第6卷 第2期 1999年4月地学前缘(中国地质大学,北京) Earth Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing)Vol16 No12 Apr. 1999收稿日期:1998208207 作者简介:邓军,男,1958年生,教授,博士生导师,矿床学和构造地质学专业主要从事区域构造、 矿田构造及成 矿动力学的教学和科研工作 本研究受原地质矿产部重点科技项目(编号:9501107)、 国土资源部 “百名跨世纪科技人才培养计划” 基金、 国家科 技攀登计划项目(编号:952预225和952预239)和原国家计划委员会科技项目(编号:JG947110)资助构造演化与成矿系统动力学— — — 以胶东金矿集中区为例邓 军 翟裕生 杨立强 肖荣阁(中国地质大学,北京,100083)孙忠实(长春科技大学,长春,130061)摘 要 成矿系统的形成、 演化与区域构造演化和地球动力学行为有关,成矿系统动力学是确定成矿系统演化和最终结果的关键,其研究是对传统成矿理论的突破,具有重要的理论与实践意义胶东地区长期处于大陆边缘,构造成岩成矿作用过程表现出复杂性和多样性: (1)太古宙 — 元古宙绿岩地体产生、 形成 — — — 金的矿源系统雏形; (2)古生代构造环境稳定 — — — 金成矿作用间歇;(3)中生代绿岩带强烈活化 改造 — — — 构造成岩成矿; (4)新生代构造继承性活动— — — 后期构造破矿作用。
胶东金矿集中区是典型的剪切带构造成矿系统,是区域尺度地质作用的产物,其形成、 演化受大陆岩石圈和深断裂成熟度控制,与太平洋区板块俯冲碰撞及郯庐断裂带的形成、 演化紧密相关,其发生和作用过程及演化受地壳演化和地球动力体制转换制约,与区域构造的形成、 演化相互关联 “断裂阀 地震泵吸 周期性破裂愈合” 的构造动力体制转换是成矿物质活化、 运移、 聚集、 成矿的基本动力学保障,构造应力场转换是其重要表现形式,金的成矿作用发生于剪压变形构造岩相向剪张变形构造岩相转换的时 空界面 关键词 成矿系统 构造演化 深断裂成熟度 构造应力场转换 成矿动力学CLC P612 ,P543成矿系统具有嵌套的层次结构,区域成矿系统属重要研究对象,其形成、 演化与区域构 造演化和地球动力学行为有关一个地质结构复杂、 构造运动频繁的区域内存在着多个成 矿系统,它们之间存在着复杂的、 非线性的联系与作用本文以胶东地区及其金成矿系统为 例,重点分析成矿系统的发生和作用过程与区域构造演化、 地壳演化、 大陆岩石圈和深断裂 成熟度及大地构造动力体制转换的相互关系,探讨金成矿系统动力学,阐述其研究的重要理论与实践意义。
1 区域构造演化与成矿作用过程成矿作用是地球动力作用的一种表现形式,成矿系统是地球物质系统的组成部分,是地—513—球漫长历史演化中的特定产物成矿演化与地壳演化及大地构造演化紧密相关,板块运动 的变化阶段是金的成矿时期,陆壳演化与成矿演化同步进行,板块演化控制着成矿演化矿图1 胶东区域构造演化与金成矿作用过程 Fig11 Regional tectonic evolution and process of gold ore2forming in Jiaodong area a2大洋中脊火山喷发;b2岛弧火山喷发 沉积,绿岩地体产生;c2裂谷;d2弧后盆地,绿岩带生成;e2海盆沉积,盖层形 成,金的矿源系统雏形;f2陆核隆升,成矿作用间歇;g2俯冲碰撞,剪切深熔,绿岩带活化、 改造;h2NNW向俯冲挤压, 郯庐断裂左行平移,构造体制转换,强烈成岩成矿;i2NWW向俯冲挤压,拉张裂谷构造环境,后期成岩、 成矿;j2右旋 挤压扭动破矿;Ar3j2胶东岩群;Pt1j2荆山群;Pt1f2粉子山群;TTG岩套2奥长花岗岩 英云闪长岩 花岗闪长岩岩套集区是区域尺度地质作用的产物,以大型剪切带构造成矿系统为例,它的热动力来源于俯冲 碰撞引起的地壳加厚导致的地热增温,并随着造山带整体抬升导致的等温线下降而终结,其 形成、 演化受大陆岩石圈和深断裂成熟度的控制,与区域构造形成、 演化相互关联。
其演化 过程为:①拉伸;②扭压增生;③区域变质;④俯冲和消减;⑤钙碱性岩浆作用;⑥区域性 —613—前沿· 边缘· 分支· 热点 地 学 前 缘 1999 ,6(2) 抬升;⑦脆 韧性逆冲断层或平移断层;⑧局部拉伸扭张;⑨晚构造金成矿;⑩碱性岩浆作 用剪切带构造成矿系统主要出现在与钙碱性岩浆作用同时或稍后至碱性岩浆作用之前的 这段时间内[1] 胶东金矿集中区是典型的剪切带构造成矿系统,由于长期处于大陆边缘,经受多期构造热动力作用,具有独特而复杂的地质构造演化史,在不同演化阶段,其构造动力状态不同,金 成矿作用过程表现出复杂性和多样性(图1)[2～21]类似的例子也见于北美大陆环太平洋金矿带[22 ,23]111 太古宙 — 元古宙绿岩地体产生、 形成 — — — 金的矿源系统雏形 太古宙 — 元古宙,胶东地区板块活动序列为:大洋中脊火山喷发 → 岛弧火山喷发 沉积 → 裂谷 → 弧后盆地 → 海盆沉积 → 陆核隆升与此相应,产生了两套绿岩带,金矿源系统初步 形成3 000～2 600 Ma间地壳全面活动太古宙胶东地区发育厚达8 000余m的火山喷发 沉积旋回(胶东岩群Ar3j) ,从早至晚出现超镁铁质岩 → 拉斑玄武岩 → 碱质玄武岩 → 碳酸盐 岩 → 碎屑 粘土岩 → 碎屑岩。
太古宙晚期,胶东地区近EW向延长的古陆核产生,花岗岩 绿 岩带形成2 500～800 Ma间胶东地区进入稳定克拉通化阶段,古陆核增生、 地壳增厚,发生 多次强烈区域变质作用,形成近EW向弧形展布的复式褶皱早元古代岛弧火山 沉积旋回 发育(南部为荆山群Pt1j,北部为粉子山群Pt1f) ,从早到晚出现碎屑岩 → 粘土 碎屑岩 → 碳酸 盐岩 → 粘土岩新元古代陆台沉积盖层(蓬莱群Zp)形成元古宙末期(700～600 Ma) ,胶 东地块和胶南地块作为镶嵌于古大洋板块中的两个岛弧地块,随着大洋板块相向运动而碰 撞拼贴,形成鲁东联合地体,胶东地区基底固化、 隆起此即胶东绿岩地体的产生和形成过 程,标志着金的矿源系统初步形成112 古生代构造环境稳定 — — — 金成矿作用间歇 古生代 — 中生代早期,胶东地区地壳稳定抬升,表现为稳定的构造环境,构造 岩浆活动不发育,为成矿作用间歇期,仅在局部地段沉积了少量古生代地层在此期间,NE,NW等方 向的断裂构造横跨叠加于EW向基底构造带之上,局部地段隆起加剧113 中生代绿岩带强烈活化 改造 — — — 构造成岩成矿 中生代,现代板块构造体制全面展开。
根据多种同位素测年资料显示,胶东地区金矿主 要成矿期为135～100 Ma ,整个中生代是其重要的构造成岩成矿期,绿岩带活化 改造,剪切 深熔形成花岗岩同时,绿岩带内金活化、 迁移,经水 岩交代反应,发生大规模蚀变、 矿化, 胶东金矿集中区形成其构造 成岩 成矿演化可分为3个阶段T—J1期间,Izanagi板块由SE向NW俯冲挤压,鲁东地体以右行剪切方式沿郯庐断裂带 拼贴于华北板块之上,导致胶东地区发生强烈褶皱作用,深层次活化,出现相对挤压区和相 对拉张区南部含油气盆地地壳减薄,地幔上隆;北部金矿集中区在壳内构造薄弱带发生剪 切深熔作用,地壳增厚并发生花岗岩浆活动同时,由于断裂的剪切深熔作用,产生剪切 深 熔型花岗岩和相关脉岩,太古宙 — 元古宙绿岩地体强烈活化 改造,其内金及相关元素被激 活,并向流体相运移J2—K1期间,由于板块俯冲,郯庐断裂带因边界效应而发生大规模的左行平移J2—K11期间,在NW2SE向强烈构造挤压条件下,胶东地区发生裂解作用,胶东坳陷开始形成这期 间,洋壳俯冲速度明显降低,约在135 Ma开始,在印度 澳大利亚板块向北运移作用的影响—713—1999 ,6(2) 地 学 前 缘 前沿· 边缘· 分支· 热点 下,本区转为板内拉张带,挤压作用逐渐减弱。
之后,直至K2转为拉张阶段在挤压作用向 拉张作用转换的过渡阶段,胶东地区花岗岩化作用强烈,NE向构造 岩浆带发育成熟,此时, 真空泵吸作用促使成矿流体进入剪切裂隙系统,使其成为矿化热液最佳吸收带,造成含矿热 液大量释放,形成了胶东金矿集中区K2期间,太平洋区板块运动状态发生改变,由原来的Izanagi板块向NNW俯冲挤压变为太平洋板块的NWW向运动,郯庐断裂带发生右旋压扭性活动胶东地区的构造状态已从NW2SE向挤压转为SE2NW向拉张,裂谷构造形成,并延续至老第三纪在此期间,火山 侵 入岩系及与其相关的金 多金属硫化物的成岩 成矿作用发生目前,胶东地区已知金矿床 均分布于主裂谷和支裂谷斜坡114 新生代构造继承性活动 — — — 后期构造破矿作用 新生代郯庐断裂带整体表现为右旋挤压扭动N—Q期间,胶东地区构造状态已转为NEE2SWW向挤压这一时期胶东地区构造运动主要表现为先成构造继承性活动,对矿体起 切割破坏作用在现代河谷(床)中,产出有中小型河谷砂金矿2 深断裂成熟度与金成矿系统地幔对流控制了板块的离散与聚合岩石圈的成熟度及成熟岩石圈断裂带的动力地质 热演化是地壳动力学体制转换的基础。
随着地球各圈层的形成和发展,成矿系统有由初级 → 过渡型 → 高级的演化趋势,其聚矿功能表现为由弱到强的发展过程[24 ,25] 岩石圈的成熟度由岩石圈上部的脱基化强度和持续时间、 莫霍面以下地幔亏损程度以及岩石圈与软流圈厚度的反比关系所决定与此相应的成熟岩石圈断裂带穿过地壳,延伸 到岩石圈下层,它是能量载体和质量转移系统,其中不同演化阶段和不同构造层次发生的岩 浆作用、 变质作用、 流体作用和成矿作用复杂组合,交织成一个整体岩石圈物质沿深断裂 发生的流体化作用从交代作用开始,沿断裂带发生的构造位移和交代作用同时进行 在挤压条件下,流体组分、 成岩组分和成矿组分的质量转移形成所谓 “薄膜机制”,并产 生具含矿碱性流体蚀变面貌的同构造期交代岩这些交代岩的基础是一个高度组织结构性 的疏导转移流体系统,也是糜棱岩或剪切岩带交代变质系统在交代蚀变同期,构造应力场 从韧性挤压变形体制向韧性剪切变形体制转换大量成岩组分和成矿组分活化、 运移,沉淀 于较高层位,从而发生成矿组分的预富集作用在交代蚀变后期,构造应力场从韧性变形体 制向脆性剪张变形体制转换,即转变为应力松弛阶段原有流体部分沉积,并有新的流体加 入,使其转为偏酸性,这时工业矿化大量形成。
进一步的拉张作用使大量SiO2沉淀,含矿流 体转而向偏碱性过渡,黄铁矿化、 多金属硫化物矿化和网脉状金矿化即伴随晚期硅化、 碳酸 盐化交代岩而产生 胶东剪切带金成矿系统的形成和演化有着深部壳 幔结构原因,与郯庐断裂的剪切深熔 作用密不可分(图2)中新生代板块俯冲挤压,地幔上隆,并导致莫霍面呈波状起伏,其实质是深部地质构造特征的显示,反映幔隆与幔凹的交替产出莫霍面凹陷区与挤压构造体 制紧密相关,幔凹后的局部变形则与拉张环境相互关联,而不同构造部位金成矿系统的聚矿 功能不同,表现为凹陷区的局部隆起部位金的成矿强度明显小于其它地段 按照地壳均衡理论,地壳厚度与地表大型隆起区和凹陷区相间的构造特征对应,胶东金—813—前沿· 边缘· 分支· 热点 地 学 前 缘 1999 ,6(2) 矿集中区为相对于周边的地幔隆起区,莫霍面高出2～315 km由于岩石圈厚度长期增加, 其下富含流体组分和成矿组分的软流圈得以形成,并通过壳 幔相互作用,将含矿流体系统 输运到更高的层位金矿床(点)往往产于莫霍面的梯度变化处或变形部位,它既与幔隆及图2 胶东地区深断裂成熟度与金成矿系统 Fig12 Maturity 。