陳東越 陳建平＊＊ 王勤 李彩鳳 殷駿 楊星辰

CHEN DongYue1，2，CHEN JianPing1，2＊＊，WANG Qin3，LI CaiFeng1，2，YIN Jun1，2 and YANG XingChen4

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

2. 北京市國(guó)土資源信息開(kāi)發(fā)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

3. 紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，上杭 364200

4. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100083

1. School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China

2. Beijing Key Laboratory of Development and Research for Land Resources Information，Beijing 100083，China

3. Zijin Mining Group Co. Ltd，Shanghang 364200，China

4. Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China

2014-09-22 收稿，2015-01-07 改回.

1 引言

構(gòu)造層是一個(gè)構(gòu)造區(qū)內(nèi)一定構(gòu)造發(fā)展階段所形成的地質(zhì)體的組合，伴有相應(yīng)構(gòu)造熱事件的產(chǎn)物，包括某些沉積建造或沉積-火山建造組合，具有統(tǒng)一的褶皺-斷裂組合形式，而且常伴有特征性的巖漿巖系列和區(qū)域礦產(chǎn)組合。它具有一定的構(gòu)造形態(tài)，表現(xiàn)為各種不同規(guī)模、不同方位特征的線形構(gòu)造帶。兩個(gè)構(gòu)造層之間通常由一個(gè)明顯的不整合分隔。法國(guó)學(xué)者貝特朗(1887)就根據(jù)分析不同構(gòu)造層間的角度不整合提出構(gòu)造活動(dòng)具有一定的階段性和周期性。近代黃汲清(1979)、Miyashiro et al. (1982)以及黃汲清和陳炳蔚(1985)進(jìn)一步提出構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有旋回性，認(rèn)為在一個(gè)規(guī)模大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的構(gòu)造旋回之內(nèi)，地殼可能發(fā)生多次短促而強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，一個(gè)構(gòu)造旋回會(huì)出現(xiàn)多次構(gòu)造幕。而興起的板塊構(gòu)造學(xué)認(rèn)為全球構(gòu)造演化表現(xiàn)為時(shí)快時(shí)慢、或強(qiáng)或弱的低級(jí)次韻律性(Windley，1977，1993;Teyssier et al.，1995;王建君和錢(qián)祥麟，1998)。綜上可以看出，構(gòu)造層在時(shí)間上代表了某一地區(qū)地殼發(fā)展歷史的一個(gè)特定構(gòu)造階段，在空間上表明了某一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所涉及的范圍，而其沉積建造和構(gòu)造熱事件的組合特征則反映構(gòu)造區(qū)某一發(fā)展階段的大地構(gòu)造性質(zhì)和環(huán)境。也就是說(shuō)，利用構(gòu)造層中構(gòu)造形跡的樣式、規(guī)模、方位、強(qiáng)度和構(gòu)造建造特征可以反映區(qū)域的構(gòu)造作用性質(zhì)，揭示區(qū)域的構(gòu)造演化。

位于華北克拉通南部的中條-豫西地區(qū)位于華北克拉通南部，是典型的裂谷區(qū)域，區(qū)內(nèi)中條裂谷的演化復(fù)雜且多變，基本代表了研究區(qū)前寒武紀(jì)的地殼演化(Sun et al.，1990，1992;白瑾等，1997;翟明國(guó)，2010;Liu et al.，2007，2012;Zhai and Santosh，2011，2013)。裂谷多期的演化和構(gòu)造活動(dòng)留下了多個(gè)構(gòu)造層、大量的構(gòu)造形跡以及賦生了豐富的礦產(chǎn)資源(Hu and Sun，1987;翟明國(guó)，2010;郭紅黨，2010;Liu et al.，2012)。然而，不同時(shí)期形成的不同方位的斷裂往往對(duì)成礦起到不同的作用。趙鵬大(2006)認(rèn)為成礦前斷裂一般具有控巖、控礦的作用，經(jīng)常會(huì)控制礦體的總體展布格局及成礦期斷裂活動(dòng)的范圍和特性;成礦期斷裂則是控制礦化產(chǎn)出的主導(dǎo)因素;而成礦后期斷裂往往對(duì)礦體起到破壞的作用。那么，如何確定和提取不同時(shí)期的主體構(gòu)造形跡特征，對(duì)于理解重大地質(zhì)事件對(duì)構(gòu)造演化的控制與制約以及構(gòu)造演化與成礦的關(guān)系是十分必要的。

基于此，本文提出了基于GIS 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析來(lái)提取不同構(gòu)造階段的主體構(gòu)造形跡特征，即利用GIS 技術(shù)，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造巖石組合、構(gòu)造樣式和地球物理場(chǎng)特征的綜合分析方法，揭示區(qū)域構(gòu)造作用性質(zhì)，反演區(qū)域構(gòu)造演化史，提取不同構(gòu)造層的主體構(gòu)造方位特征，代表不同構(gòu)造演化階段形成的主體構(gòu)造形跡。

2 區(qū)域構(gòu)造背景概述

中條-豫西是華北前寒武紀(jì)地層和綠巖帶的主要出露地區(qū)之一(圖1a)，也是典型的新太古-古元古代三叉裂谷分布區(qū)域。冀樹(shù)楷等(1992)和郭紅黨(2010)指出裂谷的發(fā)展經(jīng)歷了擴(kuò)張期、沉陷期和封閉期。白瑾等(1997)也指出中條-熊耳裂谷先后經(jīng)歷了三次“開(kāi)-合”和三次大規(guī)模的地殼運(yùn)動(dòng)，留下四個(gè)大的不整合面分隔了絳縣群、中條群、擔(dān)山石群、熊耳群與汝陽(yáng)群五個(gè)構(gòu)造層(山西省地礦局，1989;河南省地礦局，1989)。其中，中條群角度整合于絳縣群之上;擔(dān)山石群不整合于中條群之上;西陽(yáng)河群(熊耳群)不整合于擔(dān)山石群之上;汝陽(yáng)群分布于豫西地區(qū)，與熊耳群之間存在明顯的不整合接觸關(guān)系。另外，從中條山古元古代巖漿巖鋯石年齡直方圖可以看出(趙鳳清，2006;圖1b)，U-Pb 年齡峰值集中在2550 ～2350Ma，2250 ～2100Ma，1900 ～1650Ma，分別代表了三次重大的構(gòu)造-巖漿事件:(1)2.55 ～2.35Ga 區(qū)域發(fā)生構(gòu)造與變質(zhì)-巖漿事件，地殼巨量生長(zhǎng)，發(fā)育大量TTG 巖、變質(zhì)表殼巖和花崗巖類(lèi)侵入巖，形成基底雜巖帶(白瑾等，1997;Wu et al.，2005;余盛強(qiáng)等，2006;郭麗爽等，2008;翟明國(guó)，2010;趙斌等，2012;Zhai and Santosh，2013;Zhai，2014);(2)2350 ～1850Ma 構(gòu)造體制多次變化，發(fā)育古元古代活動(dòng)帶。2350 ～1950Ma 開(kāi)始陸內(nèi)拉伸-破裂事件，發(fā)育陸內(nèi)凹陷盆地，盆地沉積有火山巖。隨后1900 ～1850Ma，由于地幔上隆或底辟作用，促使地殼變薄、拉張、裂陷，經(jīng)歷一次擠壓構(gòu)造事件，導(dǎo)致裂陷盆地的閉合和焊接形成中條裂谷，與王屋山斷隆帶構(gòu)成典型的“X”型裂谷(趙宗溥，1993;孫大中和胡維興，1993;Kusky and Li，2003;Zhai and Liu，2003;翟明國(guó)，2004;崔來(lái)運(yùn)和王紀(jì)中，2006;Zhai and Santosh，2011，2013)。其中，2200 ～2100Ma 發(fā)生絳縣運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為中條群與絳縣群的角度不整合;1900 ～1850Ma 中條運(yùn)動(dòng)，發(fā)生低角閃巖相-高綠片巖相變質(zhì)作用的改造，表現(xiàn)為區(qū)內(nèi)古元古界與中元古界西陽(yáng)河群之間的角度不整合(Sun et al.，1992;孫大中和胡維興，1993;翟明國(guó)，2004)。劉新秒和梅華林(1993)提出中條運(yùn)動(dòng)有兩期變質(zhì)即一幕(1900Ma)和二幕(1850Ma)，分別表現(xiàn)為中條群與擔(dān)山石群、擔(dān)山石群與熊耳群之間的不整合接觸;(3)中元古代(1800 ～1600Ma)克拉通基底整體隆升，發(fā)生裂解事件和非造山巖漿活動(dòng)，區(qū)域進(jìn)入伸展構(gòu)造體制，形成熊耳裂陷槽-陸內(nèi)裂谷并表現(xiàn)出三叉裂谷的形態(tài)。同時(shí)伴隨有基性巖墻群侵位，并沉積弱變質(zhì)蓋層西陽(yáng)河群，與下伏的古元古代變質(zhì)巖呈明顯的角度不整合或斷層接觸，與上覆汝陽(yáng)群為低角度不整合接觸(趙太平等，2002，2004;Zhao et al.，2002;Peng et al.，2008;翟明國(guó)，2010;He et al.，2009;Zhai and Santosh，2013)。隨后區(qū)域進(jìn)入克拉通穩(wěn)定發(fā)展階段。

圖1 中條-豫西大地構(gòu)造位置圖(a，據(jù)Zhai and Santosh，2013 修改)、中條山古元古代巖漿巖鋯石年齡直方圖(b，據(jù)趙鳳清，2006)及區(qū)域斷裂和元古宙銅礦產(chǎn)分布簡(jiǎn)圖(c)Fig.1 Distribution of the Zhongtiao Mountain is located in the southern part of the North China Craton (a，revised after Zhai and Santosh，2013)，the histogram of single zircon ages for Paleoproterozoic magmatic rocks from the Zhongtiao Mountain (b，after Zhao，2006)and simplified geological map of the study area with distributions of faults and Proterozoic copper deposits (c)

圖2 斷裂切穿地層單元統(tǒng)計(jì)規(guī)律圖Fig.2 The Statistical laws of structure faults cut through stratigraphic units

區(qū)域多期的構(gòu)造活動(dòng)使構(gòu)造體制發(fā)生多次轉(zhuǎn)變，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)也隨之不斷變化，導(dǎo)致發(fā)育有大量斷裂構(gòu)造，并呈現(xiàn)出南北不同的格局(圖1c)。南部主要發(fā)育北西、北西西向韌性剪切帶，疊加北東走向交織的脆性斷裂。而北部主要發(fā)育北東向、北西西向韌性剪切帶，組成了不同規(guī)模、乃至造山帶尺度上透鏡體的邊界。此外，多期的地質(zhì)事件形成了優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件，堆積了巨量的銅礦資源，且礦產(chǎn)分布具有明顯的空間分帶性，總體上受“X”型裂谷控制(真允慶，1999;郭紅黨，2010;翟明國(guó)，2010;Zhai and Santosh，2013;圖1c)。

3 基于GIS 的構(gòu)造分層信息提取技術(shù)

構(gòu)造層具有一定的構(gòu)造形態(tài)，表現(xiàn)為各種不同規(guī)模、不同方位的線形構(gòu)造帶。而斷裂構(gòu)造的時(shí)空演化具有繼承性和分層性。擠壓應(yīng)力場(chǎng)或者剪力偶的環(huán)境下可以形成張性斷裂和剪性斷裂，而剪切斷裂的產(chǎn)生會(huì)改變應(yīng)力場(chǎng)，反過(guò)來(lái)又產(chǎn)生以引張占優(yōu)勢(shì)的應(yīng)力場(chǎng)并導(dǎo)致次級(jí)張裂和共扼剪裂的產(chǎn)生(Ramsay，1980;Einstein and Dershowitz，1990;Beck et al.，1993)，而先期形成的構(gòu)造的總體展布格局往往控制著后期斷裂活動(dòng)的范圍及特性，即斷裂構(gòu)造發(fā)育具有繼承性。同時(shí)，構(gòu)造發(fā)育的相對(duì)年齡可以由切割的構(gòu)造層來(lái)限定，即斷裂構(gòu)造是具有分層性，亦即斷裂構(gòu)造可以分層提取。

另外，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的均變作用(Sengor，1987;Sengor and Natal’in，1996;王建君和錢(qián)祥麟，1998)和構(gòu)造演化的繼承性，使同一個(gè)構(gòu)造旋回內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育的規(guī)模和方位是均變的，反應(yīng)到構(gòu)造形跡上即構(gòu)造形跡切穿地層的數(shù)量是規(guī)律性的。同時(shí)利用GIS 技術(shù)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)每條斷裂切穿的地層單元時(shí)代并做出規(guī)律圖(圖2)，從圖中可以看出斷裂切穿的地層單元時(shí)代主要集中在前寒武紀(jì)，少量集中在二疊紀(jì)至第四紀(jì)，志留系至泥盆系地層沒(méi)有斷裂切穿，同樣說(shuō)明不同構(gòu)造階段有不同的構(gòu)造形跡特征，即斷裂切穿地層單元具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

那么，可以應(yīng)用GIS 技術(shù)，依據(jù)構(gòu)造形跡切穿新老地層的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，結(jié)合構(gòu)造形跡的樣式、方位、強(qiáng)度和地質(zhì)背景的分析，解析構(gòu)造作用性質(zhì)，反演構(gòu)造演化史，優(yōu)選出不同構(gòu)造層的主體構(gòu)造方位特征，代表不同構(gòu)造演化階段形成的主體構(gòu)造形跡。該方法并非針對(duì)單條斷裂的時(shí)代屬性，而是提取不同構(gòu)造演化階段主體規(guī)律特征的構(gòu)造形跡。根據(jù)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基本原理，該方法所依據(jù)的主要地質(zhì)規(guī)律如下:

(1)地質(zhì)歷史時(shí)期所發(fā)生的重大地質(zhì)事件活動(dòng)的規(guī)模與強(qiáng)弱不一，其特征必然反映在構(gòu)造行跡的規(guī)模上，即:構(gòu)造運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，所產(chǎn)生的構(gòu)造行跡的延伸長(zhǎng)度與發(fā)育條數(shù)越大，反之異之;

(2)構(gòu)造形跡切穿地層單元，表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生時(shí)間晚于構(gòu)造形跡所切穿的所有地層單元時(shí)代(少數(shù)誘發(fā)再活動(dòng)的多期活動(dòng)構(gòu)造以首期構(gòu)造活動(dòng)為起始點(diǎn));

(3)構(gòu)造行跡的發(fā)育被某一地層所限制，表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生早于該地層的結(jié)束時(shí)間;

(4)構(gòu)造形跡切穿不整合面，表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生晚于不整合面形成的時(shí)代;反之，早于不整合面形成的時(shí)代;

(5)應(yīng)用GIS 空間分析和統(tǒng)計(jì)功能，可以有效地對(duì)具有屬性特征的構(gòu)造形跡分層提取，通過(guò)統(tǒng)計(jì)其樣式、方位和強(qiáng)度，并結(jié)合構(gòu)造建造的特征來(lái)挖掘不同構(gòu)造層主體構(gòu)造方位特征，分析構(gòu)造作用性質(zhì)，探討重大地質(zhì)事件對(duì)區(qū)域構(gòu)造演化的制約。

基于上述原理，具體操作步驟(圖3)可以概括為:1)通過(guò)GIS 空間分析技術(shù)獲取并統(tǒng)計(jì)每條斷裂切穿的所有地層單元時(shí)代(表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生時(shí)間晚于構(gòu)造形跡所切穿的所有地層單元)，建立具有屬性特征的斷裂數(shù)據(jù)庫(kù);2)依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)計(jì)限制構(gòu)造行跡發(fā)育的地層單元時(shí)代(表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生早于該地層的結(jié)束時(shí)間)，確定斷裂構(gòu)造整體發(fā)育的終止時(shí)間。例如，提取切穿太古宙構(gòu)造單元而限制在元古宙內(nèi)的斷裂，作為前寒武紀(jì)時(shí)期主體構(gòu)造形跡;3)提取不同構(gòu)造層的不整合面，限定具體時(shí)限內(nèi)的主體構(gòu)造形跡特征。例如，提取Pt1-Pt2構(gòu)造層間的不整合面，限定Ar-Pt2的主體構(gòu)造形跡。并分別統(tǒng)計(jì)其斷裂走向和長(zhǎng)度，初步確定Ar-Pt2期間主要的構(gòu)造方位特征;4)結(jié)合區(qū)域的構(gòu)造巖石組合、構(gòu)造樣式和地球物理場(chǎng)特征，分析構(gòu)造作用性質(zhì)，確定不同構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡的方位特征。

圖3 基于GIS 構(gòu)造分層信息提取流程圖Fig.3 Logic flow diagram illustrating the GIS-based extraction of main structures features in different structure layers

圖4 斷裂切穿最老地層單元時(shí)代統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics on the ages of the oldest stratigraphic units cut by structure faults

4 華北克拉通南部GIS 構(gòu)造定量分層提取分析

4.1 前寒武紀(jì)主體構(gòu)造形跡特征提取

挑取華北克拉通南部中條-豫西地區(qū)1∶500000 和1∶200000 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中地層與斷裂，為每條斷裂添加兩個(gè)屬性(切穿最老地層和限制斷裂發(fā)育地層)，分別統(tǒng)計(jì)1390 條斷裂切穿的最老地層單元和限制斷裂發(fā)育的某一地層單元時(shí)代，有以下情況:

(1)斷裂切穿地層，可以清楚的辨認(rèn)出穿過(guò)的所有地層單元，表明斷裂的形成時(shí)間晚于其所切穿的所有地層單元;

(2)斷裂處于同一時(shí)代地層內(nèi)或切穿最新最老地層單元時(shí)代一樣，表明這組構(gòu)造是同一期構(gòu)造活動(dòng)形成的;

(3)斷裂處于地層界線上，即順層斷裂，無(wú)法統(tǒng)計(jì)切穿地層新老關(guān)系。但此類(lèi)斷裂占的比重＜2%，顯然沒(méi)有統(tǒng)計(jì)意義，予以剔除。

圖5 限制斷裂發(fā)育的地層單元時(shí)代統(tǒng)計(jì)Fig.5 Statistics on the ages of the stratigraphic units limited structure faults

圖6 前寒武紀(jì)主體構(gòu)造形跡特征Fig.6 Distribution of the main structure features during Precambrian

綜上，可以得到研究區(qū)斷裂切穿最老地層單元時(shí)代和限制斷裂發(fā)育的地層單元時(shí)代的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。圖4 反映斷裂切穿的最老地層單元時(shí)代集中在Ar-O1，高峰值主要出現(xiàn)在Ar、Pt2、∈1，圖5 反映限制斷裂發(fā)育的地層單元時(shí)代集中在Pt2-O2，高峰值主要出現(xiàn)在Pt2、∈2。斷裂切穿最老地層單元時(shí)代與限制斷裂發(fā)育的地層單元時(shí)代之間可能是斷裂發(fā)育的主要階段，這也就說(shuō)明前寒武紀(jì)時(shí)期是構(gòu)造發(fā)育的主要階段，發(fā)育的斷裂最多，也表明前寒武紀(jì)是研究區(qū)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)最為劇烈、時(shí)間最久、范圍最廣的階段。進(jìn)而，提取最老地層單元時(shí)代屬性是Ar、限制斷裂發(fā)育的地層單元時(shí)代屬性是Pt 的斷裂構(gòu)造(亦即切穿Ar 而限制在Pt 地層內(nèi)的構(gòu)造形跡)，作為可能在前寒武紀(jì)期間發(fā)育的主體構(gòu)造形跡特征(圖6)。

4.2 Ar-Pt2 構(gòu)造旋回主體構(gòu)造形跡特征分析

應(yīng)用GIS 技術(shù)分別對(duì)研究區(qū)4 個(gè)構(gòu)造層打上2km×2km網(wǎng)格，提取不整合面。刪除切穿熊耳群、熊耳群與汝陽(yáng)群不整合面的構(gòu)造形跡后，提取出代表Ar-Pt2主體構(gòu)造特征的所有構(gòu)造形跡，共包括587 條斷裂(圖7)，然后對(duì)其走向和長(zhǎng)度進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，從(圖8)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，NEE向斷裂最多且斷裂延伸長(zhǎng)，其次NWW 向比較發(fā)育且斷裂延伸較長(zhǎng)，近SN 向斷裂比較發(fā)育且斷裂延伸較短，而NNW/NNE 向斷裂發(fā)育比較稀少且斷裂延伸比較短，總體上呈現(xiàn)“三叉”狀分布?？梢?jiàn)NEE/NWW/SN 向斷裂是Ar-Pt2期間的主要構(gòu)造方位。

圖7 提取區(qū)域不整合面限定Ar-Pt2 主體構(gòu)造形跡特征Fig.7 Distribution of the main structure features during Ar-Pt2

圖8 統(tǒng)計(jì)Ar-Pt2 主體構(gòu)造形跡的走向和長(zhǎng)度Fig.8 Statistics on strike and length of fault structures confined in the Neoarchean-Early Mesoproterozoic stratigraphic units

4.3 不同構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡與構(gòu)造樣式分析

區(qū)域前寒武紀(jì)發(fā)生絳縣運(yùn)動(dòng)、中條運(yùn)動(dòng)和西陽(yáng)河運(yùn)動(dòng)，形成四套不整合接觸關(guān)系的構(gòu)造層(Sun et al.，1990，1992;孫大中和胡維興，1993;趙太平等，2002，2004;翟明國(guó)，2004;Liu et al.，2012)。通過(guò)分析區(qū)域地質(zhì)演化(圖9)，結(jié)合研究區(qū)的地球化學(xué)、構(gòu)造建造、構(gòu)造樣式的特征及地球物理所揭示的深部信息，確定Ar-Pt2期間各個(gè)構(gòu)造層形成的主體方位特征，代表了不同構(gòu)造階段形成的主體構(gòu)造形跡。其中，新太古代主體構(gòu)造形跡的方位特征是NE/NW 向，古元古代構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡的方位特征是NEE/NWW 向，中元古代構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡的方位特征是近EW 向。

4.3.1 新太古代末期構(gòu)造層構(gòu)造樣式分析(2550 ～2350Ma)

2.55 ～2.35Ga 中條-豫西地區(qū)發(fā)生構(gòu)造與變質(zhì)-巖漿事件，地殼巨量生長(zhǎng)，發(fā)育大量TTG 巖、變質(zhì)表殼巖和花崗巖類(lèi)侵入巖，如:寨子和西姚TTG 片麻巖(2536 ～2560Ma)(Tian et al.，2006;郭麗爽等，2008;趙斌等，2012)、北峪奧長(zhǎng)花崗質(zhì)片麻巖(2477 ～2436Ma)(余盛強(qiáng)等，2006;Zhu et al.，2013)和嵩山TTG 片麻巖(2600 ～2500Ma)(周艷艷等，2009)。隨著區(qū)域地殼厚度的逐漸增大，逐漸形成結(jié)晶基底雜巖帶(涑水雜巖帶和嵩山雜巖帶)(趙鳳清，2006;Liu et al.，2012;郭麗爽等，2008;周艷艷等，2009;趙斌等，2012;Zhai and Santosh，2013)。中條山區(qū)域內(nèi)的涑水雜巖帶表現(xiàn)出NEE-NE 向的總體葉理走向和強(qiáng)應(yīng)變帶圍限凸鏡狀弱應(yīng)變域的構(gòu)造格局，與切穿太古宙斷裂構(gòu)造方位一致，體現(xiàn)了古陸核圍繞直立軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的渦旋構(gòu)造特征(白瑾等，1997)。此外從區(qū)域地球物理場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，本地區(qū)表現(xiàn)為負(fù)布格重力異常和負(fù)磁異常，明顯的重、磁梯度帶，與區(qū)域深部大斷裂相吻合，表現(xiàn)為NE 和NW 向共軛斷裂，與“X”型裂谷分布格局基本一致(圖10)，說(shuō)明研究區(qū)新太古代末期已基本奠定構(gòu)造框架，后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較小。綜上，依據(jù)地球化學(xué)特征、雜巖帶的構(gòu)造形態(tài)和深部地球物理特征，認(rèn)為軟流圈的上升形成NE 向解州-磨里和NW 向桑林-古朵兩條大斷裂，構(gòu)造相交呈近似直角，并成為中條裂谷的邊界斷裂(薛昊日，2010)。

圖9 Ar-Pt2 區(qū)域地質(zhì)演化框架圖(據(jù)張晗，2012 修改)Fig.9 A summary of the regional tectonic evolution (after Zhang，2012)

圖10 布格重力反演深部構(gòu)造Fig.10 The deep structures interpreted from Bouguer data

圖11 研究區(qū)典型剖面(據(jù)山西省地礦局，1989)1-石英巖;2-磁鐵綠泥絹云片巖;3-石榴絹英片巖;4-絹英片巖;5-絹英巖;6、39-變流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r;7-變鉀質(zhì)流紋巖;8、9-變鎂鐵質(zhì)火山巖;10-云斜煌巖;11-變流紋質(zhì)晶屑凝灰角礫巖;12-變輝綠巖;13-角閃巖;14-鈣質(zhì)絹云片巖;15-變質(zhì)礫巖;16-含礫石英巖;17-變質(zhì)礫巖夾片巖;18-長(zhǎng)石石英巖;19-石英巖;20-板巖;21-石英片巖;22-絹云石英片巖;23-綠泥石夾片巖;24-石榴絹云石英片巖;25-二云片巖;26-絹云綠泥片巖;27-黑云綠泥片巖;28-十字石榴黑云片巖;29-石榴黑云綠泥片巖;30-碳質(zhì)云母片巖;31-黑色片巖;32-角閃變粒巖;33-斜長(zhǎng)角閃巖;34-白云石大理巖;35-燧石白云石大理巖;36-方柱石大理巖;37-不純大理巖;38-含錳白云石大理巖;40-含疊層石大理巖;41-安山玄武巖;Pt1h3-橫嶺關(guān)組三段;Pt1yt-圓頭山組;Pt1t1-豎井溝組;Pt1t2-西井溝組;Pt1t3-駱駝峰組;Pt1l3-中條群龍峪組;Pt1ss-涑水雜巖;Pt1j-界牌梁組;Pt1l-龍峪組;Pt1yx-余元下組;Pt1b-篦子溝組;Pt1yj-余家山組;Pt1w-溫峪組;Pt1wj-吳家坪組;Pt1dn-擔(dān)山石群;Pt2xy-西陽(yáng)河群Fig.11 The typical profile of structural layers in the study area (after BGMRS，1989)

4.3.2 古元古代構(gòu)造層構(gòu)造樣式分析(2350 ～1850Ma)

寨子-西姚片麻巖和橫嶺關(guān)-劉家窯片麻巖的接觸界線上出現(xiàn)變質(zhì)基性巖墻群，以及橫嶺關(guān)鈣堿性花崗巖(2475 ～2435Ma)的侵入(余盛強(qiáng)等，2006)，都是構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)換的重要地質(zhì)標(biāo)志，指示先存地塊剛性化及其之后的破裂(白瑾等，1997)。野外所見(jiàn)，寨子片麻巖被煙莊花崗巖(2351 ±37Ma)侵入(張瑞英等，2012)，存在明顯的空間分帶現(xiàn)象，同樣指示了地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境的轉(zhuǎn)換。此階段是中條裂谷的擴(kuò)張期，隨著裂谷盆地的強(qiáng)烈斷陷，早期的酸性火山物質(zhì)(變流紋質(zhì)凝灰?guī)r、變流紋巖等)和后期的基性火山物質(zhì)(綠泥黑云片巖、綠泥絹云片巖、綠泥片巖等)不斷向海盆堆積，形成了絳縣群。隨后，發(fā)生絳縣運(yùn)動(dòng)，區(qū)域發(fā)生強(qiáng)烈褶皺。同時(shí)，裂谷沿NE 向深大斷裂拗陷，與裂谷西側(cè)的邊界斷裂近似平行。絳縣群銅礦峪組剖面(圖11a)顯示絳縣群的構(gòu)造以“復(fù)式向斜”為標(biāo)志，形成大量走向NE，傾向NWW 的平臥褶皺(劉建忠和歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，2003;胡永勝，2000)。豫西地區(qū)則形成以EW 向?yàn)橹鞯木€型褶皺和穹窿構(gòu)造，伴隨花崗巖的侵入。絳縣運(yùn)動(dòng)后，沉積了以變質(zhì)礫巖-砂巖-頁(yè)巖-碳酸鹽巖建造為主的冒地槽沉積建造——中條群，具有復(fù)理石建造特征，角度不整合于絳縣群之上。隨后發(fā)生的中條運(yùn)動(dòng)(1900～1850Ma)是全區(qū)構(gòu)造作用最強(qiáng)烈的時(shí)期，發(fā)育韌性剪切帶或韌性斷層，并發(fā)生低角閃巖相-高綠片巖相變質(zhì)作用的改造(山西省地礦局，1989;Sun et al.，1990，1992;翟明國(guó)，2004)。中條期是中條裂谷的封閉期，構(gòu)造活動(dòng)以擠壓、隆起為主，巨型EW 向構(gòu)造帶和絳縣期已出現(xiàn)的NE 向斷裂、坳陷帶形成具復(fù)向斜特征，復(fù)向斜軸向東部為NEE 向，西部為NE 向，致使兩者具有較一致的構(gòu)造樣式(山西省地礦局，1989)。從中條群典型剖面可以看出(圖11b，c)，中條群和降縣群一起發(fā)生NE 向的倒轉(zhuǎn)同斜緊閉褶皺(F1)，同時(shí)，沿F1 軸面發(fā)育全區(qū)的透入性面理(S2)，構(gòu)成一些礦物的拉伸線理和小規(guī)模的NWW 向韌性剪切帶。持續(xù)的擠壓使裂谷再次閉合，廣泛的區(qū)域變形變質(zhì)作用發(fā)生韌性剪切變形，裂谷最后擠壓收縮隆起，深部地層形成一系列軸面近NS 的半開(kāi)闊至開(kāi)闊陡傾伏或斜歪褶皺及逆掩韌性剪切帶，軸面一般較陡，如上玉坡-胡家玉等背斜、向斜構(gòu)造。豫西地區(qū)則發(fā)生強(qiáng)烈褶皺，秦嶺地槽初次全面褶皺回返，形成NWW 向構(gòu)造格架，控制以后的發(fā)展(河南省地礦局，1989)。

4.3.3 中元古代早期構(gòu)造層構(gòu)造樣式分析(1800 ～1600Ma)豫西地區(qū)大量的1743 ～1797Ma 的A 型花崗巖(Zhao and Zhou，2009)、1750 ～1800Ma 熊耳火山巖以及中條山-太行山地區(qū)NW/NE 向基性巖墻群(Peng et al.，2006，2008;He et al.，2009)都指示了造山后伸展作用和裂解事件。該時(shí)期區(qū)域進(jìn)入伸展構(gòu)造體制(山西省地礦局，1989;河南省地礦局，1989)，熊耳群發(fā)生中等傾斜褶皺，巖石發(fā)生輕微的變質(zhì)同時(shí)有中性-酸性巖漿侵入，形成裂谷和斷陷地槽，具較典型的三叉裂谷特點(diǎn)(趙太平等，2002，2004;翟明國(guó)，2004;He et al.，2009;Zhao and Zhou，2009)。NWW 向的裂谷分布與太華群為代表的古陸塊以及熊耳群展布特征一致。此外，NEE 向斷裂近似平行裂谷斷裂邊界，斷層展布與中條群地層走向一致，斷層產(chǎn)狀常具有上陡下緩特征，是典型的剝離斷層系統(tǒng)特點(diǎn)，可能繼承原先的逆掩斷層/韌性剪切帶(Liu et al.，2007;山西省地礦局，1989)。隨后，地區(qū)基本結(jié)束了臺(tái)緣坳陷發(fā)展階段，進(jìn)入克拉通穩(wěn)定沉積階段(河南省地礦局，1989)。

5 控礦(巖體)構(gòu)造提取與分析

圖12 Ar-Pt2 成礦期主體控礦斷裂2km 緩沖區(qū)與礦點(diǎn)分布關(guān)系Fig.12 The relationship between the distribution of 2km ore-controlling faults buffer and ore deposits

從新太古代末至早中元古代，該地區(qū)經(jīng)歷了多期、多源、多類(lèi)型的成礦作用。研究區(qū)主要有三種類(lèi)型的銅礦床，分別是以銅礦峪礦床為代表的斑巖型銅礦，以胡家峪、篦子溝和橫嶺關(guān)礦床為代表的內(nèi)源沉積再造型銅礦和以落家河礦床為代表的變質(zhì)火山熱液型銅礦(Hu and Sun，1987;Chen et al.，1998;沈保豐等，2005，2006;Chen et al.，2014)。此外，中條山西南段的涑水雜巖中還有一些以變基性火山巖(斜長(zhǎng)角閃巖)為容礦巖石的小型銅礦，以桃花洞礦床為代表(趙斌等，2009，2012)。這些類(lèi)型的礦床不是截然分開(kāi)的，它們都受中條裂谷的控制，成礦作用過(guò)程都與海底熱液成礦作用和火山熱液成礦作用有關(guān)且相互交代、穿插、疊加與延續(xù)，不論在時(shí)空分布上，還是在成因上都有著內(nèi)在的聯(lián)系(真允慶，1998，1999，2012;沈保豐等，2006;翟明國(guó)，2010)。從上述分析可知，Ar-Pt2期間構(gòu)造層NE-NEE/NW-NWW 向主體構(gòu)造形跡發(fā)育的時(shí)間與成礦期相對(duì)應(yīng)。另外，通過(guò)對(duì)其做緩沖區(qū)，并與礦點(diǎn)疊加可以看出(圖12)，空間上銅礦點(diǎn)與該期斷裂緊密相關(guān)，都落在2km 緩沖區(qū)內(nèi)，說(shuō)明這些方位的構(gòu)造形跡為深部熱液向淺部流動(dòng)和海水向深部循環(huán)提供了良好的通道，繼而堆積巨量的中條山銅礦資源。因此，挑取該方位斷裂作為中條山銅礦的控礦(巖體)斷裂。

6 結(jié)論

(1)基于斷裂切穿新老地層單元的規(guī)律，結(jié)合區(qū)域的構(gòu)造巖石組合、構(gòu)造樣式和地球物理場(chǎng)的特征，可以有效的分析構(gòu)造作用性質(zhì)，提取不同構(gòu)造演化階段形成的主體構(gòu)造形跡特征，探討重大地質(zhì)事件對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的制約。

(2)依據(jù)GIS 統(tǒng)計(jì)分析中條-豫西地區(qū)1390 條斷裂切穿地層單元時(shí)代新老關(guān)系的規(guī)律，認(rèn)為前寒武紀(jì)時(shí)期是研究區(qū)構(gòu)造-巖漿活動(dòng)最為劇烈、經(jīng)歷時(shí)間最久、范圍最廣的構(gòu)造階段，期間發(fā)育的構(gòu)造形跡數(shù)量最多、規(guī)模最大且控制著后期構(gòu)造的演化。

(3)Ar-Pt2期間研究區(qū)經(jīng)歷了3 次重大構(gòu)造事件，中條裂谷也經(jīng)歷了擴(kuò)張期、沉陷期和封閉期，裂谷內(nèi)堆積3 套截然不同的構(gòu)造層(絳縣群、中條群、熊耳群)，彼此具有明顯的不整合接觸關(guān)系，且以不同的構(gòu)造方位特征相區(qū)別:1)新太古代末期發(fā)生變質(zhì)-巖漿事件形成中條裂谷邊界斷裂，主要構(gòu)造方位是NE/NW 向;2)元古宙發(fā)育古元古代活動(dòng)帶，期間構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡的方位特征是NEE/NWW 向;3)中元古代早期開(kāi)始伸展裂解，伴隨非造山巖漿活動(dòng)及大面積基性巖墻群侵位，期間構(gòu)造層主體構(gòu)造形跡的方位特征是近EW 向。

(4)Ar-Pt2是中條山銅礦的主要成礦期，區(qū)域成礦受中條裂谷的控制，與海底熱液成礦作用和火山熱液成礦作用緊密有關(guān)。提取NE-NEE/NW-NWW 向斷裂作為成礦期控礦(巖體)斷裂，為深部熱液向淺部流動(dòng)和海水向深部循環(huán)提供了良好的通道和成礦空間。

致謝 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所范宏瑞研究員、劉建明研究員對(duì)文中的疏漏和諸多不妥之處進(jìn)行了細(xì)致的評(píng)審，提出了許多值得思考的問(wèn)題和修改建議;中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所趙太平研究員對(duì)文稿進(jìn)行了認(rèn)真的評(píng)閱和指正。在此，對(duì)他們的辛勤付出表示衷心的感謝。

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