（构造地质学专业论文）山西省中条山铜矿带胡—篦型矿床成矿构造特征研究.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 山西省中条山铜矿区带是产于华北地台南缘中元古代陆内裂谷 中的大型铜矿聚集区。胡一篦型铜矿床分布于上玉坡一胡家峪短轴背 斜东南翼，是中条山铜矿区带中重要的富铜矿床之一。 矿区所处的裂谷环境发育地堑系正断层，成矿活动与正断层密切 相关。本文在分析、研究前人工作成果的基础上，经过深入细致的野 外地质调查，收集大量地质信息，采集大量岩石、矿石样品，应用构 造学、矿床学、成矿预测学以及构造变形分析等理论与方法，从区域 成矿地质背景与矿区基本地质情况研究入手，研究了地层、构造、岩 浆岩与成矿的关系并着重研究矿区地堑系正断层构造的成矿特征，通 过对胡一篦型铜矿床地质特征的研究，总结了成矿规律，探讨了新的 矿床成因模式，分析了各种构造控矿因素，提出了新的控矿模式。 论文通过研究认为，地堑系正断层是该铜矿区成矿的重要因素。 裂谷环境是成矿的基础，地堑系正断层为成矿提供了运移通道、富集 动力、容矿空间等，同时，雁列分布的正断层带控制着铜矿床的分布。 胡一篦型矿床是早期正断层活动与碳质层遮挡共同作用成矿，成矿后 经过褶皱变形而富集形成。然后在正断层控矿模型和胡一篦矿床成矿 规律基础上进行了成矿预测。 造 关键词：胡一篦型铜矿，中条裂谷，正断层，中继构造，控矿构 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h ez h o n g t i a om t c o p p e rd e p o s i t sl o c a t e da tt h es o u t h w e s to f s h a n x ip r o v i n c ea r eo n eo fm a j o rc o p p e ro r ec o n c e n t r a t e db e l t ，w h i c hl i e i nt h ez h o n g t i a op r o t e r o z o i ae o n r i f t ，t h es o u t h e r np a r to f t h en o r t h e r n c h i n ap l a t f o r m ，t h eh u b i t y p ec o p p e rd e p o s i t sw h i c hl o c a t e da tt h e s o u t h e a s t e r nf l a n ko f “s h a n g y u p o h u j i a y u b r a c h y a n t i c l i n ea r eo n eo f t h ei m p o r t a n tc o p p e rd e p o s i t si nt h ez h o n g t i a o m t c o p p e r o r ea r e a t h eo r ef o r m a t i o nc o n d i t i o ni st h e z h o n g t i a op r o t e r o z o i ae o n r i f t a n dt h er i f t d e v e l o p e d r i f tv a l l e ys y s t e mn o r m a lf a u l t t h er e l a t i o ni s v e r yc l o s e db e t w e e nm e t a l l o g e n e s i sa n dn o r m a lf a u l ta c t i v i t i e s b a s e do n t h ep r e d e c e s s o r sw o r k ，t h ea u t h o rd og e o l o g i c a l i n v e s t i g a t i o n c a r e f u l l y ，a n dg l e a nag r e a ta m o u n to fg e o l o g i c a li n f o r m a t i o na n dr o c k a n do r e s a m p l e s a p p l y i n gt e c t o n i c s 、d e p o s i tt h e o r y 、m e t a l l o g e n e t i c p r o g n o s i sa n da n a l y s i so ft e c t o n i cm e t a m o r p h o s et h e o r ya n dm e t h o d ，t h e a u t h o ra n a l y z et h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h eo r ef o r m a t i o na n ds t r a t u m 、 s t r u c t u r e 、m a g m a t i cr o c k ，e s p e c i a l l yf e a t u r e so ft h en o r m a lf a u l to nt h e b a s eo fs t u d y i n gd e p o s i t - f o r m a t i o ng e o l o g i c a lb a c k g r o u n di nt h eb e l ta n d t h e b a s i cg e o l o g i c a lf e a t u r e so fo r e f i e l d a f t e rs t u d y i n gt h e s ei n h u - b i t y p ec o p p e rd e p o s i t s ，t h ea u t h e rn o to n l ys u m m a r i z em e t a l l o g e n e t i c r u l e 、d i s c u s sn e wm e t a l l o g e n y ，a n da n a l y z ev a r i e so r e c o n t r o l l i n g f a c t ors ，p u tf or w a r dan e wor e c o n t r 0 1 1 i n gm o d e l t h ep a p e ri l l u m i n a t e st h a ti st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ro fc o p p e r m i n e r a l i z a t i o ni nt h i so r ed i s t r i c t t h eb a s i co r ef o r m a t i o nb a c k g r o u n di s r i f t ，t h er i f tv a l l e ys y s t e mn o r m a lf a u l th a ss u p p l i e dr o u t e w a y so fo r e e l e m e n t sc i r c u l a t i n g 、p o w e ro fe n r i c h m e n ta n dr o o m so f o r e f o r m i n g ，t h e n t h eb e l to fn o r m a lf a u l tc o n t r o l st h ed i s t r i b u t i o no fo r e f i e l d o r e - b e a r i n g h y d r o t h e r mr i s e na l o n gn o r m a lf a u l ta n db es h e l t e r e db yt h eb l a c k c a r b o n a c e o u ss c h i s te a r l y ，t h e nd e p o s i tu n d e rt h ec a r b o n a c e o u ss c h i s t ，l a t e r m e t a m o r p h o s e da n de n r i c h e d ，s of o r m e dh u b i t y p ec o p p e rd e p o s i t s k e yw o r d s ：h u b i - t y p ec o p p e rd e p o s i t s ，z h o n g t i a or i f t ，n o r m a l f a u l t ，r e l a ys t r u c t u r e ，o r e f o r m i n gs t r u c t u r e l l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名：釜垒复z 日期：4 年上月蠼日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：选导师签名：塑日期：! 盟年月坐日 中南大学硕十学位论文第章引言 1 1 矿区概况 第一章引言 位于山西省南部的中条山地区是我国具有悠久开采历史的重要的大型铜矿 聚集区，已发现和探明了大、中、小型铜矿床2 0 余处( 其中特大型矿床一处， 中型矿床6 处) ，矿点、矿化点百余处。矿床类型主要有铜矿峪型、胡一篦型、 横岭关型、落家河型、芦家坪型等，全区累计探明储量3 9 2 7 万吨。以此建立的 中条山有色金属工业公司成为我国五大铜工业基地之一，在我国铜资源供应体系 中占有举足轻重的地位。 胡一篦型铜矿床是中条山铜矿区的重要富铜矿床之一，分布于中条山北段上 玉坡一胡家峪短轴北斜东南翼。包括篦子沟、桐木沟、老宝滩、胡家峪( 南和沟) 四个中型铜矿床，因主要矿体产于胡家峪和篦子沟两矿区，故称为胡一篦型铜矿 床。 1 2 研究进展与学术思想 1 2 1 前人研究工作进展 中条山铜矿区勘查工作主要是从2 0 世纪5 0 年代开始的，围绕铜矿峪地区和 “短轴背斜”发现了铜矿峪特大型矿床l 处，篦子沟、桐木沟、南和沟、老宝滩、 凉水泉中型矿床5 处( 落家河中型铜矿位于中条山北东段) ，刘庄冶、庙疙瘩、 虎坪、徐茂公殿、东峪沟、横岭关、小东沟等小型矿床7 处，杨家池、剪子岭、 老宝滩沟口、黑崖底、米岔沟、界沟等一大批有远景的矿点及矿化点。其中对铜 中南大学硕士学位论文第一章引言 矿峪、篦子沟、刘庄冶等矿床进行了勘探，对所发现的一系列矿点及矿化点分别 进行了不同程度的检查评价。6 0 7 0 年代，除对篦予沟、桐木沟矿床进行补充 勘探外，加强了面上普查找矿工作，新发现店头、毕家沟、上太平、档仙沟等一 大批矿点。7 0 年代完成了中条山区l ：2 0 万区域地质调查。1 9 8 4 一1 9 9 5 年相继 完成了中条山铜区l ：5 万区域地质矿产调查工作。 总之，5 0 一7 0 年代基本完成了中条山中部地表出露明显的铜矿床的发现与 勘探，8 0 年代至今铜矿找矿工作仅停留在地表普查阶段而无较具规模的铜矿床 发现。这说明中条山铜矿区今后的主要找矿目标应定位于隐伏铜矿床，因而在找 矿技术与方法上应进行一定的调整和突破。 中条山铜矿区科学研究工作从1 9 5 4 年丌始，先后有北京地质学院、马杏垣 ( 1 9 5 4 ) f l j 、王植、闻广( 1 9 5 7 ) 1 2 、谢家荣( 1 9 6 3 ) 、陶惠亮( 1 9 6 5 ) 等进行 了专题研究。1 9 7 2 1 9 7 5 年，华北地质科学研究所、山西省地质局2 1 4 地质队 和中条山有色金属公司开展了以铜矿峪型和胡一篦型矿床为重点的铜矿地质研 究，于1 9 7 8 年出版了中条山铜矿地质【3 】；1 9 8 0 年山西省地质局对山西省的 铜矿资源进行了远景区划，编作有山西省铜矿成矿远景区划说明书； 1 9 8 9 - - 1 9 9 0 年，由山西省地质科学研究所牵头，地矿部矿床地质研究所、中国 地质大学( 武汉) 、山西省地矿局2 1 4 地质队、山西省地矿局物探队等单位参加 的“七五”国家重点科技攻关项目一中条山铜矿找矿远景研究( 编号： 7 5 5 5 0 3 0 8 ) ，编写出版了中条山区铜矿找矿远景研究、中条山胡一篦 型铜矿找矿远景研究、山西省中条山胡篦型铜矿田控矿构造研究、山西 省铜矿地球化学评价准则航磁异常分析及隐伏矿体预测研究、中条山铜矿峪 型铜矿成矿地质环境和找矿远景研究。 前人对胡一篦型铜矿床也颇多研究。 白瑾等在中条山前寒武纪地质中对胡一篦型矿床有如下说明：中条群总 体为一套近大陆的浅水、潮坪沉积为主，泻湖、海湾、浅滩沉积为次的沉积环境。 篦子沟组的上部封闭一半封闭型海湾或泻湖环境聚集了大量的矿质沉积，为胡一 篦型矿床早期矿化提供了物源，而且在时间上、空间上均严格控制了矿床的分布。 短轴背斜是两期褶皱叠加形成的，其北端金古洞一带，为以界牌梁组至篦子 沟构成第二期褶皱的背形转折端，南端西侧，马蹄沟一带为二期褶皱的向形转折 端。这一转折端的西翼延伸到泗交一带，以篦子沟组为两翼，余家山组为核部构 成第一期褶皱的向斜，其东翼在艾沟南侧则是一个第二期褶皱的转折端与马蹄沟 一带对应的相对应。短轴背斜北端西侧，白石山一带，为一以篦子沟组为核部的 第一期褶皱，向n e 延伸至刘庄冶以北，这里向西凸出的余家! j 组本身即为这一 向斜的核部h j 。 中南大学硕士学位论文第一章引言 据单文琅的研究，中条山具有变质核杂岩体的特点。中条山变质核杂岩的基 底滑脱带之上，为一多期变形的、复杂的韧性变形带，并发育有多期剥离断层。 从下到上主要有五个剥离断层系，即绛县群涑水杂岩；中条群绛县群；篦子 沟组余元下组；余家山组底部；担山石组下部口i 。 傅昭仁等将中条多期复合体作为古陆核增生型变质核杂岩的代表。其基本特 点为变质核是由多种变质地质体拼贴而成。一般包括两个重要组成部分：内核由 深变质和重熔的沉积岩、火山岩和侵入岩组成的古陆核，边缘为多期复合构造增 生楔。涑水杂岩为变质核的内核，其顶部为韧性剪切带，再上部从老到新分别由 横岭关构造增生楔、铜矿峪构造增生楔、篦子沟和余家山等几个构造增生楔，呈 斜列叠置关系。西阳河群和担山石群以及上覆地层，构成中条山变质核杂岩的盖 层构造。各构造增生楔的顶部和底部，发育有一系列以构造剥蚀作用和构造拆离 作用为特征的低角度韧性剪切带。各构造地层群或组段之间多为剥离断层接触， 并具有较深层次的韧性剥离特征。他对胡一篦型铜矿区内，划分为5 条剥离断层： 平头岭剥离断层系、后山村剥离断层系、界牌梁剥离断层系、余家山剥离断层系 和担山石剥离断层系1 6 j 。 冀树楷等( 1 9 9 2 ) 认为，中条裂谷伸展构造控制着该区金属成矿带的展布。 裂谷南西支控制着胡一篦型铜矿，称为i 矿带；裂谷的南东支控制着落家河型、 虎坪型铜矿，称为i i 矿带；裂谷的北支延至塔儿山、二峰山燕山期的邯邢式铁矿 和四家湾铜铁矿床，并称其为i i i 矿带。裂谷的三联点控制着铜矿峪矿床。中条群 内三条被叠加改造的拆离断层不仅为中条山区铜矿的矿源岩一基性岩席或基性 熔岩侵位或喷发活动创造了空间条件，而且随着浅层次的再活动，还造成滑脱域， 又为含矿热水环流渠道起到导岩与导矿构造作用。裂谷在深化过程中的开、合运 动( 伸展与收缩) ，导致了岩浆多次活动，热水多旋回环流成矿1 7 1 。 张兆琪等认为上玉坡一胡家峪短轴背斜是一个大型的鞘褶皱【8 】。 张东红则认为胡一篦型铜矿床成矿作用可分为两个阶段，即原始沉积成矿阶 段和变质变形再造成矿阶段，在中条中条山一带断陷槽滨海一浅海相深水滞流盆 地还原环境中，来自外源和内源的铜离子连同陆源碎屑、火山凝灰质和碳酸盐同 生沉积成岩，在中条期区域变质作用中受热液作用发生活化、迁移、富集而形成 层控矿床p j 。 涂生法等则认为：1 ) 该矿床受地层岩性控制，矿体主要赋存在中条群大理 岩和不纯大理岩中，大理岩上覆有碳质片岩对成矿更有利。地层分布受n e 向区 域构造控制；2 ) 矿床不仅受n e 向褶皱一冲断构造及地层控制，还受n e 向和n w 向两组断裂复合控制，在有利地层、断裂复合部位形成矿柱，矿柱产状与两组断 裂交线产状基本一致，平面上呈网格状分布【l 们。 中南大学硕士学位论文第一章引言 刘亮明等认为，胡一篦型铜矿床经历了三个成矿演化阶段：中条大陆边缘裂 谷构造环境中的喷流沉积成矿阶段，中条期裂谷封闭及中条运动时区域变形变质 期的改造成矿阶段，西洋河期的再生裂谷构造环境中的叠加成矿阶段，属海相沉 积( 变质) 岩型矿床1 。 覃志安、薛克勤认为矿床主要形成于古元古代，受断裂接触带和褶皱带控矿， 是远火山一沉积变质型铜矿床。 黄崇轲等在中国铜矿床中指出在中条运动早期，矿区发育了近s n 向的 韧性伸展构造以及同斜褶皱、冲断层；晚期发育剥离断层是篦子沟，桐木沟和店 头一带铜矿的控矿构造，胡一篦矿床属受变质岩型铜矿床【j 引。 姚精选研究表明，该矿床属海帽火山沉积一后期热液改造型矿床，为火山物 质一同生沉积一热液改造成矿机制。 真允庆等通过区域地质调研，分析物、化探资料及遥感地质解译工作，提出 中条裂谷型层状铜矿床，主要受成矿前伸展构造系统控制，凡具有工业意义的铜 矿床，基本沿平行或近似平行于裂谷边界断裂分布，形成x 型铜矿床的分布样 式。胡一篦型铜矿床严格受早元古代中条群篦子沟组黑色片岩控制，从矿田构造 分析，老宝滩的喷流角砾岩体( 含黄铜矿) 是沿此方向自北而南，有店头、篦子 沟、桐木沟、老宝滩、小东沟、胡家峪一系列层控铜矿床 1 5 2 0 1 。 范成模、余致信在中条山前寒武纪胡家峪一篦子沟型铜矿床提出，中条 山胡家峪一篦子沟沉积岩型层控铜矿的含矿岩系为下元古界中条群。矿体的空间 分布受层位控制，且多产在与篦子沟组碳质片岩相邻接的层位中。矿体多产于早 期褶皱构造次级褶皱的转折端及其相邻部位。容矿岩石主要是不纯大理岩和石英 钠长浅粒岩，次为碳质片岩，偶为石英岩以及变质砾岩等。在具沉积特征的早期 同生矿化的基础上成矿物质发生了明显的后期运移和聚集( 固相机械的和液相 的) 。胡一篦型铜矿的形成形成主要经历了两个阶段：早期沉积成矿阶段和晚期 热液富集阶段【2 ”。 还有一些人也对胡一篦型铜矿床形成发表了自己的看澍岔2 3 , 2 4 1 ，但研究大 多从矿床学方面对胡一篦型矿床进行了研究，在构造控矿方面研究不深，对上玉 坡一胡家峪短轴背斜的成因也不尽相同，故而本论文在总结前人资料的基础上着 重对胡一篦型铜矿床的成矿构造加深研究，并结合正断层中继构造理论阐述上玉 坡胡家峪短轴背斜形成的原因。 1 2 2 正断层中继构造研究概述 4 中南大学硕十学位论文第一章引言 在进行中条山矿带成矿构造的研究中，正断层中继构造可能是矿带中基本成 矿构造型式，是需要重点研究的内容。在中条山矿区几十年的地质工作中，一直 没有能很好的认识成矿构造的型式，这是矿带成矿地质条件中十分重要的内容。 为了解决这个长期遗留的问题，不能走过去就事论事的做法，而要从矿带的区域 构造背景出发，来预测和发现成矿构造的型式。中条山矿带的区域地质背景是中 条裂谷带，所以应该从裂谷带的区域构造特征来预测成矿构造类型。通过对矿区 中矿床的控矿构造的型式看，关键的问题是要认识成矿断裂构造的表现，就是要 发现成矿通道在那里，这在矿区目前的地质调查和找矿工作中是十分缺乏的。 1 中继构造研究概况 j 下断层中继构造( r e l a ys t r u c t u r e ) 最早是g o g u e 在1 9 5 2 年首次使用1 2 ”，但 直到上世纪8 0 年代中期，随着大陆伸展构造研究的兴起，正断层中继构造作为 伸展构造系统的组成部分而受到广泛重视1 2 4 1 。l a r s e n ( 1 9 8 8 ) 首次明确指出正断 层中继构造是伸展构造系统的基本组成部分，讨论了中继斜坡( r e l a yr a m p ) 转换 变形和中继断层侧向扩展的特征1 3 1 。在系统的研究中，包含了正断层中继构造 的几何形态、变形方式、形成背景、发展演化、断裂力学性质及应用研究等多个 方面的内容。研究结果表明，正断层中继构造不仅是正断层形成和扩展过程中的 普遍构造模式，而且还是反映正断层形成扩展的普遍机制之- - 1 3 6 】。 中继构造型式作为一种构造型式在各种性质断层中，如正断层，逆断层，平 移断层中都可以存在，w a l s h ( 1 9 9 9 ) 总结了各种性质断层的中继构造的几何型式 1 3 ”，但目前对正断层和平移断层的中继构造研究较为广泛和深入。其中正断层 中继构造的研究主要从两个方面进行：一方面是以p e a c o c k 为代表的研究者的研 究强调断块变形造成的三维构造型式；另一方面以w a l s h 为代表的研究者则侧重 于正断层断裂构造的中继构造型式的研究。 p e a c o c k 等通过对英国s o m e r s e t 地区的k i l v e 断层进行构造地质学观测和 位移测量，建立了正断层中继构造三维模型，认为正断层中继构造型式是正断层 形成过程中必然的演化阶段【3 羽。p e a c o c k 等( 1 9 9 4 ) 和t r u d g i l l 等( 1 9 9 4 ) 详细讨 论了正断层系中的中继斜坡的几何形态和演化过程，并讨论了中继斜坡内可能产 生的次一级构造的形态【3 94 0 1 。f e r i l l 等( 2 0 0 1 ) 运用几何学的研究方法，从理论 上讨论了正断层位移梯度对正断层中继斜坡的构造型式的影响，对正断层中继构 造变形从应变分析角度进行完整的说n 4 ”。 w a l s h ( 1 9 8 8 ) 认为理想的正断层面在空间的形态是一个椭圆形，结合中继构 造的研究提出正断层在空间可以发生分裂，在空间具有不同的构造型式【4 羽。 c h i l d s 等( 1 9 9 5 ) 讨论了同一正断层系的形成演化过程中，分段正断层是通过中 中南大学硕士学位论文第一章引言 继带连接，中继带内断层通过分支点或分支线连接l ”1 。w a l s h ( 2 0 0 3 ) 总结了分段 正断层的三维几何模型，讨论了中继带在正断层在空间的分布和形成演化形态， 强调了观察平面与断层扩展方向对中继构造作用，并认为该构造模型可以运用于 各种性质的断层【和j 。正断层中继构造从以上两个方面的研究可以对分段正断层 的三维构造及其扩展演化特征进行完整说明。 正断层中继构造的研究成果已经普遍应用于石油地质、盆地构造、地震研究、 矿产地质等领域中。如现代活动工f 断层带中普遍分布中继构造，正断层中继构造 是断层分段主要型式并控制地震的发生演化，可以总结地震发生规律和进行预测 ( s t e w a r t 等1 9 9 1 1 4 5 1 ：p e a c o c k 等1 9 9 4 f 3 9 1 ；a n d e r s 等1 9 9 4 t 粕1 ) 。正断层中继构 造应用于矿产地质尚处于起步阶段。地堑同生正断层系是海底喷流硫化物矿床主 要成矿构造之一( s c h e u b e l 等1 9 8 8 ；m c c l a y1 9 9 1 1 4 7 j ；l a r g e1 9 9 2 1 4 8 ) ，因此正断 层中继构造作为正断层系生长的基本形式，可重新分析裂谷地暂系断层的构造意 义和控矿作用。 2 中继构造几何形态 两个错位正断层独立扩展，使得相邻错位正断层尾端相互接近或重叠，在错 位正断层之间重叠区域的地块产生中继 斜坡，是正断层中继构造普遍的变形特征 ( 图卜l a ) 。中继斜坡地段的岩层通过 发生旋转变形，来保持断层系的上盘和下 盘的连续性，以转换叠覆分段断层段的位 移。形成中继斜坡是断层段之间断层位移 转换的结果，测量断层位移曲线能显示断 层重叠段位以变化和叠加的关系( 图 卜l b ) ( p e a c o c k1 9 9 1 a 1 3 8 】：a n d e r s 1 9 9 4 1 4 6 1 ：f e r r i l l2 0 0 1 4 1 1 ) 。 中继斜坡范围以其中一条断层上盘 和另一条断层下盘的错位线为界，且约束 中继斜坡的两断层有着相反的位移梯度 ( 图卜1 b ，c ) ，因此中继斜坡的变形是 两断层联合控制。中继斜坡的变形可借助 于水平轴和垂直轴的旋转以及由两断层 位移梯度引起错位线的变形来描述( 图 1 一l a ) 。 3 中继构造扩展演化 6 ( b ) ( c ) x t t 口t! t t 口4 ：巨2 嚣薹翅 t 甜妇幽国溢”蔷一 l 图卜1正断层中继构造变形特征示意图 a ，正断层中继斜坡变形图；b ，a 图中 x y 剖面断层距离一位移曲线示意图：c ，a 图中x y 纵剖面图( 据f e r r “12 0 0 1 ) 中南大学硕士学位论文第一章引言 正断层中继构造的演化是中继斜坡形成、发展和破坏的过程。根据分段断层 之间的相互作用和连接程度，正断层中继构造的发展演化可分为四个阶段：即断 层段的独立扩展，断层段重叠形成中继斜坡的初期以塑性弯曲为主，中继斜坡发 生破裂变形，中继斜坡被断层切穿形成联合断层( 图卜2 ) ( p e a c o c k1 9 9 l a ； t r u d g i l l l 9 9 4 “：h u g g i n s1 9 9 5 ；f e r r i l l2 0 0 1 。“) 。在第一阶段，断层各自沿 走向推进生长，且断层之间没有发生重叠或相互作用，在两条断层的重叠段，断 层的位移为零。第二阶段断层逐渐靠近，断层之间开始发生相互作用，断层的位 移通过中继斜坡调节，在中继带内，各断层的位移梯度变陡，且总位移在重叠处 最小。断层之间位移调节导致地层发生倾斜和旋转形成中继斜坡。第三阶段，中 继斜坡开始被连接断层段的新生断层破坏。第四阶段，断层段被切断中继斜坡的 新生断层连接，中继斜坡可以作为牵引构造被保存，而且在连接位置造成断层位 移的最小值。 篆l 篆丛 阶段三 距离 。：j 丽蔷一。j z 一 爿企篆匡 阶段：距离 精段四 距离 图卜2中继构造各演化阶段及其位移血线图卜3 正断层中继构造演化立体示熏图 ( 据p c a c o c k l 9 9 1 a )( 据p e a c o c k l 9 9 4 ) 正断层中继构造的演化阶段不仅体现时间上，而且还体现在空间上。由于正 断层通常是从深部向上扩展的，所以这四个阶段将出现在不同深度的中继斜坡上 ( 图1 - 3 ) ，这也说明在空间正断层中继构造的扩展是互相制约的 ( p e a c o c k l 9 9 4 ) 。各扩展演化阶段的位移曲线记录了中继斜坡变形的特征( 图 卜2 ) ，在第二阶段中继斜坡形成时位移曲线在对应的位置上出现明显的拐点， 不同于第一阶段独立断层的平直曲线，它表示断层段的位移有一部分转移到相邻 断层段上去，是中继斜坡变形的原因。第三阶段虽然产生了连接断裂，但位移曲 线形式与第二阶段相似，说明中继斜坡仍在传递断层的变形，第四阶段位移曲线 呈水平线说明分段断层已连通成整体扩展的断层，不需要中继带的转换，位移曲 线中部下弯的部分是中继斜坡残留的变形，它们在第三阶段已经存在。 中南大学硕七学位论文 第一章引言 断层问中继构造是在相互独立扩展 的分段断层靠近时形成的，断层的继续 扩展将在中继带中产生穿切断层，连接 两侧的分段断层组成统一断层面。穿切 断层有菱形和扭折两种形式，菱形是由 两条点对面扩展的穿切断层组成( 图 1 - 3 ) ，扭折是一条面对面的穿切断层( 图 1 - 4 ) 。数值模拟实验表明，菱形断层是 分段断层连接扩展的普遍形式( i m b e r 等 2 0 0 4 ) l s o j 。 1 2 3 褶皱变形理论 固卜4 正断层中继斜坡中的扭折状穿切断层 ( 据p e a c o c k 2 0 0 2 b ) 中条山矿带在成矿后发生了强烈的变形，对构造变形的研究是矿区成矿地质 规律认识的重要内容，前人对此做了很多工作，观点也是多种多样的。目前比较 系统的观点，是认为矿区经历了早期的伸展运动，形成拆离断层，后期发生挤压 褶皱的改造。这种认识强调地层之间的拆离断层的接触关系，用变质核杂岩的构 造模式来解释矿区的基本构造型式。另一种可能的模式是强调地层的岩性差异在 褶皱变形中的重要作用，地层是作为整体在挤压变形中发生褶皱变形。 褶皱的主波长理论的数学表达式为：w i = 2 d ( i i 6 p ：) “3 ，式中为强硬层初 始波长，w o 为有限波长，指褶皱后实测的波长，| i 、u 。为强硬层和软弱层粘性 度，d 为强硬层厚度，主波长理论说明了夹于软弱岩层中强硬层的褶皱条件，即 地层褶皱形态受地层的粘性比和厚度控制。实验研究表明，在地层为高强硬度反 差时，即l il u2 5 0 ，其中强硬层变形形成典型的肠状褶皱1 5 l 5 2 j ( 图1 5 ) 。在 天然地层的褶皱中，如果地层是强硬层和软弱层的互层状，则在强硬层形成肠状 褶皱的情况下，软弱层将形成顶厚褶皱。 地层的褶皱是强硬层占据主导地位，强硬层的褶皱变形以切向线应变为主要 应变型式，即在顺层的切线方向发生伸长和缩短，形成等厚褶皱或同心褶皱。软 弱层夹于强硬层之间，它的变形受强硬层的控制，由于相邻强硬层的内弧和外弧 的曲率半径不同，使软弱层形成顶厚褶皱。在褶皱变形中软弱层的物质将从两翼 向核部流动迁移，应变型式是切向线应变和顺层剪切的结合，顺层剪切是发生层 间滑动的运动。 8 中南大学硕士学位论文第一章引言 a 在褶皱中强硬层和软弱层的变形有明显的区别，可以从地层中的应变椭球体 j ：i ：鲁 j 0 ：0 ：0 ：0 ：0 0 ：0 0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：强；擞墼 图1 - 5 单个强硬层中褶皱形状递进演化 b 毛d 一鼍一 d 八 w o 1 2 0 0 英岩夹层，中部有一层变质火山角砾凝灰岩，下部有一 终 太 群 层变质凝灰质角砾岩 县 古 圆头山组7 0 0 绢英片岩，绢英岩，底部有磁铁绿泥片岩 群 代 后山村组 黄白色石英岩，底部见薄层砾岩，不稳定 横岭石墨绢荚片岩，十字石榴二云片岩，千枚岩，变质 铜凹组 1 3 3 1 关亚钕砖 群 平头岭组4 2石英岩，底部含砾岩 、j 中太 涑水混合花岗岩、混合岩。片麻岩斜长角闪岩、浅粒 1 0 0 0 0 古代杂岩 岩、变粒岩，大理岩及石英岩磁铁石英岩 中南大学硕七学位论文第二章矿区基础地质特征 涑水杂岩( a r ：) 为一套变质程度较深的复杂的岩石组合，分布于中条山北 西侧，出露面积约1 l o o k m 。由各种片麻岩和混合岩以及斜长角| ! j j 岩，方柱黑云 片岩、浅粒岩、变粒岩、大理岩和磁铁石英岩等表壳岩组成，其中片麻岩为深变 质的深成花岗质岩石，表壳岩为变质的中、基性火山岩。变质程度达角闪岩相和 麻粒岩相。涑水杂岩与上覆的绛县群为明显的小整合关系。 绛县群( a t 。) 主要分布在中条山北部及北峪背斜构造核部，出露面积约 1 2 0 k m ，总厚度3 8 7 3 m 。下部横岭关亚群为一套变质的复理石建造，即( 含碳) 泥 质、半泥质岩石变质丽形成的结晶片岩，上部铜矿峪亚群为一套变质的富钾火山 图2 4 中条山地区主要构造层分布简图 津水杂岩为基底地层，绎县群和中争群为裂各活动的主要构迄层，西阳河群为裂谷带的 盖层1 ，第四系q ；2 ，西阳河群o h ；3 ，中条群pl ；4 ，绎县群a r ，；5 ，津水杂岩a r ：6 ， 花岗岩 2 0 中南大学硕士学位论文第二章矿区基础地质特征 熔岩和火山碎屑岩及正常沉积的泥质、泥砂质岩石，具双峰式火山岩特征，变质 程度为角闪绿片岩相。其中铜矿峪亚群中的蚀变碎斑岩和电气石英岩组合为铜矿 峪型铜矿的主要含矿岩石组合。矿区存在火山爆破角砾岩，为爆破角砾岩简的产 状，近等轴状，分布于多处，有铜矿峪挡仙沟和小井沟，桐木沟的北峪村，店子 沟一西沟，黑崖底南华沟等，从南到北有广泛的分布，目前所发现的火山爆破角 砾岩都是产于铜矿峪亚群的地层中，角砾为棱角状，大小变化明显，角砾含量不 均匀，角砾和围岩都以熔岩为主，各处角砾岩筒的出露面积不同。 中条群( p t ) 分布于中条山区中偏西部，呈北东向带状展布，出露面积约 8 l o k m 。为一套变质的正常沉积岩建造，由片岩、白云石大理岩及少量变基性火 山岩、变凝灰岩和石英岩组成，其中的炭质片岩与其上下的白云石大理岩共同组 成中条群的含矿岩系，变质程度为低绿片岩相。自下而上由界牌梁组、龙峪组、 余元下组、篦子沟组、余家山组、温峪组、吴家坪组和陈家山组组成。篦子沟组 以黑色页岩著称，显示了深海还原环境沉积。从整体来看，中条群可视为一个大 的海进旋回。界牌梁组一余元下组为初期海进旋回，余元下组、篦子沟组为中期 海退旋回，余家山组一温峪组为晚期海进旋回，温峪组一陈家山组为晚期海退旋回， 篦子沟组为两次海进之间的一个短暂海退过渡岩系。 西阳河群( c h ) 与河南熊耳群相当，大面积分布于中条山区北部和东部，不 整合覆于前述各地层之上，为中条山区最古老的未变质盖层，主要为一套厚层的 安山质熔岩、安山集块岩、安山质角砾岩及安山质凝灰岩夹有少量的正常沉积碎 屑岩。 2 2 2 矿区构造 从区域背景可知，中条山成矿区带处于裂谷构造环境，成矿与裂谷构造运动 密切相关，按照狭义的理解，矿床应该形成于裂谷带内或附近。因此裂谷带圈定 了成矿的大范围，应该在裂谷带范围进行找矿，识别裂谷带是根据裂谷地层的分 布，这是中条山地区找矿的基本条件。但是中条山裂谷存在比较复杂的情况，明 显的问题是裂谷地层受到盖层地层的覆盖，裂谷带可能有相当的范围没有出露， 这对于确定裂谷带构造有很大的影响。其次是裂谷带构造层的分布，中条山裂谷 地层有多个构造层，各构造层都有矿化发生，所以找矿还要区别不同的构造层。 各构造层实际上代表了不同时代的裂谷带，有可能是不同时代成矿的范围，要调 查研究各个构造层的分布，才是完整的裂谷带成矿的认识。 中南大学硕七学位论文第二章矿区基础地质特征 中条山地区裂谷带是基本成矿构造环境，大陆裂谷带发育正断层，以正断层 的活动形成地壳的裂陷，是以正断层组合的地堑系为裂谷构造型式。在裂谷带中 成矿，正断层是最基本的构造通道，也是主要的容矿构造之一，因此在裂谷带中 应该表现为正断层构造的控矿作用，是裂谷带内生成矿的基本构造型式。 区域上，绛县群在横岭关以西构成一个单斜层，以东呈现出早晚两期褶皱叠 加的图景。早期柴家峪一古垛向斜和陈村峪一南沟背斜为同斜倒转褶皱，晚期铜矿 峪一莲花池背斜呈n e 向叠加在早期褶皱之上，其形成时代可能为中条期。中条群 构造格局更为复杂。北部“上玉坡一胡家峪短轴背斜”是重要的褶皱构造，实际 是受正断层系控制而形成，这与前人多认为由中条运动的两期褶皱叠加形成不 同。 李志中等根据中条地区的断裂活动特点、变形显微构造分析和古构造应力计 算等结果，认为该区的外力作用方式，在中条早期为e w 向的区域性伸展作用， 中条晚期为反时针扭动，并兼有向的挤压作用。并根据主干断裂的强度和走向及 古应力估算数值，确定推覆挤压作用力为7 8 5 2 9 4 2 m p a ，伸展作用力为1 4 7 2 4 5 m p a 。晚期浅层次脆性变形构造叠加在早期褶皱上，但在方位上仍然继承了 裂谷边界断裂的n w w 向和n n e 向的特征。性质以张性、张扭性和平推为主，形成 高角度正断层、构造角砾岩带、压扭性平推断层等。 t m 遥感影像地质解译( 图2 - 5 ) 显示中条裂谷内部是由n e 向和n w w 向两组断 裂所组成的构造网络。这两组断裂的展布方向，基本平行裂谷的边界断层，在裂 谷中部有一条横贯全区的n w w 向线性构造( 即同善一落家河一王屋断层) 。西部由 于西洋河群安山岩覆盖，在东部( 河南虎蛉一带) 岩层出露较好，断层走向n 6 8 。 w ，地表倾角较陡约7 0 。s w ，岩石破碎剧烈呈糜棱岩化，糜棱面理与地层界面近 于平行。常见香肠化或透镜化。断层的上盘为古生界或中生界地层，下盘为太古 界变质岩。断距甚大。为脆一韧性陡倾斜正断层，体现了伸展构造的特征。在 n w w 向伸展断裂之北约1 5 k m 。还有一条与之平行的线性构造( 影像) 。而另一组 n e n n e 向断裂。它的线性影像呈s 形舒缓波状，其东、南部和北部为n 5 5 。e ， 中部近南北走向。全长约5 5 k m ，断层的产状呈上陡下缓的脆性剪切正断层。 2 2 3 矿区岩浆岩 中南大学硕士学位论文第二章矿区基础地质特征 岩浆岩包括中条裂谷形成前涑水杂岩的t t g 岩套、基性片麻岩及基性岩脉， 裂谷的基性和酸性岩浆岩及裂谷闭合后的燕山期岩浆岩等。涑水期、绛县期、中 条期、晋宁期都显示出由基性向酸性演化的趋势。 绛县期的岩浆岩有宋家山组的角闪片岩、斜长角闪岩和铜矿峪亚群的基性一 酸性熔岩以及落家河的奥长花岗岩。中条期岩浆岩则为变基性侵入岩和花岗岩 类，包括早期的唐回侵入岩性质的斜长角闪岩、北峪奥长花岗片麻岩，中期磁山、 野庙滩粗粒似斑状花岗岩体，晚期辉绿岩，辉长辉绿岩基性岩墙和烟庄片麻状斑 状花岗岩。晋宁期岩浆岩则有早期西阳河群的安山岩、玄武岩，中期神仙岭角闪 黑云花岗岩、辉石闪长岩等，晚期永济王官峪富钾碱性正长岩脉。燕山期早期有 蚕坊、相家窑花岗闪长岩体，大西沟二长花岗岩体，中期有望仙正长闪长( 角闪 二长) 岩体和王茅、银洞梁花岗闪长斑岩体等。 图2 5 中条裂谷t - 遥感影像地质解译图( 据崔振荣等，1 9 9 2 修编) 1 基性岩；2 北峪奥长花岗岩；3 区域线形断裂构造；4 次级断裂构造；5 环形影像；6 航磁推测岩体；7 铜矿床；8 铜矿点 中南大学硕士学位论文第二章矿区基础地质特征 2 2 4 矿区矿产 中条山区矿产丰富，矿种较多，主要的金属矿产有铜、铁、金等。铜为本区 的主要成矿元素。目前已发现铜矿床( 点) 8 9 处( 其中矿床2 0 处：大型i 处， 中型6 处，小型1 3 处) ，探明储量3 9 0 余万吨。大多数铜矿床分布在中条山中 部及北东段，主要类型有：铜矿峪型、胡一篦型、横岭关型、落家河型、芦家坪 型等。 中条山地区铜矿以受地层岩性控制为特点。铜矿峪型赋存于上太古界绛县群 铜矿峪亚群骆驼峰组，为一套浅变质的火山沉积建造，主要含矿岩石为变质花 岗闪长斑岩，属细脉浸染变斑岩型铜矿，规模较大。胡一篦型铜矿赋存于下元古 界中条群地层中，矿床( 点) 主要分布于胡家峪一篦子沟短轴背斜南翼及倾伏端， 含矿地层为余元下组顶部、篦子沟组及余家山组下部，组成了以篦子沟组变质绢 云片岩为中心的含矿岩系，该岩系也是中条山区的主要含矿层位之一，胡篦型 铜矿就严格受该岩系控制。绛县群横岭关亚群铜凹组岩性主要为含炭绢云片岩、 绢云片岩、十字石榴绢云片岩，严格控制了横岭关型铜矿分布。在落家河构造 剥蚀窗内的宋家山群变火山一沉积地层中，赋存有变火山沉积型铜矿床。近几年 又在同善构造一剥蚀窗内的宋家山群地层中内发现了变砂岩铜矿，在变基性火山 岩中发现了变基性火山岩型铜矿，这两种铜矿均为新的铜矿类型，其找矿前景较 大。此外，在中条山区广泛分布的中元古界熊耳群安山岩中也发现了芦家坪型铜 矿床，在太古代涑水杂岩中发现了与基性岩有关的铜矿。 中条山区各类铜矿围岩蚀变强烈。胡篦型铜矿主要表现为黑云母化、碳酸 岩化和钠长石化；铜矿峪型铜矿主要为硅化，绢云母化和电气石化；横岭关型铜 矿主要为绢云母化、黑云母化和硅化；变基性火山岩型铜矿主要为石墨化、绿泥 石化、黄铁矿化；芦家坪型铜矿主要为硅化、赤铁矿化、碳酸岩化、青盘岩化； 与基性岩有关的铜矿化以石榴石化、碳酸盐化、硅化、绿帘石化为特征。 1 横岭关铜矿 矿区内出露地层有绛县群横岭关亚群铜凹组片岩系，总体构造格架为走向 n e ，倾向n 1 】的一系列轴面相互平行的紧闭同斜倒转褶皱叠加断裂组合的韧性剪 切褶皱带。主要的岩浆岩有斜长角闪岩、角闪岩及少量闪长岩。 中南大学硕+ 学位论文第二章矿区基础地质特征 全区共圈出7 2 个矿体，5 5 号矿体最大，5 号次之，其余矿体较小。5 5 号矿 体长8 0 0 m ，最大延深4 0 0 m ，平均品位0 6 4 。5 号矿体长7 0 0m ，最大延深4 3 0 m ， 厚度1 1 5 m ，倾向n w 倾角5 5 7 5 。，平均品位0 7 4 。矿体形态为似层状、扁 豆状。矿石中的有用组分为铜，次为钴，未发现有害组分，钴与铜密切伴生，且 钴的含量于铜矿体厚度成正比。主要容矿岩石为绢云片岩、含炭绢云片岩和二云 片岩中。 矿石主要金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿，偶见斑铜矿、辉铜矿、硫 铜钴矿、辉钼矿等，表生金属矿物有褐铁矿、孔雀石、铜蓝等。脉石矿物有绢云 母、石英、黑云母，次为长石、白云母、石榴石、十字石、石墨、角闪石、方解 石等。 2 铜矿峪型铜矿 矿区出露上太古界绛县超群铜矿峪亚群竖井沟组、西井沟组、骆驼峰组。总 体构造为一倒转向斜的s e 翼，绛县期火山活动强烈，岩性有变钾质基性岩黑云 片岩、绿泥片岩及角闪黑云片岩。侵入岩从老到新有变辉绿岩、变花岗闪长斑岩、 变花斑辉绿岩，块状、黑绿色。 本矿床己探明矿体计3 3 9 个。主要矿体仅有4 、5 号两个矿体，主要产于变 花岗闪长斑岩内，两矿体的储量占整个矿区总储量的8 5 以上。5 号矿体长1 1 0 0 余米，最低控制标高5 7 5 7 0 0 m ，向下继续延深。矿体呈扁平状、透镜体，中部 厚1 8 5 m ，边部变薄为6 1 m 2 8 m 6 m 不等。矿体随着开采标高的降低，厚度加大。 4 号矿体位于5 号矿体之上，与之相平行