錢壯志,段 俊,馮延清,徐 剛,張江江
(1.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710054;2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,西安710054)
中國銅鎳(鉑族)巖漿硫化物礦床主要成礦構(gòu)造背景
錢壯志1,2,段 俊2,馮延清2,徐 剛2,張江江2
(1.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710054;2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,西安710054)
本文基于中國銅鎳(鉑族)巖漿硫化物礦床區(qū)域分布和找礦新進(jìn)展及新的研究資料,對中國該類礦床的主要成礦構(gòu)造背景進(jìn)行總結(jié)研究,歸納出大火成巖省、克拉通邊緣裂谷或陸內(nèi)拉張環(huán)境、造山帶碰撞后伸展環(huán)境和活動(dòng)大陸邊緣或島弧4類重要成礦構(gòu)造背景,與世界上該類礦床成礦構(gòu)造背景比照,中國尚缺綠巖帶、蛇綠巖帶等構(gòu)造背景的礦床實(shí)例。另外,中國的造山帶碰撞后伸展環(huán)境大規(guī)模成礦也是世界上罕見的。由此,今后找礦勘查部署上應(yīng)充分考慮上述4類成礦構(gòu)造背景中的小巖體。
銅鎳(鉑族);巖漿硫化物礦床;成礦構(gòu)造背景;主要類型;中國
區(qū)域成礦構(gòu)造背景分析在成礦預(yù)測與找礦勘查選區(qū)部署中具有重要意義。世界上,與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿作用有關(guān)的銅鎳巖漿硫化物礦床成礦構(gòu)造背景主要有綠巖帶(裂谷)、大陸邊緣裂谷、造山帶、蛇綠巖帶、匯聚邊緣帶、島弧、隕石撞擊等[1]。湯中立等[2,3]在總結(jié)中國巖漿硫化物礦床類型中,將其主要構(gòu)造背景總結(jié)為大陸陸內(nèi)或邊緣裂解背景、造山帶后碰撞伸展背景和大火成巖省背景3類。本文基于近年來找礦新進(jìn)展和新的研究資料,對中國該類礦床的成礦構(gòu)造背景進(jìn)一步總結(jié),為今后找礦勘查方向提供背景依據(jù)。
依據(jù)已發(fā)現(xiàn)礦床成礦構(gòu)造背景分析,中國銅鎳(鉑族)巖漿硫化物礦床成礦構(gòu)造背景主要有4類,即大火成巖省、克拉通邊緣裂谷或陸內(nèi)拉張環(huán)境、造山帶碰撞后伸展環(huán)境和活動(dòng)大陸邊緣或島弧(見圖1,表1)。
2.1 克拉通邊緣裂谷或陸內(nèi)拉張環(huán)境
克拉通邊緣裂谷或陸內(nèi)拉張環(huán)境是我國重要的成礦構(gòu)造背景之一,金川礦床即形成于該類環(huán)境。最近研究顯示,位于塔里木陸塊北緣的興地塔格Ⅱ號(hào)巖體形成年齡為620 Ma,可能也與此類環(huán)境有關(guān)。
金川超大型銅鎳(鉑族)礦床位于華北陸塊西南緣,金川巖體屬于龍首山鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)侵入巖帶的組成部分,該巖群位于阿拉善地塊西南緣的龍首山隆起區(qū)內(nèi)(見圖2)。龍首山地區(qū)在前長城紀(jì)就已成為穩(wěn)定的克拉通,肖序常等認(rèn)為,中祁連的結(jié)晶基底在早前寒武紀(jì)與華北板塊是連為一體的,后來才從華北板塊中分裂出來。
圖1 中國銅鎳(鉑族)巖漿硫化物礦床成礦構(gòu)造背景分布[4]Fig.1 Distribution of the tectonic setting of magmatic sulfide deposits in China[4]
表1 中國銅鎳(鉑族)巖漿硫化物礦床成礦構(gòu)造背景Table 1 The tectonic setting of magmatic sulfide deposits in China
圖2 龍首山地區(qū)簡要地質(zhì)圖[24]Fig.2 Simplified geological map of Longshoushan region[24]
長期以來,研究者對金川銅鎳硫化物礦床的年代學(xué)進(jìn)行了大量的研究,近年研究結(jié)果顯示,金川巖體的單顆粒鋯石U-Pb年齡約831.8 Ma[5]。依據(jù)金川巖體的成巖年齡與Rodinia大陸裂解時(shí)間一致,李獻(xiàn)華等[25]提出金川巖體是受Rodinia大陸裂解影響的結(jié)果。但金川巖體原生巖漿為拉斑玄武巖漿,MgO含量不到12%(wt),源區(qū)為富集的巖石圈地幔,不像峨眉山大火成巖省、塔里木大火成巖省那樣,具有源自于地幔的多個(gè)層圈的物質(zhì)組分特征。據(jù)陳向陽等研究[26],龍首山地區(qū)存在新元古代韓母山群燒火筒溝組的礫狀白云巖是大陸裂谷的典型沉積,其中存在震旦紀(jì)晚期的微古植物化石,并指出金川巖體的成巖年齡略早于礫狀白云巖年齡。由此可見,金川巖體可能形成于大陸裂解時(shí)期的伸展構(gòu)造環(huán)境。
2.2 大火成巖省環(huán)境
2.2.1 峨眉山大火成巖省
峨眉山玄武巖及共生的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入巖,以及少量花崗巖和堿性巖廣泛分布于華南陸塊西部,是我國被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)可的大火成巖省,其發(fā)育與峨眉地幔柱構(gòu)造有關(guān)[27]。
在世界上,地幔柱背景下的大火成巖省巨量玄武巖漿活動(dòng)可導(dǎo)致大規(guī)模成礦作用的發(fā)生,這種構(gòu)造環(huán)境也是世界上巖漿礦床形成的重要構(gòu)造背景之一,典型范例如西伯利亞的Noril’sk-Talnakh超大型Ni-Cu-PGE硫化物礦床、南非與Bushveld雜巖體有關(guān)的PGE-Cu-Ni硫化物礦床以及鉻鐵礦床、美國Duluth雜巖體中的超大型Cu-Ni-PGE硫化物礦床、加拿大Coppermine River大火成巖省中的大型Ni-Cu-PGE硫化物礦床、北大西洋火成巖省Skaergaard巖體中的Pd-Au礦床。
我國峨眉山大火成巖省的面積較小,但其成礦作用多樣在世界上也是罕見[28],除大型超大型V-Ti磁鐵礦外,有多個(gè)與鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體有關(guān)的Cu-Ni-PGE硫化物礦床發(fā)育(見表1)。
2.2.2 塔里木大火成巖省
塔里木大火成巖省包括巨量的早二疊世大陸溢流玄武巖和一系列近乎同時(shí)代形成的鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖侵入體或巖墻、堿性正長巖類、A型花崗巖類和長英質(zhì)火山巖及火山碎屑巖,主要分布在塔里木盆地的中西部地區(qū)[29,32](見圖3),在東北部也有分布,主要為鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖侵入體。大量的年代學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,塔里木大火成巖省的巖漿活動(dòng)主要集中在290~285 Ma和285~274 Ma兩個(gè)階段,其中后一階段形成一系列鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖侵入體及長英質(zhì)的侵入巖[33]。
圖3 塔里木地塊地質(zhì)概況及大火成巖省分布圖[34,35]Fig.3 Schematic geotectonic map and distribution of large igneous province[34,35]
在該大火成巖省目前發(fā)現(xiàn)的坡一、坡十和羅東銅鎳硫化物礦床,它們均與早二疊紀(jì)鎂鐵-超鎂鐵巖體有關(guān)。
2.3 造山帶碰撞后伸展環(huán)境
在中國,與造山帶碰撞后伸展構(gòu)造背景有關(guān)的巖漿硫化物礦床主要分布在中亞造山帶。中亞造山帶位于西伯利亞板塊和東歐-卡拉庫姆-塔里木-中朝板塊之間,是全球顯生宙陸殼增生與改造最明顯的地區(qū),經(jīng)歷了增生造山、碰撞后伸展和大陸改造作用三個(gè)階段[36]。古生代晚期被認(rèn)為是中亞造山帶陸緣增生和后碰撞轉(zhuǎn)換的重要階段[12,13],發(fā)育大規(guī)模的具有低的(87Sr/86Sr)i值,正的εNd(t)值A(chǔ)-I型花崗巖[37,38]和多處基性-超基性巖[12,13,39]。中亞造山帶也是各種巖漿型金屬礦床的重要產(chǎn)地,其中與巖漿硫化物礦床有關(guān)的巖體主要分布在新疆東天山-阿勒泰東部地區(qū)以及興蒙造山帶的東部。
2.3.1 新疆東天山-阿勒泰東部地區(qū)
關(guān)于該地區(qū)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體形成的構(gòu)造環(huán)境,尚有與蛇綠巖有關(guān)[40]、與碰撞后伸展有關(guān)[12,13,41~43]、阿拉斯加型巖體[44~46]和與地幔柱有關(guān)[47~49]等不同認(rèn)識(shí)。根據(jù)對該地區(qū)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖帶和典型礦區(qū)的宏觀地質(zhì)特征以及地球化學(xué)研究,前人總結(jié)該區(qū)具有如下共性特點(diǎn):a.巖漿沿著區(qū)域線性分布;b.發(fā)育造山期后A型花崗巖[50];c.石炭紀(jì)存在拉張背景下的形成的海相雙峰式火山巖建造、弧后盆地及弧內(nèi)盆地[43,50];d.堆晶結(jié)構(gòu)及層狀相帶僅局部斷續(xù)發(fā)育[51~53];e.超鎂鐵巖的m/f值介于4.13~5.53,均屬鐵質(zhì)超基性巖,絕大多數(shù)鎂鐵質(zhì)巖石的m/f({(Mg2++Ni2+)/(Fe2++Fe3++Mn2+)}×100)為2.04~4.86[51];f.巖漿演化所涉及的是以巖石圈運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)的、限于地幔淺部的構(gòu)造-巖漿活動(dòng),尚未發(fā)現(xiàn)涉及下地幔的巖漿活動(dòng)[54]。近年來,巖體的精確定年表明:新疆東天山-阿勒泰東部地區(qū)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體大多形成于晚石炭世-早二疊世,應(yīng)為碰撞后時(shí)期的產(chǎn)物[55],但對后碰撞階段開始于何時(shí),還存在不同認(rèn)識(shí)[39.56~58],但是對于該區(qū)二疊紀(jì)地殼演化以及屬于后碰撞階段則沒有異議。
在早二疊世碰撞后馳張構(gòu)造階段,該區(qū)大量鎂鐵-超鎂鐵巖沿深大斷裂帶上侵,形成了一系列銅鎳巖漿硫化物礦床。這些成礦巖體常呈帶狀分布,主要出現(xiàn)在阿爾泰南部的喀拉通克礦集區(qū)、東天山地區(qū)的黃山-鏡兒泉成礦帶和東天山白石泉-天宇礦集區(qū)。從鎂鐵質(zhì)巖石和銅鎳硫化物礦床的分布來看,東天山成礦帶是新疆東北部碰撞后伸展環(huán)境成礦的主要地區(qū)(見圖4)。
圖4 新疆東天山-阿勒泰東部構(gòu)造地質(zhì)及銅鎳礦床分布略圖[50]Fig.4 Simplified tectonic geology and distribution of magmatic Cu-Ni sulfide deposit in northern Xinjiang[50]
2.3.2 興蒙造山帶東部地區(qū)
興蒙造山帶位于西伯利亞板塊與華北板塊之間的中亞造山帶東段,古生代期間,該區(qū)不僅經(jīng)歷了多個(gè)微陸塊之間的碰撞與拼合過程[59],也經(jīng)歷了古亞洲洋的最終閉合,是我國諸多造山帶中已知發(fā)展歷史最長、構(gòu)造巖漿活動(dòng)最為復(fù)雜的一條造山帶。目前,在該區(qū)內(nèi)的紅旗嶺地區(qū)已發(fā)現(xiàn)30多個(gè)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)雜巖體,且很多巖體與Cu、Ni礦床有成因上的聯(lián)系[60](見圖5)。
圖5 紅旗嶺礦床區(qū)域地質(zhì)略圖[60,61]Fig.5 Simplified geological map of the Hongqiling deposit[60,61]
目前,東北地區(qū)的構(gòu)造演化爭議最大的是古亞洲洋最后閉合的時(shí)間和地點(diǎn)。傳統(tǒng)上認(rèn)為古亞洲洋的最終閉合時(shí)間為早二疊世末期。近年對紅旗嶺地區(qū)的研究表明,胡蘭群角閃巖相變質(zhì)作用發(fā)生在約240 Ma,同時(shí)紅旗嶺北部同碰撞花崗巖的鋯石U-Pb年齡為246±4 Ma,因此推測華北克拉通和佳木斯地塊的碰撞可能發(fā)生在早三疊世[60]。晚三疊世是東北地區(qū)A型花崗巖巖漿活動(dòng)的重要階段[62],而A型花崗巖作為構(gòu)造環(huán)境識(shí)別的重要巖石學(xué)標(biāo)志主要形成于伸展的構(gòu)造背景中[63],表明東北地區(qū)在晚三疊世已處于伸展的背景下。
馮光英等[64]測得紅旗嶺1號(hào)超基性巖體鋯石UPb年齡為220.6±2.0 Ma;孫立吉[65]測得紅旗嶺2號(hào)巖體輝長巖鋯石U-Pb年齡為212.5±2.8Ma現(xiàn)出Ma;Lv等[66]測得紅旗嶺7號(hào)巖體塊狀礦石硫化物Re-Os等時(shí)線年齡為208±21 Ma;劉金玉[67]測得3號(hào)巖體角閃石39Ar/40Ar年齡為228±3.1 Ma。這些測年結(jié)果表明含礦巖體與A型花崗巖同期,應(yīng)該是屬于伸展環(huán)境下的產(chǎn)物。
2.4 活動(dòng)大陸邊緣或島弧環(huán)境
該類環(huán)境是根據(jù)近年來對夏日哈木鎳礦床的發(fā)現(xiàn)與初步研究,并結(jié)合黑山銅鎳礦床的研究進(jìn)展而初步確立的。對此尚有不同的認(rèn)識(shí),相關(guān)內(nèi)容還需要深入研究,本文總結(jié)僅是初步的探索。
夏日哈木鎳礦床位于青海省東昆侖造山帶西段之東昆中早古生代花崗巖-變質(zhì)巖島弧帶內(nèi)(見圖6)。在東昆侖地區(qū),從北向南以東昆北、東昆中和東昆南三條巖石圈斷裂為界,將東昆侖造山帶劃分為昆北帶、昆中帶和昆南帶[68]。在早古生代期間,昆北帶的構(gòu)造屬性為弧后盆地,昆中帶為島弧帶,而昆南帶對應(yīng)于早古生代古洋盆[19]。
圖6 柴達(dá)木地塊周緣構(gòu)造地質(zhì)略圖(凌錦蘭據(jù)[69]修改)Fig.6 Simplified geological map of the around of Qaidam Block(modified by Ling after[69])
夏日哈木鎳礦床是青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院2011年發(fā)現(xiàn)的超大型礦床,李世金等[70]報(bào)導(dǎo)了條帶狀輝長巖的年齡為393.5±3.4 Ma,姜常義等(待刊)依據(jù)測得輝長巖鋯石U-Pb年齡年齡為439 Ma,提出該巖體形成于拉張島弧背景。凌錦蘭等[19]結(jié)合前人研究資料分析認(rèn)為夏日哈木Ⅰ號(hào)巖體形成時(shí),東昆中帶尚處于島弧帶的B型俯沖環(huán)境。據(jù)此,并結(jié)合巖石地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為東昆中島弧帶屬拉張型島弧帶,或在某一演化階段處于拉張型應(yīng)力場。在這種拉張型應(yīng)力場作用下,導(dǎo)致島弧內(nèi)部出現(xiàn)了巖石圈破裂帶,夏日哈木巖體群即沿巖石圈破裂帶侵位。
黑山大型銅鎳礦床位于甘肅北山地區(qū)。據(jù)楊合群等[71]研究,認(rèn)為該區(qū)以紅柳河-牛圈子-洗腸井蛇綠巖帶為界,南側(cè)為塔里木-華北板塊,北側(cè)為哈薩克斯坦板塊。進(jìn)一步劃分出兩個(gè)二級構(gòu)造單元:南側(cè)為敦煌微板塊,北側(cè)是星星峽-旱山微板塊(見圖7)。并指出該地區(qū)在古生代主要經(jīng)歷了震旦紀(jì)-奧陶紀(jì)古陸裂解及洋盆擴(kuò)張階段;志留-泥盆紀(jì)板塊俯沖及碰撞造山階段;石炭-二疊紀(jì)為陸內(nèi)裂谷階段。
甘肅北山地區(qū)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體形成年齡研究,黑山巖體橄欖角閃輝長巖鋯石U-Pb年齡為357 Ma[20];大山頭巖體輝長巖鋯石U-Pb年齡為359.3±5.7 Ma[72]。以上精確定年均顯示區(qū)域內(nèi)含礦或者礦化巖體形成于晚泥盆世。目前,對黑山及鄰近的鎂鐵質(zhì)巖體構(gòu)造背景主要有如下認(rèn)識(shí):Xie等[20]認(rèn)為黑山侵入巖體形成于晚泥盆世,該地區(qū)晚泥盆紀(jì)火山巖顯示了典型島弧火山巖特征,黑山微量元素配分形式與泥盆紀(jì)火山巖很一致,也顯示了黑山侵入體可能形成于與俯沖相關(guān)的構(gòu)造背景機(jī)制中。閆海卿等[72]對鄰近黑山的大山頭鎂鐵質(zhì)雜巖體研究認(rèn)為,其巖漿源區(qū)為富集巖石圈地幔,并且受到強(qiáng)烈的洋殼俯沖流體交代和地殼物質(zhì)的同化混染。大山頭-黑山一帶洋殼俯沖作用在泥盆紀(jì)末依然影響著大陸邊緣初始裂谷內(nèi)的巖漿活動(dòng)。李麗等[73]對怪石山銅鎳礦化巖體(鋯石SHRIMP年齡353~405 Ma)研究認(rèn)為,該巖體形成于活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景下??傮w來看,大家趨向認(rèn)為黑山礦床的構(gòu)造背景屬活動(dòng)大陸邊緣,明顯不同于坡一、坡十等與東天山時(shí)代相近的銅鎳礦化巖體(石炭紀(jì)末-二疊紀(jì))。
圖7 甘肅北山地區(qū)構(gòu)造與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體分布圖[72]Fig.7 Simplified tectonic geology and distribution of magic-ultramafic intrusion belts in Beishan area[72]
大量勘查成果顯示,中國與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖漿作用有關(guān)的銅鎳巖漿硫化物礦床都發(fā)育在小巖體中[2,3],在大型雜巖體中還未發(fā)現(xiàn)成礦實(shí)例。與世界上該類礦床成礦構(gòu)造背景比照,中國的該類礦床主要形成在大火成巖省、克拉通邊緣裂谷或陸內(nèi)拉張環(huán)境、造山帶碰撞后伸展環(huán)境和活動(dòng)大陸邊緣或島弧環(huán)境等4類構(gòu)造背景區(qū),尚缺綠巖帶、蛇綠巖帶等構(gòu)造背景的成礦實(shí)例。另外,中國的造山帶碰撞后伸展環(huán)境大規(guī)模成礦也是世界上罕見。由此,我國今后對該類礦床的找礦勘查部署上,應(yīng)充分考慮上述4類成礦構(gòu)造背景中的小巖體。尤其是中國西部地區(qū),以上背景區(qū)幅員遼闊,在這些區(qū)帶中有的已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重要的小巖體大礦床,說明它們成礦條件優(yōu)越,找礦潛力巨大,需要繼續(xù)深入工作,在區(qū)域找礦工作基礎(chǔ)上,篩選重點(diǎn)區(qū)帶及靶區(qū),部署勘查工作,發(fā)現(xiàn)新礦床,擴(kuò)大資源遠(yuǎn)景,爭取重大突破。
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Main metallogenic tectonic settings of magmatic Cu-Ni(PGE)sulfide deposits in China
Qian Zhuangzhi1,2,Duan Jun2,F(xiàn)eng Yanqing2,Xu Gang2,Zhang Jiangjiang2
(1.MOE Key Laboratory of Western China Mineral Resources and Geological Engineering,Xi’an 710054,China;2.College of Earth Sciences and Recourses,Chang’an University,Xi’an 710054,China)
This article summarized the main metallogenic tectonic settings of the magmatic Cu-Ni(PGE)deposits in China by the regional distribution characteristics,new progresses in exploration,and new research materials.It found out four important metallogenic tectonic settings which were large igneous province,rift on craton margin or intracontinental extensional environment,post-collisional extensional environment on orogenic belt,and active continental margin or island arc.Comparing the findings with other countries,the result showed that China lacks the magmatic sulfide deposits related to greenstone belt and ophiolite belt,but the large scale mineralization in the post-collisional extensional environment on the orogenic belt is quite rare in the world.Therefore,the prospecting direction should fully consider those small maficultramafic intrusions which related to the four types metallogenic tectonic settings mentioned above.
Cu-Ni(PGE);magmatic sulfide deposits;metallogenic tectonic setting;main types;China
P618.41;P618.63;P612
A
1009-1742(2015)02-0019-10
2014-12-03
中國工程院咨詢項(xiàng)目(2013-04-XY-001);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372101);中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212011085061)
錢壯志,1959年出生,男,陜西富平縣人,教授,主要從事礦床學(xué)和區(qū)域構(gòu)造與成礦的教學(xué)與研究工作;E-mail:zyxyqzz8@chd.edu.cn