華南陸塊陸內(nèi)大陸動力學過程與陸內(nèi)成礦作用

華南陸塊陸內(nèi)大陸動力學過程與陸內(nèi)成礦作用

0華陸塊的成礦作用自20世紀90年代以來，本文研究了以板塊結構理論為重點的大陸深部動力工程機制，確定了大陸內(nèi)部的采礦能力，并開展了大陸動力學及其與成礦關系的探討。引起了國際的高度關注。綜觀十余年來國內(nèi)外對大陸動力學與成礦關系的研究,可以發(fā)現(xiàn)以下主要趨勢:在成礦機制上,將成礦作用研究與殼幔相互作用研究密切結合;在成礦時代上,成礦作用與重大地質(zhì)事件的內(nèi)在關聯(lián)受到了高度重視;在成礦區(qū)域上,除繼續(xù)重視板塊邊緣成礦作用的研究外,大陸板塊內(nèi)部的成礦作用成了新的研究熱點。大陸板塊內(nèi)部的成礦作用簡稱陸內(nèi)成礦作用,指發(fā)生在大陸板塊內(nèi)部、主要由大陸板塊內(nèi)部動力學過程(地幔柱活動、巖石圈拆沉、幔源巖漿底侵、陸內(nèi)巖石圈伸展等)誘導的成礦作用。相對于大陸板塊邊緣的成礦作用,對陸內(nèi)成礦作用動力學機制等方面的研究還較薄弱。對這一薄弱領域的積極探索,必將極大地豐富大陸動力學與成礦關系的理論體系。華南陸塊地處歐亞大陸東南部,瀕臨西太平洋,由揚子地塊和華夏地塊在新元古代時期碰撞拼貼而形成,其北面和西面分別與秦嶺—大別造山帶和三江褶皺帶接壤(圖1)。華南陸塊是全球罕見的世界級多金屬成礦省,成礦潛力巨大。截至目前,在華南陸塊探明的鎢、錫、銻、鉍儲量居世界第一,銅、鈾、釩、鈦、汞、稀有金屬儲量居全國第一,鉛、鋅、金、銀、鉑族元素等礦種的儲量也名列全國前茅。與我國其他成礦區(qū)域主要在大陸板塊邊緣碰撞造山帶發(fā)生的成礦作用不同,華南陸塊的形成和演化,受到了很有特色的陸內(nèi)大陸動力學過程的影響,大陸板塊內(nèi)部發(fā)生了強烈的殼幔相互作用,陸內(nèi)大規(guī)模成礦作用十分明顯。西部發(fā)育有峨眉山大火成巖省,其成礦作用的多樣性在全球的大火成巖省中獨一無二;西南部發(fā)育有大面積低溫成礦域,其面積之大、包含的礦種之多,在全球十分罕見;東部發(fā)育有面積高達約100萬km2的大花崗巖省,如此大面積的花崗巖省和相應的中生代多金屬爆發(fā)式成礦,全球少見。在這些區(qū)域發(fā)生的成礦作用分別構成了在全球背景中很有特色的晚古生代地幔柱成礦系統(tǒng)、中生代大面積低溫成礦系統(tǒng)、中生代大花崗巖省成礦系統(tǒng)(圖1)。因此,華南陸塊是全球研究陸內(nèi)成礦作用的理想基地。1與我國大火成巖省的成礦關系峨眉山玄武巖及共生的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入巖,以及少量花崗巖和堿性巖廣泛分布于華南陸塊西部三省(云南、四川和貴州),構成了主要為陸相的峨眉山大火成巖省,面積約50萬km2(圖2)。近年來,巖石學、地球物理、地球化學、同位素年代學等方面的綜合研究證實,這一大火成巖省的形成是晚古生代峨眉山地幔柱活動的產(chǎn)物,與地幔柱活動有關的巖漿活動主要發(fā)生于距今約260Ma。峨眉山玄武巖主要可分為低鈦和高鈦兩類。一般認為,低鈦玄武巖起源于巖石圈地幔,其地幔部分熔融程度較高且經(jīng)歷了較強的地殼混染;而高鈦玄武巖則可能起源于軟流圈,其地幔部分熔融和地殼混染程度均較低。大型鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖體分布于攀西地區(qū)的區(qū)域性深大斷裂附近,其韻律層理的形成受多次巖漿的注入及巖漿混合、結晶分異作用或液態(tài)不混溶作用的控制?；◢弾r體及堿性雜巖的形成,則由玄武質(zhì)巖漿的高度分異或底侵玄武質(zhì)巖漿對下地殼的部分熔融作用所致。地幔柱上升是地球各圈層進行物質(zhì)和能量交換的一種重要方式,巨量玄武質(zhì)巖漿活動可導致大規(guī)模成礦作用的發(fā)生。已有研究表明,世界上很多超大型礦床都形成于地幔柱背景下,典型范例如俄羅斯西伯利亞的Noril’sk-Talnakh超大型Ni-Cu-PGE硫化物礦床、南非與Bushveld雜巖體有關的PGE-Cu-Ni硫化物礦床、美國Duluth雜巖體中的超大型Cu-Ni-PGE硫化物礦床、加拿大CoppermineRiver大火成巖省中的大型Ni-Cu-PGE硫化物礦床、北大西洋火成巖省Skaergaard巖體中的Pd-Au礦床以及我國峨眉山大火成巖省中的相關礦床(Cu-Ni-PGE、V-Ti磁鐵礦、Nb-Zr-REE)等。其中,Noril’sk-Talnakh超大型Ni-Cu-PGE礦床的Ni儲量位居世界第一,PGE儲量位居世界第二(Ni2000萬t,Cu3000萬t,PGE5000t)。值得關注的是,近年來有研究者提出塔里木板塊晚古生代大量玄武巖的形成也可能與地幔柱活動有關。天山—阿爾泰東部地區(qū)眾多賦存銅鎳硫化物礦床(喀拉通克、黃山、黃山東、香山、白石泉等)和釩鈦磁鐵礦礦床(尾亞、香山西)的早二疊世(298～270Ma)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體被認為是該地幔柱活動的產(chǎn)物。從礦床類型上看,全球其他大火成巖省中產(chǎn)出的礦床類型相對較為單一,大多為Cu-Ni-(PGE)硫化物礦床。而且,巴西Paraná、美國ColumbiaRiver、印度Deccan等大火成巖省中目前尚未見有經(jīng)濟意義的礦床報道。極具意義的是,與世界其他大火成巖省相比,雖然我國峨眉山大火成巖省的面積(約50萬km2)較小,但其V-Ti-磁鐵礦的大規(guī)模成礦居全球第一,且其成礦作用類型的多樣性在世界其他大火成巖省中極為罕見。與峨眉山地幔柱活動相關的典型礦床主要有:與鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖體有關的超大型V-Ti磁鐵礦礦床(攀枝花、紅格、白馬、太和)、與鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體有關的Cu-Ni-PGE硫化物礦床(力馬河、金寶山、楊柳坪、白馬寨)、與溢流玄武巖有關的Cu、Fe礦床(魯?shù)椤⒑谏狡?以及與堿性花崗巖有關的Nb-Zr-REE礦床(茨達、紅格)。顯而易見,由于在全球背景中峨眉山大火成巖省成礦作用類型的多樣性,這就為我國學者開展地幔柱與成礦關系這一前沿領域的研究提供了極好的基地。近年來,與上述礦床有關的研究工作已在一些方面取得了較大進展。目前認為,地殼混染和結晶分離對硫化物熔離及Cu-Ni-PGE礦床的形成起到了至關重要的作用,而巖漿的多期次注入、巖漿混合作用或鐵鈦氧化物與硅酸鹽熔漿的不混溶作用對于超大型V-Ti磁鐵礦礦床的形成有重要影響。不過,雖然對某些礦床的研究取得了上述重要進展,但總體看來對峨眉山地幔柱及其與成礦關系的整體性認識目前還較為薄弱。主要表現(xiàn)為:(1)未能將地幔柱活動導致的構造-巖漿活動有機地統(tǒng)一起來,從而未能清楚地認識峨眉山大火成巖省中低鈦和高鈦玄武巖與各類含礦鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體和堿性花崗巖體的分異演化關系;(2)對成礦元素在不同巖體或巖相中差異性富集的主要控制因素是什么、不同礦床類型在統(tǒng)一的地幔柱成礦系統(tǒng)中有何本質(zhì)聯(lián)系、全球背景中峨眉山大火成巖省成礦作用類型多樣性的原因這樣一些重要問題還缺乏系統(tǒng)研究;(3)更重要的是根據(jù)地幔柱活動及其巖漿分異演化規(guī)律來客觀判斷各類可能的隱伏礦床空間分布的研究則幾乎還是空白;(4)世界上很多大火成巖省中都有超大型Cu-Ni-PGE礦床產(chǎn)出,峨眉山大火成巖省中這類礦床星羅棋布,但主要為中小型礦床,該區(qū)超大型Cu-Ni-PGE礦床是否存在?這些問題的存在,制約著對地幔柱成礦理論的深入認識和相應的找礦預測工作。因此,在已有研究的基礎上,只有將峨眉山大火成巖省各類巖石的巖漿源區(qū)、演化過程、相互關系等方面的研究與地幔柱動力學研究密切結合,并通過系統(tǒng)研究各類礦床的成礦過程及其共性、特殊性、相關性和時空分布規(guī)律,才有可能建立科學的地幔柱成礦理論和相應的找礦模型,從而對其成礦潛力做出正確評估。2美因姆、金、鋅、銻、汞成礦域的研究低溫成礦域是與低溫熱液礦床相對應的一個概念,指低溫熱液礦床密集成群產(chǎn)出的區(qū)域。雖然低溫熱液礦床在世界各地都有分布,但低溫成礦域尤其是大面積低溫成礦域在世界上的分布則很局限。華南陸塊西南部地區(qū)礦產(chǎn)資源非常豐富,在面積約50萬km2的廣大范圍內(nèi),金、汞、銻、砷、鈾、銀、鉛、鋅以及螢石、冰洲石和水晶等低溫熱液礦床廣泛發(fā)育,且其中的不少礦床是大型-超大型礦床(圖3);在美國中西部,MVT型鉛鋅礦床、卡林型金礦和砂巖型鈾礦等低溫熱液礦床也非常發(fā)育,不僅分布廣,而且大都為超大型礦床,是美國的主要礦產(chǎn)資源基地之一。這種大面積產(chǎn)出不同礦種的低溫熱液礦床的現(xiàn)象,在國內(nèi)外目前僅見于上述兩個區(qū)域。因此,即使就全球而言,在什么條件下才能形成大面積低溫成礦域,也是一個很具特色的重要科學問題。20世紀80年代以來,隨著滇黔桂地區(qū)卡林型金礦的逐漸發(fā)現(xiàn),華南陸塊西南部一個以金、鉛、鋅、砷、銻、汞為主的大面積低溫成礦域的形成背景和過程,已經(jīng)成為一個突出的科學問題而引起學界的高度重視?；谝酝难芯炕A,近年來,該方面的研究取得了明顯進展[33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,33,34,35,36,37]。研究表明:(1)大面積低溫成礦作用的主成礦期大約發(fā)生在150～80Ma,與區(qū)內(nèi)燕山中晚期巖石圈伸展背景下形成的幔源基性脈巖的時代相當;(2)大面積低溫成礦作用的成礦流體為大規(guī)模運移的盆地流體;(3)低溫礦床中的成礦物質(zhì)主要來自于基底和周圍地層;(4)區(qū)內(nèi)各低溫礦種之間在形成機制上具有相似性;(5)該區(qū)富成礦元素的新元古代地層和早古生代黑色巖系的廣泛發(fā)育,以及長時間大面積缺少明顯的花崗質(zhì)巖漿活動,是該區(qū)大面積低溫成礦的重要前提條件。近年來通過對該低溫成礦域的研究,初步證明其形成過程類似于MVT礦床,從而提出了大規(guī)模盆地流體對流循環(huán)從圍巖中萃取成礦組分,然后在合適的構造部位卸載成礦的成礦模式。值得指出的是,對華南陸塊西南部地區(qū)大面積低溫成礦作用的研究雖已取得重要進展,但仍存在下列重要科學問題亟待解決:(1)大多數(shù)礦床缺少精確的成礦年齡資料,妨礙了對成礦作用時空分布規(guī)律的全面認識。(2)以往的研究基本上是按礦種進行的,低溫成礦域中的各低溫礦種為何分區(qū)產(chǎn)出以及它們的成礦之間究竟有何聯(lián)系,目前知道的不多。(3)已有少量研究表明,該區(qū)晚中生代大面積低溫成礦發(fā)生在大陸板塊內(nèi)的伸展背景,主要表現(xiàn)為研究區(qū)一些同時期地塹式斷陷盆地和幔源基性脈巖的發(fā)育等。近年來有研究認為,美國西部以內(nèi)華達為中心的新生代(41～32Ma)大面積低溫成礦,也發(fā)生在伸展背景下。但是,華南陸塊西南部中生代大面積低溫成礦時啟動巖石圈伸展的深部動力學過程是什么?巖石圈伸展又是如何控制盆地流體大規(guī)模運移而大面積低溫成礦的?這些重要問題在以往的研究中基本還未深入涉足。(4)再者,對多礦種的低溫熱液礦床為什么只大面積地出現(xiàn)在美國中西部和我國華南陸塊的西南部地區(qū),它們的成礦條件有何異同等方面的研究則更欠佳。對這些方面系統(tǒng)研究的缺乏,制約了全面客觀地認識大面積低溫成礦的過程和規(guī)律,制約了對大面積低溫成礦動力學模型的合理總結以及對大面積低溫成礦域中有利找礦地段的選擇,從而也嚴重地制約了人們對大面積低溫成礦作用這一具有全球特色科學問題的深入認識。因此,以我國華南陸塊西南部大面積低溫成礦域為對象開展上述研究,不僅具有十分重要的意義,同時也反映了國內(nèi)外低溫成礦作用研究的發(fā)展趨勢。3.1構造體制調(diào)整期5已有的資料表明華南陸塊協(xié)調(diào)于中國東部,在中生代時期發(fā)生了構造體制的重大調(diào)整,即主構造格局由近EW向轉變?yōu)镹E-NNE向。在華北地塊,任紀舜等發(fā)現(xiàn)冀北和內(nèi)蒙南部EW向中晚侏羅世髫髻山組火山巖和土城子組紅色地層被NE-NNE向分布的白堊紀張家口組火山巖和義縣組火山巖覆蓋,表明侏羅紀與白堊紀之間為構造體制調(diào)整的時間;牛寶貴等通過張家口組火山巖和義縣組火山巖中鋯石SHRIMP年代學研究認為這一轉折時限為140～120Ma;翟明國等的綜合研究表明,這一轉折時限應為150～100Ma。在華南,周新民等發(fā)現(xiàn)三疊紀與侏羅紀之間存在約10Ma的巖漿活動間歇期,這可能代表了華南構造體制的調(diào)整時期;余心起等認為轉換作用發(fā)生在早、中侏羅世或中侏羅世;Li和毛建仁等則認為轉換作用發(fā)生在145Ma左右。因此盡管對于中國東部構造格局于中生代時期發(fā)生了重大調(diào)整已為目前學界所認同,但調(diào)整的確切時限和階段性,仍有待深入探討,該問題在華南地區(qū)尤其突出。3.2區(qū)域晚新生代巖石圈減薄與巖漿活動中國東部中生代的巖石圈大減薄事件在華北地區(qū)表現(xiàn)最為顯著,華北東部古老巖石圈地幔自古生代以來發(fā)生了重大改造,造成了>120km厚的巖石圈地幔的消失。這一重要事件自20世紀90年代以來即引起了國內(nèi)外地學界的廣泛關注,并開展了大量研究[57,58,59,60,61,60,61],其機制或被認為是機械熱侵蝕或置換作用所致、或與巖石圈拆沉抑或巖石圈去根有關。其巖石圈減薄可能始于145Ma,而快速減薄發(fā)生在130～110Ma[65,66,67,68,65,66,67,68],與華北地區(qū)大范圍的巖漿作用和大規(guī)模成礦作用集中在130～110Ma的事實相吻合。不過,亦有研究者認為其巖石圈開始減薄發(fā)生在100Ma左右。自20世紀90年代以來,不少研究[71,72,73,74,75,76,74,75,76]表明,中國東部華南大花崗巖省所在區(qū)域晚中生代以來也同樣存在分區(qū)性的巖石圈減薄事件,但比華北更為復雜。與華北不同的是,中生代時期在華南自西向東由老變新發(fā)育了上千km寬的侏羅紀一白堊紀中酸性巖漿巖帶,這些巖石的成因及其與殼幔相互作用的關系自20世紀70年代以來即有廣泛研究,較早的研究認為它們的形成可能與太平洋板塊的西向俯沖關系密切。但相較于其他匯聚板塊邊緣,由于華南中生代巖漿作用有著寬得多的活動范圍,目前越來越多的研究者認為,除武夷山一線以東靠近華南大陸邊緣的燕山期巖漿活動(K1—K2)具有陸緣弧巖漿性質(zhì),而可能與太平洋板塊的西向俯沖有關外,華南內(nèi)陸地區(qū)的燕山期巖漿活動可能受控于其他大陸動力學過程。近年對華南內(nèi)陸燕山期花崗質(zhì)巖石、富堿侵入巖帶、玄武巖和基性脈巖、雙峰式火山巖等的研究表明,中侏羅世以來華南花崗質(zhì)巖石及其他巖石主要形成于大陸板塊內(nèi)部巖石圈伸展的構造背景,中侏羅世以來華南已發(fā)生大范圍的巖石圈伸展作用并形成很具特色的盆嶺系統(tǒng)[53,55,71,78,79,80,81,82,83,84,85,86,53,83,84,85,86];Gilder等、Chen等和Hong等的研究表明,華南存在幾條低tDM和高εNd花崗巖帶,這種低tDM和高εNd帶被認為是巖石圈伸展和殼幔之間強烈相互作用的證據(jù)。陸內(nèi)巖石圈伸展-減薄造成的減壓熔融和玄武質(zhì)巖漿底侵引起的復雜殼幔相互作用,可能是華南內(nèi)陸燕山期大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動的主要機制,這一動力學背景也響應于華南內(nèi)部晚中生代一系列斷陷盆地及星子、武功山、幕阜山等變質(zhì)核雜巖的形成[85,86,87,88,89,90,91,92,85,86,89,90]。Li總結了華南內(nèi)陸燕山期花崗巖漿活動與巖石圈伸展的密切聯(lián)系,并初步劃分出164～153Ma、146～136Ma、129～122Ma、109～101Ma和97～87Ma等5次巖石圈伸展期的花崗巖侵位事件。通過對比可以看出,不像華北地區(qū)在130～110Ma出現(xiàn)了一個快速巖石圈減薄的重大事件,多階段的巖石圈伸展-減薄、玄武質(zhì)巖漿底侵和大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動,可能是華南內(nèi)陸地區(qū)侏羅紀以來標志性的大陸動力學事件。這些標志性大陸動力學事件的啟動機制也是地學界學術爭鳴最為激烈的內(nèi)容之一。如有的研究者認為華南腹地導致燕山期大規(guī)?；◢弾r漿活動的伸展作用和玄武質(zhì)巖漿底侵作用是地殼拆沉作用的結果,亦有研究者歸結為陸內(nèi)伸展造山的結果,也有研究者相信是陸內(nèi)加厚地殼造山后垮塌所致,還有研究者認為是太平洋平俯沖板片斷離的產(chǎn)物?？梢?要確定這些“標志性的”大陸動力學事件及其相互關系還有更多工作要做,對華南大花崗巖省的形成過程和機制還亟待深入研究。3.3含礦量與成礦作用華南以中生代成礦大爆發(fā)著稱于世。在該區(qū)針對礦產(chǎn)資源的大規(guī)模科學研究始于新中國成立后的第五個五年計劃,尤其是對長江中下游寧蕪地區(qū)與陸相火山巖有關的鐵礦的研究,提出了具有重要影響的寧蕪玢巖鐵礦成礦模式;與此同時,從事鎢礦地質(zhì)勘查的地質(zhì)工作者總結出了著名的贛南鎢礦礦化蝕變五層樓模式;“六五”期間實施的國家科技攻關計劃,對南嶺地區(qū)的有色和稀有金屬礦床進行了全面研究,提出并劃分出了5個礦床成礦系列、6個礦床成礦亞系列和21個礦床成礦模式。常印佛等和翟裕生等對長江中下游地區(qū)銅鐵礦床的長期深入研究,提出了兩大成礦系列的概念。由于超大型礦床的巨大經(jīng)濟效益,20世紀80年代末至90年代初以來,超大型礦床的形成過程及其背景一直是重要的科學研究目標,涂光熾、趙振華(1992—2001)和裴榮富(1994—1998)領導的科研集體對華南超大型礦床進行了深入解剖,提出了超大型礦床與深部過程的耦合性、超大型礦床對礦床類型的選擇性和超大型礦床的時空偏在性等重要認識[96,97,98,96,97,98]。我們完成的“973”項目“大規(guī)模成礦作用與大型礦集區(qū)預測”(1999—2004),對與華南花崗巖有關的成礦作用進行了總結,并提出和論述了埃達克巖與斑巖銅礦的關系。華南陸塊與花崗巖類有關的礦床主要包括W、Sn、Nb、Ta、Li、Be、Cu、Fe、Pb、Zn、Au、Ag和U等。華仁民等的研究指出,要想把如此豐富多彩的礦床非常恰當?shù)貧w納到幾個界限分明的成礦子系統(tǒng)中幾乎不太可能。但是,以下趨勢或輪廓是基本明確的:(1)該區(qū)中生代成礦大爆發(fā)主要與當時廣泛而強烈的花崗質(zhì)巖漿活動有關[102,103,102,103];(2)W、Sn、Nb、Ta、Li、Be和Cu、Fe、Pb、Zn、Au、Ag大致分別與傳統(tǒng)意義上的S型花崗巖和I型花崗巖相聯(lián)系[101,104,105,106,107,101,104,105,106];(3)成礦作用可能是分期進行的,毛景文等通過對該區(qū)已有成礦年齡數(shù)據(jù)的綜合研究,初步提出了170～150Ma、140～125Ma和110～80Ma三次爆發(fā)式成礦作用;(4)這些礦床礦巖時差很小,盡管成礦過程中不可避免地有大氣降水的參與,但成礦流體與花崗巖漿的分異作用都具有不同程度的關系[99,104,105,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,99,104,105,112]。綜上所述,華南陸塊東部大花崗巖省所在區(qū)域,由于中生代構造體制的重大變革、強烈的殼幔相互作用、大范圍的花崗巖漿活動和大規(guī)模的爆發(fā)式成礦作用,奠定了全球背景中該區(qū)作為理解陸內(nèi)動力學過程與多金屬成礦關系不可多得的天然實驗室的重要地位。以往的研究雖然取得了上述重要進展,但還有較多重要科學問題有待解決,如:(1)華南陸塊東部晚中生代以來伸展背景下形成的“盆嶺系統(tǒng)”這種獨具特色的地質(zhì)構造現(xiàn)象及其動力學機制,還是地學界學術爭鳴最為激烈的問題之一,這直接影響了對與其有關的華南大花崗巖省形成過程和機制的正確認識;(2)反映該區(qū)中生代構造體制重大變革、巖石圈伸展減薄及其殼幔相互作用、大花崗巖省形成和成礦大爆發(fā)的精確年代學數(shù)據(jù)還較缺乏,從而還未能很好地揭示這些事件的精確時限、階段性和相互之間的關聯(lián)性;(3)大花崗巖省內(nèi)中生代的大規(guī)模成礦具有明顯的