中国东部燕山期岩浆成矿作用特征分析石人嶂钨矿岩浆与成矿作用对中国东部燕山期构造响应浅谈

中国东部燕山期岩浆成矿作用特征分析石人嶂钨矿岩浆与成矿作用对中国东部燕山期构造响应浅谈

0新一轮分布特征石桌子的缅甸位于中国东南广东省、广东省和江西省交界处的广东省北部广东省初兴县。是中国最早的采矿通道之一，生产规模大。它是粤北山区采矿经济的支柱企业之一，对国际和国内的照明行业产生了重大影响。随着矿山大规模开采以及随后受国际钨业市场低价位的影响,矿山资源勘查工作基本停顿,造成20世纪90年代后期以来矿山出现资源危机,生产大规模缩减。面对严峻的钨矿资源不足的现状,开展新一轮钨矿找矿勘查刻不容缓。然而,前人的研究多集中于矿山生产需要,对矿区基础地质情况与区域地质认识耦合研究较少。笔者有幸参加了2007年全国危机矿山接替资源勘查项目《广东省始兴县石人嶂钨矿接替资源勘查》,通过对该矿资料的研究及实地调研,本文试从中国东部燕山期钨矿成矿背景入手,通过对石人嶂钨矿主成矿期的岩浆活动(即燕山期岩浆作用)对矿区成矿作用的影响与区域成矿构造背景进行探讨,分析矿区对区域成矿构造的响应意义。1成矿大爆发期成矿大爆发已有的研究成果统计表明,在我国已发现的33个超大型内生矿床中,有17个分布于中国东部,形成于燕山期,被称为“东部燕山期成矿大爆发”。石人嶂钨矿从区域地质构造环境来讲属于滨太平洋构造域中国东部燕山期岩浆—构造成矿带,因此,从中国东部燕山期岩浆与成矿作用这样一个大的区域背景入手,探讨石人嶂地区岩浆作用及钨多金属成矿机制,对矿区勘探和区域成矿规律认识均具有重要意义。1.1造山—中国东部燕山期岩浆—构造事件中国东部燕山期火成岩带可划分出3个火成岩段,分别为北、中和南段。就中国东部来讲,燕山期各段岩浆—构造事件序列有所不同。北段大致经历了源于软流圈玄武质岩浆底侵并对陆壳加热、逆冲断层作用使陆壳缩短增厚及后期的造山崩塌和陆壳抬升三阶段。这样的地质事件序列指示造山—深部过程具有反时针P-T-t轨迹(图1a);中段玄武质岩浆的底侵作用和火山喷发作用发生在陆壳缩短和增厚作用之后,这样的地质事件序列指示造山—深部过程具有顺时针P-T-t轨迹(图1b);南段的东西两侧从地质事件序列来看,可能分别为反时针P-T-t轨迹和顺时针P-T-t轨迹的造山—深部过程。由此邓晋福等认为:东部燕山期造山带为大陆边缘与大陆碰撞复合型造山带。石人嶂矿区属于南段东部反时针P-T-t轨迹背景条件下。1.2造山环境与岩石圈的关系从整体上来讲,中国东部在整个燕山期经历了3个深部作用过程:(1)快速隆升,岩石圈陆壳增厚。(2)缓慢抬升,玄武岩岩浆底侵,陆壳开始减薄。(3)软流圈冷却转变为岩石圈。前人研究发现燕山期中国东部大部分地区大陆岩石圈丢失了至少120km厚的根带,陆壳加厚了约10~20km,进一步指出这是一种在造山环境下的大陆岩石圈的巨大减薄作用,但对于海西型的南岭造山(石人嶂地处该造山带东段)带来说,岩石圈与陆壳都发生了巨大的增厚作用。同时,前人把与其相关的成矿作用类型分为两类:在总体挤压造山环境下岩石圈的巨大减薄、巨大增厚作用及其相关的安第斯型和海西型成矿作用(见表1)。结合矿区基本情况,石人嶂钨矿成矿背景应处于软流圈冷却转变为岩石圈的大构造背景下,属于第三种深部过程的产物。2印支褶皱构造研究的区段属于湘赣粤加里东隆起成矿带区南西边缘,次级大地构造单位为粤中海西坳陷,属印支褶皱构造分区中的粤北瑶岭复背斜之东部。石人嶂钨矿位于粤北山字型构造东弧内侧的东西向构造带上,即九峰岩体之南,贵东岩体之北,瑶岭复背斜的东部。2.1奥陶系下统该区出露地层主要是寒武系、奥陶系浅变质的变质砂岩、砂质板岩。自上而下为奥陶系中上统:依次为中厚层状石英砂岩与条带状板岩互层,暗灰色厚层状石英砂岩,厚层-巨厚层状绢云母砂岩,暗绿色-灰色泥质板岩与灰色粉砂质板岩互层,巨厚层状含长石、石英砂岩夹条带状板岩,中厚层状绢云母砂岩夹板岩,厚层状绢云母砂岩,厚度800~1250m;奥陶系下统:硅质条带状板岩,厚度150~200m。寒武系出露于枫树窝、柑子园一带,主要有中厚层千枚状板岩、绢云母砂岩,厚度250~400m。2.2断裂发育特征该区位于瑶岭复背斜的东段,复背斜核部寒武系、奥陶系地层在加里东期经历了强烈的褶皱后经印支、燕山运动的构造叠置,形成了一系列紧密直立、倒转的复杂线状褶皱。褶皱走向以北北东向或近南北向为主(见图2)。区内断裂构造经历了多期活动叠加,形成复杂的断层或裂隙带系统,按几何形态与力学性质可分以下4个断裂构造。(1)近东西向张性-张扭性断裂带。为矿区主干断裂,主要有梧桐窝-蕉树窝断裂和洞口山-嶂下断裂,二者相距3km左右。石人嶂矿区被夹持在两断裂之间。梧桐窝-蕉树窝断裂,位于矿区南侧,走向NW,倾向NE,总体延伸近20km;洞口山-嶂下断裂位于矿区北侧,走向NW,倾向SW,断裂西端在地表见有燕山早期洞口山石英斑岩体侵入,并侧伏于石人嶂矿区深部,称莲花山隐伏岩体(含矿),断裂东端地表侵入了印支期嶂下花岗闪长岩体。(2)北东向压性-压扭性断裂。断裂性质以斜冲断层为主,平面上呈左行平移。断裂走向主要为40~60°,与区域地层走向及褶皱轴向大体上一致,倾向SE,倾角60~80°,常有多条密集断层构成一强烈挤压断裂带,断裂带内见有压性构造透镜体及片理化带,明显切割北西向断裂和矿体,形成于成矿之后,属破矿构造。(3)北北东向压扭性断裂。走向以北北东向为主,部分为北北西向、或与南北向组成复合断裂,分布于矿化较强地段,呈密集束状,斜冲断层为主,平面上北北西向或与其复合者呈右行平移,走向350~25°,局部走向偏转,断层切割了矿区地层及各类的火山岩,主断层旁侧羽状裂隙十分发育。(4)北西向断裂微裂隙带。为矿山主要成矿和赋矿构造带,是夹持在产状相向的北西向—近东西向梧桐窝-蕉树窝断裂、洞口山-嶂下断裂二者间的次级旁侧羽状裂隙带,其性质、产状均受控于二条主干断裂。裂隙带走向北西,倾向南西,倾角70~85°。裂隙在平面上成组成带平行、右行重叠侧幕组合排列,垂向横剖面上,自上向下,裂隙数量由多变少,裂隙宽度由小变大,裂隙带逐渐归并呈上宽下窄的扇形组合。分析本区构造岩浆活动所造就的构造变形组合,大体上是加里东期构造运动使寒武-奥陶系砂岩、板岩地层变形为北东—近南北轴向的紧闭倒转复式褶皱,同时形成北东向—近南北向挤压性质断裂,北西向—近东西向拉张性质断裂及旁侧次级羽裂隙。印支期形成东西轴向瑶岭复背斜。燕山运动使原来的北西向断裂和旁侧羽裂隙继承性叠加改造,使该方向的构造演变成张剪性质断裂及其次级羽裂隙带,且规模扩大;而原来的北东向与近南北向(北北东—北北西向)断裂则转为压剪性质断裂。平面上北西—北北西向断裂具右行平移特点,北东—北北东向断裂呈左行平移。岩浆沿矿区南北侧近东西向—北西向张性断裂带侵入,同时岩浆多次上侵活动,进一步促进了北西向的次级张性微裂隙带的发育。2.3山地阶段3个期次矿区及附近有加里东期、印支期、燕山期等多期花岗岩出露。研究区内加里东期岩浆岩以都坑岩体为代表,出露于梅子窝矿区的东南,主体岩性为英安玢岩。印支晚期-早燕山期的花岗闪长岩以梅子窝东部的嶂下岩体为代表。燕山期的花岗岩以石人嶂北部洞口山岩体和南部的河口岩体为代表。燕山期石人嶂矿区岩浆活动主要为3个期次。(1)燕山早期形成花岗闪长岩,分布于梅子窝地区。岩石为灰白色,中粗粒花岗结构,岩石蚀变强烈,普遍绿泥石化和少量的电气石化,地表出露不多,向下隐伏岩体规模巨大。(2)燕山中期岩浆岩分南北两个地区,北区以洞口山石英斑岩为代表,岩石中粗粒斑状结构,云英岩化强烈,绿泥石化普遍。南区出露于柑子园地区,为白云母花岗岩的小岩体。同时还有近东西走向的闪斜煌斑岩岩脉则侵入于矿区南侧的梧桐窝断裂中。(3)燕山晚期形成的莲花山岩体呈岩株产出,为隐伏岩体,顶部标高为550m,面积约5km2,岩体呈似椭圆状,长轴方向130~310°。随着矿山生产坑道掘进到410m中段,在中期含矿二云母花岗岩体之下,又发现另一期隐伏的白云母花岗岩,推测为燕山晚期-喜山早期产物。2.4黄草山矿段地质特征石人嶂钨矿矿床包括琯坑-石人嶂-柑子园矿脉带及黄草山矿脉带,矿化面积共计2.6km2。琯坑-石人嶂-柑子园矿脉带分布于琯坑、石人嶂坑口本部、刀背山以及柑子园等地。矿化带北西—南东向延长近3900m,南北宽约660m,呈一狭长带状。可以分为北、中、南、西4个矿脉组群。矿脉带沿北西走向呈单体左行侧伏交替排列,在垂向上“五层楼”分带特征较为明显,似树枝状由上往下逐渐合并成单一大脉。南组为本区最好的矿脉,其矿脉带沿走向最长达2200m,脉宽0.5m以上,出露最高海拔980m,控制延深570m。中组矿脉次于南组,矿带总长1600m。北组矿脉规模较小。西组矿脉具进一步的找矿潜力。总体上矿脉带有中部矿化强,两端变弱,南部带强,北部带弱的规律。黄草山矿段分布于下琯坑及黄草山一带,矿脉带走向长850m,南北宽300m左右。地表出露主要为细脉带,深部脉带规模小,矿化较弱。2.5成矿年龄及成矿时代根据付建明等对石人嶂矿区辉钼矿的Re-Os同位素年龄测定结果表明:石人嶂钨矿成矿年龄为(159.1±2.2)Ma,代表了该区主要钨矿床的形成时代。3形态成矿作用继印支期中国北方大陆和华南大陆完成拼合,中国主体大陆组装完成之后,燕山期中国主体大陆进入了大规模成矿时期,中国东部更有“东部燕山期成矿大爆发”的称誉。石人嶂地区位于中国东部燕山期成矿带的东南,通过矿区实际资料分析,石人嶂地区在燕山期的岩浆成矿作用和地质特征对中国东部燕山期这样一个大的构造环境有一定的响应。首先,石人嶂燕山期花岗岩类型为石英斑岩、花岗闪长岩等,与钨矿化密切相关的为白云母花岗岩和二云母花岗岩,这与区域成矿花岗岩(白云母花岗岩和二云母花岗岩)基本一致。其次,矿区矿脉整体呈NNW向近直立的空间架构与中国东部燕山期构造作用形成的石英脉型黑钨矿整体形态一致。还有,石人嶂钨矿成矿时间与岭南燕山中期钨矿成矿年龄150~175Ma时间基本一致。最后两者形成的构造动力学机制也相同。根据邓晋福等对海西型的南岭(石人嶂地区位于其东段)地质事件序列的认识,南岭地区为具有反时针P-T-t轨迹的造山—深部过程(图1a),而将燕山期分为早、中、晚三幕,分别对应了岩浆快速底侵作用对陆壳加热、岩浆底侵陆壳增厚和软流圈冷却开始转变为岩石圈。根据石人嶂矿山内部资料,石人嶂矿区在加里东期、印支期基本未发现明显成矿作用,结合付建明等最新研究表明:燕山中期是石人嶂钨矿区的主成矿期。燕山早期,与中国东部燕山早期大规模岩浆活动相应,石人嶂地区两侧九峰岩体与贵东岩体侵位,从而产生一个近SN方向的挤压作用,使石人嶂、瑶岭地区岩层隆起,发展而成为东西走向瑶—石背斜,同时这种南北方向的挤压作用,使本区前期形成的两组剪裂隙产生力偶作用,形成小角度的剪切,而由于NW组裂隙较为发育并成为优势裂隙。燕山中期,根据邓晋福等对中国东部燕山期造山带的成因模型研究认识,中国东部燕山中晚期南岭一带岩石圈与陆壳均发生了巨大的增厚作用,石人嶂地区位于南岭造山带东段,应力构造环境属于挤压背景下地壳岩石圈增厚环境,该期成为石人嶂钨矿主要的成矿期,大量发育的黑云—二云—白云花岗岩即为本区的成矿母岩。根据邓晋福等研究认为,挤压环境下,岩石圈物质的封闭性好,渗透性差,而且以韧性和塑性的流变状态占优势,导致岩石圈减薄速率等于岩石圈被灼热的软流圈加热的速率,它有利于注入的地幔岩浆和流体被封闭在壳底和壳内,有利于岩浆房对陆壳的加热、软流圈对岩石圈的加热,由此,常诱发陆壳岩石圈的大量熔融作用发生,通过幔源岩浆与壳源岩浆的混合作用,可充分地实现壳幔物质的相互作用和充分交换;同时,挤压环境下也可导致岩石圈的巨大加厚作用,主要是由于浅部的物质再循环返回深部的过程,因此,总体上增厚的岩石圈是冷的,但是加厚陆壳物质随压力升高的脱水作用和稍后的热松弛或两个陆壳叠置时上叠陆壳的底部对下伏陆壳顶部的加热作用,仍有可能诱发流体和岩浆从陆壳岩石中分出。因此,在这个系统中常常缺乏或不发育幔源岩浆,而发育富含挥发分的壳源深熔岩浆,以黑云母花岗岩—二云花岗岩—白云花岗岩系列为典型产物。研究表明石人嶂钨矿化与燕山中期花岗岩体演化晚期边缘相的中细粒黑云母二长花岗岩关系密切,矿体受控一矿区内由花岗岩节理发育而来的NW向张扭性断裂,以黑钨矿石英大脉及蚀变云英岩的方式产出,这与整个中国华南地区和花岗岩有关的石英脉型钨矿床的地质特征一致。进入燕山晚期,石人嶂地区随着中国东部燕山晚期软流圈冷却转变为岩石圈进入了成矿高潮活动期之后的相