构造岩相学理论与铁铜多金属矿床找矿预测应用

第1章 构造岩相学理论的研究内容与方法论 1.1 构造岩相学填图技术与找矿预测理论基础 1.1.1 构造岩相学理论创新驱动因素 金属矿床的形成是一个复杂的地质作用过程，前人从地质背景、成矿过程和成矿系统等多方面进行了研究（翟裕生，1999，2004，2007；翟裕生等，2000；侯增谦等，2003；毛景文，2005；侯增谦，2010；Xiao et al.，2010；肖文交等，2019）。沉积盆地-造山带-构造高原与资源环境相互耦合作用是构造岩相学研究的主要内容之一，本书对我国塔里木叠合盆地西部和北部中-新生代沉积盆地与砂砾岩型铜铅锌矿床、秦岭造山带陕西柞水-山阳晚古生代陆缘拉分断陷盆地与热水沉积-改造型（SEDEX型）铜银多金属矿床、云南东川元古宙陆缘裂谷盆地与铁氧化物铜金型（IOCG型）和火山热水沉积-改造型铜银矿床，智利活动大陆边缘中生代主岛弧带与IOCG型铜金矿床，玻利维亚构造高原内中生代弧后裂谷盆地与砂砾岩型铜银矿床等进行研究。在沉积盆地-造山带-构造高原与资源环境-人类活动相互耦合效应的时间域序列上，沉积盆地和相关的资源环境形成演化，主体形成了四期一级垂向大地构造岩相学的结构序列。①沉积盆地成盆期：在初始成盆期、主成盆期和盆地构造反转期形成演化过程中，形成了不同的盆内同生构造样式和同生构造组合，发育不同类型的同生构造-热事件和埋深压实成岩相系。构造岩相学调查和研究有助于恢复和厘定这些不同构造岩相学事件序列、构造岩相样式和构造岩相组合，深入揭示沉积盆地形成演化规律与资源环境效应内在关系。②盆地构造变形期：在沉积盆地经过构造反转后或主岛弧带-弧后盆地经构造反转后卷入造山带过程中，沉积盆地经历了构造变形和构造改造，形成了盆地构造变形序列、变形构造岩相学样式和构造组合、构造变形-热事件和盆地改造成岩相系。对它们进行构造岩相学调查和研究，有助于恢复和厘定盆地构造岩相变形事件序列、变形构造岩相样式和变形构造岩相组合，深入揭示盆地变形事件序列结构与资源环境内在效应关系。③盆内岩浆叠加期：在陆缘裂谷盆地、弧后盆地、弧后裂谷盆地和卷入造山带内沉积盆地，多经历了较强烈的盆内岩浆叠加期，形成盆内岩浆叠加成岩相系，岩浆侵入构造系统可导致沉积盆地在局部地段形成构造岩相重建，形成复杂储矿相体。通过对盆内岩浆叠加成岩相系解析研究，建立盆内岩浆叠加期构造-岩浆-热事件识别标志和技术，进行建模预测，为成矿系统深部探测提供依据。盆内岩浆叠加成岩相系和构造-岩浆-热事件的构造岩相学识别技术和地球化学岩相识别技术研发，有助于识别和圈定隐伏构造-岩浆-热事件中心和成矿系统深部结构，为超大型金属矿床深部预测提供依据。④盆地表生变化期：沉积盆地在陆内不同景观生态环境下，经历了构造抬升、掀斜变形和剥蚀作用等新构造运动作用，与不同景观生态环境和人类活动具有强烈相互耦合作用，如干旱蒸发、大气降水和浅部地下水较为活跃等，现今和地质历史时期在强烈表生作用下形成了表生成岩相系，如盆地抬升剥蚀、新构造运动与水圈相互作用下不但形成了盆地表生成岩相系和表生富集成矿作用；同时，强烈变化（如地震和泥石流等地质灾害事件）也给人类生存环境带来巨大影响。研究和揭示上述复杂地质过程和相互作用，成为构造岩相学理论创新的驱动因素。 面对实践需求，创新技术研发带动理论创新是新高效研究范式。在对我国陕西秦岭造山带内沉积盆地与金-铜铅锌多金属矿集区（方维萱，1999a，1999b，1999c，1999d，1999e，1999f，1999g；Fang，2017）、云南个旧锡铜钨铯铷多金属矿集区、云南墨江金镍矿床、贵州晴隆大厂锑萤石硫铁矿-金矿集区、东天山地区和滇黔桂地区卡林型金矿和重晶石矿床，以及智利月亮山-GV地区IOCG型矿集区等深入研究的基础上（方维萱等，2000a，2000b，2000c，2000d，2001a，2001b，2001c，2001d，2001e，2001f，2002，2003，2004，2006，2018a；方维萱和胡瑞忠，2001；方维萱和郭玉乾，2009；方维萱和贾润幸，2011；方维萱和韩润生，2014；方维萱和李建旭，2014；方维萱和黄转盈，2019），进行构造岩相学创新技术研发，为实现理论创新奠定基础。 市场需求驱动是理论创新和技术创新的力量源泉。生产矿山深部和外围综合立体勘探和找矿预测是大比例尺构造岩相学创新研究的主要客体之一。在云南东川铁铜矿床深部找矿中应用推广，证明岩相学填图法对新类型铁铜矿和新矿种具有直接的预测功能（方维萱等，2009，2012，2013）。隐伏IOCG型矿床和IOCG型成矿系统探测与构造岩相学找矿预测具有广阔应用前景。震旦系与下伏中元古界东川群呈角度不整合接触，在这种基岩覆盖之下（埋深在1000m以上）的隐伏矿体找矿难度就更大，尤其是寻找东川稀矿山式含铜磁铁矿矿体，还是寻找新类型铁铜矿床就成为关键问题，两种不同找矿勘探思路和勘查对象，也严重制约了勘探工程设计布置与实施。因此，研发矿山深部立体构造岩相学填图技术是当前*为紧迫的应用理论和新技术方法。云南东川与全球元古宙IOCG型矿床赋矿层位（Hitzman et al.，1992；Haynes et al.，1995；Barton et al.，1996）类似，但成矿作用和地球动力学背景有差异（方维萱等，2009；方维萱和李建旭，2014）。因此重新认识扬子地块西南缘侵入岩与铁铜矿床关系，基于地球物理勘探进行深部地质填图，基于矿山深部井巷工程进行立体地质填图，开展生产矿山深部和外围深部找矿预测，具有广阔的应用前景。 境外IOCG型勘查选区技术创新和应用是我国矿业公司的急迫需求，境外矿产勘查选区与快速勘查评价是构造岩相学创新研究的主要任务之一。南美中生代IOCG型矿床成矿带位于太平洋东岸海岸山带，包括智利曼托贝尔德（Mantoverde）、曼托斯布兰科斯（Mantos Blancos）、坎德拉里亚-科皮亚波铜三角（Candelaria-Punta del Cobre）、仙多明格（Santo Domingo）和埃尔索达朵（El Soldado）等大型-超大型铁氧化物铜金型矿床（Marschik and Fontboté，2001a，2001b；Oyarzún et al.，2003；Sillitoe，2003 ），铜平均品位为1.0%，铁矿为独立矿体，金、银、锌和钴等共生或伴生组分具有综合回收的工业价值。IOCG型成矿带也是战略性勘查选区的主要对象，如何实现快速高效的预查和普查，也面临诸多的理论与技术难题。尤其是IOCG型矿床形成的大地构造岩相学和区域构造岩相学类型特征是什么？从IOCG型矿床和矿体赋存规律角度看，如何实现立体勘查，由航磁异常→地面高精度磁法勘探→构造岩相学综合方法探测→深部验证→建模外推预测→圈定深部钻探验证靶区和勘查靶位，更是关键技术难题。 有针对性地深度研发和理论创新，揭示我国特色成矿系统内部时间-空间-物质域多重耦合结构，实现生态环境资源与区域社会协调发展，是当前和今后多学科研究和融合创新的发展方向。塔西地区中-新生代陆内沉积盆地具有金属矿产-油气资源-煤炭-铀同盆共存富集成矿特征，这是我国陆内特色成矿系统（张鸿翔，2009）。砂砾岩型铜铅锌矿床具有多层位富集成矿的显著特征（刘增仁等，2011，2014），与典型砂岩型铜矿床具有差别（韩润生等，2010；祝新友等，2011；吴海枝等，2014；时文革等，2015；邹海俊等，2017；韩文华等，2017），面临成矿规律和成矿时代研究难度大（方维萱等，2018a，2019b）的问题。需要开展深度研发和技术方法创新，才能*终实现理论创新和多学科融合创新（方维萱等，2015，2016，2017a，2017b，2018a，2018b，2019a，2019b），对矿产资源勘查开发与生态环境资源进行整体性综合调查和预测评价，为实现生态环境资源与区域社会协调发展提供科学依据。 在构造岩相学深度研发和融合创新上，需要与地球化学岩相学、地球物理岩相学紧密结合，基于大数据平台和人工智能技术，进行深入融合创新研究。地球化学岩相学可以有效地从时间域-物质域上进行解剖研究，为地球化学岩相学-构造岩相学综合预测建模提供坚实的基础，实现构造岩相学五维以上的多维解剖研究与综合预测建模。地球物理岩相学和综合地球物理勘探，与构造岩相学紧密结合，有助于实现在空间域和物质域上进行深部隐伏构造岩相体预测建模和大比例尺隐伏构造岩相体填图，在岩矿石和矿物的物性参数系统测量基础上，进行隐伏构造岩相体精确三维建模预测。基于大数据平台和人工智能技术，构造岩相学-地球化学岩相学-地球物理岩相学深度融合创新研究，可实现可视化远程管理和可视化预测建模。 1.1.2 构造变形域与变形构造型相 构造变形域按变形作用特征可分为：脆性构造变形域、脆-韧性构造变形域和韧性构造变形域（方维萱等，2018a）。在构造岩相学填图中，可按照变形作用特征（变质相型）进行野外填图单元划分，在岩石学的P-T-t-M研究基础上，进一步恢复重建其形成深度和相关压力-温度参数，脆性构造变形域（＜3km）与浊沸石相、葡萄石-绿纤石相和方解石绿泥石相变质相对应；在韧-脆性和脆-韧性构造变形域（3～15km）主要为绿片岩相，野外填图在绿片岩相内，绿泥石绢云母型、绿泥石黑云母型和黑云母钾钠长石型脆韧性剪切带，其角闪岩相、麻粒岩相、蓝片岩相和榴辉岩相韧性剪切带，可以利用P-T-t-M参数按照压力-温度进一步划分，恢复重建构造变形域。 变形构造型相是指在相近或同一构造变形域中（构造变形层次），同类岩石或不同类型岩石组合，在不同深度、温度和压力条件下，因构造应力-流体-岩石耦合方式的差异，不同构造动力学作用或流体动力学作用形成了一套特定的构造样式和构造变形群落。按照构造样式-构造群落-岩相学特征，可以恢复同类岩石或不同类型岩石组合形成的不同深度、温度、压力、流体-岩石耦合方式和环境。 1.1.3 研究层次与研究尺度 方维萱等（2012a）对构造岩相学释义为：在一定时间-空间结构上，岩石组合类型及这些岩石特征代表的构造-地质环境和条件的综合反映。构造岩相学具有横断科学特征，采用综合集成性研究手段和有针对性的创新研究方法进行新技术研究与示范应用推广；同时须遵循岩相古地理学、矿相学、火山岩相学和岩石地球化学等多学科的工作方法、研究思路和手段。构造岩相学主要在6个不同层次上进行研究，即大地构造岩相学、区域构造岩相学、矿田构造岩相学、矿床构造岩相学、矿体构造岩相学、显微构造岩相学等（方维萱等，2018a），围绕成岩成矿作用大陆动力学和找矿预测进行研究。 按照地质构造现象和区域的规模大小可以划分9种不同的构造尺度：①全球构造（107～108m），如地幔柱等；②大地构造（106～107m），如板块构造和造山带等；③区域构造（104～106m），如沉积盆地和造山带等；④中型构造（10～104m），如岩浆侵入构造系统、逆冲推覆构造系统、前陆冲断褶皱构造带系统等；⑤小型构造（10-2～10m），如断裂、褶皱等；⑥微型构造（10-4～10-2m），如劈理和构造面理等；⑦显微构造（10-6～10-4m），如矿物的波状消光和溶蚀等；⑧次显微构造（10-8～10-6m），如方解石、铁白云石和钠长石等矿物的晶格位错等；⑨超显微构造（10-12～10-8m），如纳米级黏土矿物、热液裂缝、构造裂缝、气洗蚀变带等（方维萱等，2018a）。 1.2 创新研究思路及技术方法 1.2.1 构造岩相学研究思路 构造岩相学创新的研究思路和技术方法（方维萱，2016）如下： （1）系统整体思路。构造岩相学主要技术方法包括构造岩相学填图和五维拓扑（点-线-面-体-时）相体解析等两大方面。即： 构造岩相学=F{x，y，z，T，M-(t-P-T)} 五维立体（点-线-