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四川牦牛坪稀土礦床深部構(gòu)造與成礦作用的地球物理新證據(jù)

所屬分類:建筑論文 閱讀次 時間:2021-06-28 10:34

本文摘要:摘要:四川牦牛坪稀土礦床位于冕寧-德昌稀土成礦帶上,儲量居世界第三。礦床受S-N向展布的哈哈斷裂及其中的碳酸鹽-正長巖雜巖體控制。礦體以充填方式產(chǎn)于巖石裂隙中并表現(xiàn)出明顯的分帶特征,據(jù)此可將成礦作用可劃分為三個期次:SⅠ-霓長巖化期,SⅡ-方解石-

  摘要:四川牦牛坪稀土礦床位于冕寧-德昌稀土成礦帶上,儲量居世界第三。礦床受S-N向展布的哈哈斷裂及其中的碳酸鹽-正長巖雜巖體控制。礦體以充填方式產(chǎn)于巖石裂隙中并表現(xiàn)出明顯的分帶特征,據(jù)此可將成礦作用可劃分為三個期次:SⅠ-霓長巖化期,SⅡ-方解石-重晶石期,SⅢ-鈉鐵閃石-氟碳鈰礦期,反映了成礦流體的結(jié)晶順序。前人研究表明該礦床形成于新生代的碰撞造山環(huán)境,因此,礦床深部構(gòu)造對成礦作用有重要意義。本次研究在礦區(qū)內(nèi)布置兩條可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)線T1和T2,通過2D反演,并結(jié)合地表地質(zhì)填圖,推測哈哈斷裂在礦區(qū)中分為兩支。這兩條次級斷裂在深部都為傾向E的低角度逆斷層,并且向下有可能逐漸合并成一條主干斷層,而向上則逐漸變陡,并進(jìn)一步分成若干條次一級破碎帶,為成礦的有利空間。因此,從深部到淺部,哈哈斷裂可分為3個層次:深層次構(gòu)造為深度>5km的導(dǎo)礦斷裂,將深部含礦熱液運(yùn)移到淺部;中層次構(gòu)造為3~5km的配礦斷裂,控制著礦床的產(chǎn)出位置;淺層次構(gòu)造為3km到地表的節(jié)理裂隙,是直接的容礦構(gòu)造,含礦流體結(jié)晶并充填于其中而成礦;谝陨仙畈繕(gòu)造特征,建立了牦牛坪REE礦床的成礦模型。

  關(guān)鍵詞:充填成礦;CSAMT;深部構(gòu)造;成礦作用;牦牛坪稀土礦

礦床地質(zhì)

  四川牦牛坪稀土礦床為一特大型稀土礦床,目前已探明稀土氧化物(REO)儲量>3萬噸,平均品位為2.95%,僅次于我國白云鄂博及美國加利福尼亞州的芒廷帕斯稀土礦床,居世界第三位[1-3]。牦牛坪稀土礦床受S-N向展布的哈哈斷裂控制,并與其中的碳酸鹽-正長巖雜巖體有密切關(guān)系。過去通常認(rèn)為,與碳酸鹽有關(guān)的稀土礦床形成于裂谷環(huán)境。然而,近些年地質(zhì)學(xué)家通過對其成因礦物學(xué)[4-5],地質(zhì)年代學(xué)[6-7],同位素地球化學(xué)[8-9],流體包裹體[10-11]等方面地質(zhì)特征的研究表明,牦牛坪稀土礦床有可能形成于新生代的碰撞造山環(huán)境,成礦物質(zhì)則可能來自于俯沖的大陸巖石圈地幔的部分熔融[4,10,12]。

  因此,礦床深部構(gòu)造特征對礦床成因的深入研究具有重要意義。然而,目前這方面的研究卻十分薄弱。另外,隨著地表礦體的開采而不斷減少,探明深部礦體成為一項(xiàng)重要任務(wù)。因此,有必要加大勘探深度,以查明深部構(gòu)造及礦化特征。 電阻率勘探能夠?yàn)榈乇硪韵律畈康刭|(zhì)特征提供有價值的信息[13]?煽卦匆纛l大地電磁測深(CSAMT)是在大地電磁法(MT)和音頻大地電磁法(AMT)基礎(chǔ)上,針對大地電磁法信號弱和場源的隨機(jī)性強(qiáng)的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的一種電磁測深方法,實(shí)質(zhì)是人工卡尼亞電阻率測深法。

  由于CSAMT方法具有受地形影響小,能穿透高阻容屏蔽層,分辨率高,探測深度大(>2km)等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于勘探深部地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地?zé)帷㈦[伏金屬礦床等方面。例如,Suzuki利用CSAMT對第四系下隱伏斷裂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測,控制了4條活動斷層[14];TheodoreandSweetkind對美國內(nèi)達(dá)華州Snake山系隱伏斷層進(jìn)行CSAMT探測,發(fā)現(xiàn)2組不同時代且相交的斷層[15];Chenetal.利用CSAMT技術(shù)揭示了內(nèi)蒙古中興屯銅鉬礦深部隱伏礦體的存在[16]。

  目前,牦牛坪稀土礦床的勘探深部多不超過400m,利用CSAMT技術(shù)可以有效加大探測深度,查明礦床深部構(gòu)造特征。因此,本文在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,利用CSAMT技術(shù)對礦床深部構(gòu)造進(jìn)行解析,為礦床成因及深部找礦勘探提供新的依據(jù)。區(qū)域地質(zhì)牦牛坪稀土礦床隸屬于四川省冕寧縣,位于我國西南著名的冕寧-德昌稀土成礦帶上。冕寧-德昌稀土成礦帶位于青藏高原東部,呈南北向展布,北起四川冕寧,經(jīng)西昌、德昌,南至攀枝花,長約270km,寬15km。

  該帶在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子板塊西緣[12],經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化。在元古代表現(xiàn)為巖石圈增生,形成變質(zhì)基底,并被顯生宙碳酸鹽覆蓋[17]。古生代-中生代為被動大陸邊緣環(huán)境,至中二疊世伴隨著地幔柱活動,形成了近SN向展布的攀西古裂谷。新生代(60~45Ma)由于印度-亞洲大陸于的大規(guī)模碰撞,導(dǎo)致在青藏高原東側(cè)形成碰撞造山帶,并形成一系列新生代走滑斷裂系統(tǒng),例如西部的嘉黎和高黎貢走滑斷裂帶,中部的巴塘-麗江和金沙江-哀牢山斷裂帶,以及東部的鮮水河-安寧河和小江走滑斷裂帶。

  沿著這些走滑斷裂系統(tǒng)形成半連續(xù)的鉀質(zhì)火成巖區(qū),并產(chǎn)生了中國最具經(jīng)濟(jì)價值的金屬成礦省[18]。冕寧-德昌稀土成礦帶內(nèi)發(fā)育一系列與成礦有關(guān)的碳酸鹽-堿性巖雜巖體,并受鮮水河-安寧河走滑斷裂帶控制,沿攀西裂谷中央地帶自北向南展布。該帶中除了牦牛坪稀土礦外,該帶還發(fā)育有大陸槽、木落寨和里莊等一系列稀土礦(點(diǎn))。然而,同位素測年資料顯示巖體和礦體均形成于喜馬拉雅期,年齡介于40~10Ma[3,6-8],表明REE成礦作用形成于碰撞造山環(huán)境而不是大陸裂谷環(huán)境。

  2礦床地質(zhì)

  2.1控礦條件:構(gòu)造和巖石

  牦牛坪礦區(qū)主要出露4種巖石類型:(1)礦區(qū)西部的堿性花崗巖體,可分為3種,即灰白色中細(xì)粒堿性花崗巖,中細(xì)粒文象堿性花崗巖和紫紅色堿性花崗巖;(2)礦區(qū)東南部泥盆系~二疊系的變質(zhì)沉積巖,碳酸鹽和玄武巖;(3)變質(zhì)沉積巖西側(cè)出露強(qiáng)烈糜棱巖化的流紋巖帶,順著剪切面理(Sc)有大量長英質(zhì)脈和碳酸鹽脈侵入;(4)礦區(qū)中部侵位于花崗巖體和糜棱巖化流紋巖之間的碳酸鹽-正長巖雜巖體,也是主要的含礦巖石單元。

  哈哈斷裂為區(qū)域上鮮水河-安寧河走滑斷裂的次級斷裂,為一條NNE向的走滑斷裂。該斷裂走向延伸數(shù)十公里,冕西巖體沿?cái)嗔褞Ф嗥谇秩攵示o閉斜列帶狀展布,由兩側(cè)向斷裂帶,巖體侵入時間變新,表明該斷裂切割深,活動時間長[21]。由于哈哈斷裂在礦區(qū)中通過,碳酸鹽-正長巖雜巖體形成一個強(qiáng)烈的剪切破裂帶,在斷裂影響范圍內(nèi)各類巖石中發(fā)育多組構(gòu)造裂隙,巖石破碎程度由碳酸鹽正長巖雜巖體向東西兩側(cè)依次減弱。碳酸鹽-正長巖雜巖體、堿性花崗巖及糜棱巖化流紋巖中發(fā)育的大量節(jié)理裂隙,多被后期霓輝石、重晶石、螢石、方解石、氟碳鈰礦等多種礦物充填,并成為各種脈狀礦體,從而在礦區(qū)中形成南北長2.65km,東西寬300~500m,平面上呈S型的礦化破碎帶。糜棱巖化流紋巖整體較為完整,節(jié)理裂隙不是特別發(fā)育。

  然而在靠近碳酸鹽-正長巖雜巖體的部分,卻發(fā)育了大量平行于Sc面理的節(jié)理裂隙,其中含礦裂隙寬度多在10~20cm,主要有兩組:(1)走向NNE向的一組極為發(fā)育,傾角>70°,大多數(shù)傾向E;(2)還有一組走向?yàn)镹EE向,傾角>70°,多數(shù)傾向N。在碳酸鹽-正長巖雜巖體中,節(jié)理裂隙極其發(fā)育,主要有三組:(1)走向NNE向最為發(fā)育,傾角>70°,主要傾向W,少量傾向E,其中發(fā)育含礦裂隙寬度最大,多在30~50cm,局部>1m;(2)少量走向NW的,傾向SW,傾角變化大,25°~70°,含礦裂隙寬度在10~20cm;(3)少量走向?yàn)榻贓W向,多數(shù)傾向N,傾角40°~70°,含礦裂隙寬度10~20cm。堿性花崗巖中靠近正長巖的部分節(jié)理裂隙比較發(fā)育,走向主要為NNE向,多數(shù)傾向W,傾角70°,但含礦性相對于正長巖要差,含礦裂隙寬度在10~20cm。

  2.2礦體特征

  根據(jù)礦區(qū)內(nèi)REE礦體寬度及形態(tài)的不同,可分為大脈,細(xì)脈及網(wǎng)脈狀礦體。礦體以10~50cm的細(xì)脈和網(wǎng)狀脈為主,局部可達(dá)15m。寬度超過10m的大脈主要產(chǎn)在流紋巖與碳酸鹽-正長巖雜巖體接觸的部位。而在碳酸鹽-正長巖雜巖體內(nèi)部主要以細(xì)脈及網(wǎng)脈狀礦體產(chǎn)出。另外,在靠近碳酸鹽-正長巖雜巖體的堿性花崗巖及糜棱巖化流紋巖中也發(fā)育有少量細(xì)脈及網(wǎng)脈礦。

  根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)及分布特征,可分為原生礦和次生礦。其中原生礦為主要礦石類型,包括塊狀和角礫巖狀礦石。塊狀礦石廣泛分布于不同規(guī)模的礦脈中,礦石礦物相對簡單為氟碳鈰礦,脈石礦物種類繁多,包括霓石-霓輝石、鈉鐵閃石、鈉長石、透長石、方解石、重晶石、螢石和金云母等。角礫巖狀礦石主要分布于大脈型礦體中,不規(guī)則的圍巖角礫(正長巖、花崗巖、流紋巖)被礦脈膠結(jié),表明礦體形成時間晚于圍巖。次生礦不單獨(dú)成礦,主要覆蓋在原生礦表面,為含稀土的非晶態(tài)鐵錳質(zhì)黑土[20]。大脈型礦體中礦物組合發(fā)育有明顯的分帶特征,從圍巖向中心依次可以劃分為3個帶:

  (1)霓石-霓輝石+輝石+鈉鐵閃石;(2)方解石+重晶石±鈉長石±透長石±螢石±霓石-輝石±鈉鐵閃石±氟碳鈰礦±石英;(3)氟碳鈰礦+鈉鐵閃石+金云母±霓石-霓輝石±螢石±方解石±重晶石±鈉長石±透長石。一些細(xì)脈型礦體中同樣也具有相應(yīng)的分帶,但通常發(fā)育不完整,尤其是(1)帶往往缺失。

  以上3種礦物組合反映了含礦流體的結(jié)晶順序,因此根據(jù)以上特征礦物的組合特征,并參考前人的流體包裹體測溫結(jié)果[10-11],該礦床可以相應(yīng)的劃分為三個成礦階段:SⅠ-霓長巖化期,SⅡ-方解石-重晶石期和SⅢ-鈉鐵閃石-氟碳鈰礦期。另外,含稀土的非晶態(tài)鐵錳質(zhì)黑土的礦物組合為:方鈰礦±褐鐵礦±軟錳礦±碳酸鋇礦±菱鍶礦,可將其劃為SⅣ-表生氧化期。

  4測試結(jié)果

  礦區(qū)內(nèi)主要巖石單元的電性特征測量結(jié)果?梢,REE礦化的正長巖與其他巖石電阻率值具有明顯的區(qū)別。REE礦化的正長巖電阻率值相對較低,為475~1504Ωm,平均997Ωm(<1000Ωm)。而其它幾種巖性巖石的視電阻率平均值都大于2000Ωm。因此可以根據(jù)CSAMT反演得到的電阻率的變化來推斷地下含礦構(gòu)造的分布和規(guī)模。

  5討論

  牦牛坪礦區(qū)內(nèi)低阻異常是由斷裂及其中的REE礦化體引起的。因此,根據(jù)CSAMT二維反演電阻率剖面,并結(jié)合地表地質(zhì)填圖,可以預(yù)測T1和T2兩條剖面的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)。T1線中的F1斷層及其中的17號礦體對應(yīng)于低阻異常帶A,在海拔2500m之上,向W陡傾,向下逐漸轉(zhuǎn)向E。F2斷層中的2號礦體與低阻異常帶B對應(yīng),從地表到海拔2400m,向E陡傾,向下傾角逐漸減小而成為低角度斷層,傾角10°~20°,斷層破碎帶寬約100m。36和49號礦體在地表附件向E陡傾,對應(yīng)于低阻異常帶C和D,向下到海拔2650m附近與F2斷層相交。因此,2號、36號和49號礦體可能都位于F2斷層的次一級的分支破碎帶中。T1線中較完整的灰白色堿性花崗巖對應(yīng)于0~12,14~16和20~27處的高阻異常區(qū)。

  T1線中糜棱巖化流紋巖對應(yīng)于28~29和30~41點(diǎn)處的高阻異常,其中局部的低阻異常帶E可能是由地表REE礦尾礦導(dǎo)致的。在T2線中,49號礦體對應(yīng)于低阻異常A,69、46和36號礦體對應(yīng)于低阻異常B,這幾個礦體都受控于F2斷層,位于F2斷層的次級破碎帶中。

  F1斷層及17號礦體則對應(yīng)于低阻異常帶C。F1和F2斷裂之間的高阻異常,根據(jù)地表出露的巖石類型推測為灰白色堿性花崗巖,以及少量的正長巖及糜棱巖化的流紋巖。綜合T1和T2兩條CSAMT線的深部地質(zhì)構(gòu)造特征,牦牛坪REE礦區(qū)的主控礦構(gòu)造哈哈斷裂在礦區(qū)中分為兩支,即F1和F2斷裂。兩條斷裂在深部為傾向E的低角度逆斷層,并且向下有可能逐漸合并成一條主干斷層,而向上則逐漸變陡,并進(jìn)一步分成若干條次一級斷層,成為有利的容礦空間。這些次一級的容礦構(gòu)造在糜棱巖化流紋巖中主要傾向E,而在正長巖和堿性花崗巖中則主要傾向W。

  礦產(chǎn)論文范例:當(dāng)前礦產(chǎn)地質(zhì)勘查技術(shù)方法分析

  6結(jié)論

  (1)受哈哈斷裂控制,礦區(qū)內(nèi)碳酸鹽-正長巖雜巖體、堿性花崗巖及糜棱巖化流紋巖中發(fā)育大量的節(jié)理裂隙,礦體以充填方式產(chǎn)于這些裂隙中,并具有明顯的分帶特征。(2)CSAMT反演結(jié)果表明,在牦牛坪礦區(qū)內(nèi)哈哈斷裂分為兩支,兩條斷裂在深部都為傾向E的低角度逆斷層,并且向下有可能逐漸合并成一條主干斷層,而向上則逐漸變陡,并進(jìn)一步分成若干條次一級斷層,為成礦的有利空間。(3)從深部到淺部,哈哈斷裂可分為3個層次:深層次構(gòu)造為深度>5km的導(dǎo)礦斷裂,將深部含礦熱液運(yùn)移到淺部;中深層次構(gòu)造為3~5km的配礦斷裂,控制著礦床的產(chǎn)出位置;淺層次構(gòu)造為3km到地表的節(jié)理裂隙,即容礦構(gòu)造,為成礦熱液的結(jié)晶提供空間。

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  作者:焦騫騫1,張勝印1,常華誠1,許德如2*,陳根文3,龔玉蓉1

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