(1.中国科学院广州地球化学研究所成矿动力学重点实验室,广东 广州510640；2、北京大学造山带与地壳演化重点实验室,北京100871)
提要
矿床新类型的识别往往导致大批矿床和成矿省的发现,预测和识别矿床新类型是矿床研究的重要任务之一。造山型金矿的普遍性和重要性已被世界范围的大量研究所证明,但其他矿种的造山型矿床却很少被涉及。笔者提出了造山型矿床的概念及其变质流体成矿的实质,建立了矿床、矿田和成矿省等不同尺度的造山型矿床成矿模式及其随时间演化的3阶段模式,强调会聚造山作用的挤压伸展转变期是大规模成矿时间,同造山成矿系统的特点是成矿年龄滞后于造山作用时间。通过矿床实例研究证明了造山型银矿床、铅锌矿床、铜矿床和钼矿床的客观存在,阐明了中国巨大的造山型矿床的勘查潜力,例证了运用矿田尺度成矿模式进行成矿预测的有效性和重要意义。
关键词:造山型金矿;造山型矿床;增生造山;碰撞造山;成矿模式
1前言
矿床勘查的历史告诉我们,发现矿床新类型,如卡林型金矿床,往往带动大批矿床或成矿省的发现,进而推动一个地区或国家矿业经济的快速发展,而且导致成矿理论研究的突破和勘查技术及其组合的创新。中国境域大陆造山带丰富,蕴涵多种类型的矿床,且矿种多样,并以此有别于其他国家,是中国学者开展研究并取得自主创新的有利条件。
在国际同行聚焦于造山型金矿研究的潮流中,笔者根据中国造山带地质成矿特点,以比较矿床学为指导,通过分析Au与Ag,Mo,cu,Sb等成矿元素的地球化学行为的相似性和差异,认为这些元素以同一成因类型共生于同一造山带中,特别是碰撞造山带中;既然国内外学者在世界范围的造山带中识别了大量的造山型金矿,那么,似乎还应该存在着大量的造山型钼、铜、银、锑矿床或钼金、铜金、金银等矿床。基于以上认识,在Groves等系统论证了造山型金矿的概念、特征和普遍性的基础上,笔者及合作者致力于探索造山型Au一Ag、Ag、Pb一Zn一Ag、Mo(一Au)、Cu(一Au)、Sb(一Au)等矿床的存在与否,解剖了秦岭等地若干代表性矿床的地质地球化学特征,首先确证了中国秦岭等造山带客观发育了脉状造山型M0、Cu、Ag、Sb等元素及其组合的矿床,认为中国广泛的大陆碰撞造山带内可能潜在着大量脉状造山型铜矿、银矿、钼矿、铅锌矿等,而这类矿床长期被国内外学者忽视。因此,本文旨在与同行交流新认识和研究结果,期望将世界“造山型金矿”研究热潮拓展为“造山型矿床”研究,呼吁同行重视在大陆碰撞造山带地区寻找造山型铜矿、银矿、钼矿、铅锌矿和造山型金矿等。
2识别矿床新类型的重要意义
矿床新类型的识别,往往带动大批矿床或成矿省的发现,进而带动一个地区或国家矿业经济的快速发展。为说明这一点,下面列举一些实例。
1962年美国学者识别出了卡林型金矿,导致美国西部卡林型金矿省的发现,使美国跃升为世界第二大产金国。1978年之后,中国学者开始寻找卡林型金矿,发现了陕甘川和滇黔桂两个世界级的卡林型一类卡林型金矿省(分别是世界第二和第三大）。其中,甘肃阳山金矿黄金储量已达220t。
为借鉴山东焦家金矿的找矿经验,1973年中国学者在山东焦家金矿召开了现场讨论会,随后发现大批焦家式矿床,即构造蚀变岩型或蚀变破碎带型金矿床,河南省熊耳山金矿田和崤山地区的申家窑金矿就是典型实例。
再如:继提出斑岩铜矿的板块构造模式之后,Heald等论证了浅成低温热液型金矿的成矿模式及其与斑岩成矿系统的内在联系,带动了环太平洋和中亚造山带两个巨型浅成低温热液成矿带的发现,目前全球已发现20个该类型的超大型金矿(>100tAu),20个矿床黄金总储量>6584t。在中国相继发现了福建紫金山、黑龙江团结沟、金厂等大型金矿。
20世纪80年代初,Meinert报道了国外一些矽卡岩型的含金性,部分中国学者也呼吁重视寻找矽卡岩型金矿,致使中国很多矽卡岩型矿床中发现了伴生金的重要价值,至少有70个矽卡岩产地中含金,金储量>1000t。
然而,矿床类型对于区域构造环境却有明显的选择性。例如,浅成低温热液型金银矿床主要产于环太平洋造山带和中亚造山带,SEDEx型铅锌矿倾向于发育在弧前盆地,密西西比河谷型(MvT)铅锌矿多产于前陆盆地,VMs型铜锌矿床倾向产于弧后盆地或水下裂谷盆地,卡林型一类卡林型金矿产于弧后伸展盆地。就中国华北克拉通南北缘的造山带而言,北缘造山带(即兴蒙造山带)斑岩型、矽卡岩型、浅成低温热液型等与岩浆活动关系密切的成矿系统较为发育,卡林型和造山型金矿系统发育较少;相反,南缘造山带(即秦岭)发育世界第二大卡林型一类卡林型金矿省、中国最大的脉状银铅锌成矿省、中国第二大造山型金矿省(小秦岭一熊耳山)。因此,预测和寻找矿床新类型,必须充分考虑成矿地质环境的制约。
3从造山型金矿到造山型矿床--概念和成矿模式的跨越
3.1造山型金矿的概念与模型和矿床地质特征
科学掌握矿床成因类型划分方案是指导找矿勘查的重要依据,是矿床学家长期努力研究的重要课题之一。由于制约矿床形成的因素较多,因而矿床成因分类方案也较多。板块构造兴起以来,许多学者倾向于将矿床成因类型划分与成矿地球动力学背景结合起来,从而更好地理解矿床的形成机理和区域成矿规律。在金矿床成因类型研究中,许多学者根据世界级超大型矿床或矿集区的特征,将原生金矿床分为造山型、卡林型一类卡林型、斑岩型、浅成低温热液型、铁氧化物型、矽卡岩型、VMS/Sedex型,提出了区分上述金矿系统的标志性特征和有利的成矿背景。
图1造山型金矿的地壳连续模式
据研究,造山型金矿(orogenic一type gold deposit) 是变质地体中受构造控制的脉状后生金矿床,在时间和空间上与增生造山作用有关。造山型金矿的概念包括了过去有些文献中常见的石英脉型、韧性剪切带型、构造蚀变岩型以及一些网脉状的金矿床。它们主要形成于中地壳的绿片岩相环境,有些文献中也常称为中温或中深成热液矿床。但是,最新研究表明,造山型金矿的形成温度和压力变化范围较大,深可达25km以上,浅至近地表,据此,Groves等提出了地壳连续模式(Crustal Continuummodel,图l)。根据造山型金矿的研究结果,Kerrich等认为以往文献中常见的一些概念应该废弃。例如:(1)很多造山型金矿床中Ag含量较高Au/Ag比的平均值为5左右,有时伴随w、MO或Te的富集,因此,“单金矿床”(gold一only)的概念是错误的,不宜使用;(2)由于造山型金矿对围岩没有显著的选择性,因此“浊积岩型’,(turbidite一trpe)、“板岩型”(slate一hostedtype)、“绿岩带型”、“火山岩型”等概念已失去科学意义,而且,这些矿床已被包括在造山型或其他相应的金矿类型中;(3)朝鲜半岛和中国东部花岗岩中的脉状金矿床,其特征与产于绿岩带和浊积岩中造山型金矿床相似,因此也应为造山型。同样道理,简单地根据成矿时间而区分太古宙、元古宙和显生宙造山型金矿,也没有意义。Kerrich等总结造山型金矿或成矿省的特征如下:
(1)成矿多与增生型造山作用(accretionary orogeny)有关(图2)。
(2)多位于重要超岩石圈构造附近,或者位于复杂的变质火山一深成岩地体或沉积地体的构造边界附近。
(4)矿床分布于复杂的大型地质构造单元中,构造单元是岩性、应变、变质级等方面的陡变带或梯度带,属于造山带环境。
(5)绝大多数产于绿片岩相变质地体中。
(6)矿床受构造控制,产于超岩石圈断裂带的二级或更级的断层羽中,赋矿构造主要是高角度的斜向走滑带、逆掩推覆带,也可有横向断裂。
(7)矿床受控于脆性一韧性变形的转变带或转变期,金沉淀与构造变形作用同步。
(8)绿片岩相域的蚀变矿物组合以石英、碳酸盐、云母、(士钠长石)、绿泥石和黄铁矿(士白钨矿和电气石)为主。
(9)与区域背景的元素丰度相比,Au、Ag(As、Sb、Te、W、MO、Bi、B)强富集,Cu、Pb、Zn、Hg和Tl弱富集, As、Sb和Hg在浅部低温域的富集程度增强。
(10)成矿流体为低盐度的富碳水溶液,通常盐度(Nacl)低于6%,(CO2+CH4)含量为5%~30%mol,少量H2O一CO2不混溶,常见含CO2:水溶液包裹体、富CO2包裹体和水溶液3类包裹体。
(11)在韧一脆性剪切带内,流体压力从超静岩(suPralith-ostaitc)变化到低于静岩(sublithostatic).
(12)尽管在矿区范围内存在一定程度的成矿元素分带性,但单个矿床或矿脉系统的垂直延伸大,可超过2km，且没有垂向分带现象或分带性较弱,侧向分带较明显
根据前面列举的众多特征中,能够作为区别于其他类型金矿床的标志性特征是:矿床主要产于造山带(含俯冲型和碰撞型)的断裂构造中,成矿流体具有富Co2、低盐度的特点,成矿作用发生在造山峰期变质之后。据此,华北克拉通边缘造山带(胶东、阴燕辽、东秦岭)和中国多数大陆造山带内的脉状金矿已被论证为造山型.
3.2造山型金矿概念及其地壳连续模型的局限和问题
值得指出,造山型金矿的概念、地壳连续模型以及矿床地质特征等主要来源于对澳大利亚Yilgarn、加拿大Abitibi和美国阿拉斯加Juneau金矿带等金矿省的研究和资料归纳,这些地区基本上只有脉状金矿床,缺乏其他类型矿床(类似于中国胶东地区),明显不同于东秦岭等多类型、多矿种发育的造山型金矿省,因此,Groves等总结的矿床地质特征和成矿规律也难免以偏概全。下面列举一些尚未涉及到的, 或者没有解决,甚或自相矛盾的问题。
(1)前人论证了造山型金矿的特征和形成机理,并掀起了日渐增强的国际造山型金矿研究热潮,但至今国外学者尚未讨论是否存在其他矿种的造山型矿床。大家知道,Au、Ag、Cu、MO、Sb、Tl等成矿元素都属于亲硫元素,在很多地质环境中的地球化学行为相似,当金在造山过程中活化、迁移、富集成矿时,这些元素至少应该发生一定程度的活化、迁移和富集矿化。因此,在科学逻辑上,造山带中还应该存在造山型的其他矿种,特别是银、铜、钼、锑、碲、萤石等,需要进一步研究识别。
(2)造山型金矿研究的热潮导致世界各地大量报道造山型金矿的发现和确认,其中不乏Au一sb,Au一Ag,Au一Te,Au一Pb一Ag, Au一Cu等综合矿床。例如,澳大利亚的wiluna金锑矿床、中国湖南沃溪金锑钨矿床和新疆萨瓦亚尔顿金锑矿床,河南栾川康山金银铅矿床,河南洛宁上宫金(一碲)矿床,河南灵宝大湖金钼矿床(上部为金矿,下部为钼矿),内蒙古白乃庙铜(一金一钼)矿床和白乃庙金(一铜)矿床,等等。现在应该研究的问题是,这些矿床中的金矿化被确定为造山型,而相伴发生的Cu、Ag、Pb、sb、Te矿化是否属于造山型?
(3)在不少造山型金矿省,特别是中国东秦岭地区,还大量发育构造控制的脉状铅锌矿、银矿、铜矿等。这些矿床与造山型金矿产于同一构造单元,甚至产于同一条断裂构造或褶皱构造内,且矿床地质地球化学特征基本一致。例如,河南熊耳山金矿田发现了纸房石英脉型钼矿、铁炉坪银(一铅锌金)矿；桐柏地区的河前庄复背斜既控制了银洞坡金矿的定位,还控制了破山银矿、银洞岭银矿的产出。这些矿床是否属于造山型,或者它们与造山型金矿之间有何成因联系,显然值得研究。
(4)在Groves等的地壳连续模型图中,深部为金矿床,浅部为汞锑矿床,而且二者产于同一条断裂带内,并由同一流体系统形成(图1)。既然金矿床被确定为造山型,那么,汞锑矿床是否也属于造山型呢?
(5)造山型金矿的地壳连续模型只在一定程度上考虑了矿床尺度的垂向矿化元素分带,并未考虑地体或矿田尺度的侧向矿化分带,更未考虑造山带或成矿省尺度的多类矿床的成矿带分布规律。
(6)在造山过程中,变质成矿流体沿断裂构造带上升,通过水一岩相互作用而形成造山型金矿。如果变质成矿流体在不整合面(如河南半宽金矿)、特殊岩性层(如炭质层、BIF层)、背斜褶皱构造轴部(如河南银洞坡)等有利空间位置被圈蔽,并通过水一岩相互作用而形成层控矿床,那么,在科学逻辑上,这类层控矿床似乎也应是造山型矿床。如此,造山带地区潜在着层控造山型金、银、铜、钼等矿床,这类矿床也应属找矿勘查的目标。
(7)在造山型金矿的成矿构造环境的讨论中,许多学者倾向于将成矿作用与增生型造山作用相联系,认为造山型金矿主要产于大洋板块俯冲的增生楔,或者增生地体的拼贴带。但是,在环太平洋俯冲增生造山带中,除北美Cordilleran造山带内发育造山型金矿外,其他多数地区并没有造山型金矿床。相反,很多造山型矿床位于大陆内部的碰撞造山带,如东秦岭、俄罗斯的蒙古一鄂霍茨克造山带等造山型金矿省。
(8)虽然大陆内部的造山型金矿床被解释为古老大陆边缘增生型造山带环境的产物,但很多造山型矿床的形成时间却远远晚于增生型造山作用,甚至晚于洋盆闭合后的碰撞造山作用中的图5。例如,西澳Yuilgarn金矿省的碰撞时间是2650~2630Ma,成矿时间为2640~2600Ma;加拿大Aibitibi金矿省,造山时间为2710一2670Ma,成矿时间为2600Ma。这些地区的金矿化作用发生时间甚至晚于同造山花岗岩类,被解释为加厚岩石圈根部拆沉作用的结果。
(9)在Goldfarb等提供世界造山型金矿分布图中,造山型金矿要么位于前中生代的造山带,要么产于中新生代造山带内的古老地体或地体边缘。造山型金矿与这种地体究竟有何成因联系?这些矿床的成矿地质背景可否理解为地体与大陆或地体的碰撞造山作用?
(10)对于一个规模较大的成矿省或造山带,如东秦岭、中亚造山带和Yilgran克拉通,其内部往往包括多个不同时代的地体或构造单元,不同地体或构造单元的变形变质时间差异较大,指示造山带形成时间持续较长,是通过多次增生造山而形成的。但是,这些成矿省的大规模成矿时间却是统一的,且往往与最晚一次的造山事件关系密切。
(11)模拟实验业已证明,VMS型矿床中的Au、Cu、Ag等元素在挤压构造域活化迁移后,在伸展构造域重新沉淀富集。在世界范围的增生型造山带中,除环太平洋造山带之外,中亚造山带等大陆内部的增生型造山带均遭受了增生造山之后的碰撞造山作用。那么,在陆碰撞造山作用是否改造或破坏先成矿床?增生过程形成的造山型矿床等能否被保存下来?被改造、破坏的斑岩型、VMS型矿床中的Cu、Au、Zn等成矿元素可否重新活化、迁移、富集为新的造山型矿床?显然,这是制约着大陆内部碰撞造山带地区找矿勘查工作部署的重要问题。
4造山型矿床及其成矿模式
鉴于国外学者提出的造山型金矿概念、地壳连续模型和成矿地球动力学模式等尚有很多局限、没有解决的或自相矛盾的问题,笔者基于长期的实际研究和比较矿床学的学术思路,下面论述造山型矿床的概念及其不同尺度的成矿模式。
4.1造山型矿床及其地壳连续模式—矿床尺度的成因模式
金与很多成矿元素的地球化学行为相似,既然造山型金矿概念成立,那么,造山型银、铅锌、铜、钼等矿床的概念也应成立。因此,笔者将造山型金矿的概念拓展到造山型矿床,并建立了更全面的矿床尺度的地壳连续模式(图3)。事实上,已经研究例证了一些造山型矿床的存在,这些矿床的地质地球化学特征与邻近的造山型金矿几乎完全一致,均为构造控制的脉状变质热液矿床(见下文)。例如,河南铁炉坪银矿、银洞沟银铅锌金矿等,内蒙白乃庙铜矿、陕西铜厂铜矿等,河南冷水北沟、百炉沟等大型一超大型铅锌银多金属矿床,河南灵宝大湖和嵩县纸房石英脉型钼矿等。
图3矿床尺度的造山型矿床成矿模式—地壳连续模式
造山型矿床是构造控制的脉状后生热液矿床,在时间、空间和成因上与板块会聚型造山作用密切相关.成矿流体主要来自矿区下部的变质脱水作用(含地幔脱水、脱气),成矿系统在浅部或晚阶段有较多大气降水热液混人。就断裂构造控制的成矿系统而言,有利于流体沸腾、混合和成矿物质富集的时间是赋矿断裂构造变形的韧性一脆性转换期,空间是赋矿断裂构造变形的韧性一脆性转换带;就褶皱构造控制的成矿系统而言,由透水层和不透水层构成的背斜褶皱有利于成矿流体圈蔽、聚积,使上升的变质流体在不透水层之下聚积、循环,下渗的大气降水热液在圈蔽层之上循环,圈蔽层附近流体物理化学性质发生急变与混合,有利于形成层控造山型矿床,如银洞坡炭质层控型金矿。
值得说明的是,由于热液矿床形成深度不超过花岗岩浆的产生深度,而实验证明在水汽饱和的条件下长英质岩石在620℃开始熔融并在640℃达到重熔,加之造山带地热梯度多为35℃/km,则造山型矿床形成深度应浅于18km。
4. 2造山型矿床与其他类型矿床的关系—矿田尺度的成因模式
据涂光炽先生,改造作用(Reworking)与沉积作用、变质作用和岩浆作用并列为不同温度范围(彼此之间可有重叠)4种成岩、成矿作用。在造山带地区,除沉积成岩作用较弱外,其他3种地质作用均较强烈。
改造作用介于沉积成岩作用(<50℃)和变质作用(>200℃)之间,包括构造变形和中低温流体活动,在地壳浅层广泛而强烈,导致大量中一低温热液矿床形成。显然,改造作用也是造山作用的表征之一,因此,由改造成矿作用主导而形成的卡林型一类卡林型金矿、MvT铅锌矿床、砂岩型铜矿、低温热液矿床(含分散元素矿床和汞锑矿床等)等,虽然其成矿温度和压力通常低于造山型矿床,但可与造山型矿床共存于同一造山带或成矿省(如三江地区、秦岭地区),甚至可在同一矿区连续过渡(图3)。
会聚造山带是中酸性岩浆发育最有利的地区,因此也是岩浆控矿系列矿床(含斑岩型、矽卡岩型、爆破角砾岩型、浅成低温热液型等)最有利的地区。如此以来,造山型成矿省往往伴随大量中酸性岩浆岩和浆控系列矿床。
将成矿省或赋矿地体的造山型矿床、改造型矿床、浆控系列矿床以及中酸性岩浆活动与造山作用有机地联系起来,建立地体尺度或矿田尺度的成矿模式,有助于理解造山型矿床成矿机理,掌握矿床的成带分布规律,指导成矿预测和勘查评价,因此是矿床地质研究的重要使命和矿床勘查的需求。
针对地体增生型和碰撞型造山带中的单个俯冲体制或单个增生地体而建立的地体尺度的成矿模式见图4,也称A型俯冲成岩成矿模式或碰撞造山成岩成矿与流体作用模式(CMF模式)。该模式的变异及各带发育情况受多种因素的控制,并已多次详细讨论,本文不再赘述。需要补充说明的是,当俯冲板片为镁铁质岩石或中基性麻粒岩时,G带花岗岩类不发育,其特征即转变为B型俯冲。
特别指出,俯冲地体/板片的进变质脱水作用与仰冲地体/板片的退变作用是同时发生的。在成矿过程中,赋矿地体及其赋矿构造,即仰冲地体或板片及其断裂系统,在构造变形、变质作用等方面总表现为晚造山(lateorogenic)或后造山(Postorogenic)的特征。因此,忽视俯冲地体或板片的同造山进变质脱水,而简单地根据赋矿地体的“后造山变质特征”将成矿时间认定在后造山阶段,是片面而错误的。
图4地体尺度的造山型矿床构造成矿模式
4.3造山型矿床形成的板块构造环境—成矿省尺度的成因模式
关于造山型金矿床形成的板块构造背景,目前有两种,其一是国外学者提出的增生型造山带,即活动大陆边缘的弧前增生楔;其二是笔者及合作者多次论证的碰撞造山带。借助造山型金矿的研究结果,笔者认为造山型矿床形成的地球动力学背景是会聚型造山作用.包括增生型和碰撞型造山作用(图5)。而且,认为主要形成于碰撞造山体制,理由是:(1)增生型造山作用持续时间较长,而造山型矿床形成时间较短,往往发生在最晚一次的增生型造山作用的晚期或之后,此背景更似碰撞造山体制;(2)含较多地体(含增生、移植和外来)科迪勒拉型造山带(cordillerantyPe)发育造山型金矿省,而缺乏外来地体的安第斯型(AndeantyPe)造山带基本没有造山型矿床;(3)在科迪勒拉型造山带中,多数造山型金矿位于古老地体内部或边缘,指示地体碰撞拼贴与成矿的密切联系;(4)碰撞造山作用包括陆一陆碰撞、弧一陆碰撞、弧一弧碰撞和地体拼贴等多种方式,地体增生到陆缘是碰撞造山作用的形式之一;(5)当洋盆彻底闭合后,洋一陆俯冲造山体制转变为陆一陆碰撞造山体制,活动大陆边缘造山带转变为大陆碰撞造山带,科迪勒拉型和安第斯型的陆缘造山带分别演化为中亚型和秦岭型(或阿尔卑斯型)大陆碰撞造山带,两类大陆碰撞造山带均发育造山型成矿省,且大规模成矿时间同步于或略晚于陆陆碰撞造山作用,显然,这类造山型矿床无法用Groves,等人的增生型造山一成矿模式所能解释。
图5造山型成矿省发育的板块构造模式
4. 4造山带构造演化与大规模成矿一3阶段成矿模式
前面分别讨论了矿床、矿田和成矿省尺度的成矿模式,这些模式都是在着重于分析成矿机理和发育空间的基础上而建立的,可以较好地用于指导不同尺度的矿床评价和成矿预测,是寻找大型、超大型矿床、矿田和成矿省的重要理论依据。然而,对于任何一个造山型成矿省、矿田或单个矿床的矿区而言,其地球动力学背景都是随时间而改变的,而造山型成矿系统却是在特定的地球动力学环境中发育的,并随地球动力学环境的演化而发生、发展和消亡。因此,在造山带漫长的地质演化过程中,厘定出最有利的大规模成矿时间,对于区域性成矿预测和找矿评价,也是至关重要的科学依据。
前已述及,目前已知造山型成矿省发育在两类构造环境,即增生型造山带和大陆碰撞造山带,两类造山带的共同特点是:(1)地壳和岩石圈加厚,主要的加厚机制是挤压背景下的地体或大陆地壳碎块之间的推覆叠置、走滑挤出、陆内俯冲等;(2)复杂的造山带演化过程总可分解为3个阶段(图6),即早阶段挤压隆升、地壳加厚和温度梯度增高,中阶段挤压向伸展转变、地壳热隆升,晚阶段伸展、地壳和岩石圈减薄以及热异常消退。根据这些共同特征,笔者提出了造山型矿床及相关类型矿床成矿作用和岩浆作用演化的3阶段模式(图6)。
图6会聚造山带构造背景演化与大规模成矿之祸合关系的3阶段模式
值得指出的是,该3阶段模式在矿床尺度、矿田(地体)尺度和成矿省尺度（图6)均有具体表现,并由物理化学原理将大规模成矿时间限定在挤压向伸展转变体制。在同位素年代学方面,“成矿年龄晚于造山作用”或晚于同造山花岗岩浆活动,至少应滞后于地体与大陆之间或大陆与大陆之间的洋盆闭合时间。因此,再次强调,“成矿年龄滞后”现象是造山成矿和造山型矿床的典型特征或标志;根据“成矿年龄滞后”而否定造山过程中成矿或否定造山型矿床的观点是错误的,根源在于不了解成矿系统发育的过程和特征,尤其是忽视了中高级变质系统、岩浆系统的封闭温度(>550℃)与造山型矿床等热液矿床封闭温度(<200℃)的显著差异,而封闭温度的差异在区域性造山背景可以导致很大范围的“时钟”起始计时的差异。
图7河南冷水北沟铅锌银矿床区域地质简图
5造山型矿床实例
造山型矿床存在与否,其特征是否与前述一系列成矿模式吻合,是判别模式正确与否的标志,也是判别造山型矿床概念之必要性的依据。造山型金矿的实例已有大量报道,一定程度上证明了造山型矿床概念及其成矿模式的科学性和必要性。
5.1造山型银矿
最近,河南省的东秦岭地区发现了一批造山型银矿(伴生铅锌、金、铜),已确定达到大型规模的造山型银矿床有洛宁县铁炉坪、沙沟(据姚公一口头介绍,银储量>2000t,铅锌储量>50万t),卢氏徐家湾矿床,栾川县赤土点、冷水北沟(银资源量>8000t,铅锌资源量>300万t)、百炉沟、土地庙沟,内乡县银洞沟矿床,桐柏县破山银矿床。此外,达到中型规模的造山型银矿床有洛宁县蒿坪沟矿床和桐柏县银洞岭银矿。这些矿床分布于华北克拉通南缘的熊耳山金银矿田、熊耳古火山弧的卢氏一栾川中新元古代弧前盆地、中元古代的宽坪增生地体、新元古代的二郎坪地体等不同构造单元。其中,铁炉坪、破山、银洞沟等矿床的详细研究结果已有报道,本文不再重复。
5. 2造山型铅锌矿
关于造山型铅锌矿床的实例尚无报道。笔者认为,过去报道的一些密西西比河谷型(MvT)铅锌矿床中,可能部分属于造山型。以下简单介绍河南栾川冷水北沟矿床。
冷水北沟铅锌银矿床位于东秦岭栾川断裂北侧(图7),矿床赋存于中一新元古代浅变质碎屑岩建造中,受断裂控制,矿体呈脉状。矿石主要由金属硫化物,少量石英和碳酸盐组成;围岩蚀变和成矿过程分为4个阶段,以石英一黄铁矿组合(I阶段)、黄铁矿一闪锌矿组合(II阶段)、多金属硫化物(III阶段)和碳酸盐(Iv阶段)为标志。包裹体研究表明,成矿流体为含CH4、的碳水体系,盐度(NaCI)为0.22%一13.8%。从早到晚.流体包裹体均一温度为420°一340℃(I)、370°一280℃(II)、320°一260℃(III)和<260℃(Iv)。I、II阶段的流体盐度(Nael)低于8%,III阶段流体盐度(Nacl)增高至13.8%,甚至偶见子晶。I、II阶段的流体包裹体均一压力分为两组,即180一200MPa和70一80MPa,代表着深约8km的静水与静岩压力系统的共存或交替;III阶段只有70一80MPa一组压力,指示开放环境注人的静水压力体系。I、II阶段静岩与静水压力系统的交替现象完全吻合于断层阀模式,含CH4的C02一H2O流体的脉动沸腾消耗了流体成矿系统热能,并使盐度不断增高、成矿。成矿II阶段广泛存在沸腾流体包裹体组合(图8),也证明流体沸腾现象的存在。以上表明,冷水北沟是一个典型的形成于碰撞造山挤压向伸展转变期的造山型Pb一Zn-Ag矿床实例。
图8冷水北沟II阶段石英中沸腾包裹体群
A一充填度变化较大的沸腾包裹体群;
B一异相均一的C02一H20型包裹体
5. 3造山型铜矿
铜矿产的资源类型主要为斑岩型、矽卡岩型、VMS型、砂岩型、铜镍硫化物型铜矿床,脉状铜矿床基本被忽视,而造山型铜矿存在与否更无人涉及。然而,笔者在考查内蒙古白乃庙大型铜矿(伴生金和钼)、陕西铜厂大型铜矿和河南竹园沟铜矿点时,注意到这些矿床的地质特征与造山型金矿几乎完全一致,其主要矿石类型为石英脉一硫化物型,且石英脉构造变形、破碎强烈,黄铜矿等多金属硫化物则沿石英脉中的构造裂隙或石英脉角砾之间的孔隙充填、胶结(图9),截然不同于VMs型铜矿和斑岩型铜矿床,认为它们可能属于造山型矿床。此外,云南雪鸡坪铜金矿床被作为典型的斑岩型成矿系统,但其高品位矿石是石英脉型,石英脉型矿石具有造山型金矿系统的特征(图9一B),同样显示了造山型成矿作用的叠加。另据顾连兴等研究,辽宁红透山VMs型铜矿床的后期叠加成矿作用强烈,富矿体也属石英脉型,且与造山型金矿特征类似。鉴于上述,笔者认为造山型铜矿可能在大陆碰撞造山带具有一定的广泛性,只是过去对这些矿床的成矿作用特征未能正确认识,现以内蒙古白乃庙铜矿为例,予以简单说明。
图9造山型铜矿床和钼矿床地质和流体包裹体特征
A一陕西铜厂铜矿,早阶段石英脉角砾被中阶段黄铜矿等硫化物充填胶结;B一云南雪鸡坪铜矿,中阶段黄铜矿等硫化物沿石英脉共轴裂隙充填胶结;c一河南竹园沟铜矿,构造破碎的含铜石英脉贯人早前寒武纪太华群高级变质岩;D一内蒙古白乃庙铜矿,黄铜矿等胶结角砾化的石英脉,并被棕色碳酸盐脉穿切;E一河南纸房铂矿床含辉钼矿(铅灰色)石英脉贯人熊耳群火山岩,石英脉破碎;F一河南大湖金钼矿床,含辉钼矿石英脉之石英矿物中的富C02三相包裹体
内蒙古白乃庙铜矿床位于中亚造山带东段,索伦缝合带以南,是中国著名的大型铜矿之一,前人曾进行了大量研究,先后提出了斑岩型、VMS型、火山热液型、火山热液型一改造型、斑岩型一火山热液型的复合型等多种观点。事实上,如此多的成因观点和分歧已经暗示该矿床与典型斑岩型、VMS型成矿系统存在显著差异,应考虑其为矿床新类型。前人的研究和笔者的多次野外考查表明,矿床受Ew向或NWW向断裂构造控制,矿石主要为石英脉型和构造蚀变岩型。成矿过程分为3个阶段:早阶段矿物组合为石英一黄铁矿,因遭受强烈构造作用而变形、破碎,部分呈构造角砾;中阶段多金属硫化物(伴少量石英)充填于早阶段石英脉的构造裂隙或角砾的间隙中,未见变形、破碎;晚阶段石英碳酸盐脉穿切早、中阶段脉体和矿物。铜矿化主要发生在中阶段,即多金属硫化物阶段。
据李文博研究,矿床流体包裹体类型有纯液相、富液相、富气相、纯气相、C02三相和含子晶等多类包裹体。从早到晚,包裹体均一温度变化于400°一140℃,成矿系统的初始温度较高;富液相包裹体的均一温度和盐度逐渐降低,而且,早阶段矿物中的次生包裹体的均一温度和盐度与中阶段矿物中原生包裹体相似,表明早阶段石英矿物受到中阶段流体作用叠加。相邻的富气相包裹体异相均一,均一温度相近,纯气相和纯液相包裹体在空间上与硫化物关系密切,几乎所有的C02三相包裹体向气相均一,表明成矿流体发生了以C02逸失为特征的沸腾作用。激光拉曼测试显示,白乃庙铜金矿床流体包裹体的气相成分主要为C02CH4和N2;纯液相包裹体成分主要为水溶液,个别为液态C02;纯气相包裹体成分为C02、cH4、N2和H2O必或其混合物。
以上表明,白乃庙铜金矿床地质特征和成矿流体特征与造山型矿床特征完全一致,表明为造山型铜金矿床。
5.4造山型铂矿
斑岩型(矽卡岩型)矿床是最主要的钼矿资源,倍受地质学者和勘查学家重视,而脉状钼矿床的实例则鲜见报道,更无人研究造山型钼矿床了。但是,按照前面的成矿模式和元素地球化学行为的分析,发现具有重要经济价值的造山型钼矿也是可能的。受这一学术思路的引领,笔者考查了河南东秦岭地区新近发现的一批钼矿床(点),发现其中不少矿床属于典型的断裂构造控制的脉状矿床,例如,方城县土门萤石脉型一构造蚀变岩型钼矿床,西峡县天宝寨石英脉型钼矿点,嵩县纸房石英脉型钼矿床(图9一E),洛宁县寨凹石英脉型一构造蚀变岩型钼矿床,灵宝县大湖石英脉型钼矿床。同样,这些矿床的地质特征与脉状造山型金矿类似,可能属于造山型。为证明造山型钼矿的存在,笔者首先解剖了大湖矿床,原因在于该矿床与大湖造山型金矿属于同一条石英脉,只是造山型金矿在浅部,钼矿体在深部。
小秦岭是国内外学者共识的造山型金矿田,大湖钼-金矿床位于小秦岭地体的最北缘,毗邻文峪花岗岩体(图10)。据李诺对流体包裹体的初步研究(图9一F,未刊资料),成矿过程同样分为3个阶段,早阶段形成石英脉,中阶段为辉钼矿一硫化物网脉,晚阶段为石英一碳酸盐网脉。早阶段流体包裹体主要为纯C02单相或两相包裹体,少量富C02三相包裹体,中阶段为富C02:三相包裹体和含子晶包裹体,晚阶段全部为水溶液包裹体。晚阶段水溶液包裹体的均一温度为248°~251℃.而早、中阶段的包裹体在均一之前爆裂.爆裂温度范围为250°一300℃,主要集中在290°一300℃。这些特征表明,大湖钼矿床的主成矿温度应高于300℃,流体成矿系统具有深成带(hypozonal)造山型矿床的特征。
图10小秦岭造山型金矿田地质和大湖金钥矿床地质背景
6找矿思路和成矿预测实例
6. 1中国造山带地区的找矿思路
中国广泛发育大陆碰撞造山带,不少大陆碰撞造山带是由增生型造山带演变而来,不但碰撞和增生造山过程中可形成大量造山型矿床,而且碰撞前形成的一些其他类型的矿床,如VMs型、SEDEx型、斑岩型、浅成低温热液型等矿床,也可在碰撞造山过程中重新改造、活化和重就位,而形成造山型矿床,因此,中国具有寻找造山型矿床的巨大潜力,这要求中国地质工作者和地勘队伍拓宽和转变已有找矿思路。例如,国外很多大型、超大型斑岩铜矿产于岩浆弧环境,成矿时间与岩浆弧发育时间一致,中国众多大陆碰撞造山带也经历了岩浆弧发育过程,因此,中国地质工作者长期致力于寻找岩浆弧发育时期的斑岩铜矿,但收效甚微,迄今发现的岩浆弧时期的斑岩型矿床寥寥无几。造成这种局面的可能原因之一是,后期的陆陆碰撞造山作用破坏了原有的斑岩型等成矿系统,而被破坏的斑岩铜矿、VMS铜锌矿床等转变为白乃庙、雪鸡坪、铜厂、红透山(局部石英脉型富矿体)造山型铜矿床。因此,在中国大陆碰撞造山带地区,应按照前面建立的一系列造山型矿床的形成模式,高度重视寻找断控脉状造山型铜矿。
6. 2成矿预测实例
根据具体地质环境拓宽找矿思路,按照成矿模式进行成矿预测,然后部署地质调查,是发现矿床和成矿省的有效途径。在前述不同尺度的造山型矿床成矿模式中,笔者特别推荐地体尺度的成矿模式(图4)的科学性和实用价值。理由是:地体尺度的成矿模式与通常国内外部署的地质调查范围相当,或者与1: 5万和1: 20万地质图的面积相当,易于实施地质矿产调查;成矿模式中的关键性地质体,如区域性断裂、大型剪切带、大型花岗岩基和含矿斑岩体等,也是地质工作者乐于和习惯于研究的对象;该模式明确标明了多类矿床的空间分带关系及其与重要地质体或醒目地质现象的配置关系,易于根据其中1~2种现象预测找矿靶区。更重要的是,依据该模式已经取得了找矿预测的成功,下面略举2个例子。
实例一—河南熊耳地体。地体尺度的造山成矿模式是基于熊耳山区的研究而提出,在1990年提出该模式之前,熊耳地体只有3个金矿(康山、上宫、祁雨沟)和1个钼矿(雷门沟)(图11)。在1990年提出成矿模式之后,熊耳地体发现了瑶沟等大中型金(银)矿10多处,大型银(铅锌)矿床2处、中型银铅锌矿床I处(图11),各类金、银、钼、铜、铅锌矿点100多处。而且,所有矿床的成因类型、分带规律甚至成矿元素组合变化特征等,均与成矿模式完全一致。不仅如此,当时根据脉状矿床、花岗岩基、斑岩一爆破角砾岩的定向排布序列,提出马超营断裂是倾向北的陆内俯冲带观点,现也被更详细的构造解析研究所证明,即张国伟等厘定其为“指向南的厚皮推覆构造带”。
图11熊耳地体地质和矿床分布图
a一嵩坪沟银铅矿;b一铁炉坪银铅矿;c一小池沟金矿;d一康山金银铅矿;e一上宫金矿;f-虎沟金矿;g一红庄金矿;h一青岗坪金矿;i一潭头金矿;J一瑶沟金矿;k一前河金矿;l一雷门沟钼(金)矿;m一祁雨沟金矿;wsG一五丈山岩体;HsG一花山岩体;jSM一金山庙岩体;sTF一三门一铁炉坪断裂;KQF一康山一七里坪断裂;HQF一红庄一青岗坪断裂;TMF一陶村一马园断裂;SBF一三宝断裂;sDF一商丹断裂;MF一马超营断裂;LF一栾川断裂
实例二—河南二郎坪地体的夏馆银金铅矿带。陈衍景等根据对朱夏断裂带及其北侧的祈子堂金矿、许瑶沟等金矿点的研究,认为朱夏断裂是倾向北的陆内俯冲带,并运用地体尺度的碰撞造山成岩成矿与流体作用模式,预测朱夏断裂北侧依次发育断控热液矿床带(祈子堂、许瑶沟金矿为代表)、花岗岩基带(四棵树、二郎坪岩体为代表)和栾川一金堆城斑岩及其钼多金属成矿带。其中,断控热液矿床带自西向东依次发育“官坡锑矿段、双槐树一石门砷矿段、桑坪一米坪铜金多金属矿段、夏馆银金铅矿段和祈子堂金银矿段”(图4~5)。1999年以来,仅在“夏馆银金铅矿段”内就发现了银洞沟大型银金铅锌矿床和板厂大型银矿床(图12)。
图12夏馆银金铅矿段地质矿产示意图
7结论
(l)造山型矿床主要发育在大陆碰撞造山带和增生型造山带,中国大陆碰撞造山带丰富,造山型金、银、铜、铅锌、钼等矿床的找矿潜力巨大。
(3)会聚造山作用的挤压伸展转变期是大规模成矿时间,同造山成矿系统的同位素年龄晚于造山年龄是造山型矿床的本质特征。因此,依据成矿年龄晚于赋矿地体或造山带的挤压造山年龄,将成矿与造山割离的观点是片面而错误的。