（矿产普查与勘探专业论文）陕西双王含金水压角砾岩体构造成因模型及其对金矿的控制.pdf

摘要 本文所探讨的陕西双王含金角砾岩体的构造成因研究运用了水力压裂作用、流体动 力角砾岩、流体泵吸作用、变形分解作用和雏形断裂理论等几个现代构造地质理论，提 出了变形分解作用一雏形断裂作用一水力压裂作用一裂开愈合作用四位一体的水压角砾 岩型成矿构造模型，是与流体动力作用有关的裂隙一脉一角砾岩系成矿构造的一种新的 模式 论文在阐述了陕西双王含金角砾岩体的地质特征的基础上，提出双王含金角砾岩体 为水力压裂成因角砾岩体。该水压角砾岩体是深源富碱含金流体在泥盆系套热水沉积 的富钠质岩系中发生水力压裂作用形成的。早期共轴递进挤压使能干性富钠质岩系与非 能干性富泥质岩系发生变形分解，分别形成近等距分布的透镜状弱变形域与线性强变形 带。强变形带中的非能干性泥质岩系强烈劈理化，为相对高温高压带：弱变形域内的能 干性钠质岩系则伴随弱水力压裂作用发生扩容，形成雏形断裂的微裂隙，同时，它是一 个相对低温、低压、高渗透率的透镜状天然泵吸中心。晚期的右旋高角度斜冲非共轴递 进剪切，使水力压裂作用沿弱变形域中央最发育的一组微裂隙大规模发生，并沟通深部 的裂隙系统。泵吸中心巨大的压力降使深部的承压流体在富钠质岩系中产生周期性的构 造泵吸一水力压裂一沉淀愈合作用。根据构造模型预测的隐伏含金水压角砾岩体己获钻 探初步验证。 关键词：水压角砾岩水力压裂变形分解雏形断裂 构造泵吸成矿预浏双王 中南大学碗士学位诧文陕西取王古金水压角跞岩件的构遗成倒模型屈其对金矿的控伟 t h e1 e c t o n i cg e n e t i cm o d e io fg o l d b e a r i n gh y d r o f r a c t u r i n g b r e c c i ab o d ya n dc o n t r o io fg o i do r eb o d yi nt h es h u a n g w a g g o i dd e p o s i t ，s h a n x ip r o v i n c e a b s t r a c t d u r i n gt h ep r o c c s so fs t u d y i n gt e c t o n i co “g l no fg o l d _ b e a r i n gb r e c c i ab od i e si nt h e s h u a n g w a n gg o l dd e p o s i t，s h a n x ip r o v i n c e ， t h ea u t h o ra p p l ys e v e r a lm o d e r nt e c t o n i c s t h e o “e s ，s u c ha sh y d r o f r a c t u r i n g ，n u l dd ) n a m i cb r e c c l a t e c t o n i cp u m p i n g ，d e f o r m a t i o n p a r t i t i o n i n g ，e m b r y o n i c f r a c t u r ee t c t h e p a p e r p r e s e n t sa n k j n do fn e wm o d e l f o rt h cf o r m a t i o no f h y d r o f r a c t u r i n gb r c c c i a - t y p cm c t a l l o t e c t o n l c ， w h i c hi so n eo f f r a c t u r c v e i n b r e c c i as c r i e sm e t a l l o t e c t o n i c sc o n c e r n i n gf l u i d ，b yd e f o f m a t i o np a r t i t i o n i ng e m b y o n i cf r a c 眦，h y d r o f r a c t u r i n ga n dm p t u r e 山e a l i n g b a s c do nt h eg c o l o g i c a lf e a t u r eo fg o l d - b e a r i n gb r e c c i ab o d i e si nt h cs h u a n g w a n g9 0 1 d d e p o s i t ，s h a n x ip r o v i n c e ，a u t h o ri d e n t i f i e di tt o b eh y d r o f i a c t u r i n gb r e c c i ab o d i e s ，a r e f o r m c db yh y d f o f r a c t u r i n go ft h cd e e p - s e a t e dg o l d - b e a r i n ga n da l k a l i r i c hn u i d si nt h e d e v o n i a nh y d r o t h e r m a ls o d i u m 一“c hr o c ks e r i e s i nt h ee a r l yp e r i o d ，t h ep r o g r e s s i v ec o s x i a l c o m p r e s s i o nc a u s e dt h cc o m p e t e n ts o d i u m - r i c hs c r i e sa n di h eu n c o m p e t e n tp e l i t i cs e r i e st o d e f o r ma n d p a r t i t i o n ，f o r m i n g al e n s l i k ew e a k d e f o r m a t i o d o m a i nd i s t r i b u t e da t a p p r o x i m a t ee q u i d i s t a n c ea n dal i n e a ts r o n g d e f o r m a t i o nz o n er e s p e c t i v e i ya m o n gt h e m ， t h eu c o p e t e n lp e l i t i cs e r i e sa r ec l e a v e di nt h es r o n g - d e f o r m a t i o nz o n ew i t hr e l a t l v e l y h i g ht e m p e a t u r e ，h i g hp r e s s u r e ：w i t hw e a kh y d r o f r a c t u r i n g ，t h ec o m p e t e n ts o d i u m - r i c h s e r i e s d i l a t a c y i n ga n df o r m i n gm i c r o f r a c t u r e ( i e ，e m b r y o n i cf r a c t u r e ) i nt h ec o r eo f t h e w e a k - d e f o r m a t i o nd e m a i ，w h i c hi san a t u r a il e n s l i k ep u m p i n gc e n t r ew i t hr e l a t i v e l yl o w t e m p e r a t u r e ， l o wp r e s s u r ea n d h i g hp e r m e a b i l i t y i nt h el a t ep e r o i d ，t h cp r o g r e s s i v e u n c o a x i a ls h e a ro fr i g h t - i a t e r a la n dh i g h a n g i eo b l i q u et h r u s t i n gc a u s c dh y d r o f r a c t u i n g a i o n gt h em o s td e v c l o p e dj o i n t sa n df r a c t u r c si nt b cc o r co fw c a k d e f o r m a t i o nd o m a i n ，a n d l i n k c du pw j t hd e e pf r a c t u r es y s t e m s t h el a r g ep r e s s u r ed e c “n ei nt h ep u m p i n gc e n t r e c a u s e dt h ed e e p e d s c a t e dc o n f i n e dn u i d st od e v e l o pp e “o d j ct e c t o n i cp u m p i n g ， h y d r o f r a c t u r i n ga n dp r c c i p i t a t i o nh e a l i n g i nt h e s o d i u m r i c hr o c ks c r i e s t h eb u r i e d g o l d - b e a “n gh y d f o f a c t u r i n gb r e c c i ab o d i e sp r e d i c t e do nt h eb a s i so ft h ep a r t i t i o n i n g d c f o r m a t i o nt e c t o n i ct y p eh a v eb e e np r o v e db yd r i l l i n g 融，、学耐：二学位论文陂怕板工占盘力、压舶酥z i 博n 0 掏t 成凼_ | ； 型，上其 盘矿的控制 k e y w o r d s ：b y d r o f r a c t u r i n gb r e c c j a ；h y d r o f r 丑c t u “n g ； d e f o r m a t j o np 量r t i t i o i n g ；e m b r y o n i cf r a c t u r e ； t e c t o n i cp 们p i n g ；m e t 丑o g c n i cp r o 0 s s ；s h u 量n g w a n gg o l dd e p o s i t 中南大学硕士学位论文第l 章前言 第1 章前言 近二十几年来，流体及其地质作用的大量研究成果使人们对过去的一些理论和观点 进行了重新认识和探索。以往，成矿构造研究中主要关注的是与构造动力作用有关的断 裂构造岩，其中的碎裂岩系列与麋棱岩系列岩石的鉴别，一般不会出现较大的失误。然 而，特别不同的是，角砾岩类的鉴别就会复杂一些，这是因为：角砾岩既有构造动力作 用形成的，又有沉积作用形成的，还有流体动力作用形成的，等等。流体动力作用形成 的角砾岩，特别是水力压裂作用形成的角砾岩的研究相对滞后毗致于在实际运用中这 类角砾岩易于出现误判。目前。越来越多的研究表明，与流体动力作用有关的裂晾一脉 一角砾岩系是非常重要的成矿构造。本文所研究双王含金水压角砾岩体的构造成因模型 是这种成矿构造一种新的模式。 双王含金角砾岩带位于陕西省太白县境内，属秦岭泥盆系含金角砾岩带的一部分。 该角砾岩带西起王家楞东至王家庄，延长1 1 k m 。该矿床品位虽低，但规模大，且易采 易选。由于矿床地质特征独特，角砾岩的成因争论颇多，因此，长期引起众多研究者重 视。 该含金角砾岩带从1 9 6 5 年发现以来先后有陕西省地质局第三综合普查队( 1 9 6 5 ) 、 陕西省地质矿产局第三地质队( 1 9 7 6 ) 、中国地质大学( 北京) ( 1 9 8 3 ) 、西北大学( 1 9 9 2 ) 、 北京科技大学资源工程学院( 1 9 9 4 ) 、中国科学院地质研究所( 1 9 9 7 ) 、中南大学矿产地 质研究所( 2 0 0 0 ) 等单位对该矿进行了专题研究。尽管研究者众多，但对矿床的成因认 识尚不一致。涉及的有分歧的关键问题有；l 含金角砾岩的成因：2 泥盆系地层，特别是 钠化岩石的成因：3 矿质来源。目前有代表性的成因观点有以下几种：l 构造成因角砾岩 型金矿，c 、h ：o 可能为幔源。泥盆系地层中金为低的地球化学背景值，不提供金，成 矿可能与碱性碳酸岩岩浆热液有关( 石准立等1 9 8 9 ，1 9 9 l ，1 9 9 3 ) ：2 热水沉积- 改造型 ( 炎金才等1 9 9 2 ，1 9 9 3 ) ，泥盆系地层中层状硅质岩为热水沉积成因，矿质来源于泥盆 系地层，并受后期热液的叠加改造；3 浊流- 喷流沉积- 改造型( 或层控型) ( 张复新等， 1 9 9 2 ) ，泥盆系地层中层状钠长岩成因为浊流喷流沉积，并对金进行了初步的富集。在 后生深埋、构造及西坝岩浆活动的作用下将捧出的地下水形成的循环热水溶液，沿钠 长角砾岩构造通道反复溶滤围岩，萃取并活化迁移出其中的金等成矿物质，在适宜的构 造活动热力驱动下在的钠长角砾岩带中沉淀富集成矿，含金角砾岩的形成是一系列线型 褶皱、走向断层以及热液喷溢联合作用的结果：4 卡林型金矿床( 王建业1 9 9 6 ) ，金主 要来源与泥盆系地层，热液为下渗的地表水：5 爆破角砾岩型金矿床( 张复新，1 9 9 7 ， 徐贵忠1 9 9 3 ) ：6 水压致裂角砾岩型金矿床( 谢玉玲2 0 0 0 ) 。本文认为双王含金角砾 岩是水压致裂角砾岩并对其构造形成机制进行了深入的探讨。 中南大学硕士学位论文第1 章前言 本次研究工作共分六个研究阶段完成。 l 2 0 0 0 年4 6 月。到太白金矿熟悉工作区情况，进行初步的野外工作，确定工作 思路。 22 0 0 0 年7 9 月，文献收集( 查阅国内外有关文献共9 0 余篇) ，并对文献进行综 合分析研究。编写文献综述报告 3 2 0 0 0 年9 一1 0 月，到太白金矿进行野外工作，进行野外地质构造观察采集标本， 初步建立成矿构造模型。 42 0 0 0 年1 1 1 2 月，室内资料综合整理磨片及显微构造研究。 5 2 0 0 0 年1 2 月- 2 0 0 1 年1 月，到太白金矿进行野外工作及对构造模型进行补充修 正。 6 2 0 0 1 年2 月至今，撰写论文并完成科研报告。 2 0 0 0 年4 6 月，2 0 0 0 年9 - 1 0 月，2 0 0 0 年1 2 月2 0 0 1 年1 月，地质工作完成的工作 量为：地质路线3 4 条：地质观测点1 4 3 处；采集标本1 1 4 件：磨薄片观察与鉴定6 4 片； 显微照片3 3 件：地质摄影1 1 2 张；素描图1 5 0 余幅。 中南大学顼士学位论文第2 章几个现代构遗地质理论综述 第2 章几个现代构造地质理论综述 我们对双王含金角砾岩的研究表明双王水压角砾岩体的形成源于深部大量含矿流 体的侵入所产生的异常高压。但是，构造变形分析表明，水力压裂作用发生以前因地 层岩性的不均一性引起的变形分解，是能干性岩层一富钠质岩系透镜体化及水力压裂发 生于弱变形域中的重要构造条件。在对双王含金水压角砾岩的成因机制进行解释的过程 中，要涉及到水力压裂作用、流体动力角砾岩的分类、流体泵吸作用、变形分解作用及 雏形断裂理论等几个现代构造地质理论。因此，了解这几个理论的研究动态是非常必要 的。 2 1 水力压裂作用 水力压裂作用，又称为液压致裂作用，是由h u b b e r t 和w i l i i 于1 9 5 7 年首次提出来 的。几十年的研究和逐步积累的野外资料证明水力压裂作用可能是整个地壳一岩石圈 内又一种重要的变形破裂方式，而且从微观一中观一宏观尺度上都有表现许多热液脉 体和脉状矿体可能直接受其控制。水力压裂现象及其研究已引起越来越多的地质学家广 泛的重视，并取得了大量的成果。 在其力学机制的研究方面，具代表性的有h u b b e r t 和w i l l i s ( 1 9 5 7 ) 、p h i l l i p s ( 1 9 7 2 ) 、 b u r n h a m ( 1 9 6 7 ，1 9 7 9 ，1 9 8 0 ) 、n o r t o n ( 1 9 8 1 ) 、s i b s o n ( 1 9 9 l ，1 9 8 4 ，1 9 9 3 ) 、a 尼古拉( 1 9 8 4 ) 、 e t h er i d g e ( 1 9 9 1 ) 、m e e r e ( 1 9 9 5 ) 等。下面对水力压裂作用的力学机制简单加以讨论。 b 圈2 1 不同差异应力和巍体压力对控制断裂形成的摩尔雷 a - 高应力和低p f 的状态：形成剪破裂b 低应力和高p f 的状态：形成张破裂 基 中南大学硬士学位论文 第2 章几个现代构造地质理论综述 若地壳中的岩石块体( 设为各向同性) 受到a - 和a ，方向的应力作用时其所受的 应力状态可用摩尔圆表示( 图2 1 ) ，其方程为 ( 盯一半) 2 2 = ( 学 2 根据g r i f f i t h 准则，岩石发生破裂的唯一条件是应力摩尔圆与破裂包络线相切。在 不同的围压和差异应力条件下可分别形成剪性张破裂和压性剪破裂( 图2 1 a ) 以及张破 裂( 图2 1 b ) 。在无流体存在的情况下地壳浅部一般形成张破裂，深部形成剪破裂。 其张破裂形成的条件为： o ，一t 但当有流体存在时，由于流体压力( 只) 可降低有效主应力( ) ，即 o n 2 0 n + p j 此时的摩尔圆方程则为： ( 盯一半o = 半 2 有流体参与的摩尔圆与无流体参与的摩尔圆的唯一差别就是向左平移了p r ( 图 2 1 a ) 。若p f 足够大时，有效应力摩尔圆则与破裂包络线相切产生破裂。在流体压力p f 较低和差异应力( o 。一o ，) 大的情况下，将形成剪破裂；而在差异应力小和最小有效主 应力时则形成张破裂( 图2 一l b ) 。因此，流体驱动裂隙形成、扩展和张开的必要条件 是： o3 一p r 一t ol o 4 t 由此可见影响岩石破裂的因素有三个：抗张强度( t ) ；岩石所受应力o 和o ，：流 体压力( p f ) 。在一定的区域地质背景下，其岩石抗张强度t 和构造应力ot 和o ，都是恒 定的，所以流体的参与及其压力p f 的大小是岩石发生破裂的关键。因此，只要有流体存 在，且p f o ，+ t ，就有水力压裂作用的发生。 理论上发生水力压裂的条件是p f o ，+ t 。显然，流体异常高压是一个必要条件实 验研究和大量的野外证据都表明，流体异常高压是广泛存在的。这些证据包括流体包裹 体测试、深钻和超深钻的钻探结果、活动构造带的水热辱炸现象、变质岩区的大量的张 性裂隙一脉系统、野外所见砂岩墙和泥底辟的存在等。产生流体异常高压的过程很复杂， 综合国内外研究成果其原因大致包括：区域规模的变质作用：压实作用：水热增压； 蒙脱石的脱水作用：剥蚀作用；胶结作用：生烃作用：岩浆的二次沸腾和减压过程：构 造作用。 4 中南大学硬士学位论文第2 章几个现代构遗地质理论综述 p h i i i i p s ( 1 9 7 2 ) 系统的论述了热液一岩石系统中水力压裂力学机制，认为裂隙的扩 张和延伸是骤然发生的：裂隙一旦形成，就使热液前锋的压力陡然下降，促使热液快速 涌入裂隙中。若岩石的抗张强度较小，则热液可以连续的诱发张性水力压裂：若岩石的 抗张强度较大，则在产生第一次水力压裂后，前锋热液迅速贯入裂隙，进入裂隙中的热 液压力则迅速减小，当其流动到裂隙尖端时，热液压力复又开始聚积增大，直到p f o ，+ t 时，又快速发生第二次水力压裂。如此循环，组成脉动式的裂隙发生和发展过程。 当有多股相分离的热液同时上升时，则可导致平行裂隙成组、成群发育，形成密集裂隙 带。 e t h e r i d g e 等( 1 9 9 1 ) ，a 尼古拉( 1 9 8 4 ) 也分别从流体压力、差异应力和完整岩石 抗张强度三个因紊分析了水力压裂的力学机制。认为p f 增大，有效应力减小、应力摩尔 圆左移，当p f aa + t 时，摩尔圆与岩石的包络线相切，发生水力压裂。并指出p ，的周 期性变化，导致摩尔圆时而与破裂包络线相切，时而远离破裂包络线从而造成周期性 的水力压裂。 水力压裂属于高流体压力和低构造应力体制。流体压力的周期性变化导致应力摩尔 圆时而与破裂包络线相切，时而远离破裂包络线，从而造成周期性的水力压裂。裂隙的 发展的不同的阶段，其驱动力和阻力有所不同：早期阶段，裂隙扩展的驱动力主要为流 体储存的异常高压，主要的阻力为流体在裂隙中流动所产生的粘滞拖曳力o ，：随流体的 不断注入，裂隙体积的增大，流体的浮力将成为裂隙向上扩展的主要驱动力，主要阻力 仍为or ；如果裂隙向下扩展，则主要的驱动力和阻力是流体的异常压力和流体的浮力。 在水力压裂的数学模拟与解释方面，有b i c n i a w s k i ( 1 9 6 7 ) 、b c a c h ( 1 9 8 0 ) 、s p c a r ( 1 9 8 4 ) 、r o b e r t 和n u n n ( 1 9 9 3 ) 等。b e a c h ( 1 9 8 0 ) 作出了可能是迄今为止最为系统的 研究成果，他对水力压裂发展过程中的应力分布及变化、应变能的积累与释放、裂纹的 产生及扩展、水力压裂的发展速度等重要问距进行了数学模拟和计算，并建立了“裂隙 生长一应变能变化模型”。根据所建模型。详细讨论了同构造脉( 水压致裂裂隙脉) 的 常见几何特征，对水力压裂裂隙一脉几何特征的变化认为是由于在裂隙生长过程中外 加应力和流体压力条件及储存应变能变化速度的改变引起的。另外不管裂隙的方向和 形状如何，其尖端的应力场都是张性的，这种张性应力场的分布情况决定了裂隙将要发 育的几何特征。终端分叉是水压致裂裂隙一脉最典型的几何特征b i e n i a w s k i ( 1 9 6 7 ) 把 裂隙的终端分叉解释为张性破裂过程中裂隙快速生长是消耗剩余应变能和动能的一种途 径。 我国对水力压裂作用的研究起步较晚国内最早对水力压裂作用引起关注的是在石 油地质方面( 李明诚，1 9 7 7 ) ，主要用以解释沉积盆地中流体压力仓的形成及水力压裂形 成排烃裂隙的机制( 梅廉夫等，1 9 9 6 ) 。近年来开始用水力压裂机制解释与成矿作用有 关的一些构造现象( 於崇文1 9 9 3 ：彭恩生等1 9 9 4 ：邵世才，1 9 9 4 ：熊兴武，1 9 9 5 ；李 建威，1 9 9 7 ：汪劲草，1 9 9 8 ) ，如四周封闭韵呈扁透镜体的张裂脉、非线性可拼合的由矿 物胶结的张性角砾岩及非构造成因的不规则的裂隙系统。此e q 所谓的由水力压裂形成的 中南大学硕士学位论文第2 章几个现代构造地质理论综述 裂隙一脉一角砾岩系。这将在下一节详细介绍。 2 2 流体动力角砾岩 长期以来，人们一般多注意到区域应力场中岩石的构造变形机制。因此在对角砾岩 的研究上，往往将角砾岩的形成认为是构造应力下脆性域的产物，常常将角砾岩作为动 力构造岩或断裂构造岩类型中的一个系列。断裂构造岩的研究主要包括二个方面，一是 构造岩的岩石分类研究( s i b s o n ，1 9 7 7 ：b a t e s 和j a c k s o n ( 1 9 8 0 ) ：孙岩等，1 9 8 2 、1 9 9 5 、 1 9 8 6 ：夏宗国，1 9 8 3 ：宋鸿林，1 9 8 6 ：m a r s h a k 等，1 9 8 8 ) ：二是构造岩的变形机制研究 ( 郭宝罗、钟增球，1 9 8 5 ) 。他们根据不同韵变形机制，将断层划分为脆性、脆一韧性及韧 性。主要的类型有角砾一磨砾岩类、碎裂岩类、糜棱岩类、构造片岩类、干枚糜棱岩类、 玻化岩类及麋棱片岩类。主要的变形机制有机槭破裂、粒间摩擦、碎裂流动、压溶、扭 折、位错、滑移及蠕变等。构造动力作用是断裂构造岩形成的主园。 近二十几年来，流体及其地质作用的大量研究成果使人们对过去的一些理论和观点 进行了重新认识和探索。最近的研究表明( h u b b c r t m k ，1 9 5 9 ；f y f c ws ，1 9 8 6 ：e t h e r i d g e a ，1 9 8 l ：c o xs f ，1 9 9 5 ) ，地壳内各种流体的活动对构造的形成和演化产生了很大的影 响。已经知道，流体渗滤与构造变形在动力学、化学、热力学和水力学等方面存在着复 杂的耦合关系，这种耦合关系使流体对岩石的矿物相、变质相、结构构造和变形习性产 生了深刻的影响，从而控制着岩石的构造变形( 李建威、李先福，1 9 9 7 ) 。对在脆性域 中常见一些与断裂作用无关、分布却十分普遍、产状呈筒状、囊状、脉状及似板状，而 且类似于断层角砾岩的系列岩石，人们不再认为是构造动力作用的产物，而认为其是流 体动力作用过程的产物。 国外的地质学家很早就认识到角砾岩是热液矿床的容矿岩或与热液矿床相伴生，并 提出热液角砾岩、岩浆水气( 蒸汽) 角砾岩、气喷角砾岩、侵入角砾岩、水力破碎( 压 裂) 角砾岩等新的术语。r hs i l l i t i o n ( 1 9 85 ) 根据深成火山岩弧中各种角砾岩，系统将 地下角砾岩化分为六种：岩浆二次沸腾一减压过程中形成的角砾岩：岩浆的热力作用及 大气的孔隙流体的膨胀作用导致的角砾岩化；冷地下水与地下岩浆相互作用引起的潜水 与岩浆一齐喷发形成的角砾岩：岩浆一热液角砾岩化作用：地下岩浆活动的侵入作用形 成的角砾岩：断层位移形成的构造角砾岩。 国内对隐爆角砾岩简的研究涉及到隐爆角砾岩的形成。章增凤( 1 9 9 1 ) 对隐爆角砾 岩的特征及其形成机制进行总结，隐爆角砾岩的形成机制为：岩浆上侵到地壳浅处( 一 般小于3 k m ) 一岩浆冷凝结晶，二次沸腾流体气体往岩体顶部汇集气帽形成一产生 震裂和水压破裂，部分气液逸散降压，岩浆中气液进一步析出一微弱的流化作用可能存 在一岩体顶部气液通道多次愈合，多次隐爆和坍塌( 隐爆角砾岩的形成) 一流化作用( 导 致角砾的磨圆、分选，角砾岩脉的形成) 一热液蚀变矿化一坍塌作用( 部分是岩溶造成 的) 一区域构造改造。 中南大学硕士学位论文第2 章几个现代构造地质理论综述 对于水力压裂作用形成裂隙一脉一角砾岩系方面的研究代表人物有彭恩生( 1 9 9 4 ) 、 邵世才( 1 9 9 4 ) 、李建威( 1 9 9 7 ) 、汪劲草( 1 9 9 8 ) 等。李建威( 1 9 9 7 ) 总结了水压致裂 角砾岩的特征：角砾呈多棱角状、次棱角状，基本没有旋转和位移，角砾具有一定的可 拼性显示出原地破裂的特征：角砾的分选极差大着可大达几米甚至几十米小者仅 达毫米级。角砾和胶结物之间的界线十分明显，且二者的来源和成分多不一致，组成的 角砾的矿物成分简单，其矿物组合、含量、粒度和组构及变质程度与角砾的原岩( 围岩) 基本一致：角砾往往具有多次角砾化的特征，早期充填的裂隙脉也可能早期充填的裂隙 脉也可能发生角砾岩化形成碎块而出现在角砾岩中，碎屑含量变化较大，具有基质支撑 结构，基质是一些热液成因的胶结物：角砾及基质中包裹体的温度、压力、盐度变化较 大，温度可高达( 4 0 0 5 0 0 ) ，压力可达( 1 07 1 08 ) 帕，盐度可从1 以下变化到3 0 以上：角砾内部一般不发育典型的断层角砾岩中显微构造，角砾的变形强度很小或无变 形。 水压角砾岩的形成机制的研究，目前有两种观点：一种是在自封闭的岩石顶盖之下 流体不断汇集，压力逐渐升高，可以发育接近静岩压力的流体超压，一旦它超过最小主 应力和岩石的抗张强度之和便可以将岩石劈裂形成角砾岩( a 尼古拉，1 9 8 4 ) ：另一种 是地下岩浆及可能的地震活动放出的能量迅速加入到地热储及其围岩中，形成的超高压 地热流体。如果超高压地热流体离地表较近，可能发生水热喷发：但当超高压地热流体 位于地下较深处( 2 k m 5 k m 或更深) 时其能量将在断裂裂隙内和经网脉状角砾岩化消 耗掉，如果深度较大，岩石的温度、压力将大大增高，应变速率显著增大，这时不能形 成角砾岩( n c l s o n ，1 9 8 5 ) 。 汪劲草、彭恩生( 2 0 0 0 ) 正式提出了流体动力角砾岩这一术语，并系统的论述了其 分类及其地质意义。根据流体产生的异常高压，并在一定的条件下分别发生爆发作用、 流化作用及水压作用的原理认为从爆发作用到水压作用可分别形成爆发角砾岩系列、 流化角砾岩系列及水压角砾岩系列： ( 1 ) 地下超强气体过饱和，若内能及内压达到极限时，会发生猛烈爆发围岩在极 短时间内破碎。如果流体因爆发而过量扩容或选逸，迅速降低的内压则不能满足碎屑再 发生任何流体动力作用，此时形成的角砾岩称为爆发角砾岩。 ( 2 ) 流化作用紧随爆发作用之后发生( 若逆向演化，则可随水压作用之后发生) ，在 爆发作用致围岩破碎时，残余内能及内压可对碎屑产生不同程度的搬运，其搬运方式可 能有泡涌、腾涌、注流及喷流等( 章增风，1 9 9 1 ) 。若碎屑停积下来不再发生任何流体动 力作用时，形成的角砾岩称为流化角砾岩。 ( 3 ) 由异常高压流体( 主要是h 。0 ) 通过水力压裂作用形成的岩石称为水压角砾岩。 它有两种类型，一种是由从流体中析出的矿物胶结原地角砾而成的另一种是由外来或 附近碎粒胶结原地角砾而成的。两类水压角砾岩在空间上都具有一定的分带性，碎唇粒 度越小，越靠近水压作用的能量分带中心。矿物胶结角砾的水压角砾岩比较普遍。角砾 单一，属原地的岩石角砾或另有胶结物( 如石英、方解石等) 经再次碎裂而成的角砾，角 中南大学硬士学位论文 第2 章几个现代构造地质理论综述 砾呈棱角至次棱角状，胶结物一般具一种或数种矿物的连晶，其中包裹体组成主要为液 相。产状多呈囊状、脉状及不规则状 角砾岩的性质实质上反映了流体压力与构造应力之间的一种内在耦合关系当流体 压力超过什么临界条件时，而构造应力又小于什么临界条件时，岩石就会发生水压破裂， 甚至整体运动形成流体动力角砾岩：当构造应力超过什么临界条件时，而流体压力又 小于什么临界条件时，只形成构造动力角砾岩。这是今后需要加以进一步验证与探索的 问题。同时由于两类角砾岩成因机理不同且同一成因、不同级别的岩石之间又具有 自相似性。 鉴于流体动力角砾岩与构造动力角砾岩容易产生混淆，列简表以示区别。 表2 1 流体动力角砾岩与构造动力角砾岩的主要区别 形成环 动力来 角砾岩 形成条件产状地 质特征 境 源 形成于臆 主要由异主要呈 爆发角砾岩与漉化角砾岩中的角砾、基 性、臆韧性 常高压流 至少满足水筒状、 质成分复杂，且有显著位移大多数角 域与岩浆 体动力引力压裂作用囊状、 砾、基质是外来的角砾岩体界具突变 流体动 作用、热泉 起是漉体发生的边界脉状、 性，边界不规则初水压角砾岩中的角 力角砾 作用、压力 发生鼍笈条件，其中构树枝状 砾呈棱角状，且多数可拼合基质或胶 仓构造、断结物是外来的，角砾岩体边界具一定的 岩作用、流化 遗动力是次 不规则 裂带中异 作用及水 要的，处于被 状，少 过渡性，一般呈不规则状除矿物胶结 常高压流 压作用的动地位数呈似 的水压角砾岩外，其它流体动力角砾岩 体活动有 产物扳状 中都发育大量卵形、次卵形砾岩。砾石 关中未见同构造变形现象 构造应力至断层角砾岩与碎裂岩中角砾成分单一。 主要由构 少满足剪切 为原地岩石破裂所致且无明显位移 构造动 形成于脆造动力引 破裂发生的压性构造岩中的角砾一般定向捧列砾 力角砾 性、脆韧起，是宏观 边界条件，虽石具有同构造应力作用遗迹可鉴别出 域与断层断层摩擦 有流体参与， 透镜状 岩但流体动力 及扳状 最大主应力面与最小主应力面角砾以 活动有关作用的产 棱角抗、攻棱角状为主少数可次圆状 物 作用是次要角砾岩体边界一般具过渡性，由双面断 的，处于硅动层所夹角砾岩体边界具突变性，边界规 地位则 2 3 流体泵吸作用 流体在各种地质过程中的行为和作用是在地质流体研究中的一个研究热点近3 0 年 尤其是近2 0 年来，国际地质学界对地质流体的研究越来越深刻的表明，流体在整个地史 时期及地球各个圈层几乎无所不在。其中构造在流体的产生、运移和汇聚等过程中起着 关键的作用。一般认为，原始深部地壳几乎没有流体，但在强烈的构造作用( 伸展、逆 冲或剪切) 期问及之后，深部地壳可由大量流体活动( n e w t o n 1 9 9 2 ) 。一方面地表流 体可沿构造作用形成的断裂裂隙带下渗到l0 15 k m 深处：另一方面地幔中的流体和熔 中南大学硕士学位论文第2 章几个现代构造地质理论综述 体可在伸展条件下从地幔释放到地壳。 构造对流体的控制，主要表现在构造变形的热能和差异应力一直接驱动流体运移 导致岩石空隙度和渗透率变化一提供流体运移通道或屏障。那么构造是如何驱动流体活 动的呢? 己提出的模式有地震泵或扩容泵( f y f e 等，1 9 7 8 ：s i b s o n 等，1 9 8 9 ：s v e r j e n s k c y 等，1 9 9 2 ) 、断层阀( s i b s o 等1 9 8 l ，1 9 8 8 ：c o x 等，1 9 9 1 ，1 9 9 5 ；r o b e r t 等，1 9 9 5 ) 、 构造帚( o i i v c r ，1 9 8 6 ) 。 地震泵模式认为，地震前的应力增加导致持续扩容，并将应变岩石中的流体“吸入” 扩容区，当破裂发生后，应力迅速降低，部分流体又被。挤”出裂隙网，如此反复。s i b s o n 等( 1 9 8 8 ) 认为，广泛分布的高角度逆断层对流体活动起了断层阀的作用。在整个断裂 系统，存在如下阶段的构造一流体循环：破裂前流体压力增高阶段一流体压力超过静岩 负荷导致地震破裂阶段一破裂后流体压力释放阶段一破裂后自封闭导致流体压力重新增 大阶段一下一个周期开始阶段。 r a m s a y ( 1 9 8 0 ) 在描述深部成矿热液在构造活动中上侵的地质现象时提出了“裂开一 愈合”作用，即裂隙的形成和脉的定位是一个统一过程的两个方面：裂隙使岩石裂开而 成脉使裂隙愈合。地震泵模式合理的解释了它的形成机制。 赵伦山等( 2 0 0 0 ) 从流体力学角度对构造泵吸进行了数学模拟计算。他认为，赋存 于地壳中深部或由岩浆冷却分异形成的成矿流体，在张剪性断裂活动中，主要由构造泵 吸机制驱使其上侵成矿热液在相对封闭( 未喷出地表) 的较宽阔的断裂系统中受应力 驱动上侵流动，其性质接近于流体力学中的压管流，可以用柏努利方程进行描述。成矿 热液的上侵活动可近似看成是成矿流体在相对封闭的裂隙通道中，因构造应力和热力驱 动而上侵的一种自然流体动力学输运过程。 2 4 变形分解作用 变形分解作用是澳洲学者t hb e l l 等在8 0 年代研究微观领域变形变质作用时提出的 一个微观变形概念。按照b e l l 的定义，变形分解作用是指在递进变形过程中由于地质 体结构的原生的或变形过程中新生的不均一性导致岩石变形的不均一性。 众所周知，地质体结构具有不均一性，并可划分为由岩性及沉积构造的差异性所引 起的原生不均一性和由成岩后的变形变质等作用所引起的次生不均一性两种类型地质 体结构的原生不均一性使其在递进变形过程中不均一的各个不同部分变形机制及变形 量不同，产生应变不均一性。如果有变形或变质作用，则次生不均一性可使地质体结构 不均一性进一步增强，从而使应变不均一性更容易发生。对于应变不均一地质体的变形 有四种情况：o 无变形；o 以递进缩短变形为主导( 即递进共轴变形) ；0 既有递进缩短变 形又有递进剪切变形( 即非共轴递进变形) ：只有递进剪切变形( 即非共轴递进变 形) ( b e l i ，1 9 9 5 ) 。一般说来，这四种情况可以用递进剪切变形分量和递进缩短变形分量来 描述。换言之，岩石任何一点的变形可“分解”为递进剪切变形分量与递进缩短变形分 9 中南大学硬士学位论文第2 章几个现代构造地质理论综述 量，此即变形分解作用。变形分解作用的典型图解见图2 2 。图2 2 a 反映非共轴递进总 的非均匀缩短作用下形成的应变场中变形分解的情况：虚线内部无应变；虚线与点线之 间为共轴递进缩短应变；点线之问既有递进剪切应变又有递进缩短应变。图2 2 b 为共轴 递进总的非均匀缩短作用应变场模式，也存在类似的变形分解情况。 ( a ) 非共轴递进总的非均匀缩短作用引( b ) 共轴递进总的非均匀 起的应变场中变形分解作用图解缩短作用应变场模式 图2 - 2 ( 引自b e l i t h ，1 9 8 6 ，1 9 8 1 ) 变形分解理论在微观上很好地解释了变质岩中变斑晶成核生长的位置、溶解及旋转 发生的原因( b e i l ，1 9 8 6 ；肖龙，1 9 9 3 ) 。变形分解理论也适用于宏观领域。区域上( 及露 头上) 普遍存在的构造变形形式一线形强变形带和透镜状弱应变域组合，即变形分解作 用在宏观上的典型表现。国内己经有不少学者用变形分解理论解释各种小构造现象及大 陆构造，如变质岩中块状岩石变形“分解”为交织的菱形状或透镜状线性网络构造( 单文 琅等，1 9 9 1 ) ；层状岩石会形成强应变带与弱应变带成层间列的平行构造( 索书田等1 9 8 7 ： 宋鸿林1 9 8 7 单文琅等，1 9 s 7 ) ：造山带核部与变质基底中普遍发育线型强变形带与透 镜网结状弱变形域规律性组合型式( 王春增，1 9 9 6 ) 。王春增( 1 9 8 9 ) 在总结分解变形构造 的几何型式后，将分解变形构造分为透镜体型、平行间隔型及不规则型三种构造型式。 近年来，国外已开始注意到不均匀变形对矿床的控制作用，但这方面的研究仅仅局 限于强调流变不均一性对构造破裂的控制作用( cc a s t a i n g ，1 9 8 4 ) 及注意到香肠状构造是 导致矿床形成的一个关键因素。( d f e e n d i v 1 9 9 s ) 2 5 雏形断裂理论 雏形断裂是发生在宏观断裂前，沿着将发生断层部位出现的微裂隙带，脆性断裂的 0 中南大学硬士学位论文第2 章几个现代构造地质理论综述 形成是岩石内微小裂隙形成、扩展和发育成宏观断裂和断层的过程，在岩石应力一应变 曲线的峰值和峰值前阶段，即岩石的扩容阶段，处于微小裂隙发育成宏观断裂的过程。 该过程形成的微裂隙带或微裂隙透镜体称为雏形断裂( 彭恩生，1 9 9 7 ) 在雏形断裂发育和形成的过程中，若伴有含矿流体的活动，将沿断裂带矿化形成脉 状或是呈线性分布的透镜体、囊状矿体。受矿化的徽裂隙带由于含矿流体的充填、交代， 发生微破裂的岩石将再次固结成一个整体。岩石继续受力，可再次出现雏形断裂。由于 矿化带与围岩强度的差异，新形成的徽裂隙带可以叠加在矿化带上，也可以发生在围岩 之中。含矿流体参与雏形断裂过程有两种作用：一是提供充填、交代微裂隙的成矿物质： 二是促进微裂隙的形成与扩展。 雏形断裂理论成功的从岩石力学角度解释了脉状矿床中脆性断裂的形成与成矿的联 系，并在一些矿山成功的运用，取得了一定的效果。 中南大学硕士学位论文 第3 章成矿地质背景和矿床地质特征 第3 章成矿地质背景和矿床地质特征 3 1 区域地质背景 陕西双王金矿床地处东秦岭西段南麓，位于陕西省太白县西南部，n w w s e e 向带 状分布于红崖河王家楞和太白河王家庄之间。 囫- 囫z 困a 圈圃s 皿s 圆：亘s 亘，田- u 固“目- 。圃a 团“团s 圈3 1 陕西双王一二台子金矿带区域构造示意图 1 华北地台区：2 太古再、下元古界基忘：3 扬子地台区：4 前震旦系基底：5 7 华北地台 南侧陆维区：5 中元古代摺皱带：6 加里末话皱带；7 海西裙皱带；8 9 扬子地台北侧陆缘 区：8 加里东褶皱带：9 海西印支褶皱带：1 0 加里东期中酸性侵入岩；1 l 印支期中酸性侵 入岩；l2 燕山期中酸性侵入岩：13 地壳对接泊减带：1 4 地壳迭接消减带：15 地台边界断 裂带 ( 根据王鸿祯等19 8 2 本文略有惨改) 矿床所处的大地构造位置，据王鸿桢( 1 9 8 2 ) 等从板块构造角度所作的构造分区 中矿床位于扬子地台北侧陆缘区和华北地台南侧陆缘区对接消减带附近的扬子地台 一侧。( 图3 1 ) 。具体说来，双王金矿床产于扬子地台北侧陆缘区的海西印支褶皱带 的凤县山阳深断裂带的南侧。园该断裂带是划分南、北地台陆缘区的分界线。因此， 也可以说双王金矿床产于两地台对接消减带的接触带偏扬子地台部分。 矿区范围内地层除第四系外，均为泥盆系陕西省地质矿产局区域地质调查队 1 9 s 4 年在陕西省泥盆纪地层区划中，将其归属于凤县一镇安地层分区。区内所见泥盆 系地层，上、中、下统均可见及。由老至新为：王家楞组( d w ) ，古道岭组( d 2 9 ) 、星红铺组( d ，x ) 和九里坪组( d ，j ) 中上泥盆统的泥质岩、碳酸盐岩和碎屑岩其 的丰度值较高，按石准立等( 1 9 8 9 ) 为33 2 5 1 0 。 矿区范围内的岩浆活动不甚强烈，以印支期中酸性岩浆侵入为主形成了西坝复 中南大学硕士学位论文 第3 章成矿地质背景和矿床地质特征 式岩体。该岩体位于矿区南部，属宁陕岩体群的一个成员。燕山期仅表现为一些规模 不大的花岗岩脉和煌斑岩脉的侵入。 运用板块构造的理论，对于正确认识秦岭古海域的发生演化过程是可行的秦岭 古海域处于华北地台和扬子地台北南夹持的过渡地域，根据地层间的关系和沉积物性 质及其物质来源王鸿祯( 1 9 8 8 ) 认为，陕西秦岭古海域在中三叠世末之前是分隔中 国南北的一条主要界线。该古海域包括华北地