辽宁北票台吉营子金矿显微构造特征浅析①

袁建国*严启平王 伟郑厚义

1. 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013；

2. 中国冶金地质总局中南局湖南地质勘查院，湖南，410001

地质·矿床

辽宁北票台吉营子金矿显微构造特征浅析①

袁建国*1严启平2王 伟1郑厚义1

1. 中化地质矿山总局化工地质调查总院，北京 100013；

2. 中国冶金地质总局中南局湖南地质勘查院，湖南，410001

台吉营子金矿成矿类型主要为构造破碎蚀变岩型，并具有石英脉型矿床特点，构造对其成因及产出有严格的控制作用。从微观角度分析矿体和围岩中出现的显微构造现象，并结合区域构造背景和矿石类型分析矿床成因及推测其演化过程。经观察研究发现台吉营子金矿区存在的主要显微构造有：显微破裂、晶质塑性变形、断层等显微构造现象。分析表明该矿区矿石多形成于中-浅部构造层次，以脆-韧性变形为主，并存在多于3期的矿石复合叠加作用。

显微构造；古应力；构造期次；矿床演化过程；

辽宁北票市台吉营子金矿区属于努鲁尔虎山系，为中等切割的中低山区，矿区地形低缓，第四系更新统黄土覆盖较厚，导致矿区构造形迹出露较少。本文拟通过对地表及钻孔中所采集样品的光薄片进行显微构造观察与分析，以期为矿区构造演化和确定提供线索。

1 矿区地质概况及区域构造背景

1.1 地质概况

台吉营子金矿位于辽宁省北票市台吉营子乡生金村赵户沟组一带，隶属于辽宁省北票市宝国老镇。

矿区地层主要为中新太古界建平群小塔子沟组（Ar2-3x），总体为一套凝灰质砂岩及富含钙质的中、基性火山碎屑岩夹硅铁质岩的变质岩系列，岩性主要包括黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长角闪片麻岩、榴辉角闪斜长片麻岩、麻粒岩、榴辉麻粒岩夹斜长片麻岩、磁铁石英岩扁豆体。此外还有侏罗系、白垩系的陆相沉积岩及火山岩零星分布，第四系分布较广泛。

区域内岩浆活动期次主要集中在吕梁期、华力西晚期、燕山期，且具有活动强烈和多期次侵入的特征，其中以华力西期和燕山期为主体，沿NE—SW向断裂带分布，在建平群变质岩中局部有混合花岗岩出现，区内基性-中酸性脉岩发育，一般成群成带分布。区域构造以北东向为主，其次还有北北东向、北西向，区域褶皱主要表现为建平群被紧密挤压所形成的同斜褶皱，矿区位于褶皱北翼，表现为单斜构造。

1.2 区域构造成矿背景

矿区在北东向延伸的凌源-北票成矿带（即辽西二道沟-金厂沟梁金矿成矿集中区）东端，位于近东西向延伸的赤峰-开原超岩石圈断裂带与凌源-北票断裂带的交汇部位。区域内主要发育3条断裂：凌源-北票岩石圈断裂、赤峰-开原超岩石圈断裂、朝阳-药王庙断裂，矿区内构造主要受控于凌源-北票断裂【1】，见图1。

矿区所处辽西凌源-北票成矿带区域地质构造以基底盖层双层结构叠加中生代板内造山构造组合为特征。中生代辽西地区处于濒太平洋活动带形成与演化阶段，形成一系列三级陆内盆地、四级火山断陷盆地，如朝阳断陷盆地、羊山断陷盆地及阜新断陷盆地等。其所形成东西向、北东向、北西向断裂构造成为区内重要的金矿控矿构造，即韧性剪切带控矿【2】。

图1 辽西地区断裂及矿区分布简图Fig.1 Fracture and mining area distribution diagram of Western liaoning region

该控矿构造特点主要表现为中浅层次韧脆性变形和浅层次脆性变形，而深层次的韧性、超韧性变形为元素迁出区，不利于成矿。其中，中浅层次韧脆性变形主要是由韧性剪切作用引起，形成以“排山楼金矿”为代表的韧性剪切带蚀变岩型金矿【3】；浅层次脆性变形形成褶皱和不同方向、不同性质的断裂构造，可形成破碎蚀变岩型金矿，辽西地区较典型的矿床有“石洞沟金矿”【4】。

通过对矿区矿石的观察和比较，本矿区矿石主要类型为：①含金石英脉矿石；②含金碎裂蚀变岩矿石。见照片1，含金石英脉型矿石整体为灰白色石英，内部裂隙中包含细脉状、团块状黄铁矿-黄铜矿颗粒，两端为具有强绿泥石化、绢云母化的蚀变围岩；而照片2中所反映出含金构造蚀变岩（岩性为含金碎裂蚀变岩）的特征，从照片中可以看出矿石局部含有深灰绿色角砾，粒度分布不均匀，呈棱角状-次棱角状，成分以强蚀变片麻岩为主，胶结物成分主要为硅质石英。矿石右上角为团块状黄铁矿、黄铜矿。

照片1 含金石英脉矿石Photo 1 Gold-bearing quartz vein ore

照片2 含金碎裂蚀变岩矿石Photo 2 Gold-bearing cataclastic altered rock ore

以上两类型矿石既有各自的特点，同时也表现出相似的特征，说明矿石在形成时有一定的叠加作用。

2 显微构造特征及其指示意义

笔者利用偏光显微镜对矿区中所采集的32件样品的光薄片进行观察，其中20件为钻孔取样，12件为地表取样。通过发现多种显微构造现象，主要分为显微破裂和晶质塑性变形。这两类显微构造现象分别代表脆性和塑性的构造环境，对本矿区成矿层次具有一定的指示意义【5,6】。现分述如下：

2.1 显微破裂

显微破裂主要指由破裂作用产生的显微裂隙及其相关显微构造现象【7】。在镜下多表现为显微裂隙，其指由破裂作用产生的在光学显微镜下可见的微裂隙。或出露于晶体内部，或穿过晶体界面，且一般不破坏矿物和岩石的完整性。根据构造作用方式不同又可分为显微剪裂隙和显微张裂隙：前者较平直、紧密，较少充填物。如图2所示，剪裂隙近平直，贯穿石英颗粒延伸到相邻的长石颗粒中，中间无充填物，且边部伴随较多更细小裂隙；后者则多呈锯齿状，较开放，常含充填物。如图3所示，张裂隙边缘参差不齐，中间充填石英微颗粒和碳酸盐细脉。

图2 贯穿石英颗粒的剪裂隙（正交）Fig.2 Shear cracks throughout the quartz grains (orthogonal )

图3 显微张裂隙（正交）Fig.3 Microscopic tensile cracks(orthogonal )

光薄片中也可见沙钟构造（图4）。沙钟构造指矿物中由于成分或光性的变化而形成的形如古代西方计时沙钟样式的一种显微构造。如图所示长石颗粒在受力后、沿对角线或其他方向产生一组X型剪切裂隙，并伴随有一定的旋转或物质成分的迁移和变化而形成。

另外，在应力作用下，显微破裂进一步扩展，破坏岩石原生结构，变形逐步均匀化，演化为碎裂结构。碎裂结构中，矿物颗粒破碎成外形不规则的带棱角的碎屑，并常具裂隙、波状消光等现象（齐金忠等，2006年）。从图5中可以看到，石英碎块呈棱角状、次棱角状，碎块之间被更细的碎屑所充填。

图4 变形沙钟构造（正交）Fig.4 Deformation hourglass structure(orthogonal )

图5 碎裂结构（正交）Fig.5 Cataclastic texture(orthogonal )

2.2 晶质塑性变形

晶质塑性变形主要是指在岩石变形过程中，由位错滑移、位错攀移、动态恢复和动态重结晶作用等晶质塑性变形机制形成的显微构造变形现象。在样品中发现的主要塑性变形现象有波状消光、带状消光、扭折带、机械双晶、亚晶粒、动态重结晶、核幔构造等现象。

2.2.1 波状消光 在正交偏光显微镜下矿物中显示的一种不均匀消光现象。它是晶内应变的效应，是由于过量的位错引起晶格扇状或不规则状畸变的结果。如图6，为石英颗粒的波状消光。

2.2.2 带状消光 带状消光指在正交偏光显微镜下矿物中显示的一种不均匀的呈带状消光的现象。其成因主要是应力导致晶格位错的运动形成规则的位错壁，由位错壁分割成不同的消光区域。图7为长石的带状消光，转动载物台消光带呈跳跃式过渡。

图6 波状消光（正交）Fig. 6 Wavy extinction(orthogonal )

图7 带状消光（正交）Fig.7 Banded extinction(orthogonal )

2.2.3 双晶弯曲和扭折带 扭折是塑性变形的标志之一，是位错的滑移和攀移构成的位错排列，扭折带边界就是晶格中有规律排列的位错壁。当晶体在应力场中所处的方位使其不可能发生广泛的晶内滑移时，晶体会形成晶格弯曲。随着弯曲作用的加强，晶格中的弧形弯曲转变为弯折，进而形成扭折带。如图8和图9中的长石颗粒可清晰地反映这一塑性形变过程。

图8 扭折带（正交）Figure 8 Kink band(orthogonal )

图9双晶弯曲（正交）Figure 9 Twin curved (orthogonal )

2.2.4 亚晶粒 亚晶粒在正交偏光显微镜下，矿物颗粒内分成许多消光位有微弱差异的、有规则界限的消光区，而在单偏光镜下却仍然为一个颗粒，这种现象称为亚颗粒化。它是在塑性变形过程中，颗粒在恢复过程中由位错的攀移、交滑移而形成位错壁构成多边形化的结果，位错壁两侧的晶格方位发生了小角度的偏转，就会将一个晶体通过位错壁分割为多个晶格方位不同的区域，这些小区域就是“亚颗粒”。

在普通的光学显微镜下看不到位错壁构造，只能看见由位错壁分隔的不同小区域具不同的消光位（图10）。

2.2.5 动态重结晶现象 动态重结晶即在变形过程中形成的新晶粒。该过程往往消除了原来的显微构造，消耗了高位错密度，致使位错消失，并发育和生长了新的无应变颗粒或多晶集合体，即新晶粒内无位错或位错密度极低，因而没有波状消光、消光带及亚晶粒化等变形现象。同时由于矿物结晶是在受力的情况下进行的，故矿物颗粒都有压扁或拉长，粒度减小，一般是他形，具锯齿状缝合线边界或者不规则的港湾状颗粒边界。矿物颗粒的动态重结晶现象在台吉营子矿区石英颗粒中较为普遍（图11）。

2.2.6 核幔构造 核幔构造是指应变矿物颗粒及环绕其外缘的、由细粒化而形成的细小亚晶粒和重结晶晶粒组合而形成的显微构造现象。核幔构造的核部晶体常发育有波状消光、变形带及变形纹等变形现象，甚至可以全部亚晶粒化，但在单偏光镜下，仍为一个较大的颗粒（图12）。

综合以上显微构造特征，可以发现本矿区兼具脆性和韧性变形，反映了不同的构造层次。

图10 亚晶粒（正交）Fig.10 Subgrain(orthogonal )

图11 动态重结晶（正交）Fig.11 Dynamic recrystallization(orthogonal )

图12 核幔构造（正交）Fig.12 core and mantle structure(orthogonal )

3 运动学分析

宏观的剪切运动会在矿物颗粒中有直接的体现，本矿区中多见长石聚片双晶纹在剪切作用的影响下发生明显错动现象。图13和图14中为斜长石聚片双晶沿剪裂隙相对移动。根据双晶错动可以判断构造运动的剪切方向，根据薄片观察显示图13为右行剪切，而图14主要表现为左行剪切。

以上结果表明，矿区断裂带构造运动剪切方向为左行与右行并存。剪切运动方向的不一致反映了断裂活动方式的变化。

图13 双晶纹错动（正交）Fig.13 Double crystal dislocation(orthogonal )

图14 双晶纹错动（正交）Fig.14 Double crystal dislocation(orthogonal )

根据北票地区构造地震和矿震资料和北票地区演化历史【8,9】，朝阳-北票断裂自中生代以来，出现两次明显的构造运动：中生代断层性质为逆掩断层，构造应力场为北西—南东的水平挤压应力。从而在朝阳-北票断裂附近形成许多小型逆冲断层。这些构造影响侏罗系、白垩系及其以下地层。新生代转变为正断层，错断更新统地层，并沿断层形成一系列北东向半地堑型盆地，沉积了更新世和全新世沉积物，说明本区在新生代时应力场已转变为北西—南东向拉张。显微构造剪切方向的变化说明矿区在白垩世也应经历了此构造反转作用。

4 动态重结晶法估计古应力值

矿物在较高温度和较强应变条件发生错位蠕变，在动态恢复作用下产生动态重结晶颗粒【10】。金属和实验矿物学研究表明，差应力与动态重结晶颗粒大小的指数呈反比，即应变越强烈，重结晶粒度越小。根据本矿区构造特点，本文选择动态重结晶法对剪切带古应力值进行估算，表达式如下：

σ1-σ3=AD-m

对于石英矿物来说，A值为6.1，m值为0.68。D为动态重结晶颗粒大小。本次估算所采用的样品有D910-B01（图11）、D903-B01、D905-B01等3件样品薄片。估算采用线截法测量，平均粒径计算公式为：

D=3/2·L/N

L为截线总长度；N为测量颗粒总数。

经测算，共计测量94个动态重结晶颗粒，平均粒径为22.6×10-3mm，经过计算该组古应力差值为60MPa左右，属于中—浅构造层次。

5 构造运动期次划分

构造期次可根据细脉穿插错断关系作简单的划分，如图3和图15。

图15 细脉穿插（正交）Fig.15 veinlet interpenetration

图3中碳酸盐细脉穿插之前形成的张裂隙，因此可以判断出该样品具有2期构造运动；从图15中可以推测其构造演化过程：先期为石英颗粒的张裂隙形成的动态重结晶细脉，之后被褐铁矿细脉所切穿，最后褐铁矿细脉被碳酸盐脉错断。所以由此判断出样品至少经历了3期构造运动。这与北票盆地经历多次挤压-伸展-挤压的构造演化的过程基本一致【8,11】，对矿区成矿期次具有一定的指导意义。

6 讨论

6.1 结论

（1）通过对台吉营子金矿断裂带显微构造特征的观察研究，发现该区域兼具有大量的脆性与塑性显微构造，由此判断研究区域构造为脆-韧性变化，属于中-浅构造层次。

（2）通过对显微构造运动学分析发现研究区域左行剪切与右行剪切均有发育。剪切运动方向的改变反映了断裂活动方式的变化，与北票地区构造反转的构造演化历史相一致。

（3）通过动态重结晶法计算古应力差值为60MPa左右，说明研究区矿体成矿时属于中-浅构造层次。

（4）通过对细脉穿插错断、变形叠加，判断研究区域构造期次至少可以分为3期。

6.2 成矿演化推测

6.2.1 构造类型与金矿化类型关系 韧性剪切带和韧性剪切带型金矿床在20世纪70年代至80年代初被提出以后得到了学者们的关注和重视。在随后的20～30年中逐渐展开了韧性剪切带的理论、应用和剪切带型金矿床的研究并取得了重大进展【2】。

韧性剪切带型金矿床理论认为含金构造形变类型决定或控制金矿化类型，具体可分为：①韧性-超韧性变形为元素迁出区，一般不利于金矿化；②韧性-韧脆性变形为主的含金构造所控制的是蚀变糜棱岩型金矿化；③脆性变形为主的含金构造所控制的金矿化一般为构造蚀变岩型、细网脉型或者蚀变糜棱岩与变形石英脉的过渡类型金矿化；④浅部裂隙带为代表的含金构造所控制的金矿化大多为石英脉型。

同时，韧性剪切带大多发育于造山带内，在造山带演化过程中，韧性剪切带将被不断抬升剥蚀，相对于先期韧性剪切带来说，较早的深层次韧性剪切变形糜棱岩将上升，当上升超过韧脆性转换带时，则后期韧脆性和脆性剪切变形将与之叠加【7】。因此，在这种演化过程中，随着抬升、剥蚀和矿化的持续发育，会造成不同类型金矿化的叠加【12】。造山运动、地壳隆升和韧性剪切变形是持续多阶段的，金矿化和富集成矿过程也将发生多阶段叠加，并构成复杂的矿化类型叠加组合型式 (图16) 。

图16 构造演化与金矿化类型叠加复合关系模式图Fig.16 Overlay and recombination relation schema diagram of tectonic evolution and gold mineralization type

6.2.2 成矿过程推测 前述本矿区主要矿石类型为“含金碎裂蚀变岩型”和“含金石英脉型”，并呈现矿石类型叠加特点，结合本矿区脆性和塑性变形的显微构造现象，本文认为控制矿石类型的构造形变类型主要为中-浅部韧-脆性变形和浅部裂隙带。

据此推测本矿区成矿过程大致为：太古宙形成的片麻岩为矿区矿源层，在朝阳-北票断裂的构造作用下形成次级断裂，即北东—南西向和北西—南东向韧性剪切带，其为含金热液富集提供有利的成矿空间，随后抬升剥蚀并为其南部的金陵寺-羊山盆地提供物源。中生代以后断裂带强烈活动形成新的含金热液与原韧性剪切带金矿石相互叠加，最终导致矿区矿石类型复杂化。根据划分的构造期次，这种由构造引起的矿石类型叠加作用可能不少于3期。

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THE CHARACTERISTICS OF MICROSTRUCTURAL OF GOLD MINE IN TAIJIYINGZI OF LIAONING BEIPIAO

Yuan Jian guo1*Yan Qi ping2Wang Wei1Zheng Hou yi1
1. General Institute of Chemical Geology Survey China Chemical Geology and Mine
Bureau,Beijing,100013,China;
2. Hunan Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Bureau ,Hunan,410001,China

The microstructures of gold mine in Taijiyingzi of Beipiao Liaoning are the main objects in this paper by observing the slices which could reflect the microstructures in the area and be used to conjecture the process of the gold mine. The conclusions are : ①There had been three times tectonic activities at least which are integrate with the tectonic periods; ②The micro structural kinematics show that the changes of the faults activities are the reasons of inconsistent between shear directions; ③The stress is about 60MPa calculating by dynamic recrystallization which reflects the middle-lowest tectonics level.

Microstructure; Paleotectonic stress; Tectonic period ; The process of mineralization ; The gold mine of Taijiyingzi

P585.1：P618.51

A

1006–5296（2014）02–0065–08

① 此文获中化地质矿山总局地质研究院、地质调查总院“第三届青年学术研讨会”论文一等奖

* 第一作者简介：袁建国（1988～），男，矿床及矿床地球化学专业，硕士研究生，助理工程师

2014-04-01；改回日期：2014-04-14