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不同時期區域巖石圈構造環境中成礦作用的地球化學分析——以長江中下遊及鄰區為例

眾所周知,各種礦床都是區域巖石圈各種構造環境下形成的主要巖石的壹部分。在壹定時期的壹定構造環境中,由於巖漿作用、沈積作用和變質作用,形成了時間、空間和成因相似的巖石和礦石。人們之所以把礦床的形成環境與構造環境聯系起來,是為了了解各種構造環境下形成的巖石的含礦潛力,從而確定各種構造環境下成礦的有利部位。通過十幾年的區域成礦規律地球化學研究實踐,我們深刻認識到構造環境對巖石組合、巖石地球化學特征及成礦過程起著決定性作用。由於巖石圈中不同的構造動力機制通過部分熔融、變質分異、風化剝蝕引起物質活化,遷移層次的深度和程度不同,必然導致巖石圈之間和巖石圈內部元素富集與稀釋的機制、規模和程度不同。總之,壹定的構造運動決定了成巖成礦的物質來源和成因機制。

長江中下遊及其鄰近地區經歷了長期的地質構造演化。總的來說,研究區的構造演化經歷了三個主要時期。第壹期是揚子(華北和華夏)陸塊在震旦紀前的獨立發展期,形成了各具特色的基底和地殼結構。中元古代揚子地塊東部南北緣經歷了海溝、島弧和盆系碰撞、造山運動和大陸增生。第二階段,從震旦紀開始,揚子陸塊由活躍的蓋層沈積時期轉變為穩定的蓋層沈積時期,巨厚的海相碳酸鹽巖和碎屑巖沈積被廣泛接受。第三期為中新生代陸內活化改造期,揚子地塊與華北地塊的碰撞造山始於中生代印支期,研究區進入強烈活化期,表現為殼幔不同層次的物質交換、調整和轉化,形成復雜的推覆構造體系,廣泛的花崗巖侵入和火山噴發。在上述時期的構造環境演化過程中,成礦作用具有多種特征,但本區最重要的成礦構造環境是中生代揚子地塊和華北地塊碰撞以及中國東部大陸晚期古太平洋板塊和印度-澳大利亞板塊制約的板內俯沖構造環境。

1.中元古代東揚子地塊南北緣構造環境中的成礦作用。

根據王、(1990)的研究,揚子地塊北緣的中元古代武當群相當於活動大陸邊緣的島弧環境,其南側的神農架群相當於弧後盆地的構造環境。在此期間,古秦嶺洋板塊向南俯沖到揚子板塊之下,引起強烈的火山活動,形成島弧火山巖,鈣堿性火山巖廣泛分布。在火山活動中期,大量的酸性火山巖(變質的應時角閃石凝灰巖、石英角閃石等。武當群黨峪河組上亞群)噴發,並伴隨銀、金礦化,形成了大型銀洞溝銀、金、鉛、鋅火山熱液礦床。之後面積持續下降,陽平組沈積了壹套富含硫、磷、碳的復理石組。同時發生火山噴發和金、銀、碲的成礦作用,形成徐家坡金、銀、碲中型火山礦床(圖2-26A)。新元古代(約850Ma)揚子地塊北緣發生了強烈的地殼運動,構造應力發生了逆轉,由擠壓向拉張,形成了邊緣裂谷槽,雙峰式的姚嶺河群、張八嶺群等火山巖在此環境下噴發。自此,揚子地塊北緣進入被動大陸邊緣演化時期。

中元古代江南古島弧發育在揚子陸塊的南緣和東南緣,古島弧的生成和發展是不平衡的。西段發育較早,始於元古宙末,即鮑斯群復理石組的形成和基性、超基性巖的形成(文同組火山巖Sm-Nd等時線年齡為2219Ma,毛景文,1990)。中段冷家溪群、雙角山群和上溪群沈積了壹套泥質、凝灰巖復理石組,含少量細碧角斑巖,為背部的構造環境 南側發育島弧火山巖組合,如贛東北銅廠群和浙西北雙溪塢群,紹興秋喜細碧角斑巖系含銅塊狀硫化物礦床產於雙溪塢群中。 下面重點分析當時揚子地塊東南緣成礦環境的礦源和富集機制:

1)弧後盆地雙角山群和上溪群的泥質巖和凝灰巖的εNd(t)(t=1000Ma)值為-2.57 ~ 4.21,其投擲點在εNd(t)-t圖上接近球粒隕石(圖2-27)。

圖2-26A中元古代揚子地塊南北兩側活動大陸邊緣構造環境中的礦產分布示意圖。

1—洋殼;2-蛇綠巖;3-雙角山和上溪群;4-神農架群;5-武當山群;6-雙喜五組;7-揚子地塊基底;8—過渡殼;9—火山熱液型砷金礦床;10-海相火山巖型銅鋅礦床;11-地幔上湧方向

圖2-26B東揚子地塊震旦紀至早三疊世被動大陸邊緣構造環境下礦產分布示意圖。

1—淺臺地相碳酸鹽巖和碎屑巖;雙滑塌角礫巖;三坡泥灰巖;4-深水盆地相炭質泥巖、矽質巖和薄層灰巖;5-大陸基底;6—元素遷移方向;7-海平面

圖2-26C中新生代揚子地塊東部陸內活化與改造期礦產分布示意圖。

1-蓋層;2-正常變質基底;3-變質巖基底;4-變質中基性火成片麻巖;5—變質泥質片麻巖;6-太古代基底;7-幔源巖漿;8-基性巖;9-中間巖;10—酸性巖石;11-w.sn油藏;12-深斷層

2)中元古代江南基底中Cu等成礦元素的含量特征分析表明,泥質巖和凝灰質巖中Cu有分散虧損的趨勢,泥質巖中Cu為(23.8 ~ 32.7) × 10-6,K.K.TureKian為(1961)。細碧角斑巖系中雖然含有較高的Cu等元素,但在從基性到中性再到酸性的演化過程中,Cu等元素的含量呈下降趨勢,而甘肅白銀廠折腰山和火焰山的Cu、Zn礦床產於分化較好的中酸性和基性-酸性鈉質火山巖中。

圖2-27 Nd贛西北和皖南淺變質沈積巖的同位素演化

(據淩,1990)

虧損地幔的DM演化線;球粒隕石的演化線

3)海相火山塊狀硫化物礦床的形成環境與海底火山噴發或海底含礦熱液的規模和強度有關。根據上溪群和雙角山群巖石的特征,壹層厚達九米的火山熔巖僅間隔數十至數百米甚至更長時間出現,難以以這樣的火山噴發強度富集和富集Cu等成礦元素,形成壹定規模的工業礦床。

4)位於島弧環境的雙溪塢群(銅廠群),火山噴發強度大,時間間隔短。浙江紹興秋喜地區形成了壹個以中基性熔巖為主、水下噴發強烈的細碧角斑巖型含銅塊狀硫化物礦床。

5)從新元古代(970 ~ 800 Ma)開始,華夏陸塊沿揚子陸塊沿長江碰撞拼接,形成富川蛇綠巖套(含少量鉻鐵礦床)和贛東北蛇綠巖套(圖2-26A)。同時形成了江西九嶺的大規模共碰撞堇青石斜長花崗巖基和皖南休寧、許村、歙縣三個堇青石花崗閃長巖體,以及鄧嘉組山前道德巖組和造山期的普嶺組、鏡潭組陸相火山巖系。到晉寧末期,華夏地塊與揚子地塊碰撞完成後,震旦系開始接受蓋層沈積。

2.蓋層沈積時期東揚子地塊被動大陸邊緣構造環境中的成礦作用。

東揚子地塊南北緣從震旦紀開始演化為被動大陸邊緣,並進入6-7億年的相對穩定期。在此期間,沈積了厚層的海相碳酸鹽巖和碎屑巖系。其厚度在世界其他標準平臺中是罕見的。這壹特征充分表明揚子地塊的沈積過程處於拉張松弛的應力環境,基底變薄,沈降廣泛而強烈。基底地殼的減薄主要依靠拉伸減薄,是地殼底部風化剝蝕減薄和地幔剝蝕減薄的結果。兩側被動大陸邊緣穩定構造環境時期成礦作用的總體特征如下:

1)在時空分布上有相對穩定和不穩定兩種亞環境和沈積巖系。壹種是穩定的陸棚斜坡沈積,以淺水厚層灰巖、白雲巖和碎屑巖為主;另壹種是大陸邊緣裂谷槽沈積,主要由炭質泥巖、矽質巖和薄層灰巖組成,有海底火山或熱鹵水活動,表現為相對活躍的環境(圖2-26B)。

2)沈積作用在這些環境中占主導地位。金屬元素的供應途徑主要有三種:①從陸地帶入;(2)海上補給;③海底熱鹵水或火山源。只有成礦元素不斷得到補充和沈澱,才能在有利的沈積環境中形成大規模的礦化層。通過上述對蓋層沈積地球化學的系統研究,表明:①後兩種來源的信息很弱;(2)即使以陸源帶為主,在沈積盆地形成早期(震旦紀、寒武紀和奧陶紀),盆地也是分離的,陸源帶的供給是有限的。北部主要來自華北陸塊,而南部則以華南陸塊為主。

3)本區沈積蓋層的物源主要來自鄰近大陸地殼的風化剝蝕產物,Cu、Pb、Zn、Ag、Au、U、V、P、Mo、Sb等成礦元素通過表生條件下的風化剝蝕遷移,在大洋盆地相對還原的水體中重新沈澱。部分嗜硫重金屬元素被“截留”在還原沈積層中,其富集機制為:①有機質被還原形成嗜硫沈澱劑S2-,促進其沈澱;②生物機體吸收金屬元素;③有機物或有機碳死後吸附金屬離子。從本區蓋層中成礦元素的賦存狀態來看,第壹種機制占主導地位。因此,在Z2、O3、P2和其他層位形成了重金屬和其他元素的富集層(圖2-26B)。

4)早震旦世-晚三疊世構造環境物源及富集機制分析表明,該區沈積、海底熱鹵水、火山熱液形成大型重金屬硫化物礦床的可能性不大。但它們的積極意義不容忽視,那就是為後期成礦儲備了許多豐富多彩的衍生礦源層。

總之,揚子陸塊東部從震旦紀到晚三疊世的沈積時期是低潮期、呆滯期和Cu等重金屬元素礦化的分散期。但是,宇宙萬物都是有正有負的,區域巖石圈的礦化也是如此。這壹時期是地幔能量的聚集期、成礦物質的調整儲備期和本區含礦空間的建造期。這是事物的矛盾轉化,也是事物發展的規律。

3.中新生代揚子地塊東部板內活化與改造期的成礦作用。

經過長期的能量積累和穩定的地殼演化,揚子地塊東部的巖石圈終於在晚三疊世(李曙光,1992)開始向華北地塊俯沖,並很快轉化為塊體碰撞,隨後是大規模陸內拆離俯沖和推覆的強烈構造活化階段。同時,古太平洋板塊和印度-澳大利亞板塊的構造應力場影響了東亞大陸。導致了大規模的巖漿侵入和火山噴發,最終華北和揚子兩個大陸焊接在壹起(古地磁研究表明,上侏羅統中國東南部的南北極完全相同)。自此,中國東部進入環太平洋構造巖漿帶新格局。

由於各構造單元巖石圈地球化學組成的差異、不同巖石圈的不同巖漿來源、不同成巖方式、富金屬基底和蓋層的不同性質和分布等因素,在不同的構造部位形成了豐富多彩、形態各異的礦物:

1)在華北(大別)地塊和揚子地塊與造山帶碰撞的縫合線附近,是軟流圈的上拱,這裏地殼最薄。強烈地幔交代作用分異出的富銅巖漿熔融了閃長角閃巖花崗閃長巖火成片麻巖的下地殼,形成了玄武安山巖巖漿房。分異的富銅巖漿在成巖作用下沿殼幔強烈富集機制侵入淺部地殼有利部位,形成了壹系列與銅、鐵具有密切時空和成因聯系的中酸性巖漿(圖

2)在碰撞造山帶南北兩側(大別隆起和江南泰隆),由於大陸深部拆離和俯沖作用,誘發大規模熔殼酸性花崗巖漿侵入。由於熔融地殼地球化學成分的差異,它們被打上了明顯的“成因基因”,江南泰隆花崗巖熔融了富含W、Sn儲層的基底地殼,導致了W、Sn、Nb、REE、u的共同礦化,它只是壹個“山根”基底,分異度高,成熟度好,重熔的花崗巖在親氧元素的礦化上往往無能為力。

3)中生代巖漿上湧不僅帶來了深部成礦物質,而且是驅動各種礦源層中金屬元素活化、遷移和再富集沈澱的熱場源,在基底和蓋層中形成了豐富多彩的沈積疊加改造礦床。

這壹時期是長江中下遊及其鄰近地區,乃至中國東部成礦的鼎盛時期。

4)東秦嶺中新生代構造環境中的成礦作用。隨著揚子地塊與華北地塊晚古生代碰撞造山運動的結束,秦巴地區的整體構造格局得以確立,中國大陸的主體部分即南北聯合地塊得以形成。然而,該地塊的構造活動並未平息。在印度板塊向歐亞板塊俯沖碰撞和太平洋板塊向中國板塊俯沖的背景下,秦巴地區繼承和延續了自南向北的深俯沖和上地殼的大規模收縮構造運動。秦德宇等(1988)提出秦巴地區發生了第二次中生代陸內俯沖構造運動,影響了整個地區。在深部,揚子地塊的基底沿商丹裂谷向北滑動,俯沖到北地塊和加裏東地塊的基底之下,迫使南秦嶺-北大壩地區的褶皺蓋層向南逆沖滑動。而陸內俯沖主界面(商丹邊界斷層)以北的逆沖斷塊強烈隆升,深部出現以糜棱巖為特征的韌性剪切帶。因此,該區深、淺部構造活動明顯不同。深部具有陸內板塊俯沖的性質,淺部具有拆離、推覆、擠壓和隆起的特征。前者通過俯沖和俯沖界面控制深部熔巖漿的形成,在華北地臺南緣從基底到蓋層的各層成組、成帶產出。後者部分熔化了地殼中的物質,形成了地殼衍生的花崗巖基。在這些過程中,成礦元素在各自的演化歷史中被活化和遷移,使礦石富集,最終形成東秦嶺地區最具特色的Au(Ag)和Mo(W)優勢礦物。Mo(W)的成礦明顯受中生代深部中酸性小巖體控制,Au(Ag)的成礦與中生代熔殼花崗巖古結晶巖系中成礦元素的活化和遷移有關。此外,南秦嶺中新生代巖漿作用遠弱於華北地臺南緣,因此Hg、Sb的成礦作用主要與深大斷裂構造活動有關。可見,東秦嶺中新生代構造環境引起的巖漿作用或斷裂活動是Au(Ag)、Mo(W)、Hg、Sb等元素成礦的主導因素。