岩石学报  2016, Vol. 32 Issue (8): 2225-2247   PDF    
复合造山和复合成矿系统:三江特提斯例析
邓军, 王庆飞, 李龚健     
中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083
摘要: 提出复合造山定义,认为复合造山指多期次造山以及其它类型壳幔过程(裂谷作用、地幔柱活动、克拉通减薄等)在同一构造带先后发生或者多类型过程同时同位发生的地质事件;复合造山是大洋闭合-大陆拼贴过程的必然演化结果、地质历史时期普遍存在的地质过程,其具有不同属性板块拼接、多条蛇绿岩套与岛弧带并列、构造格架继承与改造、物质活化与循环运动以及构造体制转换突出等特征;复合造山带成矿时代长,类型多样,金属富集强度大,大型矿集区集中。复合成矿系统指在特定时-空域中,不同时期多种成矿作用或者同一时期不同成矿作用复合形成的成矿系统。复合成矿表现为成矿物质继承改造或成矿作用融合交叉,导致成矿元素多幕式富集,成矿空间广,成矿强度大,成矿概率增加。复合成矿系统分为多期复合和同期复合两类。复合造山驱动了复合成矿系统的形成,其是中国区域成矿典型特色。复合造山和复合成矿系统在特提斯构造带最为典型,中国西南三江造山带是典型解剖区。构建了古生代与中生代原-古-中-新特提斯洋闭合引发的增生造山和新生代印度-欧亚大陆汇聚导致的碰撞造山过程,厘定了增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag、增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W、碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型Pb-Zn-Ag-Cu和碰撞造山斑岩-矽卡岩型Au-Cu-Mo四类典型复合成矿系统。
关键词: 复合造山     复合成矿系统     深部驱动     特提斯     三江    
Superimposed orogeny and composite metallogenic system: Case study from the Sanjiang Tethyan belt, SW China
DENG Jun, WANG QingFei, LI GongJian     
State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: Superimposed orogeny is defined that two or more types of tectonics, including accretionary orogeny, collisional orogeny, and other types of mantle-crust activation, such as rifting, decratonization, mantle pluming, occurred successively or simultaneously in one tectonic unit. Superimposed orogeny is the inevitable result from the tectonic evolution including paleo-ocean closure and continent amalgamation, and thus present ubiquitously in the earth's history. During the superimposed orogenic processes represented in the Sanjiang region, SW China, conspicuous features were recognized, such as juxtaposition of continental blocks with different tectonic affinities, paralleling of multistrand ophiolite complex and island arc, modification of tectonic framework, reactivation and circulation of mantle and crust material, and transformation of the tectonic regimes. In most cases, metallogenic belts associated with superimposed orogenic process have a long term of mineralization, diverse genetic types of ore deposits, high enrichment of polymetallic minerals, and high probability of production of large ore cluster regions. Composite metallogenic system includes that two metallogenic processes occurred in different episodes of the superimposed orogeny and that of those occurred simultaneously in one tectonic belt. The former is called multiperiod type and the later called synchronous one. Composite metallogenesis is characterized by the inheritance and overlapping of ore metals in different episodes, and by combination of various synchronous metallogenesis. This will lead to the multi-phase enrichment of ore elements, and enhancement of the possibility of metallogeny, and thus the increasement of mineralized space and intensity. Driven by the superimposed orogeny, the composite metallogenesis is a salient feature of the regional metallogeny in China, and amongst it, the Sanjiang Tethyan orogenic belt is suitable for case study. The metallogenic system in the Sanjiang was constructed by the accretionary orogen caused by the subduction and closure of Proto-, Paleo-, Meso- and Neo-Tethyan ocean in Paleozoic and Mesozoic, and the Cenozoic collisional orogen between Indian and Eurasian plates. This paper divided four types of composite metallogenic systems, as accretionary orogenic VMS type (Cu-Pb-Zn-Ag), accretionary-collisional orogenic magmatic-hydrothermal type (Cu-Mo-Sn-W), collisional orogenic MVT-magmatic-hydrothermal type (Pb-Zn-Ag-Cu), and collisional orogenic porphyry-skarn type ore deposits in the Sanjiang belt.
Key words: Superimposed orogeny     Composite metallogenic system     Deep geodynamics     Tethys     Sanjiang    
1 引言

中国大陆处于滨西太平洋构造域、特提斯构造域和中亚-蒙古构造域的交汇部位,且由多个小陆块经多期次拼接而成,具有造山作用多期、内部结构复杂、外部环境多样的复杂造山构造动力系统。区域成矿显示出矿种繁多、类型多样、多源复成和破坏再生,具十分鲜明的中国成矿特色。地质学家们基于系统的研究,逐步建立了各个造山带精细的演化格架(Ren et al.,2011; Zheng et al.,2013),总结了区域成矿规律(Zhai and Deng,1996;陈毓川等,2015)。在此基础上,作者提出了复合造山和复合成矿系统,为加深对中国多期复杂造山活动和成矿作用的理解提供新参考。

近年来,国内外学者在《Science》、《Nature》、《Nature Geosciences》和《Earth-Science Review》等期刊发表多篇论文,认为复合造山是形成大型矿集区的重要机制(Muntean et al.,2011; Lee et al.,2012; Griffin et al.,2013; Deng et al.,2014a2014b)。复合造山构造演化决定了中国区域成矿的复杂性和多样性,复合成矿系统的发育即是这种特征的具体体现。复合成矿系统成矿强度大,赋矿构造层位多,深部找矿潜力大,对其研究是提高中国重要矿集区深部成矿空间找矿勘探水平、发现深部大型-超大型矿床并缓解资源危机的重要途径。西南三江特提斯处于全球特提斯构造域东段,其构造格架继承与改造、复合造山作用突出,完整地记录了冈瓦纳与潘吉亚大陆裂解-增生和欧亚大陆聚合的演化历史,以及新生代印度-欧亚陆陆碰撞造山过程,在全球构造演化中的地位举足轻重。增生-碰撞复合造山使西南特提斯构造域复合成矿作用突出,成为中国最重要的多金属富集区和全球罕见的多金属成矿省。复合造山也导致成矿规律复杂,找矿难度增大,从而揭示复合成矿系统形成与演化对于深入理解特提斯复合造山成矿作用、科学评价区域资源潜力和促进找矿突破具有重要意义。近年来国内外实施了系列深部探测计划,显示深部过程是大规模成矿作用的重要驱动机制(Drummond et al.,2000; et al.,2013)。复合造山或多期壳幔相互作用是深部过程的重要引擎,对于集中成矿事件有根本性控制作用(Lee et al.,2012; Griffin et al.,2013; Hou et al.,2013b)。

本文阐述了复合造山和复合成矿系统的定义,分析复合造山和深部驱动对大规模成矿和复合成矿的重要控制作用。以西南三江特提斯为典例,剖析了其复合造山过程和特征,归纳了四类典型复合成矿系统特征,并进一步指明了研究方向。

2 复合造山与复合成矿系统 2.1 复合造山

复合造山指多期次造山以及其它类型壳幔过程(裂谷作用、地幔柱活动、克拉通减薄等)在同一构造带先后发生或者多类型过程同时同位发生的地质事件;复合造山是大洋闭合-大陆拼贴过程的必然演化结果、地质历史时期普遍存在的地质过程、全球板块运动研究的薄弱区以及地球动力学研究的新热点(图 1)。复合造山具有不同属性板块拼接、多条蛇绿岩套与岛弧带并列、构造格架继承与改造、物质活化与循环运动以及构造体制转换突出等特征;复合造山带成矿时代长,类型多样,金属富集强度大,大型矿集区集中(图 2)。

图 1 造山作用主要表现形式 (a)增生造山(据ŞengÖr,1989);(b)碰撞造山(据Yin and Harrison,2000),GCT-大反向逆冲断层,GT-冈底斯逆冲断层,MBT-主边界逆冲断层,MCT-主中央逆冲断层,Moho-莫霍面;STDS-藏南拆离系;(c)复合造山(据潘桂棠等,2003) Fig. 1 Main patterns of orogenesis,emphasizing the characteristics of the superimposed orogenesis
图 2 三江特提斯复合造山作用构架与特征 Fig. 2 Framework and main features of the superimposed orogenesis in the Sanjiang region

复合造山作用在特提斯构造带最为典型。特提斯构造带为欧亚大陆南部一条全球性展布的构造带,是世界三大成矿域之一。其夹持于东欧、哈萨克、塔里木、华北、扬子和印度、阿拉伯、非洲板块之间,由若干个小地块,如安纳托利亚、伊朗中部、鲁特、帕米尔、南羌塘、北羌塘、拉萨、中缅马苏、印支、西缅等,及地块中间的缝合带组成(ŞengÖrr,1984)。

特提斯构造带演化研究历史悠久,其丰硕成果世界瞩目。西特提斯的基本构造格架在古地磁和海洋磁异常等方面研究基础上得以成功构建(Smith,1971; Dewey et al.,1973);东特提斯中国段的构造-岩浆-成矿演化从20世纪80年代开始就进行了较系统研究,对于秦岭-大别(张国伟等,1996)、祁连山(许志琴等,1996)、昆仑山(殷鸿福和张克信,1997)、青藏高原和西南三江(莫宣学等,1993;潘桂棠等,1997;钟大赉,1998)均建立了造山带组成结构和演化过程的基本框架。本世纪以来科学研究更为清晰地揭示了特提斯造山带演化框架(Stampfli et al.,2002; Rosenbaum and Lister,2005; Schettino and Turco,2009)。

欧亚特提斯构造带在古生代至新生代期间,经历了冈瓦纳(Gondwana)、潘吉亚(Pangaea)和欧亚超大陆形成-裂解以及原-古-中-新特提斯洋扩张、消减与闭合过程;特提斯洋闭合导致地块与岛弧体依次拼贴和大陆增生,形成系列增生造山带,导致不同时期增生造山作用复合。新特提斯洋的闭合造成了印度、阿拉伯板块与欧亚大陆的碰撞,形成数千公里的缝合带,从土耳其西部塞浦路斯向东经过伊朗的扎格罗斯(Zagros)地区并与雅鲁藏布江缝合带相接。特提斯构造带此后经历大陆碰撞造山,碰撞造山与增生造山作用的显著复合,地壳与地幔、岩石圈与软流圈之间大规模物质与能量交换,岩石圈结构被强烈改造。

2.2 成矿系统

成矿系统是成矿理论突破的重要途径。成矿系统研究起源于20世纪70年代,是系统科学方法在矿床学中的一种创新性应用,体现了现代矿床学向系统化、全球化发展的一种趋势。成矿系统是指在一定地质时-空域中,控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程,以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体,是具有成矿功能的一个自然体系。成矿系统理论强调多因耦合与临界转换是重要的成矿作用机理,依据构造动力体制将成矿系统划分为伸展构造成矿系统类、挤压构造成矿系统类、走滑构造成矿系统类等7类(翟裕生等,1999)。Zhai and Deng(1996)基于成矿系统思想,初建了中国成矿系统构造演化动力学模型。大洋板块俯冲构造体制的成矿系统研究已较为成熟,自缝合带向陆内依次发育增生楔造山型Au矿床、大陆岛弧带斑岩型Cu-Mo-Au矿床和弧后盆地MVT型Pb-Zn矿床(Groves et al.,1998)。成矿系统也是地球动力学的有效探针(陈衍景等,2008)。

成矿系统研究适应了地球科学系统化发展趋势,已经成为国际成矿理论突破的重要途径。众多学者近期的研究工作表明,多期壳幔作用或复合造山(Muntean et al.,2011; Lee et al.,2012; Griffin et al.,2013)、深部驱动与多因耦合(Chiaradia,2014; Wilkinson,2013; Richards,2013)和临界条件与转变(Botcharnikov et al.,2011; Sun et al.,2004)是控制斑岩型、岩浆型或低温热液型等多种类型大规模成矿的重要因素。

2.3 复合成矿系统

复合成矿系统是中国区域成矿典型特色。复合成矿系统指在特定时-空域中,不同时期多种成矿作用或者同一时期不同成矿作用复合形成的成矿体系。复合成矿表现为成矿物质继承改造或成矿作用融合交叉,导致成矿元素多幕式富集,成矿空间广,成矿强度大,成矿概率增加。复合成矿系统既包括不同地质矿床间,也包括矿化系统之间的复合,分为多期复合和同期复合两类(图 3;据翟裕生等,2009修改)。根据先期与后期成矿物源关系,分为机械多期复合和继承多期复合两类。前者指先期矿体被后期矿体同位叠置,它们无物源继承关系,即物理复合。后者指先期矿体与后期矿体产于相同区域,同位或者临近,它们具共同物源或者后期成矿作用活化前期矿体或矿化,即化学复合。复合成矿作用被认为是形成世界级超大型矿床的重要因素(Frimmel,2002)。

图 3 复合成矿系统两类作用形式 多期复合型以长江中下游成矿带铜陵矿集区成矿作用为典例,石炭纪形成海相沉积喷流型(SEDEX)Fe-Au矿体,早白垩世(~140Ma)复合矽卡岩型Cu-Au-Fe矿体(据翟裕生等,2009).同期复合型以西南三江地区昌都盆地为例,始新世-渐新世(40~30Ma),隐伏岩浆活动形成系列斑岩-矽卡岩型Cu矿体,同时岩浆热驱使盆地热卤水运移,萃取地层中的Pb、Zn等金属,在有利构造部位金属卸载、沉淀形成MVT型矿体,过渡空间部位形成岩浆热液-盆地热卤水型复合矿体 Fig. 3 wo modes of the composite metallogenic system

中国大陆由多个小陆块经多期次拼接而成,现地处印度-澳大利亚板块、太平洋板块和欧亚板块的结合部位,表现出多期造山作用复合的构造动力系统。独特的复合造山构造环境使得中国大陆壳幔作用频繁,多旋回构造、沉积和岩浆活动,形成多期次造山带、叠合盆地和继承盆地,具备发生成矿作用复合的有利条件(图 4)。

图 4 特提斯主要复合成矿带分布 Fig. 4 Distribution of the major composite metallogenic system in China

复合成矿系统在中国广泛发育,类型丰富,例如:华北克拉通北缘中元古代裂谷热水沉积+古生代碳酸岩浆(白云鄂博Fe-REE矿床)、长江中下游断拗带海西期热水沉积+燕山期岩浆-热液(铜官山Cu矿床)、粤北晚古生代热水-火山沉积+燕山期岩浆-热液(大宝山Fe-Mo多金属矿床)复合成矿系统等等(翟裕生等,2009);复合成矿系统以中国西南三江地区最为典型,其作用时间长,成因类型多,空间分布集中(邓军等,2012)。

2.4 复合造山与复合成矿系统

复合造山是复合成矿系统形成的必要条件。复合造山成矿带中构造成矿单元的构造属性、变形变质、岩浆活动、沉积作用和流体特征,均随时-空发生变化。早期构造成矿带在新构造体制下发生成矿作用,使原矿床类型被复合改造,形成新的矿床类型和矿种;不同构造体制成矿作用在同一构造带复合,形成复合成矿系统。以壳幔多阶段相互作用为特征的复合造山,导致元素多期次聚集和多种地质作用复合成矿,造就复合成矿系统具有深部驱动显著、成矿时代多期、矿床类型多样、赋矿空间多层、矿化分带多变和大型-超大型矿床集中的主要特征(邓军等,2014)。

复合造山或多期壳幔相互作用对于集中成矿事件具有重要控制作用。Lee et al.(2012)指出斑岩Cu矿产生与多期壳幔相互作用有关,早期岛弧岩浆演化形成含Cu辉石岩,后期地壳增厚使含Cu辉石岩被熔融释放Cu元素而成矿;Griffin et al.(2013)提出大量成矿元素预先富集在岩石圈地幔下部,继而被上升岩浆携带至地壳而成矿;Richards(2009)Hou et al.(2013b)认为陆内斑岩型矿床的形成与早期造山新生地壳形成和晚期造山新生地壳再活化过程有关;峨眉山大火成岩省大型Fe-Ti氧化物矿床的形成被认为是地幔柱与俯冲板块交代岩石圈相互作用的结果(Hou et al.,2013a)。复合造山或多期壳幔相互作用,对于多期复合成矿的控制作用研究仍不多见。

复合成矿系统广泛发育,而复合造山对复合成矿系统的控制作用显著,其深部驱动机制仍需深入研究,包括板片俯冲与地幔部分熔融、壳幔相互作用与地壳生长、多期成矿岩浆与热液演化和浅部就位、成矿元素预富集和再活化以及地壳大型断层多期活动和导流作用等系列因素(翟裕生等,2002;邓军等,2014)。

2.5 深部驱动机制

地球深部物质组成和结构的不均一性以及深部作用过程,从根本上控制着矿产资源形成、优势矿种分布和成矿潜力差异。深部过程与成矿是指在大规模构造事件驱动下,深部物质重新分异和调整;特异壳幔结构空间展布下,含矿岩浆与热液流体沿深大断裂或破碎带运移,在其不断演化或水岩反应过程中金属元素发生富集;在地壳介质中的适当部位,即在第二成矿深度空间(500~2000m)形成大型-超大型矿床或多金属矿集区(滕吉文等,2007)。深部过程对成矿作用的控制体现了多层次性,下地幔与岩石圈层次发育地幔柱、俯冲带工厂等过程,为区带成矿主导性控制因素;壳幔过渡带具有物质与能量交换和成矿元素聚集的关键性驱动作用;深度小于5km为含矿构造和层序分布范围,驱动机制包括岩浆与流体物理化学条件转变和成矿物质就位过程。

近年来国际间实施了系列深部探测计划,如全球地学断面与超深科学钻网计划、美国大陆反射地震探测计划和地球探测计划、欧洲地学断面、俄罗斯乌拉尔造山带反射地震剖面、加拿大岩石圈计划、澳大利亚地球动力学计划和玻璃地球计划等。中国的深部地壳探测计划研究,获取了大陆岩石圈和地壳不同层次的多重物性参数,完成了深地震反射剖面,建立了大地电磁参数网和地球化学基准网,实现了科学钻探和矿集区探测(Dong et al.,2013)。澳大利亚造山型Au矿三维地震、中国长江中下游成矿带深反射地震和俄罗斯诺里尔斯克Cu-Ni矿区磁场滤波定量解译,均显示成矿带深部存在明显的构造-岩浆活动记录,指示深部过程是大规模成矿作用的重要驱动机制(Drummond et al.,2000; et al.,2013)。

大规模集中成矿与复杂多样的深部过程有密切成因,这一观点得到广泛共识,提出的深部过程包括岩石圈拆沉、板片俯冲、洋脊俯冲、板片撕裂、板块断离、平板俯冲等(Haeussler et al.,1995; Mao et al.,2003; Zhai and Santosh,2013; Deng and Wang,2015)。早白垩世西太平洋板片俯冲引发华北克拉通破坏,并引发大规模成矿(Zhu and Zheng,2009);中生代古太平洋板块的平板俯冲与板块破坏,引发华南板块地壳伸展与大花岗岩省形成,导致W、Sn、Bi和U的集中成矿(Li and Li,2007; Hu and Zhou,2012)。

3 西南三江特提斯复合造山 3.1 复合造山时空格架

西南三江特提斯造山带地处全球特提斯构造带东段以及青藏高原东南侧,其经历了古生代与中生代原-古-中-新特提斯洋闭合引发的增生造山和新生代印度-欧亚大陆汇聚导致的碰撞造山过程。

三江特提斯增生造山空间格架,以维西县为界,分为北段与南段两个构造域。北段包括拉萨、西羌塘、东羌塘和中咱四个微地块,其东临松潘-甘孜褶皱系,依次由班公湖-怒江、龙木错-双湖、金沙江和甘孜-理塘四条缝合带分隔;南段包括腾冲-保山与思茅两个微地块,其东临扬子地块,依次由昌宁-孟连和哀牢山两条缝合带分隔(图 5)。其中,龙木错-双湖和昌宁-孟连缝合带,以及金沙江和哀牢山缝合带分别是南北贯通的统一古特提斯主缝合带及其分支。区域岩浆活动集中发育于七个岩浆岩带,包括义敦岛弧、江达-维西、雅轩桥、开心岭-竹卡、云县-景谷、腾冲-保山和东拉萨岩浆岩带(Deng et al.,2014a)。碰撞造山空间结构可总结为:一个盆地褶断系(兰坪-思茅盆地褶断系)与三大剪切带(哀牢山、崇山和高黎贡山剪切带)。此外,还包括五个岩浆岩带,即波密-察隅、腾梁、崇山、沧源和金沙江-哀牢山岩浆岩带(Deng et al.,2014b)。

图 5 东南亚陆块与缝合带分布(a,据Metcalfe,20112013)和三江造山带构造格架(b,据Deng et al.,2014a) Fig. 5 Distribution of principal continental blocks and sutures of Southeast Asia(a,modified after Metcalfe,20112013)and tectonic framework of the Sanjiang region showing the major continental blocks,suture zones,localities of dated ultrabasic-basic rocks(including oceanic ridge granites)(b,modified after Deng et al.,2014a)

三江地区各个微地块被认为解离自冈瓦纳大陆边缘,然而继承于冈瓦纳大陆的古老物质一直未发现,Li et al.(2015a)通过大量花岗岩年代学和Hf同位素研究,首次在保山地块发现冥古宙(>4.0Ga)地壳基底物质。西南三江地区新发现了原特提斯洋存在证据,包括昌宁-孟连缝合带奥陶纪蛇绿岩套(473~439Ma)(Wang et al.,2013)、保山-腾冲地块奥陶纪俯冲和后碰撞成因岩浆岩(502~455Ma)(Wang et al.,2013; Li et al.,2016)和印支地块志留纪弧火山岩(421~419Ma)(Lehmann et al.,2013),证实了昌宁-孟连缝合带东侧南林山与半坡镁铁质-超镁铁质岩体具有典型的弧岩浆岩特征,界定了古特提主洋的空间分布和俯冲作用(Li et al.,2012)。扬子板块和印支地块北段分界线位置备受争议,基于早古生地层碎屑锆石与晚二叠世岩体继承锆石的研究,重新划定哀牢山缝合带的位置,对于探讨特提斯构造演化对扬子板块西缘控制作用有重要参考价值(Wang et al.,2014b)。碎屑锆石研究证实特提斯构造缝合带为扬子板块西缘三叠系沉积物源区(Yang et al.,2012)。Wang et al.(2013c)阐释了特提斯构造演化对扬子板块西缘地质作用的重要控制作用。研究发现燕山期花岗岩浆活动与成矿作用在西南特提斯构造域广泛发育,东部沿义敦岛弧、扬子板块西缘延伸至滇琼缝合带(如个旧Sn矿床成矿岩体),西部分布于保山-腾冲地块(如铁厂Sn矿床成矿岩体),其远离特提斯俯冲带,可能为陆内造山背景下形成的大规模花岗岩省,并叠加于早期特提斯构造-岩浆带之上(邓军等,2011)。

Zhu et al.(2013)通过对青藏高原特提斯演化研究,建立了青藏高原特提斯构造演化框架。Deng et al.(2014a)对西南三江特提斯构造演化作了系统论述,揭示了原-古-中-新特提斯洋开启、俯冲和闭合的历程及其岩石学记录,并系统阐释了特提斯演化对多种类型成矿作用的控制作用,证实西南三江与青藏高原特提斯构造演化时空框架具有可对比性。

青藏高原大陆碰撞造山具有主碰撞(65~41Ma)、晚碰撞(40~26Ma)和后碰撞(25~0Ma)三阶段连续演化模式(侯增谦等,2006)。青藏高原造山作用对于欧亚造山带浅部变形和深部物质迁移有重要影响,并不断有新的理论模式提出,如地壳隧道流模式(Royden et al.,2008; Yin and Harrison,2000)。西南三江斜向碰撞带及周缘地区的构造变形成为研究焦点,碰撞造山作用使特提斯造山带陆内构造变形强烈,引发三江造山带扭折、印支地块逃逸和大规模剪切作用(Leloup et al.,1995; Royden et al.,2008; 邓军等,2010; Deng et al.,2014b)。 不同地区造山带研究显示,特提斯构造带经历多期大洋闭合与地块增生过程,后受到大陆碰撞的复合,增生-碰撞复合造山过程突出。特提斯大洋闭合之后构造经历大陆碰撞造山作用的改造,导致地形隆升、大型剪切带形成和岩浆活动。地质演化复杂多样,诸如大洋开启-大陆裂解、大洋俯冲-物质循环、板块拼接-大陆增生、陆内变形-盆地沉降、板块逃逸-构造走滑和大陆俯冲-地形隆升等。西南三江造山带深部存在多期大洋板片俯冲-断离与岩石圈地幔富集-活化,板块拼贴、流体交代、岩浆作用和构造挤压导致岩石圈物质组成与结构复杂。浅表盆地经历剥蚀沉积-流体汇集-物质继承的演化过程(邓军等,2014)。

三江特提斯构造域构造格架继承与改造、复合造山作用突出,完整地记录了冈瓦纳与潘吉亚大陆裂解-增生和欧亚大陆聚合的演化历史,可谓是特提斯构造演化的典型缩影,其也是新生代东南亚构造变形与深部活动的重要引擎,在全球构造演化中的地位举足轻重(邓军等,2011;Metcalfe,2011)。多期构造叠加使地块构造边界模糊,岩石记录缺失,深部地壳结构和浅表构造变形复杂,复合造山过程恢复难度大,为国际构造动力学研究的热点地区(Burchfiel and Chen,2012; Cocks and Torsvik,2013; Metcalfe,2013; Deng et al.,2014a,b)。

3.2 增生造山多旋回演化

Deng et al.(2014a)基于下列研究:(1)统计蛇绿岩套中岩浆岩锆石U-Pb年龄和放射虫硅质岩年龄,确定特提斯洋开启与存在的时限;(2)俯冲型岩浆岩(包括弧岩浆岩和俯冲型洋壳)锆石U-Pb年龄与高压变质岩Ar-Ar年龄,确定大洋消减时限;(3)陆陆碰撞型岩浆岩锆石U-Pb年龄与地层不整合时代限定大洋闭合时限,系统地创立了三江特提斯增生造山原-古-中-新特提斯时间演化历程。结合最近发表的多元古地理再造资料,包括古地磁学(Li et al.,2004; Torsvik and Cocks,2009; Ali et al.,2013)、古生物学(Burrett et al.,1990; Fortey,1997; Wang et al.,2013d; Metcalfe and Aung,2014)、构造地层学(Stauffer and Lee,1986; Jiang et al.,2003; Myrow et al.,2003; McKen et al.,2011)、古环境学(Waterhouse,1982; Rao,1988; Dopieralska et al.,2012)、碎屑锆石示踪(Gehre et al.,2011; Zhu et al.,2011; Guynn et al.,2012; McQuarrie et al.,2013; Burrett et al.,2014)和地壳基底年龄比对(Li et al,2015a)等,本文总结三江特提斯微地块裂解、漂移和拼贴的多旋回增生造山过程如下。

3.2.1 原特提斯旋回

原特提斯洋包括北段龙木错-双湖洋和南段昌宁-孟连洋。龙木错-双湖洋至少在早寒武世已经开始俯冲于西羌塘和拉萨地块之下,导致早寒武世-早奥陶世的弧岩浆活动与早奥陶世-寒武纪地层角度不整合(李才等,2010; Zhu et al.,2012)。昌宁-孟连洋于中寒武世或之前俯冲于保山-腾冲地块之下,形成了中寒武世-晚奥陶世的弧岩浆岩和早-中奥陶世局部地层角度不整合(Wang et al.,2013b)。早古生代末期,原特提斯洋闭合,印支地块、东羌塘地块和华南板块增生于冈瓦纳大陆边缘(Cawood et al.,20072013)。值得注意的是,晚奥陶世-中志留世,思茅地块西侧云县-景谷带出现俯冲型火山岩,可能与外围原特提斯洋板片顺次消减作用相关(Lehmann et al.,2013; Nie et al.,2015)。

3.2.2 古特提斯旋回

古特提斯洋呈现一个主支(北段龙木错-双湖洋和南段昌宁-孟连洋)与两个分支(金沙江-哀牢山洋和甘孜-理塘洋)。早-中泥盆世,昌宁-孟连洋开始扩张,金沙江-哀牢山洋与甘孜-理塘洋近于同时开启,昌都-思茅地块、中咱地块与华南板块从印度-冈瓦纳大陆北缘裂解并向北漂移;晚石炭世末,古特提斯洋消减伊始,昌宁-孟连洋东向俯冲,金沙江-哀牢山洋西向俯冲;中三叠世,昌宁-孟连洋与金沙江-哀牢山洋闭合,保山地块、思茅地块与华南地块拼合,同时甘孜-理塘洋开始西向俯冲,最终于晚三叠世末期闭合,中咱地块与松潘-甘孜带拼合。

3.2.3 中特提斯旋回

中特提斯洋呈现一个主支,即怒江洋。它于晚石炭世末期开启,西羌塘地块与腾冲-保山地块裂解并向北漂移,西羌塘地块源于印度大陆边缘,而腾冲-保山地块源于澳大利亚大陆边缘,中三叠世怒江洋发生西向与东向俯冲,于早白垩世关闭,拉萨地块与西羌塘地块拼合。

3.2.4 新特提斯旋回

新特提斯洋,即印度河-雅鲁藏布江洋。洋盆于中三叠世开启,拉萨地块从澳大利亚大陆西北缘漂移出来,早白垩世北向俯冲,于古近纪关闭,印度与欧亚大陆拼合。

特提斯洋演化过程呈现出了极富规律的耦合现象。古特提斯洋自中泥盆世开启,并逐渐扩张成大洋,石炭纪时洋盆规模达到顶峰,晚石炭-早二叠世开始明显俯冲消减。古特提斯俯冲伊始时间与中特提斯(怒江洋)开启时间(早二叠世)基本一致。古特提斯洋于中三叠世闭合,导致微地块增生,其与中特提斯俯冲伊始时间,以及新特提斯洋的开启时间很好的吻合。中特提斯洋闭合于晚白垩世,与新特提斯洋俯冲高峰期的时代基本一致,反映大洋俯冲消减为中国西南特提斯微地块漂移运动的驱动机制。

3.3 碰撞造山演化

Deng et al.(2014b)综合西南特提斯碰撞造山新生代构造演化、岩浆活动与成矿作用,总结出挤压-拉伸作用控制的四期交替式演化过程(图 6):(1) 挤压褶皱期(>45Ma)。印度-欧亚陆陆软碰撞引起盆地大规模褶皱与逆冲推覆作用以及中地壳尺度水平剪切作用;(2) 拆沉伸展期(44~32Ma)。印度-欧亚陆陆硬碰撞,金沙江-哀牢山缝合带及其附近岩石圈加厚,岩石圈地幔发生穿时拆沉作用,导致软流圈上涌和壳幔强烈作用,缝合带附近地块深部新生下地壳普遍发生部分熔融,形成区域大规模钾质岩浆带;(3) 挤压走滑期(31~13Ma)。华南板块向印支地块俯冲,导致三江地区各微地块发生顺时针旋转与南东向逃逸;新生代三大剪切带,即高黎贡山、崇山和雪龙山-点苍山-哀牢山剪切带发生大规模滑移运动;(4) 伸展旋扭期(12~0Ma)。拉伸作用引发三江地区裂陷,系列NE向断裂发生左行张扭性活动,地壳物质顺时针旋扭。

图 6 三江地区陆陆碰撞造山四期演化过程(据Deng et al.,2014b) (a)挤压褶皱期;(b)拆沉伸展期;(c)挤压走滑期;(d)伸展旋钮期.ASSZ-哀牢山剪切带;CSZ-崇山剪切带;DBPF-奠边府断裂;GLSZ-高黎贡山剪切带;JLF-嘉黎断裂;NTF-南汀河断裂;SGSZ-实皆断裂;WDF-畹町断裂 Fig. 6 Phased crust deformation and ore deposit development in the Sanjiang region,resulted by the India-Eurasia continental collision in the Cenozoic(after Deng et al.,2014b)

四期交替式演化过程构造应力环境依次以挤压、伸展、压扭和张扭为特征,挤压-伸展转变被认为是由控制西南特提斯新生代地质过程的外围构造环境的变化而导致。第一次变化与印度-欧亚陆陆软碰撞向硬碰撞转变有关,挤压作用使古特提斯缝合带周缘陆块岩石圈增厚,印度大陆前端的新特提斯洋板片断离,软流圈拐角流诱发加厚岩石圈地幔发生拆沉作用,区域构造应力场由挤压转为伸展;第二次变化与华南板块向印支地块的俯冲作用有关,华南沿发生拆沉后的薄弱带俯冲,构造应力场由伸展转为挤压。第三次变化主要受控于印度-欧亚陆陆后碰撞作用导致的应力稳步释放和印度洋板片的俯冲作用。

前述概括了西南三江造山带古生代和中生代特提斯洋俯冲-闭合和新生代印度-欧亚陆陆碰撞导致的岩石圈结构特征,其主要表现出:聚集的小地块、平行的缝合带、俯冲-碰撞过程中加厚的地壳与变质岩石圈、陆块边缘构造再活化以及前陆盆地中心大规模逆冲-褶皱等现象。古缝合带及附近新生代产生由地壳和地幔部分熔融形成的岩浆岩。大规模剪切带部分叠覆于古缝合带上,肢解其蛇绿岩套,抬升并剥露中-下地壳变质岩,聚集大量、多种金属物质并成矿(图 7)。

图 7 三江造山带多期地质作用产物复合特征代表性剖面(剖面位置见图 5)(据Burchfiel and Chen,2012; Deng et al.,2014ab) Fig. 7 Typical profiles(profiles location seen in Fig. 5)showing the composition of multiple geological results in the Sanjiang region(after Burchfiel and Chen,2012; Deng et al.,2014ab)
3.4 复合造山构造转换

三江造山带构造格架经历多期继承、复合、改造和重置过程,构造体制转换突出,其受控于区域复合造山形成岩石圈结构、周缘多个造山带演化,体现为构造环境、岩浆类型、构造应力场以及构造变形特征的转变;构造体制转换类型多样,主要包括三期(图 8图 9图 10):

图 8 增生造山过程中的构造体制转换与成矿 Fig. 8 Tectonic transformation and related metallogenesis in the pre-Cenozoic accretionary orogeny
图 9 增生-碰撞造山构造体制转换与成矿 Fig. 9 Tectonic transformation from the pre-Cenozoic accretionary orogeny to Cenozoic collisional orogeny and resultant metallogenesis
图 10 碰撞造山过程中的构造体制转换与成矿 Fig. 10 Tectonic transformation and related metallogenesis in the Cenozoic collisional orogeny

(1) 增生造山过程中的构造体制转换(260~230Ma):古特提斯大洋俯冲→大洋闭合,随着古特提斯昌宁-孟连、龙木错-双湖、金沙江、哀牢山以及甘孜-理塘洋的在晚二叠世-中三叠世的逐次关闭,滇缅泰马、印支、华南、羌塘等微陆块增生,形成三江多陆块拼接体式结构,指示构造环境从以大洋演化为主转换为以大陆演化为主;构造体制从古特提斯洋板片俯冲-地壳挤压转换为洋板片断离-地壳伸展,岩浆岩从岛弧型为主过渡到陆内S型花岗岩类为主(图 8)。

(2) 增生-碰撞造山构造体制转换(55~45Ma):由特提斯大洋俯冲→印度-欧亚陆陆碰撞。先由新特提斯洋板片俯冲到印度-欧亚陆陆碰撞(~55Ma),区域岩石圈发生挤压褶皱。继而受印度-欧亚陆陆软碰撞到硬碰撞转换的制约,新特提斯洋板片断离,三江地区从挤压褶皱期过渡到拆沉伸展期(~45Ma),岩浆岩由岛弧型和S型花岗岩类为主过渡为以钾质岩浆岩为主(图 9)。

(3) 碰撞造山过程中的构造体制转换(~32Ma):岩石圈拆沉→陆陆俯冲,承接于增厚岩石圈拆沉,印度大陆向拉萨地块和西缅地块俯冲,而华南板块向印支地块俯冲,在双边陆陆碰撞挤压作用下,印支板块逃逸,大规模剪切活动发生,大量淡色花岗岩沿剪切带分布,盆地内部流体循环活跃(图 10)。

4 西南三江特提斯成矿系统 4.1 成矿系统划分与演化

西南三江特提斯构造带在增生造山与碰撞造山过程中,特别是增生造山向碰撞造山的转换与碰撞造山挤压时期向伸展时期的转换过程中,巨量金属成矿物质在一定地质时期内于特定空间部位发生集聚,形成多样化复杂金属成矿系统。西南特提斯复合造山成矿的主体特征可概述为,"同一构造过程中的成矿多段性,伸展体系内的热液活动长期性,构造转换与剪切下成矿突发性,同一构造背景下的成矿多样性,矿带-矿田多尺度矿化复杂性,复杂构造带内多期成矿叠加性"。增生造山和碰撞造山两大构造-成矿体系中,古特提斯旋回和碰撞造山期形成区域最重要的矿床/带,充分展示出成矿作用与成矿强度在时间演化上的差异性与不均匀性。增生造山作用不同时期(洋盆发育期、洋陆俯冲期、造山后地壳重熔期与后造山走滑及伸展期),以及陆陆斜向碰撞作用的挤压褶皱、拆沉伸展、挤压走滑与伸展旋扭期,均有不同特色成矿系统的形成(图 11)。

图 11 三江特提斯造山带成矿系统时空组成 Fig. 11 Temporal-spatial framework of the metallogenic systems in the Sanjiang region
4.1.1 增生造山成矿系统

对应于增生造山原、古、中和新特提斯四大演化旋回,依次划分了原、古、中和新特提斯成矿系统。增生造山期主要矿床(点)的分布见图 12

图 12 三江地区增生造山期主要矿床(点)分布(据Deng et al.,2014a) 1-鸡岭Sn矿床; 2-硐中达Sn多金属矿床; 3-丁钦弄Ag多金属矿床; 4-加多岭Fe矿床; 5-嘎衣穷Ag多金属矿床; 6-胜莫隆Ag多金属矿床; 7-嘎拉Au矿床; 8-摘龙Sn矿床; 9-塞北弄Sn-W矿床; 10-嘎村Ag多金属矿床; 11-农都柯Au-Ag矿床; 12-雄龙西Au 矿床; 13-措莫隆Sn多金属矿床; 14-亥隆Sn多金属矿床; 15-连龙西支沟Sn-Zn多金属矿床; 16-夏塞Ag多金属矿床; 17-供额措Sn多金属矿床; 18-阿加隆洼Au矿床; 19-纳交系Pb-Zn矿床; 20-莽总Ag多金属 矿床; 21-纳学Cu矿床; 22-竹糯W矿床; 23-羊拉Cu-Pb-Zn矿床; 24-鲁春Cu-Pb-Zn矿床; 25-休瓦促W-Mo矿床; 26-热林Ag多金属矿床; 27-耳泽Au 矿床; 28-梭罗沟 Au 矿床; 29-欠虽Fe-Cu矿床 ; 30-浪都Cu矿床; 31-滥泥塘Cu-Au矿床; 32-红山Cu-Mo-Pb-Zn矿床; 33-雪鸡坪Cu矿床; 34-普朗Cu-Mo矿床; 35-春都Cu矿床; 36-拖顶Pb-Zn矿床; 37-铜厂沟Mo-Cu矿床; 38-巴基Sn矿床; 39-三家村Pb-Zn矿床; 40-石缸河Sn-W矿床; 41-分水岭Fe-Cu矿床; 42-云龙Sn-W矿床; 43-大雪山Ni-Cu矿床; 44-核桃坪Pb-Zn-Cu矿床; 45-金厂河Pb-Zn-Cu矿床; 46-滇滩Fe矿床; 47-小龙河-大松坡Sn矿床; 48-甲骨山Sn多金属矿床; 49-大硐厂Pb-Zn矿床; 50-灯草坝Sn矿床; 51-铁窑山Fe-Sn矿床; 52-宝华山Sn矿床; 53-槽子凹Pb-Zn矿床; 54-百花脑稀有金属矿床; 55-新岐Sn-W矿床; 56-老坪山Sn-W矿床; 57-来利山Sn-W矿床; 58-二坤山Pb-Zn矿床; 59-西邑Pb-Zn 矿床; 60-薅坝地Sn矿床; 61-东山Pb-Zn矿床; 62-硐河Sn矿床; 63-杨梅田Cu矿床; 64-大矿山Pb-Zn矿床; 65-勐糯Pb-Zn矿床; 66-铜厂街Cu矿床; 67-芦子园Pb-Zn-Cu矿床; 68-乌木兰Sn矿床; 69-小干沟Au矿床; 70-金厂Au矿床; 71-威红毛岭Sn矿床; 72-阿莫Sn-W矿床; 73-老厂Pb-Zn矿床; 74-大坪掌Cu-Zn矿床; 75-凹子寨Sn矿床; 76-惠民Fe矿床; 77-三达山Cu矿床; 78-布朗山Sn矿床; 79-勐宋Sn矿床 Fig. 12 Spatial distribution of mineral deposits related to the evolution of Tethys oceans in the Sanjiang region(after Deng et al.,2014a

原特提斯成矿系统主要包括:(a)VMS型Cu成矿系统,发育于思茅地块西侧之云县-景谷岩浆岩带,如大坪掌Cu矿床,与洋板片俯冲上盘地块裂谷作用相关;(b)条带状含铁建造(BIF)型Fe成矿系统,发育于云县-景谷岩浆岩带,如惠民Fe矿床。

古特提斯成矿系统主要包括:(a)VMS型Cu-Pb-Zn-Ag多金属成矿系统,发育于古缝合带与相应的火山岩浆弧内,如昌宁-孟连缝合带、金沙江缝合带、江达-维西火山-岩浆弧和义敦岛弧等,主要与洋中脊扩展作用(如铜厂街Cu矿床和羊拉Cu-Zn矿床)、洋岛火山活动(如老厂Pb-Zn-Ag矿床)和弧间裂谷作用相关(如嘎村、嘎衣穷Ag多金属矿床及鲁春Cu-Pb-Zn矿床);(b)斑岩型Cu-Mo-Au成矿系统,主要发育于义敦岛弧内,与甘孜-理塘洋壳西向俯冲作用导致的岛弧岩浆活动相关,如普朗和雪鸡坪Cu-Mo-Au矿床;(c)Sn多金属成矿系统,发育于临沧-景谷岩浆岩带边部,与后造山地壳重熔作用形成的花岗岩类(临沧花岗岩基)侵位作用相关,如松山和布朗山Sn矿床;(d)矽卡岩型Cu多金属成矿系统,如发育于金沙江缝合带内羊拉矿床晚期Cu多金属矿化,与金沙江缝合带闭合后伸展作用相关。

中-新特提斯成矿系统主要包括:(a)矽卡岩型/云英岩型Sn多金属成矿系统,主要发育于冈底斯-腾冲火山-岩浆弧及保山地块北部,与造山后地壳重熔作用形成的花岗质岩浆活动相关,如大松坡-小龙河Sn矿床;(b)矽卡岩型/岩浆热液型Pb-Zn-Cu-Ag-Hg多金属成矿系统,主要发育于保山地块内部,与造山后地壳减压伸展作用而导致的中酸性岩浆活动相关,如核桃坪、金厂河和芦子园Pb-Zn-Cu矿床、杨梅田Cu矿床、小干沟Au矿床及水银厂Hg矿床;(c)岩浆热液型/斑岩型/矽卡岩型W-Sn-Mo-Ag-Pb-Zn多金属成矿系统,发育于义敦岛弧(如休瓦促W-Mo矿床、夏塞Ag多金属矿床及丁钦弄Ag多金属矿床)和保山-腾冲地块(小龙河、新歧和云龙Sn矿床等),主要与加厚地壳减压熔融作用形成的花岗质岩浆活动相关。燕山期一直以来被认为是三江特提斯增生造山作用向陆陆碰撞造山作用的转换时期。最来研究表明,燕山期本身也具有复杂的成矿多样性,除部分矿床形成于晚印支期后造山伸背景外(传统的构造转换时期),不少晚燕山期矿床表现出与地壳挤压加厚作用导致的岩浆活动相关,如形成于80~70Ma的腾冲地块Sn矿床和义敦岛弧W-Mo-Ag多金属矿床等;(d)造山型Au成矿系统,甘孜-理塘缝合带剪切带型Au成矿系统,如阿加隆洼Au矿床、雄龙西Au矿床等;(e)岩浆熔离型Ni-Cu成矿系统,发育于保山地块内部,与中特提斯洋开启初期冈瓦纳大陆北缘伸展裂谷作用相关,如大雪山Ni-Cu矿床。

4.1.2 碰撞造山成矿系统

对应于碰撞造山四期演化过程,依次划分了挤压褶皱、拆沉伸展、挤压走滑和伸展旋扭四期成矿系统(图 11)。碰撞造山期主要矿床(点)的分布见图 13

图 13 三江地区碰撞造山期主要矿床(点)分布(据Deng et al.,2014b) 1-摘龙Sn矿床; 2-塞北弄Sn矿床; 3-赵发涌Pb-Zn矿床; 4-拉拢拉Pb-Zn矿床; 5-南越拉Pb-Zn矿床; 6-玉龙Cu-Mo-Au矿床; 7-扎拉尕Cu-Mo-Au矿床; 8-滨达Sb-Ag-Pb-Zn矿床; 9-莽总Cu-Mo-Au矿床; 10-多霞松多Cu-Mo-Au矿床; 11-马拉松多 Cu-Mo-Au矿床; 12-干中雄Pb-Zn矿床; 13-拉诺玛Pb-Zn-Sb矿床; 14-各贡弄Cu-Au矿床; 15-东炉房Cu-Au矿床; 16-白牛厂Au-Cu矿床; 17-西范坪Cu-Au矿床; 18-麻花坪W-Be矿床; 19-白秧坪Ag多金属矿床; 20-吴底厂Ag多金属矿床; 21-李子坪Ag多金属矿床; 22-富隆厂Ag多金属矿床; 23-区吾Ag矿床; 24-菜子地Pb-Zn矿床; 25-小格拉Cu矿床; 26-科登涧Cu-Co矿床; 27-大华Cu矿床; 28-三山Ag多金属矿床; 29-老君山Pb-Zn矿床; 30-连城Cu矿床; 31-金满Cu矿床; 32-金顶Pb-Zn矿床; 33-白洋厂Cu-Ag矿床; 34-北衙 Au-Cu矿床; 35-小龙潭Cu矿床; 36-马厂箐Cu-Mo-Au矿床; 37-姚安Au矿床; 38-扎村Au矿床; 39-水泄Cu-Co矿床; 40-来利山Sn-W矿床; 41-两河Au矿床; 42-小水井Au矿床; 43-大寨Ge矿床; 44-中寨Ge矿床; 45-镇沅Au矿床; 46-登海山Cu矿床; 47-金腊Pb-Zn-Cu矿床; 48-白龙厂Cu-Pb-Zn矿床; 49-萝卜山Pb-Zn矿床; 50-阿莫Sn-W矿床; 51-班哲Sn-W矿床; 52-老厂Mo-Cu矿床; 53-厂硐河Cu-Ag矿床; 54-勐满Au矿床; 55-易田Pb-Zn矿床; 56-长安Au矿床; 57-大坪Au矿床; 58-哈播Cu-Au矿床; 59-铜厂Cu-Au矿床 Spatial distribution of mineral deposits related to the Cenozoic tectonic evolution in the Sanjiang region(after Deng et al.,2014b)

挤压褶皱期成矿系统主要包括:(a)矽卡岩型/云英岩型Sn多金属-REE成矿系统,主要发育于冈底斯-腾冲火山-岩浆弧及保山地块北东边缘,与碰撞挤压作用过程中地壳活化导致的花岗岩侵位活动相关,如来利山和薅坝地Sn-W矿床及百花脑REE矿床;(b)盆地热卤水型/岩浆热液型Cu多金属成矿系统,主要发育于兰坪-思茅地块西侧,与地壳活化导致的中酸性隐伏岩浆活动相关(如金满Cu矿床和连城Cu-Mo矿床)。

拆沉伸展期成矿系统主要包括:钾质斑岩型Cu-Mo-Au成矿系统,主要沿金沙江-哀牢山缝合带及其附近发育。增厚岩石圈地幔发生拆沉,诱发软流圈上涌,由此带来的热量诱发新生下地壳发生部分熔融,导致了钾质斑岩和相关斑岩型矿床的形成,如北段的玉龙Cu-Mo矿床、马拉松多Cu-Mo矿床,中段的北衙Au-Fe-Cu矿床、马厂箐Cu-Mo-Au矿床和南段哈播Cu-Au矿床、铜厂Cu-Au矿床。

挤压走滑期成矿系统主要包括:(a)盆地热卤水型Pb-Zn-Cu-Ag-Au-Sb多金属成矿系统,主要发育于昌都-兰坪-思茅地块,与构造-热驱动造成的盆地热卤水的活动相关,例如金顶、赵发涌和拉诺玛Pb-Zn矿床、区吾Ag矿床、扎村Au矿床及笔架山Sb矿床;(b)碰撞造山型Au成矿系统,主要发育于哀牢山缝合带,与哀牢山断裂大规模走滑作用导致的壳幔相互作用相关,如镇沅、大坪及长安Au矿床等。Deng et al.(2015a)最近提出哀牢山造山型Au成矿活动受岩石圈拆沉伸展作用和承接的大陆俯冲作用共同驱使。

伸展旋扭期成矿系统主要包括:(a)热泉型Au成矿系统,发育于腾冲地块和思茅地块西侧临沧地区,包括两河Au矿床、勐满Au矿床等;(b)盆地热卤水型稀有金属成矿系统,发育于思茅地块西侧临沧地区,如大寨、中寨Ge矿床等;(c)红土型Co-Ni-(Au)成矿系统,发育于哀牢山缝合带与临沧地区等,如墨江Au-Ni矿床、勐满红土型Au矿床等。

4.2 成矿系统特色 4.2.1 多样化成矿类型

三江地区成矿系统多样,独具特色矿床类型,构造转换成矿与叠加成矿作用显著,矿床保存条件良好,并且具有成矿大器晚成、超大型矿床多、矿床集约度高等特点。四类VMS型多金属矿床,包括洋岛型、弧后盆地型、上叠裂谷型和陆内裂谷型;两类斑岩型Cu-Au-Mo矿床,包括俯冲型和碰撞型;三类盆地容矿Cu-Pb-Zn矿床,包括金顶式、脉状铜矿和脉状铅锌矿;三类岩浆热液型Sn-W矿床,包括云英岩型、矽卡岩型和热液脉型;两类中低温热液型金矿床,包括造山型和类卡林型。

各大地构造分区由于在形成机制、基底与盖层物质成分、构造演化与成矿作用方式等方面的不同,造成明显的成矿系统空间差异性。例如VMS型Cu-Pb-Zn-Ag-Au成矿系统分布在古缝合带及相应的火山-岩浆弧中;沉积岩容矿围岩型Pb-Zn-Cu-Ag-Sb-Hg矿床主要分布在稳定地块内部,如昌都-兰坪-思茅地块和保山地块;斑岩型Cu-Au-Mo多金属成矿系统主要分布在德格-乡城火山-岩浆弧、扬子地台西缘及哀牢山缝合带南缘;碰撞造山型Au成矿系统产于哀牢山缝合带和甘孜-理塘缝合带内部;矽卡岩型/绢英岩型Sn多金属矿床主要分布在冈底斯-腾冲火山-岩浆弧及保山地块北部;热泉型Au成矿系统发育于临沧景谷复合弧南缘与冈底斯-腾冲火山-岩浆弧内部等。

4.2.2 构造转换成矿作用

三江地区经历了增生造山与碰撞造山两大类构造事件,不同构造体制转换控制着区域成矿作用的类型与时空分布(图 8图 9图 10)。

(1) 增生造山过程中的构造体制转换(260~230Ma):由上叠式VMS型、俯冲斑岩型矿床为主过渡为与板内过铝质岩浆有关的Sn-W矿、陆内裂谷VMS型为主。如德钦矽卡岩Cu多金属成矿带(如羊拉Cu矿床,~235Ma;鲁春Cu矿床,~245Ma),系金沙江缝合带后碰撞岩浆活动产物;临沧Sn成矿带(如松山、布朗山及勐宋Sn矿床,~220Ma),与临沧岩基晚期高分异岩浆活动有关,系昌宁-孟连缝合带后碰撞伸展作用产物(图 8);

(2) 增生-碰撞造山构造体制转换(55~45Ma):由岩浆热液型Sn-W矿床为主过渡到与富碱斑岩有关的Cu-Mo-Au矿床以及盆地内部与岩浆热液有关脉状铜矿床(图 9);

(3) 碰撞造山过程中构造体制转换(~32 Ma):由于大型构造走滑作用形成断裂,促进流体循环并沟通深浅矿源层,形成哀牢山造山型金矿床、盆地内金顶式Pb-Zn矿床以及脉状Pb-Zn矿床(图 10)。

4.3 典型复合成矿系统

增生-碰撞复合造山使西南三江特提斯构造域复合成矿作用突出,成为中国最重要的多金属富集区和全球罕见的多金属成矿省。近年来大型-超大型矿床不断有新发现,成矿远景区找矿取得新突破,资源增储显著。

西南三江特提斯原-古-中-新特提斯洋演化中,在弧后盆地、洋岛、上叠裂谷盆地和大陆边缘裂谷盆地等沉积环境,形成大量海底喷流型矿床,并于岛弧和陆缘弧形成斑岩型和矽卡岩型矿床,矿床保存于构造缝合带及两侧岩浆弧带和弧后盆地内;燕山期陆内花岗岩有关的斑岩-矽卡岩矿床在三江地块与岛弧内广泛发育;碰撞造山背景下,大规模剪切作用和岩浆活动沿构造缝合带发生,大型逆冲推覆和走滑构造在沉积盆地发育,形成富碱斑岩型Au-Cu-Mo、MVT型Pb-Zn和造山型Au等矿床。复合造山过程中,多种类型和时代成矿作用在特提斯缝合带、岛弧体和地块内广泛、高强度地复合。典型的复合成矿系统包括增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag、增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W、碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型Pb-Zn-Ag-Cu和碰撞造山斑岩-矽卡岩型Au-Cu-Mo四类典型复合成矿系统(表 1),其中复合成矿作用于矿带-矿床-矿体-矿石多个尺度普遍存在。

表 1 三江特提斯典型复合成矿系统类型与主要特征 Table 1 Types and major features of the important composite metallogenic systems in the Sanjiang Tethyan domain,SW China

增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag复合成矿系统,包括金沙江-哀牢山缝合带羊拉-鲁春Cu-Pb-Zn矿田和昌宁-孟连缝合带老厂-大坪掌Cu-Pb-Zn-Ag矿田,均属于机械多期复合型成矿系统。①羊拉-鲁春矿田形成于古特提斯金沙江分支洋和陆内裂谷环境。VMS型Cu-Fe矿体赋存于洋中脊火山-沉积碎屑岩中(以羊拉矿床为例),容矿玄武安山岩锆石U-Pb年龄296.1±7.0 Ma(Zhan et al.,1999);VMS型Cu-Pb-Zn矿体形成于大洋闭合后的陆内裂谷环境(以鲁春矿床为例),容矿流纹岩LA-ICP-MS锆石U–Pb年龄249~247Ma(王保第等,2011);VMS矿体被矽卡岩型Cu-Pb-Zn矿体叠加,辉钼矿Re-Os年龄集中在231~228Ma(王彦斌等,2010)。②老厂-大坪掌矿田形成于原特提斯洋和古特提斯主洋演化背景。VMS型Cu-Zn矿体赋存于原特提斯弧后盆地双峰式火山岩中(以大坪掌矿床为例),矿石Re-Os等时线年龄429±10Ma(Lehmann et al.,2013);VMS型Cu-Zn矿体发育在古特提斯洋岛环境火山岩中(以老厂矿床为例),SHRIMP锆石U-Pb年龄为323.6±2.8Ma(陈觅等,2010)。矿田发育斑岩-矽卡岩型Cu-Mo矿体,辉钼矿Re-Os等时线年龄43.8±0.8Ma(陈珲等,2010)。

增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W复合成矿系统,主要分布于义敦岛弧Cu-Mo-W成矿带和保山-腾冲Sn-Pb-Zn-Cu成矿带。①义敦岛弧成矿带发育有增生造山印支期和燕山期花岗岩类岩石,印支期斑岩成矿时限为230~199Ma,以Cu-Mo为主(Li et al.,2011);燕山期岩体成矿年龄集中于80Ma,以Mo-W为主;两期斑岩成矿在红山Cu矿床叠加明显(李文昌等,2011),岩石地球化学特征显示后期斑岩继承前期斑岩源区物质(Yang et al.,2016),因此可以归纳为继承多期复合型成矿系统。②保山-腾冲成矿带主体发育燕山期和喜马拉雅山期与S型花岗岩有关矽卡岩型Cu-Fe-Pb-Zn和矽卡岩-云英岩型Sn-W-稀有金属矿床,成矿时代主要峰值为120Ma、75Ma和55Ma(Wang et al.,2014a),多期矽卡岩-云英岩型成矿作用存在复合现象;与新特提斯洋片俯冲有关的云英岩型来利山矿床,Sn矿体产于断层破碎带内,矿石包含残余的块状硫化物,表明云英岩型Sn矿体复合于早期矿体之上(Hou et al.,2007),属于机械多期复合型成矿系统。 碰撞造山盆地卤水岩浆热液型Pb-Zn-Ag-Cu复合成矿系统,主要分布于昌都兰坪盆地。兰坪盆地发育与岩浆热液有关的金满-连城Cu-Mo矿田,辉钼矿Re–Os年龄为47.8±1.8Ma(Zhang et al.,2013);金顶超大型MVT型Pb-Zn矿床包括含金属热卤水和大气降水两种成矿流体(Tang et al.,2014b);白秧坪矿田发生过两次热液成矿事件,早期为古新世末-始新世初期以Cu为主的矿化,晚期为始新世末-渐新世初期与盆地卤水有关的Pb-Zn矿化(He et al.,2009),两期矿化事件在富隆厂和白秧坪矿床发生复合(王晓虎等,2011),系机械多期复合型成矿系统。昌都盆地赵发涌-拉诺玛Pb-Zn矿田存在盆地卤水和岩浆热液同时活动,代表同一构造事件下多种成矿作用复合的产物(陶琰等,2011),属于同期复合型成矿系统。

碰撞造山斑岩-矽卡岩型Au-Cu-Mo复合成矿系统,主要分布于金沙江-哀牢山缝合带,与始新-渐新世富碱斑岩有关。哀牢山段成矿带自北向南包括北衙-马厂箐和哈播-铜厂两个矿田;单个矿田内多期成矿斑岩-矿体存在穿插关系,如北衙Au矿床存在矽卡岩型和斑岩型两种矿体叠加现象,代表多期岩浆活动的复合成矿;同时,金属元素在矿带-矿田-矿床-矿体尺度具有分带性(Deng et al.,2015b)。金沙江-哀牢山富碱斑岩和扬子板块西缘碳酸岩同时形成,前者地幔源区组成接近EMI,后者介于EMI和EMII之间;碳酸岩形成了大量REE矿床(Hou et al.,2006)。金沙江-哀牢山缝合带和扬子西缘始新-渐新世多种成矿作用区带差异和同位叠加,是复合成矿的具体体现。

5 讨论 5.1 关键科学问题

尽管西南特提斯增生与碰撞造山阶段构造演化和成矿作用取得了诸多研究进展,然而在复合造山演化与壳幔结构以及大型矿集区深部驱动机制仍存在诸多疑问。

5.1.1 复合造山演化过程与壳幔结构

区域古特提斯演化是中国特提斯造山带形成的主体阶段,其演化过程仍不清晰。在昌宁-孟连带老厂矿床发育OIB型火山岩容矿VMS矿床,其容矿岩浆岩产生于富集地幔,而地幔富集机制有待于探讨(Li et al.,2015b);传统认为该OIB型火山岩形成于洋岛环境,而近期研究则提出其可能发育于被动大陆边缘。义敦岛弧体内产生了大量印支期埃达克质岩浆岩,其成因存在争议,部分学者认为是洋壳重熔成因(Li et al.,2012),部分学者则认为是成熟岛弧内的上地幔注水熔融(Richards et al.,2012)。而对于新特提斯俯冲时期,特提斯构造域广泛发育的燕山期酸性岩浆岩(约80Ma),在腾冲-保山地块形成矽卡岩Sn-W矿床,义敦岛弧内部形成斑岩型与矽卡岩Mo矿床,扬子西缘形成矽卡岩与热液Sn-Au-Pb-Zn矿床,但该期岩浆岩产生的深部动力学背景以及成矿效应有待深入研究。

2.1.2 大型矿集区深部驱动

沿金沙江-哀牢山缝合带分布有大量的富碱斑岩,形成了大型Cu-Au-Mo矿床,北部年龄较老(49~34Ma,峰值41Ma),中部和南部年龄较新(38~32Ma,峰值35Ma)且岩浆岩年龄相似。成矿富碱斑岩的深部控制机制一直存在争议,学者们相继提出几种模型:(1)大陆俯冲模型。印度大陆岩石圈北东向俯冲、脱水,岩石圈地幔熔融形成岛弧型岩浆岩(Wang et al.,2001);(2)走滑模型。金沙江-红河断裂的走滑活动导致地壳减压,下地壳发生熔融(Leloup et al.,1995; Liang et al.,2006);(3)交代-走滑模型。晚古生代古特提斯洋壳向扬子板块俯冲,交代大陆岩石圈地幔,形成富集地幔;新生代走滑断裂沿古缝合带活动,富集岩石圈地幔部分熔融形成钾质斑岩(Guo et al.,2005);(4)俯冲断离模型。俯冲的新特提斯洋板片从印度大陆板片前缘断离,软流圈上涌,交代的岩石圈熔融(Flower et al.,2013);(5)拆沉模型。加厚大陆岩石圈下部拆沉减薄致使交代地幔减压以及下地壳熔融(Chung et al.,2005;Lu et al.,2013)。对于富碱斑岩与碳酸盐岩形成机制的一个统一认识,是它们与增生造山形成的交代地幔以及大陆碰撞造山地幔再活化有关,但是其形成过程仍缺乏可行的大地构造模式。对于中生代盆地中的岩浆热液与盆地热卤水活动复合成矿的深部驱动与导流网络仍有待研究。

5.2 研究对策 5.2.1 复合造山演化与壳幔结构

解剖加里东期原特提斯洋作用过程与成矿事件、印支期古特提斯洋闭合-地块拼贴过程与成矿效应以及燕山期中-新特提斯洋片俯冲背景下陆内岩浆成矿活动等增生造山重要构造事件和深部过程。

确定原特提斯洋消减与闭合过程;研究古生代海底喷流型矿床空间分布、矿体矿化结构、流体物质来源和成矿模式;探索古特提斯义敦岛弧构造属性、结构组成和演化过程,研究扬子板块西缘与滇琼缝合带晚古生代构造-岩浆记录;揭示古特提斯洋闭合过程中的构造-岩浆-成矿时空格架和深部过程;探索古特提斯大洋闭合后的燕山期陆内岩浆活动的时空分布、动力学机制和成矿作用。

建立喜马拉雅山期碰撞造山始新-渐新世富碱斑岩-碳酸岩岩浆活动和深部构造动力学模式,研究碰撞造山逆冲推覆和大型走滑体系演化过程及其成因机制。揭示探讨燕山期陆内造山和喜马拉雅山期大陆碰撞构造-岩浆活动对前期构造岩浆带的复合效应。

5.2.2 复合造山成矿系统组成与深部驱动

依据地震反射和重磁场结构、构造变形体系、岩浆岩组成和流体活动记录等多方面信息,查清大型成矿带深部结构组成特征和盖层构造变形框架。研究大型成矿系统多种类型成矿流体热力学条件、组成成分、释放机理和输运过程,揭示成矿元素卸载机制。构建大型成矿系统构造演化动力学模型,查明成矿系统形成的岩石圈地幔改造-壳幔相互作用-变形变质过程-岩浆与流体浅层演化的多层次深部驱动机制和多因耦合成矿机理。

查明增生及碰撞复合造山详细过程与成矿耦合-互馈关系,特别是复合造山过程的关键地质作用对成矿的制约;复合造山过程中的构造变形(逆冲推覆/走滑剪切)、岩浆作用(壳源/幔源)和盆地演化(裂陷/弧后/前陆)与成矿作用的成因关系;复合造山过程中主要壳幔相互作用的类型、特征和成矿的深部约束机制;成矿系统所根植的壳幔精细结构与主要控矿要素;成矿流体系统的流域规模、输导系统和集聚空间;含矿岩浆系统的起源演化、成因机制和岩浆/流体分凝过程;成矿物质的来源、迁移和巨量集聚机理。

重视复合成矿系统的研究。查明增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag、增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W、碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型Pb-Zn-Ag-Cu和碰撞造山斑岩-矽卡岩型Au-Cu-Mo四类复合成矿系统不同成因与时代的矿床和矿化体的空间分布,确定复合成矿系统优势矿种以及复合成矿形式与强度。研究复合造山带壳幔结构对复合成矿系统组成的控制作用。

6 结论

本文定义了复合造山和复合成矿系统,认为这两者分别是中国构造演化和成矿的重要特色。提出复合造山结构与复合成矿系统组成、复合成矿过程与深部驱动机制两大关键科学问题。划分出增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag、增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W、碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型 Pb-Zn-Ag-Cu和碰撞造山斑岩-矽卡岩型 Au-Cu-Mo 四类典型复合成矿系统。由于篇幅限制,关于特提斯构造演化过程与成矿规律未能详细呈现,一些理论认识尚存提升空间,部分学术观点仍有商榷之处。

致谢 感谢翟裕生院士、滕吉文院士、莫宣学院士、柴育成研究员、马福臣研究员、赵振华研究员、潘桂棠研究员、丁悌平研究员、侯增谦研究员、顾连兴教授和许东禹研究员在文章写作和项目运行过程中给予的悉心指导和全力帮助。
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