西南三江兰坪盆地隐伏岩体探测及其成矿效应*

周道卿 曹宝宝 李龚健 段宏伟 郑宇舟 胡悦 胡夏炜

ZHOU DaoQing1，2，CAO BaoBao2，LI GongJian1，DUAN HongWei2，ZHENG YuZhou2，HU Yue2 and HU XiaWei2

1. 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083

2. 中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083

1. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China

2. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing 100083，China

2015-02-09 收稿，2015-06-04 改回.

1 引言

兰坪盆地以金沙江-哀牢山缝合带、澜沧江缝合带为界，东侧与扬子板块相接，西侧与保山地块毗邻，是云南西部最大的中生代沉积盆地(图1a)。区域成矿作用以大型Cu-Pb-Zn 矿为主，可分为东西两个亚带，西亚带为金满-连城为代表的脉状铜多金属矿带，成矿元素组合为Cu-Mo;东亚带白秧坪-富隆厂、金顶-黑山-下区五为代表的铅锌多金属矿带，成矿元素组合为Pb-Zn-Ag。目前对西亚带Cu-Mo 成矿作用认识趋于一致，普遍认为Cu-Mo 成矿以深源岩浆流体为主，显示岩浆流体直接参与成矿过程(邓军等，2010a，2011，2012);东亚带Ag-Pb-Zn 成矿过程认识存在较大分歧，有学者认为成矿作用以中低温、高盐度盆地卤水为主，为典型的地壳流体成矿特征(王江海等，1998;张锦让等，2012;邓军等，2012)，亦有学者根据矿床地球化学研究结果，认为区域成矿过程中存在深部岩浆热源的驱动和成矿物质的加入(Xue et al.，2000，2007;王安建等，2009)。笔者认为造成这一结果的原因是对于区域大规模成矿作用过程、盆地热卤水形成机制等认识存在分歧，特别是对于盆地深部是否存在隐伏岩体有不同认识。

受制于常规研究方法的局限性，对于深部信息难以开展直接、有效的探测和研究，而地球物理探测具有客观真实和穿透深度大的特点，可以在深部构造与隐伏岩体研究中发挥独特作用，因而根据地球物理资料开展深部构造及岩浆活动研究具有重要的意义。本文基于深部地球物理资料，结合遥感线环构造特征，发现盆地深部沿中轴断裂带发育隐伏岩体，在细致分析岩体重磁异常特征基础上对隐伏岩体顶、底埋深，3D 展布形态等进行了定量计算，并对盆地内岩浆导流网络、深部岩浆活动与成矿作用以及隐伏岩体热驱动效应等进行了探讨。

2 地质背景和岩石物性特征

2.1 成矿地质背景

早二叠世至中新世期间的沉积岩系构成了兰坪盆地的主体，局部地区也有火山岩零星分布，古生界沉积岩系仅在思茅盆地边缘有出露，前寒武纪变质岩系则主要见于盆地边缘缝合带。石炭系至侏罗系表现为半深海-浅海相沉积及火山岩沉积，白垩系至新近系则主要表现为河湖相沉积，总体而言，区域显示出从海相沉积到陆相沉积的演化(图2)。

晚古生代，盆地西侧澜沧江洋壳和东侧金沙江-哀牢山洋壳向陆块之下双向俯冲，形成火山弧带。澜沧江洋及金沙江-哀牢山洋闭合后，地块碰撞造山。新生代，受印-亚大陆碰撞的影响，盆地发生了大规模逆冲及走滑断裂活动，形成大型逆冲带(侯增谦等，2008;He et al.，2009;邓军等，2010a，b;Deng et al.，2014;Wang et al.，2014)。新生代逆冲推覆构造的形成演化控制着区域成矿作用的演化(图1b)。

图1 兰坪盆地大地构造位置(a)及区域地质矿产图(b)(据中国地质调查局，2002;Deng et al.，2014 修编)Fig.1 Regional geological (a)and mineral map (b)of Lanping basin (modified after China Geological Survey，2002;Deng et al.，2014)

成矿年代学研究显示兰坪盆地存在两期主要成矿作用。逆冲推覆期主要形成金满、连城等Cu-Mo 矿床以及金顶Pb-Zn 矿床的部分早期矿体;走滑-应力松弛伸展期，则主要形成以金顶、白秧坪为代表的一系列Zn-Pb-Ag 多金属矿床(Deng et al.，2014)。

图2 兰坪地区综合地层柱状图(据云南地质局，1974①云南地质局.1974.兰坪地区1∶20 万地质图修编)Fig.2 Comprehensive geological histogram of Lanping area

表1 兰坪盆地岩石磁参数统计表Table 1 The statistical table of the rock’s magnetic parameters in Lanping basin

结合构造分析和年代学研究表明，在沉积盆地的不同部位及盆地演化的不同阶段，流体的来源、特征和成矿效应均不尽相同。金满矿床和连城矿床成矿流体整体上表现出一种中高温、中低盐度、极富CO2的流体，与典型的岩浆热液(高温、高盐度、富CO2)不同，但明显显示出岩浆热液、盆地卤水的混合(邓军等，2011，2012;张锦让等，2012;Deng et al.，2014;Deng and Wang，2015)，C、H、O 等同位素特征也显示出其具有深源流体与盆地流体混合的特征。金顶成矿流体的温度、盐度和成分特点显示出来自以低温、高盐度为特点的盆地卤水，同时也有来自富油气的流体，表现出低温、高盐度的特征(薛春纪等，2009;张锦让等，2012)，这与形成MVT 型矿床的盆地卤水特征十分相似(Misra，2000;Basuki and Spooner，2002)。

2.2 物性特征

岩(矿)石的物性特征及其差异，是重磁勘查的地球物理前提，也是认识深部地质特征的依据。通过区内物性数据统计分析(表1)，各类泥岩、页岩、石灰岩、白云岩、泥灰岩、板岩等沉积岩磁性微弱，以上岩类形成的变质岩磁性亦不强，磁化率(K)平均值通常在100 ×10-5SI 以内;遭受后期变质作用的绿帘绿泥石片岩磁性明显增强，K 平均值能达到1100～3300 ×10-5SI 之间。各类侵入岩磁性变化较大，总体上呈从超基性-基性-中性-酸性逐渐减弱的趋势。其中超基性岩磁性最强，K 值变化在3200 ～4100 ×10-5SI，磁化强度(Jr)变化在200 ～2100 ×10-3A/m;基性岩磁性中等，K 平均值变化在400 ～1600 ×10-5SI，Jr 平均值变化在900 ～2300 ×10-3A/m;酸(碱)性侵入岩磁性相对较弱，深成花岗岩类大部分无磁性，而浅成花岗斑岩类具有一定的磁性，K 值变化在400 ～10300 ×10-5SI 之间。

3 地球物理场特征及遥感构造解译分析

3.1 地球物理场特征

重磁场资料显示兰坪盆地中部发育规模巨大的“中轴断裂带”(尹汉辉等，1990;林舸等，1991;管烨等，2006)，沿中轴断裂带磁场具有中间相对升高、两侧相对降低，即“两低夹一高”的磁场格局。高值磁异常带呈北西向展布，严格受中轴断裂控制，北部被兰坪北部东西走向的降低负磁场所截，南北两侧表现出截然不同的磁场特征。北部白秧坪异常为浑圆状叠加升高异常，局部异常强度较弱，幅值60nT 左右;兰坪南部金顶地区表现出带状强烈升高异常特征，局部异常强度在40 ～110nT 之间。经化极上延后，ΔT 曲线虽渐趋单调，“两低夹一高”的磁场特征得到进一步加强(图3a)。

根据物性资料分析，区域广泛分布的中新生界碎屑岩磁性微弱，磁化率均值小于100 ×10-5SI，平稳降低的区域负磁场无疑是碎屑岩的反映;而盆地热变质程度总体较低，盆地内部发育大规模变质岩的可能性较小，故中间相对升高的宽缓异常带应为深部隐伏岩体引起，另一方面，由于局部磁力高的范围与重力高对应(图3b)，不排除深部中性或中基性侵入岩存在的可能。根据两处升高异常的特征判断，白秧坪地区隐伏磁性体较兰坪以南地区更深，后者本身还具有北强南弱和北浅南深的特点。两处隐伏磁性体都明显受中轴断裂带控制，但二者深部并不相连，可能属于不同的岩浆活动阶段。

3.2 遥感影像构造解译

图3 兰坪盆地隐伏岩体磁场化极异常(a，Ⅰ-白秧坪隐伏岩体，Ⅱ-金顶岩体)及布格重力异常特征(b)航磁原始数据据熊盛青等，2013;布格重力数据据张明华等，2008①张明华，贺灏，孙中任. 2008.西南大区重力布格异常图(1∶2500000).中国地质调查局发展研究中心Fig.3 The magnetic field reduction to the pole anomalies (a，Ⅰ-Baiyangping，Ⅱ-Jinding)and the Bouguer gravity anomalies (b)of the concealed rock mass in Lanping basinThe aeromagnetic initial data is from Xiong et al. ，2013

遥感图解译的线性构造可以反映岩层的错位及有规律分布的岩群等，环形构造则主要反映地下岩浆活动的客观存在。从遥感影像图解译结果看，兰坪盆地内构造变动强烈，褶皱、断裂构造发育，构造线以NW-NNW 向为主，SN 向和NEE 向次之(图4)。区内弧形断块条带发育，遥感影像线性特征明显，总体构成一个向北收敛、向南撒开的帚状构造组合。盆地中部线性构造呈近北东、北西、北东向，区域性规模脆韧性变形构造或构造带及节理劈理断裂密集带构造分布较为密集。沿重磁推断的“中轴断裂带”环形构造发育，呈NW-SE 向“链状”环形构造群，环形构造所代表的张性环境，显示兰坪盆地深部地区存在隐伏侵入岩体活动。盆地内大规模成矿作用也多发生在线、环构造叠合、交切的部位，表明成矿与构造、岩浆活动关系密切。磁力高异常带对应地表断裂、矿化及化探异常集中区，推断深部应有一定规模的岩体。

4 隐伏岩体埋深及形态反演

4.1 顶面埋深

磁性体顶面埋深是磁测资料反演解释中的一个重要参数，通过磁性体埋藏深度计算，有助于认识引起磁异常的地质体产状、规模和空间展布特征，进一步判断隐伏地质体性质与成因，及其与深部岩浆活动和成矿作用的关系等。目前常用的计算方法包括切线法、欧拉反褶积法、功率谱法和磁化强度成像法等。切线法算法简便、快速，受正常场影响小;欧拉反褶积法不需要特定地质模型假设，可应用于复杂地质情况;本次研究结合采用了切线法和欧拉反褶积法计算全区磁性体顶面埋深。

使用切线法和欧拉反褶积法计算得出的兰坪盆地磁性体顶面埋深图显示，沿兰坪盆地“中轴断裂带”断续分布的隐伏侵入岩体在白秧坪地区呈岩珠状产出，岩株半径8km 左右，顶面埋深7.5km;兰坪南部地区呈北北西向带状展布，整体连续性好，其长轴(北北西方向)约100km，短轴(北东东方向)10 ～15km，分布面积约1200km2(图5a);带状磁性体顶面呈断续凸起的串珠状，埋深2.5 ～4.7km 不等，底部相连。从地球物理场反映的深部特征看，中轴断裂为一岩石圈断裂(管烨，2005;李文昌等，2010)，它不仅控制了盆地的形成和演化，同时也是深部岩浆向浅部运移的通道。可见，隐伏岩体的侵入与“中轴断裂带”构造活动有关，后者对盆地内及其周边地区的成岩和成矿作用的研究有重要意义。

图4 兰坪盆遥感影像(a)及构造解译结果(b)Fig.4 The remote sensing image (a)and interpretation result (a)of Lanping basin

4.2 底面埋深

居里面反映的是深部磁性体的底界面，居里面的起伏变化表征了地温梯度的高低变化，反映出地壳深部热应力场的分布特征。利用磁测数据反演居里面深度的方法有单体磁异常法和组合磁异常法，这两种方法都是通过把空间域数据转换到频率域来建立磁异常与磁性体埋深的关系。针对兰坪盆地磁异常具有分区特征，且浅源、深源磁场分布复杂的特点，本次研究采用组合磁异常的统计功率谱分析法计算居里面深度。

居里面等深度反演结果表明兰坪盆地中南部位于居里面坳陷区内，磁性体地面埋深在25 ～27km，显示出稳定地块区深部磁性体明显减少，岩浆活动已趋于微弱(图5b)。兰坪盆地北部德钦-维西-兰坪一带存在一个居里面隆起区，此隆起区规模巨大，居里面深度大都在20km 以浅，由北向南隆起逐渐增加，维西、兰坪等地区居里面深度甚至浅至19km。居里面深度变浅预示着地温梯度升高，可能与中上地壳内部岩浆房活动有关，这与张万平等(2011)认为幔源物质上涌引起壳幔混合作用，且岩浆主要起源于地壳的认识一致。居里面隆起区恰是区域多金属矿床的集中分布区，对应居里面隆起区分布的德钦斑岩铜矿、白秧坪铅锌矿、金顶超大型铅锌矿等都是区域最具代表性的矿床。

4.3 空间形态特征

图5 兰坪盆地隐伏岩体顶面埋深图(a)及兰坪盆地居里面深度图(b)Fig.5 The depth of burial chart of the concealed rockmass’top surface (a)and the depth chart of Curie surface (b)in Lanping basin

为了对隐伏岩体的埋藏深度、空间展布状态有进一步的了解，对兰坪南部带状航磁异常进行了3D 定量反演计算。重磁异常3D 反演分为形态模型法和物性模型法两类，其中物性模型将场源区域划分成小的单元组合(主要是长方体或立方体)，在反演过程中单元的形态不变，通过物性变化勾画场源范围。比较而言，三维物性反演具有模型物性易于操作、能模拟任意复杂地质体、反演方法技术受限制条件少且不用涉及复杂的形态变化等技术优势，已经成为重磁反演尤其是三维反演的一种主要方法。本次反演即采用较为实用的物性模型法，反演计算结果如图6。从3D 定量反演结果看，隐伏岩体顶面呈断续凸起的串珠状，具有北浅南深的特点，最浅埋深3000m 左右，磁化强度350 ×10-3A/m，表现出典型中酸性岩体磁性特征。

5 隐伏岩体成矿效应分析

5.1 深大断裂系统的导-配-容矿作用

兰坪盆地在新生代碰撞造山过程及俯冲拆沉作用过程中伴随大规模的壳幔相互作用，孕育了盆地边缘(澜沧江、金沙江-红河)断裂及中轴断裂带等深大断裂系统，上述断裂在重力上延50km 图上表现清晰(图7a)。根据重力资料反演结果，兰坪盆地莫霍面深度在50km 左右(图7b)，说明以上断裂是深切莫霍面的超壳岩石圈断裂。这些深大断裂系统是控制岩浆活动的重要因素之一(杨立强等，2010，2011;葛良胜等，2012)，它构成了深部岩浆上侵的通道，并控制着浅部岩浆侵位与地表火山活动。超壳-下地壳深大断裂孔隙度高，在深部利于深部物质上涌进而引发壳内一系列岩浆活动(Yang et al.，2004，2006)，成为重要的导矿构造;壳内大断裂则成为岩浆房及成矿物质上涌成矿的最重要配矿通道;盆地浅部断裂系统，包括穹窿构造、张性构造、层间滑脱构造等是直接的容矿-控矿构造，对成矿物质的聚散起着直接的决定性的作用(He et al.，2009;Deng et al.，2014)。这些容矿-控矿构造代表着成矿时期典型的张性环境，而这种浅部张性环境，既受全区走滑-应力松弛的影响，亦可能是深部岩体侵入带来的直接后果。

5.2 深部岩浆活动与成矿

图6 兰坪盆地金顶隐伏岩体3D 反演结果(a)原始磁场;(b)正演磁场;(c)隐伏岩体Fig.6 The 3D inversion result of the concealed rockmass in Lanping basin(a)original magnetic field;(b)modeling magnetic field;(c)concealed rockmass

兰坪盆地内部Cu-Mo 多金属矿床成矿流体特征显示，虽然与典型的岩浆热液(高温、高盐度、富CO2)不同，但其明显具有深部岩浆流体混染的特征(张锦让等，2012);同时，壳源岩浆流体的存在也得到He、Ar、C、O、H 同位素特征的验证(薛伟等，2010;唐永永等，2013;Tang et al.，2014)，因而区内铜多金属矿床成矿作用应与深部的壳源岩浆活动有直接关联。在兰坪金顶、白秧坪Pb-Zn 多金属矿床发育区，居里面深度计算结果显示盆地壳内构造-岩浆-热液活动强烈，隐伏岩体成为区域成矿作用的主要热源。最可能的成矿流体运移模式是，岩体上侵促进带来深源热量，促进成矿热卤水生成，并引导深部相对高温流体沿中轴断裂系统注入浅部金顶穹隆构造-岩性圈闭，并与其中富H2S 的相对低温高盐度卤水混合形成大规模Pb-Zn 矿床(薛春纪等，2007)。

5.3 隐伏岩体的热驱动效应

兰坪盆地内部金顶、白秧坪等主要矿床的成矿流体均与盆地热卤水有密切关联(吴南平等，2003;邓军等，2011，2013，2014;Deng et al.，2014)。热卤水的深部循环萃取了大量的成矿物质，这些从深部萃取的成矿物质在物理化学条件发生变化时沉积成矿。由于区域内缺乏大规模的变质作用，因而区内驱动热卤水循环的主要热源最可能的来源为深部岩浆活动。新生代早期兰坪盆地持续的陆内俯冲(扬子板块向兰坪盆地之下俯冲)诱发了岩石圈地幔之下的软流圈上涌(钟大赉等，2001)，深部构造岩浆活动导致区域热流值升高，从而为盆地深部热循环系统提供了必要的热能，这一认识在深部居里面反演结果中也得到很好的验证。深循环的盆地卤水被加热，使其对盆地矿源层的淋滤能力大大加强，同时，在热对流机制的驱动下，成矿流体沿着走滑深大断裂(中轴断裂)上升至浅部，之后顺着地壳浅部的逆冲推覆构造下方的拆离滑脱带迁移。当成矿流体到达早期构造圈闭(李文昌等，2010;邓军等，2011，2013，2014)，成矿金属便迅速沉淀下来。

6 结论

深部隐伏成矿岩体探测技术是矿床成因与成矿潜力评价的重要手段。通过地质、地球物理与遥感信息综合解译，并参考地球物理定量反演解释结果，笔者认为兰坪盆地深部存在较大规模中酸性隐伏岩体——白秧坪隐伏岩体为浑圆状，顶部埋深较深;金顶隐伏岩体呈北北西向带状，顶面为断续凸起的串珠状，整体埋深较浅。岩体空间分布明显受控于兰坪盆地中轴断裂带，应形成于走滑-应力松弛伸展期，与区内主成矿时代相吻合。兰坪盆地深部岩浆沿中轴断裂带上侵，为区域成矿作用带来必要的热源，促进成矿热卤水流体的形成，并驱动流体运移至浅部构造圈闭中沉淀成矿。

图7 兰坪盆地布格重力上延50km 水平梯度模(a)和莫霍面埋深图(b)Fig.7 The horizontal gradient module map of the Bouguer gravity on the extension of 50km (a)and the Moho depth (b)of Lanping basin

致谢 论文编写过程中得到邓军教授、王庆飞教授、杨立强教授、王长明副教授、张洪瑞副教授的指导和帮助，在此表示衷心感谢。

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