区域成矿谱系
区域成矿谱系是指不同地质时期形成的多个成矿系统与区域地质构造环境的发展演化和特定成矿区域成矿作用的阶段性演化之间的有序关联(翟玉生,1999)。
区域成矿谱系也可以广义理解,如“特定成矿区域的成矿演化历史和分布规律称为成矿谱系”、“为了简明地反映成矿演化特征,以成矿系列为基本单位是可行的和必要的”(陈玉川等,2001)。
(一)不同时期成矿系统之间的相关性
在区域和全球成矿的不同地质时期,不同成矿系统之间有许多不同形式的早晚对比:
1.继承转换关系(继承)
指在地质历史过程中,一个成矿系统被另一个成矿系统取代。即成矿物质是永远存在的,只是参与了什么样的成矿系统,随着时间、地点、条件的转移而变化。以铁矿石为例。太古代-早元古代为条带状硅铁建造(BIF)成矿系统(以磁铁矿为主),古生代演化为海相铁锰成矿系统(以赤铁矿为主)。当古BIF系统遭受区域性断裂-重熔时,它可以加入富铁熔融岩浆,形成中生代矽卡岩铁矿系统或火山-次火山铁矿系统。再如,原生金、锡、钛、金刚石等成矿系统在地表风化剥蚀后,可转化为各自的砂矿型成矿系统。
2.开裂关系(离散性)
在古地质时期,由于地幔和地壳结构简单,控矿因素简单,一些富含金属成矿元素的块体(或地幔柱)分解分异不强烈、不彻底,从而形成了能维持原有多组分共存的成矿体系。如南非克拉通(Bushveld地区)镁铁-超镁铁层状杂岩中的Cr、Ni、Cu、(Pt、V、Ti、Fe)成矿系统是世界上罕见的巨型成矿系统,具有巨大的经济价值。但这种包含多组分的成矿系统在后期地质历史中很少发现,推测可能分解为三个成矿系统:①与斜长石-正长岩有关的铁、钒、钛成矿系统;②与富钙镁质-超镁铁质岩有关的Ni、Cu、∑Pt成矿系统,③与镁铁质-超镁铁质岩有关的Cr(∑Pt)成矿系统。从这个推断的例子可以看出,在地质历史的长期演化中,某一岩层中成矿物质由复杂到简单的裂解演化方向是值得关注的。澳大利亚奥林匹克坝的中元古代Cu-U-Au-Fe-REE-F矿床也是古代多组分成矿体系的一个实例,在地质历史晚期是否有其热解产物也是一个有待探讨的问题。
3.复合叠加关系(复合叠加)
在某些成矿区(带),不同成矿系统之间存在早晚复合叠加关系。晚期形成的成矿系统往往叠加在早期形成的成矿系统之上,即时间上早晚和空间上重复,产生复杂的重组、改造和叠加。如粤北宝山多金属矿田,早期为中泥盆统海相火山-沉积型铁-铜金属成矿系统,晚期发育与燕山期硅铝侵入岩有关的热液型钨钼成矿系统。在矿田中部的次英安斑岩分布区,这两个成矿系统的叠加和重组十分明显。正是由于晚古生代火山-沉积成矿系统和燕山期岩浆-热液成矿系统的叠加,形成了大宝山矿田的多因复成模式。安徽铜陵铜官山、冬瓜山等层控矽卡岩矿床是沉积于石炭纪黄龙组(C2h)的铁硫石膏成矿系统与燕山期岩浆-热液铜钼金铁硫成矿系统复合叠加的结果。赣西北武山铜金矿床也是类似的复合成矿实例。
除上述实例外,白云鄂博稀土铌铁矿床成矿过程复杂,可能是中元古代裂谷沉积-岩浆作用和加里东期岩浆热液作用复合成矿的结果。
需要强调的是,中国广大地区都存在多旋回构造运动。由于构造演化的继承性,不同地质时期的成岩成矿系统在同一成矿带内重叠的机会较多。区域成矿往往具有多期复合的特点。这不仅产生了相当数量的多因矿床,而且造成了某些矿床成分和结构的复杂性和多样性,这也是形成大型矿床的重要条件。
(2)区域成矿谱系实例
1.例1:长江中下游区域矿床成矿谱系
长江中下游成矿带自晚太古代-早元古代以来经历了基底形成、盖层沉积和板内变形三个构造发展阶段。盖层阶段主要形成中元古代海岸沉积磷块岩系(肥东、宿松等地)。震旦纪至寒武纪地台沉积盖层阶段,主要形成菱铁矿-黄铁矿(硬石膏)成矿系列(如司门口、马家山硫矿和黄梅菱铁矿矿床)。该系列工业意义不大,但为成矿带主要成矿系列(燕山铁、铜、金、硫成矿系列)的形成提供了不可缺少的地层(岩性)。中生代初,扬子板块主体(东北缘)与大别地块对接,随后开始板内变形阶段。随着燕山期地幔隆起和地块运动,发生了强烈而广泛的岩浆侵位和火山沉积作用,形成了与同熔花岗岩类有关的燕山期热液铁、铜、硫、金成矿系列。该成矿系列在许多剖面上叠加于晚古生代沉积成矿系列之上,它们之间基本上存在着复杂的继承、叠加和转化关系,同时与同熔花岗岩及其成矿系列、碱性系列花岗岩(以苏州花岗岩为代表)及其伴生的铁、铌、钽成矿系列一起出现在宁镇东部,工业意义不大,但其派生的正长斑岩脉中的热液蚀变高岭土矿床具有重要的经济价值和悠久的开采历史。在长江中下游成矿带中,中元古代沉积磷块岩成矿系列分布在成矿带北缘变质岩区的地表。与燕山期花岗岩成矿系列和宁武玢岩铁矿铁、磷矿床系列是否有继承演化关系尚不清楚,在今后的研究工作中应予以重视(详见第五章实例)。
2.例2:桂北区域矿床成矿谱系(据陈玉川等,1995)。
桂西北以下的扬子准地台和华南褶皱系构造带分布在该区北部的江南轴上,出露元古代地层。最古老的基底地层鲍斯群是一套变质基性和超基性岩。火山岩系中有铜镍矿化层和层状电气石、锡石堆积层,最老年龄为241.2亿年,属元古代。江南轴是一条向南突出的广西弧形构造带,是加里东褶皱基底上的晚古生代海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积,经历了印支期造山运动。在河池-南丹地区,作为地轴的西南边缘,海西期形成断陷,沉积厚层复理石碳酸盐地层,印支-燕山运动形成紧密的线性褶皱,花岗岩侵入和矿化强烈。从元古宙到燕山晚期,随着构造运动形成了五个成矿系列(表3-19):与元宝山地区鲍斯期镁铁-超镁铁岩浆活动有关的铜、镍、锡成矿系列;宝坛地区与雪峰花岗岩有关的锡、铜及多金属矿床成矿系列:桂东北与加里东期花岗岩有关的钨锡矿床成矿系列:江南轴边缘与海西-印支期中酸性岩浆作用有关的铅锌硫矿床成矿系列;南岭地区与燕山期花岗岩有关的有色、稀有、稀土及铀矿床成矿系列。
(3)区域成矿谱系研究
(1)成矿谱系研究是区域性的,是对一个成矿区内各种矿床及其成矿作用之间内在联系的宏观历史研究。这种关系涉及面很广,作者建议将成矿系统演化作为成矿谱系学的基础研究内容,可以起到重要的勾勒作用。
(2)根据现有的成矿谱系文献,对成矿谱系进行了广义和狭义的研究。广义上是指某一地区地质成矿的整个演化历史,表现为成矿构造环境和矿床系列的差异。狭义的成矿谱系是指区域内相继的成矿系统之间的成因关系,即本文所提到的相继的成矿系统之间存在着成矿物质的继承、转化和转化以及矿床成因等成因“基因”。本文主张狭义的成矿谱系概念。
表3-19桂北地区矿床成矿系列基本特征
(3)研究狭义的成矿谱系,需要找出各成矿系统之间的内在联系(主要是成因联系)。由于地质演化后期地质作用对先存矿床和成矿系统的改造甚至破坏,成矿过程中许多环节的特征已经消失或接近消失,成矿历史信息不全,研究难度大。除了研究区域内地质构造环境的变化对成矿的控制作用外,还需要深入系统地研究矿石和岩石中的微量元素、稀土元素、同位素组成等各种示踪标志,探讨各种矿床系列之间是否存在成因联系。这是一项具有全局性的综合性研究,是区域成矿研究的高水平课题。
(4)区域成矿谱系研究是一项复杂的工作,不仅对于新开辟的成矿区(带),而且对于研究水平较高的成矿区(带),都需要反复探索,不断深化。全面认识区域成矿谱系需要整个地球系统科学的不断完善。