華北古陸塊南緣金屬礦床成礦機制研究

付山嶺，胡 斌

（中南大學地學與環(huán)境工程學院，長沙410083）

0 引言

大陸邊緣，特別是古大陸邊緣一直以來都是礦床學家關注的重點地區(qū)［1－6］，因為古陸塊邊緣不僅是海陸變遷、板塊漂移的重要“遺跡”，更重要的原因是古大陸邊緣的地質構造運動強烈而復雜，具有多旋回性；殼幔物質及能量交換頻繁而活躍，構造環(huán)境多樣，有利于形成各種礦床，尤其是大型及特大型礦床。

“邊緣成礦”現象不僅表現為地球塊體不均一性的邊界控礦，也包含控制成礦物理化學條件的轉換邊界［5］，如大陸邊緣與陸緣區(qū)及相關海盆是沉積速度和化學條件的急劇變化帶，因而有利于沉積礦床的形成［7］，活動大陸邊緣的島弧火山－熱液作用則是產生別子型塊狀硫化物礦床和淺成低溫熱液金礦床的主要機制［8］，而會聚型大陸邊緣（陸－陸）即陸內碰撞造山作用所引起巖漿熱液成礦作用，則可形成斑巖型銅、鋁、鎢、錫、金礦床等［9］；此外，如形成于洋中脊的豆莢狀鉻礦及塞浦路斯型塊狀硫化物礦床也是在洋殼向陸殼俯沖過程中，隨著洋殼的消減而移至大陸邊緣的［10］。上述種種，無不說明大陸邊緣成礦的重要性及其研究意義。

研究表明，世界上大多數內生金屬礦床都分布在大陸邊緣［2，11－13］，尤其是大型及超大型礦床。據蔣志［14］等的統(tǒng)計結果表明，我國目前發(fā)現的內生金屬礦床有60%以上產出在大陸邊緣，多數大型及超大型金屬礦床沿古陸塊邊緣分布。華北古陸塊是我國最古老的陸塊，由許多小的塊體經拼接縫合形成如今的華北陸塊；華北陸塊經歷了復雜的演化歷史，各種性質的陸塊邊緣在華北陸塊都有出現，古陸塊邊緣成礦作用顯著，因此華北陸塊邊緣成為我國重要的金屬成礦帶。

華北古陸塊南緣的金屬礦床類型多樣，礦產資源豐富。分析總結該區(qū)域金屬礦床的形成機制具有重要意義。本文在總結與分析前人的資料的基礎上，對古陸塊邊緣的成礦機制進行了系統(tǒng)總結，以期為進一步的研究提供資料。

1 華北古陸塊南緣的構造格架及演化

1．1 構造格架

華北古陸塊南緣的范圍包括東秦嶺和桐柏地區(qū)，涉及傳統(tǒng)意義上的華熊地體和北秦嶺逆沖推覆構造帶［15］（圖1）。在中元古代以前，華北地臺和西南地臺之間存在古大洋［16］，因此它們在演化歷史上存在顯著的差異。至晚古生代，華北地臺與揚子地臺碰撞，揚子陸塊一側表現為俯沖消減、隆升與斷陷拆沉活動，而華北陸塊一側則表現為仰沖疊置的構造層和巖漿活動。北秦嶺構造帶的基底實質上就是 華北古地塊南緣的大陸邊緣，直接受控于華北地塊前寒武紀的演化。關于華北古陸塊南緣的構造格架前人已經做了很多的研究［17－19］，并取得了較為一致的結論，本文僅在前人研究的基礎上，按從北向南的順序，對華北古陸塊的構造格架作一簡述。

圖1 華北古陸塊南緣構造格架簡圖（據張正偉等，2008；有修改）Fig．1 Sketch map of geotectonic framework in the South margin of North China Palaocontinent

1．1．1 華熊陸緣帶

研究認為，華山—熊耳山陸緣帶構造層主要由太古宇和古元古界的結晶基底與中、新元古界的蓋層組成。一般認為其結晶基底是由太古宇太華群構成［20］，建造特征則表現為太古宙古陸核邊緣洋殼轉變?yōu)殛憵さ脑錾^程［21］，并在其演化過程中形成了小秦嶺金礦的初始礦源層［22］；覆蓋于太華群之上的蓋層由中元古界熊耳群火山巖和中新元古界沉積巖系構成［23］。

1．1．2 寬坪中元古代陸緣弧后盆地

該海盆分布于華山—熊耳山陸緣南側的寬坪弧后海盆，其中沉積了3個不同的巖組，分別為綠片巖－斜長角閃巖組、云母石英片巖－片麻巖組和大理巖組。研究表明，現在的寬坪地體是在中元古代形成的巖石組合基礎上，經燕山期碰撞消減后的殘留部分，其本身由強應變帶和弱應變域組成［24］。形成時的建造序列可簡單敘述為：地?；虻貧ど畈繜崃髟龈摺貧U張形成的大洋拉斑玄武巖質火山巖→深海、半深海沉積與濁流沉積環(huán)境下堆積形成的陸源碎屑巖→弧后盆地消減、海水變淺而沉積的碳酸鹽巖［18］。這一過程得到了同位素研究的證實。在該演化過程中主要形成了沉積建造上部的謝灣組大理巖中的維摩寺、銀洞溝等鉛鋅礦床組合。

1．1．3 二郎坪早古生代陸緣斷陷帶

該帶位于中（晚）元古代寬坪陸緣海盆沉積帶南側的瓦穴子—喬端斷裂以南、朱陽關—夏館斷裂以北的狹長地帶，二郎坪早古生代陸緣斷陷沉積主要由復理石和細碧角斑巖建造組成［25］。同位素研究表明，該陸緣斷裂形成于早古生代［26－27］。

1．1．4 北秦嶺離散型島弧帶

該島弧帶的范圍大致被限制在商丹斷裂與朱夏斷裂之間［29］，產出有島弧型蛇綠巖、廣泛發(fā)育島弧型中酸性侵入巖和出現高溫變質帶是其存在的重要標志。研究表明，作為孤立的一個島弧地體既有古元古代華北古陸緣增生的組成部分和中－新元古界，同時也有下古生界［28］。根據北秦嶺發(fā)育的同熔型花崗巖同位素年齡數據［16］，證明此時古大陸邊緣構造環(huán)境已轉換為擠壓構造體制下的活動大陸邊緣階段。

1．2 構造演化

一般認為，華北古陸南緣在太古宙末期已有古陸核形成，太華群的同位素年齡數據以及高級變質帶的存在說明古陸核在太古宙已經歷了明顯增生，并最終在太古宙晚期形成花崗巖－綠巖地體，基本 奠定了華北陸塊基底巖系的構造格局。自中元古代長城紀始，至新元古代，華北古陸南緣出現古陸核活動性邊緣沉積，由太古宙古陸邊緣洋殼轉變?yōu)殛憵さ脑錾h(huán)境，由于動力機制發(fā)生轉變，表現為在拉張構造體制下的被動大陸邊緣的增生過程，蓋層構造的演化也是在同一構造體制下進行的；在中元古代早期，由于深部地幔的上涌，導致了巖石圈的上隆、減薄、破裂而形成規(guī)模巨大的裂谷系［23］。加里東早期是構造體制從張性轉換為擠壓性的過渡期。中生代，華北古陸與揚子古陸在秦嶺一帶發(fā)生陸內碰撞造山作用，由于揚子陸塊北緣作為俯沖盤楔于華北陸塊南緣之下，在欒川斷裂一線，沿斷裂侵位有小規(guī)?；◢徺|巖漿及其伴隨的流體。在上述演化過程中，由于每個演化階段具備的成礦有利因素不同，其成礦能力也有所差異，因此不同階段所形成的礦床在成礦機制上也不盡相同。

2 成礦機制探討

前人的研究表明，古陸塊邊緣并不是每個區(qū)段都可成礦，地球深部物質的轉移和能量的轉換往往只發(fā)生在一些特定地段［29］，因此古大陸邊緣內生成礦作用的發(fā)生與礦床的分布多集中在一些塊體邊界附近［30－31］。大型及超大型礦床的形成往往是在具有某些構造環(huán)境的條件下，同時需要諸多其他因素共同作用才能形成礦床，古陸塊邊緣大型及超大型礦床的成礦也不例外。翟裕生［1］系統(tǒng)總結出了大陸邊緣產出超大型礦床的基本有利因素為：深淺成礦作用溝通良好、優(yōu)良的成礦流體匯聚場所、成礦物源豐富多樣、熱動力異常顯著、大構造密集且長期活動、殼幔物質循環(huán)作用顯著、成礦地質環(huán)境多樣、較長的演化歷史、多種成礦動力臨界轉換、多期疊加成礦及礦床的適度保存條件等。

華北古陸塊南緣是我國重要的金屬成礦帶，它在發(fā)展演化過程中也具備有上述有利成礦因素，特按其演化歷史順序，對各個時期所形成礦床的成礦機制進行簡單的分析總結。

2．1 太古宙（前長城紀）成礦

前長城紀主要為陸核邊緣成礦，可以小秦嶺金礦為代表。小秦嶺金礦產于太華群變質巖中，胡受奚［16］等采用不同方法對礦田的變質巖進行了同位素測年，U－Pb年齡組為2 411Ma；Rb－Sr等時線年齡組中未混合巖化的角閃斜長片麻巖為2 500～2 217Ma，已混合巖化的角閃斜長片麻巖為2 020～1 935Ma；K－Ar法年齡范圍為1 957～191Ma，主要反映了太華群形成之后經歷的多次構造熱事件的影響。在燕山期以前，由于多次構造活動，受區(qū)域變質作用及巖漿活動的影響，金元素開始初步富集，并在局部裂隙中聚集，此階段應屬于構造－變質熱液成因；進入燕山期以后，由于陸內造山作用的影響，使華北古陸塊南緣小秦嶺地區(qū)長期隆起，形成了推覆構造和變質核雜巖帶［32］，與其同時也形成了一系列的韌性剪切帶，對小秦嶺金礦的形成起到了明顯的控制作用。上述表明，小秦嶺金礦形成于不同時期，其主要的控礦因素也在發(fā)生變化，早期為變質熱液控礦，晚期為構造巖漿控礦，故可將小秦嶺金礦的成礦機制歸納為構造－變質－巖漿－流體成礦。

2．2 中－新元古代成礦

中－新元古代為被動大陸邊緣成礦，可以熊耳山金礦田為例。熊耳山金礦田的主要賦礦地層為熊耳群和太華群，深大斷裂和區(qū)域性不整合面控制了熊耳山金礦成礦帶的形成和分布，大中型礦床均產于深大斷裂或不整合面斷裂交叉處，呈等距狀控制金礦床或礦體群。據王志光等［33］的研究，礦質來源為陸源區(qū)的結晶基底，中生代花崗巖的活動為成礦物質活化、遷移提供了熱源和動力，同期的斷裂構造形成了構造蝕變巖金礦的源、運、儲條件，在燕山期強烈的構造－巖漿作用下，導致了該礦田的形成。綜合分析其控礦因素，可將成礦機制歸納為構造－巖漿－流體成礦。此外，較典型的中－新元古代礦床還有外方山鉛鋅銅礦、神洞溝銀礦等。

2．3 加里東早期成礦

加里東早期為華北古陸塊構造機制轉化期，此時華北古陸塊南緣的構造體制由張性向壓扭性轉變。由于張性構造體制的滯后作用，形成了以二郎坪細碧角斑巖－類復理石建造為代表的斷陷海盆沉積，其下部細碧角斑巖噴發(fā)沉積成礦，可以劉山崖銅鋅礦床為例。該礦床賦存于下古生界二郎坪群細碧－角斑巖建造中，巖石組合為：熔巖相的基性變細碧巖、酸性變石英角斑巖和堿性變質角斑巖，次火山巖相的輝綠玢巖、次閃石巖和石英角斑巖，噴發(fā)相有火山碎屑巖、沉積相為凝灰質大理巖和中基性凝灰?guī)r。硅化、重晶石化、絹云母化和褐鐵礦化等圍巖蝕變與礦化關系密切。上述分析表明，此類礦床的成礦機制可歸納為構造－建造－流體成礦。桐柏圍山城金銀礦也屬此類。

此外，該時期形成的還有秋樹灣斑巖型銅鉬礦， 礦床產于殼幔同熔型花崗斑巖內，圍巖為二郎坪群變質巖，在巖體一側發(fā)育爆破角礫巖筒，形成秋樹灣銅礦的主體，熱液蝕變從巖體向外依次為：石英鉀長石化→石英絹云母化、夕卡巖化→青磐巖化［22］。由上述可以看出，此礦床的成礦機制可歸納為巖漿－熱液蝕變成礦。

2．4 中生代成礦

中生代為陸內碰撞成礦，華北古陸塊與揚子古陸塊的碰撞使揚子陸塊向北俯沖，引起強烈的巖漿活動，巖體沿前期形成的斷裂（如欒川大斷裂）侵位而成礦，形成的礦床主要冷水北溝、核桃岔鉛鋅礦床，熊耳山群火山巖地層中產出的鉛鋅和金的伴生礦床，如西灶夠鉛鋅金礦床。綜合考慮控制上述礦床的成礦機制的主要因素，可將其歸為構造－巖漿－流體成礦。

此外，產于秦嶺群與二郎坪群之間的大河溝銻砷礦也屬此類。該礦體主要分布在構造接觸邊界，構造形式為韌性剪切帶，成礦圍巖為云英質靡棱巖，其全巖Rb－Sr年齡為（198．6±4．7）Ma［34］，代表韌性剪切構造結束的時間，即為中生代成礦。

3 結論

華北古陸塊南緣有漫長的演化歷史，構造活動復雜而頻繁，構造環(huán)境多樣，所形成的礦床類型繁多；華北古陸塊南緣所產出的各種金屬礦床可以歸納為4種成礦機制：

（1）構造－巖漿－變質－流體成礦，如小秦嶺金銀成礦等．

（2）構造－巖漿－流體成礦，如熊耳山金礦田、燕山期中酸性小巖體中的鉬鎢礦、外方山鉛鋅銅礦及神洞溝銀礦等。

（3）構造－建造－流體成礦，如劉山崖銅鋅礦、圍山城金銀礦等。

（4）巖漿－熱液蝕變成礦，如秋樹灣銅鉬礦。

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