于淼， 梁鋒， 陳建平， 龔建華， 李海龍， 王繼春

1 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所， 遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1001012 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所， 北京 1000373 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 北京 1000834 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所， 北京 100081

?

華南褶皺系典型成礦區(qū)多期次構(gòu)造演化與控礦機(jī)制數(shù)值模擬

于淼1， 梁鋒2， 陳建平3*， 龔建華1， 李海龍4， 王繼春3

1 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所， 遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 1001012 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所， 北京 1000373 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 北京 1000834 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所， 北京 100081

本文基于流-固耦合模型對(duì)研究區(qū)主要控礦構(gòu)造的發(fā)育演化過程和控礦機(jī)制進(jìn)行數(shù)值模擬研究.根據(jù)研究區(qū)不同構(gòu)造期次下形成的最大主應(yīng)力、體積應(yīng)變、剪切應(yīng)變、巖層滲透率變化、孔隙壓力以及流體流動(dòng)樣式等成礦地質(zhì)環(huán)境的定量結(jié)果，分析個(gè)舊超大型成礦系統(tǒng)的構(gòu)造-巖漿-流體要素的相互作用機(jī)制.模擬結(jié)果顯示，在成礦期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，在先存背斜構(gòu)造部位形成了強(qiáng)烈的張應(yīng)力環(huán)境，構(gòu)成了一系列沿北北東走向的有利侵位通道和空間.巖漿反復(fù)侵位于此并產(chǎn)生巨大浮力作用，控制了背斜構(gòu)造發(fā)育并形成了低壓力、高滲透的擴(kuò)容空間，促進(jìn)礦液長效聚集成礦.另一方面，根據(jù)東西向斷裂組的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)及共軛剪切斷裂成生發(fā)育情況，剖析了該組斷裂的形成機(jī)制以及在成礦期的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及導(dǎo)礦容礦作用.

構(gòu)造演化； 控礦機(jī)制； 流固耦合； 數(shù)值模擬； 個(gè)舊礦區(qū)

1 引言

將構(gòu)造-流體-成礦及動(dòng)力學(xué)機(jī)制作為復(fù)雜成礦系統(tǒng)的耦合整體，為成礦學(xué)系統(tǒng)化研究提供一個(gè)新的思路和途徑（Fyfe and Kerrich，1985；Nield and Bejan，1992；翟裕生，1996；鄧軍等，2000）.數(shù)值模擬方法可綜合利用地質(zhì)勘探研究成果，建立不受時(shí)空限制的地質(zhì)模型，模擬成礦演化過程并分析其動(dòng)力機(jī)制，是解決復(fù)雜成礦系統(tǒng)問題的重要方法之一.已有很多學(xué)者針對(duì)多因素耦合模擬研究進(jìn)行了理論和實(shí)踐的探索，并應(yīng)用于地質(zhì)構(gòu)造演化、成礦過程及動(dòng)力學(xué)研究（Ord and Oliver，1997；Hobbs et al.，2000；Deng et al，2004；Lin et al.，2005；Zhang et al．，2007，2011；陳建業(yè)等，2009；胡善政等，2009；Liu et al.，2012；賈蔡等，2014；周斌等，2014；蒙偉娟等，2015）.這些成功案例表明多相耦合模擬手段有助于解決復(fù)雜成礦系統(tǒng)地質(zhì)問題，對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造演化、成礦過程及成礦動(dòng)力學(xué)研究（Lü et al.,2013; 呂慶田等，2014）具有重要參考價(jià)值和指導(dǎo)意義，在提高找礦勘探效率方面有很大的應(yīng)用潛力和廣泛的發(fā)展前景，是一種有效且值得推廣的手段.

云南個(gè)舊錫礦是以錫為主的超大型多金屬礦集區(qū)，蘊(yùn)藏豐富的錫、銅、鉛、銀等多種有色金屬、稀有金屬礦產(chǎn)，乃中外聞名的中國最大的錫礦區(qū)，處于經(jīng)濟(jì)和科學(xué)重要地位，是華南褶皺系典型成礦區(qū).多年來對(duì)于該礦區(qū)的研究多側(cè)重于地球化學(xué)和與花崗巖有關(guān)的成礦年代學(xué)研究，而對(duì)于礦區(qū)構(gòu)造格局形成和控礦特征研究較少.一些學(xué)者對(duì)研究區(qū)構(gòu)造行跡進(jìn)行實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，闡述了個(gè)舊礦區(qū)的構(gòu)造演化期次和特點(diǎn)（方維萱等，2002；孫紹有，2004；高陽和 張壽庭，2007；李寶龍等，2012）；對(duì)礦區(qū)控礦特征研究主要是礦田-礦段級(jí)別，多為斷裂的控礦特征分析（孫家聰?shù)龋?986；Jiang et al．，1997；馬德云等，2004；蔣順德等，2006；尚北川，2013）.勘探資料顯示，礦區(qū)隱伏花崗巖體形態(tài)與上覆褶皺性質(zhì)和軸部軌跡空間分布一致，礦體位于上有背斜或穹窿構(gòu)造，下有花崗巖突起的構(gòu)造-巖漿組合環(huán)境中，尤其在東西向斷裂所夾持的褶皺及附近更是成群成帶地產(chǎn)出；成礦期北西、北東向斷裂在礦田內(nèi)大量發(fā)育，是重要的容礦控礦構(gòu)造，而先存東西向深大斷裂組沒有大規(guī)模礦體產(chǎn)出.目前對(duì)于個(gè)舊礦區(qū)級(jí)褶皺和斷裂的構(gòu)造格局形成和演化以及多要素耦合控礦機(jī)制等問題缺乏系統(tǒng)化定量化研究，制約了礦區(qū)各大礦田進(jìn)一步找礦勘查.因此，針對(duì)礦區(qū)典型構(gòu)造-巖漿-成礦耦合系統(tǒng)，本文利用FLAC3D的流固耦合模塊，通過對(duì)成礦期前構(gòu)造模型進(jìn)行單一變量邊界條件的模擬對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到研究區(qū)成礦期所處的成礦地質(zhì)條件以及構(gòu)造疊加改造過程中應(yīng)力、應(yīng)變、巖層性質(zhì)和流體流動(dòng)樣式分布和演化的定量結(jié)果，深入和系統(tǒng)研究個(gè)舊超大型礦區(qū)宏觀構(gòu)造格局形成過程和對(duì)成礦作用的內(nèi)在控制機(jī)制，對(duì)于深化構(gòu)造-成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)、細(xì)化成礦模式以及礦區(qū)找礦預(yù)測(cè)等有重要意義.

2 礦區(qū)地質(zhì)背景

個(gè)舊錫銅多金屬礦區(qū)地處太平洋構(gòu)造域與特提斯構(gòu)造域的交界部位，位于揚(yáng)子板塊與華夏地塊過渡帶的右江褶皺帶西緣.右江褶皺帶北以彌勒—師宗巖石圈斷裂與揚(yáng)子地塊相接，西南以紅河超巖石圈斷裂與印支地塊相連（圖1）.

二疊系是個(gè)舊東礦區(qū)內(nèi)出露最老的地層，中三疊紀(jì)個(gè)舊組為個(gè)舊礦區(qū)出露最廣的地層，也是錫多金屬礦的最主要容礦層（莊永秋等，1996）.燕山期發(fā)生了大規(guī)模巖漿侵位事件，為成礦提供了主要物源和熱源.花崗巖隱伏于地表以下200～1500 m，形成于77～83 Ma，成巖與成礦時(shí)代近于同步（程彥博等，2009）.侵位機(jī)制屬于巖漿底拱作用，進(jìn)入以中三疊統(tǒng)為主碳酸鹽巖地層褶皺帶中，向上頂托圍巖并促進(jìn)形成寬緩背斜（趙晶晶等，2011）.近東西向褶皺呈基本平行等距展布，軸向近東西，兩翼開闊平緩，傾角20°～40°，卷入地層主要為中三疊個(gè)舊組；大規(guī)模北北東向背斜覆蓋整個(gè)礦區(qū)，兩翼傾角約20°，軸脊寬而平，卷入地層為下二疊到中三疊.礦區(qū)東西向、北西向和北東向三組斷裂相互切錯(cuò)，指示了構(gòu)造多期性.東西向斷裂呈約200 m平行等距分布，走向礦區(qū)經(jīng)歷了不同時(shí)代地質(zhì)演化過程，褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，為該區(qū)域熱液型礦床成礦提供了優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件.與成礦密切相關(guān)的構(gòu)造-巖漿活動(dòng)期次包括：印支晚-燕山早期，南北向壓應(yīng)力作用使已固結(jié)成巖的碳酸鹽巖發(fā)生構(gòu)造變形形成一系列近東西向的褶皺、穹隆和斷裂，為成礦前構(gòu)造；燕山中晚期，北西-南東向構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)伴隨劇烈的中酸性巖漿侵位活動(dòng)，形成疊加在東西向褶皺之上的北東向褶皺和北西、北東向斷裂，為同成礦構(gòu)造.喜山早期和晚期，分別為南北和東西向擠壓應(yīng)力作用，斷裂構(gòu)造重新活化，為成礦后構(gòu)造（圖2）.

圖1 個(gè)舊東礦區(qū)構(gòu)造地質(zhì)簡圖

75°～105°，傾向間錯(cuò)北或南，傾角40°～87°，成礦期前已形成.北西向和北東向斷裂相互穿插呈共軛“X”型展布.總體表現(xiàn)為垂向上北盤上錯(cuò)斷距約100 m，平面上北盤東移錯(cuò)距約1000 m.

圖2 礦區(qū)構(gòu)造體系成生發(fā)展組合圖

3 模擬方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 物理模型

本研究利用FLAC3D流-固耦合計(jì)算模塊，采用摩爾庫倫模型表達(dá)地殼應(yīng)力-應(yīng)變行為、達(dá)西定律描述流體流動(dòng)模式，模擬分析礦區(qū)成礦期形成的應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)與成礦流體流動(dòng)和匯聚的耦合作用.

FLAC3D是基于拉格朗日差分法的三維顯式有限差分程序，可用于連續(xù)多孔介質(zhì)的變形、流體流動(dòng)的模擬，具有較強(qiáng)的解決復(fù)雜力學(xué)問題的能力（Cundall and Board, 1988）.經(jīng)典的摩爾-庫倫（Mohr-Colomb）彈塑性材料適合模擬中、上地殼的流變性特征（Vermeer and de Borst，1984；Ord，1991）.且熱液成礦作用主要發(fā)生在巖體基本冷卻固化后，此時(shí)整個(gè)巖體和圍巖體系可以看作黏彈性多孔介質(zhì)，其力學(xué)行為遵循摩爾-庫倫本構(gòu)定律（Jaeger and Cook, 1979）.FLAC3D中流體在有孔介質(zhì)中流動(dòng)遵循達(dá)西定律，由流體壓力梯度和滲透率控制（Bear and Verruijt 1987），流體主要包括巖漿熱液，變質(zhì)熱液、地下水等.巖層孔隙度和滲透率改變與巖層變形的函數(shù)關(guān)系遵循Carman-Kozeny方程.物理模型還包括流體質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒（Itasca Consulting Group，2002）.連續(xù)介質(zhì)中摩爾庫倫塑性與達(dá)西流體的耦合可用于模擬地殼脆塑性部分熱液成礦系統(tǒng)的流體流動(dòng)，有助于理解變形驅(qū)動(dòng)流體機(jī)制（Gessner，2009）.FLAC3D中的流-固耦合模型中，流體總量與孔隙壓力、飽和度、機(jī)械體積應(yīng)變等關(guān)系如下：

（1）

其中，M為比奧模量，P為孔隙壓力，n為孔隙度，s為飽和度，ζ為流體數(shù)量變化，ε為應(yīng)變量，α為比奧系數(shù).流固耦合特征是兩相介質(zhì)之間的相互作用：變形或運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致孔壓和滲透率改變，影響流體流動(dòng)樣式；流體載荷分布發(fā)生改變又反過來影響固體變形或運(yùn)動(dòng)，從而形成耦合循環(huán)系統(tǒng).

3.2 模擬模型

礦區(qū)經(jīng)過多期疊加改造，成礦期的構(gòu)造格局已經(jīng)面目全非，需要對(duì)成礦前巖層模型進(jìn)行了簡化和復(fù)原.通常包括以下工作步驟：根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)背景和礦床特征，明確主要研究對(duì)象和研究尺度并提出假設(shè)；全面收集研究區(qū)地表和深部的構(gòu)造行跡，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，分析研究對(duì)象的空間形態(tài)和時(shí)空分布特征；根據(jù)現(xiàn)今野外勘測(cè)的巖層性質(zhì)設(shè)置模擬模型的物理屬性.

本研究建立了傾角為30°，包括三個(gè)背斜和兩個(gè)向斜的相似褶皺三維模型，作為成礦前礦區(qū)模型（圖3）.對(duì)應(yīng)研究區(qū)覆蓋范圍，模型長20 km，寬10 km；根據(jù)研究區(qū)褶皺卷入地層時(shí)代、層間氧化礦賦存深度（200～1000 m），以及褶皺波長和厚度存在比例關(guān)系（Currie，1962；Ramsay and Huber，1987），模型厚度設(shè)置為1 km.建立貫穿地層模型的長10 km，寬200 m，傾角為70°的“軟弱帶”表示斷裂模型.物理性質(zhì)根據(jù)研究區(qū)已有實(shí)測(cè)樣品結(jié)果（於崇文，1988）設(shè)置和調(diào)整，包括摩爾庫倫模型的7個(gè)力學(xué)參數(shù)以及滲流模擬的2個(gè)水文參數(shù)（表1），流體性質(zhì)（如可壓縮性和黏度）簡化為常量.考慮模型的特征、計(jì)算精度和效率，剖分塊體尺寸設(shè)置為500 m×500 m×200 m，包括4000個(gè)單元.

3.3 模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)礦區(qū)-礦田級(jí)別的褶皺和斷裂構(gòu)造的成生發(fā)育過程和控礦作用和機(jī)制問題，模擬實(shí)驗(yàn)分為三組（圖4）： 1）模擬印支期構(gòu)造應(yīng)力作用下，初步形成的褶皺模型進(jìn)一步發(fā)生縱彎褶皺作用，即在南北向順層擠壓載荷作用下發(fā)生緩慢變形過程； 2）模擬先存東西向褶皺和斷裂構(gòu)造在燕山成礦期的復(fù)合疊加改造過程，分析構(gòu)造-巖漿組合的形成過程及控礦作用； 3）在實(shí)驗(yàn)2的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不包括東西向斷裂組的模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比，研究先存構(gòu)造對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響及礦田北東、北西向斷裂組的成生發(fā)育條件和過程.為避免應(yīng)力載荷存在空缺或重疊，燕山期北西-南東構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的邊界條件設(shè)置方法如圖中所示，并將巖漿底拱作用力轉(zhuǎn)化為沿底面中線向上擠壓應(yīng)力，忽略了模型與相鄰巖層的靜巖壓力.

表1 模型的物理性質(zhì)

圖3 成礦期前礦區(qū)模擬模型（深灰色為斷裂模型）

圖4 模擬實(shí)驗(yàn)邊界條件示意圖

4 模擬結(jié)果與分析

根據(jù)計(jì)算得到的地層形變、最大主應(yīng)力、體積應(yīng)變、剪切應(yīng)變、滲透率、流體流速等模擬結(jié)果，剖析巖漿侵位、破碎和裂隙構(gòu)造發(fā)育、導(dǎo)礦容礦空間形成和流體匯聚成礦的過程和機(jī)制.

4.1 實(shí)驗(yàn)1結(jié)果

印支期區(qū)域南北向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下模擬

結(jié)果如圖5所示.褶皺構(gòu)造在南北向順層擠壓應(yīng)力場(chǎng)持續(xù)作用下，發(fā)生進(jìn)一步閉合變形，表現(xiàn)為水平距離縮短同時(shí)振幅非線性增加（圖5a）.最大主應(yīng)力沿褶皺軸向分布，且在模型中部的應(yīng)力值高于南北兩側(cè).轉(zhuǎn)折端外側(cè)為張力，核部為壓力，從背斜到向斜軸部表現(xiàn)為張力最大-張力減小-無明顯應(yīng)力-壓力增加的應(yīng)力分布特征（圖5b）.褶皺的軸部為體積膨脹，兩翼為體積壓縮，尤其模型中部背斜形成較大擴(kuò)容空間（圖5c）.褶皺形態(tài)使水平壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換為局部垂直張應(yīng)力，翼部拐點(diǎn)處產(chǎn)生垂向張應(yīng)力高值帶，其特征與個(gè)舊東西向斷裂形成的位置和產(chǎn)狀一致（圖5d）.4.2 實(shí)驗(yàn)2結(jié)果

在印支期形成的東西向褶皺和斷裂構(gòu)造的基礎(chǔ)上，在燕山期區(qū)域北西-南東擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和巖漿侵位共同作用下的模擬結(jié)果如圖6所示.地層褶皺形變表現(xiàn)為沿南北向產(chǎn)生較大規(guī)模背斜隆起，形成類似于Ramsay劃分的第一類疊加改造型式的褶皺行跡（圖6a）.在先存背斜構(gòu)造部位尤其中間的背斜構(gòu)造，形成了沿北北東方向的較大范圍的張應(yīng)力環(huán)境（圖6b）.體積應(yīng)變?cè)隽扛咧等匀患性诏B加背斜處，在向斜和斷裂帶產(chǎn)生較小體積正應(yīng)變（圖6c）.剪應(yīng)變集中在疊加背斜和斷裂處，在斷裂處沒有形成整體貫通剪應(yīng)變，而是表現(xiàn)為相鄰斷裂在背斜軸兩側(cè)交錯(cuò)產(chǎn)生剪應(yīng)變高值的分布規(guī)律（圖6d）.孔壓為流體流動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)力，負(fù)孔壓是由于土體體積膨脹引起壓差形成負(fù)值，對(duì)流體產(chǎn)生吸附作用.負(fù)孔壓高值集中在疊加背斜，且斷裂帶巖層高滲透率性質(zhì)，促進(jìn)流體大規(guī)模從圍巖經(jīng)斷裂導(dǎo)流向疊加背斜構(gòu)造處匯聚，流速達(dá)到最大值1.429×10-12m·s-1（圖6e和圖6f）.

4.3 實(shí)驗(yàn)3結(jié)果

僅先存褶皺構(gòu)造在構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和巖漿侵位作用下，最大主應(yīng)力集中在兩期褶皺軸相交部分形成北北東走向分布的張應(yīng)力環(huán)境且范圍較均勻（圖7a）.沿模型的北東（為主）和北西向出現(xiàn)小幅度剪應(yīng)變并環(huán)形包圍中間背斜，呈“X”型展布（圖7b）.體積應(yīng)變?cè)隽?，集中分布在疊加背斜隆起處外弧（圖7c）.巖層體積膨脹通常會(huì)導(dǎo)致滲透率增加，滲透率值在背斜處較周圍地層高.流體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，主要匯聚于滲透率較高的疊加背斜位置，流速最大值達(dá)到3.35×10-13m·s-1（圖7d）.

5 討論

對(duì)于礦區(qū)褶皺構(gòu)造發(fā)育機(jī)制，多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，在燕山中晚期的北西-南東向的擠壓應(yīng)力作用下，形成疊加在東西向褶皺之上的北東向五子山復(fù)式背斜，其軸部具縱斷裂破碎帶性質(zhì)（李寶龍，2012）；也有學(xué)者提出沒有地層層系證據(jù)及明顯的褶皺軸跡證據(jù)，認(rèn)為五子山復(fù)背斜并不存在（呂寶善，2005）.另外，已有研究表明，僅構(gòu)造應(yīng)力無法克服重力形成大規(guī)模（波長大于30 km）褶皺，需巖漿浮力同時(shí)起作用（Ramberg，1970）.根據(jù)模擬結(jié)果分析，推測(cè)礦區(qū)褶皺-巖漿巖構(gòu)造組合的形成機(jī)制為：印支期形成的東西向褶皺構(gòu)造在燕山成礦期北西-南東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，在已形成的張應(yīng)力-應(yīng)變集中的背斜和向斜構(gòu)造處進(jìn)一步形成了沿北北東走向的拉張環(huán)境，利于巖漿被動(dòng)底拱侵位；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)同時(shí)伴隨強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)，巖體沿形成的最大張應(yīng)力面和前期褶皺作用形成的有利通道和空間反復(fù)侵位并產(chǎn)生一定的橫彎褶皺作用，對(duì)先期背斜和向斜進(jìn)行改造；褶皺構(gòu)造又對(duì)巖體進(jìn)行了有效圈閉，尤其在背斜構(gòu)造處應(yīng)力集中、應(yīng)變強(qiáng)度大，形成了隆起空間，導(dǎo)致了復(fù)合褶皺及伴生構(gòu)造的成生發(fā)育，為巖漿侵位提供了有利通道和空間，控制馬松、老卡、新山等花崗巖體產(chǎn)出，從而形成了沿北北東走向的上背斜-下巖脊協(xié)調(diào)分布格局，有效圈閉了成礦物源和熱源.因而，對(duì)于廣泛提到的五子山復(fù)背斜構(gòu)造，從發(fā)育演化角度更為準(zhǔn)確的定義為，燕山期構(gòu)造應(yīng)力和巖漿侵位共同作用下，受先存東西向褶皺構(gòu)造的控制，形成了一系列沿北北東走向不連續(xù)的巖體-背斜復(fù)合構(gòu)造組合.

圖5 印支期南北擠壓作用力下模型水平縮短長度2%的計(jì)算結(jié)果

圖6 燕山期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與巖漿侵位共同作用下模型縮短長度10%的計(jì)算結(jié)果

圖7 僅先存褶皺模型水平縮短10%的計(jì)算結(jié)果

礦區(qū)斷裂構(gòu)造具有多期次特點(diǎn)，東西向斷裂組是在印支期南北壓應(yīng)力作用，地層形變由韌性發(fā)展到脆性變形而形成（高建國等，2004）.該組斷裂在成巖早期具壓扭性，成巖晚期逐步轉(zhuǎn)化為張扭性質(zhì)，因而相對(duì)富集中低溫鉛鋅銀-錫多金屬礦床（韓冬梅和譚敏，2014）.模擬實(shí)驗(yàn)1結(jié)果顯示，東西向褶皺雛形形成使南北水平構(gòu)造壓力轉(zhuǎn)換為局部垂直張應(yīng)力，在褶皺翼部形成了垂向張應(yīng)力高值，東西向斷裂組是在這個(gè)過程中調(diào)節(jié)局部應(yīng)力差異引發(fā)拉裂脆性變形并在擠壓應(yīng)力作用下形成了逆斷層，為褶皺相關(guān)斷裂.先存斷裂構(gòu)造通常控制著應(yīng)力場(chǎng)分布，從而控制后期斷裂構(gòu)造的成生發(fā)育.實(shí)驗(yàn)2結(jié)果顯示，成礦期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在先存斷裂處產(chǎn)生了東西向水平剪應(yīng)變，同時(shí)巖漿上侵在斷裂中部產(chǎn)生垂向剪應(yīng)變，在兩個(gè)外力場(chǎng)共同作用下，該組斷裂在背斜軸兩側(cè)不一致的剪應(yīng)變狀態(tài)及壓扭性質(zhì)導(dǎo)致無法發(fā)生明顯走滑運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)3結(jié)果顯示，在不考慮東西向斷裂的力學(xué)影響條件下，模擬得到了“X”型共軛剪應(yīng)變，這與礦區(qū)燕山期發(fā)育北東、北西向斷裂組情況相符.由此推斷東西向斷裂組的存在沒有削弱構(gòu)造-巖漿作用力，從而形成了共軛剪應(yīng)力促進(jìn)礦田內(nèi)北東、北西向張扭性剪切斷裂組的成生發(fā)育.同時(shí)東西向斷裂組的壓扭性質(zhì)也不利于巖漿侵位，導(dǎo)致東西向斷裂帶覆蓋地段的巖體形態(tài)呈巖槽發(fā)育.

礦區(qū)多期次構(gòu)造-巖漿活動(dòng)形成的構(gòu)造動(dòng)力驅(qū)動(dòng)了一個(gè)長效的熱液系統(tǒng)，使得成礦元素再分配得到濃集，從而形成超大錫銅多金屬礦化系統(tǒng).1）多期構(gòu)造活動(dòng)為成礦物質(zhì)運(yùn)移提供長效驅(qū)動(dòng)力.礦區(qū)巖層經(jīng)歷多期構(gòu)造疊加改造發(fā)生形變，褶皺、斷裂構(gòu)造大量發(fā)育導(dǎo)致不同部位形成應(yīng)力差，驅(qū)動(dòng)含礦流體從高壓向低壓流動(dòng)，從而促進(jìn)礦源層成礦物質(zhì)隨著流體向疊加背斜、斷裂帶等負(fù)高壓或低壓部位遷移.礦液大量匯聚集中，孔隙壓力增加也會(huì)導(dǎo)致局部巖層應(yīng)力-應(yīng)變加劇，并形成各種伴生構(gòu)造增強(qiáng)礦液匯聚作用，從而形成了構(gòu)造-礦液耦合循環(huán)系統(tǒng)促進(jìn)成礦元素大量富集； 2）褶皺-巖體復(fù)合構(gòu)造為成礦提供導(dǎo)礦和容礦空間，是礦區(qū)形成層間氧化礦的主要部位，對(duì)成礦定位有直接的控制作用.印支-燕山多期次構(gòu)造-巖漿活動(dòng)，在褶皺特征部位尤其是背斜構(gòu)造反復(fù)形成強(qiáng)烈的應(yīng)力-應(yīng)變，利于伴生構(gòu)造發(fā)育和巖漿侵位，對(duì)富集成礦具有遞進(jìn)和繼承性.因此，在復(fù)合背斜部位形成高體積應(yīng)變帶，加劇了復(fù)合背斜處裂隙、層間破碎、虛脫等伴生構(gòu)造的發(fā)育，導(dǎo)致局部巖層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變，形成高滲透率巖層和擴(kuò)容空間，促進(jìn)礦液流通運(yùn)移，提供容礦空間，是礦化富集有利部位.且多期改造背斜處變形構(gòu)造松弛，加強(qiáng)了巖石化學(xué)活動(dòng)性，有利于成礦熱液充分進(jìn)行交代和充填作用，也利于形成從高溫到低溫不同類型的礦化分布.

6 結(jié)論和展望

本研究根據(jù)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了個(gè)舊礦區(qū)多期次的成礦地質(zhì)條件，將礦區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造成生演化過程和控礦內(nèi)在機(jī)制，用定量可視化的模擬結(jié)果表達(dá)并進(jìn)行系統(tǒng)深入的討論與剖析.模擬結(jié)果具有時(shí)間-空間雙重屬性特征，既驗(yàn)證了已有的成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)，又彌補(bǔ)了地質(zhì)構(gòu)造的演化過程、成因聯(lián)系和控礦機(jī)制.本文主要研究了控礦構(gòu)造體系中的礦區(qū)-礦田級(jí)別的控礦要素，有待對(duì)礦區(qū)不同尺度的控礦特征進(jìn)一步系統(tǒng)剖析，從而對(duì)個(gè)舊超大型金屬礦床的成礦模式有更詳細(xì)深入的認(rèn)識(shí).

致謝 感謝個(gè)舊云錫公司莫國培高工、陳興壽高工為本研究提供的資料支持.感謝中國地質(zhì)科學(xué)院資源研究所呂慶田研究員、成都理工大學(xué)曾敏副教授、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所孫煒峰博士、廣州地球化學(xué)所黃埔鵬鵬博士、黃金武警部隊(duì)趙鵬飛對(duì)本研究的指導(dǎo)和支持.

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（本文編輯 汪海英）

Numerical simulation of multi-stages tectonic evolution and ore-controlling mechanism of the typical metallogenic province of the South China fold system

YU Miao1, LIANG Feng2, CHEN Jian-Ping3*, GONG Jian-Hua1, LI Hai-Long4, WANG Ji-Chun3

1StateKeyLaboratoryofRemoteSensingScience,InstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,ChineseAcademyofSciences,P．O．Box9718,Beijing100101,China2InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037,China3ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China4InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China

The Gejiu ore district in Yunnan Province, southwestern China, is a world-class super large tin-polymetallic ore-concentrated area. The aim of this study is to reveal quantitatively the process and mechanism of mineralizing fluids and controlling factors of the study area.The mathematical model, simulation model and boundary conditions were constructed according to the geological setting and experimental objectives. In the research three groups of numerical simulation experiments with various boundary conditions on a simplified regional-scale 3D model, that is based on the geological tectonic evolution of the study area, were carried out on a fluid-solid coupling model in FLAC3D.On the basis of calculated quantitative results, including maximum principal stress, volume strain, shear strain, rock permeability, pore pressure and fluid flow pattern, under different geological conditions, we analyzed comparatively and attained more systematic and in-depth understanding of metallogenic geologic conditions in the metallogenic epoch, the development of multi-stages structural compounding and combination, and the ore-forming process. The simulation results show that high tensile stress values are concentrated upon the existing anticline zone and distributed along the NNE direction under horizontal tectonic stress at metallogenic epoch．This type of structure provided the favorable channel and space for magmatic emplacement．With the great buoyancy effect，a series of superimposed anticline zones with low pore pressure, high permeability and expansion space were formed and promoted the ore fluid long-term gathering and metallogenesis．In addition, according to the stress-strain of the E-W faults and the development of the conjugate shear fracture，we analyze the formation mechanism, property and state in metallogenic epoch and the formation of the fracture-rock groove structure, and the ore conducting role of the faults.The results provide insights into the multi-stages composite structures which may have controlled localization of mineralization in the Gejiu ore district and may be of significance for future exploration in the study area and analogous regions elsewhere. These research findings with space-time dual attributes not only verify the existing understanding of the metallogenic regulation, but also have clear implications for complementing knowledge on the evolution process of geologic structures, genetic relationship and internal mechanism.

Tectonic evolution; Ore-controlling mechanism； Fluid-solid coupled； Numerical simulation； Gejiu ore district

國家“深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究”專項(xiàng)課題（SinoProbe-03-02）和國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201011002）聯(lián)合資助．

于淼，女，1984年生，博士，主要從事成礦過程數(shù)值模擬研究．E-mail:yumiaolf@gmail.com

*通訊作者 陳建平，男，1959年生，教授，主要從事定量地學(xué)、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和“3S”技術(shù)集成應(yīng)用相關(guān)研究．E-mail:3s@cugb.edu.cn

10.6038/cjg20151216

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