偉晶巖礦床的構(gòu)造演化與示蹤

偉晶巖礦床的構(gòu)造演化與示蹤

1關(guān)于成礦作用的地質(zhì)研究作為一種獨(dú)立的礦床類(lèi)型，偉石巖礦床不僅在采礦和勘探中發(fā)揮著不可忽視的作用，而且在跟蹤大地形的形成過(guò)程中也發(fā)揮著重要作用。但是,以往的工作主要集中在從偉晶巖中發(fā)現(xiàn)新礦物并對(duì)典型礦物、礦物組合、結(jié)構(gòu)分帶、流體包裹體、同位素、元素地球化學(xué)的演化方面進(jìn)行深入的研究,提出了關(guān)于偉晶巖地球化學(xué)演化及礦床成因的許多新認(rèn)識(shí),注意力多集中在偉晶巖和偉晶巖礦物本身,對(duì)于其在造山帶或大陸地殼演化過(guò)程中宏觀地位的研究還偏少。即使是對(duì)于研究程度最高的新疆可可托海3號(hào)脈而言,仍然存在著不同的認(rèn)識(shí),有的認(rèn)為屬于巖漿結(jié)晶分異成因,有的認(rèn)為屬于變質(zhì)成因1;有的認(rèn)為形成于海西期造山過(guò)程中(331.9～252MaBP),有的認(rèn)為主要形成于印支期(200～220MaBP),還有的認(rèn)為形成于造山之后的燕山期,這些認(rèn)識(shí)上的分歧,促使人們開(kāi)始從新的角度,即把偉晶巖及其相關(guān)的成礦作用放到整個(gè)成礦省乃至于造山帶地殼演化的宏觀背景上去考慮其形成的地球動(dòng)力學(xué)背景。國(guó)外對(duì)于偉晶巖礦床的研究也經(jīng)歷了類(lèi)似的從個(gè)案研究到區(qū)域性研究的過(guò)程,即以往多集中在偉晶巖礦物學(xué)、結(jié)構(gòu)分帶、元素地球化學(xué)、同位素、熔體—流體包裹體、成巖成礦實(shí)驗(yàn)等方面[10,11,12,13,14,15,16],并建立了許多找礦標(biāo)志,近年來(lái)擴(kuò)展到成礦機(jī)理、成礦模式、成巖過(guò)程(包括年代學(xué))及構(gòu)造環(huán)境等成礦規(guī)律方面的研究[19,20,21,22,23,24,25]。近年來(lái),大陸演化過(guò)程中的成礦作用已經(jīng)成為地質(zhì)科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一。礦床與其他地質(zhì)體一樣是地球演化的產(chǎn)物,不同的地質(zhì)時(shí)代產(chǎn)出不同類(lèi)型的礦床,因而礦床象巖石和化石一樣在一定程度上可以揭示地球的演化過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于玄武巖和花崗巖的構(gòu)造環(huán)境分類(lèi)及其對(duì)于大陸地殼的演化的示蹤意義已經(jīng)進(jìn)行了充分的研究;對(duì)于塊狀硫化物礦床、不同類(lèi)型的金礦床等在地球演化過(guò)程中的示蹤意義也積累了較多的資料,但對(duì)于偉晶巖礦床的研究還較少。2我國(guó)造山帶的稀有金屬礦床國(guó)內(nèi)外對(duì)于玄武巖和花崗巖作為大地構(gòu)造演化尤其是板塊構(gòu)造發(fā)展歷史中的指示意義已經(jīng)進(jìn)行充分的研究,但對(duì)于偉晶巖來(lái)說(shuō),雖然已經(jīng)有了200多年的研究歷史,在偉晶巖的成分分帶、新礦物的發(fā)現(xiàn)、地球化學(xué)的演化與稀有金屬的富集機(jī)制、熔體—流體的來(lái)源與結(jié)晶分異、成巖成礦的物理化學(xué)條件等方面取得了舉世矚目的成果,而對(duì)于偉晶巖及其相關(guān)成礦作用發(fā)生的地球動(dòng)力學(xué)背景方面還處于探索階段,僅僅是提出了一些新的認(rèn)識(shí),如Partington和Cerny認(rèn)為前寒武紀(jì)數(shù)量少但規(guī)模大的稀有金屬偉晶巖礦床是受到構(gòu)造控制的;Breaks等認(rèn)為北美蘇必利爾偉晶巖省經(jīng)歷了5個(gè)演化階段,其中火山弧的發(fā)育及大陸增生發(fā)生于2775～2725Ma,而稀有金屬的富集則發(fā)生在2685Ma的鬼湖巖基侵位之后;Webber和Simmons等1將偉晶巖礦床分為NYF型和LCT型兩類(lèi),分別形成于非造山帶和造山帶;Murphy等認(rèn)為加拿大新斯科舍(NovaScotia)的偉晶巖形成于造山之后;王登紅等認(rèn)為阿爾泰的偉晶巖礦床可以在造山過(guò)程的不同階段出現(xiàn),但稀有金屬的大規(guī)模聚集則主要出現(xiàn)在非造山過(guò)程的某一相對(duì)穩(wěn)定的大陸演化階段。這一認(rèn)識(shí)得到了同位素年代學(xué)資料的佐證(表1)。這些成果有助于開(kāi)拓思路,指導(dǎo)地質(zhì)找礦。事實(shí)也證明,在我國(guó)阿爾泰造山帶周邊地區(qū)的蒙古、俄羅斯等地發(fā)現(xiàn)的大型、超大型偉晶巖型稀有金屬礦床有許多形成于后造山或造山后的大陸演化過(guò)程中。偉晶巖形成于大陸演化的不同階段、但成礦作用集中于某個(gè)或某些階段的現(xiàn)象并不少見(jiàn)。在南美最大的巴西東部偉晶巖省,雖然在元古代就開(kāi)始形成偉晶巖,但稀有金屬的聚集主要在加里東期的偉晶巖中;意大利西北部含Nb-Ta的晶洞偉晶巖也形成于海西期造山運(yùn)動(dòng)后期及期后階段;澳大利亞西部格林布希斯(Greenbushes)的偉晶巖也經(jīng)歷了多期演化,初期偉晶巖屬于交代成因(2527Ma),第二期在同構(gòu)造同變質(zhì)期偉晶巖發(fā)生蝕變而礦化(2430Ma),第三期變形和變質(zhì)作用發(fā)生在1100Ma,伴隨有成礦物質(zhì)的活化;西歐海西造山帶的葡萄牙北部同構(gòu)造期偉晶巖含Sn,而構(gòu)造期后的偉晶巖(299Ma)則出現(xiàn)重要的Sn-W-Au礦化。中國(guó)的偉晶巖礦床除了在空間上廣泛分布、在不同的造山帶均有出現(xiàn)外,形成的時(shí)代也各不相同,其中阿爾泰造山帶的偉晶巖型礦床從加里東期→海西期→印支期→燕山期經(jīng)歷了復(fù)雜但脈絡(luò)清楚的演化過(guò)程,不同類(lèi)型的礦床對(duì)應(yīng)于不同的造山階段,比如在加里東期形成的也拉曼(Rb-Sr等時(shí)線年齡426Ma)、那森恰和青河拜興(白云母40Ar/39Ar坪年齡各為447.66Ma和436.04Ma)等偉晶巖礦床以白云母為主要礦種,稀有金屬含量低、規(guī)模小,礦種較單一;在海西期形成的偉晶巖礦床中稀有金屬的種類(lèi)和規(guī)模均有所擴(kuò)大(如大橋—庫(kù)威一帶,白云母40Ar/39Ar坪年齡369.78Ma);到了印支期則開(kāi)始出現(xiàn)大型的偉晶巖型稀有金屬礦床,如大喀拉蘇和小喀拉蘇(白云母40Ar/39Ar坪年齡各為240.86Ma和233.79Ma);進(jìn)入燕山期則形成了超大型的可可托海3號(hào)脈(白云母40Ar/39Ar坪年齡為176.9～177.9Ma)及其它眾多的重要礦床(如112號(hào)脈和阿祖拜,后者白云母40Ar/39Ar坪年齡為154.1Ma),礦床規(guī)模達(dá)到最大,元素及礦種組合最復(fù)雜,偉晶巖本身的結(jié)構(gòu)與成分分帶也最完善?？梢?jiàn),在整個(gè)阿爾泰造山帶的形成過(guò)程中,偉晶巖的形成及其相關(guān)成礦元素的富集是很有規(guī)律的,并且是與造山過(guò)程和熱歷史演化耦合的,基本上顯示了在造山強(qiáng)烈階段稀有金屬由于缺乏穩(wěn)定的環(huán)境而得不到充分的、有效的聚集,到了造山之后的相對(duì)穩(wěn)定階段才有了安定的環(huán)境和有利于充分結(jié)晶分異的時(shí)空條件,從而形成超大型礦床。類(lèi)似的成礦規(guī)律在其它造山帶也可見(jiàn)到。如我國(guó)福建西北部地區(qū)也至少存在加里東和海西兩期偉晶巖,但以南平西坑的海西期偉晶巖成礦最好。新疆天山和西南三江地區(qū)偉晶巖礦床與造山過(guò)程之間的耦合關(guān)系也是存在的,如四川康定、丹巴和云南龍陵、哀牢山等地的偉晶巖型白云母礦床、稀有金屬礦床及寶石礦床形成于青藏高原演化的不同階段,以往的工作同樣表明先形成白云母礦床而后形成寶石礦床,與阿爾泰造山帶形成過(guò)程中偉晶巖礦床的演化規(guī)律相似。3主要成礦了成礦歷史和成礦地質(zhì)意義地質(zhì)過(guò)程中的示蹤技術(shù),近年來(lái)得到了快速發(fā)展,尤其是微量元素、稀土元素、流體包裹體和同位素示蹤技術(shù)及同位素定年技術(shù)已經(jīng)在地學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。這些技術(shù)在偉晶巖及其成礦作用的研究中得到了廣泛的運(yùn)用。礦床本身也具有示蹤意義,而且是綜合性的、集成性的。玄武巖和花崗巖及其相關(guān)礦床對(duì)于大地構(gòu)造演化或地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程的示蹤意義,已經(jīng)眾所周知,那么,偉晶巖及偉晶巖型礦床是否具有類(lèi)似的功能呢?國(guó)外這方面的報(bào)道很少,在一些經(jīng)典的論述大地構(gòu)造演化與成礦作用的著作中幾乎沒(méi)有偉晶巖的地位。國(guó)內(nèi)的研究程度也不高,如鄒天人等對(duì)于造山帶花崗巖和非造山花崗巖進(jìn)行了深入的對(duì)比研究,但還沒(méi)有區(qū)分造山偉晶巖與非造山偉晶巖。在偉晶巖礦床中集成的信息包括了物質(zhì)組成、流體性質(zhì)與成分、熱演化歷史、成巖成礦物理化學(xué)條件及構(gòu)造環(huán)境乃至于地球的深部排氣多方面的信息2,再加上偉晶巖礦床的特殊性(如礦物晶體粗大容易獲得代表性樣品、需要封閉的條件才能充分結(jié)晶分異),因而通過(guò)偉晶巖礦床的研究不但可以得到多通道的集成信息,而且相對(duì)容易獲得,數(shù)據(jù)也更加可靠。這是利用偉晶巖礦床示蹤大陸演化的特出的優(yōu)勢(shì)。最近,Pedrosa等3通過(guò)偉晶巖礦床來(lái)研究大西洋打開(kāi)的歷史,Galetskiy4和Mints5分別根據(jù)偉晶巖礦床中記錄的各種信息演繹了烏克蘭地盾和東歐地臺(tái)的演化歷史。相對(duì)而言,偉晶巖礦床中礦物晶體粗大、易選、代表性好,其成礦時(shí)代問(wèn)題比其它礦床容易解決。通過(guò)對(duì)偉晶巖礦床的精確定年和成巖成礦條件的研究,可以從橫向演化的時(shí)間尺度和縱向的空間尺度示蹤造山帶的形成過(guò)程,從而為追溯大陸演化提供依據(jù)。偉晶巖礦床主要是在大陸殼基礎(chǔ)上形成的,在俯沖造山帶很少出現(xiàn)。不同類(lèi)型的礦床形成于大陸演化的不同階段(如阿爾泰地區(qū)所揭示的),同時(shí)又取決于不同的溫度壓力條件,如稀土及稀土—鈾偉晶巖礦床形成于>11km的深度、白云母及含稀有金屬白云母礦床形成于7～11km的深度、稀有金屬偉晶巖礦床則形成于3.5～7km的深度2?？梢?jiàn),根據(jù)礦物組合和地球化學(xué)手段獲得的資料可以反映偉晶巖礦床形成的空間位置,而偉晶巖礦床的剝蝕出露實(shí)際上又反映了造山帶的隆升過(guò)程。偉晶巖常常是變質(zhì)核雜巖的一部分,在我國(guó)的廬山星子核雜巖、泰山雜巖等地均有偉晶巖的分布,云南、四川分布于核雜巖區(qū)的偉晶巖往往同時(shí)又是成礦偉晶巖,如云南的南溫河變質(zhì)核雜巖中產(chǎn)有祖母綠礦床、四川丹巴的變質(zhì)核雜巖區(qū)是我國(guó)第二大白云母產(chǎn)區(qū)。成礦偉晶巖的研究不但有助于解決變質(zhì)核雜巖的隆升歷史,而且有助于認(rèn)識(shí)造山過(guò)程中成礦物質(zhì)及流體的活動(dòng)規(guī)律。將年代學(xué)資料與溫度、壓力等資料相結(jié)合,還可以定量化研究成礦過(guò)程及成礦后的演化史。4偉晶巖型礦床成礦時(shí)代和時(shí)代特征我國(guó)的偉晶巖礦床在世界上占有重要地位,尤其是可可托海3號(hào)脈早在半個(gè)多世紀(jì)以前就聞名天下并寫(xiě)入多個(gè)版本的教科書(shū)中。世界上的偉晶巖雖然分布很廣,北美、南美、澳大利亞、西歐等地均有偉晶巖田出現(xiàn),但主要集中在古老地臺(tái)區(qū),形成時(shí)代較老,而我國(guó)的偉晶巖礦床從老到新,從穩(wěn)定地臺(tái)到現(xiàn)代造山帶均有出現(xiàn),因此我國(guó)偉晶巖礦床的時(shí)空分布極具特色。我國(guó)的偉晶巖礦床在世界上占有重要地位,除了像阿爾泰這樣擁有十幾萬(wàn)條不同時(shí)代偉晶巖脈的巨大偉晶巖省在世界上獨(dú)一無(wú)二外(即使是同在阿爾泰造山帶的哈薩克斯坦地區(qū),偉晶巖型稀有金屬礦床的富集程度遠(yuǎn)不如中國(guó)境內(nèi)),青藏高原東緣丹巴熱穹隆構(gòu)造區(qū)和哀牢山構(gòu)造帶的偉晶巖型礦床主要形成于喜馬拉雅期、且已有的同位素年齡多數(shù)集中在25Ma左右,在四川冕寧等地的偉晶巖型碳酸巖已經(jīng)構(gòu)成我國(guó)第二大輕稀土礦床;其它地區(qū)如秦嶺造山帶產(chǎn)有含稀有金屬及鈾的偉晶巖礦床、東南沿海產(chǎn)有福建南平的偉晶巖型礦床、內(nèi)蒙古穩(wěn)定地臺(tái)區(qū)又產(chǎn)有土貴烏拉式的偉晶巖型白云母礦床和哈達(dá)門(mén)溝的偉晶巖型金礦;天山造山帶產(chǎn)有堿性偉晶巖型稀有金屬及透輝石礦床?？梢?jiàn),我國(guó)偉晶巖型礦床的形成時(shí)代和動(dòng)力學(xué)環(huán)境最為復(fù)雜多樣,國(guó)外如巴西和北美的偉晶巖型礦床主要產(chǎn)在古老地臺(tái)區(qū)而且成礦時(shí)代比較單一(南美最大的巴西東部偉晶巖省也只有兩個(gè)主成礦期)。我國(guó)偉晶巖時(shí)空分布很廣,時(shí)間上從前寒武紀(jì)到新生代,空間上西北有阿爾泰、東北有蘿北、東南有福建南平、西南有哀牢山、丹巴等典型礦床。這種廣泛的時(shí)空分布特征是國(guó)外其它地區(qū)罕見(jiàn)的,而且有許多礦床出現(xiàn)在顯生宙造山帶,如阿爾泰、秦嶺、西南三江地區(qū),這與國(guó)外偉晶巖礦床主要分布在古老地臺(tái)區(qū)的特點(diǎn)有很大的不同。5偉晶巖礦床與大陸演化過(guò)程的耦合機(jī)制將偉晶巖及偉晶巖礦床放到大地構(gòu)造演化的高度上去研究、從而揭示造山過(guò)程的發(fā)展歷史,無(wú)疑是今后一個(gè)重要的研究方向。對(duì)于阿爾泰偉晶巖礦床與阿爾泰造山過(guò)程的關(guān)系,王登紅等已經(jīng)進(jìn)行了研究,建立了成礦譜系,初步揭示了不同類(lèi)型的偉晶巖礦床與造山過(guò)程之間的耦合關(guān)系。在我國(guó)西南地區(qū),從川西北到滇東南廣泛分布著不同類(lèi)型、不同時(shí)代的偉晶巖礦床,在瀘定—丹巴—可爾因、九龍—康定—乾寧、巴塘—石渠、龍陵—貢山及哀牢山南段構(gòu)成幾個(gè)成礦集中區(qū)。其中不乏并具有重要意義的礦床,如丹巴的白云母礦床、哀牢山的寶石礦床、龍陵黃連溝的稀有金屬礦床,但研究程度遠(yuǎn)不如阿爾泰,已知的礦床規(guī)模也不如阿爾泰。雖然前人在同位素測(cè)年、流體演化等方面積累了一些資料,但總體上還缺少精確的年代學(xué)資料和成巖成礦的物理化學(xué)參數(shù),影響到對(duì)于成巖過(guò)程及成礦環(huán)境的理解,因此還需要進(jìn)行基礎(chǔ)理論方面包括地球化學(xué)和同位素年代學(xué)等方面的研究。這不但是解決礦產(chǎn)資源問(wèn)題的需要(如云南龍陵一帶的Nb-Ta資源近年來(lái)得到了較充分的利用),也是解決揚(yáng)子地臺(tái)西緣大陸地質(zhì)演化歷史及青藏高原隆升過(guò)程中構(gòu)造—熱—成礦演化問(wèn)題的需要。已有資料表明,西南地區(qū)的偉晶巖礦床在時(shí)空分布上與其他礦床有密切的聯(lián)系,如形成于多個(gè)時(shí)代但在25Ma前后出現(xiàn)成礦的高峰期,而這一時(shí)期也是金礦的成礦高峰期和早、晚第三紀(jì)構(gòu)造轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時(shí)期?？梢?jiàn),西南地區(qū)早、晚第三紀(jì)之交短期內(nèi)發(fā)生的大規(guī)模成礦作用與青藏高原的隆升與演化之間具有成因聯(lián)系,存在著地質(zhì)突變導(dǎo)致大規(guī)模成礦爆發(fā)的可能性。青藏高原東緣的