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赣北地区位于下扬子地块西部,新元古代以来在扬子板块和华夏板块及其结合带的控制下,出现了特殊的弧盆—裂谷(陷)—断隆建造(晋宁期)、逆冲推覆—滑脱褶皱构造(加里东—燕山期)、陆内活化与岩浆成矿大爆发(燕山期),并因环鄱(阳湖)巨型矿集区(Yang Minggui et al.,2015a,2015b)和多个世界级钨、铜矿床(Zhu Xun et al.,1983;Xiang Xinkui et al.,2012;Xia Zhongzhi et al.,2016;Liu Nanqing et al.,2016;Xiong Qinghua et al.,2016;Zhou Xianxu et al.,2016)备受地学界关注。新版《中国区域地质志(江西志)》(2017)、《中国矿产地质志(江西卷)》(2015)对其已作了翔实总结。为了进一步探讨古板块边缘活动机制及其成矿-地质作用,本文在《中国区域地质志(江西志)》(2017)和《中国矿产地质(江西卷)》(2015)基础上,综合分析区域大地构造背景、重力场、构造单元及重要矿床(田)控岩控矿构造特征,厘定赣北地区类转换断层,并就其形成机制与控岩控矿作用进行探讨,对大地构造结构演化及其找矿预测具有重要意义。
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1 区域地质构造与类转换断层的关系
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依据《中国区域地质志(江西志)》(2017),自北向南,赣北下扬子地块及其南缘过渡带大致可分为沿江坳陷带九江坳陷、江南隆起带九岭隆起和钦杭结合带宜丰—德兴混杂叠复带3个构造单元,中部被NNE向赣江断裂带切割,并被中生代鄱阳盆地叠覆(Yang Minggui et al.,2017)。与之对应的重力场近南北向,自西而东分划为九岭重力低、鄱阳重力高和怀玉重力低值区(图1)。
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1.1 九江坳陷
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位于长江南岸瑞昌—九江—彭泽一带,北侧以襄广断裂带和望江断陷盆地南缘为界,南经幕阜山凸起北缘及横(山)浩(山)凸起北西缘滑脱断裂带与九岭隆起分界,总体为一近EW向延伸并向南凸出的弧形。这是在晋宁期扬子陆缘弧盆系中沿江弧后盆地基础上发展起来的沉积坳陷盆地。以新元古代青白口纪早期的双桥山群、星子岩群为变质基底,青白口纪晚期火山-裂谷型汉阳峰组火山岩为过渡层,南华纪以来沉积盖层较发育,且早古生代前地层连续沉积、岩性稳定,晚古生代及早中三叠世地层断续沉积、岩相多变,早晚古生代之间有较长时间沉积间断。中部受NNE向断裂影响,发育旋转走滑—侧向拉伸式(Liu Nanqing et al.,1996)庐山地垒、湖口地堑及鄱阳湖盆地;纵向两侧构造块体极不相称。西部为九(江)瑞(昌)坳陷,东部为湖(口)彭(泽)坳陷。
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图1 赣北地区地质构造及重力分区图(据区域地质志[2017]修编)
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Fig.1 Geological map showing gravity distribtion in northern Jiangxi Province
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1.1.1 九瑞坳陷
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发育比较完整的南华系、震旦系、古生代—早中生代沉积盖层,受周边深大断裂多期次交替、多种力学性质的影响,形成近EW向九(江)—瑞(昌)复向斜(Liu Nanqing et al.,2011a),并被NW向I型花岗岩带穿切;东南角受NNE向韧脆性断裂与NEE向复向斜交汇复合影响,出现庐山、彭山变质核杂岩构造(Liu Nanqing et al.,1994, 1996, 2011a),核部均被燕山晚期S型花岗岩侵入。后者长时间被认为是燕山期高挥发分花岗岩底辟穹隆构造(Zhou Kailang et al.,1984;Ma Changxin,1989)。近期“深部资源调查”❶证实,彭山—坳下为一条隐伏的NW向构造-岩浆岩带,其SE段主体为多峰式侵位的S型花岗岩株,“彭山穹隆”正处在SE段第一个岩峰部位,辅(补)体浅部为构造裂隙状I型花岗岩脉(枝),深部在萤石矿—培家垅一带推断为岩株(干),NW段尚未查实。主、辅(补)体组成混合岩带与九瑞地区NW向I型花岗岩带平行发育,构成极具特色的控岩控矿构造及其岩浆成矿系列(Bao Jiabao et al.,2002;Yang Minggui et al.,2004)。
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1.1.2 湖彭坳陷
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断续分布南华纪、震旦纪及早古生代地层,大多向N中高角度倾伏。发育燕山期大规模滑脱剥离构造及相关沉积—构造—岩浆热液改造型矿床(大浩山、利山金矿,郭桥铜银矿与杨梓铅锌矿等)。矿区中浅部未见燕山期岩体,坳陷西端(远离矿区、靠近赣江断裂带)大面积出露S型横山岩体(包括苏山、武山、徐埠、张岭诸岩体),附近无成型多金属矿产分布。
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1.2 九岭逆冲隆起
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位于九江坳陷南,钦杭结合带萍乡—德兴混杂叠覆带北,南界受宜丰—景德镇深断裂控制。系晋宁期岛弧褶皱带基础上发展起来的一个隆起。主要由新元古代早期基底构造层、青白口纪晚期过渡型构造层、南华纪—早三叠世海陆过渡相沉积、晚白垩世断陷盆地组成。基底属绿片岩相变质岩,发育紧密同斜褶皱,褶皱轴向以EW向至NEE向为主,属纵弯挤压机制形成。盖层褶皱较宽缓。隆起带中部被赣江断裂带分割为九岭、莲花山隆起,并被北鄱阳湖断陷盆地所掩。
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1.2.1 九岭隆起
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根据构造变形及后期上叠局部坳陷由北往南可分为幕阜山凸起、修(水)武(宁)复向斜和九岭逆冲推覆体,分别代表九岭逆冲推覆构造系统的根带、中带和锋带。幕阜山凸起(根带)属原地型主体轴迹近EW向复背斜;修武复向斜(中带)为规模较大的EW向宽展型向斜,具有南翼北滑、北冀上冲特征;九岭逆冲推覆体主要由青白口系、晋宁期九岭序列花岗岩及燕山期大湖塘序列花岗岩组成,南部被3条大型向北倾斜的叠瓦状推覆断裂带切割,构成大型推覆岩席。著名的香炉山钨矿即赋存在根、中带交界的NEE向香炉山短轴背斜核部与NNE向韧脆性断裂(细晶岩脉带)交汇处,燕山晚期细粒黑云母花岗岩与古生代碳酸盐岩和泥砂质碎屑岩接触带的矽卡岩内(Chen Bo et al.,2012);超大型大湖塘钨矿及其周边钨铜多金属矿床(体)则赋存在九岭逆冲推覆构造系统前锋地带NEE向与NNE向韧脆性断裂复合控制的燕山期岩体顶部岩浆热液蚀变带或其附近近EW向先挤压剪切后伸展张扭性裂隙(带)中(Xiang Xinkui et al.,2013;Liu Nanqing et al.,2014, 2018)。
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1.2.2 莲花山隆起
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根据构造变形特征及沿NE向断裂断续出露的南华系、震旦系、早古生代地层,由北西往南东依次分出横(山)浩(山)凸起、鸣山—泥溪断陷滑覆构造及莲花山逆冲推覆体,分别为莲花山逆冲推覆构造系统的根带、中带和锋带(Liu Nanqing,1991)。横浩凸起(根带)属原地系统,呈NE向“S”形展布复背斜,仅局部发育构造热液型铅锌矿体(杨梓铅锌矿)及重晶石铅锌矿体(银鞍岭)。鸣山—泥溪断陷滑覆构造(中带)受NE向断裂控制,断续出露南华纪、震旦纪及寒武纪地层,并被青白口系滑覆掩盖,燕山期花岗岩脉顺NE或NNE向断裂零星侵入,偶见热液型铜多金属矿化。莲花山逆冲推覆体(锋带)由一系列NE向逆冲推覆断层及青白口系组成的复式背斜型推覆体构成,相应的背斜转折端、NEE向与NNE向韧脆性断裂复合处控制燕山晚期S型花岗杂岩体侵位,且主体部分多被NNE向断裂切割和(或)被补体穿插、熔蚀,东南侧边界断裂具有韧—脆性变形、走滑剪切、逆冲推覆、多期活动特点;前缘分布鹅湖、桃岭、瑶里岩体,紧随其后的相应构造部位浅变质岩系中发育NEE—NE向大背坞式韧脆性剪切破碎带型金矿(Liu Nanqing et al.,2007, 2008)、NNE向外蒋式硅化破碎带型铜金矿及近EW向金家坞式挤压破碎带型金矿;后缘出露莲花山岩体,发育岩浆热液型钨锡矿床(体)。但据已有资料,莲花山矿集区钨多金属矿床规模远不及西段九岭矿集区。
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1.3 宜丰—德兴混杂叠复带
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北以宜丰—景德镇对接带与下扬子地块分界,东南以赣东北对接带为界,与信(江)钱(塘)地块相接,西南被萍乡—绍兴地壳叠接带叠覆。以推覆、岩片堆叠和蛇绿混杂岩为特点,是华南洋俯冲消减和扬子、华夏板块结合带、加里东期叠覆带,也是构造混杂物质场(Yang Minggui et al.,2015a,2015b)。但中部为赣江断裂带隐伏区,被中生代断陷盆地覆盖,并分划为萍(乡)—乐(平)坳陷带和万年推覆隆起。
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1.3.1 萍—乐坳陷带
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北侧靠近宜丰—景德镇对接带发育万载—宜丰蛇绿混杂岩带,由基质和混杂于其中的大小不一、性质各异的构造岩块组成,自下而上分为透镜状混杂蛇绿岩构造块体(洋脊型玄武岩、辉绿岩、镁铁质堆晶岩、超镁铁质堆晶岩、硅质岩及相关的火山角砾岩等,均已发生变质)和中新元古界宜丰岩组和仓溪岩群片岩(中生代由深部逆冲而出露地表)组合。主体部分为上叠型坳陷盆地,晚古生代地层以不整合覆盖于裂谷海槽型沉积变质基底上,再上叠晚三叠世—早侏罗世含煤碎屑岩、晚白垩世—古近纪红色碎屑岩和第四纪沉积,总厚达13000~15000m;北部受九岭南缘逆冲推覆作用影响,产生多层逆冲推覆体,由双桥山群组成的飞来峰推覆于晚古生代—侏罗纪地层上;南部被东南加里东期造山带前缘逆冲推覆叠接带掩盖,下伏南华纪—三叠纪地层发育前展式向北逆冲推覆构造;总体显示“北推南滑”特征。坳陷带西段,受武功山岩浆-变质岩热穹窿作用,印支、燕山期褶皱与推覆滑脱构造发育;坳陷带东段(南昌及湖区),多为NE向中生代断陷盆地沉积,少量晚古生代、晚三叠世—早侏罗世和晚白垩世地层呈楔状向东北景德镇一带尖灭;坳陷带东段南部下伏二叠纪丰城煤矿田及南华纪沉积变质型新余铁矿田,其有别于走向上同类矿产的沉积、构造特征,佐证其为赣江断裂带南段的重要组成部分。
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1.3.2 万年推覆隆起
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为江南地区独有的残留地体。南部前缘为萍乡—德兴深断裂带(南支)和赣东北蛇绿混杂岩带(由构造侵位混杂的镁铁质-超镁铁质岩块和张村岩片组成,前者主要为变质橄榄岩、辉石岩、堆晶岩和镁铁质岩墙或岩席;后者位于前者上部,主要为硅质岩、凝灰质浊积岩、泥岩等远洋沉积岩及大洋斜长花岗岩等),北面被宜丰—景德镇断裂带圈闭,西部与萍乐坳陷东段相接,东延至皖南休宁地区,呈一半月形舌状推覆体。主要由弧前盆地型万年群砂泥质夹火山碎屑岩复理石建造组成,深层为晋宁期洋壳俯冲带,加里东期造山时自北向南逆冲推覆叠置于怀玉古岛弧上,在其西部尚有信钱地块的南华纪“乌石岩片”向北推覆其上,至石炭纪时又有盖层沉积,分布零星。印支期、燕山期有多次不同程度向南或东南逆冲推覆,伴有后期同走向分布的I型中酸性岩带,并在NNE或NW向韧脆性断裂交汇部位控制S型花岗岩株。著名朱溪钨铜矿田及德兴铜多金属矿田即受该构造-岩浆作用,发育在其“隆起”后缘和前缘的相应构造地质体中。
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1.4 赣江断裂带
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呈NNE向沿赣江分布,整体为一凹地形。由于被赣鄱盆地覆盖,仅在九江南、南昌西、吉安西、五指峰—丰洲等地出露。北段由九江—德安(庐山西麓)、熊家脑—星子(庐山东麓)、叶家滩—屏峰(鄱阳湖东)3条NNE向断裂组成。熊家脑—星子断裂北段的熊家脑为硅化带,海会、白鹿洞一带沿断裂分布早白垩世强片麻理化花岗岩,断裂旁侧伴有NNE向小褶皱,显示早期左行逆冲走滑,约于晚白垩世转化为伸展,形成庐山地垒和鄱阳湖地堑,挽近仍有活动,形成星子—隘口温泉带(Liu Nanqing et al.,2011a, 2011b);九江—德安断裂旁侧见小断层切割更新世冰碛层,向南被鄱阳湖盆地掩盖;南昌梅岭NNE向断裂与靖安断裂控制安义盆地和梅岭山体,南昌西南鄱阳盆地西侧有圳头—新街NNE向断裂温泉带,越过清江盆地于赣江两侧出现峡江、新干NNE向断裂组;再往南被吉泰盆地所掩。
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南段钦杭结合带延长线上,著名的南华纪新余铁矿田相对增厚膨大的矿层,诸多NNW或NNE向背向形构造、同走向韧脆性断裂与复杂的“红绸舞”式(在不同地段、不同方向的剖面上,呈现同斜、卷曲、尖棱等多种复杂的褶皱形态)矿层之间协调的空间组合关系,以及二叠纪丰城煤矿田相对较厚较优的煤岩煤质特征(详见后述),与其东、西两侧截然不同的地层构造块体相对应,共同佐证同沉积生长断层存在。燕山期时,主体构造倾向逆时针偏转与东侧NE向边界断裂复合控制中生代断陷盆地沉积。
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北段下扬子板块延长线上,大多处于沉降闭合状态,但局地NNE向韧脆性断裂变形强烈,并与周边地层构造组成特殊的伸展变形样式,出现庐山旋转走滑—侧向拉伸、彭山变质核杂岩构造(Liu Nanqing et al.,1994a, 1994b, 1996)及由庐山山体(自下而上依次出露古、中、新元古界)和南侧鄱阳湖洼地组成的“地垒-地堑-盆地”组合,伴随阳储岭燕山期S—I型岩浆侵入及隐爆角砾岩筒发育(Mo Mingzhen et al.,1985)。
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区域重力资料显示:该断裂带正处于鄱阳重力高位置,并以(-25~-20)×10-5m/s2等值线圈出最高重力值为(-5~0)×10-5m/s2,与西侧九岭重力低由(-40~-35)×10-5m/s2等值线圈出异常幅值为-40×10-5m/s2和东侧怀玉重力低值区由(-35~-30)×10-5m/s2等值线圈出异常幅值为-30×10-5m/s2相区别,与鄱阳地幔隆起带相对应,其最高点深度为29.54km,为全省莫霍面最高部位,其隆起高度约2.5km,为布格重力异常的深部场源。
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综上所述,并通过赣江断裂带及其东、西两侧横向剖面资料分析(图2),赣北区域地质构造有以下基本特征:
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(1)各主要构造单元沉积建造复杂、时空穿越宏大。地壳遭受大规模压缩和(或)消减叠覆,并有深层次古洋壳残迹被“推覆隆起”挤出浅表,但主体始终保持NEE—NE向“两坳共一隆”的分布格局。显示下扬子板块西部及其南缘过渡带,总体向南挤压、分阶段向北拉伸,且与深部古华南洋壳深俯冲-消减同步发展演化。
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(2)以赣江断裂带为界,各单元东、西段存在明显地层、构造差异(图1,图2a、b)。前期(晋宁期—印支期)东段逆冲推覆—上升幅度较大,相应地层(北部Nh—P,南部D—T)时断时续并受断陷控制;西段逆冲推覆—上升幅度相对缓慢,相应地层(北部Nh—T2,南部D—T)受构造坳陷控制整体连续。后期(燕山期)东段逆冲推覆减慢,自SE往NW构造呈现后退式分段演进,先是万年推覆体向SE推覆—蛇绿混杂岩带被推挤浅表,后是莲花山逆冲隆起—湖彭坳陷多层滑覆叠置,上升幅度较小,岩浆侵位较低,分(边)界断裂复合处发育中生代断陷盆地;西段亦为后退式分段演进,但后续九岭逆冲隆起上升加剧,南部多层次叠瓦状推覆断裂带将蛇绿混杂岩推挤至古板块对接带,上升幅度大,少有中生代火山盆地沉积,岩浆侵位较高。
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图2 赣北地区东、西段横向剖面(a、b)及中段类转换断层构造平面(c)示意图
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Fig.2 Profiles (a, b) of eastern and western sections in northern Jiangxi Province and the sketch (c) showing the intermediate transform like fault
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(3)值得关注的是,代表古华南洋壳残迹的蛇绿混杂岩带,东段分布于万年推覆体前峰,西段靠近九岭隆起前缘,二者横向间距约80km,空间上组成复杂的纵横向链接关系(图2)。这不是简单的构造逆冲推覆速率不同所能解释的现象,而是与该区大地构造结构息息相关的系(序)列构造组合。其中最主要的制约因素当属诸单元整体运动过程中派生的横向断层,其与深部洋壳俯冲-消减-转换直接相关(详见后述)。
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(4)各构造单元中部的NNE向赣江断裂带,整体呈负地形与两侧地貌反向对应,但与区域重力场对应的地貌高度吻合。其所在位置处于鄱阳重力高,对应鄱阳湖盆地;西侧九岭重力低,对应九宫山—九岭中山区;东侧怀玉重力低值区,对应莲花山—怀玉山中山区。显示高值区主要为地幔隆起,低值区主要为莫霍面坳陷的场源特征。
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(5)赣江断裂带显示西低东高的重力梯级带,切割深度大,走向线上自南而北有明显的构造位移或不连续性(图1、2)。南段钦杭结合带中,青白口纪晚期,有与主体构造单元相匹配的同沉积生长断层,南华纪—三叠纪仍有与之相伴的岩性岩相地层与矿产分布,后被中生代断陷盆地覆盖,整体出现右行平移。北段扬子板块中,两侧构造块体水平错动方向一致,总体表现前期东起西伏、后期西起东伏特征,无相应地层矿产分布,却被局地燕山期系列伸展构造所取代。
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(6)上述地质、物探资料表明,这些不同方位、不同层次、不同尺度、不同性质、不同类型的构造和(或)构造地质体聚集在一起,是一种构造长期递进变形—转换和分阶段演化—定位的产物(Liu Nanqing et al.,1994a, 2005, 2011a),受深部构造和(或)场源控制;亦是该区扬子陆缘中元古界到新元古界(860Ma)之前地质体在这里遭到叠覆,加里东期陆内逆冲推覆使青白口纪晚期—早古生代裂谷沉积以及信江—钱塘地块西南段均被消减叠覆,中生代时萍乡—乐平晚古生代—早中生代坳陷北部遭到叠覆的一种比较合理解释。
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“转换断层”最早由Wilson (1965)为解释洋底线性磁异常条带水平错断提出,随后被Sykes(1967)进一步证实。它是连接两段洋中脊或海沟与海沟或洋中脊与海沟的一组横向断层,有其特殊的发育过程——由于海底扩张或(和)俯冲带消减致使沿着断裂的水平位移转换了性质。转换断层的识别曾推动了全球构造研究的发展。20世纪80~90年代Bai Wenji et al.(1985,1986,1996,1997)在研究大陆盆-山构造格局、青藏高原隆升主因及高亚洲、西伯利来地震测深、重力测量资料基础上,建立了“垂直转换断层”新概念,并认为其与莫霍面(Moho)的变动、地壳增厚/减薄是同步的、相互制约和四维的,反映均衡补偿原理在构造运动中起作用。
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结合大地构造特征,笔者认为赣江断裂带受区域构造应力场、重力场控制,与主体构造单元走向近于垂直,且与之边界断裂相匹配的横向断层。是古华南洋壳俯冲消减带纵向上先向南后向北俯冲速率不同或俯冲过程中受到阻力分布不均衡,而导致的横向平移转换(转换断层)与深部地幔隆起产生的垂直转换断层综合作用,在仰冲盘上构造单元中的横向构造表现。断层位置无板块俯冲、仰冲现象,只有相互平错运动和整体下陷,与两侧单元边界断裂性质迥异,但沿着断裂的水平和垂向位移转换了性质,且受单元边界断裂“调节”分段表现出不同的位移特征,并非全断层线上均一运动。具备“转换断层”和“垂直转换断层”的双重属性,并表现出以前者为主、后者为辅的应力应变特征。综合考量其属性特征及专用名词的特定外延,暂命名为类转换断层。
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2 区域重要矿产与类转换断层的联系
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综合《中国区域矿产地质志(江西卷)》(2015)资料,该区最具工业价值的矿产主要为沉积变质型铁矿、沉积型煤矿和构造岩浆热液型钨、铜、锡多金属矿(图1)。前二者主要分布在萍乐坳陷带,与其特殊沉积建造和构造演化密不可分。其中沉积变质型铁矿主要分布在萍乡南坑、新余杨家桥、良山至弋阳洪山一带;沉积型煤矿主要分布在丰城曲江、乐平涌山桥、萍乡安源、高坑等地。后者主要产于下扬子板块岛弧体系及其与华夏陆缘结合带之燕山期构造岩浆热液成矿区。主要有修水县香炉山钨矿床、武宁县大湖塘钨铜多金属矿田、九瑞铜多金属成矿带、德安县彭山锡多金属矿田、都昌县阳储岭钨钼矿床、波阳县莲花山钨锡矿集区、浮梁县朱溪钨铜多金属矿田及德兴铜多金属矿田等。
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2.1 沉积变质型铁矿
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赋存于南华纪绿片岩相地层,分布于南华裂谷海盆北缘,为南华间冰期含火山质硅铁岩建造。总体呈近EW至NEE向带状分布。其成矿过程历经南华裂谷海盆火山喷发、喷气作用与盆缘浅海间冰期湿暖气候条件形成的硅铁建造→区域变质和构造变形→成矿期后构造作用和表生淋滤氧化作用。是世界上独特的铁质源于火山的浅海相沉积变质型铁矿。在延伸约350km的赣中铁矿带上,唯有中段新余铁矿田(约60km)矿层增厚膨大,空间形态呈复杂的褶皱变形型式展布,延深超越1km,全铁品位(TFe)20%~28%,累计查明资源储量占全省新余式铁矿的95.31%(2012年储量统计资料)。
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矿田内发育三期构造变形。神山倒转背斜为第一期主体构造变形,轴向近EW至NEE,向W倾伏,北翼正常,矿层褶皱较弱,厚度较薄;南翼总体保存完整,上部倒转下部正常。第二期变形横跨于南翼之上,多呈SSW或NNE走向、轴面倾向W的同斜背向形构造与同向韧脆断层发育。第三期变形亦多为近SN向、轴面倾向W的背形构造,脊线向N低角倾伏。三期构造变形作为晋宁、加里东和印支—燕山运动的产物,在同一地区呈正交叠加和共轴叠加形式出现,并与“红绸舞”式铁矿层协调发育。这不是简单的同一层次上的构造叠加,而是不同时代、不同层次、不同性质的构造分阶段演化、有序转换的结果。
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结合区域地质构造分析,矿田所处位置前期(青白口纪晚期—南华纪)断层活动强烈,自北往南跨越式生长;后期(南华纪—三叠纪)断层活动减弱,自南往北分段生长;在此前期、后期相交的南华纪晚期,是其构造转换叠加的重要过渡期,具有特殊的沉积环境与变形机制,有利于沉积变质型铁矿生成。加里东—印支期,受东南造山带北缘逆冲推覆作用,神山背斜南翼中浅部向北倒转,但很快叠加近SN向剪切伸展,出现第二期褶皱,岩(矿)层形成沿岩(矿)层倾向叠加褶皱及同走向韧脆性断裂;燕山期再次叠加第三期近SN向横弯褶皱及同向脆性断裂,并在均衡补偿原理支配下,完成“红绸舞”式(复杂褶皱变形)铁矿层的空间展布。
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2.2 沉积型煤矿
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新余—丰城地区是江西省煤田储煤环境、条件及保留相对最好的地带,拥有丰城河西、曲江、石上、新余梅山南等重要煤矿区,其位于钦杭结合带萍乐成煤带的所谓“安全岛”内。该“岛”恰恰处在萍乐坳陷带中段赣江断裂带南段延长线上(图1、2),不但控制了该区二叠纪相对较优的海陆交互相聚煤沉积环境,使得煤系地层厚度及可采煤层累积厚度较大,而且在成煤期后,继续维持相对于两侧地层块体下沉的弱变形环境。与西段“九岭—武功山”对冲叠覆以及东段“莲花山条带状构造岩片”和万年隆起向北西滑脱形成的复杂构造相比,其和南侧新余铁矿田则组成一个自SSW向NNE分段滑移的弱变形区。
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2.3 构造岩浆热液型钨、铜、锡多金属矿
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该类型矿产与燕山期构造-岩浆岩有密切成生联系。岩浆岩按成岩物质来源及岩石形成机制可分为Ⅰ型、S-Ⅰ型和S型。其中Ⅰ型花岗岩主要集中在钦杭结合带万年推覆隆起、沿江坳陷带九江坳陷,S-Ⅰ型集中于赣江断裂带北段东侧,S型花岗岩主要分布于江南隆起带九岭隆起。均受相应构造块体内NE或NEE向边界断裂与NNE向韧脆性剪切断裂复合控制。但单个矿集区近期深部勘查证实,这种平面分布关系可能仅限于中浅部。朱溪中浅部属Ⅰ型岩类,-1.6km以深见有S型花岗岩(Xia Zhongzhi et al.,2016),而且成岩时代相对较晚,可能还是重要的成矿岩体;彭山矿田隐伏S型花岗岩体西北部发育较多Ⅰ型花岗岩脉(墙),与锡多金属成矿关系密切❶,深部是否存在成矿岩体尚待考证。
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岩石化学及单矿物同位素测试结果(Yang Minggui et al.,2017)表明:Ⅰ型、S-Ⅰ型花岗岩总体属钙碱性系列,但南、北两大构造单元内铜厂杂岩和城门山序列SiO2、Al2O3、TiO2及Fe2O3含量较低,而CaO、FeO、MgO略高,中部赣江断裂带北段东侧S-Ⅰ型阳储岭序列SiO2、K2O、Na2O含量高,而FeO、MgO、Al2O3较低;前者大离子亲石元素含量低,过渡元素Cr、Co、Cu明显富集,后者大离子亲石元素含量较高,过渡元素Cr、Co、Cu无明显富集,但均富含各自的成矿元素(前者Cu、Mo、S等,后者W、Pb、Zn、S、Ag等);稀土总量ΣREE(铜厂杂岩60.91×10-6、城门山74.7×10-6~252.73×10-6、阳储岭148.44×10-6)同样呈现前者相对较低或富于变化,后者相对稳定的特点,但稀土配分模式均为右倾的较平滑曲线,轻稀土相对富集,铕相对比较正常(δEu铜厂杂岩1.053、城门山＞0.7、阳储岭0.83)。S型花岗岩均为亚碱性系列,高钾钙碱性系岩石;SiO2含量与Al2O3、FeO、CaO、MgO呈负相关关系,表明它们为同源岩浆经不同程度结晶分异形成的,随着SiO2含量升高,Fe2O3+ FeO含量减少,岩浆向富碱贫铁方向演化;各单元蛛网图相似,体现其同源特点,富含大离子亲石元素Rb、Th和来自地壳的Ce,较贫Ga、Ba、Nb、Sr、Hf,体现大陆壳性质;稀土总量低于维氏值,轻稀土较富集且分馏较好,铕亏损较明显至微弱,特别是补充期成矿岩体岩石稀土元素亏损更为严重,稀土配分型式多为右倾的“V”字形曲线到右倾的平滑曲线,总体属上地壳重熔型,后期可能有部分幔源物质混入。
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诸矿床(田)赋存在不同的构造单元、不同的构造块体中,具有不同的成矿围岩、不同的矿种组合及矿体矿石特征(Yang Minggui et al.,2015)。但均具有基本相似的控岩构造和成矿地质要素(Ye Tianzhu et al.,2014; Chen Maosong et al.,2020;)(表1)。
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注:据《中国矿产地质志(江西卷)》(2015)及最新找矿预测成果资料❶❷综合而成。
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成矿地质体主要为二个不同时期的岩浆岩:一是燕山早期(173~146Ma)I型、I-S型中酸性岩石系列,另一是燕山晚期(144~100Ma)I型、I-S型中酸性岩石系列或S型酸性岩体及其隐爆角砾岩。前者分布在万年推覆体前、后缘构造地质体中;后者I型、I-S型中酸性岩类主要分布于九瑞坳陷与九岭逆冲隆起中段赣江断裂旁侧,S型酸性岩体及其隐爆角砾岩分布在九岭逆冲隆起之东、西段。成矿地质体形态、位态、产状主要受近EW向或NE向构造与NNE向韧脆性断裂复合控制,其中隐爆角砾岩几何空间要素总体受近EW向和NNE向构造强弱以及下伏成矿岩体顶部形态、产状、位态等综合因素制约。
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成矿构造主要有二类:一类是成矿岩体内、外接触带先成的构造面、岩性差异界面(如岩体内捕虏体边界、岩体外NEE或NWW向挤压—张裂带、层间破碎带等);另一类是NNE向韧脆性断裂旁侧次级构造节理裂隙系统。成矿结构面主要有控岩断裂与成矿岩体的接触界面以及成矿岩体顶部与围岩(包括同期隐爆角砾岩)之间不同物理化学性质变化界面。
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成矿作用特征标志:总体看,含钙较高围岩主要发育叠加在碱交代蚀变上的酸交代蚀变或碱酸交代混合蚀变,矿种以钨铜共生、铜钼共生、钨钼共生、黑白钨矿共生且以白钨为主,矿体类型多为面状复合型(蚀变花岗岩型、隐爆角砾岩型、层控式硅卡岩+云英岩型或热液蚀变岩型等),少许线状单一石英脉型;硅铝质围岩则主要发育酸性热液蚀变,以线状单一充填石英脉型黑钨矿为主,部分脉壁有薄的云英岩壳,多伴有钼铜矿化;矿体集中区段均出现“成矿元素-矿化剂元素-主要伴生元素-高场强元素”共伴生组合❶❷。
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大量勘探成果证实:以地层为主要变形体的构造成矿区(香炉山钨矿床、彭山锡多金属矿田、朱溪钨铜矿床、德兴铜金多金属矿田),NEE向构造与NNE向韧脆性断层复合控制燕山期岩体及其成矿岩体分布,常在横向剖面上构成不对称透镜状或铲式滑脱剥离断层系,控制主要矿体(带)的空间位态及间隔侧幕状排列组合(图3)。以岩体为主要变形体的构造成矿区(大湖塘钨铜矿田、城门山铜钼矿床、阳储岭钨钼矿床、莲花山锡钨矿集区),NEE向构造与NNE向韧脆性断层常与成矿地质体共同组成整体产状平缓的大型被状、似层状矿体(图4)。整体显示NEE向构造与NNE向韧脆性断层复合控岩、成矿构造及成矿结构面与成矿地质体隔世相遇、叠加式酸交代蚀变与“成矿元素-矿化剂元素-主要伴生元素-高场强元素”异位聚集、面状复合型与线状单一型矿体规律分布的宏观特征和成生过程。
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值得一提的是,上述构造岩浆热液成矿区内均有NNE向韧脆性断裂发育。其不同于区域广发性NNE向走滑断层:纵向上构造强弱不均,沿走向位移幅度不大;断裂面多为平直且向NWW高角倾斜,常见糜棱岩化,可见水平或向南北两端低角侧伏线理和斜落擦痕;内部岩石具各种碎裂(粒)结构,硅化强弱不均且多有动态重结晶现象和燕山期花岗斑岩脉充填;构造延深大于延长,切割周边NE向或近EW断裂,但错距很小;受各构造块体南、北边界断裂所限,并与之复合控制燕山期岩体侵位及重要内生热液矿产分布(图1、3、4)。
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笔者曾将纵贯彭山地区长期活动且受彭山穹隆构造制约、具有韧脆性剪切—滑脱变形、控岩控矿的NNE向断层(F9),归为大陆转换断层,并从宏观特征上系统探讨了其与变质核杂岩构造的关系及其成矿作用(Liu Nanqing et al.,1994a, 1994b, 1995)。结合上述赣江断裂带及其南段新余铁矿构造表现,以及钨铜成矿区NNE向韧脆性断裂控岩控矿特征,笔者认为赣江断裂带南段后两期正交叠加褶皱及近SN向韧脆性断层与钨铜矿床(田)内NNE向韧脆性断裂,同属一类不同位置上的同期构造。赣江断裂带与其具有先后相继的主体-辅体关系及基本相同或相似的力学性质和运动特征,常与边界断层复合控制不同块体的构造演化及岩浆侵位,并在由深层次往浅层次的演化中,使成矿前原本挤压型构造转变为成矿期张扭性或伸展型层滑构造,配合着成矿地质体的就位与成矿。依据二者的时空关系和成生联系,前者应为主体类转换断层,后者应为辅体类转换断层。
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3 类转换断层形成机制
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根据区域地质构造格架及其与主、辅体类转换断层之间的关系,可以将后者视为该区佐证华南洋消亡及其俯冲带演化过程的“中间性构造”(索书田,1985)。其受俯冲带阻力分布不均衡和深部地幔隆起综合作用影响,处于洋壳俯冲和陆壳仰冲叠置与两期构造序列演化的位置,具有承下启上、转换性质的双重作用(图5)。
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早期(晋宁期—印支期),是一个长期而缓慢的演进过程。与区域晋宁期弧盆演化—古板块碰撞对接、扬子期—加里东(820~416Ma)期裂谷伸展—隆升沉积—逆冲推覆碰接、华力西—印支期(416~227Ma)特提斯洋之滨被动陆缘沉积同步。主要受俯冲带纵向上消减速率不同作用影响,主体类转换断层多处于中深层次、自南而北、由浅而深、迂回式发展,最终以右行平移定格。它一方面横切上部陆壳主体构造单元及其边界断裂面转换近EW向构造的挤压—拉伸,出现左行或右行走滑剪切机制,维持俯冲带纵向消减—受阻转换的运动平衡;另一方面亦在这种应变过程中产生与被切割构造单元及其活动面垂直的同生断层,复合控制相应地层沉积建造及构造形迹。双桥山群在九岭隆起东西段南缘的不同构造表现、万年群在萍乐坳陷中的特殊位态、新余铁矿纵向增厚膨大、横向叠加褶皱-韧脆性断裂变形与复杂的塑性流褶变形矿层形态产状以及丰城煤矿“安全岛”的沉积加厚-下沉保存等,均属其南段构造转换及浅层次构造综合作用的结果。相对于主体构造单元横向挤压收缩,此阶段主体类转换断层处于纵向剪切—拉伸状态,并且随着主体构造横向挤压—伸展更替为左行—右行平移。
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图3 赣北地区地层构造区典型矿床(区)控岩控矿构造剖面示意图
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Fig.3 Structural profiles showing rock-and ore-controlling of typical deposit in strata in Jiangxi Province
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(a)—香炉山钨矿床;(b)—彭山锡多金属矿田;(c)—朱溪钨铜矿床;(d)—德兴铜矿田
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(a)—Xianglushan tungsten deposit;(b)—Pengshan tin-polymetallic ore field;(c)—Zhuxi tungsten copper deposits; (d)—Dexing copper mine field
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图4 赣北地区岩体构造区典型矿床(区)控岩控矿构造剖面示意图
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Fig.4 Structural profiles showing rock-and ore-controlling of typical deposit in regions with plutons in Jiangxi Province
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(a)—大湖塘钨矿田;(b)—城门山铜矿床;(c)—阳储岭钨钼矿床;(d)—莲花山钨锡矿集区
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(a)—Dahutang tungsten ore field;(b)—Chenmenshan copper ore deposit; (c)—Yangchuling tungsten molybdenum deposit; (d)—Lianhuashan tungsten tin deposit area
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晚期(燕山期),类转换断层是一个相对短暂而快速的变形过程。此时地壳进入上地幔隆升—垂直转换断层发育期(Bai Wenji et al.,1985,1986, 1996, 1997),先成的近EW向和近SN向同生断裂、韧性断层叠加了由深变浅的系列脆性断裂变形。主体类转换断层主要受莫霍面(Moho)变动下地壳物质运动减薄作用影响,发生垂直下沉与后退式构造扩展:南段钦杭结合带上,新余铁矿位置叠加第三期构造变形,赣江断裂带倾向发生逆时针偏转,并与东侧NE向边界断裂复合控制鄱阳湖中生代断陷盆地分布,在东南加里东期造山带北缘形成早白垩世火山盆地;北段下扬子板块上,以发育系列NNE向韧脆性断裂及负地形地貌为主,局地出现旋转走滑-侧向拉伸构造。前期隐形于主体类转换断层两侧强应变区内NNE向韧性断层,则主要受莫霍面(Moho)变动下地壳物质运动增厚作用影响,发生垂直向上的物质运动,成为韧脆性断裂,构成独特的辅体类转换断层:在隆起区,各构造块体强变形体内这种变形表现尤为突出,其与深层次近EW向构造复合,在由深入浅的变形过程中直接控制S型与I-S型岩浆的侵位,呈现早期挤压型、晚期伸展型岩浆组合;在坳陷区,由于单元早期长期处于沉陷状态,各构造块体强变形体内这种变形相对弱些,受近SN向构造挤压与其上升扩展作用影响,形成NW向张扭性断裂,控制I型、I-S型岩浆侵位。
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图5 赣北地区类转换断层形成机制示意图
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Fig.5 Schematic diagram of transform like fault formation mechanism in northern Jiangxi Province
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由此可见,主体类转换断层是与主体构造单元相伴生,且与其活动边界断裂同步耦合,并贯穿于两期构造序列始终的横向断层。辅体类转换断层则是主体类转换断层活动过程(尤其是晚期)中,显形或派生的同向同性次级断裂。其与主体类转换断层尽管在空间规模、表现形式上不同,但在与边界断裂之间的关系、运动性质和控岩控矿机制上均为相似。受统一的深部场源控制,既有先后相继的时空关联,又有一定的构造变形差异。
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4 类转换断层控岩控矿作用
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4.1 主体类转换断层控岩控矿作用
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基于主体类转换断层特征及变形机制分析,其控岩控矿作用主要通过自身演化过程中营造的沉积环境和应变空间来实现。受宜丰—德兴混杂叠复带中部洋壳纵向俯冲速率不同产生的横向平移和相对下沉作用影响,南段出现同沉积生长、具有平-剖面变形的复合型类转换断层,对于面上相应沉积环境的地层岩相与矿产,无疑是建设性的沉积加厚、应变增厚过程(新余铁矿、丰城煤矿即属此)。那么,在南段中生代断陷盆地中是否还有相似的变形机制与控岩控矿作用(Yang Xiaodong et al.,2016)?值得验证。北段处于九江坳陷与九岭逆冲隆起中部,在其与边界断裂复合部位,发育横山岩体和庐山变质核杂岩构造,但目前尚无成型的岩浆热液矿床报道,是否断定其对该类矿产的形成和(或)保存不利?值得进一步探讨。
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4.2 辅体类转换断层控岩控矿作用
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辅体类转换断层主要沿主体类转换断层两侧燕山期构造岩浆成矿区分布,垂向主要受控于燕山期下地壳物质运动增厚作用。其在隆起区和坳陷区的控岩控矿机制不同,但控岩控矿机理基本相似。
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4.2.1 控岩控矿机制
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在九岭逆冲隆起区,辅体类转换断层成组发育、侧列式展开,其与主体类转换断层在横剖面上整体呈现上升与下沉的对应关系(图5)。这种主体、辅体变形机制,使单元中原有的近EW—NE向构造性质产生一系列质变,由挤压→走滑→张扭→滑离,并与之结合为燕山期I型、I-S型和S型岩浆侵位起到重要的传导岩浆和控岩作用;亦使地下(表)水参与岩浆与围岩之间的物质交换成为一种必然,为成矿热液的疏通、扩展与汇聚起到关键作用。赣北地区香炉山钨矿、大湖塘钨铜矿、阳储岭钨钼矿、莲花山钨锡矿、朱溪钨铜多金属矿均为这种控岩导矿机制成矿的范例。
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在其两侧坳陷区,九江坳陷严格受大别山带主造山期板块运动控制,整体为走滑挤压机制(Dong Shuwen et al.,1994;Li Peijun et al.1995; Zhu Guang et al.,1998;Yu Xinqi et al.,2005);萍乐坳陷实为晋宁期华南洋所在,是古华南洋俯冲消减与古板块碰撞带,又是扬子期—加里东期裂谷海槽、加里东逆冲叠覆造山带及晚古生代—中三叠世陆表海海陆交互相上叠盆地(Yang Minggui et al.,2017),有其特殊的板块对接机制及其沉降过程(Yang Minggui et al.,2016, 2017)。
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印支运动之后特别是燕山期,随着地幔隆起—洋壳俯冲消亡,垂直转换断层运动加速,主体类转换断层两侧下切加剧,下地壳物质减薄,整体以垂向下沉运动为主。但位于其两侧一定距离的辅体类转换断层,则承接了主体类转换断层整体下沉、下地壳物质减薄的动能及物质,使得其下地壳物质增厚、整体以上升为主。坳陷区由于前期长期而缓慢的沉降环境,短时期内无法形成大规模隆起,只在其与前期重要边界断裂复合处,产生与垂向上升有关的变质核杂岩(彭山、庐山)和横弯褶皱构造(九瑞、德兴),其特殊的运动机制和复合方式为坳陷区I型、I-S型岩浆侵位及其热液成矿,提供了极为有利的构造条件。加之这种壳幔混源富含成矿元素的中酸性岩浆携带大量的成矿能量,沿着穹状构造或低序次NW向张扭性断裂侵入,与浅部含碳酸盐岩地层融合,在地下(表)水参与下,极易形成接触交代型、似层状(硫化物)型、斑岩型铜矿床。区内城门山—武山,彭山—坳下,德兴斑岩铜矿即为该类构造-岩浆热液型多位一体式矿产的典型代表。
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4.2.2 控岩控矿机理
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综上,燕山期是区域地质构造—岩浆活动的高峰期,亦是辅体类转换断层受下地壳物质运动增厚—上升运动快速期;其在隆起区和坳陷区的控岩控矿机制不同,主要是不均衡的上地壳物质结构和下地壳物质运动增厚、整体上升综合作用所致。控岩机理可以理解为,这种大地构造背景下,其与边界断裂之间,为响应和适配深部俯冲带消亡—中上地壳岩浆上侵和垂直转换断层上升作用所作的结构性调整。以物理作用平衡为主(Zhai Yusheng,2010)。
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控矿是在控岩基础上发展的,燕山期相对较晚阶段成矿地质体与相应的地层(岩体)构造系统相遇,在同期较早阶段岩体扩展空间-矿化蚀变基础上和地下(表)水参与下产生新的地球化学场,形成成矿地球化学障,造成成矿元素聚集。控矿机理以化学作用平衡为主 (Zhai Yusheng,2010; Ye Tianzhu et al.,2014)。
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5 结论
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(1)赣北地区类转换断层是一组位于华南洋壳俯冲消减带,受纵向俯冲消减速率不同和地幔隆起垂直转换作用影响,在下扬子地块仰冲盘及其南缘过渡带上发育的,与相应构造单元、块体相匹配的横向断层。其有主、辅之分及相应的控岩控矿作用机制机理,是该区重要外生沉积矿产的控矿构造,亦是内生金属矿产的控岩导矿构造。
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(2)主体类转换断层两侧燕山期构造岩浆热液成矿区,同向韧脆性断裂作为辅体类转换断层,主要受同期下地壳物质运动增厚上升作用影响,与上覆块体边界断裂复合,控制总体属上地壳重熔型(包括I型、I-S型和S型)岩浆侵位,并在旁侧相应的岩性构造部位形成大—超大型钨、铜多金属矿体,构成极具特色的环鄱(阳湖)巨型矿集区。是其构造发展演化的终极产物。
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(3)主体类转换断层南段长期处于迂回式平移沉降状态,可能中生代时仍有活动,有利于断陷盆地中油气资源形成;北段东、西两侧地层构造单元建造、构造、矿产等,既有走向上的可比性又有倾向上的差异性,最终表现西高(上升幅度较大)东低(上升幅度较小)态势。对相应地段外生能源矿产具有一定控制作用,对两侧内生金属矿产分布具有一定指示意义。值得进一步研究。
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致谢:本文在修改过程中得到江西省地质矿产勘查开发局杨明桂教授级高级工程师的细致批阅,在审稿过程中得到多位匿名专家的悉心指导,在此深表感谢!
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注释
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❶ 江西省地矿局九一六大队.2019.江西省尖峰坡地区深部资源调查子项目(编号DD2016005234)成果报告.
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❷ 江西省地矿局九一六大队.2016.江西大湖塘钨(铜)多金属矿整装勘查区专项填图与技术应用示范(编号12120114034501)报告.
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摘要
基于最新的区域地质调查、矿产勘查成果资料,结合赣北地区大地构造背景、重力场、构造单元及重要矿床(田)控岩控矿构造特征的综合分析,厘定了赣北地区类转换断层,并探讨其形成机制与控岩控矿作用。结果表明,该类转换断层是一组位于晋宁期华南洋壳俯冲消减带,受纵向俯冲消减速率不同和深部地幔隆起垂直转换断层影响,在仰冲盘NEE—NE向构造单元中发育的横向断层;其与单元边界断层相匹配,沿着断层的水平和垂向位移转换了性质,亦是区域重要外生沉积(变质)和内生岩浆热液型矿产的控岩控矿断层,伴随大地构造演化和“环鄱”巨型矿集区生成;在空间规模上有一定的主、辅之分,其中主体类转换断层导致了新余铁矿和丰城煤矿岩(矿)层的纵向增生(膨大)及垂向增厚(折叠),并叠加了后续横向脆性断裂构造变形,维护了相对较弱的应变环境,对矿产起到保护作用;辅体类转换断层控制了修水县香炉山钨矿床、武宁县大湖塘钨铜多金属矿田、九瑞铜多金属成矿带、德安县彭山锡多金属矿田、都昌县阳储岭钨钼矿床、波阳县莲花山钨锡矿集区、浮梁县朱溪钨铜多金属矿田及德兴铜多金属矿田等钨铜锡多金属矿产的成矿地质要素,且表现出隆起区与坳陷区控岩控矿机制不同但成矿机理相似的成矿规律。
Abstract
This paper is based on the latest achievements of regional geological survey and mineral exploration, combined with the comprehensive analysis of the geotectonic background, gravity field, tectonic unit, and the rock- and ore-controlling structural characteristics in important deposits (fields). We study the transform like fault in the northern Jiangxi Province, and also theoretically explore its formation mechanism and rock- and ore-controlling role. The results show that the transform like fault, which is a set of lateral faults located above the subduction zone of the Jinningian oceanic crust in southern China, develops in the structural unit of NEE—NE direction of the obducted sheet, and is affected by different vertical subduction rates and deep mantle uplift vertical transform like faults. It matches with the unit boundary faults, and transforms its properties along the horizontal and vertical displacements of the faults. It is also the rock-and ore-controlling fault of the important exogenous sedimentation (metamorphic) and endophytic magmatic hydrothermal minerals in the region, accompanied by the tectonic evolution and the formation of the vast ore concentration area around the Poyang Lake. There are some differences between the main and the auxiliary in spatial scale, among which the main transformation fault leads to the vertical accretion (expansion) and vertical thickening (folding) of the rock (ore) layers in the Xinyu Iron and the Fengcheng Coal mines, and superimposes the subsequent transverse brittle fault structural deformation, which maintains the relatively weak strain environment and plays a protective role in the mineral resources. The auxiliary transformation fault controls the metallogenic geological elements of W-Cu-Sn polymetallic deposits, such as the Xiushui Xianglushan W-deposit, the Wuning Dahutang W-Cu polymetallic ore fields, the Jiurui Cu polymetallic ore belt, the De'an Pengshan Sn polymetallic ore field, the Duchang Yangchuling W-Mo deposit, the Boyang Lianhuashan W-Sn ore concentration area, the Fuliang Zhuxi W-Cu polymetallic ore field and the Dexing Cu polymetallic ore field. It shows that the mechanism of rock- and ore-controlling is different between uplift area and depression area, but the metallogenic mechanism is similar.
