厄瓜多尔中部Beroen金银矿床构造特征及其控矿作用

2021-10-18席振李欢高光明郑涵刘飚

中南大学学报（自然科学版） 2021年9期

席振，李欢，高光明，郑涵，刘飚

(1.湖南城市学院市政与测绘工程学院，湖南益阳，413000；2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙，410083)

厄瓜多尔地区地壳由白垩纪以来增生的大洋地体和原生大陆地体拼接而成[1]。在厄瓜多尔南部发育大量热液型贵金属和斑岩铜钼矿床，这些矿床基本在中新世成矿，与秘鲁北部、哥伦比亚南部的中新世金属矿床一起构成中安第斯西部中新世金属成矿带[2−3]。对于中新世矿化和围岩的相互关系，前人从矿床和岩浆岩围岩的地球化学分析、秘鲁北部灰岩的年龄测定以及南美板块俯冲模型的模拟重建等角度进行了研究，认为中新世成矿与大洋板块中洋脊与南美板块的非均匀碰撞、前缘俯冲板片的上浮以及应力背景的转换有密切联系[4−7]。Beroen 矿床是中安第斯西部中新世成矿带一个代表性的低硫型(绢云母−冰长石型)浅成低温型热液矿床。前人对矿区内发育的两期侵入岩、火山岩及矿体进行了地球化学研究和单矿物定年测试，指出始新世至中新世火山岩与侵入岩为成矿提供了物质来源[8−11]。然而，目前对于该矿床的矿体定位与空间赋存关系尚缺乏深入研究，对区域构造活动影响下矿区的构造演化及其控矿缺乏了解，而这些研究内容对矿区找矿勘查具有重要的指示意义。为此，本文作者以Beroen 矿区内断层、矿脉、劈理为主要研究对象，研究各类构造的几何学及运动学特征，探讨区域构造背景，总结构造对矿体空间定位的控制规律，建立矿区构造控矿模式，为矿区深边部找矿提供参考。

1 区域地质

Beroen 矿床(又称Rio Blanco 矿床)位于厄瓜多尔南部(图1(a))，距离NNE走向的地壳拼接地体缝合断层带CPP(Calacali—Pallatanga—Pujili)南部延伸Bulubulu断层约6 km，根据太平洋Nazca板块俯冲到南美大陆板块之下的模型，俯冲在30 Ma左右时，Nazca板块俯冲方向为NEE向；到8 Ma左右，俯冲方向变为EW 向[11−14]。Bulubulu 断层构成了西科迪勒拉变质基底岩石的西部界线，其最后的活动可能是中新世时期的右旋平移运动[11]。区域上发育大面积的渐新世—中新世Saraguro群中酸性熔岩及凝灰岩地层。除此之外，区域发育侏罗纪—白垩纪的Filo Cajas 单元、Tomebamba 单元火山岩地层，主要由含角砾的凝灰岩、集块岩、安山质熔岩组成。

区域侵入岩主要表现为大型Chaucha中酸性岩基。该岩基位于矿区西部，出露面积超过数百平方千米。始新世到中新世多期多次侵位的侵入体沿CPP 深大断裂分布，主要由英云闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩等组成。伴随多期次的岩浆侵入活动，区域内形成了多个大型和超大型斑岩型、热液型、矽卡岩型铜、钼、金、银矿床，如Chaucha 大型斑岩铜金矿、Gaby 超大型斑岩金矿、Quisacocha大型热液金矿(见图1(b))[7,12,15]。

图1 厄瓜多尔构造单元Fig.1 Tectonic division of Ecuador

2 矿床地质

Beroen 矿区矿体赋存于Saraguro 群Rio Banco组安山岩、凝灰岩及凝灰质泥岩中。凝灰岩中富含长石碎屑和火山岩角砾，角砾一般为斑状安山岩、浮石或流纹岩。安山岩分布面积仅比凝灰岩的面积小，具有斑状结构，发育斜长石、辉石斑晶，局部表现出角砾状结构，角砾呈灰色，成分主要为白色的石英及部分绿泥石。凝灰质泥岩是在湖相沉积环境下形成的薄层状泥岩，厚度约为10 m。泥岩内部成分从浅绿色凝灰岩到含火山角砾的凝灰岩之间变化，角砾粒径可达3 mm。岩石颜色主要为绿色及红色，反映泥岩形成过程中的氧化条件发生变化。前人对凝灰岩、安山岩和泥岩中的锆石进行U-Pb 测年，指出矿区地层的年龄为33.09～37.35 Ma，属于晚始新世时期[11]。

侵入岩主要分布在矿区的北部和南部。北部主要为闪长岩与花岗闪长岩，中—粗粒结构，矿物成分以石英和斜长石为主；南部发育英云闪长岩及花岗闪长岩，细粒结构，主要矿物为斜长石。对矿区北部和南部不同的侵入岩进行矿物学和锆石年代学研究，发现北部闪长岩、花岗闪长岩成岩年龄在34.73～35.77 Ma之间，与矿区的火山岩地层基本属于同期的岩浆活动，而矿区南部的英云闪长岩的成岩年龄为15.61～15.92 Ma，属于中新世，与附近的Chaucha岩基中花岗闪长岩、闪长玢岩的年龄(14.84 Ma)较接近[7]，这说明矿区的侵入岩与Chaucha岩基的两期岩浆活动密切相关。矿区Ale N 脉矿体中的热液绢云母Ar-Ar 测年年龄为18.9 Ma，矿体中冰长石的Ar-Ar年龄为16.07～16.14 Ma，成矿年龄可以确定在中新世，与矿区南部的英云闪长岩成岩年龄较接近[9,11]。矿区构造线以NE 走向为主，另发育一组EW 走向构造，构造变形表现为岩层节理、褶皱。Saraguro火山岩层在矿区北部向北倾，在矿区南部向南倾，形成一个开阔褶皱构造，其核部位于Ale S 区域(图2(a)和图2(b))。

矿体以热液角砾岩脉和石英脉为主，其中Ale N是主矿体，还有Ale S，Dorada，Colibri，Minerva和Bolivar 等矿脉，长度从几米到上百米不等，沿倾向和走向连续性较差(图2和图3)。矿脉表现出不同的矿物成分和组成，其中石英呈皮壳状，方解石呈叶片状(图4(a)，(b)和(c))。含矿矿物赋存于石英脉和热液角砾岩中，角砾成分主要是热液成岩的石英、灰色石英及具有石英矿物假象的方解石、冰长石和围岩角砾，冰长石常呈皮壳状与石英及含矿硫化物共生(图4(d)和图4(g))。矿脉内由硅质角砾岩、硫化物角砾岩和壳状石英脉组成，包括大量灰色石英脉碎屑和少量围岩碎块(图4(e)，(h)和(i))。叶片状交代成因的方解石较常见(图4(c))。角砾岩基质由细粒灰色和白色石英、绢云母、碳酸盐等矿物组成。金主要以银金矿和自然金形式存在，大部分为显微金，赋存在石英、黄铁矿等矿物附近，或被黄铁矿、磁黄铁矿等包裹，靠近微裂隙附近常有金、深红银矿、赤铁矿等矿物出现形成富矿位置(图4(h)和(i))。

图2 Beroen矿区地质图Fig.2 Simplified geological map of the Beroen deposit

图3 矿区地貌与矿脉分布A−A′地表剖面Fig.3 Panoramic photo and section A−A′of the Beroen deposit

图4 矿体与构造发育特征Fig.4 Orebody and structure development characteristics

3 矿脉构造几何学特征

3.1 Ale脉构造特征

Ale 脉系统包括Ale N 脉和Ale S 脉，从Ale N脉剖面图和纵投影图可以看到，主矿脉由多条分枝复合的层状脉组成，品位和厚度随深度变化，接近地下深度200 m，矿化变弱，逐渐尖灭(图5和图6)。同时，可以看到皮壳状石英破碎成角砾，同时有皮壳状矿脉切穿角砾岩，说明赋存石英脉断裂有多期次活动(图4(e))。观察矿区石英脉光片和薄片可以发现网状脉中具有与成矿同时期活动的微裂隙，同时后期断裂有铁氧化物充填(图4(i))。

图5 Ale N脉10820勘探线剖面Fig.5 No.10820 exploratory line section of the Ale N vein

图6 Ale N脉纵投影剖面(位置见图2)Fig.6 Vertical projection of the Ale N vein(location is shown in Fig.2 )

3.1.1 Ale N脉特征

Ale N脉走向上延长600多m，延深300 m，厚度平均7.5 m左右。矿脉有小幅度弯曲，且有分支复合现象。从露头和平硐中对Ale N脉产状进行测量，结果见表1和图6。Ale N脉总体产状平均走向为65°～70°，倾角为65°～80°。对矿区地表构造进行统计，NE 走向以陡倾构造为主，同时发育多条NW 走向断层(见表2)。可以看到，主构造方向与Ale N 主矿脉走向一致(图7(a)～(f))。矿脉西侧出露地表，东侧为隐伏矿体。矿脉西侧露头处地表地形陡峻，可见明显的岩石块体滑塌堆积，矿体在该区消失。整体岩石滑塌区域的边界位置可能受早期存在的NW向断层控制，该断层也将Ale脉破坏成Ale N和Ale S共2个矿体。该区域的钻探结果表明该断层倾向SW，位于地表下的矿脉在滑脱块体区域下是连续的。Ale N脉矿体最厚的位置位于该NW向断层的东侧(图5和图6)。

表1 矿区矿脉产状测量数据Table 1 Measured data of vein occurrence at Beroen

表2 断层产状测量数据(测量位置见图2)Table 2 Measured data of fault occurrence at Beroen(measurement location is shown in Fig.2 )

从露头看到Ale N 脉向NE 延伸中，在中部区域有一段空白区(无矿带)，空白区向东约40 m 矿脉再次出现(图2和图6)。矿脉露头发育大量薄层近平行脉(厚度<10 cm)，倾向为320°，倾角为60°。一些小型断层的作用使Ale N脉在该空白区向东的延伸变复杂，在矿脉的南东边界形成矿脉或强硅化的围岩露头。

这些断层大多近90°，NW 走向。可以清楚地看到断层活动产物包含碎裂岩、近水平到NW缓倾斜的断层面擦痕以及运动学证据(S 型擦痕、不均匀阶步，图4(f))；根据这些断层活动证据可以推测断层的最后活动阶段具有右旋的特征。在深部钻探中发现，Ale N脉沿倾向深部延伸中存在矿化不连续的特征，说明矿脉从地表到深部都出现不连续的矿化分布。对比断层右旋的走滑特征和Ale N 脉NE 走向及向北陡倾的产状可见，这个矿化的断续空间不是成矿后构造右旋偏移造成的。

3.1.2 Ale S脉特征

NEE走向的Ale S脉在地表以不连续的多个露头出露，位于Ale N脉的南侧。矿脉露头存在于垮塌的大块围岩中，经历了轻微的旋转过程。矿脉代表性产状是EW走向，向北陡倾或垂直。考虑到矿脉由于翻覆破坏而旋转，原来的倾向可能是向南，与Ale N的倾向类似。

Ale S 和Ale N 脉的露头分布及矿脉特征和矿物组合、围岩蚀变具有一致性，说明这2个脉最开始是同一条矿脉，后期经构造破坏而形成Ale N和Ale S 脉。地表露头为滑脱构造，岩石和矿脉露头分布及钻孔数据显示该断层走向为NW，倾向为SW(图8(a))。该滑脱构造对矿脉Ale S 脉的影响较大，使Ale S脉分为多条脉，走向和倾向延伸连续性不强，不具有开采价值。这说明破矿断层可能多次将西部原Ale矿脉破坏，主要矿体因构造错动出露地表，经历剥蚀后消失。

3.1.3 Ale脉附近次级脉特征

大量次级脉分布在Ale N和Ale S矿脉的周围，包括Amanda，Nora 和Minerva 脉及大量无定名的细脉群(图8(b)～(c))。脉厚从几毫米到最大约50 cm，沿走向可延伸达数十米(如Amanda 脉)。这些脉体主要由细粒和块状石英组成，基本都有矿化，但品位不高。这些脉表现出多个产状，大多走向为100°～115°，倾角约为70°，向南陡倾(产状统计结果见表1和图7(c)～(d))。这些NWW 走向的细脉通常呈薄层状、席状和网状特征。在这些次级脉(如Amanda 和Minerva 脉)分布区域，强烈的伊利石化、蒙脱石化和弱硅化大面积发育。

Ale N脉附近局部次级矿脉走向多变，倾角从缓倾到近水平，距离Ale S脉露头较近。这些脉表现为条带状结构，与主矿脉矿物相同，不同的相互交错关系说明它们与上述陡倾脉大致在同一时间形成。

3.1.4 Ale围岩片理化带特征

在Ale N 和Ale S 脉附近发现有小范围的弱到中等片理化围岩。片理化岩石经过强烈伊利石化和绢云母化，蚀变矿物集中在近平行和网格状的节理域中。片理带与主矿脉走向夹角较小，平均为30°～40°，倾角近铅直。在Ale S 脉围岩中的片理化岩石中可见S-C组构(见表3，图7(g)～(h))。

表3 Ale脉围岩片理带产状测量Table 3 Foliation measured at Ale veins

图7 矿区矿脉与构造的极射赤平投影Fig.7 Stereographic projection of structures and veins

在片理化带中发育有薄层脉状石英，厚度基本小于5 cm。常形成不规则的网脉，偶尔也有单独发育的细脉。石英脉表现出不同程度的变形，表现为穿插到片理化带的细脉或呈不对称褶皱的细脉，其轴面与片理化带平行(图8(d)～(e))。在片理化带中发育的细脉，其产状受片理带影响，部分细脉从未变形前近EW走向，变为顺时针方向呈波状起伏发育，与片理化带运动方向一致。

图8 矿区次级矿脉及片理化带特征Fig.8 Secondary veins and foliated zones in Beroen

3.2 其他矿脉特征

除了Ale脉外，矿区还发育多条矿脉，大多规模较小，以细脉和网脉为主，走向延伸都比较短。如Dorada 矿脉位于Ale脉南部，见图2，该脉由厚度大于0.5 m的白色石英脉组成，较破碎，矿化较弱，沿走向和深部没有延伸，受到构造错动的破坏。在Dorada 脉中有隐晶质石英和玉髓，同时局部有较高品位的金矿化，品位可达50 g/t以上，这说明矿区的热液成矿系统边界距离Dorada 较近，同时强烈的热液流体活动延伸到Dorada 脉。还有Colibri脉、Arco Iris脉、Loma Larga脉等，主要由石英脉组成，矿化较弱，连续性较差，与Dorada类似，受构造活动影响比较大。矿区其他矿脉的走向大多为80°～95°，倾角为60°～75°，向南倾，围岩泥化蚀变强烈。

4 构造对矿床(体)的控制作用

4.1 早期控矿构造

Beroen 矿床位于高原，主矿体Ale 脉靠近深沟，构造极其发育，从测量的构造产状看，构造分组不明显，断层活动强度以NE 向为最强(图8(c))。在矿区发育的几十条矿脉中，具有经济价值的是Ale N，Ale S 和Dorada 的近平行NEE 走向的脉状系统。从露头的多阶段角砾岩化、脉的拼接增生、围岩强烈发育的网脉和蚀变区的特征可以推断矿脉沿活动构造带充填。这些断层早于成矿期形成。在成矿时期，构造活动、温压环境改变，促使热液流体的循环沉淀形成矿体。

围岩的片理化带中已褶皱的和未变形的横切薄层脉较为发育，说明矿脉的形成伴随有应力变形。Ale N脉附近的成矿后断层走向与主矿脉方向接近平行，说明成矿前构造可能对矿床形成及之后的移动或破坏有重要的控制作用。

在Amanda 和Minerva 中，大部分矿脉走向为100°～115°，一般金矿化强烈。细脉中金品位以0.5～1.0 g/t居多，没有富矿化。与NEE走向的主矿脉相比，它们一般厚度较小，走向延伸短，且矿脉中的热液角砾岩体积占整个矿脉的比例明显低于Ale脉体中角砾岩的占比。这些特征与张性应力背景下形成的构造充填脉特征一致；成矿流体可能在充填早期存在断裂面，矿体也可能定位于流体压力致裂的构造断裂中。

根据矿脉内充填角砾及主矿脉边部大量石英细脉形态，矿区矿脉的产状和结构特征符合区域构造框架中NWW 向挤压和NNE 向伸展特征，这种区域构造格局是在扭压构造背景下形成的。矿区主要发育的NE到NEE走向断层是在这个区域构造格局下右旋走滑移动而形成的，后期在扭张活动下扩张开放，有利于热液充填。次级NW走向断裂也经历了倾斜拉张作用。在Ale N 脉西部地表，矿脉延深空白地带可能代表了在雁列式NE主断层上叠加NW 走向断裂桥移动形成的倾斜扩张作用区域。

Beroen 区域上的构造变形受到地体拼贴缝合带CPP(Calacali—Pallatanga—Pujili)的延伸断层Bulubulu 控制，30 Ma 左右时，Nazca 板块俯冲方向为NEE向；8 Ma左右时，俯冲方向变为EW向。因此，处于安第斯西科迪勒拉缝合带构造位置的Beroen 地区在始新世到中新世受EW 向挤压和NE向剪切作用的共同控制。作为主构造的NEE 向断层和NW向断裂是成矿前活动的构造，在地体拼接增生事件中，受NEE 向挤压和剪切共同作用形成共轭构造[6,16]。围岩在成矿热液活动时期的变形(包括矿物的错位变形及压溶—再沉淀重结晶作用)表现为局部区域的陡倾片理化带。

相对于NWW 走向即100°～115°的张性构造，局部沿再活动的先存断层的NEE 走向成矿主构造在矿脉发育上具有更好的走向和倾向连续性。在矿区应该存在未被识别的边界构造，形成具有成矿潜力的构造走廊带。可能存在的边界构造走向为NNE，平行于Bulubulu断层。

矿区其他多个矿脉和蚀变带如Dorada，Colibri，Arco Iris和Loma Large等指示在该走廊带内存在相对弱的共轭构造，构造内存在大范围不同程度矿化。根据矿区区域应力背景、主矿脉、矿区断层及次级脉、片理化带等特征与分布，建立矿区的构造控矿模式(图9)。在区域找矿中，走廊带中NE 向部位是寻找与Ale 脉类似矿体的勘查有利区域。

图9 矿区成矿构造控矿模型Fig.9 Proposed structural model for syn-hydrothermal deformation of Beroen

4.2 同热液期的流体压力循环

矿区主矿脉中发育大量硅化石英脉夹石角砾，角砾中含深红银矿、黄铁矿等硫化物，胶结物主要是灰色石英、硫化物等，角砾棱角分明，具有可拼接性，长轴方向基本平行于脉体边界方向，角砾多分布在主矿脉的边部，胶结物与角砾均具有矿化。镜下可见石英细脉沿早期角砾岩边界和裂隙充填(图4(i))，这说明在矿液充填过程中，高压流体压裂围岩形成主矿脉中的角砾岩。矿脉中普遍具有皮壳状结构，存在叶片状碳酸盐脉(图4(b)～(c))，这些特征说明在成矿期孔隙流体压力超过静岩应力，流体沸腾，短时间内需要水平断裂扩张和充填来泄压。这些升高的孔隙流体压力可能是热液矿物沉淀封闭渗透路径造成的，但在地壳层热液活动区域，在一段时间内维持这种状况很困难，但短暂的孔隙压力超过静岩压力对成矿发挥很重要的作用[17]。

高孔隙流体压力会明显促进断层的再次活动，这种情况下具有不同产状的断层会被“激活”重新活动。沿主要断层，流体压力可以在静岩压力和静水压力间循环，而不是像热液系统中常遇到的典型的静水压力—超静水压力流体循环[18−19]。随后，在流体过压或者断层运动作用下，热液渗透路径再次破裂，孔隙流体压力骤降，热液系统中流体发生大范围的重新分布，伴随而来的就是大量流体的瞬间流动。压力下降对溶液中金的沉淀具有特别重要的意义，这是主构造中富矿带形成的原因。另外，在孔隙流体压力降低中，早先形成的石英脉碎块很容易被垂直搬运，导致Ale脉热液角砾岩出现。

4.3 成矿后构造变形

矿区成矿后的变形作用包括不同阶段的断裂及区域规模的围岩地层倾斜。当然，这些岩层倾斜发生与断裂的活动时间不确定。对于脉状矿床，矿脉在垂向上的最大变化范围可能是成矿后发生的倾斜、断层的错距或初始地表地形的影响形成的[20]。矿区内主构造附近大量发育的沿100°～115°走向充填的次级脉是伸展应力引起张裂隙开放空间充填形成的，其倾向为SW，倾角约70°，这指示它们遭受了约20°的向SW 倾斜作用过程。根据勘探，Ale N脉北部的地层是向北缓倾的，通过对断裂形成后20°的倾斜作用进行叠加分析，Ale N上部的San Luis 矿脉初始形成于近平行地层中(图4)。将向北倾斜20°对Ale脉产状进行褶皱前恢复，可以看到Ale 脉中最大的厚度−品位等值线初始是接近水平的，而矿脉倾角接近90°，这说明Ale N矿脉高品位富矿区域可能是受到成矿前构造空间内的垂向层位控制，而不是受成矿流体流动方向控制(图10)。

图10 倾斜恢复的极射赤平投影图Fig.10 Stereographic projects illustrating restoration of regional tilting

除整体倾斜外，矿脉在连续性和矿体矿石形态结构上受到后期断层活动影响。在Ale和Dorada矿脉中，可见成矿后断层清晰的切穿和错断矿脉。在Colibri 矿脉中，石英脉角砾岩化的存在同样说明有后期断层破坏矿体。Ale N 和Ale S 脉是同一条连续矿脉后期被SW倾向的断层切断和错动形成的。错动矿脉碎块的相对位置与断层的右旋、倾斜滑动位置是一致的。这些后期破坏矿脉连续性的断层位移和运动学标志反映了NWW的区域压应力构造背景。