牛樹銀,陳 超,張福祥,孫愛(ài)群,王豐翔,馬寶軍,張建珍,李鳳友,王寶德,許傳詩(shī)

1.河北地質(zhì)大學(xué),河北 石家莊 050031;2.承德市地質(zhì)隊(duì),河北 承德 067000

地幔熱柱最初源于“熱點(diǎn)”。1963 年,板塊構(gòu)造創(chuàng)始人之一威爾遜最先提出熱點(diǎn)假說(shuō),用于解釋夏威夷群島火山鏈的成因[1];Morgan (1971) 認(rèn)為他所指的固定熱地幔源區(qū)實(shí)際上是一個(gè)產(chǎn)于地幔底部熱邊界附近的熱幔柱(Plume,也有人譯作地柱、熱點(diǎn)、地幔羽、地幔柱)[2];Anderson (1975) 則著文說(shuō)地幔熱柱與其說(shuō)是熱柱,不如說(shuō)是一種化學(xué)柱[3]。繼而,發(fā)源自核—幔界面的“地幔熱柱” 被認(rèn)為是繼“大陸漂移”、“板塊構(gòu)造” 之后的第三次地學(xué)革命,引起地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注和研究熱潮。

1 幔枝構(gòu)造成礦理論的提出

幔枝構(gòu)造(mantle-branch structure) ——地幔熱柱的第三級(jí)構(gòu)造單元(Maruyama 等稱三次柱),是地幔熱柱多級(jí)演化在巖石圈淺部的綜合表現(xiàn)形式[4-6]。幔枝構(gòu)造一般由核部巖漿—變質(zhì)雜巖、外圍蓋層拆離滑脫層和上疊構(gòu)造斷陷—火山盆地等三個(gè)單元組成。它可引起地殼上隆、巖漿活動(dòng)、變形變質(zhì)等作用,以及含礦流體活化遷移、圍巖蝕變、成礦作用等一系列地質(zhì)過(guò)程。

1.1 地幔熱柱多級(jí)演化

地幔熱柱[7,8]多級(jí)演化——Ⅰ級(jí)地幔熱柱(Wilson,1963)—Ⅱ級(jí)亞熱柱[9]—Ⅲ級(jí)幔枝構(gòu)造[10]。需要從新的視角看待幔殼運(yùn)動(dòng)和成礦作用(圖1)。

地幔熱柱起源于核—幔界面,由于界面內(nèi)、外分別是液態(tài)內(nèi)核、固態(tài)下地幔。據(jù)地球物理學(xué)探測(cè)資料分析,核—幔界面存在著厚約2km 的差異旋轉(zhuǎn)層,而差異旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,一旦由于核—幔旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)凸起或物質(zhì)成分不均勻分布,則在凸起處構(gòu)成薄弱環(huán)節(jié),便會(huì)形成上涌熱地幔物質(zhì)流,隨著熱物質(zhì)流的不斷上涌,逐漸形成頭大尾小向上涌動(dòng)的地幔熱柱。

圖1 地幔熱柱多級(jí)演化及成礦類型模式圖Fig.1 Model map showing the multiple evolution of mantle plume and metallogenic types

當(dāng)?shù)蒯嶂粩嗌嫌慷_(dá)到上、下地幔界面時(shí),由于上下地幔界面亦存在著差異旋轉(zhuǎn)形成的界面,上升地幔熱物質(zhì)流逐漸集聚,形成蘑菇狀地幔熱柱。隨著地幔熱物質(zhì)不斷的集聚,地幔熱柱的熱物質(zhì)流上涌力達(dá)到或超過(guò)界面的封阻力時(shí),便會(huì)突破界封阻力,穿越上、下地幔間存在的界面,形成若干個(gè)地幔亞熱柱。

類似地幔熱柱一樣,地幔亞熱柱上涌遇到軟流層的阻擋,亦在頂部形成呈蘑菇狀頂冠,也需要積累能量,穿過(guò)阻擋層進(jìn)入地殼,構(gòu)成了地幔熱柱—地幔亞柱—幔枝構(gòu)造系統(tǒng)。值得強(qiáng)調(diào)的是地幔熱柱—地幔亞柱—幔枝構(gòu)造系統(tǒng)的連續(xù)上涌,溝通了地核、地幔與地殼的通道。與地幔熱柱體系溝通的冷物質(zhì)流可能就是板塊構(gòu)造俯沖帶,兩者連續(xù)構(gòu)成地球物質(zhì)的循環(huán)。

地幔熱柱上涌過(guò)程中也會(huì)向外圍拆離滑脫,加之地幔物質(zhì)的高溫度、高壓力、低粘度特征,使地幔物質(zhì)不僅沿巖石圈底部向外圍大規(guī)模拆離,同時(shí)還會(huì)沿殼幔過(guò)渡帶、中地殼低速帶、不同層次原有拆離滑脫帶等薄弱部位向外拆離。而這種地幔物質(zhì)沿薄弱帶的拆離,容易使薄弱帶擴(kuò)大,甚至與巖石圈脫落,成為下落殘塊。這也可能是造成巖石圈拆沉的方式之一。

向外拆沉的地幔物質(zhì),一旦被外圍陡傾韌性剪切帶所切割,或者由于地幔物質(zhì)向外拆離過(guò)程中導(dǎo)致的液壓致裂作用,使新生斷裂與上部活動(dòng)斷裂連通,便可導(dǎo)致地幔物質(zhì)減壓釋荷,使原本具有一定熔融性質(zhì)的低速軟化物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為深熔巖漿源。如果韌性剪切帶直達(dá)地表且通暢性較好,則巖漿直接噴出地表形成火山爆發(fā)?；鹕交顒?dòng)旋回往往以基性、中基性巖漿噴發(fā)開始,以酸性或酸性偏堿性巖漿活動(dòng)為結(jié)束,總體表現(xiàn)出基性→中基性→中性→酸性(偏堿性) 的完整巖漿活化序列?；鹕交顒?dòng)特征,往往早期以基性噴流為主,多表現(xiàn)為裂隙式溢流,晚期逐漸演化為酸性巖漿中心式噴發(fā)。究其原因,除巖漿自身演化序列外,早期殼源物質(zhì)的同化混染少,而晚期同化混熔加強(qiáng)亦是巖漿成分變化的原因之一?；鹕絿姲l(fā)的方式則主要與巖漿的粘度有關(guān)[11]。

此外,凡火山噴發(fā)異常強(qiáng)烈的地區(qū),往往形成多期次火山—沉積盆地,這也可能與深部大量火山噴發(fā)造成地下虧空,導(dǎo)致重力塌陷作用有關(guān),如冀北的寧城盆地、灤平盆地等均屬此類。

如果區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)處于擠壓體制,韌性剪切帶較為緊閉,則巖漿活動(dòng)緩慢,活動(dòng)時(shí)期漫長(zhǎng),并以巖漿侵入活動(dòng)為主。主要侵入巖漿類型從早到晚可為輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗巖,即總趨勢(shì)由偏基性→偏中性→偏酸性演化。巖漿侵位深度由深成→淺成→超淺成演化,侵位強(qiáng)度由弱→強(qiáng)→弱,構(gòu)成完整的侵入旋回。

1.2 巖漿—變質(zhì)雜巖熱隆

這種巖漿—片麻巖穹窿式幔枝構(gòu)造抬升的速度和幅度,取決于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度和花崗巖漿的規(guī)模,如果構(gòu)造活動(dòng)不強(qiáng),巖漿侵位規(guī)模不大,那么其隆升幅度也有限,多只是一般的隆起,甚至連深部片麻巖也尚未出露于地表;如果構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,巖漿侵位規(guī)模亦大,則基底變質(zhì)—巖漿雜巖呈揭頂式裸露,蓋層就會(huì)發(fā)生大幅度拆離滑脫,形成典型的幔枝構(gòu)造(相當(dāng)于變質(zhì)核雜巖階段);如果構(gòu)造活動(dòng)十分強(qiáng)烈,并導(dǎo)致大規(guī)模巖漿活動(dòng),片麻巖基底也會(huì)大幅度快速隆升,以至于蓋層巖石完全被剝蝕殆盡,基底片麻巖系和深成巖體直接裸露地表,構(gòu)成大面積變質(zhì)—巖漿雜巖地塊。膠東地區(qū)與冀東、阜平幔枝相比,便屬于后者。

此外,巖漿侵入作用不僅是幔枝構(gòu)造形成的主要?jiǎng)恿C(jī)制,它還可使糜棱巖化及其變質(zhì)作用具有分帶性,或出現(xiàn)與區(qū)域變質(zhì)作用不一致的構(gòu)造變質(zhì)(接觸變質(zhì)) 作用。糜棱巖前鋒帶可由一個(gè)大型巖體的侵入所引起,這樣的實(shí)例如亞利桑那州的南山核雜巖,也是由多個(gè)、多期次巖漿活動(dòng)引起,使糜棱巖前鋒遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離正常溫壓曲線而出現(xiàn)在較淺部,而遠(yuǎn)離深成巖體韌性變形便會(huì)迅速減弱。這種與幔枝形成同期的深成巖漿作用有關(guān)的局部應(yīng)變軟化在地幔熱柱活動(dòng)區(qū)是一種普遍現(xiàn)象。這種情況在美國(guó)西部科迪勒拉變質(zhì)核雜巖發(fā)育區(qū)亦很普遍[12,13]。

1.3 幔枝構(gòu)造的形態(tài)特征

幔枝構(gòu)造的形態(tài)是指幔枝構(gòu)造現(xiàn)今在地表的出露形態(tài)及剖面形態(tài)。從剖面上觀察,實(shí)際上是在構(gòu)造控制下,巖漿的侵位及其帶動(dòng)片麻巖隆升的過(guò)程。侵位初期,幔枝構(gòu)造可能僅僅表現(xiàn)為局部地區(qū)的隆升;隨著巖漿活動(dòng)的增強(qiáng)及片麻巖穹窿的抬升,變質(zhì)—巖漿雜巖隆升至地表,呈揭頂式裸露,上盤蓋層向外拆離滑脫,這一時(shí)期相當(dāng)于傳統(tǒng)的變質(zhì)核雜巖構(gòu)造;當(dāng)變質(zhì)—巖漿雜巖體隆升幅度更大時(shí),蓋層巖石剝蝕殆盡,成為廣義的變質(zhì)—巖漿雜巖區(qū),并可進(jìn)一步發(fā)育成穩(wěn)定的地盾區(qū)。

從平面上看,幔枝構(gòu)造可表現(xiàn)為穹狀、等軸狀或長(zhǎng)垣狀,這取決于控制巖漿活動(dòng)的韌性剪切帶。如果兩組或多組韌性剪切帶交匯部位控制著巖漿活動(dòng),則幔枝構(gòu)造可表現(xiàn)為穹狀,如張宣幔枝就是尚義—赤城韌性剪切帶與烏龍溝—上黃旗韌性剪切帶交匯部位控制巖體,幔枝表現(xiàn)為近等軸狀的穹狀隆起,并發(fā)育較為規(guī)則的環(huán)狀構(gòu)造體系和放射狀構(gòu)造體系。如果某一方向的韌性剪切帶為主控制著巖漿活動(dòng),則可能構(gòu)成線狀構(gòu)造—巖漿帶,則幔枝構(gòu)造的出露形態(tài)就可能為長(zhǎng)垣狀,如冀東、秦嶺、阜平幔枝構(gòu)造等。

因此,鑒定幔枝構(gòu)造特征的關(guān)鍵不是其出露形態(tài)如何,更主要的標(biāo)志為是否在特定的構(gòu)造環(huán)境下,由地幔亞熱柱派生,并具典型的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特征。

2 幔枝構(gòu)造的單元?jiǎng)澐?/h2>

幔枝構(gòu)造一般由三個(gè)地質(zhì)單元組成:核部巖漿—變質(zhì)雜巖、外圍拆離滑脫層、上疊火山—沉積盆地,它們一起構(gòu)成相互關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體。但實(shí)際上幾個(gè)單元可能發(fā)育不全,這取決于不同演化階段(圖2)。

幔枝構(gòu)造出露于地殼淺部,較易于識(shí)別,其基本特征列于表1。

2.1 核部巖漿—變質(zhì)雜巖

核部巖漿—變質(zhì)雜巖一般位于幔枝構(gòu)造的核(軸)部,出露形態(tài)多與起控制作用的主干韌性剪切帶密切相關(guān),多為等軸狀、渾圓狀、長(zhǎng)垣狀等形態(tài)。出露面積可大可小,從幾十平方千米至幾百平方千米。

圖2 幔枝構(gòu)造平、剖面示意圖Fig.2 Schematic diagram of plane and section of mantle-branch structure

表1 幔枝構(gòu)造不同單元的主要特征Table 1 Characteristics of different unit for mantle branch structure

核部雜巖一般由變質(zhì)巖和巖漿巖組成。變質(zhì)巖往往為前寒武紀(jì)變質(zhì)結(jié)晶巖系,在河北多為下元古界—太古宇變質(zhì)巖系。變質(zhì)程度多為綠片巖相至麻粒巖相。老變質(zhì)巖系之上往往疊加明顯的退變質(zhì)作用。

在變質(zhì)巖系中,往往分布若干巖漿巖體。巖體多沿軸部韌性剪切帶成串展布,或出露在多組韌性剪切帶的交匯部位,單個(gè)巖體可小可大,多為幾至幾百平方千米。巖體往往呈現(xiàn)出多期次侵入的環(huán)帶構(gòu)造。巖性從基性巖至中酸性巖均可發(fā)育。從巖漿演化序列上看,往往從基性巖漿侵入開始,逐漸演化到中性、中酸性、酸性。此外,在巖體附近,還往往發(fā)育大量脈巖,它們構(gòu)成統(tǒng)一的巖漿演化序列。

至于巖體在變質(zhì)巖系中所占比例,則視不同幔枝構(gòu)造而有所不同,可以占到核部巖漿—變質(zhì)雜巖的30%～80%。一般地講,幔枝發(fā)育的早期,或者說(shuō)幔枝構(gòu)造被剝蝕較淺時(shí),巖漿巖所占比例少些,如冀東幔枝、阜平幔枝構(gòu)造等,一般占到20%～40%。但如果發(fā)育到幔枝構(gòu)造的晚期,或者說(shuō)幔枝構(gòu)造剝蝕的較深時(shí),巖漿巖可占到巖漿—變質(zhì)雜巖的80%,如膠東幔枝構(gòu)造,發(fā)育了大面積巖漿巖。

2.2 外圍拆離滑脫層(帶)

外圍拆離滑脫層(帶),指的是幔枝核部巖漿—變質(zhì)雜巖之上的所有蓋層巖石。在幔枝構(gòu)造尚未形成時(shí),蓋層與基底巖系往往呈不整合接觸。兩者間可以是角度不整合,也可以斷層接觸。蓋層則可以是中元古界及其以上任何沉積地層單元,包括中晚元古界、古生界,甚至中生界下部沉積蓋層。

當(dāng)幔枝構(gòu)造形成過(guò)程中,在強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)及其熱動(dòng)(浮) 力作用下,巖漿—變質(zhì)雜巖開始隆升,上覆蓋層發(fā)生穹窿,也可發(fā)育一系列環(huán)狀構(gòu)造、放射狀構(gòu)造。當(dāng)幔枝核部巖漿—變質(zhì)雜巖繼續(xù)上隆時(shí),蓋層巖石開始下滑拆離。無(wú)論基底與蓋層間原為角度不整合,還是斷層接觸關(guān)系,由于巖漿—變質(zhì)雜巖的持續(xù)上隆,蓋層均可沿此薄弱帶向外拆離滑脫,并表現(xiàn)出以正向拆離滑脫為主的正斷活動(dòng)。

主要拆離滑脫層(帶) 往往發(fā)育在蓋層與其基底間的接觸面上,但在其下、上兩側(cè)的變質(zhì)巖系或蓋層巖系中也可發(fā)育次級(jí)拆離滑脫帶。次級(jí)拆離滑脫帶往往容易利用和改造巖石中原有薄弱帶,如變質(zhì)巖系中的韌性剪切帶,大套變質(zhì)巖系中的軟弱夾層。在蓋層沉積巖中,如頁(yè)巖巖層;大套砂巖、厚層碳酸鹽巖中的薄層泥頁(yè)巖夾層等,均可被次級(jí)拆離滑脫帶所利用和改造。

2.3 上疊火山—斷陷盆地

上疊火山—沉積盆地是幔枝構(gòu)造的第三個(gè)地質(zhì)單元,它往往以構(gòu)造斷陷盆地為表現(xiàn)形式,疊加在外圍蓋層中、核部巖漿—變質(zhì)雜巖中,也可橫跨疊加在兩者之上。

盆地多以構(gòu)造斷陷為主,往往以一組陡傾斷裂控制著盆地邊緣。斷陷盆地可發(fā)育成地塹式,也可發(fā)育成箕狀。控邊斷裂往往是一組高角度正斷層。在空間上斷裂往往表現(xiàn)出鏟狀特征,即斷裂的上部產(chǎn)狀較陡,一般多在50°-80°,往下則逐漸變緩,常為40°-20°。有些大規(guī)模的盆地邊界斷裂甚至可一直拆離到中上地殼界線上,有的深達(dá)中地殼低速高導(dǎo)層。

斷陷火山—沉積盆地中的充填物多為火山巖系和沉積巖系?；鹕綆r系包括火山熔巖、集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r?；鹕綆r巖性可從基性玄武巖至酸性流紋巖。沉積巖則可形成從礫巖、粗砂巖、細(xì)砂、粉砂、泥頁(yè)巖等沉積巖系?？傮w上是以粗碎屑巖占優(yōu)勢(shì)。

斷陷盆地中火山巖與沉積巖的關(guān)系,既可是上下疊置的早晚層序關(guān)系,也可在橫向上表現(xiàn)出互相穿插、鑲嵌的指狀交互關(guān)系。且火山巖系、沉積巖系均有相變頻繁、厚度變化較大、物質(zhì)成分復(fù)雜的特征。這可能直接與斷陷火山—沉積盆地的成因有關(guān)。

3 幔枝構(gòu)造的斷裂體系

幔枝構(gòu)造是地幔熱柱演化的第三級(jí)構(gòu)造單元,是地幔熱柱在地殼淺部的表現(xiàn)形式,是特定構(gòu)造背景,構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的一個(gè)有機(jī)整體。因此,往往發(fā)育一套獨(dú)特的斷裂構(gòu)造體系,并可成為鑒定幔枝構(gòu)造的斷裂識(shí)別體系(標(biāo)志),也是幔枝構(gòu)造成礦控礦的主要場(chǎng)所。

3.1 幔枝核部雜巖斷裂體系

幔枝構(gòu)造核(軸) 部構(gòu)造主要為脆韌性—韌脆性剪切帶,或疊加構(gòu)造為主。這主要與巖漿—變質(zhì)雜巖形成的構(gòu)造環(huán)境有關(guān),可分為軸部韌性剪切帶、次級(jí)韌性剪切帶、巖體構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、裂隙構(gòu)造等。

3.1.1 軸部韌性剪切帶

軸部韌性剪切帶往往是幔枝構(gòu)造形成的主要控制性構(gòu)造,也往往是導(dǎo)巖導(dǎo)礦構(gòu)造。一般位于幔枝核部巖漿—變質(zhì)雜巖的軸部。這種剪切帶往往是區(qū)域性韌性剪切帶,活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),切割深度較大。當(dāng)其切至地幔亞熱柱向外拆離滑脫的地幔巖時(shí),韌性剪切帶的切割使地幔巖減壓釋荷,形成深熔巖漿。當(dāng)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,打破了巖漿源的平衡狀態(tài)時(shí),韌性剪切帶便成為了巖漿向上侵位的通道。如果剪切帶為張剪性質(zhì),通道較為暢通,而巖漿溫壓條件又較高,可直接噴出地表形成火山噴發(fā);如果韌性剪切帶為壓剪性或處于區(qū)域擠壓應(yīng)力場(chǎng),其連通性就較差,巖漿活動(dòng)則要依賴于溫度差、壓力差、粘度差逐漸(緩慢) 上侵。因此,往往形成不同深度、不同巖性的侵入巖。有時(shí)基性巖漿侵位到地殼一定深度范圍的薄弱帶中,其巨大的熱(1 200℃～1 300℃) 烘烤作用,足以使上覆硅鋁層巖石熔融形成中酸性巖漿源地。由于中酸性巖漿密度較小,浮力較大,很容易導(dǎo)致中酸性巖漿上升,形成一系列中酸性深成侵入體及其一系列相關(guān)的脈巖。

3.1.2 外圍韌性剪切帶

次級(jí)韌性剪切帶是指主韌性剪切帶外圍規(guī)模較小、切割深度較淺的韌性剪切帶。其延伸可以與主韌性剪切帶同向、直交或斜交。次級(jí)韌性剪切帶往往與軸部主韌性剪切帶共同控制巖漿活動(dòng),或成為巖漿活動(dòng)的邊界斷裂。

另外,幔枝構(gòu)造隆升過(guò)程中,區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)往往轉(zhuǎn)變?yōu)閺埣粜?。因?早期韌韌性剪切帶往往被韌脆性剪切帶疊加,改造。

3.1.3 巖體侵位構(gòu)造

所謂巖體侵位構(gòu)造是指巖體在侵位過(guò)程及冷卻過(guò)程中形成的一系列構(gòu)造形跡。當(dāng)巖漿在溫度、壓力、粘度控制下,沿韌性剪切帶向上侵位時(shí),往往對(duì)圍巖產(chǎn)生強(qiáng)大的推擠力,以強(qiáng)力擠壓拓展空間,導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生環(huán)狀構(gòu)造和放射狀構(gòu)造裂隙。環(huán)狀裂隙往往在巖體與圍巖的接觸帶及其附近最為發(fā)育,而放射狀裂隙往往產(chǎn)生于外側(cè)圍巖之中,且具遠(yuǎn)離巖體逐漸減弱的特征。

當(dāng)巖體逐漸冷凝結(jié)晶時(shí),由于巖體的冷卻收縮,在巖體內(nèi)外接觸帶便會(huì)產(chǎn)生一系列新的裂隙,巖體也會(huì)產(chǎn)生橫節(jié)理、縱節(jié)理、斜節(jié)理及層節(jié)理(也稱巖漿巖體的原生節(jié)理)。這些節(jié)理往往成為更晚期巖漿活動(dòng)的通道,也可成為巖漿期后熱液脈巖、或礦液運(yùn)移的通道,及其成礦儲(chǔ)集場(chǎng)所。

3.2 蓋層拆離滑脫斷裂體系

幔枝構(gòu)造外圍拆離滑脫層中往往發(fā)育幾組構(gòu)造:主拆離滑脫帶、次級(jí)拆離滑脫帶、反向鏟狀斷層及橫張斷裂等。

3.2.1 主拆離滑脫帶

主拆離滑脫帶一般發(fā)育在幔枝構(gòu)造核部巖漿—變質(zhì)雜巖與上覆蓋層之間,往往利用和改造原有不整合面(構(gòu)造薄弱帶)。核部巖漿—變質(zhì)雜巖相對(duì)上隆,外圍拆離滑脫層相對(duì)往外(下) 拆離。因此,主拆離滑脫帶是應(yīng)力轉(zhuǎn)換帶,多表現(xiàn)為正向滑脫性質(zhì)。

主拆離滑脫帶的規(guī)模受幔枝構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度、主拆離滑脫帶附近巖石的巖性及力學(xué)性質(zhì)、斷裂活動(dòng)期次等控制。拆離帶寬一般從幾米至幾百米,以韌脆性—脆性剪切為主。剪切帶多表現(xiàn)為順層拆離,但沿傾向方向也可以切層,表現(xiàn)為順層的斷坪段與切層的斷坡段相間排列特征。主拆離帶甚至可以斷失大套地層,以至于使蓋層的不同地層單元以斷層與基底變質(zhì)巖系接觸。如冀東幔枝構(gòu)造外圍蓋層可以由常州溝、串嶺溝、高于莊、霧迷山、楊莊等不同巖組、不同巖性同基底巖系接觸。當(dāng)然,其中有的是沉積超覆接觸,多數(shù)是斷失地層接觸。

3.2.2 次級(jí)拆離滑脫帶

次級(jí)拆離滑脫帶,一般指發(fā)育于主拆離滑脫帶上下兩側(cè)的規(guī)模較小的拆離滑脫帶。次級(jí)拆離滑脫帶往往沿地層中的薄弱層發(fā)育,與主拆離滑脫帶相伴相隨,同向展布,但延伸到一定深度時(shí)往往歸并到主拆離滑脫帶之上。多條次級(jí)拆離滑脫帶與主拆離帶一起構(gòu)成拆離滑脫構(gòu)造體系,并可斷失大套地層。

3.2.3 反向鏟狀斷裂

由于幔枝構(gòu)造形成過(guò)程中,區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一般為伸展體制。隨著幔枝構(gòu)造的演化,核部巖漿—變質(zhì)雜巖強(qiáng)烈上隆,外圍蓋層拆離滑脫層大幅度向外拆離滑脫。在這種構(gòu)造體制作用下,不僅拆離滑脫層發(fā)生大幅度正向拆離,而且往往由于應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整,在拆離帶上盤往往出現(xiàn)反傾向鏟狀斷層。這種斷層往往上部產(chǎn)狀較陡,向下逐漸變緩,形似鏟狀且與主、次級(jí)拆離帶傾向相反而得名。反傾向鏟狀斷層可發(fā)育一條,也可發(fā)育一組,并可與次級(jí)拆離滑脫帶一起構(gòu)成類地塹構(gòu)造。

反傾向鏟狀斷層的走向與主、次級(jí)拆離帶一致,但傾向相反,所控制的斷陷盆地可大可小。如果規(guī)模較小,切割深度有限,涉及地層較少,構(gòu)造形態(tài)上亦較簡(jiǎn)單。如發(fā)育規(guī)模較大,可以形成上疊斷陷—沉積盆地,甚至發(fā)育較強(qiáng)烈的火山活動(dòng)、巖漿侵入。也可成為很好的導(dǎo)礦、儲(chǔ)礦構(gòu)造。

3.2.4 橫張斷裂

幔枝構(gòu)造發(fā)育過(guò)程中,往往發(fā)育與核部巖漿—變質(zhì)雜巖(主拆離滑脫帶) 正交的橫張斷裂。這種類型的斷裂多呈等間距排列,可一直切入上盤蓋層,并隨遠(yuǎn)離核部而逐漸消失。橫張斷裂在力學(xué)成因上,如同橫彎褶皺作用過(guò)程中,在垂直褶皺轉(zhuǎn)折端發(fā)育的橫張斷層。幔枝構(gòu)造中的橫張斷層與之不同的是初始受力方式是在隆起作用體制下形成的,但隨著幔枝隆升肯定會(huì)派生出水平方向的力。

橫張斷裂的傾角一般較陡,橫張斷層有可能是在隆起初期放射性斷裂的基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái),傾角多在70°以上,規(guī)模上,多橫切幔枝核部巖漿—變質(zhì)雜巖單元,并延入(伸) 到上盤蓋層中一定距離后逐漸消失。這種構(gòu)造可以構(gòu)成很好的控礦構(gòu)造,也可以與主、次級(jí)拆離滑脫帶、反傾向鏟狀斷層一起構(gòu)成成礦控礦構(gòu)造體系。

3.3 火山—斷陷盆地構(gòu)造體系

火山—沉積盆地是幔枝構(gòu)造地質(zhì)單元之一,特指在幔枝構(gòu)造隆升過(guò)程中疊加在不同構(gòu)造單元之上的斷陷火山—沉積盆地。

3.3.1 上疊斷陷火山—沉積盆地

上疊盆地按其形成特征可分為兩類:

一類如上所述蓋層拆離滑脫層之上,反向鏟狀斷層與次級(jí)拆離帶共同控制的小型斷陷盆地,這種斷陷盆地一般只發(fā)育在蓋層單元中。多數(shù)情況下斷陷盆地平行主次級(jí)拆離滑脫帶展布,規(guī)模相對(duì)較小,主要為構(gòu)造斷陷。盆地中沉積物亦有限,很少有火山活動(dòng)或巖漿侵入。但個(gè)別切割較深者,也可成為導(dǎo)巖導(dǎo)礦構(gòu)造,并有較發(fā)育的火山、沉積作用。

另一類是火山斷陷盆地。這類盆地形成一般是緣于火山塌陷。在幔枝構(gòu)造演化過(guò)程中,可有不同方向的韌性剪切(斷裂) 帶相互交叉,其連通性較好,可構(gòu)成深源巖漿活動(dòng)的上涌通道,導(dǎo)致大規(guī)模的巖漿噴發(fā)。而巖漿噴發(fā)之后深部虧空,導(dǎo)致上部發(fā)生裂陷塌落,形成斷陷盆地。這種斷陷盆地的大小與火山噴發(fā)的強(qiáng)度有關(guān)。發(fā)育部位可在蓋層中,可在變質(zhì)巖系出露區(qū),也可橫跨疊加在核部巖漿—變質(zhì)雜巖和外圍蓋層拆離滑脫層兩個(gè)單元之上。但總體上以發(fā)育于外圍蓋層之上為主體。斷陷盆地可形成復(fù)雜的斷陷火山—沉積序列,甚至在其斷陷過(guò)程中發(fā)生多次火山噴發(fā),有多個(gè)火山構(gòu)造,形成復(fù)雜的火山—沉積體系。如果斷陷盆地足夠大時(shí),可研究其發(fā)展演化及橫向遷移規(guī)律。

3.3.2 次火山機(jī)構(gòu)

在較遠(yuǎn)離幔枝構(gòu)造核部的上盤蓋層中,往往發(fā)育一些次火山機(jī)構(gòu),分析其形成機(jī)制,可能因?yàn)檫h(yuǎn)離核部的蓋層范圍,其蓋層厚度加大,引張力量級(jí)較小,即使發(fā)育一些小的斷陷盆地也很有限。深部的巖漿活動(dòng),則只可能沿次級(jí)拆離滑脫帶與橫張斷裂構(gòu)成的斷裂交匯點(diǎn)向上侵位,并受控于斷裂交匯區(qū)破裂形狀的控制,多形成等軸狀、渾圓狀、橢圓狀次火山機(jī)構(gòu)?；鹕綆r多為各種斑巖、玢巖巖體。

與次火山斑巖體、玢巖體有關(guān)的次火山機(jī)構(gòu)斷裂系統(tǒng),多表現(xiàn)為穹狀構(gòu)造?？砂l(fā)育圍繞火山機(jī)構(gòu)的一系列環(huán)狀斷裂和放射狀斷裂。這些斷裂還往往發(fā)育成反錐狀特征,即深部范圍較小,向上逐漸錐狀擴(kuò)展放大。有時(shí)甚至可出現(xiàn)隱爆角礫巖筒。這套裂隙往往成為晚期含礦流體活動(dòng)的通道和儲(chǔ)集場(chǎng)所,成為很好的控礦構(gòu)造,如冀東峪耳崖金礦、唐杖子金礦、山西支家地、刁泉、硐溝等金銀礦均屬于此種特征。

3.3.3 構(gòu)造裂陷盆地

所謂構(gòu)造裂陷盆地就是在構(gòu)造活動(dòng)期間,由于在隆升過(guò)程中蓋層受熱滑脫作用,往往在裂陷部位,或拆離滑脫較為強(qiáng)烈的部位,形成局部斷陷盆地,它也會(huì)形成局部或一定范疇的裂陷盆地。

4 幔枝構(gòu)造成礦控礦找礦

與地幔熱柱多級(jí)演化的同時(shí),還有地幔冷柱,通過(guò)板塊構(gòu)造的俯沖帶不停地向下拆離,逐漸地插向核—幔界面,并在核—幔界面發(fā)生受熱軟化堆疊,還可能進(jìn)一步發(fā)展而卷入新的地幔熱物質(zhì)上升流。很顯然,地球存在著地幔熱柱與地幔冷柱的互換循環(huán),存在著核—?！?dú)の镔|(zhì)的互為轉(zhuǎn)化,形成一定規(guī)模的垂向物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和水平物質(zhì)運(yùn)動(dòng),構(gòu)成地球熱物質(zhì)流的四維循環(huán),例如在華北東部地幔亞柱外圍形成的一系列幔枝構(gòu)造(圖3),它不僅是區(qū)域伸展構(gòu)造期主要構(gòu)造形態(tài),也是區(qū)域性重要的成礦控礦構(gòu)造。

幔枝構(gòu)造的成礦作用主要依賴于深部地幔熱柱和地幔亞柱向上供給的成礦物質(zhì),成礦構(gòu)造則可劃分為核部巖漿—變質(zhì)巖上涌核部構(gòu)造、變質(zhì)核雜巖與上覆蓋層之間的拆離帶,以及拆離帶之上不同時(shí)代的沉積蓋層。它們多以三者的不同構(gòu)造組合形式出現(xiàn),也可能缺失某個(gè)單元。幔枝構(gòu)造是地幔熱柱多級(jí)演化在地殼淺部的表現(xiàn)形式,雖然規(guī)模較小,卻是地質(zhì)學(xué)家研究幔殼運(yùn)動(dòng)難得一見的綜合研究天然實(shí)驗(yàn)室。

4.1 幔枝構(gòu)造區(qū)典型礦床解剖

礦床(點(diǎn)) 在地殼中的分布極不均勻,這種不均勻表現(xiàn)在時(shí)間演化和區(qū)域分布兩個(gè)方面。地史演化過(guò)程中,成礦作用表現(xiàn)為成礦物質(zhì)由少到多,礦床類型由簡(jiǎn)到繁,成礦頻率由低到高,聚礦能力由弱到強(qiáng),中生代達(dá)到極至[14]。在分布區(qū)域上,常常在局部范圍或區(qū)段形成某種或某幾種元素的工業(yè)富集,甚至構(gòu)成大中型礦床連片分布的巨量堆積,成為成礦集中區(qū)或礦聚區(qū)。

下面僅舉三個(gè)研究實(shí)例:

區(qū)域性成礦集聚區(qū)—大興安嶺多金屬礦的成礦控礦

典型金礦礦床解剖—中山溝金礦構(gòu)造成礦控礦找礦

斷裂構(gòu)造控礦分析—郭家?guī)X幔枝構(gòu)造及其成礦控礦

4.2 大興安嶺多金屬礦集區(qū)

圖3 華北東部地區(qū)地幔亞柱—幔枝構(gòu)造分布示意圖Fig.3 Distribution diagram of mantle sub-plumes and mantle branches in eastern North China

大興安嶺是我國(guó)東部重要的成礦集中區(qū)之一,展布有黃崗鐵錫礦床、大井銀銅鎢礦床、白音諾爾鉛鋅礦床、拜仁達(dá)壩銀鉛鋅礦、道倫達(dá)壩銅礦、花敖包特鉛鋅銀礦、浩布高鉛鋅礦床、蓮花崗銅礦床等大型礦床及一大批中小型內(nèi)生銀多金屬礦床。近年來(lái),基礎(chǔ)地質(zhì)研究及深部地質(zhì)找礦工作均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展[15-23]。已經(jīng)成為振興東北工業(yè)區(qū)的重要礦產(chǎn)基地,展示了很好的發(fā)展前景。

隨著該區(qū)成礦作用的深入研究和找礦預(yù)測(cè)的分析,發(fā)現(xiàn)仍有一些科學(xué)問(wèn)題急需深入探索,例如為什么大興安嶺地區(qū)大中型內(nèi)生銀多金屬礦床均集中產(chǎn)于大興安嶺的主軸地區(qū)?礦床的展布何以北東成帶、北西成列?中生代大規(guī)模的巖漿活動(dòng)受什么區(qū)域構(gòu)造控制?它們與大規(guī)模成礦作用又有什么成因聯(lián)系?這些問(wèn)題的解決對(duì)總結(jié)該區(qū)的成礦規(guī)律,指導(dǎo)新一輪地質(zhì)找礦,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)找礦理論上的重要進(jìn)展與找礦實(shí)踐的重大突破有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.2.1 區(qū)域構(gòu)造演化特征

大興安嶺地區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造位置特殊,很多大地構(gòu)造學(xué)家都曾開展過(guò)深入研究和精辟論述[24-29],為中國(guó)東部區(qū)域地質(zhì)研究積累了豐富的資料,奠定了很好的區(qū)域地質(zhì)研究基礎(chǔ)。

幔枝構(gòu)造研究認(rèn)為,燕山期以來(lái),興蒙地區(qū)一改古生代較穩(wěn)定的槽臺(tái)演化階段,而進(jìn)入了地幔熱柱強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期,最明顯的表現(xiàn)是強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和大規(guī)模的巖漿活動(dòng),最顯著的標(biāo)志是興蒙地區(qū)盆嶺構(gòu)造的形成和大規(guī)模的成礦作用(圖4)。

4.2.2 幔枝構(gòu)造成礦控礦

大興安嶺幔枝構(gòu)造展布于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東南部,呈北東向綿延600 余千米。但是,該區(qū)的大、中型內(nèi)生銀多金屬礦產(chǎn),卻均展布于大興安嶺主軸的黃崗—白音諾爾—蓮花崗—烏蘭浩特地區(qū)。

(1) 幔枝的形成與銀多金屬礦展布

值得深入探討的焦點(diǎn)問(wèn)題是該區(qū)恰恰位于區(qū)域變形—變質(zhì)作用和巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū),并形成了以主軸為中心的環(huán)帶狀結(jié)構(gòu),本文認(rèn)為變質(zhì)核雜巖是地幔熱柱多級(jí)演化的階段性產(chǎn)物,而幔枝構(gòu)造作為地幔熱柱演化的第三級(jí)單元,它不僅能夠很好地解釋盆山耦合的大陸動(dòng)力學(xué)機(jī)制問(wèn)題,更重要的是它通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化與深部成礦物質(zhì)的來(lái)源—遷移途徑—儲(chǔ)積場(chǎng)所很好地聯(lián)系起來(lái),使銀多金屬的成礦作用研究更加切合實(shí)際。

在大興安嶺幔枝構(gòu)造形成之后,其主峰兩側(cè)出現(xiàn)了對(duì)稱的斷陷盆地,即東部的開魯—松遼盆地和西部的二連—海拉爾盆地,在開魯盆地西緣可見高角度脆性正斷層切斷與幔枝構(gòu)造有關(guān)的低角度糜棱面理,表明從晚侏羅世到早白堊世,大興安嶺處于對(duì)稱伸展的狀態(tài)。

(2) 強(qiáng)烈?guī)r漿活動(dòng)與成礦作用

大興安嶺地區(qū)中生代強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng),則表現(xiàn)為大面積的火山噴發(fā)和大規(guī)模的巖漿侵入[30]?；鹕交顒?dòng)多發(fā)生在中侏羅世—早白堊世,以中酸性火山巖為主,夾有少量中基性熔巖。其中,以晚侏羅世火山活動(dòng)最為活躍,具有中酸性—中性—酸性火山噴發(fā)旋回,且表現(xiàn)出火山溢流—爆發(fā)相交替,間夾河、湖相沉積。巖石化學(xué)元素分析表明,大興安嶺中生代火山巖具有明顯的地幔組分,反映未分異、未虧損源區(qū)特征,是大陸巖石圈內(nèi)部伸展背景下幔源巖漿參與地殼演化的證據(jù)。

圖4 大興安嶺幔枝構(gòu)造與礦床分布簡(jiǎn)圖[15]Fig.4 Sketch map showing geology and distri-bution of deposits in the southern-central segment of the Da Hinggan Ling Mountain

大興安嶺深成侵入活動(dòng)與火山噴發(fā)密切伴生,它們是同源巖漿的兩種表現(xiàn)形式,只是侵位晚于火山噴發(fā)。侵入活動(dòng)主要集中于晚侏羅—早白堊世,兩者構(gòu)成規(guī)模巨大的火山—侵入巖帶。侵入巖的主要類型為角閃二長(zhǎng)花崗巖—二長(zhǎng)花崗巖—鉀長(zhǎng)花崗巖,晚期有堿性鈉閃花崗巖和少量的超基性巖。具有由鈣堿性向亞堿性、堿性演化的趨勢(shì)。總體具有殼?；烊刍◢弾r的特征,ε (Nd,t) 集中在0～3 之間,ε (Sr) 大多數(shù)集中在0～20 之間,說(shuō)明花崗質(zhì)巖石的部分物質(zhì)來(lái)源于銣未虧損的地幔[30]。

大興安嶺地區(qū)經(jīng)歷了晚中生代(J3-K1)強(qiáng)烈的構(gòu)造—巖漿作用之后,又經(jīng)歷了晚白堊世和古新世的長(zhǎng)期剝蝕夷平。始新世之后(8.86～4.79Ma)隨著大面積玄武巖噴發(fā),該區(qū)又進(jìn)入一個(gè)快速抬升的階段。

(3) 明顯的地球物理特征

在地球物理特征上,沿大興安嶺NNE 方向四次趨勢(shì)分析剩余重力異常等值線呈正、負(fù)帶狀依次排列。在其主軸部位從林西—甘珠爾廟—烏蘭浩特為負(fù)異常區(qū),該帶延長(zhǎng)近600 km,寬80～140 km,最高負(fù)異常值可達(dá)-28,表明有大量花崗質(zhì)侵入巖展布,亦是中新生代強(qiáng)烈上隆的幔枝構(gòu)造核部巖漿—變質(zhì)雜巖分布區(qū)。而在其西、東兩側(cè)分別為錫林浩特—西烏珠穆沁旗正異常帶和大板—白城正異常帶。正異常帶亦有較為連續(xù)的延伸。值得提出的是,大興安嶺地區(qū)大中型內(nèi)生礦床均分布在黃崗—白音諾爾—蓮花崗—烏蘭浩特負(fù)異常帶上,且多集中于核部,并具有不同方向成組、不同組等間距分布的特征,表明其成礦作用應(yīng)與深部過(guò)程具有密切的相關(guān)性(圖5)。

4.2.3 幔枝構(gòu)造成礦模式

以大興安嶺主峰(軸) 為中心的環(huán)帶狀變形變質(zhì)作用、大規(guī)模的巖漿活動(dòng)以及非常集中的成礦作用是大興安嶺幔枝構(gòu)造活動(dòng)的主要表現(xiàn)形式。由于幔枝構(gòu)造的強(qiáng)烈隆升,不僅使深部巖漿—變質(zhì)雜巖隆升至地殼淺部,同時(shí)蓋層則向外拆離滑脫,以致于形成現(xiàn)在的核部巖漿—變質(zhì)雜巖→變形變質(zhì)中間層→未變質(zhì)蓋層及其與之相關(guān)的火山噴發(fā)—巖漿侵入作用和大規(guī)模的成巖成礦作用。

圖5 大興安嶺地區(qū)四次趨勢(shì)分析剩余重力異常等值線(A) 與構(gòu)造控礦分析圖(B)Fig.5 Residual gravity anomaly isopleth map from four trend analyses (A) and tectonic ore-controlling analysis map (B) in the region of Da Hinggan Ling

成礦部位及類型,主要受幔枝構(gòu)造特征的控制。興安嶺幔枝構(gòu)造位于松遼地幔亞熱柱的北西側(cè),由于地幔物質(zhì)向北西向的拆離,以及幔枝構(gòu)造的隆升,因此,興安嶺幔枝構(gòu)造區(qū)的主要構(gòu)造形跡,以平行主要拆離帶的北東向斷裂,和垂直于主要拆離帶的北西向斷裂為主。北東向斷裂與北西向斷裂相互切錯(cuò),兩者斷裂性質(zhì)互相轉(zhuǎn)化,前者為壓扭性時(shí)后者為張扭性,而前者為張扭性時(shí)后者為壓扭性,這對(duì)于成礦作用非常有利,所以大興安嶺軸部的銀多金屬礦多沿北東成行,北西成列展布,這恰恰是幔枝構(gòu)造軸部斷裂構(gòu)造成礦控礦的主要特征(圖6)。

4.3 張宣地區(qū)中山溝金礦

中山溝金礦位于張家口—宣化(以下簡(jiǎn)稱張宣)地區(qū)中東部崇禮縣場(chǎng)地鄉(xiāng),其地(層) 質(zhì)建造、構(gòu)造演化、成礦作用都具有其獨(dú)特性,為一巨大的穹狀隆起,它北起康保,南到涿鹿,西自尚義,東至赤城,其間發(fā)育有一系列環(huán)繞中心的弧形、半環(huán)形、環(huán)形韌性剪切帶、褶皺構(gòu)造帶和斷裂構(gòu)造帶,具有典型的核部雜巖特征。從地幔熱柱多級(jí)演化的視角劃分,屬于典型的幔枝構(gòu)造,是張宣地區(qū)重要的成礦控礦構(gòu)造(圖7),控制著東坪、小營(yíng)盤、黃土梁、中山溝等大中型金礦,其外圍則展布有蔡家營(yíng)、相廣、梁家溝等銀鉛鋅多金屬礦等。

4.3.1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)分布地層主要為太古宙崇禮群角閃巖相變質(zhì)巖系,下元古界紅旗營(yíng)子群綠片巖相淺變質(zhì)巖系,中元古界長(zhǎng)城系,中生界侏羅系和新生界第四系。外圍還展布有部分燕山期斷陷盆地,盆地中分布有侏羅—白堊紀(jì)火山—沉積巖系,共同構(gòu)成張宣幔枝構(gòu)造的核雜巖及沉積蓋層。

張宣地區(qū)巖漿活動(dòng)頻繁且強(qiáng)烈,不僅有大規(guī)模強(qiáng)烈的火山噴發(fā),亦有多期次巖漿侵入活動(dòng)。侵入活動(dòng)主要有海西晚期水泉溝堿性角閃二長(zhǎng)雜巖體,并具有強(qiáng)烈的后期構(gòu)造改造,所形成的韌性剪切變形變質(zhì)帶,提供了有利含礦流體貫入的通道和聚集的極好場(chǎng)所。甚至韌脆性變形變質(zhì)帶直接被含礦流體充填。

4.3.2 金的成礦物質(zhì)來(lái)源

成礦物質(zhì)來(lái)源一般分為兩種:一種是圍巖萃取,以金銀礦為例,認(rèn)為變質(zhì)巖系或花崗巖中成礦背景值較高,流體萃取圍巖成礦物質(zhì),貫入到斷裂等構(gòu)造空間成礦。這種成礦作用難以解釋成礦物質(zhì)是如何從低豐度值向高豐度值、從低溫向中高溫遷移的,況且金需要富集上千倍才能達(dá)到工業(yè)品位;另一種成礦作用是含礦流體貫入,一般認(rèn)為成礦物質(zhì)來(lái)自核幔源,通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化,進(jìn)入幔枝構(gòu)造的擴(kuò)容空間集聚成礦[31-37]。這表明好的構(gòu)造不一定成礦,而成礦好的斷裂一定與深部聯(lián)通,并形成大中型金礦床。

圖6 大興安嶺幔枝構(gòu)造成礦控礦模式圖Fig.6 Ore-forming and ore-controlling model of the mantle branch structure in the region of Da Hinggan Ling

圖7 張宣幔枝構(gòu)造與區(qū)內(nèi)金銀多金屬礦分布簡(jiǎn)圖Fig.7 Distribution map of gold silver polymetallic deposits in Zhangjiakou—Xuanhua mantle branch structure

礦體圍巖主要為二長(zhǎng)巖—正長(zhǎng)巖類組成。礦化強(qiáng)度主要與斷裂構(gòu)造破碎強(qiáng)度和礦化蝕變強(qiáng)度有關(guān),礦化作用主要可劃分為兩種自然類型:鉀長(zhǎng)石蝕變巖型、石英脈型。局部可見部分硅質(zhì)角礫巖型礦石[32,33,37,38]。

4.3.3 礦石類型及其蝕變特征

研究區(qū)礦石類型主要為石英脈型金礦和蝕變巖型礦脈,礦石礦物成分主要由金屬礦物和脈石礦物兩部分組成。礦物成分比較復(fù)雜,貴金屬礦物主要為自然金、銀金礦,其它主要金屬礦物為褐鐵礦、黃鐵礦。次為方鉛礦,偶見礦物有閃鋅礦、輝鉬礦、磁鐵礦、軟錳礦、銅藍(lán)、白鉛礦、金紅石等。巖石受構(gòu)造改造?？尚纬伤榱褞r,局部形成破碎角礫巖。

按礦石的物質(zhì)成分、礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分,礦石構(gòu)造主要有星散—細(xì)脈侵染狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造、皮殼狀構(gòu)造、充填脈狀構(gòu)造及多孔狀構(gòu)造等。與金成礦作用有關(guān)的蝕變主要為鉀化、硅化、絹云母化(圖8)。

4.3.4 礦體空間展布特征

中山溝含金礦蝕變構(gòu)造帶主要有兩條,即1 號(hào)礦脈和2 號(hào)礦脈帶都賦存在張宣幔枝構(gòu)造的雜巖體之中,礦體類型為典型的石英脈型和斷裂蝕變巖型,其總體走向近南北向,傾向西,長(zhǎng)度約2 000 余米,寬數(shù)米至數(shù)十米。16 線以北兩脈復(fù)合膨大變寬,最寬處可達(dá)140 m ;16 線以南兩脈變窄,近于平行展布,間距 10～30 m。

圖8 崇禮中山溝金礦床典型礦石和蝕變巖Fig.8 Typical ore and altered rock of Zhongshangou gold deposit in Chongli County

1 號(hào)構(gòu)造蝕變帶金礦,北自16 線,南至33 線以南牧場(chǎng)溝,長(zhǎng)1 200 m ,寬2～15 m 。北段礦脈走向10°,向南逐漸偏轉(zhuǎn)為350°-360°。17—25 線呈近南北和北東向“之” 字形的裂隙追蹤產(chǎn)狀。傾向256°-286°,傾角50°-80° ,局部?jī)A向295°-330°,傾角30°-82°。蝕變構(gòu)造帶由石英脈、鉀長(zhǎng)石化蝕變巖、硅化蝕變巖、碳酸鹽化蝕變巖、絹云母化高嶺土化蝕變巖,賦礦圍巖為角閃輝石二長(zhǎng)巖組成。礦體由石英脈、鉀長(zhǎng)石化蝕變巖和硅質(zhì)角礫巖組成。金屬硫化物以黃鐵礦為主,但淺部氧化為褐鐵礦。褐鐵礦及黃鐵礦為金的主要載體礦物,一般可根據(jù)褐鐵礦及黃鐵礦的含量判斷金的富集程度。

2 號(hào)礦脈位于1 號(hào)礦脈東側(cè),相距10～30 m ,地表出露北自頭道溝以北,南至21 線,長(zhǎng)1 300 余米。16 線以北為與1 號(hào)脈復(fù)合膨大變寬部位,16 線以南2號(hào)脈連續(xù)延長(zhǎng)800 m,寬2～15 m ,16 線以北寬達(dá)85～140 m。走向近南北,傾向256°-286°,傾角50°-80°,礦化蝕變、物質(zhì)組成、控礦特點(diǎn)均與1 號(hào)脈大致相同,表明兩個(gè)礦體具有相似的成礦構(gòu)造特征,屬于同一成礦作用的產(chǎn)物。

4.3.5 礦區(qū)斷裂構(gòu)造控礦

研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育具多期次活動(dòng)特征,不僅控制了巖漿的侵位,同時(shí)控制金銀等貴金屬礦產(chǎn)的集聚成礦。

主要礦化帶從強(qiáng)—弱可以劃分為幾個(gè)蝕變帶,就總體而言,可劃分為外帶和內(nèi)帶。以蝕變先后順序劃分,外帶以面狀硅化為主→鉀化帶→硅化帶,沿著鉀化帶形成硅化條帶;內(nèi)帶則以硅化—黃鐵礦—方鉛礦化為主,硅化呈脈狀或者裂隙狀展布,主要硫化物為黃鐵礦為主,局部見有方鉛礦和閃鋅礦。另外,在硅化、礦化之后,還有一次帶狀硅化,這次硅化切穿了早期的硅化和黃鐵礦化,以條帶(脈) 狀清楚的切過(guò)較早期的硅化和硫化物礦體。

研究區(qū)褶皺作用和斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈而復(fù)雜,并具多期次、多性質(zhì)活動(dòng)特征。第一期褶皺作用為塑性流變?yōu)橹?褶皺規(guī)模較小,以變形強(qiáng)烈的柔流褶皺為主。相應(yīng)發(fā)育的韌性剪切帶亦流變性較強(qiáng),往往與第一期柔流褶皺構(gòu)造配套發(fā)育。由于其流變性較強(qiáng),其構(gòu)造方向不穩(wěn)定;第二期褶皺以近東西向大規(guī)模區(qū)域性褶皺為主,多以倒轉(zhuǎn)背、向斜構(gòu)造相間排列為特征,并在背、向斜的倒轉(zhuǎn)翼往往形成或疊加有第二期脆韌性或韌脆性剪切帶;第三期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)闁|西向擠壓作用為主,并疊加于第二期變形構(gòu)造之上,使第二期褶皺軸面發(fā)生南北向蛇形彎曲,同時(shí)使第二期剪切帶轉(zhuǎn)變?yōu)閴号ば约羟袔Ш蛷埮ば约羟袔嚅g排列,成為區(qū)域性控礦構(gòu)造;第四期構(gòu)造活動(dòng)受區(qū)域隆升作用控制,主要表現(xiàn)為區(qū)域性上隆,崇禮群變質(zhì)巖系被隆起抬升至近地表,而其上的蓋層則被拆離至隆起構(gòu)造外圍,形成典型的幔枝構(gòu)造。伴隨此期構(gòu)造活動(dòng),較深部形成的金(多金屬) 礦脈也被抬升至近地表層次,包括中山溝金礦也是在深部形成礦脈以后,被第四期構(gòu)造抬升至近地表層次,有利于地質(zhì)找礦和采礦。

中小尺度的礦田斷裂構(gòu)造亦很重要,成礦作用主要受礦田斷裂控制。研究區(qū)斷裂構(gòu)造主要以東西向構(gòu)造和南北向構(gòu)造為主,如水晶屯—東坪—黃土梁斷裂、金家莊—趙家莊斷裂,以及若干條與之平行的斷裂構(gòu)造。

成礦作用往往發(fā)生于南北向斷裂與東西向斷裂交叉部位,中山溝金礦地處張宣幔枝構(gòu)造的中西部,礦體呈近南北向展布,以斷裂蝕變巖和硅化石英脈型礦體為主,成礦控礦作用應(yīng)主要受深部斷裂構(gòu)造控制(圖9)。礦區(qū)邊界北起頭道溝,南至牧場(chǎng)溝,西自十三層梁,東至頭道溝口,面積約2 km2。礦區(qū)出露地層比較簡(jiǎn)單,分布局限,僅有太古宇澗河溝組,上侏羅統(tǒng)張家口組及新生界第四系松散堆積。

通過(guò)成礦物質(zhì)遷移途徑以及成礦控礦構(gòu)造分析,認(rèn)為含礦流體主要來(lái)源于幔殼深部,通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化向上遷移,并在張宣幔枝構(gòu)造西部形成的脆韌性或韌脆性剪切帶中集聚成礦,中山溝金礦是張宣幔枝構(gòu)造控制的大中型金礦之一。金礦的成礦控礦作用,主要受先期存在的剪切帶控制,礦床類型主要為斷裂蝕變巖型和石英脈型。成礦作用研究和部分探礦工程表明,礦脈金的品位向深部具有逐漸增高的趨勢(shì),應(yīng)盡快部署礦體的深部勘探。

4.4 膠西北地區(qū)郭家?guī)X金礦

近年來(lái),膠西北地區(qū)金礦的深部及其外圍找礦取得了重大進(jìn)展,特別令人興奮的是以往確定和勘探的中—淺部大中型金礦體,向深部延伸往往多連為一體,成為沿?cái)嗔颜共嫉陌鍫畛笮徒鸬V礦體。特別是焦家斷裂、三山島斷裂和玲瓏斷裂構(gòu)成的成礦帶,其金資源儲(chǔ)量已分別高達(dá)1 200、1 000、1 000 余噸,構(gòu)成了3 個(gè)規(guī)模巨大的金礦床[40-43]。引起地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注。

4.4.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

在華北東部地區(qū),中生代中晚期地殼運(yùn)動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈,縱切于該區(qū)的郯廬深大斷裂(該斷裂山東段被稱為沂沭斷裂) 亦發(fā)生了強(qiáng)烈活動(dòng),它不僅切割深,而且延伸長(zhǎng)。同時(shí)還控制了該區(qū)多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)和大規(guī)模的成礦作用[44-47]。

巖石(地層) 的主要區(qū)域展布和基本類型,往往可以反映區(qū)域構(gòu)造背景,甚至可推斷區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程。在膠東隆起地區(qū),由于基底雜巖的快速隆起,以及大幅度的剝蝕作用,大面積不同時(shí)代的侵入巖和變質(zhì)巖系出露地表,而在萊陽(yáng)盆地則堆積了巨厚的陸相碎屑巖及厚大的火山巖。

4.4.2 區(qū)域構(gòu)造成礦控礦

中生代以來(lái),膠西北地區(qū)發(fā)生了翻天覆地之變化,在萊陽(yáng)盆地下部強(qiáng)烈隆升的制約下,上部發(fā)生了大幅度斷陷,形成了區(qū)域性萊陽(yáng)地幔亞熱柱,外圍則形成了郭家?guī)X幔枝構(gòu)造、棲蓬幔枝構(gòu)造和牟乳幔枝構(gòu)造,同時(shí)控制了膠西北地區(qū)的大規(guī)模成礦作用。

(1) 地幔隆起形成地幔亞柱

燕山運(yùn)動(dòng)中晚期,膠東地區(qū)進(jìn)入了大規(guī)模巖漿活動(dòng)和裂陷盆地發(fā)育階段,特別是進(jìn)入白堊紀(jì)以來(lái),膠萊盆地下部幔源巖漿大規(guī)模上涌,上部則發(fā)生大規(guī)模快速伸展拆離,形成典型的地幔亞柱構(gòu)造,主要構(gòu)造建造特征為:早白堊世萊陽(yáng)群厚層礫巖、砂巖和泥質(zhì)巖系(河湖相) 發(fā)育;中晚白堊世為青山群大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)為主,形成了巨厚火山碎屑巖系(火山堆積)夾部分沉積碎屑巖;而大盛群的形成時(shí)代相當(dāng)于青山群,特指膠西北地區(qū)與青山期時(shí)間相當(dāng)?shù)暮雍喑练e;晚白堊世王氏群則為大套的礫巖、砂巖(河湖相) 建造。

該盆地以萊陽(yáng)為中心快速沉降,堆(沉) 積物快速堆疊。整個(gè)白堊紀(jì)巖相古地理被劃分為九個(gè)階段,其中有八個(gè)階段是大幅度沉降,總沉降幅度達(dá)到或超過(guò)萬(wàn)米之多。其間夾有廣泛分布的中基性—中酸性脈巖。萊陽(yáng)亞熱柱之外圍則發(fā)育有郭家店、棲蓬、牟乳等幔枝構(gòu)造。總之,青山期是深部巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈的時(shí)期,具有活動(dòng)時(shí)間短,斷陷幅度大,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,火山堆積物厚大,侵入期次復(fù)雜,同期脈巖多樣的特征,也是成礦作用最為集中的時(shí)期。

圖9 冀西北中山溝金礦礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)[39]和9 號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖(b)Fig.9 Geological map of Zhongshangou gold deposit,northwestern Hebei (a) and geological section map of No.9 exploration line (b)

(2) 巖漿上涌形成幔枝構(gòu)造

幔枝構(gòu)造中的侵入巖往往具有從中基性向中酸性演化的特征。地幔巖漿以緩傾舌狀侵位到中地殼之后,由于基性地幔巖漿的溫度很高(超基性—基性巖漿溫度可達(dá)1 450℃～1 200℃),地幔巖漿會(huì)熔融部分中上地殼的巖石,并與地殼巖石發(fā)生固相和液相物質(zhì)的交換,形成含有一定量氣水溶液的殼—?；旌蠋r漿。

當(dāng)巖漿房中的能量積累到足以突破上覆地質(zhì)體限制的時(shí)候,殼?；旌蠋r漿就會(huì)爆發(fā)式向上地殼侵位。能量釋放之后,混合巖漿停止侵位,巖漿房重新開始能量積累,直到發(fā)生下一次混合巖漿侵位。這種情況類似美國(guó)黃石公園的地?zé)崛?能量的積累和熱水噴發(fā)周期性重復(fù)發(fā)生。其顯著的負(fù)重力異常便會(huì)帶動(dòng)變質(zhì)圍巖一起隆升,蓋層則大幅度向外拆離滑脫,以致形成中心為巖漿—變質(zhì)雜巖核,外圍則是呈環(huán)狀展布的上覆沉積蓋層,其間往往發(fā)育有正向拆離斷裂。至此,即形成了較為典型的幔枝構(gòu)造。萊陽(yáng)地幔亞熱柱與西部外圍的郭家店、北部的棲蓬及東部的牟乳幔枝構(gòu)造的組合較充分反映了這種組合構(gòu)造關(guān)系。

(3) 幔枝構(gòu)造空間展布特征

幔枝構(gòu)造較好地解釋了燕山期巖漿多期次脈動(dòng)式侵入過(guò)程、侵入巖的空間展布,以及多期次巖漿活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的熱循環(huán)帶動(dòng)了大規(guī)模的成礦作用。

萊陽(yáng)地幔亞熱柱外圍包括郭家店幔枝構(gòu)造、棲蓬幔枝構(gòu)造和牟乳幔枝構(gòu)造。以郭家店幔枝構(gòu)造為例:該幔枝構(gòu)造發(fā)育于萊陽(yáng)地幔亞熱柱的西鄰,幔枝構(gòu)造以重力異常的“0” 值線為界,其外圍為重力正異常展布區(qū),從內(nèi)向外異常值逐漸增大;“0” 值線以內(nèi)的重力異常則為負(fù)重力異常值,且幔枝構(gòu)造控制的金礦多沿重力異常“0” 值線展布,或者說(shuō)金礦多形成在幔枝構(gòu)造外圍的主、次級(jí)拆離滑脫帶上(圖10)。

4.4.3 焦家式金礦控礦構(gòu)造分析

圖10 膠西北地區(qū)地幔亞柱—幔枝構(gòu)造與礦床展布簡(jiǎn)圖[48]Fig.10 Sketch map showing the sub-mantle plume-mantle branch structure in the region of Northwest Shandong Peninsula

焦家斷裂帶北起龍口市黃山館,南至萊州市朱橋徐村院,主要發(fā)育在前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系與玲瓏花崗巖、郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖接觸帶或兩巖體之接觸帶中。斷裂總體走向35°-40°,傾向北西,傾角30°-50°,局部陡傾可達(dá)68°,呈弧形彎曲狀構(gòu)成一個(gè)開闊的弧形構(gòu)造帶,分支復(fù)合現(xiàn)象亦較為明顯。例如,在南部的寺莊礦段礦體發(fā)育在玲瓏花崗巖中,破碎帶寬80～500 m,傾向北西,傾角30°-40°;馬塘—新城礦段的東季以南地區(qū),斷裂發(fā)育在膠東群變質(zhì)巖系與玲瓏花崗巖間的接觸帶,新城附近斷裂發(fā)育在玲瓏花崗巖內(nèi)部或玲瓏花崗巖與郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖間的接觸帶中,破碎蝕變帶寬80～200 m,總體走向40°,平面上呈“S” 形,走向變化范圍5°-40°,傾向北西,傾角25°。新元古代蓋層蓬萊群的空間展布較為復(fù)雜,斷裂傾角60°左右,局部地段傾角可達(dá)80°;新城—高家莊子礦段發(fā)育在玲瓏花崗巖與郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖接觸部位,沿?cái)嗔堰€發(fā)育一系列分支斷裂,主干斷裂與分支斷裂在平面上多呈“入” 字形構(gòu)造和菱形結(jié)環(huán)構(gòu)造相交。

從上述斷裂接觸帶接觸關(guān)系可以明確地看出兩個(gè)規(guī)律:首先可以看出焦家斷裂主要沿郭家店幔枝構(gòu)造的北西側(cè)外緣展布,也就是說(shuō)它實(shí)際上是幔枝構(gòu)造北西緣的主拆離帶,拆離帶下盤為幔枝構(gòu)造核部變質(zhì)—巖漿巖系,上盤則相當(dāng)于幔枝構(gòu)造的蓋層巖系,拆離帶多沿基底與蓋層、變質(zhì)巖系與中酸性侵入巖體或者不同期次巖體的接觸帶等構(gòu)造薄弱部位展布,或者說(shuō)斷裂形成在幔枝構(gòu)造外圍軟弱的構(gòu)造帶上,它既是含礦流體運(yùn)移的有利構(gòu)造通道,也可以是流體貫入并強(qiáng)烈蝕變的構(gòu)造裂隙帶,這種礦化過(guò)程一般還會(huì)伴有流體的液壓致裂作用,即流體的液壓作用把原有裂隙擴(kuò)展成為一定寬度的斷裂,如果成礦條件有利,則含礦流體冷卻就會(huì)形成焦家式斷裂蝕變巖型金礦(圖11)。

圖11 焦家—三山島區(qū)域地質(zhì)及礦床分布簡(jiǎn)圖[49]Fig.11 Sketch map of Jiaojia-Sanshandao regional geology and mineral deposit distribution

山東膠西北地區(qū)金礦深部及其外圍勘查取得了重大突破,三山島金礦、焦家金礦和玲瓏金礦均已成為世界級(jí)巨型金礦床。2017 年以來(lái),三山島北部海域礦段一次性提交金資源量達(dá)470 t,其中紗嶺礦段所提交金資源量就高達(dá)398 t[42],一躍躋身于世界第三大金礦區(qū)。再次引發(fā)了新一輪成礦作用大辯論。尤其金成礦作用方面的研究成果非常豐富,有關(guān)專著幾十部,有關(guān)論文達(dá)上千篇[41-43,48,50-52]。

4.4.4 焦家金礦成礦作用

焦家斷裂帶和三山島斷裂帶所控制的金礦床空間分布規(guī)律明顯。在剖面上,兩個(gè)礦床均已揭露出兩個(gè)緩傾賦礦臺(tái)階。從區(qū)域成礦控礦斷裂的空間位態(tài)分析,焦家斷裂是郭家店幔枝構(gòu)造北西西緣的主拆離帶,上盤下降為主;而三山島斷裂則是焦家斷裂上盤的反鏟狀斷裂[53]。至于兩者的成生關(guān)系,從斷裂動(dòng)力學(xué)機(jī)制分析,焦家斷裂是主干斷裂(脆韌性、韌脆性剪切帶),三山島斷裂是派生斷裂,在深部應(yīng)終止于焦家斷裂之上,呈“反y 字型” 空間展布。

沿焦家和三山島斷裂主斷面上部均連續(xù)分布有厚約5～40 cm 的斷層泥,絕大部分金礦體產(chǎn)于斷層泥之下的斷裂破碎帶中。這表明斷層泥應(yīng)該起到了隔擋層的作用,使主要礦體形成并限定在斷層泥的下盤。巖石的破碎和蝕變也具有較好的分帶性,一般發(fā)育黃鐵絹英巖化碎裂巖帶、黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖帶和黃鐵絹英巖化與鉀化花崗巖帶,相應(yīng)地礦化強(qiáng)度也隨之逐漸改變,礦床主礦體往往賦存于其中[42,43]。

金礦體明顯的受斷裂構(gòu)造控制。在平面上:焦家巨型金礦床就形成于焦家斷裂由近SN向(徐村院—寺莊段) 轉(zhuǎn)折為NNE—NE 走向 (寺莊—高家莊子段) 的轉(zhuǎn)彎處。在剖面上,斷裂傾向上往往有緩傾斜段與較陡傾斜段的波折狀延伸,在膠西北地區(qū)往往在緩傾斜區(qū)段是適宜成礦物質(zhì)富集的擴(kuò)容空間。此外,值得注意的是斷裂下盤也往往出現(xiàn)較多分支斷裂。三山島巨型金礦床則位于三山島斷裂80°走向(新立南段) 轉(zhuǎn)為40°走向的(三山島—新立段) 轉(zhuǎn)折部位是礦化富集帶。

4.4.5 幔枝構(gòu)造成礦控礦類型

如前所述,一旦地幔熱柱多級(jí)演化溝通了深部礦源,特別是聯(lián)通了核—幔界面,使D″層集聚的成礦物質(zhì)通過(guò)地幔熱柱—亞熱柱—幔枝構(gòu)造的多級(jí)演化向上遷移,并在上部幔枝構(gòu)造中較好的構(gòu)造擴(kuò)容帶中集聚成礦。幔枝構(gòu)造核部形成的脆韌性—韌脆性拆離帶、侵入巖體與圍巖的侵入界面、核部雜巖與蓋層圍巖的接觸帶、幔枝構(gòu)造隆升過(guò)程中形成的主要構(gòu)造裂隙、節(jié)理等等,就會(huì)成為有利的構(gòu)造擴(kuò)容空間,不同的構(gòu)造空間便會(huì)形成不同的成礦構(gòu)造類型。

(1) 郭家店幔枝構(gòu)造核部(玲瓏式金礦)

主要指焦家斷裂與破頭青斷裂間核部隆起帶中的脈狀礦體,主要含礦巖性是玲瓏花崗巖或部分變質(zhì)巖系,特別是焦家斷裂與玲瓏斷裂所間夾的含礦地質(zhì)體裂隙發(fā)育,礦床類型屬構(gòu)造裂隙脈狀,裂隙較為發(fā)育,礦脈排列密集,金礦品位較高,是膠東地區(qū)一種主要金礦成礦控礦構(gòu)造類型。

(2) 幔枝構(gòu)造北西緣拆離帶(焦家式金礦)

焦家斷裂是郭家店變質(zhì)—巖漿核部雜巖北西緣主要的成礦控礦斷裂構(gòu)造,從宏觀視角來(lái)看,該斷裂延伸長(zhǎng),切割深,不但是區(qū)域性導(dǎo)礦構(gòu)造,還是重要的成礦控礦斷裂,是膠東地區(qū)最為著名的斷裂蝕變巖型金礦。特別是近幾年的勘探表明,斷裂帶中金礦體的延深往往大于延長(zhǎng),以往探明的寺莊、馬塘、焦家等金礦床,其深部已經(jīng)連為一體,成為超大型金礦。深部鉆探表明沿?cái)嗔颜共嫉慕鸬V體相當(dāng)穩(wěn)定,找礦潛力巨大。

(3) 三山島反鏟狀斷裂帶(三山島式金礦)

三山島反鏟狀斷裂帶是成礦帶研究的重大進(jìn)展之一,從成礦作用來(lái)看,它是一個(gè)嚴(yán)格受反鏟狀斷裂控制的超大型破碎蝕變巖型金礦。值得強(qiáng)調(diào)的是山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,對(duì)萊州三山島北部海域超大型金礦進(jìn)行了勘查,并將以往劃分的若干個(gè)獨(dú)立金礦合并為一起,統(tǒng)稱三山島巨大型金礦。

(4) 幔枝構(gòu)造周緣斷裂(彭家夼式金礦)

由于萊陽(yáng)斷陷的快速裂解,在郭家店幔枝構(gòu)造與萊陽(yáng)斷陷外圍接觸帶之間,往往形成環(huán)繞萊陽(yáng)斷陷盆地的構(gòu)造接觸帶,并發(fā)育一定厚度的含礦礫巖層。研究表明礫巖帶往往是構(gòu)造活動(dòng)的薄弱帶,同時(shí)成為成礦控礦構(gòu)造薄弱帶,容易形成為典型的礫巖型金礦。

幔枝構(gòu)造主要形成在區(qū)域性擠壓體制向伸展體制轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景之中,多形成核部雜巖、邊界主拆離帶和上盤蓋層,并發(fā)育幾組相互關(guān)聯(lián)的斷裂構(gòu)造,它們往往成為成礦控礦的主要構(gòu)造擴(kuò)容帶。因此,幔枝構(gòu)造相關(guān)斷裂的展布及其含礦性很值得續(xù)作,研究其成礦作用、歸納其成礦模式、探索其成礦規(guī)律、總結(jié)其找礦經(jīng)驗(yàn)。借以指導(dǎo)新一輪的地質(zhì)找礦。

4.4.6 郭家店金礦成礦模式

傳統(tǒng)黃金地質(zhì)找礦往往注重尋找金背景值較高的變質(zhì)巖系和花崗巖類。找礦思路是金元素主要來(lái)自高背景值的圍巖中,在巖漿活動(dòng)和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下從圍巖中萃取出來(lái)成礦。按照這種思路,金的遷移是從低溫到高溫、從低壓向高壓、從低品位向高品位遷移的過(guò)程,在正常地質(zhì)環(huán)境均不好實(shí)現(xiàn)。

從地幔熱柱多級(jí)演化來(lái)分析,金銀等成礦物質(zhì)主要來(lái)自地球深部核—幔界面,通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化,貫入到地球淺部幔枝構(gòu)造的主要構(gòu)造擴(kuò)容帶中成礦。如果是這樣,那就應(yīng)該循著地幔亞柱—幔枝構(gòu)造—構(gòu)造擴(kuò)容帶—儲(chǔ)礦斷裂(裂隙) 來(lái)尋找(圖12)。

金的成礦作用較為復(fù)雜,不僅受控于深部地質(zhì)過(guò)程[54,55],而且還會(huì)受著淺部成礦條件的制約。斷裂蝕變巖型金礦往往以含礦流體形式貫入到斷裂為主,圍巖萃取較少,所以,在膠西北主要成礦集中區(qū),成礦類型仍以焦家式斷裂蝕變巖型金礦為主。膠西北成礦集中區(qū)的成礦范圍較大、成礦深度較深、礦石品位較高、礦床類型較多,資源潛力很大、找礦目標(biāo)明確、找礦方法得當(dāng)、勘探效果較好,展示了很好的找礦前景。

5 結(jié)論

通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化及幔枝構(gòu)造成礦控礦作用特征分析,地殼上絕大部分地區(qū)無(wú)礦化或礦化較弱是正常的,而某些區(qū)段成礦則是異?，F(xiàn)象,說(shuō)明具有成礦物質(zhì)的大規(guī)模聚集。

5.1 成礦物質(zhì)主要來(lái)自核—幔源

成礦作用發(fā)生的必要條件:首先是有成礦物質(zhì)來(lái)源,而成礦物質(zhì)的來(lái)源有兩種基本認(rèn)識(shí):一種認(rèn)為主要萃取自含礦圍巖;一種認(rèn)為主要來(lái)自深源。過(guò)去曾一度下大力氣尋找礦源層,但結(jié)果并不理想。而更多的證據(jù)表明成礦物質(zhì)主要來(lái)自深源,甚至可能來(lái)自核—幔邊界,通過(guò)地幔熱柱多級(jí)演化向上遷移。幔枝構(gòu)造則是地幔熱柱多級(jí)演化的第三級(jí)構(gòu)造單元,也即地幔熱柱多級(jí)演化在地殼的表現(xiàn)形式,它不僅控制著盆—山耦合關(guān)系,而且是主要的成礦控礦構(gòu)造類型。具體的成礦控礦構(gòu)造則是以脆—韌性剪切帶,主、次級(jí)拆離帶,鏟狀斷裂,巖體內(nèi)、外接觸帶,次火山巖構(gòu)造,不同方向、不同性質(zhì)的斷裂,甚至裂隙,它們分別控制著礦帶、礦田、礦床、礦體、礦脈等的就位及儲(chǔ)集,是主要的成礦控礦構(gòu)造。

5.2 地幔熱柱多級(jí)演化向上遷移

研究表明,地幔熱柱的形成及其多級(jí)演化,對(duì)金銀多金屬礦的成礦作用起著明顯的控制作用。

(1) 上升幔流—成礦物質(zhì)的深部來(lái)源

地球的平均化學(xué)成分(重量%) 百分比依次分別為Fe、O、Mg、Si、S、Ni、Ca、Al、Na、Cr、Mn、K等,占地球總量的98%以上,其它元素不足地球總量的2%銀的地球豐度值僅為3.2×10-6,鉛的豐度值為13×10-6,鋅也僅為180×10-6。一般認(rèn)為,地球形成初期其成分是相當(dāng)均一的星際物質(zhì),在其聚集、分異過(guò)程中,在熱力膨脹和引力收縮的統(tǒng)一作用支配下,地內(nèi)物質(zhì)開始對(duì)流,密度大、熔點(diǎn)低的鐵、鎳呈熔融狀態(tài)滲透過(guò)硅酸鹽物質(zhì)沉向地心形成地核,鐵鎂硅酸鹽物質(zhì)上浮形成地幔。地幔的表層由于散熱及揮發(fā)分物質(zhì)的逃逸很快冷卻,并逐漸演化為剛性地殼。這種密度分異作用目前仍在進(jìn)行著。

圖12 膠西北幔枝構(gòu)造成礦控礦模式圖Fig.12 Metallogenic and ore-controlling model map of mantle branch structure in northwest Jiaodong

金銀多金屬等元素亦屬于密度較大的元素,也有向地核聚集的趨勢(shì),并主要集中于地核之中,以氣—液態(tài)存在于鐵鎳之間。當(dāng)核幔邊界涌動(dòng)或受干擾形成上升地幔熱柱時(shí),金銀多金屬等成礦物質(zhì)便可隨地幔熱柱多級(jí)演化向上遷移,并通過(guò)氣態(tài)→氣—液混合相→含礦流體的形式隨地幔熱柱→地幔亞熱柱→幔枝構(gòu)造向地殼淺部遷移。近年來(lái),許多研究成果也表明深部物質(zhì)是金銀多金屬屬礦床形成的主要礦源。

(2) 地幔亞柱—成礦物質(zhì)的運(yùn)移通道

上升幔流溝通了金、銀多金屬等元素的深部來(lái)源,但成礦物質(zhì)的多少取決于核幔邊界的涌動(dòng)強(qiáng)度,核幔的涌動(dòng)又受著核幔平衡狀態(tài)、外來(lái)激發(fā)因素的影響。所以,上涌地幔熱柱中的成礦元素含量也會(huì)隨著核幔涌動(dòng)強(qiáng)度變化而時(shí)多時(shí)少,時(shí)斷時(shí)續(xù),成礦作用也必然具有明顯的階段性、脈動(dòng)性,金、銀、鎢、錫、鋅等均具有很強(qiáng)的氣態(tài)遷移能力,含礦流體的深部來(lái)源及其元素遷移形式,則更是很多地質(zhì)學(xué)家所關(guān)注的前沿問(wèn)題。

金銀多金屬等成礦元素隨地幔熱柱的多級(jí)演化向上遷移時(shí),越接近地殼上部受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響越明顯,這與巖石的物化狀態(tài)密切相關(guān)。在地球深部,地幔物質(zhì)在橫向上、縱向上變化不大,地幔熱柱基本受核幔邊界的初始動(dòng)力和熱驅(qū)動(dòng)上升,干擾因素較少。當(dāng)?shù)蒯嶂┻^(guò)上、下地幔界面,以亞熱柱形式繼續(xù)上升到巖石圈的底部時(shí),則會(huì)受到巖石圈底界形態(tài)、巖石圈深切韌性剪切帶的影響。

(3) 幔枝構(gòu)造—成礦控礦的有利空間

幔枝構(gòu)造之所以成為成礦控礦的主要空間,是因?yàn)槌傻V元素隨地幔亞熱柱向上運(yùn)移到巖石圈底部受阻而向造山帶的根部拆離,當(dāng)被造山帶軸部持續(xù)活動(dòng)的深切韌性剪切帶切割時(shí),成礦元素便可沿韌性剪切帶,或隨巖漿活動(dòng)向地殼淺部遷移,在幔枝構(gòu)造的有利構(gòu)造擴(kuò)容帶聚集成礦。

受幔枝構(gòu)造控制的巖漿活動(dòng)特征、巖性特征、含礦性及成礦作用取決于深切韌性剪切帶的切割深度和活動(dòng)強(qiáng)度。而韌性剪切帶的活動(dòng)強(qiáng)度又受地殼運(yùn)動(dòng)、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的制約。當(dāng)韌性剪切帶活動(dòng)強(qiáng)烈、切割深度較大時(shí),巖漿活動(dòng)就表現(xiàn)為幔源,隨地幔亞熱柱遷移的含礦流體得以向上遷移,并在有利的構(gòu)造擴(kuò)容帶中成礦;當(dāng)韌性剪切帶切割淺時(shí),就可能以中、下地殼低速層重熔形成的花崗質(zhì)巖漿為主,含礦流體相對(duì)較少,則成礦作用較弱。

金的主要來(lái)源:地核

金的存在狀態(tài):紫色氣體→氣-液混合相→含礦(金) 流體→結(jié)晶呈固態(tài)金

金的遷移形式:地幔熱柱→地幔亞熱柱→幔枝構(gòu)造→構(gòu)造擴(kuò)容帶

金的運(yùn)移途徑:地核→D″層→下地幔→上地?！鷰r石圈→地殼

金的成礦過(guò)程:構(gòu)造變形→巖漿活動(dòng)→蝕變作用→成礦作用

金(貴金屬) 屬于特殊的礦種,數(shù)量少、比重大、惰性強(qiáng)、少遷移,在特殊情況下也可形成大型,甚至特大型金礦。但是,要注重金的主要來(lái)源、存在狀態(tài)、遷移形式、運(yùn)移途徑、成礦過(guò)程,一直追索到金的礦脈——包括已經(jīng)有礦床(點(diǎn)) 的外圍與深部。

致謝:

本文是應(yīng)《河北地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)》之邀撰寫的一篇綜述性論文,也是基于作者曾承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省部攻關(guān)項(xiàng)目、地學(xué)基礎(chǔ)等項(xiàng)目研究的認(rèn)識(shí)、歸納和總結(jié)。項(xiàng)目研究過(guò)程中得到了學(xué)校和翟峪生院士、李廷棟院士、毛景文院士、侯增謙院士、武強(qiáng)院士等大力支持和熱情指導(dǎo);對(duì)李春生、于海峰、燕建設(shè)、武勝、宋明春等專家的指導(dǎo)和幫助,一并感謝。河北省、山東省、河南省、山西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)各地勘單位以及有關(guān)礦山技術(shù)人員所給予的熱情指導(dǎo)和幫助,在此謹(jǐn)表謝意。

由于本文涉及的時(shí)間較長(zhǎng)、請(qǐng)教的專家較多、引用的文獻(xiàn)較豐富,未能一一列出,深表歉意。