广西凤凰山银矿构造控矿作用分析 - 黄继钧

第17卷　第3期黄继钧:广西凤凰山银矿构造控矿作用分析

233

图4　YD400(A)和PD280(B)中主矿体Ag品位和矿体厚度变化曲线

1—Ⅰ-1矿体品位曲线;2—Ⅰ-o矿体品位曲线;3—Ⅰ-1矿体厚度曲线;4—Ⅰ-o矿体厚度曲线

Fig.4.VariationsofAggradeandorebodythicknessfortheprincipalorebodyinYD400

(A)andPD280(B).

1—AggradecurveofⅠ-1orebody;2—AggradecurveofⅠ-oorebody;3—Thickness

curveofⅠ-1orebody;4—ThicknesscurveofⅠ-oorebody.

矿区内矿体及裂隙大致分为4组:石英-黄铁矿体,多见于砂、泥岩中,呈马尾丝状;石英-黄铁矿-毒砂-硫锰矿矿脉,多沿NW向、NE向裂隙充填;石英-含银多金属硫化物矿脉,多充填于EW向的断裂破碎带中,是主要的矿脉;石英-碳酸盐-(硫锰矿)黄铁矿脉,多穿切前面几种矿脉,形成最晚。矿脉的规模变化很大,粗脉达数公分宽,细脉仅宽数毫米。由于含Ag矿液沿多组裂隙运移充填,使矿脉形态十分复杂,有帚状、雁行状、细网脉状、马尾丝状。其脉壁一般均较平直,显示以剪切裂隙为主。

(4)断裂产状变化控制银矿化部位。矿区EW向断层走向由近EW向转为NWW向的部位在成矿期处于局部引张状态,银矿化最好,矿体厚度大、品位相对较高。Ⅰ-1矿体在2～8号勘探线范围内矿化最好。在剖面上断裂由陡变缓部位银矿化好,矿体厚度大、品位高,因这些部位成矿期处于局部拉张状态。不同方向断层交汇处Ag品位偏高。在矿区剖面上断层呈斜列展布,银矿体也大致呈斜列展布,越向深部,矿体越向东迁移,由此推测,在矿区东部深处可能找到深部隐伏矿体。234

矿　　床　　地　　质1998年

(5)控矿构造分带特征。矿区内含矿断裂破碎带的构造岩由碎屑岩系列组成。主断面部位为岩粉、岩屑、岩块角砾岩带和条带状、角砾状、块状矿石。向外是角砾状碎裂岩,其中发育细脉状、网脉状矿石;依次向外的碎裂岩化带,以低品位浸染状、细脉浸染状矿石为主。其外侧部分地段可分出透镜体化岩带,有稀疏的含矿细脉组成的矿化体。从构造岩带及矿石类型的特征明显表明构造分带对成矿溶液运移和沉淀的影响,引起矿化分带现象。2.2　成矿动力学探讨

(1)构造活动的脉动性导致成矿的多阶段性。构造脉动性是同一构造运动时期中所表现出的多次波动[3,5],伴之成矿热液多次活动上升,在同一成矿期出现多个成矿阶段。

凤凰山银矿成矿过程中构造曾经历多次活动,成矿断裂多次张开成矿热液多次上升,并在断裂中流动、充填、交代、沉淀,表现出多阶段成矿特征。根据矿物的结构、构造、物性、微量元素、包裹体测温及矿物之间穿插关系,依据共生组合特征将矿化划分为4个阶段:石英-黄铁矿-白铁矿阶段(Ⅰ);石英-黄铁矿-毒砂-硫锰矿-银矿物阶段(Ⅱ);石英-多金属矿硫化物-银矿物阶段(Ⅲ);石英-硫锰矿-菱锰矿阶段(Ⅳ)。其中Ⅲ阶段为银的主矿化阶段。由于银矿化的多次叠加富集,使主矿体顶底板附近矿特别富。

(2)偏应力状态影响成矿深度。为了确定有利的成矿部位与应力场的关系,将应力状态划分为引起体积改变的球应力状态(Q)和形状改变的偏应力状态(s)。球应力张量为平均正应力,Q=1/3(R1+R2+R3),随深度而增加。主偏应力张量表达式为:

R1-QS=

00

0R2-Q0

00R3-Q式中R1、R2、R3为主应力。偏应力张量随深度增大而变小。

凤凰山银矿经石英颗粒位错密度计算成矿期压力(R1-R3)=618×105Pa,用石英亚颗粒直径计算成矿期压力(R1-R3)=607×105Pa。根据矿物包裹体测温结果,成矿温度为200～250℃,应用热力学理论和方法经计算得成矿理论压力值为200×105～300×105Pa。矿体主要赋存于黄洞口组中段,其上覆地层厚1130～1150m,其静岩压力为280×10Pa左右,考虑到矿区断裂为脆性破裂带,静岩压力与流体压力相近,相应深度应在1～1.2km。

当构造应力场一定时,地壳的某一深度能否形成赋矿空间,完全受偏应力的控制。凤凰山银矿1km深处围压R2=R3=280×105Pa,主偏应力张量(s)为:

890-483

s1km

5

0280-483

00

(单位10Pa)

5

=0

00280-483偏应力较大,岩石形变明显,破碎的空间对成矿比较有利。而在3km处附近,围压R2=R3≈800×10Pa,此深度偏应力张量(s)为:

0

s3km≈0

0

0000005

偏应力近似为零,整个岩石处于静岩围压状态,只发生体积的变化而不发生形状的改变,即不可能形成赋矿空间。因此,可以认为3km是凤凰山银矿区矿化、蚀变的极限深度。实际有第17卷　第3期黄继钧:广西凤凰山银矿构造控矿作用分析

235

效的矿化深度大致在1～2km范围。

目前在矿区从矿体出露的最高部位(海拔530m)到钻孔控制的最深部位(海拔-100m)估计垂直深度已接近630m。考虑到成矿后岩层的风化剥蚀厚度,估计向深部还会有矿体存在。结合矿体向南东方向斜列这一特征,推断矿区南东方是寻找深部矿体的有利地段。

(3)应力驱动及矿液的运移、停积。主应力和(R1+R3)与主应力差(R1-R3)决定了应变能的大小和矿液运移势的高低

[2,3,5]

。和应力正负代表岩石收缩和扩张,收缩使压力增加,矿

液向外流,扩张使压力降低,矿液向内流。因此,运移势不仅控制了矿液的流速,还控制了矿液流向。矿液运移势数学表达式(达西定律)为:

vi=

ak0

[exQ(R1-R3)](R1+R3)G式中:vi为各点矿液流速;a为介质的压缩系数;k0为介质流通系数;G为矿液粘度;R1和R3为最大主应力和最小主应力。

综合考虑对矿区和区域内地层及接触关系,褶皱构造、断层和节理所反映的应力场特征,说明矿区先后经历了SN向挤压、NW-SE向挤压、NE-SW向挤压和近EW向挤压。成矿时间为215×106～167×106a,为印支-燕山期NW-SE向挤压。

为深入研究矿床成矿构造应力场对矿液的驱动运移和停积作用,应用电算对成矿期构造应力场进行了有限单元法模拟计算。以矿区地形地质图、PD280中段地质图和8号勘探线剖面图作底图,保留破碎带,单元划分时其结点和单元边界放在岩性分界线上,即用多个三角形来拟合地质体边界。选取西边和北边结点作约束点,SE方向施加作用力,模拟结果获得全矿区、PD280中段及8号勘探线剖面成矿期应力场围压、最大剪应力和应变能的数据和图件(图5、图6、图7)。

含矿热液是一种热流体,其内压力差是造成运移的主要原因之一。这种压力差与运移环境的构造围压大小直接有关,高围压部位的含矿热液会在压力差的驱动下向低围压部位运移,以求达到力学上的平衡。此外含矿溶液的运移通道如处于高围压状态时,会阻止热流体的通过。由此可见,成矿区域中构造围压的分布是含矿热液运移的主要控制因素。另外,热流体发生停积形成矿体以及含矿热液成矿作用彻底与否和成矿域中最大剪应力和应变能的分布密切有关,如在这二者的高值部位构造变形强烈,虽然这里因应力释放而容易造成低压空间利于矿液的涌入,但环境的不安定却影响矿液的充分结晶沉淀。

有限单元分析结果表明成矿期凤凰山F1、F4断裂带为低压区,呈长条状近EW向展布,而且有由西南向东北、由四周向F1、F4断层附近降低的总趋势。特别是EW向断裂,走向由EW转为NW的部位和EW向断层与NW向断层交汇部位围压普遍偏低。矿区南部渌钟顶一带围压较高,异常相对比较分散(图5-a)。

从矿区成矿期最大剪应力等值线图(图5-b)看,凤凰山地区处于较高值区,渌钟顶偏低,凤凰山到渌钟顶之间为低值区,而矿区外围,特别是东北部是最大剪应力高值区。

F1、F4断层展布区应变能都处于高值部位,应变能等值线呈线状EW向展布,向外围逐渐降低。渌钟顶一带应变能值则偏低。

构造围压是含矿热液运移的主要控制因素,热流体在压力差的驱动下,由高围压向低围压部位运移。凤凰山一带(F1、F4等断层展布区)成矿时处于低围压区,矿液聚集条件较好。[2]

236

矿　　床　　地　　质1998年

渌钟顶由于围压分散且偏高不利于矿液的汇聚。就矿区总体而言围压是西边高东边低、南边高北边低,矿液在应力驱动下有可能由SW向NE方向运移,而在凤凰山断裂带停积成矿。

成矿域中最大剪应力和应变能的分布状态是控制成矿安定环境和岩石破碎强度的主要因素。凤凰山一带比渌钟顶和周围具有偏高的最大剪应力和应变能,因此具有有利的成矿条件,但仍显示成矿环境较为动荡,影响矿区中银矿物等结晶程度不高,粒度偏小,这与矿床的矿化特征一致。

PD280中段成矿期围压总趋势是四周高,F1断裂带较低,并有由西向东围压由高变低的趋势,围压等值线呈近EW向延伸。特别是F1断层走向变化部位为低围压封闭区,与矿体形态接近(图6-a)。PD280成矿期应变能总趋势是沿F1断裂带较高,向外围变低,应变能等值线呈EW展布(图6-c)。

PD280成矿期最大剪应力也是沿F1出现高值区,等值线呈线状沿EW向分布(图6-b)。由于F1断裂展布地带应变能和最大剪应力相对较高,岩石破碎带抗压强度和抗张强度低于围岩,在相同应力条件下破碎带变形强烈。破碎程度高于周围岩石,造成低围压域,为矿液的贯入提供了有利条件。8号勘探线成矿期围压、最大剪应力和应变能等值线图(图7)显示200～300m标高段断裂破碎

图5　矿区成矿期应力场

a—围压等值线图(单位为100kg/cm2);b—最大剪应力等值线图(单位

为100kg/cm2);c—应变能等值线图(单位为10-4焦耳)

Fig.5.Stressfieldoftheore-formingstageintheoredistrict.

a-Cortourmapofconfiningpressure(100kg/cm

(10-4J).2);

b-Contourmap

ofmaximumshearstress(100kg/cm2);C-Contourmapofstrainenergy