壹般來說,斷裂構造動力學是脈狀金礦化的首要條件,成礦流體動力學是重要條件。從構造動力學和流體動力學角度探討了脈狀礦化類型的動力學機制。
1.斷裂構造的動力機制
李四光(1972)曾強調,壓張扭破裂面的分析是研究地質構造特征的壹個非常重要的基礎問題(壓張扭破裂面不僅是主要的構造特征之壹,而且可以用來推斷構造動力學及其演化。作者註)縱觀我國金礦床的大量控礦斷層,發現以張性和壓剪性斷層最為常見。因此,斷裂構造動力學對基本礦化類型的控制主要從這兩個方面來討論。
(1)斷裂的分形結構
分形現象在自然界中非常普遍,尤其是在地球科學領域(因為地球科學的對象壹般是不規則的、近似相似的、高度分段的和冪函數的等。).比如地殼中常見的斷裂現象,其實就是分形現象。但這裏指的是斷層的分布和幾何形態。具體來說,把斷裂看成是線段的分布和幾何形狀,不涉及斷裂內部的性質和結構。然而,任何性質和規模的斷層構造都有其內在的組成、性質和結構。根據分形的定義,斷裂的內部結構是壹種分形結構,主要由斷裂面和斷層巖組成。這裏所說的斷口分形結構是指內部結構。
(2)斷裂分形結構空間狀態的概念模型。
裂縫分形結構主要包括連通自由空間和連通分散空間兩種空間狀態概念模型,分別對應於拉剪裂縫和壓剪裂縫。
1)連通自由空間分形結構。主要由陡傾破裂面和張剪單壹破裂面組成,其次是破碎帶和次生滲透性面理,再其次是構造角礫巖。當這些貫通的、可分割的結構面相互連接時,就形成了壹個大規模的、復雜的連通自由空間。
結構痕跡是結構力學性質和活動歷史的記錄。形成連通自由空間的裂隙的力學性質為拉剪,即拉剪斷裂活動是連通自由空間裂隙分形結構的構造動力機制。在張剪型斷層構造的動力作用下,構造膨脹直接導致兩種效應:壹是膨脹消耗了部分能量,導致應力衰減。二是因膨脹而減壓,產生抽吸效應。成礦流體被泵入裂縫擴展空間,充填到脈狀礦化中。成礦流體泵入膨脹空間後,流體壓力轉化為擴大膨脹空間。也就是說,在結構膨脹的過程中,它包含了流體填充的功能;在流體充註過程中,也有結構膨脹的因素。這樣,構造擴張和流體充填的周期性重復構成了脈狀礦化的擴張-充填機制。其持續時間、頻率和振幅主要取決於伸展斷層和剪切斷層的動力大小以及成礦流體的充足性。
2)連通彌散空間分形結構。它由碎裂巖系和壓剪斷裂結構面組成,具有高滲透性多孔介質的特征。顯然,壓剪斷裂活動是形成連通彌散空間分形結構的構造動力機制。壓剪斷裂構造的動力通過破碎產生由少到多的破碎基礎、由大到小的碎塊、由簡單到復雜的結構、由脆性變形到塑性變形的遞進變形。因此,脆性斷裂變形機制可稱為構造斷裂遞進變形機制,它控制著蝕變巖類型的成礦作用。
觀察礦脈露頭或面礦化蝕變時發現,礦化蝕變的強度總是隨著碎裂巖粗碎屑粒徑的減小而增大。結果表明,礦化蝕變強度實際上與流體在連通彌散空間的接觸面積成正相關。接觸面積與同體積巖塊的顆粒大小和形狀有關。
與粒度的關系:假設壹個邊長(L)為1的4mm的立方體巖塊,面積為96mm2,將其分成邊長為L/2,L/4的小立方體...,總面積為192mm2,384mm2……...計算結果表明,當立方體的邊長比原邊長縮短65438+時,粗碎屑巖的粒度越小,礦化蝕變的強度越大。而當巖屑粒徑小到超碎裂巖和斷層泥時,由於滲透性差,蝕變礦化強度突然下降,甚至無蝕變礦化。可見,構造強度控礦並不意味著其強度越大,礦化程度越高,而必須是適度的。
與形式的關系:柯振魁(1997)假設球體、八面體、立方體、四面體的體積為1,它們的表面積分別為4.836、5.719、6、7.201。計算結果表明,碎片形狀越接近球體,表面積越小,反之亦然。因此,片狀和扁豆狀巖石的礦化和蝕變強度相對較高。但越靠近主斷面,顆粒越小,形狀越扁平,因此礦化蝕變強度越大。
2.成礦流體動力學機制
所謂成礦流體流動不同於壹般的流體流動。金礦成礦流體通常是中低溫壓力、中等密度、低鹽度的氣液相,在裂隙分形結構空間中流動非常緩慢。制約成礦流體流動的因素很多,所以有多種流動方式。為便於研究,總結了彌散、擴散(滲透)、平流擴散、對流和湍流五種流動模式,即水動力機制。
(1)連通自由空間中流體動力學機制
成礦流體進入連通的自由空間形成的礦脈有巨脈、大脈、中脈和小脈。不同的脈沖寬度具有不同的流體動力學機制。水動力機制取決於流動空間狀態,即流動通道的空間狀態、封閉系統的大小和通道的巖石性質,但後兩者在壹個斷層中變化很小,忽略不計。因此,流體動力學機制主要取決於流道的空間狀態,具體來說是流道寬度和曲率,其中寬度是最重要的。如果把脈沖寬度看作通道的近似寬度,不同寬度脈沖類型的流體力學機制是不同的。這裏有壹些例子。
細脈的流體動力學分形對流機制:對流是指成礦流體在連續的自由空間裂隙分形結構中流動到壹定寬度(超過平流臨界值)時,流動軌跡不平行,流體顆粒混合,即流體不穩定,呈現不平衡狀態或周期性振蕩。通道寬度的變化導致速度和差速運動的變化,這是引起對流的主要原因。流體在裂縫分形結構中流動,具有分形特征,故稱為分形對流機制。
巨脈或大脈的流體動力學分形湍流機制:當通道再次變寬,超過對流的臨界值時,流動狀態會非常復雜,最後進入混沌狀態,成礦流體變成分形湍流運動。也可能存在對流和湍流共存的雙流態,即混流。總之,流道寬度越大,速度和流量的差別越大,流動狀態越復雜。
(2)連通彌散空間中的流體動力學分形彌散機制
目前,關於金礦床礦化類型的水動力分形彌散機制的研究成果尚未見報道,但其他內生金屬礦床已有報道。於崇文(1999)研究了江西德興斑巖銅礦田成礦作用的水動力分形彌散機制。德興銅礦田與本樹蝕變巖型金礦床礦物不同,但分形特征和分形結構相同,對流體動力學起著關鍵的控制作用。因此,銅礦田多孔介質分形彌散的壹維和二維概念模型均適用於脈蝕變巖型金礦。換句話說,應該建立連通彌散空間中的流體動力學分形彌散機制。
3.控制型範例及其啟示
陳光遠等(1989)詳細對比了膠東玲瓏、棲霞(A型)金礦與夏甸、三山島(D型)金礦的礦物特征和物理化學條件,認為不同的地質構造環境是控制應時脈型和蝕變巖型的主導因素。應時脈狀和脈狀蝕變巖型金礦是張性和壓性剪切兩種不同構造環境的產物。
在黃鐵礦特征方面,D型黃鐵礦粒度變化較大,0.01 ~ 5 mm,A型為0.01 ~ 1mm;D型中偏晶、連續晶和大指數的{hkb}較多,而A型較少;D型晶面條紋發達,晶面粗糙,A型相對光滑。在D型中,四方八面體、三角八面體和民間的復十二面體的單形態較少,而在A型中則較多。
應時玲瓏金礦(A型)和夏甸金礦(D型)在氣液包裹體方面有許多不同之處。比如A型的氣液比在20% ~ 50%;d型0 ~ 30%。尺碼(微米)A型2 ~ 50;d型0.5 ~ 5。形成壹種統治是占優勢的;d型不規則性占優勢。負A型晶體少見;d型很少見。
以上實例是否說明構造動力和流體動力不僅控制礦化類型,還控制其礦物特征和包裹體特征,但從礦化類型到包裹體特征的控制程度有減弱的趨勢。斷層的力學性質在壹定程度上控制了礦化類型。
4.基本礦化類型的動力學模型
上面討論了構造動力學、斷裂分形結構、成礦流體動力學和基本礦化類型及其時序、空間相互變化和內在聯系,總結在基本礦化類型動力學模型圖中(圖1-3)。
圖1-3基本礦化類型動態模型圖
從圖1-3的水平視圖看,拉剪斷裂與壓剪斷裂、連接自由空間與連通彌散空間、湍流與彌散、A型與D型的關系處於兩端構件的相對位置,它們之間的漸進性和分帶性將它們聯系起來。縱向上如圖1-3右欄所示:壓剪斷裂、連通分散空間、分散和D型關系,前者是後者的原因和條件,後者是前者發展或演化的結果和表征,反映了成礦的演化過程和因果關系。縱橫看,反映了基本礦化類型及其時空結構的內在聯系和本質規律。由此可見,構造動力學和流體動力學對多種因素參與的基本礦化類型的形成貢獻最大。從這個意義上說,構造動力學和流體動力學確實是形成基本成礦類型的壹對基本控礦和控型因素。斷裂構造不僅為流體的運移和賦存提供了空間,而且制約了流體的運移潛力、方向和流入空間(當然,流體運移也影響斷裂活動,詳見第三章含金流體)。從這個意義上說,斷裂構造活動確實是金礦化的首要條件。