岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 1229-1238   PDF    
中国西南特提斯典型复合成矿系统及其深部驱动机制研究进展
邓军 , 张静 , 王庆飞     
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:"973"项目"中国西南特提斯典型复合成矿系统及其深部驱动机制"实施3年多来,在成矿动力学背景、复合造山与复合成矿系统、大型矿集区的成矿深部驱动机制、成矿预测理论和勘查技术集成等方面取得了重要进展。研究工作完善了西南特提斯大地构造演化格架;构建了西南特提斯域岩浆时空序列;明确了复合成矿系统的理论概念,在西南特提斯成矿域内厘定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;深入剖析了代表性矿床的成矿过程和深部驱动机制;总结出典型矿床相应的最佳勘查技术集成,并在羊拉铜钼矿床(矽卡岩叠加型)、普朗铜矿床(俯冲型斑岩矿床)、北衙金多金属矿床(碰撞型斑岩矿床)等不同构造背景、多个构造单元、多种矿床类型勘查中予以实践应用,取得了良好的找矿效果。本专辑论文覆盖了上述各方面的研究进展,涵盖成矿动力学背景、典型复合成矿系统及深部驱动机制等主题。
关键词: 复合造山     复合成矿系统     深部驱动     特提斯     三江    
Research advances of composite metallogenic system and deep driving mechanism in the Tethys, SW China.
DENG Jun, ZHANG Jing, WANG QingFei     
State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
Abstract: The significant achievements in past three years of composite metallogenic system and deep driving mechanism in the Sanjiang Tethys, SW China, the National '973'-Program, are briefly summarized in this paper, including the metallogenic geodynamic setting, the composite orogenesis and composite metallogenic system, deep driving mechanism, and the metallogenic forecasting theory and the exploration techniques. The research work improved the tectonic framework of Tethys, SW China, constructed the magma spatio-temporal sequence, clarified the theoretical concept of the composite metallogenic system, and determined 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 brine-magmatic-hydrothermal type (Pb-Zn-Ag-Cu), and collisional orogenic porphyry-skarn type ore deposits. The project proposed the best exploration technology integration for different typical ore deposits, and applied it to the exploration practice in different tectonic settings, multiple tectonic units and various deposit types, such as the Yangla Cu-Mo deposit, the Pulang Cu deposit and the Beiya Au-polymetallic deposit. Good prospecting results have been obtained. This special issue has introduced the significant achievements from fifteen papers including the following aspects:the metallogenic geodynamics background, typical composite metallogenic system and the deep driving mechanism.
Key words: Composite orogenesis     Composite metallogenic system     Deep geodynamics     Tethys     Sanjiang    

中国西南特提斯处于世界特提斯构造带东端,是特提斯构造演化的典型缩影,也是东南亚新生代构造变形与深部活动的重要引擎(Şengör, 1984;莫宣学等, 1993; 潘桂棠等, 1997; 钟大赉, 1998)。西南特提斯经历增生-碰撞复合造山、壳幔结构多期改造,导致成矿时间长、强度大、作用多样,复合成矿突出(邓军等, 2011; Deng et al., 2014a)。复合造山时空演化格架和中上地壳成矿作用已有深入探索,而复合造山及其深部过程对复合成矿和金属富集的控制机制尚需研究。根据成矿系统理论,开展复合成矿系统及其深部驱动机制研究成为揭示复合造山成矿机理、提高大型-超大型矿床勘查找矿预见性的重要途径(翟裕生等, 2002; 滕吉文等, 2007; 邓军等, 2014; Deng et al., 2016; Drummond et al., 2000; et al., 2013)。

国家重点基础研究发展规划(“973”计划)项目“中国西南特提斯典型复合成矿系统及其深部驱动机制”(2015CB452600)选择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,以义敦岛弧、保山-腾冲地块、昌都-兰坪盆地、金沙江-哀牢山缝合带、昌宁-孟连缝合带和滇琼缝合带六大成矿带为重点区域;针对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,解析加里东期原特提斯洋消减与闭合、印支期古特提斯洋闭合与地块拼贴、燕山期中-新特提斯洋演化与陆内花岗岩省和喜山期碰撞造山主要地质事件,查明复合造山壳幔结构特征与深部过程;剖析复合成矿系统构造格架-岩浆组成-元素富集-成矿流体-矿致异常的结构特征,通过原位流体包裹体、矿物微量元素和非传统同位素分析探索成矿物质来源和物化条件,查明复合成矿过程,阐释复合造山中的岩石圈地幔改造-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;引入非线性数学方法,集成有效勘查技术,开展资源潜力评价和隐伏矿床预测,构建复合成矿系统预测理论;建立复合成矿系统理论体系。

项目设置6个研究课题:(1)特提斯构造-岩浆演化及深部动力学过程;(2)增生-碰撞造山岩浆热液型复合成矿系统与深部过程;(3)碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型复合成矿系统与深部过程;(4)碰撞造山斑岩-矽卡岩型复合成矿系统与深部过程;(5)复合成矿系统预测理论与勘查技术体系;(6)复合成矿系统理论体系与深部驱动机制。一至四课题分别对构造演化、岩浆活动、不同背景下的成矿作用及深部过程进行重点解析,揭示复合成矿作用机理与深部过程,深化对复合造山壳幔结构和演化的认识,为开展复合成矿系统隐伏矿体预测和建立复合成矿系统理论体系奠定基础;第五课题解析不同类型复合成矿系统矿床和异常特征,探索地质-物探-化探-遥感多元矿致异常有效提取方法,优选找矿技术,建立复合成矿系统勘查技术方法体系,进行重点区带成矿潜力评价和隐伏矿体预测,完成国家目标;第六课题在上述课题的研究基础上,与各课题共同合作,针对关键理论问题,开展综合研究和国际对比,建立复合成矿系统理论体系。

自2015年1月启动以来,项目围绕上述科学问题,开展了深入系统的研究,在西南特提斯构造格架与复合造山、岩浆演化与深部过程、典型复合成矿系统解剖、复合成矿系统理论建立等方面取得了较好的进展。

1 主要研究进展 1.1 西南特提斯复合造山演化

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, 2016b; Deng et al., 2014a, 2017)。

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(图 1, Deng et al., 2017)。

图 1 中国西南特提斯复合造山演化模型(据Deng et al., 2017) Fig. 1 Paleographic evolution process of superimposed orogeny in the Tethys, SW China (after Deng et al., 2017)
1.1.1 原特提斯演化

(1) 限定了原特提斯洋俯冲闭合时间

在昌宁-孟连结合带牛井山地区识别出一套与原特提斯演化有关的早古生代埃达克岩,其206Pb/238U加权平均年龄为468±2Ma(MSWD=1.4,n=22),代表了岩浆岩结晶时代,锆石εHf(t)=+1.6~+2.8。牛井山英云闪长岩具有高SiO2(61.6%~67.16%)、Al2O3(15.4%~17.64%)、Na2O(2.93%~3.25%)含量,高Na2O/K2O比值(3.9~5.4);微量元素具有高Sr(469×10-6~533×10-6)、低Yb(0.66×10-6~1.22×10-6)和Y(8.5×10-6~16.3×10-6)、Eu正异常(1.01~1.37)、较高的Mg#值(50~51)和MgO含量(2.84%~3.58%)等特征,上述特征表明英云闪长岩具有高镁埃达克岩的性质。岩石成因研究证明牛井山高镁埃达克岩很可能是俯冲洋壳+部分大洋沉积物发生部分熔融,并与上覆地幔橄榄岩反应的产物(王冬兵等,2016)。

(2) 揭示特提斯构造域冥古宙地壳基底及原特提斯构造演化

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。在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., 2013a)、保山-腾冲地块奥陶纪俯冲型与后碰撞岩浆岩(502~455Ma)(Wang et al., 2013b, 2015; 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,界定了古特提斯主洋的空间分布和俯冲作用(Li et al., 2012)。

1.1.2 古特提斯缝合带复合造山过程

(1) 下推古特提斯洋壳俯冲时限至晚泥盆世

在西藏中北部,已有研究对特提斯洋早期演化的约束十分匮乏。目前,在北羌塘地块的咋多地区发现一系列中基性火山岩。咋多火山岩的Nb、Ta和Zr含量较高,导致高Nb/La比值(0.70~1.08)和Na/U比值(10.57~34.37);εNd(t)为+4.6~+5.8、(87Sr/86Sr)i值0.70367~0.70532,地球化学特征与富Nb的玄武岩相似,表明其演化自被俯冲洋板片的硅酸盐岩浆交代的亏损地幔(Zhang et al., 2016)。咋多安山岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为~380Ma,表明古特提斯洋洋壳俯冲开始于晚泥盆世(Wang et al., 2017)。

西藏北部日湾茶卡和拉雄错火山岩(玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩)中锆石的LA-ICP-MS U-Pb测年、Hf同位素及元素组成数据表明:区内火山岩形成于374~372Ma和356~353Ma,具有低TiO2、高MgO和Na2O的特征,富大离子亲石元素、贫高场强元素。推断玄武岩可能来源于岩石圈地幔的部分熔融,受到俯冲来源流体的变质作用,而安山岩可能来源于含水玄武岩分离结晶作用,流纹岩来自于年轻的玄武质下地壳部分熔融。综合对比,认为在晚泥盆纪到早石炭纪,北羌塘次级地体是欧亚大陆南部活动大陆边缘的一部分(Wang et al., 2017)。

(2) 建立扬子西缘古特提斯演化四阶段模式

扬子西缘盆地中三叠统沉积岩碎屑锆石峰值以260Ma为主,Hf同位素变化范围大,显示盆地充填以特提斯造山带物质为主。联合构造剖面、Ar-Ar年代学等资料,建立了扬子西缘三叠纪造山四阶段模式。~250Ma:板片断离,地壳伸展,发育S型花岗岩;T1:区域双向挤压,边界抬升,区域碎屑物质充填(碎屑锆石峰值以1000Ma为主);T2:边界伸展,造山物质充填;T3:陆块汇聚,双边挤压,形成叠加褶皱。扬子西缘复合造山带在燕山期受太平洋板块俯冲作用,在早期造山作用的基础上,软流圈上涌,下地壳熔融,上地壳伸展,发生了大范围的S型花岗岩侵入和相应的Sn成矿作用。

1.1.3 中特提斯洋演化过程及保山-腾冲地块复合造山

(1) 腾冲地体内岩浆活动的时空分布特征

根据新的锆石U-Pb年代学和Hf同位素数据及前人数据,认为腾冲地体的岩浆活动主要发生在寒武-奥陶纪(500~460Ma)、三叠纪(245~206Ma)、早白垩世(131~114Ma)、晚白垩世(70~65Ma)和古新世-始新世(65~49Ma),其中寒武-奥陶纪岩浆作用主要分布在腾冲地体东缘,三叠纪岩浆活动零星分布在腾冲地体东西两侧,早白垩世岩浆活动主要分布在腾冲地体东部,晚白垩世岩浆活动分布在腾冲地体中部,古新世-始新世岩浆活动规模大,主要分布在腾冲地体中西部(Xie et al., 2016)。

腾冲地体内,早白垩世岩浆岩的锆石εHf(t)值从131~122Ma到122~114Ma明显升高(从-12.3~-1.4到-4.6~+7.1);~53Ma时,中西部发生了伴随着幔源物质明显增加的岩浆大爆发。总体上,腾冲地体岩浆活动的时空分布和岩浆成分随时间的变化特点,均类似于拉萨地体。结合地层学、古生物学相关资料,项目组提出腾冲地体很可能在古地理上与拉萨地体相连,二者在早古生代以来很可能处于类似的大地构造背景,并经历了类似的构造岩浆演化历史(Xie et al., 2016)。

(2) 保山-腾冲地块复合造山过程

冈瓦纳大陆北缘早二叠世(300~280Ma)发育基性-超基性岩浆活动,首次揭示岩浆岩由早期(300Ma)岛弧型向晚期(290Ma)裂谷型的变化,认为中特提斯洋由古特提斯洋的南向俯冲诱发。中特提斯洋的闭合经历了三阶段演化过程:第一阶段:120Ma,保山和腾冲地块拼合,中特提斯洋板片断离;第二阶段:110~90Ma,保山和腾冲地块持续汇聚,岩石圈增厚;第三阶段:90Ma,增厚岩石圈地幔发生拆沉,软流圈上涌。与此同时,打开的新特提斯洋也在俯冲消减。

1.1.4 新特提斯洋壳含碳酸盐沉积物北向俯冲对深部岩石圈地幔的改造作用

项目对西藏拉萨地块渐新世-中新世幔源超钾质火山岩进行了系统的Os-Sr-Mg同位素分析(Liu et al., 2015),进一步证实了幔源超钾质岩石形成过程中地壳混染作用的影响。部分超钾质岩石具有低187Os/188Os比值以及更轻的Mg同位素组成,暗示这些样品受到地壳混染的影响较小,因而其Mg同位素组成更能记录地幔源区性质。在这些低187Os/188Os超钾质岩石中,δ26Mg与87Sr/86Sr负相关,而δ26Mg与Hf/Sm则呈现正相关;地球化学模拟表明,超钾质岩石富集Sr同位素可能是地幔交代作用(陆源沉积物和洋壳碳酸盐)与地壳混染作用同时带来的结果;而δ26Mg与Hf/Sm的协变关系则表明镁碳酸盐(如白云石)的交代作用将会使地幔相对亏损高场强元素(低Hf/Sm),并改变地幔源区的Mg同位素组成。与南部拉萨地块产出的超钾质岩石相比,中部拉萨地块产出的超钾质岩石具有更低的δ26Mg和Hf/Sm,表明地幔碳酸盐交代作用随着新特提斯洋板片向北俯冲深度的增加而逐渐增强,这与热力学计算所揭示的相当一部分洋壳碳酸盐能“逃脱”板片脱水作用,而俯冲到地幔深部的研究结果是吻合的。

1.2 西南特提斯典型复合成矿系统及深部结构

造山作用奠定了西南特提斯域复合成矿系统的空间结构,在新的增生地块内成矿,并改造前期壳幔结构使成矿物质再活化(翟裕生等, 2002; 邓军等, 2014; Deng et al., 2014a, 2016)。按复合成矿系统演化的时间关系,原-古特提斯成矿系统以VMS型Pb-Zn-Cu-Ag和斑岩-矽卡岩型Cu矿床为主;中-新特提斯成矿系统以斑岩-矽卡岩型Cu-Fe-Pb-Zn和云英岩型Sn矿床为主;新生代碰撞造山对早期增生造山地块格架和物质结构进行强烈复合,以发育钾质斑岩型Cu-Au-Mo、造山型Au和MVT Pb-Zn-Ag矿床为主。

西南特提斯复合造山过程中,上述多种类型和时代的成矿作用在缝合带、岛弧体和地块内广泛、高强度地复合,形成的典型复合成矿系统包括: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(邓军等, 2016b)。

1.2.1 增生造山海底喷流型Cu-Pb-Zn-Ag复合成矿系统

昌宁-孟连古特斯洋在演化过程中,发生了多幕VMS型成矿作用,主要生成于古特提斯大洋扩张的背景之下,代表性矿床包括:①铜厂街Cu矿床,为产于扩张洋中脊背景的塞浦路斯(Cyprus)型矿床;②老厂Pb-Zn-Ag-Cu矿床,为产于洋岛火山环境下的别子(Besshi)型矿床。

老厂Pb-Zn-Ag矿床基础地质、元素地球化学和同位素特征的系统剖析表明,该矿床属于~320Ma时期火山岩和海相碳酸盐岩容矿的VMS矿床。其围岩沉积记录、矿体结构、矿石组构和矿物组合反映块状硫化物集聚于海底局部的还原环境中,局部的还原环境、流体包裹体以及S-Pb和H-O-C同位素数据联合反映了矿床形成与岩浆释气作用相关。块状硫化物矿体的堆叠结构与各个火山旋回末期的火山喷气成矿的反复活动有关,进一步表明该矿床成生于古特提斯大洋的洋岛火山环境。综合研究认为,矿体与火山岩的Pb-Zn等贱金属的富集与深俯冲地壳物质回返过程相关,其机制可能为早石炭世末期古特提斯大洋板块的初始俯冲作用或者晚寒武世-志留纪原特提斯洋的俯冲作用,上地壳物质的引入使地幔增加了亲地壳金属(铅、锌和银),这些金属在后来的洋岛火山活动中回返至洋壳并最终富集在老厂矿区(Li et al., 2015)。

1.2.2 增生-碰撞造山岩浆热液型Cu-Mo-Sn-W复合成矿系统

增生-碰撞复合造山的作用下,腾冲-保山地块发育典型的增生-碰撞造山岩浆热液型复合成矿系统。早期增生造山岩浆热液矿床集中发育于早白垩世(~120Ma),形成矽卡岩型Fe-Pb-Zn多金属矿床,主要包括腾冲滇滩Fe矿床,保山核桃坪、金厂河、芦子园Fe-Pb-Zn多金属矿床。晚期的碰撞造山岩浆热液矿床形成于晚白垩世-古近系(80~40Ma),以云英岩型Sn-W矿床为主,代表性矿床有腾冲来利山Sn矿床、新岐Sn矿床、小龙河-大松坡Sn-W矿和保山云龙Sn矿床等。

地球物理磁异常资料显示,保山-腾冲地块早白垩矽卡岩型Fe-Pb-Zn多金属矿床位于高磁异常边缘,表明底部存在的隐伏岩体可能是其成矿热液的源区;晚白垩-古近纪云英岩型Sn矿床发育于高磁异常区,更靠近成矿岩体(邓军等, 2016a)。

此外,滇琼缝合带和义敦岛弧也广泛发育增生-碰撞造山岩浆热液型复合成矿系统。义敦岛弧早三叠世甘孜-理塘洋俯冲斑岩Cu-Mo矿体和晚侏罗世陆内伸展环境斑岩Mo-Cu矿体复合,矿床地球化学特征显示两期斑岩具有相同的物源区。在义敦岛弧,不同时代矿床位于复式异常边部,反映了岩浆的多期侵入,早期增生造山物质在晚期地壳伸展背景下进一步活化。

1.2.3 碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型复合成矿系统与深部过程

碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型复合成矿系统主要分布于昌都-兰坪盆地。通过对昌都盆地拉诺玛和错那铅锌多金属矿床成矿元素来源研究,揭示出尽管昌都盆地的拉诺玛、错纳矿床在赋矿层位、赋矿围岩、成矿元素组合、矿石类型、矿物组合、成矿温度、矿石中Hg含量等方面均存在明显差别,但Hg同位素组成表明,拉诺玛硫化物(纤硫锑铅矿、闪锌矿)δ202Hg值介于-0.57‰~1.01‰,错纳硫化物(闪锌矿、方铅矿)δ202Hg值介于-0.50‰~0.70‰,赋矿围岩上三叠统地层的δ202Hg为-1.82‰~1.41‰,与区域变质基底类似(δ202Hg=-0.98‰~0.62‰);上述特征暗示这些矿床的成矿物质具有相同的来源,主要来自变质基底。(Xu et al., 2018

针对兰坪盆地金顶铅锌矿床不同地层、不同类型的矿石开展了系统的元素-同位素地球化学。矿石中成矿元素R型聚类分析表明,成矿元素可区分为:Zn-Cd-Sb-Mo-Co-Cu-As、Pb-Ag-Ba、Cr-Ni-Sc-V-La和Ca-Mn-Sr四类组合。Zn、Cd与Co、Mo正相关,暗示了这些元素的来源可能与盆地中的基性-超基性火山岩物质有关;盆地中的膏盐地层含有丰富的Sr、Ba和Ca,而Pb-Ag与Ba具有相关性,指示了Pb、Ag可能来自膏岩地层(Tang et al., 2017)。

1.2.4 碰撞造山斑岩-矽卡岩型复合成矿系统与深部过程

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., 2015a, b)。

对北衙矿床新近开展的火成岩地球化学、锆石U-Pb年龄和Sr-Nd-Hf同位素研究表明:(1)始新世最新的两期钾质岩浆活动与北衙金矿的万硐山矿段有关,此次岩浆活动的母岩浆源于~840Ma形成的新生下地壳,该新生地壳可能有金属富集;新生地壳熔融与交代大陆岩石圈地幔(SCLM)熔融同时发生,且新生地壳熔融可能是由交代SCLM熔融导致;(2)二长花岗岩和斑状花岗岩在侵入过程中与不同围岩相互作用,分别形成了矽卡岩型和斑岩型的矿化,随后抬升和剥蚀作用导致显著的风化作用和矽卡岩型矿化的剥露。并提出了北衙矿床的三阶段成矿模型:(1)二长花岗斑岩侵入上地壳形成矽卡岩和赤铁矿、磁铁矿和硫化物矿化;(2)花岗斑岩侵位并释放出大量富含金属的热液,形成斑岩型矿化;(3)内生成矿作用结束后发生剥蚀和风化作用,致使矿石结构和矿物发生改变并形成了红土型矿化(Deng et al., 2015a)。

哀牢山成矿带内钾质岩浆岩侵位时限为44~32Ma(锆石U-Pb年龄和全岩/云母Ar-Ar年龄, Deng et al., 2014b),与钾质侵入体相关的斑岩型矿床的含矿斑岩锆石U-Pb年龄和辉钼矿Re-Os年龄,与钾质岩浆岩的时间一致。剪切带内发育的淡色花岗岩锆石和独居石U-Pb年龄为32~22Ma,代表了哀牢山-红河剪切带左行走滑时限(Cao et al., 2011; Tang et al., 2013);因此,剪切带活动时间晚于钾质岩浆岩的侵位时间。哀牢山区域变质作用驱动的最可能机制是华南大陆岩石圈的西向俯冲作用,其也得到了现代地震层析成像结果的支持(Liu et al., 2013)。始新世以来(< 45Ma),岩石圈地幔发生拆沉,使得原本很厚的岩石圈变薄;在印度大陆持续向北西锲入的背景下,华南板块俯冲于印支地块之下,该挤压作用同时造成了印支地块的南东向挤压逃逸。综合认为,随着华南岩石圈俯冲作用,载金变质流体被驱逐并集聚,之后沿哀牢山-红河剪切带输运,于不同深度发生金属卸载并形成了造山型金矿床。

地球物理磁异常资料显示,区域磁异常沿着哀牢山构造带分布,带状的高磁异常可能代表了早期增生造山发育的火山岛弧。而后期碰撞造山发育的造山型Au矿床和斑岩Cu-Au矿床位于高磁异常区的边部,可能是由于后期碰撞造山使早期增生造山物质再活化,位于深部的中基性岩浆底侵,并为矿化提供了成矿物质来源(邓军等, 2016a)。

1.3 西南特提斯复合成矿系统勘查技术与找矿实践

项目研究团队经过长期实践发现某一类型的矿床采用特定的多种勘查技术可以取得最佳的找矿效果,总结出了典型矿床相应的最佳勘查技术集成(李文昌等, 2016)。

火山成因块状硫化物矿床(VMS型)勘查技术集成为“成矿模式+层位+瞬变电磁法+激发极化法”。以大平掌铜多金属矿为例,在其找矿过程中,采用了多种物化探方法,探索其找矿集成技术。首先在地质勘探线7线和16线上进行综合物探(激电测深、自然电场、高精度磁测、充电测量)试验,后又在1线、10线、16线及57线进行瞬变电磁法试验,在试验的基础上,进行了面积性的激电中梯及自电测量、激电、瞬变电磁法异常,与矿体吻合较好。通过不同剖面上不同物探方法的综合试验,激电、自电及瞬变电磁法效果较佳,选定激电方法作为主要方法开展扫面工作。通过工程验证,在异常内施工的工程均见到了工业矿体和矿化体。

斑岩铜(金、钼)矿床的最佳勘查技术集成为“斑岩矿床模型+高光谱法+蚀变矿物填图+高精度磁测法+激发极化法”。斑岩铜矿的矿床模型已较为成熟,斑岩体内的围岩蚀变从中心向外,一般为硅化(核)→钾化硅化带→绢英岩化带→(泥化带)→青盘岩化带→(矽卡岩)角岩化带,矿化类型也相应从无矿核→稀疏(星点状)浸染→稠密(细脉)浸染到接触交代到围岩中的充填交代(大脉型),分布规律清楚,因此,斑岩铜(金、钼)矿的找矿,一定以斑岩矿床的成矿模型为指导。采用遥感高光谱来识别岩浆岩带及主要的蚀变类型,推断隐伏岩体。蚀变矿物填图技术可以在复式岩体内快速地圈定含矿斑岩体和蚀变分带,利用该技术观测含水或OH的矿物以及某些硫酸盐和碳酸盐类矿物,建立了蚀变矿物分带模型,与实际测得的蚀变分带一致。在1:10万化探(水系)、1:5万化探(土壤)测量基础上,探索开展了多种物化探工作,包括1:1万激电中梯扫面,1:10万航空磁法测量,1:5万、1:1万高精度磁法测量,瞬变电磁测量(TEM),幅频激电测量等。

上述区域资源潜力评价以及找矿勘查技术创新成果在矽卡岩叠加型(羊拉矿床)、俯冲型斑岩矿床(义敦弧普朗)、碰撞型斑岩矿床(北衙)以及造山型金矿床(长安)等不同构造背景、多个构造单元、多种矿床类型勘查中起到了重要作用,并取得了良好的找矿效果。

2 关于本专辑

本专辑是上述研究进展的集中体现,是项目全体科研人员的集体劳动结晶。共收录论文15篇,从不同侧面反映了上述进展。

2.1 成矿动力学背景

8篇主题论文分别对特提斯不同地质单元的构造活动、岩浆演化及成岩成矿动力学背景进行了研究。

信迪等(2018)对青藏高原东南缘的滇西福贡地区石炭系地层中的碎屑锆石开展了LA-ICP-MS U-Pb定年,通过对比其他地块同时代地层的碎屑锆石年龄谱,认为福贡地区在石炭系时期可能属于拉萨地块的组成部分,印度板块东北角向北、北东方向的强烈挤压导致拉萨地块及冈底斯岩浆岩带弯曲、缩颈、并发生分离与旋转。

陈玮等(2018)应用显微构造和EBSD石英c轴组构分析,查明了哀牢山-红河剪切带内伴随剪切活动侵入的花岗岩脉的构造属性,采用锆石LA-ICP-MS U-Pb测年方法获得花岗岩脉侵位时间分别为27.09±0.48Ma、25.17±0.23Ma和25.16±0.50Ma,结合其变形特点,认为区域剪切方式在27~25Ma时由纯剪转化为单剪,与印支地块的快速逃逸有关,哀牢山-红河剪切带中段在~25Ma结束走滑运动。

周淑敏等(2018)对腾冲地块内的梁河正长花岗岩进行了全岩元素地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究,厘定其形成年龄为~218Ma,认为其属于S型花岗岩,形成于后碰撞伸展背景下的古老地壳熔融。

赵枫等(2018)对西南三江临沧花岗岩类进行了元素地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究,认为其成因类型复杂多变,形成于古特提斯洋同碰撞造山(250~237Ma)和后碰撞伸展(235~203Ma)两种构造环境,早期存在少量与洋盆俯冲作用相关的岩浆岩(~252Ma)。

杜斌等(2018)对兰坪盆地西缘的永平卓潘碱性杂岩体进行了岩石学及地球化学研究,认为卓潘碱性杂岩体不同类型的岩石是同源岩浆演化的产物,新生代时,新特提斯洋岩石圈从印度大陆岩石圈断离,引发交代富集大陆岩石圈地幔拆沉,热的软流圈上涌,熔融交代的富钾岩石圈地幔,岩浆侵位分异形成卓潘岩体。

谈荣钰等(2018)研究了义敦弧南部中甸弧内的热林含矿二长花岗岩和铜厂沟含矿花岗闪长斑岩(锆石U-Pb年龄,79.0±1.4Ma和81.3±1.1Ma),同时对比了扬子西缘的大理花岗岩(锆石U-Pb年龄为76.4±2.3Ma),证实在扬子西缘存在晚白垩世岩浆活动,认为晚白垩世中酸性岩浆侵入活动跨越了中甸弧进入扬子地块西,推断扬子西缘在燕山晚期很可能处于与中甸弧类似的伸展构造背景。

邢凯等(2018)对义敦岛弧南端的滇西普朗斑岩铜矿区内的含矿石英闪长玢岩和石英二长斑岩中磷灰石开展了元素地球化学研究,认为成矿岩体的母岩浆具似埃达克质特点、岩体氧逸度相对较高、具有高Cl/F特征,可能形成于典型的大洋俯冲环境。

肖昌浩等(2018)对特提斯构造域与太平洋构造域的结合部位的右江褶皱带西大明山Sn-W矿集区内的燕山期酸性岩开展了锆石SHRIMP原位氧同位素研究,查明区内的酸性岩浆岩源主要来自古老的沉积基底,并混有8%~30%幔源物质,认为同时期来自地幔的物质不仅参与右江褶皱带晚白垩世的岩浆作用,而且更可能为广泛的地壳部分熔融和花岗岩浆的形成提供了热能。

2.2 复合成矿系统

7篇主题论文分别对不同成矿系统的典型矿床或矿带进行了研究。

邓明国等(2018)选取保山地块内的芦子园超大型Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床为研究对象,对早矽卡岩阶段、晚矽卡岩阶段、石英硫化物阶段和石英碳酸盐阶段的多种脉石矿物及闪锌矿进行了流体包裹体岩相学、热力学及同位素研究。结果显示成矿流体最初来源于中高温、中高盐度、富CO2的深部岩浆热液,在石英硫化物阶段有大气降水混入,演化为中低温、低盐度、贫CO2的热液流体,至石英碳酸盐阶段转化为以大气降水占主导。成矿环境的改变、流体混合以及流体的沸腾作用可能是导致成矿物质富集沉淀的重要机制。认为芦子园矿床是与陆陆碰撞造山和深部隐伏岩体有关的远程矽卡岩成矿系统。

徐荣等(2018)对腾冲-保山地块内的晚白垩世岩浆活动及Sn成矿作用开展了年代学、地球化学等研究,并将其与华南板块西缘的Sn成矿作用和成矿背景进行了对比;认为晚白垩世,腾冲-保山地块处于新特提斯俯冲环境,而华南板块西缘的成岩-成矿活动可能受控于特提斯构造域,是新特提斯洋俯冲后在板块逐渐回撤的过程中自东向西逐渐诱发广西西缘、云南东南部软流圈上涌和腾冲、保山地壳减压熔融,进而导致岩浆活动和大规模Sn成矿作用。

贾文彬等(2018)以西南三江特提斯北段青海沱沱河地区的多才玛铅锌矿床为研究对象,应用飞秒激光剥蚀多接受器等离子体质谱法对矿床中的金属硫化物进行了原位S和Pb同位素测定。结果显示,多才玛铅锌矿床S元素主要来源于赋矿围岩,Pb金属元素主要来源于藏北钾质火山岩,侵入地层岩浆与盆地流体的混合是金属硫化物沉淀的重要机制。

卢宜冠和和文言(2018)对三江成矿带唯一的大型岩浆型铂族元素矿床——金宝山铂钯矿床的非常规硫化物组合(紫硫镍矿-黄铁矿-黄铜矿)矿石展开了S-Os同位素研究,认为在其形成过程中经历了大量岩浆与硫化物反应的过程,这不仅使硫化物中铂族元素不断富集,也使硫化物的S-Os同位素具有了地幔端元特征,然而,岩浆中的硫化物在形成的过程中却发生地壳混染作用。

王璇等(2018)对北衙超大型金矿床开展了野外调查、岩相学、流体包裹体显微测温及成分分析、H-O-S同位素测试等综合研究,认为矿区内NW向陡倾断裂控制的石英多金属硫化物脉与矽卡岩晚期多金属硫化物脉分别形成于两期不同的热液成矿事件;结合北衙矿集区成岩成矿动力学背景,推测始新世大规模地壳拆沉、软流圈上涌导致的强烈的壳幔相互作用可能是北衙金矿多期成矿作用的诱因。

李楠等(2018)系统对比了西秦岭阳山金矿带金、锑成矿阶段流体包裹体组合特征、辉锑矿及石英的矿物学、稀土和微量元素特征,认为金矿化与锑矿化贯穿整个成矿作用,随成矿早、主阶段以微细浸染状含金硫化物为主,发育位置较深,成矿晚阶段以自然金-辉锑矿脉为主,发育位置较浅,在矿带尺度上符合造山型金矿地壳连续成矿模式的垂向分布规律;明确其为造山型金矿浅成金-锑矿化。

伍静等(2018)对比分析了广西丹池成矿带五圩矿田三排洞矿床Sb-Au矿体和Pb-Zn-Sb矿体在控矿构造、产状、成矿流体特征、矿物组合、闪锌矿铁含量等方面的异同点,探讨两类矿体成因联系,认为三排洞矿区早期Sb-Au和晚期Pb-Zn-Sb矿化为不同热液成矿作用的产物,复合成矿作用造成了该矿区不同元素组合矿体。

3 结论

项目在典型复合成矿系统及其深部驱动机制的研究方面取得了创新性认识,完善了西南特提斯构造演化格架和岩浆时空序列,明确了复合成矿系统的理论概念,厘定出增生造山海底喷流型、增生-碰撞造山岩浆热液型、碰撞造山盆地卤水-岩浆热液型和碰撞造山斑岩-矽卡岩型四类典型复合成矿系统,并在羊拉、普朗、北衙等矿集区取得找矿进展,这些成果为后续研究工作的顺利开展奠定了基础。

专辑收录的论文一定程度上反映了项目研究取得的主要进展,因时间匆忙和篇幅限制,许多成果未能充分反映,其中不少理论认识仍有提升的空间,部分学术观点仍有商榷之处。我们希望本专辑的出版,能够进一步推动对中国西南特提斯典型复合成矿系统及深部驱动机制的研究。

致谢 本项目的立项与执行得到了教育部、国土资源部的大力支持;翟裕生院士、滕吉文院士、莫宣学院士、陈毓川院士、侯增谦院士、马福臣研究员、赵振华研究员、丁悌平研究员、潘桂棠研究员、柴育成研究员、张洪涛研究员始终给予了悉心指导;课题负责人杨天南研究员、许继峰研究员、毕献武研究员、朱弟成教授、李文昌研究员以及全体项目成员一如既往、精诚合作;本文取得的进展是基于集体研究成果的总结和提升,除文中出已注明出处的,其他研究进展均来自项目和各课题的年度进展报告和中期报告;在此一并表示衷心的感谢。
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