大同盆地构造演化与成矿预测

1 华北地台地质发展史
在地质历史中，任何一个地质单元的区域构造发展与演化都与其所处的大地构造位置和大地构造环境密切相关。

华北地台有大于3.8Ga 的古老历史遗迹,构造演化复杂，岩石类型多样，极具特点（翟明国，2010）。

由于其具有复杂的多阶段构造演化史，几乎涵盖了大陆演化中所有的科学问题，所以成为众多地质学家的研究对象。

粗略地讲，它的演化大致可分为3个阶段，这大致反映了地球演化天文阶段和地质阶段的重要特征，这种周期现象或节律规律应是地球和宇宙系统的普遍规律（牛树银，1997）。

2 华北地台的形成与发展阶段
近年来，许多学者虽然对华北地块形成演化过程的认识有差别，但基本轮廓和认识比较相近，普遍认为华北克拉通在新太古代早期已形成陆核，而后陆核在不同的时代以不同规模、不同方式进行拼接形成较大的陆块，进而向稳定克拉通转化。

大同断陷盆地位于华北克拉通中部，本区地质发展史可划分为前五台期运动阶段。

2.1 五台期和吕梁期裂陷海槽形成阶段
2530-2510Ma 为陆—陆碰撞阶段，各山区形成一系列的构造片岩，伴随有低绿片岩相—角闪岩相变质和钙碱性花岗岩侵入，最终导致盆地封闭。

2510-2500Ma 为碰撞造山后的伸展阶段，在恒山形成伸展型韧性剪切带和剪切褶皱（李俊健、李德胜等，2010）。

吕梁运动阶段：2050-1850Ma 在北西—南东向水平挤压作用下，形成北东向褶皱、冲断构造、平行褶皱轴面的透
入性片理，各裂陷槽发生剧烈收缩，沉积了反旋回磨拉石建造和煌斑岩、钙碱性花岗岩侵位，导致裂陷槽最终封闭，破裂的新太古代克拉通陆壳焊接在一起。

1850-1800Ma 发生了后造山伸展隆升事件，产生北东向高角度正断层，已封闭的裂陷槽和两侧的山地进一步抬升（李俊健、李德胜等，2010）。

2.2 加里东、海西期构造平稳发育阶段
大同断陷盆地及其周邻地区经历了五台期和吕梁期的强烈构造作用以后，从新元古代到晚古生代处于相对的构造平稳期。

晋宁运动之后，本区再次上升为陆地，震旦纪冰期本区没有沉积。

2.3 印支、燕山期内陆张性盆地形成阶段
大同断陷盆地及周邻山区由于晚二叠世初—三叠世初西伯利亚板块与华北板块发生强烈碰撞，在三叠世发生强烈隆升，而未接受任何沉积。

之后形成了陆内具继承性质的早—中侏罗世第一世代含煤盆地，西侧为大型陆内坳陷型盆地，东侧为断陷性质的火山—沉积盆地。

2.4 喜马拉雅期内陆盆地发展阶段
进入古近纪，继承白垩纪的古地理面貌，绝大部分地区一直在遭受侵蚀、剥蚀及夷平的地质作用。

侵蚀、剥蚀的产物大多被河水搬运至山西以东的河北省境内，即相对拗陷的冀鲁断块内。

2.5 五台山“之”字型中央韧性剪切带
该剪切带规模宏大，在区域上呈“之”字型贯穿于整个五台山花岗一绿岩带，它是五台山花岗绿岩带南北2个巨型岩片的分界构造，称之为“之”字型中央韧性推覆剪切
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杨志强，姜正龙，刘玉龙，孙永硕，卞秋曼，郝健（1.3.4.5.6.山西省地勘局217地质队，山西 大同 037008；2.中国地质大学，北京 100083）
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带。

强变形带宽度般在30-500m之间，排除吕梁期构造叠加的影响，主剪切面走向在70-80°之间，倾向北西，倾角较缓，与南北2个岩片的构造方向一致（孙占亮，2013）。

2.6 南东方向的逆冲构造
灵丘一带的逆冲构造是在统一的区域应力场作用下形成的，鉴于卷入太白维山逆冲构造变形的地层具有较好的年代学制约。

太白维山两侧的觉山寺和蒜峪门前寒武变质岩系逆冲推覆于石炭系之上，形成一系列飞来峰和构造窗，它们均分布在山前逆冲推覆面的东南侧。

多种标志表明灵丘南山逆冲推覆构造是由北西向南东推覆的。

2.7 南西方向的逆冲构造
唐河断裂带北段位于太行山北部灵丘与浑源一带，地处北北东向的太行山构造带与近东西向燕山构造带的转折端，同时又是二者的分界构造。

唐河断裂带整体上形成于逆冲构造之后，前者切割并错断了后者的连续分布。

2.8 区域地球物理场及深部构造
1）重力场特征：本区重力异常均为负值，重力梯度带与新断陷边部铲式断裂一致。

2）深部构造特征：根据山西省莫霍面等深图，大同地区地壳厚度呈现西北厚（44km）东南薄（38km）的特征。

3）区域构造特征：研究区位于华北陆块中北部，晋冀地块（相当于传统构造的山西断隆）中部汾渭地堑北端之大同盆地。

4）地震地层特征：根据研究区二维地震剖面的反射特征，自下而上，5个主要的角度不整合面被识别。

3 大同盆地构造的主要演化阶段
目前，大多数专家基本都认同，大同盆地怀仁凹陷经历了3个主要演化阶段：第一个阶段为白垩纪时期，盆地初始沉降，是箕状断陷形成阶段；第二个阶段为新近纪时期，盆地快速沉降，是典型的箕状断陷形态阶段；第三个阶段为第四纪，盆地开始扩张，是盆地定型阶段。

从印支运动开始，中国大陆地质构造面貌和应力场发生了根本的变化（黄汲清，1977）。

印支运动以前，中国大地构造应力场主要来自北亚构造集群西伯利亚陆块向南的挤压。

海西—印支期岩浆活动十分发育，花岗岩年龄210-228Ma，同时还发育有近东西向展布的褶皱和推覆构造。

中新生代以后，印度陆块一直向北挤压，最后直接与欧亚大陆碰撞。

与此同时，太平洋板块也是一直向欧亚大陆俯冲，对欧亚大陆施加压力（杨魏然等，2012年）。

4 岩浆岩活动与矿产的关系
4.1 太古代岩浆岩活动与矿产的关系
山西代县金红石矿床地处华北克拉通中部带（Zhao et al.，2007)，分布于山西中台隆—恒山隆起西段，草垛山—分水岭背斜构造之南翼。

区内地层展布方向与该背斜轴向一致，呈总体倾向相同的单斜状产出，地层产状局部变化但无明显次级褶皱构造。

矿区出露地层主要为一套遭受了多期变质变形的上太古界五台群（AW）的中级区域变质岩系，由老至新依次为台子底组（AWt）、碾子沟组（AWn）和冰林沟组（AWb），变质程度为绿片岩相—角闪岩相（梁眉龙等，2007；贾明等，2006）。

矿体顶板围岩为斜长角闪岩及少量变粒岩，底板为直闪岩，局部为斜长直闪岩，与矿体接触界线明显。

4.2 中生代岩浆岩活动与矿产的关系
大同盆地内中生代火山岩集中分布在恒山东段唐河断裂内，受北东向断裂控制及后期北西向断裂改造，整体上构成四周被断裂围限向南西倾斜的负向火山盆地，长轴方向呈北西—南东向，统称“浑源火山盆地”。

侵入岩从现今岩体分布来看，早期多受控于东西方向和北西方向断裂带，中期的多受控于北西方向构造带与北东方向构造带，晚期主要受北北西方向断裂带控制。

从现存几个中生代岩体的分布来看，它们主要是沿着北东与北西向深断裂的交切部位上侵的。

但是大规模的岩浆侵入活动主要还是沿着倾角较陡的北西方向的深大断裂上侵的。

灵丘一带后造山阶段形成了不同类型的断陷盆地，包括中生代形成的NW方向展布的断陷盆地、分布其间的火山断陷盆地以及新生代形成的NE方向展布的断陷盆地。

不同成因的盆地，它们的分布格局也各有差异。

5 大同盆地构造的演化与矿产的关系
笔者通过研究大同盆地的构造演化，结合现有的钻孔资料以及盆地内不同时期沉积物厚度的变化，初步确定了大同盆地内各种矿产与不同阶段构造的相互关系，以及矿物元素活化迁移富集或异地搬迁形成次生矿产的过程，合理推论大同盆地的成矿模型，认识如下：
1）太古代五台期—吕梁期，通过五台山老基底岩石学的研究，推测大同盆地大致为一个北西低、南东高的古风化壳，而且经历了由北西向南东高角度的推覆，随着时间的推移，北西不断接受南东的同源剥蚀产物，形成了北西方向最早的火山沉积砂岩（是否是葛胡窑老片麻岩的年代有待考证）。

这个阶段的矿产以赋存在五台群老片麻岩里的稀有、贵金属和高变质的矿产为代表（绿岩型金矿、蛇纹石矿、石墨矿、磁铁矿等），火山频发，形成大量与基性岩相关的一系列矿产，主要是来源较深的幔源型，走向北东—南西，多数有向西北倾的特点，由于受挤压构造影响，矿体一般比较紧密，宽度较窄，延长延深较好。

2）元古代—古生代时期，地台经历过北西走向的右旋挤压运动后，左旋张扭性断裂开始发育，并对走向北东—南西的早期构造进行改造，大同盆地的位置在这个阶段基本是处于早期唐河大断裂的北端，而且位于由南东向北西水流冲击的方向。

由于中生代动植物非常繁盛，大同盆地碳汇量急增，于是在北西方向沉积了大面积的巨厚有机
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华北自然资源质，形成了包括浑源县在内的河湖相扫帚状石灰岩矿、铝土矿及煤系地层（青磁窑煤矿、大同煤田、朔州煤田等）。

并且受基底的影响，西部的沉积厚度明显大于东部，形成走向北东—南西的煤炭及油气富集的洼槽地段。

这个阶段的金属矿产，多形成稀土、金银、铜、铅锌矿（尧峪、岔口、义兴寨），矿体还是以受北西走向的构造控制为主，与酸性岩体及隐伏斑岩相关，成矿深度较大，但是延长有限。

3）之后，随着内蒙古地台的进一步抬升，东西向（燕山）运动及南北向的次级构造发育，大同的基底构造发生多期次的活动，变得非常破碎不稳定。

西北部接收沉积物越来越少，并且随着东部郯庐断裂带的大洋板块俯冲对太行山的挤压发生向西南突出抬升剥蚀，受地形的影响，已经形成的地层与矿产重新进行物质的迁移，达到新的平衡。

西北部的煤和油等矿产再一次向低洼处搬迁，富集成新的矿床。

4）中生代晚期，随着燕山期火山的猛烈喷发，恐龙灭绝，植物萎缩，大同盆地的有机沉积物逐渐停止，白恶系晚期—助马堡组（K z）就是最后的有机物沉积阶段。

此2后，近南北向的太行山不断隆起，除西北方向低洼处的煤矿有保留，其他地区处于全面剥蚀阶段。

5）新生代时期，北东走向深大构造再一次活化喷发橄榄玄武岩（繁峙组），把前期形成的地貌完全覆盖，部分矿产被埋藏。

6）新生代晚期，由于持续受西北—南东方向的张性断裂拉伸影响，华北地台处于地堑发育阶段，地表进一步风
化剥蚀，物质重新分配，形成了现在的箕状断陷盆地，局部可形成次生的黑色黏土层等。

6 结论
根据以上分析，通过研究大同盆地构造演化，与成矿有关的远景预测区有：1）应县东北龙首山上庄子—楼子沟附近与基性岩体相关的隐伏贵金属矿成矿远景区，编号：Y-1；2）浑源县西北部山区瓮城口一带，与燕山期酸性岩体、隐伏斑岩相关的稀有及多金属成矿远景区，编号：Y-2；3）大同市西南方向怀仁块凹的煤矿、煤层气、油气、高岭土、石灰石矿远景区，编号：Y-3。

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2+矿，局部有绿泥石，其全铁中Fe 的含量相对增高，有时含碳质和粘土质，常有片岩夹层，并相互过渡。

上述事实表明，矿床的形成是位于滨海至浅海条件下的一个盆地中，每一沉积旋回是一个海浸系列，海水由浅变深，但这并不意味着铁矿物质主要来源于古陆的风化。

根据本区铁矿矿石中含有锗，Ti/V 值非常大，Sr/Ba 比值小于1，矿体储量集中，并呈区域性带状分布，在矿层顶底板和夹层中有含钠长岩晶屑及气孔—杏仁状构造的酸性到基性火山岩。

因此，我们初步认为，本区铁矿的形成是与火山沉积建造具有一定关系。

从矿体分布的特征来看，矿区中部为一盆地，富集厚大的石英磁铁矿，在其底部紧邻碎屑岩（石英岩）。

由于区内火山活动频繁，因而易于富集热水，在热水作用下，使磁铁矿氧化为假象赤铁矿，碳酸盐矿物被溶蚀，铁质相对变富，并发育有晶洞构造，洞内生长有镜铁矿晶簇，形成石英镜（赤）铁矿。

因而该类型的矿石可为受热液改造的结果。

砾岩铁矿是分布在寒武系底部的一种砾状构造的矿石，并受基底变质铁矿所控制。

在基底变质铁矿厚大集中区，砾岩铁矿也厚，远离则变薄，砾石变小，矿层逐渐尖灭。

铁矿砾石在紧邻基底变质铁矿附近，大小悬殊，分选性差，大者一般呈棱角状，不具搬运痕迹，表明铁矿遭受强烈物理风化使其破碎、崩塌、原地堆积而成。

小的一般滚圆度较好，主要是由于海水冲击，使砾石沿垂直海岸方向往复运动的结果。

可见砾岩铁矿的形成，是基底变质铁矿经过破碎、堆积、胶结再沉积形成的一种铁矿床。

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