成矿区及有利成矿构造背景

如题所述

一、早期地壳中的成矿区

分布在各个大陆中的最古老地壳主要有两类,一类是高级变质区,常由达到麻粒岩相深变质的岩石类组成;另一类即是花岗岩绿岩带,主要由绿片岩相浅变质镁铁质喷出岩组成,其中常有时代不同的花岗岩类侵入体,这类地区岩石形成时代从太古宙延续至古元古代。高级变质区内很少有具重要工业意义的矿产,绿岩带中则有很多非常重要的成矿区(带)。

1.绿岩带中的铁、铜、锌、金成矿区

绿岩带镁铁质火山岩岩浆是地幔来源的,是持续频繁喷出和侵入活动环境的产物。绿岩带中铁矿床是阿尔戈马型铁建造,以加拿大安大略矿床为代表,澳大利亚中部、非洲斯威士兰、挪威北部也有分布;铁建造产于拉斑玄武岩-钙碱性火山岩及火山碎屑岩系中,层状矿体中可以是铁的氧化物、碳酸盐、硫化物及硅酸盐相,形成于低 Eh 的火山-沉积环境中,这类铁建造邻近地区常有块状硫化物矿床伴生产出。太古宙块状硫化物矿床以富铜、锌为特征,并伴生金、银;矿床主岩为玄武质—流纹质火山岩,常与火山穹窿、火山角砾岩筒有关;加拿大阿比提比等绿岩带中的这类矿床最为典型,时代属太古宙及早元古代。绿岩带型金矿分布广,规模大,在世界金矿资源中占重要位置,主要产地包括加拿大、美国、非洲南部、印度、巴西、西澳大利亚等;金矿容矿岩石原岩为拉斑玄武岩、长英质火山岩,并见复成分砾岩和浊积岩;金矿主要出现在绿岩带边部离花岗岩不远的地方,一些金矿常与块状硫化物矿床产于同一地区。绿岩带中的镍矿床主要产于科马提岩质超基性火山岩系中,典型产地如南非、西澳大利亚等。

2.古老大陆上巨型盆地中的金-铀、铁(锰)建造成矿区

南非的Witwatersrand盆地是世界上最大的金矿床之一;金矿产于巨厚的变质古老火山岩和沉积岩系中,金矿体产在石英砾岩层中,是随着最早的沉积盆地出现而形成的,金来自附近绿岩带;含金砾岩层中存在黄铁矿、沥青铀矿碎屑表明当时的还原性大气是使这些物质得以保存下来的必要条件;南非含矿岩系的形成时代为25亿~29亿年前,除南非外,巴西、加纳也有类似矿床。这里所说的铁(锰)建造称为苏必利尔型,各大洲都有分布,在包括北美五大湖区、巴西、澳大利亚、欧洲、乌克兰等地都是很大的铁矿床;这类在稳定的大陆盆地内和边缘形成的含铁建造主要是浅海碎屑岩系和碳酸盐岩,含矿层主要由铁氧化物和硅氧化物矿物组成;世界上这类铁建造集中形成的时代是在2000~1800Ma前的一段时间,在同一时期和稍晚一些类似的环境中也形成重要的碳酸盐类沉积锰矿床,南非、巴西、印度都有此类矿床。

3.古大陆裂谷系中大型镁铁质、超镁铁质岩浆岩体中的铬、铜-镍、铂族、钒钛-铁成矿区

典型成矿区有南非布什维尔德岩体和津巴布韦大岩墙等。布什维尔德岩体中有大型的铬铁矿床、铜镍硫化物矿床和铂族元素矿床;津巴布韦大岩墙产铬铁矿床。岩体规模巨大,有的可横贯大陆。幔源岩浆沿切过厚的大陆壳的破裂带侵位是基本的成矿背景。岩体侵入太古宙地盾或绿岩带中。相似的岩体在加拿大、美国及格陵兰也有产出,岩体形成的时间多在20亿~25亿年前。

中国最早的前寒武纪地壳较集中分布在华北北部和东北南部,区内有辽吉、冀东、胶东各地知名的金矿床和铁建造型矿床,由于这些地区含矿变质岩系变质程度一般在角闪岩相以上,矿床特征也有一些不同的特点,所以直到近年来才确定这些矿床本质上仍可与世界绿岩带型矿床对比。此外,中国境内未发现大的含金砾岩和层状超镁铁杂岩,认为皆与中国古老地壳后期遭受到强烈构造变动有关。

二、与岩石圈板块构造运动有关的成矿区

板块构造是基于对大洋洋壳研究提出的一种全球构造运动的认识。所说的现代板块构造运动是指从距今2亿年开始的泛大陆的分裂和汇聚运动。人们认为岩石圈出现“板块”形式的运动机制实际上要早得多,很多人认为可能在20亿~18亿年即已出现板块形式的运动机制,首先是巨陆(Large continent)在18亿年后发生破裂,直到10亿年前再次合并成为一个全球性大陆,即超大陆(SuPercontinent,Rodinia),大约从9亿~8亿年开始,又一次经历破裂-汇聚旋回,到3亿~2亿年才逐渐合并为泛大陆(Pangaea)。每一次大陆汇聚的具体情况不同,但其运动学和动力学机制及特征是相似的。板块运动的演化包括裂谷作用、洋底扩张作用、俯冲作用和碰撞作用等阶段,在每个阶段发展过程的不同构造背景下形成相应的各具特色的成矿区带(图11-2)。

1.大陆热点裂堑、裂谷中锡、铀、磷灰石、铌、稀土、金刚石、铬、铜-镍、铂、钛-铁成矿区

地幔软流圈上涌导致了大陆地壳伸展变薄,表现出从热点到裂谷的演化,大陆壳上拱处的热点是大陆板块发生裂解机制开始的产物,裂谷以表现出强烈的岩浆活动、形成裂谷盆地和深部物质与能量的不断补给为特征。裂堑是裂谷带演化到陆内裂陷某个时期即停止再向前发展的一部分,如原来三叉式裂谷中的某一个分支。这类地区既有与岩浆和热液作用有关的矿床,也有与裂陷盆地内沉积作用有关的矿床形成的有利地区。

大陆内部热点以发育过碱性、碱性花岗岩株、环状岩体为特征,产有岩浆热液型锡矿,有的伴有铌;尼日利亚乔斯高原是典型的例子,时代为侏罗纪;北美洲东南部有晚元古代的类似矿床。

裂谷和裂堑环境中特征的矿床是与碱性杂岩和碳酸岩有关的铌、稀土、磷灰石、蛭石矿床,金伯利岩中的金刚石,以东非裂谷和南非为代表,成矿时代主要为中生代,也有晚元古代的。受大陆内裂谷系统控制,与大型基性超基性杂岩有关的矿床有铬、铜-镍、铂族、钒-钛-铁矿床,世界最大的矿床包括南非布什维尔德、津巴布韦大岩墙等。时代都是早元古代的。时代较新的裂谷地区很难见到这样规模的岩体,西伯利亚与三叠纪浅成岩和喷出岩有关的铁矿和铜镍矿床是有不同特点的另一例子。

裂谷地区有厚达万米以上的沉积物,在其中几种不同的沉积建造中有重要的沉积和层控矿床。碎屑岩-白云岩建造和沥青质页岩建造中有层状铜矿床,非洲大西洋边缘白垩纪层控矿床是其代表,可以与之类比的有欧洲二叠纪含铜页岩以及非洲中部晚元古代铜矿床。另一类矿床是热水沉积型铅-锌-银矿床,有加拿大沙利文、澳大利亚昆士兰的蒙特艾萨等中晚元古代的矿床、德国泥盆纪麦根等矿床。现代板块类似环境已知道的是贝努埃的脉状铅锌矿。此外,还有含镁碳酸盐岩系中的蒸发岩,如欧洲蔡希斯坦二叠纪盐岩和钾盐矿床,东非裂谷湖区有第四纪石盐、钾盐及菱镁矿沉积。

2.被动大陆边缘和大洋环境中的成矿区带

图11-2 板块运动的演化阶段及成矿区分布示意图

(引自朱上庆等,1997)

被动大陆边缘主要是由于洋底扩张而由陆内裂谷系演化而来的。初期的裂谷化边缘因沉陷形成陆架、陆坡而成为具被动边缘的洋盆,进一步的发展与活动的扩张中心和其两翼的构造作用有关。被动大陆边缘发展过程中主要的地质作用是伴随沉陷的沉积作用。有关的成矿作用类型有海侵序列中镁质碳酸盐岩层中的蒸发岩矿床,如南大西洋、红海,其时代为中新世;海进序列中的黑色页岩-燧石-白云岩组合中的磷块岩矿床,例如美国佛罗里达州中新世磷块岩矿床、秘鲁和非洲西部全新世的磷块岩矿床;还有一些地区有富金属黑色页岩,如南欧有中生代的,瑞典有寒武纪的。西欧侏罗纪浅海碎屑岩系中的鲕状褐铁矿岩大多是海退层序中形成的。在相关环境中一些埋藏很深的陆架碳酸盐岩中也有重要铅锌矿床,认为属大气降水或同生水热液成因,典型成矿区如美国密西西比流域,时代为寒武纪、石炭纪,在爱尔兰时代为石炭纪,南阿尔卑斯时代为三叠纪。

大洋环境中在洋中脊和大洋盆地能形成有特色的矿床类型。首先是洋中脊的块状硫化物(VMS)型铜、铁、锌矿床,如东太平洋洋隆的许多地点,形成时间为全新世。多数研究者认为它们与塞浦路斯白垩纪的块状硫化物矿床形成的地质背景相似。其次是大洋盆地中的含锰、镍、钴、铜氧化物和氢氧化物的结核和结壳,在大西洋、太平洋、印度洋都有分布,时代为全新世,至于是否有时代较早的相当矿床现在尚无定论。

3.与板块俯冲有关构造环境中的成矿区

洋壳沿毕乌夫带向大陆边缘或向大洋岛弧地带下的俯冲作用形成包括岩浆弧、外弧和外弧槽以及弧后的岩浆带及弧后盆地等相关的构造环境,常波及很大的空间,有关的岩浆和热液作用形成许多各具特色的成矿区带。

岩浆弧包括大陆边缘上的岩浆弧和大洋中的岛弧,发育钙碱性酸性、中性岩浆岩为特征,主要是安山岩或玄武岩、英安岩及火山活动中侵位的深成岩体。现代板块有关的岩浆弧最好的代表就是太平洋板块与美洲板块的边界及太平洋板块与亚洲板块的边界。岩浆弧带中主要矿床类型有:①与 I型花岗岩有关的斑岩型和角砾岩筒型 Cu、Mo矿床和Cu、Au矿床,南美安第斯山第三纪矿床和北美科迪勒拉山新生代和中生代的斑岩铜矿带是最好的例子。产于岛弧带中的矿床有菲律宾、巴布亚-新几内亚带第三纪铜金矿床。此外,有伊朗、我国西藏新生代—中生代铜矿带以及时代为古生代的阿帕拉契、哈萨克斯坦等地的矿床。②安山质破火山口中的碲金银矿及含金石英脉,如美国科罗拉多、斐济第三纪的矿床。③S型过铝质花岗岩中的锡-钨矿床,如东南亚锡矿带。④基性火山岩或安山质英安质火山岩中的锑-钨-汞矿床,如东阿尔卑斯。⑤基性火山岩中的磁铁矿-赤铁矿-磷灰石矿床,如智利拉科,有人认为其与瑞典基鲁钠铁矿可以对比。

海沟和外弧是洋底消减的地方。外弧是火山弧靠海一侧、海沟斜坡上升的高地,外弧与岩浆弧间有时有外弧槽相隔,其下降作用和沉积作用受岩浆弧与外弧两个蚀源区的影响,间接与俯冲有关。海沟沉积物,外弧复理石带中有通过构造侵位的蛇绿岩及滑塌层中的蛇绿岩块,可含有铬铁矿或块状硫化物矿床,如印缅山系缅甸外巽他的豆荚状铬铁矿。塞浦路斯块状硫化物矿床也有人解释是加积到外弧上的。一些含矿花岗岩体有人认为是侵位在外弧的,如日本西南部的含锡花岗岩。时代较老的有苏格兰高地早泥盆世花岗岩中的铀矿化和铜矿化。此外,某些复理石中有锑、汞、金矿床,如美国加利福尼亚海岸山脉。

弧后环境的成矿作用和成矿区也比较重要,弧后岩浆带与同时代的岩浆弧可相距数百千米。大陆上弧后岩浆带邻近地区常发育弧后冲断层带以及弧后挤压盆地,而岛弧的弧后岩浆带则发育弧后拉张盆地。典型的弧后岩浆带如玻利维亚第三纪火山弧、缅甸和泰国的白垩纪至始新世的花岗岩带,北美科迪勒拉山有白垩纪和早第三纪花岗岩等。弧后岩浆带中的侵入岩一般有富硅和过铝质的特点,并有硅质火山岩保存在侵入体之上。有关的矿床类型包括 S型花岗岩和火山岩中的热液型锡钨矿床,如东南亚锡矿带的西带,时代为白垩纪到始新世。玻利维亚锡矿区为中新世。岩体为大岩基的如美国爱达荷岩基,有关的钼、钨矿床为早第三纪。个别斑岩型铜(金、银)矿床也有人认为产于这种环境。中国东南部花岗岩带和西南部一些晚中生代侵入体有关矿床,一般也认为属弧后岩浆带产物。有些弧后冲断层带中还有热液型铀矿床。弧后挤压盆地碎屑沉积为主的岩系是形成钾盐的地带,如泰国呵叻高原白垩纪矿床。属于弧后引张盆地中的矿床有火山岩中的浅成热液金、银矿脉,如美国盆岭区的中新世矿床。

4.与碰撞带有关构造环境中的成矿区

碰撞是由于岩石圈的消减引发的。通过褶皱作用和压缩作用使岩石圈变窄,形成线状活动带,即造山带,往往伴随着一系列岩浆活动、中深至深成变质作用、逆冲断层及古洋壳的侵位等作用。有关的成矿作用也是多样的,可以发生在前陆盆地、前陆冲断层带、缝合带后陆边缘及山间盆地等。

与S型过铝质花岗岩有关的热液型钨-锡矿床产于前陆冲断层带,典型地区为喜马拉雅山脉第三纪的矿床,年代较早些的如马来西亚主山脉早三叠世矿床、英格兰南部早二叠世矿床。与 S型浅色花岗岩有关的热液型铀矿床,如法国中央地块泥盆纪矿床、纳米比亚晚元古代矿床。

在缝合带中的矿床有被逆冲上来的蛇绿岩中的豆荚状铬铁矿床(如阿曼白垩纪矿床)、块状硫化物铜、铁矿床(如纽芬兰奥陶纪矿床)。在缝合带变质岩中和后陆边缘区变质岩中有硬玉、软玉和宝石矿床,如缅甸一些地方的矿床。此外,比较重要的还有前陆盆地中的U、V、Cu矿床,如印度、巴基斯坦第三纪的矿床。

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