喬 紅，真允慶

（1．中國冶金地質(zhì)總局三局地質(zhì)勘查院，太原030002；2．中國冶金地質(zhì)總局三局，太原030002）

中國東部中-新生代主要控礦因素：亞熱幔柱構(gòu)造

喬 紅1，真允慶2

（1．中國冶金地質(zhì)總局三局地質(zhì)勘查院，太原030002；2．中國冶金地質(zhì)總局三局，太原030002）

中國東部處于亞洲東部巨型裂谷帶的成礦背景，受太平洋板塊俯沖、巖石圈不連續(xù)、巖石圈地幔減薄及花崗巖大火成巖省諸因素的影響，因蘑菇云狀亞熱幔柱動力學機制的制約，形成大規(guī)模成礦成藏作用。文章對東北、華北及華南3個地幔亞熱柱的控礦作用的分析，為今后深部找礦和找藏工作提供了地質(zhì)理論依據(jù)。

巨型裂谷帶；大火成巖??；蘑菇云狀；亞熱幔柱構(gòu)造；中國東部

0 引言

中國東部是指賀蘭山—龍門山一線以東直至沿海的廣大地區(qū)。這里不僅是人口稠密、經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，也是新生代油氣田及中生代鐵、銅、鉬、金、銀、鉛、鋅、鎢、銻、錫、鋰、鈹、鈮、鈾等礦產(chǎn)的集中地。該區(qū)雖然只占全國陸地面積的40%左右，卻集中了全國85%以上的大型、特大型礦床［1］。因此，總結(jié)該區(qū)的成礦規(guī)律，尋求擴大找礦遠景的途徑，將對國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展具有深遠的地質(zhì)意義。為了更好地貫徹“攻深找盲”的深部找礦方針，本文試圖運用地幔熱柱理論，探討我國東部成礦成藏的動力學機理。

1 區(qū)域地質(zhì)背景概述

中侏羅世以來，作為歐亞大陸板塊組成部分的中國大陸所處的四周環(huán)境經(jīng)受不同方向的施壓：太平洋板塊從東向西擠壓；菲律賓（海）板塊從東（南）向北（西）擠壓；印度洋底擴張導(dǎo)致印度板塊從南向北持續(xù)強烈擠壓。相鄰板塊互相的擠壓與軟流圈自身熱 動能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的動力相結(jié)合，必然使深部軟流圈物質(zhì)流動集中、加厚；多個方向動力系統(tǒng)的聯(lián)合打造，形成了巨厚軟流圈的上涌［2］，這實際上就是地幔柱活動的表現(xiàn)。

中國東部鄰近太平洋板塊，主要由4個陸塊（克拉通）和3個造山帶相間組成。從北往南為西伯利亞陸塊（南緣）、蒙古興安古生代造山帶、中朝陸塊、秦嶺—大別造山帶、揚子陸塊、華南古生代造山帶和華夏陸塊，彼此皆由深大斷裂或造山碰撞縫合線間隔，郯廬大斷裂和大興安嶺—太行山斷裂帶疊加其上，形成立交橋式構(gòu)造格局（圖1）［3］。

蔡學林等利用CDSN，GSM和Geoscope資料進行地震面波層析成像反演時發(fā)現(xiàn)，在包括俄羅斯遠東海，我國東部大陸（東北、華北、下?lián)P子、華夏）和東南沿海、黃海、東海陸架，西太平洋邊緣海，婆羅洲以及印度支那半島的區(qū)域范圍內(nèi)，存在寬2 500～4 000 km、南北長12 000 km的巨型Vs低速異常帶。其特點為：①異常帶巖石圈Vs速度值最低，多為4．20～4．35 km／s；而其兩側(cè)面波速度較高，Vs均為4．40～4．70 km／s；②異常帶巖石圈厚度最小，多為50～80 km，如西太平洋邊緣海及溝弧體系巖石圈平均厚度僅55～65 km，華北裂谷為70～73 km，華南地塊為75～79 km，均屬減薄裂碎塊狀巖石圈；③異常帶軟流圈厚度最大，底界埋藏最深，一般在300 km左右，部分可達330～340 km，其厚度大于鄰區(qū)（通常在200 km以上，最厚可達250～300 km），為巨型裂谷體系的形成和演化提供了物質(zhì)及熱動力條件；④軟流圈Vs速度值最低，多為4．15～4．28 km／s；而鄰區(qū)軟流圈Vs速度高，多在4．20～4．35 km／s以上；可將Vs＜4．20 km／s的地區(qū)稱為“軟內(nèi)極低速帶”，如南海地區(qū)的“工”字形極低速異常體；⑤異常帶軟流圈內(nèi)含有高速塊體，如在華南地區(qū)東段及東南亞地區(qū)，軟流圈內(nèi)存在規(guī)模不等的高速塊體（Vs＝4．40～4．50 km／s），可能是巖石圈底部發(fā)生拆沉作用所致。巨型Vs低速異常帶的巖石圈和軟流圈三維Vs速度結(jié)構(gòu)，與太平洋洋中脊、大西洋洋中脊、印度洋洋中脊及鄰區(qū)的巖石圈和軟流圈Vs速度十分相似，由此推斷，這可能是古東亞大陸中生代中晚期以來發(fā)育的巨型裂谷體系的深部特性之一［4］，應(yīng)與地幔熱柱成因相對應(yīng)。

圖1 中國東部地形與大地構(gòu)造簡圖（據(jù)文獻［1］，略加修改）Fig．1 Sirnplified topographic and geotectonic map of eazstern China

2 太平洋板塊俯沖與地幔熱柱運動相輔相成

中國東部大陸處于環(huán)太平洋構(gòu)造體系范疇。從最新的不同深度地震波異常圖像［5］得知，西太平洋板塊的俯沖角度自北向南逐漸變陡（30°～60°）：在緯度41°，西太平洋板片俯沖角為31°～40°；在緯度33°，俯沖角為40°～50°；在緯度27°～29°，俯沖角達到60°（圖2a－圖2h）［5］。西太平洋板片向西插入東亞大陸的上地幔，在上下地幔的過渡帶內(nèi)轉(zhuǎn)為近似水平。西太平洋板塊俯沖帶總體呈箕狀，在該箕狀超深俯沖板片之上，出現(xiàn)低速的熱結(jié)構(gòu)。許志琴等認為，中國大陸東部的海盆、邊緣海、陸相盆地及其火山群的形成與西太平洋板片的箕狀超深俯沖有關(guān)［6］。李兆鼐等認為，西太平洋板片俯沖可影響大陸大興安嶺—太行山—湘西山區(qū)一線［7］。

在東北吉林琿春地區(qū)的深源地震（震源深度約540 km）顯然是太平洋板塊俯沖影響的結(jié)果。而中國東部廣大區(qū)域，主要因軟流圈的上涌促使巖石圈地幔成為新生地幔與殘剩地幔并存的蘑菇云構(gòu)造［8］。當然，這里所說的蘑菇云構(gòu)造，實質(zhì)上是地幔熱柱活動的跡象，它可促使克拉通地殼重新改造、地殼減薄、地震活動、巖漿噴侵“大災(zāi)變”、成礦作用“大爆發(fā)”，由此可以認為，太平洋板塊俯沖與地幔熱柱活動存在著相輔相成的關(guān)系。

3 巖石圈減薄與蘑菇云構(gòu)造

現(xiàn)以華北地區(qū)巖石圈的減薄為例進行剖析。如表1所示，古生代古老克拉通大陸型巖石圈地幔原厚度達200 km，具有低地溫、高波速、主要元素虧損、以方輝橄欖巖為主、同位素富集的特征，經(jīng)歷了地幔交代作用；進入新生代之后，轉(zhuǎn)變?yōu)楸『穸取⒏叩販?、低波速、主要元素富集、以二輝橄欖巖為主和同位素虧損的新生大洋型地幔。周新華將這一過程稱之為“巖石圈轉(zhuǎn)型（transformation）”，即古生代典型克拉通大陸巖石圈地幔先轉(zhuǎn)型為中生代巖石圈地幔，而后再由這一過渡型巖石圈地幔轉(zhuǎn)型為新生代大洋型地幔，2次轉(zhuǎn)型都存在著減薄作用在時、空和化學的不均勻性［9］。

圖3是縱貫我國大陸巖石圈NNE走向的重力梯度帶，也是現(xiàn)今巖石圈厚度梯度帶，其在華北地區(qū)兩側(cè)巖石圈厚度呈明顯落差：該帶以西，巖石圈厚度大多在100～120 km以上；該帶以東，則大多＜80～100 km，尤其幾個主要的中、新生代盆地（如渤海灣盆地、冀中盆地）構(gòu)成了減薄中心區(qū)。在我國東北區(qū)域也存在著差異。以華北減薄程度最大，東北次之，華南地區(qū)減薄作用相對較輕微。

圖2 在東亞大陸之下1 300 km處P波速度擾動的8個EW向垂直剖面（據(jù)Huang等，2006）Fig．2 Eight EW Verical Cross sections of regional P wave tomography down to 1 300 km depths under the East Asia

表1 顯生宙華北東部大陸巖石圈地幔性狀比較［9］Table 1 Comparision of phanerozaic continental lithospheric mantle plume of North China

中國東部新生代巖石圈地幔的轉(zhuǎn)型，實質(zhì)上是中生代巖石圈地幔轉(zhuǎn)型的一個不可分割的組成部分，也是中生代巖石圈減薄過程的繼續(xù)。我國東部大多數(shù)油氣田在這一階段成藏。周新華提出了華北顯生宙大陸巖石圈5階段演化模式［9］（圖4）。

白堊紀是全球深部地幔劇烈活動的時期，表現(xiàn)為超級地幔柱活動及海底玄武巖噴發(fā)高峰，同時也是形成大火成巖省的時段之一［10-11］。中國東部大陸巖石圈正是這一時段完成最終拼合，并開始拼合后的劇烈改造，表明中國東部深部層圈的相互作用與全球事件在時間上是同步的［12］。

圖3 中國東部重力梯度帶及巖石圈厚度［9］Fig．3 N-S gravity gradient lineament（NSGL）and lithosphere thickness in eastem China

中國東部古生代穩(wěn)定巖石圈（圖5a）減薄地殼至35 km，巖石圈總厚度減至80 km（圖5b），當前有2種不同觀點：①在新生代玄武巖的地幔橄欖巖中，存在高鐵的橄欖巖包體或高鎂的橄欖石捕虜晶，因而認為現(xiàn)今巖石圈地幔由上部減薄后的殘留和下部新生地幔組成；②根據(jù)新生代玄武巖中幔源包體的巖石學與地球化學特點，該時期巖石圈地幔以虧損海洋型地幔為主［13］，故認為部分下地殼以及下部的巖石圈地幔一同被減薄，地殼的下部直接就是新生地幔。

對于巖石圈減薄，袁學誠等認為是由軟流圈物質(zhì)蘑菇云狀上升，巖石圈被改造重組（圖5c），其上部出現(xiàn)新的殼幔過渡層，由下地殼和巖石圈地幔頂部局部熔融蘑菇云蓋重組而成。它的下部形成軟幔過渡層，由高角度侵入的軟流圈物質(zhì)（蘑菇云柄）和殘留的古老巖石圈地幔組成。在該區(qū)地表出露中生代高鉀鈣堿性巖和橄欖安粗巖2個系列，前者實際是代表殼幔過渡層中的殼源熔融體；后者代表軟流過渡層中的幔源熔融體［1415］。這也是地幔熱柱活動的有力佐證。

4 大火成巖省為地幔熱柱的淺部表象

近年來，有關(guān)大火成巖省研究可分為2類：鎂質(zhì)大火成巖?。∕LIPS）和長英質(zhì)大火成巖?。⊿LIPS）。前者以我國峨眉山玄武巖組成為例，后者以東北及華南花崗巖為代表［1617］。無論哪種大火成巖省，均與地幔柱活動有關(guān)，應(yīng)是地幔熱柱巨大球狀頂冠在淺部釋壓的產(chǎn)物［1819］。

中國東部大陸中生代花崗巖分布廣泛（圖6），其活動以燕山期最為劇烈。按區(qū)域分述如下［7，20］。

（1）東北大火成巖省。吳福元曾稱東北地區(qū)是花崗巖的“海洋”［21］，由元古宙—中生代不同類型的花崗巖雜巖體組成，分布面積約3×106km2（圖5）。全區(qū)以燕山期為巖漿活動的鼎盛期，可分晚三疊 中侏羅世（230～160 Ma）和早白堊世（130～120 Ma）2期。在大興安嶺，燕山早期花崗巖以二長花崗巖和花崗閃長巖為主；燕山晚期主要為堿性花崗巖、堿長花崗巖和正長花崗巖。全區(qū)花崗巖以Ⅰ型為主，僅在大興安嶺中南部A型花崗巖占大多數(shù)，西南部有少量S型花崗巖。巖石化學成分富Na，Na2O／K2O平均為0．97，A／CNK平均0．97，屬于偏鋁質(zhì)花崗巖?；◢弾rεNd（τ）為正值（0～3），εsr大多集中在0～20，總體具有殼?；旌匣◢弾r特征，說明巖漿來源于釹未虧損的地幔。

（2）華北大火成巖省。華北陸臺中生代火成巖主要分布在北緣、郯廬斷裂帶附近以及與之相互平行的太行山和呂梁山斷裂帶，在平原地區(qū)很多煤田及邯邢式鐵礦的勘探鉆孔內(nèi)，均見有燕山期中性巖體。本區(qū)以中基性 中性火山巖和中基性 中性侵入巖為主，并不同程度富堿、高鉀，形成了以粗面玄武質(zhì)、玄武粗安質(zhì)、粗安質(zhì)、粗面質(zhì)甚至響巖質(zhì)為主的火山巖組合。晚侏羅世 早白堊世的火山巖和侵入巖常見有粗面英安質(zhì) 流紋質(zhì)火山巖和花崗閃長質(zhì)石英二長質(zhì) 二長花崗質(zhì) 花崗質(zhì)侵入巖。花崗巖東部比西部發(fā)育。

圖4 華北顯生宙大陸巖石圈5階段演化模式［9］Fig．4 Five stage evolution model of suboontinental lithosphere beneath North China

圖5 正常巖石圈（a）、減薄巖石圈（b）與蘑菇云地幔巖石圈（c）［15］Fig．5 Normal lithosphere，thinning lithosphere and mushroom mantel lithosphere

（3）華南大火成巖省。主要以花崗巖 二長花崗巖組合為代表，有時有少量輝長閃長巖、二長閃長巖相伴生。在南嶺地區(qū)則以黑云母花崗巖 二云母花崗巖-白云母花崗巖組合為代表，并有少量與之相對應(yīng)的過鋁質(zhì)英安巖和流紋巖，以富鋁和富揮發(fā)分礦物（如石榴石、堇青石和黃玉等）為特征。沿海地區(qū)以粗面英安巖-流紋巖或高鉀英安巖 流紋巖組合為代表，有時有少量粗安巖或石英粗安巖共生，巖石類型很不相同。其中，浙東、閩東沿海地區(qū)以Ⅰ型和A型花崗巖組合為主，長江中下游和贛東北—浙西以Ⅰ型花崗巖組合為主，湘、桂、粵（西）則以過鋁的S型花崗巖為主，而皖南和蘇北為Ⅰ型和S型兼有過渡型花崗巖。中國東部燕山期花崗巖平均化學成分見表2。

（4）新生代大火山巖省。新生代火山巖系多分布在由中生代NNE向大型斷裂進一步擴展、延伸而演化成的裂陷槽或裂谷帶之中，這些火山巖帶?？缭缴鲜龅臇|北、華北和華南大火成巖省。其火山巖組合可分為3類：①以拉斑玄武巖為主的火山巖組合，包括橄欖拉斑玄武巖、拉斑玄武巖和石英玄武巖及少量堿性玄武巖；②以堿性玄武巖為主的火山巖組合，又分鉀質(zhì)為堿性苦橄玄武巖、堿玄巖、堿玄質(zhì)響巖和白榴石響巖；鈉質(zhì)為堿性苦橄玄武巖、堿玄巖、響巖、碧玄巖和副長石巖，大多堿性玄武質(zhì)，特別是鈉質(zhì)堿性玄武質(zhì)火山巖與拉斑玄武質(zhì)火山巖共生；③有時在鈉質(zhì)堿性玄武質(zhì)巖漿分異后期，出現(xiàn)少量堿性粗面巖、堿性流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r［7］。

表2 中國東部燕山期造山帶花崗巖巖石化學成分特征值［22］Table 2 Characteristic values of the petrochemical composition of granitic rocks in the Yanshanian orogenic belt in eastern Continental China

圖6 中國東部中生代花崗巖類分布圖Fig．6 Mesonoic granitoids in eastem China

新生代玄武巖特別是鈉質(zhì)苦橄玄武巖和碧玄巖中有大量地幔橄欖巖，其中包括2種：①綠色型的二輝橄欖巖包體，主要為尖晶石二輝橄欖巖，少量石榴石二輝橄欖巖、云母二輝橄欖巖、角閃石二輝橄欖巖和斜長石二輝橄欖巖；②黑色型的異剝橄欖巖系列，除了代表上地幔巖的包體之外，也常有代表下地殼的輝石巖、麻粒巖等包體，由此表明來自巖漿熔融源區(qū)和所經(jīng)通道中捕虜圍巖的包體，指示與上地幔和下地殼的混染有關(guān)［7］。

5 中-新生代地幔熱柱為多時代、多中心動力學機制

朱介壽等對深部Vs速度結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果表明：在東亞及西太平洋大陸邊緣地區(qū)深部75～250 km地段，存在巨型低速異常體，該異常體東西寬2 500～4 000 km，南北長12 000 km，形成了巨大巨厚的軟流圈帶［23］。

中侏羅世以來，中國東部發(fā)生一系列重大地質(zhì)事件的直接原因是軟流圈有規(guī)律、階段性的上涌。首先，因經(jīng)受區(qū)域四周相鄰板塊的擠壓，出現(xiàn)近于互相平行的中 新生帶裂谷、裂陷、盆地群；其次，巨厚的軟流圈為深部巨大的熱能庫，由于軟流圈物質(zhì)上涌，發(fā)生殼-幔交換，進而產(chǎn)生底侵、拆沉、熔融和去根等作用，促使巖石圈破裂（不連續(xù)）和減薄，形成中國東部中 新生代大規(guī)模強烈的巖漿噴發(fā)和侵入活動。

圖7 不同緯度的Vs速度剖面圖［22］Fig．7 S wave velocity image at each latitude slice

中生代以來，由于太平洋板塊俯沖，促使深部軟流圈物質(zhì)聚集上涌，因遇中 淺層巖石圈阻擋，上涌的軟流圈物質(zhì)向東部洋區(qū)擴散，這種現(xiàn)象稱為“遠程效應(yīng)”。從圖7可以看出，軟流圈物質(zhì)主要匯聚在200～250 km的東部大陸區(qū)及邊緣海區(qū)域內(nèi)，自南向北：北緯8°～20°為軟流圈物質(zhì)（淺色）的低速體區(qū)，上涌區(qū)域以南海為中心；北緯30°以東海與揚子為中心；北緯38°以華北裂谷和渤海為中心；北緯42°以華北裂谷—日本海為中心；北緯48°以松遼盆地—鄂霍茨克海為中心［3］，呈現(xiàn)了多中心的地幔上涌現(xiàn)象。

圖8揭示了東亞西太平洋巨型裂谷體系為減薄型碎塊狀巖石圈，呈現(xiàn)不連續(xù)性，在巖石圈上地幔及軟流圈內(nèi)均含有高速塊體，即所謂幔塊構(gòu)造。在軟流圈內(nèi)部有極低速帶常呈蘑菇云狀分布，由此說明為地幔熱柱活動的印跡。

中國東部地幔熱柱活動此起彼伏。大規(guī)模巖漿活動最早始于東北（約180 Ma（？）），位于張廣才嶺—小興安嶺和大興安嶺北段（鄂霍茨克）；張廣才嶺—小興安嶺結(jié)束時，正是華南熱幔柱巖漿活動峰期（160 Ma左右）；當華南結(jié)束時，華北熱幔柱才開始大規(guī)模巖漿活動（150～125 Ma），東部高原才垮塌減薄；而后東部沿海又興起大規(guī)?；鹕?巖漿活動，在早白堊世晚期［17］平歇；演化至新生代，大量玄武巖常沿深大斷裂帶噴發(fā)，起到了熱幔柱的鉚釘效應(yīng)［24］。

6 中國東部大陸主要控礦因素討論

綜上所述，中國東部大陸大規(guī)模成礦，受太平洋俯沖、巖石圈不連續(xù)、巖石圈減薄、軟流圈上涌及大火成巖省等諸因素控制，歸根到底是受地幔熱柱活動制約。

6．1 東北地幔亞熱柱的控礦作用

真允慶等根據(jù)巖石圈地幔呈蘑菇云狀上涌、地震層析資料證實和太平洋板塊俯沖相關(guān)連、坍塌型裂谷、區(qū)內(nèi)科馬堤巖和苦橄欖巖及大面積玄武巖噴發(fā)、花崗巖大火成巖省及變質(zhì)核雜巖體分布等特征，確定東北地區(qū)為亞幔柱構(gòu)造［20］。

東北地區(qū)是我國重要的多金屬、貴金屬、非金屬及能源礦產(chǎn)基地，在山區(qū)分布有固體金屬和非金屬，盆地內(nèi)分布有油氣田（圖9）。金屬礦產(chǎn)以銅、鉬、金、鉛鋅礦床為主，礦產(chǎn)規(guī)模大多為特大型、大型和中型不等，礦點星羅棋布，找礦前景十分廣闊，還有鈾、錫、稀有稀土礦床；非金屬礦床亦很豐富，常賦存在侏羅 白堊紀酸性火山巖中，見有珍珠巖、沸石、膨潤土、葉臘石和高嶺石成礦系列［25］。

由于東北地區(qū)復(fù)合造山作用的成礦背景［26］，各造山旋回均有多金屬礦床相匹配，例如：加里東期成礦有多寶山—銅山銅鉬礦床（（521．3±1．2）Ma～（476±3）Ma）；海西期成礦有白乃廟礦床（（396±2）Ma～（358±2）Ma）、太平川銅礦（260 Ma）；印支期成礦有庫里吐鉬礦（（236±3）Ma）、碾子溝鉬礦（152．4 Ma）、雞冠山鉬礦（155 Ma），以上礦床在燕山期均有不同程度的疊加成礦。區(qū)內(nèi)其他絕大多數(shù)多金屬、貴金屬礦床均為燕山期成礦。值得一提的是，該區(qū)石油、天然氣的成藏期亦為中、新生代，如海拉爾盆地的成藏期為120～80 Ma到105～93 Ma，松遼盆地成藏期為65～40 Ma到77．9～73 Ma。

該區(qū)金屬礦床和油氣田均與中生代火山-次火山噴侵作用有成生聯(lián)系。據(jù)牛樹銀研究，大興安嶺中南部多金屬礦床和白音諾爾鉛鋅礦床的成礦作用與次火山巖組成的幔枝構(gòu)造有關(guān)［27-28］。松遼盆地徐家圍子油氣田含CO2

的天然氣亦受火山機構(gòu)控制，且該區(qū)多金屬礦床因40Ar／36Ar，3He／4He，微量元素（PGE）與松遼盆地來自幔源的CO2天然氣同屬幔源成因［20］。通過研究認為，東北地幔亞熱柱的形成與演化，不僅是地殼運動的動力來源，而且可引起地殼深熔、大規(guī)模巖漿活動、變質(zhì)作用及地殼伸展、變質(zhì)核雜巖隆升，同時也溝通了成礦物質(zhì)的深部過程，甚至是多金屬（貴金屬）及非金屬成礦和油氣成藏運移的載體和成礦成藏的主要構(gòu)造［29］。

6．2 華北地幔亞熱柱的控礦作用

從馮福闿等運用三維S波速度圈定低波速（小于4．2～4．3 km／s）的分布信息獲知，在北京—沖繩間殼幔構(gòu)造剖面圖（圖10）上顯示出2個地幔隆起，即相當于2個地幔亞熱柱：一個是沖繩海槽亞熱柱；另一個是以渤海為中心的華北地幔亞熱柱［30］。楊文采等運用地幔地震S波速的高分辨率成像，清晰地揭示渤海灣下方的上地幔存在陡傾斜的破碎帶，延伸深度超過300 km（圖略），其邊界可能為地幔熱柱頂面界線?？梢钥闯?，在北緯39°～42°的區(qū)域內(nèi)，在76 km以上的巖石圈內(nèi)部及下方S波速降低，且波速擾動劇烈，反映上地幔破裂及流體聚集特征。波速擾動形狀呈上窄（巖石圈底）下寬（300 km）趨勢，可能是地幔柱頭變?yōu)榇执蟮姆从常?1］，由此證實地幔亞熱柱的存在。

大量深部探測資料表明，華北東部斷陷盆地下部是典型強烈隆升的幔隆，頂冠向外擴展，在其頂部，輕質(zhì)地幔物質(zhì)以玄武巖漿噴溢或基性巖墻的形式出現(xiàn)，并使上部地殼增溫裂陷，形成一系列鏟狀斷裂，控制大型斷陷盆地，接受了厚近萬米的新生代松散堆積，巖石圈厚僅60～80 km［32］。在華北深部地幔呈蘑菇云狀，頂冠從中部向外擴展拆離，巖石圈增厚至100～120 km；在太行山區(qū)、燕山區(qū)增厚至120～160 km，形成?？不蜥ｋA，表面為地殼厚度陡變帶、重力梯度帶、地震多發(fā)帶、熱泉分布帶和成礦集中區(qū)（圖11a）．

圖8 東亞西太平洋巨型裂谷體系（中段）巖石圈與軟流圈結(jié)構(gòu)圖Fig．8 Structural diagram of lithosphere and asthenosphere at middle of East Asia and Western Pacific huge rift system

在地幔亞熱柱形成初期，以強烈的區(qū)域隆升為主，往往在地幔亞熱柱穹狀頂冠之上及其外圍發(fā)育一系列幔枝構(gòu)造（圖11b）。幔枝構(gòu)造在平面上由內(nèi)向外，一般由核部巖漿 變質(zhì)雜巖、外圍拆離滑脫層、上疊裂陷火山 沉積盆地等單元組成。由于幔枝構(gòu)造溝通了深部通道，為含礦流體沉淀和儲存創(chuàng)造了條件，其為中生代主要的成礦控礦構(gòu)造［33］，華北大部分金、銀多金屬，銅、鐵成礦區(qū)（帶）多半與幔枝構(gòu)造有關(guān)［34］。

圖9 東北地區(qū)主要多金屬礦床及油氣盆地分布示意圖（據(jù)文獻［20］，修改）Fig．9 Distribution diagram of the main polymetallic deposits and oil and gas basin in norhheast China

華北地幔亞熱柱的形成、演化與發(fā)展，使中國東部中、新生代以來由高原轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代盆嶺耦合格局，是區(qū)域內(nèi)構(gòu)造運動、巖漿活動、變質(zhì)作用、成礦作用，抑或災(zāi)害地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、生態(tài)地質(zhì)等因素的主要誘因，也是該區(qū)黃海盆地、渤海盆地、華北盆地等油氣資源形成、運移和儲集的主要控制因素［35］。

圖10 北京—沖繩間殼幔構(gòu)造結(jié)構(gòu)剖面模式［30］Fig．10 Section model showing struture of crust-mantle from Beijing to Okinawa

6．3 華南地幔亞熱柱的控礦作用

華南地區(qū)主要包括浙、閩、皖、贛、粵、湘6省和桂、黔、滇3省的部分地區(qū)。大致以NE-NEE走向的紹興—江山—萍鄉(xiāng)斷裂為界，北部為揚子陸塊，南部為華夏陸塊。揚子陸塊中生代火成巖呈EWNWW向展布，而華夏陸塊中生代火成巖主要呈NE向展布（圖6）東南沿海燕山期火山巖面積超過500 000 km2，古火山有153座，其中破火山口102座，最大的戴云山巨型環(huán)形火山構(gòu)造長軸達160 km（圖12）?；鹕綆r年齡主要為130～120 Ma，其次為100～90 Ma。據(jù)地球物理資料，推測其深部為巨大花崗巖基，為地幔隆起帶［36］，即熱幔柱在淺部的地質(zhì)表象。

從區(qū)域看，大陸巖石圈在燕山期由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埳煺棺饔?，EW向古亞洲構(gòu)造逐步被NE向太平洋構(gòu)造所取代，因此大規(guī)模巖漿侵入和火山噴發(fā)沿NE-NNE向裂解帶分布，也是由于來自地幔熱物質(zhì)呈“蘑菇云”狀上涌［37］，導(dǎo)致大規(guī)模巖漿活動形成大火成巖省（GLIPS）。

該區(qū)印支期巖漿作用以鈣堿性二長巖—閃長花崗巖為主，巖石成分以富鎂、富鈦為特征［38］。燕山早期，隨著地幔柱上升，巖漿活動強烈，主要以過鋁質(zhì)殼型花崗巖和來自上地幔的基性巖漿發(fā)生部分熔融，形成中酸性火山巖（流紋巖＋英安巖）［39］，成為“雙峰式火山巖”和I型A型花崗巖組合，具有殼源-殼?；旌显礊橹鞯膸r漿成分譜系［40］。贛南和閩西南等地以及湘南地區(qū)玄武巖類（177～178 Ma）［4041］伴隨各類基性巖脈的侵入，強烈的拉張伸展作用產(chǎn)生一系列斷陷盆地。在拉張時期形成的花崗巖中，多見玄武巖包體，并見殼幔巖漿混合作用，表明玄武巖漿的底侵作用［42］和地幔柱活動。隨巖漿活動時代變新，巖石成分呈鈣堿性—偏堿性—堿性演化特征。區(qū)內(nèi)新生代玄武巖富集Nb，Ta，U，Ti等高場強元素，表明地幔熱柱上升至巖石圈有地幔物質(zhì)加入［43］。

圖11 華北地幔亞熱柱 幔枝構(gòu)造形成模式圖Fig．11 Model showing evolution of sub-mantle plume to mantle branch in North China

華南地區(qū)莫霍面等深圖（圖13）揭示，地殼厚度總體特征是東南部較薄，內(nèi)陸較厚，可能與地幔熱柱活動相關(guān)，同樣在重力異常圖（圖略）上亦存在多個環(huán)狀重力負異常，結(jié)合爆炸地震的低速層分布與埋深資料，均可證明為地幔物質(zhì)上涌的結(jié)果。

東南區(qū)S波三維速度結(jié)構(gòu)顯示，大陸邊緣下地殼厚達20 km，Vs速度高達3．9～40 km／s，軟流圈埋深界面由內(nèi)陸的78 km向沿海變淺至47～56 km，在100 km以下出現(xiàn)垂直梯度突變帶，該帶靠大陸一側(cè)為Vs＝4．4～4．7 km／s的高速層，靠沿海一側(cè)為Vs＝4．0～4．1 km／s的低速層，其延伸深度超過240 km，表明在東南沿海存在深達軟流圈地幔的柱狀通道，并與上部地殼熱點火山活動侵入位置相對應(yīng)［4546］。在Vs波層析成像平面圖上100 km，150 km和200 km的深度，都呈現(xiàn)柱狀高熱低速異常（速度擾動值為－4．0%，熱流值＞80 m W／m2），反映了地幔柱的存在。區(qū)內(nèi)早 晚白堊世、古近紀和新近紀的玄武巖就是地幔柱在板內(nèi)熱點的巖石學記錄。隨著時代變新，熱幔柱所捕獲的巖石圈地幔組分減少，裂谷帶內(nèi)熱點逐漸向東遷移，直至古近紀（20～40 Ma），代表了地幔柱末期相，其成分相當于PREMA的虧損地幔柱，快速噴發(fā)地表，極少有巖石圈地幔混染［47］，亦反映了擴張程度增強、由熱轉(zhuǎn)冷的地質(zhì)演化過程。

圖12 戴云山巨型環(huán)形火山構(gòu)造區(qū)［36］Fig．12 The Daiyunshan huge volcanic ring structure

圖13 華南地區(qū)莫氏面等深度圖Fig．13 Depth contour map of Moho surface in Southern China

程光瓊等運用層析成像PMEAN黏度模型newo3，對經(jīng)度60°E～140°E，緯度10°N～60°N范圍內(nèi)作了不同深度地幔垂直速度平面圖（圖略），以115～1 300 km深度地幔流動速度呈環(huán)狀影像最明顯，四周（深色）表示地幔下降流，中心部位（淺色）表示地幔上升流［48］，形成典型渦旋構(gòu)造［49］，即熱幔柱和冷幔柱“雙模式”特征。在南嶺地區(qū)鎢錫礦成礦時代亦具有明顯的分帶性，以湖南和贛南為中心，代表性礦床有柿竹園鎢錫鉬鉍礦（151 Ma）、西華山鎢礦（156～139．8 Ma）及紅旗嶺錫礦、蕩坪鎢礦、漂塘鎢錫礦等，向四周成礦時代逐漸年輕，向東巖背錫礦年齡100～122 Ma；向北曾家垅和尖峰嶺錫礦年齡104 Ma；向西南銀巖斑巖錫礦和陽春錫礦年齡分別為80～92 Ma；向西大廠錫礦、都龍錫礦和個舊錫礦分別為90～118 Ma，95～118 Ma和64～106 Ma［50］。成礦時代與地幔流體運移均呈環(huán)形展布。

該區(qū)以武夷—云開隆起帶為中心，它既是加里東 海西 印支期花崗 混合巖分布區(qū)，也是燕山期火山及淺成酸性巖漿巖劇烈活動區(qū)，還是鎢、錫、鈮、鉭、銅、鉛鋅、金銀等礦產(chǎn)的燕山期成礦帶。其東、西兩側(cè)呈對稱分布的特征，如西側(cè)的贛湘桂地區(qū)成礦作用與花崗巖關(guān)系密切，成巖與成礦年齡自東向西呈逐漸年輕的趨勢，成巖元素有鎢、稀土、鉍、鉬、鈾礦 錫、鎢、鉛鋅礦 錫、鉛鋅、銻、銀礦 汞、銻、金礦的分帶，成礦溫度逐漸降低；東側(cè)的東南沿海地區(qū)，則以火山成礦作用為主，礦種主要有銅、鉛鋅、銀、金、螢石、葉臘石等，相關(guān)的火山巖、次火山巖年齡與成礦年齡一致，自西向東年齡逐漸變年輕。據(jù)此推測，武夷—云開隆起帶可能為華南亞幔柱的軸部地帶。

7 結(jié)束語

（1）中國東部大規(guī)模成礦成藏作用，究其根源與地幔熱柱息息相關(guān)。地幔熱柱來源于地幔底部的D″層，與存在于地幔、地核邊界甚至地核深部的成礦流體（或地幔流體）［52］是同源的。

（2）盡管東北、華北、華南3個地幔亞熱柱的控礦作用各具特點，且幔枝構(gòu)造分布、礦床類型不盡相同，但其成礦成藏機理均受具蘑菇云構(gòu)造的熱幔柱控制。由于來自深部的流體，常沿淺部構(gòu)造脆弱帶上升、侵位、熔融、成礦就位，為深部找礦找藏提供了地質(zhì)理論依據(jù)。

（3）貴金屬及多金屬元素主要來自地核和地幔，在成礦流體運移過程中，可萃取圍巖的有益元素，經(jīng)天水滲入、溫度下降、壓力釋放等環(huán)境改變而卸載成礦。

（4）盆地的深部流體可分為2種：高氧逸度環(huán)境下形成的富CO2流體和低氧逸度環(huán)境下產(chǎn)生的富氫流體。前者僅形成CO2天然氣［53-54］；后者可改造儲層空隙，改善儲層物性，產(chǎn)生熱效應(yīng)和干酪根加氫效應(yīng)，催化成烴作用［55］。建議在該區(qū)域應(yīng)加強無機生油生氣的勘查工作。

致謝：承蒙牛樹銀教授對初稿進行了審閱，并提出修改意見，在此謹表謝意。

［1］ 陳毓川．中國主要成礦區(qū)帶礦產(chǎn)資源遠景評價［M］．北京：地質(zhì)出版社，1999：1-200．

［2］ 鄭洪偉，耿樹方，楊貴，等．中國東部地區(qū)深部結(jié)構(gòu)的層析成像［J］．地質(zhì)通報，2012，31（7）：1069-1077．

［3］ 耿樹方，劉平，鄭洪偉，等．對中國東部中生代動力學機制的新認識［J］．地質(zhì)通報，2012，31（7）：1061-1068．

［4］ 蔡學林，朱介壽，曹家敏，等．東亞西太平洋巨型裂谷體系巖石圈與軟流圈結(jié)構(gòu)及動力學［J］．中國地質(zhì)，2002，29（3）：234-245．

［5］ Huang J，Zhao D．High-resolution mantle tomography of China and surrounding regions［J］．Journal of Geophysical Research：Solid earth，2006，111（B9）．

［6］ 徐志琴，楊經(jīng)綏，嵇少承，等．中國大陸構(gòu)造及動力學若干問題的認識［J］．地質(zhì)學報，2010，84（1）：1-29．

［7］ 李兆鼐，權(quán)恒，李之彤，等．中國東部中、新生代火成巖及其深部過程［M］．北京：地質(zhì)出版社，2003：1-351．

［8］ 袁學誠．再論巖石圈地幔蘑菇云構(gòu)造及其深部成因［J］．中國地質(zhì)，2007，34（5）：737-758．

［9］ 周新華．中國東部中、新生代巖石圈轉(zhuǎn)型與減薄研究若干問題［J］．地學前緣，2006，13（2）：50-64．

［10］ Larson R L．Latest pulse of Earth：Evidence for a mid-Cretaceous superplume［J］．Geology，1991，19：547-550．

［11］ Mahoney J J，Coffin M F．Large igneous provinces［M］．Geophysical monograph 100．American Geophy Union，1997．

［12］ Wilde S A，Zhou X H，Nemchin A A，et al．Mesozoic crustmantle interaction beneath the North China craton：A consequence of the dispersal of Gondwanaland and accretion of Asia［J］．Geology，2003，31（9）：817-820．

［13］ 吳福元，徐義剛，高山，等．華北巖石圈減薄與克拉通破壞研究的主要學術(shù)爭論［J］．巖石學報，2008，24（6）：1145-1174．

［14］ 袁學成．秦嶺巖石圈速度結(jié)構(gòu)與蘑菇云構(gòu)造模型［J］．中國科學：D輯，1996，26（3）：209-215．

［15］ 袁學成，李善芳，管燁．瑞雷 泰勒不穩(wěn)定性與中國東部巖石圈：三論巖石圈地幔蘑菇云構(gòu)造［J］．中國地質(zhì)，2012，39（1）：1-11．

［16］ 王德慈，周金城．大火成巖省研究進展［J］．高校地質(zhì)學報，2005，11（1）：1-8．

［17］ 張旗，金惟俊，李承東，等．中國東部燕山期大規(guī)模巖漿活動與巖石圈減?。号c大火成巖省的關(guān)系［J］．地學前緣，2009，16（2）：21-51．

［18］ White R，Mckenzie D．Magmatism of rift zones：the generation of volcanic continental margins and flood basalts［J］．Journal of Geophy Sical Res earch，1989，94：7685-7729．

［19］ Campbell I H，Griffiths R W．The evolution of the mantles chemical structure［J］．Lithos，1993，30（3／4）：389-399．

［20］ 真允慶，牛樹銀，刁謙，等．東北地區(qū)地幔熱柱構(gòu)造與成礦成藏作用［J］．地質(zhì)學報，2012，86（12）：1869-1889．

［21］ 吳福元，李獻華，楊進輝，等．花崗巖成因的若干問題［J］．巖石學報，2007，2（6）：1217-1238．

［22］ 邱瑞照，李廷東，鄧晉福，等．中國大陸大規(guī)模成礦作用油氣田形成：來自巖石圈的約束［J］．中國地質(zhì)，2006，33（4）：852-865．

［23］ 朱介壽，蔡學林，曹家敏，等．中國華南及東海地區(qū)巖石圈三維結(jié)構(gòu)及演化［M］．北京：地質(zhì)出版社，2005：1-400．

［24］ 鄧晉福，趙海玲，吳宗絮．中國北方大陸下的地幔熱柱與巖石圈運動［J］．現(xiàn)代地質(zhì)，1992，6（2）：267-274．

［25］ 劉錦，王宇林，閆楠，等．赤峰地區(qū)中生代火山巖中非金屬成礦系列研究［J］．地質(zhì)找礦論叢，2011，26（3）：289-294．

［26］ 葉良文，刁謙，真允慶，等．東北地區(qū)復(fù)合造山作用與松遼盆地深部找藏［J］．地質(zhì)找礦論叢，2012，22（1）：84-95．

［27］ 牛樹銀，孫愛群，郭利軍，等．大興安嶺白音諾爾鉛鋅礦控礦構(gòu)造研究與成礦預(yù)測［J］．大地構(gòu)造與成礦學，2005，32（1）：72-80．

［28］ Niu Shuyin，Sun Aiqun，Wang Baode，et al．Mantal branch structure in the South-Central Segment of the Da Hinggan Mts．，Inner Mongolia and its ore-controlling role［J］．Acta Geologica sinica，2009，83（6）：1148-1162．

［29］ 吳明輝，張劉平．深部流體及其油氣成藏效應(yīng)研究現(xiàn)狀［J］．地學前緣，2009，16（1）：306-313．

［30］ 馮福闿，宋立珩．幔流底辟構(gòu)造——環(huán)西太平洋盆地熱動力學分析［J］．地球科學，1996，21（4）：383-394．

［31］ 楊文采，張學民，于常青．華北東部上地幔破裂帶［J］．地質(zhì)學報，2007，81（10）：1305-1313．

［32］ 孫繼源，邢集善，葉志光，等．華北地區(qū)板塊構(gòu)造與深部過程初探［J］．地質(zhì)科技情報，1992，11（1）：4-13．

［33］ 牛樹銀，孫愛群，邵振國，等．地幔熱柱多級演化及其成礦作用［M］．北京：地震出版社，2001：184-195．

［34］ 王寶德，牛樹銀，孫愛群，等．深部礦源與幔枝構(gòu)造成礦［M］．北京：地質(zhì)出版社，2010：28-166．

［35］ 牛樹銀，孫愛群，馬寶軍，等．華北東部地幔熱柱的特征與演化［J］．中國地質(zhì)，2010，37（4）：931-942．

［36］ 陶奎元，毛建仁，邢廣福，等．中國東部燕山期火山 巖漿大爆發(fā)［J］．礦床地質(zhì)，1999，18（4）：316-322．

［37］ 陸風香，鄭建平，李武平，等．中國東部顯生宙地幔演化的重要樣式“蘑菇云”模型［J］．地學前緣，2000，7（1）：97-108．

［38］ 謝竇克，馬榮生，張禹填，等．華南大陸地殼生長過程與地幔柱構(gòu)造［M］．北京：地質(zhì)出版社，1996：1-257．

［39］ 王德慈，邱檢生．中國東部中生代火山巖系及其成因與構(gòu)造［M］∥中國科學院地球化學研究所．資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展．北京：科學出版社，1999：256-268．

［40］ 謝柱青，胡瑞忠，趙紅軍，等．中國東南部地幔柱及其與中生代大規(guī)模成礦關(guān)系初探［J］．大地構(gòu)造與成礦學，2001，25（3）：179-186．

［41］ 陳培榮，孔興功，王銀喜，等．贛南燕山早期雙峰式火山 侵入雜巖的Rb-Sr同位素定年及其意義［J］．高校地質(zhì)學報，1999，5（4）：378-383．

［42］ 周新民，李武顯．中國東南部晚中生代火成巖成因：巖石圈消減和玄武巖底侵相結(jié)合的模式［J］．自然科學進展，2000，10（3）：240-247．

［43］ 陶奎元，毛建仁，邢廣福，等．中國東部燕山期火山 巖漿大爆發(fā)［J］．礦床地質(zhì)，1999，18（4）：317-322．

［44］ 鄧平，朱捌．中國東南部中 新生代地幔柱構(gòu)造［J］．華南鈾礦地質(zhì)，2003，20（1）：31-40．

［45］ 宋仲和．中國大陸及其海域地殼——上地幔三維速度結(jié)構(gòu)［J］．地球物理學報，1992，35（3）：316-329．

［46］ 劉光鼎．中國海區(qū)及臨近海域地質(zhì)物理特征［M］．北京：科學出版社，1992：1-204．

［47］ Andrew C K，Andrew D S，John T，et al．Depleted mantle-plume geochemical signatures：No paradox for plume theories［J］．Geology，1995，23（9）：843-846．

［48］ 程光瓊，朱介壽，蔡學林．東亞地幔流體速度研究［J］．中國地質(zhì)，2006，33（4）：896-905．

［49］ 白瑾，黃學光，王惠初，等．中國前寒武紀地殼演化［M］．北京：地質(zhì)出版社，1996：56-60．

［50］ 毛景文，王志良．中國東部大規(guī)模成礦時限及其動力學背景的初步探討［J］．礦物巖石地球化學通報，2000，19（4）：403-405．

［51］ 陳毓川，王登紅．華南地區(qū)中生代巖漿成礦作用的四大問題［J］．大地構(gòu)造與成礦學，2012，36（3）：315-321．

［52］ 毛景文，李曉峰，張榮華，等．深部流體成礦系統(tǒng)［M］．北京：中國大地出版社，2005：15-114．

［53］ 李愛云，真允慶，曾朝偉，等．中國油氣田氦、鉛、鍶、釹等同位素組成與二元論［J］．地質(zhì)調(diào)查與研究，2008，31（4）：353-362．

［54］ 張少云，真允慶，汪洋，等．油氣成因二元論及其地質(zhì) 經(jīng)濟意義［J］．2009，24（4）：303-316．

［55］ 吳明輝，張劉平．深部流體及其油氣成藏效應(yīng)研究現(xiàn)狀［J］．地學前緣，2009，16（1）：306-313．

Sub mantle plume structure the main Mesozoic Cenozoic mineral resources control factor in East China

QIAO Hong1，ZHEN Yunqing2
（1．the 3rd Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Bureau，Taiyuan 030002，China；2．the 3rd Bureau of China Metallurgical Geology Bureau，Taiyuan 030002，China）

East China is under minerogenic background of huge rift system of East Asia and is influenced by such factors as subduction of the Pacific plate，discontinuous lithosphere，thinning of mantle under the lithosphere，big granitic rock province etc．a(chǎn)nd is constrained by dynamic mechanism of mushroom-like sub-mantle plume thus large scale metallogeny and oil-gas reservoirs occur here．This paper analyzes mineral resources-control factor of sub-mantle plume structures in Northeastern China，Central China and Southern China so as to provide theoretical basis for future mineral and reservoir exploration to depth in the areas．

huge rifting belt；big igneous rock province；mushroom-like；sub-mantle plume structure

P542．5；P612

： A

10．6053／j．issn．1001-1412．2014．01．004

2013-05-02； 改回日期：2013-06-13； 責任編輯： 趙慶

喬紅（1961 ），女，高級工程師，1983年畢業(yè)于桂林冶金地質(zhì)學院地質(zhì)普查與勘探專業(yè)，長期從事地質(zhì)勘查工作。通信地址：山西省太原市三橋街39號，中國冶金地質(zhì)總局三局地勘院；郵政編碼：030002；E-mail：zy3yqh＠163．com

真允慶（1932-），男，教授級高級工程師，礦床學專業(yè)。通信地址：江蘇鎮(zhèn)江朱方路814隊；郵政編碼：212005；E-mail：zhenyunqing．1932＠aliyun．com