造山型金矿指与大洋板块俯冲和陆块拼贴有关、产在汇聚板块边界变质地体内部或者边缘受韧-脆性断裂构造控制的, 成矿流体以低盐度H2O-CO2-CH4为主要特征的, 成矿深度(2~20 km)和温度(200~650℃)及其相应的蚀变矿化组合有较大变化的系列金矿床.造山型金矿形成与超大陆聚合时限具有一致性.由于围岩类型和控矿构造多样性、地球化学特征具有多解性、金属源区和演化的不确定性以及成矿就位和物质起源的空间差距, 造山型金矿成因模式有以下两个主要观点.第一种为大陆地壳变质流体成因模式, 认为造山型金矿形成于造山作用同变质阶段, 并随岩石圈演化矿床的物质来源发生变化;富金流体的释放由上地壳岩石绿片岩相到角闪岩相的进变质作用导致, 该过程中的黄铁矿向磁黄铁矿转变释放了大量的金, 这种模式被广泛运用于赋存在绿片岩相中的显生宙造山型金矿.然而越来越多的实例证实造山型金矿主要形成于峰期变质的退变质阶段或者与区域变质没有任何关系, 变质流体成因模式受到了强烈质疑;与大陆地壳变质模式相对立的是幔源流体模式, 其认为流体起源于俯冲洋壳脱水或富集地幔再活化, 不同时代和地区的成矿流体具有一致性;尽管该模式不符合传统的平衡条件下的相变原理, 但是基于幔源流体的存在及其浅部运移的大量观测, 初步认为成矿流体是在超临界和非平衡条件下完成了金属的幔→壳迁移.中国造山型金矿分布于江南造山带志留纪、天山-阿尔泰二叠纪、华北克拉通北缘三叠-侏罗纪、特提斯造山带二叠-侏罗纪、华南板块晚三叠世-侏罗纪、华北克拉通东南缘白垩纪、青藏高原及周缘古近纪等七大成矿带, 主要受到了显生宙不同时代造山作用的控制, 成矿时代晚于变质峰期, 重要成矿带大型矿集区(胶东、哀牢山、扬子西缘)的实例解剖均支持幔源流体成因模式.
前言
造山型金矿床指产于区域上各个时代变质地体中, 在时间和空间上与增生造山或碰撞造山密切相关, 形成于汇聚板块边界上的受到韧-脆性断裂控制的脉型和浸染型金矿床系列。自造山型金矿提出以来, 这一分类术语得到广泛的应用, 它结束了以往对于剪切带金(或goldonly)矿床纷繁的分类现状, 对金矿成因研究和全球勘查工作起到重要作用.造山型金矿形成时代广, 赋存深度宽, 品位高并规模大, 是全球金勘查的重要类型, 其资源量占到全球金资源量的30%以上。中国自起成为全球最大的金生产国,对于造山型金矿的研究任务更为迫切.由于造山型金矿的地球化学特征具有多解性、金属源区和演化的不确定性以及成矿就位和物质起源的空间差距, 因此成因一直存在争议.不同学者据此提出了不同的流体来源:(1)大陆地壳变质流体,包括区域变质中的侧分泌、粒化作用等;(2)大洋地壳俯冲相关或地幔流体;(3)大气降水;(4)岩浆-热液流体等。本文在对造山型金矿概念及连续成矿模式、成矿时代与构造背景、流体迁移沉淀及控制因素等方面研究进行综述基础上, 深入剖析了变质流体成因模式和地幔流体成因模式的主要依据和存在问题, 进一步论述了中国造山型金矿成矿规律和成因模式。
基本概念
早在造山型金矿提出之前, 各国矿床地质学家就金矿类型提出了众多的分类方案, 包括根据金矿产出地区命名, 如"Motherlode"型、"Bendigo"型、"Homestake"型和"Korean"型金矿;根据含矿岩石命名, 如浊积岩型、板岩型、BIF型、侵入岩型、绿岩带型以及火山岩型金矿;根据成矿温度压力命名, 如“低温”(50~ 200 ℃)、“中温”(200~300 ℃)与“高温”(300~ 500 ℃), 该分类沿用至今;根据矿化样式命名, 如置换交代(replacement)型、网脉(stockwork)型、脉(vein)型。由于分类纷繁复杂, 一个金矿可以属于多个次级类型, 不利于金矿床的成因研究。针对此现象, 不同学者对世界不同金矿床的研究, 发现造山型金矿具有许多共同性质, 尽管其围岩、时代和蚀变矿化特征有系统的差异, 在大地构造背景、流体属性等方面却体现出较大的一致性;如其主要产于造山带内, 与造山作用有密切成因联系, 和岩浆作用没有明显成因联系等.这些特征明显不同于与火山岩有关的低温热液金矿、以沉积岩为围岩的卡林型金矿以及斑岩型和硅卡岩型等金矿类型.在系统阐述了造山型金矿的概念及判别标准后,该类金矿逐渐引起国际矿床学家的广泛关注。
图 1地壳连续成矿模式示意
基于Kerrich and Fyfe(1981)、Groves(1993)、Gebre-Mariam et al.(1995)和Groves et al.(1998)等许多前人的研究, 造山型金矿的概念被不同学者提出。Kerrich et al.(2000)提出此类金矿产生在俯冲晚期, 高温变质流体沿大型剪切带灌入地壳, Au-HS络合物在P-T降到300~400 ℃脱稳沉淀形成金矿。Kerrich and Wyman(1990)和Kerrich et al.(2000)对数百至上千吨金产量的成矿带进行综合研究, 并对比不同时代造山型金矿后, 总结出该类金矿床的众多共同特征:
(1)富金成矿带与增生造山作用紧密相关, 主要形成于外汇聚超大陆旋回或内汇聚超大陆旋回外缘;
(2)许多富金成矿带位于重要跨岩石圈构造附近或复杂的变质火山——深成、沉积地体边界附近;
(3)在增生造山带的造山期内, 成矿作用同步或滞后峰期变质作用及构造作用晚期;
(4)大部分超大型造山型金矿成矿带位于绿片岩相变质地体中;
(5)矿体主要赋存于脆-韧性断裂石英脉或蚀变岩中, 矿体形态、规模明显受构造作用控制, 矿体呈平行斜列式脉群, 以似层状、脉状产出;
(6)绿片岩区域内的蚀变矿物共生组合主要以石英、碳酸盐、云母、绿泥石和黄铁矿为主;
(7)矿床间具有相似地球化学特征, Au(As、Te、Sb、W、Bi、Mo、B)强富集, Cu、Pb、Zn、Hg弱富集, 成矿元素组合随深度变化, 浅成为Hg、Hg-Sb, 中成为Au-Sb-As-Te(图 1);
(8)成矿流体主要为低盐度富水含碳流体, 具有低盐度(≤6 %), CO2+CH4的含量为5%~30 %;
(9)脆-韧性剪切带内, 成矿流体压力从超静岩压力逐渐变化为次静岩压力;
(10)动力变质岩在矿区内表现略具有分带性, 而围岩蚀变的分带性不明显;
(11)就单个矿床分析, 矿脉系统可超过2 km, 蚀变和元素组合在垂向上延伸却无分带现象, 或分带不明显。
认识与展望
(1) 造山型金矿是产在次绿片岩相到麻粒岩相变质岩中的一组连续的同成因矿床组合, 主要沿活动大陆边缘带分布, 产于挤压到伸展的转换背景。增生楔、弧前和弧后倒转盆地伸展环境下软流圈上涌引起的高温低压变质是区域尺度金成矿的深部驱动机制。全球造山型金矿主要形成于超大陆拼合陆壳增生峰期:>3.0 Ga、2.8~2.55 Ga、2.1~1.8 Ga和<0.57 Ga.
(2) 造山型金矿成矿流体迁移中Au主要以Au (HS)2-络合物形式存在;CO2以H2CO3形式维持流体pH值平衡, 进而保持Au溶解度.构造控矿形式包括:褶皱转折端和层间滑脱带、剪切带张性或压性衔接部位、断裂弯曲转折端和里德尔剪切派生裂隙等。水岩反应导致金沉淀是造山型金成矿主要机制之一。
(3) 随着大量新的地质年代学和地球化学研究, 大气降水和岩浆—热液流体作为造山型金矿主要流体来源已被排除。于是关于造山型金矿的成因讨论集中在两种模式上:中上大陆地壳绿片岩相-角闪岩相进变质流体成因、幔源流体(俯冲洋壳脱水或交代岩石圈地幔液化)成因。变质流体成因模式适用于全球众多产在绿片岩相中显生宙造山型金矿;地幔流体模式则可以解释许多特殊的矿床, 比如全球前寒武纪深成造山型金矿和中国许多显生宙造山型金矿。
(4) 中国造山型金矿可分为江南造山带志留纪成矿带、天山-阿尔泰二叠纪成矿带、华北克拉通北缘三叠-侏罗纪成矿带、特提斯造山带二叠-侏罗纪成矿带、华南板块晚三叠世-侏罗纪成矿带、华北克拉通东南缘白垩纪成矿带、青藏高原及周缘古近纪成矿带等七大成矿带, 以显生宙成矿为其特点, 主体形成于区域变质峰期之后。胶东、哀牢山、丹巴等金矿(带)的研究都支持了幔源流体参与成矿的观点。
造山型金矿后续研究方向包括:
(1)精确厘定成矿时代, 查明成矿与围岩变质、岩浆活动和构造变形的关系, 揭示区域构造演化对造山型金成矿控制;
(2)建立更全面和可靠研究方式来反演示踪, 探讨地幔流体富集、储存和释放的主要机制;
(3)阐释岩石圈多尺度构造控矿网络, 研究成矿流体输运过程和控制机理等。
本文节选自:王庆飞, 邓军, 赵鹤森, 等. . 造山型金矿研究进展:兼论中国造山型金成矿作用. 地球科学, 44(6): 2155-2186.更多详细信息,请(阅读原文).
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