周道卿 曹寶寶 李龔健 段宏偉 鄭宇舟 胡悅 胡夏煒
ZHOU DaoQing1,2,CAO BaoBao2,LI GongJian1,DUAN HongWei2,ZHENG YuZhou2,HU Yue2 and HU XiaWei2
1. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083
2. 中國國土資源航空物探遙感中心,北京 100083
1. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China
2. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,China
2015-02-09 收稿,2015-06-04 改回.
蘭坪盆地以金沙江-哀牢山縫合帶、瀾滄江縫合帶為界,東側(cè)與揚(yáng)子板塊相接,西側(cè)與保山地塊毗鄰,是云南西部最大的中生代沉積盆地(圖1a)。區(qū)域成礦作用以大型Cu-Pb-Zn 礦為主,可分為東西兩個(gè)亞帶,西亞帶為金滿-連城為代表的脈狀銅多金屬礦帶,成礦元素組合為Cu-Mo;東亞帶白秧坪-富隆廠、金頂-黑山-下區(qū)五為代表的鉛鋅多金屬礦帶,成礦元素組合為Pb-Zn-Ag。目前對西亞帶Cu-Mo 成礦作用認(rèn)識趨于一致,普遍認(rèn)為Cu-Mo 成礦以深源巖漿流體為主,顯示巖漿流體直接參與成礦過程(鄧軍等,2010a,2011,2012);東亞帶Ag-Pb-Zn 成礦過程認(rèn)識存在較大分歧,有學(xué)者認(rèn)為成礦作用以中低溫、高鹽度盆地鹵水為主,為典型的地殼流體成礦特征(王江海等,1998;張錦讓等,2012;鄧軍等,2012),亦有學(xué)者根據(jù)礦床地球化學(xué)研究結(jié)果,認(rèn)為區(qū)域成礦過程中存在深部巖漿熱源的驅(qū)動(dòng)和成礦物質(zhì)的加入(Xue et al.,2000,2007;王安建等,2009)。筆者認(rèn)為造成這一結(jié)果的原因是對于區(qū)域大規(guī)模成礦作用過程、盆地?zé)猁u水形成機(jī)制等認(rèn)識存在分歧,特別是對于盆地深部是否存在隱伏巖體有不同認(rèn)識。
受制于常規(guī)研究方法的局限性,對于深部信息難以開展直接、有效的探測和研究,而地球物理探測具有客觀真實(shí)和穿透深度大的特點(diǎn),可以在深部構(gòu)造與隱伏巖體研究中發(fā)揮獨(dú)特作用,因而根據(jù)地球物理資料開展深部構(gòu)造及巖漿活動(dòng)研究具有重要的意義。本文基于深部地球物理資料,結(jié)合遙感線環(huán)構(gòu)造特征,發(fā)現(xiàn)盆地深部沿中軸斷裂帶發(fā)育隱伏巖體,在細(xì)致分析巖體重磁異常特征基礎(chǔ)上對隱伏巖體頂、底埋深,3D 展布形態(tài)等進(jìn)行了定量計(jì)算,并對盆地內(nèi)巖漿導(dǎo)流網(wǎng)絡(luò)、深部巖漿活動(dòng)與成礦作用以及隱伏巖體熱驅(qū)動(dòng)效應(yīng)等進(jìn)行了探討。
早二疊世至中新世期間的沉積巖系構(gòu)成了蘭坪盆地的主體,局部地區(qū)也有火山巖零星分布,古生界沉積巖系僅在思茅盆地邊緣有出露,前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系則主要見于盆地邊緣縫合帶。石炭系至侏羅系表現(xiàn)為半深海-淺海相沉積及火山巖沉積,白堊系至新近系則主要表現(xiàn)為河湖相沉積,總體而言,區(qū)域顯示出從海相沉積到陸相沉積的演化(圖2)。
晚古生代,盆地西側(cè)瀾滄江洋殼和東側(cè)金沙江-哀牢山洋殼向陸塊之下雙向俯沖,形成火山弧帶。瀾滄江洋及金沙江-哀牢山洋閉合后,地塊碰撞造山。新生代,受印-亞大陸碰撞的影響,盆地發(fā)生了大規(guī)模逆沖及走滑斷裂活動(dòng),形成大型逆沖帶(侯增謙等,2008;He et al.,2009;鄧軍等,2010a,b;Deng et al.,2014;Wang et al.,2014)。新生代逆沖推覆構(gòu)造的形成演化控制著區(qū)域成礦作用的演化(圖1b)。
圖1 蘭坪盆地大地構(gòu)造位置(a)及區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖(b)(據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局,2002;Deng et al.,2014 修編)Fig.1 Regional geological (a)and mineral map (b)of Lanping basin (modified after China Geological Survey,2002;Deng et al.,2014)
成礦年代學(xué)研究顯示蘭坪盆地存在兩期主要成礦作用。逆沖推覆期主要形成金滿、連城等Cu-Mo 礦床以及金頂Pb-Zn 礦床的部分早期礦體;走滑-應(yīng)力松弛伸展期,則主要形成以金頂、白秧坪為代表的一系列Zn-Pb-Ag 多金屬礦床(Deng et al.,2014)。
圖2 蘭坪地區(qū)綜合地層柱狀圖(據(jù)云南地質(zhì)局,1974①云南地質(zhì)局.1974.蘭坪地區(qū)1∶20 萬地質(zhì)圖修編)Fig.2 Comprehensive geological histogram of Lanping area
表1 蘭坪盆地巖石磁參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 The statistical table of the rock’s magnetic parameters in Lanping basin
結(jié)合構(gòu)造分析和年代學(xué)研究表明,在沉積盆地的不同部位及盆地演化的不同階段,流體的來源、特征和成礦效應(yīng)均不盡相同。金滿礦床和連城礦床成礦流體整體上表現(xiàn)出一種中高溫、中低鹽度、極富CO2的流體,與典型的巖漿熱液(高溫、高鹽度、富CO2)不同,但明顯顯示出巖漿熱液、盆地鹵水的混合(鄧軍等,2011,2012;張錦讓等,2012;Deng et al.,2014;Deng and Wang,2015),C、H、O 等同位素特征也顯示出其具有深源流體與盆地流體混合的特征。金頂成礦流體的溫度、鹽度和成分特點(diǎn)顯示出來自以低溫、高鹽度為特點(diǎn)的盆地鹵水,同時(shí)也有來自富油氣的流體,表現(xiàn)出低溫、高鹽度的特征(薛春紀(jì)等,2009;張錦讓等,2012),這與形成MVT 型礦床的盆地鹵水特征十分相似(Misra,2000;Basuki and Spooner,2002)。
巖(礦)石的物性特征及其差異,是重磁勘查的地球物理前提,也是認(rèn)識深部地質(zhì)特征的依據(jù)。通過區(qū)內(nèi)物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(表1),各類泥巖、頁巖、石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、板巖等沉積巖磁性微弱,以上巖類形成的變質(zhì)巖磁性亦不強(qiáng),磁化率(K)平均值通常在100 ×10-5SI 以內(nèi);遭受后期變質(zhì)作用的綠簾綠泥石片巖磁性明顯增強(qiáng),K 平均值能達(dá)到1100~3300 ×10-5SI 之間。各類侵入巖磁性變化較大,總體上呈從超基性-基性-中性-酸性逐漸減弱的趨勢。其中超基性巖磁性最強(qiáng),K 值變化在3200 ~4100 ×10-5SI,磁化強(qiáng)度(Jr)變化在200 ~2100 ×10-3A/m;基性巖磁性中等,K 平均值變化在400 ~1600 ×10-5SI,Jr 平均值變化在900 ~2300 ×10-3A/m;酸(堿)性侵入巖磁性相對較弱,深成花崗巖類大部分無磁性,而淺成花崗斑巖類具有一定的磁性,K 值變化在400 ~10300 ×10-5SI 之間。
重磁場資料顯示蘭坪盆地中部發(fā)育規(guī)模巨大的“中軸斷裂帶”(尹漢輝等,1990;林舸等,1991;管燁等,2006),沿中軸斷裂帶磁場具有中間相對升高、兩側(cè)相對降低,即“兩低夾一高”的磁場格局。高值磁異常帶呈北西向展布,嚴(yán)格受中軸斷裂控制,北部被蘭坪北部東西走向的降低負(fù)磁場所截,南北兩側(cè)表現(xiàn)出截然不同的磁場特征。北部白秧坪異常為渾圓狀疊加升高異常,局部異常強(qiáng)度較弱,幅值60nT 左右;蘭坪南部金頂?shù)貐^(qū)表現(xiàn)出帶狀強(qiáng)烈升高異常特征,局部異常強(qiáng)度在40 ~110nT 之間。經(jīng)化極上延后,ΔT 曲線雖漸趨單調(diào),“兩低夾一高”的磁場特征得到進(jìn)一步加強(qiáng)(圖3a)。
根據(jù)物性資料分析,區(qū)域廣泛分布的中新生界碎屑巖磁性微弱,磁化率均值小于100 ×10-5SI,平穩(wěn)降低的區(qū)域負(fù)磁場無疑是碎屑巖的反映;而盆地?zé)嶙冑|(zhì)程度總體較低,盆地內(nèi)部發(fā)育大規(guī)模變質(zhì)巖的可能性較小,故中間相對升高的寬緩異常帶應(yīng)為深部隱伏巖體引起,另一方面,由于局部磁力高的范圍與重力高對應(yīng)(圖3b),不排除深部中性或中基性侵入巖存在的可能。根據(jù)兩處升高異常的特征判斷,白秧坪地區(qū)隱伏磁性體較蘭坪以南地區(qū)更深,后者本身還具有北強(qiáng)南弱和北淺南深的特點(diǎn)。兩處隱伏磁性體都明顯受中軸斷裂帶控制,但二者深部并不相連,可能屬于不同的巖漿活動(dòng)階段。
圖3 蘭坪盆地隱伏巖體磁場化極異常(a,Ⅰ-白秧坪隱伏巖體,Ⅱ-金頂巖體)及布格重力異常特征(b)航磁原始數(shù)據(jù)據(jù)熊盛青等,2013;布格重力數(shù)據(jù)據(jù)張明華等,2008①張明華,賀灝,孫中任. 2008.西南大區(qū)重力布格異常圖(1∶2500000).中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心Fig.3 The magnetic field reduction to the pole anomalies (a,Ⅰ-Baiyangping,Ⅱ-Jinding)and the Bouguer gravity anomalies (b)of the concealed rock mass in Lanping basinThe aeromagnetic initial data is from Xiong et al. ,2013
遙感圖解譯的線性構(gòu)造可以反映巖層的錯(cuò)位及有規(guī)律分布的巖群等,環(huán)形構(gòu)造則主要反映地下巖漿活動(dòng)的客觀存在。從遙感影像圖解譯結(jié)果看,蘭坪盆地內(nèi)構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈,褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育,構(gòu)造線以NW-NNW 向?yàn)橹?,SN 向和NEE 向次之(圖4)。區(qū)內(nèi)弧形斷塊條帶發(fā)育,遙感影像線性特征明顯,總體構(gòu)成一個(gè)向北收斂、向南撒開的帚狀構(gòu)造組合。盆地中部線性構(gòu)造呈近北東、北西、北東向,區(qū)域性規(guī)模脆韌性變形構(gòu)造或構(gòu)造帶及節(jié)理劈理斷裂密集帶構(gòu)造分布較為密集。沿重磁推斷的“中軸斷裂帶”環(huán)形構(gòu)造發(fā)育,呈NW-SE 向“鏈狀”環(huán)形構(gòu)造群,環(huán)形構(gòu)造所代表的張性環(huán)境,顯示蘭坪盆地深部地區(qū)存在隱伏侵入巖體活動(dòng)。盆地內(nèi)大規(guī)模成礦作用也多發(fā)生在線、環(huán)構(gòu)造疊合、交切的部位,表明成礦與構(gòu)造、巖漿活動(dòng)關(guān)系密切。磁力高異常帶對應(yīng)地表斷裂、礦化及化探異常集中區(qū),推斷深部應(yīng)有一定規(guī)模的巖體。
磁性體頂面埋深是磁測資料反演解釋中的一個(gè)重要參數(shù),通過磁性體埋藏深度計(jì)算,有助于認(rèn)識引起磁異常的地質(zhì)體產(chǎn)狀、規(guī)模和空間展布特征,進(jìn)一步判斷隱伏地質(zhì)體性質(zhì)與成因,及其與深部巖漿活動(dòng)和成礦作用的關(guān)系等。目前常用的計(jì)算方法包括切線法、歐拉反褶積法、功率譜法和磁化強(qiáng)度成像法等。切線法算法簡便、快速,受正常場影響小;歐拉反褶積法不需要特定地質(zhì)模型假設(shè),可應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)情況;本次研究結(jié)合采用了切線法和歐拉反褶積法計(jì)算全區(qū)磁性體頂面埋深。
使用切線法和歐拉反褶積法計(jì)算得出的蘭坪盆地磁性體頂面埋深圖顯示,沿蘭坪盆地“中軸斷裂帶”斷續(xù)分布的隱伏侵入巖體在白秧坪地區(qū)呈巖珠狀產(chǎn)出,巖株半徑8km 左右,頂面埋深7.5km;蘭坪南部地區(qū)呈北北西向帶狀展布,整體連續(xù)性好,其長軸(北北西方向)約100km,短軸(北東東方向)10 ~15km,分布面積約1200km2(圖5a);帶狀磁性體頂面呈斷續(xù)凸起的串珠狀,埋深2.5 ~4.7km 不等,底部相連。從地球物理場反映的深部特征看,中軸斷裂為一巖石圈斷裂(管燁,2005;李文昌等,2010),它不僅控制了盆地的形成和演化,同時(shí)也是深部巖漿向淺部運(yùn)移的通道??梢?,隱伏巖體的侵入與“中軸斷裂帶”構(gòu)造活動(dòng)有關(guān),后者對盆地內(nèi)及其周邊地區(qū)的成巖和成礦作用的研究有重要意義。
圖4 蘭坪盆遙感影像(a)及構(gòu)造解譯結(jié)果(b)Fig.4 The remote sensing image (a)and interpretation result (a)of Lanping basin
居里面反映的是深部磁性體的底界面,居里面的起伏變化表征了地溫梯度的高低變化,反映出地殼深部熱應(yīng)力場的分布特征。利用磁測數(shù)據(jù)反演居里面深度的方法有單體磁異常法和組合磁異常法,這兩種方法都是通過把空間域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率域來建立磁異常與磁性體埋深的關(guān)系。針對蘭坪盆地磁異常具有分區(qū)特征,且淺源、深源磁場分布復(fù)雜的特點(diǎn),本次研究采用組合磁異常的統(tǒng)計(jì)功率譜分析法計(jì)算居里面深度。
居里面等深度反演結(jié)果表明蘭坪盆地中南部位于居里面坳陷區(qū)內(nèi),磁性體地面埋深在25 ~27km,顯示出穩(wěn)定地塊區(qū)深部磁性體明顯減少,巖漿活動(dòng)已趨于微弱(圖5b)。蘭坪盆地北部德欽-維西-蘭坪一帶存在一個(gè)居里面隆起區(qū),此隆起區(qū)規(guī)模巨大,居里面深度大都在20km 以淺,由北向南隆起逐漸增加,維西、蘭坪等地區(qū)居里面深度甚至淺至19km。居里面深度變淺預(yù)示著地溫梯度升高,可能與中上地殼內(nèi)部巖漿房活動(dòng)有關(guān),這與張萬平等(2011)認(rèn)為幔源物質(zhì)上涌引起殼?;旌献饔茫?guī)r漿主要起源于地殼的認(rèn)識一致。居里面隆起區(qū)恰是區(qū)域多金屬礦床的集中分布區(qū),對應(yīng)居里面隆起區(qū)分布的德欽斑巖銅礦、白秧坪鉛鋅礦、金頂超大型鉛鋅礦等都是區(qū)域最具代表性的礦床。
圖5 蘭坪盆地隱伏巖體頂面埋深圖(a)及蘭坪盆地居里面深度圖(b)Fig.5 The depth of burial chart of the concealed rockmass’top surface (a)and the depth chart of Curie surface (b)in Lanping basin
為了對隱伏巖體的埋藏深度、空間展布狀態(tài)有進(jìn)一步的了解,對蘭坪南部帶狀航磁異常進(jìn)行了3D 定量反演計(jì)算。重磁異常3D 反演分為形態(tài)模型法和物性模型法兩類,其中物性模型將場源區(qū)域劃分成小的單元組合(主要是長方體或立方體),在反演過程中單元的形態(tài)不變,通過物性變化勾畫場源范圍。比較而言,三維物性反演具有模型物性易于操作、能模擬任意復(fù)雜地質(zhì)體、反演方法技術(shù)受限制條件少且不用涉及復(fù)雜的形態(tài)變化等技術(shù)優(yōu)勢,已經(jīng)成為重磁反演尤其是三維反演的一種主要方法。本次反演即采用較為實(shí)用的物性模型法,反演計(jì)算結(jié)果如圖6。從3D 定量反演結(jié)果看,隱伏巖體頂面呈斷續(xù)凸起的串珠狀,具有北淺南深的特點(diǎn),最淺埋深3000m 左右,磁化強(qiáng)度350 ×10-3A/m,表現(xiàn)出典型中酸性巖體磁性特征。
蘭坪盆地在新生代碰撞造山過程及俯沖拆沉作用過程中伴隨大規(guī)模的殼幔相互作用,孕育了盆地邊緣(瀾滄江、金沙江-紅河)斷裂及中軸斷裂帶等深大斷裂系統(tǒng),上述斷裂在重力上延50km 圖上表現(xiàn)清晰(圖7a)。根據(jù)重力資料反演結(jié)果,蘭坪盆地莫霍面深度在50km 左右(圖7b),說明以上斷裂是深切莫霍面的超殼巖石圈斷裂。這些深大斷裂系統(tǒng)是控制巖漿活動(dòng)的重要因素之一(楊立強(qiáng)等,2010,2011;葛良勝等,2012),它構(gòu)成了深部巖漿上侵的通道,并控制著淺部巖漿侵位與地表火山活動(dòng)。超殼-下地殼深大斷裂孔隙度高,在深部利于深部物質(zhì)上涌進(jìn)而引發(fā)殼內(nèi)一系列巖漿活動(dòng)(Yang et al.,2004,2006),成為重要的導(dǎo)礦構(gòu)造;殼內(nèi)大斷裂則成為巖漿房及成礦物質(zhì)上涌成礦的最重要配礦通道;盆地淺部斷裂系統(tǒng),包括穹窿構(gòu)造、張性構(gòu)造、層間滑脫構(gòu)造等是直接的容礦-控礦構(gòu)造,對成礦物質(zhì)的聚散起著直接的決定性的作用(He et al.,2009;Deng et al.,2014)。這些容礦-控礦構(gòu)造代表著成礦時(shí)期典型的張性環(huán)境,而這種淺部張性環(huán)境,既受全區(qū)走滑-應(yīng)力松弛的影響,亦可能是深部巖體侵入帶來的直接后果。
圖6 蘭坪盆地金頂隱伏巖體3D 反演結(jié)果(a)原始磁場;(b)正演磁場;(c)隱伏巖體Fig.6 The 3D inversion result of the concealed rockmass in Lanping basin(a)original magnetic field;(b)modeling magnetic field;(c)concealed rockmass
蘭坪盆地內(nèi)部Cu-Mo 多金屬礦床成礦流體特征顯示,雖然與典型的巖漿熱液(高溫、高鹽度、富CO2)不同,但其明顯具有深部巖漿流體混染的特征(張錦讓等,2012);同時(shí),殼源巖漿流體的存在也得到He、Ar、C、O、H 同位素特征的驗(yàn)證(薛偉等,2010;唐永永等,2013;Tang et al.,2014),因而區(qū)內(nèi)銅多金屬礦床成礦作用應(yīng)與深部的殼源巖漿活動(dòng)有直接關(guān)聯(lián)。在蘭坪金頂、白秧坪Pb-Zn 多金屬礦床發(fā)育區(qū),居里面深度計(jì)算結(jié)果顯示盆地殼內(nèi)構(gòu)造-巖漿-熱液活動(dòng)強(qiáng)烈,隱伏巖體成為區(qū)域成礦作用的主要熱源。最可能的成礦流體運(yùn)移模式是,巖體上侵促進(jìn)帶來深源熱量,促進(jìn)成礦熱鹵水生成,并引導(dǎo)深部相對高溫流體沿中軸斷裂系統(tǒng)注入淺部金頂穹隆構(gòu)造-巖性圈閉,并與其中富H2S 的相對低溫高鹽度鹵水混合形成大規(guī)模Pb-Zn 礦床(薛春紀(jì)等,2007)。
蘭坪盆地內(nèi)部金頂、白秧坪等主要礦床的成礦流體均與盆地?zé)猁u水有密切關(guān)聯(lián)(吳南平等,2003;鄧軍等,2011,2013,2014;Deng et al.,2014)。熱鹵水的深部循環(huán)萃取了大量的成礦物質(zhì),這些從深部萃取的成礦物質(zhì)在物理化學(xué)條件發(fā)生變化時(shí)沉積成礦。由于區(qū)域內(nèi)缺乏大規(guī)模的變質(zhì)作用,因而區(qū)內(nèi)驅(qū)動(dòng)熱鹵水循環(huán)的主要熱源最可能的來源為深部巖漿活動(dòng)。新生代早期蘭坪盆地持續(xù)的陸內(nèi)俯沖(揚(yáng)子板塊向蘭坪盆地之下俯沖)誘發(fā)了巖石圈地幔之下的軟流圈上涌(鐘大賚等,2001),深部構(gòu)造巖漿活動(dòng)導(dǎo)致區(qū)域熱流值升高,從而為盆地深部熱循環(huán)系統(tǒng)提供了必要的熱能,這一認(rèn)識在深部居里面反演結(jié)果中也得到很好的驗(yàn)證。深循環(huán)的盆地鹵水被加熱,使其對盆地礦源層的淋濾能力大大加強(qiáng),同時(shí),在熱對流機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下,成礦流體沿著走滑深大斷裂(中軸斷裂)上升至淺部,之后順著地殼淺部的逆沖推覆構(gòu)造下方的拆離滑脫帶遷移。當(dāng)成礦流體到達(dá)早期構(gòu)造圈閉(李文昌等,2010;鄧軍等,2011,2013,2014),成礦金屬便迅速沉淀下來。
深部隱伏成礦巖體探測技術(shù)是礦床成因與成礦潛力評價(jià)的重要手段。通過地質(zhì)、地球物理與遙感信息綜合解譯,并參考地球物理定量反演解釋結(jié)果,筆者認(rèn)為蘭坪盆地深部存在較大規(guī)模中酸性隱伏巖體——白秧坪隱伏巖體為渾圓狀,頂部埋深較深;金頂隱伏巖體呈北北西向帶狀,頂面為斷續(xù)凸起的串珠狀,整體埋深較淺。巖體空間分布明顯受控于蘭坪盆地中軸斷裂帶,應(yīng)形成于走滑-應(yīng)力松弛伸展期,與區(qū)內(nèi)主成礦時(shí)代相吻合。蘭坪盆地深部巖漿沿中軸斷裂帶上侵,為區(qū)域成礦作用帶來必要的熱源,促進(jìn)成礦熱鹵水流體的形成,并驅(qū)動(dòng)流體運(yùn)移至淺部構(gòu)造圈閉中沉淀成礦。
圖7 蘭坪盆地布格重力上延50km 水平梯度模(a)和莫霍面埋深圖(b)Fig.7 The horizontal gradient module map of the Bouguer gravity on the extension of 50km (a)and the Moho depth (b)of Lanping basin
致謝 論文編寫過程中得到鄧軍教授、王慶飛教授、楊立強(qiáng)教授、王長明副教授、張洪瑞副教授的指導(dǎo)和幫助,在此表示衷心感謝。
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