Question

深部构造及其控矿

Answer 1

深部构造对内生金属矿产的形成及分布也有重要的控制作用。矿集区、大型-超大型矿床的形成多被认为是与壳幔演化有关的金属巨量堆积异常，这种巨量金属的异常堆积需要一个巨大的物源-热源-流体系统予以支撑，因而从地幔、地壳深部寻找成矿作用的根源已成为当前成矿作用研究的关键科学问题。

（1）地球物理反映的岩石圈深部结构控矿特点

图5-1 永梅拗陷及相邻区地壳深部构造与矿产分布关系图

在东南地区的重力异常特征是中、新生代以来岩石圈结构演化的具体体现，从深部地球物理断面对不同地质块体的精细结构也反映岩石圈的深部结构与区域成矿带的空间分布具有控制作用，主要表现在以下几个方面：(1)虽然还没有充分的证据证明重力异常带、梯级带与矿产形成的相互作用机制，但从空间几何关系上看，区内矿产大部分分布在区域重力梯级带上或其转弯部位，对应于地表主要受区域性深（大）断裂及其转弯端或断裂交汇所控制（图5-1）。多数内生金属矿出现于莫霍面等深线梯级带及其转折端，以及居里面隆起区与其倾伏部位，这表明区内内生金属矿的成矿作用多发生于古裂谷带、古俯冲带、不同级别地质块体相互接壤地带，以及深部磁性基底底界面隆起区或其边缘，而这些地质位置和岩石圈尺度不连续相对应。(2)大量的研究表明，至少可以认为矿产的形成及矿集区的分布与地壳及上地幔的相互作用有密切的关系，区域重力反演结合深部地震反射剖面研究表明：该区地壳平均厚度为31.5km，属薄壳结构；莫霍面较浅，一般为30km左右，在中地壳存在大量V_p低速层，反映该区深部构造极其发育；岩石圈厚度在下扬子拗陷和浙赣拗陷均在80～100km左右、大田-永春（永梅拗陷）为96～106km，向南东方向沿海火山岩带减薄至86～90km，与周围岩石圈厚度相比，岩石圈属减薄带；地壳主要成分由变质岩、成分较多的闪长岩、花岗闪长质岩类组成。从软流圈的顶面结构特征也可看出（图3-2）（因莫霍面以下、上地幔软流圈以上的部分为地幔盖层，所以岩石圈地幔厚度反映了软流圈顶面埋深），在岩石圈减薄带对应了软流圈地幔上涌地带，它也应是大规模新生地幔物质注入到浅部的通道，对应构造-岩浆-成矿活动发育地带。所以，岩石圈/软流圈结构的变化是成矿作用产生的关键因素。

（2）深部作用过程的物质变化与成矿

岩浆活动及其有关的矿床是深部壳幔相互作用的结果，地球化学示踪为当前研究岩浆形成源区性质、深部过程的重要方法之一。近十多年来，东南大陆花岗岩类及火山岩的岩石构造组合及物质来源研究为区域岩石圈形成与演化过程中深部壳幔相互作用提供了极为重要的证据。东南地区不同时期花岗岩的Nd-Sr同位素组成反映了壳幔相互作用和源区地球化学特征（表5-4）。

表5-4 中国东南地区不同构造单元变质岩、火成岩同位素组成对比简表

古生代花岗岩类主要分布在武夷隆起内，它包括加里东期和华力西期花岗岩类，以加里东期花岗岩为主，岩性较复杂，除正常花岗岩外，还包括片麻状二云母二长花岗岩、混合花岗岩、石英二长岩、石英闪长岩等。加里东期花岗岩类的ε_Nd（t）值为-1.98～-18.36（平均为-9.19），I_Sr值为0.7079～0.73181（平均为0.71307），Nd模式年龄为1522～2689（平均为1.91Ga）；华力西期花岗岩类的ε_Nd（t）值为-7.24～-10.35（平均为-8.79），I_Sr值为0.70956～-0.70982（平均为0.70969），Nd模式年龄为1.59～1.86Ga（平均为1.73Ga）。上述数据表明，古生代花岗岩类的Nd、Sr同位素组成变化明显，反映其源区成分比较复杂。加里东期花岗岩类为陆壳成因特征，主要是由中元古代—太古宙地壳物质部分熔融或重熔形成的壳源S型花岗岩类。华力西期花岗岩类成岩物质中除有中元古代部分熔融成分外，尚有幔源物质组分参与，形成具有壳幔混合源Ⅰ型花岗岩类。从区内加里东期形成的伟晶岩型铌钽矿、华力西期形成的与海底火山作用有关的铁铜等矿产也佐证两个时代的火成岩物源有显著的差别。

产于武夷隆起的印支期花岗岩类的同位素组成变化较小，ε_Nd（t）值为-8.34～-11.80（平均为-10.10），I_Sr值为0.7150～0.7318，平均值为0.7224。Nd模式年龄为1.77～1.95Ga（平均为1.81Ga）。表明印支期花岗岩主要是由中—古元古代陆壳重熔的S型花岗岩类。

广泛分布研究区内的燕山期火成岩Nd-Sr同位素组成反映不同阶段、不同地区的成岩物源存在较大的变化，其总体特征见表5-4。从表5-4中可以看出，隆起区ε_Nd（t）值低于拗陷区，利用AFC模式对研究区内燕山期花岗岩进行模拟也反映了它们源区和壳幔混合比例，在3个拗陷区，岩浆中幔源比例较大；隆起区的花岗岩在AFC模拟曲线中，显示壳源物质占较大比例，并反映壳源主要是上地壳组分。从区内燕山期玄武岩的Nd-Sr同位素组成反映其总体具有富集的特点（表5-4），地幔源区可以看作是亏损地幔端员（DMM）与富集地幔端员（Em²）的混合。DMM端员很可能代表了软流圈地幔，而Em²端元很可能代表了陆块基底的岩石圈地幔（陈江峰，2001）。因此，岩石圈/软流圈之间很可能发生了混合，这种混合意味着岩石圈减薄过程中有大量的软流圈地幔物质注入，这与地球物理推断的区内隆-拗分区对应的岩石圈/软流圈地幔的深部结构完全一致。对比新生代玄武岩的Nd-Sr同位素组成也可发现，新生代东南地区地幔具有亏损地幔特征，表明燕山期大量幔源物质的逸出、软流圈冷却转变成具有亏损性质的岩石圈地幔。因此，燕山期的大规模岩浆活动意味着是由岩石圈/软流圈的灾变、大量新生地幔物质注入陆壳之中形成的。

（3）火成岩岩石系列、构造组合是判别大地构造环境的标志之一，也是陆壳、岩石圈增厚、减薄的地质记录

东南地区火成岩时代分布范围较广，本次研究着重就中生代火成岩岩石系列和构造组合进行阐述。综合前文成果，东南地区中生代岩浆活动分为5个阶段，分别出现不同的岩石系列组合。

1）印支早期—印支晚期（T_1-3）主要分布于武夷隆起与江南隆起的结合带附近，为一套钙碱性系列二长花岗岩-二云母花岗岩组合。一般认为它是形成于印支期陆内俯冲加厚的构造背景的产物，多出现于陆内俯冲边界，它具有加厚的双倍陆壳和岩石圈根。

2）印支晚期—燕山早期早阶段（J_1-2）分布于永梅拗陷的北部，是与陆内碰撞后拉张环境下形成的双峰式玄武岩-流纹岩组合，表明该套火成岩形成时陆壳较薄，有大量岩石圈地幔物质注入到陆壳中。

3）燕山早期晚阶段（J₂）分布于武夷隆起的北部和浙赣拗陷内，主要由高钾钙碱性系列花岗闪长斑岩-英安岩组合，他形成于陆内俯冲过程中加厚陆壳的构造环境，壳幔相互作用较强烈。

4）燕山中期（J₃-K₁）该期岩石包括高钾钙碱性/钙碱性系列、橄榄安粗岩系列。前者广泛分布于整个东南地区，它自内陆向沿海方向主要由花岗闪长岩-花岗岩，安山岩-英安岩-流纹岩组合，为加厚陆壳环境下，壳幔发生相互作用的记录；橄榄安粗岩系列主要分布于下扬子拗陷内，侵入岩为辉石闪长岩-闪长岩组合，火山岩为碱性玄武岩-粗安岩-粗面岩组合，他形成于加厚陆壳、岩石圈地幔底侵作用的产物，并出现于岩石圈水平缩短边界附近。

5）燕山晚期（K_1-2）该期岩石主要分布于下扬子、浙赣拗陷和浙闽火山岩带。在下扬子拗陷，主要属碱性岩系列岩石组成，包括碱性粗面岩-响岩组合、双峰式火山岩（玄武岩-流纹岩）和A型花岗岩组合；在浙赣拗陷主要出现双峰火山岩及A型花岗岩。在浙闽火山岩带的东部尚有高钾钙碱性系列玄武岩-英安岩-流纹岩及其同源的辉长岩-花岗闪长岩-花岗岩和A型花岗岩组合。它们的出现总体反映了东南地区已经开始发生岩石圈拆沉、山根崩塌，也是岩石圈强烈减薄、软流圈上隆的记录。