超大陆旋回与金属矿床分布

后勤部长 · 发表于 2012-2-6 14:55

超大陆旋回与金属矿床分布

几组重要矿床在时间分布上的系统变化反映了大陆的循环性（周期性）聚合与裂解。尤其是，大陆盆地中或与非造山岩浆活动有关的金属矿床在中元古代最丰富（20~14亿年），对应与第一个超大陆的形成。重要的是注意到大陆上金属矿床形成的高峰期同样与一个推测的晚元古代超大陆（10~8亿年）以及Pangea超大陆的最大聚合期相一致。

相对应的，形成或保存于会聚边缘造山带的金属矿床在晚太古代（29~26亿年）最丰富，对应于高地球热流和大陆地壳快速稳定的时期，以及过去的200Ma。这段时期对应着当前的大地构造循环。尽管矿床数量相对较少，但相似的成矿作用在早元古代造山带，以及晚元古代显生宙造山带相对应。未来的矿产勘查工作可能会得益于层序地层学在认识构造循环中的应用，尤其是前寒武纪岩石记录中的应用。

引言

不同类型金属矿床时期分布上的不均一性与三个主要因素有关。①水圈—大气圈的演化；②大地热流的独特降低；③长周期的大地构造趋势。

成矿学的问题已经用全球构造演化趋势来解释，即从太古代的完全活动体制（permobile regime），经过稳定的克拉通化的元古代，到显生宙板块构造的运行（e.g.,Meyer,1988;Windley,1984;Veizer等，1989）。

相反，Sawkins（1976）认为沉积岩中的铜矿床与中元古代、晚元古代、显生宙超大陆的裂解有关。我们的目的是表明大陆如Pangea和地幔对流相互作用形成的这种构造循环性（周期性），结合大地热流的不断减小，来提供简单但清楚的（coherent）模式来说明大量金属矿床类型在时间分布上的不均匀性。

造山和非造山活动的周期循环性对eustasy（海平面变化）、海水生物化学演化以及大陆地壳的生长与分布具有重要意义。因此有可能影响矿床的空、时分布。板块运动和地幔对流的数字模拟确定了大陆壳的分解发生在地幔上隆之上，而聚合发生在地幔乡下沉降的位置并形成超大陆。这样的大陆制约着俯冲和地幔对流的发生，这就导致了热及大规模的上涌的形成、大陆岩石圈的隆升、地幔熔体向地壳的注入、广泛的地壳熔融、最后导致大陆岩石圈的裂解和汇聚。与非造山岩浆活动有关的金属矿床，或形成于陆内盆地中的矿床在大陆聚合的末期和裂解的初期应该最丰富。与汇聚构造或形成于造山带中的矿床在板块的快速运动和超大陆的聚合期应该最丰富。

显生宙：

显生宙受控于晚古生代超大陆的裂解，以及300Ma左右Pangea的形成和随后的裂解。这为解释前寒武纪岩石的早期超大陆循环的证据提供了基础。Pangea超大陆400~200Ma间的接近最大范围的增生对应着广泛的克拉通内沉降及剧烈的陆内沉积盆地的形成期。在该期内，形成了沉积岩型Pb—Zn和Cu矿化的高峰。这类矿化被解释为形成于Caledonian—Appalachian造山带的大陆边缘（epicontiental）或前陆环境，含Ni、PGE矿化的层状侵入体（如西伯利亚的Norilsk）形成于Pangea大陆裂解的初期。因为它们形成于厚的、相对稳定的大陆壳之上，这些类型矿床很可能会被保存下来。

相对应地，形成于现代汇聚板块边缘的矿床在过去200Ma中，紧跟着Pangea的裂解。这种类型矿床在岛弧和大西洋边部的盆地中最为发育，包含了绝大多数类型的金矿床，与火山有关的块状硫化物矿床，蛇绿岩中的豆荚状铬铁矿和斑岩型Cu、Mo矿化。

在超大陆的形成过程中，金属矿床保存的可能性部分依赖于它们是否成为边缘（peripheral）或内部（interior）造山带的一部分。边缘造山带在大陆外大洋的边缘形成。随后没有发生大陆碰撞，通常能某种程度保留丰富的矿化，低级变质的岛弧和边缘盆地地体。相反，内部造山带（如Himalayas）由于大洋的封闭形成，且经历了强烈的（extensive）地壳加厚，随大陆碰撞后发生抬升，并使中高级变质岩出露。上地壳中形成的金属矿床的保存机会甚至比边缘造山带中要低，但是形成于大陆岩浆弧的矿床（如与花岗岩有关的中温Au—Cu矿床）和下地壳形成的矿床（如层状岩体中的Fe—V—Ti矿床）能够局部地保存下来，形成于造山带内的矿床（如沉积岩中的Pb—Zn矿床）可能会与其变为一体（become incorporated within it）并且在碰撞过程中经受变质作用。

尽管这种低保存潜力，重要的金矿床和与火山岩有关的块状硫化物矿床仍然在北美和欧洲加里东和海西造山带中被发现。以及澳大利亚Tasman褶皱带中，在Pangea形成过程中，它是活动大陆边缘。

晚太古代

从全球构造来看，Au、块状硫化物矿床Kambalda型与Komatiite岩有关的Ni 矿床在晚太古代绿岩带中和沉积盆地中的超常（extraordinary）富集很可能与陆壳的快速生长和稳定化以及高的大地热流有关。组成太古代craton和沉积盆地绿岩和变质沉积岩组合，在许多方面与太平洋汇聚边缘地体相似，这些地体中产出了绝大多数年轻的金矿床和块状硫化物矿床。晚太古代火山弧、边缘盆地及有关的岩石组合周期性的、不断的（cyclic progressive）增生（acrretion）到原始克拉通性质的陆核之上（protocratonic nucleii）导致了长时间内大量克拉通的形成，丰富的矿产是这种构造体制下的直接产物。在这种情况下，富金的Witwatersrand盆地被认为形成于两个晚太古代克拉通碰撞过程中的前陆盆地（foreland basin）。

元古代

Hoffman（1988，1989，1991）以显生宙Pangea超大陆的演化为对比描述了Laurentia—Baltica—Siberia早—中元古代的演化。这包含了克拉通汇聚形成大的大陆过程中初期的强烈（intense）造山活动（20~18亿年）。Udokan（isiberia）沉积铜矿床产在这个推测的大陆（~20亿年）中。但是，造山作用及有关的矿化沿大陆边缘出现，可能从南加利佛尼亚延伸到Scandinavia，一直到16亿年。在这个主要的早元古代边缘造山带中的矿化作用包括太古代中的矿化作用包括太古代类型的Au矿化（e.g.Homestake）、块状硫化物矿床（Scandinavia）、有科马提岩有关的Ni矿化（Thompson belt）、以及斑岩型矿床（Scandinaia）。在18~16亿年之间，高海平面导致了大的海底陆台和陆内盆地的形成（如Athabasca盆地，其中产有铀矿化）。以及非造山岩浆活动在大陆中出现。下一个阶段（16~13亿年），以持续且广泛的非造山岩浆活动为主，这形成于大陆裂解之前或同时。它包含了斜长岩（anorthosite）岩体的侵位。该期的低海水位说明在大陆壳上裂谷之外沉积序列是非海相的。重要的Sullivan型Pb、Zn矿床可能形成于这些裂谷之一的边缘附近。

在13~10亿年期间（the Grenville orogeny），伴随着大陆的再次聚合发生了强烈的造山活动。该期相成的金属矿床是Cu矿（e.g.White Pine ,Coppermine），与陆内盆地中的沉积作用和玄武质岩浆活动有关。沉积岩中的Pb、Zn矿床发生了变质并且融合（incorporate）到造山带中，其中也产有少量的构造后期中温热液金矿床。目前，不断增加的证据表明晚元古代超大陆的聚合，包括了Laurentia，Gondwana的绝大部分，Baltica和西伯利亚Siberia。

在澳大利亚存在相似的元古代地壳演化和成矿模式，它可能反映的是早元古代北澳大利亚与Laurentia的焊接（amalgamation）在Capricor造山带和Pine Creek和Tennan Creek中的金矿化伴随着早元古代造山作用的发生，持续到18亿年。此后，接着一个漫长的prolonged多期次的伸展和挤压、陆内沉积以及非造山岩浆活动时期（18~13亿年）。世界级的（world—class）沉积岩中的Pb、Zn矿床（Mount Isa，McArthur River，Broken Hill）在17~16亿年间形成于陆内盆地中。富LILE的非造山岩浆可能为这些矿化以及提供了金属的最大来源，不整合面型U矿床（如Alligator Rivers area）。巨大的Olympic Dam U—Cu—Au矿床产于花岗质角砾岩中，属于Gawler克拉通富LILE

花岗岩的一部分。在Laurentia，在13~10亿年之间，又回到了造山作用时期，但有关的矿床报道很少。但是，绝大多数晚元古代金矿化来自690Ma±的Felfer金矿，产于西澳的Paterson造山带中。

在非洲大陆，记录了其它的重要成矿事件。Bushveld杂岩（世界最大的PGE ），Palabora碳酸岩（巨型的Cu—Fe—P矿床），均形成于大约20亿年的产在30亿年±已经稳定了的大陆壳中，且自晚太古代以来基本未受到造山活动的影响。非洲也含有13~10亿年的造山带，以及重要的沉积Cu矿床（Zambian Cu矿带，大约10亿年）。构造晚期的金矿化以及更老的沉积Pb—Zn和Cu矿床也出现在泛非（Pan—African）内部造山带内（900~600Ma），该类造山带形成于Gondwana大陆的形成期。另外，块状硫化物矿床和中温热液金矿床产在ophiolite和岛弧第体中，它们增生到Arabian—Nubian地盾的泛非边缘造山带之上。

讨论与结论

矿床分布时间的变化有较好的资料。这能部分地用在演化水圈—大气圈中O2的不断增加来解释，也可以部分归因于大地热流的长期降低。但是，矿床的时间分布很大程度上与板块构造循环有关，而非以前提出的构造作用的递进演化。