湖南衡陽清水塘礦區斷裂構造控礦特征

肖文舟, 匡文龍, 李雪宇, 譚玉陽, 賀偉紅

(1.湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭411201； 2.湖南金水塘礦業有限責任公司，湖南衡陽421600)

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湖南衡陽清水塘礦區斷裂構造控礦特征

肖文舟1, 匡文龍1, 李雪宇1, 譚玉陽2, 賀偉紅2

(1.湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭411201； 2.湖南金水塘礦業有限責任公司，湖南衡陽421600)

摘要：清水塘礦田位于斷裂帶中，礦體的形態、產狀、規模及礦化富集除與地層巖性有關外,主要受斷裂破碎帶控制。通過分析清水塘區域構造控礦特征和礦區斷裂構造控礦特征，總結了清水塘礦區斷裂構造控礦的特點，認為多組斷裂以及背斜和斷裂的交匯部位均是鉛鋅礦體的主要富集部位；在成礦演化過程中，由于構造-巖漿活動及含礦熱液的運移，斷裂張開,熱液充填沉淀結晶形成礦脈；當一部分礦液滲透到圍巖中,繼續沿微裂隙轉移、萃取、活化、重新產生壓裂,使裂隙張開,在構造-巖漿活化影響下,形成新的礦體。深大斷裂作為導礦構造控制著含礦熱液的運移空間，次級斷裂作為容礦構造控制著礦化的富集部位。

關鍵詞：斷裂；構造控礦；成礦演化；清水塘礦區；湖南衡陽

0引言

清水塘鉛鋅礦床位于湖南衡陽地洼列西北之關帝廟地彎南緣。區內地層主要由寒武系和奧陶系各類板巖組成,斷裂構造十分發育,其構造線方向主要為NNE向。礦體呈脈狀、不規則透鏡狀產于寒武—奧陶系淺變質巖系內的硅化破碎帶中,其形態、產狀、規模及礦化富集除與一定時代的地層巖性有關外,主要受斷裂帶控制。

前人已對清水塘鉛鋅礦的成礦地質條件、礦床地質特征、地球化學特征、礦床成因、成礦模式、成礦規律、找礦標志、找礦方向和成礦預測等進行過研究(宋宏邦，1991),但對清水塘鉛鋅礦床的構造-巖漿控礦特征、尤其是斷裂構造控礦特征等方面的研究涉及不多。

以清水塘鉛鋅礦床的有關地質特征為基礎，從礦脈形態、礦脈構式、礦化類型和礦化多階段性等方面探討了礦田內斷裂構造的控礦作用與鉛鋅成礦特點，結合礦田所處地質背景、地球物理與地球化學特征等,闡明區內容礦斷裂構造的控礦特征，為礦山提質擴能改造、采礦權與探礦權擴界等提供理論依據，為湖南地區鉛鋅多金屬礦床有關成礦理論和成礦規律的研究提供有益補充。

1區域地質背景

清水塘鉛鋅礦田位于關帝廟穹窿西側,祁陽山字型構造脊柱的北側，處于EW向構造、SN向構造和NE-NNE向構造的交匯部位,產在關帝廟穹窿西端的清水塘復背斜內(張愛華，2007)。區域內早古生代—新生代地層(寒武系—古近系)出露較完整，巖漿活動明顯，區域構造比較復雜,EW向構造、SN向構造、NNE向構造都很發育,不同方向的構造形跡清晰可見(圖1)。脈狀鉛鋅礦體賦存在硅化破碎帶內的裂隙中,礦化直接受復合構造的控制(孫曉棟，2014)。

圖1　清水塘區域構造略圖1-白堊系—古近系；2-泥盆系—三疊系；3-震旦系—志留系；4-元古代基底；5-加里東花崗巖；6-印支期花崗巖；7-燕山期花崗巖；8-花崗閃長巖；9-玄武巖；10-新元古代—震旦系大洋型巖石圈俯沖帶；11-轉換斷層；12-殼斷層；13-B型俯沖帶；14-背斜軸Fig.1　Regional tectonic sketch map of the Qingshuitang district

區內EW向構造為軸向近東西的復式背斜(金礦巖復背斜)、關帝廟穹窿也呈近EW向延伸，關帝廟巖體沿該穹窿核部侵入；SN向構造為一系列軸向近南北的褶皺,它們疊加在近EW向的復背斜之上,形成大小不等的穹窿和鞍狀構造；NNE向構造以斷裂為主,為一系列走向NNE的斷裂, 由于部分地段受早期構造的制約(基底構造邵陽—郴州深大斷裂帶從區內通過),這些斷裂在延伸方向上有一定的變化(賴健清等，1997)。

2主要控礦構造地質特征

清水塘礦區在大地構造位置上，處于紫云山—牛頭寨—四明山—關帝廟早期華夏系隆起地帶與祁陽山字形構造北弧復合地段(圖1)。區域構造較為復雜，褶皺、斷裂較為發育，總體構造線方向為NE-NNE。其中，褶皺構造主要有關帝廟穹窿構造，及其由穹窿構造組成的復式背斜構造；EW向的斷裂構造主要有拔茅沖—三家皂逆沖推覆斷裂；NE向的斷裂構造主要有堆頭斷裂、佘湖山—清水塘斷裂(李石錦等，1993)。

關帝廟穹窿分布于清水塘及其東部，穹窿形態呈似橢圓狀，長軸呈NW向展布，出露最老地層為元古界板溪群，核部被關帝廟巖體侵入，經風化剝蝕已不存在。區域內與清水塘鉛鋅礦有關的主要為清水塘復式背斜，背斜核部地層為寒武系，兩翼地層為奧陶系，背斜軸走向為290°左右，軸面近直立，兩翼傾角為50°左右，可見樞紐出露長度>23 km。該背斜形成于加里東期，后期受堆頭斷裂、佘湖山—清水塘斷裂的破壞，構造形態更復雜。

拔茅沖—三家皂逆沖推覆斷裂出露于清水塘礦區的北部獵馬寨一帶，呈近EW向弧形展布，斷裂帶北盤主要為泥盆紀地層，南盤為奧陶紀地層，可見奧陶紀地層逆沖蓋在泥盆紀、侏羅紀地層之上。不同地段表現出不同的變形特征，斷裂帶中片理化、炭化、透鏡化和黃鐵礦化現象比比皆是，斷面傾向南，傾角15°～40°。

堆頭斷裂、佘湖山—清水塘斷裂都從清水塘礦區通過，呈平行產出，性質相似，間距1.0～1.5 km；往北散開，間距>20 km。堆頭斷裂從清水塘礦區的西邊穿過，走向約40°，傾向SE，傾角20°～70°；佘湖山—清水塘斷裂走向約40°，傾向SE，傾角15°～60°。2組斷裂性質均為先逆沖后正-平移，它們在平面上均呈波狀彎曲，在斷裂帶中有擠壓破碎、透鏡體、片理化和硅化發育，局部發育張性角礫巖和黃鐵礦化。由這2組斷裂所構成的斷裂帶具有切割基底地層并有多期、多次活動的特征。

3礦區斷裂構造控礦特征

清水塘礦區經受加里東、海西—印支、燕山期等構造運動，構造形跡較為復雜，褶皺、斷裂較發育，不同體系、不同期次的構造形跡相互穿截、疊加、改造，為礦液活動運移和充填創造了有利的空間條件(圖2)。

圖2　清水塘礦區地質略圖Fig.2　Geological sketch map of the Qingshuitang mine

3.1礦區斷裂構造特征

清水塘礦區斷裂構造極為發育，按其與成礦之間的關系可分為：成礦前斷裂、成礦期斷裂和成礦后斷裂。其中成礦期斷裂多被礦液充填形成礦脈，故礦脈特征可以一定程度上反映斷裂構造特征。

3.1.1成礦前斷裂及其主要特征該期斷裂多被花崗巖或煌斑巖脈所充填，礦化現象不明顯。如NE走向的F20斷裂在周家嶺一帶被黑云母花崗巖巖墻所充填。該黑云母花崗巖巖墻厚度變化較大，形態不規則，在接觸帶附近角礫巖發育，板巖中的角礫具大小不一、棱角明顯之特征，反映了該斷裂為先壓扭后張性的特點，即EW向構造體系中的一組扭裂面，經后期SN向構造的疊加改造而形成規模較大的NE走向斷裂。成礦前的NW-NWW向斷裂多為煌斑巖脈所充填，且煌斑脈巖規模不大，多呈短小脈狀，連續性較差，透鏡狀產出，脈壁不平整，其力學性質屬張性，即SN向構造體系的張性結構面(吳海陸等，2010；蘇旭亮，2014)。

3.1.2成礦期斷裂及其特征成礦期斷裂系指礦區范圍內被硅質所充填的各斷裂，主要有4組。

(1) 走向10°～40°的斷裂組。礦區中該組斷裂最為發育，礦化最好，自東向西分布有11、12、9、16、8、7、2、17、18、15、1、13、1-4、1-5等斷裂。它們在平面上密集成帶，脈與脈之間側列比較明顯。單條斷裂在剖面上往往呈鋸齒狀、“S”或反“S”形，有分支、復合現象。早期硅質膠結的角礫巖中，角礫多呈棱角狀、分布雜亂、顯示張性斷裂特征(陳雪等，2010)；晚期則具張扭性特征，如9號脈，其角礫排列具有一定的方向；礦石中的條帶狀構造明顯。該斷裂組在平面上或剖面上具有追蹤“X”節理形成的特點，如8號脈，與相鄰脈及部分斷裂交叉形成“X”形(圖3)，這種特點在開采中段的平面圖和剖面圖上都有明顯體現(圖4)。該斷裂組內各斷裂的寬度一般為0.5～6.0 m，局部大于10 m，總體傾向西，傾角50°～80°，其中9號脈組在地表傾向東，往深部則傾向西(圖4)。

圖3　清水塘礦區8號脈Ⅵ中段采礦坑道礦脈形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.3　Sketch showing shape of No.8 vein in Ⅵ middle tunnel of the Qingshuitang mine

圖4　清水塘礦區9、10、12號礦脈采空區形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.4　Sketch showing shape of mined-out area in the veins No.9, 10 and 12 in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

(2) 走向170°的斷裂帶組。該組斷裂主要見于礦區的西北部，如1、13、43號脈(圖5)。充填物為早期石英膠結的板巖角礫，形成“豹斑狀”角礫巖。后經構造復合，早期的破碎角礫巖被改造，支脈較發育。其力學性質為：早期屬張性，后轉化為張扭性斷裂帶，斷裂帶寬度一般1～5 m，傾東，傾角60°～85°。

圖5　清水塘礦區1、13號礦脈形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.5　Sketch showing shape of the veins No.1 and 13 in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

(3) 走向60°～80°的斷裂組。該組斷裂主要分布于礦區南部，有F2、F66及19、14脈組(圖6)，斷裂中均被硅質充填交代，礦化較差。脈體厚度變化大，脈壁一般較平整，但常見斷裂擦痕，力學性質為壓-壓扭性，該斷裂帶寬度一般為1～5 m，傾南，傾角50°～75°。

圖6　清水塘礦區14、19號礦脈形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.6　Sketch showing shape of the veins No. 14 and 19 in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

(4) 走向110°的斷裂帶組。該組斷裂礦化極差，礦區內僅5號脈屬之，位于羅家院子北部。其特征是硅化糜棱巖角礫發育，斷裂面局部呈舒緩波狀，旁側牽引現象較發育。

3.1.3成礦后斷裂及特征該期斷裂總的特征是斷裂面較平直、緩傾斜、擦痕發育，在局部有斷裂泥產出，其力學性質屬扭-張扭性，對先期形成的礦脈有一定的破壞作用，使礦脈發生了一定程度的錯位。該期斷裂大致可分為3組。其中：(1) NNE-NE向斷裂組：主要位于各礦脈的邊部，少數斷裂斜切礦脈，如當頭沖的F120斷裂規模最大，錯距可能大于100 m，致使1-4、1-5號礦脈被錯失(圖7)；其他斷裂對礦脈的破壞不大，錯距較小，僅局部使礦脈發生位移不連續而已。(2) NEE向斷裂組及NW向斷裂組。

圖7　清水塘礦區F120斷裂切割1-4、1-5號礦脈形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.7　Sketch showing shape of the veins 1-4 and 1-5 intersected by the Fault F120 in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

上述2組斷裂在礦區不甚發育，僅見于礦區南部及西北部的局部地段；斷裂面較平直，只局部具有舒緩波狀、明顯擦痕，屬壓扭性斷裂；各斷裂規模較小，對礦體的破壞不明顯。

3.2 礦區斷裂控礦特征

清水塘礦區內的各礦體嚴格受斷裂構造控制，但褶皺構造對礦體的形成和就位，也有一定的控制作用；礦體常富集于構造疊加、應力集中、活動強烈的地段(周泉宇，2009；別立冬等，2011)。由于斷裂所處部位不一，斷塊邊界條件不同，斷裂規模不一，力學性質不同，因而控礦作用特征也不盡相同(陳冬等，2014；高偉利等，2014)。

(1) F20斷裂帶經受多次活動，其規模最大，有花崗巖墻侵入，并有含礦破碎帶。該斷裂為區內主要的控巖、控礦構造(圖2)。

(2) 礦區內的短軸小背斜對控礦起了一定的作用，尤其是短軸小背斜與斷裂構造的相交部位，通常是礦化富集地段。例如8、8-2、8-7號礦脈均處在背斜與斷裂的相交部位(圖8)。

(3) 響水巖—當頭沖一帶的NNE-NE向斷裂群，因受多次活動，故斷裂密集、規模較大。尤其是在礦區的北東部和北西部因有2組斷裂斜接，應力集中，礦脈規模大，礦化富集；在礦區的中部，斷裂活動較弱，礦脈規模小，故礦化差(圖9)。

(4) 張-張扭性斷裂主要在張應力作用下形成，常為正斷層，斷層面粗糙，多呈鋸齒狀，是礦液充填的良好空間，礦化好，如9號礦脈等(表1)；壓-壓扭性斷裂主要由壓應力作用形成，多呈逆斷層形式，斷面為舒緩波狀，斷裂帶寬大、常有斷層角礫巖，近東西向的19、14號脈及F2、F66主要為壓-壓扭性斷裂，成礦空間不利，故礦化較差(表2)。通過對鉆孔巖芯的采樣分析，由測試數據可知，這2種不同力學性質的斷裂含礦率差別較大。

綜上所述，區內礦體分布嚴格遵循構造控礦規律,主要表現在以下幾個方面。

(1) 在空間上,礦體主要分布在褶皺疊加的穹窿構造的邊緣。如：1、2、9、15號脈組等,主要分布在SN向褶皺的翼部(圖2)。

圖8　清水塘礦區8、8-2、8-7號礦脈形態示意圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.8　Sketch showing shape of the veins No. 8, 8-2 and 8-7 in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

圖9　清水塘礦區響水巖工區剖面圖(據湖南省有色地質勘查局二一七隊)Fig.9　Profile of the Xiangshuiyan work area in the Qingshuitang mine(after Team 217 of Nonferrous Geological Exploration Bureau of Hunan Province)

(2) 在剖面圖上,礦體向南西側伏,與斷裂產狀基本一致，即越往南西,斷裂延深越大，礦體埋深越大,自上而下延伸加長(圖8)。

(3) 在平面圖上,斷裂群內,各礦脈呈近似等距(200 m左右)分布,近乎平行狀排列,伴有側列、雁列現象(圖2)。

(4) 在力學性質上,成礦前和成礦期以張性,張扭性為主的斷裂，成礦較好；以壓性(如NNE、NW向斷裂F1下部)或以壓扭性(如F14、F41)為主的斷裂，成礦較差。受構造運動次數越多、力學性質越復雜的斷裂中,礦體規模越大,礦石品位越高(如F21、F3、F14、F12等)。

(5) 據化探資料分析可知，水平方向上有明顯的礦化分帶現象存在。如西部以Au、Pb、Ag礦化為主，As、Sn、Bi異常濃集明顯；中部以Zn、Pb、Cu礦化為主，Ag、As異常顯著；東部以Sb礦化為主，As、Pb、Zn、Ag、Bi異常明顯。這種分帶現象的存在，一定程度上也反映了區內斷裂構造的控礦作用。

表1　清水塘礦區9號礦脈CK120鉆孔取樣分析結果

注：測試單位為湖南省有色地質勘查局二一七隊

表2　清水塘礦區19號礦脈CK211鉆孔取樣分析結果

注：測試單位為湖南省有色地質勘查局二一七隊

(6) 成礦后的斷裂活動，對礦體的產出特征有一定的影響。如斷裂與礦體的銳角夾角>45°時,礦體往往“右行”(往右錯位)；而銳角<45°時,礦體大多“左行”,除F120斷裂使1-4、1-5號礦脈錯失100多m之外，其他礦脈的最大錯距不超過2 m。

區內鉛鋅礦體中往往存在1條夾石帶,將所在礦體分成似乎平行的2條礦脈；該夾石層厚度不大,局部地段可形成假“墻子”，在“墻子”的上盤一般含礦性較好。當礦脈出現膨脹窄縮、尖滅再現、分支復合、雁行排列等現象時,在礦體的膨脹部位、兩脈相交部位等構造有利地段,礦化往往較富(熊星等，2014)。

4斷裂構造在礦區成礦演化過程中的控礦作用

在清水塘礦區的礦液壓裂成礦演化過程中,由于構造-巖漿活動強度及成礦熱液條件(溫度、壓力、pH值、鹽度、氧逸度等)的不斷變化,導致遞進變形過程中,斷裂張開,熱液充填沉淀結晶形成脈體(宋宏邦，1991；孫麗娜，2013；薛衛沖，2013)。當一部分礦液滲透到圍巖中,繼續沿微裂隙轉移，進行萃取、活化，重新產生壓裂,使裂隙張開,在構造-巖漿活化影響下,形成新的礦體,顯示出鉛鋅成礦的多階段性。

通過野外現場考察和對已有勘探資料的研究，清水塘礦床的成礦演化過程可分為4個階段(繆柏虎等，2014)。

(1) 石英階段。表現為對裂隙的擴展充填,含有少量黃鐵礦、毒砂。

(2) 石英硫化物階段。在遞進變形過程中,裂隙張開,伴隨含礦熱液的充填壓裂,隨物理化學條件的改變,形成閃鋅礦、方鉛礦,少量黃銅礦等，為研究區的初始礦化階段。

(3) 重晶石硫化物階段。伴隨含礦熱液的充填擴容,形成閃鋅礦、方鉛礦、重晶石、石英，這是該區的主要成礦期,為疊加成礦階段。

(4) 碳酸鹽硫化物階段。在遞進變化過程的影響下,早期形成的礦脈再次破碎、張開成為礦液擴容空間、形成閃鋅礦、方鉛礦、重晶石和大量的方解石。此時，成礦接近尾聲。

礦區的成礦演化過程充分反映了礦化富集與斷裂(裂隙)控礦的關系，深大斷裂作為導礦構造控制著礦體的空間分布，次級斷裂(裂隙)作為容礦構造控制著礦化富集的部位(宋宏邦等，1993；楊喜安等；2012)。即在有利的構造-巖漿活動及成礦熱液條件下，斷裂張開,熱液充填、沉淀、結晶形成礦脈；當一部分礦液滲透到圍巖中時,繼續沿微裂隙轉移、進行萃取、活化、重新產生壓裂,使裂隙張開,在構造-巖漿活化影響下,形成新的礦體。

5結論

清水塘礦區的鉛鋅礦化富集明顯受復合構造(主要是斷裂構造)的影響，含礦富集帶主要發育在斷裂群以及背斜和斷裂的相交處(李石錦等，1999；盧吉成等，2012；鞠昌榮，2013)。

利用已有勘探資料，結合區內鉛鋅成礦規律，對礦區斷裂構造控礦特征進行研究，發現在成礦演化過程中，斷裂構造對鉛鋅成礦起到了重要的控制作用。

(1) 深大斷裂作為導礦構造控制著礦體的空間分布；礦田內NE向深大斷裂為導礦構造,其斷裂面向西傾斜,含礦破碎帶位于深大斷裂的上盤,或緊靠下盤斷面。在清水塘礦段,F20北接周家嶺巖體,由航片資料,該斷裂往南西可延至陡嶺沖,含工業礦體的破碎帶就位于F20的上盤。

(2) 次級斷裂作為容礦構造控制著鉛鋅礦化的富集部位。

(3) 多期多次活動的斷裂,特別是成礦前或成礦期有過多次活動的斷裂帶,含礦性往往較好。這些斷裂不僅控制著礦體的形態、產狀,而且嚴格控制著礦化的富集部位。

(4) 成礦前或成礦期的斷裂活動，多表現為張性或張扭性,有利礦液充填；而成礦期后的斷裂,多以壓為主,因而礦化較差。

(5) 不同方向的容礦斷裂構造交匯部位,礦化最好,如當頭沖五中段的F120斷裂上盤,是1號脈與2號脈斜接的部位,礦化極好。斷裂構造在平面、剖面上出現分支、復合的地段,礦化往往較為富集。

致謝:

野外工作期間得到了湖南金水塘礦業有限責任公司黃才華等專家的支持，樣品測試工作得到了湖南省有色地質勘查局二一七隊的大力幫助，在此一并表示感謝！

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Ore-control characteristics of the fault structures in the Qingshuitang ore district of Hengyang, Hunan Province

XIAO Wenzhou1, KUANG Wenlong1, LI Xueyu1, TAN Yuyang2, HE Weihong2

(1. School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China； 2. Hunan Jinshuitang Mining Co., Ltd, Hengyang 421600, Hunan, China)

Abstract：The Qingshuitang ore district in Hunan Province occurs in fault zone, and the shape, occurrence, size and mineralization enrichment of its orebodies show a main control by fault fracture zone, as well as the lithology of strata. With analysis of the regional structures in the Qingshuirang area and fault structures in the mine, this study summarized the ore-controlling characteristics of the faults. It is considered that the intersection of multiple faults, and intersection of anticlines with fractures are the main sites of lead-zinc enrichment. During the metallogenic evolution, tectonic-magmatic activities and migration of hydrothermal fluids resulted in the opening of fractures, and hydrothermal fluids precipitated and crystallized to form ore lodes. When part of ore fluids penetrated into the surrounding rocks, they continued to transfer, extract and activate along microcracks to regenerate fracturing, and new orebodies were formed under the influence of tectonic-magmatic activation. Deep faults acting as ore conduit structures control the migration space of hydrothermal ore fluids, and secondary faults as ore host structures control the mineralization enrichment.

Keywords：fault; structure ore-control; metallogenic evolution; Qingshuitang mine; Hengyang in Hunan

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.01.97

收稿日期：2015-04-03；修回日期：2015-04-23；編輯：蔣艷

基金項目：國家高等學校特色專業建設點項目(TS11027)，湖南省國土資源廳項目“湘西北鉛鋅富集機理研究”(B41101)，湖南省國土資源廳科技項目(2014-05)，湖南科技大學研究生創新基金項目(S140010)

作者簡介：肖文舟(1991—)，男，碩士研究生，礦產普查與勘探學專業，E-mail： 307087557@qq.com

中圖分類號：P613;P618

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)01-0097-10