黔西南雄武地區大際山鈾多金屬礦床控礦構造解析與找礦預測

吳 玉, 徐 偉 , 解 波 , 王 健 , 劉開坤, 邱林飛 , 肖昌浩, 張文高, 彭 松

黔西南雄武地區大際山鈾多金屬礦床控礦構造解析與找礦預測

吳 玉1, 徐 偉2, 解 波3, 王 健1, 劉開坤4, 邱林飛1, 肖昌浩5, 張文高5, 彭 松4

(1. 核工業北京地質研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室, 北京 100029; 2. 核工業二八〇研究所, 四川 廣漢 618300; 3. 西南科技大學, 四川 綿陽 621010; 4. 貴州省有色金屬和核工業地質勘查局核資源地質調查院, 貴州 貴陽 550005; 5. 中國地質科學院 地質力學研究所, 北京 100081)

大際山鈾多金屬礦床地處黔西南碳酸鹽巖臺地相區, 賦礦圍巖以碳酸鹽巖和碎屑巖為主。詳細的野外觀測和構造解析表明, 該礦床主要有NE-NEE向張扭性斷裂、NNE向壓扭性斷裂和層間破碎帶/層間滑脫構造三種控礦構造類型, 形成“斷控型”和“層控型”兩種鈾多金屬礦體。礦區內構造分級控礦特征顯著,區域性NE-NEE向張扭性斷裂帶控制了成礦區帶的整體展布, 張扭性斷裂帶凹凸轉換拉張部位決定了礦床的產出位置, 與NE-NEE向張扭性斷裂貫通的層間破碎帶、層間滑脫部位和NNE向壓扭性斷裂控制了礦體的形態和規模。依據礦區內不同構造行跡的相互穿插關系, 厘定出早北東向、晚北東向和北北西向三期構造帶。其中, 早北東向構造帶導致層間破碎帶的形成, 為成礦流體的側向貫入提供了先決條件; 晚北東向構造帶控制了NE-NEE向張扭性斷裂的形成和展布, 為成礦流體的垂向運移和礦床的就位提供了主要場所和空間; 北北西向構造帶在促使NNE向壓扭性斷裂形成的同時, 驅動了成礦流體從勢能高的地方向勢能低的地方運移。由此構建了NE-NEE向張扭性斷裂構造與層間破碎帶/層間滑脫構造聯合控礦模式, 并將淺表構造解析與CSAMT地球物理探測相結合, 預測了大際山礦區深部及外圍黃泥堡?下銀廠地區仍具有良好的找礦前景, 為下一步鈾多金屬找礦勘查提供了新的思路和方向。

控礦構造; 成礦構造體系; 找礦預測; 大際山鈾多金屬礦床; 黔西南

0 引 言

黔西南是我國華南大面積低溫成礦域的重要組成部分(Hu and Zhou, 2012; 胡瑞忠等, 2016, 2020), 區內除廣泛發育Au-As-Sb-Hg等多個大型?超大型礦床之外(Chen et al., 2011, 2015; 蘇文超等, 2015; Su et al., 2018; Jin et al., 2020), 還分布有大梨樹、下偏坡、花江等眾多鈾多金屬礦點和大際山鈾多金屬礦床。與近年來豐碩的Au-As-Sb-Hg找礦成果相比(郭振春和周忠賦, 2006; 劉建中等, 2006, 2009, 2017; 夏勇等, 2009; 祁連素等, 2014a, 2014b), 區內鈾多金屬無論是找礦勘查還是研究程度上都相差甚遠。截至目前為止, 僅對雄武地區大際山鈾多金屬礦床開展過較為詳細的勘查工作。根據大際山鈾多金屬礦體大多呈層狀或似層狀, 前人認為其成因類型主要為沉積?成巖型, 或疊加有少量后期熱液改造(李文明和陳占農, 1968; 鄭懋榮, 2005)。該區找礦勘查工作也一直圍繞地層展開, 雖有所發現, 但一直未取得實質性進展。近年來, 愈來愈多的證據表明大際山鈾多金屬礦床與構造關系密切, 如鈾多金屬礦化特征研究揭示鈾多金屬礦石普遍具有角礫狀、浸染狀和細脈狀構造, 并伴隨有硫化物化、有機碳化、硅化、黏土化等低溫熱液蝕變(潘澄雨等, 2021); 大比例尺土壤地球化學測量也發現區內鈾多金屬礦化均沿構造帶集中展布(徐偉等, 2020)。因此, 工作者開始重新審視和思考該區礦化成因類型和找礦思路。然而, 大際山鈾多金屬礦床構造研究極為匱乏, 是目前找礦勘查過程中亟待解決的關鍵問題。鑒于此, 本文在前人研究工作的基礎上, 運用構造解析理論和方法, 對該礦床展開了詳細的構造解析, 以期查明控礦構造類型與特征, 建立多級序構造控礦體系, 并將淺表構造解析與深部地球物理解譯相結合, 探討有利找礦方向, 為該區鈾多金屬成礦規律研究和下一步找礦預測提供建議和依據。

1 區域地質概況

黔西南位于揚子陸塊西南緣與右江造山帶的交匯部位, 是右江盆地重要組成部分。大地構造位置上, 右江盆地處于揚子陸塊、江南陸塊與越北陸塊所夾持的構造三角區, 其西北部以師宗?彌勒斷裂為界與康滇古陸相鄰, 東北部以紫云?南丹斷裂為界與江南古陸相隔, 南部則以廣南?富寧?那坡?龍州斷裂與越北陸塊相接, 構成一個NW向、NE向和EW向相交互的三角區塊。盆地內部以坡坪逆沖推覆構造為界, 分為西北部淺水臺地相區和東南部深水盆地相區兩個次級單元。其中, 西北部淺水臺地相區以碳酸鹽巖沉積為主, 而東南部深水盆地相區則以泥質巖、硅質巖等碎屑巖沉積為主(Lehrmann et al., 2012; 杜遠生等, 2013)。前人通過大量的區域沉積建造、構造變形和巖漿活動等證據梳理了右江盆地的構造演化, 認為其主要經歷了被動陸緣裂谷盆地(D1～P1)、弧后裂陷盆地(P2～T2)、前陸盆地(T3)以及隨后的印支期造山(T2～T3)、燕山期造山(J2～K1)和早白堊世?古近紀伸展(K13～E)等構造演化階段(Chen et al., 2011; 劉寅等, 2015; 楊成富等, 2020)。其中, 印支期造山導致區域隆升、海水退去, 最終將盆地定型為臺?盆相間的沉積構造格局(曾允孚等, 1995); 而燕山期造山使得區域構造應力場發生改變, 形成一系列NE向沖斷?褶皺構造, 該期褶皺橫跨或斜跨疊加在印支期構造變形之上, 形成長?短軸比不同的穹窿狀褶皺(Yang et al., 2021); 早白堊世?古近紀伸展導致區內局部發育小型伸展盆地和少量基性?超基性巖脈侵位(陳懋弘等, 2009; Liu et al., 2010; 劉寅等, 2015)。

1. 始新統路南組; 2. 中三疊統關嶺組; 3. 下三疊統嘉陵江組三段; 4. 下三疊統嘉陵江組二段; 5. 下三疊統嘉陵江組一段; 6. 下三疊統飛仙關組; 7. 上二疊統龍潭組; 8. 上二疊統吳家坪組和中二疊統陽新組; 9. 上石炭統?下二疊統黃龍組; 10. 基性火山巖; 11. 泥巖; 12. 粉砂質泥巖; 13. 粉砂巖; 14. 細砂巖; 15. 粗砂巖; 16. 礫巖; 17. 灰巖; 18. 砂屑灰巖; 19. 含燧石結核泥晶灰巖; 20. 生物碎屑灰巖; 21. 白云質灰巖; 22. 白云巖; 23. 穹隆狀構造; 24. 大型逆沖構造; 25. 正斷層; 26. 逆斷層; 27. 平行不整合界線; 28. 鈾多金屬礦床; 29. 鈾多金屬礦點; 30. 鈾多金屬礦化點。

2 礦床地質特征

大際山鈾多金屬礦床位于雄武背斜東南翼, 夾持在NE-NEE向七舍?革上斷裂所圍限的大際山向斜之中(圖2a)。礦區內主要地層為下三疊統嘉陵江組一段(T11), 該段底部為薄層狀鮞?；規r, 夾2～3層厚約1～2 m的灰綠色鈣質粉砂巖, 向上逐漸變為中?薄層狀灰巖, 隨后出露一套紫紅色、黃褐色粉砂巖、細砂巖夾鮞?；規r, 再往上為灰色?淺灰色砂屑亮晶灰巖夾白云巖, 最后變為淺灰?肉紅色中?薄層狀、塊狀白云巖、白云質灰巖(圖2b), 呈現出碳酸鹽巖與碎屑巖交互的特點, 反映混積碳酸鹽巖臺地相沉積特征。

圖2 大際山鈾多金屬礦床地質簡圖(a; 據李文明和陳占農, 1968修改)及其礦區地層柱狀圖(b)

礦區內褶皺和斷裂構造較為發育, 主要褶皺為雄武背斜的從屬褶皺大際山向斜, 該向斜長約3 km、寬約500～700 m, 軸面傾向近直立, 樞紐走向NE45°～ 55°,向NE傾伏。大際山向斜北西翼地層產狀傾向SE, 傾角較緩, 約為5°～30°, 被七舍?革上斷裂的分支斷裂F1截切; 東南翼地層產狀傾向NW, 傾角集中在5°～25°之間, 被七舍?革上斷裂的另一側分支斷裂F2截切, 褶皺翼間角為150°～165°, 整體表現為一個開闊平緩向斜。向斜內部還發育一系列次級小褶曲, 為更低級別的復向斜和復背斜, 這些復向斜和復背斜長約100～300 m, 寬約20～50 m, 軸向與大際山向斜相似, 共同構成一個長度近2 km的線性褶皺帶。斷裂構造以NE-NEE向為主, 可見有少量NW向斷裂, 并截切了NE-NEE向斷裂。大際山鈾多金屬礦床南、北兩側分別以F1、F2兩條斷裂為界, 其中, F1斷裂傾向SE, 傾角為70°～80°, F2斷裂傾向NW, 傾角為80°～85°, 二者均為七舍?革上斷裂的分支斷裂。

礦區內共揭露和圈定出8個礦體, 全部賦存在大際山向斜內, 其中規模最大的礦體走向長約270 m、寬約100 m、平均厚度1.85 m, 鈾含量為0.01%～0.17% (潘澄雨等, 2021)。礦體形態較為簡單, 主要呈層狀、似層狀、透鏡狀和豆莢狀等, 沿走向和傾向上具有膨大收縮、尖滅再現等特征。礦區內熱液蝕變廣泛發育, 且強度較大, 主要蝕變類型有黃鐵礦化、硅化、黏土化(伊利石+高嶺石)、有機碳化和褪色蝕變, 其中, 黃鐵礦化、硅化、有機碳化及黏土化與鈾多金屬成礦關系最為密切, 形成前人所謂的“黑色蝕變”(鄭懋榮, 2005)。鈾多金屬礦石具有致密塊狀、角礫狀、浸染狀、團斑狀和細(網)脈狀等構造, 礦石結構主要為自形?半自形粒狀結構、包含結構、網狀結構, 其次是共結邊結構、骸晶結構和殘余結構(潘澄雨等, 2021)。以往研究認為該區鈾以吸附狀為主(鄭懋榮, 2005), 但高分辨率掃面電鏡和電子探針分析發現還存在顯微?超顯微狀瀝青鈾礦, 這些瀝青鈾礦多呈星點狀、粒狀分布在金屬硫化物顆粒內部或呈不規則團塊狀、絮狀賦存于礦物顆粒表面或間隙部位, 另有少量細(網)脈狀瀝青鈾礦充填于角礫巖或碎裂巖的裂隙中(潘澄雨等, 2021)。鈾多金屬礦石中除具有瀝青鈾礦外, 還包括膠硫鉬礦及少量的方鉛礦和閃鋅礦等金屬礦物, 對鈾多金屬礦石中表面干凈的瀝青鈾礦進行LA-ICP-MS U-Pb測年, 獲得39.50±0.33 Ma和35.31±0.22 Ma兩組較為集中成礦年齡(未發表數據)。

3 控礦構造類型與特征

綜合運用構造地質學和地質力學礦田構造等方法, 通過詳細的野外地質調查, 深入剖析了大際山鈾多金屬礦床構造與成礦關系, 厘定出NE-NEE向張扭性斷裂構造、NEE向壓扭性斷裂和層間破碎帶三種主要的控礦構造類型, 不同控礦構造類型下的鈾多金屬礦體規模和形態具有明顯的差異。

3.1 NE-NEE向張扭性斷裂構造控礦

七舍?革上斷裂帶的分支斷裂F1、F2作為礦區內主要的NE-NEE向斷裂, 不僅是大際山鈾多金屬礦床的南北邊界, 還是該礦床主要的導礦構造。在大際山礦區東南側山頂的TC1801探槽內可見F2斷裂構造形跡, 其走向NE40°～60°,傾向NW, 傾角為70°～80°, 斷裂面呈鋸齒狀, 內部發育顯著的碎裂巖、構造角礫巖和斷層泥, 角礫成分以白云巖、白云質灰巖為主, 呈不規則棱角狀?次棱角狀, 大小混雜分布, 顯示出張性斷裂構造特征(圖3a), 斷裂帶內發育顯著的鈾多金屬礦化, 并伴隨黃鐵礦化、硅化和有機碳化等圍巖蝕變, 因地表強烈的風化淋濾作用, 導致黃鐵礦氧化為褐鐵礦(圖3b)。在TC1801探槽下方的半山腰處前人還揭露了PD14平硐, 該平硐整體展布為NW-SE方向, 其內部25 m處可見高品位的富大礦體(圖3c、d), U含量可達0.37%, 礦體延伸方向為NE50°～65°, 并發育顯著的構造角礫巖、碎裂巖、斷層泥等構造巖, 構造角礫巖中角礫成分以細砂巖、粉砂巖為主, 含少量白云巖、白云質灰巖, 呈棱角?次棱角狀, 在礦體中心部位角礫大小約為0.3～0.8 cm, 往礦體兩側角礫逐漸變大, 直到最后消失, 顯示出明顯的構造巖相分帶特征, 在礦化中心部位還發育強烈的黃鐵礦化、硅化和有機碳化等圍巖蝕變?？氐V構造解析顯示, PD14平硐內的斷裂走向為NE55°～60°, 傾向NW, 傾角為68°～75°, 寬約3～5 m, 與TC1801探槽中F2斷裂的產出特征一致, 為F2斷裂的深部延伸, 在其斷層破裂面上發育明顯的擦痕與階步(圖3e), 擦痕側伏向為SW, 側伏角為55°, 依據擦痕與階步的關系, 判定該斷層具有左行張扭性的性質, 通過斷層矢量滑移獲得三軸主應力1、2和3分別為202°/39°、53°/46°和306°/15° (圖3f),表明該斷裂帶形成于NWW-SEE向伸展作用之下。

3.2 NNE向壓扭性斷裂構造控礦

NNE向壓扭性斷裂是大際山礦區又一控礦構造, 目前僅見于TC1903探槽和大際山?上銀廠村路邊(XY2003觀察點)。TC1903探槽位于大際山礦區西南部, 出露巖性主要為嘉陵江組一段白云巖、白云質灰巖, 探槽內可見有兩期構造, 早期為雜亂分布的碎裂巖、構造角礫巖等構造巖, 顯示出張性?張扭性斷裂構造, 其上疊加有晚期NNE20°～30°斷裂構造, 晚期斷裂構造寬約1.5～2 m, 傾向SEE, 傾角約為60°～70°。下盤斷裂面較為平直, 上盤斷裂呈舒緩波狀。斷裂帶內發育灰黑色斷層泥、強片理化構造和構造透鏡體, 透鏡體長軸方向與主斷裂面產狀一致, 顯示出壓性?壓扭性的斷裂性質(圖4a)。便攜式伽瑪輻射儀測得該斷裂帶放射性異常值為400～600 Ur,并可見有浸染狀黃鐵礦化、硅化、黏土化和有機碳化等圍巖蝕變發育(圖4b)。在大祭山?上銀廠村路邊(XY2003觀察點)張扭性主干斷裂帶內發育壓扭性斷裂構造(圖4c), 該斷裂構造總體走向NNE20°～30°, 傾向SEE, 傾角較陡, 斷裂面呈舒緩波狀, 發育強烈的片理化和小型構造透鏡體, 透鏡體長軸排列方向顯示出該斷裂具有右旋壓扭特征(圖4d)。野外可見該斷裂內發育浸染狀黃鐵礦化、硅化、黏土化以及有機碳化等圍巖蝕變, 并具有較強的放射性異常值(500～600 Ur)。值得注意的是, 賦存在該壓扭性斷裂構造中的礦體規模一般較小, 延伸不穩定, 這可能是壓性?壓扭性斷裂構造流體貫通性較差所致, 因此該類斷裂構造儲礦能力有限。

圖4 受NNE向壓扭性斷裂控制的鈾多金屬礦化剖面素描圖(a)與野外照片(b～d)

3.3 層間破碎帶構造控礦

層狀、似層狀礦體是大際山鈾多金屬礦床最重要的礦化特征, 這也是前人將其歸為沉積?成巖型的主要原因(李文明和陳占農, 1968; 鄭懋榮, 2005)。本次研究通過詳細的野外觀察和構造解析, 發現這些層狀、似層狀礦體均受大際山向斜中的層間破碎帶控制(圖5a), 位于大際山向斜西北翼的TC1905探槽揭露厚約1.0～1.2 m的鈾多金屬礦體, 鈾含量為0.17%, 伴隨有強烈的浸染狀黃鐵礦、硅化、黏土化和有機碳化等圍巖蝕變, 礦體頂板為白云巖、白云質灰巖, 產狀為140°∠20°, 底板為紫紅色粉砂巖夾細砂巖, 產狀為130°∠15°, 由于強烈的褪色作用, 紫紅色粉砂巖夾細砂巖變成灰白色(圖5b), 礦體頂底板之間發育明顯的片理化斷層泥和構造透鏡體, 片理化產狀與地層產狀近一致, 約為125°～145°∠9°～12°,構造透鏡體以頂板白云巖、白云質灰巖為主, 呈明顯定向排列, 透鏡體最大扁平面與斷裂面間銳夾角所指示的運動學方向, 反映出上盤向NW、下盤向SE的層間剪切滑動(圖5c), 與大際山向斜西北翼發生的順層剪切的運動學特征一致(圖5g)。大際山向斜東南翼的PD05平硐也揭露到該層礦體, 礦體頂部為厚層狀白云巖、白云質灰巖, 底部為發生褪色蝕變的粉砂巖, 地層產狀為303°∠15°。在頂底之間為寬約1.5 m厚的層間破碎帶, 鈾含量為0.17%, 同時可見浸染狀黃鐵礦、硅化、黏土化和有機碳化等圍巖蝕變(圖5d)。破碎帶內發育強烈的片理化斷層泥、剪破裂和構造透鏡體, 表現出明顯的角礫化、碎裂巖化等特征。在平硐左側(靠近南西一側)壁上, 通過透鏡體長軸定向排列與斷裂面間銳夾角以及剪破裂與主破裂面間的夾角關系, 指示上盤向SE、下盤向NW的層間剪切滑動(圖5e、f), 這與大際山向斜東南翼順層剪切的運動學方向一致(圖5g)。

圖5 受層間破碎帶控制的鈾多金屬礦體剖面圖(a)與野外照片(b～f)

除此之外, 在礦區內嘉陵江組一段(T11)上部碳酸鹽巖夾薄層狀粉砂巖中的層間破碎帶內也發育有鈾多金屬礦體(圖6a), 并沿走向表現出膨大變窄、尖滅再現的特征。在嘉陵江二段(T12)紫紅色泥質粉砂巖與嘉陵江組三段(T13)碳酸鹽巖之間的層間滑脫構造內也發現有鈾多金屬礦化(圖6b)。這些鈾多金屬礦體或礦化均受層間破碎帶或層間滑脫構造控制, 進而表明大際山地區存在多套層間破碎帶和層間滑脫構造, 對鈾多金屬礦體具有明顯的控制作用。

圖6 大際山礦區受層間破碎帶/層間滑脫構造控制的鈾多金屬礦化照片

4 大際山鈾多金屬礦床定位條件分析

大際山鈾多金屬礦床位于七舍?革上斷裂的分支斷裂F1和F2所圍限的區域內, 七舍?革上斷裂帶長約25 km, 走向NE45°～65°, 傾向NW, 傾角約為65°～80°(圖7), 斷層矢量滑移分析表明, 控礦斷裂F2形成于NWW-SEE向伸展作用之下。通過對七舍?革上斷裂進一步追索, 在革上村北東側(XY2042觀測點)發現較好的構造形跡(圖7a), 野外可見卷入斷裂內的巖石主要為嘉陵江組一段白云質灰巖, 形成大量構造角礫巖、碎裂?碎粒巖和斷層泥等構造巖, 其中, 構造角礫巖的角礫成分以白云巖、灰巖為主, 其次為灰綠色粉砂巖, 呈大小混雜的棱角?次棱角狀, 表現為張性?張扭性斷裂特征, 斷裂帶內發育多條斷續的次級破裂面, 局部可見清晰的擦痕與階步, 擦痕與階步之間的相互關系指示為左旋張扭的力學性質。通過斷層滑動矢量數據反演, 獲得該觀測點三軸主應力1、2和3分別為213°/8°、99°/70°和306°/17°, 也顯示其形成于NWW-SEE向伸展作用之下(圖7d)。值得一提的是, 在該處破碎帶內發現有浸染狀黃鐵礦化和有機碳化等熱液蝕變跡象, 并顯示出鈾多金屬礦化異常信息(圖7e、f)。另外, 在七舍?革上斷裂西南段魯布格鎮附近(XY2039觀測點)也可見卷入斷裂帶的嘉陵江組白云巖, 并普遍形成構造角礫巖和碎裂巖, 亦發育多條次級斷裂面, 產狀為53°～58°/NW∠63°～68°, 斷裂面上清晰的擦痕與階步反映出左旋張扭的運動學特征(圖7g)。斷層滑動矢量分析獲得該點三軸主應力1、2和3分別為212°/8°、107°/61°和306°/27°, 亦反映出NWW-SEE向伸展(圖7h)。由此表明, 七舍?革上斷裂具有左旋張扭的運動學特征, 形成于NWW-SEE向伸展作用之下。前人在1∶20萬區域地質調查中也認為七舍?革上斷裂具有左行走滑的運動學特征, 并初步估算走滑位移量為1.5 km(朱佑夫等, 1977)。

圖7 七舍?革上斷裂帶運動學解析(a～h)及其對大際山鈾多金屬礦床空間定位作用分析(i)

已有研究表明, 具有走滑性質的斷裂構造, 斷面彎曲形態和滑動矢量方向的不同會引起彎曲部位的應力集中或分散, 形成收斂擠壓區和離散拉張區(Sylvester, 1988; 王義天和李繼亮, 1999; 肖坤澤和童亨茂, 2020)。其中, 收斂擠壓區主要形成一系列逆斷層和擠壓隆起等壓扭性變形樣式, 不利于成礦流體或熱液的貫通與遷移; 而離散拉張區則通常發育正斷層、拉分盆地和地塹塊體等張扭性構造, 是成礦流體或熱液大規模遷移和匯聚的理想場所, 控制了各類金屬礦產的形成與分布(陳宣華等, 2009)?，F有分析表明, 七舍?革上斷裂沿NE-NEE方向呈帶狀分布特征, 延伸至大際山礦區附近, 斷裂向北逆時針偏轉了約15°～25°, 形成類似“S”型的形態樣式, 這種偏轉在左行張扭的運動過程中直接導致離散拉張區的形成, 形成張性的擴容空間(圖7i), 使得成礦流體在此大量遷移和匯聚, 從而實現了對大際山鈾多金屬礦床空間分布的控制, 其中, 礦床南北兩側的邊界斷裂F1和F2均為七舍?革上斷裂帶中離散拉張區的伴生構造。

5 成礦構造體系分析

構造與成礦具有密不可分的動態耦合關系(陳宣華等, 2009)。同一礦區內不同控礦構造樣式是形成于同一構造體系, 還是分屬于不同構造體系? 其基本前提是確定這些構造樣式是否存在著成生聯系。同一構造體系的構造在構造形態、構造方位、力學性質和變形的規模及強度等方面可以有所不同, 但它們必須在同一地質時期通過一定方式外力作用下, 由同一構造應力場所形成的一個變形整體(韓潤生等, 2003)。本次研究在詳細的控礦構造解析的基礎上, 通過對礦區內不同級別、不同方向斷裂和褶皺構造的分期配套, 結合區域構造演化厘定出三種構造體系, 并依據其成生發展關系由早到晚分為: 早北東向構造帶、晚北東向構造帶和北北西向構造帶。

5.1 早北東向構造帶

早北東向構造帶主要以褶皺和逆沖斷裂為特征, 其中, 雄武背斜及其西北翼托克逆沖斷層所構成的沖斷?褶皺構造是早北東向構造帶的重要組成部分。詳細的野外調查發現, 托克逆沖斷層走向NE-SW, 傾向SE, 傾角較緩(20°～47°), 將較老的下三疊統碎屑巖直接逆沖至較年輕的中三疊統白云巖之上(圖8a), 并在斷層上、下兩盤形成一系列次級斷層破裂面和構造透鏡體。構造透鏡體長軸方向與斷裂破裂面傾向一致, 呈定向排列特征(圖8b、c), 在次級斷層破裂面上可見有清晰的擦痕和階步, 通過斷層滑動矢量分析獲得三軸主應力1、2和3分別為308°/6°、43°/9°和190°/78°, 反映其形成于NW-SE向擠壓作用之下(圖8d)。卷入變形的最新地層為中三疊統關嶺組白云巖, 暗示早北東向構造帶形成時代應晚于中三疊世。結合以往構造地質學研究成果, 燕山早期(～170 Ma)古太平洋板塊低角度俯沖于華南大陸之下, 在華南大陸腹地形成強烈的NW-SE向擠壓作用, 導致華南地區形成寬～1300 km的NE向逆沖褶皺構造帶(徐先兵等, 2009; Dong et al., 2015; 顏丹平等, 2018), 并在湘中漣源、鄂西南湘北和桂西北南丹?荔波等多個地區識別出NE向褶皺構造系橫跨疊加在印支期近E-W向褶皺構造系之上, 形成疊加干涉褶皺(張岳橋等, 2009; 吳玉等, 2019)。在右江盆地貞豐和隆林地區也發育一系列NE-SW向沖斷褶皺構造(楊坤光等, 2012; 董儉萌, 2019), 與燕山早期的主擠壓應力方向一致。由此推測研究區早北東向構造帶很可能形成于燕山早期NW-SE向擠壓應力作用之下。該期擠壓作用不僅導致雄武沖斷?褶皺構造的形成, 并在雄武背斜東南翼伴隨發育了一系列低級序次級褶皺(如大際山向斜、泥尾背斜、羊際山向斜等), 在褶皺過程中能干性不同的巖性界面形成多套層間滑脫構造或層間破碎帶, 為后期成礦流體的側向運移和礦質的沉淀富集提供有利的通道, 成為“層控型”鈾多金屬礦體有利的成礦結構面。

圖8 大際山及其周緣地區三期構造帶發育特征及其分期配套

5.2 晚北東向構造帶

晚北東向構造帶主要由NE-NEE向張扭性斷裂組成, 如七舍?革上斷裂、魯坎斷裂和燙德斷裂等。這些斷裂呈舒緩波狀, 傾向NW或SE, 傾角較陡, 約75°～85°, 斷裂帶內可見構造角礫巖、初碎裂巖、碎裂巖和斷層泥等構造巖, 伴隨發育大量的斷層破裂面, 部分破裂面上發育清晰的擦痕與階步, 擦痕傾伏角較小, 介于20°～35°之間, 形成兼有走滑性質的正斷層, 由前文可知這些斷裂主要形成于NWW-SEE向伸展作用之下。這期伸展構造在大際山礦區內表現得尤為明顯, 在礦區東北側魯坎村后可見一系列張性?張扭性正斷層切割下三疊統嘉陵江組, 形成眾多露頭尺度的地塹?半地塹構造(圖8e); 在魯坎水庫附近還可見該期張扭性正斷層截切NW-SE向擠壓作用下形成的復式小褶皺(圖8f、g), 揭示NWW-SEE向伸展形成于NW-SE向擠壓之后。結合區域構造演化表明, 古太平洋板塊向華南大陸之下的持續俯沖, 俯沖角度變陡, 由于俯沖板片的拆沉使得華南大陸在燕山晚期(100～135 Ma)經歷了由擠壓向伸展的構造體制轉化, 形成大量NE-NEE向白堊紀斷陷盆地(舒良樹等, 2004; Li et al., 2012)和長軸為NE-SW向的伸展穹窿(Lin et al., 2000; Li et al., 2013; 林偉等, 2019), 這些盆地和穹窿均反映出NW-SE向伸展作用, 與本區晚北東向構造體系表現出NWW-SEE向伸展近一致, 因此推測該構造帶可能為燕山晚期伸展作用下的產物, 黔西南及其周緣地區晚白堊世基性?超基性巖脈的發現進一步支持這期伸展構造的存在(陳懋弘等, 2009; Liu et al., 2010; 宋昊等, 2019)。晚北東向伸展構造形成的NE-NEE向張扭性斷裂是深部成礦流體運移的重要通道, 為后期礦床的定位和“斷控型”鈾多金屬礦體提供了關鍵的場所和空間。

5.3 北北西向構造帶

北北西向構造帶主要由NNW向展布的褶皺和壓性斷裂以及NNE向壓扭性走滑斷裂構成。其中, NNW向壓性斷裂規模較大, 在馬格鬧?丫口上?白古一線可見一條長約25 km, 寬約20～25 m的NNW向斷裂(圖8h), 該斷裂傾向SEE, 傾角約為40°～60°, 斷裂帶內發育顯著的構造透鏡體、碎裂巖和片理化斷層泥等。其中構造透鏡體最大可達1.5 m×0.8 m, 小則幾十至十幾厘米, 其長軸方向統一傾向NEE, 與斷裂帶產狀一致, 圍繞構造透鏡體可見一系列片理化斷層泥和斷層破裂面(圖8i), 在局部破裂面上發育有清晰的擦痕和階步。利用斷層矢量滑移方法, 獲得三軸主應力1、2和3分別為82°/1°、352°/18°和175°/72°, 顯示該斷裂是在SWW-NEE向擠壓作用下形成的(圖8j), 由于NNW向壓性斷裂直接截切了七舍?革上斷裂, 所以SWW-NEE擠壓明顯晚于NWW-SEE向伸展。另外, 該期擠壓作用隨著應力傳播, 在雄武背斜東北端形成NNW-SSE向褶皺, 并疊加在早期NE-SW向褶皺之上, 形成“L”型橫跨疊加褶皺(圖8k)。前人研究表明在印度?歐亞兩大板塊持續碰撞匯聚過程中, 高原物質向東、東南以及向西等方向發生了大規模擴散和逃逸(Tapponnier and Molnar, 1976; Zhang et al., 2004), 在向東、東南方向逃逸(或擠出)過程中派生出近EW向的擠壓應力, 與本區北北西構造帶所具有的SWW-NEE向擠壓應力近于一致。因此, 北北西構造帶應形成于喜山期印?亞板塊碰撞派生的側應力之下, 該期擠壓應力場不僅在貴州大部分地區普遍存在(秦守榮和劉愛民, 1998), 而且在整個右江盆地均有發現(聶冠軍等, 2019; 吳玉等, 2019)。這期擠壓作用在大際山礦區內形成的構造形跡較弱, 僅發育一些小規模NNE向壓扭性走滑斷裂, 在與NE-NEE向張扭性斷裂復合疊加的部位形成少量“斷控型”鈾多金屬礦體, 但較強的擠壓作用驅動了成礦流體從勢能高的地方向勢能低的地方運移, 由此來控制礦質的沉淀和礦體的就位。

6 構造控礦規律和控礦模式

6.1 構造控礦規律

雄武地區構造活動強烈, 具有多期復合疊加特征, 對大際山地區鈾多金屬礦床(體)的形成和就位起著至關重要的作用。綜合不同類型和期次的構造控礦特征, 對礦床、礦體的控制作用主要表現在以下幾個方面:

(1) 通過前人地面放射性能譜和大比例尺土壤化探測量, 揭示區內鈾多金屬礦化與NE-NEE向七舍?革上斷裂、魯坎斷裂和燙德斷裂等斷裂帶關系密切(徐偉等, 2020), 所有鈾多金屬礦床、礦(化)點都集中分布在這三條張扭性斷裂附近及其所圍限的區域內。因此, NE-NEE向的七舍?革上、魯坎和燙德等斷裂是該區最重要的導礦和儲礦構造, 控制了礦區的空間展布, 為礦區一級控礦構造, 是成礦流體向淺部運移的主要通道。

(2) 大際山鈾多金屬礦床主要產出在NE-NEE向七舍?革上斷裂凹凸轉換的拉張部位, 分別由分支斷裂F1和F2所圍限。該轉換拉張部位實際是由七舍?革上斷裂左旋張扭的運動過程中形成的一個離散拉張區, 為成礦流體的遷移和匯聚提供良好的低壓擴容空間, 從而實現了對鈾多金屬礦床的定位。因此, NE-NEE向張扭性斷裂帶內的凹凸轉換的拉張部位(即離散拉張區)為礦區二級控礦構造, 是礦床的配礦構造。

(3) 由NE-NEE向分支斷裂F1和F2所圍限區域內還發育有寬緩的大際山向斜, 在能干性差異較大的巖性界面附近往往形成層間破碎或層間滑脫構造。進一步的控礦構造解析顯示, 礦區內所有的鈾多金屬礦體均賦存在張扭性分支斷裂F1和F2及其與之貫通的層間破碎帶、層間虛脫部位和NNE向壓扭性斷裂構造之內, 形成“層控型”和“斷控型”礦體。這些構造是礦質沉淀、富集的重要場所, 直接控制了規模不等、形態不同的礦體分布, 為礦區三級控礦構造, 同時也是重要的儲礦構造。

綜上所述, 不同類型和期次的構造相互貫通, 形成一套復雜的控礦構造網絡, 各級控礦構造相互配套, 分工明確, 為鈾多金屬成礦流體運移和礦床(體)的定位提供了有利的空間和通道。

6.2 構造控礦模式

基于上述對成礦構造體系和構造控礦規律分析, 結合鈾多金屬成礦時代, 構建了大際山鈾多金屬礦床構造控礦模式:

(1) 燕山早期(成礦前), 受古太平洋板塊向華南大陸之下俯沖作用的影響, 興義地區發生強烈的陸內改造和構造變形, 形成早北東向構造帶。其中雄武地區形成了具有沖斷?褶皺構造特征的雄武背斜, 在雄武背斜東南翼還伴隨發育有多個次級復向斜和復背斜, 并在能干性差異較大的巖性界面發生層間破碎或層間滑脫(圖9a), 為后期成礦流體側向運移提供了有利通道和空間。

1. 下三疊統嘉陵江組一段; 2. 下三疊統飛仙關組二段; 3. 三疊系; 4. 二疊系; 5. 石炭系; 6. 泥盆系; 7. 碎屑巖; 8. 碳酸鹽巖; 9. 砂巖; 10. 泥巖; 11. 斷層; 12. 鈾多金屬礦體。

(2) 燕山晚期(成礦前), 區域構造應力場由擠壓向伸展轉化, 在雄武背斜東南翼形成了晚北東向構造帶, 即多條NE-NEE向張扭性斷裂構造。這些張扭性斷裂切割和圍限了早期形成的復向斜和背斜, 其兼有左旋走滑的運動學特征。受走滑方向和斷裂幾何形態聯合控制作用在大際山地區形成離散拉張區, 并配套發育有F1和F2分支斷裂(圖9b), 導致后期成礦流體易匯聚于此, 為大際山鈾多金屬礦床定位提供了主要空間。

(3) 喜山期(成礦期), 受青藏高原向東側向擠出的應力傳播作用, 派生出近EW向(或NEE-SWW向)擠壓應力場, 形成北北西向構造帶, 其不僅在大際山礦區外圍形成NNW向壓性斷裂和褶皺構造, 同時在礦區內還發育一系列規模較小的NNE向壓扭性走滑斷裂, 其不僅進一步切割和破壞了早期形成的復向斜和背斜, 并且還疊加在第二期NE-NEE向張扭性斷裂構造之上。喜山期近EW向(或NEE-SWW向)擠壓作用還驅動了盆地內深循環的成礦流體從勢能高的地方向勢能低的地方進行遷移, 即沿垂向的NE-NEE向張扭性斷裂向淺部低應力區運移, 并在合適的部位沉淀成礦, 形成脈狀、透鏡狀等“斷控型”礦體(圖9c)。當成礦流體沿NE-NEE向張扭性斷裂向上運移至與層間破碎帶或層間滑脫構造相貫通的部位, 成礦流體趨于向層間破碎帶或層間滑脫構造發生側向貫入?交代成礦, 形成似層狀、層狀和透鏡狀的“層控型”鈾多金屬礦體。而與NE-NEE向張扭性斷裂疊加的NNE向壓扭性斷裂由于其圈閉作用也可以形成部分“斷控型”礦體(圖9d)。

7 找礦預測

大際山鈾多金屬礦床發現于20世紀五十年代末, 1968年曾由貴州省地質局112地質隊完成普查勘查。當時的找礦線索和礦化信息都集中在淺表, 且礦區內鈾多金屬礦體與賦礦地層產狀一致, 礦體呈層狀或似層狀等特征, 因而將其歸為碳硅泥巖型鈾礦床中的沉積?成巖亞類, 后期僅疊加有少量的熱液改造(李文明和陳占農, 1968; 鄭懋榮, 2005)。受這一層控礦床觀念的影響, 礦區內所有鉆探工程查證均集中在200 m以淺, 以尋找受地層控制的鈾多金屬礦體為主。近年來, 核工業二八〇研究所在大際山地區開展了1∶1萬土壤化探測量, 發現鈾多金屬礦化與NE-NEE斷裂構造關系密切(徐偉等, 2020), 礦石組構特征與鈾賦存狀態也反映出低溫熱液型鈾礦床類型(潘澄雨等, 2021)。本次通過詳細的控礦構造解析研究, 進一步揭示大際山鈾多金屬礦化受垂向斷裂和層間破碎帶/層間滑脫構造聯合控制, 構造成為該區找礦突破的第一要素, 鈾多金屬找礦思路發生了根本性轉變。

為進一步探索和查明大際山礦區深部含礦空間的展布和延伸情況, 核工業二八〇研究所于2019年在大際山礦區及外圍開展了CSAMT(可控源音頻大地電測)地球物理探測, 此次共布置了L1901～L1903三條測線。其中L1903測線位于魯坎村至水淹壩一帶, 測線方向140°, 其北西段正好穿越了大際山鈾多金屬礦床(圖7), 視電阻率反演獲得斷面圖顯示上部中高阻、中間中低阻、下部高阻的特征(圖10)。從上部中高阻至下部高阻可見有多條陡傾的低阻帶發育, 野外淺表查證正好對應于NE-NEE向七舍?革上斷裂、魯坎斷裂和燙德斷裂。在1250 m和1700 m附近發育兩條傾向相反的低電阻帶, 在地表分別對應于NE-NEE向七舍?革上斷裂帶的南北兩條分支斷裂F1和F2。另外, 在剖面圖上可見F1和F2兩條分支斷裂所夾持的區域內呈現出高阻?低阻?中高阻?低阻?高阻相互交替的特征, 反映不同的巖性界面和層間破碎帶。并且視電阻率具有“中間低、兩端高”的特征, 這與大際山向斜的幾何形態特征一致, 暗示大際山礦區深部仍存在多套受向斜褶皺控制的層間破碎帶或層間滑脫構造。結合大際山鈾多金屬礦化主要受NE-NEE向張扭性斷裂及其與之貫通的層間破碎帶/層間滑脫構造聯合控制的基本特征, 認為大際山礦區深部(埋深300～700 m)仍具有較好的鈾多金屬成礦潛力和找礦前景。

圖10 大際山礦區L1903可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)反演剖面圖

由于大際山礦床定位于NE-NEE向張扭性斷裂帶內的凹凸轉換的拉張部位, 因此, 在區域找礦方面應注重NE-NEE向張扭性斷裂的追索, 尤其是尋找斷裂平面上呈“S”形拐彎部位。這些部位在左旋張扭的運動學過程中往往形成拉張低應力區, 有利于成礦流體的匯聚和礦床(體)的形成。在大際山礦區西南側黃泥堡?下銀廠地區存在NE-NEE向魯坎斷裂及其類似的拉張低應力區(圖1), 地表出露有下三疊統嘉陵江組碳酸鹽巖和碎屑巖等巖性組合, 與大際山礦床成礦條件極為相似。1∶1萬土壤化探也顯示區內U、Mo綜合異常濃度較高、空間套合關系較好(徐偉等, 2020), 且地表已發現多處鈾多金屬礦(化)點。綜合分析認為該區具有較大的鈾多金屬找礦潛力, 是下一步外圍找礦勘查的有利地段。

8 結 論

(1) 大際山鈾多金屬礦床位于雄武背斜東南翼, 夾持在NE-NEE向七舍?革上斷裂所圍限的大際山向斜之中, 構造分級控礦特征顯著。區域NE-NEE向張扭性斷裂帶控制了成礦區帶的整體展布, 張扭性斷裂帶凹凸轉換拉張部位決定了礦床的產出部位。與NE-NEE向張扭性斷裂貫通的層間破碎帶、層間滑脫部位和NNE向壓扭性斷裂控制了礦體的形態和規模, 形成“層控型”和“斷控型”兩種鈾多金屬礦體。

(2) 礦區內構造行跡反映出三期構造體系的成生發展, 從早到晚依次為早北東向構造帶(燕山早期)、晚北東向構造帶(燕山晚期)和北北西向構造帶(喜山期)。其中, 早北東向構造帶為成礦流體的側向貫入?交代成礦提供了先決條件, 晚北東向構造帶為成礦提供了良好的導礦、容礦空間和礦床就位場所, 北北西向構造帶則驅動了成礦流體從勢能高的地方向勢能低的地方運移。

(3) 依據區內控礦構造特征和成礦構造體系, 構建NE-NEE向張扭性斷裂構造與層間破碎帶/層間滑脫構造聯合控礦模式, 并通過音頻大地電磁測量, 將淺表構造解析與深部地球物理解譯相結合, 開展了找礦預測, 認為大際山礦區深部(埋深300～700 m)仍具有較大的找礦空間。此外, 大際山礦區西南側黃泥堡?下銀廠地區存在與大際山礦區類似的轉換拉張區域, 可作為今后外圍找礦的有利地段。

致謝:中國地質大學(北京)張達教授和昆明理工大學韓潤生教授認真審閱了本文, 并給予了寶貴的建設性意見和建議, 在此一并致以誠摯的感謝！

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Analysis of Ore-controlling Structures and Prospecting Prediction of Dajishan Uranium Polymetallic Deposit in Xiongwu Area, Southwest Guizhou

WU Yu1, XU Wei2, XIE Bo3, WANG Jian1, LIU Kaikun4, QIU Linfei1, XIAO Changhao5, ZHANG Wengao5, PENG Song4

(1. CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Techniques, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China; 2. No.280 Institute of Nuclear Industry, Guanghan 618300, Sichuan, China; 3. Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, China; 4. Nuclear Resources Geological Survey Institute of Guizhou Nonferrous Metal and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau, Guiyang 550005, Guizhou, China; 5. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China)

TheDajishan U-polymetallic deposit is located inside a carbonate platform, Southwest Guizhou, and the orebodies are hosted in the Jialingjiang Formation carbonate and clastic rocks. Field observation and structural analysis revealed that the ore-controlling structures in the deposit consist of the NE-NEE-striking transtensional fault, the NNE-striking compressional fault, and the interformational fractured zone, which control the emplacement of the “fault-controlled” and “stratabound” U-polymetallic ore bodies. The Dajishan U-polymetallic deposit is obviously controlled by the hierarchical structures, such as the region NE-NEE-striking transtensional fault controlled the distribution of the U-polymetallic mineralization belts, the localization of the U-polymetallic deposit is controlled by the extensional duplex of the NE-NEE-striking transtensional fault and the NNE-striking compressional fault, the interformational fractured zone and the interformational detachment structures which connected with the NE-NEE-striking transtensional fault yielded the space for the ore body emplacement. According to the crosscutting relationship of the different structural styles, three metallogenic tectonic systems can be recognized in the Dajishan area, the early NE-trend structural belt in the early Yanshanian, the late NE-trend structural belt in the late Yanshanian, and the NNW-trend structural belt in the Himalayanian, respectively. The early NE-trend structural belt controlled the formation of the interformational fractured zone which provides a prerequisite for the lateral migration of ore-bearing fluid. The late NE-trend structural belt controlled the formation and distribution of the NE-NEE transtensional fault, and provided space for the vertical migration of ore-bearing fluid and the emplacement of the Dajishan U-polymetallic deposit. The NNW-trend structural belt not only triggered the formation of the NNE-striking compressional fault, but also drove the migration of ore-bearing fluid. Based on reconstruction the history of the metallogenic tectonic evolution, it can be inferred that the deposit was formed under the conjunct control of the NE-NEE-striking transtensional fault and the interformational fractured zone. Moreover, combining shallow structure analysis and deep CSAMT geophysical exploration, a promising exploration prospecting is predicted at the deep and peripheral parts of the Dajishan U-polymetallic deposit. This model may be applicable to analogous settings elsewhere in the Southwest Guizhou and provide a new approach for U-polymetallic prospecting and exploration.

ore-controlling structure; metallogenic tectonic system; ore-prospecting; Dajishan uranium polymetallic deposit; Southwest Guizhou

2021-12-10;

2022-08-06

國家自然科學基金項目(41802218)、中國核工業地質局鈾礦地質科研項目(D2310)、中國地質調查局地質調查項目(DD20230293)和四川省科學技術廳成果轉化示范項目(2021ZHZY0008)聯合資助。

吳玉(1987–), 男, 博士, 高級工程師, 從事區域構造與礦田構造研究。E-mail: 21wu.yu@163.com

P542;P613

A

1001-1552(2023)06-1203-017

10.16539/j.ddgzyckx.2023.06.001