大冶铁矿区多期构造变形分析及成矿意义

刘孟合，刘冬勤，王 磊，王 宇，余国飞，费江勇，薛 蛟

（湖北省地质局第一地质大队，湖北 大冶 435100）

构造变形与矿床成因在时间和空间上均有密切联系。成矿前构造可以为岩浆和含矿热液上升提供通道和可容纳空间；成矿期构造是影响含矿物质矿化富集的主导因素，同时也可以控制矿体的空间形态；成矿后构造可以使矿体上升地表遭受剥蚀或深埋，对矿体进行改造或破坏。因此，多期次构造变形分析对研究构造控矿规律、指导勘探实践具有重要意义[1－5]。

鄂东南矿集区位于长江中下游成矿带的西段，是长江中下游Cu－Fe－Au 多金属成矿带的重要组成部分，已发现中酸性侵入岩有关的铜、铁、金、钼、钨、铅、锌矿床，是我国重要的铁、铜生产基地。中生代以来，研究区经历了特提斯、古太平洋构造域和现今太平洋构造域的构造体制转换，产生了多期次叠加构造，对区内的岩浆活动和热液成矿有重要影响[6]。研究区铁矿床的矿化特征、成矿岩体的岩石成因与侵位时代，叠加构造对岩体和矿体的控制规律等，已经获得了丰硕的研究成果[7－11]。有关构造控岩控矿规律代表性的观点主要有接触带构造控矿、层控型构造控矿、构造结点控矿和伸展滑脱构造控矿等[2，12－13]。已有的研究多数是从宏观角度阐释了构造作用对岩体侵位和成矿的控制作用，但在露头尺度上分析构造活动对交代蚀变、矿体形成以及后期改造的研究较少，从而限制了矿田构造的认识，制约了矿区范围内的勘探钻井部署。

大冶铁山地区铁铜矿床是鄂东南矿集区内的典型矿床，蚀变类型、矿体的形态和产状主要受到断裂带及其派生的次级裂隙有关。本文选择铁山矿区露头开展构造变形分析，结合蚀变类型分析构造变形对流体运移、交代和矿体定位控制作用。

1 区域地质概况

鄂东南地区位于扬子板块北东缘，毗邻大别造山带，整体呈向北凸出的三角地块，巨型郯庐断裂带从其东侧通过，区内寒武系至第四系广泛出露，缺失中、下泥盆统和上侏罗统，地层总体厚度达8000 多米[14－15]。

古生代期间，扬子板块的大部分区域接受了漫长和稳定的滨海－浅海相沉积，形成巨厚的碳酸盐岩和碎屑岩。研究区石炭－二叠系主要为灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩和炭质页岩，三叠纪大冶组以页岩、灰岩为主，并含少量白云质灰岩，侏罗系－白垩系则由陆相火山岩系碎屑岩组成。其中，石炭纪、二叠纪和三叠纪碳酸盐岩是铁、铜、金、钼矿床的主要成矿围岩[13，15－17]。

燕山期时，扬子板块东南部地区受古太平洋构造域的影响，经历了强烈的岩石圈伸展和大规模岩浆活动，既有岩浆侵入，又有火山喷发。其中，侵入岩体主要有鄂城、铁山、金山店、灵乡、阳新和殷祖等6大岩体，并形成大量与之相关的热液矿床。区内岩体形成于127－152 Ma，火山岩形成于125－133 Ma，属于晚侏罗世－早白垩世的产物。燕山早期的岩浆活动以侵入作用为主，发生在晚侏罗世（＞135 Ma），形成了灵乡（141－146 Ma）、殷祖（146－152 Ma）、阳新（139－142 Ma）、铁山（136－142 Ma）等一批中深－浅成相的侵入岩[18－22]，其岩性以闪长岩、石英闪长岩为主（图1）。

二叠纪末－三叠纪期间，扬子板块与华北板块发生拼合，形成秦岭－大别－苏鲁造山带[5，9，19]。受造山运动的影响，研究区形成区域性NWW 向构造，构造形迹规模大，分布广泛，主要为一系列复式褶皱和走向断裂，具有区域性控岩、控（矿）带的作用[23]。燕山期研究区受到郯庐断裂带左行剪切的影响，形成一系列NE、NNE 为主的褶皱和断裂构造形迹，及岩浆侵入构造，它们叠加在印支期构造上，控制了侏罗－白垩系的展布和侵入岩体的侵位及脉岩、矽卡岩、主要铁铜矿床的分布[10，18，24]。

2 矿区地质

矿区内出露地层主要为晚二叠世大隆组和龙潭组以及早三叠世大冶组。其中，大冶组是区内分布最广的地层，与成矿关系密切。大冶组上段岩性为砂砾屑灰岩、鲕粒灰岩、鲕粒核形石灰岩、晶洞灰岩，薄层状泥晶灰岩、粉晶灰岩夹钙质页岩；中下段岩性为中层状粉一微晶灰岩、砾屑灰岩与泥晶灰岩、页岩互夹或互层，页岩、硅质粘土岩、含硅质页岩夹薄一中层状泥晶灰岩。大冶组内白云岩和白云质灰岩则是铁铜金多金属矿体的主要赋存层位[7，16]。

燕山期多次侵入而形成的闪长岩－花岗闪长岩杂岩体，从早到晚为中－细粒含石英闪长岩、黑云母透辉石闪长岩、正长闪长岩和斑状含石英闪长岩[25]。其中，中－细粒含石英闪长岩是铁山矿区规模最大的侵入岩，构成了铁山岩体的主体，其和黑云母透辉石闪长岩与成矿关系最为密切。此外，还有少量的闪长玢岩、煌斑岩、辉绿岩。

图1 鄂东南地区地质简图Fig.1 Geological sketch of southeastern Hubei Province

铁山矿体附近的岩体与碳酸盐岩接触带两侧均经历了一定程度的接触交代作用和热液蚀变作用的改造，主要蚀变类型有矽卡岩化、钠化、钾化、硅化、金云母化、绿泥石化、碳酸盐化和高岭土化等，形成不同类型的矽卡岩化、碱质交代和热液蚀变岩[13]。

矿区铁铜成矿主要有2 期，第一期成矿以高铁低铜为特点，多以致密块状矿石为主，并具有多孔状、花斑状构造，与围岩界限清晰。第二期成矿除了铁矿化外，铜矿化也相对富集。发育矽卡岩化，矿体与围岩边界呈渐变过渡，具有交代成矿特征[18，26]。

矿区经历了复杂的构造变动，印支期构造奠定了矿区基本构造格局。燕山期多次岩浆侵入形成铁山复式岩体，以及与岩体侵入热接触动力变质有关的褶皱。断裂构造与印支期构造叠加一起，形成矿区复杂的构造变形。勘探资料显示，矿体的形态和产状主要受到断裂带及其派生的次级裂隙有关，在不同的构造部位矿体的产状表现出不同的特征[9]。

3 构造变形分析

本文根据构造变形的发育特征，相互穿插关系以及发育的岩性特征，将铁山矿区划分出4 期构造变形，分别表示为D1、D2、D3 和D4。

图2 铁山矿区南部区域地质图和构造变形Fig.2 Geological map and structural deformation in the south of the Tieshan mining area

D1 期变形在矿区内主要发育NWW 和NW 走向的小型逆冲断层，产状多数倾向SW 和SSW。这些断层主要发育在花岗岩体外围，在铁山岩体的南侧与大冶组内较为发育。一些小的断层裂隙可见被热液体脉体充填。这些小型的断层与区域上印支期近N－S 向逆断缩短有关，属于大型逆冲断层带的次级断层构造。

D2 期构造以发育走向近NNE 或S－N 的褶皱和断层为特征，显示与近E－W 向的挤压过程有关。在接近岩体的碳酸盐化蚀变带内，发育有残留的无根褶皱，褶皱的地层已经发生了矽卡岩化（图3a）。有的褶皱西翼长东翼短，轴面近直立的紧闭褶皱，推断褶皱附近存在近S－N 向斜向逆冲断层，断层被后期的碳酸盐脉填充。在大冶组互层的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩可以观察到不对称褶皱和壳褶皱（图3b）。

D3 期表现为伸展构造，以发育近N－S 或NNE向的小型正断层为特征，在矽卡岩化的岩层中常见石香肠构造。这些构造可能属于区域上的伸展滑脱构造在上地壳脆性变形域的表现形式，张性小断层常常被碳酸盐脉体填充。碳酸盐脉体能干性较弱，常常包围石香肠构造，对能干性较强的含铁矿层和矽卡岩的破裂起到协调作用（图3c）。

D4 期构造属于脆性变形，以发育NW 走向的走滑断层为特征（图2），与热液蚀变和脉体填充过程关系较弱。断层面擦痕线理显示具有右行走滑特征，沿着断层附近的矽卡岩化蚀变岩中常发育构造裂隙（图3d）。这些走滑断层在大冶组灰岩中较为发育。

4 构造活动时间以及与成岩、成矿的关系

根据断层之间的几何交切关系，与成岩、成矿蚀变的关系，可以判断断裂构造的活动时间。根据构造变形与矿床形成的时空关系，可以将构造变形划分为成矿前构造、成矿期构造和成矿后构造。一般研究认为，成矿前构造主要控制了岩体侵位和热液流体的运移，为成矿物质的析出和沉淀提供了可容纳空间[9，12，19]。

图3 铁山矿区构造变形露头Fig.3 Outcrop of structural deformation in the Tieshan mining area

D1 期构造变形以走向近E－W 的断裂和褶皱构造为特征，与区域上的印支期变形特征相似。宏观分析，燕山期花岗岩体主要沿着这些近E－W 断层展布，明显受到断层的控制。这些印支期逆冲断层在燕山期重新活化，影响了花岗岩体的就位。同时，考虑到D1 断裂多数被岩浆热液脉体充填，推测铁山矿区的D1 期变形发生在二叠纪末和三叠纪之间，属于成矿前构造。开采的铁铜矿体显示，铁山铁铜矿位于铁山岩体南缘中段，产出在含石英闪长岩或黑云母辉石山闪长岩与与大冶组大理岩断裂接触带上，呈NWW 向展布[7，26]。露头观察也表明，一些热液脉体沿着NW、NWW 向断层裂隙展布，可见D1 期变形也表现为热液迁移的通道作用。综上分析，印支期D1 构造变形构建了研究区基本的构造格架，属于成矿前构造，但是这些构造形迹为燕山期岩体的侵位、热液迁移、矿体形成和展布都有明显的控制作用。

D2 期构造变形与近E－W 向的挤压构造有关，大冶组卷入其中，标定了构造变形的时间下限。在岩体附近的矽卡岩化蚀变围岩中也发生了类似的褶皱变形，这些褶皱被后期的碳酸盐脉体切割，因此推测构造变形的时间与矽卡岩化阶段相近。矽卡岩化成矿过程大致可以划分为不同的成矿阶段：干矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、氧化物阶段、铁－铜硫化物阶段和铅锌硫化物阶段。野外露头发现很多石榴石透镜体、含绿帘石、透辉石的布丁构造产状近直立、N－S 走向，明显受到D2 期构造变形的影响。一些无根褶皱显示具有斜向逆冲作用，由此我们推断，D2 期断层并非表现为严格的压性断层，而具有走滑分量，具有压扭性特征。压扭性断层面起伏的地段，容易形成虚脱空间，为流体运移和矿体沉淀提供可容纳空间。因此，露头观察到的矽卡岩化早期阶段形成的含石榴石岩体多呈现透镜体状雁列式分布（图3e）。后期的碳酸盐化脉体（D3 期变形有关）包围或切割早期的矽卡岩和形成的铁矿层，由于能干性差异导致形成典型的石香肠构造或布丁构造。D2 期构造变形主要卷入了含石榴石、磁铁矿等布丁构造，并使富含绿帘石和角闪石等蚀变层发生褶皱变形，这些蚀变矿物属于磁铁矿阶段产物。因此，D2 期变形主要发生时间稍晚于矽卡岩化的磁铁矿阶段，属于成矿期的韧性变形构造。研究认为鄂东南地区早白垩世（143－132 Ma）集中发生大规模的成矿作用，各主要岩体和岩株是同一次岩浆活动的产物，形成鄂东南地区主要的矽卡岩型矿床及斑岩铜矿[6，18，27]，因此D2 变形的时间应该为早白垩世。

D3 期表现为伸展构造，已有的研究显示燕山晚期研究区进入伸展阶段[28]。燕山晚期伸展作用形成区域上的断陷盆地，鄂东南地区代表性的箕式盆地有阳新盆地、大冶盆地和花湖盆地等。这些伸展构造盆地主要沿着E－W 走向展布，然而我们野外露头观察发现，这些断层裂隙主要为近N－S 走向，且被碳酸盐脉体填充。碳酸盐脉体能干性较弱，常常包围石香肠构造，对能干性较强的含铁矿层和矽卡岩的破裂起到协调作用。注意到这些小型断层和裂隙主要产出在伸展盆地的边界转换部位，因此我们推断这些近N－S 向的断层和裂隙属于区域上大的伸展断层的次级调节构造。

D4 期变形与矿区的蚀变过程无关，主要表现为脆性变形，因此推断发生的时间更晚，可能与喜山期构造变形有关。D4 期变形以右行走滑为特点，对矿体和围岩蚀变具有破坏作用。走滑断层多发育在花岗岩体与围岩接触蚀变带，特别是矽卡岩和大理岩，少量发育在大冶组的砂岩中。这期断层构造能够造成矿体的错断和位移，因此对勘探部署钻进有重要的影响。

5 结论

（1）大冶铁山矿区可以划分出4 期构造，D1 期以NW、NWW 走向断裂为特征，D2 期发育近N－S向的逆冲断层和褶皱，D3 期形成近N－S 或NNE 向的伸展正断层，D4 期以NE 向右行走滑断层为特征。

（2）4 期构造变形发生的时间分别为二叠纪末－三叠纪（印支期）、早白垩世和早白垩世晚期（燕山期）和喜山期。印支期（D1 期）变形属于成矿前构造，奠定了研究区基本的构造格局，控制了研究区花岗岩岩体侵位、成矿热液的迁移和沉淀；燕山期构造（D2 和D3 期）属于成矿期构造，与蚀变围岩的产状和空间分布关系密切；喜山期构造（D4 期）以走滑运动为特点，属于成矿后构造，对矿体和蚀变围岩有改造作用，影响勘探实践。