石香肠构造研究进展论文

石香肠构造又称布丁构造（boudinage），是不同力学性质互层的岩系受到垂直或近垂直岩层的挤压而形成。软弱岩层被压向两侧塑性流动，夹在其中强硬岩层不易塑性变形而被拉断，构成平面上呈平行排列的长条状块段，即石香肠。在被拉断的强硬岩层的间隔中，或由软弱层呈褶皱楔入，或由变形过程中分泌出的物质所充填。

金山金矿自20世纪90年代初开发以来，先后有众多地质工作者对金山金矿进行了研究，由于金山金矿属典型的韧性剪切带型，所以以往研究也以韧性剪切带为重点，如对韧性剪切带内岩石化学组分变化和蚀变岩分带的研究以及剪切带构造(如构造岩分带)的研究(韦星林，1996;朱恺军等，1991a，1991b;万昌林，1997;曾键年等，1998;梁毓鎏，2001)。然而不难发现，对金山韧性剪切带构造的研究多年来基本上局限于一般的宏观构造特征以及一般的晶体塑性变形显微构造特征的描述。近年来李晓峰等(2007)探讨了显微构造尺度的变形机制及其与成矿作用的关系，并初步提出了金山金矿的成矿作用与韧性剪切带的递进变形过程密切相关的新认识。

一、金山韧性剪切带的递进变形特征

1.金山韧性剪切带的非共轴简单剪切机制

前人已对金山韧性剪切带的运动学进行了比较深入的研究，确认其为一大型推覆型韧性剪切带(韦星林，1996)。整个韧性剪切带内发育大量指示剪切运动方向的非对称运动学标志体，如露头和手标本尺度上常见的糜棱岩或石英脉的非对称布丁(透镜体)构造、非对称褶皱、S－C组构。在微观尺度上，可以经常观察到矿物旋转碎斑，如石英和长石的σ和δ碎斑系、云母鱼、S－C组构等。另外也常见垂直于水平线的矿物拉伸线理以及那些发育在所谓的次级剪切面上、明显形成于剪切活动晚期的擦痕线理。这些非对称运动学标志和线理均指示该剪切带的上盘(或剪切带的北侧)以较低角度(10°～35°)向上(或向南)逆冲推覆，表现为典型的非共轴简单剪切机制。

2.透镜体与石香肠构造

透镜体与石香肠构造在金山韧性剪切带内普遍发育，主要表现为能干性强的岩石(如变质杂砂岩和变质安山玄武岩)透镜体与石香肠构造、剪切带内糜棱岩透镜体与石香肠构造及石英脉透镜体与石香肠构造，并以石英脉透镜体与石香肠构造最为常见、最为复杂、最具代表性。据观察，它们与韧性剪切带的递进剪切变形过程和矿化过程密切相关。

(1)第一类石英脉透镜体与石香肠构造

此类石英脉透镜体与石香肠是早期发育的所谓变质分异脉在韧性单剪变形过程中压扁拉伸形成的，其厚度和规模往往比较小。在露头和手标本尺度上，透镜体与香肠构造内新鲜石英往往为比较纯净的白色(图3－7a)。在显微尺度下，如图3－7b所示，透镜体与石香肠基本由石英组成，少见其他矿物，无或仅含少量硫化物(如黄铁矿)。石英普遍发生晶内塑性变形和动态重结晶，但由于透镜体与石香肠本身是弱应变域，与片理密集发育的强应变域相比，其中的石英仅局部发育强烈拉长的拔丝和亚颗粒化。变质分异脉和透镜体几乎都与剪切带片理平行，从另一方面证实金山韧性剪切带的递进韧性简单剪切机制。石英变质分异脉及其透镜体与石香肠的金品位很低，基本不能构成工业矿体。

图3－7 第一类石英脉透镜体与石香肠

此类石英脉透镜体与石香肠广泛发育于韧性剪切带内，它们的存在表明在金山韧性剪切带活动的早期一方面有大量石英变质分异脉形成，一方面这些形成的变质分异脉在稍后本身又遭受递进韧性剪切变形形成透镜体，因此属于典型的同构造石英脉。图3－8a和b对此作出了很好的说明。图3－8中的石英脉均横切片理，表明它们形成在片理化之后，但石英脉本身又遭受塑性剪切变形而发生动态重结晶和拉伸压扁，石英长轴方向与片理平行(图3－8a)。图3－8b中石英脉同样也遭受剪切和压扁变形，使得石英发生动态重结晶和亚颗粒化，石英脉本身强烈褶皱和透镜体化，形成无根勾状褶皱。

图3－8 变质分异脉的同构造韧性剪切变形说明见正文。照片均为正交偏光

(2)第二类石英脉透镜体与石香肠构造

此类石英脉透镜体与石香肠构造的平均厚度和规模比第一类石英脉透镜体与石香肠构造要大，石英多为烟灰色，顺片理产出(图3－9a)。与第一类石英脉透镜体与石香肠构造的主要区别是除了石英外还含有较多的硫化物如黄铁矿等，而且因为含金量高而成为工业矿体。也是在韧性单剪变形过程中压扁拉伸形成的。

与第一类相比，除了含有较多的黄铁矿等硫化物外，它们多集中在韧性剪切带内高应变带。部分透镜体和石香肠发育黑白相间的层纹构造，形成所谓的复合脉(图3－9a)。黑色部分大多是云母片岩围岩残片，而白色部分是石英条带。层纹构造往往是高品位矿体的直接鉴别标志。虽然透镜体和石香肠本身是弱应变域，但由于强烈的塑性剪切变形，透镜体和石香肠内石英可发生强烈的动态重结晶和亚颗粒化(图3－9b)。

图3－9 第二类石英脉透镜体与石香肠构造

第二类石英脉透镜体与石香肠构造的存在说明在金山韧性剪切带递进变形过程中有大量富硅流体的产生与结晶沉淀。

(3)第三类石英脉透镜体

在第二类石英脉透镜体与石香肠构造(相应的石英脉)密集产出的高应变带内常常发育宽度为厘米至毫米尺度、具脆性构造特征的次级剪切面，这些次级剪切面呈交织网格状贯穿于金山剪切带中，整体与剪切带协调平行。次级剪切面一般比较平直且多围绕能干性强的石英脉和石英透镜体发育。它们往往斜切围岩片理和第二类石英脉透镜体与石香肠构造，使后者改造成新的构造透镜体(图3－10a，b)。透镜体与片岩围岩的接触面往往就是这种次级剪切面。由于沿次级剪切面发生一定程度的脆性剪切滑移，一方面使作为次级剪切面的透镜体接触面与片岩围岩的片理发生截切而形成不协调关系，另一方面沿次级剪切面发生破裂和碎裂，可形成薄层状碎裂岩和断层泥，并在次级剪切面上发育镜面和擦痕构造。此外沿此类次级剪切面常沉淀有热液矿物，如黄铁矿、绿泥石等。

图3－10 第三类石英脉透镜体(摄于金山金矿50m中段)(b)为(a)的线描;说明见正文

第三类石英脉透镜体的前身是第二类石英脉透镜体与石香肠构造或相应的石英脉，且主要表现为被次级剪切面切割的构造透镜体，与第二类的区别之处主要就在于它们与围岩片岩之间存在的次级剪切面截切与不协调关系。次级剪切面的发育和第三类石英脉透镜体的发现表明，在金山韧性剪切带递进变形后期阶段偏脆性变形机制下，由于应变局部化和应变分解作用而使应变集中在次级剪切面上。

总之，第一、二类石英脉透镜体与石香肠构造是在较韧性剪切机制下形成的，应变机制以透入性片理发育和总体的剪切压扁拉长变形为特征，第三类石英脉透镜体是在较脆性环境下形成的，应变机制以应变局部化、次级剪切面的发育和沿次级剪切面的剪切滑移为特征。从第一类到第三类石英脉透镜体与石香肠构造的演变，反映的是一个典型的递进剪切变形和成矿过程。

如果把与第二类石英脉透镜体和石香肠构造有关的层纹状含矿石英脉的形成作为主要成矿期的话，那么这三类石英脉透镜体和石香肠构造分别与成矿前、成矿期和成矿后3个成矿阶段相对应。

3.压力影

压力影构造广泛发育于金山韧性剪切带内，观察发现存在有两种不同的压力影构造，即黄铁矿压力影和石英压力影。

(1)黄铁矿压力影

黄铁矿压力影最常见，压力影矿物主要是纤维状石英(图3－11)，偶尔也见有绢云母。对黄铁矿压力影观察的结果可总结如下:①黄铁矿是金山韧性剪切带内主要硫化物，大量产于剪切带内石英云母片岩(糜棱岩)和各期次石英脉中，也是主要的载金矿物，但并非所有的黄铁矿都发育压力影，发育压力影的黄铁矿以早期形成的黄铁矿为主，即使在同一个薄片内相邻的黄铁矿有的发育压力影，有的则不发育压力影(图3－11a);②黄铁矿粒度较小，一般小于1mm，形态复杂多样，有自形程度高的立方体和五角十二面体以及由二者组成的复合晶体，但绝大部分黄铁矿呈他形不规则状，如草莓状、碎裂状等(图3－11a，b)，各种形态的黄铁矿都可以发育压力影(图3－11b);③作为压力影矿物的纤维状石英一般垂直黄铁矿晶面或与黄铁矿晶面呈小角度相交，石英纤维被严格限制在与片理平行的无应变或低应变(低应力差)域内，石英纤维可发生弯曲变形(图3－11a，b，c);④部分压力影边沿石英纤维被片理(主要表现为绢云母平行其(001)晶面的排列)所截切(图3－11c，箭头所指)，这种截切关系表明压力影边沿部位的石英纤维遭受到强烈的压溶作用;⑤遭受剪切变形的石英脉中部分黄铁矿也显示有压力影(图3－11d，箭头所指)，虽然这种情况并不常见。

图3－11 黄铁矿压力影构造(均为正交偏光，说明见正文)

早期变形变质作用过程中形成的黄铁矿发育压力影的现象应该说是很正常的，而压力影中纤维石英受到压溶截切和石英脉中黄铁矿压力影的发现则进一步证明了递进剪切机制的存在。压力影的大量广泛发育说明扩散蠕变是金山剪切带的重要变形机制，并一直贯穿于剪切带的递进剪切变形过程中。另外根据前人对黄铁矿所做的大量化学分析结果，形成压力影的黄铁矿本身是含金的，所以含金黄铁矿压力影的存在说明含金的黄铁矿因递进变形而继续遭受剪切变形，成矿过程是一个连续复杂的变形变质过程，不仅仅牵涉到构造演化，而且与流体作用密切相关。

(2)石英压力影

与黄铁矿压力影相比，石英压力影比较少见。比较典型的石英压力影如图3－12所示。压力影内矿物主要为石英和绢云母，两者相间排列(图3－12a)或以纤维石英为主(图3－12b，箭头所指)。纤维石英和绢云母与石英斑晶呈大角度相交，石英斑晶与片理之间呈突变截切关系(图3－12a)，表明曾存在强烈的压溶作用。

图3－12 石英压力影

4.组构置换

金山金矿矿体几乎都是顺层产出，即在双桥山群上亚群第三段第二岩组和第三岩组之间，在矿区有不少原生层理被置换的现象。在变质岩中发育大量的面状构造，这些面状构造包括:①矿物定向排列构成的面理;②变质分异条带(富硅质和富泥质层交替出现);③劈理面和无根钩状褶皱;④分割性滑移面等(郭仕兴等，1993)。

郭仕兴(1993)认为金山金矿的构造置换可以分为3个阶段。滑劈理的发育是层理置换的初始阶段，原始层理被一组密集平行的滑劈理穿切。当相邻微劈理的滑移指向不断变化时，原始层理呈锯齿状;若一定范围内滑劈理的滑移指向相对稳定，层面则形成被动相似褶皱。变形的同时，泥质层结晶成绢云母层。在这一岩组中，无论是褶皱转折端还是两翼，都发育有从属褶皱，它们的轴面平行滑劈理，说明相似褶皱并非层间滑移成因的纵弯褶皱。第二阶段是发育一组有密集的平行相似褶皱轴面的板劈理。构造置换是最后阶段，全部层状硅酸盐矿物都按照一个方向排列，而且晶体更粗大，构成优势面理。砂质层褶皱的转折端因翼部太薄而断开成为无根钩状褶皱或者岩性条带，“漂浮”于片理中。

金山金矿所赋存的金山韧性剪切带最主要的构造特征是从宏观到微观尺度上透入性面理———片理的发育，片理主要由定向排列的绢云母(白云母)、塑性变形的拔丝石英和拉长压扁的石英变斑晶组成，是强烈韧性剪切变形的产物。

金山韧性剪切带内也发育一套交织状、在一定程度上也属于透入性的次级剪切面构造。只不过这种透入性仅限于宏观尺度，因为这些次级剪切面多沿能干性差较大的构造软弱面选择性地发育，如沿石英脉和石英透镜体与片岩围岩的接触面(图3－9)。剪切面本身是脆性剪切破裂构造，它可伴随有碎裂岩、细角砾岩和断层泥，剪切面上常见镜面和擦痕。夹于次级剪切面之间的能干性较差的片岩则发生一定程度的揉皱(图3－9)，表现为韧性变形。因此脆性与韧性变形构造共生但以前者为主，属于典型的韧－脆性剪切变形。该次级剪切面构造系统整体上与金山韧性剪切带协调，是金山韧性剪切带组构的重要组成部分。

两种不同组构的存在说明在金山韧性剪切带发育过程中发生过重要的组构置换，也就是片理组构被次级剪切面构造系统所置换，所反映的是从韧性变形机制到韧－脆性变形机制的转换。

另外需要指出的是，我们在作为富矿体而开采的含金石英脉(大脉)内发现了厘米至微米尺度的韧性剪切带，如图3－13所示。这种显微韧性剪切带以强烈的石英动态重结晶、条带石英和拔丝状石英的发育为特征。剪切带大体上仍与主剪切带平行。它们的发育表明，一方面金山韧性剪切带在上述组构置换过程中存在着一个过渡，另一方面在主成矿期过后仍然存在一定程度的韧性剪切变形，这些都是对金山韧性剪切带递进剪切变形机制最好的诠释。

图3－13 含金石英脉(主体矿脉)的递进韧性剪切变形

二、递进变形成矿机理

在确认了金山韧性剪切带递进剪切变形机制基础上，有必要进一步探讨该剪切带的递进变形成矿机理。

1.压溶作用与流体的产生和迁移

(1)压溶作用与流体的产生

显微镜下观察发现，金山韧性剪切带内压溶作用非常强烈与普遍。压溶主要是石英的压溶，包括剪切带原岩碎屑岩中的碎屑石英(图3－14)、部分分异石英脉中的石英(图3－9)、部分黄铁矿压力影中的纤维石英(图3－11c)等。

图3－14 剪切压溶构造和缝合线构造(正交偏光，说明见正文)

压溶作用是碎屑岩石在成岩作用和区域变质作用以及韧性剪切作用过程中重要的变形和变质作用机制。压溶作用造成大量的硅从石英中释放出来并转变成硅质流体。据计算，由于压溶作用，页岩中的石英细砂在低于200℃的温度条件下可产生6%～9%(质量百分比)的SiO2，在200～500℃的温度条件下可产生10%～15%的SiO2;泥岩遭受压溶作用后产生的SiO2更多，在200～500℃的温度条件下可产生18%～28%的SiO2(Kamp，2008)。

除部分硅质流体沉淀形成压力影外，大部分或绝大部分都可能汇集起来沉淀形成大小不等的石英脉。所谓的分异石英脉可能就是这样形成的。由于硅质流体的产生和石英脉的形成都是在递进剪切变形过程中产生的，石英脉基本都顺片理发育，形成所谓的同构造石英脉。这些同构造石英脉可因剪切压扁拉伸变形而形成石英透镜体和石香肠构造，而且属于前面划分的第一类石英透镜体和石香肠构造。

所谓的变质流体可能大部分就是这样形成的，所谓的变质分异作用实际上就是通过压溶作用来实现的。硅、氧、氢同位素的分析研究结果认定，硅的来源与变质分异作用有关，而显微构造的观察在这里提供了直接的证据。重要的是这些流体很可能在形成和流动过程中萃取原岩中的金元素，使金元素得到初步富集，局部甚至形成具工业品位的矿体。根据已经发表的原岩双桥山群的化学分析成果，原岩双桥山群金的平均丰度为×10－9，普遍被认为是金的矿源岩。

(2)缝合线构造与流体的迁移

显微镜下观察发现，在金山韧性剪切带内发育大量密集的缝合线构造。这些缝合线构造本身实际上绝大部分就是那些截切石英颗粒、引起压溶作用的显微尺度上的“剪切面”构造(图3－14)。由于形成在递进韧性剪切变形机制下，这种发育在变质岩片岩中的缝合线在形态上与碳酸盐岩内的缝合线相差较大，但缝合线内同样残余许多难溶解且不透明的细小刚性矿物、粘土矿物和炭质体。缝合线构造的发育不仅提供了流体流动迁移的通道，而且大大增加了岩石的渗透率。

通过地球化学分析测试而对剪切带物质迁移规律所做的研究结果(孙承辕等，1994;华仁民等，2002)表明，硅为所谓的“带入组分”，剪切带强应变中心是硅含量最高部位。不难想像，由于越是缝合线发育的地方压溶作用越强(应变强度也越大)，产生的流体越多，流体通道所占岩石体积比例越大(也就是说岩石的孔隙度和渗透率越高)，沉淀形成的石英脉体也应该越多。这可能很好地解释了为什么金山韧性剪切带强应变中心往往也是所谓的“硅化中心”和“矿化中心”的现象。当然在其后的递进剪切变形过程中其他构造变形和矿化因素对最终的富集成矿同样也起了很大作用，但不可否认，正是早期的剪切压溶、流体的产生和缝合线构造的发育与所起的流体通道作用为后来的继续成矿过程奠定了重要基础。

另一方面，剪切压溶作用与缝合线构造的强烈发育确凿地证明了扩散蠕变机制不仅是金山韧性剪切带重要的岩石变形机制，而且也是剪切带重要的成矿作用机制。

2.含金石英脉的层纹状构造与递进变形

如上所述，金山韧性剪切带内含金石英脉尤其是因富含金而成为工业矿体的含金石英脉以具有层纹构造(也可称之为“纹层构造”(李晓峰等，2007))为显著特征。层纹构造由黑白相间的暗色石英云母片岩残片和浅色石英成分条带相间发育而成(图3－15a)。石英云母片岩残片中往往大量发育沿片理充填的热液蚀变矿物(含金)黄铁矿(图3－15b，箭头所指)。云母片岩残片与相邻石英成分条带之接触面上往往出现镜面、擦痕而表现为剪切滑移面，沿这些剪切滑移面也同样发育大量的热液矿物如绿泥石、绢云母和黄铁矿以及金的沉淀(李晓峰等，2007)。

图3－15 层纹状含金石英脉(a)及其显微构造特征(正交偏光)(b)中云母片岩残片(M)与石英条带(Q)的突变接触指示脆性剪切变形机制;云母片岩残片内富含细小的黄铁矿(箭头所指);方解石(Ca)沿裂隙充填(其他说明见正文)

层纹状石英脉可在递进剪切变形过程中形成第二类和第三类石英脉透镜体和石香肠构造，但在形成第三类石英脉透镜体之前它们与赋存围岩片岩的面理基本一致或者以小角度相交(图3－14a)。

层纹状(或纹层状、层状)石英脉是石英脉型金矿床中一种常见的石英脉，而且往往是主要或重要的含金矿体。国内外学者对层纹状石英脉已进行了大量的描述和研究，所形成的共识是:层纹状石英脉是多期次、多旋回构造活动和流体交互作用的结果，“破裂－愈合－滑动”机制是造成层纹构造的直接原因，“断层阀”效应是主要动力机制(Ramsay，1980;Sibson et al.，1988;Boullier et al.，1992;Cox，1995;Robert et al.，1995;Nguyen et al.，1998)。主要影响因素包括流体压力(如流体压力的波动)、应变机制和应变速率(地震式与非地震式)等。

在国内，梁金城等(1981)最早开展层纹状含金石英脉的变形构造研究，曾明确提出湘西沃溪金矿床层状石英脉的形成是“构造的多次叠加及重结晶作用进一步复杂化”的结果。这一认识的提出比西方学者的类似研究成果的发表至少要早7年。当时所发表的论文《湘西沃溪金矿床层状石英脉的显微构造与组构初探》(梁金城等，1981)至今仍不失为显微构造与组构研究的典范。

3.金山韧性剪切带递进变形成矿机理

金山韧性剪切带从发育到结束经历了从韧性剪切变形机制到韧－脆性剪切变形机制的转换，这一转换对成矿过程的影响较大。在韧性剪切变形机制下，由于应变相对比较均匀，石英普遍发生晶内塑性变形、压扁拉长。云母类矿物如白云母(或绢云母)沿其(001)结晶面发生滑移并强烈定向排列，因而形成贯穿剪切带的透入性面理。由于广泛发育剪切压溶作用，大量富硅流体形成，流体在迁移过程中可以萃取分散的金元素使其在流体中相对富集。同时大量缝合线构造的形成增强了岩石的孔隙度和渗透率，从而有助于流体的迁移和沉淀。持续不断的、几乎贯穿于整个剪切带活动过程的压溶作用(从原岩石英碎屑的压溶到压力影新生石英、分异脉内新生石英以及矿化石英脉内新生石英的压溶)为成矿提供了不可或缺的流体和成矿物质。

层纹状含金石英脉的形成是剪切带多旋回剪切构造活动和流体交互作用的结果，与韧性剪切带的递进剪切变形息息相关，代表的是从韧性剪切变形机制向韧－脆性剪切变形机制转换的过渡。因为，虽然在层纹构造形成过程中多次发生循环反复的以高应变速率为特征的“地震式”剪切滑动，但层状石英(或条带状石英)普遍发生的塑性变形说明，剪切带整体上仍然以韧性剪切变形机制为主。沿石英脉壁发生的“地震式”循环剪切滑动与石英脉壁的裂开主要受控于剪切带内流体压力的强烈波动及其与静岩压力和静水压力的彼此消长关系。构造应力和流体压力是控制破裂－愈合－滑动机制的动力来源。由于石英脉反复的破裂－愈合－滑动使金元素得以持续不断地循环富集，从而使层纹状石英脉往往成为富含金的石英脉。韧－脆性剪切变形机制下的变形特征表现在进一步的应变分解和应变局部化，其结果是发育一套网格交织状的次级剪切面系统以及与其相关的第三类透镜体构造，应变集中于能干性差最大的构造部位，如能干的石英脉、石英脉透镜体与软弱的片岩围岩的接触面。该次级剪切面系统从剪切带的宏观角度看是透入性的，但在露头、手标本和显微尺度看则完全是非透入性的。石英在温度相对较高时(至少在绿片岩相温度－压力条件下)表现为“软”矿物，易于发生塑性变形。然而当温度降低到低于绿片岩相条件下时则表现为“硬”矿物，显示很强的能干性，不仅不能发生塑性变形而且很容易发生脆性剪切破裂，次级剪切面本身实际上就是脆性剪切破裂面，并沿剪切面发生碎裂岩化形成薄层状碎裂岩、细角砾岩和断层泥。次级剪切面的发育也有助于成矿流体和成矿物质的活化、迁移和富集，有助于剪切带递进演化后期水－岩反应的进行。热液含金矿物如黄铁矿和绿泥石等在次级剪切面上的沉淀结晶现象就是最好的证明。