馬 光,宮 麗,張桂平,楊學(xué)軍
(1.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,河南焦作454000;2.中國(guó)地質(zhì)圖書館,北京 100083;3.遼寧省物測(cè)勘查院,沈陽(yáng) 110121)
鄂東南地區(qū)是我國(guó)重要的鐵、銅、金、多金屬成礦帶,引起了地學(xué)界的廣泛關(guān)注[1-16],成礦帶內(nèi)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(fēng)化淋濾型及復(fù)合型等。區(qū)內(nèi)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(xué)者認(rèn)為這些礦床與該地區(qū)的地幔隆起密切相關(guān)[17-20],但到目前為止,尚未見到運(yùn)用殼幔結(jié)構(gòu)不均一形成的地幔熱柱(即“黃石熱點(diǎn)”)控礦的觀點(diǎn)來(lái)闡述鄂東南地區(qū)金屬礦床的形成、就位機(jī)制的文獻(xiàn)。本文試圖從地球物理和地球化學(xué)等角度對(duì)“黃石熱點(diǎn)”的存在進(jìn)行論證,希望得到同行和專家的指點(diǎn),并為總結(jié)鄂東南金屬礦床形成機(jī)制提供了新的思路。
鄂東南位于揚(yáng)子陸塊的西段,在大地構(gòu)造上處于淮陽(yáng)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(nèi),在陸塊碰撞、拼接過(guò)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(yáng)新巖體、陽(yáng)新巖體西北端的NW向區(qū)域構(gòu)造和斷裂-破碎帶構(gòu)造、NWW向斷裂-隱爆角礫巖帶-接觸帶復(fù)合構(gòu)造,以及銅綠山巖體與大理巖接觸-破碎帶等構(gòu)造的共同控制,是受以“黃石熱點(diǎn)”形式表現(xiàn)出來(lái)的殼幔結(jié)構(gòu)不均一性控制的典型礦床。
鄂東大地電磁測(cè)深資料解譯和分析結(jié)果顯示,區(qū)域殼幔結(jié)構(gòu)具有立體“層塊結(jié)構(gòu)”性質(zhì),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(dá)38.0 km;黃石一帶正處于2個(gè)幔凹之間,恰好對(duì)應(yīng)于深部構(gòu)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(cè)深的特點(diǎn),說(shuō)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(diǎn)的形式(“黃石熱點(diǎn)”)表現(xiàn)出來(lái)。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(shuō)明了黃石是該地 區(qū)幔隆帶的中心,熱點(diǎn)控制了礦床的產(chǎn)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(diǎn)”的存在。
圖1 區(qū)域莫霍面等深線圖(據(jù)文獻(xiàn)21,修改)Fig.1 Regional Moho isodepth contour map
地球內(nèi)部的幔源熱是地殼表層熱能的主要來(lái)源[22],而殼幔結(jié)構(gòu)的不均一性是造成地?zé)釡囟犬惓5闹匾蛩?。從圖2可以看出,黃石附近的地?zé)釡囟冉咏?0℃,地溫等值線有NW向分布特征。NNE向斷裂帶(新華夏構(gòu)造體系的一部分)不但規(guī)模較大,而且活動(dòng)性強(qiáng),因此導(dǎo)致了比較強(qiáng)烈的火山活動(dòng)相地?zé)峄顒?dòng),形成了一個(gè)強(qiáng)烈的地溫異常帶(異常最高值為60℃)。若從大地構(gòu)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(gòu)造體系對(duì)區(qū)域地溫分布的控制作用。由此可見,地?zé)釡囟葰w根結(jié)底都與一定的構(gòu)造體系及它們的活動(dòng)性密切相關(guān)。這一點(diǎn)與本區(qū)的大地構(gòu)造特征相吻合,這些地溫異常主要是在斷裂構(gòu)造控制下由地下水的深循環(huán)作用形成的。
地?zé)釡囟鹊倪@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(guān)系,反映地?zé)岱植济黠@受控于區(qū)域深大斷裂。
圖2 中國(guó)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(gè)地殼上地幔異常區(qū),它不僅是中國(guó)東西部不同地殼上地幔結(jié)構(gòu)的明顯分界,也是南北不同深部構(gòu)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
由于構(gòu)造破碎帶存在著巖石的破裂和地應(yīng)力的聚集與釋放,所以成為地下流體(特別是氣體和地?zé)崃黧w)上涌的良好通道,常使某些元素如Rn等沿構(gòu)造帶形成地球化學(xué)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(guò)程中將土壤吸附的Rn溶濾出來(lái),進(jìn)入地下水進(jìn)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(dòng)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(xué)異常是尋找構(gòu)造帶(特別是活動(dòng)性斷裂構(gòu)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(zhǎng),呈長(zhǎng)250 km,寬500 km的長(zhǎng)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(shuō)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(zhì)和地球物理結(jié)論相吻合。該異常的延長(zhǎng)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(guó)部分地區(qū)水點(diǎn)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(shuō)明鄂東成礦區(qū)巖漿巖與幔源成分的密切關(guān)系,“黃石熱點(diǎn)”的存在是形成同熔型花崗巖的直接原因。
通過(guò)以上論述可以看出,黃石地區(qū)存在著殼幔結(jié)構(gòu)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(cè)地區(qū)而成為幔隆帶,并形成深達(dá)地幔的固體物質(zhì)熱塑性流(熔漿)-地幔熱柱,地表以熱點(diǎn)的形式表現(xiàn)出來(lái)。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(xué)活動(dòng)性的圍巖發(fā)生一系列復(fù)雜的變質(zhì)作用和成礦作用,不但提供了部分成礦物質(zhì)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(shí)也導(dǎo)致熱流明顯增高的地?zé)岙惓:蚏n的地球化學(xué)異常區(qū)。由于該熱點(diǎn)的存在,形成了與幔源物質(zhì)密切相關(guān)的銅、鐵、金、多金屬礦床有利的深部構(gòu)造和地球化學(xué)背景,對(duì)鄂東南銅、鐵、金、多金屬礦床的形成具有控制性作用。
[1] 劉繼順,舒廣龍,高珍權(quán).鄂東豐山礦田卡林型金礦地質(zhì)地球化學(xué)特征[J].地學(xué)前緣,2004,11(2):379-386.
[2] 劉繼順,馬光,舒廣龍.湖北銅綠山夕卡巖型銅鐵礦床中隱爆角礫巖型金(銅)礦體的發(fā)現(xiàn)及其找礦前景[J].礦床地質(zhì),2005,24(5):527-536.
[3] 趙一鳴.夕卡巖礦床研究的某些重要新進(jìn)展[J].礦床地質(zhì),2002,21(2):113-136.
[4] 郭純智,魏全民,葉暉.雞冠嘴礦床隱爆角礫巖和斑巖型礦體的存在及其特征[J].金屬礦山,2007(2):52-57.
[5] 馮守忠.中國(guó)東部伴生金礦床的類型及主要控礦因素[J].黃金地質(zhì),2003,9(3):9-14.
[6] 顧連興,陳培榮,倪培,等.長(zhǎng)江中、下游燕山期熱液銅-金礦床成礦流體[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,38(3):392-407.
[7] 劉治國(guó).銅綠山銅鐵礦床地質(zhì)特征及巖漿巖與成礦關(guān)系探討[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),2002,24(4):207-214.
[8] 戚學(xué)祥,曠宏偉,陳培良,等.長(zhǎng)江中下游燕山期侵入巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].資源調(diào)查與環(huán)境,2002,23(1):52-59.
[9] 翟裕生,姚書振,林新多,等.長(zhǎng)江中下游地區(qū)鐵銅(金)成礦規(guī)律[M].北京:地質(zhì)出版社,1992:1-235.
[10] 舒全安,陳培良,程建榮.鄂東鐵銅礦產(chǎn)地質(zhì)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992:160-165.
[11] 常印佛,劉湘培,吳言昌.長(zhǎng)江中下游銅鐵成礦帶[M].北京:地質(zhì)出版社,1991:1-359.
[12] 魏全民,鄧剛利,胡振軍.雞冠嘴銅金礦床礦體賦存規(guī)律探討[J].黃金科學(xué)技術(shù),2006,14(5):30-33.
[13] 馬會(huì)珍,羅茂,龔一鳴.湖北黃石早三疊世的遺跡化石及其古環(huán)境意義[J].地質(zhì)科技情報(bào),2008,27(3):41-46.
[14] 趙穎弘,胡明安.鄂東南礦山環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].地質(zhì)科技情報(bào),2005,24(1):91-94.
[15] 張哲,杜遠(yuǎn)生,舒雪松,等.鄂東南地區(qū)早三疊世風(fēng)暴沉積序列及其環(huán)境意義[J].地質(zhì)科技情報(bào),2006,25(2):29-34.
[16] 張曉軍,胡明安.鄂東南鐵山地區(qū)土壤-植物系統(tǒng)中重金屬元素分布及富集特征[J].地質(zhì)科技情報(bào),2008,27(2):103-107.
[17] 馬光.鄂東南銅綠山銅鐵金礦床地質(zhì)特征、成因模式及找礦方向[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2005.
[18] 舒廣龍.湖北豐山礦田成礦地質(zhì)背景及斑巖成礦系列與微細(xì)浸染型金礦[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2004.
[19] 傅國(guó)平.銅綠山銅鐵礦床邊深部找礦前景分析[J].采礦技術(shù),2007,7(1):6-7.
[20] 陳國(guó)英,宋仲和,安昌強(qiáng),等.華北地區(qū)三維地殼上地幔結(jié)構(gòu)[J].地球物理學(xué)報(bào),1991,34(2):172-181.
[21] 蘇欣棟.鄂東南成礦區(qū)殼幔結(jié)構(gòu)及其特征[J].地質(zhì)與勘探,1995,31(1):18-25.
[22] 高文學(xué),蔣鳳亮,高慶華,等.地球化學(xué)異常-地震預(yù)測(cè)整體觀的探索[M].北京:地震出版社,2000:1-252.
[23] 儲(chǔ)國(guó)正.長(zhǎng)江中下游地區(qū)成礦地質(zhì)背景分析[J].安徽地質(zhì),2003,13(1):34-53.
[24] 李曙光.長(zhǎng)江中下游中生代巖漿巖及銅鐵成礦帶的深部構(gòu)造背景[J].安徽地質(zhì),2001,11(2):118-122.
[25] 安昌強(qiáng),宋仲和,陳國(guó)英,等.中國(guó)西北地區(qū)剪切波三維速度結(jié)構(gòu)[J].地球物理學(xué)報(bào),1993,36(3):317-325.
[26] 宋仲和,陳國(guó)英,安昌強(qiáng),等.中國(guó)東部及其相鄰海域S波三維速度結(jié)構(gòu)[J].地球物理學(xué)報(bào),1992,35(3):316-330.
[27] 莊真,傅竹武,呂梓齡,等.青藏高原及鄰近地區(qū)地殼與上地幔剪切波三維速度結(jié)構(gòu)[J].地球物理學(xué)報(bào),1992,35(6):694-709.
[28] 陳立華,宋仲和,安昌強(qiáng),等.中國(guó)南北帶地殼上地幔三維面波速度結(jié)構(gòu)和各向異性[J].地球物理學(xué)報(bào),1992,35(5):574-583.