铜陵凤凰山铜矿区角砾岩特征及其成因分析_毛政利

卷(Volume )24,期(Number )1,总(Total )95矿物岩石　　页(Pages )29-32,2004,3,(M ar ,2004)J M INE RAL PETROL 铜陵凤凰山铜矿区角砾岩特征及其成因分析毛政利,　杨　斌,　赖健清中南大学地学与环境工程学院,湖南长沙　410083【摘　要】　凤凰山铜矿区矿体附近不同类型角砾岩的分形统计分析结果表明,其中角砾状花岗闪长岩的形成以化学作用为主,其颗粒大小分布的分维值达到了1.389,说明其在形成过程中经历了机械破裂过程,其破裂过程中的能量达到中等。

角砾状矿石和角砾状大理岩均为水力致裂角砾岩,角砾状矿石的颗粒大小分布的分维值(1.526)大于角砾状大理岩(1.24),指示了角砾状矿石形成时的能量大于角砾状大理岩。

【关键词】　角砾岩;成因分析;分形统计;凤凰山中图分类号:P618.41 文献标识码:A 文章编号:1001-6872(2004)01-0029-04收稿日期:2003-10-11;　改回日期:2004-01-05基金项目:国家“十五”科技攻关项目(编号:2001BA609A -06)作者简介:毛政利,男,37岁,博士生,矿产普查与勘探专业,研究方向:GIS 与矿床定位预测. 角砾岩是热液成矿良好的通道和容矿构造,而热液角砾岩是角砾岩中的一种特殊类型,是破碎岩石与热液流体作用的产物[1],其成岩作用常常伴随热液成矿作用,构成金属矿床中的一种重要类型[2～4]。

因此对角砾岩的研究是矿床地质学家和构造地质学家普遍感兴趣的课题之一,通过对其形成时间和机制的研究进行矿床类型划分和探讨其成因模式。

角砾岩在地壳顶部富含流体的部分最常见,以脆性变形为主[5]。

前人对角砾岩的研究多集中于定性的描述,野外观测结果难以用碎裂过程的物理理论加以解释,部分原因是尚未有有效的定量描述方法。

为此,Je -brak (1997)评述了出现于热液脉型矿床中主要角砾岩化过程,以及如何鉴别其形成的物理和化学机制,每种作用机制均可通过无标量参数加以区分,包括角砾的形态、大小分布、组构和扩张系统等,其中前两个参数最为重要,因为角砾的形态可以鉴别是化学或是物理机制,颗粒的大小分布是角砾岩化过程中能量输入的函数[1]。

肖龙等(2002)应用分形方法研究了新疆伊梨京希-伊尔曼德金矿区角砾岩的分形特征,认为其与热液流体直接相关的水力致裂角砾岩,角砾岩化的形成作用以物理-机械破碎作用为主,能量中等[6]。

通过对铜陵凤凰山铜矿区角砾岩的分形特征研究,探讨该区角砾岩的成因。

1　地质背景凤凰山铜矿床位于铜陵市东南约35km 的凤凰山新屋里盆地。

盆地总体构造格架为一复式向斜,其轴向北东,与区域构造线方向基本一致。

新屋里复式向斜轴部出露三叠系中、下统,两翼依次出露二叠系、石炭系、泥盆系、志留系。

盆地中心为燕山晚期的新屋里岩体,出露面积近10km 2,主要由花岗闪长岩和石英二长闪长岩组成,呈岩株产出。

一半以上为花岗闪长岩,石英二长闪长岩约占三分之一,分布于岩体中部及边缘。

新屋里岩体周围还分布有花岗斑岩、闪长岩、正长斑岩及辉绿玢岩等晚期脉岩。

岩体主要与三叠系中、下统灰岩接触,围绕岩体接触带产出有凤凰山、宝山陶、铁山头、仙人冲、清水溏和江家冲多个铜矿床,其中只有凤凰山矿床达到了中型规模。

凤凰山矿床位于新屋里岩体的西部,新屋里向斜的中段靠近轴部之西北翼,三叠系中、下统与花岗闪长岩接触带附近。

已揭露的矿体主要受接触带和断裂构造的复合控制,其中主要的控矿断裂为左行张剪性断裂,其走向由北向南依次为北东、北北东、近南北、北北西、北西走向,呈弧形,在剖面上表现为锯齿状。

矿体主要呈似板状和透镜状产于新屋里岩体与三叠系灰岩接触带上。

2　角砾岩地质特征凤凰山铜矿床矿体及其周围的角砾岩类型主要有角砾状花岗闪长岩、角砾状矿石和角砾状大理岩等。

其空间分布如图1,主要特征如下:角砾状花岗闪长岩　分布于花岗闪长岩体边部,其空间展布与岩体接触带形态及矿体展布方向一致。

在靠近矿体部位,角砾状花岗闪长岩中还见有与角砾状矿石相似的角砾成分。

这些现象显示角砾状矿石与角砾状花岗闪长岩在形成时间上是接近的。

角砾成分以花岗闪长岩为主,发育有绢云母化、黄铁矿化、钾长石化等蚀变,常见黄铁矿细脉,局部有星点状辉钼矿化,角砾中常见有浅色反应边,局部也见有含铜磁铁矿-赤铁矿角砾、赤铁矿-绿泥石角砾和黄铜矿角砾等,大多数角砾粒径在0.5cm ～8cm 之间,其形态多呈次圆状。

胶结物以花岗闪长岩为主,多发生强烈的绢云母化和碳酸盐化蚀变,胶结物中也见有浸染状铜矿化,反映了铜矿化的多阶段图1　凤凰山铜矿床-110m 中段Ⅰ、Ⅱ号矿体地质平面略图1.矿体;2.角砾状大理岩;3.角砾状矿石;4.花岗闪长岩;5.角砾状花岗闪长岩;6.大理岩;7.角砾状花岗闪长岩型矿体;8.辉绿岩;9.矿体编号Fig .1　Simplified geological plain map of Ⅰand Ⅱo rebo dies at -110m level in Fenghuang shan copper deposit性。

角砾状矿石　其在空间上常与角砾状花岗闪长岩伴生,位于岩体接触带。

角砾成分主要为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿角砾和黄铜矿-斑铜矿等,也有岩浆岩、矽卡岩和大理岩角砾,其中岩浆岩角砾多发生绢云母化、碳酸盐化或绿泥石化等蚀变,角砾中的矽卡岩矿物,如石榴子石也多被碳酸盐矿物交代。

角砾形状多次棱角状和次圆状,粒径大多在0.5cm ～5cm 之间。

胶结物多以菱铁矿和方解石等碳酸盐矿物为主,次为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、石英和石英二长闪长岩。

其中石英二长闪长岩发育强烈的绢云母化、黄铁矿化和浸染状黄铜矿化、斑铜矿化。

角砾状大理岩　多沿矿体边部靠近大理岩一侧产出。

其角砾成分主要为棱角状大理岩,少量磁铁矿,粒径大多在0.7cm ～30cm 之间。

胶结物以方解石为主,次为黄铁矿、黄铜矿和石英,菱铁矿较少。

在靠近矿体部位,见有矽卡岩化大理岩角砾,胶结物中也常出现铁闪锌矿或铁闪锌矿-黄铁矿集合体。

3　角砾岩分形特征不同成因的角砾岩具有各自的特征,在以前的角砾岩研究中,大多数只是对各种角砾岩的特征进行定性描述,分形理论的引入为定量研究描述角砾岩的特征提供了有效的理论方法。

角砾岩中角砾的形态是主要的研究对象之一,Orford 和Whally [7]研究了沉积岩中颗粒形态的分类方法,其中用得较多30矿 物 岩 石 2004　的是颗粒的直径和特征比值如颗粒长度和宽度的比值,颗粒的圆度(颗粒面积与半径的比值)也可以在一定的程度上描述角砾岩的形态特征。

但对于外形比较复杂的颗粒,这些定量研究描述方法却显得不足,分形理论刚好弥补了这一缺陷。

分形理论研究描述形态特征的主要方法是边界分形,颗粒的边界分形方法有几种,其中用得最多的是Mandelbro[8,9]的用不同步长去测量边界长度的方法,这种方法对人为误差反应敏感[7,10],另一种更为有效的方法是欧几里德距离填图法[1,11,12],这种方法是根据颗粒的外形计算划分出带宽,分别测量计算不同带宽的颗粒面积,然后用面积和宽度的对数作图,求出其拟合直线的斜率r,则其形态分维值Dr=2-r,形态分维值Dr越大,表明颗粒外形越复杂。

Dr很好地描述了颗粒形态的复杂程度。

颗粒的大小分布是角砾岩研究中的又一主要对象。

颗粒的大小分布可以用几种分布函数来拟合,如指数分布,对数正态分布和幂律分布等。

分形分布是一种幂律分布[1],其颗粒大小分布的分维值直接反映了角砾岩中颗粒大小的差异程度,因而能很好地定量描述角砾岩中颗粒的大小分布特征。

其方法是先测量出角砾岩一定范围内所有颗粒的粒径,统计在不同粒径范围内的颗粒数,用粒径和在其范围内的颗粒数的对数作图,其拟合直线的斜率即为角砾岩颗粒大小分布的分维值Ds,Ds越大,说明颗粒大小的差异性越大。

表1和图2是铜陵凤凰山铜矿区矿体及其周围角砾岩的形态和大小分维值和分形分布图,其中形态分维值是用欧几里德距离填图法测量计算得出的。

从中可以看出,角砾状大理岩形态分维值最低,表1　各类角砾岩的形态和大小分维值表Table1　The morphology and size fractal dimensions of vari-ous breccias角砾岩类型形态分维值Dr大小分维值Ds 角砾状花岗闪长岩1.26 1.389角砾状矿石1.141.526角砾状大理岩1.011.24仅为1.01,其次为角砾状矿石,其形态分维值为1.14,角砾状花岗闪长岩的形态分维值最高,为1.26,说明了区内角砾状大理岩的形态最简单,角砾状花岗闪长岩形态最复杂,角砾状矿石介于它们之间。

颗粒的大小分维值从角砾状大理岩、角砾状矿石到角砾状花岗闪长岩依次为1.24,1.526,1.389,说明了区内角砾状矿石的颗粒大小差异性最大,角砾状花岗闪长岩次之,角砾状大理岩最小。

图2　角砾岩形态和大小分形分布图a,b,c.形态分维分布图;a.角砾状花岗闪长岩;b.角砾状矿石; c.角砾状大理岩;d,e,f.大小分形分布图;d.角砾状花岗闪长岩;e.角砾状矿石;f.角砾状大理岩Fig.2　The morpholog y and size fractal distributing g raph of breccias4　角砾岩成因分析探讨研究角砾岩的成因,形态和大小分布是两个重要的参数,对角砾岩的形态研究可以区分其是物理成因的还是化学成因的;大小分布则反映了角砾岩形成时的能量大小。

化学成因的角砾岩形态较为复杂,形态分维值较高,物理成因的角砾岩形态较为简单,形态分维值较低。

颗粒大小分布的分维值越大,反映了其差异性越大,说明其形成时的能量越大。

根据上述对本区不同角砾岩的分形研究结果,参照Jebrak角砾岩分类体系,其中角砾状花岗闪长岩以化学成因为主,其颗粒大小分维值达到了1. 389,说明在其形成过程中有物理作用的参与,在角砾形成之初的破碎过程中能量达到中等。

角砾状矿石和角砾状大理岩属于在流体辅助作用下形成的角砾岩。

在流体辅助作用下形成的角砾岩又分为水力致裂和临界破碎两类角砾岩,水力致裂角砾岩大多形成于张性环境,由于流体压力的升高使岩石破裂而形成,它所需要的能量较低;而临界破碎角砾岩是由于流体压力不断升高而打破了流体压力与区域压力之间的平衡,岩石在巨大的流体压力作用下发生爆裂而形成,它所需要的能量较大,体积的膨胀性也较大。

根据上述分形研究结果,结合角砾岩产出的实际情况,本区角砾状矿石和角砾状大理岩均属于水力致裂角砾岩,其形成时的能量中等,并且角砾状矿石形成时的能量高于角砾状大理岩。

其形成过程可推测为:角砾状花岗闪长岩最早形成,它是在花岗闪长岩岩浆作用晚期,岩体边部岩浆刚结晶不久,残余岩浆上涌使岩体内部压力增大,从而使已结晶的花岗闪长岩破裂,残余岩浆在上涌和结晶沉淀过程31　第24卷　第1期毛政利等:铜陵凤凰山铜矿区角砾岩特征及其成因分析中熔蚀并胶结花岗闪长岩碎块,同时,破裂的花岗闪长岩,其渗透性增加,使岩浆中的流体顺利地从岩浆中分离出来集中于岩体边部的岩体与先期形成的矿体之间,在不断增大的流体压力和张性构造环境的共同作用下,先期形成的矿体破碎而形成角砾状矿石,能量得以释放,残余流体同时穿过矿体到达大理岩边界,由于流体的聚集而产生的压力和构造活动的联合作用,大理岩破裂而形成角砾状大理岩。