈“上大下小”形態。但后期盆地流體疊加改造作用明顯, 晶腺晶洞構造發育, 重晶石、方解石、螢石和輝銻礦等呈現良好的自形晶, 顯示在開放空間形成的晶體形態, 屬銻–螢石礦體儲礦巖相層; 揭示欠壓實型盆地流體與高滲透率(高滲透率–高孔隙度等)的圍巖物理系統之間,形成了化學–物理系統的耦合結構面, “大廠層”為盆地流體大規模運移的構造通道。但在“大廠層”三段和上覆峨眉山玄武巖組底部, 物理耦合與化學反應強烈, 由于凝灰巖和玄武質凝灰巖對盆地流體具有明顯的巖相–巖性圈閉作用, 導致在玄武巖底部形成黃鐵礦綠泥石蝕變巖, 在“大廠層”三段形成了角礫狀黃鐵礦黏土化蝕變巖、角礫狀硅化黏土化蝕變巖, 屬鈦礦體主要儲礦巖相。

②切層熱液流體與層狀–似層狀巖溶角礫巖發生強烈的物理–化學耦合作用。在東川小溜口巖組頂板發育似層狀和不規則狀熱液–巖溶角礫巖構造系統, 在古喀斯特中形成黃銅礦鐵白云石巖和黃銅礦硅化鐵白云石角礫巖, 鐵白云石呈較大自形晶, 而硅化呈角礫狀, 黃銅礦–硅化呈熱液膠結物, 其邊部發育網脈狀黃銅礦硅化鐵白云石脈帶, 顯示強烈的切層物理–化學耦合作用。

③在不同沉積盆地后期改造過程中, 發育類似的堿性深源熱流體角礫巖帶構造系統, 能夠揭示造山帶–沉積盆地–島弧帶的耦合與轉換過程, 深部巖石圈尺度的垂向流體大規模運移疊加機制。如秦嶺造山帶商南–山陽–柞水–鎮安–太白–鳳縣泥盆系中,堿性鈉長石角礫巖–鐵白云石角礫巖帶斷續長400 km,為秦嶺泥盆–二疊紀側向造山作用過程中, 來源于深部巖石圈地幔的堿性深源熱流體發生垂向強烈的疊加耦合, 并形成了太白雙王和鎮安二臺子等熱液角礫巖型金礦床和金銅礦床等。

④區域平行不整合面附近的構造巖相學相變帶、巖溶角礫巖相系和熱液角礫巖相系等, 它們組成了滑脫構造系統, 在沉積盆地構造變形過程中成為盆地流體大規模運移的通道和路徑。在滑脫構造系統中, 構造熱液角礫巖相系和似層狀熱液角礫巖構造系統是金屬和非金屬礦產的礦田構造樣式。如貴州晴隆銻–金–螢石礦集區內, 中二疊統“大廠層”區域滑脫構造系統和似層狀熱液角礫巖構造系統, 共同控制了銻礦床、螢石礦床、硅石和硫鐵礦礦床。在塔西地區, 下白堊統克孜勒蘇群頂部與古新統阿爾塔什組底部發育區域滑脫構造系統(沿不整合面發育), 這種區域構造巖相學相變界面有利于盆地流體運移和圈閉, 新疆烏拉根砂礫巖型鉛鋅礦床和共伴生的天青石和石膏礦床, 受似層狀構造流體角礫巖構造系統控制顯著。

(4) 多期次的構造–巖漿疊加作用形成了角礫巖雜巖帶。在云南東川和易門等地區, 發育區域構造–巖漿–角礫雜巖帶, 為典型的區域構造系統和礦田構造系統, 主要有:

①近南北向人占石–因民–落雪–石將軍構造–巖漿–角礫雜巖帶。②濫泥坪–湯丹–新塘構造–巖漿–角礫雜巖帶。③近南北向拖布卡–雙水井–老杉木箐構造–巖漿–角礫雜巖帶。

④易門地區為阿百里–梅山–鳳山–峨臘廠構造–巖漿–角礫巖帶(韓潤生等, 2003)。

這些角礫巖雜巖帶具有火山熱水沉積巖、火山角礫巖、巖漿侵入角礫巖、構造流體角礫巖等多期次疊加成巖作用, 屬復合熱液角礫巖構造系統, 對于IOCG礦床、鐵銅礦床和銅礦床的形成較為有利,值得今后進一步深入研究, 尋找隱伏礦床。

綜上所述, 多期次巖漿侵入體、(次)火山巖侵入體、盆地流體作用和后期多期次巖漿侵入作用等是形成熱液角礫巖構造系統的主要機制。巖漿熱液角礫巖構造系統、火山熱液角礫巖構造系統、構造熱液角礫巖構造系統和復合熱液角礫巖構造系統等,這些不同類型的熱液角礫巖構造系統是主要礦田構造類型之一, 也是多礦種共生礦床的成巖成礦機制。采用構造巖相學專項填圖技術, 對不同類型熱液角礫巖構造系統及成巖成礦中心進行恢復重建,有助于尋找深部隱蔽構造, 尋找隱伏礦床。

致謝： 昆明理工大學韓潤生教授和另一位匿名審稿人對本文提出了寶貴的修改意見, 特此致謝。

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Research objectives of tectonic system of hydrothermal breccia include types of lithofacies and establishment of lithofacies sequences, which cover geometry, kinematics, dynamics, chronology, and materials of the lithofacies-body and lithofacies-domain. On one hand, natures of their materials may be studied by means of petrology, petrography, petrographical geochemistry, and lithogeochemistry. On the other hand, their chronology may be precisely restrained by modern methods such as LA-ICP-MS zircon U-Pb dating subsequent to the analysis of tectonic deformation. Furthermore, methodology included different research scale, pattern of tectonic deformation, and domain of tectonic deformation systematically in order to mapping and analyze the lithofacies-body in four dimension of the space (x-y-z)-time (t) and the space (x-y-z)-capacity of materials (M) and in five dimensions of the space (x-y-z)-time(t)-capacity of materials (M).

There may exist several geological settings which are constructive environments for the tectonic system of hydrothermal breccias. First, there are several special geological conditions in the compound magmatic intrusions which are favorable for the tectonic system of hydrothermal breccias, including magma immiscibility and crystallization,coupling between cooling magma and pre-existing tectonics in wallrocks, coupling between syn-magmatic intrusions brittle-ductile shear zone and magmatic intrusive process, and magmatic intrusion superimposed by late fluids. Secondly, the subvolcanic intrusion and late magmatic intrusion in the district of volcanic lithofacies are favorable to produce the tectonic systems of hydrothermal breccias. Thirdly, the tectonic system of hydrothermal superimposed breccias may be generated by later basin fluids, hot-fluid intrusion, and complex magmatic intrusions during the deformation stage of the sedimentary basin, if there are pre-existing lithofacies systems of volcanic breccias, karst breccias, and sedimentary breccias in sedimentary basin. Finally, the tectonic system of hydrothermal breccias may be more easily formed in composite intrusions of tectonics-magmatic-breccia complex. In summary, the main formation mechanism for the tectonic system of hydrothermal breccias covers complex magmatic intrusions, volcanic and subvolcanic intrusions, and basin fluids during the later deformation of sedimentary basin. All of four types for the tectonic system of hydrothermal breccias belong to the ore-field tectonic types, and are accounting for diagenetic-metallogenic mechanism of many mineral commodities associations. The techniques of tectonic lithofacies mapping are very helpful to reconstruct diagenetic- and metallogenic centers for the different system of hydrothermal breccias, and thus are important in expecting of concealed tectonic type and blind ore deposits at the depth.

On Tectonic System of Hydrothermal Breccia: Objective, Methodology and Lithofacies-mapping Applications

FANG Weixuan1, 2
(1. China Nonferrous Metals Geology Survey, Beijing 100012, China; 2. Beijing Institute of Geology for Mineral Resources, Beijing 100012, China)

Issues including diagenetic and metallogenic mechanism of ore-bearing and barren breccias, mapping units, and tectonic lithofacies mapping are valuable in researching and reconstructing ore-field tectonic patterns, however, they are still conundrums for geologists to break. In the diagenetic- and metallogenic hydrothermal breccia systems, hydrothermal breccias are locies of multistage hydrothermal metasomatism, geochemical coupling and superimposing, and recorded the geological processes in the tectonic lithofacies. Therefore, comprehensive investigations of these issues may shed light on the diagenetic and metallogenic theories. In this paper, conception on tectonic system of hydrothermal breccias was proposed, and its research objective, methodology and techniques of lithofacies-mapping were put forward based on our previous study. On the basis of classification framework of breccias presented in the study, the complexity of hydrothermal breccias is addressed and the methodology and techniques of tectonic lithofacies mapping units are established, and meanwhile, case studies of hydrothermal breccias using new methods and technique associations in reconstruction of the tectonic systems are given.

tectonic system of hydrothermal breccias; mapping of tectonic lithofacies; classification of breccia lithofacies system; IOCG deposits; ore predication

P613; P586

A

1001-1552(2016)02-0237-029

10.16539/j.ddgzyckx.2016.02.005

2015-03-23; 改回日期: 2015-07-15

項目資助: 科技部轉制院所創新能力建設項目“鐵氧化物銅金型礦床元素賦存狀態及巖相構造學填圖技術研發”(2013EG115018, 2011EG115022)、科技支撐計劃項目“東川–易門銅礦山深部及外圍勘查技術研究”(2006BAB01B09)、國家自然科學重點基金項目(41030243)和國土資源部公益性行業科研專項“塔西砂礫巖型銅鉛鋅礦床成礦規律與找礦預測”(201511016)聯合資助。

方維萱( 1961–), 男, 研究員, 博士生導師, 從事沉積盆地與造山帶、礦產普查與勘探研究。Email: fangwuxuan@ tom.com