论沉积盆地构造岩相变形史研究方法及应用

方维萱

1.有色金属矿产地质调查中心,北京 100012;

2.有色金属矿产地质调查中心矿山生态环境资源创新实验室,北京 100012

0 引言

构造变形序列、矿田构造和成藏成矿作用是地学界长期关注的科学问题(杨开庆,1984;陈宣华等, 2009;张宝林等,2015;康玉柱,2018;杨文心等, 2018;刘家仁,2019;方维萱和黄转盈,2019)。其中,盆地变形、盆-山-原耦合转换与生态资源环境问题备受关注(袁宝印等, 2009;宋勇等, 2010;熊探宇等, 2010;张海峰等,2012;汤良杰等, 2014;韩润生等,2014, 2020;冯建伟等, 2020),沉积盆地构造岩相变形史与成藏成矿机制一直是科学难题。对成岩阶段的划分与对成岩相系的深入研究,促进了油气资源储集层预测和勘探新发现(邹才能等,2008)。近年来,在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地和二连-海拉尔盆地,均发现了(非)金属矿产-铀-煤-油气资源同盆共存与协同富集成矿成藏(李荣西等,2011;王伟等,2018;方维萱等,2021a),要了解这些独特地质现象的成因,需要从协同勘查的新角度,重新认识盆内构造岩相变形史与成岩成矿成藏事件的耦合结构。从多种矿产协同富集规律和成矿成藏机理出发,以成岩事件序列为主线,将构造岩相学与地球化学岩相学(Fang, 2017)新理论相结合,对成岩事件序列和成岩相系进行共性导向和交叉融合研究,可将沉积盆地内成岩相系划分为4种类型(方维萱,2020):成盆期埋深压实物理-化学成岩相系、盆地改造期构造-热事件成岩作用与构造热事件改造成岩相系、盆内岩浆叠加期构造-岩浆-热事件成岩作用和岩浆叠加成岩相系、盆地表生变化期表生成岩作用和表生成岩相系。这些研究不仅为沉积盆地构造岩相变形史研究提供了新思路,也为煤系金属矿产资源研究提供了新理论。在传统的沉积成岩作用研究中,高温改造作用和出露地表晚期经受了风化作用的沉积岩,都不作为成岩作用的研究对象(焦养泉等, 2015)。但忽视对高温改造叠加-再造成岩成矿作用、表生成岩成矿作用的研究,严重制约了对(非)金属矿产-油气资源-煤-铀同盆共存协同富集规律和成矿成藏机理的研究。近年来,对沉积盆地内火山岩、侵入岩、深部地质作用与油气资源的研究取得了重要进展(杨宁等, 2005;汪华等, 2014;杨文心等,2018;马新华等, 2019),但沉积盆地内构造岩相变形史与金属矿产、油气资源和煤系金属矿产之间的耦合关系仍为难点问题,待进一步创新研究方法体系,为取得新突破提供科技支撑。

文章在(非)金属矿产-油气资源-煤-铀同盆共存盆地研究基础上,对沉积盆地构造岩相变形史的创新研究方法进行归纳,从构造岩相学、地球化学岩相学和地球物理学综合的角度进行论述,认为盆内构造岩相变形史与构造岩相学相系研究,能够揭示成藏、成矿流体与构造岩相学类型、构造样式与构造组合的多重耦合关系,可为深部(~5000m)构造相体建模预测提供依据。

1 研究方法论与研究内容

在沉积盆地的构造岩相变形史解析研究中,采用系统整体论、多维场空间拓扑学结构解析方法,以构造岩相类型在时间域的演化序列为主线,进行构造岩相学填图,有助于恢复多期次叠加的复杂相体和构造样式。

(1)系统整体论

指以构造岩相学填图和五维相体拓扑结构解剖为手段,对现今构造岩相体进行系统的构造、相体结构测量,从多维角度进行刻画描述,为整体恢复构造岩相变形史提供丰富信息,即:

构造岩相学(TLM)=F{x,y,z,T,M-(t-P-T)}五维立体构造岩相学解剖(点-线-面-体-时)=

其中:TLM=构造岩相学总集合;

点=地质观测点,包括x,y,z三维坐标;

线=实测构造岩相学剖面线,包括X-Y、X-Z或Y-Z坐标;

面=“纵-横-平”三向切面,包括勘探线剖面、中段平剖面和横向剖面。在地表构造岩相学填图中,以X、Y为投影平面,但实际上包括标高(Z);

体=单一相体、叠加相体或矿体的纵向、横向和垂向构造岩相学剖面图,并制作勘探线剖面联立图和不同中段平面联立图。

M=物质组成及演化趋势,即岩石、矿物、常量组分(%)和微量组分(×10-6)。Mi=在ti时间的物质成分;ti=采用同位素年代学厘定的形成年龄或采用构造岩相学筛分方法确定的构造世代;Pi=在ti时间,相体和物质组成形成的压力条件,Ti=在ti时间,相体和物质组成形成的温度条件,二者均采用矿物包裹体测温和矿物温度计(方维萱等,2017)估算获得,用于对多期次形成的构造岩相体进行多维场解剖研究,当i为相对固定的形成时代的情况下(如缺少穿插关系,且在同位素年代学方法测试误差范围内等),即可采用t-PT参数描述形成的时间-压力-温度条件。在(次火山)侵入岩相研究中,一般对相关岩相进行t-PT轨迹研究,具体描述(次火山)侵入岩相冷却过程中降压和降温的持续时间或叠加侵入岩相的增温-增压过程,以及在附近地层(围岩)中发生的构造热事件年龄、增温-增压过程和降温-降压过程,精确厘定(次火山)侵入岩与成矿年龄关系。

(2)多维场空间拓扑学结构解析

进行空间域(x-y-z)-时间域(T=T0→Ti) -物质域(∑M=M0+Mi)复杂相体的多维空间拓扑学结构解析研究。即解析同位空间(x-y-z)在异时(T=T0→Ti)形成的异源同位物质叠加作用、叠加构造岩相学类型与识别标志。T0表示初始状态的年龄,Ti表示后期构造叠加相年龄,M表示物质成分 (岩石学、岩相学和岩石地球化学),即:

在初始状态下进行岩相学解析,则:TLM={[M-(t-P-T)] [D(x,y,z)]} =F(x-y-z,M);T=T0

在空间域内,空间拓扑学结构为同时异相的相分异和相序结构。在同一构造岩相学系统中,因相系发生相分异而导致相变,形成空间域内相序结构。在时间域内进行地球化学岩相学解析,则:

在空间域内进行地球化学岩相学解剖,则:

在时间域内,研究不同相体物质组成及成岩成矿期的物质强度,即成矿中心在时间域的分布规律。在空间域内,研究同一相系中叠加相体的物质组成及成岩成矿期的物质强度,即特定时间域内,同一相系中叠加相体在空间域中的成岩成矿作用强度中心,用于圈定成矿中心。

(3)时间域的盆内构造岩相类型演化序列

主要研究内容包括盆内成岩相系分类和构造-岩浆-热事件序列重建。在前盆地期(基底先存构造)、成盆期(初始成盆期和主成盆期)、盆地反转期、盆地构造变形改造期、盆内岩浆叠加期、盆地表生变化期等6个重要演化期内,形成了相应的成岩相系,同时也发育和叠加了不同类型的流体作用。认识这些不同类型成岩相系及其特征,有助于揭示不同的成岩作用期次、流体地质作用类型和特征,对沉积盆地内金属矿产和煤系关键战略金属矿产、油气资源等成藏成矿规律的研究具有重要意义。

在时间域上,盆内构造岩相演化的方向性表现为:

①前盆地期(基底先存构造)对盆地的形成演化具有显著的控制作用且与盆地构造岩相具有不同变形历史,如古风化壳常为流体封闭层和储集相体层、基底断裂常为盆内底源热流体叠加运移构造通道等。

②成盆期盆内同生沉积岩相系,如水体形成的正常沉积岩相系、热水同生沉积-交代作用形成的热水沉积岩相系、火山同生热水沉积-蚀变作用形成的火山热水沉积岩相系。

③在盆地反转期,沉积水体增深序列常为正反转构造的同生构造-沉积学响应;而沉积水体向上变浅序列常为负反转构造的同生构造-沉积学响应,同期多发育大规模的热水沉积岩相系,沉积盆地内发育煤系烃矿源和烃源岩系,伴随大规模的富烃类和富CO2-H2S非烃类还原性流体的形成和运移。

④盆地构造变形改造期内,埋深压实成岩作用和构造成岩作用分别形成了压实物理-化学成岩相系和构造成岩相系。发育的不同类型盆地流体包括富烃类还原性流体、富CO2-H2S型非烃类还原性流体、富N2型和富H2还原性流体,它们多为内源性盆地流体。富CO2型热流体柱常是来自盆地基底构造层或地壳-地幔尺度的外源性流体,会导致盆地发生强烈的构造-热事件改造叠加并驱动盆地流体强烈活动和相互耦合,对成藏成矿具有较大规模贡献。但目前对内源性和外源性盆地流体相互耦合和协同作用的研究尚不够深入。

⑤在盆内岩浆叠加期,构造-岩浆-热事件起源于幔源(岩石圈地幔和软流圈地幔)、幔-壳混源、壳源等不同层次的深部异源性流体,它们常以盆内热流体柱形式注入盆地内部,以盆内岩浆叠加相系为标志(方维萱等,2017)。目前,对构造-岩浆-热事件驱动盆地循环流体的形成机制及相互耦合作用研究程度较低。

⑥在盆地表生变化期内,构造抬升和构造掀斜作用导致地下水流场发生重大变化,富集成矿物质的氧化态表生流体进入盆地内部,造成了铜铅锌和铀次生富集成矿。在含煤盆地和含油气盆地内发育了具有较强还原性的流体作用,对于它们与富集成矿物质的氧化态表生流体耦合机制以及战略性关键矿产富集成矿作用的研究工作有待深化。

(4)盆地构造岩相变形史研究内容

盆地构造岩相变形史的研究内容包括以下6个方面:

①解析和厘定不同的同生和变形构造岩相类型、基本特征和识别标志。

②进行构造岩相分期和分型研究,解析和研究不同期次的构造型相特征与区别性标识。

③确定不同类型的变形构造岩相样式和组合,以及它们在时间域-空间域-物质域内与(非)金属矿产、油气资源、煤岩和煤系矿产等多矿种同盆共存富集成藏成矿的多重耦合结构。

④研究揭示储集相体层的成相机制与成藏成矿多重耦合机制。

⑤重大地质事件与构造岩相变形事件序列、区域构造岩相演化模式与大陆动力学机制、区域生态环境资源多重耦合规律。

⑥盆地构造岩相变形史专题解析研究,包括盆内同生构造岩相样式与构造岩相组合、盆内反转构造岩相样式与构造岩相组合、盆内变形构造岩相样式与变形构造岩相组合、盆内岩浆叠加期岩浆-构造-热事件叠加样式与构造岩相组合、盆地表生变化期构造岩相样式与构造岩相组合等。

(5)研究方法和技术

主要研究方法和技术组合包括:

①大比例尺构造岩相学填图和变形构造岩相解析研究,恢复盆地重大构造变形事件序列。

②构造岩相学变形筛分,如大比例尺碎裂岩化相、糜棱岩化相、构造蚀变岩相等专题填图。

③构造岩相类型与地球化学解析研究,如井巷工程大比例尺构造岩相学三维填图等。

④地球化学岩相学填图是构造岩相学物质组成和形成演化规律的主要解析研究方法。

⑤深部隐伏构造岩相-磁化率专题填图和找矿预测。

⑥专项电法勘探(MT、AMT、CSAMT)与隐蔽构造岩相-岩层三维电性填图。

⑦地震勘探与地震岩相刻画(冯玉辉等,2016),如地震勘探和裂缝预测(郑和荣等,2007;邬光辉等,2014;冯建伟等,2020)。

⑧构造岩相专项预测建模。

⑨跨尺度综合研究建立盆地构造岩相变形史。

(6)理论创新与技术研发

在盆内构造岩相变形史研究上,理论创新与技术研发集中于以下3个方面:

①构造岩相形成机制与成藏成矿流体分异作用多重耦合结构问题亟待研究。构造岩相形成机制与成藏成矿流体分异作用可分为3大类型:物理、化学和物理-化学多重耦合分异成相作用,它们与成藏成矿作用之间的多重耦合结构是创新点,可采用野外构造岩相学测量方法进行恢复,开展模拟试验进行解析,通过实际测量和理论研究进行建模预测。物理分异成相包括垂向压实、侧向挤压和垂向抬升过程中形成的构造变形、变形构造样式和构造型岩相。流体系统在沉积岩中因流体扩散、渗流、吸附等作用,导致流体的溶解度、密度、压力和温度发生变化。如盆内富烃类还原性流体系统中,天然气的相态与流体体系的压力、温度密切有关,因温度和压力降低,重烃类被沉积岩吸附而脱离该系统,轻烃因逃逸作用继续迁移,导致富烃类还原性流体系统发生变化和相分异、矿质沉淀。化学分异成相作用主要包括氧化-还原作用、多重化学耦合反应、化学位梯度变化、离子交换作用、同位素交换和分异作用、微生物降解作用等,如富CH4-CO2型非烃类+富烃类混合还原性流体系统,在穿越临界强氧化界面后,大量CH4发生强氧化作用而形成了富CO2型非烃类还原性流体系统,并伴随铁锰碳酸盐化蚀变相的形成。物理-化学分异成相包括成藏成矿流体系统内CH4-CO2、H2O或CO2临界沸腾、构造释压沸腾、热液角砾岩化、岩浆隐爆角砾岩化等;化学多重耦合作用会触发物理-化学分异成相作用,如火山热水流体作用。在沉积盆地内的油气资源-煤-铀-金属矿产和煤系战略性金属矿产研究方面,需要从跨尺度协同的角度研究多重耦合结构和成相作用。

②盆内构造-岩浆-流体-热事件序列与成藏成矿作用的多重耦合热动力学模型是核心增长点。根据盆地热事件与不同构造岩相成相机制特征,热动力学模型分别为:第一种是沉积压实埋藏成岩期热动力学模型,可进一步划分为埋深压实型、欠压实型、构造侧向压实型和超压流体型,其孔隙度、裂缝-裂隙率、岩石热导系数、热动力学主要受传递方式(热对流、热传导、热辐射)控制。第二种是盆内热流体突发性热动力学模型,经地球化学岩相学建相可重建这些热事件的热动力学结构。第三种是构造-流体-热事件模型,可划分为连续递进应变构造-流体-热事件模型、突发构造破裂模型和热流体隐爆模型等3种不同类型。在热液角砾岩相系统内,矿物温压计和矿物包裹体揭示热流体常具有不等温、不等压、不等盐度、成分非均质性等多相态的瞬态混合机制特征,不同于已知的热对流、热传导、热辐射等方式,属于新的热传递类型。第四种是火山喷发-岩浆侵入热事件模型与多重耦合结构模型,包括岩浆系统的热结构、热化学耦合反应结构(岩浆-围岩之间矽卡岩化相带)、岩浆体系的热传递(如角岩相带)、被加热地层封闭水体系的对流循环等4个热动力学结构模型。第五种是盆地表生流体事件模型,包括地层封存水流场、大气降水流场、地下水流场和热储构造内热水流场等4种。

③构造岩相学变形筛分与构造岩相异时同位叠置的镶嵌结构模型解析是突破点。按照脆性构造变形域、脆-韧性构造变形域、韧性构造变形域和热流变构造域,依次划分为B型、BD型、D型、R型构造型相,它们分别形成于脆性构造变形域(深度<3 km)、韧-脆性和脆-韧性构造变形域(深度3~15 km)、韧性剪切带、热流变构造域(混合岩相、混合片麻岩/构造片麻岩相、混合岩化相和混合花岗岩相)等。

现以盆内同生构造样式、盆内变形构造样式、盆内岩浆叠加构造样式与构造岩相学相系为主,对盆地构造岩相变形史的研究进行论述。盆地表生变化构造样式(新构造运动)与成岩相系将另文论述。

2 盆内同生构造样式与构造岩相特征

文章对盆内同生构造样式和构造组合释义为:“在盆地内(准)同沉积期过程中,控制同沉积分布规律、对沉积物早期成岩和再沉积具有建造控制作用、或(准)同沉积期沉积物早期成岩变形产生的同期构造样式。”由这种同期构造-沉积-软变形作用形成的不同构造样式,以及在时间-空间-物质上有内在成因联系的不同构造样式和构造群落,共同组成了盆内同生构造组合,如:同生滑移褶皱带、同生断裂带、同生角砾岩相带、火山热水喷流通道构造与火山喷流沉积岩相系等。同生构造样式和构造组合需在解剖建相后,采用构造岩相学独立填图单元进行圈定,如:古风化壳、古岩溶构造带、火山机构等。不整合构造岩相带是盆地抬升侵蚀过程中重要的构造岩相学界面,包括角度不整合、平行不整合、重要地质事件成因的不整合;从规模尺度和指示意义上,将不整合构造岩相带划分为区域不整合型、局部不整合型和事件不整合型,其中:事件不整合型指由盆内热水喷流沉积、地震、古岩溶、同生构造滑塌、火山喷发和岩浆侵入等事件所形成的不协调镶嵌和嵌入式构造岩相体。

(1)板块动力学体制下的火山沉积盆地构造岩相学特征

火山盆地内同生构造样式、构造组合和变形构造相是盆地构造岩相变形史研究中的难点问题。沟-弧-盆构造系统内的弧相关盆地系统包括弧前盆地、弧内盆地、弧间盆地、弧后盆地和弧后前陆盆地;但在山-弧-盆构造系统内的弧相关盆地系统尚待进一步研究,如弧后上叠盆地和弧间上叠盆地等山-弧耦合的转换盆地系统。根据沉积环境和沉积水体深浅不同,可将山-弧耦合的转换盆地系统划分为陆相盆地、海陆交互相盆地、浅海相盆地和深水相盆地,但构造-古地理信息和盆地动力学信息依然不足。因此,从构造岩相学角度对盆内同生构造样式和构造组合进行研究,有助于揭示山-弧-盆构造系统演化细节。从盆地内构造岩相学的类型和特征看,火山沉积盆地形成于6种类型的板块构造动力学体制下。

①在洋内板块俯冲碰撞体制下,形成洋内弧前、洋内伸展弧和洋内弧后盆地,以发育富含深水细碎屑岩相、硅质岩相、高Fe-Mg质火山岩和绿泥石凝灰岩等为特点。

②在洋壳板片和洋中脊(海山)俯冲碰撞体制下,以安第斯型中生代活动大陆边缘发育的沟-弧-盆构造系统为典型。在南美洲中生代活动大陆边缘,从西到东,分别发育弧前盆地、弧内盆地、弧后盆地和弧后前陆盆地等。这些弧相关盆地系统内,发育火山浊流沉积岩相和源自岛弧带的火山物质剥蚀再沉积产物,如火山锥相系、火山浊积扇相系。

③在山-弧-盆碰撞体制下,山-弧-盆构造系统和弧相关盆地系统具有多样化格局和具有迁移式继承性连续演化特征,以东天山—北山北带最为典型(李文铅等,2005;郑和荣等,2007;王国强等,2014,2021;方维萱等,2021c),演化序列是有限洋盆→山-弧-盆海相转换盆地→残余海盆→山-弧-陆转换湖盆→残余湖盆。

④在板块多向汇聚体制下和后期陆内构造变形叠加再造作用下,山-弧-盆构造系统的恢复和重建更具挑战性和难度,如滇东南地区发育的三叠纪山-弧-盆构造系统,其中那坡-富宁-个旧三叠纪弧后裂谷盆地耦合了二叠纪地幔柱、三叠纪碱性苦橄岩-碱玄岩等(软流圈地幔形成的热点构造),晚三叠世发生了构造反转事件,形成了弧-盆碰撞造山带,燕山期形成了盆内岩浆气囊构造和电气石热流柱构造(方维萱等,2021b)叠加再造作用,这种特殊的山-弧-盆构造和弧相关盆地系统尚待进一步解析研究。

⑤在大陆地幔热物质形成的伸展体制下,裂谷盆地内火山喷发-岩浆侵入岩相系与火山断陷沉积相系最为典型,发育火山穹隆(穹丘)构造、火山洼地、岩浆叠加侵入构造系统等(方维萱等,2021b)。

⑥在大陆边缘伸展裂陷体制下,陆缘裂陷盆地内发育沉积-火山沉积相系。沉积水体不断增深,以灰黑色碳硅质岩和灰黑色碳硅质泥岩为成盆期的主要构造岩相类型,并以碱性凝灰岩、粗面质凝灰岩和碱性火山岩发育为标志。以扬子地块和塔里木地块周缘震旦纪—志留纪陆缘裂陷盆地最为典型。

(2)火山沉积盆地内主要同生构造样式和构造岩相组合

在火山岛弧带和弧相关盆地系统内,以火山喷发作用、次火山岩侵入作用和火山沉积作用为主(表1),分别形成了正向(负向)火山喷发机构、火山同生断裂带、次火山岩侵入岩体、火山口相(熔结集块岩和熔结火山角砾岩)、火山沉积盆地等,它们均为浅成侵入作用和表成喷发-沉积作用下形成的同生构造样式和构造组合。在空间域-时间域-物质域的拓扑学结构包括:次火山岩侵入相(A相系,穿时叠加次火山机构中心相)、火山隐爆-侵出相(B相系,火山隐爆-侵出中心环带成相型,火山热液成矿中心周缘成相型,热能耦合反应中心相)、火山爆发-喷发相(C相系,环带状或舌状火山喷溢-喷发式成相型,火山喷发机构周缘相)、火山沉积相(D相系,震发式火山爆发沉积事件成相型,火山喷发机构边缘相)、沉火山岩相(E相系,火山物质的沉积相分异型,火山机构远端相系)、衰竭火山口相(F相系)、火山热液隐爆相(G相系,火山-次火山热液蚀变作用成相型和火山热液隐爆角砾岩化成相型,火山热液成矿中心型)、火山热液蚀变相(H相系,火山-次火山热液成矿中心周缘成相型、火山热液蚀变作用)、火山热水沉积相(I相系,火山热水沉积成相型,火山热水沉积成矿中心相)、火山地堑盆地边缘相(J相系,基底构造层)、次火山侵入岩相与构造-岩浆断隆构造带(K相系)、盆内岩浆叠加再造相(L相系)等12个相系(表1),这些火山岩相体分布规律和拓扑学结构可以用于恢复火山构造岩相组合和火山构造样式。

表1 火山岩区内主要火山岩相系类型、火山构造样式与成相机制Table 1 Major types of volcanic rock lithofacies and volcanic tectonics, and the mechanism of lithofacies formation

续表1

限于论文篇幅,文章对以下6种主要同生构造样式、火山构造岩相和成相机制进行论述。

①次火山岩侵入成相型(A相系)发育在先存火山喷溢-喷发成相型构造岩相体之上或火山断隆构造带(基底构造层)之中。在时间序列上具有“后来者居上”的特征,呈穿切先存相体的空间域-物质域拓扑学结构,按照先后穿插关系并结合同位素精确定年,有助于确定次火山岩侵位期次和侵入相序列。在次火山岩侵入相中心部位,常伴有同期或叠加的次火山岩热液事件;在正向火山机构(如火山穹隆、火山穹丘、复合式火山穹隆、火山同生背斜、火山地垒构造等)内,次火山热液蚀变作用形成的围岩蚀变体系和成矿系统,具有较好的水平和垂向分带。

②火山隐爆-侵出成相型(B相系)呈中心环带状,形成了火山喷发-岩浆侵入角砾筒构造,穿切镶嵌在火山锥体之上,叠合火山锥型相体分布于正向火山穹隆中心或负向火山机构边缘。因火山喷发式成相型堆积和次火山岩侵入成相型不断形成,先后封闭了火山喷发通道,后续的岩浆熔体和火山-次火山热液因内应力不断聚集,突破了上覆围岩静压力而发生了岩浆隐爆和火山气液隐爆作用,形成了正向火山机构内中心环带式分带,常是火山-次火山岩成岩成矿中心相,并围绕中心相形成了环带式构造岩相分带。火山通道相内和附近发育火山热液蚀变岩相。

③火山喷溢-喷发成相型(C相系)分布在正向火山机构和负向火山机构(如坍塌火山口、火山口湖泊盆地、火山洼地、火山地堑盆地等),按照时间序列不同,火山喷溢-喷发作用形成的浆屑等火山物质喷溢到地表或喷发到空中和水体中形成了降落沉积,在时间域内遵循从老到新的构造相体叠置关系。火山热液蚀变作用形成了火山热液准同生蚀变岩相系;在火山宁静期,以火山热液喷流沉积作用为主导,形成了火山热水喷流沉积岩相,与蚀变凝灰岩相系呈叠置关系。

④衰竭火山口成相型(F相系)以负向火山机构为主,也可在正向火山穹隆顶部形成衰竭火山口的局部负向单元,在衰竭火山口发育火山热液蚀变岩相系+次火山岩侵入成相作用、火山热液角砾化成相作用和“浆-液-气”隐爆角砾岩化成相作用,属金属成矿中心的构造岩相学标志。

⑤火山热液隐爆相系(火山热液成矿中心相)以火山热液隐爆角砾岩化成相型与火山-次火山热液蚀变作用成相型(G相系)为主,与火山热液蚀变相系(热能耦合反应中心相,H相系)紧密相伴,在向负向火山机构或火山沉积盆地方向演化,发育火山热水沉积相(I相系)。

⑥在火山地堑盆地边缘相中,火山地堑盆地边缘与先存基底构造层发育同生断裂-火山喷发耦合成相型。在火山地堑盆地边缘与先存基底构造之间,发育了边界同生断裂带、陡岸坍塌岩块相带、火山熔积角砾岩相和火山热水循环对流热液角砾岩相等(J相系)。同期异质异相结构发育,也是识别火山沉积盆地边界范围的重要标志。

一般来说,在水平方向上的火山岩相总体分带结构为:次火山岩侵入岩相(火山通道构造)→火山爆发-喷发相(熔结火山集块岩+熔结火山角砾岩)+侵出相(碎斑熔岩相)/衰竭火山口相→火山溢流相→火山沉积相→沉火山岩相,但火山岩区内的各相系空间异质性发育,火山构造样式和构造组合需要采用大比例尺(1∶50000~1∶1000)构造岩相填图、深部相体-电性-磁性-密度等综合填图,进行相体结构圈定和建模预测。

3 盆内变形构造样式与构造岩相特征

盆地变形构造样式主要类型有:盆缘单冲式前陆冲断褶皱带、盆缘对冲式前陆冲断褶皱带、盆缘裙边式冲断褶皱带、盆内冲断褶皱带和断层相关褶皱带、盆内底拱式断褶带、盆内穹隆式冲断-滑脱构造带、盆内岩浆底拱式热流柱构造与旋转断褶带、盐丘底劈构造带(潘伟尔等,1993;郑和荣等,2007;陈宣华等,2009;熊探宇等,2010;宋勇等,2010;韩润生等,2014;汤良杰等,2014;康玉柱,2018;杨文心等,2018;方维萱和黄转盈,2019;冯建伟等,2020;梁明亮等,2020;王国强等,2021)。如新疆塔西中新生代陆内盆地和陕西凤太泥盆纪拉分盆地(图1),在变形构造带内,岩石和地层经历了构造变形和热流体作用,导致岩石渗透率和裂缝-裂隙率增加,成为优质油气储集层和金属储集相体层。如塔里木叠合盆地内早古生代地层经历了压实变形、剪切变形和膨胀变形等3类成因变形,受3种后期改造作用(溶蚀、破裂与白云石化)形成了高渗透变形带,为油气资源的高效渗流通道(邬光辉等,2014)。

(1)变形构造相与构造岩相

变形构造相包括盆内前移式薄皮型冲断褶皱带、盆内冲断构造+断层相关褶皱带、前陆冲断褶皱带、盆缘冲断褶皱带、前展式厚皮型冲断褶皱带、后展式厚皮型冲断褶皱带等。盆-山-原转换构造带是流体大规模运移通道和储集构造岩相带,也是金属矿-铀-煤-油气资源同盆共存富集成藏成矿有利构造岩相带(图1a、1b),陕西凤太地区金-铅锌多金属矿集区与印支期—燕山期对冲式逆冲推覆构造和深源岩浆叠加密切有关(图1c)。前陆冲断褶皱带构造样式(变形构造相)包括楔冲构造、叠瓦扇、双重构造、冲隆构造、断滑褶皱、断弯褶皱、断展褶皱和三角构造带;从山前到盆地内部具有构造分带、构造变形强度减弱、卷入变形构造内层次变浅的特征,即:山前冲断推覆带→楔冲构造带→双重构造及断弯褶皱带→冲隆构造(断展褶皱、三角构造带)→前缘平缓褶皱或斜坡带(郑和荣等,2007)。

图1 新疆塔西和陕西凤太地区沉积盆地变形构造样式与构造组合图(据方维萱和黄转盈,2019;方维萱等,2020修改)Fig.1 Styles and combinations of deformation tectonics for the sedimentary basin in the Taxi area in Xinjiang and the Fengtai area in Shaanxi(modified after Fang and Huang,2019;Fang et al.,2020)(a) Wulagen compression-extension transitional basin and mosaic tectonics of basin-mountain-plateau in Xinjiang(a1-Neogene to Quaternary lithofacies-forming pattern for the Wulagen glutenite-type Pb-Zn-celestite deposit and the Bashibulake uramium deposit; a2-Hydrocarbon generation and ore-forming pattern of Miocene to Palaeogene tectonic thermal events for glutenite-type Cu-Pb-Zncelestite-coal deposits in the same basin;a3-Hydrocarbon generation and ore-forming pattern of Upper Cretaceous to Early Palaeogene tectonic thermal events for compression-extension transitional basin); (b) The Sareke intermontane basin and mosaic tectonics of basin-mountain-plateau in Xinjiang(b1-Plane map for the Sareke intermontane basin and mosaic tectonics of basin-mountain-plateau;b2-Profile map for the Sareke intermontane basin and mosaic tectonics of basin-mountain-plateau; plume tectonics and emplacement of alkaline gabbro-diabase dykes derived from mantle);b3-Base tectonic layer and blind tectonic lowland for the Sareke intermontane basin);(c) Sequences and patterns of deformational tectonics for Fengxian to Taibai apart-pull basin in ShaanxiQ4-Quaternary grit and silt sediments; N2a-Neogene Atushi Formation; N1a-Neogene Anju′an Formation; (E3-N1) k-Oligocene-Miocene Kezileyi Formation; E-Palaeogene; E1a-Palaeogene Aertashi Formation; K-Cretaceous; K1-Lower Cretaceous; K1kz1-First lithologic interval of Lower Cretaceous Kezilesu Group; K1kz2-Second lithologic interval of Lower Cretaceous Kezilesu Group; K1kz3-Third lithologic interval of Lower Cretaceous Kezilesu Group; K1kz5-Fifth lithologic interval of Lower Cretaceous Kezilesu Group; JJurassic System; J1k-Lower Jurassic Kangsu Formation; J2y-Middle Jurassic Yangye Formation; J2t-Middle Jurassic Taerga Formation; J3k1-First lithologic interval of Upper Jurassic Kuzigongsu Formation; J3k2-Second lithologic interval of Upper Jurassic Kuzigongsu Formation; T-Triassic System; P-T1-Permain to Lower Triassic System; C-P-Carboniferous to Permain System; CCarboniferous System; C1-Lower Carboniferous series; C2-Upper Carboniferous series; D-C-Devonian to Carboniferous System; DC-T-Devonian-Carboniferous-Triassic System; D-Devonian System;;D1-Lower Devonian;D2-Middle Devonian;D3-Upper Devonian; S-Silurian System; Pt2-Mesoproterozoic Akesu Rock Group; FS-Southern Shareke brittle-ductile fault belt; FN-Nothern Shareke brittle-ductile fault belt; Fh1-Basal blindthrust and its number;DS2-Stages and numbers of tectonic lithofacies;DS1a-Subfacies of tectonic lithofacies1-Alkaline gabbro-diabase dyke;2-Rheological folding marble; 3-Mesoproterozoic Akesu Rock Group (lower base tectonic layer); 4-Fuchsia irony anagenite (dryland-fan subfacies of piedmont alluvial fan facies); 5-Boulder conglomerate, pebbly sandstone, and carbonaceous mudstone in piedmont alluvial fan facies (mineral-hydrocarbon source rock); 6-Muddy-calcarenitic autobreccia, calcarenitic autobreccia and lamina crystalline limestone; 7-Argillaceous limestone, calcarenitic muddy packsand; 8-Coal seam, coalbearing packsand, and carbonaceous mudstone (coal-measure mineral-hydrocarbon source rock); 9-Quartz schist, sericite schist, quartz sericite schist. Calcite quartz sericite mylonite and carbonate mylonite occurred in ductile shear zone; 10-Dykes of alkaline gabbro-diabase(plume tectonics of mantle); 11-Faults and their moving directions; 12-Coal deposit; 13-Glutenite-type copper orebody; 14-Glutenite-type Zn-Pb orebody; 15-Sandstone-type copper orebody; 16-Glutenite-type copper-polymetallic orebody; 17-Gross thickness of copper orebody; 18-Tectonic lowland and its number; 19-Bituminization altered facies; 20-Oil-stainsbituminization altered facies; 21-Uranium orebody; 22-Angular unconformity; 23-Ba2+-SO42-rich plume tectonics with high oxidating acid facies; 24-Granodiorite; 25-Syngenetic slump breccia lithofacies and syngenetic slip fold; 26-Ankerite albite cryptoexplosive breccia and albite Fe-carbonate cryptoexplosive breccia, and they are material composition of plume tectonics; 27-Tectonics of wrinkle layer; 28-Tectonic foliation and stage; 29-Fault and its moving direction; 30-Axial plane cleavage and fracture cleavage

前陆盆地、山间盆地和后陆盆地具有不同的变形构造组合,表现为:前陆盆地一般缺乏规模性侵入岩,以单向叠瓦式冲断褶皱带为主,发育盐底劈构造系统。前陆冲断褶皱带内的岩石裂隙和裂缝发育程度与金属矿产和油气资源有密切关系,砾岩、砂砾岩和砂岩中发育的切层和层间裂隙组是砂砾岩型铜铅锌矿床的储集相体层(方维萱等,2020)。宋勇等(2010)研究认为,准噶尔盆地西北缘乌夏前陆冲断带二叠系火山岩-沉积岩混杂地层内,古构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用。大型山间盆地常以对冲式逆冲推覆构造系统或挤压走滑构造系统为主,发育裙边式褶皱构造系统(图1b)。后陆盆地与前陆盆地在构造组合上具有较大差异,发育裙边式复式叠加褶皱、断褶构造带和冲断褶皱带等,但以幔型断裂、拉分盆地、碱性斑岩和碱性辉长辉绿岩侵位等岩浆-构造-热事件的垂向叠加为标志。这种垂向构造-岩浆-热事件叠加和生排烃成矿事件与前陆盆地系统具有显著差异,如新疆托云和云南楚雄中—新生代后陆盆地系统、鄂尔多斯中生代后陆盆地系统等。

沉积盆地内构造变形带和碎裂岩相-碎裂岩化相(变形构造相)是盆→山转换构造带的构造岩相学记录,碎裂岩相-碎裂岩化相的5种主要构造岩相样式分别是:

①呈面带状分布在前陆冲断褶皱带内,具有较高的裂隙渗透率,是金属矿产和油气资源有利的储集相体层。

②呈带状分布在切层断裂带两侧,与构造-热流体具有显著的物理-化学耦合作用,是金属矿产有利的储集相体层;呈板状沿层间断层和强脆性岩性层(如白云岩和白云质灰岩等)分布,受到层间滑动构造带的控制。

③与角岩化相共生,呈穹隆状分布在隐伏侵入岩体上方,由隐伏侵入岩体上侵底拱作用所形成,也是隐伏侵入岩体预测的标志。

④在沉积盆地内,铁白云石钠长隐爆角砾岩筒(图1c)和热液角砾岩筒周缘伴生显著的热启裂隙带,发育热启碎裂岩相-热启碎裂岩化相,具有显著的构造-热力-化学-流体四重耦合结构面,在裂隙带内发育热液充填物和热液蚀变边,常为成藏成矿流体储集相体层。

⑤在岩浆隐爆角砾岩体和侵入岩体顶部周缘,发育呈帽状强碎裂岩相和断控型带状强碎裂岩相,具有显著的构造-热力-化学-流体四重耦合结构面,在裂隙带内发育浆屑充填物、热液充填物、热液蚀变边和热力烘烤边构造,是成藏成矿流体储集相体层的主要标志。

(2)热流柱构造、古热储构造与构造岩相

在前陆冲断褶皱带内,煤系烃源岩生排烃成矿事件序列记录了垂向热流柱构造,即:沉积压实→盆地反转构造→侧向构造挤压+高温相气热流体→构造-岩浆-热流体垂向驱动,形成了盆地金属矿-铀-煤-油气资源同盆共存富集成藏成矿(图1a、1b,图2a、2b)。

图2 塔里木地区隐伏烃矿源岩生排烃成藏成矿事件序列与湘赣地区盆内构造-岩浆-热事件Fig.2 Sequences of mineral-hydrocarbon generation and migration from the buried coal-measure source rock in the Tarim area and basin-in-magmatic thermal event in the Hunan-Jiangxi area(a) Sequences of mineral-hydrocarbon generation derived from metals-bearing coal-measure source rock; (b) Sequences of oreforming and reservoir-forming for hydrocarbon generation and non-hydrocarbon generation; (c) Tectonic-magmatic thermal events for the Qitianling area and vitrinite reflectance for the Longtan Formation in the south central areas of Hunan to Jiangxi (modified after Pan et al., 1993)

①具有形成垂向热流柱构造并携带成矿物质聚集成矿的物质基础。煤系烃矿源岩富含有机质(腐殖酸、可溶性有机质、干酪根)和铜铅锌等,铜、锌和钼呈金属硫蛋白质 (metallothionein)相态在煤层中富集。如在乌拉根北侧的侏罗系煤层中富集铅锌,在萨热克北侧的侏罗系煤层中富集铜。煤系烃矿源岩(煤层)与铜铅锌矿床同盆共存富集规律现今表现为 “下部煤系烃源岩+上部铜铅锌-铀矿床”上下空间相体拓扑结构(图1a、1b);它们为垂向热流柱构造的构造岩相物质记录。推测金属硫蛋白质相态和金属有机质络合物是协同成藏成矿多耦合作用的转运媒介,在构造-热事件生排烃成矿作用驱动下,富铜铅锌-铀的富烃类和富CO2-H2S型非烃类还原性成矿流体(如金属有机质络合物和有机质螯合物等)以热流柱构造形式发生了大规模垂向运移。例如,在塔西地区分别有侏罗系—三叠系煤系、二叠系、震旦系—寒武系碳质岩等多个烃(矿)源岩,它们形成了“多层位异源同向”的富烃类和富CO2-H2S型非烃类的热流柱构造,导致了铜铅锌-铀成矿物质聚集成矿。

②甲烷、乙烷、烯、炔、醇、醚、酮、酸、含氮混合物、含硫化合物等有机质,可以形成约500个有机质还原反应,如新疆塔西地区富烃类和富CO2-H2S型非烃类还原性成矿流体以垂向热流柱构造富集成矿(方维萱等,2018,2020)。

③新疆塔西地区中—新生代沉积压实生排烃成矿事件、盆地反转构造生排烃成矿事件、高温相气热流体事件生排烃成矿事件(方维萱等,2020)、侧向构造挤压生排烃成矿事件、构造-岩浆-热流体垂向热事件等构造动能-热能协同耦合转换,是形成垂向热流柱构造的驱动力源(图1a、1b,图2)。

④切层断裂带和同期碎裂岩相带、切层碱性辉绿辉长岩(碱玄岩类)脉群和周缘碎裂岩化相带等为垂向气流柱构造物质运移通道,大规模褪色化蚀变相和切层沥青化蚀变相是其构造岩相学直接记录。

⑤垂向热流柱构造携带的大规模成矿流体进入似层状热储构造层(储矿相体层)后,因低渗透率的顶板泥质碎屑岩、膏盐岩和泥质膏盐岩等形成了岩性封闭,成矿成藏流体以侧向运移为主,垂向热流柱构造总体形态呈冠羽状。

煤系烃矿源岩变形变质特征是重要变形构造相的物质记录,如湘赣中南部龙潭组煤系烃源岩成为高变质煤层(贫煤、无烟煤)、天然焦与石墨具有同层异矿结构,骑田岭岩浆-热事件造成了龙潭组煤系发生变形变质,在周缘接触带中煤变质相具有正向环带,形成了同心圆状热变形变质晕圈(RO)(图2c;潘伟尔等,1993)。

古热储构造是盆地变形过程中的变形构造-热流体之间的多重耦合空间(隐蔽构造),也是多重耦合作用的物质学记录,如陕西双王铁白云石钠长隐爆角砾岩筒型(图1c)金矿床等。因此,古热储构造成为研究解析和揭示这些多重耦合区域和耦合机理的重要构造岩相带。从盆地构造变形样式、构造-热流体耦合空间拓扑学结构、盆地流体大规模运移驱动机制和运移构造通道等角度看,古热储构造分为11种类型:似层状白云岩型、似层状碎屑岩型、火山岩型、层间滑脱构造带型、切层断裂带型、盆-山-原转换带型、盆-山转换带型造、俯冲挤压构造-热流柱型、隐伏岩浆底劈型(图1b)、盐丘底劈型、岩浆热液隐爆角砾岩筒型(图1c)。在前陆冲断褶皱带内,流体分层效应(冠羽状热储构造层)和构造岩相学特征记录了垂向热流柱构造形成演化历史。在乌拉根超大型砂砾岩型天青石-铅锌矿床内,从下部的下白垩统克孜勒苏群,到上部的新近系安居安组(N1a),形成了5~7个似层状古热储构造,增温型古地热场演化结构导致了富烃类热流柱构造形成了构造-流体色层分异效应,这种构造-流体色层分异成相作用与构造岩相记录了古热流柱构造形成演化轨迹和波及范围(隐蔽构造岩相)。在古新统阿尔塔什组底部具有增温型古地热场演化结构,其顶部发育气成高温相冠羽状流体,穿切了下伏侏罗系煤系烃矿源岩,这种气成高温相热流体柱使得侏罗系煤系烃矿源岩发生了生排烃事件,导致了富含铅锌-硫的富烃类和富CO2型非烃类还原性成矿流体富集成矿。

4 盆内岩浆叠加构造样式与叠加成岩相系

从盆地“源-运-聚-保”看,盆内岩浆叠加期以异源深部热物质叠加为主,包括壳源岩浆、幔-壳混源岩浆、幔源岩浆(岩石圈和软流圈地幔)3种岩浆源区。

第一种是在盆内岩浆叠加区内,绢云母化、硅化、叶腊石化、绿泥石化、铁锰碳酸盐化、滑石化等蚀变相与较高的镜质体反射率(RO>3.0%)互为共生关系,这些围岩蚀变与高煤阶、高镜质体反射率和煤岩变质程度之间,具有正相关关系,它们是隐伏(次火山岩)侵入岩体形成的构造-岩浆-热事件的构造岩相标志。

第二种是在火山岩和碎屑沉积岩区内,面状和面带状分布的斑点状黑云母角岩化相-硅化黑云母角岩相是隐伏(次火山岩)侵入岩体的构造岩相标志。

第三种是在碳酸盐岩内,大规模的酸性热流体溶蚀-充填叠加岩相系是深部构造-岩浆-热流体事件叠加再造事件的构造岩相标志(汪华等,2014)。

(1)盆内壳源岩浆叠加构造和岩浆叠加成岩相系

以海南省儋州市丰收大型钨铯铷矿床与岩浆叠加成岩相系(图3)最为典型。根据岩石组合和构造型相,将陀烈岩组划分为3个岩段,下岩段(S1Tl1)以变石英细砂岩、变粉砂岩、含铁质绢云母千枚岩等为主,发育以(破)网状劈理为主的碎裂岩化角岩相系,对于钨铯铷成矿较为有利,在石英质糜棱岩相中叠加了辉石石榴子石矽卡岩化相。中岩段(S1Tl2)中的金云母岩-阳起石金云母岩原岩恢复为碱性苦橄质火山岩,指示了深部地幔热物质(OIB)上涌喷发事件。其中,碎裂状黑云母角岩相-大理岩相-金云母透闪石大理岩相为主要储矿构造岩相类型,碎裂岩化相愈发育,对钨铯铷成矿更为有利。上岩段(S1Tl3)普遍发育构造片理相+片理岩化相,局部叠加了电气石化蚀变相系和电气石热液隐爆角砾岩相系,是电气石热液角砾岩构造系统的物质组成和储矿构造岩相类型。采用构造岩相学独立填图单元圈定了盆内岩浆叠加相系岩浆侵入构造样式和空间位置,据此进行了找矿预测、勘探验证工程部署并取得了显著效果(图3a),发现并探明了大—中型钨铯铷矿床。

根据早志留世陀烈岩组内变形构造相、变形构造样式和变形构造组合、构造变形域、变质相等特征,划分出8个构造岩相学独立填图单元:

①陀烈岩组糜棱岩相-糜棱岩化相单元(脆韧性剪切带),是圈定华力西期—印支期脆韧性剪切带的构造岩相学填图单元(穿时独立填图单元),可圈定和预测脆韧性剪切带内的热液角砾岩相体分布范围。

②陀烈岩组内的构造片岩相单元,是圈定压性-压剪性断裂带的标志。

③陀烈岩组内的角岩相-角岩化相单元,是圈定接触热变质相区分布范围的标志。

④陀烈岩组内矽卡岩-矽卡岩化相-条带状透闪石金云母大理岩相单元,是圈定接触交代相区空间范围的标志(图3a、3b1)。矽卡岩化大理岩相,电气石化蚀变二长斑岩(图3a、3b2)与凝灰质碳酸盐岩,是储矿构造岩相类型,钻孔验证并进行了初步揭露,仍具有较大找矿潜力。

⑤陀烈岩组内的大理岩相和矽卡岩化大理岩(钙质矽卡岩)单元,在文溪坡矿段是矽卡岩型锡钨矿体的储矿构造岩相。

⑥盆内岩浆叠加构造样式单元主要有黑云母闪长岩形成的岩被、岩滴、岩枝和岩凹构造,在黑云母闪长岩接触带半封闭岩凹构造内,陀烈岩组中形成了不规则状岩浆热液角砾岩体(筒),为主要的钨铯铷矿体储矿构造岩相类型(图3a、3b3)。

图3 海南丰收钨铯铷矿床岩浆叠加构造样式与构造岩相组合Fig.3 Magmatic superimposing tectonic pattern and their tectonic lithofacies in the Fengshou W-Cs-Rb deposit, Hainan(a) Tectonic lithofacies profile map for Exploration Line 111; (b) Photos of tectonic lithofacies for drillcores;b1-Diopside-garnet skarnization marble; b2-Scheelite-bearing tourmaline altered ivernite; b3-Hydrothermal breccia of scheelite in tungsten-bearing torumalite; b4-Scheelite veinlets in fractures of biotite hornstone with cataclastic lithofacies; b5-Lithofacies of tourmaline magmatic cryptoexplosive breccia and lithofacies of hydrothermal breccia in tungsten-bearing tourmalite. Breccias include scheelite, tourmaline altered ivernite, and tourmaline altered cataclastic hornstone; b6-Scheelite hydrothermal breccia in tourmalite; b7-Lithofacies of tourmaline magmatic cryptoexplosive breccia, and hydrothermal breccia of scheelite in tourmaline altered ivernite; b8-Quartztourmaline hydrothermal breccia; b9-Banded-veinlet tourmaline-potassium feldspar-quartz altered rock and altered biotite diorite; b10-Veinlet tourmaline-silication-potash feldspathization altered rock (protolith may be altered biotite diorite)

⑦陀烈岩组内黑云母角岩相-硅化黑云母角岩相单元,也是钨铯铷矿体的储矿构造岩相类型(图3b4)。

⑧电气石热液角砾岩相单元(图3b5—b10),是电气石岩浆热液隐爆角砾岩构造系统的构造岩相分带结构,为钨铯铷矿体的储矿构造岩相,钨铯铷矿体呈脉带状和脉状产于其中的冷凝断裂-裂隙体系中。

(2)盆内幔-壳混源岩浆-叠加构造样式和岩浆叠加成岩相系

云南个旧锡-铜-钨-铯-铷多金属矿集区经历的燕山期盆内岩浆叠加作用最为典型,岩浆-叠加构造样式和构造组合包括:碱性辉长岩-辉长闪长岩-碱性岩岩基+岩株、隐伏花岗岩岩基+岩突+岩舌+岩羽、岩浆热流柱构造、个旧组热水岩溶-热储构造、岩浆底拱旋转褶皱、底拱旋转式断褶带、层间滑动构造-热储带,岩浆侵入构造系统具有垂向构造岩相-成矿分带规律(方维萱等,2021b,2021c),下以老厂矿田为例论述其特征。

老厂矿田内隐伏蘑菇云状侵入岩体总体呈 “西高东低、南球北脊” (图4,图5)的特征。 “南球北脊”是指近南北向隐伏花岗岩岩脊构造(标高1600~1810 m),分布在大陡山矿段—背阴山断裂之间,在南部竹叶山矿段和卡房矿田隐伏花岗岩呈旋转气球状(图4)。“西高东低”是指西侧侵入岩体顶面较陡且海拔高度较高(1810~2010 m),东侧侵入岩体顶面较缓且较低(1360~1960m),沿侵入岩顶面发育了近北北西向的倾斜梯度带(图4,图5)。岩浆叠加构造样式与成矿规律特征如下:

图4 老厂矿田隐蔽岩浆叠加构造样式与隐伏花岗岩顶面等高线图(据郭玉乾等, 2021修改)Fig.4 Buried magmatic superimposed tectonic patterns and contour map of blind granite top in the Laochang ore-field (modified after Guo et al., 2021)

图5 老厂矿田隐伏花岗岩突起、复式背斜和断褶构造带(据郭玉乾等,2021修改)Fig.5 Bulge of blind granite, complex anticline, and fault-fold zone in the Laochang ore field (modified after Guo et al., 2021)(a) No.10 exploration line profile (EW-trending) from the Aotoushan ore district to Wanzijie ore block in the Laochang orefield; (b) No.17 exploration line profile (EW-trending) from the Aotoushan ore district to Wanzijie ore block in the Laochang orefield; (c) No.F exploration line profile (SN-trending) from the Meiyuchong ore block in the Laochang orefield to the Lutangba ore district in the Gaosong orefield

①隐伏花岗岩突起群是岩浆叠加构造样式,3个构造岩相区控制了成矿构造组合(图4):北部为背阴山-蒙子庙隐伏花岗岩突起+岩浆底拱热启旋转断褶构造区,以岩浆底拱式旋转热启断褶带+碎裂岩化相带为主。短轴褶皱、断裂-裂隙带和碎裂岩化相带相伴共存,背斜轴部虚脱端和两翼的层间滑动带发育裂隙-碎裂岩化相带,为有利的储矿相体。中部包括蒙子庙隐伏近东西向花岗岩突起-凹槽带+近东西向断褶带+碎裂岩化相带,以4033隐伏花岗岩突起为近东西向岩浆-构造岩相-成矿带核心部位。南部包括蒙子庙-老熊硐隐伏花岗岩突起+岩浆底拱叶轮状热启旋转断褶带区,对竹叶山-期北山矿段锡铜铯铷多金属成矿具有显著控制作用。

②老厂穹状不对称复式背斜构造+断褶带是盆内岩浆叠加构造样式与组合。老厂复式背斜表现为地层在两侧的重复分布,轴部大致位于平顶山15°~195°方向,西翼宽约2 km,东翼宽大于10 km,复式褶皱主体东翼宽缓开阔、西翼较陡,文中称为穹状热启不对称复式褶皱(图5),与横弯褶皱、纵弯褶皱、流变褶皱和断层相关褶皱的形成机制和构造岩相组合具有较大差异。老厂穹状热启复式不对称背斜构造发育强烈的岩浆-构造-岩性-热流体四重耦合结构,以对流循环成矿流体和围岩蚀变相为特色(方维萱等,2021c)。

③岩浆底拱式旋转热启断褶带与隐伏花岗岩突起之间,岩浆-构造-岩性-热流体四重耦合结构相互作用形成了成矿和储矿构造岩相带(图5a—5c),主要特征:塘子凹-坳头山-梅雨冲矿段在-17到-19勘探线近东西向上,北东向坳头山断裂的倾向为北西向,北东东—北东向弧形梅雨冲断裂的倾向为南东向,其间碎裂岩化相带和节理-裂隙带总体呈反扇形结构,1021隐伏花岗岩突起侵位方向是从南西向北东方向、自深部(1600m)向浅部(2200m)侵位,北东东—北东向弧形梅雨冲组为热启断裂组,是储矿构造岩相带(图5a)。热启构造岩相组合为梅雨冲热启断裂带+岩浆底拱式旋转褶皱群落(f4)+碎裂状大理岩相带+节理-裂隙带。4033突起向西被北东向坳头山断裂截切,并与05突起交汇,呈近东西向延伸。4033近东西向突起向东侧被黄泥洞北东向断裂带截切。而北东向坳头山断裂尖灭与4033和05突起的交汇部位,05突起顶部蚀变花岗岩和黏土化蚀变岩在坳头山断裂底部北东向充填于坳头山断裂中,为坳头山热启断裂根部相。坳头山断裂在地表和深部均倾向北西,向西具有分枝状结构,向上呈枝状收敛合并,多分枝热启断裂位于黑云母花岗岩与地层之间。它们与1021突起呈北东向断续延伸,具有形成北东向热启断裂的构造岩相动力学趋势(图5a、5b)。向北侧伏延伸的近南北向隐伏花岗岩岩脊(图4),在近南北向构造岩相带上(图5c),发育隐伏花岗岩岩脊的波状起伏,背阴山、炸药库和芦塘坝等热启断裂,均为十分有利的储矿构造岩相带。

④个旧地区6种不同尺度的断裂分级分别是:红河、个旧和卡房-老厂-麒麟山断裂带属软流圈断裂带。蒙子庙近东西向的幔型断裂带控制了多个层间氧化矿床和接触带内氧化矿床。黄泥硐、坳头山和黄茅山北东向壳型断裂带是主要储矿构造岩相类型。背阴山断裂(基底断裂带)控岩控矿作用具有基底断裂与热启断裂复合特征。坳头山断裂带为典型热启断裂(盖层断裂)。在深部张剪性结构面耦合了强烈岩浆热液作用,深部侵入有蚀变花岗岩、黏土化蚀变岩相、电气石热液角砾岩相等,向下部具有羽状分枝的张剪性结构面,向上部逐渐合并为压扭性结构面。北东向弧形梅雨冲热启断裂带为岩浆的构造释压系统,为成矿期断裂带。热启断裂组是岩浆热流柱的垂向传输构造通道。

⑤热启断裂组与近东西向4141隐伏花岗岩突起带(岩浆成矿构造系统的最高位)在空间域具有“上下耦合构造岩相结构”。如 “火箭尾羽”和“燕尾式”均是近东西向4141隐伏花岗岩突起带(岩浆叠加侵入构造系统)的外缘构造岩相带。“火箭尾羽”的近东西向喂牛塘断裂带由一系列向西呈羽状散开的次级断裂组成,其间发育含水锌矿碎裂状白云岩相和含水锌矿白云岩质碎裂岩相,它们是4141隐伏花岗岩突起的成矿流体运移通道和储矿构造,该突起带向东与老银场近东西向突起相连接,向东被黄泥洞北东向断裂截切,该突起东侧“燕尾式”断裂组也是成矿流体聚集和储矿构造岩相带。总之,近东西向4141隐伏花岗岩突起带为老厂矿田成矿中心,西侧为喂牛塘 “火箭尾羽”断裂组,东侧为 “燕尾式” 断裂组,南侧蜂子硐南北向“栅状”断裂组,北侧为秧草塘-坳头山-梅雨冲羽状断裂组(图4,图5)。

个旧锡-铜-钨-铯-铷多金属矿集区内,岩浆(叠加)侵入构造系统分别形成了5种不同成因的岩浆叠加成岩相系列是在燕山晚期隐伏花岗岩侵入岩体顶部和周缘,形成了盆内岩浆叠加成岩相系。盆内岩浆侵入构造系统的侵入岩内部3类构造岩相组合分别是隐伏花岗岩侵入岩体内断控式热液通道构造与含锡蚀变花岗岩相系、隐伏花岗岩顶部的岩浆气囊构造和岩浆热液交代蚀变岩相系、隐伏花岗岩侧向的岩凹-岩浆气囊构造和萤石长英质伟晶岩壳。从燕山晚期隐伏花岗岩侵入岩体顶部向上到个旧组内,发育了岩浆热流柱构造系统、盆内岩浆再造-叠加成岩相系和岩浆热液叠加相系。岩浆热液改造-叠加相系(富CO2型热流柱构造),其垂向和侧向构造岩相分带结构是:锡石菱铁矿矽卡岩相→锡石硫化物菱铁矿矽卡岩化大理岩相(切层热储构造)→切层-顺层网脉状锡石铁锰碳酸盐化碎裂岩化大理岩相(层间滑动式顺层热储构造)→网脉状锡石赤铁矿铁锰碳酸盐化大理岩化结晶灰岩(切层热储构造)→褪色化结晶灰岩,以切层脉状铁锰碳酸盐矿物为岩浆热液改造-叠加成岩相系的识别标志。燕山晚期岩浆接触交代热液蚀变体系以矽卡岩相系+矽卡岩化大理岩相系、萤石金云母矽卡岩相系+阳起石金云母矽卡岩相系等为主,它们是储矿构造岩相。岩浆热液叠加成岩相系、岩浆热液再造-叠加成岩相系、岩浆热液改造-叠加成岩相系,均经历了新生代岩溶成岩作用改造叠加。

(3)盆内幔源岩浆-叠加构造样式和岩浆叠加成岩相系

前陆冲断褶皱带+超基性岩脉群+碱性斑岩体(脉群)是盆-山-原耦合转换过程中地幔热物质和热能量参与的标识,也是盆内叠加来自地幔深部的异源热物质和热能量的垂向叠加构造系统。在云南东川和新疆萨热克砂砾岩型多金属矿床南矿带、塔里木和鄂尔多斯叠合盆地、云南楚雄中生代盆地、松辽中—新生代盆地系统、新疆托云中—新生代盆地系统等,形成了以碱性辉长岩-辉绿岩类、碱性斑岩、碳酸岩和碳酸质热液角砾岩等为主的幔源岩浆侵位,它们在沉积盆地中形成了3类不同的岩浆侵入构造系统和岩浆-构造-热事件(方维萱等,2017)。

在云南东川地区四棵树-人站石-尖子溜口和汤丹-滥泥坪-白锡腊近东西向幔型断裂带,新元古代碱性辉长岩-辉绿岩类侵入体以岩墙(岩脉群)和小型岩枝(岩株)沿软流圈型断裂带和幔型断裂带侵位,周缘伴有碳酸盐质热液角砾岩相和铁锰碳酸盐化蚀变相。岩浆隐爆角砾岩筒和岩浆热液角砾岩筒为典型岩浆叠加构造样式,它们对东川地区沉积岩型铜银钴矿床形成了岩浆热液叠加成矿作用,在东川群落雪组内形成了含铜硅质白云岩质碎裂岩-含铜碎裂状硅质白云岩内铜银钴矿体和铜钴矿体(方维萱等,2021a)。

5 结论

(1)采用构造岩相学填图创新方法,可有效圈定和识别盆内同生构造样式与构造组合。在火山岩区采用次火山岩侵入、火山侵爆-侵出、火山热液蚀变岩爆发-喷发等12个相系进行构造岩相填图,有助于有效追踪和圈定火山机构中心、火山-次火山岩热液成岩成矿中心和火山热水沉积成岩成矿中心的位置。

(2)盆内构造变形带和5种类型的碎裂岩相-碎裂岩化相是盆→山转换构造带的构造岩相学记录,也是(非)金属矿-铀-煤-油气资源同盆共存富集成藏成矿有利构造岩相带。构造岩相学研究和填图有助于解决盆内古热储构造和冠羽状垂向热流柱构造、构造生排烃成藏成矿事件序列等问题。

(3)盆内壳源岩浆、幔-壳混源岩浆和幔源岩浆侵入,分别形成了盆内岩浆叠加构造和成岩相系。盆内岩浆底拱侵位形成了穹状不对称复式褶皱和次级构造,发育强烈的岩浆-构造-岩性-热流体四重耦合结构,与盆内岩浆再造-叠加成岩成矿有关的电气石热流柱构造,以底拱旋转断褶带、电气石和白云母蚀变相系为岩浆热液再造-叠加成矿相系特征;盆内富CO2型热流柱构造与基底断裂带或盆内岩浆叠加作用密切相关。

致谢:感谢张宝林和陈正乐两位研究员的指导!感谢本创新团队成员的协同研究工作。谨以此文献给有色金属矿产地质调查中心成立20周年!