Question

区域地壳和上地幔的元素丰度及其成矿意义

Answer 1

地壳和岩石圈地幔的元素丰度是地球化学研究的最基本的信息，也是分析金属成矿条件的化学背景资料。测定元素丰度有各种方法。一般是通过对区域中土壤和水系沉积物的地球化学测量以及对各类基岩的地球化学测量，获得特定区域的地表（浅表）化学元素的丰度值。将有足够数量的元素丰度数值编绘出等值线图，可以清楚地反映出一种或多种元素在区域中的分布状态。一般将富含某种（些）化学元素的地域称为地球化学省或地球化学块体（Geochemical Block）。富含某种（些）金属元素的地域又称作金属省。由地球化学省或金属省供应的成矿物质是多种金属矿床形成的主要物质来源。

（一）变质基底元素丰度与成矿

古老地块的变质基底岩系中常富含某些成矿元素，如Cu、Au、Pb、Zn、U等，在一定的地质条件下，这些元素可以参与成矿，作为矿质的主要来源或部分来源。

刘英俊等（1997）研究了江南地区元古宙基底浅变质岩系中Au的丰度，确定了几类含金元素组合，并阐明了含金变质岩建造与金矿床的空间和成因联系。研究表明，江南古岛弧金矿成矿带从东到西有以下几类元素组合（表3-3）：浙江双溪坞群为Au-Ag-Cu组合，赣东北双桥山群为Au-Ag-W-Cu组合，赣西北九岭群为Au-Ag-As-Sb-Sn组合，湘东北冷家溪群为Au-As-Sb-W-Pb-Zn组合，湘西北冷家溪群、板溪群为Au-Sb-W-Hg-As组合。

这些含金建造往往控制了区内绝大多数较为重要的矿床。例如，浙北双溪坞群和其衍生含矿建造陈蔡群出露总面积不足全区15%，但却产出了隆起带中90%储量的金矿床及金矿点；湖南省境内内生金矿床（点）80%以上都产于冷家溪群和板溪群中。江南成矿带几乎所有的大中型金矿（如沃溪、漠滨、黄金洞、西冲、王四林、金山、银山、磺山、中岙、西裘等）都受上述含金建造的控制。

表3-3 江南地区元古宇基底含金建造

以上方法研究的是区域浅表地段地质体中的化学元素丰度，可以利用这些丰度值结合地质体产状和规模以及深源岩石包体等来推测一定深度地壳中的元素分布状况，但更有效的方法是运用专门技术来测量和计算地壳各层圈的元素丰度。如前所述，基于对大陆地壳形成、结构与演化的新认识，已经构筑起大陆地壳的结构模型。此外，也已建立起关于鉴别岩石和岩石包体产于地壳何种深度的准则，这些都为研究地壳深部化学组成提供了有利条件。

（二）区域上地幔化学组成与成矿专属性

张本仁等（1994）参照大陆地壳结构模型，依据秦岭—大巴山地区的地质构造条件和地球物理测深资料建立了秦巴地区的地壳结构与岩石组成模型；制定了一套区域元素丰度的估算方案，包括采样、样品分析、数据处理、丰度计算、质量检验等方法；最后得出秦巴地区上、中、下地壳以及上地幔的45种化学元素的丰度估算值，并对区域的优势矿产和劣势矿产作出科学的分析。

秦巴地区的成矿特征是产出规模巨大的钼、金、锌、铅、银、汞、锑矿床，但大型铜矿床至今尚无发现。换句话说，秦巴地区具有以钼、金、锌、铅、银、汞、锑为优势矿产及以铜为劣势矿产的区域成矿专属性（尤其在区域北部）。对于这种区域成矿专属性，可以从区域岩石组成特征方面去分析其原因。

秦巴地区上地幔成矿元素的丰度研究表明（表3-4），以华北克拉通南缘的上地幔同全球上地幔相比较，具有明显富钼（1.3×10^-6～1.7×10^-6）和钨（0.3×10^-6～2.2×10^-6）特征，铅、锌也相对富集，而铜则明显亏损。同时从全区上地幔元素丰度对比来看，华北克拉通南缘钼、钨丰度也明显高于扬子克拉通北缘与南秦岭。

华北克拉通南缘地壳中只有钼和铅的丰度（分别为1.4×10^-6和34×10^-6）高于全球地壳丰度（表3-5）。铬也较为富集（37×10^-6）。锌丰度虽低于全球地壳和上地壳丰度，但亏损程度较小，并不像铜亏损得那样明显。铜虽有向深部变富倾向，但在下地壳中丰度也仅达20×10^-6，仍属亏损元素。

表3-4 秦巴三区（带）上地幔成矿相关元素丰度估算值

表3-5 秦巴各地壳层成矿相关元素对比

鉴于该区的华北克拉通南缘是区域上地幔和地壳中最富集钼，其次是钨的地带，而且下地壳中钼和钨比上地壳中富集，可以认为华北克拉通南缘具有最佳的钼，其次是钨的成矿物质基础。钼矿带中出现一些小型铅、锌矿，从幔、壳中铅、锌丰度看也是具有物质条件的。在矿带中形成了大型、特大型钼矿（含钨）的同时，却未发现铜的独立矿床，仅在八宝山斑岩-矽卡岩铁矿中含有少量伴生的铜矿石。这种铜矿化很弱的情况，看来与该区域上地幔和地壳铜的亏损有关。

分析秦巴地区的岩石圈元素丰度可以看出，凡在区内形成优势矿产的元素（Mo、Au、Zn、Pb、Ag），均为上地幔中明显富集或相对富集的元素，尽管其中有些元素（Mo、Au）在区域地壳中并不明显富集。属于区域劣势矿产之列的铜，它在区域北部的上地幔中则是明显亏损的元素，同时在全区地壳中它的丰度也较低（低于全球陆壳铜丰度水平）。鉴于区域地壳归根结底系由区域上地幔所派生，可以认为区域上地幔组成既能决定着区域地壳组成的特征，同时也应决定着区域成矿元素种类的特征。因此，区域上地幔组成应是控制区域成矿专属性的首要因素，它控制着区域内具战略的优势和劣势矿产类型。当然，这并不是排除区域地幔中丰度不高的元素，通过具有强烈浓集元素能力的地质作用过程，在条件有利的地段形成一定规模的矿床。