7.1.2.1 寒武纪陆块改造
克拉通型岩石圈虽然稳定,但是中国及邻区这些前寒武纪陆块形成后并不是一成不变的,而是随着地质演化被不断地改造。下面以华北地区为例进行分析。
根据华北地区的地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续,可区分出华北地区的鄂尔多斯克拉通型、燕山-太行造山带型和华北平原裂谷型岩石圈(邱瑞照等,2004,2006)。
从地质历史上看,华北陆块具有与全球主要陆块(克拉通)相同历史,形成于古太古代-古元古代。侏罗纪之前的火成岩岩浆活动仅局限于陆块的边部(图7.5),说明华北陆块在侏罗纪前是稳定的陆块(中朝陆块);侏罗纪以来陆块曾受到强烈的改造,即陆块“活化”:表现在岩浆活动上是燕山期岩浆活动深入陆块内部,分布遍及华北陆块的中东部地区(图7.6);新生代又受裂谷作用叠加,而伴随的大量玄武岩喷发主要限于在东部华北平原一带分布(图7.7)。
图7.5 华北陆块加里东期、华力西期、印支期侵入岩分布示意图(据程裕淇,1994,修改)
图7.6 华北陆块燕山期侵入岩分布示意图(据程裕淇,1994)
图7.7 华北东部平原新生代玄武岩分布图
伴随华北地区岩石圈演化过程形成的三类岩石圈,其成分、结构均发生显著变化:鄂尔多斯为经历了中新生代陆块“活化”和“改造”后残存的克拉通型岩石圈,陆壳主体成分由TTG构成,岩石圈地幔主要由强亏损的方辉橄榄岩构成,它于新太古宙-古元古代最终形成以后,一直保持至今,其壳幔岩石学结构可以作为华北乃至中朝陆块克拉通型岩石圈的一个参照。中生代时期,华北陆块中东部地区在燕山造山过程中被“活化”,大量对流地幔物质与热输入,使该区原来的TTG陆壳组分被改造成为花岗质陆壳,岩石圈地幔被燕山期形成的方辉橄榄岩-二辉橄榄岩所代替。燕山-太行山是华北东部地区新生代发育裂谷作用后残留的造山型岩石圈,因为经历了新生代的伸展减薄,现今的厚度不能代表燕山期造山时的地壳和岩石圈地幔厚度,但岩石圈地幔和陆壳的物质及其结构仍然是燕山运动期间造山时形成的。新生代时期,华北东部的大陆裂谷作用形成以华北东部平原为代表的裂谷型岩石圈;随着裂谷发育大量玄武岩喷发,使燕山期的“酸性化”陆壳又被“基性化”,燕山期形成的岩石圈地幔被破坏形成以二辉橄榄岩为主体的喜马拉雅期岩石圈地幔。裂谷型地壳和岩石圈地幔经历了岩石圈尺度上伸展减薄和热侵蚀,现今地球物理探测的岩石圈地幔和陆壳的物质和结构是新生代形成的。
综上,对于华北地区的大地构造单元可以这么认识:侏罗纪之前属于中朝陆块,经过侏罗纪-白垩纪燕山运动后分化为两个单元:西部陆块(克拉通)和中东部造山带;伴随新生代裂谷作用发育,进一步分化为西部陆块(克拉通)、中部造山带和东部裂谷,因此,讨论中国及邻区前寒武纪陆块形成与成矿关系,应该关注与陆块形成、改造过程中有关的成矿作用。
7.1.2.2 前寒武纪陆块矿产特征
中国前寒武纪矿床主要分布在陆块区,尤以华北陆块、扬子陆块较多,较少分布在造山带(沈保丰等,2004,2006)。而陆块边缘和陆块内部裂谷是前寒武纪矿床产出的十分有利的空间。他们指出,中国前寒武系蕴藏着丰富的矿产资源,形成了众多的铁、铜、铅锌、镍、金、稀土、锰、石墨、菱镁矿、滑石、硼、磷、硫铁矿、金红石、蛭石等大型-超大型矿床。成矿时代从古古代到震旦纪,但以新太古代、古元古代、中元古代-青白口纪3个地质时期为成矿高峰期。随着中国前寒武纪地史的演化,成矿物质种类和矿床类型具有明显的变化和增多。梅燕雄等(2004)划分的全球成矿域和成矿区带中,中朝成矿区位于劳亚成矿域东南部,北、西、西南与乌拉尔-蒙古成矿带、喜马拉雅成矿带、中南半岛成矿带相接,东与东亚成矿带为邻。其展布范围与包括中国中部和朝鲜半岛若干古老陆块的中国地块相当。该成矿区主要矿产有煤、铁、磷,其次是钨、钼、铅锌、铜、镍、金等,代表性矿床有中国的东胜-神府煤田、昆阳沉积磷矿床、鞍山-本溪BIF型铁矿床、金川铜镍硫化物矿床、金堆城斑岩型钼矿床、滦川矽卡岩型钨钼矿床等,朝鲜境内产有著名的检德变质型铅锌矿床。
前寒武纪铁矿在中国占有重要地位,该时期的铁矿资源/储量占全国的65.6%(沈保丰等,2005)。中国前寒武纪铁矿床主要分布在中国东部、陆块区和陆块边缘和内部的裂谷中,其成矿规模、成矿区域、成矿类型和成矿演化特点明显。可分为(火山)沉积变质型铁矿床、与火山侵入活动有关的铁矿床、沉积型铁矿床、复合成矿作用型铁矿床和岩浆型铁矿床五类。中国最古老的铁矿床形成于古太古代,新太古代是中国铁矿最重要的形成时期,此期间形成铁矿的储量约占全国铁矿总储量50%,矿床类型是与绿岩带有关的条带状铁建造铁矿床,该类矿床演化特征具有成矿规模由弱到强再弱,矿床类型由简单到复杂再简单的演化特点。
7.1.2.2.1 西伯利亚陆块
西伯利亚陆块位于劳亚成矿域东北部(梅燕雄等,2009),西、南与乌拉尔-蒙古成矿带相接,东与楚科奇-鄂霍次克成矿带为邻,其展布范围包括中西伯利亚高原及泰梅尔半岛,在大地构造上属于西伯利亚地块。该区主要矿产有煤、金、金刚石,其次是铜、锑、铅锌、镍、锰、钾盐等,代表性的矿床有俄罗斯的通古斯卡煤田、苏霍依洛克黑色岩系型金矿床、和平金伯利岩型金刚石矿床、诺里尔斯克铜镍硫化物矿床、涅帕蒸发岩型钾盐矿床、萨利克热液型锑矿床等。
在阿尔丹地盾最主要的前寒武纪铁矿床(V.I.Kazanskyra,1980)是查拉-托科(Chara-Tokko)地区的含铁石英岩,产于南北走向的海槽火山-沉积岩系中。阿尔丹地盾和澳大利亚、印度、南非(阿扎尼亚)和加拿大太古宙陆块(克拉通)的可靠地质资料,揭示了早前寒武纪构造杂岩和它们在发育时间上的相似性,基于主要成分、变质程度、交代变质以及含矿建造等方面的差别可加以区分。
7.1.2.2.2 中国陆块
华北陆块(克拉通)具有3.8Ga的漫长历史,特别是与其他陆块(克拉通)相比,它有更为复杂的多阶段的构造演化史,记录了几乎所有的地壳早期发展与中生代以来的重大构造事件(翟明国,2010)。在太古宙,华北陆块经历了>3.0Ga的陆核与微陆块的形成;2.7~2.9Ga的陆壳增生;2.5Ga的岩浆、变质作用与克拉通化;2.3~1.9Ga的古元古代活动(造山)带;1.8Ga的基底隆升与裂谷-非造山岩浆事件。在新元古代-古生代,华北陆块处于相对稳定的陆块状态,其南、北缘受到秦岭造山带和古亚洲洋造山带的影响;在中生代,华北陆块则经历了强烈的中生代构造格局的转变和克拉通的破坏与重建;在新生代,华北陆块的东缘属于环太平洋构造带的一部分。与上述重大构造事件相对应,华北陆块出现大规模的成矿作用,形成了丰富多样的固体矿产资源。华北陆块的形成与演化及其不同类型的成矿系统,为深刻理解大地构造背景对成矿作用的制约提供了范例。华北陆块广泛发育着花岗岩-绿岩带中的金矿床(沈保丰等,1994),主要分布在小秦岭、胶东、夹皮沟、辽西、冀北、乌拉山和五台山等地区,其中不仅产出许多中、小型矿床,而且也赋存着大型、特大型金矿床,是我国当前主要的产金基地。
从地质演化的角度讲,华北陆块在2900Ma前由于地幔的分离作用和物质向地面运移,发育了初始的硅铝壳,随着初始硅铝层的形成逐渐发生了陆海的分化,形成古隆起和古海盆。在2900Ma左右,华北陆块区发生了第一次强烈的构造-岩浆热事件,形成了早期陆核,出现第一次稳定化期。大致从2800Ma起,在由古陆核组成的卵形穹窿体的边缘,形成了类似现代大陆边缘活动带或弧后盆地的裂谷环境,大量的火山喷发和沉积作用,在狭长的槽形盆地内聚集了大量的火山-沉积物质,也就是绿岩建造。强烈的海底火山活动,从地幔带来了大量的金、铁、铜、锌等有用金属,大量的金从地幔深处同镁铁质火山岩一起喷出到海底,成为形成脉型、层控性金矿的矿源层。强烈的海底火山活动从深部带来了丰富的铁质,华北陆块的一些主要铁矿如歪头山、弓长岭、板石沟、老牛沟等铁矿的形成均与此有关。在火山活动的后期,转为分布不广的安山质-长英质火山喷发,同时伴随着火山喷气作用,铜、锌等含矿流体沿火山喷口上升和在海底喷射,形成原始块状硫化物矿床。在2500Ma左右,发生了第二次较为强烈的构造-岩浆热事件,太古宙地块基本克拉通化,在此期间由于花岗岩浆的侵入,作为热源体,导致原绿岩建造中的一些金属发生重结晶、活化、迁移等。在此期间,原始的块状硫化物矿床经过多期构造变形,使金属再就位富集形成富矿柱;铁矿床因变质改造使颗粒变粗,受韧性剪切带控制的层控金矿和部分脉型金矿、铁矿就位;而在花岗岩-绿岩地块形成后,又遭受到吕梁运动、华力西运动和燕山运动等多次构造-岩浆热事件的改造,特别是燕山运动,作为最后且最强烈的构造—岩浆活动事件(邱瑞照等,2006),对华北陆块区金矿的形成、最终就位起着十分重要的作用。
扬子板块是在古元古-新太古宙的古陆核基础上发展演化而成(花友仁,1995)。吕梁运动以前,以川中微型陆块为主体的若干个小型古陆块组成向北西突出的牛轭形陆块带。中元古宙在牛轭形陆块带的东西两侧形成海沟岛弧系,沉积一套弧前及弧后的沉积建造。1~1.1Ga时的东川运动使沟弧系褶皱固结为陆块。新元古宙早期发生大陆裂谷作用,形成一套裂谷型沉积建造;晋宁运动使扬子板块整体固结,新元古宙晚期发育山前磨拉石建造、冰啧层及碳酸盐盖层。
花友仁(1995)认为,扬子板块内五个主要的大地构造发展阶段,对应着五个重要的成矿期,即:中元古宙的东川沟弧体系成矿期、新元古宙早期的晋宁大陆裂谷成矿期、新元古宙晚期至早古生代的澄江-加里东陆块成矿期、晚古生代的海西-印支大陆裂谷成矿期以及中生代的燕山活动大陆边缘及内陆边缘裂谷盆地成矿期。实例是东川期与海底火山作用有关的大红山式铁铜矿床、与碎屑碳酸盐建造有关的滇中式沉积改造铁矿床、晋宁期大陆裂谷作用期间与海底火山喷气热水沉积的铜矿床、澄江-加里东期陆块内成矿作用形成的层控型铜矿床等。
前寒武纪铅锌矿主要形成于中新元古代的裂谷系和裂谷系边缘的不同地质构造单元,其分布受构造控制,集中分布于华北陆块北缘东、中、西段元古宙裂谷系和扬子陆块西侧康滇地轴震旦系裂谷带东侧的边缘活动带,并以华北陆块北缘为主;成矿作用总体受火山-沉积-变质作用控制,具层控性特点;成矿时代有从北向南变新的趋势(曹秀兰等,2005)。目前已探明储量的前寒武纪铅锌矿床有51处,其中超大型矿床1处,特大型矿床3处,大型矿床7处,中型矿床12处,其余为小型。近年在扬子陆块周缘发现的铅锌矿新类型备受关注。
7.1.2.2.3 印度陆块
印度的矿产资源主要分布印度半岛地盾区,其形成与前寒武纪成矿作用有关,拥有丰富的铁、锰、铝土矿资源。成矿作用包括:①与克拉通有关的太古宙绿岩带金成矿作用(典型代表:克拉尔金矿,储量825t);与陆块型碱性岩浆活动(包括碳酸盐岩)有关的稀土、铌钽等稀有金属矿床;产于金伯利岩筒中的金刚石矿床。印度陆块(克拉通)分布大量的超壳岩石富锰岩石发育;太古宙杂岩中的超基性岩体富集镍金属,提供了形成红土型镍矿的物质基础;与基性岩浆活动有关的铬、镍(铜)矿床。②与裂谷作用有关的沉积成矿作用,如在冈瓦纳系与古近-新近系中的11个含煤盆地。③与造山带有关的印度陆块内部的古中元古代活动带及其构造作用控制了印度重要的有色金属成矿带和金属成矿作用,如辛格布姆剪切带控制了辛格布姆铜矿化带,阿瓦利岭陆块活动带控制了印度最重要的铜矿化带;印度一侧的高喜马拉雅造山带仅有少量矿化。此外,气候对印度的赤铁矿床、铝土矿床、巴加拉特淋积型锰矿、红土型镍矿起了重要作用。
7.1.2.2.4 阿拉伯陆块
非洲-阿拉伯成矿区位于冈瓦纳成矿域的中部(梅燕雄等,2009),西、南、东分别与南美成矿区、南极成矿区、澳大利亚成矿区相望,北与地中海成矿带和西亚成矿带相接。其展布范围与非洲-阿拉伯地块基本相当,包括除阿特拉斯山脉以外的非洲大陆和阿拉伯半岛。该成矿区主要矿产有石油、天然气、金刚石、铜、铝、镍、铬、铅锌、金、磷、锰、铀,其次是铁、锡、锑、钾盐等,代表性矿床有沙特阿拉伯加瓦尔油气田、科威特布尔甘油气田、几内亚博克和图盖-达博红土型铝矿床、南非金伯利金刚石矿床和布什维尔德层状杂岩型铬镍矿床、南非卡拉哈里沉积锰矿床和维特瓦特斯兰德砾岩型金铀矿床,刚果(金)科尔韦济砂页岩型铜矿。