馮建之,孫衛(wèi)志,牛樹銀,燕建設,王杏村,崔燮祥,陳 超

(1.河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質調查隊,河南洛陽471023;2.石家莊經濟學院,石家莊050031)

0 引言

亞熱柱-幔枝構造是地幔熱柱多級演化的第二、三級單元[1,2],猶如從樹木的樹干上生長出來的樹杈與樹枝。亞熱柱溝通了核-幔源成礦物質,是重要的成礦物質運移通道,而幔枝構造則是非常重要的成礦儲礦構造。

華熊礦聚區(qū)西起華山,向東經崤山、熊耳山、外方山,東到魯山一帶,其北界為潼關—三門峽—魯山斷裂;南界為欒川斷裂。東西長約320 km,南北寬50～100 km,呈向北凸出的不規(guī)則長條形,控制著一系列大中型金礦、鉬礦及銀多金屬礦床[3-7]。本文擬從幔枝構造的視角簡要探討該區(qū)的成礦控礦作用。

1 華熊亞熱柱-幔枝構造的組成

華熊亞熱柱泛指展布于潼關—三門峽斷裂以南,欒川斷裂以北的華山—熊耳山—魯山一帶的廣大礦集區(qū),其中展布有小秦嶺、崤山、熊耳山、魯山等多個幔枝構造,它們各有自己的地質特征,并分別控制著不同類型的內生金屬礦床。

1.1 幔枝構造展布特征

由于幔枝構造隆升的幅度不同、外圍蓋層拆離滑脫的距離大小以及上疊構造盆地的切割程度不同,華熊亞熱柱展布區(qū)有多個被分割為互不相連的弧立幔枝構造,它們多呈島鏈狀分布,由西向東依次為小秦嶺幔枝構造、崤山幔枝構造、熊耳山幔枝構造、魯山幔枝構造等,由于幔枝構造的強烈隆升,它們構成了豫西主要山脈的主脊(圖1)。

幔枝構造呈兩種基本構造形態(tài),一種為等軸狀,另一種為長軸狀?？蓜澐譃轳仿⌒?崤山)、長垣型(熊耳山)和地壘型(小秦嶺)變質核雜巖,它們分別代表了伸展構造活動演化初期、中期和晚期階段所形成的構造樣式[7]。胡正國等[8]曾歸納過小秦嶺地區(qū)的變質核雜巖模式。牛樹銀等[9]用變質核雜巖的觀點探討過太行山區(qū)的構造演化與成礦作用。但是,從地球動力學上分析,變質核雜巖構造理論注重了形態(tài)分類及模式的建立,卻沒有與深部聯(lián)系起來。 而幔枝構造是地幔熱柱多級演化的第三級單元,幔枝構造形成的早期主要表現(xiàn)為一定范圍的隆起;中期由于核部巖漿作用的強烈活動及其構造隆升,加之外圍蓋層發(fā)生大幅度正向滑脫拆離,在核部隆起部位產生揭頂式剝蝕作用,形成典型的變質核雜巖;晚期隨著剝蝕程度的加劇,甚至可以把蓋層剝蝕殆盡,成為隆升的變質雜巖區(qū)。雖然3個階段不同,但他們是幔枝構造的不同演化階段,其地球動力學機制均受幔枝構造控制,并且通過亞熱柱-地幔熱柱與深部機制聯(lián)系起來。成礦作用也自然有了深部來源的支持。很顯然,變質核雜巖僅僅是幔枝構造演化的中間階段,盡管早期的隆起和晚期的大規(guī)模隆升之地球動力學機制并沒有變化,但從構造形態(tài)來講,已經不屬于變質核雜巖系統(tǒng)。

華熊亞熱柱展布區(qū)中的各幔枝構造形態(tài)有所不同,主要反映了幔枝構造的活動強度、規(guī)模及巖漿活動的強度有所不同,也會受到上地殼區(qū)域構造應力場的影響和主要剪切帶活動特征的制約。如小秦嶺幔枝構造中巖漿活動強烈,隆升幅度較大,相對剝蝕作用強烈,上覆蓋層基本被剝蝕殆盡,僅在幔枝構造的外圍尚存留有少量的蓋層。而崤山幔枝構造、熊耳山幔枝構造、魯山幔枝構造等幔枝構造相對上隆幅度較小,剝蝕程度稍弱一些,故均有中(上)元古界地層覆蓋于拆離斷裂之外,而且蓋層厚度由北而南增厚,顯示了不同幔枝構造隆升的差異以及不同幔枝構造的形態(tài)特征(圖1)。

圖1 華熊幔枝構造示意圖Fig.1 Sketch map of Huaxiong mantle branch structrue

1.2 幔枝構造核部的巖漿-變質雜巖

區(qū)內4個幔枝構造的變質核雜巖具有相似性,也存在差異。小秦嶺地區(qū)變質核雜巖分布于豫陜交界處,東西長 140 km,南北寬約 70 km,面積大于1 000 km2。該雜巖體西段呈 NE向,東段為近 EW向。其下部為一套以變質花崗巖為主的巖石組合,包括 TTG巖系和鉀質花崗巖;上部為以沉積巖為主的副變質巖系。變質程度以角閃巖相為主,有部分綠片巖相和麻粒巖相。同時內部發(fā)育以中生代花崗巖為主的侵入體。其南北兩側為拆離斷層構成的邊界斷裂。內部發(fā)育不同方向的脆韌性剪切帶,以近EW向為主,剪切帶中往往發(fā)育石英脈,成為小秦嶺金礦的賦礦構造。

崤山地區(qū)變質核雜巖面積較小,呈穹窿狀,面積約450 km2。由變質侵入巖和表殼巖殘塊組成;變質侵入巖包括 TTG巖系和變質二長花崗巖及變質輝長巖、輝綠巖,它們構成變質核雜巖的主體。表殼巖系則以變質沉積巖為主。同時存在有上基底,為古元古代的鐵銅溝組(羅漢洞組),巖性為含礫石英巖?；姿闹苡刹痣x斷層與中元古界熊耳群相鄰, 總體變質程度達綠片巖相。變質核雜巖體內部存在近SN向的韌脆性剪切帶,形成金礦床。

熊耳山變質核雜巖分布于熊耳山北麓,面積約573 km2,呈東寬西窄的長垣狀,東、南部為中元古界熊耳群火山巖系覆蓋,西側拆離斷層明顯,北側為山前斷裂與洛寧盆地相鄰?；讕r系由表殼巖系和變質侵入巖組成,表殼巖系為中基-中酸性火山-沉積巖建造;變質侵入巖由富鈉的 TTG巖系和富鉀的二長花崗巖組成,其中見有零星呈帶狀分布的超鎂鐵質巖,呈巖塊式巖體,變質雜巖變質程度主體為角閃巖相。其間有NE向韌脆性剪切帶,是金礦的賦礦構造。

魯山變質核雜巖分布于魯山背孜街一帶,呈橢圓狀NW向分布,北東側為斷層與寒武-奧陶系沉積建造相鄰,南西側為拆離斷層與熊耳火山巖相鄰。變質核雜巖由變質侵入巖和表殼巖系組成?？傮w研究程度低,其表殼巖系可與小秦嶺、熊耳山地區(qū)表殼巖對比。

1.3 幔枝構造外圍拆離滑脫層

華熊亞熱柱構造的主拆離斷裂位于各幔枝構造與上覆蓋層之間。上覆地層主要為中元古界熊耳群、官道口群和欒川群。這些蓋層均出現(xiàn)于亞熱柱的南側,除魯山幔枝構造核部雜巖北部有上覆蓋層之外,其他幔枝構造的北側一般不出現(xiàn)蓋層。這種不對稱的分布特征,說明與華熊亞熱柱形成的幔枝強烈隆升與存在向南的巨大推覆力有關。

小秦嶺變質核雜巖北側被巨大的區(qū)域斷裂(三門峽—寶雞斷裂,即潼關—三門峽—魯山斷裂)破壞斷錯;其南緣可見到S傾的厚度很大的糜棱片麻巖、綠泥石角礫巖及微角礫巖構成的剪切帶。其中糜棱片麻巖的拉伸線理傾向多為140°～160°,旋轉應變標志顯示上盤巖層向北西剪切,與區(qū)域上其他變質雜巖一致,即上盤巖層向西剪切。但局部可以見到相反的逆向剪切特征。熊耳山變質核雜巖中拆離斷層不明顯,僅在西北部見到拆離斷層,其他地區(qū)拆離斷層厚僅數(shù)米,主要為糜棱巖,出現(xiàn)于片麻巖與熊耳群之間。北側的拆離斷層向NWW緩傾,厚度小于100 m。按Lister等[10]的解釋,糜棱片麻巖缺失或很薄可能意味著處于伸展地帶的熊耳山核雜巖是從較淺部位抬升到地表的。

崤山變質核雜巖規(guī)模小,外形呈穹窿狀,出露面積約20 km×25 km。其表殼構造巖基本上被保存下來。

崤山核雜巖體外緣為一拆離斷層,圍繞核雜巖體分布,總體上拆離斷層為一向四周沿不同方向緩傾的正斷層,傾角多小于30°(圖2),拆離斷層上盤多為熊耳群,僅東北部放牛山至唐山一帶出露一套含礫石英巖、厚層狀石英巖、云母石英片巖及白云質大理巖地層。多數(shù)人認為相當于陜西的古元古界鐵銅溝組(河南稱羅漢洞組)。

圖2 崤山變質核雜巖地質構造略圖[11]Fig.2 Geological structural sketch of Xiaoshan metamo rphic co re comp lex

圖3 崤山變質核雜巖的A-A′示意剖面圖[11]Fig.3 Sketch of A-A′Section in Xiaoshan metamorphic core comp lex

拆離斷層將片麻巖與熊耳群隔離,但放牛山鐵銅溝組拆離斷層較復雜。本區(qū)糜棱片麻巖的流狀構造顯示面理方位變化較大,但其中拉伸線理較為穩(wěn)定(圖2),幾乎均為向NW傾斜,僅在雜巖體北東緣相反。圖3剖面表示糜棱片麻巖帶從西向東可能出現(xiàn)的褶皺及糜棱巖前鋒帶以上的弱應變區(qū)。綜上所述,從崤山核雜巖外緣的拆離斷層向四周傾斜和片麻巖線理所顯示的舒緩褶皺,均表明隨著拆離伸展過程的進行,原始平面狀的剪切帶已發(fā)生彎曲上拱,這種褶皺通常被認為是由于構造拆離導致地殼減薄引起的均衡補償,或者是深成巖體的侵入導致局部的均衡調整造成。由此推斷小秦嶺、熊耳山核雜巖同樣發(fā)生了褶皺,致使原始向NW傾斜的構造帶拱起彎曲。

1.4 外圍上疊斷陷-沉積盆地

華熊亞熱柱外圍發(fā)育一系列上疊斷陷-沉積盆地,自西向東依次為靈寶—朱陽盆地、盧氏—洛寧盆地、潭頭—嵩縣盆地等。這些盆地中,潭頭—嵩縣盆地形成于晚白堊世末期,其他盆地形成于第三紀始新世。與華北其他地區(qū)幔枝構造上疊盆地存在最明顯的差異是基本沒有火山巖。

盆地的展布形態(tài)多呈長條狀,其長軸方向與NW向的區(qū)域主構造方向一致;顯然,盆地的形成與伸展體制控制下區(qū)域斷裂發(fā)展演化有關。

這些盆地均為箕狀盆地,其最大沉降出現(xiàn)于盆地南側,向北逐步抬高,形成不對稱形態(tài)。顯示受到了北側幔枝構造強烈抬升的影響。

這些盆地與幔枝構造形成典型的盆嶺地貌形態(tài),這種盆嶺地貌幾乎涵蓋了整個華熊亞熱柱構造區(qū)。說明本區(qū)為區(qū)域性伸展、巖石圈拉伸薄化作用而形成的盆-嶺構造系統(tǒng)。

2 華熊幔枝構造的演化

華熊亞熱柱構造在地質、地球物理、地球化學及遙感解釋等方面均有明顯特征。

2.1 大規(guī)模強烈隆升及巖漿演化

被欒川斷裂和潼關—三門峽—魯山斷裂圍限的華熊亞熱柱,自古生代末就出現(xiàn)大規(guī)模隆升,燕山期達到高峰。

按照板塊構造觀點,本區(qū)構造演化可以表述為古-中元古代伸展拉張,新元古代—古生代俯沖碰撞,中生代伸展抬升的構造演化。

古-中元古代,華北太古宙克拉通開始裂解,在伸展機制作用下,形成被動大陸邊緣裂谷。出現(xiàn)大量A型花崗巖(龍王撞、桂家峪)及雙峰式火山巖(熊耳群),同時有基性巖墻群。

新元古代,秦嶺現(xiàn)代體制板塊構造開始,古秦嶺洋擴張,出現(xiàn)板塊俯沖,秦嶺主造山階段開始;在擠壓走滑作用下,在主縫合線兩側出現(xiàn)雙峰式火山巖(寬坪群)。

古生代,為秦嶺主要造山變形期,在俯沖碰撞作用下,地殼加厚并垂向增生,殼幔交換發(fā)育。在區(qū)內廣泛出現(xiàn)基性巖脈。

三疊紀,陸-陸碰撞,華北與揚子板塊實現(xiàn)對接。主造山期結束,向板內構造體制轉化,在區(qū)內僅形成磨溝堿性巖體(204 M a,U-Pb法)[12]。

圖4 穿過欒川熊耳山南坡滑覆體的橫剖面圖[13]Fig.4 Cross sections through sliding nappes of Xiongershan south slope in Luanchuan area

侏羅-白堊紀,在伸展走滑機制下,華熊亞熱柱 -幔枝構造體系開始形成。其表現(xiàn)是大量深源淺成型花崗巖(Ⅰ型:金堆城、南泥湖、花山、李鐵溝、文峪、華山、老牛山、秋樹灣等巖體),淺源深成型花崗巖(S型:伏牛山巖體等),A型花崗巖(太山廟、張世英等巖體);同時,隨著巖漿侵入,地殼隆升、垮塌、巖石圈減薄,形成了小秦嶺、崤山、熊耳山、魯山等幔枝構造。

同時,由于幔枝構造的強烈隆升,拆離帶上盤的地層由北向南大規(guī)模滑覆,從現(xiàn)今表現(xiàn)來看,主要是高山河組砂巖及官道口群碳酸鹽巖產生了長距離滑動位移,在熊耳山南坡大面積熊耳群火山巖中部出現(xiàn)了2個不協(xié)調的滑塊(圖4)。滑動距離至少為3 km。

總之,小秦嶺、熊耳山、崤山、魯山等幔枝構造的變質核雜巖均為新太古代變質巖構成,這些變質巖為花崗巖-綠巖建造,即由花崗質片麻巖系(變質侵入巖系)和綠巖(變質表殼巖系)組成。

變質核雜巖多呈NE向展布,與中新生代構造線一致。僅東西端的小秦嶺和東端的魯山有所變化。在太古宙片麻巖中,分布有大面積不同時代的花崗巖,這些花崗巖基本被局限在片麻巖系中,沒有見到巖體穿過片麻巖系邊界的低角度正斷層而侵入到上覆元古宇地層中的現(xiàn)象。由此判斷巖體原始侵位并非現(xiàn)在出露的部位,而是深成侵入體同片麻巖一起從深部隆升到地表的產物。這一過程即A rmstrong(1972)[14]所說的構造拆離的過程,它是通過規(guī)模巨大的地殼內部的剪切帶進行的。這類剪切帶在深部表現(xiàn)為面狀糜棱巖帶,在淺部則表現(xiàn)為低角度正斷層。華熊亞熱柱上的幔枝構造是由上述剪切帶拆離到地表的,因此它們是拆離地體。

2.2 地球物理特征

華熊幔枝構造在航磁、重力、地殼厚度等地球物理資料上有非常清楚的顯示。

(1)上地幔凸起。華熊幔枝構造位于NNE向大興安嶺—太行山—武陵山梯級帶與 NW向西安—南陽—信陽低值重力異常帶交會部位(圖5)。將重力場根據(jù)經驗公式Hm=H0-ng來近似推斷莫霍面起伏形態(tài)。其中,H0為重力零值所代表的莫霍面深度(km),n為相關系數(shù)(km/10-5m s-2)。

在布格重力異常圖上,華熊幔枝構造為一個巨大的圈閉異常區(qū),北界大體約在潼關—三門峽—魯山斷裂,南界跨過欒川斷裂。北界陡南界緩,向西未封閉,顯示不對稱態(tài)勢(圖6)。

圖5 區(qū)域重力異常圖Fig.5 Regional gravity anomalousmap

(2)環(huán)狀航磁異常。本區(qū)航磁異常總體形態(tài)與重力異常相似,為一個向西未封閉的異常帶,北界在潼關—三門峽—魯山斷裂,南界跨過欒川斷裂,其中在小秦嶺、熊耳山地區(qū)形成閉合圈。其他部分顯示受地貌及地質體分布影響而有變化。

3 華熊幔枝構造的控礦規(guī)律

本區(qū)礦產概略分為內生金屬礦產和沉積礦產兩大類。沉積礦產出現(xiàn)于斷陷盆地中,主要有油頁巖(潭頭盆地)、褐煤(朱陽—靈寶盆地)、局部見有石膏。這些礦產規(guī)模小,分布零散,質量低,工業(yè)意義很小。

本區(qū)內生金屬礦產均為幔枝熱液型礦床,所有礦床在本質上具有極大的相似性。但是主要礦產存在一定差異(圖7)。核部巖漿-變質雜巖分布區(qū)與熊耳群分布區(qū)主要礦床類型相近似,如果按主要礦產類型分帶,則核部巖漿-變質雜巖區(qū)和熊耳群分布區(qū)為一個帶,以形成金、銀、鉬礦為主。官道口群、欒川群、陶灣群則以鉬鎢和多金屬為主(表1)。

區(qū)內的金礦在小秦嶺地區(qū)為石英脈型,在熊耳山和崤山地區(qū)則為構造蝕變巖型。當金礦與多金屬礦共生時形成斑巖型礦床(如銀家溝)。在熊耳山地區(qū)以金、銀為主的礦床均為構造蝕變巖型。鉬礦和多金屬礦共生則以斑巖型為主,個別為脈狀礦床(如黃水庵)。當鉬礦與金礦共生時也為脈狀礦床(如大湖)。成礦時代為燕山期,成因類型為幔枝熱液型。

圖6 豫西地區(qū)重力異常圖Fig.6 Regional gravity anomalousmap in western Henan province

表1 巖漿-變質雜巖區(qū)及蓋層區(qū)的主要礦床Table 1 M ain deposits of magmatic-metamo rphic comp lex area and cover area

華熊幔枝構造的成礦作用可概略地表述為:在地幔熱柱-地幔亞熱柱-幔枝構造的演化過程中,來自核幔邊界的含礦熱液,由氣態(tài)-氣液混合相-液相隨同地幔柱的演化向上運移,最后經區(qū)域剪切帶-構造擴容帶-礦田-礦床。礦床的形成是在一定的溫度、壓力條件下完成的,因此,礦床的分布具有一定的規(guī)律性和叢聚性,不但表現(xiàn)出與巖漿巖體和剪切帶的密切關系,而且同類礦床集中分布,形成礦田,如小秦嶺金 礦田、熊耳山金-銀礦田、南泥湖鎢-鉬礦田等。由于不同地區(qū)圍巖條件的差異,這些礦床也產生一定變化,但總體以金和鉬為主的成礦特征未變,分別形成以Au-Ag-Mo-多金屬為主的成礦系列和以Mo-W-Fe-Au-多金屬為主的成礦系列。前者主要出現(xiàn)在幔枝構造的核部變質雜巖區(qū),后者主要出現(xiàn)在幔枝構造蓋層區(qū)。由于均為幔枝熱液成礦,所以各類礦床的基本特征具有極大的相似性。

上述認識得到了礦床礦石中硫、鉛、氧、氫、碳同位素組成以及成礦流體成分等地球化學特征的支持。

圖7 華熊地區(qū)礦產略圖Fig.7 Sketch of mineral deposits in Huaxiong area

圖8 豫西南地區(qū)物探解譯斷裂及隱伏巖體Fig.8 The geophysically interp reted faults and buried intrusion of in the Southwest Henan

4 華熊幔枝構造的形成機制

三門峽—魯山斷裂下切深度達42～47 km,而本區(qū)地殼厚度東部為37 km,西部局部達40 km,這就表明三門峽—魯山斷裂切割了上地幔。當華北地幔亞熱柱向外拆離滑脫被三門峽—魯山斷裂切割,便因減壓釋荷而發(fā)生深熔作用,深熔巖漿沿韌性剪切帶大規(guī)模上侵,形成串珠狀展布的巖體,同時造成區(qū)域性上隆。上隆主體在小秦嶺—崤山—三門峽—魯山一帶。從而形成了島鏈狀分布的變質核雜巖及其中大量的花崗巖體。

上侵的巖漿在變質核雜巖區(qū)絕大多數(shù)侵位高,形成現(xiàn)今可見的巖基 或巖株,僅在熊耳山西段為隱伏巖體;在蓋層區(qū)多為現(xiàn)今仍隱伏的產狀,但在其中斷裂構造交會部位形成出露的巖株(面積一般<1 km2)(圖8)。

這些推斷的隱伏巖體多為酸性巖體,中性和基性巖體形狀受區(qū)域性斷裂影響多為長或略方,面積為100～800 km2,巖體的埋深較淺。對找礦有意義的酸性巖體有:杜關隱伏巖體、康山—鐵爐坪隱伏巖體、冷水隱伏巖體、付店隱伏巖體等。

由于巖漿大規(guī)模侵位及同時形成的負重力異常,導致巖體及其圍巖一起上隆,上部蓋層逐漸拆離滑脫,使核部巖漿-變質雜巖呈揭式裸露(如小秦嶺)或部分裸露(如崤山、熊耳山、魯山)。

巖漿的上侵使地幔熱柱-地幔亞熱柱-幔枝構造的通道被打通,核幔邊界的含礦熱液隨著幔枝構造的形成在構造有利部位沉淀成礦。魯山地區(qū)核雜巖沒有燕山期花崗巖,盡管存在地殼抬升卻沒有成礦,說明燕山期巖漿活動對成礦作用的影響重大。

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