許德如1 周岳強12 鄧 騰12 王智琳3 于亮亮12 胡國成12 鄒少浩12

(1.中國科學院 廣州地球化學研究所 礦物學與成礦學重點實驗室,廣東 廣州 510640;2.中國科學院大學,北京 100049;3.中南大學 地球科學與信息物理學院,湖南 長沙 410083)

自多因復成礦床概念正式提出以來(陳國達,1982),陳國達先生對其基本特征、理論意義和研究方法先后作了較系統(tǒng)的論述(陳國達,1982,1987,1996,2000)。多因復成礦床這一新類型礦床的提出為在地臺活化區(qū)(即地洼區(qū))開展成礦預測與找礦勘查提供了理論基礎(歐陽成甫等,1993;彭省臨等,2001),得到了國內外礦床界、礦業(yè)界的普遍稱譽和認同,豐富和發(fā)展了成礦學理論(舒見聞和彭國忠,1986;陳伍勤,1987;龍淑貞和汪靈,2002)。30多年來的實踐已證明了多因復成成礦理論的正確性,但其形成過程與成因機理至今仍未作精細的刻畫和深入的研究。尤其是自 20世紀 60年代末以來,隨著對全球不同構造域、或同一構造域不同時期、或同一時期不同大地構造發(fā)展階段大規(guī)模成礦作用研究的普遍深入,板塊構造學說在解釋板塊邊緣成礦、特別是闡明那些重要的或有特色的礦床的形成機理方面已產生了深遠的影響(Sillitoe,1972,2010;Hammond,1975;Sawkins,1984;鄧晉福,1990;陳衍景,1996,2013;Kesler,1997;Groves et al.,1998;Goldfarb et al.,2001;Cooke et al.,2005;?ener et al.,2005;Chen et al.,2007;Hou et al.,2007;Vos et al.,2007;Zaw et al.,2007,2014;Hou and Cook,2009;Mao et al.,2011,2014;Griffin et al.,2013;Richards,2013;Wilkinson,2013;Bertrand et al.,2014;Deng et al.,2014),不僅推動了礦床學理論和找礦勘查模式的深刻變革,而且為揭示超大陸的聚合和裂解過程及動力學機制與成礦響應提供了基礎(Zhai and Santosh,2013)。有關地幔柱構造的假說(Wilson,1963;Morgan,1971)也得到越來越多的巖石學、地球化學、地球物理、實驗模擬和構造地貌學等證據(jù)的支持(Schilling,1973;Griffiths and Campbell,1990;Cox,1991;Fuller and Weeks,1992;Nataf and VanDacar,1993;Stein and Hofmann,1994;Hofmann,1997;Wolfe et al.,1997;Sheth,1999;Condie,2001;Zhao,2001;DePaolo and Manga,2003;Kerr,2003;Xu et al.,2004;Bourdon et al.,2006;Cao et al.,2011;徐義剛等,2013),為板內或陸內大規(guī)模構造變形、巖漿活動和成礦事件提供了新的解釋(毛景文等,1998,2012;謝桂青等,2001;胡瑞忠等,2005;肖龍等,2007;Mao et al.,2008a,2008b;Hoa et al.,2008;葛良勝等,2012;童航壽,2010;Begg et al.,2010;Pirajno,2000,2013a,2013b;Zhang et al.,2010;Hou et al.,2011;Li et al.,2012a;Pirajno and Hoatson,2012;Webber et al.,2013;Berge,2013;Mitrofanov et al.,2013;Munteanu et al.,2013;Shi et al.,2013;Deb,2014;Li et al.,2014a),對開拓新的找礦靶區(qū)、尋找大型–超大型礦床還具有重要指示意義(王登紅,1998;胡瑞忠等,2008;李文淵等,2012)。因此,在新的大陸動力學與成礦地球動力學理論不斷豐富和發(fā)展的今天,如何從新的視角重新認識多因復成礦床的形成過程與機理,無疑是一個難度大、具有挑戰(zhàn)性意義的重大課題。本文首先結合板塊構造、地幔柱構造及其成礦理論的最新研究進展,分析了多因復成礦床的立論基石;然后,結合國內幾個典型礦床、特別是大型–超大型礦床實例,論述了多因復成礦床的形成機理;最后,作者提出了多因復成礦床的研究思路。

1 活化(地洼)構造理論與多因復成礦床

1956年陳國達發(fā)表《中國地臺“活化區(qū)”的實例并著重討論“華夏大陸”問題》一文,首次提出活化區(qū)(Activated region)術語,用以代表諸如中國大陸東部大部分原系地臺的地區(qū),于中生代中期發(fā)生“地臺活化”過程,形成既有別于地臺區(qū)、又不同于地槽區(qū)的一種新的、以強烈地殼運動為特征的活化構造區(qū),即地臺“活化區(qū)”。該文的發(fā)表標志了地洼學說的正式誕生?；诘嘏_“活化區(qū)”所特有的構造-地貌、火山-沉積建造和巖漿建造,以及所表現(xiàn)的特色成礦作用,其后,陳國達先生相繼發(fā)表了《大陸地殼第三基本構造單元——地洼區(qū)》(陳國達,1959a)、《地殼動“定”轉化遞進論——論地殼發(fā)展的一般規(guī)律》(陳國達,1959b)和《地臺活化及其找礦意義》(陳國達,1959c)等論著,將這種新的活化構造區(qū)正式命名為“地洼區(qū)”(陳國達,1965),強調它是大陸地殼演化中除地槽區(qū)和地臺區(qū)外、所新發(fā)現(xiàn)的第三基本構造單元,并指出“地殼演化史,是由多種類型的活動構造區(qū)和“穩(wěn)定”構造區(qū),交替轉化與階段發(fā)展構成的”。隨著大陸動力學研究在全球范圍內的深入,為了能更恰當?shù)乇硎龅赝輰W說的理論核心,自1992年起陳國達采用活化構造理論(簡稱活化構造論,Theory of Activiated Tectonics;Chen,2000)作為地洼學說的同義語使用。這種表述上的變化,從一個側面反映出了半個多世紀來,隨活化區(qū)研究的積累和深入,活化構造理論及其動力學機制也在不斷充實完善(林舸,2005;林舸和范蔚茗,2015),這也是科學理論發(fā)展的自然規(guī)律(楊心宜,2003)。

活化構造理論的提出及不斷完善過程,也是對地殼演化階段成礦規(guī)律的再認識過程。為更好地描述活化構造區(qū)所具有的獨特成礦現(xiàn)象,以正確理解礦床的成因、時空分布規(guī)律、并為找礦實踐服務,陳國達(1956,1959c)從把大地構造學與礦床學相合的角度,提出了活化成礦理論或地洼成礦理論,并認識到“不同構造單元表現(xiàn)成礦專屬性、礦產繼承性和成礦遞進性、成礦的多階段性及不平衡性等”。隨后,他在《多因復成礦床并從地殼演化規(guī)律看其形成機理》一文中正式提出了多因復成礦床的概念(陳國達,1982),認為它是指“那些由于不止一次的成礦作用的綜合結果,以致明顯地同時具有多方面的成因特征的一類礦床”,表現(xiàn)出“疊加富化、改造富化和再造富集”等三種成因模式;此類礦床最常見于地殼演化的地臺活化階段,因而最廣泛分布于地臺活化區(qū)。此后,陳國達先生對多因復成礦床的基本特征作了高度概括,即該類型礦床普遍表現(xiàn)“多個大地構造演化階段、多種成礦物質來源、多類控礦因素、多種成礦作用和多樣成因類型”(陳國達,1996,2000)。多因復成這一新類型礦床的提出,不僅為正確理解那些復雜或特色礦床的成因提供了新的思路,反過來有可能為深入探索地臺活化的動力學機制開辟了新的視角。為了闡明活化(地洼)構造的動力學機制,陳國達(1965)曾提出“地幔蠕動熱能聚散交替假說”。該假說認為,地殼的“動(活動區(qū))”“定(穩(wěn)定區(qū))”轉化、遞進發(fā)展,以及地殼塊體移動和定向構造形成,其根本原因是地幔物質及溫度的不均一性所引起的緩慢蠕動和地殼中的熱能聚散交替。一些學者還從定量計算(董軍等,2001)、巖石探針和數(shù)值模擬(范蔚茗等,1993;林舸,2005)等角度,討論了地臺活化或構造–巖漿活化的動力學性質和過程與表現(xiàn)形式,并暗示地臺活化與軟流圈上涌導致的地幔熱侵蝕和殼-幔相互作用有著密切的成因關系(林舸和范蔚茗,2015)。如果聯(lián)系到板塊構造、地幔柱構造及所引起的各種類型礦床的動力學起源和其循環(huán)特征,我們初步認為地臺活化及其導致的多因復成礦床在動力學成因機制上與前兩者可能是一致的。

2 多因復成礦床的立論基石

陳國達先生曾認為多因復成礦床以“多成礦大地構造演化階段這一多為最主要”(陳國達,2000),因而“多個大地構造演化階段”是多因復成礦床最突出的特征,構成了多因復成成礦理論的立論基石。由于礦床代表地殼中因巖石圈各種地質現(xiàn)象的擾動而發(fā)生的一系列內生和/或外生成礦過程所導致的異常金屬富集,并與大陸動力學、固體地球過程、超大陸循環(huán)、表生環(huán)境變化和生物化學演化緊密相關(Deb,2014;Santosh and Pirajno,2014);而這種地球動力學環(huán)境下臨近板塊的邊界又往往具有異常高的熱能或機械能(Groves and Bierlein,2007),因此,如果從地殼演化多旋回觀點考慮,多因復成礦床所蘊涵的“多個大地構造演化階段”實質上就表現(xiàn)為超大陸多旋回的聚合、裂解與地殼增生,這些過程所產生的成礦事件就必然表現(xiàn)出成礦的多旋回性和遞進性、或是多種有利成礦因素耦合結果(Groves et al.,2005;Goldfarb et al.,2010),而多地質過程的優(yōu)化組合與共同作用則是形成巨型礦床的關鍵因素(Richards,2013),其動力學機制可能來源于地幔(柱)對流、上涌和/或地幔柱與板塊的相互作用(Kesler,1997;Barley et al.,1998)。

2.1 超大陸聚合、裂解與多階段成礦

成礦作用與多階段大地構造演化或超大陸多旋回的聚合、裂解的的密切關系早已引起許多學者的關注,并為此做出了大量研究(Nance et al.,2014及其中參考文獻)。我國華北地區(qū)主要礦床類型在時空分布上與該區(qū)地殼演化或大地構造發(fā)展階段就表現(xiàn)出耦合性。Zhai and Santosh (2013)討論了該區(qū)地殼演化的不同階段所產生的成礦系統(tǒng),認為華北地塊主要經歷了五個構造旋回或發(fā)展階段(圖1),即新太古宙地殼增生和克拉通化階段、古元古代裂解–俯沖–增生–碰撞與大氧化事件(GOE:Great Oxidation Event)出現(xiàn)階段、晚古元古代–新元古代多階段裂解階段、古生代克拉通邊緣造山階段、和中生代與巖石圈減薄和克拉通破壞有關的伸展構造發(fā)展階段;響應這些地質構造事件,分別形成五個主要的成礦系統(tǒng)(圖2),即太古宙BIF(即Banded Iron Formation)成礦系統(tǒng)、古元古代Cu-Pb-Zn和Mg-B成礦系統(tǒng)、中元古代 REE-Fe-Pb-Zn成礦系統(tǒng)、古生代造山型Cu-Mo成礦系統(tǒng)以及中生代陸內 Au、Ag-Pb-Zn和Mo成礦系統(tǒng)。Li and Santosh (2014)也認為,華北克拉通基本構造格架于新太古宙(ca.2.5 Ga)形成后,于ca.2.5～1.8 Ga間因多次碰撞和拼貼事件產生了與造山作用相關的Au、Cu、Fe和Ti礦床;在經歷一個較長時期的地殼穩(wěn)定階段后,于奧陶紀出現(xiàn)了可能因地幔柱活動而導致的金伯利巖金剛石礦床、晚石炭世–早中二疊世因西伯利亞板塊向南俯沖導致了與 I型花崗巖有關的金礦床、三疊紀因揚子板塊向北俯沖產生了與堿性巖有關的Au-Ag多金屬礦床;侏羅紀以來、可能至白堊紀,華北克拉通因巖石圈減薄表現(xiàn)強烈的破壞或再活化(Li et al.,2012a),產生獨具特色的Au-Mo-Cu-Pb-Zn礦床。

圖1 華北克拉通前寒武紀地殼增生和重要地質事件及與全球事件關系(據(jù)Zhai and Santosh,2013)Fig.1 Map showing Precambrian crustal growth and important geological events in the North China Craton and their relationship with global events

圖2 全球鋯石Hf同位素數(shù)據(jù)與 U-Pb年齡圖解(a),及華北克拉通主要成礦幕與主要地質構造事件關系(據(jù)Zhai and Santosh,2013)Fig.2 U-Pb zircon age vs.εHf (t),and histogram of zircon U-Pb ages (a),and correlation between major geological/tectonic events and the dominant metallogenic epochs in the North China Craton (b)

我國華南地區(qū)礦產資源豐富、礦床類型多樣,其成礦作用也是多階段大地構造發(fā)展和巖漿作用的結果(Zaw et al.,2007),可能與2.1～1.4 Ga哥倫比亞(Columbia)超大陸演化、1.3～0.9 Ga格林威爾或晉寧期造山(Grenvillian或 Jinningian)和羅迪尼亞(Rodinia)超大陸聚合與裂解、ca.650～500 Ma岡瓦納(Gondwana)超大陸的聚合、泥盆紀以來的特提斯洋演化和ca.250～200 Ma泛古陸(Pangea)的形成以及ca.180 Ma以來的構造–巖漿活化(巖石圈伸展減薄或古太平洋板塊俯沖)等多個地球動力學演化事件有著密切關系(Li et al.,1995,1999,2002,2008;Li et al.,2012b;Xu et al.,2007,2008;Wang et al.,2011,2013;Zhao and Cawood,2012;Metcalfe,2013)。新元古代晚期,由于羅迪尼亞超大陸的裂解,在華南大陸形成了與海相火山巖和臺地碳酸鹽巖有關的VHMS(火山塊狀硫化物 Volcanic-hosted massive sulphide)型、層控型和 MVT(密西西比)型礦床、以及Algoma型(Zhang et al.,2011)或Lake Superior BIF型(Xu et al.,2013,2014)礦床;顯生宙成礦作用則與印支期(三疊紀)、燕山期(侏羅紀–白堊紀)和喜馬拉雅期(新近紀)的多階段造山所伴隨的俯沖、弧后裂解、弧–陸碰撞和后碰撞伸展事件有關,所產生的礦床包括常被與燕山期巖漿作用有關的矽卡巖成礦系統(tǒng)所疊加的晚古生代SEDEX(噴流沉積)型有色和貴金屬礦床、發(fā)育于三江特提斯成礦帶的一系列晚古生代至早中生代的 VHMS型礦床、泥盆紀–三疊紀卡林型Au多金屬礦床、因華北–揚子克拉通碰撞和古太平洋板塊西向俯沖而導致的與印支期和燕山期巖漿作用有關的斑巖型 Cu-Pb-Zn多金屬礦床和矽卡巖型 Au礦床、與二疊紀峨眉山大火成巖省(LIP)有關的巖漿硫化物Pt-Pd-Ni-Cu-Co礦床、與燕山期巖漿作用有關的脈型為主的 W-Sn-Bi-Be硫化物和REE礦床以及層控型有色金屬Sn礦床和超大型Sb礦床、喜馬拉雅造山期則形成許多巨型斑巖型 Cu礦床(西藏)和Au礦床(云南哀牢山)。Hu et al.(2008)還注意到賦存于花崗質巖、火山巖和碳硅質泥質沉積巖中的白堊紀–古近紀熱液脈型鈾礦床在空間上與伸展構造和/或地幔來源的鐵鎂質脈巖有著緊密關系。Hou et al.(2007)從構造演化與成礦的角度進一步分析了三江特提斯帶成礦作用特征,認為該區(qū)成礦構造環(huán)境主要包括與晚古生代古特提斯大洋板片俯沖有關的弧–盆系統(tǒng)、三疊紀時期巖石圈拆沉或俯沖板片后轍引起的后碰撞地殼伸展環(huán)境、古新世以來印度–歐亞板塊碰撞引起的大規(guī)模走滑斷裂–逆沖系統(tǒng),并相應地產生(1)由大規(guī)模走滑斷裂系統(tǒng)控制的斑巖型銅礦;(2)主要產于弧內裂谷盆地和后碰撞地殼伸展盆地的VHMS型礦床;(3)分布于逆沖剪切系統(tǒng)蛇綠混雜巖帶中的剪切帶型金礦;(4)產于三疊紀陸內裂谷盆地、古近紀和新近紀走滑拉分盆地內的熱液型銀多金屬礦床;(5)與喜馬拉雅期花崗巖相關的云英巖型錫和稀有金屬礦床。他們同時認為晚古生代至新生代的不同成礦階段,礦床類型和成礦作用性質還表現(xiàn)出規(guī)律性變化,即晚古生代以VHMS型礦床為主、晚三疊世以噴流–沉積型為主、新生代則以斑巖型銅礦、剪切帶型金礦、熱液脈型銀多金屬礦、云英巖型錫礦和稀有金屬礦產為主;相應地,成礦元素自早到晚表現(xiàn)為 Pb-Zn-Cu-Ag組合、Ag-Cu-Pb-Zn、Fe-Ag-Pb和 Ag-Au-Hg組合,以及Ag-Cu- Pb-Zn、Cu-Mo、Au、Sn和 Li-Rb-Cs-Nb-Zr-Hf-Y-Ce-Sc組合。Deng et al.(2014)也討論了三江特提斯成礦帶構造演化與熱液型–矽卡巖型W-Sn和Pb-Zn礦床、斑巖型–矽卡巖型Cu-Mo礦床和VMS型硫化物礦床等成礦作用的關系。

東南亞地區(qū)以與斑巖有關的矽卡巖型、淺成熱液型和沉積型/造山型金礦為特色的多類型礦產的形成也被認為與岡瓦納超大陸裂解、弧巖漿作用、弧后盆地發(fā)展以及弧–陸和陸–陸碰撞等長期和復雜的構造演化歷史有關(Zaw et al.,2014)。另據(jù) Deb(2014)最近對印度地塊 Fe-Mn-P、Au、Cu-Mo-Sn、Pb-Zn-Cu、Pb-Zn、Cu-U-REE、W-Sn等不同類型礦床的時–空分布規(guī)律研究也發(fā)現(xiàn),該地塊前寒武紀成礦作用具有四個特定的時期(圖3),即中太古宙(ca.3.3～3.1 Ga)、新太古宙(ca.2.8～2.5 Ga)、古–中元古代(ca.2.3～1.5 Ga)和新元古代(1.0～0.7 Ga),后三個成礦幕分別與凱諾蘭(Kenorland)超大陸聚合(ca.2.7 Ga)、哥倫比亞超大陸聚合(ca.1.8 Ga)和羅迪尼亞超大陸的聚合與裂解(ca.1.1～0.7 Ga)有關,而新太古宙和古元古代最為強烈的兩個成礦事件與全球地殼增長的主峰相一致(圖4)。Teixeira et al.(2007)對南美超大陸演化與元古代成礦作用關系的研究則表明,南美克拉通經歷了古元古代(2.3～1.8 Ga)大西洋大陸、中元古–新元古代(1.3～0.6 Ga)羅迪尼亞大陸和新元古代–顯生宙(650～500 Ma)西岡瓦納大陸的多次聚合與裂解,這些聚合與裂解過程同時也是板塊構造和地幔柱相互作用的結果,并分別伴隨Au-U-Cr-W-Sn礦化、以Au-Pd-Ni-Cu-Zn-Pb等為主的礦化和 Pb-Zn-Cu等為主的礦化。澳大利亞南部Gawler克拉通除產出巨型的奧林匹克壩熱液鐵氧化物–Cu-Au-U-REE(即 IOCG 型)礦床外,還在其他地區(qū)如Prominent Hill 和Carrapateena發(fā)現(xiàn)有IOCG型礦床、Gawler克拉通中部發(fā)現(xiàn)一系列中元古代金礦床、Harris綠巖帶發(fā)現(xiàn)有晚太古宙 Ni-PGE礦床、Christie構造域發(fā)現(xiàn)有晚太古宙Au礦床、Fowler構造域發(fā)現(xiàn)有古元古代 Ni-PGE礦床(Hand et al.,2007)。Hand et al.(2007)還認為這些成礦事件主要與Gawler克拉通于晚古太古宙(2560～2500 Ma)和古元古代晚期–中元古代早期兩個階段的構造活動有關。許多學者對造山帶構造演化與成礦作用的關系也進行過研究。Bierlein et al.(2002)討論了澳大利亞早古生代 Lachlan造山帶的發(fā)生、發(fā)展和固結定位過程Cu-Au-Pb-Zn-W-Sn多金屬的成礦作用,并認為:奧陶紀于岡瓦納太平洋邊緣產生了有意義的造山型金礦和同時期在演化的巖漿弧的大洋島弧外緣就位的斑巖型Cu-Au成礦系統(tǒng)、早志留世形成與花崗巖有關的Sn-W礦床、晚志留世–早泥盆世于弧內盆地產生沉積型 Cu-Au和 Pb-Zn礦床以及產于弧前系統(tǒng)VMS型硫化物礦床、中–晚泥盆世造山帶最后形成時期則由于先前盆地反轉和澳大利亞大陸邊緣增生再次出現(xiàn)造山型金礦,這些特征的成礦組合的出現(xiàn)反映了其與大洋俯沖–增生和碰撞環(huán)境密切相關。類似地,Vos et al.(2007)討論了澳大利亞塔斯曼(Tasman)褶皺帶系統(tǒng)北部古生代構造–成礦演化特征,認為該區(qū)自早寒武世至二疊紀存在三個旋回的構造伸展–壓縮,每個旋回均伴有造山型金礦出現(xiàn),可能系俯沖板片后轍和微陸塊或洋島增生擠壓的結果。

圖3 印度主要成礦省和成礦幕(據(jù)Deb,2014)Fig.3 Metallogenic provinces and epochs in India

圖4 印度主要礦床類型與年輕地殼增長和超大陸聚合綜合圖(據(jù)Condie,2000)Fig.4 A composite diagram of juvenile crustal growth and supercontinent assembly in relation to the major ore deposits in India

2.2 成礦環(huán)境的相似性與成礦的幕式性

還有一些重要類型礦床盡管均產于某一特定的相似的大地構造環(huán)境,但它們可形成于地殼發(fā)展不同時期,因而常表現(xiàn)幕式或重復出現(xiàn)特點。如造山型金礦的出現(xiàn)歷史可達30億年以上,在中太古宙到晚前寒武紀、直至顯生宙整個地球演化歷史時期表現(xiàn)了幕式發(fā)生特征,其特色是產于造山帶中,與變形和變質的中地殼塊體、特別是空間上與主要的地殼構造密切相關,并和全球超大陸的聚合與地殼增生事件相對應(圖5;Groves et al.,2005;Goldfarb et al.,2001,2010;Deb,2014)。Chen et al.(2007)的研究還表明,中國境內的矽卡巖型金礦主要位于碰撞造山帶、斷裂–巖漿帶和活化的克拉通邊緣,因而受顯生宙碰撞造山帶影響,其成礦事件時代和時–空分布反映它們形成于碰撞造山帶從擠壓向伸展的過渡動力學環(huán)境。秘魯Ancash地區(qū)巨型Antamina矽卡巖型Cu-Zn礦床也具有類似的成礦環(huán)境(Love et al.,2004)。世界上大多數(shù)斑巖型Cu-(Mo-Au)礦床在空間上主要產于巖漿弧環(huán)境(圖6)、并與俯沖型鈣堿性巖漿有關(Sillitoe,1972;Richards,2003;Cooke et al.,2005;Bertrand et al.,2014),典型的例子如產于安第斯山脈中部大陸弧環(huán)境(Richards et al.,2001;Cooke et al.,2005)和西太平洋島弧環(huán)境內的斑巖型 Cu銅礦床(Sillitoe,1972;Kerrich et al.,2000;Corbett and Leach,1998)。Wilkinson (2013)基于最大型的斑巖型銅礦通常僅產于特定的弧域與時間段的認識,還提出四個層次的關鍵動力學機制可能導致這些大型斑巖銅礦的形成。Hou and Cook (2009)通過對西藏碰撞造山帶成礦作用系統(tǒng)的研究,也認為許多陸–陸碰撞系統(tǒng)可產生豐富的礦床,其中:主碰撞期成礦發(fā)生在板塊碰撞匯聚帶,表現(xiàn)為與低氧逸度(?O2)花崗巖有關的 Sn-W–稀有金屬礦化、與高 ?O2花崗巖有關的矽卡巖型Cu-Au多金屬礦化和由富CO2的變質流體產生的造山型金礦化;碰撞晚期成礦主要發(fā)生在構造轉換環(huán)境,是造山帶最具經濟意義的成礦時期,形成了與鉀質埃達克質熔體有關和受走滑斷裂控制的斑巖型 Cu-Mo-Au成礦系統(tǒng)、與大型左旋走滑韌性剪切有關的造山型Au成礦系統(tǒng)、與來源于巖石圈地幔碳酸巖–堿性巖有關的含 REE成礦系統(tǒng)和產于前陸盆地、與盆地鹵水有關、并受逆沖構造及隨后的走滑斷裂控制的 Zn-Pb-Cu-Ag成礦系統(tǒng);碰撞后成礦與地殼伸展構造環(huán)境有關,所產生的成礦系統(tǒng)包括:與起源于新形成的加厚的鎂鐵質下地殼的高鉀埃達克質巖有關的斑巖型Cu-Mo礦化、受滑脫構造和變質核雜巖構造或受由淡色花崗巖侵位引起的熱穹窿控制的熱液脈型Sb-Au礦化、受正斷層和逆斷層聯(lián)合控制的熱液 Pb-Zn-Ag礦化和與受上地殼熔體驅動的地熱活動有關的噴泉型(spring-type)Cs-Au成礦系統(tǒng)。

圖5 造山型金礦金資源量與地質構造演化史和地殼增生量的關系(據(jù)Goldfarb et al.,2010)Fig.5 Gold resources in orogenic gold deposits vs.geologic time and crustal growth volumes vs.time

圖6 俯沖環(huán)境下斑巖型礦床形成模式圖(據(jù)Wilkinson,2013)Fig.6 Suprasubduction zone setting for the formation of porphyry ore deposits

2.3 成礦環(huán)境的特定性與成礦的特殊性

世界上一些重要礦床類型通常分布于地殼演化的特定時期、或其形成受特定大地構造或地球動力學環(huán)境制約的事實也引起了國際礦床學者的重視(Pirajno,2009;Laznicka,2010)。Groves and Bierlein(2007)據(jù)此認為根據(jù)某些礦床類型的出現(xiàn),可推斷某種特定的大地構造環(huán)境。如前寒武紀海相化學沉積的條帶狀含鐵建造(即 BIF)型鐵礦(圖7),其產生的高峰主要在太古宙–早古元古代(ca.3.2～1.8 Ga),或認為與地幔柱(mantle plume)活動事件有關(Isley et al.,1999),或是地幔柱活動和地殼迅速增生的結果(Rasmussen et al.,2012),或是地幔、構造、大洋和生物圈過程因復雜的相互作用而沉積的產物(Bekker et al.,2010)。BIFs大約經歷10億年的消失后(Klein,2005),又重新出現(xiàn)于新元古代(ca.0.85～0.6 Ga)(Klein,2005)。BIFs在新元古代的重新出現(xiàn),或認為與 Cryogenian-Ediacaran時期的全球冰川事件有關(Hoffman et al.,1998;Klein,2005;Stern et al.,2006;Halverson et al.,2011)、或與≥ ca.825 Ma因地幔柱作用導致的 Rodinia超大陸裂解事件有關(Bekker et al.,2010)。BIFs在前寒武紀特定時期的出現(xiàn)或消失,反映了它們的成因與凱諾蘭超大陸、哥倫比亞超大陸、羅迪尼亞超大陸的聚合和裂解的密切關系。又如世界上大多數(shù)沉積巖型 Pb-Zn礦床(MVT型、SEDEX型、砂巖(SST)型等)主要與裂谷或被動大陸邊緣環(huán)境有關(Nelson et al.,2002;Bradley and Leach,2003;Leach et al.,2010),盡管某些SEDEX型、MVT型可能形成于伸展的弧后環(huán)境(Leach et al.,2010)。然而,中國境內大多數(shù)MVT型Pb-Zn礦床位于陸內盆地,大多數(shù)SEDEX型Pb-Zn礦床產于被動大陸邊緣、少數(shù)位于陸內盆地,金頂式 Pb-Zn礦床則產于走滑伸展盆地(Wang et al.,2014a)或陸–陸碰撞環(huán)境下的逆沖推覆構造帶(侯增謙等,2008)。近20年來引起國內外礦床學界關注的熱液 IOCG型礦床,盡管可形成于地殼發(fā)展的不同時期,但與伸展構造環(huán)境(如陸內非造山巖漿環(huán)境、俯沖相關的大陸邊緣弧伸展環(huán)境、陸內造山垮塌環(huán)境)及所伴隨的脆–韌性剪切變形有著密切的關系,因為這種環(huán)境有利于大規(guī)模流體和成礦物質運移(Hitzman et al.,1992;Williams et al.,2005;Chiaradia and Banks,2006)。

圖7 條帶狀鐵建造在前寒武紀分布的相對豐度(據(jù)Klein,2005)Fig.7 Highly schematic diagram showing the relative abundance of Precambrian BIFs vs.time

2.4 地幔柱活動與成礦

地幔柱構造作為一類特殊地球動力學環(huán)境下的產物,它與大規(guī)模成礦作用的事實也引起了越來越廣泛的研究(Pirajno,2000;Pirajno et al.,2009)。地殼發(fā)展演化過程,因常伴有多期地幔柱活動,不僅導致了板內不同時期或不同發(fā)展階段的大規(guī)模巖漿作用,并以大火成巖省(LIPs)的出現(xiàn)為標志,而且在地殼發(fā)展的不同時期相應發(fā)生了世界級的正巖漿型Cr、Ni-Cu-PGE硫化物礦床及與其伴生的大陸斑巖型Cu-Mo成礦系統(tǒng)和Ni-Co-As、Au、Sb-Hg熱液脈型礦床(Mao et al.,2008a,2008b),因而這些成礦系統(tǒng)與地幔柱活動在時空分布上和成因上表現(xiàn)強烈的一致性,典型的實例如澳大利亞始太古宙至現(xiàn)代不同時期的大火成巖省及相關的成礦系統(tǒng)(Pirajno and Hoatson,2012)。亞洲大陸二疊紀–三疊紀大規(guī)模的火成巖事件及豐富的大型Cu、Ni、PGE、Au和稀有、稀土礦床與超地幔柱活動也有密切的關系(Hoa et al.,2008)。此外,Pirajno (2009)和 Dobretsov and Buslov (2011)還認為,引起板內大規(guī)模巖漿作用和沿走滑斷裂帶分布的巖漿–熱液型 Ag-Sb、Ag-Pb-Sb、Ag-Pb、Ag-Hg-Sb、Sn-Ag礦床和脈型、淺成熱液型、再活化脈型Au礦床、鎂鐵–超鎂鐵質巖相關的 Ni-Cu-PGE礦化,也是碰撞后地幔柱活動或軟流圈上涌結果。Begg et al.(2010)則提出了一個克拉通–邊緣成礦模式試圖解釋與地幔柱活動有關的巖漿型Ni-Cu-PGE礦床的成因。該模式(圖8)認為,當?shù)蒯Ｖ鶝_擊SCLM(即subcontinental lithospheric mantle)基底、并與最薄的SCLM側向連通時,SCLM則減壓熔融產生富金屬的硫化物熔體。Griffin et al.(2013)最近也提出了相似的主張,并認為 SCLM對巖漿型礦床可能起有意義的作用,因為其本身實際上就含有成礦元素。此外,類似 BIFs的成因,某些深海VHMS型礦床(如Isley et al.,1999;Slack et al.,2007;Bekker et al.,2010;Rasmussen et al.,2012;Berge,2013)、斑巖型Cu-Mo礦床(Berzina et al.,2011)也被認為與地幔柱活動具有直接的和/或間接的關系。地幔柱活動對Hg、Au-Hg成礦系統(tǒng)、稀有金屬成礦系統(tǒng)(Yarmolyuk and Kuzmin,2012)和 Au成礦系統(tǒng)(Webber et al.,2013)等也有同樣重要的貢獻。

可見,無論是板塊構造、還是地幔柱構造成礦理論,對礦床或礦床成礦系統(tǒng)的起源、時空分布和成因機制的解釋,均緊密聯(lián)系大地構造演化及其地球動力學背景。超大陸的聚合和裂解所表現(xiàn)出的旋回性或周期性,同時也導致了大陸成礦作用具有旋回性或周期性特征;另一方面,不同構造域的地殼因在物質組成、結構構造和演化發(fā)展的階段上存在差異,由此還造成了成礦作用上的多樣性、遞進性和特殊性?；罨瘏^(qū)(activated region)又稱地洼區(qū)(Diwa或geodepression region),是指經由地臺活化、并遭受強烈構造巖漿活動的地區(qū),既與相對穩(wěn)定的地臺區(qū)性質對立、又與相對活動的地槽區(qū)有別的一種新型的活動區(qū),是闡明陸殼演化的第三構造單元(陳國達,1956,1959a,1959b,1965)。基于地臺活化這一大地構造學說所提出的多因復成礦床理論(陳國達,1959c,1982),其實質是將成礦作用及其演化與大地構造發(fā)展或地球動力學事件結合起來,研究地殼演化過程或地殼演化不同發(fā)展階段的礦床成因特征與富集機理(如成礦類型與規(guī)模、成礦物質與流體來源、成礦時代與關鍵控礦因素,以及成礦的專屬性、繼承性和疊加改造或富化等)。由于地臺活化區(qū)構造活動、巖漿作用、變質作用和沉積作用等十分強烈,因而往往形成豐富的、有特色的、以有色和稀有金屬為主的礦床,以及盆地中以油氣、煤、鹽類為主的礦床(陳國達,2000)。另一方面,板塊構造重點解決了板緣成礦問題、地幔柱構造對解決板內或陸內成礦作用機制則有獨特的優(yōu)勢,而超大陸旋回在地殼演化過程的某些活躍期或活動高峰(如俯沖碰撞、裂谷或裂解)必然伴有強烈的構造變形、巖漿活動和變質作用及盆地沉積,據(jù)此,我們認為構造–巖漿活化實質上是超大陸旋回地殼演化至某些特定時期的重要表現(xiàn),超大陸旋回與成礦作用關系也就可以認為是多旋回的構造–巖漿活化與成礦作用的關系。假設該推論成立,陳國達先生所研究的地臺活化區(qū)應特指地殼演化發(fā)展到中生代時期的大地構造體制所發(fā)生的構造-巖漿活化的地區(qū),典型的如我國東部中生代以來的華北克拉通破壞和華南大陸再造(陳國能等,2015)。由于構造–巖漿活化本身表現(xiàn)多旋回特征,因而所形成的礦床就具有多因復成成礦特征。

圖8 在厚的(>150 km)、空間上相連的巖石圈地塊構造活動邊緣鎳硫化物礦物形成和定位模式圖(據(jù)Begg et al.,2010)Fig.8 Generalized model for the formation and localization of nickel sulfide deposits at the thick tectonically activemargins (>150 km)and spatially coherent lithospheric blocks

3 多因復成礦床的形成機理:多階段成礦實例

多因復成礦床概念是基于地殼演化的多大地構造發(fā)展階段或多地球動力學演化事件而提出的。該概念屬于成礦學范疇,充分體現(xiàn)了將成礦作用與大地構造發(fā)展或地球動力學事件密切聯(lián)系的思想。由于地幔(柱)對流已被普遍認為是板塊構造和地幔柱活動的動力學機制(Morgan,1971;Storey,1995;VanDecar et al.,1995;Bunge et al.,1996;Arndt,2000;Stadler et al.,2010;Conrad et al.,2013;Morgan et al.,2013),并由此導致了廣泛的構造變形、巖漿活動和沉積作用事件,因而地幔(柱)對流無疑也是導致板塊構造成礦作用、地幔柱構造成礦作用、或與地幔柱和巖石圈板塊相互作用有關的成礦作用的動力學機制。因此,地幔(柱)對流將對不同構造背景或不同地球動力學條件下的礦床成因過程和形成機理產生重要的制約,并在成礦作用時代、成礦物質與成礦流體的來源、成礦的物理化學條件(溫度、壓力、氧逸度、PH值等)和富集成礦的構造部位、乃至成礦后礦床的改造(如埋藏、抬升剝蝕、疊加富化等)等方面留下直接的或間接的痕跡。由于地幔(柱)對流引起的地幔柱活動和板塊運動存在周期性或幕式特征(Gurnis,1988;Stein and Hofmann,1994;Courtillot and Olson,2007;Shirey and Richardson,2011),因此,成礦作用也必然表現(xiàn)出多旋回性,如某些礦床類型可能在地球演化的某些特定地球動力學背景下重復出現(xiàn)。另一方面,由于不同構造域因地殼演化歷史的差異、或同一構造域本身存在多個不同發(fā)展階段、或因不同時期的對流地幔(柱)在組成特征和性質等方面的差異,成礦作用也必然表現(xiàn)出礦床類型的特殊性和專屬性(即某些礦床類型僅出現(xiàn)在某一大地構造發(fā)展階段或某一地球動力學背景下)以及出現(xiàn)礦床疊加改造的特點。多因復成礦床這一新的礦床成因類型是基于對中國大地構造特點與地殼演化規(guī)律的分析基礎上而提出的(陳國達,1982),因而地幔(柱)對流和上涌可能也是該類型礦床形成的動力學機制。陳國達(1982)曾指出,地臺活化區(qū)雖然不同于穩(wěn)定的地臺區(qū),但并不是地槽區(qū)的簡單重復,本身有著獨特的構造變形、巖漿活動、變質作用和沉積作用,其成礦作用不僅表現(xiàn)出專屬性特征,而且也表現(xiàn)出顯著的疊加、改造和再造等富化特征,從而形成既大又富、且具重大經濟價值的礦床,著名的如內蒙古白云鄂博特大型Fe-REE-Nb-Ta礦床、海南石碌大型富赤鐵礦多金屬礦床;此外,湖北大冶鐵礦、遼寧紅透山銅鋅多金屬礦床可能也具有相似的成礦特征。筆者認為,地臺活化區(qū)或構造–巖漿活化區(qū)之所以出現(xiàn)這類特殊性礦床,是與地殼演化的多大地構造發(fā)展階段及伴生的多期構造變形、巖漿作用、變質作用和沉積作用息息相關的,也是特定地球動力學背景下構造–巖漿活化的產物,但大規(guī)模熱液流體活動是形成此類大型–超大型礦床的重要因素。下面筆者以石碌礦床、遼寧鞍山式富鐵礦和白云鄂博礦床為例進一步說明多因復成礦床這一形成過程與機理。

3.1 海南石碌富鐵礦

位于海南省昌江縣境內的石碌富鐵礦是以鐵礦(主要為赤鐵礦、次為磁鐵礦)為主,共生或伴生有鈷、銅等多金屬的大型–超大型礦床,曾譽為“亞洲最大的富鐵礦”。但由于多期次和多階段的構造變形及伴隨的多相變質與熱液蝕變部分或完全地破壞了賦礦圍巖和礦物的原始成分、結構和構造,自20世紀50年代以來,有關該礦床的成礦物質來源、成礦時代、礦床成因類型、特別是富鐵礦的富集過程與機理,一直存在顯著的爭議,許多學者曾提出矽卡巖模式、沉積變質+巖漿熱液模式、鹵水沉積變質模式、火山–沉積變質模式、熱液IOCG型礦床模式等(許德如等,2009)。Xu et al.(2013,2014,2015)最近通過對石碌礦床賦礦圍巖和礦石的巖(礦)相學、礦物學以及構造變形與富集成礦關系的詳細研究,并結合巖(礦)石和其中單礦物Sm-Nd和40Ar-39Ar同位素定年、獨居石 U-Th-Pb化學定年(CHIME)以及以往同位素地質年代學(鋯石 U-Pb、白云母 Ar-Ar等),取得了以下研究成果:(1)在主要賦礦圍巖——元古代石碌群第六層中發(fā)現(xiàn)了變質的條帶狀鐵建造(BIF),即石英鐵英巖(Quartz itabirites)或氧化物相 BIF、閃巖質鐵英巖(Amphibolitic itabirites)或硅酸鹽–氧化物相BIF、和硫化物–碳酸鹽相BIF。這些BIF相還殘余有可能代表原始沉積的變余層理構造、變余鮞粒和變余砂狀結構;(2)獲得了四個變質年齡,即富鐵礦石和賦礦圍巖的 Sm-Nd等時線年齡 830±16 Ma(MSWD=1.8)、賦礦圍巖中獨居石CHIME峰值年齡560～440 Ma、賦礦圍巖和陽起石的Sm-Nd等時線年齡 212.9±6.6 Ma (MSWD=0.46)、及陽起石的Ar-Ar坪年齡132.08±1.57 Ma (MSWD=1.41);(3)認為礦區(qū)構造變形與相關的變質作用至少分為兩期,即早期(ca.560～440 Ma)復式向斜形成與綠片巖相(局部可能為角閃巖相)變質作用階段(D1),和晚期(ca.250～90 Ma)褶皺疊加與相關的脆–韌性剪切變形和熱液蝕變階段(D2)。D1階段可能與華南泛非造山或加里東期造山事件有關;而D2階段與華南中生代構造事件有關,此階段的早期(D2a-b;ca.250～210 Ma)可能導致一個富Fe、Co、Cu和Si的高溫變質流體、并向褶皺疊加的有利部位遷移、富集和沉淀。結合礦床地質特征和以往地球化學研究成果,Xu et al.(2013)認為石碌礦床是一個與沉積作用、構造變形、變質作用和熱液活動等多地質演化過程有關的產物。據(jù)此,構建了礦床四階段成礦模式(圖9):即(1)ca.960～830 Ma與弧后盆地裂解有關的條帶狀鐵建造(BIF)的沉積階段;(2)ca.560～450 Ma與泛非或華南加里東造山有關的沉積–變質型(BIF)礦床的形成階段;(3)ca.250～210 Ma古特提斯大洋封閉、相關的花崗質巖漿上侵和構造變形導致先前礦床改造富化成礦階段;(4)ca.130～90 Ma古太平洋板塊俯沖引起的伸展環(huán)境導致熱液疊加礦化階段,并認為石碌礦床是一受構造–熱液改造富化的BIF型(蘇必利爾湖型)鐵礦床(Xu et al.,2013,2014)。顯然,石碌礦床的形成與海南島多階段大地構造發(fā)展或多地球動力學演化事件有著密切的聯(lián)系。由于華南大陸的多旋回聚合和裂解是對流地幔(柱)幕式活動的結果(Li et al.,1995,1999,2003,2008),且與成礦作用有著密切的關系(毛景文等,1998,2012;胡瑞忠等,2005;肖龍等,2007;Hu et al.,2008;童航壽,2010;Pirajno,2009,2013b;Hou et al.,2011;Pirajno and Hoatson,2012),因此,地幔(柱)對流對石碌礦床的定位可能起重要控制,是石碌沉積–變質–改造礦床或多因復成礦床形成的重要動力學機制。

圖9 海南石碌富鐵礦床四階段成礦模式圖(據(jù)Xu et al.,2013修改)Fig.9 Four stages of metallogeny for the Shilu Fe-rich ore district in Hainan province,South China

3.2 遼寧鞍山式富鐵礦

圖10 遼寧省鞍山–本溪地區(qū)鐵礦集區(qū)鐵礦床分布與地質略圖(據(jù)Zhang et al.,2014)Fig.10 Sketch geological map and distribution of the iron deposits in the Anshan-Benxi iron ore cluster,Liaoning province

遼寧省鞍山–本溪地區(qū)的BIF型鐵礦(圖10)是我國最大的鐵礦石資源基地,也是我國鐵礦研究最早、最典型的地區(qū)之一,以鞍山式鐵礦為代表,主要超大型、大型礦床包括東鞍山、西鞍山、弓長嶺、歪頭山、祁家溝、徐家堡等18個,曾被劃分為與火山巖有關的阿爾戈馬 BIF型礦床(Li et al.,2014b;Zhang et al.,2014及其內參考文獻)。雖然鞍山式富鐵礦(以弓長嶺大型磁鐵富礦床為代表)的富集機理長期存在爭議(程裕淇,1957;Li et al.,2014b;Wang et al.,2014b),但據(jù)區(qū)域地質特征及前人研究成果分析,作者(許德如等,2015)曾認為,多期褶皺/韌性剪切變形構造改造和/或熱液流體疊加對鞍山式富鐵礦的成因可能起關鍵控制作用(Wang et al.,2014b)。王守倫(1986)還將鞍山式富鐵礦劃分為四個成因類型,即受變質的原生沉積富礦(歪頭山式)、后生退化變質富鐵礦(廟兒溝式)、原生沉積–后生退化變質富鐵礦(弓長嶺式)和原生沉積–后生混合巖化熱液富鐵礦(櫻桃園式)。盡管構造改造和/或流體疊加引起富鐵礦形成的時代尚未精確的制約,但根據(jù)以往研究成果(Zhai and Santosh,2013;Li and Santosh,2014),華北克拉通不僅具有約 3.8～4.1 Ga的漫長歷史,而且還經歷了復雜的多階段的構造演化,記錄了幾乎所有的地球早期發(fā)展的重大構造事件,并在中生代又發(fā)生了巖石圈地幔和下地殼的減薄與改造(破壞)(翟明國,2013),在新生代,華北克拉通的東緣則屬于環(huán)太平洋構造帶的一部分(翟明國,2010)。這些重大地質事件都伴隨大規(guī)模成礦作用,形成了華北克拉通豐富的礦產資源和獨特的優(yōu)勢礦種,如阿爾戈馬型條帶狀鐵建造型鐵礦(鞍山式)、白云鄂博稀土礦和大石橋菱鎂礦等。根據(jù)華北地區(qū)分布的不同時期的巖石類型與組合、地殼抬升特征和地殼增生歷史以及構造型相分析(毛景文等,2003;翟明國等,2003;翟明國,2008,2011,2013;張曉暉和翟明國,2010;Zhao and Cawood,2012),華北克拉通復雜的多階段構造演化不僅是與地幔對流有關的巖石圈板塊威爾遜旋回的結果,還可能伴有多期的地幔柱活動或地幔柱–巖石圈相互作用事件(Zhao et al.,1999;王登紅等,1999;Geng et al.,2010)。尤其是華北東部于中生代ca.200～110 Ma間發(fā)生的以擠壓為主到以伸展為主的構造體制轉變,形成了北北東向的盆嶺格局、巖石圈快速減薄、巖漿作用活躍、并引發(fā)了多期爆發(fā)式成礦(翟明國等,2003;毛景文等,2003)。盡管不同學者對這一罕見的陸內動力學過程與大成礦事件提出過不同的地球動力學機制,如碰撞造山過程、太平洋板塊俯沖的遠程效應、鄰近塊體(包括已消亡的庫拉板塊)的綜合作用、中央造山帶大陸深俯沖后的陸內應力場調整、大規(guī)模區(qū)域性旋轉剪切構造作用、地慢柱構造、巖石圈大規(guī)模拆沉或根–柱構造、以及因周圍塊體夾擊引發(fā)的區(qū)域性大規(guī)模地幔隆起等(翟明國等,2003;毛景文等,2003;陳衍景等,2009),但這些機制均體現(xiàn)了地幔(柱)對流、上涌和殼–幔相互作用的過程。此外,地處古老克拉通與顯生宙造山帶過渡區(qū)域的華北北部,古生代時期古亞洲洋的裂解–擴展–消亡和匯聚大陸邊緣的俯沖–碰撞–伸展這一造山過程還伴隨銅多金屬成礦作用,也可能與殼–幔相互作用和物質交換有關(陳衍景等,2009;張曉暉和翟明國,2010)。由于中元古代后的新元古代–古生代,華北克拉通處于相對穩(wěn)定的地臺狀態(tài),僅其南、北緣受到秦嶺造山帶和中亞造山帶的影響(翟明國,2010),因此,我們進一步推測古生代以來至中生代與地幔對流有關的構造–巖漿事件可能對鞍山式富鐵礦的形成產生重大影響。鞍山式富鐵礦在成礦類型上是一典型的多因復成礦床,與多期大地構造發(fā)展有著緊密的成因聯(lián)系。

3.3 白云鄂博Fe-REE-Nb-Ta礦床

圖11 白云鄂博區(qū)域地質圖(a)與礦床地質圖(b)(據(jù)Ling et al.,2013修改)Fig.11 Location of the Bayan Obo deposit (a),and the sketch geological map of the Bayan Obo deposit and its tectonic setting (b)

內蒙古中西部的白云鄂博超大–特大稀土–鈮–鐵(REE-Nb-Fe)礦床位于華北克拉通北緣(圖11),緊臨華北、西伯利亞兩大板塊邊緣的匯聚部位(范宏瑞等,2010)。由于白云鄂博礦床類型特殊、經濟意義巨大,近半個世紀以來,國內外的學者對其進行了深入細致的研究,并相繼對其成因類型和成礦富集機制提出了不同看法,其中有代表性的模式包括與地幔柱活動有關的碳酸巖巖漿作用模式(Le Bas et al.,1997;Yang et al.,2003;Yang and Le Bas,2004;Yang and Woolley,2006;Wu,2008;Xu,2008;Wang et al.,2010;Piragno,2013a)、起源于海底火山活動、并同時受熱液流體蝕變/交代的碳酸鹽巖沉積模式(Drew et al.,1990;Chao et al.,1992;Campbell and Henderson,1997;Tu,1998;Zhang et al.,2002;Xu,2008,2012)、來源于地幔或下地殼的碳酸巖巖漿流體與沉積碳酸鹽的相互作用模式(Yuan et al.,1992;Yang et al.,2009)、與古生代板塊俯沖有關的外生成礦模式(Wang et al.,1994)以及與多期堿性巖漿作用、變質作用和構造變形有關、并隨后可能受來源于與俯沖作用有關的加里東花崗質巖漿熱液滲濾的多成因模式(Smith,2007;Smith and Spratt,2012)。最近,Ling et al.(2013)還依據(jù)CHIME化學年齡、化學成分和 C、O、Mg同位素組成,認為白云鄂博礦床的形成與早古生代古亞洲洋長期演化有關,是由于從俯沖板片釋放的流體經長時期稀釋碳酸巖、隨后與沉積來源的碳酸鹽相互作用的結果。上述多種成礦模式的提出反過來證明,白云鄂博礦床確實具有復雜的成因,是與其具有特殊的礦床地質特征、獨特的成礦地質條件和復雜的成礦機制密切相關的,陳國達先生就曾認為白云鄂博礦床系沉積+熱液和/或接觸交代疊加富化型多因復成礦床(陳國達,1982)。近年來,基于越來越多的精確地質年代學數(shù)據(jù)以及區(qū)域大地構造與地球動力學事件研究的深入,范宏瑞等(2002)認為白云鄂博超大型 REE-Fe-Nb-Ta 礦化是多期次碳酸巖體(墻)的侵位、疊加的結果,從2.0 Ga開始至400 Ma至少存在四次以上碳酸巖漿或與之相關的熱液活動;陳衍景等(2009)也認為該礦床屬于多因疊加的成礦系統(tǒng),并與華北北緣興蒙造山帶(中亞造山帶一部分)早古生代至中生代的長期演化有著密切成因聯(lián)系,主成礦事件可能發(fā)生在加里東期 430～420 Ma(章雨旭等,2008;范宏瑞等,2006;Fan et al.,2006;Yang et al.,2009;Ling et al.,2013),但礦區(qū)東南側大面積晚古生代花崗巖侵位對礦體的疊加改造也不容忽視(楊奎鋒等,2007;陳衍景等,2009)。白云鄂博地區(qū)太古代克拉通基底在早元古代中晚期(2.0～1.9 Ga)又經歷了一次從被動大陸邊緣到活動大陸邊緣增生碰撞的一個完整的造山過程,造成了閃長質與花崗質巖漿侵位,以及 1.9 Ga片麻巖相變質事件(范宏瑞等,2010;王凱怡等,2012)。該區(qū)于早元古代晚期開始則發(fā)育一條規(guī)模大的陸緣裂谷系,即狼山–白云鄂博裂谷系(王輯等,1992),它與克拉通內部的燕遼裂谷系、克拉通南部的熊爾裂谷系,均是古元古代晚期哥倫比亞超大陸裂解事件的重要標志和產物(翟明國等,2003;Zhao et al.,2004;李江海等,2006)。因而白云鄂博礦床是與白云鄂博地區(qū)漫長的裂谷–巖漿演化過程、以及由此引發(fā)的大規(guī)模碳酸巖漿活動是密不可分的(楊奎鋒等,2010,2012);而其中碳酸巖漿活動很有可能就是華北克拉通北緣裂谷活動晚期的產物,起源于富集地幔(楊奎鋒等,2010)。因此,白云鄂博礦床并不是單一的礦床類型、而是一復合型礦床類型,其礦化涵蓋了 REE-Nb-Fe碳酸巖巖漿型礦化、REE-Nb-Fe交代蝕變巖型和熱液型礦化;而大規(guī)模碳酸巖的形成時代和伴隨的稀土礦化的高峰期在1.3～1.4 Ga,伴隨加里東期構造–巖漿熱事件所廣泛發(fā)育的大型褶皺、沖斷層和韌性剪切作用以及廣泛的流體交代作用和局部的熱液活動對可能礦體有重要的改造(王凱怡等,2012)。可見,白云鄂博礦床并非一次成礦作用結果,可能與多階段大地構造發(fā)展及伴生的多期構造–巖漿熱事件和流體活動有著密切的成因聯(lián)系;而多階段大地構造發(fā)展的動力學機制,無論是板塊聚合–裂解和俯沖–碰撞–增生,實質上均是地幔(柱)對流與殼–幔相互作用的結果,從而在礦床成因上表現(xiàn)出多成礦時代、多成礦物質和流體來源以及多控礦因素。白云鄂博礦床應是一典型的多因復成礦床。

4 結 束 語

20世紀早期以來,基于我國大地構造本身特點與地殼演化規(guī)律,曾涌現(xiàn)了多種具有中國特色的大地構造學學說,如李四光先生的地質力學、黃汲清先生的多旋回學說、陳國達先生的活化構造理論(即地洼學說)、張文佑先生的斷塊構造學說以及張伯聲先生的浪波狀鑲嵌構造說等(地質大詞典,2005)。這些學說的提出曾為深入認識中國大地構造特征及演化的地球動力學機制、并闡明中國境內的成礦規(guī)律、服務于找礦實踐作出過巨大貢獻。然而,自20世紀60年代末以來,隨著全球板塊構造學說和地幔柱理論的興起與廣泛應用,這些新的大地構造動力學理論對重新認識中國大地構造格局和地球動力學演化特征及成礦規(guī)律已產生了深遠影響或巨大沖擊,推動了中國現(xiàn)代成礦學理論和找礦勘查模式的深刻變革。由于成礦作用與大地構造發(fā)展或地球動力學演化事件有著密切成因聯(lián)系,而世界上一些重要礦床類型通常分布于地殼演化的某特定時期、或其形成受特定大地構造環(huán)境或地球動力學背景制約;更重要的是,由于全球不同構造域地殼的組成與結構可能不同或它們的大地構造發(fā)展階段不同、或不同構造域在同一時期的地球動力學背景存在差異、或同一構造域在不同的地殼演化階段大地構造體制或地球動力學背景不同,因而不同構造域在同一時期或同一構造域在不同發(fā)展階段它們的成礦作用又可能表現(xiàn)特殊性,所產生的成礦系統(tǒng)可能只出現(xiàn)于某些構造域或某一大地構造發(fā)展階段或地球動力學背景下。因此,面對新的大陸動力學與成礦地球動力學理論不斷豐富和發(fā)展今天,如何根據(jù)我國自身的大地構造演化與成礦作用特點,充分應用現(xiàn)代地質學、成礦學的新技術、新手段和新方法,創(chuàng)新和發(fā)展具有中國特色的大地構造與成礦學理論,無疑將有助于正確理解我國大地構造演化特征與成礦作用規(guī)律、并闡明我國不同類型礦床的發(fā)育特征與形成過程和機理,預期還將推動地質學與礦床學等的深刻變革。

盡管現(xiàn)代全球大陸動力學與地球動力學理論的動力學機制并未很好地得到解決,但地幔(柱)對流、上涌和由此導致的殼–幔相互作用或地幔柱與巖石圈板塊相互作用均為這些理論所普遍接受的一種驅動力源。另一方面,無論是板塊運動學說的多旋回性、還是地幔柱構造的多期性或多幕特點,也都是地幔(柱)對流和上涌的多期活動的結果。地幔(柱)對流已成為板塊運動的原動力;地幔(柱)對流與巖石圈板塊的相互作用為解釋超大陸的聚合與裂解以及板緣和板內大規(guī)模構造變形、巖漿作用、沉積作用和成礦事件提供了有效的途徑。由于板塊構造和地幔柱活動的多旋回性或幕式特征,也就決定了地殼演化或大地構造演化的多階段特點,從而也就為我們深入揭示地球演化歷史時期的成礦作用特點與規(guī)律提供了科學依據(jù)?；罨瘶嬙?即地洼學說)及其成礦理論就是基于地殼演化的多大地構造發(fā)展階段這一特點而提出的。盡管它被提出的背景是基于中國東部中生代以來在先前的地殼穩(wěn)定區(qū)(即地臺區(qū))基礎上再次發(fā)生了強烈的構造活動、巖漿作用和成礦作用事件,但結合大地構造發(fā)展的多旋回性,它實質上反映了中國東部大陸地殼發(fā)展到中生代這一階段的大地構造性質與成礦作用特征,因此,地幔(柱)對流、上涌和殼–幔相互作用或地幔柱與巖石圈板塊的相互作用也就可能成為其產生、發(fā)展的動力學機制。由于地球不同構造域因巖石圈板塊組成和結構的差異以及因地殼發(fā)展歷史的不同,中國東部中生代地臺活化區(qū)的成礦作用就表現(xiàn)了顯著的特點,多因復成礦床概念就基于這一特點應運而生。多因復成成礦作用的實質是多階段大地構造發(fā)展及伴隨的多期構造變形、巖漿作用、變質作用和沉積作用的結果。多因復成礦作用往往形成富而大的礦床、具有巨大的經濟價值,其顯著的成礦特點是疊加–改造和富化,因而往往表現(xiàn)出多個成礦時代或多個成礦高峰、多成礦物質與多流體來源以及受多種因素的控制?？傊?多因復成礦床是地球演化發(fā)展到一定大地構造階段的多地質過程的綜合產物。由于大地構造發(fā)展是地幔(柱)對流、上涌和由此導致的殼–幔相互作用或地幔柱與巖石圈板塊相互作用的結果,因此,多因復成礦床在成礦機制上與地?；顒踊驓えC幔相互作用所帶來的成礦物質、成礦流體和能量具有緊密的聯(lián)系,而由于地幔(柱)對流、上涌或地幔柱與巖石圈板塊相互作用必然引起地殼大規(guī)模的構造–巖漿–熱(流體)事件,這些因素的耦合或疊加最終形成了多因復成礦床?；诖?筆者認為,多因復成礦床今后的研究除繼續(xù)加強成礦的大地構造背景和相關的地球動力學事件外,更應加強其成礦動力學機制的研究,將其成因與地幔(柱)對流和上涌、殼-幔相互作用或地幔柱–巖石圈板塊相互作用有機聯(lián)系,分析不同大地構造發(fā)展階段多地質過程(構造–巖漿–熱–流體)的疊加–改造和富化機理,從而有可能發(fā)現(xiàn)更多的、與不同時期的構造-巖漿活化有關的多因復成礦床。

致謝:本文是作者多年來在學習陳國達先生“活化(地洼)構造及其成礦理論”的基礎上,結合現(xiàn)代成礦學的前緣科學問題與發(fā)展趨勢撰寫而成的,文中難免存在不少錯誤或繆誤,敬請同行批評指正！翟裕生院士、翟明國院士、毛景文教授、陳衍景教授、侯增謙教授、胡瑞忠研究員、彭省臨教授、陳國能教授、林舸研究員、范蔚茗研究員、戴塔根教授、王京彬教授等多位老師的學術思想為本文提供了諸多有益的啟示;兩位匿名評審者提出的建議和意見促進了本文質量的提高，作者一并致謝！

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