甘肃金川铜镍硫化物矿床成岩成矿构造观测及解析

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.087

摘要/Abstract

摘要：

甘肃金川超大型铜镍硫化物矿床形成于新元古代,从其母岩浆侵位到后期构造叠加改造,该矿床经历了复杂的地质演化过程。尽管前人开展了相关研究,但是关于该矿床的矿区构造研究仍然存在较大争议。此外,厘清矿区控岩控矿构造对探讨岩浆侵入与就位过程、矿床深部找矿等具有重要意义。本次研究根据矿区构造分类、配套、交切关系与成岩成矿时序组合等,划分出成矿前、成矿期和成矿后构造系统,借助断裂、共轭节理产状统计分析了矿区构造应力场,确定主压应力方向分别为N-S向、NE-SW向和NNE-SSW向。最后将矿区构造与区域大地构造演化相结合,总结归纳出成矿前、成矿期与成矿后构造演化过程:成矿前经历吕梁运动阶段,该区发生强烈褶皱和变质作用。成矿期晋宁运动阶段,金川赋矿岩体的母岩浆沿着吕梁期形成的褶皱构造虚脱空间侵入就位。成矿后,加里东运动阶段,龙首山地区发生陆内造山,大量基性岩脉侵入;海西运动阶段,推覆造山运动强烈,形成泥盆纪地层,发育一系列同斜紧闭褶皱;燕山运动阶段,挤压-走滑作用占主导形成东西向展布的山前拉分盆地和北东向展布的断陷盆地;喜马拉雅运动阶段,急剧隆升和剥蚀,金川矿床从深部被抬升到了地表。研究成果为金川矿床深、边部找矿提供了新思路。

关键词: 甘肃金川, 铜镍硫化物矿床, 构造解析, 构造演化

Abstract:

The Jinchuan giant Cu-Ni sulfide deposit in Gansu formed during the Neoproterozoic.From the initial emplacement of its parent magma to subsequent tectonic superposition, this deposit has undergone a complex geological evolution.Despite the fact that many previous studies have been conducted, significant controversy regarding the tectonics of the deposits still remains.Furthermore, it is of great significance to clarify the rock- and ore-controlling structures for magma intrusion and its emplacement processes, as well as to prospect for ore deposits at depths.In this study, we analyzed the stress field based on the classification, correlation, cross-cutting relationships, and chronological sequence of structures in the deposit area, using nodal production statistics.In the end, we determined three primary compressive stress directions: N-S, NE-SW, and NNE-SSW.Finally, by integrating regional and mining tectonics, we concluded that there are six stages of tectonic evolution in the Longshoushan area: Lüliang, Jinning, Caledonian, Hercynian, Yanshan, and Himalayan.We also established a model of tectonic evolution for the Jinchuan Cu-Ni sulfide deposit, including the pre-, syn-, and post-mineralization stages.The model for the tectonic evolution of the Jinchuan Cu-Ni sulfide deposit illustrates the emplacement of parental magma to form the deposit, providing new insights into mineral prospecting in both within the deposit and in its periphery.

Key words: Jinchuan, Gansu, Cu-Ni sulfide deposit, tectonic resolution, tectonic evolution

中图分类号:

P542.3
P551

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图/表 11

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测点号、剖面走向及岩性	G1		G2		G3		G4
	NEE	NNE	NE	NNW	NE	NNW	NNE	NWW
	白家嘴子组大理岩						塔马子沟组变质灰岩
产状	154°∠76°	102°∠74°^*	150°∠68°	76°∠52°	150°∠58°	72°∠60°	108°∠74°	12°∠55°
	164°∠89°	108°∠73°^*	146°∠55°	65°∠45°	135°∠80°	65°∠52°	104°∠49°	5°∠46°
	153°∠85°	125°∠62°^*	160°∠47°	80°∠55°	142°∠77°	72°∠35°	98°∠58°	10°∠54°
	153°∠77°	120°∠37°^*	165°∠55°	73°∠52°	130°∠74°	72°∠45°	110°∠65°	25°∠55°
	168°∠88°	106°∠69°^*	156°∠55°	75°∠50°	147°∠84°	69°∠52°	112°∠65°	7°∠52°
	172°∠74°	110°∠62°^*	150°∠47°	70°∠55°	134°∠72°	78°∠66°	116°∠74°	3°∠50°
	170°∠85°	102°∠60°^*	144°∠71°	79°∠56°	143°∠64°	55°∠71°	102°∠71°	10°∠30°
	160°∠70°	122°∠68°^*	152°∠52°	75°∠43°	122°∠77°	74°∠60°^*	125°∠50°	15°∠45°^*
	169°∠45°	98°∠83°^*	154°∠54°	76°∠40°	142°∠61°	69°∠52°^*	100°∠67°	8°∠46°^*
	160°∠78°	100°∠58°^*	158°∠50°	80°∠56°	135°∠86°	76°∠39°^*	112°∠55°	11°∠56°^*
	155°∠59°^*	102°∠76°^*	155°∠57°^*	79°∠54°^*	147°∠84°	79°∠45°^*	101°∠76°	22°∠52°^*
	158°∠68°^*	115°∠75°^*	165°∠55°^*	65°∠48°^*	134°∠72°	68°∠52°^*	115°∠80°	17°∠48°^*
	162°∠62°^*	120°∠62°^*	156°∠56°^*	78°∠56°^*	141°∠83°	59°∠61°^*	114°∠76°	13°∠40°^*
	161°∠51°^*	118°∠50°^*	160°∠52°^*	66°∠48°^*	125°∠62°^*	55°∠69°^*	112°∠68°^*	10°∠32°^*
	154°∠69°^*	106°∠70°^*	157°∠45°^*	75°∠47°^*	165°∠72°^*	73°∠46°^*	105°∠56°^*	12°∠56°^*
	155°∠62°^*	110°∠59°^*	161°∠59°^*	68°∠59°^*	132°∠75°^*	65°∠47°^*	100°∠58°^*	5°∠48°^*
	149°∠66°^*	102°∠71°^*	148°∠70°^*	63°∠49°^*	143°∠80°^*	72°∠43°^*	125°∠56°^*	10°∠50°^*
	152°∠67°^*	114°∠68°^*	155°∠58°^*	75°∠43°^*	139°∠75°^*	69°∠46°^*	107°∠72°^*	21°∠52°^*
	158°∠83°^*	102°∠81°^*	153°∠50°^*	72°∠41°^*	128°∠79°^*	68°∠52°^*	113°∠60°^*	7°∠42°^*
	160°∠59°^*	112°∠62°^*	159°∠56°^*	78°∠56°^*	138°∠81°^*	79°∠45°^*	101°∠70°^*	3°∠40°^*

测点号、剖面走向及岩性	G1		G2		G3		G4
	NEE	NNE	NE	NNW	NE	NNW	NNE	NWW
	白家嘴子组大理岩						塔马子沟组变质灰岩
产状	154°∠76°	102°∠74°^*	150°∠68°	76°∠52°	150°∠58°	72°∠60°	108°∠74°	12°∠55°
	164°∠89°	108°∠73°^*	146°∠55°	65°∠45°	135°∠80°	65°∠52°	104°∠49°	5°∠46°
	153°∠85°	125°∠62°^*	160°∠47°	80°∠55°	142°∠77°	72°∠35°	98°∠58°	10°∠54°
	153°∠77°	120°∠37°^*	165°∠55°	73°∠52°	130°∠74°	72°∠45°	110°∠65°	25°∠55°
	168°∠88°	106°∠69°^*	156°∠55°	75°∠50°	147°∠84°	69°∠52°	112°∠65°	7°∠52°
	172°∠74°	110°∠62°^*	150°∠47°	70°∠55°	134°∠72°	78°∠66°	116°∠74°	3°∠50°
	170°∠85°	102°∠60°^*	144°∠71°	79°∠56°	143°∠64°	55°∠71°	102°∠71°	10°∠30°
	160°∠70°	122°∠68°^*	152°∠52°	75°∠43°	122°∠77°	74°∠60°^*	125°∠50°	15°∠45°^*
	169°∠45°	98°∠83°^*	154°∠54°	76°∠40°	142°∠61°	69°∠52°^*	100°∠67°	8°∠46°^*
	160°∠78°	100°∠58°^*	158°∠50°	80°∠56°	135°∠86°	76°∠39°^*	112°∠55°	11°∠56°^*
	155°∠59°^*	102°∠76°^*	155°∠57°^*	79°∠54°^*	147°∠84°	79°∠45°^*	101°∠76°	22°∠52°^*
	158°∠68°^*	115°∠75°^*	165°∠55°^*	65°∠48°^*	134°∠72°	68°∠52°^*	115°∠80°	17°∠48°^*
	162°∠62°^*	120°∠62°^*	156°∠56°^*	78°∠56°^*	141°∠83°	59°∠61°^*	114°∠76°	13°∠40°^*
	161°∠51°^*	118°∠50°^*	160°∠52°^*	66°∠48°^*	125°∠62°^*	55°∠69°^*	112°∠68°^*	10°∠32°^*
	154°∠69°^*	106°∠70°^*	157°∠45°^*	75°∠47°^*	165°∠72°^*	73°∠46°^*	105°∠56°^*	12°∠56°^*
	155°∠62°^*	110°∠59°^*	161°∠59°^*	68°∠59°^*	132°∠75°^*	65°∠47°^*	100°∠58°^*	5°∠48°^*
	149°∠66°^*	102°∠71°^*	148°∠70°^*	63°∠49°^*	143°∠80°^*	72°∠43°^*	125°∠56°^*	10°∠50°^*
	152°∠67°^*	114°∠68°^*	155°∠58°^*	75°∠43°^*	139°∠75°^*	69°∠46°^*	107°∠72°^*	21°∠52°^*
	158°∠83°^*	102°∠81°^*	153°∠50°^*	72°∠41°^*	128°∠79°^*	68°∠52°^*	113°∠60°^*	7°∠42°^*
	160°∠59°^*	112°∠62°^*	159°∠56°^*	78°∠56°^*	138°∠81°^*	79°∠45°^*	101°∠70°^*	3°∠40°^*

测点号、剖面走向及岩性	G5		G6		G7		G8
	NWW	NNW	NW	NNE	NW	NNE	NEE	NNW
	角闪岩		含矿超基性岩				石英正长岩
产状	25°∠74°	72°∠27°	56°∠69°	298°∠80°	30°∠75°	112°∠65°	165°∠81°	74°∠52°^*
	25°∠77°	77°∠42°	55°∠73°	296°∠86°	40°∠89°	110°∠70°	163°∠66°^*	74°∠43°^*
	21°∠72°	72°∠36°	45°∠80°	310°∠75°	58°∠62°	118°∠80°	160°∠59°^*	75°∠45°^*
	36°∠59°	84°∠39°	64°∠84°	274°∠89°	35°∠88°	110°∠70°	153°∠79°	73°∠34°^*
	30°∠52°	70°∠37°	53°∠75°	309°∠80°	30°∠73°	114°∠62°	163°∠71°	70°∠48°^*
	22°∠79°	85°∠43°	53°∠80°	312°∠78°	35°∠62°	130°∠70°	163°∠72°	67°∠46°
	25°∠54°	75°∠26°	40°∠83°	265°∠82°	32°∠90°	110°∠74°	168°∠68°	75°∠60°
	28°∠56°	68°∠43°	44°∠81°	296°∠80°	64°∠80°	125°∠75°	162°∠69°	67°∠54°^*
	30°∠52°	76°∠25°^*	55°∠80°	296°∠86°	56°∠72°	140°∠76°	160°∠77°	73°∠44°^*
	20°∠79°	78°∠32°^*	56°∠77°	310°∠80°	33°∠64°	112°∠68°^*	160°∠72°	70°∠48°^*
	25°∠76°	69°∠36°^*	48°∠79°	284°∠89°^*	40°∠75°	109°∠72°^*	158°∠73°^*	67°∠46°^*
	30°∠66°^*	82°∠40°^*	49°∠78°	307°∠82°^*	44°∠84°^*	108°∠80°^*	158°∠70°	74°∠43°^*
	22°∠60°^*	70°∠36°^*	56°∠72°	310°∠76°^*	42°∠70°^*	112°∠70°^*	160°∠75°	75°∠35°^*
	30°∠62°^*	83°∠43°^*	55°∠80°^*	265°∠81°^*	38°∠80°^*	114°∠72°^*	155°∠72°^*	73°∠54°^*
	22°∠56°^*	75°∠28°^*	56°∠86°^*	309°∠87°^*	43°∠78°^*	130°∠78°^*	154°∠73°^*	70°∠48°^*
	34°∠59°^*	69°∠33°^*	52°∠75°^*	297°∠80°^*	44°∠62°^*	115°∠74°^*	155°∠75°^*	67°∠46°^*
	20°∠67°^*	68°∠43°^*	54°∠89°^*	298°∠82°^*	48°∠76°^*	125°∠78°^*	153°∠64°^*	75°∠60°^*
	25°∠73°^*	70°∠36°^*	58°∠80°^*	296°∠79°^*	52°∠84°^*	130°∠76°^*	160°∠68°^*	73°∠34°^*
	28°∠76°^*	85°∠43°^*	60°∠78°^*	296°∠85°^*	46°∠75°^*	110°∠76°^*	157°∠76°^*	70°∠47°^*
	28°∠63°^*	70°∠37°^*	55°∠82°^*	298°∠80°^*	45°∠84°^*	114°∠75°^*	161°∠60°^*	67°∠46°^*

测点号、剖面走向及岩性	G5		G6		G7		G8
	NWW	NNW	NW	NNE	NW	NNE	NEE	NNW
	角闪岩		含矿超基性岩				石英正长岩
产状	25°∠74°	72°∠27°	56°∠69°	298°∠80°	30°∠75°	112°∠65°	165°∠81°	74°∠52°^*
	25°∠77°	77°∠42°	55°∠73°	296°∠86°	40°∠89°	110°∠70°	163°∠66°^*	74°∠43°^*
	21°∠72°	72°∠36°	45°∠80°	310°∠75°	58°∠62°	118°∠80°	160°∠59°^*	75°∠45°^*
	36°∠59°	84°∠39°	64°∠84°	274°∠89°	35°∠88°	110°∠70°	153°∠79°	73°∠34°^*
	30°∠52°	70°∠37°	53°∠75°	309°∠80°	30°∠73°	114°∠62°	163°∠71°	70°∠48°^*
	22°∠79°	85°∠43°	53°∠80°	312°∠78°	35°∠62°	130°∠70°	163°∠72°	67°∠46°
	25°∠54°	75°∠26°	40°∠83°	265°∠82°	32°∠90°	110°∠74°	168°∠68°	75°∠60°
	28°∠56°	68°∠43°	44°∠81°	296°∠80°	64°∠80°	125°∠75°	162°∠69°	67°∠54°^*
	30°∠52°	76°∠25°^*	55°∠80°	296°∠86°	56°∠72°	140°∠76°	160°∠77°	73°∠44°^*
	20°∠79°	78°∠32°^*	56°∠77°	310°∠80°	33°∠64°	112°∠68°^*	160°∠72°	70°∠48°^*
	25°∠76°	69°∠36°^*	48°∠79°	284°∠89°^*	40°∠75°	109°∠72°^*	158°∠73°^*	67°∠46°^*
	30°∠66°^*	82°∠40°^*	49°∠78°	307°∠82°^*	44°∠84°^*	108°∠80°^*	158°∠70°	74°∠43°^*
	22°∠60°^*	70°∠36°^*	56°∠72°	310°∠76°^*	42°∠70°^*	112°∠70°^*	160°∠75°	75°∠35°^*
	30°∠62°^*	83°∠43°^*	55°∠80°^*	265°∠81°^*	38°∠80°^*	114°∠72°^*	155°∠72°^*	73°∠54°^*
	22°∠56°^*	75°∠28°^*	56°∠86°^*	309°∠87°^*	43°∠78°^*	130°∠78°^*	154°∠73°^*	70°∠48°^*
	34°∠59°^*	69°∠33°^*	52°∠75°^*	297°∠80°^*	44°∠62°^*	115°∠74°^*	155°∠75°^*	67°∠46°^*
	20°∠67°^*	68°∠43°^*	54°∠89°^*	298°∠82°^*	48°∠76°^*	125°∠78°^*	153°∠64°^*	75°∠60°^*
	25°∠73°^*	70°∠36°^*	58°∠80°^*	296°∠79°^*	52°∠84°^*	130°∠76°^*	160°∠68°^*	73°∠34°^*
	28°∠76°^*	85°∠43°^*	60°∠78°^*	296°∠85°^*	46°∠75°^*	110°∠76°^*	157°∠76°^*	70°∠47°^*
	28°∠63°^*	70°∠37°^*	55°∠82°^*	298°∠80°^*	45°∠84°^*	114°∠75°^*	161°∠60°^*	67°∠46°^*

断裂组别	断裂编号	位置	产状及规模	特征	影响
第一组: 北西— 南东向断层	F₁	位于矿区北部山麓边缘	走向300°,倾向205°,倾角60°左右,延长数百千米	呈上陡下缓的产状构造向下延伸,前震旦系逆冲于第四系砾石层之上。地表见断层破碎带、断层泥等;断层带自下而上见透镜-碎粉-碎裂结构;断层面见大量近水平展布的擦痕和阶步	对含矿岩体有控制作用
	F₂	龙首山南侧	倾向SW,倾角60°~75°,长约2 km,宁远堡以东则转为东西向,直达红崖山南沿一带,在白家嘴子地层和较新的白垩系地层之间以断裂为界,为不整合接触关系	地表可见断层破碎带,沿断层断续可见角闪岩、花岗岩出露	对超基性岩体的控制作用较弱
	F₃	Ⅲ矿区南西侧	与矿体产状基本一致,出露长度1000多米,走向320°,倾向SW,倾角约60°,断层性质为逆断层,东端隐没于第四系覆盖物下	地表可见断层破碎带,带内可见因挤压形成的破裂面;断层两侧可见揉皱现象	对矿体破坏作用小
	F₁₆	Ⅰ矿区含矿超基性岩体下盘	倾向195°,倾角75°左右,延长4 km以上	断层两侧岩层产状相交,上盘大理岩常形成紧闭褶曲,呈挤压特征,下盘断层面中见仰冲阶梯	对岩体下盘围岩有破坏作用
	F₁₈	位于Ⅱ矿区南西方向采石场附近	倾向SW,倾角70°左右,长600 m,断层破碎带宽1~5 m,该断层位于Ⅱ矿区南侧300 m处	断裂下盘为花岗岩,上盘为第四系,断裂带内可见角砾糜棱化带,角砾主要为花岗岩和大理岩;角砾明显受到挤压、揉搓和破碎	对岩体下盘围岩有破坏作用
第二组: 北东东— 南西西向层	F_16-1	Ⅰ矿区3行以西,大致紧贴Ⅰ矿区延伸	倾向SSE,倾角75°~85°,长约700 m,向下延伸小于50 m	断层上盘为老变质岩系,下盘为含矿超基性岩,受断层影响,含矿超基性岩被拖拽成弯曲状,断层破碎带宽2~3 m	对Ⅰ、Ⅱ矿区金川岩体有错断作用
	F₈	位于Ⅰ矿区和Ⅲ矿区之间	倾向SE,倾角75°~80°,长约5.3 km,斜穿于Ⅰ矿区和Ⅲ矿区之间	截切F₁与F₃断裂,断层具多期活动的特征,早期为正断层,晚期为逆冲走滑断层。断层破碎带宽15~32 m	对Ⅰ、Ⅲ矿区金川岩体有错断作用
	F₂₃	Ⅳ矿区56行附近	倾向SE,倾角大于70°,延长约1.2 km	将Ⅱ矿含矿岩体南东段错开,使其位移至现在Ⅳ矿含矿岩体位置	构成Ⅱ矿与Ⅳ矿的分界
第三组: 北东— 南西向层	F₁₇	位于Ⅱ矿区38行附近	倾向140°,倾角73°左右,延长约1.8 km	横切岩体及围岩地层,断层带宽2~6 m,断层面附近见岩石破碎物、断层泥及角砾。该断层上下盘中节理发育,岩石比较破碎。使2号矿体在40行左右断开,水平断距130~260 m,垂直断距90~150 m	破坏含矿超基性岩体
	F_a	位于Ⅰ矿区12行附近	倾向SW,倾角60°~70°,纵向延伸650 m	断层在1300水平横切含矿超基性岩体,且在井下可见断层破碎带	破坏含矿超基性岩体
	F_c	位于Ⅱ矿区23行附近	倾向SW,倾角40°~50°	井下可见断层横切含矿超基性岩体,断距8~10 m	破坏含矿超基性岩体