謝焱石, 尹建文, 譚凱旋, 唐振平, 段先哲, 胡 楊,王正慶, 李春光, 王昭昭, 馮志剛

(南華大學(xué) 核資源工程學(xué)院, 湖南省核燃料循環(huán)技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖南 衡陽 421001)

華南地區(qū)構(gòu)造–巖漿活化與熱液鈾成礦的分形動(dòng)力學(xué)

謝焱石, 尹建文, 譚凱旋, 唐振平, 段先哲, 胡 楊,王正慶, 李春光, 王昭昭, 馮志剛

(南華大學(xué) 核資源工程學(xué)院, 湖南省核燃料循環(huán)技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖南 衡陽 421001)

華南地區(qū)位于東亞殼體東南緣, 包括東南地洼區(qū)和江南地洼區(qū)兩個(gè)典型的華夏型地洼區(qū), 該區(qū)多階段的復(fù)雜構(gòu)造–巖漿演化形成了大量的花崗巖及斷裂構(gòu)造, 并導(dǎo)致大量多因復(fù)成熱液鈾礦床的形成。這些花崗巖體、斷裂構(gòu)造及鈾礦床的空間分布均具有分形特征。東南地洼區(qū)斷裂構(gòu)造的分維值為1.6800, 明顯大于江南地洼區(qū)的1.5939, 顯示前者更有利于熱液鈾成礦作用的發(fā)生?；◢弾r體空間分布盒維數(shù)D總體上隨其規(guī)模增大而增大, 較大的周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA會(huì)導(dǎo)致盒維數(shù)D增大, 顯示其構(gòu)造–巖漿活動(dòng)的復(fù)雜性增強(qiáng)。其中燕山晚期、燕山早期和印支期較大的D和DPA顯示其更有利于熱液鈾成礦的發(fā)生。華南地區(qū)熱液鈾礦床空間分布盒維數(shù)為1.0254, 明顯小于兩個(gè)不同構(gòu)造區(qū)斷裂構(gòu)造空間分布的分維值, 表明華南地區(qū)鈾礦床的發(fā)育程度低于斷裂。用元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)斷裂和成礦演化進(jìn)行模擬的結(jié)果表明, 其分維值隨時(shí)間逐漸增大, 到中晚期斷裂分維值增高至超過臨界值后才有大規(guī)模成礦作用發(fā)生, 成礦分維值顯著增大。多階段復(fù)雜的構(gòu)造–巖漿活動(dòng)的分形演化導(dǎo)致了華南地區(qū)多因復(fù)成熱液鈾成礦的分形分布。

構(gòu)造–巖漿活化； 斷裂構(gòu)造； 花崗巖； 熱液鈾礦； 分形； 華南

華南地處東亞殼體東南緣, 瀕臨西太平洋, 包括東南地洼區(qū)和江南地洼區(qū)(陳國達(dá), 1994, 1998)。該區(qū)自早泥盆世至中三疊世經(jīng)歷了較長(zhǎng)期的地臺(tái)發(fā)展階段, 沉積了一套穩(wěn)定的碳酸鹽巖建造、含煤砂頁巖建造。從晚三疊世開始區(qū)域進(jìn)入地洼階段,發(fā)生了廣泛和強(qiáng)烈的構(gòu)造–巖漿活化, 特別是在白堊紀(jì)–古近紀(jì)地殼拉張作用下(胡瑞忠等, 2004), 形成了許多重要的熱液鈾礦床, 從賦礦巖性可將其劃分為花崗巖型、火山巖型和碳硅泥巖型。諸多學(xué)者針對(duì)這些熱液鈾礦床的成礦機(jī)理(杜樂天和王玉明, 1984)、構(gòu)造環(huán)境及其巖漿演化序列(覃慕陶和劉師先, 1998)、地質(zhì)地球化學(xué)特征(張祖還和章邦桐, 1991)、成礦序列(鄧平等, 2002)以及成礦專屬性(陳振宇等, 2014)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。王正慶等(2013)系統(tǒng)分析了目前華南主要鈾成礦動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn), 探討了華南中新生代構(gòu)造–巖漿活動(dòng)與鈾成礦的關(guān)系。然而, 由于成礦作用的復(fù)雜性(於崇文, 1998), 包括斷裂構(gòu)造體系的分布與演化(Agterberg et al., 1996；謝焱石和譚凱旋, 2002)、巖漿演化(Perugini and Poli, 2000)、成礦元素活化與遷移(Zhou et al., 1994)、礦物的沉淀與礦體的形成(謝焱石等, 2004)等, 難以對(duì)構(gòu)造–巖漿活化與鈾成礦的關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確闡述。本文基于多因復(fù)成礦床成礦理論(陳國達(dá), 2000),從構(gòu)造單元成礦學(xué)的角度(陳國達(dá), 1987), 根據(jù)華南不同構(gòu)造區(qū)斷裂構(gòu)造、不同時(shí)期花崗巖的空間分布的分形分析, 結(jié)合數(shù)值模擬, 以新的思路探討華南地區(qū)構(gòu)造–巖漿活化與熱液鈾成礦的分形動(dòng)力學(xué)。

1 華南地區(qū)斷裂構(gòu)造的分形分布特征

華南大陸巖石圈塊體北以長(zhǎng)江斷裂帶為界, 西及西南以龍門山–哀牢山斷裂帶為界, 東及東南部延伸至陸緣海區(qū)。新元古代揚(yáng)子和華夏兩個(gè)獨(dú)立塊體拼合成為統(tǒng)一陸塊, 華南地區(qū)進(jìn)入地臺(tái)發(fā)展階段。晚古生代期間, 先在西部揚(yáng)子塊體出現(xiàn)“活化先奏”的構(gòu)造活動(dòng)(陳國達(dá)等, 2001), 并逐步向東擴(kuò)展。中、新生代以來, 隨著熱–構(gòu)造對(duì)華南大陸巖石圈改造作用的逐步加強(qiáng), 華南地區(qū)進(jìn)入地洼發(fā)展階段,形成一系列北東向斷陷構(gòu)造盆地, 并伴隨大規(guī)模的中酸性巖漿活動(dòng)。

在長(zhǎng)期的構(gòu)造–巖漿演化過程中, 華南地區(qū)主要發(fā)育有3組活動(dòng)斷裂, 走向分別為NE-NNE向、NEE-EW向、NW-NWW向(Li et al., 2002), 其中NE-NNE向斷裂規(guī)模最大(圖1), 分布最廣。NEE-EW向斷裂在地殼深部有明顯反映, 主要形成并活動(dòng)于中生代以前； NW-NWW向斷裂是一組新生的、近期活動(dòng)性最強(qiáng)的斷裂, 規(guī)模較小、切割不深。為了探討構(gòu)造–巖漿活化對(duì)熱液鈾成礦的影響, 分別對(duì)東亞殼體的江南地洼區(qū)和東南地洼區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造進(jìn)行了分形分析, 斷裂構(gòu)造數(shù)據(jù)來源于1∶250萬的中國地質(zhì)圖(來源于國土資源科學(xué)數(shù)據(jù)共享地質(zhì)調(diào)查分中心網(wǎng)站, http: //gsd.cgs.cn/categories.asp?tp= 250W), 分形分析方法采用常用的盒維數(shù)法(謝焱石和譚凱旋, 2002)。

兩個(gè)構(gòu)造區(qū)位于109°E以東, 32°N以南的部分,總斷裂數(shù)為4995 條, 總長(zhǎng)度為65598 km。其中江南地洼區(qū)為1464 條, 總長(zhǎng)度為26770 km； 東南地洼區(qū)為3531 條, 總長(zhǎng)度為38828 km。根據(jù)盒維數(shù)計(jì)算方法, 將斷層分別用邊長(zhǎng)r為10 km、20 km、40 km、80 km和160 km的網(wǎng)格覆蓋, 統(tǒng)計(jì)出有斷層出露的網(wǎng)格數(shù)N(r), 分別取其自然對(duì)數(shù)作圖(圖2), 根據(jù)最小二乘法對(duì)各數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性回歸擬合求解分維值,得出江南地洼區(qū)的斷層分維值為1.5939, 東南地洼區(qū)為1.6800, 顯示出東南地洼區(qū)的斷裂構(gòu)造復(fù)雜性大于江南地洼區(qū), 表明東南地洼區(qū)相對(duì)于江南地洼區(qū)更有利于鈾成礦作用的發(fā)生。實(shí)際上, 在江南地洼區(qū)內(nèi)的雪峰山–九萬大山鈾成礦帶、幕阜山–衡山鈾成礦帶和棲霞山–廬縱鈾成礦帶已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床數(shù)遠(yuǎn)少于東南地洼區(qū)內(nèi)的贛杭鈾成礦帶、武夷山鈾成礦帶、桃山–諸廣鈾成礦帶和郴州–欽州鈾成礦帶(黃凈白等, 2005)。

圖1 華南熱液鈾礦床與斷裂構(gòu)造分布略圖Fig.1 Sketch map showing the spatial distribution of faults and hydrothermal uranium deposits in South China

圖2 華南不同構(gòu)造區(qū)斷裂構(gòu)造分布分形分析Fig.2 Fractal characteristics of fracture distribution in two tectonic regions of South China

2 華南地區(qū)花崗巖體的分形分布與熱液鈾成礦作用

巖漿活動(dòng)是大陸巖石圈演化的一個(gè)重要組成部分, 華南地區(qū)歷經(jīng)地槽–地臺(tái)–地洼階段等長(zhǎng)期復(fù)雜的構(gòu)造–巖漿演化過程, 發(fā)育了出露面積超過1.6×105km2的花崗巖。華南花崗巖的時(shí)空分布嚴(yán)格受構(gòu)造–巖漿活動(dòng)制約, 空間上主要呈NE向帶狀分布, 時(shí)間上從北西向南東方向愈來愈新。在揚(yáng)子和華夏塊體拼合成華南陸塊以前, 巖漿活動(dòng)不是十分發(fā)育,主要集中于江南地洼區(qū)。隨著晚古生代“活化先奏”構(gòu)造活動(dòng)的出現(xiàn), 巖漿活動(dòng)由西北向東南部逐漸加強(qiáng), 東南地洼區(qū)發(fā)育了大量的印支期花崗巖。早中生代該區(qū)進(jìn)入地洼演化階段, 在晚三疊世進(jìn)入地洼初動(dòng)期, 東南地洼區(qū)和江南地洼區(qū)先后在中、晚侏羅世進(jìn)入地洼激烈期, 發(fā)育了大面積的燕山期花崗巖。

本次分析數(shù)據(jù)來源于孫濤(2006)編制的1∶250萬華南花崗巖分布圖, 并將華南花崗巖時(shí)代分為前寒武期、加里東期、海西期、印支期、燕山早期和燕山晚期, 兩構(gòu)造區(qū)各時(shí)期花崗巖體出露面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。其中前寒武期花崗巖主要分布于江南地洼區(qū)中南部, 東南緣及西南緣可見零星分布；加里東期花崗巖主要分布于東南地洼區(qū)西北部湘–贛、湘–桂和桂–粵交界地區(qū)； 海西期花崗巖僅零星分布于東南地洼區(qū)； 印支期花崗巖主要分布于東南地洼區(qū)西南部和中部, 江南地洼區(qū)僅在西部可見零星分布； 燕山早期花崗巖在華南花崗巖中出露面積最大, 主要分布于東南地洼區(qū)； 燕山晚期花崗巖主要分布于東南地洼區(qū)沿海一帶和江南地洼區(qū)北緣。

2.1 華南花崗巖體空間分形分布特征

花崗巖體盒維數(shù)計(jì)算方法與斷裂構(gòu)造類似, 先將1∶250萬華南花崗巖分布圖利用GIS軟件平臺(tái)數(shù)字化, 然后分別用邊長(zhǎng)r為10 km、20 km、40 km、80 km和160 km的網(wǎng)格去覆蓋花崗巖體, 統(tǒng)計(jì)出有巖體出露的網(wǎng)格總數(shù)N(r), 分別取其自然對(duì)數(shù)作圖(圖3),再對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性回歸求解分維值D。分別計(jì)算了前寒武期、加里東期、海西期、印支期、燕山早期和燕山晚期花崗巖體的空間分布分維值(表1)。很明顯, 總體上隨著花崗巖體出露的規(guī)模增大, 其分維值也隨之增加, 顯示其巖漿活動(dòng)的復(fù)雜性增強(qiáng)。但是燕山早期花崗巖體出露規(guī)模明顯大于燕山晚期,而其分維值則相反, 究其原因, 一方面二者規(guī)模相差不大, 分維值十分接近； 其次與燕山晚期花崗巖體空間形態(tài)的復(fù)雜性大于燕山早期有關(guān), 隨后的周長(zhǎng)–面積分形關(guān)系的分析結(jié)果恰好說明了這點(diǎn)。

圖3 不同時(shí)期華南花崗巖盒維數(shù)分析Fig.3 Analyses on the box dimensions of granites during various periods in South China

為了解江南地洼區(qū)和東南地洼區(qū)巖漿活動(dòng)的差異, 對(duì)兩構(gòu)造區(qū)不同時(shí)期的花崗巖體空間分布進(jìn)行了分形分析(由于前寒武期和海西期巖體數(shù)量太少,沒有進(jìn)一步分構(gòu)造區(qū)進(jìn)行分形分析), 分析結(jié)果見圖4和表1, 顯示與上述整個(gè)華南地區(qū)花崗巖相類似的規(guī)律, 分維值隨著花崗巖體出露規(guī)模增大而增加。例外的是印支期花崗巖的規(guī)模在東南地洼區(qū)大于江南地洼區(qū), 分維值則相反, 也與印支期江南地洼區(qū)花崗巖體形態(tài)的復(fù)雜性較大有關(guān)。

表1 華南花崗巖體空間分布分形分析Table 1 Fractal analyses on the spatial distributions of granites in South China

圖4 不同構(gòu)造區(qū)不同時(shí)期華南花崗巖盒維數(shù)分析Fig.4 Analyses on the box dimensions of granites during different periods in various tectonic regions of South China

2.2 華南花崗巖體周長(zhǎng)–面積(P-A)分形關(guān)系

根據(jù)Cheng (1995)提出的P-A模型可以計(jì)算花崗巖體出露形態(tài)的周長(zhǎng)–面積(P-A)分形關(guān)系分形維值DPA, DPA趨近2的程度可以度量花崗巖體出露形態(tài)的不規(guī)則性, 即DPA愈趨近2, 花崗巖體愈不規(guī)則。計(jì)算DPA的表達(dá)式為: lnP=C+0.5DPAlnA, 式中P為花崗巖體的周長(zhǎng), A為花崗巖體的出露面積, C為常數(shù)。將所有花崗巖體周長(zhǎng)P和面積A的對(duì)數(shù)投到lnP-lnA雙對(duì)數(shù)圖上(圖5), 對(duì)所有點(diǎn)進(jìn)行最小二乘法線性回歸擬合, 得到直線斜率的2倍即為周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA。圖5、圖6和圖7分別為江南地洼區(qū)、東南地洼區(qū)以及整個(gè)華南全區(qū)花崗巖體周長(zhǎng)–面積分形關(guān)系分析結(jié)果, 其中前寒武期和海西期由于巖體數(shù)量太少, 無法進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì), 且海西期總巖體數(shù)僅為14個(gè), 擬合度R2僅為0.9094(圖7), 其計(jì)算結(jié)果DPA=1.2680可靠性不高。其他相應(yīng)的分形維值DPA一并列于表1, 可見燕山晚期DPA大于燕山早期, 表明燕山晚期花崗巖體空間形態(tài)的復(fù)雜性要大于燕山早期, 從而使得規(guī)模相對(duì)較小的燕山晚期花崗巖體的空間分布盒維數(shù)大于燕山早期, 同樣的結(jié)論也適用于印支期規(guī)模相對(duì)較小的江南地洼區(qū)花崗巖盒維數(shù)要大于東南地洼區(qū)。

圖5 江南地洼區(qū)各時(shí)期花崗巖體P-A分形分析Fig.5 P-A fractal analyses on the granites during various periods in the Kiangnan Diwa region of South China

花崗巖體出露形態(tài)的復(fù)雜性是巖漿侵位過程中與地層、構(gòu)造、火山巖及早期花崗巖體等多種因素復(fù)合作用的結(jié)果。巖體出露形態(tài)的復(fù)雜性與華南熱液鈾成礦具有一定的關(guān)系, 總體表現(xiàn)為具有較大的空間分布盒維數(shù)D以及周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA花崗巖時(shí)代都是和熱液鈾成礦相關(guān)的燕山晚期、燕山早期、印支期和加里東期巖體。據(jù)王正慶等(2013)統(tǒng)計(jì),華南地區(qū)產(chǎn)鈾巖體的主要成巖時(shí)代為印支期和燕山早期, 少數(shù)巖體的成巖時(shí)代為燕山晚期； 成礦時(shí)代則主要集中于燕山晚期–喜山期, 僅少數(shù)礦化發(fā)生于燕山早期。因此陳振宇等(2014)認(rèn)為, 燕山晚期–喜山期的伸展構(gòu)造活動(dòng)及其伴隨的中基性–酸性巖漿活動(dòng)比印支期–燕山期的花崗巖更具有成礦專屬性。加里東期花崗巖雖不直接參與成礦, 但可為后期花崗巖的成礦提供物質(zhì)來源(華仁民等, 2013)。

圖6 東南地洼區(qū)各時(shí)期花崗巖體P-A分形分析Fig.6 P-A fractal analyses on the granites during various periods in the Southeast Diwa region of South China

華南熱液鈾礦床自西向東總體分布趨勢(shì)是碳硅泥巖型–花崗巖型–火山巖型, 成礦時(shí)代相對(duì)集中于白堊紀(jì)–古近紀(jì)和空間上鈾礦床與中新生代斷陷盆地及盆緣斷裂的密切相關(guān), 是華南熱液鈾礦床兩大基本特征(黃凈白等, 2005)。巖體的形成主要受巖漿活動(dòng)控制, 而鈾成礦則除了需要有巖漿活動(dòng)提供熱能和部分熱液來源之外, 還需要有來自于深部地幔的富含CO2的礦化劑參與(胡瑞忠等, 2004)、斷裂構(gòu)造提供熱液活動(dòng)和礦化就位的空間等其他要素, 發(fā)生在早中生代(T)的印支運(yùn)動(dòng)和晚中生代(J-K)的燕山運(yùn)動(dòng)是該區(qū)巖漿作用和成礦作用的重要?jiǎng)恿l件(陳培榮, 2004)。這表現(xiàn)為既直接參與成礦, 又與成礦期的中新生代斷裂構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)的相對(duì)規(guī)模較小的燕山晚期花崗巖盒維數(shù)D=1.3371及周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA=1.2322均大于規(guī)模較大的燕山早期。

3 華南熱液鈾礦床的分形分布

針對(duì)華南地區(qū)已探明的200多個(gè)熱液鈾礦床(張萬良, 2011), 采用同樣的盒維數(shù)計(jì)算法計(jì)算其空間分布的分維值。統(tǒng)計(jì)出覆蓋網(wǎng)格邊長(zhǎng)r分別等于25 km、50 km、100 km、200 km和400 km對(duì)應(yīng)有鈾礦床出露的網(wǎng)格總數(shù)N(r), 其結(jié)果分別為199、97、44、26、11, 據(jù)此作出lnN(r)-lnr關(guān)系曲線(圖8), 通過最小二乘法擬合得出華南熱液鈾礦床空間分布的分維值為1.0254, 明顯小于華南兩個(gè)不同構(gòu)造區(qū)斷裂構(gòu)造空間分布的分維值1.5939和1.6800。對(duì)于斷裂和礦床分布來說, 分維值越大, 說明其發(fā)育演化程度越高,分布密度越大。因此, 華南地區(qū)鈾礦床的發(fā)育程度和分布密度要比斷裂低。造成斷裂與礦床分布的分形差異的主要原因是礦床的形成和分布受斷裂控制,以及斷裂發(fā)育演化過程的復(fù)雜性。

4 華南熱液鈾礦床成礦的分形動(dòng)力學(xué)模擬

導(dǎo)致礦床分形分布的主要原因是分形熱液體系的活動(dòng)(Carlson, 1991)。斷裂構(gòu)造在增高巖石滲透率和巖石的連通性、驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)與匯聚及成礦過程中起了重要作用(Zhang and Sanderson, 1994；Curewitz and Karson, 1997； Cox, 1999)?；跐B透理論利用元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬了斷裂發(fā)展及對(duì)流體演化和成礦作用的影響(圖9), 模擬中考慮一個(gè)向前的時(shí)間步長(zhǎng)Δt, 裂隙–成礦體系從時(shí)間t向t+Δt逐步演化(t初始值取0, Δt取10 Ma), 不同時(shí)期裂隙與成礦的分維值模擬結(jié)果列于表2。模擬結(jié)果表明裂隙與成礦演化過程是分形動(dòng)力學(xué)過程, 裂隙和成礦的分維值均隨時(shí)間演化而不斷增大, 每個(gè)階段的裂隙分維值要顯著大于成礦分維值。早期在分形滲透臨界條件以下, 裂隙的分維值僅為1.031和1.178, 僅有小而弧立的斷裂簇存在, 無大規(guī)模的成礦流體活動(dòng)和礦床形成, 成礦分維值僅為0.176和0.645, 僅有零星的礦物沉淀； 晚期在分形滲透臨界條件以上,裂隙分維值分別為1.362和1.574, 裂隙連通性顯著增大, 成礦作用顯著增強(qiáng), 成礦分維值達(dá)到1.182和1.262。華南兩構(gòu)造區(qū)的斷裂構(gòu)造分布分維值分別為1.5939和1.6800, 均處于臨界條件上的斷裂發(fā)展成熟期, 有利于鈾成礦, 但是該區(qū)的鈾礦分布分維值僅為1.0254, 小于模擬結(jié)果, 可能是該區(qū)還有部分熱液鈾礦未被發(fā)現(xiàn)從而導(dǎo)致其分維值偏低。

圖7 華南地區(qū)各時(shí)期花崗巖體P-A分形分析Fig.7 P-A fractal analyses on the granites during various periods in South China

圖8 華南地區(qū)熱液鈾礦床空間分布分形分析Fig.8 Fractal analyses on the spatial distributions of hydrothermal uranium deposits in South China

實(shí)際上, 分形斷裂構(gòu)造系統(tǒng)控制了熱液流體體系的分形分布, 熱液流體體系由許多具分形分布的流體對(duì)流循環(huán)單元構(gòu)成, 礦床在這些熱液?jiǎn)卧叨壬瞎采? 從而導(dǎo)致了礦床為分形分布?？臻g上的分形構(gòu)造–流體體系隨時(shí)間演化構(gòu)成了一個(gè)四維成礦系統(tǒng)(陳國達(dá), 2000)。華南現(xiàn)存的江南地洼區(qū)和東南地洼區(qū)是具有多階段大地構(gòu)造演化的復(fù)雜華夏型地洼區(qū)(陳國達(dá), 1998), 該地區(qū)多階段的復(fù)雜構(gòu)造–巖漿演化(陳國達(dá)等, 2001)造就了華南地區(qū)復(fù)雜的熱液鈾成礦作用, 形成了華南熱鈾成礦具多成因類型、多控礦因素、多成礦作用和多成礦物質(zhì)來源的現(xiàn)狀。

圖9 熱液鈾礦–裂隙–成礦分形動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果Fig.9 Fractal dynamic simulation results of hydrothermal uranium deposits-fractures-mineralization

表2 模擬不同時(shí)期裂隙與成礦分維值Table 2 Modeling of fractal dimensions of fracture and mineralization during different stages

5 結(jié) 論

華南地區(qū)位于東亞殼體東南緣, 包括東南地洼區(qū)和江南地洼區(qū)兩個(gè)典型的華夏型地洼區(qū), 多階段的復(fù)雜構(gòu)造–巖漿演化形成了大規(guī)模分布的不同時(shí)期花崗巖、眾多的中新生代斷陷盆地及大量斷裂構(gòu)造, 并最終導(dǎo)致大量多因復(fù)成熱液鈾礦床的形成。這些花崗巖體、斷裂構(gòu)造及鈾礦床的空間分布均具有分形特征, 前寒武期、加里東期、海西期、印支期、燕山早期及燕山晚期花崗巖體空間分布盒維數(shù)D分別為: 1.0132、1.1276、0.9084、1.0538、1.3361、1.3371, 周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA分別為1.1210、1.1750、1.2680、1.1870、1.2006、1.2322。江南地洼區(qū)的斷裂分維值為1.5939, 東南地洼區(qū)為1.6800,鈾礦床分維值為1.0254。

花崗巖體出露形態(tài)的復(fù)雜性是巖漿作用與地層、構(gòu)造、火山巖及早期花崗巖體等多種因素復(fù)合作用的體現(xiàn)?；◢弾r體空間分布盒維數(shù)D總體上隨著花崗巖體出露的規(guī)模增大而增大, 并受花崗巖體形態(tài)的影響, 較大的周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA會(huì)導(dǎo)致盒維數(shù)D增大, 顯示其巖漿活動(dòng)的復(fù)雜性增強(qiáng)。華南地區(qū)燕山晚期、燕山早期、印支期具有相對(duì)較大的巖體的空間分布盒維數(shù)D以及周長(zhǎng)–面積分形維數(shù)DPA, 顯示其更有利于熱液鈾成礦的發(fā)生。

東南地洼區(qū)的斷裂構(gòu)造復(fù)雜性大于江南地洼區(qū),前者更有利于鈾成礦作用的發(fā)生。通過元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)斷裂和成礦演化進(jìn)行模擬, 結(jié)果表明斷裂和成礦分布分維值隨時(shí)間逐漸增大, 到中晚期斷裂分維值增高至超過臨界值后才有大規(guī)模成礦作用發(fā)生,成礦分維值顯著增大。多階段復(fù)雜的構(gòu)造–巖漿活動(dòng)的分形演化導(dǎo)致了華南地區(qū)多因復(fù)成熱液鈾成礦的分形分布。

致謝： 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所林舸研究員與作者進(jìn)行了有益的討論, 在此表示感謝。同時(shí)對(duì)審稿人提出的修改意見表示衷心的感謝。

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Tectono-Magmatic Activization and Fractal Dynamics of Hydrothermal Uranium Ore Formation in South China

XIE Yanshi, YIN Jianwen, TAN Kaixuan, TANG Zhenping, DUAN Xianzhe, HU Yang, WANG Zhengqing, LI Chunguang, WANG Zhaozhao and FENG Zhigang
(School of Nuclear Resources Engineering, Hunan Provincial Cooperative Innovation Center for Nuclear Fuel Cycle Technology and Equipment, University of South China, Hengyang 421001, Hunan, China)

South China includes two typical Cathysian Diwa regions (i.e., Southeast Diwa and Kiangnan Diwa regions). The complicated multi-stage tectono-magmatic evolution resulted in the widespread granites, and Mesozoic-Cenozoic rifted basins, as well as NE-NNE and NW trending deep faults, and led to the formation of numerous hydrothermal uranium ore deposits. Fractal analyses and numerical simulation of the spatial distribution of faults, granite bodies and uranium ore deposits with fractal distribution were used to discuss the tectono-magmatic activization and fractal dynamics of hydrothermal uranium mineralization in South China, based on the theories of polygenetic compound and tectonic unit metallogeny. The calculated box counting dimensions of faults from Southeast Diwa and Kiangnan Diwa regions were 1.6800 and 1.5939, respectively, indicating that the faults in the former region are favorable for uranium mineralization. The calculated box counting dimension (D) and perimeter-area fractal dimension (DPA) of the granite bodies emplaced during Precambrian to late Yanshanian periods indicated that the D values increase with the granite outcrop area while DPAvalues increase with the granite shape complexity, demonstrating the strengthening complexity of tectono-magmatic activization. In addition, the D and DPAvalues of the granite bodies during the periods of Late Yanshanian, Early Yanshanian and Indosinian were relatively high, demonstrating that they also facilitated uranium mineralization. On the other hand, the calculated values (i.e., 1.0254) of box counting dimension of hydrothermal uranium ore deposits in South China are significantly lower than that of faults, consisting with the low distribution density and enrichment of uranium ore deposits. Our simulated results of Cellular Automata Model show that the fractal dimension values of faults and mineralization increase with time, and the large-scale mineralization occurs when these values reach the critical condition of fractal penetration during the mid-late stage simulation. Overall, the fractal evolution of complicated multi-stage tectono-magmatic activization in the two typical Cathysian Diwa regions produced the fractal distribution characteristics of polygenetic compound hydrothermal uranium deposits in South China.

tectono-magmatic activization； faults； granite bodies； hydrothermal uranium ore deposits； fractal distribution； South China

P612

A

1001-1552(2015)03-0510-010

2014-10-12； 改回日期： 2014-12-24

項(xiàng)目資助： 國防基礎(chǔ)科研計(jì)劃項(xiàng)目(B3720110004)、湖南省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(11JJ4029)和南華大學(xué)“蒸湘學(xué)者計(jì)劃”聯(lián)合資助。

謝焱石(1976–), 男, 副教授, 主要從事成礦作用的非線性動(dòng)力學(xué)研究。Email: xie_yanshi@qq.com

譚凱旋(1963–), 男, 教授, 主要從事構(gòu)造–流體–成礦作用動(dòng)力學(xué)研究。Email: nhtkx@126.com