銅冶店-孫祖斷裂成因機制與控巖控礦研析

劉書鋒

(山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250100)

1 斷裂特征

銅冶店-孫祖斷裂北起垛莊，經鹿野、雪野、銅山、鐵銅溝、前孤山、蓮旺崖等地，南至沂南孫祖，斷裂總長度大于100km，寬100～200m，總體走向320°，傾向SW，斷裂面產狀230°∠80°。南東段覆蓋嚴重，露頭時斷時續，主要發育于古生界；北西段露頭較好，主要發育于基底巖系，破碎帶內構造角礫巖發育，角礫呈棱角—次棱角狀，大小懸殊，裂隙發育。該組斷裂至少經歷了兩期繼承性構造活動，早期(印支期)具明顯的張性機制，晚期(燕山期)該斷裂活動強烈，表現為早期形成的構造角礫巖遭擠壓破碎，發育斷層泥、巖石碎片、擠壓透鏡體、擠壓劈理等，具典型的左行壓扭特征。該斷裂規模巨大[注]①山東省地質調查院，1∶250000臨沂市幅區域地質調查報告，2007年。，總體上分為6段：

垛莊-鹿野段：此段傾向NE，傾角70°～80°，寬度一般為幾十米，根據斷裂角礫巖性質判斷斷裂早期表現為張性，在章丘東峪村附近見到斷裂帶中充填有大量張性角礫，角礫成分為兩盤寒武系巖石，角礫棱角分明，大小混雜，泥質鈣質膠結，張性特點顯示清晰(圖2)。該斷裂第二期活動表現為壓性，前期形成的硅化帶又受到擠壓破碎，且發育有摩擦鏡面及擦痕。

鹿野-前孤山段：北起鹿野，經雪野、銅山、鐵銅溝等地，南至新泰市前孤山。走向315°～340°，傾向SW，傾角60°～80°。在萊蕪北孝義，該斷裂分為2條主干斷裂，一條從銅山通過，另一條從口鎮東側通過，并再次在雪野復合，兩斷裂之間，夾有基底花崗巖和寒武-奧陶紀地層斷片，地層受左行牽引而使走向發生偏轉(圖3)。在北端，主斷裂分解為一系列的次級斷裂，并呈指狀散開，斷裂活動強度逐漸減弱，實為應力消減帶。

1—一級單元界線；2—二級單元界線；3—三級單元界線；4—四級單元界線；5—五級單元界線；6—斷裂及推測斷裂;7—不整合界線；8—單元代號;F1—連云港-泗陽-嘉山斷裂；F2—五蓮斷裂；F3—牟平-即墨斷裂；F4—昌邑-大店斷裂；F5—安丘-莒縣斷裂；F6—鄌郚-葛溝斷裂；F7—齊河-廣饒斷裂；F8—聊城-蘭考斷裂圖1 大地構造位置簡圖

1—構造角礫；2—鈣泥質膠結物圖2 東峪村附近斷層角礫巖素描示意圖

上圖：剖面圖(萊蕪雪野)；下圖：平面圖1—古元古代中粒二長花崗巖；2—饅頭組；3—寒武紀至奧陶紀地層；4—馬家溝群；5—常路組；6—斷裂形成順序；7—二長花崗巖；8—碎裂狀二長花崗巖；9—碎裂巖；10—斷裂；11—角度不整合圖3 鹿野-孫祖斷裂素描圖(據山東省地質調查院1∶250000淄博市幅區域地質調查報告，2003年)

前孤山-蓮旺崖段：該斷裂總體走向330°～345°，主體傾向SW，局部傾向NE，傾角58°～85°。斷裂總體斷于基底巖系中，該斷裂在不同地段亦是一條明顯地質分界線。在北半部其北東盤為傲徠山序列松山單元的二長花崗巖，南西盤為寒武系蓋層；在南半部，其北東盤為寒武系蓋層，南西盤為基底傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖(圖4)；斷面的總體延伸方向為舒緩波狀。

蓮旺崖-栗村段：斷裂主要發育于古生界蓋層中，露頭時斷時續，破碎帶寬約30～50m不等，西部寬達150m：該斷裂具兩期活動，早期顯示張性，主要表現為帶內構造角礫巖發育，角礫呈棱角—次棱角狀，大小懸殊，裂隙發育，具明顯的張性機制，晚期該斷裂活動強烈，表現為早期形成的構造角礫巖遭擠壓破碎，發育斷層泥、巖石碎片、擠壓透鏡體，具典型的壓扭特征，故該段斷裂具兩期次活動，顯示先張后壓扭機制。

栗村-孫祖段：斷裂主要發育于基底巖系中，沂南縣連項一帶產于古生界蓋層和基底之間。該段斷裂規模較大，破碎帶寬約20～30m，帶內節理發育，巖石破碎，發育較寬的構造碎裂巖帶、構造角礫巖帶，總體顯示擠壓碎裂巖、碎斑巖等切割構造角礫巖，力學性質先張后壓。

孫祖-河陽段：地表覆蓋嚴重，多沿汶河及其支流發育，斷裂主要產于古生界蓋層中，局部伴生有多條次級斷裂，總體上南降北升，為正斷層。

綜觀銅冶店-孫祖斷裂展布方向與區域上基底巖石的條帶展布方向一致，切割了斷裂兩盤的所有地層，該斷裂在基底構造的基礎上發展而來，其構造的強烈活動期，與沂沭斷裂帶左行活動造成的伸展運動有關[2]。其強烈活動期為中生代，新生代后亦有活動。

2 控巖特征

該斷裂大地構造位置位于魯西隆起區，巖漿活動強烈，地層發育齊全。新太古代泰山巖群變質巖及侵入巖組成的結晶基底于凸起區廣泛出露。在凸起的兩翼與凹陷的接壤地帶，大面積分布有早古生代寒武-奧陶紀沉積蓋層，其巖性以碳酸鹽巖為主，局部可見少量碎屑巖，銅冶店-孫祖斷裂具多期次多階段活動的特點，構成部分凸起與凹陷的邊界斷裂。在區內主干斷裂與其他方向斷裂的交會部位，中生代強烈的構造巖漿活動形成多處中基性—中性—中偏堿性(中偏酸性)雜巖體。與中生代金屬礦成礦有關的地層(奧陶紀地層)、巖漿巖(中生代巖體)發育，對金屬礦的形成極為有利[3]。

2.1 地層

魯西地層分區在地層區劃上屬華北地層區，區內地層分布受區域構造控制，多呈NW—SE向展布。發育新太古界、新元古界、寒武系、奧陶系、石炭-二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系。奧陶紀馬家溝群厚層灰巖與成礦關系最為密切。

1—傲徠山序列松山單元中粒二長花崗巖；2—構造角礫巖帶；3—朱砂洞組白云巖；4—二長花崗巖；5—白云巖；6—碎裂巖；7—斷裂；8—角度不整合圖4 青石堆銅冶店-孫祖斷裂素描圖(據山東省地質調查院1∶25萬淄博市幅區域地質調查報告，2003年)

2.2 巖漿巖

巖漿巖在時空上顯示“區域成帶性”、“多旋回性”、“多成因性”的特點，即在空間上具有區域成帶分布特點，在時間上則顯示出多旋回活動的特點，在形成上具有多成因的特點[4]。區內巖漿巖主要以中生代燕山晚期侵入巖活動最為強烈，其次為新太古代侵入巖出露。金屬礦成礦與中生代白堊紀中基性—中性—中偏堿性(中偏酸性)侵入巖關系密切[5]。中生代侵入巖多處于銅冶店-孫祖斷裂及其次級斷裂附近或與其他構造復合部位。由北向南主要為金牛山巖體、礦山巖體、鐵銅溝巖體、銅井巖體等雜巖體[6]，其產出嚴格受構造所控制，巖體與奧陶紀碳酸鹽地層的接觸帶常產出矽卡巖型鐵礦[7-9]。

3 控礦特征

該斷裂規模較大，并經歷了多期活動，早期活動控制著兩側地質體的分布，晚期活動對各種含礦熱液的運移和富集起著不同程度的控制作用，故在其兩側賦存有數十處規模大小不等的鐵、金、銅等礦產(表1)，礦體形態多為似層狀、透鏡狀、扁豆狀、囊狀和不規則狀，產狀一般與接觸帶產狀、斷裂面產狀及圍巖產狀保持一致。礦體規模大小不等，組成礦床的礦體可有一至多個，長數十米至千余米，傾斜寬幾十米至數百米，厚0.1m至數十米。礦點、礦化點之礦(化)體長十數米至200m，寬數米至十數米，厚0.1～5m。

表1 主要礦種勘查項目

銅冶店-孫祖斷裂是控制鐵、銅、金礦形成和分布的重要因素,是鐵、銅、金礦成礦作用的有機組成部分，該斷裂活動提供了成礦物質和流體遷移、聚集的熱力和動力，提供了成礦物質運移和沉淀的空間場所。該斷裂所控制的接觸交代(矽卡巖)型鐵礦床[10-14]及中低溫熱液金、銅等礦床，多集中于銅冶店-孫祖斷裂鹿野-前孤山段。

4 成礦作用

4.1 構造—成巖—成礦作用

中生代時期由于太平洋板塊和歐亞板塊的相對運動，使得整個瀕太平洋帶殼?；顒訌娏?，亦包括魯西隆起，正是由于魯西隆起強烈的殼?；顒?，造成了銅冶店-孫祖斷裂的發育和深部巖漿的大規模上侵，即形成上隆的“地幔柱”[15]，斷裂的深切形成了地殼的薄弱地帶，上部稀薄的熔融“透巖漿流體”[16]沿著這些薄弱地帶先行上侵，上升過程中這部分巖漿的溫度和壓力會逐漸降低，當上升到地殼一定位置和深度，“透巖漿流體”的壓力和圍巖達到平衡，溫度也降低到一定程度，“透巖漿流體”慢慢冷凝，礦物結晶，形成金牛山、礦山、鐵銅溝、銅井等巖體。而“透巖漿流體”的多次上升涌動形成了雜巖體?！巴笌r漿流體”的這種上升運動帶走熱“地幔柱”的許多熱量，同時壓力亦減小，“地幔柱”上升動力不足，因此后期不會形成大面積的巖基?！巴笌r漿流體”在上升過程中，從深部帶上來部分成礦物質，由于巖體冷凝過程中存在冷熱流體循環，“透巖漿流體”中富集的成礦物質在溫度降低、pH值變化、酸堿度變化的物理化學條件下慢慢結晶，在合適的構造部位聚集成礦。

4.2 構造—流體—成礦作用

由于巖漿的上侵活動，圍巖亦會產生不同規模的活動，從而產生一些構造，包括斷裂構造、巖體接觸帶構造、圍巖的破碎等，已存在的銅冶店-孫祖斷裂及不整合面被進一步活化，這些構造則成了熱流體運移的通道和場所，為成礦物質的聚集提供了條件。眾所周知，巖漿在上升過程中會伴隨熱流體的出現，有巖漿本身的，亦有運移過程中圍巖中加入的，由于這些流體是高溫高壓的，大大增強了對許多物質的溶解度，更何況多是高堿性的或者酸性的流體，對鐵、金等金屬的溶解度相當高。很多物質在不斷的循環運動過程中被溶解，自圍巖中“萃取”成礦物質。在巖漿定位慢慢冷卻過程中，流體亦不斷冷卻，流體溫度降低，很多物質溶解度降低，結晶形成固體礦物富集成礦。

5 結語

銅冶店-孫祖斷裂展布方向與區域上基底巖石的條帶展布方向一致，作為構造單元邊界的分劃性斷裂往往深切上地?；蛳碌貧?，從而成為深部巖漿和礦液的上升通道。其強烈活動期為中生代，新生代后亦有活動。它控制著該區成礦帶或成礦區的分布，萊蕪地區雜巖體亦是受銅冶店-孫祖及其次級斷裂或與其他構造復合部位控制。假整合面、舌狀圍巖和捕擄體往往形成較大礦體。該斷裂具“構造控礦，分段富集(走向、傾向)”的特點。