馬 光,宮 麗,張桂平,楊學軍

(1.河南理工大學資源環(huán)境學院,河南焦作454000;2.中國地質圖書館,北京 100083;3.遼寧省物測勘查院,沈陽 110121)

0 引言

鄂東南地區(qū)是我國重要的鐵、銅、金、多金屬成礦帶,引起了地學界的廣泛關注[1-16],成礦帶內礦床類型多樣,有夕卡巖型、斑巖型、熱液型、隱爆角礫巖(筒)型、卡林型、沉積(火山)型、風化淋濾型及復合型等。區(qū)內有銅綠山銅鐵金礦(大型)、雞冠嘴金銅礦(大型)、桃花嘴金銅礦(大型)、雞籠山金銅礦(大型)、李家灣銅礦(中型),以及鐵山、鄂城、金山店等大型鐵(銅)礦床分布。不少學者認為這些礦床與該地區(qū)的地幔隆起密切相關[17-20],但到目前為止,尚未見到運用殼幔結構不均一形成的地幔熱柱(即“黃石熱點”)控礦的觀點來闡述鄂東南地區(qū)金屬礦床的形成、就位機制的文獻。本文試圖從地球物理和地球化學等角度對“黃石熱點”的存在進行論證,希望得到同行和專家的指點,并為總結鄂東南金屬礦床形成機制提供了新的思路。

1 鄂東南地區(qū)構造背景

鄂東南位于揚子陸塊的西段,在大地構造上處于淮陽地塊與江南地塊之間的下?lián)P子拗陷帶呈西寬東窄的楔形鄂東斷褶帶內,在陸塊碰撞、拼接過程中形成了造山、隆起及前陸褶沖帶,其中的銅綠山礦床受NW向展布的陽新巖體、陽新巖體西北端的NW向區(qū)域構造和斷裂-破碎帶構造、NWW向斷裂-隱爆角礫巖帶-接觸帶復合構造,以及銅綠山巖體與大理巖接觸-破碎帶等構造的共同控制,是受以“黃石熱點”形式表現(xiàn)出來的殼幔結構不均一性控制的典型礦床。

2 地球物理特征

2.1 布格重力異常特征

鄂東大地電磁測深資料解譯和分析結果顯示,區(qū)域殼幔結構具有立體“層塊結構”性質,在縱向和橫向上都存在不均一性[21]。從區(qū)域莫霍面等深線圖(圖1)可以看出,黃石北東的麻城—岳西一帶為一幔凹區(qū),中心部位的莫霍面深度為39.0 km;黃石南西一帶也為一幔凹區(qū),莫霍面深度亦達38.0 km;黃石一帶正處于2個幔凹之間,恰好對應于深部構造的NW向幔隆帶,莫霍面深度約為35.5 km。區(qū)域莫霍面呈現(xiàn)出的中間淺、兩側深的特點,說明在黃石附近存在著富含成礦熱液的地幔熱柱,熱柱下部與地幔相連,形成明顯的地幔隆起,在地表則以熱點的形式(“黃石熱點”)表現(xiàn)出來。鄂東—贛西北眾多礦床分布都位于黃石附近這一典型特征,也恰恰說明了黃石是該地 區(qū)幔隆帶的中心,熱點控制了礦床的產出和分布。該區(qū)的中基性-中酸性火山噴發(fā)和中酸性巖漿侵入成礦作用,以及銅綠山礦床隱爆角礫巖型銅金礦體和云煌斑巖的侵位,均可以佐證“黃石熱點”的存在。

圖1 區(qū)域莫霍面等深線圖(據(jù)文獻21,修改)Fig.1 Regional Moho isodepth contour map

2.2 地熱異常特征

地球內部的幔源熱是地殼表層熱能的主要來源[22],而殼幔結構的不均一性是造成地熱溫度異常的重要因素。從圖2可以看出,黃石附近的地熱溫度接近50℃,地溫等值線有NW向分布特征。NNE向斷裂帶(新華夏構造體系的一部分)不但規(guī)模較大,而且活動性強,因此導致了比較強烈的火山活動相地熱活動,形成了一個強烈的地溫異常帶(異常最高值為60℃)。若從大地構造角度更廣闊和更深層次分析地溫異常形成條件,不難看出構造體系對區(qū)域地溫分布的控制作用。由此可見,地熱溫度歸根結底都與一定的構造體系及它們的活動性密切相關。這一點與本區(qū)的大地構造特征相吻合,這些地溫異常主要是在斷裂構造控制下由地下水的深循環(huán)作用形成的。

地熱溫度的這種變化特征在不同深度上也表現(xiàn)得非常明顯(圖3,圖4),1 000 m深度的地溫約為40℃,3 000 m深度的地溫約為90℃,地溫異常都有沿NW向和NNE向延伸的特征,與該地區(qū)熱流分布異常(圖2)及莫霍面等深度圖(圖1)都有很好的吻合關系,反映地熱分布明顯受控于區(qū)域深大斷裂。

圖2 中國部分地區(qū)熱流分布圖[22]Fig.2 Heat flow distribution map of some areas in China

圖3 1 000 m深度地溫分布圖[22]Fig.3 Geothermal distribution map at 1000m level

研究表明,鄂東南地區(qū)是一個地殼上地幔異常區(qū),它不僅是中國東西部不同地殼上地幔結構的明顯分界,也是南北不同深部構造的明顯分界[23-28]。

圖4 3 000 m深度地溫分布圖[22]Fig.4 Geothermal distribution map at 3000m level

3 地球化學特征

由于構造破碎帶存在著巖石的破裂和地應力的聚集與釋放,所以成為地下流體(特別是氣體和地熱流體)上涌的良好通道,常使某些元素如Rn等沿構造帶形成地球化學異常帶(區(qū))。破碎帶中存在大量的斷層泥,黏土是斷層泥的主要成分,又是Rn很好的吸附劑,大氣降水在下滲過程中將土壤吸附的Rn溶濾出來,進入地下水進行遷移,從而造成Rn在破碎帶的富集,致使Rn高值異常帶大都與活動斷裂帶展布一致,受深大斷裂的控制。所以研究地下水地球化學異常是尋找構造帶(特別是活動性斷裂構造)的有效途徑。

從圖5可以看出,鄂東南 Rn異常區(qū)總體呈NE-NNE向延長,呈長250 km,寬500 km的長條狀,黃石地區(qū)Rn含量＞135 Bq/L,黃石的北東方向Rn含量為45～135 Bq/L,明顯降低,說明桐柏—黃陂一帶存在切割深度較大的斷裂帶,與前述區(qū)域地質和地球物理結論相吻合。該異常的延長方向與深切上地幔的郯廬斷裂走向一致,證明了以NNE向郯廬大斷裂為主的斷裂-褶皺帶的存在。

圖5 我國部分地區(qū)水點氡含量分布圖[22]Fig.5 Rn content distribution map of water sampling point of some areas in China

圖6 REE-La/Yb圖解[10]Fig.6 REE-La/Yb diagram

鄂東成礦區(qū)的巖漿巖與華南地區(qū)同熔型巖漿巖具有相似的特征,而與華南地區(qū)重熔型巖漿巖存在很大區(qū)別,在∑REE-La/Yb圖解上表現(xiàn)得非常明顯(圖6),說明鄂東成礦區(qū)巖漿巖與幔源成分的密切關系,“黃石熱點”的存在是形成同熔型花崗巖的直接原因。

4 結論

通過以上論述可以看出,黃石地區(qū)存在著殼幔結構的不均一性,這種不均一性表現(xiàn)為該區(qū)形成莫 霍面深度明顯小于兩側地區(qū)而成為幔隆帶,并形成深達地幔的固體物質熱塑性流(熔漿)-地幔熱柱,地表以熱點的形式表現(xiàn)出來。含有成礦熱液的地幔熔漿是熱柱的主要組成部分,其與具有化學活動性的圍巖發(fā)生一系列復雜的變質作用和成礦作用,不但提供了部分成礦物質和幾乎全部熱源,形成了夕卡巖型、隱爆角礫巖型、斑巖型、卡林型[1]和熱液脈型等多種礦床類型,同時也導致熱流明顯增高的地熱異常和Rn的地球化學異常區(qū)。由于該熱點的存在,形成了與幔源物質密切相關的銅、鐵、金、多金屬礦床有利的深部構造和地球化學背景,對鄂東南銅、鐵、金、多金屬礦床的形成具有控制性作用。

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