区域岩浆演化与成矿

区域构造岩浆演化与金的成矿作用~

矿床是地壳演化特定历史阶段异常构造事件和特殊岩浆活动的产物。构造环境是成矿作用根本性的控制因素，同时不同的构造环境都匹配有特定的岩石组合，在特定的岩石组合中赋存有不同类型的矿床。北山南带地处塔里木板块和哈萨克斯坦板块的结合部位，从奥陶纪至晚二叠世，经历了陆壳伸展、洋壳俯冲、陆陆碰撞和再闭合的全过程，形成类型多样的岩浆岩组合，留下丰富多彩的地质记录。同时，伴随着地壳演化的不同阶段，形成不同类型的金矿床（图6-2）。
北山南带存有深成侵入岩型、火山岩型和变质岩型三类金矿床。虽然这三类金矿床赋矿围岩、矿床地质特征、成矿流体性质和成矿物质来源各不相同，且金矿床的形成先后有别，但从北山南带地壳运动和岩石圈演化的高度来看，它们都是北山南带古生代岩石圈演化过程中构造-岩浆热事件的地质产物，是岩石圈持续演化的重要组成部分。因此，从区域地壳演化的活动论观点出发，将各类金矿床放到整个区域地质演化的历史中观察，对其做全面和系统的综合分析，才能认识金属成矿作用的本质，了解金属矿床的形成机制和圈定有效的找矿远景区（聂凤军等，1994）。从北山南带金矿床的时空分布来看，以晚古生代以来的岩石圈运动所形成的构造-岩浆热事件对金的成矿作用有重要的影响。
北山南带涉及的古老陆壳块体有马鬃山中间地块和敦煌陆块的安北旧寺墩构造带，两者的前震旦纪结晶基底以及早奥陶世以前的沉积盖层，不论是岩石组合还是古生物群落，均与塔里木地台相似，因此，在奥陶纪早期，这些地块与塔里木地台是一个整体，在此称为泛塔里木古陆。从全球范围看，泛塔里木古陆是古冈瓦纳大陆的一部分，其北部的海域是介于冈瓦纳大陆与西伯利亚地台之间的巨大洋盆———古亚洲洋（刘雪亚等，1995）。自中奥陶世始，随着古亚洲洋沿北山北带石板井—月牙山—小黄山一线向南俯冲消减，泛塔里木古陆北缘裂解，在现在的北山南带形成具有边缘海性质的新洋盆———北山南带有限洋盆。志留纪早期，北山南带有限洋盆的南北两侧均为被动陆源沉积，接受浅海相含笔石页岩沉积。志留纪中期，北山南带洋盆新生洋壳沿马鬃山地块南缘之辉铜山、花牛山至五峰山一带开始向北俯冲，花牛山地体增生，在其期间有强烈的火山喷发活动，进而形成泥盆系三个井群和墩墩山群岛弧型火山-沉积岩建造，同时增生过程中大规模的深成岩浆侵入活动形成壳幔混源花岗质岩石，它们从壳幔过渡带携带成矿物质和长期演化形成成矿流体，在俯冲造山局部伸展阶段沿有利的构造空间上升侵位形成深成侵入岩型金矿床（如拾金坡、磨金硐、花牛山等）。此时，敦煌地块北缘仍为稳定的被动陆缘带。自石炭世中期始，北山南带洋盆沿白山-红柳园和野马井一线同时向南、北两侧双向俯冲，形成哈萨克斯坦板块南缘的柳园-大奇山地体以及塔里木板块北缘的安北-旧寺墩构造带。下石炭统红柳园组和干泉组巨厚的岛弧型中酸性火山岩就是这一阶段的产物。通过新老金厂地区下二叠统火山岩具有大陆边缘火山岩亲和性判断洋壳俯冲应持续至早二叠世。这一时期是北山南带金矿床形成的爆发期，不仅在具有岛弧性质的柳园-大奇山地体和活动大陆边缘性质的安北-旧寺墩构造带中形成火山岩型金矿（如新老金厂、金场沟等），同时俯冲碰撞引发的敦煌地块和安北-旧寺墩构造带中古老变质岩（金的矿源层）重熔形成中酸性花岗质岩浆，并导致韧性剪切带活化，构造抬升叠加于上部的韧-脆性构造带之上，形成变质岩型金矿床（如小西弓、小宛南山等）。二叠纪末期，北山南带洋盆完全闭合，该区进入统一的板块内部初期构造演化阶段，全区处于一个相对稳定的状态，没有金的成矿作用发生。

图6-2 北山南带地壳演化与金成矿模式图

华北克拉通北缘处于华北板块与西伯利亚板块、太平洋板块的接合部位，经历了长达3800 Ma的地质演化和多次构造-热事件（崔盛芹等，2000；裴荣富等，2003；李俊健等，2010）。
古太古代时，华北克拉通北缘分布着若干个古陆核，这些小陆核经多次拼合—裂解—再拼合，形成相对较大的陆核（伍家善等，1998；zhai et al.，2000）。现在可见的太古宙早期的陆核有龙岗古陆核、鞍本铁架山古陆核、冀东的迁安古陆核、鲁西古陆核等（赵国春，2003；翟明国等，2009）。它们的主体是花岗质深成岩，但也包括少量的表壳岩（绿岩和变碎屑岩）的小块体或透镜体，被认为是早期绿岩或下部绿岩（沈保丰等，1994；裴荣富等，2003；李俊健等，2010）。华北克拉通北缘阴山-燕山太古宙克拉通隆起区，由集宁、张家口、密云、冀东等古太古代—中太古代微古陆块（陆核）及焊接它们的中太古代—新太古代岩浆结合带及绿岩带组成，包括集宁群、桑干群、迁西群、乌拉山群、色尔腾山群，古太古代时期，在冀东一带已出现我国最古老的陆核（wan et al.，2005；刘敦一等，2007），中太古代时期，强烈的地幔热对流作用使早期较薄的地壳破裂，以基性为主的下地壳物质大量喷发和喷溢出地表，形成厚度可观的火山岩和火山沉积岩，而破裂的初始地壳则在地幔热流体的影响下形成麻粒岩相-片麻岩相高级变质体，与此同时，初始地壳的熔融和幔源玄武岩浆分异分别形成紫苏花岗岩和TTG岩系。新太古代时，发生多期次、大规模的火山-沉积活动、花岗质岩浆侵入活动及区域变质作用，导致陆核的增长和微陆块的形成以及广泛分布于微陆块之间的岩浆结合带，在岩浆结合带中分异有色尔腾山、五台山、遵化等绿岩带（裴荣富等，2003）。辽北-吉南广泛出露的太古宇统称鞍山群（沈其韩等，1996）。在早期形成过程中，堆积了厚大的镁铁质火山岩，并将地幔中的金带到地表形成了金的初始富集，新太古代早期，金成矿作用主要表现为矿源层的形成，并有伴生金矿床的出现，同火山喷气-沉积作用的块状硫化物伴生型金矿床，如清原红透山块状硫化物伴生金矿床（陈毓川等，2001；裴荣富等，2003）。新太古代末期，金矿床主要发生在华北板块第一次大规模的克拉通化或绿岩带早期变形变质过程中，形成的金矿床与太古宙绿岩带镁铁质变质火山岩及条带状硅铁建造有关的金的矿源层或矿床，如吉林夹皮沟-板庙子一带的八家子、二道沟（李俊健等，2006）、清原南龙王庙（陈毓川等，2001）等金矿床；与太古代绿岩带变质火山-沉积岩有关的红透山式块状金属硫化物矿床主要分布于辽宁浑北一带，以红透山、树基沟等铜锌矿床为代表（芮宗瑶等，1994；裴荣富等，2003）；条带状铁建造中的浸染状金矿床，如山西五台县的柏枝岩、东腰庄、康家沟等金矿床（陈毓川等，2001），这些矿床都有这个时期的同位素年龄。
古元古代华北克拉通一方面在局部地区仍旧保留了新太古代的活动特征，另一方面，又显示有稳定环境下一套浅变质的、层序清楚的、分布在局限海槽中的 “冒地槽” 式沉积，如上辽河群的大石桥组、盖县组，前者以镁质碳酸盐岩为主，后者以细碎屑岩为主，显示出准盖层的特征，如冀东地区的青龙河群、内蒙古大青山的二道凹群、基本上是由碎屑岩组成，显示出相对稳定的环境，具有准盖层的特征（李俊健等，2010），古元古代末的吕梁运动使华北原始的太古宙—古元古代的地块缝合到一起形成了统一的华北克拉通（赵国春，2009；翟明国，2010），这次构造-热事件使太古宙绿岩带发生广泛的退变质作用和韧性剪切变形作用，与此同时发育了广泛的金矿化。在古元古代时金矿化大致有两期：一期在古元古代早期（约2200 Ma），另一期是在古元古代末期，前者以金厂峪、排山楼金矿床为代表，后者如小营盘金矿床、猫岭金矿床以及近年在大青山一带发现的新地沟、油篓沟、卯独沁、哈拉沁等金矿床（陈毓川等，2001；李俊健等，2006）。金厂峪金矿糜棱片岩含金石英脉Ar/Ar年龄为2190 Ma（何永年，1992）和含矿钠长石石英脉SHRIMP U-Pb年龄1858 Ma（罗镇宽等，2001），排山楼受韧性剪切和蚀变交代的斜长角闪岩的Sm-Nd等时线年龄2149 Ma（骆辉等，1994），小营盘石英脉中的单颗粒锆石U-Pb稀释年龄1826 Ma和1800 Ma（胡小蝶等，1994），猫岭金矿床毒砂Re-Os等时线年龄2119 Ma（邱小平等，2003），新地沟金矿石中石英Ar/Ar年龄1991 Ma（李俊健等，2006）。
中新元古代是准稳定环境下的盖层形成时期，构造运动是以拉伸作用为主，在华北克拉通北缘东段形成燕山-太行山裂谷系、北缘西段的狼山-渣尔泰山裂谷和白云鄂博裂谷系，在克拉通内部的阜平、晋北、吕梁等地区，中元古代由于拉伸作用，形成了广泛分布的基性岩墙群（李俊健等，2010）。在狼山-渣尔泰裂陷槽中产出的铅锌矿床有霍各乞、东升庙、炭窑口、甲生盘等（芮宗瑶等，1994），金矿床如朱拉扎嘎、常山壕等（江思宏等，2001；聂凤军等，2010）。燕山-太行山裂谷系冀东青龙-迁安一带的 “长城式” 金矿床等（聂凤军等，1998；李俊健等，2010）。
早古生代华北克拉通整体处于陆表海的稳定环境，此时整个克拉通才有了统一的稳定盖层。寒武系和奥陶系主要是由碳酸盐岩和碎屑岩组成，没有火山岩。到晚奥陶世，由于南北两侧洋壳俯冲强大的挤压力，使整个陆块抬升，而缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统。从晚石炭世开始，华北克拉通再次整体下陷，广泛接受浅海相沉积，并很快向海陆交互相、陆相沉积转变，到二叠纪则主要是陆相沉积。古生代华北克拉通内部的岩浆活动较弱，目前仅发现辽宁复县和山东蒙阴的金伯利岩侵入（李俊健等，2010）。但在华北克拉通北缘，由于古亚洲洋板块的消减和最后发生碰撞的影响，发育古生代花岗岩类的侵入。早古生代在华北克拉通北部白乃庙岛弧带中产出白乃庙铜金矿床，进入晚古生代，华北克拉通北缘岩浆活动比较强烈，与海西-印支期中酸性火山岩浆活动有关的金矿床，沿内蒙地轴内一些东西向深大断裂分布，产于乌拉山-大青山南麓深断裂的金矿床，如柳坝沟、哈达门沟金矿床，乌拉山-大青山北麓临河-集宁深断裂附近的金矿床，包括十八顷壕、北腮忽洞、老羊壕、东伙房、后石花等金矿床（Nie et al.，1994），尚义-赤城断裂附近的东坪、后沟、黄土梁、中山沟等金矿床（陆松年等，1997；罗镇宽等，2001）。
印支期，华北克拉通南侧的秦祁古海洋和北侧的古亚洲洋均已关闭，但克拉通南北两侧受到的碰撞挤压作用并未终止，使得一些近东西向的断裂、逆冲断裂和韧性剪切带重新活动，两缘的地壳增厚，导致深部地壳重熔形成了后碰撞花岗岩（李俊健等，2010）。岩浆岩在华北克拉通北缘及其以北造山带广泛发育，如冀东的都山花岗岩、柏杖子花岗岩、丰宁的撒岱沟门花岗岩、喀喇沁花岗岩、敖汉的西台子花岗岩等，这些花岗岩表现出后碰撞特点。这个时期华北克拉通北缘形成的金矿床，包括赛乌素金矿床Ar/Ar年龄为249 Ma（Nie et al.，2002）和253～220 Ma，230～180 Ma（Hart et al.，2002），哈达门沟金矿床的叠加矿化，有240 Ma的Ar/Ar年龄（聂凤军等，2005），小营盘金矿床蚀变钾长石Ar/Ar年龄241～246 Ma（Hart et al.，2002），冀东金厂峪金矿床辉钼矿Re-Os年龄240 Ma（宋扬等，2011）。这个时期有大量的钼矿床形成，如燕辽钼矿带、西拉木伦钼矿带以及西部大苏计、西沙德盖、查干花都形成于这一时期（代军治等，2006；张彤等，2009；张连昌等，2010；侯万荣等，2010）。
燕山期，蒙古-鄂霍次克大洋关闭导致向南俯冲，太平洋伊泽奈崎（Izanaqi）板块向北西-北方向亚洲大陆下的斜冲，华北克拉通东部受到来自北部和东部的挤压，构造体制由近东西向转变为北东—北北东向，形成了陆块东部隆起带和坳陷盆地相间的构造格局。伴随着构造体制的变化，发生了地幔上涌和岩石圈减薄，伴随构造体制的转变，中生代爆发了大规模的岩浆活动和金矿成矿作用（毛景文等，2003；翟明国，2010；李俊健等，2010），已获得的同位素年龄资料显示出吉南夹皮沟、海沟等金矿床，辽东五龙金矿床、猫岭等金矿床，胶东地区的金矿床，辽西排山楼、二道沟金矿床，赤峰金厂沟梁、安家营子、柴火栏子、热水、撰山子、大黑山、奈林沟等金矿床，冀东金厂峪、峪耳崖、牛心山等金矿床，冀北水晶屯、东坪、后沟等金矿床都有这个时期的年龄数据（陈毓川等，2001；Yang et al.，2003；李俊健等，2006）。
综上所述，华北板块北缘经历了太古宙-古元古代陆核形成、陆块汇聚和克拉通最终形成，这个阶段金成矿作用主要是形成含金高的花岗-绿岩带，即矿源层，为后来金矿床最终形成奠定基础。中新元古代华北板块北缘主要为张性环境，形成一系列张性裂谷和坳陷，如狼山-渣尔泰山裂谷和白云鄂博裂谷、燕辽裂陷槽，并使朱拉扎嘎、常山壕等金矿床金的得到初始富集。古生代华北克拉通北缘由于受到古亚洲洋的开合影响，华北克拉通北缘构造-岩浆活动比较强烈，这个时期在乌拉山-大青山一带形成了哈达门沟、十八顷壕、老羊壕、后石花等金矿床，沿北缘隆起带南、北大断裂产出。三叠纪，随着古亚洲洋的关闭，华北克拉通北缘由挤压转为碰撞/造山后的伸展环境，伴随着碱性岩浆活动，形成大量的钼矿床，冀东金厂峪金矿床最终也在这个阶段形成，燕山期，华北克拉通以整个欧亚大陆的面貌出现，太平洋板块向北西-北方向亚洲大陆下的斜冲，华北克拉通北缘东部伴随着构造体制的变化，发生了地幔上涌和岩石圈减薄，岩浆活动异常强烈，金矿成矿作用也主要集中在这个时期。在华北板块演化过程中，均伴随有金矿化的发生，但主要集中在太古宙-古元古代矿源层的形成和中-新生代矿床的形成，华北克拉通北缘一个金矿化集中区或一个金矿床有不同的同位素年龄可能是华北克拉通不同阶段演化的结果，裴荣富等（2003）按照成矿年代演化分为初生型、再生型、改造型、原生型四类矿床，认为华北克拉通北缘大都是多年代矿床，可出现多个矿体多层结构，即“多幢塔楼” 模式。

中国东部燕山期大规模成矿作用可谓“多因成矿，以岩浆作用成矿为主”。但形成于燕山期以前的岩浆活动将一些幔源或壳源内的成矿物质进行调整，为燕山期成矿提供了物源准备，所以，早期岩浆活动对后期成矿也具有重要作用。

（1）东南地区岩浆活动具有多期、多类型的特点

东南地区广泛发育四堡、晋宁、加里东、华力西—印支、燕山、喜马拉雅期的岩浆岩，在空间上分布于各个地质单元中，且分布面积较广，其中以燕山期侵入岩规模最大，阶段性最明显。侵入岩岩类齐全，从超基性岩-超酸性岩类均有产出，但以燕山期中酸性岩类为主。由于侵入岩产出构造背景的差异，本区侵入岩又具多种成因类型，从同熔型-重熔型都有存在。不同构造单元及不同类型的侵入岩侵位的高度也各有不同，侵入岩石的空间规模也相差较大，构造岩浆岩带的空间展布也丰富多彩。因此，由于侵入岩的以上特征，造就了该区和岩浆侵入作用有关的成矿作用的多样性。这种多样性自然构造成了区域成矿的岩浆岩条件。

东南地区各时期虽然都有岩浆活动，但总体上和矿化关系密切的火成岩集中在燕山期（表5-6）。元古宙侵入岩一般变质程度较高，未见明显的矿化，只是在中元古代玄武岩类及细碧角斑岩中赋存较富的锌、铅、银、铜、钴矿床。

表5-6 东南地区各期次主要侵入岩与成矿特征一览表

加里东期侵入岩分布广泛，岩体围岩中有云母、长石及伟晶岩型铌、钽矿。

华力西—印支期中酸性侵入岩未发现明显的矿化蚀变；仅在龙岩马坑及广东玉水一带见有短暂的中基性火山喷发作用，形成与海底火山作用有关的矿床。

燕山期早、中、晚期火成岩分布广泛。燕山早期以中酸性-酸性火山-侵入岩为主，有关矿种为铜、钼、铅、锌、银、钨、锡等；燕山中期火成岩类型较多，包括中基性、中酸性、酸性火山-侵入岩组合，与铜、金、钨、锡、钼矿化关系密切；燕山晚期主要为中基性、酸性、碱性火山-侵入岩组合，部分地区尚出现双峰式火成岩组合，有关矿化为铌、钽、铜、钼、金、锡、铅、锌、银等，主要矿化类型为斑岩型、岩浆期后热液型。

（2）燕山期大规模岩浆作用成矿特点

中国东南地区燕山期与岩浆作用有关的大规模成矿是国内外地质学家研究的热点问题。本项研究初步揭示了区内燕山期岩浆作用大规模成矿具有下列规律：

1）幔源和壳幔混合源（以幔源物质为主）火成岩主要分布在燕山早—中期陆内挤压、岩石圈加厚和燕山晚期岩石圈减薄、伸展裂陷两种机制叠加复合背景下形成的拗陷区，为一套亲幔源物质组合的矿产，典型的矿种有铜、铁、金、硫及铌、钽矿等。在隆起区，早期挤压机制下的壳幔混合源（壳源成分占主要比例）形成的火成岩多出现在隆-拗过渡区，主要矿种为金银多金属矿；晚期岩石圈塌陷、伸展机制下隆起主要对应壳源岩浆岩分布区，形成的矿种主要是钨锡银铅锌等。它反映了两类构造单元内岩浆岩形成的深部过程以及成岩成矿物源决定了矿种类型，拗陷区和隆起区矿种组合的差异也是区内最为值得重视和进一步研究的成矿规律。

2）无论是隆起或拗陷区，小岩体有利于成大矿、大型岩体矿化较弱。由于小岩株多为高侵位的小型侵入体为主，这些小岩体多位于成矿母岩的顶端，挥发分和成矿元素集中，热源小，冷却迅速，温度梯度急剧变化，往往伴有隐爆作用导致上覆岩石破裂，为矿质的运移和沉淀提供有利空间，同时，小岩体定位浅，形成热卤水循环作用明显，有利于矿液在顶部或上部围岩中富集；而即使是含有大量幔源物质的大岩体的侵位，其形成时间短，分异程度差，仍然难以成矿。对隆起区而言，大岩体形成时间长、期次多，成矿也往往出现在岩浆演化晚期的分异程度较高的小岩体中。

3）岩浆成因类型与成矿类型具有一定的对应规律，主要反映岩浆成岩物源及所处的动力学背景。在壳幔混合源同熔型岩浆岩中，德兴地区斑岩型铜金矿、铜陵地区矽卡岩型铜金矿主要受挤压机制下形成的小岩株控制，岩石多属钙碱性系列-高钾钙碱性系列组合，岩石含钾质较高；庐枞、宁芜地区的“玢岩型”铁矿主要与陆壳加厚环境下地幔底侵作用形成的幔源物质占较大比例的橄榄安粗岩系列岩石有关，岩石富钠。在永梅拗陷，与晚三叠世—早侏罗世拉张断陷有关形成幔源为主的高钛双峰火成岩组合，对应出现的为含钛贫磁铁矿及潜火山热液-斑岩型锡和铜、钼矿床。显然，虽同是具有幔源性质的岩浆，所处的大地背景不同，形成的矿床类型、矿种组合也存在差别。

4）岩浆演化不同阶段形成不同矿种类型。以赣东北地区为例，该区燕山期成矿具有多阶段的特点，拗陷区成矿活动也较两侧隆起带为早，总结区内成矿时序见图5-3。

通过对成岩成矿年代学研究程度较高的赣东北地区不同矿田进行总结表明（图5-4），区内岩浆活动时间长、成矿延续时间也较长，有利于岩浆成矿作用的形成。

铜厂铜矿田成矿前石英闪长玢岩（J₁192 Ma）→成矿花岗闪长斑岩（J₂172～157Ma）-钾化（J₃ 157～152 Ma）-绢云母化（K₁112 Ma）→成矿后闪长玢岩（K₁ 96 Ma），成岩成矿活动，历时76 Ma。

图5-3 中国东南地区燕山期与花岗岩浆有关的矿化演化图

图5-4 德兴矿集区中生代岩浆-成矿时序图

银山铜铅锌金银矿田：成矿前中酸性火山岩（J_2-3 167～142Ma，成矿期英安玢岩J₃ 145～143 Ma）→成矿后安山玢岩（K₁ 100.4 Ma）。

葛源铌钽（钨锡）矿田：与成矿有关的A型花岗岩，成矿前铁叶云母钾长花岗岩（J₂ 169～167Ma）→环斑黑云花岗岩及钾长花岗岩（J₃—K₁ 140～127 Ma）→铌钽矿化铁理云母碱长花岗岩（K₁ 127～123 Ma）→成矿后的正长或碱长（晶洞）花岗岩（K₁ 10⁵～95 Ma）。

从上述可知，赣东北地区燕山期岩浆活动南早北晚，燕山早期岩体分布广，但多为成矿前岩体或弱成矿岩体，成矿岩体中仅铜厂矿田为中侏罗世末，其他主要为晚侏罗世至早白垩世，规模小，分布不广，为岩浆演化分异至晚期的产物。至于成矿活动，高峰期晚于152 Ma，大致为140～100 Ma，即侏罗纪末至早白垩世，成矿活动基本结束于100 Ma前后，铀矿床可能更晚一些，成矿活动大约延至89 Ma，即早白垩世末。此后即进入成矿后的伸展拆沉时期。

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