Question

中国及邻区大陆形成过程与大规模成矿

Answer 1

超大陆旋回描述的是地球的大陆地壳准周期性的聚合和分离。对于地球的大陆地壳的总量是增加、减少还是维持不变,有种种不同的观点,但是有一点是各家都认同的,即大陆地壳在持续不断地发生改组。大陆碰撞造成了数量更少但面积更大的大陆,而大陆分裂造成了数量更多但面积较小的大陆。

图7.59 Rodinia超大陆新的重建模式(据Condie,2001简化)

在20世纪70年代早期,J.T.威尔逊在多伦多大学提出:当大洋周期性地张开和闭合时,地球内部的热效应可以造成大陆离散然后再拼合。R.Damian Nance等(1988)扩展了关于威尔逊的想法,提出超大陆旋回的存在具有大约5亿年的周期(R.Damian Nance等,1988;Murphy J Brenclan等,1992)。目前识别出的超大陆包括:乌尔大陆存在于约30亿年前;瓦巴拉大陆则存在于约36亿至28亿年前;凯诺兰大陆,存在于约27亿至21亿年;哥伦比亚大陆存在于约18亿年至15亿年前;罗迪尼亚大陆存在于约11亿年至7.5亿年前(图7.59);潘诺西亚大陆,或叫大冈瓦纳——形成于6亿年前,其分裂后形成的碎块最终碰撞形成了泛大陆——形成于3亿年前;冈瓦纳的形成仅有1.5亿年。总体来看,一次完整的超大陆旋回将历时3亿至5亿年,遵循分久必合,合久必分之规律形成现今格局(图7.60)。超大陆之所以解体,Don L.Anderson(1981)提出是因为大陆岩石圈与较薄、较致密的(玄武岩质)大洋底相比是一差异导热体,巨大的大陆或超大陆所起的作用犹似隔热盖层阻挡了热从地幔的逸出,在超大陆之下,温度的升高,当热聚集时,岩石圈底部的物质变得不那么致密,使上覆的超大陆向上隆起和破裂;来自过热软流圈的熔融岩石迅速充填新产生的断裂;当破碎的超大陆的一些部分被驱动分开时,这些断裂就继续变宽,形成裂谷、乃至大洋,其模式参见图7.2、图7.3An-drew Hynes(1988则把超大陆破裂散开归因于与地球自转有关的效应。不过,不同规模陆块下的岩石圈-软流圈系统规模不同,其热扩散范围、物质循环尺度不同(图7.3,邓晋福等,1996),陆块规模越大,岩石圈-软流圈系统循环的深度越大,甚至抵达核幔边界;岩石圈—软流圈系统变迁可能是导致超大陆裂解、聚合的主因(邓晋福等,1996),裂解大陆的边界成分、结构伴随演化过程变化(图7.4)。

超大陆的形成包含了好几百万年间所发生的多次碰撞。在距今约4.2亿年到3.8亿年之间,称为劳伦古陆(包括大部分现代北美洲)的陆块同波罗的古陆(欧洲)碰撞,两个陆块聚合成劳亚古陆(加里东运动)。然后,在距今3.6亿年2.7亿年间,劳亚古陆与冈瓦纳古陆(由现代非洲、印度、南美洲、澳洲和南极洲的一部分组成)碰撞并与西伯利亚古陆碰撞,因而产生潘基亚超大陆(华力西期);大约1.8亿年前潘基亚超大陆分裂,一个新的大洋—大西洋张开。

在潘基亚超大陆分裂的第一阶段,即距今1.8亿年至1.4亿年前,劳亚古陆从阿瓦纳古陆中分离出来,造成北美陆块向北移动,使洋壳向北美陆块西部之下俯冲,导致那一时期火山深成活动的一次高潮,那是加利福尼亚东部内华达造山运动的一种表现,形成的有关岩石组合具有从俯冲板内上升的熔体所特征的钙碱成分。第二分裂阶段发生在大约1.4亿年前,冈瓦纳古陆分裂,劳亚古陆裂开形成北美大陆和欧亚大陆。劳亚古陆的分裂使北美板块运动从向北变为向西,运动方向的改变使大陆岩石随着洋壳被挤到北美洲之下而受到挤压,这些事件与整个北美陆块西部的一系列造山运动对应,包括内华达运动、南美为安第斯运动;可能是法拉隆(Farallon)板块向北美板块之下俯冲时伴生的逆冲断层活动所致,白垩纪末至古近纪初,发生的拉拉米造山运动(70~40Ma)导致洛基山脉形成,现今可观察到美国犹他州大盆地(Great Basin)东缘的岩层褶皱和向东逆冲断层。

图7.60 全球主要(克拉通)陆块分布示意图

中国及邻区大陆的形成、演化与超大陆密切相关(陆松年等,2001,2002,2004;郝杰等,2004)。陆松年等(2002)根据华北古大陆从2.0Ga至1.4Ga期间地质历史演化特点,包括约1.9Ga的造山运动、约1.7Ga发生的非造山裂解事件群、1.8~1.4Ga时期生物群的特点与北美、西伯利亚、波罗的和印度具有相似性,提出华北古大陆可能是古元古-中元古代哥伦比亚超大陆中的组成部分(陆松年等,2002)。新元古代早期,扬子陆块周缘地段发育的火山-沉积岩系是大陆裂解作用的产物,标志着罗迪尼亚超大陆解体的开始(郝杰等,2004)。阎国翰等(2007)通过对华北克拉通碱性岩等板内拉张背景岩浆岩研究,提出:华北克拉通板内拉张性岩浆作用主要集中在3个时段,即古元古代末-中元古代早期(1850~1600Ma)新元古代中-晚期(900~600Ma)、和古生代末-新生代(250Ma~现今),提出三个阶段拉张性岩浆作用在时间上分别与哥伦比亚(Columbia)、罗迪尼亚(Rodinia)及潘基亚(Pangaea)三个超级大陆的拉张裂解时间基本一致,可能说明华北克拉通对三个超级大陆的拉张裂解都有不同程度的响应。

根据地质记录中国及邻区大陆形成大致可分为三个阶段:

1)震旦纪前是西伯利亚陆块、印度陆块、阿拉伯陆块、塔里木、扬子、中朝陆块块体等独自形成的过程,通过壳幔分异作用形成克拉通型岩石圈。形成与地壳演化有关的含铁建造、镁、锰、金矿床。

2)震旦纪-三叠纪是中国及邻区大陆主体拼合时期,包含两个阶段:①古生代时期,中国及邻区的前寒武纪陆块会聚,邓晋福等(1996)称为自加里东开始大陆根会聚。标志是加里东、华力西运动,以中朝-塔里木陆块和西伯利亚陆块之间的古亚洲洋二叠纪末闭合为标志,与周边造山带拼合一起形成中国及邻区北方拼合大陆(图7.61);南方以扬子陆块为主体与周边造山带拼合形成华南拼合大陆,成为潘基亚超大陆的组成部分。②三叠纪时期,以中轴大陆为核心的北方拼合大陆和以扬子陆块为主体的南方大陆拼合,形成中国及邻区主体大陆和主体呈现NWW向展布的秦祁昆造山带。

伴随古亚洲洋早古生代以来的洋内俯冲、弧弧、弧陆碰撞,以及最终在晚石炭-早二叠世闭合,造山岩石圈去根,导致大规模软流圈热和物质上涌,形成大规模Cu、Au为特色的成矿作用。

对于大约330Ma开始形成、晚二叠世(250Ma前)达到其最大范围的Pangaea大陆(联合古陆),其后在中国及邻区表现为印支运动(晚二叠世至三叠纪之间的构造运动,257~205Ma),伴随鄂霍次克洋、三江古特提斯洋张开,大陆溢流玄武岩,如西伯利亚、塔里木、甘肃北山、峨眉山和印度大陆的潘加尔等,显示大面积的岩石圈快速拉伸与地幔热柱事件,这是一次重要的地幔输入事件,为一系列大型矿床的形成提供了重要的来源。以NWW向展布的秦祁昆造山带为标志,首次拼合形成中国及邻区主体大陆。由此,中国及邻区的亚欧主体大陆形成,为其后中新生代大规模成矿作用发生奠定了基础。

3)拼合后(三叠纪至今),中国大陆的边界条件发生巨大变化,动力学机制也由以南北向为主转变为以东西向为主,西部中生代张开发育特提斯洋、新生代挤压造山至今,形成特提斯-喜马拉雅造山系(内部又可区分为处于不同造山阶段),在西部(南北双向)挤压东部伸展的动力学背景下,高原扩展卷入秦祁昆造山带西段(祁连山、昆仑山)使之成为新生代造山型岩石圈,在新疆境内使天山、阿尔泰山等古生代造山带“重新崛起”成为新生代造山型岩石圈,残留了以额济纳旗为代表的古生代中亚造山带型岩石圈;在中国东部则中生代挤压造山、新生代拉张形成裂谷系,形成总体NE-NNE走向的滨西太平洋构造域,并与处在中国东部的华北、扬子陆块、古亚洲和秦祁昆造山带交切叠加、改造,形成各具特色的矿产(图7.62)。

中国东部,以燕山期花岗岩为标志形成燕山期造山带型岩石圈,在经历了新生代裂谷作用后,在东北地区残留了以大兴安岭为代表的燕山期岩石圈,在华北地区,残留了以燕山-太行山为代表的燕山期岩石圈,在华南地区残留了以南岭中段为代表的燕山期岩石圈。

在侏罗纪挤压造山机制下,使中国东部大陆和大陆壳破坏改造,玄武岩的底侵使刚性的地壳加热而弱化,弱化诱发的流变学条件有利于陆壳收缩变形和加厚,收缩构造环境有利于底侵岩浆封存使地壳加热熔融形成花岗岩上侵;随着壳内分异残留的榴辉岩堆积,其高密度诱发造山带岩石圈根失稳,导致岩石圈大规模去根减薄和构造、热失去平衡,从而促使大量对流地幔物质和热输入大陆,使岩石圈地幔部分熔融、软流圈物质上涌、拉张盆地形成大规模的壳幔相互作用致使岩浆活动在J3和K1时期达到峰期、形成面状分布的火成岩和120Ma左右大规模成矿作用发生(图7.62)。

新生代时期的大陆裂谷作用,在燕山期造山带型岩石圈的基础上,东北地区形成以松辽东部平原为代表的裂谷型岩石圈,在华北地区形成以华北东部平原为代表的裂谷型岩石圈,在华南地区形成以闽粤沿海(包括江汉平原、沿海大陆架、闽粤桂等)裂谷型岩石圈在中国东部裂谷型岩石圈基础上进一步扩张,伴随中国及邻区大陆右旋(邱瑞照等,2006,2010)形成了以南海中央海盆为代表的洋壳岩石圈。中生代的中国东部陆缘,在经历了燕山期造山、喜马拉雅期裂谷作用后分离出去的陆缘、伴随右旋与太平洋板块相互作用,形成新生代矿床(图7.63)。在青藏高原及邻区,随着65Ma左右印度-欧亚大陆碰撞后的持续向北俯冲,在40Ma左右随着高原拓展周缘发生大型走滑作用,25Ma左右在冈底斯南部发育南北向裂谷系,伴随造山带岩石圈根失稳、去根上涌的软流圈物质和热,引发10~18Ma的Cu、Au、Mo等大规模成矿;在三江-中南半岛、帕米尔西的巴基斯坦、伊朗则伴随走滑断裂的发育,形成斑岩型铜金矿床、拉分盆地内铅锌银矿床。

图7.61 中国及邻区古生代主要金属矿床分布图(资料来源,同图1.5)

综上研究表明,中国及邻区主要为古亚洲洋、环太平洋和特提斯-喜马拉雅成矿域。中南蒙古-大兴安岭成矿带是乌拉尔-蒙古造山系与环太平洋巨型构造-成矿带的叠加改造区,兴都库什-西昆仑成矿带是高加索-昆仑-秦岭造山系与特提斯-喜马拉雅造山系的复合部位,三江-湄公河成矿带是环太平洋巨型构造-成矿带、特提斯-喜马拉雅造山系叠加在印支地块之上;不同地区的大规模成矿作用、优势矿种、主要矿床类型不同,但是构造-岩浆-成矿带是相连的,毗邻国家的优势矿种,与我国境内大体相似,但在矿床数量和规模上明显有别。如俄罗斯、蒙古境内中生代火山-侵入岩系内所赋存矿产远比我国丰富,而我国境内尚未完全突破,其主要原因可能是研究程度差异;再如三江-湄公河成矿带,深入总结、对比,对于引导企业“有的放矢”地“走出去”开拓中南半岛矿产资源具有重要意义。

图7.62 中国及邻区中生代主要金属矿床分布图(资料来源:同图1.5)

图7.63 中国及邻区新生代主要金属矿床分布图(资料来源:同图1.5)