成矿时代和地质历史中的成矿演化

长期以来，人们把成矿时代看作是地质历史上若干个有利于矿床形成的特殊时间阶段，并首先与地质历史上的重大造山旋回联系在一起。20世纪六七十年代，板块构造理论提出，前寒武纪地质研究取得重要进展，为此时的一些矿床学家认识地质历史中各种矿床的不均衡性带来了重要突破，形成了地球历史中成矿作用是随着地质环境的演化而演化的认识。这种认识大致可以概括为:①许多矿床都有其特殊的地质时代，如镍、铬、铁、金等，都是在太古代和早元古代形成了巨大的矿床，而钨、锡、汞只是在中新生代才出现广泛而重要的堆积；(2)一种金属或非金属矿石在不同的地质年代可能以不同的形式富集，形成不同类型的矿床，以铁最明显，铜、铅、锌和铀也是如此。③在地球发展史上，矿床的类型随着时间的推移而演变，原有的一些类型可能发生了变化甚至消失，但又被新的类型所取代，呈现出由简单到复杂的总体发展趋势(图11-1)。如磷块岩、盐类矿床开始出现于晚元古代或显生宙，重要的斑岩铜矿床主要在中新生代。(4)地质历史上有4个时期，即太古宙与元古代之间约2500Ma，早元古代与显生宙之间约1800 ~ 2000 Ma，元古代与显生宙之间约600Ma，早古生代与晚古生代之间约400Ma。在这四个时期，地球上的矿化和矿床类型发生了显著的变化。

太古宙只有一层薄的原始地壳，其总成分是基性的，接近上地幔。薄而不稳定的地壳容易破裂，频繁发生强烈的火山活动，产生大量拉斑状火山岩。在地表热通量高、地温梯度大的条件下，广泛发生低压区域变质作用，形成绿岩带。玄武岩浆喷发时，能带来地幔中富含的多种金属。相关成矿作用主要包括与火山岩密切相关的火山热液型铜、锌、金矿床和沉积型铁(锰)矿床，以及与基性侵入岩或喷出岩有关的岩浆型铜镍矿床。绿岩带附近的一些花岗岩可能形成含稀有金属的伟晶岩。一般来说，存款种类较少。

元古代地壳的成分和性质发生了很大变化。元古代大陆地壳逐渐增生增厚约20公里，形成稳定的基底。富钾花岗岩广泛发育于大陆地壳上部，地壳中也形成了“玄武岩层”和“花岗岩层”两层。当时大陆地壳相当均匀，在广阔的大陆架上开始形成长石砂岩、石英岩、砾岩和碳酸盐沉积岩。火山活动集中在一些孤立的原始地槽中。这一时期重要的成矿作用是大型克拉通盆地中的含金铀砾岩，金来自太古宙绿岩带中的火山岩。还有广泛分布的条带状硅质岩建造(BIF)，含矿岩系为极厚的沉积岩系，很少或没有火山岩。有与火山活动有关的含硼建造，菱镁矿和滑石矿床明显与硅质白云岩有关。此外，太古宙至中元古代的成矿作用以岩浆Cr、Cu-Ni、Pt金属矿床为特征，这些矿床产于幔源镁铁质和超镁铁质岩石中，这些岩石与稳定克拉通断裂并沿巨型断裂系统侵入。从元古代到中元古代，界线约为1800 ~ 2000 Ma，是地球表面化学条件发生显著变化的时间。此时海水由于绿藻的繁殖，氧气过剩，进入大气。在古元古代，由于大气和水圈缺乏游离氧，金铀砾岩中未氧化的黄铁矿、铀碎屑和碳不再出现在沉积物中。条状硅铁的构造也有很大的减少。1700Ma左右，最早的红层出现，随后形成了大量以沉积岩和早期硫酸盐蒸发岩矿床为主的层状铜铅锌矿床。新元古代开始出现沉积赤铁矿矿床。

图11-1主要矿床类型演化关系。

(据哈钦森，1983)

前寒武系与寒武系的界线在600Ma左右，开始进入以大量生物为特征的显生宙。显生宙以来，地壳运动表现出典型的板块构造体系，大规模的板块运动是由大洋地壳的再循环驱动的，产生了大陆边缘周围的火山岛弧、以断层为边界的弧后盆地和广阔的陆表海。显生宙不仅具有与太古宙和元古代相似的成矿类型，而且由于增生板块机制和硅质岩浆的极度发育，还具有以前从未出现过的新的成矿类型。矿床类型趋于多样化和复杂化，包括镁铁质侵入岩中的岩浆矿床、火山岩中的热液矿床和热液矿床、沉积岩中的沉积矿床和层控矿床以及与花岗岩类有关的热液矿床。自古生代加里东期以来，火山块状硫化物矿床(VMS)已成为各时期造山带中的主要矿床类型，包括富铜矿床和富铅、富锌矿床。在这些成矿区的超基性岩中，还有不同规模的岩浆铬铁矿床。虽然在一些古生代褶皱带中有斑岩铜矿，但中新生代斑岩铜矿已成为最重要的铜矿类型。此外，与花岗岩有关的钨、锡、钼也在海西至中生代发展到成矿高潮。显生宙也有一个矿化显著变化的界线，即400Ma左右的早古生代和晚古生代之间。早古生代沉积物中有机碳增加，生物碎屑碳酸盐岩、黑色页岩和硅质岩广泛发育和分布。其中常产磷块岩，还有以碳酸盐岩为容矿岩石的铅锌矿。晚古生代地壳进一步增厚，大陆逐渐扩张，生物活动从海洋向陆地迁移，大陆地质和陆生生物对成矿的影响凸显。与此相关的矿化有煤、石油、褐铁矿、菱铁矿和铝矾土，以及典型的陆相红层中的铜、铜钒铀。