广东凡口铅锌矿床逆冲推覆构造体系: 地质特征、演化序列及控矿作用

汪礼明, 郭兰萱, 王涌泉, 郑 义, 田志刚, 欧阳仕元, 王成明

(1.广东省有色金属地质局, 广东 广州 510080; 2.广东省有色地质勘查院, 广东 广州 510080; 3.中山大学 地球科学与工程学院, 广东 珠海 519080; 4.深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿, 广东 韶关 512325)

0 引 言

凡口铅锌矿床是我国著名的超大型铅锌矿床, 具有规模大(Pb+Zn金属量＞1000万吨)、品位高(≥15%)的特点。该矿床位于南岭多金属成矿带中段南侧, 粤北曲仁构造盆地北缘, EW向南岭构造岩浆岩带与NNE向北江构造带(吴川-四会断裂带粤北段)交接复合部位(图1)。

图1 凡口铅锌矿床大地构造位置图(据Wang et al., 2013) Fig.1 Tectonic framework of South China showing the location of the Fankou lead-zinc deposit

多年来, 对凡口铅锌矿的矿床成因争议很大, 学术界至今无法达成共识。比较有代表性的观点包括: ①同生卤水沉积成矿(赖应篯, 1981, 1988); ②沉积-成岩-成岩后改造富集成矿(陈耀钦和曾波夫, 1984); ③岩浆热液成矿(於崇文和骆庭川, 1987); ④沉积-渗流(双源)热卤水交代成矿(吴健民和张声炎, 1987); ⑤同构造热液充填交代成因(王濮等, 1995); ⑥海底热泉喷流堆积成矿(朱上庆和池三川, 1992; 陈学明等, 1998, 1999, 2000); ⑦多因复成成矿(王力等, 2003; 汪礼明, 2006); ⑧密西西比河谷型(即MVT, Zhang et al., 2001)。

综合上述观点, 结合近年凡口铅锌矿区深部和外围找矿实践, 本文首次系统阐述了“凡口逆冲推覆构造体系”这一概念, 认为凡口铅锌矿床的成矿过程包括同生沉积成矿、热液叠加改造及逆冲推覆构造异地定位三个主要阶段, 与前人与提出的类似概念(刘德利等, 2006)有本质差异, 在推覆体系的组成、推覆构造的演化及矿床定位作用方面的认识完全不同。NNE-NE向断裂源于基底断裂, 属同沉积期生长活动(郑庆年, 1996)。同生沉积成矿及热液叠加改造成矿期均发生在矿区东南侧的北江断裂带附近, 热液叠加改造成矿期受NE向断层F101、F102和NNE向断层组成的同生断裂带的控制。印支-燕山期的板块构造碰撞在粤东和粤北地区产生了不同的影响, 在粤东形成了莲花山动力变质带(汪礼明等, 2018), 而在粤北地区则表现为将铅锌矿体从北江断裂带推覆至现今凡口地区就位。

1 矿区主要断裂构造及逆冲推覆构造体系

1.1 深部和外围找矿过程中新发现的断裂

凡口铅锌矿区控矿断裂构造主要分为NNE向、NE向和NW向三组。近年来在对南部及深边部找矿勘查中新发现NW向F202、NWW向F204、近EW向F111、F112等断裂(图2)。本次研究根据各组断裂自身性质及相互关系, 识别出NW向F203和近SN向F9断裂为逆冲推覆构造体系的结构面(表1)。

表1 凡口铅锌矿区断裂发育特征一览表 Table 1 Characteristics of the faults in the Fankou mining area

图2 凡口铅锌矿区逆冲推覆构造体系平面地质图 Fig.2 Plane geologic map of the Fankou lead-zinc deposit showing the reverse thrust fault system

1.2 凡口逆冲推覆构造体系

凡口矿区F203和F9断裂表现为低角度的逆冲断层, 而其上发育的一系列高角度逆冲断层(F3、F4、F5、F6、F7、F8), 以及南、北两侧一系列近东西向的挤压断层。这一系列逆冲断层共同组成了凡口铅锌矿区的逆冲推覆构造体系。

推覆体由中下泥盆统桂头群(D1-2GT)、中泥盆统东岗岭组(D2d)、上泥盆统天子岭组(D3t)、以及石炭系(C1和C2+3HT)组成, 通过F203和F202两组断层不整合覆盖在中上石炭统壶天群(C2+3HT)等地层之上。其中, 推覆体下伏地层由东南往西北变化较大, 西北部以中上石炭统壶天群为主, 往东南逐渐变老为中上泥盆统(图3)。

NW-NNW向断裂F203和F9最早形成于印支期, 在燕山早期发生大规模挤压运动, 沿结构面F203和F9发生远距离逆冲推覆, 从而形成现今的构造格局。在这一过程中, 派生出一系列的NNE向断层(F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7和F8)及NE向断层(F101、F102)。这些断层位于推覆体之上, 构成了凡口铅锌矿床的含矿和控矿构造体系。其中, NE向断层原发育于北江断裂带, 前期具有同生沉积构造特征, 倾角一般在55°～68°之间, 主要见于狮岭北部。过去认为该组断裂规模小, 延伸较短, 但新近研究发现它们非常发育, 只是被后期NNE向断裂强烈改造, 分割和利用, 同时被矿体充填而难以识别(梁新权和温淑女, 2009)。NNE向高角度逆冲断层既是非常重要的控矿构造, 也是重要的同成矿期的成矿构造(赖应篯, 1981)。除自身容矿外, 该组断裂还对早期形成于NE向构造中的矿体进行改造、破坏或者富集, 其旁侧地层受挤压形成的牵引褶皱及层间滑动构造也是矿田重要的容矿空间。前人研究认为NNE向与NE向断层交汇处往往是矿体富集位置。

续表1:

推覆构造面断裂以F203为主, F9次之。断裂走向NW, 倾向北东, 倾角变化较大, 一般39°～45°。该组断裂断距大于400 m, 断裂破碎带最宽大于10 m, 最窄小于 0.05 m。构造的主要特点是出现大规模地层重复, 老地层超覆于新地层之上。

推覆体内发育一组NWW-NW向、高角度压扭性断裂(F200、F204), 将推覆体分裂成若干个呈NW向展布的块体, 走向由北西段的NW向逐渐转向南东段的NWW向, 产状陡立。F200断裂为推测断裂, 目前无钻探工程直接揭露, 但从南、北地层产出对比分析, 该断裂应为客观存在且在矿区北部呈NWW向展布。南盘石炭系测水组、孟公坳组大范围缺失, 壶天群及下石炭统直接与泥盆系天子岭组不整合接触, 据此推测在早石炭世该断裂的南盘上升被剥蚀, 而北盘下降接受连续沉积。F204断裂在矿区东北部有出露(图4a), 断层面明显, 产状陡直。

推覆体中还发育一组EW向平移断层(F111、F112), 为推覆构造伴生的一组次级构造, 对矿体起破坏作用, 对矿体定位影响较大。F111和F112出露在矿区东南部盘子岭一带, 断层面擦痕、阶步均指示为左行平移断层(图4b), 南北两盘地层、构造及矿体分布明显被该组断裂所截。

图4 凡口铅锌矿区部分褶皱和断层 Fig.4 Photographs of the representative folds and faults at Fankou mining area

推覆体上、下盘分别对应C2+3HT及中上泥盆统-中泥盆统, 其特征存在明显的差异。总体上, 下盘地层厚度稳定, 单层厚度一般较大, 地层产状较稳定; 上盘地层厚度变化较大, 有的局部变薄, 有的因为地层重复增厚, 地层产状变化较大, 靠近断层有派生牵引构造, 同时发育多级或复合褶皱。下盘地层岩石完整、构造和裂隙相对更不发育, 构造和裂隙的充填物较少; 而上盘地层构造和裂隙发育、局部岩石十分破碎、一部分充填物较少、另一部分有较多的泥炭质充填。下盘地层岩相组合较稳定, 天子岭组、东岗岭组裂隙、断裂及夹层中的泥炭质成分含量较少, 地层颜色偏浅色; 而上盘地层泥炭质成分含量较多、地层颜色更深、局部深灰色至灰黑色。

2 凡口推覆构造体系形成及演化历史

2.1 北江断裂(吴川-四会断裂北段)主要活动特征

吴川-四会断裂是广东一条重要的深大断裂, 影响宽度15～20 km, 北端与仁化-英德断裂会合, 往北沿赣江断裂北行与郯-庐深断裂相连(广东省区域地质质, 1988), 本文称为北江断裂。

北江断裂形成早期与郁南运动有关, 加里东运动在本区形成深断裂, 并呈现NE-EW-NEE向展布的褶皱构造格架。沿断裂带形成了NE向展布的阳春盆地、英德盆地和曲仁盆地。印支运动产生的强大动力作用, 使得深部热液通过深断裂通道上涌, 从而诱发了韧性剪切、动力变质、混合岩化作用及岩浆侵位等一系列活动。因此这一时期(201～236 Ma)的热液事件是凡口铅锌矿床的主要形成阶段, 也是同生沉积成矿重要阶段。前人研究表明, 北江深断裂带、恩平-新丰深断裂带及莲花山深断裂带均为印支运动产物(广东省区域地质质, 1988)。侏罗纪(燕山运动)以来, 这一系列断裂带均发生强烈挤压作用, 尤其是燕山运动第三幕, 南澳、莲花山、河源及北江深断裂带发生强烈的动力辗磨和高温熔融作用, 导致北江断裂带的铅锌矿发生进一步热液改造, 上部块体沿早期形成的F203等断裂从北江断裂(吴川-四会断裂北段)沿NW方向推覆至凡口铅锌矿田定位, 形成凡口铅锌矿田近弧型构造控矿体系。喜山期, 该断裂的活动方式主要为继承性的断块差异升降活动。

2.2 凡口推覆构造体系形成与演化

凡口推覆构造的形成与北江断裂的活动紧密相关, 根据北江断裂活动历史, 初步厘定凡口推覆构造体系经历了以下4个时期(图5):

图5 凡口逆冲推覆构造体系形成与发展示意图 Fig.5 Formation and evolution of the Fankou reverse thrust fault system

NW向基底构造形成期: 凡口地区基底加里东构造层以紧密的线状、等斜、平卧至倒转的NW-NNW向褶皱为主。区域基底NW向褶皱的存在和发展, 基本控制了本区泥盆纪沉积盆地的形态, 也是制约推覆构造体系形成和发展的基底构造。志留纪末期, 区域发生强烈造山运动, 地层褶皱回返, 形成近SN向紧密褶皱和近NWW向断裂破碎带。这些褶皱和破碎带是本区的构造基底, 限制和控制着上覆地层分布和构造发育及推覆体的运动。

滑动面构造形成期: 印支运动以强烈褶皱隆起、混合岩化作用和岩浆侵入活动为主要特征。印支运动使海西期沉积的地台盖层发生褶皱, 形成箱状、梳状的过渡型褶皱带, 沿深大断裂牵动地壳深部, 轴向为NE-EW-NEE向, 并形成大量NW向张裂隙及劈理。在加里东期基底构造控制下, 沿构造破裂面进一步发育NW向和近SN向断裂, 如F203、F9等, 形成了推覆构造的原始滑动面。

推覆构造形成期: 根据区域地质资料、广东构造运动特点及北江断裂活动特征, 结合前人关于凡口铅锌矿矿床成因研究成果, 界定凡口推覆构造主要形成于燕山运动第三幕(155～135 Ma)。这一时期,受太平洋板块的强烈俯冲碰撞影响, 广东地区形成一系列NE向展布的动力变质带(莲花山断裂带)及NW向推覆构造。喜山一期(64～47 Ma)由于板块的碰撞作用, 推覆体可能发生了进一步推覆作用。

继承和发展期: 主要发生在喜山二期以后, 以地壳的升降运动和零星火山活动为主, 已形成的推覆构造的NE向及近EW向断裂发生进一步继承性运动。

3 推覆构造与成矿作用

综合前人对凡口铅锌矿床成矿作用研究, 并结合原位S、Pb同位素及微量元素等研究成果, 本文认为凡口铅锌矿床主要形成于印支期, 在燕山运动第三幕发生了热液叠加改造成矿作用, 经历了3个成矿期, 即北江断裂同生沉积成矿期、热液叠加改造期和推覆构造异地定位期, 其中北江断裂同生沉积成矿期可分为: 沉积、黄铁矿成矿和黄铁铅锌成矿三个成矿阶段。

3.1 北江断裂同生沉积成矿期

这一成矿期跨越海西构造运动期和印支运动期(早泥盆世至早三叠世, 370～200 Ma), 主要包括沉积、黄铁矿成矿和黄铁铅锌成矿3个成矿阶段。沉积期和黄铁矿成矿阶段主要发生在海西构造运动期, 该构造期地壳以升降运动为主, 堆积了巨厚的晚古生代沉积层, 其中以F101、F102为代表的NE向同生断裂控制了同生沉积成矿的形成。在泥盆系东岗岭组上下亚层、天子岭组上下亚层之间形成了顶板碎屑岩盖层、矿体顶-底的低渗透性碎屑岩、高孔隙度白云岩化碳酸盐岩组合, 该组合具有富重硫(δ34S=-0.8‰～15.2‰, 平均为5.27‰, 团队未发表数据)、富炭质(有机炭可高达1.5%)特征, 与产于北江断裂带上同生沉积硫铁矿床属于同一层位。其主要特征为沉积大量方解石、石英, 其次为白云石、黄铁矿, 含有微量的菱铁矿。黄铁矿成矿阶段是主要成岩成矿期, 这一时期主要表现为区域白云岩化作用和黄铁矿重结晶作用, 富重硫(δ34S=1.8‰～30.0‰, 平均为 9.58‰, 团队未发表数据), 主要特征为沉积大量方解石、白云石、黄铁矿, 其次为菱铁矿, 含有微量的石英。

黄铁铅锌成矿期主要发生在北江断裂带, 沿NE向F101、F102和NNE向F1～F7等同生断裂进行, 是本区铅锌矿床的主要形成阶段。该时期构造运动不仅使晚古生代盖层发生褶皱, 而且沿深大断裂引起壳、幔物质相互作用, 并发生热卤水交换成矿。黄铁铅锌成矿阶段以热卤水交代充填成矿为主要特征, 可进一步细分为石英方解石黄铁矿亚阶段和多金属硫化物成矿亚阶段。石英方解石黄铁矿亚阶段以大量方解石、石英、菱铁矿、重结晶黄铁矿、微量闪锌矿生成为特征, 并有少量绢云母产出。多金属硫化物成矿亚阶段以大量闪锌矿、方铅矿, 少量方解石、白云石、黄铜矿以及微量黝铜矿、银黝铜矿、砷红银矿、辉银矿、毒砂和重晶石组合产出为主要特征, 形成致密块状、团块状及浸染状黄铁铅锌和铅锌矿体, 是本区铅锌矿床的主要成矿阶段。

3.2 热液叠加改造期

叠加成矿期发生于燕山运动第三幕的早期, 这一时期的岩浆活动在北江断裂带表现为岩浆热液沿先存的同生断裂破碎带迁移, 对已形成的矿体进行叠加改造。该期热液活动既对已有矿体进行叠加改造, 也有新的成矿物质加入, 形成了铅锌矿脉(矿体组成以闪锌矿为主, 含有少量的黄铁矿和方铅矿)、方解石脉和白云石脉, 它们穿插在致密块状铅锌矿体中, 也是铅锌矿体的重要组成部分。这一时期成矿流体δ34S= -1.6‰～4.8‰(团队未发表数据), 具有典型岩浆热液特征。

3.3 推覆构造异地定位期

推覆构造作用发生在燕山运动第三幕, 晚于热液叠加改造期。受NW向构造挤压作用, 前期形成的晚古生代盖层沿印支期形成的构造软弱带发生强烈的挤压运动。在加里东期NW向构造基底控制下向NWW向推覆至凡口地区定位成矿, 并对NE-NNE向断裂进行改造, 形成产状陡立的地垒式逆冲断层(F1～F8), 并伴生形成一组产状陡立的NW-NWW向平移断层。NE向同生断层(F101、F102)在巨大的挤压应力作用下被派生的NNE向断裂改造、归并而变得支离破碎。而NNE向断层在对NE向断层改造过程中, 造成一部分产于NE向断层中的矿体被挤入NNE向断层定位, 矿体在NNE向与NE向断裂交汇部分及其附近沿断裂产出, 并使矿体与围岩出现截然的分界(图6), 是矿体挤压定位的重要依据。近EW向断裂主要是改造矿体, 并非原始成矿构造。

图6 凡口矿区逆冲推覆构造活动的地质证据 Fig.6 Geological records of the activity of the Fankou reverse thrust fault system

4 找矿预测及找矿突破

目前学者们普遍认为凡口矿田内NE-NNE向断裂组(F101、F102及F1～F7)是同生沉积构造, 也是凡口铅锌矿床的重要含矿和控矿构造, 严格控制着矿体分布(陈耀钦和曾波夫, 1984; 吴健民和张声炎, 1987; 赖应篯, 1988; 郑庆年, 1996; 梁新权和温淑女, 2009)。然而, 对同生断裂向北东及南西方向的延伸情况、现有同生断裂的北东部是否存在平行的同生断裂, 特别是铁石岭和狮井是否属于凡口同生断裂的北部延伸等尚未有明确认识, 直接决定了铁石岭、狮井及凡口东部地区的找矿远景。

根据本文研究, 凡口矿区构造推覆体存在若干子推覆体, 目前能够确定的是以F203断裂为推覆面的凡口主推覆体, 其北侧以F200为界, 南部以F203为界。通过区域地质资料综合分析, 以推覆构造对二叠系改造形迹作为依据, 可推断凡口推覆体推覆及改造的距离。同时考虑到在南部和北部应该存在与其平行的近EW向及NWW向断裂, 预测外围推覆体上盘应为重要找矿区域。在此基础上, 根据1∶5万区域重力资料进一步确定推覆体下盘构造分布, 并结合可控源方法进行矿体定位预测。此外, 土壤次生晕在矿体分带及找矿预测上也可提供指示作用。

根据上述预测分析, 在矿体上盘圈定4个预测靶区(图7), 分别是狮井找矿靶区(属于北江同生断裂北延部分)、贵湖找矿靶区、莲塘坝找矿靶区(凡口矿床同体异地定位部分)和黄子塘找矿靶区(属于北江同生断裂南延部分)。对推覆体下盘提出2个预测靶区, 即羊角山找矿靶区和岭背找矿靶区, 二者均为北江断裂原始同生成矿区域。

目前, 对贵湖预测区的勘查工作已取得重大找矿突破, 探获铅锌金属量已超过大型矿床规模。

5 结 论

本文提出的逆冲推覆构造控矿体系具有较全面的宏、微观依据, 较好地解决了凡口铅锌矿成矿热源、成矿物质来源和矿体定位等问题。并在此基础上提出了新的找矿预测区, 拓展了矿区的找矿前景。

(1) 通过分析凡口逆冲推覆构造体系的结构、演化过程及其对矿床(体)的控制作用, 丰富了凡口地区的构造格架, 完善了构造控矿的理论体系。厘定出F203、F9为推覆结构面, 而F200、F204和F16等为逆冲推覆构造的块体边界。

(2) 根据逆冲推覆构造的结构、构造演化与成矿活动的关系, 将凡口矿床的成矿期次划分为3个成矿期: 同生沉积成矿期(沉积阶段、黄铁矿成矿阶段、黄铁铅锌成矿阶段)、热液叠加改造期和逆冲推覆构造异地定位期。

(3) 基于区域成矿地质条件、构造演化以及物化探异常特征, 本文初步提出了6个找矿预测靶区, 即推覆体上盘的狮井、贵湖、莲塘坝、黄子塘4个预测找矿靶区以及推覆体下盘的羊角山、岭背2个预测找矿靶区。

(4) 根据本文提出的逆冲推覆构造体系, 在预测的控矿构造位置贵湖, 已经发现厚大的铅锌矿体, 资源量规模超过大型。

致谢:论文得到中国科学院广州地球化学研究所 陈华勇研究员的悉心指导和广东省有色地质勘查院凡口项目组的大力支持, 黄红亮、王军、赵剑波等为图件修改完善作了大量工作, 匿名审稿专家提出了宝贵的修改意见, 在此一并表示感谢！