浙江新路火山岩盆地构造应力场及其对铀成矿的控制

韩效忠, 刘 权, 林建平, 惠小朝, 金淼张, 杜江浩, 汤江伟

(1.中国煤炭地质总局 特种技术勘探中心(中煤地质工程总公司) 北京地质调查分公司, 北京 100040; 2.核工业 北京地质研究院, 北京 100029; 3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083; 4.浙江省核工业269大队, 浙江 金华 321000)

浙江新路火山岩盆地构造应力场及其对铀成矿的控制

韩效忠1, 刘 权2, 林建平3, 惠小朝2, 金淼张4, 杜江浩4, 汤江伟4

(1.中国煤炭地质总局 特种技术勘探中心(中煤地质工程总公司) 北京地质调查分公司, 北京 100040; 2.核工业 北京地质研究院, 北京 100029; 3.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083; 4.浙江省核工业269大队, 浙江 金华 321000)

构造因素分析是成矿过程分析的基本要素之一。本文通过对各古构造层中发育的共轭剪节理和褶皱测量统计, 恢复了本区白垩纪以来的各期古构造应力场, 发现各期古构造应力场的中间主应力轴均为近水平状态, 其中建德期最大主压应力方向为NW向, 衢江期最大主压应力方向为NNE向, 始新世–渐新世期最大主压应力方向为近EW向。指出本区球川–萧山断裂等NE向区域大断裂构造开启的期次, 决定了成矿期次, 开启的时间决定了铀矿形成的年龄, 其开启时序明显受古构造应力场发展演化控制。建德期晚期, 随着NW向挤压应力场转为应力松弛状态, 区域大断裂处于开启状态, 火山喷发期后的深部含矿流体沿区域大断裂向上运移, 形成了本区早期铀成矿(125～115 Ma), 衢江期 NNE向挤压构造应力场使本区区域大断裂再次开启,带来了深部成矿流体, 形成了第二期铀成矿(90～70.2 Ma), 两期铀成矿叠加最终形成了本区的铀矿化定位。

构造应力场; 构造开启; 铀成矿; 火山岩; 浙江衢州

0 引 言

新路火山岩盆地是赣杭构造带东段重要的产铀盆地, 在区内已发现了大桥坞(671)、白鹤岩(670)、杨梅湾(621)、南山梗(138)等一批火山岩型或相关的热液型铀矿床。不同的学者从矿床成因、控矿因素、成矿模式及远景预测等方面对这些矿床进行了较为详细的研究(邓家瑞和张志平, 1999; 汤其韬, 2000;毛孟才, 2001; 杨建明和熊韶峰, 2003; 周肖华等, 2004; 王正其和李子颖, 2007; 汤江伟, 2009; 邱林飞等, 2009; 韩效忠等, 2010, 2011; 刘蓉蓉等, 2011, 2013; 惠小朝等, 2012; 王正其等, 2013)。概括起来,矿床受火山岩或侵入岩体、断裂构造、热液蚀变和火山机构联合控制, 成矿有利部位为花岗斑岩和火山凝灰岩接触带或较大的次火山岩侵入体内外接触带, 矿体则较为严格地受限于NW向构造裂隙中。成矿时代大致可划分两个阶段, 早期成矿与火山喷发期后的酸性侵入岩关系较为密切, 成矿年龄为 125～115 Ma, 晚期成矿与基性岩脉相对应, 成矿年龄为90～70.2 Ma(王剑锋, 1992; 陈爱群, 1999; 韩效忠等, 2010)。基于上述基本成矿规律, 先后提出了陆相热水铀矿成矿模式、多重斑岩铀矿成矿模式、火山侵入–隐爆角砾岩相关的成矿模式(周家志, 1992; 陈爱群, 1999)和火山喷发及岩浆侵入、大规模铀成矿、后期剥蚀矿体改造的 3阶段铀成矿模式(韩效忠等, 2010)等, 但不管哪个模式, 均提出了构造对该区铀成矿具有重要的控制作用。构造的形成、发展、演化及其对铀成矿的控制作用, 受不同时期的古构造应力场控制, 查明不同时期古构造应力对深化本区成矿认识和远景评价具有十分重要的作用。

构造应力场是分布在一个空间范围内的构造应力状态。岩层或岩体中保留的各种地质构造形迹,均为不同时期和不同规模构造应力作用的综合结果,其空间分布、规模、类型、组合型式等均与构造应力场的方向、大小、性质以及岩石在变形环境中的力学性质有着极为密切的关系。测量和恢复不同时期的构造应力场方法主要有: 节理、变形构造等三轴应力测量方法(Ramsay, 1980; 万天丰, 1984, 1988, 1995, 2004; 谢明忠, 2006), 利用岩石磁组构恢复沉积盆地古构造应力场方法(曾联波和漆家福, 2007), 构造应力场数值模拟(万天丰, 1988; 王喜双等, 1999; 谭成轩和王连捷, 1999; 韩露等, 2004; 沈国华, 2008)等。本文通过对该区节理、变形构造等三轴应力测量, 恢复白垩纪以来的构造应力场, 探讨其与铀成矿的关系, 为本区铀矿找矿和远景预测提供部分依据。

1 地质背景

研究区位于浙江省衢州市芳村镇–大同镇一带,区内除青白口系、三叠系、古近系、新近系未见出露外, 其他地层均有出露(图 1、表 1)。本区主要铀成矿发育于早白垩世及其后的火山岩系内, 因此着重对其进行较为详细论述。该套地层总称为建德群,自下而上可细分为劳村组(K1l)、黄尖组(K1h)和寿昌组(K1s)。劳村组大多在新路盆地边缘出露, 代表盆地最早的沉积, 总体上以沉积岩为主夹火山岩, 厚度一般大于 1000 m, 主要岩性为暗紫色泥质粗砂岩、砂岩夹不稳定的流纹质凝灰岩、流纹岩和少量砾岩、黄绿色砂岩、粉砂岩, 底部以紫红色砾岩角度不整合于前白垩纪不同地层之上; 黄尖组是区内火山活动最强烈的产物, 以酸性火山碎屑岩夹熔岩为主, 偶夹沉积夹层, 包括流纹斑岩、流纹岩、晶屑熔结凝灰岩、流纹质凝灰熔岩、凝灰岩夹灰绿、紫红色砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩, 底部流纹(斑)岩与下伏地层劳村组紫红色粉砂岩整合接触; 寿昌组仅出露在新路盆地东北端, 面积约 20 km2, 主要岩性为灰绿、浅灰、黄绿、紫红等杂色砂岩、页岩, 中上部见厚度不稳定的酸性火山岩夹层, 与下伏地层黄尖组呈整合接触关系。火山岩盆地盖层为衢江群,与下覆各老地层为角度不整合接触, 主要为一套河湖相碎屑岩建造, 自下而上可细分为中戴组(K1zd)、金华组(K2j)和衢县组(K2q), 组内为整合接触。

表1 浙江衢州新路火山岩盆地地层简表Table 1 Stratigraphy of the Xinlu volcanic Basin

区内各期侵入岩体较为发育, 以花岗质岩体为主, 晚侏罗世侵入岩出露于本区西北部铜山一带;早白垩世侵入岩主要有白菊花尖–九华山杂岩体和蟠山岩体, 为火山喷发晚期的潜火山侵入岩体。脉岩主要为火山期后的基性岩脉和花岗斑岩脉。

本区先后经历了神功期、晋宁期、加里东期、海西–印支期、燕山期、喜马拉雅期6期构造事件的叠加, 形成了复杂多样的地质构造格架(颜铁增等, 2005), 但构造方向仍以 NE向为主, 其次为 EW向和NW向。代表性褶皱构造有发育在兰溪市马涧一带侏罗纪构造运动形成的复式向斜构造(黄公山–上方复式向斜, 图1中(1)、(2)), 受早白垩世早期(建德期)和早白垩世晚期–晚白垩世(衢江期)构造运动的影响形成的轴向NE-NEE的向斜(新路向斜, 图1中(3))和轴向NWW的背斜(泽随南背斜图1中(4))。区内区域性大断裂构造方向为NE向, 为球川–萧山断裂带(图1中Ⅰ)和常山–漓渚断裂带(图1中Ⅱ), 构成了各构造单元的边界, 并对火山岩盆地的形成发育具有直接的控制作用; 一般性断裂按方向主要有NE向、NNE向、NW向3组, 代表性断裂有黄公山南–上方断裂(图1中①)、双桥断裂(图 1中②)和横山–湖镇断裂(图 1中③), 它们对本区的铀矿床定位起到了直接的作用。

2 构造应力场分析

2.1 构造层、构造期的划分

构造层是指地质演化过程中, 在一定构造单元和一定构造时期内形成的地层组合, 它在时间上代表地壳演化历史中的一定构造时期或构造阶段, 在空间上代表某一构造事件影响的范围。各构造层之间的分界常表现为明显的沉积间断, 出现区域性地层角度不整合的接触关系(万天丰, 2004)。不同构造层在构造变形的类型、强度和构造应力方向等方面均可发生根本性的变化(万天丰, 2011)。

每一个构造期都可以分为稳定期与活跃期两个小阶段, 它们在沉积–剥蚀、地层接触关系、岩浆活动、构造运动强度和经历时间等方面均有显著的差异。一个构造层通常是在构造稳定期逐渐发育一套代表特定沉积环境或沉积盆地的地层层序, 并在构造活跃期使之发生变形而形成。在构造稳定期或盆地发育期一般表现为构造应力场较弱的稳定沉降,而在构造活跃期一般表现为较强的区域性挤压作用,并在相应的地层单元中留下某一方向压应力最大的地质证据。本文探讨的构造应力场主要是指这种构造活跃期的构造应力场, 构造期也主要是指这种构造活跃期。

由于本次研究的重点是白垩纪火山岩盆地构造应力场及其对铀矿成矿的控制作用, 因此将白垩纪以前的地层归入火山基底, 包括中元古界、新元古界、古生界和中侏罗统, 其构造事件在此不做详细论述; 把建德群、衢江群、古近系(本区缺失)、第四系分别称为建德构造层、衢江构造层、始新世–渐新世构造层、第四系构造层。其中建德构造层包括劳村组(K1l)、黄尖组(K1h)、寿昌组(K1s), 衢江构造层主要包括工作区白垩纪沉积盆地内的地层, 主要有衢江组(K2q)、金华组(K2j)、中戴组(K1z)、横山组(K1h)等组; 古近系构造层在本区缺失; 第四系构造层在区内零星发育, 有汤溪组(Q1t)、芝江组(Q2z)、莲花组(Q3l)等。

尽管本区缺失古近系构造层, 依据区内前白垩纪构造层–衢江构造层和一些侵入岩中的构造变形现象, 结合区域上的地质演化史, 可推断本区在古近纪中晚期发生了一期显著的构造运动。对于这一构造事件, 前人在邻区研究中有较为详细的论述。姚琪等(2010)在研究长兴–奉化断裂时认为该断裂可能是中国东部晚白垩世至新生代早期构造反转的产物, 指出该区自燕山末期以来, 在主压应力从近 SN向、NW向(汤加富等, 2003)向NE、近EW向转换, 早期区域大断裂的NW向次级断裂重新活动, 并发展壮大, 形成长兴–奉化断裂等NW向大断裂; 万天丰和曹瑞萍(1992)、万天丰和朱鸿(2002)认为该期构造事件(中始新世–渐新世(52～23.3 Ma))是以太平洋板块朝 NWW方向位移为主要特征, 使我国大陆受到近东西向的挤压, 形成一系列近SN向的褶皱、逆掩断层和许多走向近东西的正断层、单断箕状盆地。

相应地, 本区早白垩世–第四纪可以划分为4个构造期, 即: 建德期、衢江期、始新世–渐新世构造期和第四纪构造期。本文主要讨论建德期、衢江期及始新世–渐新世构造期。

2.2 构造应力场期次划分

(1) 主应力轴方向测量

根据断层、节理性质、充填裂隙的脉体、构造透镜体、片理化等可以大致判断应力方向, 利用共轭剪节理、背斜、向斜、张节理–剪节理等可以确定三轴应力状态。本区白垩纪地层分布区总体上属于变形量较小的脆性破裂地区, 或者说白垩纪–渐新世构造运动主要造成脆性破裂变形。因此, 在建德期、衢江期、始新世–渐新世构造期的应力场研究中,主要利用共轭剪节理确定三轴应力方向; 其次, 根据褶皱和充填节理的石英脉确定个别点的应力状态。

利用共轭剪节理确定主应力方向, 涉及到共轭剪切角大小的问题。通常脆性破裂时共轭剪切角＜45°,而韧性破裂时才会出现＞45°, 据此可以大致判断本区最大主压应力轴多数位于共轭角锐角区的等分角线上。实际上, 在野外调查时并不能依靠这种简单的判断方法, 而是要认真地观察共轭剪节理的互相切错关系和相对位移方向, 判别压缩区和伸张区,以确定主应力方向, 即最大和最小主压应力轴分别位于压缩区和伸张区的等分角线上(万天丰, 1988)。

通过测量共轭剪节理、褶皱两翼或轴面与枢纽以及充填节理的石英脉等的产状, 利用吴氏网绘制各观察点的主应力图解, 从而获得各点主应力轴(σ3、σ2、σ1)的产状。

需要说明的是, 本次工作在主应力轴测量时,在某一地质露头上经过认真观察和分析之后, 只对代表性共轭剪节理进行了测量, 未对该露头所有节理进行全部测量和统计分析, 虽然主体上控制了研究区主应力轴方向, 但就单处应力点来讲, 部分应力点存在较大的误差(偏差20°～30°)。总之本次研究工作相对较粗, 不够精确。

(2) 应力期次划分依据

应力期次划分标志可分为两种情况, 一是晚期构造层中不会留下早于其形成的构造形迹, 二是在同一构造层中保留的不同构造形迹, 如共轭剪节理、充填节理的石英脉等, 可通过其相互切割、限制等特征来判断早晚期次。研究发现本区建德期构造层中发现有三组共轭剪节理, 其最大主压应力轴分别为NW-SE向(图2a)、NNE-SSW向(图2b)和近EW(图2c), 根据其相互切割、限制关系判断, NW-SE向形成最早、NNE-SSW向次之(图2d), 近EW向最晚向(图 2e)。而衢江期构造层中不发育最大主压应力轴为NW-SE向的共轭剪节理。虽然本区不发育古近纪地层, 但邻区金竹盆地古近纪地层中仅发育最大主压应力轴近 EW 向的共轭剪节理, 即古近纪以来本区只经历了近EW向的挤压应力作用。依据应力期次划分标志判断, 最大主压应力轴建德构造期为NW-SE向、衢江构造期为NNE-SSW向、始新世–渐新世构造期为近 EW 向。下文依据该判别标志, 通过对不同构造层中构造形迹测量, 恢复不同构造期的古构造应力场。

2.3 建德期主应力方向

在建德构造层和早白垩世火山侵入岩(花岗岩)中, 测量了14个点的共轭剪节理(表2中1～8、10～15)和1个向斜两翼的产状(表2中9), 绘制了各点的主应力图解(表 2, 图 3)。从表2可以看出, 本区建德期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为135°∠9°, 中间主应力轴(σ2)为 311°∠81°, 最小主压应力轴(σ1)为45°∠1°(表2, 图3), 即建德期的最大主压应力轴呈近水平的NW-SE向。

图2 不同期次构造形迹Fig.2 Structural traces of the different period

表2 建德期构造应力场测量点应力状态一览表Table 2 Measurement of the Jiande period tectonic stress field

图3 建德期主应力轴产状Fig.3 Occurrence of the principal stress axes in the Jiande tectonic period

根据表 2绘制了新路火山岩断陷盆地建德期构造应力场图(图 4), 总体来看, 最大主压应力迹线是比较规则的, 显示了NW-SE向的挤压作用。

2.4 衢江期主应力方向

在建德构造层、衢江构造层、早白垩世火山侵入岩(花岗岩、二长花岗岩)、新元古界和志留系中,测量了15个点的共轭剪节理和2个背斜的两翼及轴面、枢纽的产状(表3), 在吴氏网上绘制了各点的主应力图解(图5)。从表3可以看出, 本区衢江期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为 201°∠9°, 中间主应力轴(σ2)为 46°∠80°, 最小主压应力轴(σ1)为 290°∠4° (表3, 图5)。衢江期的最大主压应力轴呈近水平的NNE-SSW向。根据表3绘制了新路火山岩断陷盆地衢江期构造应力场图(图 6), 可以看出最大主压应力迹线是比较规则的, 反映了NNE-SSW向的挤压作用。

2.5 始新世–渐新世主应力方向

本区没有出露古近纪的岩石。在前始新世地层和侵入岩中, 发育衢江期以后形成的、挤压力方向明显不同的构造变形。依据这些构造变形, 可以确定始新世–渐新世构造期的应力方向。在上方镇石炭系块状灰岩中(118°55′00.6″E, 29°09′56.3″N), 出露一条长几百米、高约二十米、近于直立的EW向断层,断层面总体比较平直, 断层破碎带上见近 EW 向、陡立的片理化灰岩薄片, 以及直径一二十厘米的坑洞和完好的方解石晶体。对此进行分析, 可以推断第一期NW-SE向挤压, 发育近直立的EW向右行平移断层; 第二期近 SN-NNE向挤压, 使灰岩片理化;第三期近 EW 向挤压, 断层张性活动, 形成坑洞和完好的方解石晶体。

表3 衢江期构造应力场测量点应力状态一览表Table 3 Measurement of the Qujiang period tectonic stress field

图5 衢江期主应力轴产状Fig.5 Occurrence of the principal stress axes in Qujiang tectonic period

在大桥坞旧采矿点黄尖组块状凝灰岩中(118°55′00.6″E, 29°09′56.3″N), 出现 NW 向断层,断层面凹凸不平, 起伏明显, 产状 40°∠70°, 可判断是一条正断层; 在断层破碎带中发育倾向 SW、倾角55°的构造透镜体和倾向NE、倾角70°的平直剪切破裂面。据此分析, 第一期NW-SE向挤压, 发育NW向高角度正断层; 第二期NNE-SSW向挤压,断层逆冲活动, 形成与断层倾向相反的构造透镜体;第三期近 EW向挤压, 断层左行平移剪切活动, 结果在断层构造角砾岩中产生高角度的平直剪切破裂面。

上述第一期、第二期对应于建德期、衢江期, 这说明在衢江期以后存在一期最大主压应力为近 EW向构造应力场。结合万天丰(2004)研究成果, 可以推断本区衢江期从早白垩世晚期开始, 延续到古新世末结束; 此后, 进入始新世–渐新世构造期, 这是华南地区从始新世以来所发生的近EW向挤压运动最明显的构造期。因此, 作者认为本区第三期近 EW向挤压的时期就是始新世–渐新世构造期。

在建德构造层、衢江构造层、志留系、石炭系和晚侏罗世花岗岩中, 测量了7个点的共轭剪节理和1个点的石英脉主脉、支脉的产状(表4), 在吴氏网上绘制了各点的主应力图解(图7)。从表4可以看出, 始新世–渐新世构造期的最大主压应力轴呈近水平的EW 向。本区始新世–渐新世构造期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为91°∠8°, 中间主应力轴(σ2)为284°∠82°, 最小主压应力轴(σ1)为178°∠2°(表4, 图7)。

表4 始新世–渐新世构造期构造应力场测量点应力状态一览表Table 4 Measurement of the Eocene-Oligocene period tectonic stress field

在始新世–渐新世, 本区和邻区缺失沉积, 没有岩浆活动, 未见对以往地层、侵入岩和地质构造的强烈改造作用, 据此可推断始新世–渐新世构造期的构造活动强度相对较弱。

根据表 4绘制了新路火山岩断陷盆地始新世–渐新世构造期构造应力场图(图8), 虽然应力状态点较少, 但总体上最大主压应力迹线还是比较规则的,呈现近EW向的挤压作用。

2.6 各期应力活动对断裂体系的影响

(1) 建德期断裂活动特征

图7 始新世–渐新世构造期主应力轴产状Fig.7 Occurrence of the principal stress axes in the Eocene-Oligocene tectonic period

建德期 NW-SE向挤压应力作用一方面使老断裂重新活动, 另一方面形成了NE向和NW向新断裂。该期运动除在建德群中形成了NE向和NW向断层外, 还在建德群、晚侏罗世侵入岩、潜火山岩以及古生界和南华系中, 形成一系列NW向小型正断层、张性石英脉和方解石脉以及NE向小型逆断层。

(2) 衢江期断裂活动特征

衢江期构造运动同样在衢江群中形成新断裂,使老断裂重新活动。在研究区建德群、衢江群、晚侏罗世侵入岩、潜火山岩以及古生界和南华系中,衢江期构造应力使早期的 NE向逆断层或挤压带产生正断层活动, 还形成了 NE-NNE向的小型正断层、张性破碎带、石英脉和方解石脉。

(3) 始新世–渐新世断裂活动特征

始新世–渐新世, 本区缺失岩石建造, 构造活动强度较弱, 总体处于上升状态, 在近 EW 向挤压力作用下, 一些老断裂重新活动。根据应力分析可以判断, NNE向或近SN向断裂以挤压逆冲为主, NE向断裂以右行平移为主, NW向断裂主要产生左行平移。

3 中生代构造演化及其对铀成矿的控制

3.1 中生代构造演化史

(1) 建德期构造演化

建德期初期, 区内处于拉张构造环境, 在劳村组形成了一套双峰式火山岩(颜铁增等, 2005); 建德中期, 随着大规模火山喷发的持续, 相继形成巨厚的陆相火山–沉积岩系, 以角度不整合于中侏罗统或更老地层之上。建德晚期, 因古太平洋西部的伊佐奈岐板块向北西运移(万天丰, 2004), 区域构造应力场以NW方向挤压, 形成一系列NE-NNE向逆断层和线型褶皱, 或者造成 NE向老断层重新产生逆冲活动, 该期构造运动又称之为燕山运动第 I幕,在区内断裂活动和褶皱构造方面留下了明显印迹。

如在沿江山–绍兴断裂带分布的建德群中发育一组NEE向的左行平移逆断层; 在上方一带, 中元古界或古生界沿走向NE、倾向NW的断层逆冲于晚侏罗世劳村组之上; 在沐尘北东, NNE向断裂切割了蓟县系–奥陶系、白垩系及韧性剪切带, 切割了常山–漓渚断裂带; 除了NE向为主的逆断层之外, NW向高角度的正断层也比较发育, 如发育在大桥坞旧采矿点黄尖组块状凝灰岩中产状40°∠70°的NW向正断层, 其断层面凹凸不平、起伏明显; 建德期构造应力还在晚侏罗世火山侵入岩、潜火山岩以及古生界和南华系中, 形成NE向小型逆断层、NW向小型正断层、NW向张性石英脉、倾向NW的构造透镜体和方解石脉以及共轭剪节理和张节理。

建德期构造应力相对较弱, 对早中侏罗世褶皱影响不大, 但对建德群的作用却很明显, 造成建德群中的地层走向、褶皱轴向主要呈NE向, 岩层倾角介于15°～30°之间。

尔后, 最大主压应力由NW向挤压应力场转为应力松弛状态(王中杰等, 1989), NE-NNE向基底断裂以正断层形式活动, 上地幔岩浆以其为通道直接贯入浅部, 形成区内多处发育的基性岩脉。

(2) 衢江期构造演化

在衢江期对应的早白垩世–古新世, 随着燕山运动Ⅱ幕的发展, 此时除江山–绍兴断裂带持续的拉张作用外, 同时还继承了晚侏罗世的构造体系,在NE、NNE、NW、EW向断裂联合控制作用下, 形成了金衢盆地, 先后沉积了永康群、衢江群等河湖相红色碎屑岩夹火山岩建造, 这些新生盆地周边大部分叠置于晚侏罗世早期或中侏罗世的盆地之上,使得永康群、衢江群红层往往超覆不整合于建德群、磨石山群、同山群之上。同时, 各盆地相继形成了较有特色的衢江生物群, 以恐龙、介形虫、昆虫、植物、轮藻等陆相生物大量繁荣为特色。至晚白垩世末期, 江山–绍兴断裂的伸展拉张作用才告终止,代之而起燕山运动Ⅲ幕的开始。

以江山–绍兴断裂带为界, 北西侧盆地基底为前震旦系–上古生界, 南东侧基底主要为下白垩统火山–沉积岩系。从早白垩世晚期开始, 江山–绍兴断裂带经历了区域伸展作用, 确切地说, 是在NNE-SSW 向区域挤压应力作用下, 断裂带发生了NNE向缩短和SEE向伸展运动, 从而形成金衢断陷盆地。在早白垩世至晚白垩世, 金衢盆地内沉积了巨厚的河湖相红色碎屑岩。据估算, 金衢盆地拉张量＞2100 m, 沉降量＞5100 m(颜铁增等, 2005)。该盆地早白垩世快速拉张与断陷; 晚白垩世拉张与断陷的速度减慢; 晚白垩世末期江山–绍兴断裂带的伸展拉张作用终止; 古新世转为地壳总体上升, 盆地逐渐干涸封闭, 造成本区缺失古新世沉积。

在东部邻区, 江山–绍兴断裂带两侧发育大量的EW向分支断裂, 其断层面产状170°～190°∠70°～80°, 具有压剪–挤压逆冲性质; 断裂带北西侧晚侏罗世地层的分布也明显地受到了EW向基底断裂的控制。这些EW向构造反映了该断裂带具有左行平移的基本特征。根据应力场分析, 可以推断在金衢盆地发育时, 江山–绍兴断裂带还发生了左行平移运动。

除了影响江山–绍兴断裂带等 NE向断裂之外,衢江期构造应力场还控制或影响了近EW向和NW向断裂。在江山–绍兴断裂带南东侧义乌尚阳附近,尚阳断裂带呈近EW走向, 长24 km, 宽2～3 km, 断层面产状 170°～190°∠50°～80°; 由 3～4条大致平行的断裂组成, 切割了中元古界、晚侏罗世早期火山岩地层、中戴组等地层和晚侏罗世潜火山岩, 断层面平直, 发育水平擦痕和磨擦镜面, 断裂带内发育挤压构造透镜体, 显示逆断层活动特征。

横山–湖镇断裂呈 NW-SE走向, 长 20 km, 宽20～200 m, 断层面产状215°～225°∠60°～70°; 断裂切割了新元古界–白垩系, 北西段主要切割了南华系–奥陶系, 并使之右行平移, 位移距离达500～1500 m;中段大部分被掩盖; 南东段延入金衢盆地, 切割了衢江群, 右行平移距离达3～5 km。该断裂还切割了常山–漓渚断裂带和一般性 NE向断裂, 常山–漓渚断裂带右行平移距离约700 m。

在本区及邻区建德群、衢江群、前晚侏罗世火山侵入岩、潜火山岩以及南华系和古生界中, 衢江期构造应力还形成了NE-NNE向的正断层、张性破碎带、石英脉和方解石脉, 使早期的NE向逆断层或挤压带产生正断层活动, 发育张节理、共轭剪节理等构造变形。

衢江期应力场造成衢江群的构造线方向与建德群明显不同, 衢江群褶皱轴向呈NW-NWW向, 地层走向主要为近EW-NWW向, 岩层倾角多为10°～20°。

(3) 古近纪以来的构造演化

古近纪, 构造运动处于相对稳定期, 主体运动形式是缓慢的地壳抬升, 使研究区未见古近纪的沉积, 至古近纪末, 这一抬升运动才宣告结束。

始新世–渐新世, 受该期近EW向挤压应力作用的影响, 先期形成的断裂复活, 造成NE向断裂以右行平移逆断层的形式活动, NNE和SN向断裂以逆冲性质为主, 而NW向断裂则以平移正断层形式活动。岩浆侵入也有零星发育, 在龙游虎头山、建德梓洲诱发少量基性–超基性岩浆的侵入。

新近纪, 研究区基本继承了古近纪的构造–古地理格架, 仍以地壳抬升为主, 经受剥蚀。只是在不同时段构造发展演化略有不同。上新世末, 研究区有一次小幅度沉降。更新世早期, 地形高差可逾1000 m, 气候转暖, 雨水增多, 水流作用增强, 在盆地边缘和山麓地带堆积了河流沉积为主的汤溪组。更新世中期,构造运动又趋抬升, 并侵蚀、堆积了之江组红色网纹状沉积物。晚更新世, 研究区的山地丘陵经历了两个堆积–侵蚀期回合后, 新构造运动由普遍的抬升转化为局部的下降, 在谷地山麓地带堆积了莲花组。全新世,由于气候温湿, 山地丘陵区的水流作用活跃, 河流沉积十分发育, 形成以河流相为特征的鄞江桥组。在研究区内河流中、下游地段, 表现为几次切割、堆积过程和基面的振荡性变化, 往往形成三级堆积阶地形态。

事实上, 本区最新一次构造应力场为近 SN向挤压, 在研究区多处可见该应力场形成的共轭前节理, 因该期对应的地层大量缺失, 少量河湖相沉积中, 该期应力测量点不明显, 因此对其准确的时限难以确定。但毫无疑问, 这期运动对先期形成的断裂复活是有影响的, 如大洲盆地内近 SN向断裂普遍存在左行平移活动, 根据地层错位情况初步计算,平移距离在2 km左右。

3.2 构造应力场对本区铀成矿的控制作用

研究区铀矿床均定位于NE或NNE向区域性大断裂附近(图 1), 但断裂本身并不含矿, 矿体赋存在与之相连通的NW向次级构造裂隙中, 矿体的形态和规模较为严格地受控于这些次级断裂的形态与规模(刘蓉蓉等, 2011)。成矿明显分为两期, 早期为与赤铁矿化有关的成矿, 成矿年龄为125～115 Ma, 晚期为与金属硫化、黑色萤石化有关的成矿, 成矿年龄为90～70.2 Ma (汤江伟, 2009; 韩效忠等, 2010), 铀矿物类型以沥青铀矿为主, 钛铀矿为辅, 呈吸附状附着在造岩矿物表面, 而铀的运移主要在以碳酸根离子为主要阴离子的溶液中进行(希塔罗夫和李连杰, 1980)。

研究发现成矿热液中铀主要以铀酰络合离子的形式进行运移, 并在适当的物化条件下沉淀富集,二碳酸铀酰络合离子的分解和铀沉淀, 需要一个相对开启的构造环境, 如果构造封闭则不脱 CO2, 或过分脱 CO2时铀皆不沉淀(方适宜等, 2009; 刘正义和刘红旭, 2009; 刘正义等, 2011)。

建德期早、中期, 受区域拉张作用, 形成了新路火山岩盆地, 为研究区铀成矿准备了岩性、岩体环境, 同时在火山喷发晚期富含铀等多金属的成矿热液得以形成。此时, 该区最大主压应力轴(σ3)的优选产状为135°∠9°, 受最大主压应力为NW向的构造应力场控制, 区域性NE、NNE向大断裂以逆冲活动的形式复活的同时, 形成了NW向张性活动为主的次级构造裂隙, 为成矿准备了储矿构造。尔后, 随着应力场转为应力松弛状态, NE向的区域大断裂转入开启状态, 深部含矿流体沿大断裂向上运移, 因大断裂裂隙过于开放, 其本身并不具备含矿流体沉淀富集的环境, 只是起到了导矿构造的作用, 而先期形成的NW 向构造裂隙规模适中, 含矿流体在与大断裂相连通的次级构造裂隙中沉淀富集, 形成了本区早期铀成矿(125～115 Ma)。这就说明了研究区为什么区域性大断裂不成矿, 矿体主要位于次一级断裂之中。

衢江期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为 201°∠9°, 研究区在 NNE向挤压构造应力场作用下, 区域大断裂再次处于张性断裂为主的活动状态, 地壳进一步拉张减薄, 基性岩浆得以侵入浅部, 形成了本区较为发育的基性岩脉, 全岩 Ar-Ar法测年获得该期基性岩脉年龄为93±3 Ma(王正其等, 2013), 并带来了深部成矿流体, 为成矿准备了流体条件。该期构造应力场也使先期形成的NW向的与赤铁矿有关的铀矿脉发生右行剪切破碎, 为铀成矿准备了储矿构造, 幔源为主(刘蓉蓉等, 2013)的成矿热液在先期成矿的构造裂隙中叠加富集, 形成了本区与金属硫化、黑色萤石化有关的铀成矿, 两期铀成矿叠加最终形成了该区铀矿化类型(图9)。

图9 新路盆地两期火山岩型铀矿化叠加关系Fig.9 Superposition of the two period volcanic rock type uranium mineralization in the Xinlu Basin

衢江期之后, 本区先后发生了始新世–渐新世近EW向和新近纪近SN向的挤压应力作用, 但由于其强度相对较低, 加之之后没有大规模成矿流体的形成, 这期构造应力场没有形成新的铀矿矿化, 只是对本区业以形成的铀矿化进行了物理性剥蚀、错断等改造。如本区中东部的杨梅湾铀矿床(621)只保留了矿根相, 而大桥坞铀矿床(671)上层矿体经受了部分剥蚀, 白鹤岩铀矿床(670)未受后期构造的改造(韩效忠等, 2010)。

总之, 区域大断裂构造开启的期次, 决定了成矿期次, 构造开启的时间决定了铀矿形成的年龄。构造分析成为成矿预测的主要手段之一, 当然成矿是多种因素集成的结果, 离开了其他控矿因素, 单独从构造的角度来进行成矿预测是不够准确的。即构造虽然有明显的开启, 但没有成矿流体的贯入是不可能成矿的, 这种构造在矿床学界通常称之为“干构造”, 与能成矿构造——“湿构造”是相对应的。

4 结 论

(1) 将研究区白垩纪以来的建德群、衢江群、第四系分别划分为建德构造层、衢江构造层、第四系构造层, 相应地划分出3个构造期, 即: 建德期、衢江期、始新世–渐新世构造期。

(2) 通过对各构造层中发育的节理、裂隙测量统计, 恢复了各期古构造应力场, 发现各期古构造应力场中间主应力轴均为近水平状态。建德期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为135°∠9°, 主体受NW向挤压构造应力场控制; 衢江期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为201°∠9°, 处于NNE向挤压构造应力场作用下; 始新世–渐新世构造期最大主压应力轴(σ3)的优选产状为 91°∠8°, 主体受近 EW向的挤压构造应力场控制。

(3) 构造应力场与铀成矿定位耦合关系分析表明, 球川–萧山断裂等NE向区域大断裂构造开启的期次, 决定了成矿期次, 构造开启的时间决定了铀矿形成的年龄。断裂构造的开启时序明显受本区古构造应力场发展演化的控制。建德期随着NW向挤压应力场转为应力松弛状态, 区域断裂处于开启状态, 火山喷发期后的深部含矿流体沿区域断裂向上运移, 形成了本区早期铀成矿(125～115 Ma); 衢江期 NNE向挤压构造应力场使本区区域断裂再次开启, 带来了以幔源为主的成矿流体, 形成了本区第二期铀成矿(90～70.2 Ma), 两期铀成矿叠加最终形成了该区铀矿化。衢江期之后的构造应力场作用因缺少相应的成矿流体, 未能形成新的铀矿化, 只是对先期铀成矿进行相应的物理改造。

致谢: 中国地质大学(北京)万天丰教授对本文的修改提出了宝贵的意见和建议, 笔者在此表示衷心的感谢！

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Analysis of Tectonic Stress Field and its Control on Uranium Mineralization in Xinlu Volcanic Basin of Zhejiang Province

HAN Xiaozhong1, LIU Quan2, LIN Jianping3, HUI Xiaochao2, JIN Miaozhang4, DU Jianghao4and TANG Jiangwei4
(1. Special Technology Exploration Center of China National Administration of Coal Geology (China Coal Geology Engineering Corporation), Beijing Geological Survey Branch Company, Beijing 100040, China; 2. Beijing Research Institute of Uranium Geosciences, Beijing 100029, China; 3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 4. Geological Party No.269, Nuclear Geological Bureau, Jinhua 321000, Zhejiang, China)

Analysis of tectonic factors is one of the bases for metallogenic research. Based on measurement of conjugate shear joints and folds developed in each paleotectonic layer, the paleotectonic stress fields since Cretaceous in each period have been recovered. It is found that the intermediate principal stress axes of these paleotectonic stress fields are all nearly horizontal. The direction of the maximum principal stress is NW trending in the Jiande age, NNE trending in the Qujiang age and nearly EW trending from Eocene to Oligocene. It is showed that the period and stage of uranium mineralization are determined by the period and stage of extension of the NE trending regional large faults, such as the Qiuchuan-Xiaoshan fault, whose extensional subsequence is controlled significantly by the evolution of paleotectonic stress field. In the late Jiande age, with the NW trending compressional stress field converted to relaxed state, regional faults were changed from the original thrust faults to tensional faults, and the early stage uranium mineralization (125 - 115 Ma) was related to migration of ore-bearing fluid along the deep fault subsequent to volcanic eruption. In the Qujiang age, the deep faults were extended again due to NNE trending compressional tectonic stress field, which supplied channel ways for the late stage uranium mineralization (90 - 70.2 Ma). Eventually, the uranium mineralization in this area is result of two stages of superimposition.

tectonic stress field; extended structures; uranium mineralization; volcanic rock; Quzhou in Zhejiang province

P542

A

1001-1552(2016)06-1107-016

2014-05-15; 改回日期: 2014-10-14

项目资助: 中国地质调查局项目“我国主要盆地煤铀等多矿种综合调查评价”(资[2014]01-030-004)和国家高技术研究发展计划(863计划) (2012AA061801)联合资助。

韩效忠(1973–), 男, 博士, 高级工程师, 主要从事构造地质学和矿床学研究。Email: geohxz@163.com