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T破裂在断层运动学和区域构造成矿中的应用

2024-09-12 50 上传者：管理员

摘要：断层运动学及区域地球动力学背景是野外构造地质调查的重要内容，同时也是区域构造变形与成矿研究的关键。由于地质历史时期多期次构造变形叠加改造，断层运动学性质需要结合多重地质手段相互印证。走滑断层在相对运动过程中形成各种类型次级破裂，其中T破裂倾向代表对盘运动方向，在判别构造运动方向方面最可靠。此外，T破裂与区域主压应力方向平行可以有效指示区域主应力方向，因此可以作为判别区域断层运动性质的重要证据之一。本次研究在大量的野外构造地质调查基础上，结合其他断层运动学标志，初步总结野外利用T破裂判别贵州古生代-中生代地层中发育的断层并有效揭示这些断层运动性质。结合T破裂与主剪切破裂力学性质和几何学特征总结了T破裂在区域构造控矿分析中的应用。

关键词：
T破裂
区域地球动力学
区域成矿
断层动力学
运动学特征
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在所有次级破裂构造中，T破裂易识别并对主剪切面构造运动方向的指示是最可靠的(Petit JP,1987;Fossen H,2010)。T破裂与区域主压应力方向平行可以有效指示区域主应力方向(图1a)(陈书平等，2024)。此外，T破裂为张性破裂或正断层与常垂直于断层面擦痕并与主剪切面呈大约30°45°夹角(许顺山等，2017),深部含矿热液或含矿流体通过主走滑剪切面向上运移赋存在主断裂及两侧的张性破裂形成的扩容空间中，常作为含矿热液流动和聚集场所，成为小构造赋大矿的重要含矿赋存部位。因此T破裂为区域重要的赋矿构造，识别次级断层(T破裂)的可能产出状态，将能更好地预测与其有关的矿体的位置，对区域找矿有重要指示意义(林振文等，2017)。然而，目前T破裂在判别断层运动方向和运动性质以及区域成矿预测方面的研究较少。本文在大量的野外构造地质调查基础上，结合其他断层运动学标志，初步总结野外利用T破裂判别断层相对运动方向，并利用T破裂与主剪切破裂力学性质和几何学特征开展初步区域构造控矿分析。

与断层面上的阶步类似，走滑断层在两盘的相对剪切滑动过程中，区域主应力与主剪切面斜交存在正应力和剪应力作用以及断层面岩石物理性质差异，在走滑剪切两侧常形成T破裂面，破裂面倾向指示对盘运动方向(图1b和c)。这些T破裂面剖面上常呈下尖上宽的倒V字形为张开的伸展裂缝(图1b),有时被方解石和石英等矿物充填。野外及前人构造观测研究表明T破裂面在断层面可以是平直的，也可以是弯曲的，常分为新月型和线性伸展张裂面(图1b和c),新月型显示与平均主剪切面高角度(近垂直)相交，而线型伸展张裂面与主剪切面常呈30°45°相交(Petit, 1987)。

1、前言

断层几何学和运动学特征是构造地质学研究的重要的内容，断层相对运动方向决定了断层性质和古应力方向并控制或者影响区域成矿作用(杜王庆等，2021;张小强等，2022;苏特等，2023),同时也为揭示区域地质构造演化和地球动力学背景提供重要地质信息(杨成富等，2020;Wang et al.,2020;Yang et al.,2021;陈柏林等，2022)。野外地质调查中断层几何学和运动学特征研究是区域地质调查、成矿预测和找矿勘查等基础地质工作的基础。在漫长的地质演化历史中断裂构造记录了多期次构造变形叠加改造，形成复杂的断层构造破碎带，如何准确判定多期活动断层的运动方向依然是野外构造地质调查面临的重要挑战。

里德尔(Riedel, 1929)基于黏土块实验对走滑断层雁行张裂隙和雁行断层所限定的剪切断层带及次级破裂开展了初步研究，在此基础上Skempton, 1966提出了里德尔剪切模型，并总结了主走滑剪切带及次级破裂运动学性质和应力特征。根据主断裂次级破裂方向和动力学差异，里德尔剪切破裂准则把次级断裂分为：R、P和R′以及T破裂，次级破裂R比R′和P通常在主剪切滑动面更加发育，并显示与主剪切面一致的运动性质，而R′则显示与主剪切面大的夹角和相反的运动性质。里德尔剪切主剪切面与次级破裂广泛应用于区域构造运动学分析、矿田控矿构造分析(林振文等，2017)、走滑拉分盆地形成及组合样式研究(许顺山等，2017)。

图1T破裂与主剪切面几何学关系和运动学指示图(据Fossen, 2010修)

野外地质观察揭示擦痕与对应垂直的T破裂为同期同一应力场下的产物。图2a和b为紫云-垭都断裂西北断赫章妈姑铅锌矿区北部外围矿区区域主逆冲断裂上盘中二叠统栖霞-茅口组灰岩中发育的断层面擦痕，断层面上T破裂常垂直于断层面擦痕，指示断层具有左行走滑兼具逆冲性质，为逆-左行走滑断层，与区域地质观测结果一致。普安欧场背斜核部泥盆系火烘组灰岩和六枝平桥萤石矿区二叠系龙吟组底部泥页岩中都发育有两期构造变形，对应的T破裂在两期构造变形都发育(图2c和d)。普安欧场剖面泥盆系火烘组灰岩断层保存了多期次构造活动历史，发育多个方向断层擦痕，野外地质测量和运动学观测表明该断裂早期以主要表现为逆冲性质，后期则表现为左行-逆冲断层，指示区域构造应力从近南北向近东西向构造挤压转换，与断裂面层高角度相交的两组T破裂面也表明出切割关系，清晰地指示断层活动的先后顺序(图2c)。六枝平桥地区龙吟组地层中的断层记录了NESW向断裂早期为左行-逆冲断层，后期运动性质转变为左行-正断层，指示区域应力方向由早期近南北向挤压向后期北东-南西向构造挤压转变，断裂面上对应也发育两组T破裂，反映这两个地区相似的构造应力作用过程以及相似的构造演化历史。六枝郎岱地区郎岱向斜核部中侏罗统沙溪庙组砂岩地层中T破裂面指示断层为左行走滑断层，揭示研究区中侏罗世之后近东西向构造挤压应力(图2e)。图2f为黔南地区长安穹窿南部敦操地区石炭-早二叠统威宁组厚层至块状灰岩中发育的断层，T破裂和断层面擦痕都指示断层性质以左行走滑为主。

2、T破裂在判断断层运动性质的应用

贵州位于特提斯和古太平洋构造域结合部位，沉积了完整的早新元古代-中生代地层序列(贵州省地矿局，1987),受到中生代时期特提斯洋沿华南板块南缘和西缘闭合以及华南板块东缘古太平洋俯冲共同影响，保存了多期次构造变形记录，断裂褶皱广泛发育(张岳桥等，2009;刘丽萍等，2010;张德明等，2014;王岳军等，2022;Xu Xia-nbing, 2023)。我们运用T破裂对主剪切面运动方向的指示并结合野外多重地质证据对不同地区、不同时代地层中断层运动学进行分析。

这些大量的野外证据表明T破裂在断层活动过程中普遍存在，并在判断断层运动学性质中提供重要且可靠的运动学指示。此外，多组与主主断裂面呈大角度相交的T破裂面切割关系也可以为鉴定多期次断层活动先后顺序提供补充证据，因此在野外地质实践过程中可以与区域其他地质证据相互验证，相互补充。

3、T破裂在区域构造控矿分析中的应用

西秦岭地区古生代以来经历了俯冲-碰撞-陆内造山多期次复杂的构造岩浆活动和成矿多用为重要的有色金属成矿带和中国第三大金矿产区(南国卫，2016)。早中生代时期，中特提斯洋分支洋盆勉略洋盆在该地区最终俯冲消亡导致华南板块与南秦岭陆块碰撞拼合形成近南北向构造挤压应力(南国卫，2016)。近南北向构造挤压在西秦岭李子园多金属矿区天子山岩体中形成北东向左行走滑剪切构造和近南北向的T破裂。T破裂中脉体以张性充填结构为主，发育碳酸盐岩角砾，脉体中石英、Pb-Ag矿多呈自形，显示典型张性空间构造特征(图3),为区域上重要的构造控矿有利部位。在多组北东向主剪切断裂平行或近平行分布区，主走滑剪切断裂两侧发育的T破裂会发贯通形成近南北向两端粗大中间相对厚度较小的的含矿带。因此，近南北向的T破裂成为该区重要的控矿构造和找矿重要靶区。此外，华南板块钦杭成矿带南段中苏银-金矿矿脉也明显受到T破裂构造控制，矿体以脉体、透镜体等形式赋存于T破裂及其他次级破裂中。T破裂中矿脉多为石英脉，具有充填结构和梳状构造，显示张性构造特征(林振文等，2017)。

长江铀矿田位于华夏地块诸广山南部，为我国主要铀资源基地和矿产基地之一，其中棉花坑铀矿床作为我国目前唯一在产的硬岩型铀矿床(谭忠银等，2015;罗强等，2020;陈伯林等，2022),区域矿床分布明显受到区域构造控制。大量的野外资料揭示长江铀矿田区发育两条大规模走滑剪切构造，分别为位于北部的棉花坑断裂和南部的黄溪水断裂(图4)。两条断裂带在卫星影像图上呈明显线性分布，印支期近南北向强烈构造挤压导致这两条NESW向断裂表现为左行走滑性质的压扭性构造(陈伯林等，2022),走滑剪切作用沿主断裂面两侧形成T型伸展破裂，大规模走滑断裂形成的次级T型破裂往往也规模较大，延伸较远。矿区主要矿床也沿着主断裂带附近次级断裂带分布(图4),这些T型伸展破裂可能为铀矿床成矿提供了通道和场所。因此，近南北向的次级小断裂成为区域上重要的控矿构造和找矿重要靶区(陈伯林等，2022)。

4、结论

T破裂常垂直于断层面擦痕与主剪切面呈大约30°45°夹角，剖面上常呈下尖上宽的倒V字形为张开的伸展裂缝，T破裂面倾向清晰指示对盘运动方向。野外地质调查揭示T破裂广泛发育在不同时代和岩性的地层中，用T破裂可以有效判断断层运动性质并与其他构造运动学标志相互印证。T破裂与区域主压应力方向平行可以有效指示区域主应力方向。在区域构造成矿中T破裂作为区域张性构造常作为含矿热液流动和聚集场所，可能为区域成矿物质提供了重要通道和富集场所。

图2 贵州构造变形区断层面T破裂野外地质特征

图3 西秦岭李子园金-铅锌-银多金属矿区T破裂控矿构造图

图4 长江铀矿田区域地质构造简图(据陈伯林等，2020修)

参考文献:

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罗强,许幼,伏顺成,等.2020.诸广长江矿田铀矿地质特征及找矿潜力[J].矿产勘查,11(2):276-285.

刘丽萍,李三忠,戴黎明等.2010.雪峰山西侧贵州地区中生代构造特征及其演化[J].地质科学,45(01):228-242.

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南国卫,2016.西秦岭李子金矿控矿构造研究[D]｡西安:西北大学,1-63.