姚家岭铜铅锌矿三维地质建模及控矿构造分析

刘 乐， 宋传中， 任升莲， 宫 龙， 黄 鹏

（合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009）

1 区域地质背景

姚家岭铜铅锌矿位于安徽省南陵县境内，长江中下游成矿带铜陵矿集区的最东端，其大地构造位置处在铜陵隆起、繁昌盆地与青山推覆构造的交汇处，如图1所示［1］。

区域内出露的最老地层为志留系，除缺失中、下泥盆统外，从志留系至第四系层序齐全，发育较完整。燕山期的石英二长闪长岩、花岗闪长岩等中酸性侵入岩与成矿关系密切。该区域的构造演化经历了3个阶段，分别是前震旦纪基底发育阶段，在本区并未出露；震旦纪—早三叠世盖层沉积阶段，在该阶段所形成的各类沉积岩层，对后生的与构造岩浆活动密切相关的铜、铁、硫、金（多金属）内生成矿作用的发育和演化产生重要影响，并提供了成矿场所；中晚三叠世—新生代板内变形阶段，在此过程中扬子板块与华北板块碰撞拼贴，盖层普遍褶皱，断裂极为发育，岩浆活动频繁［2］，对本区域的构造－岩浆－成矿作用具有重要意义。

图1 铜陵地区岩浆分布图

印支运动和燕山运动使得该区域的沉积盖层发生褶皱变形。印支期，盖层形成了一系列的NE向“S”型褶皱，并伴有断裂坳陷，对岩浆的就位以及矿化分布有重要的控制作用。燕山期，产生了一系列规模较小的近东西向、北北东向、近南北向和北西向构造叠加于北东向褶皱带上，使北东向褶皱的枢纽部位，地层间结合较弱的界面上易产生虚脱，成为有利的矿化空间［3－7］。整个铜陵矿集区在铜陵—南陵基底深大断裂的控制下，以北东向褶皱构造为主的构造复合叠加的结点上，自西向东分布着铜官山、狮子山、凤凰山、姚家岭、张家冲矿田等，而这种“结点成矿”的规律特征，成为铜陵矿集区最重要的控矿构造［8－10］。

2 矿床地质特征

姚家岭矿区出露的地层主要有志留系上统茅山组，泥盆系上统五通组，石炭系中统黄龙组、上统船山组，二叠系栖霞组，三叠系下统殷坑组、和龙山组以及白垩系蝌蚪山组。矿区内的主要褶皱构造为戴公山背斜，该背斜长约20km，轴向50°～60°，轴面倾向SE，倾角55°左右。褶皱核部地层为志留系高家边组、坟头组、茅山组，北西翼地层从泥盆系上统五通组至三叠系下统南陵湖组出露齐全，地层倒转，倾向SE，倾角30～50°；南东翼地层因断陷零星出露，层序正常，倾向南东，倾角40°～60°左右。背斜轴迹在区内变化较大，由北东向转为近南北向。区内主要断层以北东向为主。矿区内地层、岩体强烈破碎，角砾岩广泛发育［11］。

区内岩浆岩有沙滩角花岗闪长岩、小青塘和青山花岗闪长斑岩以及花岗斑岩脉，如图2所示［11］。其中小青塘花岗闪长斑岩岩体与成矿关系密切，分布在矿区的中部，与沙滩角岩株相邻，中间被一条近南北向花岗斑岩岩墙所隔。该岩体呈东西向延伸，地表平面形态为向南略突出的“月牙状”。岩体侵入于戴公山背斜北东倾伏端之北西翼地层中，岩体接触带北侧缓、南缘陡并超覆在栖霞灰岩之上，岩体蚀变强烈，并普遍发育角砾状构造，角砾成分复杂，除斑岩角砾外，还卷入大量灰岩、硅质岩和碎屑岩角砾［12］。

图2 姚家岭铜铅锌矿地质图

3 三维地质建模

使用Surpac软件对姚家岭铜铅锌矿进行三维地质建模，Surpac软件是由澳大利亚SSI（Surpac Software International Pty Ltd）公司开发的在矿业领域内具有国际领先水平的大型数字化矿山工程软件［13］。Surpac所具有的三维可视化模块可以使矿区的地质特征以三维形态形象直观地展现，便于研究者对其矿体、地层、断层等地质要素的相互关系进行研究，从而总结出其构造特征及控矿规律［14－15］。

本次研究所收集的勘探资料包括：地形地质图、8条勘探线剖面图以及45个钻孔资料。

3.1 地表与钻孔模型、地层模型

通过提取姚家岭矿地形地质图中的等高线、三维转换建立姚家岭地区的地形特征，可以看出南西向地势较高，最高处300m左右，北部和东部地势较低，最低处45m左右，共分布有8条北东—南西向展布的勘探线以及45个钻孔，如图3所示。

姚家岭矿钻孔所揭露的地层主要有：石炭系中上统、二叠系栖霞组、三叠系和龙山组以及白垩系蝌蚪山组。

图3 姚家岭铜铅锌矿地形及钻孔分布图

根据勘探线剖面图中的地层分布情况，将其进行三维坐标转换，建立姚家岭矿深部三维空间的地层形态，如图4所示。石炭系和栖霞组地层受到构造应力的挤压形成向斜，其向斜枢纽走向近东西，并呈波状起伏；三叠系地层由东向西逆冲推覆到白垩系地层之上。

由于二叠系栖霞组地层在本区大面积分布且延伸较连续，同时也是最主要的赋矿层位，故以二叠系地层形态特征为例，分析本区所受的构造应力状态。二叠系栖霞组灰岩的形态呈向斜展布，该向斜的长度约1702m，宽度约645m，最高点为－190m，最低点为－959m；向斜的枢纽波浪起伏，总体向东倾伏；向斜总体形态呈现出西高东低，由西向东将该向斜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3段，分别对这3部分的产状进行测量，测量结果见表1所列。二叠系栖霞组地层三维模型如图5所示。

图4 姚家岭铜铅锌矿床围岩三维模型

表1 二叠系栖霞组地层褶皱两翼产状汇总 （°）

图5 二叠系栖霞组地层三维模型

根据地层的三维形态以及产状测量的结果，认为该地层受到了2期构造应力的作用。第1期应力作用的方向为近南北向，从而形成了近东西向的褶皱，第I、III段两翼均向北倾斜表明第1期褶皱的南翼发生了倒转；第2期应力作用的方向为近东西向，形成了近南北向的褶皱并近垂直地叠加到第1期褶皱之上，从而造成了第1期褶皱枢纽波状起伏的形态。

近东西向褶皱轴与近南北向褶皱轴以近90°角度叠加，叠加形式为第1期轴面垂直于第2期皱面，第1期枢纽垂直于第2期枢纽。这种叠加关系符合中国东部中新生代构造体制转换的特点，即印支晚期特提斯构造体制作用下，古特提斯洋关闭，形成了以秦岭—大别造山带为代表的近东西向构造，随后经历了近东西向的古亚洲构造体制，燕山期北北东向太平洋构造体制以近垂直的方向上叠加到先期近东西向构造之上，表明了该地区的构造特征严格受特提斯构造体制和太平洋构造体制的影响和控制，记录了2个构造体制的转换过程。

3.2 矿体模型

根据剖面图所圈定的矿体形态，对矿体进行三维空间转换，建立铅锌矿以及铜矿体的三维形态，其形态呈“金勺状”的特征，如图6所示。

图6 姚家岭铜铅锌矿体模型

从矿体的空间位置及形态反应出二叠系栖霞组灰岩是主要的赋矿层位，矿体的赋存形态严格受地层形态的控制。

姚家岭矿体的“金勺状”三维模型表现出其受多期构造作用的特征，区内中生代以来的叠加褶皱，使得姚家岭含矿地质体整体形态为近东西向，枢纽呈波状起伏的向斜构造，并且后期叠加枢纽近南北向褶皱，西段为背斜，东段为向斜。

强烈的叠加褶皱导致岩层的破碎，产生大量裂隙，与此同时常常产生顶厚褶皱，浅表层次的非塑性变形容易在转折端部位产生滑脱构造，为成矿热液的运移、就位提供了通道和空间。姚家岭铜铅锌矿体的 “金勺状”形态，以及在褶皱转折端部位矿体加厚就是在此背景下形成的。

4 结束语

本文通过对姚家岭铜铅锌矿的深部三维地质建模，对其地层以及矿体的三维赋存形态进行分析，结果表明控制姚家岭铜铅锌矿矿床形成的控矿构造明显受到2期近垂直的构造应力的叠加改造作用，即印支期形成的近东西向的向斜构造与燕山期形成的近南北向的向斜、背斜构造的叠加，表现出复合式构造控矿的特征，符合长江中下游转换构造结内具有的结点成矿规律。

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