郯庐断裂带南段继承性断裂构造控矿模式研究及其应用效果
——以皖东北五河金矿整装勘查为例
汪青松1，2，张顺林1，2，张金会1，2，张家嘉1，2，尤淼1，2
1 自然资源部覆盖区深部资源勘查工程技术创新中心
2 安徽省勘查技术院
导读：
不同的勘查区往往具有不同的控矿条件，需要具有本区特色的勘查理论指导。在覆盖区，由于控矿条件难以调查清楚，缺少区域特色控矿模式理论指导，找矿突破难度大。物探是覆盖区找矿主要手段，物探异常不仅可以推断解释地质构造空间分布形态，还能大致判断其形成时代，进行地质构造时间演化推断解释。本文利用区域重磁老资料二次开发成果，进行皖东北地区大地构造构造时空演化推断解释，成功的实现了物探成果引领地质理论创新，创建了“继承性断裂构造控矿模式”，从而发明了一种覆盖区继承性断裂构造找矿方法，指导安徽省五河金矿整装勘查，不断发现新矿床，估算潜在资源量可达特大型规模，实现了郯庐断裂带南段找金新突破。“继承性断裂构造控矿模式”及其找矿方法具有广泛推广应用前景，推荐读者阅读本文和应用实践。
关键词：郯庐断裂带；重磁异常；时空演化解释；继承性断裂；金矿控矿模式。
五河地区位于郯庐断裂带南段，黄金开采起于明朝，历史悠久，区内大巩山森林公园中还保留有古代采金遗迹，当地人在山坡上还可以淘出砂金。20世纪90年代，区内朱顶镇农民建房挖地基发现了高品位金矿，招来民众哄抢，曾引起地矿部们和当地政府的高度重视，先后有多支地勘单位和科研院所在此开展找金工作，县政府还在全国招商，引进开发资金和勘查技术。截止2010年，累计发现小型金矿4个，矿点50余处（分布基岩区），共探明金资源储量6.7t，建成了3座小型矿山，但实际找矿效果并不理想，与位于郯庐断裂带胶东地区的金矿找矿相比属天壤之别。该区因地表大面积第四系覆盖和基岩构造条件复杂，因以往缺乏系统性地面地质测量，缺少控矿地质条件研究和基岩矿化信息探测有效方法技术，对控矿条件没有新的认识，难以圈定出找矿靶区，一直未能取得重要的找矿成果。2010年实施整装勘查后，从区域成矿规律研究入手，偿试利用区域重力等物探异常揭示地质构造与成矿关系，分析研究区内控矿构造条件，构建了继承性断裂构造控矿模式，为找矿靶区的圈定提供了理论依据，指导五河金矿整装勘查区靶区圈定，取得了很好的找矿效果，实现了郯庐断裂带南段安徽省境内找金矿重大突破。皖东北地区处于华北地台、扬子地台、秦岭-大别-苏鲁造山带结合部位，郯庐断裂带南段从皖东北地区通过，西侧为华北板块和大别造山带，东侧为苏鲁造山带和扬子地台北缘。广泛分布第四系覆盖层，基层出露区范围小，地质矿产概况参见图1。
图1 皖东北地区地质构造略图
1—第四系；2—白垩系-新近系陆相沉积；3—青白口系-二叠系沉积盖层；4—震旦系-三叠系沉积盖层；5—五河岩群；6—凤阳群；7—张八岭岩群；8—阚集群；9—新近系玄武岩；10—白垩系安山岩；11—中生代侵入岩；12—元古代花岗质片麻岩；13—深、大断裂；14—隐伏深、大断裂；15—成矿区范围；16—五河金矿整装勘查区。
五河金矿整装勘查区位于皖东北地区的五河县东部，面积400km2。横跨淮河两岸，属于皖北淮河中下游平原及低丘地貌，地表大部分为第四纪松散层覆盖，最大厚度达120～160 m，基岩为前寒武纪变质岩和白垩系“红层”，仅在大巩山地区有零星基岩露头，区内基岩地质情况参见图2。
图2 安徽五河金矿整装勘查区基岩地质略图
1—新近系；2—白垩系上统邱庄组，3—白垩系下统新庄组，4—白垩系下统青山群，5—新太古-古元古代五河群峰山李组，6—新太古-古元古代五河群庄子李组，7—新太古-古元古代五河群西崓堆组，8—古元古代花岗闪长岩，9—燕山期钾长花岗岩，10—燕山期钾长花岗斑岩，11—花岗闪长斑岩，12—花岗斑岩，13—钾化带，14—推断/实测断层及编号，15—地质界线，16—小型金矿，17—中型金矿，18—整装勘查区
2 区域控矿构造分析
2.1 区域重力异常特征及其皖东北构造格架解释
利用20余万个重力数据，经二次开发处理，编制了皖东北地区85581km2的重力异常图（图3）。发现郯庐断裂带两侧重力低异常呈现出规律性分布现象：以郯庐断裂带为界，东、西两侧重力低异常都具有条带状弧形特征，且方向相反，大致具有旋转对称性。西侧为条带状重力低异常，从西到东，走向由近东西向渐变为北东向，弧形凸向东南。东侧为条带状重力低异常，从西到东，走向由北东向渐变为北东东向，弧形凸向西北，与西侧相反。当东、西两侧的条带状重力低异常远离郯庐断裂带时，弧形特征逐渐减弱；当接近郯庐断裂带时，弧形特征增强。显示出郯庐断裂带两侧存在牵引力的作用，体现了郯庐断裂带是两侧块体结合的边界，在构造运动时成为应力集中带。
图3 皖东北地区重力异常与继承性断裂构造分布图
弧形重力低异常主要是中新生代断陷盆地的反映。中新生代断陷盆地是在继承了郯庐断裂带构造体系早期形成的次级断裂构造基础上发生发展完成的。郯庐断裂带主带发挥了块体边界应力集中带作用，当太平洋板块向欧亚板块俯冲时，郯庐断裂带承受左行压扭性应力作用，在其两侧受牵引力作用，各形成了一系列弧形凸向相反的次级断裂构造（图3）。当中国东部在燕山期活动进入伸展期时，郯庐断裂带处于拉张应力状态，深部岩浆沿郯庐断裂带主带及其两侧次级牵引构造断裂上侵，形成大规模燕山期中-酸性岩浆岩，并导致了金的成矿作用。随着拉伸作用的进一步加强，在主带形成地堑的同时，次级牵引构造断裂带则发展成断陷盆地。因断陷盆地的物质多为低密度红色粘土砂砾岩“红层”，物探异常特征表现为重力低，故在郯庐断裂带两侧断陷盆地呈现弧形条带状重力低异常且具旋转对称性。因此，皖东北地区重力异常反映了区内的构造格架、揭示了演化特征，其旋转对称性和弧形特征，表明了郯庐断裂构造带在燕山期之前就已存在，控制了区内后期构造演化与燕山期成矿作用。已知金矿床分布在断裂构造带上和断陷盆地边缘地带（图3），体现了继承性断裂构造的控矿性。皖东北地区金属矿床主要集中在五河、蚌埠-凤阳、明光三界、全椒马厂、滁州琅琊山和淮北前常-徐楼等地。经分析研究后认为：皖东北地区的主要矿床类型有两大类，分别是中低温热液型金多金属矿床和矽卡岩型铜金矿床，均受郯庐断裂带构造体系控制。控矿主要因素有郯庐断裂构造、燕山期岩浆岩、前寒武纪变质岩和古生代及震旦系地层，其中，区域性断裂构造即郯庐断裂带是皖东北地区最重要的控矿条件：（1）郯庐断裂构造是控矿关键因素，诱发岩体侵入和盆地形成，控制岩体和盆地的形态和边界，控制热源分布和成矿空间。远离郯庐断裂带主带，其影响依然存在，如琅琊山铜矿和杨桥孜金矿的形成。（2）燕山期岩体控矿作用明显，为矽卡岩型铜金矿床提供成矿热液。（3）华北地台前寒武系变质岩地层具有高金丰度背景的最古老原生含金建造，而且金容易活化，当有郯庐断裂带构造体系的主干断裂或岩体存在时，可形成中低温热液型金多金属矿床。（4）古生代及震旦系地层的含碳质杂质灰岩、含硅质碳质碎屑岩夹层的碳酸盐岩和碎屑岩类，金元素含量较高，为金矿的形成提供了重要物质基础，可形成中低温热液型金矿床和矽卡岩型铁铜矿，如全椒马厂地区金矿和琅琊山铜矿、杨桥孜金矿等。以上4种控矿因素相互作用，可形成不同的矿床类型，参见图4。
图4 皖东北地区控矿条件与主要类型矿床形成之间关系示意图
3 继承性断裂构造控矿模式
3.1郯庐断裂带特征
郯庐断裂带是中国东部地区著名的断裂构造。据徐嘉炜、万天丰、朱光等研究成果，该断裂带经历了多期活动，开始形成于中、晚三叠世，此时最大左行走滑断距为430km左右，最大左行走滑活动时期当在中晚三叠世。陈宣华研究认为三叠纪 (244～209Ma)由于华北与扬子地块碰撞，郯庐断裂带形成为其主要左行平移时期。众多研究说明郯庐断裂带在我国东部大规模燕山期成矿之前就已存在。而东亚大陆，中晚白垩世(135～80Ma)经历岩石圈的减薄作用和大陆伸展构造体系的发育过程是中国东部地区重要成矿期。本文依据皖东北地区重力异常推断解释的郯庐断裂带形成于燕山期之前的结论与上述研究结果一致。郯庐断裂形成于印支期，长期活动，压扭拉张作用时而转换，发挥着板块内部应力集中的块体边界作用，控制了区内燕山期的岩浆活动与成矿作用。在印支期以左行压扭应力作用为主，在其两侧形成了一系列次级断裂构造或派生牵引构造，在皖东北地区主要表现为北东-北北东向断裂构造。至早白垩世进入伸展阶段，以拉张应力作用为主，伴随着中国大陆中东部发生的燕山期大规模成矿作用，皖东北地区进入金矿形成的主要时期。成矿岩体沿已有断裂构造侵入，含矿热液在郯庐断裂次级断裂构造或派生牵引构造裂隙中成矿，这些控矿构造都是继承了郯庐断裂带受压扭作用形成的次级断裂构造或派生牵引构造带。基于东北地区重力异常特征解译，结合区域控矿条件特征，特别是郯庐断裂带演化，构建了皖东北地区继承性断裂构造控矿模式，如图所示5。
图5 皖东北地区承性断裂构造控矿模式图
a-印支期郯庐断裂带南段皖东北地区地质模式图，b-燕山期郯庐断裂带南段皖东北地区地质矿产模式图，c-印支期郯庐断裂带主干断裂两侧次级断层空间分布模式图，d-石英脉-构造蚀变岩型金矿赋存模式图。
（1）印支期郯庐断裂带处于左行走滑压扭阶段，切割了皖东北地区前震旦系变质岩和震旦系-古生代界碳酸盐岩-碎屑岩地层，形成次级断裂构造、派生牵引构造，如图5 a。（2）印支期期构造运动中，中国东部构造受左行压扭应力作用，郯庐断裂带在此应力作用下，由应变椭球体分析可知，其主干断裂两侧必然派生出主压应力轴和主张应力轴，主应力轴方向可产生一系列压性、压扭性次级断层和张性、压扭性次级断层，其空间分布如图5C。（3）燕山期中国东部构造运动进入伸展阶段，郯庐断裂带主干断裂左行压扭应力作用消失。在压扭拉张应力转换期，早期形成的断层中侵入岩体，成矿物质在合适部位沉淀形成矿床，在古生界及震旦系碳酸盐岩-碎屑岩分布区可形成①杨桥孜式矽卡岩型金矿（岩体接触带）和②范水洼式构造破碎带型金矿（远离岩体），在前震旦系变质岩分布区可形成石英脉-构造蚀变岩型金矿，如图5c。（4）燕山期成矿阶段，郯庐断裂带受左行压扭性应力作用，在前震旦系变质岩分布区，压扭性次级断层中形成③长淮式石英脉-构造蚀变岩型金矿，张性次级断层中形成④中家山式(马山矿段)石英脉-构造蚀变岩型金矿，主干断裂两侧应变椭球体各应力方向上产生的断层裂隙中均可形赋存矿体，矿体赋存模式如图5d。（5）在燕山期伸展阶段，郯庐断裂带的主干断裂以及主要次级断裂在拉张应力作用下，逐步发展成地堑构造形式，伴随断陷盆地形成，接受白垩纪红色沉积物，早期形成的矿床被覆盖；在喜山期升降运动阶段，隆起区基岩和矿体遭受剥蚀，下降区接收第四纪沉积物，矿床被覆盖。覆盖矿体模式如图5d，郯庐断裂带还有较多矿床被覆盖。在五河金矿整装勘查区，笔者对已知矿的统计表明，长淮式金矿床基本上位于走向NE10°-30°的断裂构造带中，说明区内主要控矿构造大都继承了早期的北东-北北东向压扭性次级断层。在皖东北地区，继承性断裂构造具有显著的物探异常识别标志，已知矿床多分布在郯庐断裂带的次级断裂构造带上，物探异常具有弧形梯级带特征。可以利用这种特征预测找矿靶区。皖东北地区北东-北北东向继承断裂构造的物探异常普遍具有弧形特征（图3），这种特征在1/5万航磁异常和1/2.5万航磁异常上都有表现。弧形物探异常不切割主干断裂，因蚀变时会发生消磁作用，继承性断裂构造有矿化蚀变存在时会伴随有磁场低值带异常。原因是皖东北地区基底变质岩多由角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩等组成，具有较强磁性，地面有磁异常显示。当发生矿化蚀变时，主要蚀变类型为硅化、绢云母化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、钠长石化等，蚀变矿物无磁性，变质岩的结构与构造被破坏，其中磁性较强的暗色矿物如角闪石、黑云母等蚀变务绿泥石、绿帘石等，磁性消失，变质岩磁异常降低。继承性断裂构造控矿模式（图5）强调的是断裂构造控矿，根据继承性断裂构造形成机理分析控矿构造空间分布规律，依据物探异常进行形态识别，就可在覆盖区确定成矿的有利构造位置，这是创建该模式的意义所在。
4 应用效果
笔者利用继承性断裂构造控矿模式成功指导了五河金矿整装勘查区的找矿勘探工作。结合该整装勘查区内基岩地质情况和地球物理场特征，分析其是否与区域控矿地质条件一致，进一步查明是否具有继承性断裂构造的物探异常，依据相关步骤圈定找矿靶区，具体工作步骤如下：充分利用现有地质和物化探资料综合解释，编制基岩地质图（图2）。继承性断裂构造具有2个特点，一是不平直，具有弧形弯曲特征，且与皖东弧形重力梯级带异常形态特征相似；二是不能切割主干断裂，应与主干断裂锐角相接，并止于主干断裂，二者夹角一般在20°~60°之间。据此在整装勘查区基岩地质图中寻找符合条件的弧形断裂。并非所有的继承性断裂构造都属于控矿构造而具有含矿性，需要结合磁性异常加以判别。五河群变质岩具有较强的磁性，继承性断裂构造带发生矿化蚀变时，会伴随有消磁作用，出现磁异常减弱现象，矿化带附近则呈现低磁或负磁异常条带特征。磁异常低值带是判断继承性断裂构造带是否发生矿化蚀变的重要标志。将伴随有磁异常低值带弧形断裂构造带区域圈定为蚀变矿化带，作为找矿靶区。本次实验一共在整装勘查区北部的厚覆盖区圈定了6个靶区，它们分别是：河口-荣渡天井湖、天井湖、西堌堆-东渡、朱顶、大巩山、小杨家靶区，参见图6。找矿靶区内钻探验证孔位，主要依据磁异常梯级带以及获得的其它方法异常信息进行综合研究确定。在钻探验证时按照覆盖区循环渐近式找矿思路开展分批施工，没有同时按普查网度进行大批量钻探施工，不断总结验证效果，逐步实现找矿突破。在6个靶区均进行了钻探验证，已发现金矿五处。其中中型金矿2处、小型金矿3个，累计新增金资源量20t，已达大型矿床规模，是该区以往累计探明6.7t资源量的3倍，实现了五河金矿整装勘查区的重要找矿突破。由于目前控制的深度仅限600米以浅，且普查控制区域范围还很小，可以预见，随着后期工作的开展，金资源量还将上升，区内金矿资源潜力可望达特大型矿床规模。
图6 五河金矿整装勘查区找矿靶区与普查控制区分布图
5 结论
(1)物探是覆盖区找矿主要手段，物探异常不仅可以推断解释地质构造空间分布形态，还能大致判断其形成时代，进行地质构造时间演化推断解释。(2)创建的“继承性断裂构造控矿模式”及发明的找矿方法，指导安徽省五河金矿整装勘查，实现了郯庐断裂带南段找金新突破。(3) “继承性断裂构造控矿模式”及其找矿方法具有广泛推广应用前景。
来源：汪青松，张顺林，张金会，张家嘉，尤淼. 2020. 郯庐断裂带南段继承性断裂构造控矿模式研究及其应用效果. 地质学报.94（10）：2965～2977。
