4现代成矿理论-成矿理论进展

第四章成矿理论进展第一节地槽与成矿一、地槽概念与特征二、地槽与成矿关系第二节地台与成矿一、地台概念与特征二、地台与成矿关系三、地槽与地台的转化及成矿第三节地洼与成矿一、地洼概念与特征二、地洼与成矿关系第四节地质力学及成矿一、地质力学概念与特征二、地质力学理论体系三、地质力学与成矿第一节地槽与成矿地槽-地台说，是最早的传统大地构造学说。它把地壳划分为地槽和地台两种基本构造单元。地槽的概念，由美国地质学家霍尔1859年提出的，是指地壳中或地壳间狭长的沉降和沉积海槽，又称拗陷地带或地向斜，译为地槽。地槽后来遭受了强烈的褶皱变形、岩浆侵人和变质作用，在地形地貌上，通常成为山系出现，呈狭长的形态，认为山脉是在地壳的巨大拗陷中形成的。地槽，有巨大的沉积厚度，岩性岩相变化大，而且复杂，多期多次的剧烈的构造变动，使地槽具有十分复杂的构造样式。地槽前期以下降为主，形成一套海相沉积（火山）岩系，后期则褶皱上升，形成褶皱山系。地槽的概念，与摺皱岩石构成的巨型山脉的形成，或造山运动相联系。第一节地槽与成矿地槽，可进一步分为优地槽和冒地槽。优地槽，在大洋内侧，位于洋壳或过渡壳之上，具强烈的火山活动，由巨厚的经过构造变动的硬砂岩和火山岩岩系组成。冒地槽。在大洋外侧，位于靠近大陆一侧的陆壳或过渡壳之上，缺乏或少有火山活动，由相对来说没有变形的浅水碎屑岩和碳酸盐岩组成。位于大陆之间的地槽和地槽褶皱带，又称之为陆间地槽活动带，是未发育成巨型大洋盆的大洋裂谷带之上的。现在的大洋裂谷带，就是优地槽的发源地带，大洋裂谷发展成大洋盆(大洋地台)后，在与大陆邻接的部位形成大洋边缘活动带，即地糟带和地糟褶皱带。第一节地槽与成矿地壳-上地幔活动带(地槽或地槽活动带)，划分为两类:-1）大洋活动带包括大洋边缘活动带(大西洋型和太平洋型);典型的优地槽，一般发源于大洋裂谷带，并经历了由大洋裂谷活动带向大洋边缘活动带的发展过程;当大洋裂谷发育不成熟时，则形成陆间地槽活动带。-2)大陆活动带包括大陆裂谷带和大洋边缘活动带。地槽，由下沉而转为上升，经过褶皱变质，逐渐变成稳定的陆台。在地壳演化的不同地质时期内，都有一部分地槽向陆台转变。因而，地槽的面积就逐渐缩小，陆台的面积逐渐扩大。在太古代一元古代，地壳普遍处于不稳定的地槽状态，造山运动比较频繁，地表还没有广阔的大陆，到元古代中期，开始出现广大的相对稳定地区，逐渐转化为古陆台。第一节地槽与成矿山脉形成以及造山作用的地槽思想，可以部分地解释造山带和相邻的地台或地盾中的地质作用。地槽理论在提出后的百年间，经历了复杂的演变，随着地质知识的积累与研究方法的改善，也得到进一步发展与完善。地槽理论认为，地壳以垂直运动(升降运动，振荡运动)为主。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系在板块问世之前，在北美和欧洲，一直认为金属省和成矿省主要与火成岩，尤其是侵人岩有关。当时的岩浆热液成矿理论占支配地位。因此。还很难把成矿作用与地槽构造环境联系在一起。这主要是因为，大多数地槽模式是由地层学家们提出的，岩浆作用，特别是深成岩浆侵位作用，远没有沉积作用重要;另一方面，人们认为了解大的构造环境，不如了解与矿床主岩所反映的局部环境，对指导寻找新的矿床意义更大。许多经济地质学家，不习惯于从全球角度思考问题。在20世纪60年代和70年代初期，与地槽有关的金属省和成矿省的分布，逐渐引起人们的重视。与欧洲相比，前苏联地质学家更注意成矿作用与地槽构造环境和地槽演化关系。以苏联学者毕利宾为代表，认为大多数内生矿床，与地槽活动带发展的不同阶段，存在着一定的联系。将地槽的演化及有关成矿作用，分为三个主要阶段。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系（1）早期阶段:地槽模式的初期阶段，地槽剧烈下沉，堆积巨厚的沉积-火山岩系，中心部分海底火山喷发强烈，生成细碧角斑岩系、火山-碳酸盐沉积岩系和火山-硅质沉积岩系等，有关的典型矿床为含铜黄铁矿。继而在地槽边缘地带发生褶皱断裂，沿断裂有超基性和基性岩浆侵人，形成铂-铬、铜-镍和钒钛磁针铁矿矿床，进而有派生的斜长花岗岩和正长岩，并伴有矽卡岩型铁铜矿床。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系（2）中期阶段:地槽演化的中期造山阶段，为主要摺皱阶段，轴部因花岗岩类岩侵入而隆起，边缘部分相对下降，有关的矿化包括以下两个方面:①产于碳酸岩层与中酸性花岗岩接触带，主要为矽卡岩型白钨矿，热液型金（含金石英脉）、铜、铝矿以及铅锌矿。②产于铝硅酸岩中的花岗岩，有伟晶岩型和云英岩型的钨、锡、钽、锂、铍矿床;外生矿床，有可燃性有机岩建造，如煤、含油层和油页岩等。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系（3）晚期阶段:晚造山或后造山阶段，以断裂作用和沉积作用，以及含有与强烈热液蚀变有关的铜-钼-金矿床的花岗闪长岩和石英二长岩的侵位为特征标志。主要褶皱作用结束，并逐步向年轻地台转化。在边缘和结合部位，断块构造发育，伴有小型侵入体及热液型锡、金、银、汞、锑、砷等矿床。此外，还有安山岩-英安岩有关的火山-热液矿床，沉积建造有杂色岩建造(粘土、细砂岩、砂岩的杂色互层带)，与之伴生的有铁、铜、钒、铀矿床;膏盐建造（有时伴有油、气）;煤、石油和天然气等。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系随着地槽趋向结束，大部分地区已转化为年轻地台，经常有铅、锌、萤石及重晶石等热液层状矿床的形成。毕利宾学派，强调了矿床与侵入岩的关系，以及侵入岩与地槽演化阶段的关系，这将大大有助于了解矿床的成因。其主要特点是，根据地槽的发展历史，讨论矿床的形成规律。认为地槽活动带转化为褶皱系统的过程中，一定具有上述阶段性发展的特点，依次形成了具有一定成分和一定构造的构造-岩浆带，进而使各类型内生矿床，不仅具有形成先后的规律性，而且具有带状分布的规律性。第一节地槽与成矿二、地槽与成矿关系地槽褶皱带，不只经历过一个造山旋回，而经常是多旋回的。因此，地槽与成矿的关系具有多旋回性的。我国著名地质学家黄汲清院士，以天山、祁连山、秦岭等地槽褶皱带为例，初步建立了地槽发展的多旋回模式。多旋回成矿作用的观点，有助于掌握石油和铁矿等矿产的时空分布规律。与板块构造假说相比，地槽假说能够更合理解释某些矿床类型与特定的岩系类型的关系。地槽假说可以与板块构造说结合起来，板块构造说能够解决地槽说难以解决的问题。第二节地台与成矿一、地台概念与特征地台，也称陆台，是奥地利地质学家休斯1885年提出的。地台代表地壳上比较稳定的地块，其轮廓呈浑圆状，在现代地形上一般表现为丘陵起伏的波状平原、低山绵延的大片高原或微倾的大陆架浅海地区。除幅度不大的整体升降运动外，构造运动、岩浆活动、变质作用等都不如地槽强烈。地台是古老地槽发展转化的结果，是又一种重要的大地构造单元。世界上主要的古老地台有中朝地台、西伯利亚地台、俄罗斯地台、印度地台、非洲地台、北美地台、巴西(南美〕地台和澳洲地台。第二节地台与成矿一、地台概念与特征地台，一般是指古地台，古地台又称克拉通。古地台，是指基底属前寒武纪的地台。年轻地台，则是指基底自古生代以后变为稳定而形成的地台。地台基底，是指地台的基础。地台盖层，则是指地台的上构造层。地台区，是指地壳上一些地区长期保持稳定状态，其上全部或局部复盖了地台沉积物的地区。准地台，为升降运动幅度较大的地台型构造单元，其基底硬化程度一般较低，盖层厚度较正地台为大。台隆，为地台或准地台上的隆起。台拗，为地台或准地台上的拗陷。地轴，则为地台边缘活动性很大的线状隆起带，如内蒙地轴。台缘拗陷，为地台或准地台边缘的线状拗陷带。中间地块，是指在地台崩溃保留下来的地台碎块。台褶带，是指地台盖层褶皱带。第二节地台与成矿一、地台概念与特征地台，又称稳定区，是地壳和上地幔构造相对比较均一，壳、幔物质运动相对比较缓慢的地区。上地幔顶部无异常地段，壳、幔之间可以清楚划分，上地慢低速层埋藏深、厚度薄甚至不明显。地台具有双层结构，下部为基底，上部为盖层，两者之间为角度不整合所分隔。基底经历了地槽发展的阶段，即地台的前身就是地槽。盖层属于地台阶段的产物，其沉积物不厚，构造运动不强，因此厚度与岩相稳定。也很少变质。地台的概念虽然是休斯提出的，但关于地台的系统理论及构造单元等，则是俄国学者详细研究了俄罗斯地台之后才逐渐形成的。第二节地台与成矿一、地台概念与特征地壳-上地幔稳定区(地台)，划分为两类:①大陆稳定区，即具陆壳的地台，如中朝准地台和北美地台;②大洋稳定区(或大洋盆地)，即具洋壳的地台，一般只是一个地史构造单元，如西太平洋中生代以来发展起来的大洋地台。第二节地台与成矿二、地台与成矿关系每个地台，基本上都由三类岩石组成:①变质基底;②沉积岩盖层;③地台阶段形成的岩浆岩(侵入岩和火山岩)。每类岩石，有其特有的矿床类型。在变质岩基底中，含有丰富的沉积变质矿床(如变质磷矿)，火山沉积变质矿床(如铁矿)和岩浆变质矿床。其中铁、锰、金、铀、铜、锌等，占有极重要的地位。在地台断裂阶段，有超基性岩、基性、碱性，以及酸性岩浆侵入活动。与碱性岩有关的，有磷灰石-霞石矿床和含铌钽的烧绿石矿床;与超基性-碱性岩有关的，有碳酸岩型铌-稀土矿床和与金伯利岩有关的金刚石矿床。一般认为，这些矿床与延伸到上地幔的深大断裂带有密切关系，成矿物质来源于上地慢。第二节地台与成矿二、地台与成矿关系在地台沉陷区的沉积盖层中，能形成各种沉积矿产。在潮湿气候条件下，海进时期可形成沉积铁、锰、磷、铝矿床。在泻湖和内陆湖泊中，形成煤、油页岩和石油等矿床。在干燥气候条件下，在海退时期的泻湖或内陆盆地，常形成盐类矿床和含铜砂岩矿床。总之，地台区不仅有大量的铁、锰、磷、铝、煤、石油等重要的沉积矿产，而且在其沉积盖层下面，尚储存有丰富的变质矿床和内生矿床，包括黑色金属、有色金属和稀有分散元素等矿床，资源潜力很大。随着探矿采矿技术的进步，对于地台区埋藏较深矿床，就有了探寻和开发的可能。但总的说来，当前对地台区的成矿特点研究得还不够充分。第二节地台与成矿二、槽台转化与成矿关系地槽和地台，可以互相转化。大陆和大洋，也可以互相转化。地槽转化为地台的过程，其实质就是洋壳转化为陆壳的过程;地台转化为地槽的过程，又是陆壳转化为洋壳的过程。地槽与地台的互相转化方式，有突变式与过渡式。稳定的地台，可以产生大陆裂谷(陆间地槽)，大陆裂谷又可以发展成为大洋裂谷，而大洋裂谷，再进一步演化，发展成为大洋盆(大洋地台)，之后在与大陆邻接的部分，形成大洋边缘活动带-地槽带和地槽褶皱带。当大陆与大洋呈太平洋式接触时，在大陆边缘形成大陆边缘活动带。第二节地台与成矿二、槽台转化与成矿关系地槽(活动带)和地台(稳定区)可以相互转化。由活动带-地槽转化为稳定区-地台的过程，其实质是壳、幔构造均一的过程，物质运动由活跃日趋缓慢的过程;反之，由稳定区-地台向活动带-地槽的转化，则是壳、幔构造由均一变得不均一，物质运动由缓慢到活跃的过程。这种活动带与稳定区的转化，伴随不同的构造、岩浆、变质、沉积等地质作用和相应的成矿地质作用，产生不同类型构造环境的各种矿床的叠加。第三节地洼与成矿一、地洼概念与特征地洼学说，是继地槽-地台学说之后，由我国著名地质学家陈国达院士等创建的一套地壳演化理论。地洼(区)，又称地台活化(区)，是大陆地壳的第三种大地构造单元，它是地台区继续发展强烈活化转化而成的。它一面继承了地台的某些内容，并以之作为发育的基础;另一方面又增添了自己独有的构造层及其他特征，并表现新的活动形式。地台活化，是指一个地区成为地台，经历了一个相对稳定的发展时期后，又获得超过一般地台所应有的活动性，因此，地台形成之后并非僵化不变，而是在不断发展变化。第三节地洼与成矿一、地洼概念与特征地洼的发现与阐述，揭示地壳演化并不是由地槽转化为地台而告终，它是由稳定的地台又转变为新的活动区-地洼。地洼表现为，沉积很厚的陆相盆地、与地槽相反的强烈岩浆活动系列(中酸性-碱性-基性超基性)和短线状褶皱断裂等。地洼继承了组成地槽与地台的构造层，即地槽为一层，地台为两层，而地洼为三层。地洼区的主要标志，是一种特有的陆相山间盆地(包括陆相火山盆地)及盆