區域成礦學

【區域成礦學】regional metallogeny 礦牀學的一個分支。它的任務是研究區域的成礦規律。研究的方法是對區域的地層、巖相、古地理、構造、岩漿活動、變質作用和礦牀成因類型以及地球物理和地球化學等實際資料進行綜合分析，從而得出區域的成礦規律，為礦產預測和普查找礦服務。主要研究內容： 區域在地殼大地構造單元或構造體系中的位置； 區域的地質發展歷史，特別是構造和岩漿活動特點； 與成礦有關的火成岩的性質和形成深度，火山 岩漿活動強度，分異特徵及岩石建造等； 成礦區中地層、巖相、古地理、巖性、含礦地層分佈及變化特徵； 區域地球化學特徵； 區域變質作用。

目前各種級別的(全球性的及局部含礦區的)區域成礦研究已擴展到全球的很多地區﹐除綜合研究某個構造單元或地區的成礦規律外﹐也開展了某種礦產或礦牀類型的區域性研究。還擴展到大洋盆地的調研﹐這不僅著眼於大洋盆地中礦產的開發利用﹐同時也有助於深入理解在陸殼與洋殼的統一發展中形成的全球成礦規律。

地殼主要構造單元成礦學。

20世紀20～30年代﹐地質學家逐漸認識了礦牀在區域上分佈的規律性及其與地殼活動的關係﹐形成了初步的區域成礦概念。較為系統的是.﹒畢利賓提出的有關地槽褶皺帶的成礦認識。自50～60年代以來波及全球的區域成礦研究﹐主要涉及地殼基本構造單元地槽褶皺帶﹑地台﹑活化區等的成礦﹐同時也形成了超越構造單元而獨立的成礦概念﹐重要的如有關金屬省及板塊成礦概念﹐分別簡述如下。

區域成礦研究是從地槽區開始的﹐不同地槽帶內發育的各類建造﹑構造-岩漿旋迴以及與之有關的成礦都極為不同。斯米爾諾夫主要根據早期階段岩漿作用的強弱和主褶皺幕的構造格局﹐將含礦性較好的優地槽成礦帶劃分為4種基本類型。

早期階段的噴出和侵入岩漿作用以及與之有關的成礦作用都極強烈﹐產出一套特徵性的含礦岩漿建造﹐如含鉻﹑鉑﹑鎳岩漿型礦牀的超基性岩建造﹐含有含銅黃鐵礦礦牀的海底噴發巖建造﹐含鈦鐵礦-磁鐵礦礦牀的基性巖建造﹐含夕卡巖型鐵銅礦牀的斜長花崗岩和正長巖建造等。在地槽發展中期主褶皺階段﹐花崗岩類的侵入也伴生一些夕卡巖型﹑熱液型鎢錫鉬等礦牀﹐但其規模卻比早期階段的弱得多。這類地槽成礦帶的晚期階段構造岩漿活動及成礦作用一般都很微弱。

早期海底噴發活動及與之有關的礦化(含銅黃鐵礦礦牀)都極發育﹐但侵入活動微弱。中期主褶皺階段花崗閃長巖﹑花崗岩侵入活動強烈﹐伴有相當廣泛的熱液型鉬礦牀﹑銅鉬礦牀。晚期階段雖有小侵入體和火山岩的發育﹐但無顯著礦化。

早期階段岩漿活動和礦化活動微弱﹐中期階段軸部坳陷回返﹐形成中央隆起﹐有大型深成花崗岩體形成﹐並伴有偉晶岩型﹑雲英巖型鎢錫礦牀﹐較基性的花崗閃長巖類則伴生有夕卡巖型白鎢礦牀。晚期階段發育各種成分的小侵入體﹐伴生有多金屬﹑銅﹑鉍﹑螢石等礦牀﹐同時還發育有與侵入活動無明顯聯繫的低温熱液銻﹑汞礦牀。

它是從前地槽旋迴繼承下的格局發育起來的﹐早期階段缺失礦化﹐中期階段發育非常複雜的礦牀組合﹕金-白鎢礦牀和鎢﹑錫礦牀﹐晚期階段發育有裂隙型小侵入體﹐伴生有錫﹑鎢﹑鉛鋅和鈷礦牀。

地槽成礦帶的演化很複雜﹐每個地槽成礦帶都有自己的特色。各種地槽成礦帶的內部構造和礦化分佈也是多變的﹐常見的有利礦化的構造帶有槽溝﹑內部帶﹑中間地塊﹑周邊帶﹑地槽外框﹑邊界斷裂帶以及橫切地槽褶皺帶走向的斷裂帶等﹐這些構造帶常含專屬性的礦石建造。因之搞清地槽內部的含礦構造將進一步提高對地槽成礦帶的規律性的認識。

地台﹑地盾是地殼長期穩定的部分﹐有著遠較地槽褶皺帶漫長的發展過程﹐成礦上以基底礦化為主﹐後期或蓋層中的礦化居次要地位。根據全球古大陸的對比﹐一些學者將其發展劃分為3個時期﹕最早的水盆地中堆積了巨厚的火山-沉積地層﹐發育火山作用﹑變質作用時期(太古宙或元古宙)﹔沉積物堆積區的封閉及花崗岩類和部分基性－超基性侵入體多次侵入時期﹔地台狀態時期﹐直到沿最晚的斷裂﹐充填基性－超基性岩﹑鹼性岩及花崗岩類的侵入體。基於相似的地質發展﹐所有古地台的成礦也具相似的分期﹐即古基底中發育的礦化和地台狀態時期發育的礦化。但由於古老地台之間早就有分異和後期演化的不同﹐不同地台的成礦過程和礦化特點差別很大。有的成為一些金屬如金﹑鈾﹑銅等的重要成礦區﹐如非洲和加拿大地盾﹔有的則礦化單一﹐發育有鐵礦牀﹐如俄羅斯地台和中朝地台。

在太古宙晚期﹐在最古老的岩石出露區﹐即有與角閃石﹑紫蘇輝石伴生的部分礦化﹐有少量含金石英脈及伴生鈮鉭的偉晶岩。早中元古代在許多地台區發育了碧玉－磁鐵礦礦牀﹐在有的地台中發育了含銅黃鐵礦礦牀﹑布什維爾德型鉻鐵礦礦牀﹑銅鎳礦牀﹑含鈾－金礫岩型礦牀。晚元古代時期除一部分地台繼續發育碧玉－磁鐵礦礦牀﹑鉻鐵礦礦牀外﹐廣泛發育了銅鎳礦牀﹐磁鐵礦－鈦鐵礦礦牀﹑碳酸岩中的鋁鋅礦牀﹐個別地台區還形成了含鎢錫鈮鉭石英脈礦牀。在地台期後主要發育了與暗色巖建造有關的岩漿型鐵礦牀﹐鈷銅鎳礦牀和熱液型鉛鋅\礦牀。

活化區的成礦(地窪區的成礦) 在成礦學和大地構造學上一個較大的理論進展是有關構造－岩漿活化區(地窪區)的確立﹑一些學者如中國陳國達和前蘇聯..舍格洛夫主張將其列為大陸地殼的第三基本構造單元﹐認為在古老地台和已固結的顯生宙地槽褶皺帶﹐由於構造－岩漿活化而形成一套全新的成礦組合。這類礦化空間分佈廣﹐礦量所佔比重很大﹐有些金屬如鎢﹑錫﹑銻﹑汞大部分形成於活化階段﹐分佈於新的構造活化帶中﹐因之這一成礦概念在實踐上也具有重要意義。活化作用成礦包括廣義的和狹義的兩種﹐前者指與地槽活動帶相鄰地台邊緣﹐由於地槽活動而引起的活化所形成的礦牀﹐這類活化有人稱為反射構造－岩漿活化﹐屬於這類的成礦單元有中間地塊﹐如歐洲海西褶皺帶中的一系列中間地塊和地台與地槽接界的縫合帶等﹔狹義的則指獨立的構造-岩漿活化區或帶﹐區內以活化作用成礦為主導﹐這類地區也包括疊置在褶皺帶的活化部分。

活化作用區具有獨特成礦特徵﹐中間地塊型的活化區成礦比較複雜﹐既有岩漿礦牀(如銅鎳礦牀)﹐又有典型熱液礦牀(如鎢﹑錫﹑鉬等礦牀)﹐還有低温熱液礦牀(如金﹑銻﹑汞﹑鈾等礦牀)。而在獨立的活化區則表現為一套專屬性礦化﹐其中最普遍的為銻汞﹑鎢錫﹑鈮鉭﹑鉬等的礦牀。活化成礦組合在成因上以熱液﹐特別是中低温熱液為主﹐分佈上因活化程度而變化﹐多分佈於具體的構造活化帶或構造-岩漿活化帶。

金屬礦牀在全球範圍內分佈很不均一﹐不同金屬往往高度集中於一定的地區﹐如中國南嶺鎢礦區﹑美國西部的銅鉬礦區等﹐這種具有專屬成礦特徵的區域命名為金屬省。這些地區同樣也表現為相應的地球化學省或礦物省。在這類地區﹐有時伴隨構造發展活動反覆形成同一金屬或同種金屬組合的礦牀﹐所不同的僅是礦牀類型有所演變﹐如阿根廷﹑玻利維亞的鎢錫﹑金礦﹐從寒武紀到第三紀的地質發展中多次成礦(見成礦繼承性)。I.A.諾布爾就美國西部著名的金屬產區﹐根據金屬(15種)實際評價資料編制了單金屬的和共生金屬的金屬省圖﹐圖中圈出了有關金屬高度集中的金屬區﹐共生金屬圖揭示了大部金屬呈放射狀分佈於科羅拉多高原(地台)兩側邊部﹐並與4個大的火山岩堆積相吻合﹐從而揭示了美國西部金屬區分佈的基本規律﹐並認為上述金屬區的分佈圖景基本勾畫出了上地幔中金屬分佈的原始非均一性。P.魯蒂埃總括全球範圍的礦牀﹐他認為除南非羅得西亞大巖牆和布什維爾德雜巖體﹑加拿大薩德伯裏等基性－超基性岩所含的銅﹑鎳﹑鉻等真正來自地幔外﹐大部地區成礦都來源於本地區的古地殼﹐因而他認為不同金屬省就是這種原本不均一的古地殼演化的結果。

板塊構造原理強烈地影響著區域成礦規律的研究方向﹐愈來愈多的人應用板塊構造探討礦牀形成的構造環境﹑形成機制及其在大陸上的分佈規律。其中板塊俯衝帶在成礦中的作用得到普遍的重視。活動大陸邊緣的結構不同﹐俯衝帶引起的成礦也不同﹐在亞洲大陸邊緣﹐從島弧向大陸的成礦分佈是﹐火山島弧部分形成了銅金和鉛鋅礦帶﹐在邊緣海後大陸部分向陸內分別發育了鉬﹑金成礦帶﹐鉛鋅\礦帶﹐鎢錫礦帶和銻汞礦帶。而在沒有島弧分佈的太平洋東岸大陸(如美國西部)﹐由邊緣向內陸分別形成金﹑鉛鋅礦帶﹐銅鉬礦帶﹔在南美安第斯帶由大陸邊緣向內分別形成銅(金)礦帶﹑鉛鋅礦帶﹑鎢錫礦帶和鈮﹑稀土礦帶﹐除與俯衝帶有關的成礦分帶外﹐由於大陸內部拉張形成各種形式的裂谷﹐對銅﹑鎳﹑鉻﹑鐵等的成礦起著控制作用。

在地質歷史上﹐礦牀形成比較集中的時代。它表明礦牀的形成在地質歷史發展中有一定的時間規律性。作為地殼組分的成礦元素隨著地殼的演化而不斷分異﹐在地殼的不同歷史發展階段形成了各種礦牀。依據地質標誌確定的礦化時代顯示了一定的規律﹐隨著同位素地質年代學引入地質學和礦牀學的研究﹐又大大提高了礦化時代資料的精度和廣度。礦化在時代上的規律性表現在下列3個方面﹕

成礦的旋迴性。在地殼發展歷程中﹐礦化作用不是連續不斷地發生的﹐而多發育於地質環境劇烈變更的階段﹐其時代與大地構造旋迴一致﹐成礦期主要分為﹕太古宙成礦期(距今26億年前)﹑早元古代成礦期(距今25～18億年)﹑中元古代成礦期(距今18～10億年)﹑晚元古代成礦期(距今10～6億年)﹑古生代成礦期(距今6～2.3億年)﹑中-新生代成礦期(距今2.3億年以來)。上述各成礦期的礦化強度也不同﹐其中重要的有中元古代成礦期﹑晚元古代成礦期﹑晚古生代成礦期(距今 4～2.3億年)和中-新生代成礦期。

礦化類型在地質時代上的演化。總體上看﹐礦化類型是隨著地殼的發展而演變的。如條帶狀石英－磁鐵礦礦牀廣泛發育於元古宙﹐尤其是早元古代﹔含金鈾礫岩型礦牀主要發育於早元古代﹐是晚太古代綠巖帶中已出現的含金石英脈和分散的瀝青鈾礦﹑鈾釷礦風化剝蝕中提供的物源。上述兩種類型礦牀都是在地殼周圍缺氧的特定條件下形成的﹐在以後地質發展階段中再沒有出現這種類型的礦牀。不同成因類型礦牀在上述成礦期也呈現明顯的演變﹐如岩漿礦牀主要發育於前寒武紀﹐夕卡巖礦牀主要發育於海西期及中生代﹐熱液礦牀發育於海西及中-新生代﹐與岩漿岩沒有明顯關係的礦牀﹐則主要發育於中新生代。但也有些礦牀類型屬於穿時性的﹐如與各類海相火山岩有關的塊狀硫化物礦牀﹐見於有洋殼形成以來的所有的成礦時代。

各種金屬在地質時代上的分佈。不同金屬各有其比較集中的成礦時代﹐如鐵﹑鉻﹑鎳﹑金大部分集中於前寒武紀成礦期﹐鉛﹑鋅﹑銅大部分在前寒武紀已形成﹐其餘則分佈於顯生宙各成礦期﹐鎢錫礦化主要發育於中新生代﹐銻汞則主要集中於中新生代的晚期。這種在成礦時代上分佈的規律性與地殼的演化和各種金屬本身的地球化學特性有關。

成礦區域是礦牀比較集中的地區。劃分不同級序的成礦區域是區域成礦研究的必然結果。礦牀的分佈極不均一但又是有規律的。礦牀往往集中成帶﹐在全球範圍內形成各種規模的﹑各種方向的﹑以不同礦牀組合為特徵的成礦帶。這些礦帶都與引起地殼強烈變動的巨大活動帶有關。如環太平洋礦帶即是太平洋板塊與周圍大陸在中新生代相對構造活動中形成的。類似這樣的大的地殼變動帶﹐前寒武紀時代的由於大陸的變遷較難重建﹐但顯生宙以來的卻清晰可見﹐如烏拉爾-蒙古-大興安嶺褶皺系﹑特提斯-喜馬拉雅褶皺帶等。由於構造帶範圍很大﹐常捲入各類地質單元﹐同時構造變動本身很不均衡﹐發育各種構造活動帶﹐因之帶內成礦一般複雜多樣。在進一步劃分低序次的成礦單元時還須結合次級構造分區﹑構造－建造分帶﹑岩漿岩建造﹑金屬組合或礦石建造以及成礦時代等。

按含礦帶規模可分以下 4個級序﹕

具全球規模﹐跨越不同大陸﹐包括不同時代﹑不同性質的構造單元﹐在統一的地殼構造變動中形成的礦帶﹐含種類繁多的金屬組合和礦石建造。屬於這級成礦帶的如環太平洋成礦帶﹑烏拉爾-蒙古-大興安嶺褶皺系成礦帶﹑地中海－喜馬拉雅成礦帶等。

範圍相當於地台或不同時代的褶皺帶﹐組成基底的岩石建造﹐蓋層沉積建造及褶皺帶內的構造－礦化特徵因具體地台和地槽而異﹐具有相應的成礦組合和礦石建造組合。

範圍相當於非帶狀構造如中間地塊﹑斷隆及褶皺帶內的構造－建造帶﹐成礦往往與一定的沉積﹑火山或岩漿建造有關﹐呈現一定的專屬性﹐礦牀往往集中於一定類型的構造活動帶。

範圍屬局部含礦區或含礦帶﹐包括礦結或礦田﹐礦化多屬單礦石建造的不同類型礦牀﹐礦化多受具體區域斷裂帶控制。