膠東含金剪切帶韌-脆性變形轉換與成礦

摘要：膠東剪切帶型金礦床產出受韌－脆性變形構造控制。韌－脆性構造轉換對礦床（體）形成和分布的控制作用，具有重要的理論和實際意義。研究表明，變形條件不同，剪切帶巖石蝕變類型存在差異。韌性變形多形成絹英巖化、綠泥石化，而脆性變形則以鉀長石（鈉長石）化、石英－黃鐵礦－多硫化物化和碳酸鹽化為主。蝕變巖型和石英脈型金礦床的礦石組成、礦石結構構造等特征表明，兩類型金礦床的形成都經歷了韌－脆性變形的多期次轉換。區域應力松弛引起剪切帶由韌性變形向脆性變形的大規模轉換，可能是形成膠東礦集區金巨量富集的主要因素。

關鍵詞：剪切帶 韌－脆性轉換 金礦 膠東

膠東礦集區蝕變巖型和石英脈型金礦床的產出受韌-脆性構造控制。傳統研究一般認為蝕變巖型（焦家式）金礦床產于深部高溫韌性條件，石英脈型（玲瓏式）金礦床產于淺表低溫脆性條件。隨著勘探程度的提高，逐漸認識到，同一礦田（床）蝕變巖型和石英脈型礦體，并沒有垂向的“韌-脆性”分帶規律。如焦家金礦床和玲瓏金礦田中，蝕變巖型礦體靠近主斷裂帶，石英脈型則遠離主斷裂帶；靈山溝金礦床不同勘探深度，依次出現石英脈型（-20m以上）、蝕變巖型（-20 m～-90 m）和石英脈型（-90m以下）礦體；望兒山金礦床-150 m以下，30線以北主要為石英脈，30線以南則以蝕變巖型為主。同時，作者在開展大磨曲家和大尹格莊蝕變巖型金礦床顯微構造研究時發現，剪切帶巖石經歷了多期次韌-脆性變形，并非脆性構造對韌性構造的簡單疊加。那么，剪切帶韌-脆性變形轉換的機制是什么，它對蝕變巖型和石英脈型礦體形成和分布又有著怎樣的控制作用。本文從剪切帶構造演化、巖石變形特征、蝕變演化及構造變形-流體輸運-水巖反應綜合分析來對上述問題進行探討。

1. 礦床基本特征

前人已對膠東蝕變巖型和石英脈型礦床產出構造背景、礦床地質地球化學做了詳細的論述[1-4]。這里以同存在兩類型礦石的焦家金礦為例（圖1），簡要介紹其基本特征。

1.1蝕變巖型

礦體多賦存于花崗巖邊部與老地層接觸斷裂帶，靠近巖體的碎裂黃鐵絹英巖內。礦體與主斷裂面平行，產狀平緩，傾角在30°～60°之間。與圍巖分界模糊，礦體數量少，單個金礦體呈寬大的“餅狀”、透鏡狀，礦體連續性好，礦化穩定。礦石類型為浸染狀黃鐵絹英巖型、細脈浸染狀花崗巖型、網脈狀黃鐵絹英質碎裂花崗巖型。以黃鐵絹英巖為中心，向外依次為絹英巖化碎裂花崗巖、鉀化花崗巖及正常花崗巖。

1.2 石英脈型

礦體產在玲瓏花崗巖體內的斷裂帶，斷裂及礦體產狀陡立，傾角多為70°～80°，傾向與主斷裂面傾向相反。礦體與圍巖分界清楚，礦體規模小、數量多。礦石類型為含金石英脈和含金硫化物石英脈復合型，多呈網脈狀、條帶狀。以含金黃鐵礦石英脈或石英黃鐵礦脈為中心，向兩側逐漸為弱黃鐵絹英巖化、絹英巖化、鉀化。從邊緣到中心，交代或充填時序逐次推遲[6]。

礦田(區) 中的主干斷裂構造往往控制蝕變巖型金礦，主干斷裂伴生或派生的小規模次級構造往往控制石英脈型金礦。

2. 控礦構造演化

對焦家式金礦成礦構造演化有不同認識。劉石年[6]成礦前為壓剪性、成礦期右行斜沖轉變為左行正斷。楊敏之等[7]認為焦家式金礦控礦構造經歷了壓扭性韌性剪切、壓扭性脆性變形、張裂隙活動三個階段，李兆龍[8]、范永香等[9]認為其經歷了左行逆沖韌性變形、左行壓扭脆性變形、右旋張扭礦化蝕變、左行壓扭斷層泥四個階段，呂古賢等[2]認為其經歷了韌性扭壓、脆韌性壓扭、韌脆性張扭、韌脆性扭張和脆性引張5個階段，而區域應力場主應力方位在成礦前→成礦期→成礦后，發生了NWW→NE→NW向變化[10]。盡管在控礦構造演化具體細節上，不同學者認識上存在差異。但研究大都認為膠東大型-超大型金礦床受控于經歷了韌-脆性剪切、擠壓-拉張復雜變形疊加構造[11]。

3. 巖石變形

蝕變巖型和石英脈型金礦床的賦礦剪切帶明顯經歷了不同程度的韌-脆性變形。斷裂帶發育碎裂巖、角礫巖、糜棱巖。構造角礫巖中角礫成分為糜棱巖或脆裂巖，膠結物中有粒狀黃鐵礦分布。金城金礦晚期絹英巖中可見鐵碳酸鹽黃鐵礦黃銅礦脈的角礫、碎裂巖角礫、硅質巖角礫、鐵碳酸鹽角礫及其他較早形成的礦石角礫[12]。采自東季金礦床鉀長石化花崗巖中含金粗粒黃鐵礦石英大脈，脈寬數十厘米，脈中沿碎裂裂隙有黃鐵礦分布，脈中石英具明顯波狀消光、細粒化、緞帶狀等韌性、脆韌性變形特征[13]。

大磨曲家蝕變巖型金礦床顯微構造特征也證實了多期次韌-脆性變形轉換的存在。可見到晚期長石中包裹早期長石角礫，角礫呈棱角狀、次棱角狀不等；后期韌-脆性“X”型剪節理切穿了早期的長石角礫（圖2a）。早期脆性變形的石英產生微破裂和細粒化，分別在顆粒內部（圖2c）和邊界（圖2b）形成破碎；石英顆粒（Q1）內部的微裂隙被后期石英（Q2）、絹云母、黃鐵礦充填。晚期韌性變形，早期石英顆粒（Q1）組成書斜構造，又被后期動態重結晶石英顆粒（Q3）包圍（圖2c）。還可見韌性變形的石英動態重結晶顆粒被后期脆性裂隙切割，產生明顯的位移（圖2d）。

4. 蝕變礦化

流體在剪切帶中輸運，與巖石發生水巖化學反應，形成了鉀長石化、絹英巖化、石英-黃鐵礦-多硫化物化、碳酸鹽化等蝕變和礦化。

3.1鉀長石化

早期脆性變形，巖石產生微破裂，導致顆粒尺度的微裂隙和細粒化（圖2b）。破裂作用使得巖石孔隙度升高[14]，與此同時，巖石破裂帶剛好是一個降壓帶[15]。降壓作用導致巖石中流體壓力梯度的出現，并進一步促進圍巖中孔隙流體進入斷裂帶中。流體中的K強烈交代花崗巖斜長石中的Na，交代作用受巖石微破裂的制約，形成了透入性浸染狀鉀長石化。

3.2絹英巖化

隨著水巖相互作用增強，巖石中鉀長石進一步蝕變，生成絹云母和石英。計算發現，絹英巖化過程中巖石體積大量虧損（公式1-1）。3mol鉀長石蝕變生成絹云母和石英過程中，巖石體積減少75cm3，即體積虧損14％。絹云母容易沿平行主剪切面定向排列，增加了巖石孔隙連通性和流體的滲透率，流體-巖石化學反應進一步增強。

3KAlSi3O8（鉀長石）+2HCl=KAl3Si3O10(OH)2（絹云母）+6SiO2（石英）+2KCl(aq) △V 1-1

325cm3/mol 142cm3/mol 138cm3/mol 75cm3/mol

3.3硅化-黃鐵礦化

擴容空間內流體壓力的降低，導致石英的迅速沉淀，致使剪切帶巖石孔隙度和滲透率的降低以及流體壓力的增加。流體不斷匯聚，形成高壓流體。當流體壓力Pf >（σn + T）時（σn為載荷壓力或正應力，T為抗張強度），導致水壓破裂。形成含金石英脈和網脈狀石英-黃鐵礦化。

5. 構造-流體分析

膠東蝕變巖型和石英脈型具有同樣的圍巖蝕變和礦化階段，礦物物質相同，有相近的成礦溫度、壓力范圍和穩定同位素及稀土組成[4]。不能僅據賦存蝕變巖型金礦石的主剪切帶發育了較強的韌性變形，而石英脈型礦石以脆性變形為主，就判斷它們為不同構造層次的變形產物。而且，研究發現，即使同處招平斷裂帶的大磨曲家和大尹格莊蝕變巖型金礦床，其顯微構造特征也存在明顯差異。前者巖石的韌性變形較發育，多見書斜構造、石英動態重結晶；后者以脆性變形為主，多見顆粒細粒化。

5.1流體-巖石相互作用

天然與實驗巖石變形研究也表明，流體相的介入可以導致上地殼環境中巖石脆韌性轉變及韌性破裂作用發生和發展[15]。

壓剪性條件下，巖石產生脆性變形，形成微破裂和碎裂流。微破裂作用多始于顆粒邊界[16]，也可以始于相鄰顆粒或晶內包體顆粒的一些端點，或始于晶內雙晶和解理面。破裂的側向延伸、相近破裂系統的聯合，在地層和巖體接觸帶形成破裂面。流體以滲流方式運移，與巖石發生化學反應形成鉀長石化和絹英巖化蝕變（圖3A，B）。絹英巖化巖石進一步變形形成葉理。Zhang and Cox[17]研究發現，變形過程中粘土組構的定向會導致平行剪切帶方向流體滲透率升高兩個數量級。因此，絹英巖化蝕變過程中大量滲透流體滲入，勢必影響剪切帶的流變行為和蝕變礦化作用。

（1）流體可以通過水解弱化、降低礦物顆粒間摩擦系數等物理變化或者化學反應，改變巖石的變形機制[18，19]。流體對礦物晶鍵產生弱化作用，H2O進入硅酸鹽晶格使硅酸鹽強有力的Si-O鍵轉化為弱的多的Si-OH鍵，甚至更弱的OH-OH鍵；流體還可以增加潤滑性，較少滑動阻力，加速壓力溶解和礦物的流體相遷移，反過來幫助產生易變形的層狀絹云母。因此，“絹云母生成→水解弱化→新的絹云母生成”是一個自組織的過程，促使礦化蝕變不斷發育。

（2）絹英巖化蝕變增強了剪切帶巖石的不均一性（圖3B）。由于絹英巖化和后期的硅化、黃鐵礦化巖石具有不同的變形行為，當受到進一步的剪切作用時，導致構造變形的分解。定向排列的絹英巖化蝕變巖石，形成線性強應變帶，而夾于線性強應變帶之間的是透鏡狀或長條狀的硅化、黃鐵礦化蝕變巖組成的弱應變域。強應變帶以剪切作用為主，繼續著絹英巖化蝕變、體積虧損和流體滲入；弱應變帶則遭受不均勻縮短變形，主要形成垂直透鏡體長軸方向的張裂隙，充填石英、黃鐵礦、黃銅礦等載金礦物。隨著剪切作用的不斷深入，使透鏡體不對稱性越來越明顯，張裂脈也變得與透鏡體長軸斜交；同時透鏡體中剪切帶交織網絡的密度越來越大，構造透鏡體逐漸被新生構造片理帶切割而解體，透鏡體規模規模和數量減少，最終消失形成寬大的構造片理帶[20]。這與鄧軍等[3]描述的焦家金礦斷裂構造“斷裂面及斷層泥→擠壓片理帶→構造透鏡體帶→密集節理帶→稀疏節理帶”的分帶規律一致。

5.2區域構造應力場轉換

區域構造應力場轉換，包括控礦斷裂壓剪-張剪的轉變（圖3C）和主應力方位的變化。導致不同礦床成礦構造差應力都呈現出較寬的變化范圍：玲瓏金礦主成礦期構造差應力120～40MPa，顯微“X”剪節理測量大磨曲家金礦構造差應力104.6～45.8MPa（平均66MPa），大尹格莊差應力180.4～38.4MPa（平均89.2MPa）。

大磨曲家蝕變巖型金礦床剪切帶顯微裂隙統計計算表明，成礦前后區域差應力經歷了大（NWW）→小（NE）→大（NW）的轉換（圖3A），成礦作用發生在應力松弛階段。構造應力場轉換制約著構造-流體的脈動性。玲瓏石英脈型金礦床成礦期構造差應力整體呈降低趨勢（圖3B），流體中Au大量聚集基本可以與差應力的低值相對應。表明金成礦作用受剪壓變形構造巖相向剪張變形構造巖相轉換控制[3]。

差應力的顯著變化，不僅影響剪切帶變形性質，同時由于差應力由高值向低值轉換過程中，可能導致流體大量匯聚。Zhang and Cox[17]通過模擬實驗也研究發現，當作用在巖石上有效應力的減小（從90MPa降低為30MPa）時，剪切帶滲透率呈明顯增加趨勢。由于主剪切變形構造是熱流量大、巖石破碎程度和滲透率高、水/巖比值最高的區域，是主要的輸礦通道和儲礦場所，成礦物質首先在這里沉淀，形成強烈硅化、黃鐵礦化。破裂愈合之后，流體繼續不斷匯聚，容易形成異常高壓流體，導致水壓破裂，形成網脈狀和石英脈型礦石（圖3C）。

6. 結論

本文通過剪切帶構造變形-流體輸運-水巖反應綜合分析，取得了以下主要認識：

（1）含礦剪切帶經歷了多期韌-脆性變形轉換，并非脆性構造對韌性構造的簡單疊加；

（2）流體-巖石相互作用影響著剪切帶流變學行為，鉀長石化→絹英巖化→硅化-黃鐵礦化蝕變的形成分別形成于脆性→韌性→脆性變形不同環境，構造變形分解作用造成了主斷裂帶蝕變和礦化的分帶；

（3）區域構造體制轉換引起應力場松弛，剪切帶構造由壓剪性向張剪性轉變，導致大規模成礦作用的發生。網脈狀和石英脈型礦化為水壓破裂流體充填成因。

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