超大陆旋回和成矿

超大陆旋回的与气候的关系~

全球气候有两种类型：冰室(Icehouse)和温室(Greenhouse)。冰室以频繁的大陆冰期和严酷的沙漠环境为特征。地球正处于一个向温室演化的冰室阶段。温室则以温暖的气候为标志。这二者都可以对超大陆旋回有所反映。冰室气候： 大陆会聚，由于洋壳缺乏增生，海平面下降，气候变冷干，伴随有文石海 形成超大陆温室气候： 大陆分离，海平面升高，海底扩张大规模进行，大洋裂谷区产生较大量的二氧化碳，气候变暖湿，伴随有方解石海，冰室气候的时期：新元古代的大部，晚古生代，晚新生代温室气候的时期：早古生代，中生代-早新生代

进化的根本机制是多样性种群中的自然选择。生物多样性是隔离的结果。当大陆会聚时（一个大洋，一个大陆），隔离的程度较轻，生物的多样化程度也较轻。从晚新元古代到早古生代，当后生动物的爆炸式进化发生时，大冈瓦纳的解体造成了海洋环境的隔离。大陆和海洋的南北向排列导致了比东西向排列多得多的隔离和多样性。由此形成了被水面或陆地隔开的、与不同的气候带相融合的生物区，区与区之间还有南北向的生物联系通道。假若同样的大陆和洋盆在形成的时候是东西向排列的，那么就会导致少得多的隔离、生物多样化和较慢的进化。在新生长，由于洋盆和大陆的南北向排列，同样出现了最大程度的隔离。以科的数目衡量的生物多样性的变化周期，和超大陆旋回有很好的吻合。

超大陆的裂解和汇聚构成了超大陆旋回。超大陆旋回是指全球大部分或全部大陆地壳组成超大陆，随后裂解产生了多个克拉通(或陆块)，或某些克拉通与超大陆分离，后又重新组合，经过碰撞、缝合、焊接，形成新的超大陆。每个超大陆旋回包括单个克拉通陆壳的增生，不同克拉通陆块的拼合、碰撞形成新的超大陆，以及超大陆的裂解、离散的两个阶段。超大陆的汇聚和裂解过程实际上就是盆地的消亡和新生过程，是通过岩浆活动、造山运动、火山-沉积作用、地幔柱上涌、热点及有关的成矿作用来完成。

汇聚事件主要表现为碰撞造山带发育，古大陆边缘处于挤压状态。汇聚型陆缘有两类：一类是大洋板块向大陆板块的俯冲削减，另一类是两个陆块之间碰撞焊接。这两种作用常表现为一个大的运动过程中的两阶段，即早期的洋壳俯冲削减和晚期的陆-陆碰撞造山。如江南碰撞造山带(白瑾，1996；沈保丰等，2002b)在中元古代扬子古陆块和华夏古陆块之间为古华南洋所分隔。在四堡运动期间，扬子古陆块东南缘为活动大陆边缘，形成沟-弧-盆体系，发生弧-陆碰撞。在新元古代青白口纪时，扬子古陆块和华夏古陆块外侧分别发育了双溪坞岛弧和陈蔡岛弧，在晋宁期扬子古陆块和华夏古陆块沿江绍断裂带以陆-弧-陆形式碰撞拼合，最终古华南洋主体闭合，华南古陆块成为罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的一部分。当大陆板块与大洋板块碰撞时，密度较大的洋壳俯冲到较轻的陆壳之下。在中等倾斜至陡倾斜的俯冲带上，形成代表主弧的一些狭长而界线清楚的火山-深成岩浆活动区，是重要金属的成矿地带。洋壳中富含水和金属的沉积物被带入到俯冲带的深部经加热局部熔融，形成以钙碱性岩浆时空关系十分密切的铜、铁、钼、金等特征矿床。随着俯冲深度的增大，幔源(或下地壳)物质加多，岩浆、热流体及矿质成分发生系统的变化，沿垂直俯冲带的方向，成矿作用作有规律的分带展布。据翟裕生等(1999)，对现代俯冲带的研究表明，它的影响可扩展到距岛弧区内侧上千公里处，常表现为平行大陆边缘的区域构造-成岩-成矿带。

超大陆的裂解、离散是在伸展构造体系作用下的地壳扩张，可能与地幔柱上涌或超大陆下放射性物质积聚造成的热源积累有关或地外物质的冲击。其表现为大规模的非造山花岗岩、斜长岩、基性岩墙群、层状基性岩体的侵位，溢流玄武岩喷发及大陆裂谷-坳拉谷的产生。在超大陆裂解时，由于地壳拉张减薄，软流圈物质上涌，向岩石圈的浅部和地表运移和汇集，同时陆源长期风化产物也在大幅度沉降的大陆边缘裂谷、裂陷槽和坳拉谷等处堆积，造成深源物质和表生物质的大规模汇集的构造环境。正如翟裕生等(1999)所指出，在这些构造中，有丰富的成矿物质；有很高的地热流，促进成矿物质的溶解运移；有多种来源和性质的流体(包括热卤水)；有火山喷出物和蒸发岩层，可提供硫、氟等矿化剂，有利于在还原条件下金属硫化物的堆积；有不同规模、不同级别的同生断层等构造作为流体运移的良好通道；封闭好的局部坳陷则可保持矿质的不被流失和持续堆积；裂谷盆地后期的沉积层又可覆盖已成的矿层，起到屏蔽保护作用。与超大陆裂解、离散有关的伸展构造体系，形成许多矿床，如Sedex型铜铅锌和黄铁矿矿床、镁铁质-超镁铁质岩中的镍、铜、铂等矿床、稀土-铌-铁矿床、铁、菱镁矿、滑石、磷块岩、锰等(热水)沉积型矿床，都具有重要的经济价值。在华北陆块北缘西段、扬子陆块东南缘都分布着超大型裂解、离散形成的大陆边缘裂谷盆地。

超大陆的汇聚和裂解是全球规模的构造事件，广泛的岩浆活动和剧烈的造山作用影响着化学元素和同位素地球化学成分的变化，不仅直接控制着成矿作用，而且由于全球海平面的升降、气候、海水化学成分变化、生物演化等，并可引起沉积物和生物圈演化过程中的某些“爆炸”事件，如冰川事件和埃迪卡拉动物群的产生，同时对成矿作用起到了重要控制作用。

在超大陆汇聚、裂解过程中形成的一些区域性构造，如与汇聚作用有关的：活动大陆边缘俯冲带、活动大陆边缘、碰撞造山带-大型韧性剪切带、构造混杂岩带等；与裂解作用有关的：大洋裂谷、洋中脊、大陆裂谷(陆缘裂谷、陆间裂谷)、大型生长断层(或同生断层)、非造山深源岩浆作用、变质核杂岩构造、热点构造等。这些大型构造都与成矿有关的，尤其是与形成大型、超大型矿床和成矿区带有关。

研究表明，地史中矿床形成的峰期与超大陆事件在时间上有很好的耦合性。Baley和Groves(1992)在研究陆内环境和汇聚造山环境金属的成矿时，发现其峰期与超大陆的事件有密切关系。Sedex型铅锌矿床、砂页岩型铜矿、钒钛磁铁矿床、铜镍硫化物矿床等直接或间接与超大陆的裂解作用及其伴生的陆内盆地及非造山岩浆作用有关，主要形成期分别对应于中元古代、新元古代和显生宙超大陆形成之后。而与汇聚边缘或造山环境有关的金属矿床如中温热液金矿床(绿岩带型和与岩浆作用有关的金矿床)、VHMS型块状硫化物矿床、矽卡岩矿床、斑岩型矿床等，分布峰期主要在新太古代和中新生代，而其中保存可能性较小的矿床如浅成低温热液型金矿床、斑岩型铜矿床、斑岩型钼矿床等主要分布在中新生代。

在全球范围内前寒武纪超大陆旋回和成矿作用的耦合性是十分明显的(毛德宝等，2001)。新太古代超大陆旋回(2800～2500Ma)，在世界主要克拉通都有记录，早期表现为广泛海底镁铁质-超镁铁质为主的火山活动和大陆内部盆地的陆相玄武岩。在2720～2690Ma期间广泛发育岛弧岩浆作用和地幔柱活动有关的科马提岩，形成以科马提岩为容矿围岩的镍矿床，如澳大利亚Spargoville、加拿大Alexo等镍矿床；与钙碱性火山作用有关的VHMS型块状铜锌硫化物矿床如加拿大Kidd Creek块状铜锌硫化物矿床等及阿尔戈玛型条带状铁建造铁矿床如加拿大米契皮科顿、中国齐大山等铁矿床。随后构造增生，弧-陆碰撞，大规模花岗岩浆活动、形成韧性剪切带构造控制的绿岩带型金矿床，如加拿大多姆、赫姆洛和澳大利亚金哩等金矿床。古元古代超大陆旋回(2500～1800Ma)阶段的早期，在2500～2400Ma广泛发育了裂陷作用，在2200～2000Ma发生超大陆裂解和离散，以后在1800Ma(或1500Ma)左右裂解的各大陆块又发生汇聚，形成古元古代超大陆。在早期伸展构造体系作用下，在陆内和陆缘形成碎屑岩建造、非造山的碱性岩浆和层状镁铁质-超镁铁质岩浆岩侵位，相应形成南非维特瓦特斯兰德砾岩型金铀矿床，俄罗斯乌多坎砂页岩型铜矿床，南非布什维尔德铬铁矿床、津巴布韦大岩墙铬铁矿床和芬兰科依蒂莱宁铬铁矿床、加拿大萨德伯里铜镍硫化物矿床、南非布什维尔德铜镍硫化物和Impala铂族金属矿床等。中期在裂谷带中形成Sedex型块状硫化物矿床、苏必利尔湖型条带状铁建造铁矿床、变质沉积型A矿床、石墨矿床、硼矿床、滑石矿床和菱镁矿床等，其中较为著名的矿床有朝鲜检德铅锌矿床、澳大利亚哈默斯利和俄罗斯库尔斯克磁异常区铁矿床、南非卡拉哈里和波斯特马斯堡锰矿床、中国柳毛石墨矿、翁泉沟硼铁矿床、范家堡子滑石矿床和海城菱镁矿床等。晚期形成与造山作用有关的中温热液金矿床，如美国的霍姆斯塔克金矿床。中元古代的超大陆旋回(1800～1000Ma)，是以古元古代超大陆裂解开始，然后是陆内和陆缘裂谷带的产生和发育，后期主要是陆缘增生、陆 陆碰撞、汇聚和洋盆的消亡，罗迪尼亚超大陆形成。在古元古代末期-中元古代早期，全球超大陆有较长的稳定时期，高的海平面导致广泛的陆表海和陆内盆地，形成了不整合铀矿。同时广泛发育非造山的基性岩墙群、层状镁铁质和超镁铁质侵入岩、奥长环斑花岗岩、斜长岩等和相应形成有关的铬铁矿、铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿床等。中期在全球范围内广泛发育大陆边缘裂谷盆地，其中形成了著名的Sedex型铅锌矿床、层控不整合铀矿床、砂页岩型铜矿床等。后期由于格林威尔运动，在北美、波罗的海、印度、澳大利亚、非洲和中国等地，形成众多造山带，相应发育了与造山有关矽卡岩型铁矿床、中温热液金矿床等。在中元古代的超大陆旋回期间形成较著名的矿床有：澳大利亚奥林匹克坝铜、金、铀、银矿床，中国白云鄂博稀土-铌-铁矿床，加拿大西加湖、麦克阿瑟河和澳大利亚贾比卢卡(Ⅱ)、兰杰(Ⅰ)等不整合型铀矿，澳大利亚布罗肯希尔、麦克阿瑟河和芒特艾萨铅锌矿床，中国金川和加拿大汤普森铜镍硫化物矿床等，中国东川、易门铜矿带等。中元古代-青白口纪砂页岩型铜矿床也是中元古代超大陆旋回中大陆边缘盆地的产物，其中以赞比亚恩昌加、康戈拉和扎伊尔科尔韦济、卢布巴希等铜矿床规模较大。新元古代超大陆旋回(1000～543Ma)，大约在1000Ma裂陷作用就开始了，在格林威尔造山带内分布着一些非造山的斜长岩，形铁-钛、铜-镍等矿床，其后发育了与裂谷作用有关的碱性岩浆活动，形成了稀土、钍、铌矿床。世界著名的赞比亚 扎伊尔砂页岩型铜矿带(成矿时代在1055Ma(或938Ma)～788Ma)形成在罗迪尼亚的早期裂陷槽内。以后的新元古代热-构造事件在格林威尔省内极不发育。在720Ma左右，罗迪尼亚超大陆裂解，裂解是通过裂谷、沉积盆地、陆内活动带、被动大陆边缘和岩浆弧的形式实现的，由于东冈瓦纳从劳伦古陆分离，伴随太平洋的打开，在离散型板块边缘形成一些VHMS型别子铜锌硫化物矿床、塞浦路斯铜锌硫化物矿床和与火山-沉积活动有关的铁矿床等。在720Ma以后，全球曾发生过广泛的冰川活动。与此同时，裂解的部分古陆碎块又通过造山运动，在新元古代末期汇聚形成一个短寿的超大陆Pannotia(潘诺亭)。在700～630Ma由于莫桑比克洋弧岩浆作用和大洋高原的拼贴，形成Arabian Nubian地体，该地体该认为是新元古代花岗岩-绿岩带，其中赋存丰富的VHMS型块状硫化物矿床和绿岩带型金矿床。在全球范围内新元古代末期-早寒武世是地史上十分重要的磷块岩形成时期，广泛分布在澳大利亚、中国、西非、西伯利亚、越南、蒙古等地。

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