国内地质工作者习惯于将矿化出现于破碎带且强烈蚀变的金矿床称为“蚀变破碎带型”金矿床。在豫西的变质核杂岩中,我们将产于拆离断层下盘边缘剪切带以下的脆性及脆韧性剪切带中的金矿床归于此类型。豫西此类金矿主要出现于熊耳山拆离断层下盘,其中包括产于熊耳群火山岩中的上宫金矿、窑沟金矿,产于太古宇片麻岩中的虎沟金矿,既产于熊耳群又产于太华群中的康山金矿、星星阴金矿等。此类金矿共同的特征是矿化受北东向的高角度脆性正断层带控制(正断层带一般向北西倾斜),在空间上垂直于NWW-SEE向的伸展拆离剪切方向。
据彭恩生的研究资料(1994,1995),我们以洛宁虎沟金矿为实例介绍此类金矿的构造特征。
图6-12 虎沟金矿区地质略图
(据河南地质二队)
矿脉产于太古宙太华群角闪(黑云)斜长片麻岩中,数据为矿脉编号
1虎沟金矿的矿脉平面分布特征
虎沟金矿的矿脉,在矿区内相对集中成三部分(图6-12),一部分构成矿区北部的脉群,一部分集中于矿区的南部,另一部分位于矿区的南西侧,三群矿脉的产状和相互关系有明显差别。
北脉群约10条矿脉,其展布方向主要有走向北北东和北东两组,两组矿脉同等发育,无穿插关系,北北东向矿脉似为北东向矿脉的分支,从矿脉南西段分出,开始两者夹角很小,随着分支延伸夹角逐渐增加,发展成北北东向矿脉。
南脉群由6条矿脉组成,其走向有北北东、北东和近南北向三组,除2号矿脉延长约1000m外,其余矿脉规模较小。三组矿脉中以北东东向矿脉最为发育,在南脉群与北脉群的结合部位,矿脉走向从南西向北东端不断发生变化,成宽缓的S形。
南西脉群仅由2条矿脉组成,成近南北-北北东走向延伸,矿脉中段走向近南北,南北两段走向北北东,其中21号矿脉北端由北东向分支与19号矿脉复合连接,出现弧形弯曲。
虎沟矿区内20多条矿脉产状虽有较大的变化,但它们整体上却构成较为协调、向南西收敛的帚状,表明所有的矿脉是在同一剪切应力作用下形成的,矿脉走向的变化与局部应力场的变化与迁就、跟踪成矿前的断裂有关。
2虎沟金矿的矿脉剖面形态特征
矿脉在剖面上的形态变化较大,两端矿脉平直,向下偶有少量分支,在矿脉中心部位形态比较复杂,主干脉弧形弯曲,成上陡下缓的铲形,其上盘发育向下分支的矿脉,少者1~2条,多者达4~5条,有时分支矿脉还可以膨大成为矿脉的主体,根据矿脉剖面上的形态和主脉与分支脉的关系,可以推断分支脉的形成略晚于主干脉,矿脉中心部位膨大、分支多、形态复杂与容矿断裂多期活动都是由中心向边缘扩展有关。
3虎沟金矿的矿脉构式
虎沟金矿脉的构式与容矿断裂尚未发育成位移明显的宏观断层有关,矿脉从中心向边缘分别为泥砾带→平行断裂带→透镜体化带→菱形节理带,构式特征见图6-13。
图6-13 虎沟金矿矿脉构式示意图
(据彭恩生,1994)
1—泥砾带;2—平行断裂带;3—透镜体化带;4—菱形节理带;图中较粗的黑线为含泥砾的断裂
菱形节理带主要出现在矿脉的边缘部位,是容矿断裂尾端的特征,类似于剪节理尾端的菱形结环。由于剪切断裂带多由次级断裂雁列而成,以及成矿期断裂有多次活动,多次扩展,因此,菱形网格构式有时在矿脉中心部位也会出现,但主要还是发育于矿脉的尾端。菱形网格构式可以三种形式出现:一种是出现菱形网状的含矿细脉,两侧无明显的边界(图6-14a)。第二种是菱形网状细脉的一侧有明显的断裂边界(图6-14b),这种断裂有时有明显的矿化成为矿脉,有时没有明显的矿化,呈断层泥砾带出现。这种菱形网格与边界断裂一般都有明显的成因关系,表现为菱形网格的产状符合沿边界断裂剪切伴生共轭节理的产状,菱形网格的发育程度、矿化强度随着远离边界断裂而减弱。很显然这种构式不仅是剪切成因容矿断裂的边缘效应,还有成矿期断裂活动的参与。第三种菱形网状细脉发育于两条矿化或没有矿化的断裂之间(图6-14c),它们是雁列断裂桥结部位剪切活动的产物。当剪切活动强烈时,特别有利于矿液的充填和交代,往往可以形成富矿段。这时的菱形网几何形态会因强烈矿化而消失。
图6-14 三种菱形网状构成示意图
(据彭恩生,1994)
平行断裂带往往出现于矿脉的中心部位,成矿物质沿断裂带交代围岩形成破碎蚀变带矿脉。这类矿脉矿液的充填作用较为次要,仅在矿脉的中心部位见有晚期成矿阶段充填物。
透镜体化带主要出现在上述两种构式之间,产于矿脉中心和边缘部位的过渡带,并在靠近边缘带-侧的位置上。透镜体化有两种成因:一种是由菱形节理带演化而来,在菱形节理形成以后,成矿断裂继续活动,促使菱形断面间相互滑动,使菱形断块圆化而成为透镜体;另一种是平行断裂带的尾端产状不稳定,出现波状起伏和偏折,带内断裂相互切割而成构造透镜体。随着断裂带的继续活动,这种透镜体也会逐渐圆化,并在透镜面上出现各种方向的擦痕。透镜体化过程多出现在成矿期和成矿后,透镜体化带有时在一侧或两侧也会出现边界断裂。
断层泥砾带是成矿晚期或成矿后多次断裂活动的产物,它可以出现在平行断裂带和透镜体化带之中,大多数沿已有的断裂发育,常在矿脉中或矿脉的一侧出现。在个别情况下,也可使整个一段矿脉全部泥砾化。宽大的泥砾带和矿脉一样,有时有明显的边界断裂,有时没有边界断裂。断层泥砾带在成矿断裂带主滑移面一侧出现时,主滑移面成为泥砾带一侧明显的边界,随着远离主滑移面,泥砾化程度逐渐减弱,直到出现正常的围岩。泥砾化带构式多出现于断裂破碎带型矿脉的中心部位,带内以高岭土化的断层泥为主,其中含有少量石香肠化、透镜体化和泥砾化的矿石和脉石。含硫化物较多的矿脉中,有时还可见条带出现不对称褶皱,较真实的记录了泥砾化晚期断裂带剪切活动的历史。
一条多期活动的成矿断裂破碎带,假若它的每一次断裂活动的中心部位都位于矿脉的中心,可形成上述标准的构式,有利于矿化富集,可在矿脉的中心部位形成厚大的富矿体。若成矿断裂活动中心有明显的位移,这种位移的次数愈多,距离愈大,矿脉的构式愈复杂,难以形成大的矿化富集地段,往往在矿脉中形成多个较小的富矿段。
虎沟矿区内不同的脉群构式的发育程度有明显的差别。南西脉群矿脉近南北走向,构式发育最全,有泥砾带、平行断裂带、透镜体化带和菱形节理带;北脉群矿脉成北东走向,构式发育中等,由平行断裂带、透镜体化带和菱形节理带构成;南脉群矿脉走向北东东,构式发育较差,主要为透镜体化带和菱形节理带。三个脉群矿脉的走向由近南北、北北东顺时针旋转成北东向、北东东向,它们的构式由四带式转变成三带式,最后为二带式。表明成矿断裂活动的次数由多到少,强度由强到弱。从该矿区脉群构式有规律的变化、矿脉走向有规律的变化,以及整个矿区矿脉组成一完整的帚状等几何特征来看,矿区内的成矿断裂是在同一应力持续作用下递进变形作用的产物。
4矿脉的形成机制
断裂破碎蚀变型矿脉的特殊构式是在特定的成矿断裂发生、扩展条件下形成的,根据构式的特征可以推测其形成条件。
A形成于地下一定深度,在片麻岩脆-韧性过渡的环境中形成。WLBartLett等对平移断层的实验研究表明,断层泥在围压较大的条件下较发育;岩石力学实验表明共轭剪节理主要发生于脆-韧性过渡环境,构式中泥砾带和菱形节理带的发育,是这种环境的直接反映。
B大多数矿脉是由矿液沿断裂带交代、充填而形成及两侧的蚀变基本等宽的特征,表明矿化作用与成矿断裂作用同时进行。
C根据构式分带的完整性,表明成矿作用发生于成矿断裂尚未产生明显位移之前,矿化与早期成矿断裂作用密切有关。
以上研究结果表明,虎沟金矿作为典型的蚀变破碎带的金矿,其控矿构造与小秦岭的含金石英脉型矿床迥异,显示较浅层次形成的断裂带成矿作用特征。
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