浅议大规模成矿作用与大型矿集区_毛景文

1999年

矿 床 地 质

M I NERAL DEP OSIT S第18卷 第4期

浅议大规模成矿作用与大型矿集区

毛景文

(中国地质科学院矿床地质研究所,北京)

华仁民

(南京大学地球科学系,南京)

李晓波

(中国地质信息研究院,北京)

提 要:本文系统地阐述了大规模或大爆发成矿作用现象、特点和出现的某些规律。阐述大规模成矿作用发生必须具有特殊的构造环境,巨量的成矿物质供给,持续的能量系统,优越的输运通道和适宜的堆积空间。大规模成矿作用在空间上表现为非均一性,在成矿区带中绝大多数矿床基本上仅出现于几个空间比较小的大型矿集区内。本文提出研究大型矿集区必须着眼于大尺度(成矿大环境),切入中尺度(大型矿集区),地质、地球化学和地球物理多学科交叉,理清成矿过程,建立成矿模型,进而有效地提取找矿信息,提高找矿效率。

关键词:大规模成矿 大型矿集区 成矿大爆发 成矿地球动力学

1 引 言

矿产资源勘查越来越依赖于新技术和新方法,而新技术和新方法的运用或实施又必须有新地质成矿和找矿理论作为支撑或指导。因此,近20年来,成矿新理论和新思维探索一直是地质学家们的追求。

由于超大型矿床的巨大经济效益,80年代中期以来在全世界范围内对超大型矿床的形成机制和背景进行了广泛和深入的研究,取得了一系列重要进展[22,27,28,48],有力地推动了矿产资源的勘查和发现。同时也遇到了一些问题,例如,部分超大型矿床像白云鄂博、奥林匹克坝等都是唯一的或点式分布,找不到第二个相同或相似矿床;另一方面,不少超大型矿床不是独立存在,而是大型矿集区中的一员[26]。于是,地质学家们开始思考超大型矿、大矿和中小型矿是否有统一的形成机制?为什么矿床在时间和空间分布上明显呈不均一型?大规模成矿或大爆发式成矿的环境和过程是什么?

当前,国际成矿学正处于新的突破边缘。其主要特征是基于地球动力学,流体地质学和非线性科学的前沿科学的新思路,探索巨量金属元素堆积的机理和环境,发展找大型矿集区(包括巨矿)的新理论和新方法。在国际上,澳大利亚成立了 地球动力学合作研究中心 ,开展成矿动力学过程和背景研究以及研制新的找矿方法和可视技术;欧盟科学基金会设立了由14国参与的 地球动力学与矿床演化 研究项目;国际矿床学界也在开展 岩石圈过程与巨量金属堆积 对比研究;自从90年代以来,国际矿床成因协会钨锡成矿委员会先后在

本文系国家杰出青年基金(编号:49825103)和原地质矿产部跨世纪人才基金(编号:9617)资助的一部分成果第一作者简介:毛景文,男,1956年生,研究员,长期从事矿床地质和地球化学研究。邮政编码:100037

1999_05_17收稿,1999_09_10修改回

中欧和中亚开展海西期碰撞造山与钨锡矿巨量生成研究[43,44];美国地质调查所在新推出的 国家矿产资源调查计划 中把特大型矿床与小型矿床关系、成矿过程和改造过程时间、水/岩相互作用的热力学和动力学以及矿床与地壳演化关系列为矿产资源评估和勘查的基础。这些研究计划或项目都是旨在动态认识地球时空演化过程中金属元素巨量富集的规律性,为新一轮矿产资源勘查和评价提供理论基础。

只有置于大背景或大环境下研究成矿作用和成矿过程,才能准确地认识成矿规律。从非线性角度出发认识大规模成矿和大型矿集区,有可能建立逼近实际的成矿和找矿模型。显而易见,着眼于大尺度(成矿省与大规模成矿作用),切入中尺度(大型矿集区)是当前成矿学和矿产勘查学研究的国际大走向。

2 大规模成矿的环境和特点

大规模成矿,亦称大爆发成矿,是在地质历史演化中的短时期内于某些洲际性或区域性地质构造单元部分成矿元素大面积高强度超常聚集成矿。例如,在地球历史早期CO 2弥散在大气或海洋中,直到中元古代由于某种突发事件导致绝大多数CO 2与Ca 、Mg 、M n 结合,形成了大面积碳酸盐岩,同时伴随着同生铅锌铜大规模成矿作用。像Broken H ill 、Mt Isa 、Red Dog 、Sullivian 和检得等世界级(world class)铅锌矿床,我国的关门山、霍各乞和狼山等铅锌矿床均出现于元古宙。又如,在我国东部的燕山期100 106~150 106

a 出现了一次大规模或大爆发成矿事件,钨锡钼铋铜铅锌锑汞金银不仅大面积成矿,而且有众多的世界级矿床(包括大厂锡矿、个旧锡矿、柿竹园钨锡钼铋矿、玲珑_焦家金矿、富湾银矿、蔡家营铅锌矿、锡矿山锑矿、德兴铜矿、多宝山铜矿和三道庄钨钼矿等)和一系列大型矿集区。

成矿作用在地质历史中十分不均一,整体上呈幕式分布,而且不同元素及其元素组合在不同时期具有不同的分布规律。在全球范围内,大规模成矿作用在太古宙表现为BIF 型铁矿床,以绿岩_花岗岩为主岩的剪切带型金矿床和与科马提岩有关的铜镍矿床;海西期形成一条横跨欧亚大陆,延伸至澳洲的巨大型铜铅锌钨锡成矿带;中生代在太平洋西大陆出现长逾10000km,宽1000~3000km 的构造_岩浆成矿带,与花岗质岩石有关的稀有、稀土、钨锡钼铋铁铜铅锌金银矿有序分布,宏伟壮观;喜山期大规模成矿出现于环太平洋和古特提斯构造_岩浆带,前者为板块俯冲环境,后者为板块碰撞环境。

大规模成矿作用发生于某种构造环境中,而不是所有的构造运动都伴随有大规模成矿作用。例如,在中元古代时期大规模成矿作用主要表现为裂陷槽内同生热水(或喷气)成矿,而海西期大规模成矿作用发生于板块碰撞期间。由此可以认为,在某一构造运动时期,可能存在几个构造成矿环境,但大规模成矿作用仅出现于某一个环境内。在地质历史演化期间,同一地区可能经历过数次开裂和闭合过程,相应留下了多次成矿叠加的痕迹,但是大规模成矿往往只有一、两次。不同构造环境制约着矿床组合的分布形式,例如,与不同演化阶段的板块构造和陆内造山折叠有关的矿床,多呈带状分布;在太古宙,矿床分布为不规则形;在地幔柱构造环境中,矿床呈圆形分布。

大规模成矿作用的实质是成矿物质的巨量供给、传输和聚集过程。这种作用不可能在成矿区带或成矿省中均匀发生,有超巨量成矿物质聚集地段,就有更大面积的贫化或不发生变292 矿 床 地 质 1999年