贵州雪峰至加里东旋回构造演化与区域成矿规律

陶 平,陈建书,2,3,白培荣,2,3

(1.贵州省地质调查院,贵州 贵阳 550081;2.自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心,贵州 贵阳 550081;3.贵州省战略矿产智慧勘查重点实验室,贵州 贵阳 550081)

根据陈毓川(2010),区域成矿规律研究就是总结矿床在一定区域内的时、空分布规律及内在联系,而划分成矿旋回、建立矿床成矿系列是其中很重要的研究内容。通过该项研究,可清晰获知一个地区各成矿旋回中的区域矿产时空分布特征,有效反映其成矿规律。

成矿旋回往往与构造旋回相对应,任纪舜(1999)曾将我国区域构造旋回和区域成矿旋回划分为相互对应的十三个旋回及其若干个亚旋回。《中国矿产地质志·贵州卷》研究项目以贵州所经历的主要构造运动及其所导致的区域性角度不整合接触界面为依据,划分出五个构造旋回及成矿旋回,即:武陵旋回、雪峰至加里东旋回、华力西至印支旋回、燕山旋回、喜马拉雅旋回。

本文讨论的贵州雪峰至加里东构造旋回,又以区域旋回性不整合面为界划分出两个亚旋回,即雪峰亚旋回和加里东亚旋回。各亚旋回的构造演化、地质作用及地质建造各异,详见表1。

表1 贵州雪峰至加里东旋回构造演化及地质建造简表

由于该旋回的两个亚旋回所处地质背景、地质构造演化阶段的差异,导致其大地构造动力学机制、沉积盆地类型及其所形成的地质建造有较大不同,进而导致其区域成矿作用类型及区域成矿规律也就有各有特色。下文以《中国矿产地质志·贵州卷》研究项目为依托,在前人研究成果(冯学仕,2004;胡瑞忠,2007;戴传固,2010;陈建书,2011;陶平,2012;杨明桂,2020;陶平,2021;周琦,2023;Zhang Jiawei et al.,2023)基础上,对贵州雪峰至加里东构造旋回各时期构造演化的构造动力机制、盆地类型及地质建造、区域成矿作用类型及区域成矿规律等作了进一步研究,获得一些新认识。

1 雪峰亚旋回构造演化及矿产

1.1 构造演化及地质建造

贵州在新元古代青白口纪中期末的武陵运动结束后,转入雪峰至加里东构造旋回。其中,从青白口纪下江期至中寒武纪早期都表现为离散动力学机制,先后为陆内裂陷(谷)盆地、被动大陆边缘盆地沉积环境。由于雪峰运动在贵州表现隆升造陆特征,在湖南怀化—省内玉屏—天柱—三都一线以北西隆升为陆,遭受剥蚀,在青白口系与南华系之间形成局部的平行不整合面,故该平行不整合面作为亚旋回界面,即将其下、上分别划分为雪峰亚旋回和加里东亚旋回。该界面为裂谷盆地向被动陆缘盆地转换界面,至南华纪末期完成向被动陆缘盆地转换。

贵州在雪峰亚旋回的构造演化特征,主要表现为从武陵运动结束之后,即青白口纪中晚期(下江群沉积时期),大地构造动力机制总体为离散背景,表现为夭折裂谷盆地由开启—回返—充填演化历程,主要形成了表2所列的9个地质建造。

表2 雪峰期离散阶段主要地质建造及矿产简表

具体而言,武陵造山运动形成的华南陆块再次裂解为扬子地块与华夏地块,在扬子地块南东缘形成南华裂谷,中心位于罗城—龙胜—桃江—景德镇一带(戴传固,2010)。由于裂陷作用,导致青白口系丹州群中下部(甲路组、三门街组)中发育了双峰式岩浆岩组合,在贵州从江及广西龙胜产出了佐证裂谷最大裂陷时期初始洋壳存在的中酸性、基性—超基性侵入岩和丹洲群中枕状玄武岩(细碧岩)火山岩组合(戴传固,2012),其锆石U-Pb年龄分别为761±8 Ma和765 Ma、788±2.6 Ma(葛文春等,2001;曾昭光等,2003)。该时期,贵州中东部处于扬子古陆边缘,从北西向南东分别形成了滨岸—台地相(板溪群)、陆棚—斜坡相(下江群)、斜坡—盆地相(丹洲群)的沉积建造。表现为由粗—细又由细—粗的海进—海退旋回性沉积序列。下江末期,随全球寒冷气候带来的冰冻性海退与地壳差异隆升,发生造陆性隆升性质的雪峰运动,在湖南怀化—省内玉屏—天柱—三都一线以北西造成了板溪群与南华系之间的不整合面,以及不同层位的超覆,在该线以南东。下江(丹州)群与上覆南华系主要呈连续沉积,两者呈整合接触。该界面之下主要形成滨岸砂泥岩建造、斜坡—陆棚砂泥岩,界面之上则主要形成河湖相砂泥岩—冰碛岩建造、冰川—浅海杂砾岩等。

1.2 成矿作用及其矿产

雪峰期的裂谷盆地开启—回返充填阶段,在贵州主要见有沉积作用和变质作用矿产,主要见于黔东南及梵净山地区,形成了表2所列的多个与裂陷槽及海相火山作用有关的地质建造及其矿产,这些地质建造在成矿方面主要贡献如下:

(1)岩石变质作用轻微,可作为工业岩石类非金属矿产,如砂岩、页岩可分别作为建造石材、砖瓦用泥页岩等矿产。

(2)有较多岩石可经区域变质作用成矿,从而形成饰面石材用板岩(如台江县黄毛饰面用板岩、锦屏县瑶老嘴板岩饰面用板岩)、紫袍玉(红子溪组紫色板岩、粉砂质板岩),大理岩(甲路组)等等。

(3)上述沉积建造也是浅成中—低温热液型矿床的矿源层(陶平,2012):该亚旋回所形成的矿源层即富含金、锑、铜、铅锌银等有用金属元素的含火山凝灰质陆源碎屑沉积岩,具体可细分为两种矿源层:①下江群甲路组浅变质钙质岩系夹有基性火山岩,意味着当时有多次火山气液活动,携带的矿质进入水体沉淀富集,致甲路组成为矿源层,这可能就是赋存在该层位的地虎铜铅锌金银多金属矿床的矿源层;②青白口系下江群清水江组、番召组、平略组和隆里组:这些浅变质岩系(尤其是清水江组)中若干含火山凝灰质陆源碎屑沉积层中有很高的Au丰度,在邻区的冷家溪群和板溪群中也具很高的W、Sb、Au丰度,为黔东南天柱—锦平—黎平金矿带和湘西钨锑金成矿带提供了重要成矿物质,也为其在加里东期成矿奠定了基础。

(4)该时期所形成的岩浆岩建造,即裂谷基性—超基岩建造(ΣNQb3)、裂谷基性岩建造(βQb3)、裂谷S型花岗斑岩建造(γQb3),可能形成相应的矿产,如建筑用辉绿岩、花岗岩、蛇纹岩等,勘查开发程度极低。同时,该亚旋回剧烈的岩浆活动,为铜铅锌金银锑等内生矿的初始富集与成矿提供了部分物源、液源与热源。

2 加里东亚旋回构造演化

2.1 构造演化及地质建造

在贵州,加里东亚旋回的构造演划分为离散阶段和汇聚—碰撞造山阶段,所形成的地质建造详见表3。

表3 加里东期地质建造及矿产简表

2.1.1 离散阶段

加里东亚旋回的离散阶段时限为南华纪到中寒武纪早期。在经历雪峰运动,南华纪为离散背景下的夭折裂谷盆地向被动陆缘盆地转换阶段,震旦纪至早寒武纪为离散背景下的被动裂陷陆缘盆地演化阶段,至中寒武纪早期转换为汇聚背景下的被动陆缘压性盆地—中奥陶纪汇聚碰撞—志留纪造山阶段的前陆盆地演化历程。其中,南华纪主要为河湖相砂泥岩—冰碛岩、冰川—浅海杂砾岩及含锰炭泥岩沉积环境;震旦纪至寒武纪早期主要为台地含磷白云岩、陆棚硅泥质岩夹白云岩、陆棚炭砂泥岩、斜坡—盆地炭泥岩夹灰岩等沉积环境。

2.1.2 汇聚阶段

图1 加里东期造山带的构造分带现象

寒武系第二统至志留系沉积环境较复杂,有台地碳酸盐岩、台缘—斜坡碳酸盐岩—泥岩、斜坡—盆地含钙砂泥岩、陆棚砂泥岩—灰岩、陆棚炭砂泥岩等沉积环境。此外,在黔东镇远马坪、麻江、施秉、平阳等地有钾镁煌斑岩侵位,据Zhang Jiawei,et al.(2023)其岩体侵位年龄可分为ca.488和ca.450 Ma两期,即寒武纪芙蓉世至志留纪兰多维列世区间内。

随加里东(广西)造山运动的结束,贵州及广大东南地区与扬子陆块联为一体进入统一的华南陆块陆内裂陷—断陷发展演化阶段。

2.2 成矿作用及其矿产

2.2.1 离散阶段

加里东亚旋回的离散阶段的成矿作用大致分为两个阶段:

一是陆缘裂谷盆地向被动陆缘盆地转换阶段,指全球寒冷气候下的南华纪整体离散背景阶段,该时期在雪峰运动造就的古地理格局基础上受深大断裂控制,控制了系列堑垒盆地格局,形成了湖南靖州—我省黎平—从江一线以南东的江口式沉积变质铁矿(富禄组底部),大塘坡沉积时期发生大规模喷溢沉积成锰作用,产出了中国著名的“大塘坡式”锰矿。

二是震旦纪—中寒武纪早期被动陆缘盆地形成与发展阶段,该时期随海水由南东向北西的大范围海侵,在扬子周缘则表现为向扬子古陆的大范围海侵,形成了不同沉积环境的著名生物化学沉积型磷矿(黔中—襄阳—昆阳)。在贵州由南东向北西由斜坡—混积陆棚—台地形成了磷质结核(条带)—磷块岩型磷矿;受该时期深大断裂、火山活动与海底热水喷流成矿作用控制,形成了许多超大型、大中型磷(稀土)、重晶石、钒、镍、钼等化学沉积型矿床,沉积(烃源岩)页岩气与沉积改造型石煤等。此外,该时期还形成了一部分与蒸发沉积作用或一般海相化学沉积作用有关的矿产,如铁矿、炼镁白云岩、饰面用白云岩、化工用白云岩、水泥用灰岩等。

2.2.2 汇聚阶段

中寒武纪早期转入被动大陆边缘盆地汇聚,至中奥陶纪开启碰撞造山背景演化历程。造就了扬子陆块周缘与汇聚—碰撞造山机制下有关的成矿环境,主要有台地碳酸盐岩、台缘—斜坡碳酸盐岩—泥岩、斜坡—盆地含钙砂泥岩、陆棚砂泥岩—灰岩、陆棚炭砂泥岩等沉积—成矿环境。成矿作用主要是与海相碳酸盐岩及碎屑岩沉积有关的成矿作用——化学沉积、生物化学沉积、机械沉积、蒸发沉积等。形成矿产主要有冶镁白云岩(娄山关组)、冶金用及玻璃用白云岩、饰面用石灰岩、白云岩、含钾岩石及龙马溪组烃源岩(页岩气)等。此外,该阶段尚有钾镁煌斑岩侵入导致形成金刚石矿产。碰撞造山阶段的内生成矿作用,主要与加里东(广西)造山运动的控制的造山带的内带、外带及前陆盆地密切相关,详见表4。

表4 加里东期内生成矿作用及矿产简表

(1)加里东期造山带内带:即黎平东部及湘西地区,主要产出了金钨锑(湘西)、金(黎平东部)等矿产。

(2)加里东期造山带外带:即除黎平东部外的黔东南大部区域,主要有两种成矿作用及其产物:①在新元古界浅变质细碎屑岩中的Au、W、Sb、Pb、Zn、Cu等浅成中—低温热液成矿作用,形成矿产包括金(天柱、锦屏—黎平—从江)、锑(三都、榕江)、铅锌铜(从江、雷山—镇远)、水晶(天柱)等;②新元古界岩石经过区域变质成矿作用,形成板岩饰面石材(从江)、紫袍玉(黔东北)等矿产。

3 矿床成矿系列与区域成矿规律

据陈毓川(2010),区域成矿规律研究就是总结矿床在一定区域内的时、空分布规律及内在联系,划分成矿旋回、建立矿床成矿系列是其中很重要的研究内容。本文前两部分先后论述了贵州雪峰至加里东构造旋回各时期构造演化的构造动力机制、盆地类型及地质建造、区域成矿作用类型及产物等,从而清晰表述了贵州该成矿旋回中的区域矿产时空分布规律。下文将从矿床成矿系列角度进一步论述其区域成矿规律。

矿床成矿系列,是矿床成矿系列研究工作中的基本单位和核心,指在一定的地质历史时期或构造运动阶段,在一定的地质构造单元及构造部位,与一定的地质成矿作用有关,形成一组具有成因联系的矿床的自然组合(陈毓川等,2007)。《中国矿产地质志·贵州卷》在前人(冯学仕,2004;陶平,2021)等研究基础上,进行了贵州雪峰至加里东旋回所形成的矿床成矿系列的进一步研究。

贵州在雪峰亚旋回因形成矿产较少,发现、勘查及研究程度也很低,所以未建立矿床成矿系列。已建立的矿床成矿系列均为加里东亚旋回中形成,具体包括:(1)与沉积作用有关的矿床成矿系列1个,含2个亚系列;(2)与浅成中低温热液有关的矿床成矿系列1个,含3个亚系列;(3)与岩浆作用有关的矿床成矿系列1个,含1个亚系列。这些矿床成矿系列及亚系列,从矿床自然组合角度进一步表述了贵州在该成矿旋回中的区域成矿规律,详见图2。

图2 雪峰期—加里东期旋回矿产成矿系列分布图

3.1 Pt3-Pz1-1上扬子中东部与新元古代至早古生代沉积作用有关的锰、磷、铁、镍、钼、钒、铀、稀土、重晶石、石膏、石盐、石灰岩、白云岩、砂岩、页岩气等矿床成矿系列

本矿床成矿系列细分为两个亚系列,即:

Pt3-Pz1-11黔北—黔东与新元古代至早古生代黑色岩系有关的锰、重晶石、磷、镍、钼、钒、铀、页岩气等矿床成矿亚系列:包括大塘坡式锰矿、大河边式重晶石矿、新华式磷(碘)矿、坝黄式磷(铀)矿、瓮安县厦安磷矿、开阳式磷矿、瓮福式磷矿、松林式磷矿、翁项式页岩气、龙湾式铀矿、注溪式钒矿、遵义式镍钼矿,以及未建矿床式的正页1井页岩气、道页1井页岩气、遵义市松林团山堡703铀矿等矿床(点)。

Pt3-Pz1-12黔北—黔东北与震旦纪—志留纪碳酸盐岩及碎屑岩沉积有关的石灰岩、白云岩、冶镁白云岩、页岩、砂岩等矿床成矿亚系列:包括白坡式灰岩、半坡式砂岩、红岩式白云岩矿、棉花坡式页岩,以及未建矿床式的凯里市赖坡冶镁白云岩矿、都匀市桐州化肥用砂岩矿、凤冈县西山含钾岩石矿、遵义市董公寺砖瓦用页岩矿床、剑河县巫门灰岩矿、镇远县火石洞灰岩矿、台江县城西灰岩矿、遵义县老木水白云岩、天柱县马鞍山含钾砂页岩。

综上,在该矿床成矿系列中,针对其主要矿产建立区域成矿模式如下(图3)。

图3 贵州南华纪至中寒武纪早期主要矿产区域成矿模式图

综观本矿床成矿系列,并结合图3可知,本系列中各矿种的形成及分布都有一定联系。以贵州最有特色的矿种为例,锰矿(南华系大塘坡期)、重晶石(上震旦统—下寒武统)、磷矿(震旦系—下寒武统),都是形成于南华纪—寒武纪之间的与黑色岩系相关的沉积矿产,是离散(裂解)阶段的产物。锰矿主要分布在印江—凯里以东,重晶石主要分布在天柱大河边—湖南新晃中寨一带,磷矿主要分布在织金—开阳—瓮安一带,以及铜仁—都匀地区,它们均与成矿期的岩相古地理密切相关,是在伸展构造体制下被动大陆边缘斜坡上裂陷盆地沉积,其矿物质来源于上地幔或下地壳,是罗尼迪亚超大陆裂解,南华裂谷盆地形成演化与岩浆活动、含矿流体喷溢等导致锰、重晶石、磷、镍钼钒等大规模成矿作用(Zhou Qi,et al.,2022;周琦,2023)。此外,含矿地层中或附近产有火山岩和凝灰岩层,反映产于裂谷盆地中的高地热场环境;铁锰磷矿床在时间上是依次相接的,铁矿床在南华纪间冰期地层下部的富禄组地层中,锰矿床层位稍高,在大塘坡组间冰期地层中,磷矿床则主要产在南沱冰碛层以上的震旦系地层中。但三种矿床常不在同一地点形成工业矿床,一般是一种矿床伴有另二种矿化或高的元素含量。铁、锰、磷均与SiO2和生物作用关系密切,SiO2或为矿石的主要组分,或为矿体的含矿围岩及夹层。锰、磷矿石中常见由生物遗体堆积成的微生物岩,矿石和含矿地层常富含有机质。

3.2 Pz1-1江南隆起西段与加里东期浅成中—低温热液作用有关的金、铜、铅、锌、银、砷、锑、水晶等矿床成矿系列

本矿床成矿系列细分为三个亚系列,即:

Pz1-11黔东南新元古界浅变质细碎屑岩容矿的金、水晶等加里东期浅成中—低温热液矿床成矿亚系列:包括同古式金矿、金厂式金矿,以及未建矿床式的天柱白土地水晶矿点、江口县大河堰紫袍玉矿点。其中,同古式金矿是造山带的构造调整期形成的与剪切带等构造及流体有关的矿产,产于加里东期形成的背斜轴部及附近浅变质岩系层间石英脉中,赋矿层位有青白口系下江群清水江组(主要)、隆里组、番召组、丹洲群拱洞组、南华系长安组等,这些地层的浅变质细碎屑岩可能为矿源层,而成矿作用主要为加里东构造旋回期末的浅成中—低温热液成矿作用,属于造山型金矿(陶平,2012)。

Pz1-12从江新元古界浅变质岩容矿的铜、金、银、铅、锌等加里东期浅成中—低温热液矿床成矿亚系列:包括地虎式铜金银多金属矿、翁浪式金矿、牛角塘式铅锌矿、脚皋式铅锌矿、松柏洞式铅锌(银)矿,以及未建矿床式的从江县那哥铅锌多金属矿、江口县牛头山磁铁矿等矿床或矿点。地虎式铜多金属矿与同古式金矿类似,也是加里东期造山带的构造调整期形成的与剪切带等构造及流体有关的矿产,以从江地虎铜金银多金属矿床为代表,赋矿层位为青白口系下江群甲路组,为以加里东期为主的甲路组层间滑脱构造层中的中低温热液成矿。

Pz1-13黔南—黔东浅变质细碎屑岩容矿的铅、锌、铜、锑等加里东期浅成中—低温热液矿床成矿亚系列:包括牛角塘式铅锌矿、脚皋式铅锌矿、松柏洞式铅锌(银)矿,以及未建矿床式的江口县牛头山磁铁矿等。

3.3 Pz1-2 上扬中东部与加里东期钾镁煌斑岩有关的金刚石等矿床成矿系列

该矿床成矿系列至目前仅包含一个亚系列,即:Pz1-21黔东与加里东期钾镁煌斑岩有关的金刚石矿床成矿亚系列。

该亚系列暂仅有一个矿种——金刚石,为江南隆起西段在加里东期与深断裂及金伯利岩、钾镁煌斑岩有关的金刚石成矿作用形成。尽管至目前勘查及研究程度较低,但有找矿意义,故建立一个矿床式,即镇远式金刚石矿,典型矿床为镇远县马坪金刚石床。

4 结论

以《中国矿产地质志·贵州卷》研究项目为依托,在前人研究成果基础上,对贵州雪峰至加里东构造旋回各时期构造演化的构造动力机制、盆地类型及地质建造、区域成矿作用类型及区域成矿规律等作了进一步研究。主要认识如下:

(1)在贵州雪峰至加里东构造旋回的构造演化过程中,构造动力机制经历了从离散(裂解)到汇聚(造山)的过程,盆地类型经历了从陆缘裂陷(谷)盆地——被动大陆边缘盆地——板内压陷盆地的转换过程,从而形成了各时期所特有的地质建造。

(2)由于各构造演化时期成矿条件不同,导致发生了多种成矿作用,形成了多种沉积作用矿产、岩浆作用矿产及变质作用矿产,尤其是形成了贵州最有特色的锰、磷、重晶石等沉积矿产。这些矿产在各种地质建造及其地质体中呈现有序分布,从而清晰表述了贵州该成矿旋回中的区域矿产时空分布规律。

(3)在加里东构造旋回分别建立了与沉积作用、浅成中—低温热液作用、岩浆作用有关的矿床成矿系列各一个,并在前两个成矿系列中进行了成矿亚系列的划分及论述,并建立了贵州南华纪至中寒武纪早期主要矿产的区域成矿模式。这些矿床成矿系列及亚系列,从矿床自然组合角度进一步表述了在该成矿旋回中贵州的区域成矿规律。