澳大利亚维多利亚板底戈顺迪宝拉背斜之褶皱与断层对控制金矿化的相对作用

1 澳大利亚维多利亚板底戈顺迪宝拉背斜之褶皱与 断层对控制金矿化的相对作用 Peter M Schaues Christopher J L Wilson 摘要 顺迪宝拉背斜的金矿化作用均发生于石英脉之中 可以划分为两大组 伴生于褶皱的和伴生 于断层的 构造发育和石英脉侵位在相对时间上的特点是 褶皱的起始发育 接着是顺层面和顺劈理 面的脉体的形成 鞍状矿体可于此阶段形成 逆断层和相关的脉体发育于褶皱之后 主控矿构造包括 鞍状矿体 逆断层和复合褶皱 断层构造 而逆断层错断鞍状矿体 一些逆断层被认为是沿先存构造 如顺层脉体扩展而成 虽然金受控于与褶皱有关的构造 但大多则发现于与较晚的断层伴生的脉体中 褶皱和与褶皱相关的脉体明显控制着那些后形成的逆断层和与之相关的脉体的位置 基于断层的裂隙 系统叠加于先存的扩张部位 如顺层脉体和鞍状矿体 这就可能在断层作用过程中而胜于在褶皱作用 过程中 导入大量流体 前言 班底戈金矿田是澳大利亚第二大金矿田 约 35 的金是产于西拉齐兰褶皱带的班底戈 巴拉拉特带内 图 1 1990 年之前 文献中凡涉及班底戈金矿床都是以形成鞍状矿为其 特点 从而导致一种误解 认为这就是其主要含矿构造 在鞍状矿体为主要金矿化的地段 常被后来的断层和块状石英脉的侵位所突破 形成颈状矿体 neck reef 除了鞍状矿体 很多金赋存于各种脉体中 断层及相关脉体包含了主要金矿化作用 有些在此工作的地质 学家发现 断层是金的重要来源 本文通过野外观测和井下工作 研究了不同的石英脉类型及其与褶皱 变形组构和断层 的关系 描述了石英脉体及相关组构 断层和主要石英金构造 以及它们生成的作用和条 件和与金矿化作用的关系 建立了包括褶皱 断层 脉体侵位和煌斑岩脉侵入等地质事件 的相对年代 2 图 1 地质背景 班底戈金矿田位于拉齐兰褶皱带西部 图 1A 拉齐兰褶皱带具有薄皮构造体制 主断 层在地表浅处倾斜极陡 向下变缓成铲形 在深部可能转为拆离构造 拉齐兰褶皱带西部 位于一增生楔内 为扩展的大洋逆冲系统 区域的变沉积岩类型可以班底戈 巴拉拉特带 的岩石为代表 主要为富石英的浊流层 即由下绿片岩相的砂岩 板岩和泥岩组成 班底戈 巴拉拉特带由奥陶系变沉积岩构成 图 2 包括非生物扰动现象 但含笔石的 页岩和泥岩 以及富石英砂岩与粒状岩 本区的主要岩石单位 即在班底戈主要开采处 包括得宝拉背斜 图 3 为富砂的生物地层单位 特别是 Be3 和 Be2 3 图 2 图 3 班底戈金矿田位于西倾的 Whitelaw 断层的上盘 此断层在德宝拉背斜以东约 5 公里处 图 1 2 Sebastian 断层位于班底戈镇以西约 5 公里 William 和 Wilkinson 将班底戈 金矿田划为两个构造域 西部为金矿田构造域 特点是主要露 Bendigonian Be2 Be4 和 Chewtonian 地层单位 发育不对称的尖楞褶皱 其波长 300 400m 翼角 40 组成复向 斜 东部构造域的东界为 Whitelaw 断层所限 特点是出露 Bendigonian Be1 等生物地层 单位 形成紧闭不对称褶皱 褶皱包络面向西倾斜 德宝拉背斜 本文着重讨论的德宝拉背斜位于班底戈金矿区的金矿田构造域内 包括生物地层单位 Be2 Be4 图 3 和 4 此为一 NNW 走向 两端倾伏的背斜 长度大于 10 公里 宽度 200 300 米 即从相邻的向斜量起 褶轴面向 NEE 陡倾 采矿集中在北部 3 4 公里处 即在 背斜穹形顶端 地表出露岩石为生物地层单位 Be3 德宝拉背斜北端与一小向斜相连 两 者成为东面较大的 Garden Gully 背斜的附属褶皱 图 3 德宝拉背斜东面与 Sheephead 背斜相邻 并且位于班底戈区域主金矿生产背斜的中心 背斜本身又被一系列东倾和西倾 的的逆断层截割 其中包括上德宝拉和德宝拉断层 4 图 4 含金构造和石英脉 沿德宝拉背斜有 3 种主要石英与含金构造 即如班底戈金矿田順沿大多数其他背斜的情 况那样 1 平行层理的脉和伴生的鞍状矿体 2 逆断层和 3 断层改造的鞍状矿 体 或称颈矿体 沿德宝拉背斜这些含石英构造被划分为两大组 第一组 Q1 包括内 矿脉和外矿脉 鞍状矿体 以及上德宝拉断层 第二组 Q2 有 Kingsley 矿脉 Rowe 脉 逆断层改造的鞍状矿体 德宝拉断层 逆断层和伴生的石英脉 和德宝拉后 一东倾 的复活的顺层石英脉 一系列不同类型的脉体构成这些矿区尺度的构造 图 6 包括顺 层脉 鞍状矿体 陡倾的张性脉顺劈理脉 断层脉 极缓倾的张性脉和雁行状脉 此等脉 体后面将于详细讨论 本文重点放到第二组 Q2 文和图中使用了井下工作中地点和水 平的缩写字 即 L13ND 北德宝拉矿 13 水平 5 CD 中部德宝拉矿 D 德宝拉矿 野外工作是在中部德宝拉 北德宝拉和德宝拉竖井之间 约 800 米走向长度进行的 图 3 5 集中在近背斜枢纽处之主含金构造 德宝拉矿以南 的构造资料则取自于钻孔岩芯 图 5 图 6 断层 拉齐兰褶皱带内至少有三级断层 构造带的边缘断层如 Heathcote 断层和 Avoca 断层 图 1 属于第一级 带内断层 如 Whitelaw 断层和 Sebastian 断层 图 2 属于第二 级 单个背斜内的断层 如德宝拉断层属于第三级 为班底戈金矿田矿化作用主体 沿德 宝拉背斜的矿区尺度的断层可归并为 3 个部分 1 平行于顺层石英脉的断层 2 通 6 常与层理平行 但比较稀疏 不与顺层脉体相伴 且常常位于易剥裂的板岩层与粘合的砂 岩之间界面的断层 3 截割层理的断层 沿德宝拉背斜的主断层是德宝拉断层 其局 部与改造的鞍状矿体 即 Kingsley 矿脉相伴生 图 4 上德宝拉断层与德宝拉断层规模 同等 位于外矿脉之上 图 4 沿得宝拉背斜的断层 或向东倾 或向西倾 都具有逆断层动向 这些断层使 S1 劈理 变形 又错动了张性石英脉 但很少错动煌斑岩脉 向西倾的断层及有关构造通常被东倾 断层错动呈阶梯状 角砾岩及碎裂岩带多在一些层状石英脉和煌斑岩脉的边缘 角砾岩带中有板岩 砂岩 变形石英和碳酸盐脉的粗碎块 0 5mm 基质为碳酸盐岩 未变形石英和碳酸盐岩沿边缘 的存在 表明有开放空间存在着 断层面上的擦痕与面的最大倾斜近乎平行 表明倾向滑动为主运动方向 同一层状石英 脉中不同石墨层 具不同方位的擦痕 表明其滑动历史中断层位移方向略有变化 西倾的 断层面上至少有三组方向的擦痕 北 南及西倾伏 在非顺层断层面上很少有这些不同方 位的擦痕 仅见于三处 断层面上擦痕的不同方向的倾伏 表明一些断层在倾向滑动运动 期间或其后受到走向滑动运动的影响 图 7 缓倾擦痕被认为代表斜 逆运动 因为顺得 宝拉背斜的断层都没有正断层滑动迹象 如果如此 这种近乎水平的线理 应当记录了右 行和左行两者的动向 在中部维多利亚 Gay 和 Willman 1991 报道过 在主断层带中 及其附近 从叠复的折劈理确定有右行走向滑动和左行走向滑动 7 图 7 图 8 图 9 母岩组构的发育 班底戈地区浊流沉积的特征为发育紧闭直立尖楞褶皱和轴面劈理 地层具南北走向 倾 角 18 至 88 通常为 60 图 8A 得宝拉背斜中最早的构造组构 S0 早于为折劈 构造主轴面组构 S1 图 9A 很多情况下 大白云母颗粒近乎与层理平行排列 而与 S1 之间呈一定角度 图 9B 主要透入性构造 S1 虽为主褶皱的轴面构造 但在本区两种主要岩石之中 其形态有所 不同 板岩和泥岩中 S1 为紧密的透入性劈理 由白云母 石墨和碳酸盐矿物表现出来 这组劈理的倾斜在砂岩和板岩中有很大变化 倾角 45 到 90 不等 图 8B 砂岩中的 劈理通常不太明显 面的间距大 常常不连续 板岩与砂岩之间劈理折射现象显著 可达 40 邻近于逆断层和煌斑岩脉的板岩中 有发育一种密集劈理 S2 的迹象 其形态和方位 均有明显变化 这表明非区域性变形事件 而是局部断层活动的结果 班底戈 巴拉拉特带经受了一个主变形期 而组构形成与金矿化相对时间关系尚不清楚 Forde 1991 Forde and Bell 1994 在班底戈与巴拉拉特之间鉴定出 4 个组构 并将 金矿化与东 西走向且近直立的劈理 他们称 S4 的生成相联系 我们对此不予支持 我 们鉴定出一个主变形组构 S1 和两个不占主要的组构 得宝拉背斜的 S0 与层理近乎平行 并非透入性的 表明其与局部的冲断或主褶皱事件 起始时的弯曲 buckling 有关 e g Fowler 1996 主含金构造的特征 下面部分涉及得宝拉背斜第 2 组含石英构造 Q2 以内的构造 图 4 5 这些构造 或者是褶皱控制的 或者是断层为主的 但大多是二者的结合 许多情况下 石英矿脉是 由一列构造组成 且顺走向又有变化 与断层伴生的石英 其体积要比与褶皱伴生者大 以下将讨论关于脉的生成以及金的淀积等问题 Kingsley 矿脉 Kingsley 矿脉为一复式构造 是由鞍状脉 复活的顺层脉 平行劈理脉以及陡倾张性 脉组成 一些部分 德宝拉断层强烈控制着 Kingsley 矿脉 组成 Kingsley 矿脉的构造 从南德宝拉竖井至北德宝拉竖井以北约 300 米处 延伸达 1200 米 图 5 南德宝拉竖井 附近的钻孔 DFDDH02 处 Kingsley 矿脉是由两新月形顺层石英脉构成 与断层无关 钻 孔 BD4 处 图 10 一西倾断层起于上脉 upper lode 之西翼 其于钻孔 DFDDH01 图 8 10 处变为非常显著 被起于东翼的东倾断层截割 Kingsley 矿脉在北德宝拉矿之 14a 和 13b 水平以及德宝拉矿的 12 和 13 水平出露 并被德宝拉断层截割 主构造为 Kingsley 西腿 West leg 复活之顺层脉 和伴生的东倾张性脉 以及厚达 40cm 之近 直立平行劈理脉 至少有 3 条东倾的断层错动了 Kingsley 西腿 使这一小区复杂化 图 10 Rowe 矿脉 9 Rowe 矿脉出露于北和中德宝拉矿的较低水平 在北德宝拉矿 14 水平 一西倾的层状石 英脉部分的受一东倾断层的 牵引 而破碎成块状石英 达 30mm 此断层顺 Rowe 东腿 Rowe s East leg 复活 图 6B 原来西倾的顺层脉 达 30cm 厚 然后又被小的 东倾逆断层 达 1m 长 截错 主东倾断层在进入枢纽带时分散为许多缓倾断层 金则集 中分布于东倾的层状石英脉和断层之中 德宝拉后脉 Deborah Back vein 德宝拉后为一断层复活的顺层脉 出露于北和中德宝拉矿区的中到下水平 图 10 中 德宝拉矿区之 15 水平之上 枢纽部位有块状石英脉 此处主构造为较薄的东倾顺层脉 北德宝拉矿的 13 水平 陡倾的张性脉位于德宝拉后 Deborah Back 之内侧 大面积被 采掉这一事实表明 这些张性脉还有顺层脉本身必定含金很富 德宝拉背斜范围的德宝拉 后与其他主含金构造不同 在枢纽部位没有伴生的鞍状矿脉 也不与斜交的逆断层伴生 德宝拉断层 德宝拉断层为逆断层 在顺其走向 800 米长度 成为 Kingsley 建造 板岩 和德宝拉 后砂岩中的主要构造 不同于 Rowe 矿脉和 Kingsley 矿脉 伴随德宝拉断层的石英脉化 是一个斜切的西倾断层的结果 Rowe 矿脉和 Kingsley 矿脉两者均为鞍状脉 被东倾和西 倾断层截割 在南德宝拉竖井 图 10A 钻孔资料表明 在这一范围 德宝拉断层不是以断层形式 存在 而是一顺层石英脉 30cm 与伴生的张性脉 并为一东倾断层截错 更向北 钻孔 BD4 图 10 打到此构造 德宝拉断层在得宝拉背斜东翼变为不连续的斜切断层 在其上 盘有许多新月形顺层石英脉 被东倾断层的分支阻断 DFDDH01 处 德宝拉竖井之北 德宝拉断层至少由 2 个分支构成 图 10C 上分支陡 倾角 70 其下盘含有极大量 的石英 4 5 米厚 而在背斜东翼的下分支则倾角平缓 无大量石英伴生 图 10C 在北德宝拉竖井 德宝拉断层与 Kingsley 矿脉密切伴生 中德宝拉矿 17 水平以上 似乎德宝拉断层发起于 Rowe 矿脉 这里还出现一个东倾断层 北德宝拉矿之 13 水平 德 宝拉断层与 Kingsley 矿脉密切伴生 当在 12 水平断层接近于枢纽区时 德宝拉断层形成 分支 并且变缓 在这一水平上 块状 斜列的张性石英脉与德宝拉断层相伴生 缓的 25 和较陡的 45 东倾石英脉分布于德宝拉断层的下盘 并与断层作用是同时 的 更缓倾的脉体似乎被褶皱 斜列的脉体有向东倾有向西倾 在背斜东翼范围内 德宝 拉断层又变为分立的构造 然后终止 在北德宝拉矿 12 水平北端 德宝拉断层至少受 2 个东倾断层截错 10 与褶皱相关的脉体 顺层脉 顺层脉 图 11A B 约 5 至 30cm 厚 大多在板岩单位或在板岩与砂岩接触面 这些脉 中的母岩残体呈平直细层状 1mm 或者呈厚度不规则的波状缝合构造 顺得宝拉背斜 至少可鉴别出顺层脉有 4 种形态变化类型 即 平面薄层状 近薄层状至缝 合线状 大块 角砾状 板状碳酸盐 图 12A D 前三者是按这一时间顺序 形成 可见于同一脉中 平直薄层常被缝合线截割 两者又被角砾化 板状碳酸盐顺层脉 通常不予别的形态类型伴生 11 图 11 图 12 类型 此类顺层脉为薄页状脉 具有平直规则的薄页及极少缝合线 图 12A 薄页 密集时 石英为细粒状 0 01 0 3mm 有他形晶的碳酸盐与之伴生 若薄页较为稀疏时 石英均为粗粒的 达 20mm 所有石英颗粒均不同程度变形 有波状消光 亚颗粒和变形 纹等现象 这些脉中的薄页有两个不同的方向 图 12E 第一组较第二组厚 平行于脉 12 壁 常常含有清楚的片状硅酸盐颗粒 片状硅酸盐片体排列方向与薄页本身呈大致 45 第二组薄页与第一组呈约 30 很薄 0 1mm 粗石英颗粒排成线状延入与薄页呈约 30 的变形纹之中 其边缘在薄页处被截错 错开情况显示顺层脉上的逆向运动 平直薄 页的块体受较晚块状石英的导入和角砾化而分开和旋转 后来的溶解作用形成缝合线常断 开薄页 类型 最常见的顺层脉类型为粗略薄页至缝合线脉 图 12B 通常也都被角砾岩化 薄页厚度有变化 0 1 0 5mm 呈不规则状及波状 图 12F 石英颗粒边缘与缝合线小 层吻合 但在薄页脉中 石英颗粒在穿过薄页时是连续的 母岩包体中缺乏石英 但石墨 很多 似表明在平行于脉缘方向被石香肠化了 毒砂及少量黄铁矿很常见 并在沿富石墨 缝合线小层与碳酸盐伴生 类型 顺层脉 和 两种类型沿走向可被包容于同一脉中 而且两者有含一 些缝合线或裂隙 封闭 crack seal 薄页的厚 可达 30cm 粗颗粒块状石英周期性导入 这构成了类型 顺层脉 图 12C 母岩包体通常被 3 4mm 厚的铁白云石和粗毒砂的断层 泥包围 类型 板状富碳酸盐顺层脉较少 比其他类型的顺层脉含较高百分数的片状 石墨 物质 图 12D 富含碳酸盐 少石英 易劈裂 很薄 小于 5cm 无毒砂 黄铁矿呈 1 2mm 之自形晶颗粒 还没有看到此类型脉与其他顺层脉类型相伴生 其他组构 许多顺层脉中 母岩包体和溶解小层内有 S C 组构 凡有此类组构的顺层脉 其一组面 平行于脉壁 另一组 则与脉壁呈 15 至 30 角 图 12G 这些都 与平面状薄页脉体的母岩薄页具大致相同的方位 不同点在于有这些组构的标本 其 面之间有细粒石英 图 11H 而正常平面状薄页脉体的包体痕迹则被包含在粗粒石英部 分内 鞍状矿脉 块状石英脉 传统上称 鞍状矿脉 产生于背斜枢纽的扩张部位 这是尖楞褶皱作用 过程中砂岩与页岩强度对比所引起 鞍状矿脉和顺层矿脉通常是总体构造的一部分 确实 如此 未受错断的鞍状矿脉位于顺德宝拉背斜的 Q1 内 内矿脉和外矿脉 图 3 4 Kingsley 矿脉为一主要鞍状矿脉 在其走向长度内的不同地点均未受后来的逆断层的错 断和改造 图 10 顺层脉体未发展成为鞍状脉的例子 可见于中德宝拉矿之 2 3 水平 此处地层倾斜较缓 40 褶曲翼角为 100 图 11 虽然鞍状脉具完美的新月形而含 有金 但也非主要含金构造 而受后来断层改造的更趋于三角形的鞍状矿脉 含金更高 陡的和中等倾斜的张性脉 BC 脉 13 与褶皱有关的张性脉历来被维多利亚金矿田称为 马刺 脉 spur vein 此种脉 3 到 20cm 厚 呈块状 缺乏母岩薄页及碎块 脉的长度与厚度之比很高 平缓至陡倾均 有 图 11C B 或为单个脉出现 或为一组近于平行的脉 常常在砂岩单位的外弧 虽 然此等脉一般都呈平面状未受变形 也有的呈现开阔褶皱至肠状褶皱形态 张性脉的方位 有些变化 从西倾到西南倾 东倾到北倾 倾角均陡 然而 有时倾角也可低达 15 图 11D 此等脉的方位通常与地层近于垂直 取决于其是否受后来收缩作用的影响 中等倾斜的张性脉通常都呈肠状褶皱 根据观测 如援引 Hancock 1985 的命名 可将 此等脉叫做 BC 脉 张性脉大多分布于背斜枢纽部位 但也并非局限于这一范围 其 与顺层脉伴生 向背斜核心方向变仄并收敛 与褶皱伴生的张性脉中 石英颗粒甚粗 硫化物和蚀变矿物均少 石英颗粒直径可达 10mm 中等至强烈变形 显示波状消光 但没有顺层脉中的石英的变形那样强烈 石英颗 粒无纤维状 有拉长现象 有线状排列的微弱迹象 具轻微重结晶 东 西走向脉 AC 脉 北德宝拉矿之 12 水平 北倾的脉很多 走向与主褶皱褶轴面垂直 倾角 60 到 80 未被充填向北陡倾 60 80 的 AC 裂隙 亦有出现 别的张性脉通常都呈楔形 这种 脉却很直很规则 厚度无多少变化 不超过 10cm 中德宝拉矿之 2 3 水平 东 西走向 脉可达 30cm 厚 并在背斜两侧受顺层脉阻截 平行劈理脉 近于直立的平行劈理脉 图 11E 也见于背斜核部的板岩中 此处劈理非常发育 在北 德宝拉矿之 14a 和 13 水平 此类脉最显著 并与 Kingsley 矿脉相伴生 图 11E 平行 劈理脉的厚度 5 50cm 个别脉厚度变化形成网状外观 石英颗粒粗 硫化物矿物包括磁黄 铁矿 黄铁矿 闪锌矿和方铅矿均常见 且与菱铁矿及铁白云石共生 斜列脉 与褶皱有关的具 S 形斜列脉 在德宝拉背斜很少见 但见于一些砂岩单位 在中德宝拉 矿的 2 水平 其呈 20mm 厚 达 30cm 长之单个脉 出现于枢纽部位 包含平面组 但非 S 形的斜列脉 发育于中德宝拉矿之 2 水平 此等脉中 碳酸盐为最多的副矿物 无金 与断层相关的脉体 颈脉和块状平行断层脉 直接与断层伴生的脉呈部分薄页脉存在于主逆断层下盘 图 13A 以及被称为颈矿脉 的脉体 这些都是延伸于鞍状矿脉之上的块状石英范围 块状的至部分薄页状的脉体也平 14 行断层分布 但其未与鞍状矿脉相交 这些脉含有缝合线和母岩残留 其中之石英大多移 出 有时具网状外观的块状脉分布于北德宝拉矿之 12 水平和 12i 水平 此处其含母岩残 块达 50cm 长 在本矿的 13A 水平 一个块状的 1m 厚的石英脉与中等倾斜的逆断层 倾斜 50 平行 10cm 厚 1m 长的剪切脉很少 仅在本矿 13 水平见到其极近中等倾斜的逆断 层 倾角 40 50 并与之近乎平行 图 13 中等至缓倾斜的张性脉体 与逆断层有关的张性脉倾角变化大 17 82 图 14B 但大多都是中等到平缓倾斜 且常见于断层下盘 图 13B 北德宝拉矿之 12 水平 此等脉 10 30cm 厚 可达 3m 长 成组出现 向东和向西缓倾 在顺层脉被复活处 例如在 Rowe 矿脉 亦见到此等脉 15 图 14 斜列脉 于断层有关的斜列脉均 2 20cm 厚 可达 2m 寛 常呈阶梯状阵列 此等脉順走向延长可 达 10m 长 其包络面方位变化大 厚度和密集度也有变化 图 13C 大多的斜列脉出现于 北德宝拉矿 13 水平与 12 水平之间 德宝拉断层于此处交切德宝拉背斜枢纽 图 4 与 断层相关的两类斜列脉沿德宝拉背斜出现 其分类是依 Hodgson 1989 S 形斜向剪切脉 均略呈弯曲 少见的蜈蚣脉则呈 S 形 密集排列 一个中央脉加入进来 图 13D 蜈蚣 脉具直立的包络面 可能与分散的直立断层相邻 未变形的碳酸盐脉 略 脉体形成机制 与褶皱有关脉体 顺层脉体 顺层脉的形成是至今研究和争论的问题 Jessell et al 1994 基于手标本 和显微构造观察 提出了 Bendigo Castlemaine 地区两类顺层石英脉 第 类脉主要由非 纤维状石英构成 含少量次生矿物 构成包体表面痕迹 第 类脉具不规则形态 含大量 母岩物质 不含包体表面痕迹 分别相当于本文分类中的平面薄页类 类 和大致的薄 页 缝合线类 类 Fowler 1996 也在 Bendigo castlemaine 地区报道两类顺层脉 其第 类是由顺层包体痕迹构成 他解释为其追踪脉的张开方向及包括顺层剪切 其第 类脉是由同脉垂直的张开分量而形成 由缝合线状围岩细层分开的石英条带组成 班底戈的顺层薄页状石英脉与褶曲作用同时生成 是弯滑和流体的同时导入的结果 顺 层脉中密集程度不同 且具一定方向的薄页和块状石英的存在 就表明这些脉体记录了流 体压力与重复的滑移和扩张引起的剪应力的变化历史 顺层脉的形成经过了断层 活门过 程 fault valve process 此中包括了剪 16 应力 流体压力和渗透性的周期性变化 当剪应力增强 物质在断层带中淀积 渗透性就 会减低 导致流体压力增高 当断层发生 剪应力释放 流体压力骤降 于是滑动和扩张 发生 毫米尺度的暗色富石墨物质的薄页代表在断层破裂的各个时期分割出的母岩的劈裂 片 这表明有与持续张开周期相反的裂隙 封闭过程 crack seal process 发生 缝合 线的出现 表明溶解作用与前述的淀积和扩张过程之间的较量 顺层脉体中心有褶曲的 不连续的和断开的薄页同块状石英 类型 的出现 则表明很多薄页石英脉在逆断层滑 动过程中有多次的复活 复活作用与垂直于层理的扩张及块状石英 碳酸盐 的导入相 伴生 并使先存的薄页和缝合线角砾化 类板状碳酸盐脉的成因尚不十分清楚 有些顺 层脉主要由块状石英组成 在其边缘有角砾状的 变形的碳酸盐薄页 这一事实说明 它 们原始可能是 类脉 受后来断层作用而复活了 顺层脉的 S C 组构可能是脉开始形成时 的韧性剪切作用和后期的复活作用的结果 班底戈地区一些薄页状石英脉围绕一背斜分布 并进入另一向斜之中 这说明至少其部 分的早于主褶皱期 如果因弯滑造成足够的扩张 则顺层脉将发育到枢纽部位的鞍状矿脉 中德宝拉矿 2 水平的金存在于薄页状石英脉 此脉受到与褶皱有关的扁平化而褶皱弯曲 但并未于后来发生脆性变形 这就说明一些金是在逆断层介入前的褶皱作用过程中淀积的 许多情况下 顺层脉的厚度在背斜两翼并不相同 通常脉体在一翼的厚度比在另一翼者 大 因其位于逆断层复活位置而再次扩张并有块状石英导入 此作用过程可以如下事实说 明 Kingsley 西腿 West leg 在一些范围内至少 30cm 厚 并与德宝拉断层相符合 据对比 在另一翼上的东倾顺层脉最多 10cm 厚 且含金甚少 顺层脉只有在受后来逆断 层影响的部分 才具有可观的厚度和含金量 这可能与有较大量含金流体导入有关 金的 淀积始于褶皱作用时 淀积的增加则是由于逆断层的开始发育而使顺层脉的活化作用 金 矿化作用开始于褶皱作用时 在弯滑过程中有薄页状脉发育 当褶皱封闭 断层展布时 金矿化作用变强 与褶皱有关的张性脉 张性脉大多在砂岩中 是由外弧引张所致 即如 Ramsay 的解释 张性脉大多被褶皱 说明其发育于褶皱作用过程的不同时期 有的则因持续的收缩作用和 褶曲扁平化而弯曲 劈理平行脉 此种脉仅见于褶曲枢纽部位的板岩单位之中 此处劈理甚发育 表明脉的 生成与先存的软弱空间有关 劈理平行脉与陡倾的张性脉之间互相截割关系显示 它们大 致同时生成 与西澳依尔冈克拉通矿脉对比 彼处脉平行于一组面理 与最大主应力方向 1 垂直 被解释为由于先存软弱空间的复活作用而生成 17 图 15 与断层有关脉体 现今关于造山的金矿床的论文中 对中温热液金矿床都强调了高 超地压 流体压力与 高角度逆断层之间相互依赖关系 Sibson et al 1988 例如维多利亚的 Wattle Gully 金矿和加拿大 Sigma 金矿 在班底戈 特别是沿德宝拉背斜 逆断层和相伴的石英脉构造 机制叠加于先存扩张位置控制的引张作用 形成了顺层薄页状石英脉及鞍状矿脉 陡倾的 张性脉是褶皱作用过程中的破裂的结果 在强性的砂岩中裂隙与层理呈大角度相交 近水 平的厚斜列张性脉 似更趋于在逆断层发育期间形成 为流体压力接近于最小主应力与岩 石抗张强度之和 Pf 3 T 的结果 如局部的最小主应力 3 倾斜平缓 则流 体压力必定大于抗张强度与 3 之和 因而外弧张性脉就张开 脉体倾角变化区间大与褶皱和断层都有关 18 图 14B C 尽管似乎有这样的趋向 即近水平的脉体与断层伴生 而陡倾脉体与褶皱 伴生 但这也不成为规律 有的情况下 显然与褶皱有关的脉体近水平 这些类型的脉体 间相互的叠加关系 表明它们的侵位时间极为接近 北德宝拉矿之 13B 水平 陡倾脉似叠 加了缓倾脉及波状脉 图 15A 允许陡倾脉在逆断层机制内发育的图景 则是因断层面 超量滑移而造成局部应力方向颠倒的原因 这个作用可以解释为什么一些位于德宝拉断层 下盘的斜列脉表现正性运动 图 13C Cox 提出 如果断层带的剪应力并未因破坏而完全 消失 或者破坏后剪应力恢复比流体压力的形成来得快 则近水平的张性脉阵列将会出现 脉体侵位期间的破坏模式和流体压力 Sibson 1998 综合 Mohr Coulomb 和 Griffith 破裂准则 联系岩石不同破坏方式 产生条件 并与深度和流体压力关联 图 16 典型的引张破坏产生的脉体 与最小主应 力轴 3 呈 90 角 剪切脉与 1 呈 30 角 而混合脉与 1 间都小于 30 顺德 宝拉背斜的大多数脉均可归为张性的 包括与褶皱和断层有关的张性脉 还有劈理平行脉 S 形斜列脉也可考虑是张性的 但其形状在剪切过程中被逐渐改造 真正的剪切脉较少 包括断层平行脉 事实上 形态分类时被定为张性脉或剪切脉 也并不总是与大范围内的 最大主应力分别呈 90 或 30 角 这表明应力方位在局部范围内会有变化 如假设阻力 系数 即摩擦角 的正切 为 0 75 砂岩抗张强度为 10Mpa 页岩为 1Mpa 则砂岩 单位与页岩单位破裂的相对重要性可用页岩与砂岩的相对抗张强度予以说明 根据 Sibson 1998 图解 图 16A T 10Mpa 的砂岩 当差异应力 1 3 在 40Mpa 以下 有效垂直应力 v 近于 10Mpa 压应力为正 时 才能张性破坏 砂岩的剪切破坏只有 在差异应力大于 60MPa 有效垂直应力大于 10Mpa 时才能发生 如差异应力和有效垂直应 力两者都极低 则 T 1Mpa 之板岩才能经受剪切破坏及形成张性或混合的张 剪性脉 这些 数值可与 Etheridge 1983 的相对比 他指出 大部分岩石的抗张强度上限为 10Mpa 而区 域变质岩石更趋于 5MPa 如差异应力小于 4MPa 而上限约 20MPa 则张性破坏将会发生 利用 Sibson 图解 图 16B 如垂直应力为已知 就可能估算出流体压力和所论岩石的深 度 假如这些岩石中张性脉的生成是在深度 6 10km 处 基于有效垂直应力近于 10MPa 假设孔隙流体因素 v Pf v 大于 1 这时有利于断层复活作用 Sibson et al 1998 和 Cox et al 1991 均认为岩石中的许多张性脉是在断层 活门过程中超地压流 体压力下形成 相反地 剪切脉则可在较低的孔隙流体因素 0 8 条件下形成 由此 可见 顺德宝拉背斜的大部分脉体 张性的 需要近超地压流体压力的存在 顺层脉体 显示其经历了一个复杂的 经过周期的断层 20 活门过程的剪切及扩张历史 板岩中有张性脉存在可能表明其抗张强度与砂岩接近 或 者是在张性脉形成过程中 应力差在页岩单位内短时甚低所致 21 图 16 22 地质事件的相对时间 德宝拉背斜变形事件的相对时间即如图 17 所示 没有标定其绝对年代 班底戈 巴拉拉 特带的主劈理发育和变形时间 估计在晚奥陶纪到早志留纪 金矿化作用和热液蚀变 估 计发生在约 439 Ma Foster et al 1996 图 17 阶段 A 变形的第一阶段 表现为浊流沉积在挤压构造环境中发生弯褶 buckling 变形方式 为弯流 弯滑和顺层脉的形成可能在这个阶段 早期顺层组构 S0 也于此期形成 同时 还有局部小规模的逆冲断层 阶段 B 褶皱持续时 一组劈理发育 沿层面的弯滑导致顺层石英脉和鞍状矿脉的发育并伴随以 金矿化作用 图 17A 顺层脉和鞍状矿脉常常衔接 可能是同时生成 在此阶段 陡倾 的张性石英脉在褶皱作用产生的裂隙中生成 与石英脉邻近的母岩也发生蚀变 图 17B 劈理平行石英脉发育于劈理甚发育的褶皱枢纽部位 图 17B 阶段 C 持续压缩和褶曲扁平化期间 较早形成的缓倾顺层脉和张性脉弯褶 图 17C 阶段 D 当达到临界翼角 60 时 尖楞褶皱封闭 逆断层沿先存顺层脉发生 图 17D 使薄页状脉体更加扩张以及块状石英导入 此阶段缓倾张性块状石英脉伴随逆断层 颈 23 状矿脉 neck reefs 改造鞍状矿脉而生成 邻近断层的母岩有密集劈理和折劈局部发育 大部分金赋存于西倾断层和其脉之中 阶段 E 大部分西倾断层形成后不久 东倾断层复活了先存的薄页状脉 并错开西倾构造使之呈 斜列形式 图 17E 大多情况下 沿德宝拉背斜东倾断层错断较大的西倾断层 但在其 他背斜 东倾断层则为主要构造 被更小的西倾断层截错 阶段 F 与金矿化