造山带的深部过程与成矿作用

造山带的深部过程与成矿作用1．国内外研究现状及存在问题矿产资源和能源历来是保障国民经济持续发展、支撑GDP快速增长、确保国家安全的重要物质基础。

随着我国工业化进程的快速发展，对能源、矿产资源的需求量急剧增加，大宗矿产和大部分战略性资源日渐面临严重短缺的局面，并将成为制约我国经济快速发展的瓶颈。

因此，深入研究能源和矿产资源的形成过程及成矿成藏机理，拓展新的找矿领域，增强发现新矿床的能力，是缓解我国当前大宗矿产资源紧缺局面的重要途径。

近年来，国内外矿床学理论研究和勘探技术得到了快速发展，在地壳浅表矿床日益减少枯竭的情况下，逐步提高深部矿床勘探和开发能力。

例如，我国大冶铁矿床、红透山铜矿床、铜陵冬瓜山特大型铜矿床、新疆阿尔泰阿舍勒铜、金、锌特富矿床, 会理麒麟铅、锌矿床、山东增城、乳山金矿床等开采深度均已超过1000米, 有的矿床已近2000米（滕吉文等，2010）。

加拿大萨德伯里( Sodbury) 铜-镍矿床已开采到2000米，最深矿井达3050米。

南非金矿钻井深4800米。

更为重要的是找矿勘探实践和地球深部探测实验证实，虽然绝大多数矿床的形成、就位和保存发生在地壳环境，但成矿系统的驱动机制和成矿金属的集聚过程则受控于岩石圈尺度的深部地质过程，地球深部蕴藏着巨量矿产资源，深度空间找矿潜力巨大。

深部过程与动力学是控制地球形成演化、矿产资源、能源形成，乃至全球环境变化的核心。

因此，深入研究地球深部过程与动力学，不仅是提高人类对地球形成与演化、地球系统运行规律认识程度的重要途径，也是建立和研发新的成矿理论与勘查技术, 以促进我国找矿勘查的重大突破，是解决我国资源能源危机的根本途径。

20世纪90年代以来，国际地学界一直非常注重大陆岩石圈结构、深部作用过程和动力学研究，并将其作为国际岩石圈计划的主要研究领域。

美国于20世纪70-80年代开展了地壳探测计划，首次揭示了北美地壳的精细结构，确定了阿帕拉契亚造山带大规模推覆构造，并在落基山等造山带下发现了多个油气田。

欧洲各国联合开展的“欧洲探测计划”，通过横穿阿尔卑斯造山带深地震反射剖面，建立了碰撞造山理论和薄皮构造理论。

俄罗斯穿越乌拉尔造山带的“地震探测计划”揭示出保留山根的古生代造山带和地幔流体上涌的通道。

加拿大的“岩石圈探测计划”不仅对古老岩石圈板块碰撞和新地壳形成过程进行了重大修正，而且揭示出多个大型矿集区深部控矿构造的反射影像。

澳大利亚实施的四维地球动力学探测计划和“玻璃地球”计划，开展了多个成矿带的地壳精细结构探测，为建立成矿理论和资源评价提供了坚实的基础。

中美合作的“青藏高原深地震探测”计划，揭示了印度地壳俯冲到亚洲地壳下的精细结构，并发现了广泛分布于高原地壳中的流体。

我国的SinoProbe（深部探测技术与实验研究）取得了一系列科学发现与重要研究进展，揭示了长江中下游、南岭等巨型成矿带成岩、成矿的动力学成因，并构建了多个大型矿集区的3D结构框架模式（董树文等，2012，2013）。

国内外关于岩石圈结构构造的研究计划和成果为寻找大型-超大型矿床提供了扎实的基础，并且发现大陆中的造山带是矿产资源最为有利的富集区。

尤其是中国大陆是一个由多个中小陆块、沿多个造山带、以不同造山机制经历长期复杂拼接而成的复杂大陆。

这些造山带是我国重要的金属矿产资源基地。

造山带作为岩石圈板块俯冲、增生、碰撞作用最为复杂的构造带，既是地球上部岩石圈结构最为复杂、构造-岩浆-流体活动最为活跃的场所，又是物质与能量重组、壳-幔相互作用最为复杂的地带，也是流体运移、成矿元素富集的最佳区域。

大陆造山带及其相关环境的构造－岩浆－流体－成矿作用研究是当前国际地学研究的前沿课题。

造山带复杂的构造变形-岩浆活动-流体运移过程不仅形成了多种多样的岩石构造组合，也促使成矿物质富集形成了众多的大型－超大型矿床和矿集区。

目前的研究表明，绝大多数矿床类型及其分布与造山带形成、演化过程具有密切的联系，国内外有关造山及其与成矿关系研究已取得了许多重要成果，已提出了一系列大陆边缘和板块边界的成矿模式，如岩浆弧环境的斑岩铜矿模式，大陆裂谷带的Cu-Ni、铬铁矿、金刚石等矿床的成矿模式，活动陆缘增生楔环境的脉状金矿成矿模式，陆陆碰撞环境流体与成矿模式。

造山作用过程中的地质流体，作为一种重要的介质，其迁移、汇聚直接关系到成矿元素的活化、搬运和堆积成矿。

板块汇聚、俯冲、碰撞过程中，成矿流体在运移和上升过程中不断与壳-幔介质和围岩进行物质和能量交换，通过发生热液交代、变质等作用在地壳环境聚积成矿。

虽然绝大多数矿床的形成、就位和保存发生在地壳环境，但成矿系统的驱动机制和成矿金属的集聚过程则受控于岩石圈尺度的深部地质过程；壳－幔物质结构、深部构造及深部地质作用是控制地壳内部大规模流体的分异、调整、运移、聚集成矿的关键因素。

因此，研究俯冲、碰撞、复合造山过程中深部壳－幔物质状态、构造格局、元素运移行为、空间展布与成矿系统及矿集区的时空耦合关系，已成为当前国际地学界广泛关注的前沿课题。

国际矿床学界开展的岩石圈深部过程与巨量金属堆积对比研究，通过对全球大型矿集区深部进行精细结构与含矿信息的综合研究，提出异常成矿作用与超巨量金属堆积新认识；美国地质调查局的地壳结构与成矿关系的重大研究计划，强调对构造-岩浆-成矿作用与壳幔不协调互动的研究，揭示了美国内华达北部地区地壳结构对流体迁移、成矿物质来源以及矿床空间展布的控制作用；澳大利亚的地球动力学与成矿作用研究计划，建立了澳大利亚重点成矿区的成矿动力模型；欧盟科学基金会的地球动力学与矿床演化重大项目，初步阐明了欧洲5个大型成矿省的成矿动力学机制，并在成矿系统尺度上，对矿床的形成、演化过程进行了研究；联合国教科文组织和国际地科联联合启动的全球地球科学计划，期望促进世界各国科学家在开展广泛的国际合作地质研究，旨在提高对深部地质过程及其全球规律性的理解。

以上计划均将大陆深部壳-幔结构和深部动力学过程与成矿物质的供给—运移—聚集过程作为研究核心，从壳－幔相互作用与物质－能量交换和运移的新角度来研究成矿过程，并试图通过探索超大型矿床和矿集区的形成和就位对深部地质过程和构造环境的响应来增强对矿产资源的找矿预测能力。

随着研究工作的不断深入，科学家发现俯冲型、碰撞型、增生型和陆内型等不同类型的造山带具有不同的深部地质过程、流体迁移和元素富集成矿规律。

俯冲型造山带演化时间最长，是地球上最大“元素加工厂”，是地球化学分异最重要的场所。

在俯冲过程中，俯冲板块不断发生变质、脱水乃至部分熔融，进而引发地幔楔部分熔融，形成俯冲带岩浆岩及相关矿床，加之俯冲造山带在其形成演化过程中往往经历多期碰撞-拉张的转换，因此俯冲造山带成矿类型复杂，矿种多，储量大，长期受到国际地学界的高度重视。

俯冲造山带因其复杂动力学过程、岩浆活动与流体运移，通常发育大型和超大型斑岩铜钼矿床、金矿床和VHMS型铜铅锌多金属矿床（Groves et al.，1998，2007；Windley et al., 2007；Bierlein et al., 2009）。

西方发达国家对活动大陆边缘的俯冲造山作用的深部过程及其成矿作用十分重视，对东太平洋活动陆缘的研究尤为深入，先后提出岩浆弧斑岩型铜钼矿床和浅成低温热液型金矿成矿模式、弧后卡林型金矿系统和弧前造山型金矿系统的成矿模式（Sillitoe, 1972；Groves et al., 1998，2007; Goldfarb et al., 2001；Windley et al., 2007；Bierlein et al., 2009）。

事实上，俯冲造山与俯冲作用是复杂多样的，还有更多类型及成矿作用有待新的深入研究与探讨实践。

我国东部大陆紧邻西太平洋板块俯冲带。

自中生代以来，该区构造、岩浆活动剧烈，并伴有多种大规模成矿作用。

它与西太平洋板块俯冲的关系及其深部过程越来越受到人们重视，并揭示出一批西太平洋板块俯冲影响中国东部壳幔组成与成矿的证据（Liu et al., 2010; Yang et al., 2012; Sun et al., 2007; Zhou et al., 2000; Li and Li, 2007）。

然而，与东太平洋活动陆缘相比，西太平洋宽缓活动陆缘尚有很大研究空间，对我国也更为重要，是值得重视的研究领域。

碰撞造山带通常形成于的两个大陆板块（或陆块）的拼合、碰撞，如印度板块与欧亚板块碰撞形成喜马拉雅和青藏高原，是碰撞型造山带的典型代表，并发育丰富的多种矿产资源。

碰撞造山带往往经历了前碰撞、碰撞造山和后碰撞改造等多阶段演化过程，其重要的特征是大陆板块碰撞导致地壳和岩石圈的显著加厚，继之以后碰撞的造山垮塌、以及深部岩石圈地幔和地壳的减薄或剪切等。

因此，是大陆板块受流体、熔体作用最强烈的地带，可引起大规模高热流体活动，并导致在碰撞造山带发生大规模成矿。

例如，在大洋板块或陆壳板片的俯冲过程中，俯冲板片的变质脱水派生大量H2O、CO2等流体或溶剂，流体在上升过程中活化、萃取成矿元素、形成成矿流体，促使仰冲板块(板片)熔融形成含矿岩浆，而强烈的构造作用则为流体/岩浆的迁移、聚集提供了通道和空间，因此大陆碰撞造山带通常是重要的成矿带(陈衍景等，2012)。

Seltmann等(1994)通过对欧洲华力西碰撞造山带成矿作用研究，识别出 6 种可能与碰撞有关的矿床类型。

陈衍景等（2006）通过我国碰撞造山带的综合研究对比，建立了大陆碰撞造山体制下的流体成矿模式。

侯增谦等通过青藏高原碰撞过程与成矿系统的研究，提出了以主碰撞期陆-陆汇聚、晚碰撞期构造转换、后碰撞期地壳伸展等三大成矿作用为核心的大陆碰撞成矿理论框架（侯增谦，2010）。

目前，青藏造山带已成为我国重要的Fe、Cu、Au、Mo等金属矿产资源的重要战略基地。

增生型造山带是近二十年认识的一种新型的造山带，不同于以巨量的地壳缩短和加厚为特征的经典陆-陆碰撞型造山带。

增生型造山带是在大洋地壳持续俯冲过程中不同性质的地体不断拼贴增生形成，以显著的地壳垂向生长和水平侧向增生为特征。

具有很宽的增生楔,增生楔中有多条蛇绿岩带、钙碱性火山岩和花岗岩带,其生成时代向着海沟后退方向变新。

增生地体内含有海山、大洋岛和大洋台地的构造碎块，使增生型造山带复杂化。

更为重要的是增生型造山带含有大型-超大型铜、金和多金属矿床。

古亚洲洋闭合形成的中亚造山带是显生宙以来全球最大的增生型造山带之一，近十余年了研究提出“中亚成矿域”的概念，建立了中亚造山带大陆增生成矿作用与成矿预测理论体系（肖文交等，2008）。

但是，中亚构造域构造演化具有区域不均一性，同类地质作用具有不等时性，形成了独具特色的中亚构造-成矿域。

新疆及其邻区在古生代发育局部的聚合事件，而在二叠纪之前为较统一的洋壳俯冲环境，伴随强烈的大陆增生和壳-幔相互作用，形成具有明显构造指示意义的各类金属矿床。