中國區(qū)域成礦作用的若干重大問題

中國區(qū)域成礦作用的若干重大問題

根據東部的108線，造山帶分為東、西兩部分。東部沿海地區(qū)的特點是，花崗巖的侵蝕和成礦活動集中在130米的區(qū)域。西部花崗巖類活動和成礦作用略早,最新同位素測年顯示同造山花崗巖類活動始于220～205Ma;西秦嶺地區(qū)29件成礦同位素年齡界于230～120Ma,以170Ma為高峰。為什么不同成礦域都在某一短短的時間內發(fā)生了成礦大爆發(fā)?成礦大爆發(fā)的時間規(guī)律和相關地球動力學背景是什么?表1顯示,各地區(qū)大規(guī)模成礦作用和相關花崗巖類侵入的時間與碰撞造山作用的時間同步,成礦和成巖高峰在全面碰撞開始后的50Ma左右發(fā)生。例如,中國東部最晚的陸-陸碰撞為東南亞大陸與歐亞大陸的碰撞,發(fā)生在180Ma,其成礦成巖高峰為130Ma;印度次大陸與歐亞大陸碰撞始于66Ma,該帶淡色過鋁花崗巖形成于22～8Ma;班公—怒江大洋消失于98Ma,并開始拉薩地塊與歐亞大陸的碰撞,而玉龍銅礦帶形成于40Ma左右;西秦嶺地區(qū)洋盆最終消失于220Ma,成礦集中于170Ma?？傊?大規(guī)模成礦作用的爆發(fā)總與最晚一次的強烈碰撞造山事件同步發(fā)生,尤其發(fā)生在擠壓伸展轉換期,成巖成礦高峰滯后全面碰撞開始時間約50Ma。該現(xiàn)象可通過借用碰撞造山作用的p-T-t軌跡(圖2)而得到解釋,即從pmax到Tmax的減壓增溫體制,必定導致整個碰撞過程中最強烈的流體作用、熔融作用和成礦作用,是物質物理化學作用的固有規(guī)律,因此可以作為今后對碰撞成礦研究的科學基礎之一。2中國東部的巖漿活動和巖漿作用環(huán)太平洋成礦帶是世界最重要的多種礦產資源的產地,其成礦作用主要與新生代巖漿活動有關,如智利斑巖銅礦帶,Corolado斑巖鉬等多金屬成礦帶,美國西部卡林型金礦帶,西太平洋斑巖-矽卡巖銅金多金屬礦帶和淺成低溫熱液金礦帶,其巖漿作用和成礦作用均被認為與太平洋板塊的俯沖作用密不可分。中國東部濱太平洋成礦域作為環(huán)太平洋地區(qū)之一,其地質構造演化和成巖成礦作用也往往被認為是歐亞大陸與太平洋板塊相互作用的結果,尤其常被解釋為太平洋板塊向歐亞大陸俯沖的結果。但是,中國東部陸區(qū)的成礦時間與環(huán)太平洋帶存在明顯不同,大規(guī)模爆發(fā)在中生代,尤其是燕山期,而非環(huán)太平洋成礦帶的新生代;相反,新生代時,中酸性巖漿活動和相關成礦作用在中國東部完全消失。以上顯示了中國東部巖漿活動和成礦時間的獨特性和不協(xié)調性。而且,中國東部燕山期巖漿巖特征(不屬于典型的同熔型或I型),成礦類型和礦化元素組合(多鎢錫而相對貧銅金),空間分布規(guī)律(沿燕山—陰山,長江中下游,秦嶺等東西成帶,與海岸幾乎垂直)等,也明顯不同于整個環(huán)太平洋成礦帶(與海岸平行),甚至相反,難以套用太平洋板塊俯沖來解釋,以致于Amstutz(1988)提出中國東部的斑巖礦床不符合Sillitoe的模式。那么,包括斑巖礦床在內的中國東部燕山期成礦作用和巖漿作用究竟發(fā)生在什么環(huán)境?適用于什么模式?中國東部不同于整個環(huán)太平洋成礦帶的原因是什么?貧銅金而富鎢錫的原因又是什么?中國東部能否作為環(huán)太平洋成礦帶的一部分?等等,值得重視。由于受到“太平洋板塊俯沖導致成礦”觀點的影響,歐亞大陸本身的形成演化過程,歐亞大陸內部不同塊體之間的相互作用,以及這些地質作用對成礦的貢獻和控制,相對被忽視。最近,翟裕生等、胡受奚等、王德滋等、Zhou等都認識到中國東部燕山期成礦的原因不能單用太平洋板塊向歐亞大陸的俯沖所解釋,而應該考慮揚子與華北之間的碰撞作用。筆者也有類似主張,認為中國東部燕山期大規(guī)模巖漿作用和成礦作用發(fā)生的地球動力學環(huán)境主要是碰撞造山過程的擠壓-伸展轉變期的減壓增溫體制。如此,加強研究碰撞體制成礦作用、巖漿作用和流體作用之規(guī)律,有助于深化以上問題的認識。3我國綠巖帶型金礦床的成因就全球而言,70%以上的金礦產于早前寒武紀綠巖帶(如西澳,加拿大等)或與綠巖帶有關(南非),中國3個最主要的金礦集中區(qū)也都分布在華北克拉通的花崗巖-綠巖地體中,即,膠東,小秦嶺和華北北緣。因此,綠巖帶與金礦的關系是固體地球科學最早研究的重要問題之一,也是非常復雜而至今爭論的熱點問題之一。按照綠巖帶型金礦成礦模式,即變質熱液成礦模式,金礦化主要發(fā)生于綠巖帶遭受變形、變質的峰期及其稍后,即綠巖帶盆地的克拉通化過程,或洋盆閉合,或地體會聚增生,或碰撞造山過程,成礦與成巖的時差較小,一般小于200Ma,成礦時代多為太古宙或元古宙初期,例如,Abitibi帶,Yilgarn地塊,Barbertown山區(qū),印度南部Kolar帶等地的金礦床皆是如此。然而,我國綠巖帶型金礦床,或者產于綠巖帶中的金礦床,并不是綠巖帶克拉通化的直接產物,而是在克拉通化之后很晚的地質作用中形成;成礦時代不是太古宙或元古宙初期,而是顯生宙,尤其是燕山期;成礦與賦礦圍巖形成的時差較大,達2000Ma以上。為什么國內外綠巖帶型金礦化有如此大差異呢?為什么我國綠巖帶型金礦主要就位于中生代,尤其是燕山期?問題的共性寓于矛盾的普遍性之中,個性寓于矛盾的特殊性之中,要正確闡釋華北克拉通金成礦的與眾不同,就必須找出華北克拉通在中生代的特殊性,必須回答兩個問題:(1)與其它克拉通相比,中生代時華北克拉通的特殊性是什么?即華北克拉通一定在中生代經歷了某種強烈而特殊的地質事件,其強度足以破壞或覆蓋此前發(fā)生的金成礦作用,而且該事件在印度南部、西澳大利亞、南非、加拿大等克拉通沒有發(fā)生。(2)在華北克拉通30多億年的形成發(fā)展史中,中生代的特殊性又是什么?即中生代發(fā)生了自華北克拉通形成以來的空前絕后(今天以前)的某種特殊而強烈的地質成礦作用。前人研究和大量事實表明,華北克拉通在古生代晚期被古亞洲洋和秦嶺洋所包圍,這些大洋與古特提斯洋連為一體,使華北克拉通成為漂浮于古特提斯洋東部喇叭形開口中的地體。古生代末開始,古亞洲洋和古特提斯洋相繼閉合,華北克拉通、揚子板塊、印支-羌塘陸塊、東南亞陸塊等相繼向北碰撞,使華北克拉通周邊經歷長時間的碰撞造山作用。上述碰撞事件的強度和廣度不僅在華北克拉通前所未有,而且也沒發(fā)生在印度南部、西澳大利亞、南非、美洲、西伯利亞等克拉通。因此,碰撞造山事件應該屬于前述矛盾特殊性的癥結,導致華北克拉通與眾不同。4克拉通的熱液礦床在任何一張中國地質礦產圖上,都可清楚地看出,中國絕大多數有色金屬和貴金屬礦床,尤其是Au,Ag,Cu,Pb,Zn,W,Sn,Sb,Mo,U等,集中于造山帶或其邊緣。天山—興蒙(含阿勒泰)造山帶(或中亞造山帶),中央造山帶,南嶺造山帶,喜瑪拉雅—三江造山帶,東南沿海造山帶等山鏈都是重要的礦化集中區(qū),這些地區(qū)都屬于陸-陸、弧-陸碰撞帶或者地體拼貼帶。華北克拉通是金等熱液礦床的重要產地,這些礦床曾因賦存于太古宙巖石/地層而曾被認為形成于太古宙或早前寒武紀,但大量同位素測年已經證明它們都形成于中生代。更重要的是,華北克拉通的金、銀、鉬等熱液礦床都集中分布于克拉通邊緣甚或外側,礦集區(qū)與中生代碰撞造山帶毗鄰或本身就屬于碰撞造山帶的一部分,相反,克拉通內部金礦較少。例如,蘊涵小秦嶺—熊耳山金礦帶和金堆城—欒川鉬礦帶的華北克拉通南緣的華熊地塊,位于秦嶺造山帶北緣反向邊界逆沖斷裂(RBT),即三門峽—寶豐斷裂的南側,屬于中生代秦嶺碰撞造山帶的一部分;過去被作為地盾區(qū)的膠東金礦田業(yè)已被證實為中生代的碰撞造山帶;燕山—陰山造山帶金、銀、鉬、錫、鉛、鋅等中生代熱液礦床十分密集,同時是燕山運動的命名地,自然隆升于中生代,雖然隆升機制存在陸陸碰撞和陸內碰撞的認識分歧,但毗鄰天山—興蒙造山帶的事實卻使人無法排除碰撞造山作用的影響;即使是縱切華北克拉通的太行山和郯廬兩個中生代斷裂巖漿成礦帶,也被認為與碰撞作用有關。揚子克拉通產有大量中生代中低溫熱液礦床,尤以卡林型-類卡林型金礦和分散元素、汞銻礦床聞名。與華北克拉通類似,揚子克拉通的熱液礦床也集中在周邊卷入中生代碰撞造山作用的地帶或者礦集區(qū)本身就屬于碰撞造山帶的一部分。例如,勉略蛇綠混雜帶的發(fā)現(xiàn)進一步確證揚子板塊西北緣的陜甘川卡林型金礦等中低溫熱液礦床密集區(qū)屬于典型的碰撞造山帶;揚子西南緣滇、黔、桂礦集區(qū)強烈的中生代成礦作用被認為與右江褶皺帶的碰撞造山作用有關;揚子東緣富集金、銻、鎢的江南古島弧成礦帶經歷了十分強烈的中生代碰撞造山作用;揚子東北緣的長江中游成礦帶的中生代銅、金、鐵礦被認為與中生代的碰撞造山事件有關,該區(qū)已被解釋為大別造山帶的前陸褶沖帶。總之,在我國陸區(qū),熱液礦床集中在造山帶內部和邊緣,造山帶甚或克拉通內部的熱液礦床的成礦作用主要與顯生宙以來最晚一次的造山事件相關,是最晚一次的碰撞造山事件造成了中國陸區(qū)各地礦床形成和分布的特點。5陸相生油與海相地層就世界范圍而言,著名大油田的生油層和儲層多為海相地層,陸相沉積物中重要油氣田較少。但是,我國的情況似乎又與國外不同。中國陸區(qū)雖然廣泛發(fā)育海相地層,例如,中國北方新元古代—早古生代地層和石炭系地層,中國南方新元古代—三疊紀地層,但這些海相地層中至今未發(fā)現(xiàn)重要油氣田。相反,我國陸區(qū)中新生代陸相沉積物中探明的石油占我國石油儲量的87%,工業(yè)油田更以陸相為主,如著名的大慶油田、南陽油田、吐哈油田、中原油田等,使我國以陸相生油為特色。那么,為什么陸相生油能夠成為我國的特色?為什么海相地層中的油田較少?無疑屬于國內外石油地質學家所必須回答的重大問題。越來越多的學者[64,66,67,74,75,76,77,78]認為,我國古生代海相地層在經歷造山事件時曾有大量油氣形成和破壞。陳衍景等根據我國陸相盆地富油、海相地層貧油、“盆小油(氣)量大”、油氣與金屬-非金屬礦床伴生等特點,提出了我國陸相油氣藏的烴類物質側向源的觀點,即盆山轉變過程中曾有大量流體產生、運移、有機-無機流體分離富集并成礦-成藏,建立了盆山轉換過程流體作用與油氣側向源模式,指出古生代末期以來中國陸區(qū)接連不斷的碰撞造山和陸內碰撞事件導致了“海相缺油、陸相生油、盆小油量大”等特點。6構造作用與碰撞造山帶的主要矛盾為什么國外學者建立的一些成礦模式或成礦理論在解釋我國上述問題時遇到困難?這些疑難之間是否存在內在聯(lián)系?如何解決這些問題?筆者認為,每個成礦模式都要求特定的地質環(huán)境,一些經典的成礦模式之所以不能解決我國的一些重大疑難,是因為其要求的地質環(huán)境與我國的地質實際不符;地質環(huán)境的不符表明,我國陸區(qū)基本地質特征具有特殊性或特色,而該特殊性或許就是我國地質成礦研究的主要矛盾。中國地質科學的先驅者很早就注意到中國境域地質特征及其與世界經典研究區(qū)的差異,發(fā)現(xiàn)古生代末—中生代時期中國陸區(qū)的地殼演化發(fā)生了根本性轉變,海相沉積結束,代之廣泛出現(xiàn)零星的陸相沉積,此間巖漿活動和成礦作用強烈?；趯υ撎厣筒町惖闹匾暸c研究,我國學者發(fā)現(xiàn)了燕山運動及其塊斷作用的特點,印支運動及其定格意義;揭示了地槽回返造山過程或克拉通化過程的多期多階段特點,創(chuàng)立了多旋回學說;重視了地臺活化及我國活化區(qū)成礦的意義,創(chuàng)立了地洼學說;等等。這些學說對于指導中國陸區(qū)的地質研究和找礦工作發(fā)揮了積極作用,深化了古生代末—中生代地質作用的研究程度和認識水平。然而,不同學說之間的分歧表明,造成古生代末—中生代時期中國境域大地構造轉折的根本原因還沒有得到合理解決。例如,為什么非洲地臺、美洲地臺沒有強烈的中生代活化?而華北地臺、揚子地臺在中生代強烈活化?筆者認為,中國陸區(qū)的基本地質特征、構造輪廓及其與其它大陸的差異主要由顯生宙的陸陸碰撞所致。古生代時,西伯利亞板塊與塔里木—中朝板塊之間存在著古亞洲洋,古亞洲洋內發(fā)育較多塊體,古生代末古亞洲洋閉合,發(fā)生了古亞洲洋內不同塊體之間,塊體與西伯利亞板塊、塔里木—中朝板塊之間,以及西伯利亞板塊與塔里木中朝板塊之間的碰撞造山作用,造就了范圍寬闊的中亞型造山帶(烏拉爾—興蒙造山帶的東段);而古生代岡瓦納和勞亞兩個大陸之間存在著特提斯海,二疊紀以來從岡瓦納大陸肢解出來的陸塊或地體不斷與勞亞大陸碰撞,先后形成中央造山帶、華南沖撞型造山帶和喜馬拉雅山脈,并逐步形成現(xiàn)今的中國大陸。顯而易見,碰撞作用決定了中國陸區(qū)的構造格局(定格運動)和前后地殼演化的根本轉折;碰撞型造山帶占據中國陸區(qū)面積的80%以上;中國陸區(qū)的多數前寒武紀克拉通、地塊等曾“飄浮”在由古亞洲洋和古特提斯海中,并被卷入碰撞造山作用,表現(xiàn)為造山帶內部的“地體”。塔里木地塊、中朝克拉通和揚子克拉通,被分割包圍于喜馬拉雅—三江造山帶、中央造山帶、中亞造山帶之中,或者說被包圍在古特提斯造山帶和烏拉爾—蒙古造山帶兩條世界最大的碰撞型造山帶之中,使中國成為被兩條世界最大的碰撞型造山帶跨越的國家。如此,碰撞造山作用和碰撞造山帶應屬中國地質的綱要和基本輪廓,即主要矛盾。此外,如此規(guī)模宏大、范圍廣闊、型式多樣的多期次碰撞造山作用并沒有發(fā)生在澳洲、非洲、南美、北美、南極等大陸,而集中發(fā)生在中國,使我國成為經受碰撞作用最廣泛、最典型、最豐富、最強烈的地區(qū)。因此,可以認為碰撞作用、碰撞造山帶及其所伴隨的一些特殊資源環(huán)境現(xiàn)象,構成了中國陸區(qū)最突出的地質特色!總之,碰撞造山作用和碰撞造山帶是中國地質的綱要和特色,引發(fā)了區(qū)域成礦研究的諸多重大問題,與碰撞造山作用有關的地質和成礦研究應為我國地球科學領域所面臨的主要矛盾和嚴重挑戰(zhàn)。有關區(qū)域成礦作用的研究問題和方法已有較好歸納[1~4]。作為補充,本文羅列一些涉及中國區(qū)域成礦規(guī)律研究和成礦區(qū)劃的重大問題,簡單討論了可能的解決途徑,以期同行重視。1成礦作用及成礦時代分布中國陸區(qū)地質演化經歷了3000Ma以上,形成了古亞洲洋、濱太平洋和特提斯洋3個巨型成礦域,分別以中國西北地區(qū)、東部地區(qū)和西南地區(qū)為代表多期次的洋盆閉合和造山,不同期次造山作用的復合疊加,造成各巨型成礦域內部不均勻,例如,特提斯洋巨成礦域內部可分為古特提斯、新特