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【变质核杂岩构造与成矿关系】

一、变质核杂岩构造基本特征

1979年，DavisandConey首次将广泛分布于北美西部科迪勒拉造山带中一套独特的伸展构造和岩石组合命名为变质核杂岩(metamorphiccorecomplex:mcc)。根据Coney(1980)的定义，变质核杂岩是指“一组近圆形或椭圆形由强烈变形的变质岩和深成岩组成的分散孤立的穹状隆起，上覆以断层分隔并远距离滑移来的变质盖层”。后来，Seyfert(1987)对该定义作了修正和补充，认为“科迪勒拉变质核杂岩一般是呈近圆形或椭圆形的、由强烈变形变质的岩石组成的孤立隆起，有岩体侵入其中，或者被远比核部岩石变形、变质轻的岩石覆盖(1型)，或者被覆以拆离并远距离运移的盖层(2型)”。Seyfert(1987)又根据拆离断层的发育状况将2型变质核杂岩分为两个亚类:如果变质核杂岩周缘均有拆离断层发育，是为2a型;如果只部分周缘有拆离断层发育，是为2b型。Malavieille(1993)则根据造山作用晚期伸展形成的变质核杂岩的几何学，将变质核杂岩分为对称型和非对称型两类(图8-2)。

图8-2示变质核杂岩的几何分类(据Malavicille，1993)

科迪勒拉造山带中缓倾正断层及包含它们的变质核杂岩的认识很快导致其他山系中变质核杂岩的发现。中国境内首批确认的拆离断层及相关变质核杂岩包括高喜玛拉雅的藏南拆离系(BurchtíelandRoyden，1985;Burchtíeletal.，1992)、北京北部的河防口拆离断层(DavisandZheng，1988)及云蒙山变质核杂岩(Davisetal.，1996;Davis，1988;Zhengetal.，1989)和中蒙边界上的亚干变质核杂岩(Zhengetal.，1991;郑亚东和张青，1993;郑亚东和王玉芳，1995;郑亚东，1999)。以后，北京西山房山印支期变质核杂岩构造(宋鸿林，1996;颜丹平等，2005)、小秦岭变质核杂岩(张进江和郑亚东，1998)、金沙江变质核杂岩(孔华等，1996)、江西的武功山变质核杂岩(Faureetal.，1996;孙岩等，1997;舒良树等，1997、2000;Wangetal.，2001;楼法生等，2005)、江西庐山变质核杂岩石(尹国胜等，1996)、扬子西缘的江浪变质核杂岩(宋鸿林，1995;Yanetal.，2003)、呼和浩特大青山变质核杂岩(王新社等，2002;Darbyetal.，2001)、辽宁医巫闾山变质核杂岩(马寅生等，2001;Darbyetal.，2004)、西藏拉轨岗日变质核杂岩(刘德民，2003)、湖南幕阜山和大云山变质核杂岩(傅昭仁等，1992;喻爱南等，1998)、安徽洪镇变质核杂岩(罗庆坤等，1992;董树文等，1993)等在我国也相继发现(图8-3)。通过对这些变质核杂岩几何学和运动学的研究，还认识到变质核杂岩构造至少有三层结构:即上部脆性变形层、中间韧性流变层和下部变质核杂岩体(宋鸿林，1995;王根厚等，1997;舒良树等，1997;刘德民，2003)。

图8-3中国变质核杂岩特征(据宋鸿林，1995;彭少梅，1999;经修改)

经过国内外学者近30年的研究，目前已普遍认为，变质核杂岩是大陆高应变伸展环境中发育的一套构造和独特岩石单位的组合，是深层次区域热隆伸展作用产物，与地壳伸展作用及局部非均一热事件有密切的联系，其实质是大规模地壳伸展和地壳沿主拆离断层切除(缺失)的结果，并认为可形成于不同时期、不同地质构造环境，其基本特征应包括3个不可缺少的或必要的构造要素(颜丹平，1997;Davis和郑亚东，2002;楼法生等，2005):①主拆离断层———大规模位移(几十千米)的准区域至区域性的低(倾)角(典型情况下小于35°～40°)正断层;②下盘———与断层相关的糜棱状片岩、片麻岩和可能出露的更深层次的非糜棱状结晶岩;③上盘———含多世代正断层的上地壳基底岩和/或表壳岩层。其中关键的一点是，所有变质核杂岩是沿地壳深部(大于10～15km)大型拆离断层大规模地壳伸展和地壳切除(缺失)的产物。根据经典地区变质核杂岩和我国一些地区变质核杂岩的发育状况和结构，在朱志澄(1994)和楼法生等(2005)的基础上，我们进一步总结了变质核杂岩应具备的基本特征和判别标志:

1)空间上呈穹状、长垣状、椭圆状孤立隆起。若干变质核杂岩可以成带状或串珠状定向展布，但单个变质核杂岩多呈非线性的穹状地貌。变质核杂岩多构成地形隆升地貌，常形成区内最高山(舒良树等，1997;Wangetal.，2001)。

2)发育拆离断层。基底与盖层以规模巨大的低角度正断拆离断层分隔，且拆离断层上、下盘岩石的变形性质绝然不同，上盘为脆性变形域并表现为一期或多期不同类型的正断层，下盘为韧性变形域。但上盘盖层也可因侵入作用而变质，并发生不同程度的糜棱岩化。

3)具有双层或三层结构特征。即以拆离断层分开的上盘脆性域和下盘变质核组成的双层结构特征、上部脆性变形层(包括盖层和山前半地堑沉积盆地)、中间韧性流变层及变质核杂岩体组成的三层结构特征。宋鸿林(1995)提出，非同轴流变的中间韧性层是一种普遍现象。只有在滑距很大时，才会缺失中间韧性层，造成上盘脆性层直接和下盘变质核接触。

4)变质核杂岩体顶部和周缘发育以糜棱岩化岩石为特征的韧性剪切带，糜棱岩化岩石一般具有显著的S-C组构、石英-长石残斑系、拉伸线理等各种剪切标志。其中的拉伸线理具有区域性一致的趋向，但线理的倾伏方向可以相反。

5)上部脆性变形域的脆性伸展方向和拆离断层的滑动方向以及下部糜棱岩化岩石中的运动学方向具有一致性，反映了统一的运动方式。

6)变质核杂岩的核部一般都有不同时期不同规模的花岗岩类岩体侵入，有早于伸展期的老岩体，更多的是同构造期中酸性岩浆岩侵人体。有的变质核杂岩核部可以全被同构造期岩浆岩所占据，但在岩浆岩的周缘常发育以糜棱岩化为特点的韧性剪切滑脱带。

然而，有关变质核杂岩成因机制仍存在相当大的争论，其中争论最大的要算低角度正断层(Amstrong，1972;Proffett，1977;Wernicke，1981;Davis，1988;DavisandLister，1988;ListerandDavis，1989;Bartleyetal.，1990;Hilletal.，1992)及杂岩中心岩浆岩的形成机制(MeyerandFoland，1991;DavisandHawkesworth，1993;Leemanetal.，1993;Wenrichetal.，1995;Hilletal.，1995)。在低角度正断层方面，Davis(1983)提出的剪切带模式是到目前为止最经典的成因模式。而在岩浆岩与变质核杂岩的关系方面，多数学者主张岩浆上隆引起伸展拆离(张进江等，1998)，少数学者认为伸展拆离作用导致岩浆上升侵位。但对变质核杂岩的力学成因解释，我国学者大都采用ListerandDavis(1989)建立的伸展构造模式(图8-4)，其基本思想是伸展导致地壳减薄和地幔上隆，从而使中下地壳剥露(Crittenden，1980)。而据地壳均衡原则，在地幔上隆的同时，上地壳下陷并接受沉积，这一过程只能使变质核杂岩接近地表，并不能使变质核杂岩出露地表(颜丹平，1997)。另外，李东旭和许顺山(2000)还提出旋扭构造导致变质核杂岩的成因观点。

图8-4变质棱杂岩和拆离断层演化模式(据ListerandDavis，1989)

变质核杂岩及其成矿关系也已经引起了越来越多地质学者的注意(李先福等，1991;朱志澄，1994;Wickhametal.，1993;傅昭仁等，1992、1997;李德威，1993b;Milleretal.，1995;Horneretal.，1997;侯光久等，1998;陈先兵，1999;傅朝义，1999;孟宪刚等，2002;杨伦等，2002;刘德民，2003;Marchevetal.，2005;戴传固等，2005;杨竹森等，2006;李建忠等，2006;HolkandJrTaylor，2007)。许多学者如HollisterandCrawford(1986)、Doblasetal.(1988)、ListerandDavis(1989)、翟裕生等(2002)等还从不同角度设计了成矿模式(图8-5)。变质核杂岩中的拆离断层带往往是一条金属成矿带，如我国长江中下游地区某些铜、铁和多金属矿、胶东金矿、美国西部大型低品位金矿、金银矿和多金属矿、西班牙中央体系浅成热液银-贱金属矿、澳大利亚某些金矿等，都与拆离断层相关或受其控制。这些矿床主要产于拆离断层带中、拆离断层与分支断层交会部位、次级顺层拆离断层中，在糜棱岩中亦有矿床产出。研究表明，变质核杂岩构造控制着岩浆作用及其沉积建造，其拆离断层面既是脆性构造与塑性构造的变换面，又是氧化与还原作用的交替面，同时沿拆离断层产生的动力变质作用和变质热液及韧脆性断裂带均为导矿、容矿的有利条件。因此，拆离断层赋矿有其特定的有利成矿条件(HolkandJrTaylor，2007)，例如，①两种流体(浅层大气水流和深层岩浆流体)及其交会;②两种物化环境(上盘氧化环境和下盘还原环境)并于拆离断层带构成有利矿质沉淀的氧化-还原界面;③大量断层和强烈破碎带为含矿溶液的运移、渗滤和成矿物质的沉淀、聚集提供了通道和空间;④变质核杂岩往往是多期岩浆活动的中心，岩浆-热液活动、伸展隆起和构造剥蚀形成了高地热梯度和高热流环境，为成矿元素的活化、淬取、迁移、富集提供了良好条件。开展变质核杂岩研究，对于指导研究区的找矿具有直接的重要意义。

图8-5变质核杂岩构造流体系统示意图(据翟裕生等，2002)

国内外学者对变质核杂岩成矿作用的研究，提供了可供借鉴的有益思路(朱志澄，1994)，即①从变质核杂岩-伸展穹窿作用-岩浆活动三者统一实体探索成矿规律;②从岩石岩体的变形变质、蚀变和矿化，分析测试其温压变化规律;③探讨、测定岩浆活动期次与多期成矿作用关系;④研究矿床的垂向分带和空间分带与变质核杂岩的关系，有时需要根据隆升幅度和剥蚀深度恢复变质核成矿时的原貌;⑤根据变质核杂岩中稳定同位素的分析，探讨两种流体的运移规律。总之，研究中要将构造、岩体、流体、矿液相结合，构造与地球化学相结合，从动态的时空变化上探索其成矿赋矿规律。

二、变质核杂岩构造对石碌铁矿床的改造

根据石碌矿区构造变形特征、矿体赋矿构造和形态特征初步分析，结合矿区西南面中元古代片麻状花岗岩及古中元古代长城系抱板群具强烈剪切变形、变质级可达角闪岩相(详见第四章及图3-3)，以及矿区缺失三叠至侏罗系、矿区周缘印支—燕山早期花岗岩显示同构造侵位特征和矿区东部石炭-二叠系强烈剪切变形(详见第四章)，我们认为矿区第二期构造变形式样(即D2)类似于变质核杂岩构造;进一步结合矿区成矿物质和成矿流体来源的示踪(详见第五章、第六章)，以及热液蚀变期次，我们认为该变质核杂岩构造对石碌铁矿床有重要的改造作用(图8-6)。

图8-6石碌矿区变质核杂岩构造改造成矿纵剖面示意图［(a)示现今剥蚀位置］

第四章研究表明，印支—燕山早期以来的岩浆侵位和上隆可能导致了类似于变质核杂岩构造，以及组成变质核杂岩构造的基底剥离断层(即拆离断层)、韧性中间滑脱带(层)、层间剥离断层和一系列高角度正断层等。其中，变质核由印支—燕山早期花岗岩、石碌群第一层至第五层、长城系抱板群及侵入其中的中元古代片麻状花岗岩组成，韧性中间层由石碌群第六层组成，而上部脆性域由石碌群第七层(原震旦系石灰顶组)、石炭系和二叠系地层组成。变质核与韧性中间层之间以拆离断层F1(见图3-7、图4-29和图8-6)分隔，而韧性中间层与上部脆性域以层间剥离断层如F22相隔(见图8-6及图4-3b和图4-5a中二透岩与上覆石碌群第七层之间断层)，在上部脆性域和韧性中间层内则发育一系列SN向高角度正断层，如F7，F32，F26，F21，F19等。根据岩浆作用引发伸展构造的观点(ListerandBaldwin，1993;VissersandvanderWal，1993;PlattandEngland，1993;Zhengetal.，1988;Spenceretal.，1995;Hilletal.，1995)，石碌变质核杂岩构造的形成应与印支—燕山早期以来的岩浆活动诱发侧向的地壳伸展有关。由于与变质核杂岩紧密相伴的同构造花岗岩的侵入，引起地壳变热-体积膨胀，在上涌岩浆流的氢气球效应下，诱发地壳块片从高到低滑脱-伸展-拆离，最终形成变质核杂岩。这一岩浆作用引起变质核杂岩隆升的热隆模式可分为3个过程，具体详见图4-47。

结合变质核杂岩构造成岩成矿的研究成果，可以认为，石碌变质核杂岩构造形成时强烈的成穹作用所引起的伸展拆离，将能为成矿元素的活化、浸出和迁移以及进一步富集提供流体介质和动力;而伸展拆离晚期叠加的脆性断裂形成的容矿空间将为成矿物质的淀积提供了场所。在变质核杂岩隆升驱动地热系统的早期(约250Ma:图8-6a)，印支—燕山早期花岗质岩浆上隆、侵位导致了石碌矿区及邻区地壳由挤压向伸展发展，可能产生了有利的导矿和/或容矿构造;矿床改造富化阶段即约210Ma(图8-6b)，由于组成矿区变质核杂岩构造中的韧性中间层，即石碌群第六层主要由二透岩、(不纯)灰岩和白云岩或白云质岩等组成，且孔隙度和渗透性均比其下覆的石绿群第一、第三、第四和第五层原岩为火山-碎屑岩的石英绢云母片岩、石英岩等较好，韧-脆性剪切变形强烈、各种剪切构造发育并切割较深，因而有利于被印支—燕山早期花岗质岩浆加热、驱动的深部流体(卤水)运移至该韧性中间带，促使矿源层和/或基础矿床中铁、钴、铜矿物质再次被活化和富化形成高温塑性流体，为矿区富铁矿体的形成奠定了基础(图8-6b)。

变质核杂岩构造形成过程所产生的大规模韧性剪切带在剪切作用晚期所叠加的一系列次级裂隙构造则可作为成矿流体大量停积和沉淀出矿石的场所。这些次级裂隙的形成以张性为主、兼有剪切旋转，既可以是长几米至十千米、宽几厘米至几百米的剪切带构造，也可以是长几厘米至几米、宽几毫米至几厘米的显微裂隙。1929年里德尔(Reidel)根据一系列实验结果首次描述了剪切带中裂隙的形成顺序和方向。尽管他们的实验模拟是脆性剪切，但这种构造也见于脆-韧性剪切带。随着剪切应力的增加首先形成早期的低角度(R)和高角度(R')里德尔共轭剪切裂隙，前者与剪切带边界成15°，后者成75°;随后，形成晚期的逆向里德尔共轭剪切裂隙P和P'，前者与剪切带边界成5°～10°，后者成40°;最后形成于剪切带中部并与剪切带边界平行的主剪切裂隙D(图8-7)。T为沿应变椭球体YZ面形成的张裂隙，并与片(劈)理垂直。根据石碌矿区近EW向和NW—SE向一对X共轭剪张节理严格控制呈“S”形和反“S”形透镜状矿体产出的特征，说明D，R和P剪切裂隙是石碌矿区主要的储矿剪切系统。

在变质核杂岩构造发展的更晚期最终定位的近NS向和NNW，NNE向高角度正断层进而导致了石碌矿区自W向E的伸展和矿体的断陷、滑移，以及晚期的铁、钴、铜、铅锌等多金属矿化沿更次级的脆性裂隙发生。由上可见，石碌铁矿床的成矿作用具有多期次、多成因的特点，而促使其成为富铁矿体的可能是印支—燕山早期的伸展性韧性剪切作用和晚期脆性断裂叠加。

图8-7韧脆性剪切带构造成矿系统中可能出现的容矿空间(据邓军等，1998b)

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