陳飛，李俊

(昆明理工大學(xué)，云南昆明650093)

云南大紅山銅礦床斷層應(yīng)力及成因淺析

陳飛，李俊

(昆明理工大學(xué)，云南昆明650093)

云南大紅山銅礦床內(nèi)發(fā)育斷層基本為成礦后期形成，對(duì)礦體的空間展布具有破壞作用，增加了礦體開采難度。通過典型共軛斷層對(duì)礦床內(nèi)斷層進(jìn)行力學(xué)分析，并結(jié)合前人的研究資料，對(duì)礦床內(nèi)發(fā)育的斷層進(jìn)行成因淺析，厘定斷層的形成期次和對(duì)礦體破壞級(jí)別。

大紅山銅礦;應(yīng)力分析;斷層成因;斷層期次;斷層級(jí)別

0 前言

云南大紅山鐵銅礦位于云南省玉溪市的新平縣，是1959年航磁異常所發(fā)現(xiàn)的一個(gè)重要的大型礦床，自發(fā)現(xiàn)以來，國內(nèi)外眾多的地質(zhì)專家、學(xué)者對(duì)大紅山式鐵銅礦的礦床成因、地質(zhì)特征、成控規(guī)律等進(jìn)行了詳細(xì)的研究［1-4］。近年來，有部分學(xué)者對(duì)大紅山式鐵銅礦床的控礦構(gòu)造體系、區(qū)域斷層構(gòu)造控礦規(guī)律、構(gòu)造地球化學(xué)特征等做了研究［5-6］，但對(duì)該區(qū)構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)以及礦床內(nèi)主應(yīng)力分布情況的研究甚少，本文通過大量詳實(shí)的野外地質(zhì)調(diào)查及分析，綜合分析礦床內(nèi)發(fā)育的次級(jí)斷層，從而研究礦床內(nèi)主應(yīng)力的分布情況，以厘定斷層的成因、期次和級(jí)別，為該區(qū)找礦和采礦工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 構(gòu)造地質(zhì)特征

大紅山鐵銅礦區(qū)地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西緣、康滇地軸南端，介于紅河斷層與綠汁江斷層所夾持的滇中中臺(tái)拗內(nèi)，位于紅河斷層的北側(cè)(見圖1［7］)。銅礦區(qū)位于底巴都背斜南翼的單斜地層中，銅礦帶的分布受該褶皺南翼控制;銅礦區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造發(fā)育強(qiáng)烈，底巴都背斜軸向近東西，背斜核部為老廠河組(Pt1dl)，兩翼依次為曼崗河組(Pt1dm)、紅山組(Pt1dh)和肥味河組(Pt1df)，兩翼地層平緩、對(duì)稱、開闊，北翼傾角15(°)～20(°)，產(chǎn)有底巴都銅鐵礦;南翼傾角20(°)～35(°)。大紅山銅礦(大紅山鐵銅礦Ⅰ號(hào)礦帶)產(chǎn)于背斜南翼，呈單斜展布。礦床內(nèi)斷層與底巴都背斜南翼的產(chǎn)出關(guān)系見圖2［8］～3，從圖3可以看出底巴都背斜主要受SN向應(yīng)力擠壓作用形成，南翼地層隨著應(yīng)力的擠壓發(fā)生變形、產(chǎn)生裂隙及斷裂。

圖1大紅山礦區(qū)大地構(gòu)造位置

2 斷層成因及應(yīng)力分析

2．1斷層分組

大紅山銅礦床內(nèi)斷層強(qiáng)烈發(fā)育，經(jīng)對(duì)大紅山銅礦礦床485－640中段斷層進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)繪，結(jié)合運(yùn)用節(jié)理判斷斷層主應(yīng)力特征的方法，利用原始測(cè)量斷層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，做玫瑰花圖和等密度圖，從圖4～5可知礦床內(nèi)斷層走向優(yōu)勢(shì)方位為NWW280(°)～300(°)、NNE5(°)～35(°)、NEE60(°)～85(°)，NWW向主要為的張性正斷層，定為FⅠ斷層組; NNE與NEE分別為張扭性平移正斷層，分別定為FⅡ、FⅢ組。根據(jù)斷層原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分組后，得到銅礦床內(nèi)表1中41組斷層產(chǎn)狀有效數(shù)據(jù)。

圖2礦區(qū)地質(zhì)情況

圖3底巴都背斜區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)示意

圖4斷層走向玫瑰花

圖5斷層等密度

表1 斷層分組情況統(tǒng)計(jì)

2．2斷層成因和應(yīng)力淺析及分期

根據(jù)斷層的發(fā)育特征判別為張性正斷層、平移正斷層兩大類，力學(xué)性質(zhì)分別對(duì)應(yīng)為張性和張扭性，并通過對(duì)次級(jí)斷層力學(xué)性質(zhì)的分析，厘定3組斷層的成因、期次和級(jí)別，分析如下。

經(jīng)野外實(shí)際測(cè)量FⅠ斷層組整體走向與地層走向一致，斷層產(chǎn)狀也隨地層偏轉(zhuǎn)，可能繼承EW向古海隆上的構(gòu)造裂隙，在龍川運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)一步形成，并具繼承性多次發(fā)展特征［9］。在大紅山群地層形成后，火山、地震等活動(dòng)使地層中產(chǎn)生了一系列EW向的裂隙，隨后伴隨地殼運(yùn)動(dòng)，地層上隆，大紅山群地層受南北向水平擠壓應(yīng)力底巴都背斜形成過程中，弧形構(gòu)造表面對(duì)EW向裂隙有SN向拉應(yīng)力的作用，使原來EW向裂隙向SN向拉張，形成張性斷層面，F(xiàn)Ⅰ組斷層走向基本與地層走向保持一致，后期因底巴都背斜擠壓應(yīng)力由NW向SW方向偏轉(zhuǎn)，原有弧形構(gòu)造面上SN向拉應(yīng)力也轉(zhuǎn)為SW向，地層原來發(fā)育的EW斷層沿走向方向進(jìn)一步延伸，并隨地層扭轉(zhuǎn)，該組斷層局部發(fā)生相互切錯(cuò)，合并繼承，形成現(xiàn)有狀態(tài)。

根據(jù)表2中的典型共軛斷層的數(shù)據(jù)，對(duì)銅礦礦床內(nèi)次級(jí)斷層的主要應(yīng)力進(jìn)行赤平投影分析(見圖6～7)。

表2 典型共軛斷層數(shù)據(jù)

圖6FⅡ組斷層共軛剪切帶赤平投影

圖7FⅢ組斷層共軛剪切帶赤平投影

從FⅡ和FⅢ組共軛斷層的赤平投影可以看出兩組斷層的主應(yīng)力σ1方向基本吻合，為NE向，說明FⅡ和FⅢ兩組斷層可能為同一方向應(yīng)力作用下形成的正斷層。綜合以上分析認(rèn)為礦床內(nèi)斷層主要由底巴都背斜的多期褶皺作用形成，前期形成了FⅠ組斷層，后期的褶皺作用形成了FⅡ和FⅢ組斷層，并使FⅠ斷層沿走向進(jìn)步一延伸，發(fā)生多條斷層合并到一條斷層的情況，后期各組斷層的活動(dòng)又發(fā)生相互切錯(cuò)作用，并在切錯(cuò)后又復(fù)合到某一斷層上繼續(xù)活動(dòng)。

2．3斷層破礦定級(jí)

由于銅礦床內(nèi)斷層主要是對(duì)礦床的破壞作用，因此根據(jù)斷層對(duì)礦體的破壞程度將礦床內(nèi)主要斷層進(jìn)行分級(jí)。破壞程度從斷層的走向長(zhǎng)度、延深深度以及破壞礦帶的類型3個(gè)方面進(jìn)行級(jí)別的裁定:斷層走向大于500 m，延深深度大于120 m且切錯(cuò)Ⅰ3、Ⅰ2、Ⅰ13個(gè)礦體的判定為規(guī)模大、對(duì)礦體的破壞程度強(qiáng)，定為1級(jí)破壞斷層;斷層走向＞400 m，傾斜斷距20～30 m，延深深度大于80～120 m且切錯(cuò)Ⅰ3、Ⅰ2、Ⅰ13個(gè)礦體的判定為規(guī)模中等，對(duì)礦體破壞程度強(qiáng)或中等，傾斜斷距10～20 m，定為1或2級(jí)破壞斷層;斷層走向小于400 m以下，延深深度小于80 m，且切錯(cuò)Ⅰ3、Ⅰ2、Ⅰ13個(gè)礦體的判定為規(guī)模小，對(duì)礦體破壞程度中等或小，傾斜斷距0～10 m，定為2或3級(jí)破壞斷層(見表3)。判斷斷層規(guī)模時(shí)應(yīng)綜合考慮斷層走向長(zhǎng)度、延深深度和傾斜斷距，不能以單項(xiàng)作為斷層級(jí)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

大紅山銅礦區(qū)發(fā)育的區(qū)域構(gòu)造，對(duì)銅礦的富集以及產(chǎn)狀分帶具有明顯的控制作用，但礦床內(nèi)斷層由于產(chǎn)生時(shí)期較晚，基本以對(duì)礦體的破壞作用為主，筆者認(rèn)為雖然礦床內(nèi)斷層，對(duì)成礦作用不大，但3組斷層對(duì)礦體破壞的同時(shí)，又對(duì)局部地段的含礦地層進(jìn)行了抬升，對(duì)礦體空間上的分布具有改造作用。

3 結(jié)論

通過對(duì)銅礦內(nèi)斷層組的應(yīng)力分析，礦床內(nèi)斷層可能伴隨底巴都背斜的褶皺作用以不同的時(shí)期產(chǎn)出，其中FⅠ組斷層主要受早期褶皺拉張應(yīng)力作用由早期裂隙演變產(chǎn)出，F(xiàn)Ⅱ和FⅢ組斷層由后期褶皺作用形成的剪應(yīng)力形成，后期受褶皺構(gòu)造拉應(yīng)力作用使FⅡ和FⅢ組部分?jǐn)鄬右簿哂辛藦埿孕再|(zhì)。

通過對(duì)銅礦床內(nèi)斷層的分級(jí)，1級(jí)破壞斷層主要包括FⅠ－6、FⅠ－10、FⅠ－1、FⅢ－4，2級(jí)破壞斷層主要包括FⅡ－1、FⅢ－3，3級(jí)破壞斷層FⅡ－8、FⅠ－2，銅礦礦體被3組斷層切成小塊體，增加了開采難度，在巷道掘進(jìn)和采礦過程中應(yīng)做好支護(hù)措施，防治巖體突然帽落，造成人員傷害。

表3 FⅠ、FⅡ、FⅢ斷層破壞級(jí)別劃分

［1］宋昊，徐爭(zhēng)啟，張成江，等．淺析云南大紅山鐵銅礦床成因:一個(gè)特殊的VMS礦床［C］//中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，2013．

［2］吳孔文，鐘宏，朱維光，等．云南大紅山層狀銅礦床成礦流體研究［J］．巖石學(xué)報(bào)，2008，24(9):2045－2057．

［3］沈遠(yuǎn)仁．大紅山式鐵、銅礦床的形成機(jī)理—海底火山成礦模式［J］．地質(zhì)科技情報(bào)，1982(s1):71－73．

［4］邱林，李軍，吳興，等．云南大紅山鐵銅礦重磁解釋［J］．桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36(3):444－451．

［5］姚巍，陳琿．大紅山鐵銅礦區(qū)構(gòu)造體系及礦體空間展布分析［J］．吉林地質(zhì)，2012，31(2):38－41．

［6］肖斌，范玉華，李俊，等．云南大紅山銅鐵礦床構(gòu)造地球化學(xué)特征［J］．地質(zhì)找礦論叢，2015，30(3):366－373．

［7］劉偉．云南大紅山銅鐵礦床地球化學(xué)特征［D］．昆明:昆明理工大學(xué)，2012．

［8］鄧明國．新平大紅山—元江撮科銅鐵多金屬成礦系列及成礦預(yù)測(cè)［D］．昆明:昆明理工大學(xué)，2007．

［9］蔡從定．新平大紅山銅礦床內(nèi)斷層成因［J］．云南地質(zhì)，2006，25(4):387－388．

Stress Analysis and Faultage Causes in Ore Deposits of Dahongshan Copper in Yunnan

CHEN Fei，LI Jun
(Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan 650093，China)

The formation of Dahongshan copper deposits have formed themselves after the faults in the production．These faults have a destructive effect on the spatial distribution of ore bodies，increasing the difficulty of mining．Through an analysis of the typical conjugate fault mechanics，we combined with previous studies to carry out the causes of faults with formation period on the determination of fault damage level．

Dahongshan Copper;Stress analysis;Fault formation;Fault period;Fault level

P618．41

A

10．14101/j．cnki．issn．1002－4336．2017．01．003

2016－12－10

陳飛(1990－)，男，河北保定人，在讀碩士研究生，研究方向:應(yīng)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，手機(jī):14736585903，E-mail: 867944627@qq．com，;通訊作者:李俊(1962－)，男，云南昆明人，博士，研究方向:構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方向，E-mail:867944627@ qq．com．