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《昆明理工大学》 2008年
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楚雄盆地构造变形及其成矿作用研究

邹海俊  
【摘要】: 博士论文,《楚雄盆地构造变形及其成矿作用研究——以大姚六苴铜矿区为例》,结合国家危机矿山接替资源勘查试点项目《云南省大姚县六苴铜矿小河—石门坎矿段接替资源勘查》(编号:200453001)选题。构造变形分析及其成矿作用研究,对于研究楚雄盆地的构造演化和寻找新的铜矿资源有着重要的指导意义。 以楚雄盆地形成和构造演化为背景,以大姚六苴铜矿区为例,在矿床地质特征研究基础上,恢复了该区的构造变形史,进行了构造应力场数值模拟。利用流体包裹体及同位素资料研究了成矿流体性质及来源,应用构造—流体耦合成矿作用的理论与方法提出了六苴铜矿床的成矿模式,最终对六苴铜矿区及整个楚雄盆地进行了成矿预测。 1.确定了楚雄盆地动力学类型,总结了构造演化历史。楚雄盆地属于会聚型的后陆盆地,经历了元古代基底及古生代中间层形成期(Pt~P2)、中生代后陆盆地形成与充填期(T3~K2)、新生代盆山耦合期(E~Q)。 2.首次在楚雄盆地使用构造岩ESR定年,确定了大姚六苴铜矿区构造演化的时间序列。在总结提出构造活动分期原则和依据的基础上,研究了六苴铜矿区构造变形特征。制作了构造演化剖面(平衡剖面),恢复构造变形史。喜山早期以来,六苴铜矿区表层地壳缩短率约为20.5%。通过断裂和褶皱构造以及显微构造变形分析,厘定该区经历了燕山中期(137Ma)、燕山晚期(96~65Ma)、喜山早期(46.8±4.5~56.0±5.6 Ma)、喜山中期(32.4±3.0~42.3±4.1 Ma)、喜山晚期(23.5±2.4~29.3±3.0 Ma)五期构造活动,恢复了三维主压应力方向,各期最大主压应力方向分别为为177°、44°、129°、185°和91°。大雪山背斜形成于喜玛拉雅运动早期(第Ⅰ幕),与滇中大规模成矿作用关系密切。 3.使用先进的ANSYS软件,首次模拟了六苴铜矿区不同期构造应力场,研究了构造应力场控矿特征。通过主压应力轨迹图、主压应力场、剪切应力场、平均应力(流体势)场、能量场研究,结合地质特征,认为各变形期构造变形强弱为:喜山早期喜山中期喜山晚期燕山晚期燕山中期;高值应力集中常出现在强度较高的砂岩层分布区,岩石易产生破裂,并成为流体聚集的有利场所;低值应力集中区出现在断裂带及强度较低的泥岩和砂质泥岩分布区;最大主压应力为流体运移的主要驱动力,平均应力最大梯度方向指示流体运移方向及有利聚集场所;总能量场指示了变形的强弱。燕山晚期铜矿源层(K_2m)形成后,喜山早期近EW向主压应力作用使古河道(K_2ml)位于强烈的剪切破裂带,应力驱动成矿流体运移,在砂岩层中聚集沉淀;喜山中期(改造成矿期)NW-SE向主压应力的作用形成“裙边”褶皱,产生NE向断裂,沟通了早期断裂构造,形成脉状矿体;喜山晚期时,SN向应力作用形成NW向、NNW的扭性断裂,错断矿体和地层。 4.研究了流体包裹体地球化学特征,确定了成矿流体性质及成矿物质来源。大姚六苴铜矿床流体包裹体原生流体包裹体以气液两相为主,偶见气液三相和气液固三相流体包裹体,大小4~20μm,气液比10~30%;包裹体世代特征明显,两组相互穿插为菱形格状。存在四期主要流体活动,分别代表了沉积—成岩期、层状矿体形成期、脉状矿体形成期及破坏期。成矿温度以中低温为主,成矿流体压力为4×10~5~30×10~5Pa,深度为1~1.5km。激光拉曼光谱成分测试表明存在H_2O-SO_2-CO_2-CH_4(C_3H_8-C_2H_6)—HSO_4~-—HCO_3~-型和H_2O-SO_2-CO_2-N_2-CO-CH_4-HSO_4~-型两种性质的成矿流体。铜来源于含矿地层(矿源层);成矿流体为大气水—含有机质地层建造水的混合流体;碳质来自下部有机质分解。有机质来源于下部煤层(T_3)及有机质分解。SO_2(HSO_~-)来源于滨湖相及浅湖相沉积物(石膏等蒸发盐类)及生物细菌还原硫。 5.首次建立了斜歪褶皱(大雪山—桃树坪褶皱)数学模型,估算了其特征参数。大雪山背斜由纵弯作用形成。大雪山背斜-桃树坪向斜为轴面西倾的斜歪倾伏相似褶皱,完整褶皱波长λ约14.55km,二倍振幅2A约718.35m,计算出大雪山背斜的中和面深度H_(中和面)约为932m,推测中和面深度大约在1~1.5 km。大雪山背斜数学模型为:f(x)=α·sin(2πTx)+b·arctg(c·x-(?)) 6.首次提出六苴铜矿床构造—流体—耦合成矿作用模式,探讨了成矿流体运移和聚集模式及其成矿作用:燕山期的构造活动与演化形成了含铜矿源层;喜山早期构造一热演化促使大气降水深循环、深部含有机质流体向上运移发生水/岩相互作用,导致矿源层中成矿元素活化、迁移及非含矿流体向成矿流体转化;应力梯度和热梯度为成矿流体的运移提供了驱动力,驱使成矿流体向上、向砂(页)岩储层以及向断裂两侧等高孔渗异常区运移,成矿流体在砂岩储层中聚集,沉淀出矿质,形成层状、似层状铜矿体。 7.确定了楚雄盆地和大姚六苴铜矿区成矿预测标志,共提出八个找矿远景区(靶区)。在六苴铜矿床Ⅰ靶区,经钻孔工程验证,发现了深部隐伏矿体,取得了良好的找矿效果。
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