“黄石热点”对鄂东南地区金属矿床的制约

马 光,宫 丽,张桂平,杨学军

(1.河南理工大学资源环境学院,河南焦作454000;2.中国地质图书馆,北京 100083;3.辽宁省物测勘查院,沈阳 110121)

0 引言

鄂东南地区是我国重要的铁、铜、金、多金属成矿带,引起了地学界的广泛关注[1-16],成矿带内矿床类型多样,有夕卡岩型、斑岩型、热液型、隐爆角砾岩(筒)型、卡林型、沉积(火山)型、风化淋滤型及复合型等。区内有铜绿山铜铁金矿(大型)、鸡冠嘴金铜矿(大型)、桃花嘴金铜矿(大型)、鸡笼山金铜矿(大型)、李家湾铜矿(中型),以及铁山、鄂城、金山店等大型铁(铜)矿床分布。不少学者认为这些矿床与该地区的地幔隆起密切相关[17-20],但到目前为止,尚未见到运用壳幔结构不均一形成的地幔热柱(即“黄石热点”)控矿的观点来阐述鄂东南地区金属矿床的形成、就位机制的文献。本文试图从地球物理和地球化学等角度对“黄石热点”的存在进行论证,希望得到同行和专家的指点,并为总结鄂东南金属矿床形成机制提供了新的思路。

1 鄂东南地区构造背景

鄂东南位于扬子陆块的西段,在大地构造上处于淮阳地块与江南地块之间的下扬子拗陷带呈西宽东窄的楔形鄂东断褶带内,在陆块碰撞、拼接过程中形成了造山、隆起及前陆褶冲带,其中的铜绿山矿床受NW向展布的阳新岩体、阳新岩体西北端的NW向区域构造和断裂-破碎带构造、NWW向断裂-隐爆角砾岩带-接触带复合构造,以及铜绿山岩体与大理岩接触-破碎带等构造的共同控制,是受以“黄石热点”形式表现出来的壳幔结构不均一性控制的典型矿床。

2 地球物理特征

2.1 布格重力异常特征

鄂东大地电磁测深资料解译和分析结果显示,区域壳幔结构具有立体“层块结构”性质,在纵向和横向上都存在不均一性[21]。从区域莫霍面等深线图(图1)可以看出,黄石北东的麻城—岳西一带为一幔凹区,中心部位的莫霍面深度为39.0 km;黄石南西一带也为一幔凹区,莫霍面深度亦达38.0 km;黄石一带正处于2个幔凹之间,恰好对应于深部构造的NW向幔隆带,莫霍面深度约为35.5 km。区域莫霍面呈现出的中间浅、两侧深的特点,说明在黄石附近存在着富含成矿热液的地幔热柱,热柱下部与地幔相连,形成明显的地幔隆起,在地表则以热点的形式(“黄石热点”)表现出来。鄂东—赣西北众多矿床分布都位于黄石附近这一典型特征,也恰恰说明了黄石是该地 区幔隆带的中心,热点控制了矿床的产出和分布。该区的中基性-中酸性火山喷发和中酸性岩浆侵入成矿作用,以及铜绿山矿床隐爆角砾岩型铜金矿体和云煌斑岩的侵位,均可以佐证“黄石热点”的存在。

图1 区域莫霍面等深线图(据文献21,修改)Fig.1 Regional Moho isodepth contour map

2.2 地热异常特征

地球内部的幔源热是地壳表层热能的主要来源[22],而壳幔结构的不均一性是造成地热温度异常的重要因素。从图2可以看出,黄石附近的地热温度接近50℃,地温等值线有NW向分布特征。NNE向断裂带(新华夏构造体系的一部分)不但规模较大,而且活动性强,因此导致了比较强烈的火山活动相地热活动,形成了一个强烈的地温异常带(异常最高值为60℃)。若从大地构造角度更广阔和更深层次分析地温异常形成条件,不难看出构造体系对区域地温分布的控制作用。由此可见,地热温度归根结底都与一定的构造体系及它们的活动性密切相关。这一点与本区的大地构造特征相吻合,这些地温异常主要是在断裂构造控制下由地下水的深循环作用形成的。

地热温度的这种变化特征在不同深度上也表现得非常明显(图3,图4),1 000 m深度的地温约为40℃,3 000 m深度的地温约为90℃,地温异常都有沿NW向和NNE向延伸的特征,与该地区热流分布异常(图2)及莫霍面等深度图(图1)都有很好的吻合关系,反映地热分布明显受控于区域深大断裂。

图2 中国部分地区热流分布图[22]Fig.2 Heat flow distribution map of some areas in China

图3 1 000 m深度地温分布图[22]Fig.3 Geothermal distribution map at 1000m level

研究表明,鄂东南地区是一个地壳上地幔异常区,它不仅是中国东西部不同地壳上地幔结构的明显分界,也是南北不同深部构造的明显分界[23-28]。

图4 3 000 m深度地温分布图[22]Fig.4 Geothermal distribution map at 3000m level

3 地球化学特征

由于构造破碎带存在着岩石的破裂和地应力的聚集与释放,所以成为地下流体(特别是气体和地热流体)上涌的良好通道,常使某些元素如Rn等沿构造带形成地球化学异常带(区)。破碎带中存在大量的断层泥,黏土是断层泥的主要成分,又是Rn很好的吸附剂,大气降水在下渗过程中将土壤吸附的Rn溶滤出来,进入地下水进行迁移,从而造成Rn在破碎带的富集,致使Rn高值异常带大都与活动断裂带展布一致,受深大断裂的控制。所以研究地下水地球化学异常是寻找构造带(特别是活动性断裂构造)的有效途径。

从图5可以看出,鄂东南 Rn异常区总体呈NE-NNE向延长,呈长250 km,宽500 km的长条状,黄石地区Rn含量＞135 Bq/L,黄石的北东方向Rn含量为45～135 Bq/L,明显降低,说明桐柏—黄陂一带存在切割深度较大的断裂带,与前述区域地质和地球物理结论相吻合。该异常的延长方向与深切上地幔的郯庐断裂走向一致,证明了以NNE向郯庐大断裂为主的断裂-褶皱带的存在。

图5 我国部分地区水点氡含量分布图[22]Fig.5 Rn content distribution map of water sampling point of some areas in China

图6 REE-La/Yb图解[10]Fig.6 REE-La/Yb diagram

鄂东成矿区的岩浆岩与华南地区同熔型岩浆岩具有相似的特征,而与华南地区重熔型岩浆岩存在很大区别,在∑REE-La/Yb图解上表现得非常明显(图6),说明鄂东成矿区岩浆岩与幔源成分的密切关系,“黄石热点”的存在是形成同熔型花岗岩的直接原因。

4 结论

通过以上论述可以看出,黄石地区存在着壳幔结构的不均一性,这种不均一性表现为该区形成莫 霍面深度明显小于两侧地区而成为幔隆带,并形成深达地幔的固体物质热塑性流(熔浆)-地幔热柱,地表以热点的形式表现出来。含有成矿热液的地幔熔浆是热柱的主要组成部分,其与具有化学活动性的围岩发生一系列复杂的变质作用和成矿作用,不但提供了部分成矿物质和几乎全部热源,形成了夕卡岩型、隐爆角砾岩型、斑岩型、卡林型[1]和热液脉型等多种矿床类型,同时也导致热流明显增高的地热异常和Rn的地球化学异常区。由于该热点的存在,形成了与幔源物质密切相关的铜、铁、金、多金属矿床有利的深部构造和地球化学背景,对鄂东南铜、铁、金、多金属矿床的形成具有控制性作用。

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