碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制.pdf

书书书碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制?罗照华?卢欣祥?陈必河?黄凡?杨宗锋?王秉璋? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ??? ?? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ??中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室? 北京????????? ?? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??????????? ??? ?? 收稿? ????? ??? ?? 改回?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ???? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ?? ??? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ?? ?? ?? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ????????? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ??? ??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ?? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? 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在同碰撞构造阶段?伴随着幔源岩浆的底侵作用?深部流体和幔源岩浆所含的成矿物质被注入到岩基岩浆中?与从岩基岩浆源区萃取的成矿物质汇聚在一起?一部分受岩基热的驱使上升成矿? 由于流体中成矿元素的浓度强烈依赖于压力?另一部分成矿元素则滞留在难熔残余中形成新的矿源层? 当发生岩石圈拆沉作用时?由此矿源层部分熔融形成的斑岩岩浆将相对富含成矿物质?导致碰撞造山带第二次成矿作用大爆发?关键词??碰撞造山带? 斑岩型矿床? 深部过程? 岩石圈拆沉作用? 矿源层中图法分类号??? ???? ???? ? ???? ??????? ????? ????? ???????? ????? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ??岩石学报?国家重点基础发展规划项目?????? ? ??????? ?国家科技支撑计划重点项目?????? ? ? ??? ???和河南省地质矿产重大科技攻关计划项目???????资助?第一作者简介? 罗照华????? ? ???教授?博士生导师?矿物岩石矿床学专业?火成岩岩石学?岩浆活动与成矿作用?区域岩石大地构造研究方向?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ?? ?? ? ??? ? ???近年来?西藏冈底斯带斑岩型矿床找矿工作取得了巨大的进展?曲晓明等???????不仅使冈底斯带具备了成为我国又一个大型矿产资源基地的潜力?也迫使学者们重新思考斑岩型矿床的成矿模型?? ? ? ? ? ?? ? ? ????? 芮宗瑶等???????斑岩型矿床的蚀变特征?矿化形式和共生岩浆活动具有广泛的相似性?因而 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ??????提出的成矿模型至今仍被广泛作为理解斑岩型成矿作用的基础?? ? ? ?? ? ?? ??????? 斑岩型矿床一般与岛弧或大陆边缘弧联系在一起?聂凤军等???????俯冲带流体因而被赋予了重要的成矿意义? 随着青藏高原南部和东部斑岩型矿床的深入研究?碰撞造山环境的斑岩型矿床逐步得到确认和强调?? ? ? ? ? ?? ? ?????? 孟祥金等?????? 罗照华等?????? ??甚至认为斑岩型矿床的形成贯穿了从洋壳俯冲到陆? 陆碰撞造山的全过程?芮宗瑶等??????? 然而?对于碰撞造山带斑岩型矿床形成的机制?侯增谦等??????依然知之甚少?有必要进一步分析?本文的目的就是以冈底斯斑岩型成矿带为例?试图通过分析同碰撞岩基带和后碰撞斑岩的成因联系?为碰撞造山带成矿作用提供深部过程约束???斑岩型矿床与岩基带的关系冈底斯岩基带是印度? 亚洲大陆碰撞造山的结果? 自从芮宗瑶等??????提出?雅鲁藏布江斑岩铜? 钼? 矿成矿带?以来?区域找矿和成矿理论研究取得了重要的进展?曲晓明等????????一个超千万吨级的斑岩铜矿勘查开发基地已经初步形成??郑有业等??????? 地质学和同位素年代学研究表明?图 ???冈底斯斑岩铜矿带成矿期斑岩形成于 ??? ? ???? ?? ? 之间?侯增谦等???????与岩基带形成年龄??? ???? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?????相差约 ?? ? ??? ? ? 这表明斑岩型矿床形成于岩基带基本冷却之后?被认为是印度? 亚洲大陆后碰撞地壳伸展环境的产物?侯增谦等?????? 李光明和芮宗瑶???????可以与青藏高原的隆升过程相对应?芮宗瑶等??????? 但是?冈底斯带也有与岩基带形成时代大致相同的铜金矿床???? ?? ? ?? ?? ? ?徐文艺等?????? ??? ? ? ?? ?? ? ?张刚阳等????????曲水岩体中含铜暗色微粒包体等含矿现象的存在也证明了同岩基成矿作用的可能性?罗照华等?????? ?? 因此?冈底斯带从同碰撞到后碰撞可以划分出两个成岩成矿时代??? ? ??? ? 和 ?? ? ??? ? ??其时间间隔大致为?? ? ??? ? ?亦即既有同碰撞成矿作用?也有后碰撞成矿作用?图 ? 展示了冈底斯带 ?? 个成矿年龄的统计结果?显示实际成矿年龄分布要更复杂一些?除了雄村铜矿和吉如斑岩铜矿之外?其他大约在 ??? ? ???? ? 和 ??? ? 左右出现了三个峰值?图 ??? 由于单一成矿作用事件的持续时限一般不超过 ?? ? ?侯增谦等?????? 莫济海等???????图 ? 所示的成矿年龄分布特征实际上反映了冈底斯带成矿作用的时空不均一性? 但是?成矿作用与岩基形成时间有一个明显的时间间隔??? ? ??? ? ?则仍是一个基本事实? 这个时间间隔对于古造山带来说可能不容易识别?但在冈底斯带却可用于详细分析构造? 岩浆? 成矿过程的时间? 事件序列?曲晓明等??????的最新研究成果表明?冈底斯斑岩铜矿带含矿斑岩中可以识别出三个阶段形成的锆石?其 ?? ? ? ? ?? ? ? ? 年龄分别为 ??? ? ??? ?? ? ???? ? ??? ?? ?和 ??? ? ??? ?? ? ?认为它们分别相当于残留?变质?岩浆 ? 种类型的锆石? 据此?提出了一个冈底斯斑岩铜矿带的形成模型? ?? ???? ? 前印度与亚洲大陆碰撞期间发生幔源岩浆底侵作用?形成了含矿斑岩的源区? 约 ??? ? 前?由于软流圈物质上涌?同时造成了底侵镁铁质岩石部分熔融形成含矿岩浆和地壳快速隆升? 约 ??? ? 前?伴随着高原南部地壳隆升后的伸展塌陷?含矿岩浆侵位?形成了冈底斯斑岩铜矿带?曲晓明等??????? 注意到所发表的锆石 ? ?图像特点?明显的岩浆型振荡环带?和 ? ?? ?比值?远大于 ?? ???这类样品可能都属于岩浆型锆石?? ?? ? ? ? ?? ? ? ?????? 冈底斯带埃达克质小岩体形成于 ?? ? ??? ? ?? ????? ? ?? ? ? ??????因而曲晓明等??????将约 ??? ?的锆石归属为变质锆石未必合理? 梁涛等??????和薛春纪等??????未发表资料?也提供了类似的证据?表明火成岩中的岩浆锆石未必都是本期岩浆活动的产物?但非同期锆石未必就是变质锆石? 尽管如此?含矿斑岩中存在三种不同形成时间的锆石则是一个基本事实?问题在图 ??冈底斯带斑岩型矿床成矿年龄分布图测试数据取自芮宗瑶等???????莫济海等???????曲晓明等????????????林武等???????孟祥金等?????? ????侯增谦等???????江思宏等???????王亮亮等???????王治华等??????? ? ? ? ? ?? ??? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ??? ? ??? ?? ? ? ? ?? ?? ? ?? ?? ? ?? ? ????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ??岩石学报????? ??????张刚阳等? ????? 西藏吉如斑岩铜矿含矿岩体锆石激光 ? ? ? ? 年龄????? 年全国岩石学与地球动力学暨化学地球动力学研讨会论文摘要于如何揭示与其相对应的地质事件以及这三个地质事件是如何联系在一起的? 为此?需要对区域岩石圈结构演化进行分析?见下文??需要指出的是?虽然我们不完全同意曲晓明等??????的解释?对其提供的证据却非常欣赏? 这些证据表明?虽然含矿斑岩与岩基的产出空间相似?岩基岩浆本身与晚期的斑岩型矿床无关?但岩基的形成过程可能为斑岩型矿床的产生奠定了基础? 对于冈底斯斑岩铜矿带来说?含矿斑岩出露在与岩基类似的海拔高度上?表明曾经发生过同岩基隆升或岩基形成后?斑岩形成前发生过区域隆升剥蚀? 由此推而广之?对于大多数造山带来说?即使真的发生过同岩基成矿作用?如雄村铜矿??所形成的矿床也已经被剥蚀殆尽?这也可能是大部分矿床与小体积岩浆岩有关?汤中立和李小虎??????的原因之一???冈底斯带新生代岩浆活动的深部过程深部过程被广泛认为是浅表地质过程的控制因素?不能直接观察? 因而有关深部过程的理解常常出现重大分歧?同一种现象可能有不同的解释? 从岩浆活动的角度来考虑问题?对深部过程的理解首先应当以地球物理测深成果为依据? 一个地区现今的岩石圈? 软流圈系统结构特征主要是最近一次最强烈构造岩浆活动的产物?因而火成岩成因研究可以揭示现今岩石圈结构状态的形成原因? 同时?岩浆起源条件分析还可以对岩浆活动之前的岩石圈结构状态进行推测?由此可见?火成岩成因研究是追索区域岩石圈结构演化的重要途径?对于青藏高原来说?利用火成岩研究推测深部过程有两个重要的边界条件?一个是现今的岩石圈? 软流圈系统结构?另一个是大陆碰撞时的系统结构? 无论是从大陆碰撞开始往后还是以现今岩石圈? 软流圈结构状态往前?如果能够较好地再造所有的岩浆过程?这种正演或反演工作就应当认为基本是成功的?罗照华等??????????? ?? 同时?也必须深入理解岩浆起源?侵位和岩浆作用过程?罗照华等?????? ?? 冈底斯带现今岩石圈结构的特征是厚壳薄幔?地壳厚度为 ?? ????? ?其中 ?? ? ????深度存在高速下地壳?软流圈平均深度为 ????? ?赵志丹等??????? 此外?中下地壳广泛存在低速高导层??? ? ? ? ?? ? ? ????? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ???????? ??现今岩石圈的岩石学结构岩石圈包括地壳和软流圈之上的地幔部分?其底界面可以由热传导地温曲线与地幔绝热地温曲线相交的深度来定义?陈凌等???????岩石圈各圈层的物质组成则可以根据其物理性质和实验岩石学资料来定义? 假定软流圈顶面的温度为 ??????现今冈底斯带岩石圈厚度取 ????? ?如果忽略地壳生热元素的影响?按线性传热方程估算?该区的地热梯度大致为???? ?? ?图??? 该地温曲线与对流地幔地温曲线相交于石榴石相稳定区?按此地温曲线?软流圈的物质组成应当是由石榴石二辉橄榄岩组成?其含水量不应当高于 ???? ??? ?? 考虑到软流圈中可能还有少量熔浆存在?若取软流圈含 ?? ?? ? ? ??? ?则地幔橄榄岩部分熔融程度不会超过???而岩石圈地幔则应当是更?干?的石榴石橄榄岩?沿着该地温曲线?约 ????处介于干玄武岩和饱和水玄武岩固相线之间? 由于下地壳深度上没有发现存在熔体的证据以及??? ? ????深度存在高速下地壳??可以推测加厚下地壳底部应当是接近于干体系?直到 ????深度?整个下地壳都应当是?干?的镁铁质岩石? 按照这个热结构模型?英云闪长岩也不是下地壳的主要构成?至少在 ????以下不存在含水的英云闪长岩? 因此可以推测??? ? ????为基性麻粒岩??? ? ????为榴辉岩相镁铁质岩石?其中地壳底部??? ????? ?至少存在一个拆离带?该模型不能解释中下地壳存在低速高导层??? ? ????及?? ? ???? ??? ? ? ? ?? ? ? ?????的问题?即使认为中下地壳由花岗质岩石构成也是这样? 为了与大地电磁测深成果相吻合?要求有深部流体的异常上升?热对流??而不是稳态热传导? 但是?如果有深部流体的参与?即使中下地壳由英云闪长岩组成也可以发生部分熔融形成岩浆?图 ???图 ??冈底斯地区岩石圈结构解释图熔融 曲 线? ?? 饱 和 水 花 岗 岩 固 相 线 ? 据 ? ? ? ? ??? ? ?? ?? ??? ? ? ? ? ? ?? ??????? ?? 饱和水英云闪长岩固相线? ?? 角闪石分解曲线? ?? 英云闪长岩脱水熔融曲线?以上曲线据 ? ? ? ? ??? ? ?? ? ??????? ?? 饱和水玄武岩固相线?据 ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???????转引自 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??????? ?? 干 玄 武 岩 固 相 线 ? 据? ?? ? ?? ? ???????转引自 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??????? ?? 亏损地幔橄榄岩熔融体系?据 ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ???????其中左边的粗实线为饱和水橄榄岩固相线? 右边粗实线为干橄榄岩固相线?蓝色细线为不同水活度条件下橄榄岩固相线?棕色虚线为地幔橄榄岩绝热底辟上升曲线?基于 ?????深度软流圈顶界温度为 ?????和绝热底辟温度梯度为 ?? ??? ?? ??黑色点线为估算地热梯度的地温曲线? 说明见正文? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ?? ? ??? ? ????罗照华等? 碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制因此?可以认为冈底斯带现今岩石圈结构从下到上依次由地幔橄榄岩?榴辉岩相镁铁质岩石?麻粒岩相镁铁质岩石和英云闪长质岩石组成? 上地壳?花岗质岩石?温度太低?不具有形成岩浆的潜力?因而不是本文讨论的范围? 以下?我们将依此岩石圈结构剖面为基础来反演岩浆活动对冈底斯带岩石圈演化的贡献?图 ??图解含矿斑岩形成过程? ? 岩石圈拆沉作用与软流圈上涌? ?? 残留岩石圈的穹状伸展? ? ? 榴辉岩相镁铁质加厚下地壳的受热熔融与斑岩岩浆的产生? ?? 软流圈地幔减压熔融与玄武质岩浆的产生? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ??? ? ??? ??含矿斑岩形成的深部过程该区最后一次强烈的构造岩浆活动的标志是与成矿作用有关的斑岩岩浆活动?这类斑岩目前被普遍认为属于埃达克质?侯增谦等?????? ? ????? ? ?? ? ??????? 因此?其源区岩石或 者 是 残 留 俯 冲 板 片 ? ? ? ? ? ??? ?? ? ? ?? ? ? ??? ?????? ? ? ? ? ?? ?????? 或者是加厚镁铁质下地壳 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ????? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ?????? 但是?不管镁铁质榴辉岩相岩石是如何形成的?其底界?约 ????深度?发生部分熔融的条件是温度必须达到约 ?????????? ??地热梯度条件下?? 由图 ? 可见?这种熔融过程不能由传导热来触发?而要求热的软流圈与榴辉岩相镁铁质岩石直接接触?或者说发生了岩石圈拆沉作用? 实际上?岩石圈地幔的密度略小于软流圈?岩石圈拆沉作用模型要求有一部分下地壳镁铁质榴辉岩与岩石圈地幔一起沉入软流圈中? 取榴辉岩?岩石圈地幔和软流圈地幔的密度分别为 ?? ????? ? 和 ?? ?? ? ? ???按现今岩石圈地幔厚度 ????计算?被拆沉下地壳部分厚度至少达??? ??? ? 如此?软流圈上地幔曾经隆升了 ??? ??? ?地温梯度增加到约 ??? ??? ?? ?这势必会导致地幔橄榄岩的减压熔融?同时触发榴辉岩相镁铁质岩石的部分熔融形成埃达克质岩浆?根据图 ??发生岩石圈拆沉作用时?软流圈橄榄岩处于尖晶石相稳定区?只要含 ???约 ??? ? ??? ??原软流圈顶部发生部分熔融时含水量的三分之一?即可发生部分熔融? 因此?软流圈地幔橄榄岩发生减压熔融是可能的?除非其所含挥发分大部分注入到上覆地壳中? 同时可以看出?软流圈顶面温度比?干?玄武岩固相线?温度高 ??? 多度?比?湿?玄武岩固相线?温度高约 ?????完全可以触发下地壳的部分熔融? 但是?由于斑岩体积有限?下地壳水含量不应当太多?否则可能再次触发大规模岩浆活动? 按照这种理解?现今冈底斯带的岩石圈地幔和一部分加厚下地壳都是新生的?其中加厚下地壳至少有一部分来自底侵幔源岩浆?而岩石圈地幔来自软流圈的冷却转换?由于拆沉作用要求岩石圈具有负浮力?或者说存在一个向下的拖拽力?我们不赞成含矿斑岩形成于伸展环境的观点?至多是形成于挤压向伸展转换的过程中? 然而?斑岩的岩石学特征要求岩浆具有快速侵位的特点?因为在其高温石英被回吸殆尽之前就已经固结了? 因此?它们应当具有通畅的构造通道? 但是?这种构造通道的产生不是岩石圈水平伸展的结果?而是软流圈上涌的产物?因此?我们可以构造一个描述含矿斑岩形成过程的模型? 在印度? 亚洲大陆持续的挤压夹持之下?增厚了的冈底斯岩石圈变得不稳定?因为某种原因沿增厚下地壳的某个薄弱面发生岩石圈拆沉作用?同时触发了软流圈地幔的上涌?图 ?? ?? 软流圈的上涌可能导致三个方面的结果? ??软流圈上涌导致岩石圈的穹状伸展?图 ???? ??榴辉岩相镁铁质加厚下地壳受热熔融产生花岗质岩浆?图 ?? ?? ??地幔岩减压熔融形成玄武质岩浆?图 ???? 在这种条件下?新形成的???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ??岩石学报????? ?????花岗质或埃达克质熔浆很容易沿着穹状伸展构造上升? 但是?在总体印度? 亚洲大陆汇聚体制中?近东西向伸展构造很容易被关闭?花岗质岩浆主要沿近南北向构造侵位?在刚性地壳部分尤其如此??? ??冈底斯岩基带形成的深部过程上述模型大致可以解释含矿斑岩的形成过程?但其前提条件是已经存在一个加厚下地壳?因而能否解释这个加厚下地壳的形成机制成为接受这个模型与否的关键?巨量花岗质岩浆的产生需要有巨量的热能或挥发分的供给? 冈底斯岩基带中常见暗色微粒包体?基性岩浆团??是曾经发生过岩浆混合作用的最好证据?因而模拟底侵岩浆的体积是理解岩基带形成深部过程的有效途径?数值模拟表明?在 ?? ? ? 条件下??????底侵玄武岩浆对于初始温度 ???? 的英云闪长岩围岩的加热?并达到使其发生局部熔融作用?其纯的熔融量与纯的底侵玄武岩岩浆结晶的厚度的比值约为 ?? ??? 或者说?产生总量为 ???厚的花岗岩的岩基需要 ??? ???的底侵玄武岩岩浆的全部结晶来提供热通量?刘翠等???????这项模拟没有考虑造山带下地壳可以发生塑性流动因而初始温度可能大大超过 ?????地质流体和生热元素的存在也可以减少地壳部分熔融过程对玄武质岩浆结晶潜热的依赖?因而产生花岗岩基所需要的底侵岩浆量可能远远小于模拟结果? 但是?由此可以大致看出?花岗质岩基的产生的确需要有巨量的底侵玄武质岩浆的参与?幔源岩浆的产生需要有软流圈的快速减压熔融? 地球化学家常常坚持用岩石圈地幔的部分熔融来解释具有富集地幔信息的岩浆成因?当我们考虑到岩石圈和软流圈的区别?陈凌等?????? 和岩浆的幕式活动时?这种认识是值得怀疑的?由于岩石圈与软流圈的区别主要是基于物理性质?一旦岩石圈受热?在尚未达到部分熔融所需要的固相线温度之前就已经成为软流圈的一部分了? 当然?这部分地幔岩部分熔融产生的岩浆也可以具有岩石圈地幔的地球化学属性? 但是?如果关于地幔对流的理论是正确的?那么熔出的熔浆就一定会随着地幔对流而异地聚集因而不能反映本地的岩石圈? 软流圈系统演化? 因此?本地岩石圈地幔熔融必须有以下三个前提之一???岩石圈地幔拆沉进入高温软流圈中并快速发生部分熔融过程???高温软流圈地幔快速上升对岩石圈地幔加热???大量挥发分加入?由于已经发生板块碰撞?俯冲板片中所含的水流体大部分在板块俯冲阶段被释放?大量挥发分的突然注入可能不现实? 榴辉岩相镁铁质下地壳增厚之前发生拆沉作用也不现实?高温软流圈地幔快速上升可能是最好的选择?除了地幔柱假说之外?只有在俯冲板片断离的情况下?软流圈地幔才能获得足够高程快速上升的机会?由于冈底斯带处于印度? 亚洲大陆汇聚环境中?地幔柱假说显然不适应?岩基带的形成需要有一个俯冲板片断离的过程?罗照华等?????? ?? 如果是这样?那么冈底斯岩基带的火成岩就应当带有印度洋构造域的地幔印记?而这恰好得到了众多地球化学家的证实?赵志丹等???????除此之外?下地壳部分熔融过程中难熔残余的聚集也可以导致地壳基性化?地壳塑性流变过程中镁铁质块体与长英质块体物理性质的差异可以导致镁铁质岩石向下迁移?邓晋福等??????? 因此?岩基形成过程常常伴随着镁铁质加厚下地壳的产生?为拆沉作用诱导含矿斑岩的产生奠定了基础???后碰撞斑岩型矿床的成因综上所述?冈底斯带新生代构造? 岩浆演化可以归结为?大陆碰撞触发了俯冲板片的断离?后者导致软流圈减压熔融和幔源岩浆底侵作用?从而诱导下地壳的部分熔融和地壳的分异?最终形成了岩基带及其下覆镁铁质加厚下地壳? 随着造山带的冷却和加厚下地壳的榴辉岩化?重力不稳定性的增加导致岩石圈拆沉作用再次发生?后碰撞斑岩由此产生?这一构造岩浆演化模型可能是具有普遍意义的? 那么斑岩型矿床又是如何形成的呢? 众所周知?大型矿床的一个共同特征是广泛而强烈的围岩蚀变? 因此?成矿作用不仅需要有巨量的金属?更需要有巨量的流体?寻找金属和流体的来源就是解决后碰撞斑岩型矿床成因的关键所在??? ??成矿流体的来源成矿流体的来源历来是矿床学家关注的关键科学问题?与岩浆作用有关的成矿流体一般归结为来源于岩浆自身?罗照华等?????? ?? 因此?长期以来?与岩浆有关的成矿作用大多用分离结晶作用或熔离作用来解释?? ? ? ??? ?? ? ? ??? ? ?????? 朱永峰等??????? 这两种过程均强调含矿流体曾经均匀溶解在岩浆中?由于分异作用而富集成矿?因而成矿作用与岩浆作用和岩浆的体积联系在一起? 这类机制的实际应用遇到了障碍????与成矿作用有关的岩体通常都是小岩体?卢欣祥??????? 汤中立和李小虎???????按照岩浆对成矿流体溶解度的实验资料和实际观察?成矿流体主要来自岩浆体之外????中酸性岩浆通常很难发生分异作用?罗照华等?????? ? 吴福元等?????? 张旗等???????花岗质岩体的宏观岩石学均一性和堆晶岩的缺乏表明?大多数情况下花岗质岩浆不大可能发生有效的分异作用?除非岩浆含有大量的挥发分?? ?? ? ? ?? ? ? ?????????罗照华等? 碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制?卢欣祥?彭万夫?刘长命?张庆祥? ????? 河南省秦岭 ?大别山地区中酸性小岩体地质与矿化特征?河南省地质局地质科学研究所?内部资料????富水岩浆通常是低温岩浆?很难作长距离运动而不固结?因此?学者们试图为含矿岩体找到一个成矿流体供给源?如 ? ? ? ?? ? ?? ? ??????可以源源不断向小岩体供给成矿流体?但是?这种设想也是不完善的????虽然一些含矿岩体下面或附近的确产出有大岩体?它们之间是否有成生联系仍然是不清楚的????岩浆的粘度比含矿流体大得多?这些流体是否能够有效进入岩浆体并与其均匀混合是值得怀疑的????斑岩的形成要求岩浆快速侵位与冷凝?而岩基岩浆的存活时间要长得多?为什么大多数矿床都是短时间形成的????正如冈底斯带所展示的那样?岩基的形成时间通常比含矿小岩体早很多?有基于此?罗照华等?????? ?期望通过扩展透岩浆流体作用理论来解释与岩浆活动有关的矿床成因问题?并以冈底斯带曲水岩体中的含铜暗色微粒包体为例作了详细说明?在这种成矿理论中?强调岩浆体系和含矿流体体系是两个独立的地质体系?它们因相互需要而形成有机的组合? 根据这种理论?不仅可以解释岩浆热液成矿理论所能解释的所有问题?而且也可以解释后者所不能解释的许多其他问题?如有些斑岩体含矿而另一些斑岩体无矿的问题? 进一步?我们也可以与地球物理测深结果和深部流体联系起来?岩石圈中普遍存在低速高导层是一个不争的事实?这样的物理性质很容易用充满流体的拆离带来解释?罗照华等???????? 也就是说?从深部上来的流体很容易在这些构造薄弱带聚集?并萃取岩石中的有用元素?与从深部带上来的成矿元素一起?将使赋存于低速高导层中的流体含有丰富的成矿物质? 同时?富含流体的低速高导层也比相邻圈层更容易发生部分熔融?一旦条件成熟?这些部位就会产生岩浆并偕同含矿流体一同侵位?导致成矿作用?罗照华等?????? ????因此?成矿流体可能来自以下几个方面????从软流圈上升的深部流体????层圈拆离带中的深部流体????源区部分熔融过程中含水矿物分解产生的流体??? ??成矿金属的来源成矿元素或者具有很低的地球化学丰度?或者具有趋于分散的地球化学习性? 因此?与成矿流体一样?成矿金属的来源也是矿床学家关注的重要科学问题?地球上有许多矿产具有独特性和唯一性?如白云鄂博的稀土元素矿床和赣南的钨矿床?这使学者们曾经设想有一个特定的矿源层?? ?? ? ?? ? ????? ? ? ? ? ? ? ? ?????? 成矿作用的时空不可再现性使人们对矿源层假说提出了质疑?近年来已经很少在文献中见到类似的术语了?但是?流体中成矿物质溶解度随压力快速降低的实验资料有可能使矿源层这一概念得到新生? 设想深部流体广泛渗滤上升的图景?由于介质的物理化学性质改变和压力的降低?有可能使深部流体在特定的层位卸载某些成矿元素? 因此?岩石圈或地壳深部的成矿元素丰度可以远远大于浅部?这样的部位?如低速高导层?就会在发生部分熔融形成岩浆之前预富集了某些成矿元素?另一方面?大型花岗岩基常常由原地?半原地花岗质岩浆固结形成?岩浆具有慢速侵位的特点?因而其成矿元素含量就会随岩浆侵位高度而快速降低?也有可能使成矿物质滞留在深部? 这样?在岩石圈演化过程中就不断有新的矿源层产生? 这种过程很好地被曲晓明等?????? 和薛春纪等??????未发表资料?捕捉到了?含矿斑岩中普遍发现了与岩基同时代的锆石?表明含矿斑岩的源区主要是岩基岩浆活动阶段形成的? 如果这样的认识是正确的?在地质历史时期就可以不断有矿源层的形成与消亡?据此可以推论?长期稳定地区岩石圈结构的灾变有利于大规模成矿?深部流体大规模聚集的地区也是大规模成矿的远景区?需要注意的是?这样的矿源层概念与当前许多作者将围岩作为成矿物质来源的做法是不同的? 由于成矿物质的萃取需要有一定的热力学条件?地壳浅部岩石中的成矿元素一般是很难被萃取出来的?被俘获在矿物晶格中的成矿元素?只有热力学条件达到可以破坏矿物晶体结构的程度时才有可能被有效地萃取出来?因而岩石圈或地壳深部和软流圈是有利的地带?当岩石圈不同圈层之间发生拆离作用时?特别是当拆离带富含深部流体?地球物理测深证明了这种可能性?时?成矿元素的萃取将更加有效? 新疆天格尔韧性剪切带型金矿的成因可能是一个很好的实例?? ?? ? ? ?? ? ? ??????对于幔源成矿元素来说?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ???????的? ? ??过程也是一种重要的提供成矿元素的方式?? ? ? ?? ? ?? ???????冈底斯带曲水岩体中的含铜包体可以作为一个实例?罗照华等?????? ?? 含铜包体的矿化作用及其固结过程中导致寄主花岗闪长岩的蚀变可以说明????确实存在富含成矿物质的幔源稀岩浆?实际是岩浆? 含矿流体复合体?或流体过饱和岩浆??因而有时可以忽略? ? ??过程的密度障问题????如果注入到花岗质岩浆中的这种幔源稀岩浆的体积足够大?可以为岩浆混合作用提供足够的热能而自身不会很快固结??这种稀岩浆可以与花岗质岩浆发生充分的混合作用并将成矿物质注入寄主岩浆中?因此?不仅小岩体与成矿作用密切相关?大岩基实际上也具有巨大的成矿潜力? 然而?由于成矿元素的堆积温度比岩浆固结温度低得多?含矿流体可能受岩浆热压力驱动而远离岩基? 在后续的地质过程中?这些矿床或者被剥蚀殆尽?或者因为离岩基太远而很难建立它们的成因联系??? ??冈底斯带构造? 岩浆? 成矿作用模型上述有关冈底斯带成矿作用背景的讨论可以概括为大???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ??岩石学报????? ?????陆碰撞以后诱发了一系列复杂的地质过程?不同的地质过程对成矿作用有着不同的贡献?在冈底斯带成矿模型中?俯冲板片的断离被理解为整个构造? 岩浆? 成矿旋回的触发器?由此导致了来自印度洋构造域的软流圈地幔快速上涌和减压熔融? 进而引发了幔源岩浆的底侵作用和下地壳的受热部分熔融?产生大量的花岗质岩浆? 在这个过程中?来自印度洋域软流圈和亚洲大陆域软流圈的深部含矿流体以及冈底斯之下岩石圈地幔拆离带中的含矿流体汇聚在一起?共同进入底侵幔源岩浆中? 这种混入了大量含矿流体的玄武质岩浆密度大大下降?更容易注入到花岗质岩浆中并与后者发生混合?? ? ??过程与许多因素有关?特别是基性岩浆团的体积大小和流体的含量? 由于花岗质岩浆的温度低于玄武质岩浆?其粘度也要大大高于玄武质岩浆?两种岩浆的均匀混合必须满足下列条件之一????基性岩浆团供给花岗质岩浆热量?使其因温度增高而降低粘度????流体大规模注入花岗质岩浆?使其粘度降低而有利于岩浆混合作用的发生?这两个过程都可能导致镁铁质岩浆的固结? 因此?一方面注入到花岗质岩浆中的镁铁质岩浆团的体积必须足够大?可以给出足够的热能?在使周围花岗质岩浆升温到具有发生岩浆混合作用的能力之前不会被固结? 另一方面?流体从基性岩浆注入到酸性岩浆的过程中不仅使酸性岩浆因粘度降低而有利于混合作用?而且导致镁铁质岩浆的分离结晶作用?因挥发分含量减少而升高液相线温度??由此可见?岩浆团的体积越小越不容易与花岗质岩浆发生混合作用?只有体积较大?挥发分含量较多的基性岩浆团才能与花岗质岩浆发生充分的混合?并将自身携带的有用元素分散到花岗质岩浆中?冈底斯带曲水岩体很好地记录了这个过程?罗照华等?????? ??联系到分布在雅鲁藏布江南岸的基性? 超基性杂岩?高永丰等??????和雄村铜矿?徐文艺等???????冈底斯带出露了一个非常好的 ? ? ??带及其成矿实例?是 ? ? ? ?? ? ????????成矿作用模型的自然写照?在这个过程中?同样由于含矿流体的析出和花岗质岩浆的高粘度?岩基岩浆很难快速侵位?因而可以推测雅鲁藏布江基性? 超基性杂岩是岩基形成时底侵幔源岩浆的一部分?由于岩浆的慢速侵位?大量成矿元素将堆积在新生下地壳的下部形成矿源层?由底侵幔源岩石和下地壳部分熔融残留组成??为新一轮成矿作用的发生奠定了物质基础?经过 ?? ? ??? ? 的冷却之后?加厚下地壳因榴辉岩化而重力不稳定?在汇聚构造力的持续作用下发生了岩石圈拆沉作用? 这种拆沉作用的拆离面位于榴辉岩相镁铁质加厚下地壳的内部?可能是底侵岩浆发生分离结晶作用时形成的带状构造或构造拆离面所致? 因此?当热的软流圈物质上涌到这个高度时?接触到的是难熔的榴辉岩相镁铁质岩石?而不是固相线温度较低的普通麻粒岩? 因此?所能熔出的岩浆体积很小? 这种小体积的岩浆与大体积的成矿流体汇合在一起?是冈底斯斑岩型矿床成因的基础???讨论综上所述?冈底斯带斑岩型矿床形成于同碰撞?同岩基?和后碰撞?后岩基?两个阶段?分别对应于俯冲板片的断离??? ? ? ? ? ? ? ?和具有加厚镁铁质下地壳的岩石圈的拆沉作用??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? 由于岩石圈与软流圈地幔的密度差别不大?岩石圈不稳定性主要取决于镁铁质下地壳的厚度和相变?也就是说?一方面需要有足够厚大的镁铁质下地壳?另一方面这种下地壳需要转变为高密度的榴辉岩相?由于榴辉岩相镁铁质下地壳可以有不同的形成方式?罗照华等????????不同深部过程形成的镁铁质下地壳厚度不同?加厚下地壳的榴辉岩化要求有一个冷却过程?榴辉岩化过程的时间长短不一? 因此?理论上说这两个阶段应当有一定的时间间隔?底侵岩浆的规模越大?花岗质岩基的规模也越大?下地壳越难在短时间冷却并榴辉岩化?因而岩石圈拆沉作用与岩基岩浆活动的时间间隔就会越大? 例如?新疆出露的大部分地质体记录着古生代的造山过程?印支期却是其最重要的成矿时代之一?朱永峰???????但是?如果幔源岩浆底侵在榴辉岩相稳定区?这个时间间隔可能很短?甚至岩基形成过程中也可能伴随着岩石圈拆沉作用?这个时间间隔可能变化范围很大?与区域岩石圈热状态和不稳定性程度有关?也与岩石圈的结构有关? 由于不同岩石类型具有不同的流变学强度和固相线温度?分异程度高的岩石圈更容易发生拆沉作用? 在分异程度类似的地区?则加厚下地壳厚度大的岩石圈更容易发生拆沉作用?对于长时期处于稳定或准稳定的地区来说?深部流体的渗透作用有可能使下地壳富含成矿元素?特别是在构造拆离带?可能有利于矿源层的形成? 如果这个理解是正确的?岩石圈保持准稳定状态的时间越长就越有利于大规模成矿作用???结论??? 碰撞造山带斑岩型矿床受两种不同性质的深部过程制约? 同岩基阶段的俯冲板片断离作用和后岩基阶段的岩石圈拆沉作用???? 两类斑岩型矿床的形成时间间隔变化很大?极端情况下可以缺失后岩基斑岩型矿床???? 岩基带的规模可能与后岩基斑岩型成矿作用的规模成正比?因而岩基带可以作为区域成矿预测的标志之一???? 看来?大规模成矿作用似乎主要与岩石圈过程及岩???罗照华等? 碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制石圈? 软流圈相互作用有关?超大型金矿的成因也符合这一规律?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??????致谢??感谢董传万教授和朱永峰教授审阅全文并提出了建设性修改意见?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ???????? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ??? ? ??? ? ???? ? ? ??? ????? ????? ? ??????? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ??? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ???? ??????? ? ? ?? ? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ??? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ????? ? ?????? ???? ????? ?? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ?? ? ? ?????? 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