地质力学学报  2020, Vol. 26 Issue (1): 1-12
引用本文
杨明桂, 王光辉. 论华夏成矿省燕山期岩浆成矿大爆发的核幔式扩展模式与动力机制——纪念李四光先生诞辰130周年[J]. 地质力学学报, 2020, 26(1): 1-12.
YANG Minggui, WANG Guanghui. Core-mantle-type extensional mode and dynamic mechanism of the magmatic metallogenic explosion of the Yanshanian in the Cathaysian metallogenic province[J]. Journal of Geomechanics, 2020, 26(1): 1-12.
论华夏成矿省燕山期岩浆成矿大爆发的核幔式扩展模式与动力机制——纪念李四光先生诞辰130周年
杨明桂, 王光辉    
江西省地质矿产勘查开发局, 江西 南昌 330002
摘要:中国东南部的华夏成矿省为滨太平洋成矿域最重要的钨锡贵稀多金属非金属成矿省。大量的地质调查与同位素测年资料表明,该区燕山期陆内活化造山引发的岩浆成矿大爆发启于陆内陆壳脆弱地带,中侏罗世(172±Ma)初动于钦杭结合带中段,晚侏罗世激化于南岭地区,早白垩世向外侧大面积扩展,结束于早白垩世末(99±Ma),呈现出以钦杭带中段和南岭地区为核心、以外侧为幔的核幔式扩展模式,制约着区域岩浆活动与成矿特征以及由早而晚、由核及幔、由深到浅、由浅及表的岩浆成矿规律。由于这场运动发生于陆壳硬化程度较高的背景,大规模的岩石圈物质调整与岩浆成矿活动引发的上地壳蠕散效应十分显著,其与欧亚板块和古太平洋板块之间的强烈的左行扭动及弱俯冲作用复合,构成了岩浆成矿核幔式独特的动力机制。
关键词华夏成矿省    燕山运动    岩浆成矿大爆发    核幔式扩展    成矿规律    动力机制    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2020.26.01.001    
Core-mantle-type extensional mode and dynamic mechanism of the magmatic metallogenic explosion of the Yanshanian in the Cathaysian metallogenic province
YANG Minggui, WANG Guanghui    
Jiangxi Bureau of Exploration & Development for Geology and Mineral Resources, Nanchang 330002, Jiangxi, China
Abstract: The Cathaysian metallogenic province in the southeastern China is the most important multi-metal and non-metal metallogenic province with W, Sn and precious metals along the marginal-Pacific metallogenic megaprovince. The geological investigation results and the isotopic dating data show that the magmatic metallogenic explosion caused by the intracontinental active orogeny in this region came from intracontinental crustal vulnerable zones, originally occurred in the middle section of the Qinzhou-Hangzhou juncture during the middle Jurassic period (172±Ma), intensified in the Nanling region during the Late Jurassic period, and extensively extented to outside, lastly ended in the late early Cretaceous (99±Ma), thus forming the core-mantle extended mode centred with the middle section of the Qinzhou-Hangzhou and Nanling region and the outer side as the mantle. Meanwhile, it restricted the regional magmatism, ore-forming features as well as the magmatic metallogenic regularity from early to late, core to mantle, deep to shallow and shallow to surface. The creep effection of the upper crust caused by the large-scale adjustment of the lithosphere materials and the magmatic mineralization is significant, due to the movement taking place under the sitting of the higher degree of the crustal hardenability. Therefore, the unique dynamic mechanism of the magmatic metallogenic core-mamtle-type was formed as a result of the intensive left-lateral sinistral shearing and the recombination of the weak subduction.
Key words: Cathaysian metallogenic province    Yanshanian movement    magmatic metallogenic explosion    core-mantle extension    metallogenic regularity    dynamic mechanism    

华夏成矿省是笔者在“华南洋-滨太平洋构造演化与成矿作用”研究过程中新划分建立的,处于古华南洋构造成矿域(江西省地质矿产勘查开发局,2015)与滨太平洋构造成矿域(黄汲清等,1997;陈毓川等,2007)的强烈复合地带(程裕淇,1994徐志刚等,2008),是中国乃至全球最重要的钨锡多金属、贵金属、稀有稀散金属、非金属成矿省,其发生于燕山期的陆内活化造山与岩浆成矿大爆发是举世关注的重大地质事件,成因独特而复杂。杨明桂等于2006年初步发现这场岩浆成矿大爆发具有独特的核幔式扩展演化特征,而且岩浆活动引发的地壳蠕散动能十分显著(杨明桂和曾勇,2006)。此后,根据大量地质调查和同位素测年资料,建立了以钦杭结合带(杨明桂和梅勇文,1997)中段和南岭地区为核心的核幔式扩展模式,已在《中国矿产地质志·江西卷》和有关论文中(杨明桂等,2016)做了概略介绍。本文试图进一步对其发展演化过程、岩浆成矿特征、成矿规律及运用地质力学理论(李四光, 1972, 1973)得出的新华夏动力体系与岩浆动能复合动力学机制作一较全面的论述,与同行们探讨。

1 区域地质背景

华南地区长期以来依托槽台或古板块单元,以北扬子、南华南(夏)进行成矿省的划分。由于滨太平洋构造的强烈复合,区内成矿作用东西差异更为明显,笔者等通过研究提出了西扬子、东华夏与东南海域的成矿分省方案,这样划分更好地反映区域成矿特征与成矿规律。

在中国东南部一片红色的多旋回花岗岩区和矿产地密集分布区就是华夏成矿省,该成矿省北依大别—苏鲁造山带,西以钦杭结合带西缘与扬子成矿省接界,东南部面临东南海域成矿省,以江西省为中心,涉及八省一市三区,面积约100万km2(图 1),其地质发展演化有以下特征:

Ⅰ—下扬子成矿区;Ⅰ1—长江中下游成矿带;Ⅰ2—江南东段成矿带;Ⅰ3—钦杭北段成矿带;Ⅱ—南岭成矿区;Ⅱ1—钦杭南段成矿带;Ⅱ2—诸广—云开成矿带;Ⅱ3—雩山—九连山成矿带;Ⅲ—浙闽成矿区;Ⅲ1—武夷成矿带;Ⅲ2—东南沿海成矿带 图 1 华夏成矿省成矿区带图 Fig. 1 Metallogenic belt map of the Cathaysian metallogenic province

(1) 自元古宙以来,经历了多阶段地质构造演化,由古元古代早前寒武纪吕梁期克拉通、中新元古代晋宁期华南洋与扬子、华夏板块(杨明桂等,2015)、青白口纪晚期—早古生代扬子—加里东期华南裂谷系(杨明桂等,2012)、晚古生代—中二叠世华力西—印支期、滨特提斯洋陆表海、晚三叠世以来滨太平洋燕山—喜马拉雅期大陆发展演化。

(2) 经历了多旋回造山活动:有古元古代以来的吕梁运动;新元古代(820±Ma)华南洋俯冲消亡,扬子、华夏板块碰撞发生的晋宁运动;志留纪华南裂谷系闭合造山发生的加里东(广西)期造山运动;中三叠世的印支运动导致区域由海到陆的转变;中侏罗世—早白垩世燕山期陆内活化造山是区内最强烈、最持久的一个重大地质事件;古近纪末发生的较弱的四川运动结束了区域的强烈造山、伸展,进入了地壳较稳定的新时期。

(3) 典型的多旋回岩浆成矿地区:具有晋宁期S型花岗岩弱成矿、扬子-加里东期S型花岗岩稍强成矿、印支期S型花岗岩较强成矿以及燕山期S、I型两大岩浆系列大规模成矿、喜马拉雅期主要为前期S型岩浆岩残留气液以及表生作用成矿。

(4) 燕山期以新华夏构造体系为主导的多体系、多因复合控岩控矿的典型地区。

(5) 燕山期岩浆成矿大爆发独特的核幔式扩展模式,即燕山早期以南岭地区为大爆发的核心区,燕山晚期向外侧呈幔式扩展,呈现出独特的成矿规律与多因复合动力机制,成为滨太平洋成矿域最重要的钨锡多金属、贵金属、稀有稀散金属和非金属成矿省。

2 岩浆成矿大爆发的核幔式扩展过程

华南大量的地质资料与岩矿同位素年龄值清晰地显示,燕山期造山运动自中侏罗世始至早白垩世,经历了四个发展演化时期。

2.1 中侏罗世构造岩浆成矿活动初动期

早侏罗世末,华南有一次大幅度的隆升,海水经由大陆退却,中侏罗世仅有零星的山间盆地杂色碎屑岩沉积,以漳平组分布最广,与下伏的下侏罗统普遍为整合关系。这时,钦杭结合带中段率先进入了燕山期陆内造山的初动期,出现了I型浅成岩浆活动(图 2),以花岗闪长(斑)岩为主体,近期获得的SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄值介于171~163 Ma之间。I型斑岩主要分布在德兴铜厂、上饶船坑、广丰铜山、高安村前、上栗志木山一带(江西省地质矿产勘查开发局,2015);具有I型或I—S过渡型的花岗质斑岩在湖南浏阳七宝山、常宁水口山、桂阳宝山、铜山岭、黄沙坪一带分布较多;S型花岗岩主要在九岭南缘的古阳寨和瑶岗仙地区有出露。在南岭地区也有少量中侏罗世S型花岗岩分布。大致同一时期(169~164 Ma)(王登红等,2014),粤东与闽西南地区仍处于伸展环境有A型岩浆岩形成,赣南南部形成了全南正长岩、塔前正长岩—碱性花岗岩及寨背铝质A型花岗岩。呈现出钦杭中段开始造山、华南南部继续伸展的态势。

1—燕山期花岗岩区西界;2—次级岩区界线;3—燕山早期花岗岩;4—燕山晚期花岗岩;Ⅰ—燕山早期钦杭中段中晚侏罗世I型斑岩、S型花岗岩带;Ⅱ—南岭燕山早期以晚侏罗世S型花岗岩为主核心成岩区;Ⅲ—江南燕山晚期为主的S型花岗岩岩带;Ⅳ—长江中下游燕山晚期早白垩世I(A)型花岗岩带;Ⅴ—燕山晚期早白垩世S(A)型花岗岩扩展分布岩区 图 2 华南大陆燕山期花岗岩核幔式分带扩展简图(据杨明桂和曾勇,2006修改) Fig. 2 Zoning and extension sketch map of the Yanshanian granite core-mantle type in South China continent(modified after Yang and Zeng, 2006)
2.2 晚侏罗世构造岩浆成矿活动剧动期

晚侏罗世,燕山运动进入剧动期,以南岭为核心的地区发生了强烈造山,地壳挤压隆起,南华地区沉积盖层广泛褶皱,华南地区缺失沉积,出现了大规模、多期次岩浆成矿活动。

晚侏罗世时(163~145 Ma),钦杭中段继续有I型或I—S型斑岩活动,如赣东北乐平塔前、铅山永平、粤西封开园珠顶等。大规模的中深成S型花岗岩岩浆侵入活动主要在以南岭为中心,西南起自云开大山,东至武夷山脉的北东向椭圆形岩区,面积约30×104 km2,构成华南S型花岗岩区核心,简称南岭岩区。除少数为中侏罗世外,同位素年龄值主要集中于163~145 Ma之间,多次侵入的复式岩体其部分晚次侵入体时间可延至早白垩世早期(145~130 Ma)。该期形成大量花岗岩基和大型岩株,以中深成侵位为主,花岗岩主要序列为花岗闪长岩(导体)—黑云母二长花岗岩(主体)—正长花岗岩+二(白)云母碱长花岗岩(补体),是钨锡多金属矿成矿母岩。除此,在深断裂带有I型中酸性成矿岩浆岩分布,如吴川—四会矿集带、银坑矿田等。与此同时,江南进入初动期,有少量花岗岩体形成。值得注意的是,武夷隆起虽有较多晚侏罗世花岗岩,但成矿较弱,显示造山强度与岩浆成矿流体分异程度偏低,直至早白垩世才进入重要岩浆成矿时期。

2.3 早白垩世构造岩浆成矿活动扩展期

早白垩世进入燕山运动岩浆成矿活动扩展期,发生了大面积岩浆侵入与火山喷发。

2.3.1 花岗质岩浆侵入活动

该期花岗质岩浆侵入活动围绕南岭与钦杭中段核心花岗岩区向外侧扩展。在早白垩世早中期约146~135 Ma间为侵入作用最重要时期,形成了浙闽粤沿海成钨锡多金属的S型花岗岩带,武夷、江南东段以S型为主的与钨锡钽铌成矿有关的花岗岩带,以及长江中下游及闽粤桂沿海I型中酸性成铜岩带(王登红等,2014)。其中,江南东段九岭尖矿集区及其以东的彭山、莲花山矿田成矿花岗岩主要为144~128 Ma。江南西段花岗岩侵入活动较东段稍早,长沙望湘花岗岩年龄值为157±2~129 Ma,幕阜山岩基为157±2~136.8±1.9 Ma,岳阳水墨山岩体年龄值为122.5±2.1 Ma(湖南省地质调查院,2017),雪峰地区锡矿山锑矿年龄值为160~124 Ma,溆浦县曾家溪锑矿、白钨矿年龄值为115~111 Ma(王登红等,2014)。武夷山脉行洛坑成钨、石城成钽铌的S型花岗岩年龄值主要在143~127 Ma。浙闽粤沿海该期花岗质侵入岩带与早白垩世火山岩带相伴,该带北宽(250 km)南窄(100 km),呈弧形展布。其中有少数燕山晚期花岗岩,以侵位于早白垩世火山岩中的花岗岩、花岗闪长岩为主体。闽南、粤东其年龄值偏大,在150 Ma左右,但主要介于145~125 Ma之间。长江中下游I型中酸性成铜金岩体年龄值集中于146~130 Ma。钦杭带东段的信江—钱塘地块花岗质岩浆成矿活动主要为早白垩世(145~110 Ma)。在桂东、粤西地区,燕山期花岗岩时代自东而西,即南岭核心区向西和钦杭南段外侧,由晚侏罗世(花山—姑婆山、云开一带)渐变为早白垩世中晚期,如湘南界牌岭含锡多金属花岗斑岩、桂东珊瑚成钨花岗岩与成矿年龄、王社铜钨成矿年龄、昆仑关花岗岩、贵港龙头山金矿花岗斑岩、大明山钨矿成矿年龄、大黎与铜钼成矿有关的石英二长岩年龄集中在106~85 Ma,是该区重要成矿时期(卢友月等,2016),但岩浆成矿活动与南岭核心区相比,显然趋弱。需要提出,早白垩世时在扩展区局部出现A型花岗质岩石,如粤南从化南昆山A型花岗岩和石岭方钠石正长岩年龄值为144.9±5.7 Ma(刘昌实等,2007)。在长江下游形成江北(怀宁香茗山—安庆黄梅尖)和江南(贵池花园巩、繁昌浮山)两条A型侵入岩带,其岩性主要为石英正长岩,其次为正长岩、石英二长岩和碱性花岗岩,年龄值为128 Ma(唐永成等,1998),为造山蠕散型或造山拉分型A型侵入岩。A型晶洞碱性、碱长花岗岩带、魁歧碱性花岗岩年龄值99~82 Ma(福建省地质调查研究院,2016),时代为早白垩世末—晚白垩世初,标志着燕山造山期的终结,该区进入造山后伸展时期。

2.3.2 火山活动与发展演化过程

华南燕山期火山活动具有阶段性和穿时性。根据近期区内取得的SHRIMP或LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄值,可以得出其活动的总趋势,即火山活动发生于燕山期大规模花岗质岩浆侵入之后,始自早白垩世早中期,即燕山运动晚期。根据其时空演化可进一步分为长江中下游、苏浙闽(北)沿海、武夷—闽(南)粤(东)沿海、桂东粤西等4个区带(图 3),呈北宽南窄的弧状展布。其活动总体上始自武夷—闽(南)粤(东)区,其次为苏浙闽(北)区和长江中下游区,最后为桂东粤西沿海岩带,即在时空上发生于燕山期花岗质岩侵入之后随侵入岩核幔式扩展模式向沿海方向发展,而且从图 3可以看出,东南火山岩带由陆内的长江中下游构造带、钦杭结合带、九连山—安远断裂带向沿海方向发展,而且钦杭带北东、南西两端火山岩有遥相对应之势。

Ⅰ—长江中下游早白垩世中晚期(130~95 Ma)火山岩带;Ⅱ—苏浙闽(北)早白垩世中晚期(135~95 Ma)火山岩带;Ⅲ—赣闽粤早白垩世(145~95 Ma)火山岩带;Ⅳ—桂东粤西沿海早白垩世晚期—晚白垩世(130~70 Ma)火山岩带;1—火山岩盆地;2—火山岩区界线;3—火山岩带界线 图 3 华南东部陆区白垩纪火山岩分布略图(据都洵和张永康,1998修改) Fig. 3 Distribution map of Cretaceous volcanic rocks in the east of South China(modified after Du and Zhang, 1998)

火山活动及其沉积物大致可分为三期。

(1) 晚侏罗世晚期—早白垩世早期。为一套盆(洼)地河流冲积与火山沉积物,如长林组(闽)大爽组(浙)如意亭组(赣)等,主要围绕S型花岗质岩浆侵入隆起区、沿海一侧蠕散低洼地带分带。

(2) 早白垩世早中期。发生大规模的火山活动,主要形成两个岩区。

赣闽粤区:该区包括赣东至闽南粤东沿海一带,南岭花岗岩核心区东南侧,火山活动发生于南岭核心区燕山早期中深成花岗岩侵入活动之后,启动于早白垩世早中期,为华南火山岩区率先启动与活动强烈地区,包括赣东武夷群、闽中南南园组至坂头组、粤东高基坪群,这套火山岩已获得的同位素年龄值主要集中于145~135 Ma,即早白垩世早中期,但也有获得晚侏罗世的同位素年龄值,不排除在晚侏罗世晚期已开始了火山活动。

皖苏浙闽(北)区:该区火山活动始于早白垩世中期,比赣闽粤区稍晚,以浙江境内分布最广,也是东南沿海最强烈的火山活动区之一。浙西北区的建德群与闽北南园组—坂头组、赣东武夷群岩性时代相近,年龄值集中于140~125 Ma。浙东磨石山群时代稍晚,长江下游火山活动也较晚,主要为早白垩世中晚期,年龄值集中于130~100 Ma。

上述早中白垩世火山岩及潜火山岩据大量研究成果显示,以壳源火山岩居多,岩性以英安质—流纹质为主,玄武质极少,酸性岩发育(流纹质含量约占80%~90%),高钾组合占优势,属于CA系列高钾钙碱性组合,具大陆基底地区火山岩性质,与燕山晚期S型花岗岩相伴。在钦杭结合带早白垩世早期武夷群打鼓顶组具流纹质—英安质—安山质火山—潜火山反序序列,属深部壳幔混源成铜金火山岩。长江中下游为幔源的橄榄安粗岩成铁火山岩(唐永成等,1998)。

(3) 早白垩世晚期。早白垩世早中期末发生了闽浙运动,强烈地壳运动与火山侵入活动告一段落,进入早白垩世晚期(约120~99 Ma)地壳活动总体由造山向伸展转型,由于构造运动的穿时性,这时粤西、桂东、江南一带仍处于造山状态,而东南沿海地带、钦杭带东段(赣东北、浙江)、长江中下游(皖、苏)已进入转型期,火山活动趋弱,相伴的花岗质侵入岩规模也较小。这时形成的永康群(浙东)、石帽山群(闽)、火把山群(赣东)以紫红色、灰绿色碎屑岩、凝灰质碎屑岩为主,含少量玄武质火山岩及流纹岩,上部有粗面质火山岩出现。长江下游的娘娘山组主要为碱性火山岩,桂东粤西沿海有火山活动,但活动较晚,为早白垩世晚期至晚白垩世或古近纪。

3 岩浆成矿核幔式扩展特征

研究发现,区内燕山期岩浆成矿大爆发的核幔式扩展活动在时空上由早而晚、由核及幔呈现出由深而浅、由浅及表的演化特征。S型花岗质岩浆与成矿环境由中深成—中浅成—火山—潜火山演化,I型花岗质岩浆中深成成矿环境少见,主要由中浅成或浅成向火山—潜火山演化,导致成矿特征尤其是优势矿床类型各具特色,成为制约着区域岩浆成矿规律的重要因素。

3.1 燕山早期中晚侏罗世核心区侵入岩成矿特征

该期花岗质岩浆成矿活动主要在钦杭结合带中段和南岭地区,构成岩浆成矿大爆发的核心区。两区地质构造背景不同,成矿也有明显差异。

钦杭结合带是华南最强大的岩石圈不连续带,成为燕山运动的策源地,岩浆侵入成矿活动时期主要在中晚侏罗世,拥有I型和S型两大岩浆成矿系列。I型中酸性岩以浅成斑岩为主,以形成铜厂式、园珠岭式斑岩型铜矿和水口式等“多位一体”型多金属矿床类型为优势。该带中段是一个晚古生代—早中生代坳陷带。S型中深成花岗岩以形成矽卡岩型矿床居优势,出露的岩体不多,但拥有朱溪、柿竹园、锡田等一批世界级或超大型钨锡多金属矿床。其中,深隐伏的朱溪钨(铜)矿床(图 4)规模居世界之首,为燕山早期中深成S型花岗岩成岩成矿代表性矿床之一。该带是华南最重要最具潜力的钨铜锡多金属成矿带。

1—浮土;2—砂岩;3—灰岩;4—泥质灰岩;5—含炭灰岩;6—燧石灰岩;7—硅质灰岩;8—白云岩;9—千枚岩;10—蚀变带界线;11—地质界线;12—角度不整合界线;13—断裂;14—铜矿体;15—钨矿体;Q—第四系;T3a—上三叠统安源组;P3c—上二叠统长兴组;P3lp—上二叠统乐平组;P2m—中二叠统茅口组;P2q3—中二叠统栖霞组上段;P2q2—中二叠统栖霞组中段;P2q1—中二叠统栖霞组下段;P1m—下二叠统马平组;C2h—上石炭统黄龙组;Pt31W—新元古界万年群;—花岗岩;—花岗斑岩;δ—闪长岩 图 4 朱溪矿床42线剖面图(江西省地质矿产勘查开发局,2015) Fig. 4 Profile of Line 42 in the Zhuxi deposit(Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Jiangxi Province, 2015)

南岭地区处于扬子-加里东期南华裂谷海盆中心,钦杭结合带南段诸广-云开-雩山-九连山构造带与南岭带在这里纵横交织,这一陆壳脆弱地区和复杂构造结成为燕山期岩浆成矿大爆发的“爆心”。晚侏罗世时形成了大规模的中深成S型花岗岩和著名的钨锡、铀、钽、稀土多金属成矿区,也以中深成成岩、成矿为特征。其中,中深成的S型花岗岩形成了最独特和最具优势的由线脉、细脉、薄脉、大脉、根部矿脉组成的“五层楼”式钨锡矿床(杨明桂等,1984)。

3.2 燕山晚期早白垩世扩展区侵入岩成矿特征

该期花岗质侵入岩与成矿活动围绕核心区大面积扩展,包括江南、雪峰、武夷、信江—钱塘、粤西贵溪、长江中下游等广大地区。

江南、信江—钱塘、武夷地区均以早白垩世S型中浅成花岗岩成矿为主,形成钨锡钼多金属成矿带。江南隆起带燕山早期S型花岗岩体较少,以早白垩世S型花岗岩为主,组成黑云母二长花岗岩—二云母花岗岩—白云母花岗岩—花岗斑岩序列,偶见花岗斑岩(墙)型隐爆岩筒型钨矿床。在信江—钱塘地区,灵山矿田晚期有浅成的晶洞花岗岩出现。武夷隆起燕山早期花岗岩较多,但成矿较弱,以早白垩世S型中浅成花岗岩成矿为主。近期勘查工作表明,上述地区这类中浅成花岗岩最具特色、最重要的优势矿床类型为蚀变花岗岩型矿床,如世界级的石门寺钨(铜)矿床(图 5)、松树岗钽铌矿床等,为中浅成S型花岗岩成矿为典型代表。

1 —燕山晚期花岗斑岩;2—燕山晚期细粒黑云母花岗岩;3—燕山晚期似斑状黑云母花岗岩;4—晋宁晚期黑云母花岗闪长岩;5—矿体及编号;6—完工钻孔 图 5 石门寺蚀变花岗岩型矿体特征简图(江西省地质矿产勘查开发局,2015) Fig. 5 Sketch map of altered granite type ore body characteristics in the Shimensi deposit (Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Jiangxi Province, 2015)

长江中下游铜铁成矿带早白垩世时成矿以中浅成I型中酸性斑岩为主,由于处于坳陷区,中浅成侵入岩主要形成大冶式、铜陵、狮子山式“多位一体”广义矽卡岩铜铁金多金属矿床;浅成斑岩形成城门山式、沙溪式、安基山式、栖霞山式、姚家岭式接触带矽卡岩、似层状、脉状斑岩型、隐爆角砾岩型等组成的“多位一体”铜多金属矿床。

处于扩展区西缘的雪峰地区成矿花岗岩体稀少,以中低温热液型金、锑矿床为主,以锡矿山式锑矿床最具代表性。粤东桂西地区主要为早白垩世中晚期中浅成花岗质岩石形成的珊瑚式(钨、锡)、大明山式(钨)、龙头山式(金)、银岩式(金银)、长坑富湾式(金银)矿床等。

3.3 燕山晚期沿海火山潜火山岩带成岩成矿特征

该带火山—潜火山岩形成了一条巨大的弧形金属、非金属成矿带,包括潜火山岩形成的金属矿床和火山—潜火山非金属矿床两大类。前者主要分布于内带,后者主要分布于沿海地带。

潜火山岩金属成矿作用主要为M、I、S型潜火山岩斑岩型矿床,A型火山岩规模小、成矿弱。长江下游M型橄榄粗安岩系形成以宁芜式、庐枞式为代表的玢岩铁矿床。I型潜火山岩以形成铜、金、银多金属矿床为主,有著名的德兴银山金铜银铅锌矿体、遂昌治岭头金银矿床、上杭紫金山金银铜钼矿田等(图 6)。S型潜火山形成的矿种较多,分布最广,著名的有贵溪冷水坑银铅锌矿田、乐安相山式铀矿田、会昌岩背式锡矿床等。除此,脉带状铅锌矿床星罗棋布,有黄岩五部大型铅锌矿床。

1 —燕山早期中细粒花岗岩(γ52(3));2—早白垩世早次英安玢岩;3—晚次英安玢岩;4—隐爆角砾岩;5—铜矿体及其编号;6—金矿体;7—蚀变分带界线;8—潜水面位置 图 6 紫金山铜矿区西北矿段3线地质剖面图(据石礼炎等,1998修改) Fig. 6 Geological profile of Line 3 in the northwest of the Zijinshan Copper Mine(modified after Shi et al., 1998)

火山-潜火山岩形成的非金属矿床众多,是我国最重要的萤石、叶腊石、明矾石、珍珠岩、硅藻土、伊利石、膨润土成矿带。

4 岩浆成矿大爆发的动力过程

中国东南部燕山期岩浆成矿大爆发的构造环境与动力机制迄今存在众多不同认识。运用地质力学理论,通过区域构造体系的进一步研究,结合岩浆成矿活动的核幔式扩展特征,现提出欧亚板块与古太平洋板块相互作用与造山-蠕散作用相复合的独特的动力机制。

4.1 欧亚板块与古太平洋板块活动方式问题

区内的构造体系在李四光厘定的基础上,通过进一步研究,主要为新华夏系与扬子反S型两大构造体系。新华夏系雄踞东亚,为滨太平洋构造域的主体构造,燕山运动时在区内前期构造的基础上形成了北北东—北东向由隆起、坳陷带、压扭性断裂带为主干的多字型扭动构造体系。扬子反S型构造体系奠基于晋宁期扬子、华夏古板块的碰撞、增生,定型于燕山运动,成为扬子板块的主体构造(江西省地质矿产勘查开发局,2017)。其次有板内变形形成的南岭纬向带和湘中、赣中南、闽中以及台湾玉里古太平洋板块俯冲带等南北向构造带以及右江北西西构造带。上述构造体系表明,与现今广泛流传的以古太平洋俯冲的动力学模式并不吻合,而正如李四光研究模拟得出的欧亚板块与古太平洋板块之间作近南北向左行扭动,总体上呈现出强扭动、弱俯冲、多向汇聚的动力学特征。正是在这种动力环境的作用下,陆内岩石圈脆弱地带成为造山的策源地,岩浆成矿活动启动于钦杭结合带中段,激化于南岭地区,以此为核心,逐步向外侧扩展。

4.2 岩浆活动的地壳蠕散效应

李四光在分析地壳运动的力源时指出,来自地球自身内部的原因是更加明显的,地壳上部形成的岩浆物质涌入地球浅表,与纬向和经向挤压扭动结合起来,好像自动刹车的车阀作用一样,让地球自转的速度又变慢了(李四光,1973)。这种动能在华南得到了印证。根据对华南钨矿床(田)成岩成矿过程的观察与区域构造、岩浆-成矿过程的分析,研究表明,区内燕山期发生的岩浆成矿大爆发,大规模花岗质岩浆与成矿流体进入上地壳,引发的蠕散作用是一项重要的动力因素,特别是在陆壳趋于硬化的条件,其动力效应尤为显著,而以往关于燕山运动拉张动力环境的认识则忽略了此点。

4.2.1 钨矿田(床)成矿花岗岩侵入活动的动力解析

赣南石英脉型钨矿床研究表明,成矿花岗岩就是一个矿源体、热源体也是一个力源体。成矿花岗岩浆及成矿流体在区域地应力驱动下上侵产生的垂向动能,对矿体空间展布,产状形态有明显约束作用。由于岩体顶托与成矿流体强力注入,使张扭性或扭张性容矿裂隙带发生开裂扩容,著名的石英脉钨矿床的“五层楼”模式,就是在这种动力条件下形成的垂向扩容断面,且由于垂向顶托,矿脉组成黄沙式对倾扇状结构(图 7)。

1—二云母花岗岩;2—电气石化花岗岩;3—钠长石化花岗岩;4—云英岩及云英岩化花岗岩(矿体);5—矿化带与编号;—寒武系浅变质碎屑岩. 图 7 黄沙钨矿床地质剖面图(江西省地质矿产勘查开发局,2015) Fig. 7 Geological section of the Huangsha tungsten deposit(Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Jiangxi Province, 2015)

由于顶托,矿脉大都是向成矿隐伏岩体前锋方向倾斜式侧伏,这成了“以脉找体”的指向规律。

区内大量燕山期多次侵入形成的花岗岩体,总是由中粗粒花岗结构向似斑状或中细粒结构及至斑岩结构演变,也反映出随着迭次岩浆入侵地壳热胀扩张,引发伸展效应,使岩石结构相应发生变化。前已述及,在赣东北横峰县灵山早白垩世晚次形成的花岗岩大岩墙和正长-碱长花岗岩中出现晶洞构造。大余县西华山由四次侵入形成的花岗岩株,根据岩石熔化试验结果(吴永乐等,1987),岩石开始部分熔化温度在780 ℃~720 ℃范围内,燕山早期(160~145 Ma)三次入侵的花岗岩初熔压力范围大体一致,为100~160 PH20MPa、100~120 PH20MPa、100~120 PH20MPa,燕山晚期(< 130 Ma),第四次侵入的斑状细粒花岗岩,岩石初熔压力范围为80~100 PH20MPa,相对最低。研究表明,在这个多次成岩中不排除有部分围岩剥蚀变浅而减压的因素,但岩体侵位产生的伸展效应是一个重要因子。

4.2.2 区域大规模岩浆活动的蠕散作用

燕山运动强烈的挤压扭动、地幔散热、岩石圈熔融造浆,巨量的花岗质岩浆涌入上地壳,壳体热胀扩张,形成了蠕散减压效应,导致空间上此压彼张,下压上张,内压外张的构造动力更迭与多序次转化(图 8),岩区地壳上隆,并向外侧蠕散,使造山运动应力场复杂化,形成了区内由早而晚自核心区向外侧,尤其是向沿海方向呈现出岩浆成矿活动由深到浅、由浅及表的演化规律。

Ⅰ—第一序次动力方向;Ⅱ—第二序次动力方向;Ⅲ—第三序次动力方向;Ⅳ—上地壳扩容逃逸方向;Ⅴ—第四序次动力方向. 图 8 燕山期陆内活化造山热动力过程模式 Fig. 8 Model showing the thermal dynamic process of the Yanshanian intracontinental activated orogeny

前已述及,区内燕山期花岗质侵入岩以S、I型为主。其中,S型花岗岩导体偶见花岗闪长岩,主体以黑云母二长花岗岩为主,补体出现正长、碱长质花岗岩,组成一个完整的同源演化序列,将其划分为I、S、A型是不妥的,同属典型的陆内造山的壳源型花岗质岩石。由于岩浆活动引发的蠕散减压效应,核心区燕山早期南岭组合花岗岩以深成—中深成为主,偶见浅成岩石。扩展区燕山晚期江南组合花岗岩少量深成,主体为中浅成特征。燕山晚期,局部出现的A型花岗岩主要为造山过程中此压彼张造山蠕散型(岭南)或牵引拖曳引发伸展的造山-拉分型(长江下游)产物。东南沿海燕山晚期火山岩带由于地壳蠕散作用最强,地质界对其构造环境的认识不同,意见颇多。大量调查资料表明,该火山岩带主要是钙碱系列以流纹质为主酸性火山岩类。武夷群、建德群、磨子山群、南园群等火山岩系极少发现玄武岩。永康群、石帽山群玄武岩也不多,也不是典型的双峰式火山岩,除在钦杭带浙赣段有早白垩世早世打鼓顶期I型火山岩浆分布外,均属以壳熔为主的S型岩浆,说明它们成浆条件同为造山环境,只是与上地壳由于岩浆侵入的伸展效应复合联合,使构造环境存在差异。这种同源不同相的现象,应当是上地壳核心造山区在晚侏罗世时因大量花岗质岩浆上侵,热胀扩展,在上隆扩张顶托的同时,地壳向外侧蠕散,随之引发上地壳伸展作用渐趋增强,与区域造山作用力复合联合,导致岩浆侵位环境的差异,在沿海地带伸展效应明显增强,导致火山岩带的形成。这既不是岛弧型也不是伸展型火山岩,而是一种独特的同造山-蠕散型火山岩。以上说明,燕山运动自中侏罗世始至早白垩世末,历时七千多万年,贯穿着板块活动与地壳蠕散伸展效应的复合作用,直至板块活动衰减,伸展效应趋于优势,造山作用终结,进入造山后伸展时期。

综上所述,以李四光研究结果为基础建立了如下与地质界广泛流行的古太平洋俯冲模式不同的华夏成矿省燕山期岩浆成矿大爆发的核幔式扩展模式和以欧亚板块与古太平洋板块间的强扭动、弱俯冲为主导,板内多向汇聚,并与地壳蠕散复合的动力学模式(图 9)。

1—挤压走滑断裂带;2—逆冲推覆断裂带;3—加里东期地壳叠接断裂带;4—晋宁期板块对接带;5—燕山期(玉里)板块俯冲带;6—核心区界线;7—扩展区分带界线;8—欧亚板块与古太平洋板块构造扭动方向;9—地块构造作用方向;10—上地壳蠕散作用方向;Ⅰ—钦杭中段中晚侏罗世构造岩浆成矿作用碰动地带;Ⅱ—南岭晚侏罗世构造岩浆成矿作用核心区;Ⅲ1—长江中下游早白垩世早中期构造岩浆成矿作用扩展区;Ⅲ2—江南早白垩世早中期构造岩浆成矿作用扩展区;Ⅲ3—武夷早白垩世早中期构造岩浆成矿作用扩展区;Ⅳ1—桂东早白垩世中晚期构造岩浆成矿作用扩展区;Ⅳ2—沿海早白垩世中晚期构造火山侵入杂岩成矿作用扩展区 图 9 华夏成矿省燕山期核幔扩展模式与动力机制模式图 Fig. 9 Pattern diagram of the Yanshanian core mantle extension model and dynamic mechanism in Cathaysian metallogenic province
5 结论

(1) 中国东南部为世界瞩目的燕山期陆内活化造山与大规模岩浆成矿作用,不同于太平洋彼岸中新生代岩浆成矿活动启动于陆缘洋壳俯冲地带,而是首先发生于陆内陆壳脆弱地带的钦杭结合带中段,激化于扬子—加里东期南华裂谷海盆中心地带的南岭地区。

(2) 华夏成矿省燕山期岩浆成矿大爆发在时空上具有以燕山早期钦杭带中段和南岭地区为核心,燕山晚期向外侧大规模扩展,以北北东向为主轴,并偏向沿海的核幔式演化模式。在全球具有独特的意义。

(3) 受核幔式扩展模式约束,区内燕山期岩浆成矿作用由早而晚、由核及幔,呈现出由中深成、中浅成到火山、潜火山的成矿规律,形成不同优势矿床类型。

(4) 燕山期陆内活化造山来自地球自身内部的动力十分显著。由于陆壳趋于硬化,岩石圈物质调整,大规模岩浆侵入于上地壳,引发壳体热胀和蠕散减压效应,成为区域岩浆成矿呈核幔式演化以及成矿环境由深至浅、由浅及表,形成造山-蠕散型沿海火山岩带的重要动力因素,也是地球内部动力活动的一个典型例子。

(5) 中国东南部燕山期陆内活化造山与太平洋东部中新生代太平洋俯冲模式不同。正如李四光研究结果,是以欧亚板块与古太平洋板块间近南北向强烈左行扭动为主导,兼有大洋板块向台湾东部玉里带的俯冲作用,以及陆内近南北向、近东西向和北西向的多向汇聚,与地壳蠕散相复合的复杂而独特的动力机制。

致谢: 英文摘要承龙梅梅女士帮助翻译,谨致感谢!

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