黃 波，楊 濤，馬力克，朱和書

(1.貴州理工學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550003；2.貴州有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊，貴州 都勻 558000；3.貴州省地質(zhì)資料館，貴陽 550001)

20世紀(jì)80年代末馬曉旻將“旋渦構(gòu)造”假說用于貴州與全球大地構(gòu)造研究[1-2]，提出全球12個“旋渦”單元(圖1)。我國地處“東亞旋渦”，中國大陸看似繁復(fù)的構(gòu)造，均可用“東亞旋渦”單元得到合理解釋(圖2)[1-6]；貴州境內(nèi)多種構(gòu)造組合表現(xiàn)了“旋渦”單元的典型區(qū)域性構(gòu)造特征(圖3)[1-8]，由此來研究貴州構(gòu)造與成礦規(guī)律有新的突破，如近期發(fā)現(xiàn)的赫章豬拱塘鉛鋅礦等大型—超大型礦床[9]，同時發(fā)現(xiàn)許多問題得不到合理的解釋，如“旋渦”的動力作用對元素的遷移與富集等。我們從螺旋運(yùn)動規(guī)律結(jié)合地殼演化分析螺旋構(gòu)造，得到了很好的解釋；圓周運(yùn)動是常見的曲線運(yùn)動，是“螺旋”的特殊形式(平衡螺旋)，在內(nèi)外因作用下，圓心、半徑和速度等按規(guī)律變化，從微觀的“電子繞核”，到宇觀上的天體運(yùn)行，都證明螺旋運(yùn)動是宇宙中普遍存在的運(yùn)動方式(圖4)[10]。

1.螺旋邊界；2.順時針方向螺旋；3.逆時針方向螺旋；4.螺旋中心圖1 全球螺旋構(gòu)造平面略圖(由馬曉旻提供全球旋渦構(gòu)造圖修編[1])Fig.1 Sketch map of the vortex global Spiral geotectonics(modified from the global vortex structure map provided by MA Xiaomin[1])

圖2 東亞螺旋：中國大陸的順時針旋轉(zhuǎn)應(yīng)力示意圖(據(jù)張培震等[6]整理成圖)Fig.2 East Asian vortex：Diagram of clockwise rotation stress in mainland China(modified from ZHANG Pengzhen et al.[6])

1.喜山期背斜；2.燕山期背斜；3.加里東期背斜；4.武陵期背斜；5.順時針方向旋轉(zhuǎn)動力(б0)；6.向心擠壓力(F)圖3 東亞螺旋與貴州省大地構(gòu)造圖(由東亞螺旋結(jié)合貴州區(qū)域地質(zhì)志成圖[7])Fig.3 East Asian vortex and geological structural unit map of Guizhou province(Modified from East Asian spiral combined with regional geological maps of Guizhou[7])

圖4 目前已知最大的螺旋：NASA公布1.6億像素銀河系螺旋圖(據(jù)新浪網(wǎng)[10])Fig.4 160 million pixel spiral galaxy map from NASA(according to Sina[10])

1 螺旋構(gòu)造

地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了北半球向左偏轉(zhuǎn)和南半球向右偏轉(zhuǎn)的自轉(zhuǎn)偏向力(圖5，簡稱“科氏力”F6)，最早由法國科學(xué)家Coriolis于1835年提出[11-14]。大氣環(huán)流和洋流是在“科氏力”作用下在北半球產(chǎn)生順時針方向和南半球逆時針的“流體旋渦”[11-14]，地殼的12個“固態(tài)旋渦”構(gòu)造最早提出為馬曉旻[1-2]，我們進(jìn)一步研究為“螺旋”構(gòu)造的三維以上立體運(yùn)動系統(tǒng)。

地球“螺旋”構(gòu)造產(chǎn)生原理：地球上主要作用力為引力F1和自轉(zhuǎn)動力F2，二者共同作用即為自轉(zhuǎn)偏向力(Fσ)。在赤道附近F1與F2橫向垂直(在緯度5°以內(nèi))，表現(xiàn)為自轉(zhuǎn)動力F2。隨緯度增加到低中緯度，F(xiàn)2逐步減小，方向不變，F(xiàn)1大小不變，方向由橫向往縱向過渡，帶動Fσ指向近似同心圓狀的一定范圍，形成了大致的螺旋中心，產(chǎn)生了低中緯度上的10個對流螺旋。從高緯度到極地附近，F(xiàn)2趨近為零，主要表現(xiàn)為地球引力F1，形成了極地螺旋，在北半球低中緯度產(chǎn)生5個順時針旋轉(zhuǎn)螺旋和1個北極逆時針螺旋，南半球為對應(yīng)螺旋；每個螺旋單元應(yīng)力大致為旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)動力(σ0)和向心擠壓力(F)，二者近于垂直并達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)；隨著“螺旋”的產(chǎn)生，在內(nèi)外因作用下，其圓心、半徑和速度等呈周期性變化；并在末期特定時間段對原有旋轉(zhuǎn)動力(σ0)和向心擠壓力(F)進(jìn)行破壞，重新產(chǎn)生新“螺旋”和相對穩(wěn)定背景，進(jìn)入新“螺旋”演化，可能是前人認(rèn)為的地殼經(jīng)歷了多期次超大陸旋回的原因，如多學(xué)者公認(rèn)的新元古代—早古生代Rodinia超大陸的演化[15-16]，東亞螺旋屬于中新生代螺旋演化旋回期。

O.地心；F1.地心引力；F2.自轉(zhuǎn)動力；φ.與赤道面夾角(緯度)；Fσ.地球自轉(zhuǎn)偏向力(科氏力)；F.向心擠壓應(yīng)力；σ0.旋轉(zhuǎn)動力圖5 地球螺旋產(chǎn)生及應(yīng)力示意圖(據(jù)馬曉旻[2]和黃波等[3-5]略有修改)Fig.5 Schematic diagram of the vortex global spiral tectonic units and stress(Modified from MA Xiaomin,et al.[1]and HUANG Bo,et al.[3-5])

2 黔西南—黔西地區(qū)大地構(gòu)造背景

根據(jù)《貴州區(qū)域地質(zhì)志》(2017)的劃分，貴州由上揚(yáng)子陸塊與江南復(fù)合造山帶組成[8]。黔西南—黔西地區(qū)由威寧隆起區(qū)(Ⅳ-4-1-1)、六盤水裂陷槽(Ⅳ-4-1-2)、興義隆起區(qū)(Ⅳ-4-2-1)、右江裂谷-前陸盆地區(qū)(Ⅳ-4-2-2)及黔北隆起區(qū)(Ⅳ-4-1-3)南西部組成(表1、圖3、圖6、圖7；據(jù)貴州區(qū)域地質(zhì)志整理，2017)[1-5，8]；在中新生代“東亞螺旋”作用下，對應(yīng)的印支、燕山和新構(gòu)造運(yùn)動，貴州進(jìn)入較穩(wěn)定的陸內(nèi)造山背景，控制了以埡都—紫云(圖7，F(xiàn)σ)為代表的NW向構(gòu)造體系和板內(nèi)巖漿活動[1-5、8]，提供了成礦流體運(yùn)移和沉淀的有利空間。

圖6 貴州省構(gòu)造單元分區(qū)圖Fig.6 Patition map of geotectonic elements in Guizhou

表1 貴州省黔西南—黔西地區(qū)構(gòu)造單元特征

1.推測斷層(編號)；2.主要斷層；3.正斷層；4.逆斷層；5.平移斷層圖7 貴州省推測隱伏斷層構(gòu)造Fig.7 Structural distribution of concealed fracture in Guizhou

3 構(gòu)造演化與主要的成礦作用

1)中生代構(gòu)造運(yùn)動(印支—燕山運(yùn)動)

由于特提斯域演化的影響，三疊世初由裂陷向擠壓轉(zhuǎn)換的印支—燕山運(yùn)動，使黔西南—黔西地區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)造山階段，形成了前陸盆地典型褶皺樣式—侏羅山式褶皺和板內(nèi)巖漿巖，發(fā)育了逆沖推覆構(gòu)造、平移走滑構(gòu)造、地壘—地塹構(gòu)造等。隨著板內(nèi)巖漿活動，造就了以金、銻、鉛鋅(銀)、鐵、汞、錳、稀有分散元素等沉積—改造型礦床，形成了黔西南—黔西地區(qū)重要的中低溫成礦域(表2)[3-5，17-18]。

表 2 黔西南—黔西地區(qū)中新生代構(gòu)造旋回及主要的成礦作用(據(jù)貴州區(qū)域地質(zhì)志整理[10])

2)喜山期及新構(gòu)造旋回

晚白堊世至第四紀(jì)進(jìn)入板內(nèi)隆升活動，形成一系列復(fù)雜的地壘—地塹式構(gòu)造組合，切割或掩蓋了前期構(gòu)造形跡，使晚白堊—古近系地層出現(xiàn)褶皺變形和新近系與下伏地層呈角度不整合接觸關(guān)系，至今仍處于隆升中，其間發(fā)育的山間盆地，形成了黔西南地區(qū)重要的紅土型金礦[8]。

4 黔西南—黔西地區(qū)螺旋構(gòu)造與加厚旋涌效應(yīng)

1)根據(jù)前述“全球螺旋構(gòu)造”理論，我國地處“東亞螺旋”，中心大致為E102°10＇，N28°20＇(四川冕寧縣南部)，結(jié)合黃波等[3-5]對貴州旋螺旋構(gòu)造的研究成果：在“東亞螺旋”順時針旋轉(zhuǎn)作用下，使螺旋中心SE120°～150°方向的黔西南—黔西地區(qū)產(chǎn)生了由NE向SW旋轉(zhuǎn)動力和SE向NW的向心擠壓力(圖3、圖6、圖7)，產(chǎn)生了以埡都—紫云為代表的NW向構(gòu)造體系和相關(guān)走滑、逆沖推覆和拉張等作用，提供了巖漿活動、成礦流體的運(yùn)移、沉淀空間，促進(jìn)成礦元素遷移與富集，為黔西南—黔西地區(qū)的沉積改造型礦床提供了有利條件，屬于中新生代螺旋演化旋回期。

2)貴州東部地區(qū)地殼最薄處為37 km，西部最厚為52 km[8]，較平均地殼厚度的3倍左右，并在西部地區(qū)誘發(fā)了“加厚旋涌”效應(yīng)和相對應(yīng)的成礦地質(zhì)背景，使黔西南—黔西地區(qū)下地殼深切了上地幔軟流圈，改變了軟流圈運(yùn)動方式而上涌，隨著大規(guī)模巖漿活動和成礦流體上涌和溫度的降低，造就了黔西南—黔西地區(qū)與沉積改造有關(guān)的重要礦床和中低溫成礦域。

5 成礦地質(zhì)背景

1)地球經(jīng)歷了數(shù)十億年演化，地殼平均密度2.8 g/cm3，地幔平均4.5[19-20]；地殼主要為淺源性低密度元素組合，形成了地殼分布廣泛的造巖元素和礦物組合；地幔為深源性高密度元素有關(guān)的有色金屬、黑色金屬、貴金屬、稀有稀土分散元素等的主要富集處[19-20]；在特定條件下以巖漿或熱液形式上涌，是內(nèi)生礦床形成的前提條件；由于各元素物化性質(zhì)和成礦地質(zhì)背景差異，形成不同的礦床。

2)中新代的陸內(nèi)造山背景，使貴州地殼進(jìn)入相對穩(wěn)定的抬升階段，尤其黔西南—黔西地區(qū)進(jìn)入板內(nèi)造山和板內(nèi)巖漿活動階段[3-5，8]，為沉積改造作用提供了前提條件。

3)東亞螺旋的順時針旋轉(zhuǎn)作用，表現(xiàn)為中新生代旋轉(zhuǎn)動力和向心擠壓力，使SE120°～150°的黔西南—黔西地區(qū)表現(xiàn)為自NE向SW的旋轉(zhuǎn)動力和自SE向NW擠壓力，產(chǎn)生了下地殼加厚的“加厚旋涌”效應(yīng)，與王華云等[21]、萬天豐[22]的研究認(rèn)為“海西至印支期發(fā)育陸緣裂谷(斷陷)盆地以NW向為主的沖斷褶皺系統(tǒng)，燕山期受到來自西部(印度板塊與亞洲板塊的碰撞)和東部(與太平洋板塊向亞洲大陸的俯沖有關(guān))等多個構(gòu)造擠壓作用，產(chǎn)生了巨大的縮短加厚而形成”對應(yīng)；形成了以埡都—紫云為代表的NW向構(gòu)造系列和相關(guān)的走滑、逆沖推覆和拉張等作用，發(fā)育了前陸盆地中典型褶皺樣式—侏羅山式褶皺、逆沖推覆、平移走滑及地壘—地塹等構(gòu)造，提供了巖漿活動、成礦流體的運(yùn)移、沉淀空間，為沉積改造作用提供了有利條件。

4)據(jù)涂光熾等[23]研究，揚(yáng)子陸塊巖漿活動主要集中在新元古代、海西期及燕山期，提供了豐富的殼幔成因物源，如①新元古代的云南東川銅礦、四川拉拉廠銅礦等超大型系列礦床；②海西期攀枝花超大型釩鈦磁鐵礦等；③燕山期個舊、都龍超大型錫多金屬礦等與之對應(yīng)。

貴州地處揚(yáng)子地塊西南緣，主要的巖漿活動與此基本同步，新元古代的洋陸轉(zhuǎn)換背景，巖漿活動主要表現(xiàn)為海底火山噴溢并延續(xù)到早古生代，形成了錳、鉛鋅、磷、重晶石及汞礦等為主的噴流沉積型大型—超大型礦集區(qū)[3-5，10]；海西期主要表現(xiàn)為貴州西部的大規(guī)模玄武巖噴發(fā)和輝綠巖的侵入；燕山期表現(xiàn)為基性巖、花崗巖和堿性巖的板內(nèi)巖漿侵入活動[3-5，10]，提供了豐富的殼幔源成礦物質(zhì)，造就了黔西南—黔西地區(qū)重要的以金、銻、鉛鋅(銀)、鐵、汞、錳、稀有分散元素等為主的沉積改造型礦集區(qū)和中低溫成礦域。

5)王亮等根據(jù)貴州重磁異常、布格重力異常、剩余重力等異常，圈出多個大型異常，解譯的7種異常源(圖8、表3，據(jù)王亮等修編)[24]，燕山期深部巖漿侵入及相應(yīng)的熱液活動，尤其是黔西地區(qū)深部隱伏的厚大花崗巖巖體(G8-G11)、高密度地層(G31)和基性巖體(G32)較為突出，埋藏深度最淺(1.3～2.1 km)；而黔西南地區(qū)則為半隱伏性基性巖(G38、G39)和花崗巖(G2-G14)；尤其是半隱伏基性巖提供豐富的殼幔成礦物源，為黔西南—黔西地區(qū)重要的金、銻、鉛鋅(銀)、鐵、汞、錳、稀有分散元素等沉積—改造型礦床中低溫成礦域提供了有利條件。

圖8 貴州省剩余重力異常平面圖(據(jù)王亮等[24])Fig.8 Plane map of residual gravity anomaly in Guizhou Province(According to WANG Liang,et al[24])

表3 貴州省侵入巖推測埋深情況及主要礦產(chǎn)

6)貴州東部地區(qū)地殼最薄處為37 km，西部最厚為52 km，上地幔頂部Pn波顯示東高西低，表明東部為冷的剛性地質(zhì)體，西部為熱軟塑性高密度地層(與高密度地層G31對應(yīng))，西部莫霍面溫度為750°C，而東部在400°C以下[8]，西部地區(qū)下地殼的加厚誘發(fā)了“加厚旋涌”效應(yīng)，使黔西南—黔西地區(qū)下地殼深切了軟流圈，改變了軟流圈運(yùn)動方式而上涌，隨著燕山運(yùn)動產(chǎn)生的以埡都—紫云斷裂為主的NW向構(gòu)造系列，提供了巖漿活動、成礦流體的運(yùn)移、沉淀空間，隨著成礦流體上升的逐步降溫，造就了黔西南—黔西地區(qū)重要的中大型—超大型內(nèi)生礦集區(qū)和中低溫成礦域。

因此“加厚旋涌”有利的成礦地質(zhì)背景主要表現(xiàn)為：①殼幔作用(殼幔物質(zhì)和能量交換)；②溫度；③壓力；④高密度元素分異；⑤塑性等背景利于成礦物質(zhì)的活化、運(yùn)移。隨著巖漿活動和成礦物質(zhì)上涌，沿埡都—紫云為代表的NW向構(gòu)造系列空間運(yùn)移，并與部分圍巖發(fā)生物質(zhì)交換或活化地層中成礦物質(zhì)(尤其是高密度地層G31中豐富的成礦物質(zhì))，在有利空間形成沉積—改造型礦床。

7)目前已發(fā)現(xiàn)的黔西南—黔西地區(qū)中大型—超大型礦床以金、銻、鉛鋅(銀)、汞、鐵、錳及稀有分散等為主的礦產(chǎn)均為中低溫元素組合，是隨著巖漿活動或熱液在上升過程溫度的降低，形成了中低溫背景，與黃智龍等[17]和王登紅等[18]研究的該地區(qū)礦床均屬中低溫礦床對應(yīng)。在中低溫環(huán)境仍能運(yùn)移并到達(dá)近地表，如Pb、Zn、Ag、Au、Sb、Hg等及中低溫稀有稀土分散元素等系列；而對活化、運(yùn)移要求較高的Cu、Ni、Mo等對溫度要求較高的元素可能多在深部出現(xiàn)。

6 結(jié)論

1)螺旋運(yùn)動是宇宙中普遍存在的運(yùn)動方式，或者說宇宙中所有的自由存在于空間中的物體都以螺旋式在運(yùn)動。地球自轉(zhuǎn)形成的“科氏力”作用下流體產(chǎn)生流體螺旋，固體產(chǎn)生的固體螺旋在地球表面形成了12個螺旋構(gòu)造。

2)東亞螺旋的順時針旋轉(zhuǎn)作用屬于中新生代旋回期，產(chǎn)生了自NE向SW旋轉(zhuǎn)動力和自SE往NW向心擠壓力，以及黔西南—黔西地區(qū)的“加厚旋涌”效應(yīng)，形成了印支、燕山及喜山運(yùn)動特有的以埡都—紫云為主的NW向構(gòu)造體系，發(fā)育了前陸盆的侏羅山式褶皺、逆沖推覆、平行走滑、地壘—地塹等構(gòu)造，提供了巖漿活動、成礦流體的運(yùn)移、沉淀空間，促進(jìn)成礦元素遷移與富集，為沉積改造作用提供了有利條件。

3)黔西南—黔西地區(qū)“加厚旋涌”效應(yīng)和有利的成礦地質(zhì)背景(殼幔作用、溫度、壓力、高密度元素分異及塑化等)，造就了貴州重要的有色金屬、黑色金屬、貴金屬、稀有稀土分散元素等有關(guān)沉積改造型中低溫成礦域。