吳迪 劉永江 李偉民 常瑞虹

1. 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 長春 1300612. 中核北方鈾業(yè)有限公司, 葫蘆島 1250003. 深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心, 海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國海洋大學(xué)海洋高等研究院和海洋地球科學(xué)學(xué)院, 青島2661004. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室, 海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室, 青島 266100

韌性剪切帶是巖石在塑性狀態(tài)下發(fā)生連續(xù)變形的狹窄高剪切線狀應(yīng)變帶，是地殼中深層次的主要構(gòu)造類型。韌性剪切變形作用控制和影響地殼的形成和演化，是研究地殼深部構(gòu)造變形機(jī)制及變形環(huán)境的重要對(duì)象，受到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注(鄭亞東和常志忠，1985；許志琴和崔軍文，1996；蔡學(xué)林等，2008；Montési，2013)。20世紀(jì)70年代，Ramsay and Graham(1970)分析了韌性剪切帶的形成機(jī)制，隨后開始了包括幾何學(xué)、動(dòng)力學(xué)等方面的研究；Sibson(1977)和Ramsay(1980)發(fā)表了韌性剪切帶的經(jīng)典論著，為之后的研究奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)為剪切帶內(nèi)部變形機(jī)制的研究，如對(duì)韌性剪切帶的塑性變形及旋轉(zhuǎn)應(yīng)變特征(許志琴，1984a, b；何永年等，1988)、在不同條件下形成糜棱巖的顯微和宏觀構(gòu)造特征(孫巖等，1986)、韌性剪切帶形成過程中細(xì)顆粒物質(zhì)沿剪切面方向形成的顯微分層現(xiàn)象(劉瑞珣，1988)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。20世紀(jì)90年代，對(duì)韌性剪切帶的研究更為深入和成熟，包括對(duì)韌性剪切和脆-韌性轉(zhuǎn)換變形過程中巖石變形的問題(林傳勇等，1992)、韌性剪切帶內(nèi)巖石化學(xué)組分變化和蝕變巖分帶以及剪切帶構(gòu)造巖分帶(韋星林，1996)、韌性剪切帶內(nèi)宏觀構(gòu)造特征和顯微構(gòu)造特征的描述(萬昌林，1997；舒良樹等，1998)、糜棱巖礦物組構(gòu)以及形成機(jī)制(顧德林等，1998)等的研究。21世紀(jì)以來，隨著研究手段的增多，特別是磁組構(gòu)測量、X巖組分析、 EBSD測量以及三維應(yīng)變分析等新方法的應(yīng)用，人們對(duì)韌性剪切帶的研究也從傳統(tǒng)的野外構(gòu)造變形觀測為主過渡到更加側(cè)重室內(nèi)顯微構(gòu)造的分析，經(jīng)歷了從定性到定量研究的發(fā)展過程(肖勇，2001；李曉峰等，2007；王春增等，2009；張雪峰，2015；董浩強(qiáng)，2018)。

韌性剪切變形作用作為一種重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形式，對(duì)于礦床形成及演化具有十分重要的影響。韌性剪切帶型金礦是一種重要的金礦類型，其與韌性剪切帶的形成和演化密切相關(guān)(Boyle，1979；Bonnemaison and Marcoux,1990；段嘉瑞等, 1992；劉繼順，1996；董浩強(qiáng)，2018)。韌性剪切變形作用不僅有利于成礦元素的遷移富集，還為金礦的富集沉淀提供了容礦空間(陳柏林等，1999；楊曉勇，2005；Kolb，2008；Zengetal., 2014, 2020；楊鑫朋等，2015)。30余年來，韌性剪切帶型金礦研究取得了重大進(jìn)展，Roberts(1987)根據(jù)里德爾剪破裂理論創(chuàng)立了包括R型、R′型、T型、D型和P型五種類型的韌性剪切帶含礦裂隙系統(tǒng)；Sibsonetal.(1988)和 Boullier and Robert(1992)共同建立了斷層閥模式，即金礦形成于脆-韌性轉(zhuǎn)換帶位置，流體從韌性帶到脆性帶時(shí)，壓力的突然降低使礦物沉淀成礦。Bonnemaison and Marcoux(1990)提出了剪切帶金礦化的三階段成礦理論，包括早期含金硫化物形成階段，中期金呈礦物形式出現(xiàn)階段以及晚期塊金形成階段；陳柏林等(1999，2002)認(rèn)為剪切帶型金礦床具有成礦作用晚于韌性剪切帶形成時(shí)代、空間分布規(guī)模各異、成礦物質(zhì)來源難以區(qū)別、韌性變形強(qiáng)度越強(qiáng)金元素含量越少等特征。汪勁草等(2020)認(rèn)為構(gòu)造作用與成礦作用具有階段性與脈動(dòng)性，其演化具有遞進(jìn)性與不可逆性，提出韌性剪切帶型金礦三階段構(gòu)造-成礦演化模式。

韌性剪切作用與鈾礦化關(guān)系也十分緊密。在造山帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換環(huán)境下，鈾元素的活化、遷移和沉淀過程與脆-韌性剪切帶緊密相關(guān)(韋昌山和翟裕生，1996; Yanetal.，2003a, b; Qiuetal.，2018)。在空間關(guān)系上，如納米比亞斯瓦科普蒙德地區(qū)含鈾花崗巖體受NE向韌性剪切帶控制(聶江濤等，2013)，鈾礦體受與韌性剪切帶有關(guān)的混合巖控制(尹明輝等，2019)。在成因方面，多位學(xué)者探討了剪切應(yīng)變背景下巖石組分活化、轉(zhuǎn)移與應(yīng)力、應(yīng)變的成因聯(lián)系，并建立了鈾成礦模式(孫巖等，2001；楊曉勇，2005；王正其等，2010；李建波等，2012；梁良等，2019；陳峰等，2019)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

遼吉古元古活動(dòng)帶位于華北克拉通東北部, 帶內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富, 目前發(fā)現(xiàn)有鈾、金、銀、鐵、銅、鉛、鋅、鈷等金屬礦以及硼礦、菱鎂礦、岫玉和滑石礦等非金屬礦產(chǎn), 區(qū)域成礦作用可能與裂谷演化關(guān)系密切(陳榮度, 1984, 1990; 李三忠等, 1996, 1998, 2001; 翟安民等, 2005; 宋建潮, 2011; 周永恒等, 2011; 董存杰, 2012; 張朋等, 2016)。值得關(guān)注的是, 遼東地區(qū)是中國最古老鈾礦床(點(diǎn))集中分布區(qū)和很好的潛在鈾成礦省(夏毓亮和韓軍, 2008)。目前在遼東發(fā)現(xiàn)的鈾礦床主要產(chǎn)于連山關(guān)地區(qū), 對(duì)于該區(qū)鈾礦床成因, 不同學(xué)者持有不同的觀點(diǎn)，包括：沉積變質(zhì)-熱液改造型(郭智添, 1982, 1986; 鐘家蓉, 1983; 劉德正, 1990)、堿交代熱液脈型(王駒和杜樂天, 1988; 劉正義等, 2019)、熱液脈狀充填型(張家富, 1990; 張家富和徐國慶, 1994)、混合巖化熱液脈型(連立祥, 1989; 楊福鵬, 2010; 佟國元等, 2012)、不整合脈型(董春林和薛樹桐, 1992; 張振強(qiáng)和曲先良, 2001)、重熔混合熱液型(莊廷新, 2009(1)莊廷新. 2009. 連山關(guān)地區(qū)前寒武紀(jì)構(gòu)造演化特征及與鈾礦化的關(guān)系. 沈陽: 核工業(yè)240研究所; 吳迪等, 2013, 2017)和構(gòu)造熱液型(張小勇等, 2015; 郭春影等, 2018)等觀點(diǎn)。

近幾年，隨著連山關(guān)地區(qū)鈾礦勘查進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)已知鈾礦床(點(diǎn))均分布在連山關(guān)花崗雜巖體與遼河群接觸帶附近，受韌性剪切帶控制，前人對(duì)連山關(guān)地區(qū)鈾礦成因、年代學(xué)、地球化學(xué)都做了大量的研究工作，但構(gòu)造控礦規(guī)律仍不清楚，特別是剪切帶控礦缺少深入、細(xì)致的研究工作，導(dǎo)致對(duì)區(qū)域成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)不深入。鑒于此，本文以連山關(guān)巖體周緣韌性剪切帶為研究對(duì)象，探討其運(yùn)動(dòng)學(xué)、幾何學(xué)構(gòu)造變形機(jī)制及與鈾成礦的關(guān)系，進(jìn)而填補(bǔ)前人研究的薄弱環(huán)節(jié)，以期完善本區(qū)鈾成礦模式，對(duì)今后該區(qū)鈾礦找礦工作提出新的思路。

圖2 連山關(guān)巖體西緣不整合接觸關(guān)系及構(gòu)造剖面圖

1 地質(zhì)背景

華北克拉通作為地球上最古老的克拉通之一，擁有38億年的演化歷史，與其它克拉通相比，其構(gòu)造演化更加復(fù)雜，幾乎記錄了地球早期演化過程中所有的重大構(gòu)造事件，包括陸殼形成與增生、板塊構(gòu)造初始活動(dòng)、超大陸聚合與裂解以及全球大氧化事件(Liuetal.，1992, 2008, 2017；Songetal.，1996；翟明國，2010, 2011, 2019)。膠-遼-吉活動(dòng)帶位于華北克拉通東北部，目前對(duì)其大地構(gòu)造屬性還存在著諸多爭議(張秋生和楊振升，1988；李三忠等, 1997；郝德峰等, 2004；Lietal., 2006; Li and Zhao，2007；Luoetal.，2008；秦亞等，2014；劉福來等，2015；陳斌等，2016; Liuetal., 2018, 2020；沈保豐等，2020)。張秋生(1987)將膠-遼-吉活動(dòng)帶劃分為“兩塊一帶”，即北部龍崗地塊、南部的狼林地塊和兩者之間的遼吉古元古裂谷帶(圖1a)。

研究區(qū)位于遼吉古元古代裂谷帶北緣，主體構(gòu)造格架為一軸向北西西向的短軸背斜，核部為太古宙混合花崗雜巖體，翼部為古元古界遼河群沉積變質(zhì)巖系所覆(圖1b)。區(qū)內(nèi)主要出露太古宙結(jié)晶基底、太古宇鞍山群和古元古界遼河群沉積變質(zhì)巖系，同時(shí)伴有少量的古元古代基性巖墻群。其中，鞍山群呈殘留體賦存于混合花崗雜巖體中，區(qū)內(nèi)僅有茨溝組及大峪溝組分布；遼河群在區(qū)內(nèi)分布廣泛、出露完整、韻律明顯，構(gòu)成一巨大沉積旋回，共出露5個(gè)巖組，從下往上依次為：浪子山組，為碎屑巖-黏土質(zhì)巖建造；里爾峪組，為酸性巖-火山巖建造；高家峪組，為黏土質(zhì)-半黏土質(zhì)建造及碳酸鹽建造；大石橋組，為碳酸鹽建造；蓋縣組，為碎屑巖建造。

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，包括脆性斷裂和韌性剪切帶，前者主要有NW向、近EW向斷裂組與NE向、NNE向斷裂組，發(fā)育在遼河群及巖體接觸帶附近；后者主要發(fā)育在連山關(guān)巖體南帶與遼河群不整合面，呈現(xiàn)糜棱巖、片理化帶。研究區(qū)侵入巖主要包括太古宙和古元古代兩個(gè)演化時(shí)期。太古宙巖體以連山關(guān)混合花崗雜巖體為代表，該混合花崗雜巖體西起弓長嶺、東至草河城，呈近東西向分布，巖體長40km，寬7～10km，面積約320km2，構(gòu)成連山關(guān)復(fù)背斜的軸部；雜巖體主體由紅色鉀質(zhì)混合花崗巖組成，其間有少量早期鈉質(zhì)花崗片麻巖殘留體，并大量分布太古宙鞍山群殘留體，邊部分布白色重熔混合巖(吳迪等，2013, 2017)；背斜核部連山關(guān)巖體平均含鈾量為6×10-6～8×10-6，是遼東地區(qū)主要鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)之一(郭智添，1982；莊廷新，2009；吳迪等，2013)。古元古代侵入體主要為基性巖，走向與韌性剪切帶一致，呈北西向展布于遼河群中，巖性多為輝長巖、輝綠巖，以層狀或脈狀形態(tài)產(chǎn)出，經(jīng)歷了區(qū)域變質(zhì)作用(盧天驕，2019；劉杰勛，2019；許王，2019；薛吉祥等，2020)。

2 韌性剪切帶變形特征

2.1 宏觀變形特征

2.1.1 連山關(guān)花崗巖體構(gòu)造變形特征

連山關(guān)巖體周緣均發(fā)育不同程度的韌性剪切帶，巖體南緣和東北緣剪切變形發(fā)育，東、西兩端構(gòu)造變形相對(duì)較弱，北側(cè)被新元古界地層覆蓋(圖1)。巖體南緣韌性剪切帶呈NWW向展布，長37km、寬1.5km，總體表現(xiàn)為強(qiáng)弱不同的變形特征，既發(fā)育擠壓褶皺又發(fā)育右行走滑剪切變形，從西到東與遼河群浪子山組地層的接觸關(guān)系均為構(gòu)造接觸，原始的沉積不整合接觸關(guān)系幾乎被改造消失，取而代之的是強(qiáng)烈的韌性剪切變形帶(常瑞虹等，2017)，僅在巖體的西緣變形較弱的區(qū)域內(nèi)，還能見有代表不整合關(guān)系的底礫巖存在。關(guān)于韌性剪切帶的變形特點(diǎn)詳細(xì)描述如下。

巖體西緣 連山關(guān)巖體和上部遼河群之間變形非常弱，保留有很好的原生構(gòu)造，在三道嶺(圖1b①處)見連山關(guān)巖體與上覆浪子山組底部石英砂巖之間的沉積不整合接觸關(guān)系。從下向上依次出現(xiàn)新太古代花崗巖，其中發(fā)育有一些小型石英脈，這些脈體被不整合面截?cái)?；向上出現(xiàn)礫巖，礫石為花崗質(zhì)；再向上出現(xiàn)石英巖，其中含有很多大塊花崗巖礫石，呈棱角狀(圖2a)。這一完整的接觸關(guān)系保留完好，沒有遭受后期的構(gòu)造改造，說明下伏連山關(guān)花崗巖為遼河群的沉積基底。

后期的構(gòu)造變形主要發(fā)育在不整合面之上的浪子山組片巖中，這主要是因?yàn)榻佑|帶以花崗質(zhì)砂礫巖為主，能干性強(qiáng)，在后期變形中不容易發(fā)生滑動(dòng)；而上面的片巖比較軟，能干性弱，易于發(fā)生構(gòu)造變形。在浪子山片巖中發(fā)育有順層剪切變形，剪切面傾角一般為45°～55°之間，根據(jù)擠壓透鏡體和眼球構(gòu)造的排列形式，可以確定其剪切滑動(dòng)方向指向北西(圖2b)，整體反映連山關(guān)巖體隆升，上覆浪子山組地層向北西一側(cè)滑脫的變形特征。

巖體南緣 構(gòu)造變形比較強(qiáng)烈，既有擠壓褶皺又發(fā)育右行走滑剪切變形。巖體南緣從西到東與遼河群浪子山組地層的接觸關(guān)系都為構(gòu)造接觸，原始的沉積不整合接觸關(guān)系已經(jīng)被改造消失，取而代之的是強(qiáng)烈的韌性剪切變形帶。從接觸帶產(chǎn)狀上看韌性剪切帶的西段產(chǎn)狀相對(duì)較緩，為200°～225°∠35°～55°；中段產(chǎn)狀變陡，為162°～190°∠65°～88°；東段產(chǎn)狀又相對(duì)變緩，約為150°～158°∠30°～50°(圖1b)，這說明巖體南緣東西兩端和中部相比變形相對(duì)較弱，反映南緣中部遭受的來自南部的擠壓應(yīng)力相對(duì)較強(qiáng)，使接觸帶和上覆遼河群地層都發(fā)生褶皺變形，南緣中部(圖1b②處)產(chǎn)狀近直立，同時(shí)伴有強(qiáng)烈的右行走滑剪切變形(圖3a, b)。在南緣東段(圖1b③處)接觸帶產(chǎn)狀很緩，傾角一般在30°～35°之間。發(fā)育順層滑動(dòng)剪切變形，滑動(dòng)方向?yàn)镾E，反映花崗巖體相對(duì)隆起，上覆遼河群地層向外側(cè)滑動(dòng)剪切的變形特征(圖3c, d)。右行剪切變形總體上表現(xiàn)為右行斜滑移，以右行走滑分量為主，同時(shí)表現(xiàn)出一定的逆沖分量，浪子山片巖中常常形成軸向與南緣剪切帶斜交的NE、NEE向的小型“裙邊”褶皺。

圖3 連山關(guān)巖體南緣變形特征

巖體東緣 構(gòu)造變形相對(duì)較弱。張堡村北側(cè)(圖1b④處)，重熔混合巖顯示韌性剪切變形所形成的片麻理和礦物拉伸線理。片麻理產(chǎn)狀150°～175°∠47°～61°，礦物拉伸線理產(chǎn)狀105°∠45°。在局部相對(duì)剛性的塊體內(nèi)仍保留了碎屑結(jié)構(gòu)，可見花崗質(zhì)碎屑團(tuán)塊的透鏡體，透鏡體受剪切變形旋轉(zhuǎn)拉長，指示了向E的正滑構(gòu)造(圖4)，總體反映了連山關(guān)花崗巖體隆起，上覆遼河群浪子山組地層向下滑動(dòng)剪切的變形特征。

表1 連山關(guān)巖體南緣韌性剪切帶內(nèi)典型變形樣品顯微組構(gòu)特點(diǎn)

圖4 連山關(guān)巖體東緣順層滑動(dòng)剪切變形(位置見圖1b④處)

2.1.2 遼河群浪子山組構(gòu)造變形特征

浪子山組位于遼河群最下部，與連山關(guān)花崗巖為韌性滑脫接觸。在宏觀尺度上，可見寬緩斜歪褶皺，軸向主要為NE或NEE向，形成于NW-SE向的區(qū)域性壓扭性應(yīng)力作用；在大北溝村(圖1b⑤處)發(fā)現(xiàn)浪子山組片巖發(fā)育典型的褶曲變形，小尺度的緊閉褶皺及與其相關(guān)的軸面片理，片理置換強(qiáng)烈(圖5a)；局部還發(fā)育有小尺度的層間韌性剪切帶(圖5b)。在三道嶺處(圖1b①處)發(fā)現(xiàn)浪子山組中花崗質(zhì)巖脈拉伸變形，具有典型右行剪切特征(圖5c)。

圖5 浪子山組變形特征

2.2 微觀變形特征

連山關(guān)巖體南緣韌性剪切帶內(nèi)典型的強(qiáng)變形巖石樣品(采樣點(diǎn)見圖1b)的礦物組合主要包括石英、長石、白云母和黑云母，偶見有少量石榴子石發(fā)育(表1、圖6)。礦物的顯微變形代表了典型的糜棱巖組構(gòu)特征，主要表現(xiàn)在：石英呈明顯的波狀消光，主要發(fā)育膨凸重結(jié)晶-亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶特點(diǎn)(圖6a, b)，其S-C組構(gòu)及旋轉(zhuǎn)殘斑均指示其剪切指向?yàn)橛倚屑羟?。長石多為堿長石，表面粗糙，具格子狀雙晶。長石礦物拉長不明顯，取而代之的是單個(gè)礦物常發(fā)生破裂。二類云母定向明顯，組成了巖石中主體片理(圖6c, d)。然而，剪切帶內(nèi)相對(duì)弱變形巖石中，黑云母定向不明顯，呈弱片麻狀構(gòu)造，礦物拉長定向較弱。石英發(fā)育帶狀消光，扭折彎曲，膨凸重結(jié)晶等顯微構(gòu)造，具有初糜棱巖結(jié)構(gòu)特征(圖6e, f)。

圖6 研究區(qū)典型樣品顯微照片

3 有限應(yīng)變測量

3.1 分析方法

為確定連山關(guān)地區(qū)韌性剪切帶的構(gòu)造變形特征，本次研究選取了剪切帶內(nèi)不同部位巖石作為研究對(duì)象(采樣點(diǎn)見圖1b)，所選樣品變形程度不同(圖7)。本文選用Fry法和慣量橢圓法進(jìn)行有限應(yīng)變測量。

Fry法 首先對(duì)研究區(qū)巖石根據(jù)拉伸線理和面理兩個(gè)主應(yīng)變面，切制定向探針薄片(平行拉伸線理和垂直糜棱面理作為XZ面和平行面理為XY面)，然后選取兩個(gè)薄片分別進(jìn)行應(yīng)變測量。因本區(qū)巖石中石英含量高，粒徑分布較均勻，故選擇糜棱巖樣品中普遍塑性拉長的石英或者石英集合體作為應(yīng)變標(biāo)志體。有限應(yīng)變分析，對(duì)于每一個(gè)定向樣品兩個(gè)應(yīng)變面(XZ面和YZ面)上分別測量石英標(biāo)志體數(shù)目不少于50個(gè)，在顯微鏡下采集照片，在CorelDRAW 軟件中對(duì)整個(gè)視域中的石英顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(韓陽光等，2015)(圖8)。

慣量橢圓法 首先對(duì)野外定向標(biāo)本進(jìn)行切片處理后，在定向切片上觀察變形較好的石英顆粒的種類及特征，并拍照采集相關(guān)圖像資料；然后在有限應(yīng)變自動(dòng)分析軟件Straindesk的操作平臺(tái)上進(jìn)行測量(李志勇和曾佐勛，2006)。首先通過薄片顯微照片提取變形石英顆粒邊界，然后由Straindesk軟件對(duì)任意形狀石英顆粒邊界進(jìn)行模擬得到每個(gè)顆粒的應(yīng)變橢圓和其有限應(yīng)變值，最后，統(tǒng)計(jì)分析已提取的所有石英顆粒，綜合后得到該巖石的三維有限應(yīng)變值(圖9)。

3.2 分析結(jié)果

本次研究中對(duì)7-1、18-1和21-1等3個(gè)樣品開展了有限應(yīng)變測量，為增加實(shí)現(xiàn)結(jié)果的精確性，每組薄片中都盡可能的選擇50個(gè)石英顆粒以上。不同測量方法經(jīng)不同計(jì)算方法后，可得出以下測量數(shù)據(jù)(X/Y值通過換算可得)，結(jié)果較為理想，F(xiàn)ry法和慣量橢圓法測量結(jié)果都比較集中，且較為一致(表2)，反映測量結(jié)果比較接近真實(shí)應(yīng)變水平。

將上述測量數(shù)據(jù)利用Flinn圖解(圖10)進(jìn)行判別，得出研究區(qū)應(yīng)變類型為壓扁應(yīng)變，K值在0.19～0.69之間，巖石類型表現(xiàn)為S/SL型構(gòu)造巖，屬于一般壓縮-平面應(yīng)變范圍。可見，研究區(qū)韌性剪切帶內(nèi)礦物顆粒經(jīng)歷了壓縮應(yīng)變，結(jié)合區(qū)域右旋剪切背景，可以認(rèn)為巖石在剪切力作用下發(fā)生右行剪切作用變形，發(fā)生定向壓扁。因此，綜合分析結(jié)果，我們認(rèn)為靠近連山關(guān)巖體的樣品，處于巖漿核雜巖的頂部(圖11)，當(dāng)巖體隆升過程中，對(duì)上覆巖體存在向上擠壓作用，巖石應(yīng)變類型以壓扁應(yīng)變?yōu)橹?，而處于巖漿核雜巖邊部則以拉長應(yīng)變?yōu)橹?李建波，2010)。

表2 連山關(guān)地區(qū)樣品有限應(yīng)變測量數(shù)據(jù)

圖8 Fry法有限應(yīng)變測量圖

4 典型鈾礦特征

4.1 連山關(guān)鈾礦

連山關(guān)鈾礦(3075)位于連山關(guān)巖體南緣與遼河群接觸帶的中部(圖1b)，四道溝至樟木之間，礦床面積0.25km2。鈾礦受北東走向的小背斜控制，該背斜軸長120～140m，高60～80m，兩翼寬度120m，標(biāo)高180～260m；背斜由浪子山巖組一段石英巖、云母石英片巖組成，核部被重熔混合巖充填，北東仰起，南西傾伏。礦床中礦體均為隱伏盲礦體，分別產(chǎn)于背斜兩翼，背斜軸部和背斜轉(zhuǎn)折端，主礦體傾向有150°和330°兩個(gè)方向，走向約60°，傾角60°～80°。在平面上礦體賦存于韌性剪切帶內(nèi)的北東-北東東向張性斷裂中，分布在160×80m的空間內(nèi)，由北西向南東雁行排列(圖12a)。在剖面上背斜兩翼礦體傾向相反，背斜軸部礦體陡立，轉(zhuǎn)折端礦體傾向南西?？傮w上礦體頂部收斂，下部撒開，中間直立，在剖面上局部呈“個(gè)”字型，主要礦體均分布在剪切帶內(nèi)重熔混合巖之中(圖12b)。

4.2 黃溝鈾礦

黃溝鈾礦位于連山關(guān)鈾礦東南約1km處(圖1b)，圍巖為重熔混合巖，向連山關(guān)花崗巖體內(nèi)部漸變過渡，礦體逐漸變薄，品位變低至尖滅。礦床中礦體均為隱伏盲礦體，呈細(xì)脈狀、透鏡狀、魚群狀分布，厚度一般為1.0～4.0m；礦體走向集中在60°～75°，傾向南東，傾角60°～80°。在平面上礦體分布在東西長約600m、南北寬約500m的范圍內(nèi)，自北西向南東雁行排列并向南西側(cè)伏，主要賦存于韌性剪切帶內(nèi)及其與巖體接觸部位(圖13a)。在剖面上分布于韌性剪切帶內(nèi)重熔混合巖異常增厚及形態(tài)變化部位，大多數(shù)礦體集中在標(biāo)高0～200m空間內(nèi)(圖13b)。

圖9 慣量橢圓法有限應(yīng)變測量圖

圖10 Flinn有限應(yīng)變判別圖

5 討論

5.1 構(gòu)造變形期次

通過對(duì)剪切帶內(nèi)巖石進(jìn)行宏觀及微觀變形特征分析，并總結(jié)了前人的研究成果(張秋生和楊振升，1988；李三忠等，1996，1997；劉永江等，1997；郝德峰等，2004)，認(rèn)為研究區(qū)總體上遭受三期主要構(gòu)造變形改造。第一期構(gòu)造變形主要由于區(qū)域伸展連山關(guān)巖體的隆升(裂谷期伸展背景下，張秋生和楊振升，1988)，遼河群向連山關(guān)巖體的四周順層滑脫，在遼河群內(nèi)部表現(xiàn)為平行原始層理的順層滑脫剪切變形，形成間隔性分布的順層剪切帶(S1)和期間夾持的層內(nèi)流褶帶，在流褶帶內(nèi)原始的S0發(fā)生緊閉的剪切褶皺，大部分被新生片理S1所置換，所以露頭區(qū)所見到的面狀組構(gòu)一般為S0//S1，只有在變形弱的地區(qū)見有S0。這期變形為透入性的變形，在遼河群地層中普遍發(fā)育。第二期構(gòu)造變形表現(xiàn)為近SN的擠壓構(gòu)造(裂谷收縮期)，使原來的面理(S0//S1)形成北西向展布的褶皺，同時(shí)，在連山關(guān)花崗巖體南緣與遼河群接觸帶部位發(fā)生強(qiáng)烈的右行韌性剪切變形并伴有一些小型的呈北東和北東東向展布的褶皺。第三期為晚期擠壓脆性變形，應(yīng)力場方向可能為近東西向擠壓，形成北東東和北西兩組脆性斷裂構(gòu)造。

通過對(duì)連山關(guān)巖體周緣(圖1)，尤其是南緣接觸帶產(chǎn)狀傾角大小的分析可以看出，南緣中部產(chǎn)狀很陡，說明南北向的擠壓應(yīng)力主要來自南部，由南向北的強(qiáng)烈擠壓造成第二期的擠壓變形和伴隨的邊緣右行走滑變形。同時(shí)，連山關(guān)巖體總體發(fā)生擠壓隆起，形成由巖體邊緣向四周外側(cè)的隆升滑脫構(gòu)造。

5.2 韌性剪切帶和鈾礦的關(guān)系

韌性剪切變形作用作為一種重要的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形式，對(duì)于礦床的預(yù)富集、形成及演化產(chǎn)生了十分重要的影響。連山關(guān)巖體及其上部遼河群的年代學(xué)研究以及構(gòu)造背景分析，確定了該地區(qū)遼河群底部與太古宙花崗巖之間存在大型韌性剪切帶(劉永江等，1997)；其形成于古元古代早期滑脫和晚期擠壓背景下，同時(shí)伴隨著遼河群的變形變質(zhì)作用和巖體的局部重熔(李三忠等，1998；吳迪等，2013；常瑞虹等，2017)。連山關(guān)地區(qū)鈾礦空間的分布受北西向韌性剪切帶控制，鈾礦體定位于剪切帶次級(jí)裂隙之中。

5.2.1 一級(jí)控礦構(gòu)造：韌性剪切帶

圖12 連山關(guān)鈾礦床220m中段平面圖(a)及剖面示意圖(b)(據(jù)莊廷新，2009修改)

圖11 連山關(guān)巖體周緣韌性剪切帶成因模式及不同部位應(yīng)變類型

韌性剪切帶分布在連山關(guān)巖體與遼河群地層接觸部位，呈狹長帶狀展布，主要發(fā)育在連山關(guān)巖體南緣和東北緣，剪切變形強(qiáng)烈，沿著周緣剪切帶分布一系列礦床(點(diǎn))，如巖體南緣的連山關(guān)、黃溝、170、256、259、258、206等(圖1b)。因此，連山關(guān)巖體周緣的韌性剪切帶(包括遼河群底部浪子山組下部和連山關(guān)巖體頂部)為鈾礦的一級(jí)控礦構(gòu)造。鈾礦化與韌性剪切帶強(qiáng)烈相關(guān)，已知的礦床都產(chǎn)于連山關(guān)巖體的周緣剪切帶內(nèi)，這說明剪切帶構(gòu)造變形是鈾礦富集的一個(gè)重要機(jī)制，韌性剪切變形中熱液活動(dòng)可能導(dǎo)致鈾礦化富集，或者剪切帶為深部來源的成礦熱液提供了上升通道和鈾絡(luò)合物遷移、富集的通道。

5.2.2 二級(jí)控礦構(gòu)造：脆性斷裂帶

圖13 黃溝鈾礦床160m中段平面圖(a)及剖面示意圖(b)

區(qū)域性斷裂構(gòu)造對(duì)鈾成礦有重要的控制作用，鈾礦化受北西向韌性剪切帶所控制，而鈾礦床則定位于北西向與北東東向斷裂的交匯部位。如連山關(guān)鈾礦，礦體群受北東向壓性入字型背斜構(gòu)造所控制，而礦體則受沿小型背斜的軸向斷裂構(gòu)造所控制(圖12a, b)。對(duì)連山關(guān)鈾礦含礦裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，規(guī)模較大的斷裂有6條，均屬次級(jí)斷裂。NEE向含礦斷裂在260m、220m中段極為發(fā)育，從斷裂面極點(diǎn)等密圖(圖14a)可以看出，極點(diǎn)對(duì)應(yīng)集中于北西-南東方向，通過對(duì)連山關(guān)鈾礦坑道內(nèi)47個(gè)脆性破裂構(gòu)造赤平投影圖(圖14b)的產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析表明，晚期的脆性破裂主要以北西和北東東向?yàn)橹?，其中以北東東向的破裂面與鈾礦體的定位更為密切。含礦斷裂組走向NE55°～70°，傾向南東或北西，傾角多在60°～80°之間，總體向南收斂，北東撒開，長度一般80～100m。該組斷裂是主要控礦構(gòu)造，瀝青鈾礦脈充填其中。

圖14 連山關(guān)鈾礦260m中段斷裂面極點(diǎn)等密圖(a)及節(jié)理/斷層赤平投影圖(b)

5.3 鈾成礦模式

連山關(guān)巖體與上覆遼河群地層間存在明顯的沉積不整合接觸關(guān)系，發(fā)育有新太古代基底巖石的古老風(fēng)化殼。沿著不整合界面發(fā)育的韌性剪切作用使大部分古風(fēng)化殼遭受改造。區(qū)域地質(zhì)背景、賦礦圍巖、圍巖蝕變、礦石的地質(zhì)特征和地球化學(xué)特征顯示，連山關(guān)鈾礦的鈾源應(yīng)主要來自于古老的風(fēng)化殼(吳迪等，2017)。區(qū)內(nèi)含鈾較高的太古代變質(zhì)巖和花崗巖基底，經(jīng)長期風(fēng)化剝燭，鈾被析離出來，在氧化環(huán)境下，正六價(jià)的鈾以絡(luò)合物的形式由流水?dāng)y帶，同碎屑礦物一起搬運(yùn)沉積到地勢相對(duì)低洼的位置，被泥質(zhì)、鐵質(zhì)、有機(jī)質(zhì)吸附從而形成古元古界底部含鈾層，完成鈾的初步預(yù)富集(圖15a)。古元古代晚期由于第二期南北向的強(qiáng)烈擠壓作用，在連山關(guān)巖體南緣與遼河群地層原沉積不整合接觸帶部位發(fā)生了右行韌性剪切作用，來自深部的富堿熱液使巖石發(fā)生了局部重熔和堿交代作用，形成了韌性剪切變形帶中的重熔混合巖，在此過程中富堿熱液通過堿交代使巖體中的活動(dòng)鈾隨著熱液的運(yùn)移在局部發(fā)生了進(jìn)一步富集(圖15b)。

圖15 連山關(guān)鈾礦成礦模式圖

第三期近東西向的擠壓作用，形成了一些北西、北東東向斷裂構(gòu)造，這些斷裂與不整合面及其中發(fā)育的韌性剪切帶的交匯部位，構(gòu)成理想的高滲透帶，可提供良好的導(dǎo)礦通道和儲(chǔ)礦空間。同時(shí)基性巖墻(鋯石U-Pb年齡～1.8Ga，王惠初等，2011)帶來的地幔流體沿剪切裂隙上涌，為成礦提供了礦化劑和熱源，富含還原劑的熱液流體沿不整合面和裂隙運(yùn)移，最終沉淀定位于太古代基底與上覆浪子山組褶皺核部(圖15c)。

綜上研究，我們認(rèn)為連山關(guān)鈾礦的主要鈾源應(yīng)來自太古宙古老風(fēng)化殼，并在大型韌性剪切活動(dòng)(提供熱液運(yùn)移通道)和基性脈巖侵入(提供熱源和還原劑)等綜合因素作用下運(yùn)移、富集成礦，屬于古風(fēng)化殼-熱液型鈾礦。

6 結(jié)論

(1)連山關(guān)地區(qū)總體上遭受了三期構(gòu)造變形，第一期為連山關(guān)巖體隆升，遼河群向連山關(guān)巖體四周順層滑脫剪切構(gòu)造變形；第二期為近南北向擠壓構(gòu)造變形，形成連山關(guān)背斜穹窿南翼右行韌性剪切帶；第三期為脆性斷裂構(gòu)造，應(yīng)力場可能為近東西向擠壓，形成北東東向和北西向兩組脆性斷裂。

(2)連山關(guān)巖體南緣剪切構(gòu)造變形比較強(qiáng)烈，應(yīng)變類型為壓扁應(yīng)變，屬于一般壓縮-平面應(yīng)變范圍。K值在0.19～0.69之間，巖石類型表現(xiàn)為S/SL型構(gòu)造巖。

(3)連山關(guān)巖體南緣北西向韌性剪切帶為一級(jí)控礦構(gòu)造，是鈾礦流體運(yùn)移的通道；北東東向二級(jí)構(gòu)造斷裂則是鈾礦儲(chǔ)存空間。

致謝衷心感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所曾慶棟研究員和中山大學(xué)劉錦博士提出的寶貴修改意見；感謝陳昭旭博士在修改圖件方面給予的幫助！

謹(jǐn)以此文祝賀楊振升教授九十華誕，祝楊先生健康長壽！