Question

区域成矿动力学环境及其演化

Answer 1

从目前的研究现状来看，全球范围的浅成低温热液矿床的成矿动力学模式主要有三种:①环太平洋岛弧、弧后及大陆边缘成矿模式;②陆-陆拼贴造山作用以及后续的岩石圈拆沉成矿模式;③地幔热柱或深断裂系统的成矿模式。第一种观点强调大洋板块俯冲引起的板片部分熔融或地幔楔部分熔融的岩浆提供动力源、热源和含矿流体;第二种认为成矿与上地幔或下地壳的部分熔融或深熔作用形成的岩浆有关;而第三种成矿多归结为以CO₂为主的流体交代地幔以及由此产生的碱性岩浆作用。上述成矿动力学模式的建立，一定程度上揭示了不同构造环境下的大型、超大型浅成低温热液金矿床的成因。

对于延边浅成热液金及铜金矿集区的成矿动力学模式，仍存在不同的认识，以往长期认为与太平洋板块的俯冲作用有关，属于大陆边缘构造背景下发育的浅成低温热液金矿床，但就具体的成矿机制和成矿模式还存在较大的分歧，其主要依据是在延边地区存在大量钙碱性岩浆岩，传统观点认为这些钙碱性岩浆作用为太平洋板块向东亚大陆边缘俯冲作用的结果，依据是这些岩石具有岛弧火山岩表现出的大离子亲石元素(LILE)、轻稀土元素(LREE)富集和高场强元素(HFSE)亏损的特征。然而，近几年随着陆内造山作用和实验岩石学研究的深入，否定了钙碱性岩浆的源区为单一俯冲板片的观点，认为位于俯冲带之上的地幔楔是这类岩浆的主要源区，越来越多的研究表明，钙碱性系列岩浆也可以形成于岩石圈地幔，其熔融的动力学过程主要与岩石圈伸展—减薄作用相关，尤其是在众多的造山带，其岛弧型微量元素特征(高LILE/HFSE，LREEF/HSE比值)和高放射成因Sr、低放射成因Nd同位素组成主要是熔融源区继承了来自早期板块俯冲、碰撞作用的富集和改造。对于延边地区这样一个由古生代造山带演化而来的大陆火山岩带，提出属于古生代洋-陆俯冲形成后期，在古生代末—早中生代陆陆碰撞造山以后，岩石圈伸展、拆沉的构造环境，这些具有岛弧火山岩特征的钙碱性岩石形成于陆内岩石圈伸展背景，与中生代太平洋板块俯冲体制没有直接的联系。

通过研究和区域对比认为，中国东北地区作为东亚大陆边缘的一个重要组成部分，自古生代以来，区域发生了复杂的构造－岩浆事件，在延边地区，尤其是五凤、五星山地区主要表现为屯田营组和金沟岭组，以往普遍认为这些岩浆事件的发生的主体时期为晚侏罗世到早白垩世(Wuetal.，2002，2004a，2004b;Zhangetal.，2004;殷长建等，2000;孟庆丽等，1996;Jiaetal.，2004;Miaoetal.，2008;唐克东等，2004;Liuetal.，2001)。根据李超文(2007)研究成果，延边地区屯田营组中基性火山岩的Ar-Ar定年值为118～115Ma，对金沟岭组中基性火山岩的Ar-Ar定年值为108～106Ma，对泉水村组基性火山岩的Ar-Ar定年值为～55Ma，表明延边地区火山岩的实际喷发主体时期为早白垩世106～118Ma，而前人认为属于下白垩统的泉水村组火山岩的喷发时间则为古近纪，这与中亚造山带东段晚中生代钙碱性岩浆作用的主体活动峰期相一致(图1-28)。对东亚大陆边缘造山带的研究表明，经历了古蒙古大洋板块的俯冲、陆陆碰撞以及造山后伸展等复杂过程，其演化可一直延续到晚侏罗世—早白垩世。同时依据对古太平洋板块俯冲作用的研究成果，在140～100Ma期间，古太平洋板块的运动方向基本为向正北方向的快速移动(Northurpetal.，1995;Engebretsonetal.，1985)，此时的古太平洋板块的俯冲作用对中亚造山带东段及其周缘地区的直接影响不大，而来自古地磁的资料显示，Izanagi－Farallon板块在95～65Ma之间向东亚大陆边缘存在明显的西向俯冲，其俯冲岩浆作用在日本西南部有明显记录(Kinoshiat，1995)，虽然也有人根据太平洋洋底磁条带最老的年代为晚侏罗世(Wallicketal.，1992)，认为Izanagi－Farallon板块向西俯冲开始于晚侏罗世(VanderVooetal.，1999;Richards，1999)。就延边地区而言，55Ma泉水村组火山岩的岩石学、元素－同位素地球化学具有埃达克岩和高镁辉石安山岩的矿物－岩石－地球化学特征，表明Izanagi-Farallon板块向东北地区的俯冲时间应发生在晚白垩世至古新世之间，即在106～55Ma之间，与古地磁的资料基本吻合。根据赵羽军等(2010)对五星山金矿流体包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar激光探针定年，其成矿年龄为123±7Ma，如果考虑成矿是在火山活动的晚期或近末期，则五凤、五星山地区的火山岩年龄应略大于该值，而此时古太平洋板块的向北运动对中亚造山带内部影响不大，因此延边地区的构造背景可能仍然属于中亚造山带内部岩石圈伸展的构造环境。

图1-28中亚造山带东段及邻区晚古生代以来构造-岩浆事件分布示意图

在东北地区广泛发育的蛇绿岩套及叠加构造表明在华北板块与西伯利亚板块及华北板块与佳木斯－兴凯地块拼贴前曾存在长时间的板块俯冲、弧-陆碰撞和/或陆-陆碰撞作用。兴凯地块与佳木斯地块沿着牡丹江-穆棱缝合带于早泥盆世时碰撞拼合，佳木斯地块与松嫩-张广才岭地块沿着嘉荫-牡丹江缝合带于志留纪未完成对接(张兴洲等，1999)，古亚洲洋在二叠纪—早三叠世期间开始关闭(郑亚东，2000;Dvaisetal.，2001;苗来成等，2004;Miaoetal.，2008)，并形成大量的同碰撞型的花岗岩(Zhangetal.，2004;Wuetal.，2004a，2004b)，在延吉及其他地区表现为呼兰群变质事件的发生，并形成了大量造山后的A型花岗岩(Wuetal.，2002)。晚中生代(晚侏罗世—早白至世)研究区处于一种造山后伸展的构造背景(Zhangetal.，2004;Wangetal.，2002)。由于晚侏罗世—早白垩世古太平洋(法拉隆)板块的向北运移，导致东北大陆内部一系列北东向的大型左行剪切，由此改变了原来近东西向的构造应力场，造山带晚期的构造松弛和构造应力场的改变，导致地壳结构失稳，在地壳均衡作用下，造山带根部发生拆沉，挤压造山带发生松弛，造山带开始在自身的重力作用下发生向周缘伸展垮塌导致岩石圈的伸展减薄(Dewey，1989)，在此构造环境下软流圈地幔物质上涌，导致出现延边地区火山岩低I_Sr值，较高ε_Nd(t)值的同位素组成。同时由于区域岩石圈地幔经历了早期俯冲板片(最可能是古亚洲洋板片)及其携带沉积物的改造(如俯冲板片及其携带的沉积物析出的流体/熔体交代上覆地幔楔)，导致岩石圈地幔具有富集LREE，LILE并亏损HFSE，尤其是亏损Nb，Ta，Ti的岩浆特征，在岩石圈伸展减薄作用下发生减压熔融作用，形成延边地区大面积发育的晚中生代“岛弧型”钙碱性岩浆(郭锋等，2001;Fanetal.，2003;殷长建等，2000)。因此，延边地区浅成热液金及铜金矿集区的成矿动力学环境仍然属于中亚造山后伸展拉张的成矿体系。