韓效忠, 劉 權(quán), 林建平, 惠小朝, 金淼張, 杜江浩, 湯江偉

(1.中國煤炭地質(zhì)總局 特種技術(shù)勘探中心(中煤地質(zhì)工程總公司) 北京地質(zhì)調(diào)查分公司, 北京 100040; 2.核工業(yè) 北京地質(zhì)研究院, 北京 100029; 3.中國地質(zhì)大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083; 4.浙江省核工業(yè)269大隊, 浙江 金華 321000)

浙江新路火山巖盆地構(gòu)造應(yīng)力場及其對鈾成礦的控制

韓效忠1, 劉 權(quán)2, 林建平3, 惠小朝2, 金淼張4, 杜江浩4, 湯江偉4

(1.中國煤炭地質(zhì)總局 特種技術(shù)勘探中心(中煤地質(zhì)工程總公司) 北京地質(zhì)調(diào)查分公司, 北京 100040; 2.核工業(yè) 北京地質(zhì)研究院, 北京 100029; 3.中國地質(zhì)大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083; 4.浙江省核工業(yè)269大隊, 浙江 金華 321000)

構(gòu)造因素分析是成礦過程分析的基本要素之一。本文通過對各古構(gòu)造層中發(fā)育的共軛剪節(jié)理和褶皺測量統(tǒng)計, 恢復(fù)了本區(qū)白堊紀以來的各期古構(gòu)造應(yīng)力場, 發(fā)現(xiàn)各期古構(gòu)造應(yīng)力場的中間主應(yīng)力軸均為近水平狀態(tài), 其中建德期最大主壓應(yīng)力方向為NW向, 衢江期最大主壓應(yīng)力方向為NNE向, 始新世–漸新世期最大主壓應(yīng)力方向為近EW向。指出本區(qū)球川–蕭山斷裂等NE向區(qū)域大斷裂構(gòu)造開啟的期次, 決定了成礦期次, 開啟的時間決定了鈾礦形成的年齡, 其開啟時序明顯受古構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)展演化控制。建德期晚期, 隨著NW向擠壓應(yīng)力場轉(zhuǎn)為應(yīng)力松弛狀態(tài), 區(qū)域大斷裂處于開啟狀態(tài), 火山噴發(fā)期后的深部含礦流體沿區(qū)域大斷裂向上運移, 形成了本區(qū)早期鈾成礦(125～115 Ma), 衢江期 NNE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場使本區(qū)區(qū)域大斷裂再次開啟,帶來了深部成礦流體, 形成了第二期鈾成礦(90～70.2 Ma), 兩期鈾成礦疊加最終形成了本區(qū)的鈾礦化定位。

構(gòu)造應(yīng)力場; 構(gòu)造開啟; 鈾成礦; 火山巖; 浙江衢州

0 引 言

新路火山巖盆地是贛杭構(gòu)造帶東段重要的產(chǎn)鈾盆地, 在區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了大橋塢(671)、白鶴巖(670)、楊梅灣(621)、南山梗(138)等一批火山巖型或相關(guān)的熱液型鈾礦床。不同的學者從礦床成因、控礦因素、成礦模式及遠景預(yù)測等方面對這些礦床進行了較為詳細的研究(鄧家瑞和張志平, 1999; 湯其韜, 2000;毛孟才, 2001; 楊建明和熊韶峰, 2003; 周肖華等, 2004; 王正其和李子穎, 2007; 湯江偉, 2009; 邱林飛等, 2009; 韓效忠等, 2010, 2011; 劉蓉蓉等, 2011, 2013; 惠小朝等, 2012; 王正其等, 2013)。概括起來,礦床受火山巖或侵入巖體、斷裂構(gòu)造、熱液蝕變和火山機構(gòu)聯(lián)合控制, 成礦有利部位為花崗斑巖和火山凝灰?guī)r接觸帶或較大的次火山巖侵入體內(nèi)外接觸帶, 礦體則較為嚴格地受限于NW向構(gòu)造裂隙中。成礦時代大致可劃分兩個階段, 早期成礦與火山噴發(fā)期后的酸性侵入巖關(guān)系較為密切, 成礦年齡為 125～115 Ma, 晚期成礦與基性巖脈相對應(yīng), 成礦年齡為90～70.2 Ma(王劍鋒, 1992; 陳愛群, 1999; 韓效忠等, 2010)?；谏鲜龌境傻V規(guī)律, 先后提出了陸相熱水鈾礦成礦模式、多重斑巖鈾礦成礦模式、火山侵入–隱爆角礫巖相關(guān)的成礦模式(周家志, 1992; 陳愛群, 1999)和火山噴發(fā)及巖漿侵入、大規(guī)模鈾成礦、后期剝蝕礦體改造的 3階段鈾成礦模式(韓效忠等, 2010)等, 但不管哪個模式, 均提出了構(gòu)造對該區(qū)鈾成礦具有重要的控制作用。構(gòu)造的形成、發(fā)展、演化及其對鈾成礦的控制作用, 受不同時期的古構(gòu)造應(yīng)力場控制, 查明不同時期古構(gòu)造應(yīng)力對深化本區(qū)成礦認識和遠景評價具有十分重要的作用。

構(gòu)造應(yīng)力場是分布在一個空間范圍內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)。巖層或巖體中保留的各種地質(zhì)構(gòu)造形跡,均為不同時期和不同規(guī)模構(gòu)造應(yīng)力作用的綜合結(jié)果,其空間分布、規(guī)模、類型、組合型式等均與構(gòu)造應(yīng)力場的方向、大小、性質(zhì)以及巖石在變形環(huán)境中的力學性質(zhì)有著極為密切的關(guān)系。測量和恢復(fù)不同時期的構(gòu)造應(yīng)力場方法主要有: 節(jié)理、變形構(gòu)造等三軸應(yīng)力測量方法(Ramsay, 1980; 萬天豐, 1984, 1988, 1995, 2004; 謝明忠, 2006), 利用巖石磁組構(gòu)恢復(fù)沉積盆地古構(gòu)造應(yīng)力場方法(曾聯(lián)波和漆家福, 2007), 構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬(萬天豐, 1988; 王喜雙等, 1999; 譚成軒和王連捷, 1999; 韓露等, 2004; 沈國華, 2008)等。本文通過對該區(qū)節(jié)理、變形構(gòu)造等三軸應(yīng)力測量, 恢復(fù)白堊紀以來的構(gòu)造應(yīng)力場, 探討其與鈾成礦的關(guān)系, 為本區(qū)鈾礦找礦和遠景預(yù)測提供部分依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于浙江省衢州市芳村鎮(zhèn)–大同鎮(zhèn)一帶,區(qū)內(nèi)除青白口系、三疊系、古近系、新近系未見出露外, 其他地層均有出露(圖 1、表 1)。本區(qū)主要鈾成礦發(fā)育于早白堊世及其后的火山巖系內(nèi), 因此著重對其進行較為詳細論述。該套地層總稱為建德群,自下而上可細分為勞村組(K1l)、黃尖組(K1h)和壽昌組(K1s)。勞村組大多在新路盆地邊緣出露, 代表盆地最早的沉積, 總體上以沉積巖為主夾火山巖, 厚度一般大于 1000 m, 主要巖性為暗紫色泥質(zhì)粗砂巖、砂巖夾不穩(wěn)定的流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖和少量礫巖、黃綠色砂巖、粉砂巖, 底部以紫紅色礫巖角度不整合于前白堊紀不同地層之上; 黃尖組是區(qū)內(nèi)火山活動最強烈的產(chǎn)物, 以酸性火山碎屑巖夾熔巖為主, 偶夾沉積夾層, 包括流紋斑巖、流紋巖、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰熔巖、凝灰?guī)r夾灰綠、紫紅色砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖, 底部流紋(斑)巖與下伏地層勞村組紫紅色粉砂巖整合接觸; 壽昌組僅出露在新路盆地東北端, 面積約 20 km2, 主要巖性為灰綠、淺灰、黃綠、紫紅等雜色砂巖、頁巖, 中上部見厚度不穩(wěn)定的酸性火山巖夾層, 與下伏地層黃尖組呈整合接觸關(guān)系。火山巖盆地蓋層為衢江群,與下覆各老地層為角度不整合接觸, 主要為一套河湖相碎屑巖建造, 自下而上可細分為中戴組(K1zd)、金華組(K2j)和衢縣組(K2q), 組內(nèi)為整合接觸。

表1 浙江衢州新路火山巖盆地地層簡表Table 1 Stratigraphy of the Xinlu volcanic Basin

區(qū)內(nèi)各期侵入巖體較為發(fā)育, 以花崗質(zhì)巖體為主, 晚侏羅世侵入巖出露于本區(qū)西北部銅山一帶;早白堊世侵入巖主要有白菊花尖–九華山雜巖體和蟠山巖體, 為火山噴發(fā)晚期的潛火山侵入巖體。脈巖主要為火山期后的基性巖脈和花崗斑巖脈。

本區(qū)先后經(jīng)歷了神功期、晉寧期、加里東期、海西–印支期、燕山期、喜馬拉雅期6期構(gòu)造事件的疊加, 形成了復(fù)雜多樣的地質(zhì)構(gòu)造格架(顏鐵增等, 2005), 但構(gòu)造方向仍以 NE向為主, 其次為 EW向和NW向。代表性褶皺構(gòu)造有發(fā)育在蘭溪市馬澗一帶侏羅紀構(gòu)造運動形成的復(fù)式向斜構(gòu)造(黃公山–上方復(fù)式向斜, 圖1中(1)、(2)), 受早白堊世早期(建德期)和早白堊世晚期–晚白堊世(衢江期)構(gòu)造運動的影響形成的軸向NE-NEE的向斜(新路向斜, 圖1中(3))和軸向NWW的背斜(澤隨南背斜圖1中(4))。區(qū)內(nèi)區(qū)域性大斷裂構(gòu)造方向為NE向, 為球川–蕭山斷裂帶(圖1中Ⅰ)和常山–漓渚斷裂帶(圖1中Ⅱ), 構(gòu)成了各構(gòu)造單元的邊界, 并對火山巖盆地的形成發(fā)育具有直接的控制作用; 一般性斷裂按方向主要有NE向、NNE向、NW向3組, 代表性斷裂有黃公山南–上方斷裂(圖1中①)、雙橋斷裂(圖 1中②)和橫山–湖鎮(zhèn)斷裂(圖 1中③), 它們對本區(qū)的鈾礦床定位起到了直接的作用。

2 構(gòu)造應(yīng)力場分析

2.1 構(gòu)造層、構(gòu)造期的劃分

構(gòu)造層是指地質(zhì)演化過程中, 在一定構(gòu)造單元和一定構(gòu)造時期內(nèi)形成的地層組合, 它在時間上代表地殼演化歷史中的一定構(gòu)造時期或構(gòu)造階段, 在空間上代表某一構(gòu)造事件影響的范圍。各構(gòu)造層之間的分界常表現(xiàn)為明顯的沉積間斷, 出現(xiàn)區(qū)域性地層角度不整合的接觸關(guān)系(萬天豐, 2004)。不同構(gòu)造層在構(gòu)造變形的類型、強度和構(gòu)造應(yīng)力方向等方面均可發(fā)生根本性的變化(萬天豐, 2011)。

每一個構(gòu)造期都可以分為穩(wěn)定期與活躍期兩個小階段, 它們在沉積–剝蝕、地層接觸關(guān)系、巖漿活動、構(gòu)造運動強度和經(jīng)歷時間等方面均有顯著的差異。一個構(gòu)造層通常是在構(gòu)造穩(wěn)定期逐漸發(fā)育一套代表特定沉積環(huán)境或沉積盆地的地層層序, 并在構(gòu)造活躍期使之發(fā)生變形而形成。在構(gòu)造穩(wěn)定期或盆地發(fā)育期一般表現(xiàn)為構(gòu)造應(yīng)力場較弱的穩(wěn)定沉降,而在構(gòu)造活躍期一般表現(xiàn)為較強的區(qū)域性擠壓作用,并在相應(yīng)的地層單元中留下某一方向壓應(yīng)力最大的地質(zhì)證據(jù)。本文探討的構(gòu)造應(yīng)力場主要是指這種構(gòu)造活躍期的構(gòu)造應(yīng)力場, 構(gòu)造期也主要是指這種構(gòu)造活躍期。

由于本次研究的重點是白堊紀火山巖盆地構(gòu)造應(yīng)力場及其對鈾礦成礦的控制作用, 因此將白堊紀以前的地層歸入火山基底, 包括中元古界、新元古界、古生界和中侏羅統(tǒng), 其構(gòu)造事件在此不做詳細論述; 把建德群、衢江群、古近系(本區(qū)缺失)、第四系分別稱為建德構(gòu)造層、衢江構(gòu)造層、始新世–漸新世構(gòu)造層、第四系構(gòu)造層。其中建德構(gòu)造層包括勞村組(K1l)、黃尖組(K1h)、壽昌組(K1s), 衢江構(gòu)造層主要包括工作區(qū)白堊紀沉積盆地內(nèi)的地層, 主要有衢江組(K2q)、金華組(K2j)、中戴組(K1z)、橫山組(K1h)等組; 古近系構(gòu)造層在本區(qū)缺失; 第四系構(gòu)造層在區(qū)內(nèi)零星發(fā)育, 有湯溪組(Q1t)、芝江組(Q2z)、蓮花組(Q3l)等。

盡管本區(qū)缺失古近系構(gòu)造層, 依據(jù)區(qū)內(nèi)前白堊紀構(gòu)造層–衢江構(gòu)造層和一些侵入巖中的構(gòu)造變形現(xiàn)象, 結(jié)合區(qū)域上的地質(zhì)演化史, 可推斷本區(qū)在古近紀中晚期發(fā)生了一期顯著的構(gòu)造運動。對于這一構(gòu)造事件, 前人在鄰區(qū)研究中有較為詳細的論述。姚琪等(2010)在研究長興–奉化斷裂時認為該斷裂可能是中國東部晚白堊世至新生代早期構(gòu)造反轉(zhuǎn)的產(chǎn)物, 指出該區(qū)自燕山末期以來, 在主壓應(yīng)力從近 SN向、NW向(湯加富等, 2003)向NE、近EW向轉(zhuǎn)換, 早期區(qū)域大斷裂的NW向次級斷裂重新活動, 并發(fā)展壯大, 形成長興–奉化斷裂等NW向大斷裂; 萬天豐和曹瑞萍(1992)、萬天豐和朱鴻(2002)認為該期構(gòu)造事件(中始新世–漸新世(52～23.3 Ma))是以太平洋板塊朝 NWW方向位移為主要特征, 使我國大陸受到近東西向的擠壓, 形成一系列近SN向的褶皺、逆掩斷層和許多走向近東西的正斷層、單斷箕狀盆地。

相應(yīng)地, 本區(qū)早白堊世–第四紀可以劃分為4個構(gòu)造期, 即: 建德期、衢江期、始新世–漸新世構(gòu)造期和第四紀構(gòu)造期。本文主要討論建德期、衢江期及始新世–漸新世構(gòu)造期。

2.2 構(gòu)造應(yīng)力場期次劃分

(1) 主應(yīng)力軸方向測量

根據(jù)斷層、節(jié)理性質(zhì)、充填裂隙的脈體、構(gòu)造透鏡體、片理化等可以大致判斷應(yīng)力方向, 利用共軛剪節(jié)理、背斜、向斜、張節(jié)理–剪節(jié)理等可以確定三軸應(yīng)力狀態(tài)。本區(qū)白堊紀地層分布區(qū)總體上屬于變形量較小的脆性破裂地區(qū), 或者說白堊紀–漸新世構(gòu)造運動主要造成脆性破裂變形。因此, 在建德期、衢江期、始新世–漸新世構(gòu)造期的應(yīng)力場研究中,主要利用共軛剪節(jié)理確定三軸應(yīng)力方向; 其次, 根據(jù)褶皺和充填節(jié)理的石英脈確定個別點的應(yīng)力狀態(tài)。

利用共軛剪節(jié)理確定主應(yīng)力方向, 涉及到共軛剪切角大小的問題。通常脆性破裂時共軛剪切角＜45°,而韌性破裂時才會出現(xiàn)＞45°, 據(jù)此可以大致判斷本區(qū)最大主壓應(yīng)力軸多數(shù)位于共軛角銳角區(qū)的等分角線上。實際上, 在野外調(diào)查時并不能依靠這種簡單的判斷方法, 而是要認真地觀察共軛剪節(jié)理的互相切錯關(guān)系和相對位移方向, 判別壓縮區(qū)和伸張區(qū),以確定主應(yīng)力方向, 即最大和最小主壓應(yīng)力軸分別位于壓縮區(qū)和伸張區(qū)的等分角線上(萬天豐, 1988)。

通過測量共軛剪節(jié)理、褶皺兩翼或軸面與樞紐以及充填節(jié)理的石英脈等的產(chǎn)狀, 利用吳氏網(wǎng)繪制各觀察點的主應(yīng)力圖解, 從而獲得各點主應(yīng)力軸(σ3、σ2、σ1)的產(chǎn)狀。

需要說明的是, 本次工作在主應(yīng)力軸測量時,在某一地質(zhì)露頭上經(jīng)過認真觀察和分析之后, 只對代表性共軛剪節(jié)理進行了測量, 未對該露頭所有節(jié)理進行全部測量和統(tǒng)計分析, 雖然主體上控制了研究區(qū)主應(yīng)力軸方向, 但就單處應(yīng)力點來講, 部分應(yīng)力點存在較大的誤差(偏差20°～30°)?？傊敬窝芯抗ぷ飨鄬^粗, 不夠精確。

(2) 應(yīng)力期次劃分依據(jù)

應(yīng)力期次劃分標志可分為兩種情況, 一是晚期構(gòu)造層中不會留下早于其形成的構(gòu)造形跡, 二是在同一構(gòu)造層中保留的不同構(gòu)造形跡, 如共軛剪節(jié)理、充填節(jié)理的石英脈等, 可通過其相互切割、限制等特征來判斷早晚期次。研究發(fā)現(xiàn)本區(qū)建德期構(gòu)造層中發(fā)現(xiàn)有三組共軛剪節(jié)理, 其最大主壓應(yīng)力軸分別為NW-SE向(圖2a)、NNE-SSW向(圖2b)和近EW(圖2c), 根據(jù)其相互切割、限制關(guān)系判斷, NW-SE向形成最早、NNE-SSW向次之(圖2d), 近EW向最晚向(圖 2e)。而衢江期構(gòu)造層中不發(fā)育最大主壓應(yīng)力軸為NW-SE向的共軛剪節(jié)理。雖然本區(qū)不發(fā)育古近紀地層, 但鄰區(qū)金竹盆地古近紀地層中僅發(fā)育最大主壓應(yīng)力軸近 EW 向的共軛剪節(jié)理, 即古近紀以來本區(qū)只經(jīng)歷了近EW向的擠壓應(yīng)力作用。依據(jù)應(yīng)力期次劃分標志判斷, 最大主壓應(yīng)力軸建德構(gòu)造期為NW-SE向、衢江構(gòu)造期為NNE-SSW向、始新世–漸新世構(gòu)造期為近 EW 向。下文依據(jù)該判別標志, 通過對不同構(gòu)造層中構(gòu)造形跡測量, 恢復(fù)不同構(gòu)造期的古構(gòu)造應(yīng)力場。

2.3 建德期主應(yīng)力方向

在建德構(gòu)造層和早白堊世火山侵入巖(花崗巖)中, 測量了14個點的共軛剪節(jié)理(表2中1～8、10～15)和1個向斜兩翼的產(chǎn)狀(表2中9), 繪制了各點的主應(yīng)力圖解(表 2, 圖 3)。從表2可以看出, 本區(qū)建德期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為135°∠9°, 中間主應(yīng)力軸(σ2)為 311°∠81°, 最小主壓應(yīng)力軸(σ1)為45°∠1°(表2, 圖3), 即建德期的最大主壓應(yīng)力軸呈近水平的NW-SE向。

圖2 不同期次構(gòu)造形跡Fig.2 Structural traces of the different period

表2 建德期構(gòu)造應(yīng)力場測量點應(yīng)力狀態(tài)一覽表Table 2 Measurement of the Jiande period tectonic stress field

圖3 建德期主應(yīng)力軸產(chǎn)狀Fig.3 Occurrence of the principal stress axes in the Jiande tectonic period

根據(jù)表 2繪制了新路火山巖斷陷盆地建德期構(gòu)造應(yīng)力場圖(圖 4), 總體來看, 最大主壓應(yīng)力跡線是比較規(guī)則的, 顯示了NW-SE向的擠壓作用。

2.4 衢江期主應(yīng)力方向

在建德構(gòu)造層、衢江構(gòu)造層、早白堊世火山侵入巖(花崗巖、二長花崗巖)、新元古界和志留系中,測量了15個點的共軛剪節(jié)理和2個背斜的兩翼及軸面、樞紐的產(chǎn)狀(表3), 在吳氏網(wǎng)上繪制了各點的主應(yīng)力圖解(圖5)。從表3可以看出, 本區(qū)衢江期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為 201°∠9°, 中間主應(yīng)力軸(σ2)為 46°∠80°, 最小主壓應(yīng)力軸(σ1)為 290°∠4° (表3, 圖5)。衢江期的最大主壓應(yīng)力軸呈近水平的NNE-SSW向。根據(jù)表3繪制了新路火山巖斷陷盆地衢江期構(gòu)造應(yīng)力場圖(圖 6), 可以看出最大主壓應(yīng)力跡線是比較規(guī)則的, 反映了NNE-SSW向的擠壓作用。

2.5 始新世–漸新世主應(yīng)力方向

本區(qū)沒有出露古近紀的巖石。在前始新世地層和侵入巖中, 發(fā)育衢江期以后形成的、擠壓力方向明顯不同的構(gòu)造變形。依據(jù)這些構(gòu)造變形, 可以確定始新世–漸新世構(gòu)造期的應(yīng)力方向。在上方鎮(zhèn)石炭系塊狀灰?guī)r中(118°55′00.6″E, 29°09′56.3″N), 出露一條長幾百米、高約二十米、近于直立的EW向斷層,斷層面總體比較平直, 斷層破碎帶上見近 EW 向、陡立的片理化灰?guī)r薄片, 以及直徑一二十厘米的坑洞和完好的方解石晶體。對此進行分析, 可以推斷第一期NW-SE向擠壓, 發(fā)育近直立的EW向右行平移斷層; 第二期近 SN-NNE向擠壓, 使灰?guī)r片理化;第三期近 EW 向擠壓, 斷層張性活動, 形成坑洞和完好的方解石晶體。

表3 衢江期構(gòu)造應(yīng)力場測量點應(yīng)力狀態(tài)一覽表Table 3 Measurement of the Qujiang period tectonic stress field

圖5 衢江期主應(yīng)力軸產(chǎn)狀Fig.5 Occurrence of the principal stress axes in Qujiang tectonic period

在大橋塢舊采礦點黃尖組塊狀凝灰?guī)r中(118°55′00.6″E, 29°09′56.3″N), 出現(xiàn) NW 向斷層,斷層面凹凸不平, 起伏明顯, 產(chǎn)狀 40°∠70°, 可判斷是一條正斷層; 在斷層破碎帶中發(fā)育傾向 SW、傾角55°的構(gòu)造透鏡體和傾向NE、傾角70°的平直剪切破裂面。據(jù)此分析, 第一期NW-SE向擠壓, 發(fā)育NW向高角度正斷層; 第二期NNE-SSW向擠壓,斷層逆沖活動, 形成與斷層傾向相反的構(gòu)造透鏡體;第三期近 EW向擠壓, 斷層左行平移剪切活動, 結(jié)果在斷層構(gòu)造角礫巖中產(chǎn)生高角度的平直剪切破裂面。

上述第一期、第二期對應(yīng)于建德期、衢江期, 這說明在衢江期以后存在一期最大主壓應(yīng)力為近 EW向構(gòu)造應(yīng)力場。結(jié)合萬天豐(2004)研究成果, 可以推斷本區(qū)衢江期從早白堊世晚期開始, 延續(xù)到古新世末結(jié)束; 此后, 進入始新世–漸新世構(gòu)造期, 這是華南地區(qū)從始新世以來所發(fā)生的近EW向擠壓運動最明顯的構(gòu)造期。因此, 作者認為本區(qū)第三期近 EW向擠壓的時期就是始新世–漸新世構(gòu)造期。

在建德構(gòu)造層、衢江構(gòu)造層、志留系、石炭系和晚侏羅世花崗巖中, 測量了7個點的共軛剪節(jié)理和1個點的石英脈主脈、支脈的產(chǎn)狀(表4), 在吳氏網(wǎng)上繪制了各點的主應(yīng)力圖解(圖7)。從表4可以看出, 始新世–漸新世構(gòu)造期的最大主壓應(yīng)力軸呈近水平的EW 向。本區(qū)始新世–漸新世構(gòu)造期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為91°∠8°, 中間主應(yīng)力軸(σ2)為284°∠82°, 最小主壓應(yīng)力軸(σ1)為178°∠2°(表4, 圖7)。

表4 始新世–漸新世構(gòu)造期構(gòu)造應(yīng)力場測量點應(yīng)力狀態(tài)一覽表Table 4 Measurement of the Eocene-Oligocene period tectonic stress field

在始新世–漸新世, 本區(qū)和鄰區(qū)缺失沉積, 沒有巖漿活動, 未見對以往地層、侵入巖和地質(zhì)構(gòu)造的強烈改造作用, 據(jù)此可推斷始新世–漸新世構(gòu)造期的構(gòu)造活動強度相對較弱。

根據(jù)表 4繪制了新路火山巖斷陷盆地始新世–漸新世構(gòu)造期構(gòu)造應(yīng)力場圖(圖8), 雖然應(yīng)力狀態(tài)點較少, 但總體上最大主壓應(yīng)力跡線還是比較規(guī)則的,呈現(xiàn)近EW向的擠壓作用。

2.6 各期應(yīng)力活動對斷裂體系的影響

(1) 建德期斷裂活動特征

圖7 始新世–漸新世構(gòu)造期主應(yīng)力軸產(chǎn)狀Fig.7 Occurrence of the principal stress axes in the Eocene-Oligocene tectonic period

建德期 NW-SE向擠壓應(yīng)力作用一方面使老斷裂重新活動, 另一方面形成了NE向和NW向新斷裂。該期運動除在建德群中形成了NE向和NW向斷層外, 還在建德群、晚侏羅世侵入巖、潛火山巖以及古生界和南華系中, 形成一系列NW向小型正斷層、張性石英脈和方解石脈以及NE向小型逆斷層。

(2) 衢江期斷裂活動特征

衢江期構(gòu)造運動同樣在衢江群中形成新斷裂,使老斷裂重新活動。在研究區(qū)建德群、衢江群、晚侏羅世侵入巖、潛火山巖以及古生界和南華系中,衢江期構(gòu)造應(yīng)力使早期的 NE向逆斷層或擠壓帶產(chǎn)生正斷層活動, 還形成了 NE-NNE向的小型正斷層、張性破碎帶、石英脈和方解石脈。

(3) 始新世–漸新世斷裂活動特征

始新世–漸新世, 本區(qū)缺失巖石建造, 構(gòu)造活動強度較弱, 總體處于上升狀態(tài), 在近 EW 向擠壓力作用下, 一些老斷裂重新活動。根據(jù)應(yīng)力分析可以判斷, NNE向或近SN向斷裂以擠壓逆沖為主, NE向斷裂以右行平移為主, NW向斷裂主要產(chǎn)生左行平移。

3 中生代構(gòu)造演化及其對鈾成礦的控制

3.1 中生代構(gòu)造演化史

(1) 建德期構(gòu)造演化

建德期初期, 區(qū)內(nèi)處于拉張構(gòu)造環(huán)境, 在勞村組形成了一套雙峰式火山巖(顏鐵增等, 2005); 建德中期, 隨著大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)的持續(xù), 相繼形成巨厚的陸相火山–沉積巖系, 以角度不整合于中侏羅統(tǒng)或更老地層之上。建德晚期, 因古太平洋西部的伊佐奈岐板塊向北西運移(萬天豐, 2004), 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場以NW方向擠壓, 形成一系列NE-NNE向逆斷層和線型褶皺, 或者造成 NE向老斷層重新產(chǎn)生逆沖活動, 該期構(gòu)造運動又稱之為燕山運動第 I幕,在區(qū)內(nèi)斷裂活動和褶皺構(gòu)造方面留下了明顯印跡。

如在沿江山–紹興斷裂帶分布的建德群中發(fā)育一組NEE向的左行平移逆斷層; 在上方一帶, 中元古界或古生界沿走向NE、傾向NW的斷層逆沖于晚侏羅世勞村組之上; 在沐塵北東, NNE向斷裂切割了薊縣系–奧陶系、白堊系及韌性剪切帶, 切割了常山–漓渚斷裂帶; 除了NE向為主的逆斷層之外, NW向高角度的正斷層也比較發(fā)育, 如發(fā)育在大橋塢舊采礦點黃尖組塊狀凝灰?guī)r中產(chǎn)狀40°∠70°的NW向正斷層, 其斷層面凹凸不平、起伏明顯; 建德期構(gòu)造應(yīng)力還在晚侏羅世火山侵入巖、潛火山巖以及古生界和南華系中, 形成NE向小型逆斷層、NW向小型正斷層、NW向張性石英脈、傾向NW的構(gòu)造透鏡體和方解石脈以及共軛剪節(jié)理和張節(jié)理。

建德期構(gòu)造應(yīng)力相對較弱, 對早中侏羅世褶皺影響不大, 但對建德群的作用卻很明顯, 造成建德群中的地層走向、褶皺軸向主要呈NE向, 巖層傾角介于15°～30°之間。

爾后, 最大主壓應(yīng)力由NW向擠壓應(yīng)力場轉(zhuǎn)為應(yīng)力松弛狀態(tài)(王中杰等, 1989), NE-NNE向基底斷裂以正斷層形式活動, 上地幔巖漿以其為通道直接貫入淺部, 形成區(qū)內(nèi)多處發(fā)育的基性巖脈。

(2) 衢江期構(gòu)造演化

在衢江期對應(yīng)的早白堊世–古新世, 隨著燕山運動Ⅱ幕的發(fā)展, 此時除江山–紹興斷裂帶持續(xù)的拉張作用外, 同時還繼承了晚侏羅世的構(gòu)造體系,在NE、NNE、NW、EW向斷裂聯(lián)合控制作用下, 形成了金衢盆地, 先后沉積了永康群、衢江群等河湖相紅色碎屑巖夾火山巖建造, 這些新生盆地周邊大部分疊置于晚侏羅世早期或中侏羅世的盆地之上,使得永康群、衢江群紅層往往超覆不整合于建德群、磨石山群、同山群之上。同時, 各盆地相繼形成了較有特色的衢江生物群, 以恐龍、介形蟲、昆蟲、植物、輪藻等陸相生物大量繁榮為特色。至晚白堊世末期, 江山–紹興斷裂的伸展拉張作用才告終止,代之而起燕山運動Ⅲ幕的開始。

以江山–紹興斷裂帶為界, 北西側(cè)盆地基底為前震旦系–上古生界, 南東側(cè)基底主要為下白堊統(tǒng)火山–沉積巖系。從早白堊世晚期開始, 江山–紹興斷裂帶經(jīng)歷了區(qū)域伸展作用, 確切地說, 是在NNE-SSW 向區(qū)域擠壓應(yīng)力作用下, 斷裂帶發(fā)生了NNE向縮短和SEE向伸展運動, 從而形成金衢斷陷盆地。在早白堊世至晚白堊世, 金衢盆地內(nèi)沉積了巨厚的河湖相紅色碎屑巖。據(jù)估算, 金衢盆地拉張量＞2100 m, 沉降量＞5100 m(顏鐵增等, 2005)。該盆地早白堊世快速拉張與斷陷; 晚白堊世拉張與斷陷的速度減慢; 晚白堊世末期江山–紹興斷裂帶的伸展拉張作用終止; 古新世轉(zhuǎn)為地殼總體上升, 盆地逐漸干涸封閉, 造成本區(qū)缺失古新世沉積。

在東部鄰區(qū), 江山–紹興斷裂帶兩側(cè)發(fā)育大量的EW向分支斷裂, 其斷層面產(chǎn)狀170°～190°∠70°～80°, 具有壓剪–擠壓逆沖性質(zhì); 斷裂帶北西側(cè)晚侏羅世地層的分布也明顯地受到了EW向基底斷裂的控制。這些EW向構(gòu)造反映了該斷裂帶具有左行平移的基本特征。根據(jù)應(yīng)力場分析, 可以推斷在金衢盆地發(fā)育時, 江山–紹興斷裂帶還發(fā)生了左行平移運動。

除了影響江山–紹興斷裂帶等 NE向斷裂之外,衢江期構(gòu)造應(yīng)力場還控制或影響了近EW向和NW向斷裂。在江山–紹興斷裂帶南東側(cè)義烏尚陽附近,尚陽斷裂帶呈近EW走向, 長24 km, 寬2～3 km, 斷層面產(chǎn)狀 170°～190°∠50°～80°; 由 3～4條大致平行的斷裂組成, 切割了中元古界、晚侏羅世早期火山巖地層、中戴組等地層和晚侏羅世潛火山巖, 斷層面平直, 發(fā)育水平擦痕和磨擦鏡面, 斷裂帶內(nèi)發(fā)育擠壓構(gòu)造透鏡體, 顯示逆斷層活動特征。

橫山–湖鎮(zhèn)斷裂呈 NW-SE走向, 長 20 km, 寬20～200 m, 斷層面產(chǎn)狀215°～225°∠60°～70°; 斷裂切割了新元古界–白堊系, 北西段主要切割了南華系–奧陶系, 并使之右行平移, 位移距離達500～1500 m;中段大部分被掩蓋; 南東段延入金衢盆地, 切割了衢江群, 右行平移距離達3～5 km。該斷裂還切割了常山–漓渚斷裂帶和一般性 NE向斷裂, 常山–漓渚斷裂帶右行平移距離約700 m。

在本區(qū)及鄰區(qū)建德群、衢江群、前晚侏羅世火山侵入巖、潛火山巖以及南華系和古生界中, 衢江期構(gòu)造應(yīng)力還形成了NE-NNE向的正斷層、張性破碎帶、石英脈和方解石脈, 使早期的NE向逆斷層或擠壓帶產(chǎn)生正斷層活動, 發(fā)育張節(jié)理、共軛剪節(jié)理等構(gòu)造變形。

衢江期應(yīng)力場造成衢江群的構(gòu)造線方向與建德群明顯不同, 衢江群褶皺軸向呈NW-NWW向, 地層走向主要為近EW-NWW向, 巖層傾角多為10°～20°。

(3) 古近紀以來的構(gòu)造演化

古近紀, 構(gòu)造運動處于相對穩(wěn)定期, 主體運動形式是緩慢的地殼抬升, 使研究區(qū)未見古近紀的沉積, 至古近紀末, 這一抬升運動才宣告結(jié)束。

始新世–漸新世, 受該期近EW向擠壓應(yīng)力作用的影響, 先期形成的斷裂復(fù)活, 造成NE向斷裂以右行平移逆斷層的形式活動, NNE和SN向斷裂以逆沖性質(zhì)為主, 而NW向斷裂則以平移正斷層形式活動。巖漿侵入也有零星發(fā)育, 在龍游虎頭山、建德梓洲誘發(fā)少量基性–超基性巖漿的侵入。

新近紀, 研究區(qū)基本繼承了古近紀的構(gòu)造–古地理格架, 仍以地殼抬升為主, 經(jīng)受剝蝕。只是在不同時段構(gòu)造發(fā)展演化略有不同。上新世末, 研究區(qū)有一次小幅度沉降。更新世早期, 地形高差可逾1000 m, 氣候轉(zhuǎn)暖, 雨水增多, 水流作用增強, 在盆地邊緣和山麓地帶堆積了河流沉積為主的湯溪組。更新世中期,構(gòu)造運動又趨抬升, 并侵蝕、堆積了之江組紅色網(wǎng)紋狀沉積物。晚更新世, 研究區(qū)的山地丘陵經(jīng)歷了兩個堆積–侵蝕期回合后, 新構(gòu)造運動由普遍的抬升轉(zhuǎn)化為局部的下降, 在谷地山麓地帶堆積了蓮花組。全新世,由于氣候溫濕, 山地丘陵區(qū)的水流作用活躍, 河流沉積十分發(fā)育, 形成以河流相為特征的鄞江橋組。在研究區(qū)內(nèi)河流中、下游地段, 表現(xiàn)為幾次切割、堆積過程和基面的振蕩性變化, 往往形成三級堆積階地形態(tài)。

事實上, 本區(qū)最新一次構(gòu)造應(yīng)力場為近 SN向擠壓, 在研究區(qū)多處可見該應(yīng)力場形成的共軛前節(jié)理, 因該期對應(yīng)的地層大量缺失, 少量河湖相沉積中, 該期應(yīng)力測量點不明顯, 因此對其準確的時限難以確定。但毫無疑問, 這期運動對先期形成的斷裂復(fù)活是有影響的, 如大洲盆地內(nèi)近 SN向斷裂普遍存在左行平移活動, 根據(jù)地層錯位情況初步計算,平移距離在2 km左右。

3.2 構(gòu)造應(yīng)力場對本區(qū)鈾成礦的控制作用

研究區(qū)鈾礦床均定位于NE或NNE向區(qū)域性大斷裂附近(圖 1), 但斷裂本身并不含礦, 礦體賦存在與之相連通的NW向次級構(gòu)造裂隙中, 礦體的形態(tài)和規(guī)模較為嚴格地受控于這些次級斷裂的形態(tài)與規(guī)模(劉蓉蓉等, 2011)。成礦明顯分為兩期, 早期為與赤鐵礦化有關(guān)的成礦, 成礦年齡為125～115 Ma, 晚期為與金屬硫化、黑色螢石化有關(guān)的成礦, 成礦年齡為90～70.2 Ma (湯江偉, 2009; 韓效忠等, 2010), 鈾礦物類型以瀝青鈾礦為主, 鈦鈾礦為輔, 呈吸附狀附著在造巖礦物表面, 而鈾的運移主要在以碳酸根離子為主要陰離子的溶液中進行(希塔羅夫和李連杰, 1980)。

研究發(fā)現(xiàn)成礦熱液中鈾主要以鈾酰絡(luò)合離子的形式進行運移, 并在適當?shù)奈锘瘲l件下沉淀富集,二碳酸鈾酰絡(luò)合離子的分解和鈾沉淀, 需要一個相對開啟的構(gòu)造環(huán)境, 如果構(gòu)造封閉則不脫 CO2, 或過分脫 CO2時鈾皆不沉淀(方適宜等, 2009; 劉正義和劉紅旭, 2009; 劉正義等, 2011)。

建德期早、中期, 受區(qū)域拉張作用, 形成了新路火山巖盆地, 為研究區(qū)鈾成礦準備了巖性、巖體環(huán)境, 同時在火山噴發(fā)晚期富含鈾等多金屬的成礦熱液得以形成。此時, 該區(qū)最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為135°∠9°, 受最大主壓應(yīng)力為NW向的構(gòu)造應(yīng)力場控制, 區(qū)域性NE、NNE向大斷裂以逆沖活動的形式復(fù)活的同時, 形成了NW向張性活動為主的次級構(gòu)造裂隙, 為成礦準備了儲礦構(gòu)造。爾后, 隨著應(yīng)力場轉(zhuǎn)為應(yīng)力松弛狀態(tài), NE向的區(qū)域大斷裂轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài), 深部含礦流體沿大斷裂向上運移, 因大斷裂裂隙過于開放, 其本身并不具備含礦流體沉淀富集的環(huán)境, 只是起到了導礦構(gòu)造的作用, 而先期形成的NW 向構(gòu)造裂隙規(guī)模適中, 含礦流體在與大斷裂相連通的次級構(gòu)造裂隙中沉淀富集, 形成了本區(qū)早期鈾成礦(125～115 Ma)。這就說明了研究區(qū)為什么區(qū)域性大斷裂不成礦, 礦體主要位于次一級斷裂之中。

衢江期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為 201°∠9°, 研究區(qū)在 NNE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場作用下, 區(qū)域大斷裂再次處于張性斷裂為主的活動狀態(tài), 地殼進一步拉張減薄, 基性巖漿得以侵入淺部, 形成了本區(qū)較為發(fā)育的基性巖脈, 全巖 Ar-Ar法測年獲得該期基性巖脈年齡為93±3 Ma(王正其等, 2013), 并帶來了深部成礦流體, 為成礦準備了流體條件。該期構(gòu)造應(yīng)力場也使先期形成的NW向的與赤鐵礦有關(guān)的鈾礦脈發(fā)生右行剪切破碎, 為鈾成礦準備了儲礦構(gòu)造, 幔源為主(劉蓉蓉等, 2013)的成礦熱液在先期成礦的構(gòu)造裂隙中疊加富集, 形成了本區(qū)與金屬硫化、黑色螢石化有關(guān)的鈾成礦, 兩期鈾成礦疊加最終形成了該區(qū)鈾礦化類型(圖9)。

圖9 新路盆地兩期火山巖型鈾礦化疊加關(guān)系Fig.9 Superposition of the two period volcanic rock type uranium mineralization in the Xinlu Basin

衢江期之后, 本區(qū)先后發(fā)生了始新世–漸新世近EW向和新近紀近SN向的擠壓應(yīng)力作用, 但由于其強度相對較低, 加之之后沒有大規(guī)模成礦流體的形成, 這期構(gòu)造應(yīng)力場沒有形成新的鈾礦礦化, 只是對本區(qū)業(yè)以形成的鈾礦化進行了物理性剝蝕、錯斷等改造。如本區(qū)中東部的楊梅灣鈾礦床(621)只保留了礦根相, 而大橋塢鈾礦床(671)上層礦體經(jīng)受了部分剝蝕, 白鶴巖鈾礦床(670)未受后期構(gòu)造的改造(韓效忠等, 2010)。

總之, 區(qū)域大斷裂構(gòu)造開啟的期次, 決定了成礦期次, 構(gòu)造開啟的時間決定了鈾礦形成的年齡。構(gòu)造分析成為成礦預(yù)測的主要手段之一, 當然成礦是多種因素集成的結(jié)果, 離開了其他控礦因素, 單獨從構(gòu)造的角度來進行成礦預(yù)測是不夠準確的。即構(gòu)造雖然有明顯的開啟, 但沒有成礦流體的貫入是不可能成礦的, 這種構(gòu)造在礦床學界通常稱之為“干構(gòu)造”, 與能成礦構(gòu)造——“濕構(gòu)造”是相對應(yīng)的。

4 結(jié) 論

(1) 將研究區(qū)白堊紀以來的建德群、衢江群、第四系分別劃分為建德構(gòu)造層、衢江構(gòu)造層、第四系構(gòu)造層, 相應(yīng)地劃分出3個構(gòu)造期, 即: 建德期、衢江期、始新世–漸新世構(gòu)造期。

(2) 通過對各構(gòu)造層中發(fā)育的節(jié)理、裂隙測量統(tǒng)計, 恢復(fù)了各期古構(gòu)造應(yīng)力場, 發(fā)現(xiàn)各期古構(gòu)造應(yīng)力場中間主應(yīng)力軸均為近水平狀態(tài)。建德期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為135°∠9°, 主體受NW向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場控制; 衢江期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為201°∠9°, 處于NNE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場作用下; 始新世–漸新世構(gòu)造期最大主壓應(yīng)力軸(σ3)的優(yōu)選產(chǎn)狀為 91°∠8°, 主體受近 EW向的擠壓構(gòu)造應(yīng)力場控制。

(3) 構(gòu)造應(yīng)力場與鈾成礦定位耦合關(guān)系分析表明, 球川–蕭山斷裂等NE向區(qū)域大斷裂構(gòu)造開啟的期次, 決定了成礦期次, 構(gòu)造開啟的時間決定了鈾礦形成的年齡。斷裂構(gòu)造的開啟時序明顯受本區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)展演化的控制。建德期隨著NW向擠壓應(yīng)力場轉(zhuǎn)為應(yīng)力松弛狀態(tài), 區(qū)域斷裂處于開啟狀態(tài), 火山噴發(fā)期后的深部含礦流體沿區(qū)域斷裂向上運移, 形成了本區(qū)早期鈾成礦(125～115 Ma); 衢江期 NNE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場使本區(qū)區(qū)域斷裂再次開啟, 帶來了以幔源為主的成礦流體, 形成了本區(qū)第二期鈾成礦(90～70.2 Ma), 兩期鈾成礦疊加最終形成了該區(qū)鈾礦化。衢江期之后的構(gòu)造應(yīng)力場作用因缺少相應(yīng)的成礦流體, 未能形成新的鈾礦化, 只是對先期鈾成礦進行相應(yīng)的物理改造。

致謝: 中國地質(zhì)大學(北京)萬天豐教授對本文的修改提出了寶貴的意見和建議, 筆者在此表示衷心的感謝！

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Analysis of Tectonic Stress Field and its Control on Uranium Mineralization in Xinlu Volcanic Basin of Zhejiang Province

HAN Xiaozhong1, LIU Quan2, LIN Jianping3, HUI Xiaochao2, JIN Miaozhang4, DU Jianghao4and TANG Jiangwei4
(1. Special Technology Exploration Center of China National Administration of Coal Geology (China Coal Geology Engineering Corporation), Beijing Geological Survey Branch Company, Beijing 100040, China; 2. Beijing Research Institute of Uranium Geosciences, Beijing 100029, China; 3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 4. Geological Party No.269, Nuclear Geological Bureau, Jinhua 321000, Zhejiang, China)

Analysis of tectonic factors is one of the bases for metallogenic research. Based on measurement of conjugate shear joints and folds developed in each paleotectonic layer, the paleotectonic stress fields since Cretaceous in each period have been recovered. It is found that the intermediate principal stress axes of these paleotectonic stress fields are all nearly horizontal. The direction of the maximum principal stress is NW trending in the Jiande age, NNE trending in the Qujiang age and nearly EW trending from Eocene to Oligocene. It is showed that the period and stage of uranium mineralization are determined by the period and stage of extension of the NE trending regional large faults, such as the Qiuchuan-Xiaoshan fault, whose extensional subsequence is controlled significantly by the evolution of paleotectonic stress field. In the late Jiande age, with the NW trending compressional stress field converted to relaxed state, regional faults were changed from the original thrust faults to tensional faults, and the early stage uranium mineralization (125 - 115 Ma) was related to migration of ore-bearing fluid along the deep fault subsequent to volcanic eruption. In the Qujiang age, the deep faults were extended again due to NNE trending compressional tectonic stress field, which supplied channel ways for the late stage uranium mineralization (90 - 70.2 Ma). Eventually, the uranium mineralization in this area is result of two stages of superimposition.

tectonic stress field; extended structures; uranium mineralization; volcanic rock; Quzhou in Zhejiang province

P542

A

1001-1552(2016)06-1107-016

2014-05-15; 改回日期: 2014-10-14

項目資助: 中國地質(zhì)調(diào)查局項目“我國主要盆地煤鈾等多礦種綜合調(diào)查評價”(資[2014]01-030-004)和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃) (2012AA061801)聯(lián)合資助。

韓效忠(1973–), 男, 博士, 高級工程師, 主要從事構(gòu)造地質(zhì)學和礦床學研究。Email: geohxz@163.com