胶东含金剪切带韧-脆性变形转换与成矿
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摘要：胶东剪切带型金矿床产出受韧－脆性变形构造控制。韧－脆性构造转换对矿床（体）形成和分布的控制作用，具有重要的理论和实际意义。研究表明，变形条件不同，剪切带岩石蚀变类型存在差异。韧性变形多形成绢英岩化、绿泥石化，而脆性变形则以钾长石（钠长石）化、石英－黄铁矿－多硫化物化和碳酸盐化为主。蚀变岩型和石英脉型金矿床的矿石组成、矿石结构构造等特征表明，两类型金矿床的形成都经历了韧－脆性变形的多期次转换。区域应力松弛引起剪切带由韧性变形向脆性变形的大规模转换，可能是形成胶东矿集区金巨量富集的主要因素。
关键词：剪切带 韧－脆性转换 金矿 胶东
胶东矿集区蚀变岩型和石英脉型金矿床的产出受韧-脆性构造控制。传统研究一般认为蚀变岩型（焦家式）金矿床产于深部高温韧性条件，石英脉型（玲珑式）金矿床产于浅表低温脆性条件。随着勘探程度的提高，逐渐认识到，同一矿田（床）蚀变岩型和石英脉型矿体，并没有垂向的“韧-脆性”分带规律。如焦家金矿床和玲珑金矿田中，蚀变岩型矿体靠近主断裂带，石英脉型则远离主断裂带；灵山沟金矿床不同勘探深度，依次出现石英脉型（-20m以上）、蚀变岩型（-20 m～-90 m）和石英脉型（-90m以下）矿体；望儿山金矿床-150 m以下，30线以北主要为石英脉，30线以南则以蚀变岩型为主。同时，作者在开展大磨曲家和大尹格庄蚀变岩型金矿床显微构造研究时发现，剪切带岩石经历了多期次韧-脆性变形，并非脆性构造对韧性构造的简单叠加。那么，剪切带韧-脆性变形转换的机制是什么，它对蚀变岩型和石英脉型矿体形成和分布又有着怎样的控制作用。本文从剪切带构造演化、岩石变形特征、蚀变演化及构造变形-流体输运-水岩反应综合分析来对上述问题进行探讨。
1. 矿床基本特征
前人已对胶东蚀变岩型和石英脉型矿床产出构造背景、矿床地质地球化学做了详细的论述[1-4]。这里以同存在两类型矿石的焦家金矿为例（图1），简要介绍其基本特征。
1.1蚀变岩型
矿体多赋存于花岗岩边部与老地层接触断裂带，靠近岩体的碎裂黄铁绢英岩内。矿体与主断裂面平行，产状平缓，倾角在30°～60°之间。与围岩分界模糊，矿体数量少，单个金矿体呈宽大的“饼状”、透镜状，矿体连续性好，矿化稳定。矿石类型为浸染状黄铁绢英岩型、细脉浸染状花岗岩型、网脉状黄铁绢英质碎裂花岗岩型。以黄铁绢英岩为中心，向外依次为绢英岩化碎裂花岗岩、钾化花岗岩及正常花岗岩。
1.2 石英脉型
矿体产在玲珑花岗岩体内的断裂带，断裂及矿体产状陡立，倾角多为70°～80°，倾向与主断裂面倾向相反。矿体与围岩分界清楚，矿体规模小、数量多。矿石类型为含金石英脉和含金硫化物石英脉复合型，多呈网脉状、条带状。以含金黄铁矿石英脉或石英黄铁矿脉为中心，向两侧逐渐为弱黄铁绢英岩化、绢英岩化、钾化。从边缘到中心，交代或充填时序逐次推迟[6]。
矿田(区) 中的主干断裂构造往往控制蚀变岩型金矿，主干断裂伴生或派生的小规模次级构造往往控制石英脉型金矿。
2. 控矿构造演化
对焦家式金矿成矿构造演化有不同认识。刘石年[6]成矿前为压剪性、成矿期右行斜冲转变为左行正断。杨敏之等[7]认为焦家式金矿控矿构造经历了压扭性韧性剪切、压扭性脆性变形、张裂隙活动三个阶段，李兆龙[8]、范永香等[9]认为其经历了左行逆冲韧性变形、左行压扭脆性变形、右旋张扭矿化蚀变、左行压扭断层泥四个阶段，吕古贤等[2]认为其经历了韧性扭压、脆韧性压扭、韧脆性张扭、韧脆性扭张和脆性引张5个阶段，而区域应力场主应力方位在成矿前成矿期成矿后，发生了NWWNENW向变化[10]。尽管在控矿构造演化具体细节上，不同学者认识上存在差异。但研究大都认为胶东大型-超大型金矿床受控于经历了韧-脆性剪切、挤压-拉张复杂变形叠加构造[11]。
3. 岩石变形
蚀变岩型和石英脉型金矿床的赋矿剪切带明显经历了不同程度的韧-脆性变形。断裂带发育碎裂岩、角砾岩、糜棱岩。构造角砾岩中角砾成分为糜棱岩或脆裂岩，胶结物中有粒状黄铁矿分布。金城金矿晚期绢英岩中可见铁碳酸盐黄铁矿黄铜矿脉的角砾、碎裂岩角砾、硅质岩角砾、铁碳酸盐角砾及其他较早形成的矿石角砾[12]。采自东季金矿床钾长石化花岗岩中含金粗粒黄铁矿石英大脉，脉宽数十厘米，脉中沿碎裂裂隙有黄铁矿分布，脉中石英具明显波状消光、细粒化、缎带状等韧性、脆韧性变形特征[13]。
大磨曲家蚀变岩型金矿床显微构造特征也证实了多期次韧-脆性变形转换的存在。可见到晚期长石中包裹早期长石角砾，角砾呈棱角状、次棱角状不等；后期韧-脆性“X”型剪节理切穿了早期的长石角砾（图2a）。早期脆性变形的石英产生微破裂和细粒化，分别在颗粒内部（图2c）和边界（图2b）形成破碎；石英颗粒（Q1）内部的微裂隙被后期石英（Q2）、绢云母、黄铁矿充填。晚期韧性变形，早期石英颗粒（Q1）组成书斜构造，又被后期动态重结晶石英颗粒（Q3）包围（图2c）。还可见韧性变形的石英动态重结晶颗粒被后期脆性裂隙切割，产生明显的位移（图2d）。
4. 蚀变矿化
流体在剪切带中输运，与岩石发生水岩化学反应，形成了钾长石化、绢英岩化、石英-黄铁矿-多硫化物化、碳酸盐化等蚀变和矿化。
3.1钾长石化
早期脆性变形，岩石产生微破裂，导致颗粒尺度的微裂隙和细粒化（图2b）。破裂作用使得岩石孔隙度升高[14]，与此同时，岩石破裂带刚好是一个降压带[15]。降压作用导致岩石中流体压力梯度的出现，并进一步促进围岩中孔隙流体进入断裂带中。流体中的K强烈交代花岗岩斜长石中的Na，交代作用受岩石微破裂的制约，形成了透入性浸染状钾长石化。
3.2绢英岩化
随着水岩相互作用增强，岩石中钾长石进一步蚀变，生成绢云母和石英。计算发现，绢英岩化过程中岩石体积大量亏损（公式1-1）。3mol钾长石蚀变生成绢云母和石英过程中，岩石体积减少75cm3，即体积亏损14％。绢云母容易沿平行主剪切面定向排列，增加了岩石孔隙连通性和流体的渗透率，流体-岩石化学反应进一步增强。
3KAlSi3O8（钾长石）+2HCl=KAl3Si3O10(OH)2（绢云母）+6SiO2（石英）+2KCl(aq) V 1-1
325cm3/mol 142cm3/mol 138cm3/mol 75cm3/mol
3.3硅化-黄铁矿化
扩容空间内流体压力的降低，导致石英的迅速沉淀，致使剪切带岩石孔隙度和渗透率的降低以及流体压力的增加。流体不断汇聚，形成高压流体。当流体压力Pf >（σn + T）时（σn为载荷压力或正应力，T为抗张强度），导致水压破裂。形成含金石英脉和网脉状石英-黄铁矿化。
5. 构造-流体分析
胶东蚀变岩型和石英脉型具有同样的围岩蚀变和矿化阶段，矿物物质相同，有相近的成矿温度、压力范围和稳定同位素及稀土组成[4]。不能仅据赋存蚀变岩型金矿石的主剪切带发育了较强的韧性变形，而石英脉型矿石以脆性变形为主，就判断它们为不同构造层次的变形产物。而且，研究发现，即使同处招平断裂带的大磨曲家和大尹格庄蚀变岩型金矿床，其显微构造特征也存在明显差异。前者岩石的韧性变形较发育，多见书斜构造、石英动态重结晶；后者以脆性变形为主，多见颗粒细粒化。
5.1流体-岩石相互作用
天然与实验岩石变形研究也表明，流体相的介入可以导致上地壳环境中岩石脆韧性转变及韧性破裂作用发生和发展[15]。
压剪性条件下，岩石产生脆性变形，形成微破裂和碎裂流。微破裂作用多始于颗粒边界[16]，也可以始于相邻颗粒或晶内包体颗粒的一些端点，或始于晶内双晶和解理面。破裂的侧向延伸、相近破裂系统的联合，在地层和岩体接触带形成破裂面。流体以渗流方式运移，与岩石发生化学反应形成钾长石化和绢英岩化蚀变（图3A，B）。绢英岩化岩石进一步变形形成叶理。Zhang and Cox[17]研究发现，变形过程中粘土组构的定向会导致平行剪切带方向流体渗透率升高两个数量级。因此，绢英岩化蚀变过程中大量渗透流体渗入，势必影响剪切带的流变行为和蚀变矿化作用。
（1）流体可以通过水解弱化、降低矿物颗粒间摩擦系数等物理变化或者化学反应，改变岩石的变形机制[18,19]。流体对矿物晶键产生弱化作用，H2O进入硅酸盐晶格使硅酸盐强有力的Si-O键转化为弱的多的Si-OH键，甚至更弱的OH-OH键；流体还可以增加性，较少滑动阻力，加速压力溶解和矿物的流体相迁移，反过来帮助产生易变形的层状绢云母。因此，“绢云母生成水解弱化新的绢云母生成”是一个自组织的过程，促使矿化蚀变不断发育。
（2）绢英岩化蚀变增强了剪切带岩石的不均一性（图3B）。由于绢英岩化和后期的硅化、黄铁矿化岩石具有不同的变形行为，当受到进一步的剪切作用时，导致构造变形的分解。定向排列的绢英岩化蚀变岩石，形成线性强应变带，而夹于线性强应变带之间的是透镜状或长条状的硅化、黄铁矿化蚀变岩组成的弱应变域。强应变带以剪切作用为主，继续着绢英岩化蚀变、体积亏损和流体渗入；弱应变带则遭受不均匀缩短变形，主要形成垂直透镜体长轴方向的张裂隙，充填石英、黄铁矿、黄铜矿等载金矿物。随着剪切作用的不断深入，使透镜体不对称性越来越明显，张裂脉也变得与透镜体长轴斜交；同时透镜体中剪切带交织网络的密度越来越大，构造透镜体逐渐被新生构造片理带切割而解体，透镜体规模规模和数量减少，最终消失形成宽大的构造片理带[20]。这与邓军等[3]描述的焦家金矿断裂构造“断裂面及断层泥挤压片理带构造透镜体带密集节理带稀疏节理带”的分带规律一致。
5.2区域构造应力场转换
区域构造应力场转换，包括控矿断裂压剪-张剪的转变（图3C）和主应力方位的变化。导致不同矿床成矿构造差应力都呈现出较宽的变化范围：玲珑金矿主成矿期构造差应力120～40MPa，显微“X”剪节理测量大磨曲家金矿构造差应力104.6～45.8MPa（平均66MPa），大尹格庄差应力180.4～38.4MPa（平均89.2MPa）。
大磨曲家蚀变岩型金矿床剪切带显微裂隙统计计算表明，成矿前后区域差应力经历了大（NWW）小（NE）大（NW）的转换（图3A），成矿作用发生在应力松弛阶段。构造应力场转换制约着构造-流体的脉动性。玲珑石英脉型金矿床成矿期构造差应力整体呈降低趋势（图3B），流体中Au大量聚集基本可以与差应力的低值相对应。表明金成矿作用受剪压变形构造岩相向剪张变形构造岩相转换控制[3]。
差应力的显著变化，不仅影响剪切带变形性质，同时由于差应力由高值向低值转换过程中，可能导致流体大量汇聚。Zhang and Cox[17]通过模拟实验也研究发现，当作用在岩石上有效应力的减小（从90MPa降低为30MPa）时，剪切带渗透率呈明显增加趋势。由于主剪切变形构造是热流量大、岩石破碎程度和渗透率高、水/岩比值最高的区域，是主要的输矿通道和储矿场所，成矿物质首先在这里沉淀，形成强烈硅化、黄铁矿化。破裂愈合之后，流体继续不断汇聚，容易形成异常高压流体，导致水压破裂，形成网脉状和石英脉型矿石（图3C）。
6. 结论
本文通过剪切带构造变形-流体输运-水岩反应综合分析，取得了以下主要认识：
（1）含矿剪切带经历了多期韧-脆性变形转换，并非脆性构造对韧性构造的简单叠加；
（2）流体-岩石相互作用影响着剪切带流变学行为，钾长石化绢英岩化硅化-黄铁矿化蚀变的形成分别形成于脆性韧性脆性变形不同环境，构造变形分解作用造成了主断裂带蚀变和矿化的分带；
（3）区域构造体制转换引起应力场松弛，剪切带构造由压剪性向张剪性转变，导致大规模成矿作用的发生。网脉状和石英脉型矿化为水压破裂流体充填成因。
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