岩石学矿床学矿物学最新研究成果（断裂构造发育过程与控矿构造形成演化）

岩石学矿床学矿物学最新研究成果（断裂构造发育过程与控矿构造形成演化）图 2 走滑断裂带贯穿过程与发育模式图(据Dooley and Schreurs 2012修改)邹家山富铀矿床位于相山(火山-侵入杂岩体)火山塌陷盆地的西部，邹家山-石洞断裂带北东端(图1a)(张万良和李子颖，2005；章卫星等，2014;张万良等，2015)。矿床出露的地层主要是下白垩统鹅湖岭组上部(K1e2)碎斑熔岩(图1b)。深部钻孔中见到打鼓顶组下部(K1d1)熔结凝灰岩和紫红色砂砾岩及基底中元古界变质岩。含矿主岩属晚期喷发-侵入亚旋回的碎斑熔岩、花岗斑岩和流纹英安斑岩，少量矿化赋存在打鼓顶组的砂岩及基底变质岩中(图1b)。该矿床由1号-4号、14号、15号及19号矿带组成。地质勘探资料显示，矿体形态呈脉状、群脉状(图1b)。摘要: 热液脉状矿床主要受断裂控制，控制矿脉就位的含矿(赋矿)构造绝大多数是规模比较小的次级断裂或裂隙，而主干断裂普遍被认为是导矿构造或配(运)矿构造，但往

编者按：

为大家推荐《地质力学学报》2020年3期封面文章。这篇文章是陈柏林等作者的《断裂构造发育过程与控矿构造形成演化——以邹家山铀矿床为例》。

作者：陈柏林

关键词: 断裂发育过程；含矿构造 ；控矿构造；主断裂 ；形成演化；邹家山铀矿床

摘要: 热液脉状矿床主要受断裂控制，控制矿脉就位的含矿(赋矿)构造绝大多数是规模比较小的次级断裂或裂隙，而主干断裂普遍被认为是导矿构造或配(运)矿构造，但往往不含矿，甚至没有一点与矿化有关的蚀变痕迹、或成矿流体经过的痕迹。从岩石力学破裂准则看，是最先形成有微孔隙或缺陷存在的微破裂，微破裂逐渐扩展形成小断裂，最后贯通形成主断裂；相关模拟实验也证实存在基底断裂的情况下，盖层破裂的发育过程是最先出现R裂隙、其次是P裂隙、再是D裂隙，最后贯通成具辫状结构的主断裂带。邹家山铀矿床含矿构造是在"X"剪节理基础上发展起来并经持续(递进)变形而形成的"弧形断层面夹透镜状岩块"组合，控制矿带或矿体群的构造是北东东走向、倾向北北西中偏缓倾角、具有左行正断的隐性断裂带。含矿裂隙经历初成、成型和成矿三个阶段演化，成矿后经历邹家山-石洞主断裂贯通和隆升剥露两个阶段演化，最终形成目前的保存状态。

图件及说明

图 1 相山铀矿田和邹家山铀矿床地质图(张万良等，2015年; 胡荣泉等 2015)

邹家山富铀矿床位于相山(火山-侵入杂岩体)火山塌陷盆地的西部，邹家山-石洞断裂带北东端(图1a)(张万良和李子颖，2005；章卫星等，2014;张万良等，2015)。矿床出露的地层主要是下白垩统鹅湖岭组上部(K1e2)碎斑熔岩(图1b)。深部钻孔中见到打鼓顶组下部(K1d1)熔结凝灰岩和紫红色砂砾岩及基底中元古界变质岩。含矿主岩属晚期喷发-侵入亚旋回的碎斑熔岩、花岗斑岩和流纹英安斑岩，少量矿化赋存在打鼓顶组的砂岩及基底变质岩中(图1b)。该矿床由1号-4号、14号、15号及19号矿带组成。地质勘探资料显示，矿体形态呈脉状、群脉状(图1b)。

图 2 走滑断裂带贯穿过程与发育模式图(据Dooley and Schreurs 2012修改)

对于岩石的破裂特点曾经开展过很多理论探索和实验研究，尤其是基底断裂的走滑活动对盖层岩石破裂过程的实验与模拟也已经非常成熟(Naylor et al. 1986; Richard et al. 1995; Bons et al. 2012; Dooley and Schreurs 2012; Curren and Bird 2014; Barcos et al. 2016)。Roberts(1987)根据里德尔(Riedel)剪破裂理论建立的剪切带裂隙系统有R、R′、T、D、P五种主要类型。R为低角度里德尔剪切裂隙(与剪切带边界成15°夹角)；R′为高角度里德尔剪切裂隙(与剪切带边界成75°夹角)；P为逆向剪切裂隙或偏压性剪切裂隙(与剪切带边界成5°~10°夹角)；D为主剪切裂隙(与剪切带边界平行)；T为沿应变椭球YZ面形成的张裂隙(与S叶理垂直)。Richard et al.(1995)、Dooley and Schreurs(2012)和Barcos et al.(2016)等模拟结果显示，基底断裂的走滑作用(图2a1、2b)在盖层岩石形成的破裂经历R型裂隙形成(图2a2、2c)、P型裂隙形成(图2a3、2d)、D型裂隙形成(部分学者称为Y型，图2a4、2e)和最后贯通(图2a5、2f)四个阶段。其中各阶段众多小型破裂都与基底断裂位置相对应，并被限制在一定的宽度范围之内。

图 3 各种岩石破裂特征

岩石破裂过程在野外地质实际中也是随处可见。存在基底断裂时，在盖层比较薄或者强度较弱的情况下，基底断裂可以比较快穿破盖层，形成破裂，但也是从微破裂、小破裂逐渐演化发展的，而且这些微破裂往往与基底断裂的上延位置非常吻合，最典型的是现代地震断裂在浅地表第四纪沉积物中的破裂现象，如2001年11月14日的昆仑山8.1级地震的地表破裂，众多小型破裂都与基底断裂位置相对应，以剪破裂和张剪性破裂为主，并伴生张性的洼地和压性的地震鼓包(图3a、3b)，其中洼地近于R破裂、地震鼓包近于P破裂；又如1954年山丹7.25级地震白疙瘩南的地表破裂以低序次压扭性裂隙为特点，高序次共轭剪破裂呈隐性(图3c)。在没有基底断裂存在时或者虽有基底断裂但盖层岩石厚度大、强度大的情况下，完整岩块最容易发生的是“X”型剪节理(图3d)，或者剪破裂未发育而先出现更低序次的羽状张破裂(图3e)，也或共轭剪破裂与张破裂同时出现(图3f、3g)。

图 4 邹家山铀矿床露天采场中段南东侧铀矿体及含矿构造展布(平面)图

图 5 邹家山铀矿床露天采场中段南东侧铀矿体及含矿构造展布图(XS74点)

邹家山铀矿床含矿构造表现为“许多弧形小断层夹透镜状岩块的组合特点”(邹家山铀矿床含矿构造具体特征和精细描述另文报道)。这种弧形小断层是岩石在压应力作用下形成的“X”型节理基础上进一步变形发展形成的(图4、图5)，而不是主断裂走滑状态下形成的。

图 6 邹家山铀矿床露天采场铀矿体及含矿构造展布(平面)图

矿脉(矿体)的展布代表了含矿构造的展布，矿脉单体主要为北北东向和北北西向，少量为其他方向；矿体在近南北向时有明显膨胀特点(图 6)。指示成矿时近东西向主应力小于近南北向主应力。同时矿体走向具有多方向特点，且成矿流体压力大，反映成矿时最大主压应力为近直立。

图 7 邹家山铀矿床矿带分布图和15线地质剖面图(据魏祥荣等，2006修改)

在邹家山矿区内，平面上矿带(矿体群)的分布也明显与主断裂的延伸方向不一致，北东段(1号、3号、14号矿带，相当于露天采场部分)位于主断裂的南东侧，中段(2号、4号矿带北段)位于主断裂北西侧邻近位置，南西段(4号矿带南西段)位于主断裂北西侧稍远位置(图 1b)，矿带具有明显斜列特征，这在魏祥荣等(2006)一文中将矿体群(矿带，包括深部隐伏矿带)都投影到平面上的地质图上表现的更清楚(图7a)。斜列的轴线呈50°-65°走向，与主断裂明显斜交。在邹家山矿区剖面上(如15线剖面)，矿体向深部的延伸也不是顺主断裂呈陡倾角下延，而是呈30°-45°中-缓倾角的轴线，向北西方向的深部延伸(图 、7b)。其他如47线、19线等剖面也具有同样的特点。

图 8 含矿构造形成至矿化时构造应力方向演化示意图

无论邹家山铀矿床还是相山火山岩型铀矿田，乃至华南地区硬岩型铀矿床，成矿的大地构造背景是“136~86 Ma期间古太平洋-伊佐奈琦板块(Pacific-Izanagi)洋中脊俯冲之后的造山后伸展阶段的三期演化环境”(Li et al. 2014)。其第一期(136~118 Ma)的早阶段(136~128 Ma)由北西-南东向伸展形成了相山火山盆地，堆积巨厚的火山岩和次火山岩，形成邹家山铀矿床的主要含矿围岩；晚阶段(128~118 Ma)华南地区岩浆活动仍然强烈，但区内岩浆活动较为平静。其第二期(118~108 Ma)期间的北西西-南东东向的反转挤压作用在相山地区局部表现为近东西向挤压，在火山岩中首先形成“X”型共轭剪节理(图8a)，伴随持续变形，形成含矿构造(弧形断层夹透镜状岩块组合)(图8b)。其第三期(108~86 Ma)期间的北西西-南东东向的伸展期的早阶段(108~92 Ma)的岩浆活动(大多数侵入岩没有出露地表、火山岩也仅仅在局部发育)是邹家山铀矿床的主要形成时期(图8c)；晚阶段(92~86 Ma)伸展主要表现为大规模红层盆地的沉积。所以，导矿构造是区域伸展构造环境及其相关的岩浆活动。

图 9 邹家山铀矿床成矿后构造演化图

晚白垩世晚期至新生代初期，成矿后构造对已形成的矿床起破坏与改造作用。在邹家山铀矿床，受区域构造环境的影响，成矿后活动主要有两个方面。第一方面是沿着矿体边部的活动，这在邹家山矿区非常多见，一般是北北东向矿体边部发生左行走滑，近水平擦痕；北北西向小断层右行走滑，但是位移距离不大，只是局部小位移断错，未改变矿体、矿带(矿体群)的基本布局。第二方面，具有醒目遥感影像特征和线性沟谷地貌的邹家山-石洞断裂带贯通，同样位移不是很大(图 9a)。

文章结论

(1) 岩石力学破裂理论、断裂发育过程模拟和地震破裂实地都显示，岩石发生破裂是最先形成微破裂，微破裂逐渐扩展形成小断裂，最后贯通形成主断裂；

(2) 邹家山铀矿床含矿构造是在“X”剪节理基础上发展起来并经持续(递进)变形而形成的“弧形断层面夹透镜状透镜体岩块”组合，控制矿带(矿体群)的构造是北东东走向、倾向北北西中偏缓倾角、具有左行正断运动学的隐性断裂带；

(3) 含矿裂隙经历初成、成型和成矿三个阶段演化，成矿后经历邹家山-石洞主断裂贯通和隆升剥露两个阶段演化，最终形成目前的保存状态。

第一作者介绍

陈柏林(1962-) 男 研究员 博士生导师 主要从事区域构造、矿田构造和成矿预测研究。E-mail:cblh6229@263.net

引用格式

陈柏林 2020. 断裂构造发育过程与控矿构造形成演化——以邹家山铀矿床为例. 地质力学学报 26 (3): 285-298. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2020.26.03.027

CHEN B L 2020. Development process of fault structure and formation and evolution of ore-controlling structure: A case study of the Zoujiashan uranium deposit. Journal of Geomechanics 26 (3): 285-298. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2020.26.03.027