控制大型、超大型矿床形成的大型构造特点

如题所述

由大规模成矿作用形成的大型、特大型、超大型矿床及其矿集区,由于对人类社会发展和经济建设的特殊重要贡献,对其成因和分布规律的研究已引起地质矿产专家的广泛重视。超大型矿床为数很少,且其成因相当复杂。目前讨论较多的是造成矿质超量富集的因素及超大型矿床的形成条件。翟裕生等(1997)归纳为成矿因素的良好匹配、多重分异富集成矿、成矿系统的复合与叠加、特定的地球化学省、全球背景(事件)说等五种观点。它们彼此并不矛盾,是相辅相成的,都有一定的事实依据,从不同的角度和侧面来试图说明超大型矿床的成因。可以认为,超大型矿床的形成是各种成矿因素优化组合的结果,成矿需要长时期的多重富集作用。特定的地球化学省常是产出大型-超大型矿床的重要前提条件,而地史上全球性重大事件是导致形成某些类型超大型矿床异常发育的背景条件,从而造成超大型矿床对地质时代的偏在性。

表6-1 中国前寒武纪大地构造演变与大规模成矿作用

大型构造的规模大,贯通性强,一般具有长期活动历史,是决定一个区域中地质构造基本格局的根本因素之一,也是导致各类有关成矿物质大规模分异和富集,形成大型、超大型矿床的基本条件(翟裕生等,1997)

根据中国前寒武纪大型、超大型矿床的分布规律及其矿床的有关地质因素的描述和总结,我们同样认为一些大型构造是形成大型、超大型矿床的基本条件。因为,中国前寒武纪大型、超大型矿床无一例外赋存在以一定的大型构造为地质构造背景的成矿区(带)中。在具有长期活动演化历史的大型构造中产出了不同类型的超大型矿床组合,例如,在古元古代裂谷式大型构造的发展不同阶段中,形成了超大型-特大型硼、铁矿、大型-中型铅、锌矿、超大型菱镁矿、滑石矿。正因为大型构造是全球重大事件的产物。它是特定的地球化学省背景下,成矿因素的最佳匹配、成矿系统的复合与叠加的场所。正如翟裕生等(1997)所指出,大型构造在超大型矿床形成中,具有“覆盖”、“驱动”、“传输”、“纽带”、“聚矿”、“催(活)化”、“热动力源”和“多发性促成多重富集”等功能。

根据中国前寒武纪的大型、超大型矿床的地质特征(见表2-1)统计,它们主要产出在陆核边缘岛弧构造带、裂谷构造、陆块边缘克拉通盆地等大型构造内。

1.陆核边缘岛弧构造带

正如第一章第二节所阐述,华北太古宙克拉通是由弧形绿岩带所围限的若干陆核所组成。弧形绿岩带代表岛弧构造环境。太古宙,尤其是新太古代大型、超大型矿床主要产出于陆核边缘岛弧构造带内。例如,在华北陆块的东侧产出的辽宁鞍山阿尔戈马型超大型铁矿、清原VHMS型大型铜、锌矿、吉林桦甸绿岩带脉型大型金矿分别产于辽吉陆核的北缘、西南缘,从鞍山东南经清原、桦甸至和龙分别由北西向、北东东向最后又变为北西向,构成一个环形构造带中(见图1-12)的鞍山本溪绿岩带、清原绿岩带、夹皮沟绿岩带、板石沟绿岩带和金城洞绿岩带内。

辽宁鞍山阿尔戈马型大型、超大型铁矿产出于鞍山绿岩带形成的晚期,分异作用较强的基性火山旋回中。铁矿层赋存在绿岩带原岩建造的上部。经后期多次的变质变形作用的改造,呈以同斜紧闭相似型和不协调型为主的复杂褶皱层产出(见图2-4),从整体产状上看,它们和围岩绿岩一起构成大小不等的残块状,呈弧形散布在太古宙花岗质岩石中。

辽宁清原VHMS型大型铜、锌矿,矿化带分布往往与绿岩带的展布特征相一致,而且在绿岩带的褶皱转折处矿化程度最高(沈保丰等,1994a)。红透山大型矿床内矿体从整体上看呈似层状产于清原绿岩带上部的长英质火山-沉积岩内,但其分支复合,膨胀收缩现象明显,有时还见有支脉穿切围岩。因此一般认为该矿床的成因,是绿岩带火山-喷气热液沉淀和构造富集双重作用的结果。原始堆积的硫化物层受变质-变形作用的影响,和围岩一起变形,并且发生了塑性流动,最后重就位于叠加褶皱的轴部和韧性剪切带中,形成了现在所见的大型矿床。

吉林桦甸绿岩带脉型大型金矿是产在绿岩带中的石英脉型大型金矿,矿床赋存于夹皮沟太古宙花岗岩-绿岩带与高级区之间的绿岩带一侧,受韧性剪切带控制。绿岩带、钾质花岗岩、韧性剪切带和金矿带构成一体,呈北西向展布。夹皮沟金矿带的矿床和矿体,毫无例外地受大型韧性剪切带构造控制。带内发育大量的糜棱岩系列岩石和形态复杂的褶皱、密集的片理、强烈的退变质和大中小一系列金矿床。根据韧性剪切带波及的钾质花岗岩锆石U-Pb年龄2473.75Ma(戴薪义,1990),推测韧性剪切带主要形成于古元古代的构造事件。根据含金石英脉与糜棱岩之间的关系和脉中显微构造研究成果(沈保丰等,1994b),含金石英脉的就位期晚于剪切带强应变带形成时期,是在韧性剪切作用的后期,由韧性向脆性转化阶段形成的。是脆-韧性剪切带的构造型式控制了大型金矿的产出。

由此可见,上述太古宙三种不同类型大型、超大型矿床产出,共同受到围限于陆核边缘的绿岩带和强烈变质-变形作用造成的褶皱构造、大型韧性剪切带的双重控制。不同类型矿床原始定位于绿岩带的不同层位的原岩建造中,最终分别就位于复杂的弧形褶皱构造和韧性剪切带中。

2.裂谷构造

元古宙,特别是古、中元古代以来发生的大规模成矿作用与裂谷作用密切有关。Ⅲ级成矿带的分布,较多以裂谷带为构造背景产出。成矿带的规模、矿床类型、成矿系列的差异取决于裂谷构造的类型、规模、构造型式、岩浆活动、沉积作用及其深部构造特征。大型、超大型矿床都是产于Ⅲ级成矿带内,裂谷构造内一些大型构造,如同生断层、火山机构、岩浆核岩构造、洼地等控制了大型、超大型矿床的产出。

(1)华北陆块内古元古代辽吉裂谷

华北陆块内古元古代辽吉裂谷是古元古代发生大规模成矿作用的重要场所之一,它是Ⅲ-12成矿带分布的制约构造。

在辽吉古元代裂谷发育期,即从太古宙克拉通拉张裂解-快速沉降火山喷发堆积-慢速沉降堆积,到回返挤压收缩上隆,又拆沉的过程中出现一系列成矿作用。在裂谷拉张裂陷堆积阶段,在不同的古地理、古构造环境下,最主要的是形成了为后期的成矿作用提供矿源及成矿场所的矿源层,其次是与非造山岩浆活动地质作用有关的成矿作用;在裂谷挤压造山阶段,由于构造体制的转换,经区域变质、变形、岩浆活动等构造热事件影响下,以不同矿源为物质基础或成矿就位场所,形成不同矿床成因类型组合,从而构成不同的成矿系列。因此,一个成矿系列与裂谷构造环境的演化有着对应关系。表6-2列举了古裂谷演化各个阶段出现的成矿系列特征。

(2)中条古裂谷演化和铜矿床密集区

中条山地区古元古代铜矿床密集区的形成和裂谷的发生、发展有紧密的成因关系。在初期拉伸破裂阶段,在古陆的浅海盆地的边缘,在浅海相泥质-半泥质沉积建造中,经历多期次的构造变形,受韧性剪切褶皱带的控制,形成以铜凹-山神庙为代表的横岭关型铜矿床;在早期拉张裂陷阶段,在裂谷的凹陷部位,以基性火山岩为代表的海相火山活动强烈,在伸展构造带内,形成落家河型铜矿床;在裂谷凹陷盆地进一步发展,中酸性火山活动十分发育,并伴有超浅成的酸性次火山岩,经区域变质变形,形成铜矿峪型铜矿床;在中条裂谷演化到晚期拉伸裂陷阶段,在次级断陷盆地内,在潮坪-海湾相的沉积环境,在经历了剧烈的构造活动,有深部上涌的火山物质的参与,在有利构造部位形成了胡-篦型铜矿床。在同善天窗内,中条裂谷从初期拉伸破裂阶段向早期拉长裂陷阶段演化过程中,形成在石英岩中的铜疙瘩等变砂岩型铜矿点,在基性火山岩中的猪草沟铜矿点和产在大理岩中铜矿化,在落家河天窗内,形成在基性火山岩中的落家河铜矿床。需要指出的,本区处于铜的地球化学块体,在不同地质历史演化过程中的不同类型地质作用都可能形成铜矿,因而区内主要在古元古代中条裂谷内形成规模较大的铜矿床,而在新太古代洓水花岗岩-绿岩带内也有白峪口铜矿床,在中元古代西阳河群中芦家坪铜矿床甚至在北部塔儿山-二峰山矽卡岩型铜矿床。

3.裂谷中的同生断层构造是控制大型、超大型矿床形成的大型构造

同生断层是裂谷等伸展构造环境中一种基本结构要素。世界上对很多矿床实例研究成果表明,同生断层系统控制热水沉积成矿的现象很普遍。认识到在形成铅锌元素大量高度富集的矿床过程中,成矿盆地中的同生断层起了十分重要的作用。同生断层是裂谷内有利成矿部位,是控制矿床空间展布和定位的主导因素。同生断层在成矿过程中,对于热液的驱动作同、输导作用、排泄作用和矿质堆积作用,都说明它是形成热水沉积矿床(Sedex型、VHMS型、MVT型)的必要因素。

表6-2 辽吉古元古代裂谷发育阶段的成矿系列特征简表

根据冯本智等研究(1998),辽吉地区古元古代大型-超大型硼矿床的主要形成条件,是地壳裂谷作用中发生的同生断层作用。根据冯本智等研究(1998),辽吉地区硼矿床产于辽吉裂谷中古元古代岩群(辽东的辽河群、吉南的集安群)下部,构成东西到北东向分布的著名元古宙硼矿带,全长约400km,最大宽近160km。硼矿床主要分布于裂谷轴部凹陷带内,凹陷带夹持于盖县-岫岩-永甸深断裂带、大石桥-隆昌-草河口-桓仁深断裂带之间,后者起了同沉积断层构造的作用。轴部凹陷带内所分布的变质岩系,以里尔峪组为主,其原岩由富硼的基性-酸性火山岩组成,并夹有粘土质岩、富镁碳酸盐与热水沉积岩。

同生断层的控岩、控矿作用主要表现在下列几方面:①控制裂谷内含硼断陷盆地及热卤水成矿盆地的形成。含硼岩系中产出的工业硼矿床较集中地分布于四个区内,包括辽东的营口、凤城、宽甸与吉林的集安地区。这种分布格局,应与裂谷海槽内(相当Ⅰ级盆地),至少存在四个次一级火山-沉积断陷盆地(Ⅱ级盆地)有关。裂谷带被拉张后形成海槽,海槽演化过程中在其内部受东西向与近南北向深断裂的影响,控制了断陷盆地的产生。断陷盆地含硼岩系中硼的矿化虽广,大型-超大型矿床分布局限,它应形成于更次一级的对成矿有利的盆地(或称热卤水成矿盆地)内,相当三级盆地,沿此种成矿盆地中的断裂,分布有与火山活动有关的热泉和喷气孔群,有利于硼矿床及热水沉积岩的形成。因此断陷盆地内主要受断裂控制的局部的次一级热卤水成矿盆地,是形成大型-超大型硼矿床的重要条件之一。②控制成矿盆地的同生断层构造,成为来自深部成矿物质的运移通道。③控制成矿盆地的同生断层长期不断动,保证盆地中得到深部含硼热卤水的不断的补给,有利持续不断地沉积硼酸盐,形成厚大的矿层。

内蒙古狼山多金属矿带的产出,受控于中元古代狼山-白云鄂博裂谷内的同生断层构造系统。东升庙铅锌硫矿、甲生盘铅锌矿是同生断层控矿的典型实例(翟裕生等,1997,2002)。

内蒙古狼山多金属矿带位于华北陆块北缘西段,西起狼山,东至渣尔泰山,长340km,南北最宽处100km,主要出露一套中元古代浅变质岩系,称渣尔泰山群(狼山群)。渣尔泰山群中赋存有霍各乞、东升庙、甲生盘和炭窑口四个大到超大型铜铅锌硫矿床。

从地质、岩石、地球化学、同位素地质等多方面得到确认,表明渣尔泰山群是在古元代末,克拉通边缘拉张构造的产物,属于裂谷环境。渣尔泰山群中矿床均为层控Sedex型矿床。对东升庙矿床中同生断层的研究(江晓庆,1994),含矿地层岩相(性)的突变、矿体厚度的突变、层间砾岩、滑塌角砾岩的存在、角砾状矿石的存在等都是同生断层活动的结果。同生断层活动对成岩成矿起到控制作用。矿区以海底同生沉积-喷气热液成矿为主,由于近EW向同生断层的长期及间歇活动,海水下渗加热形成环流,由深部带上大量成矿物质,沿同生断层喷溢出,并在局部洼地中沉积堆积,形成以锌、硫为主的多金属硫锌铅铜矿床。

4.陆块边缘古岛弧带内侧盆地

南华纪是中国主要成锰时代之一。中国南华纪锰矿分布较为集中,主要有两个成矿带:位于扬子陆块北侧的城口锰矿带和位于扬子陆块东南侧的松桃-湘潭锰矿带。这两个锰矿带分别沿扬子陆块北侧和东南侧晋宁期古岛弧带分布。在晋宁期,华南洋和秦岭洋分别从南、北向扬子陆块俯冲,并发育有对应的沟弧盆体系,东南侧古岛弧沿九岭-雪峰山一带分布(杨巍然等,1986;王自强等,1986;刘宝王君等,1993),北侧古岛弧带沿宁强西乡一带分布(陶洪祥等,1993)。晋宁运动后,由于大洋板块的消失,扬子陆块分别与华夏陆块和华北陆块发生拼贴碰撞(刘宝王君等,1993),雪峰古岛弧和宁强-西乡古岛弧与扬子陆块连成一体,成为扬子大陆边缘带。作为刚刚固结的陆壳,在南华纪,古岛弧带地壳厚度小,呈现出过渡地壳的特征,位于古岛弧内侧的盆地,构造性质相对稳定,为锰矿质的沉淀富集提供了场所。位于古岛弧外侧盆地,构造性质相对活动,海底火山活动,热水活动频繁,为锰矿的形成提供了物质基础。在南华纪的间冰期,海平面上升,晋宁期古岛弧带基本位于海平面以下,水下古岛弧具有一定的障壁作用,形成了许多局限-半局限还原海盆地。古岛弧带靠近大陆一侧为富氧的浅水海盆,另一侧为缺氧的深水海盆,因而岛弧带是一个海水化学性质剧变带,极有利于锰质在这一化学屏障带中发生沉淀富集(朱恺军等,2001)。

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