胶东超大型金矿的形成与中生代华北大陆岩石圈深部过程

成矿年代学研究表明胶东地区超大型金矿形成于(120±10)Ma范围内。典型金矿Sr,Nd和Pb同位素组成反映成矿物质来源具有多元性和幔源物质参与成矿的信息。研究表明胶东地区之所以在中生代发生成矿大爆发,有其深部地质作用的原因。其中最主要的可能是中央造山带大陆深俯冲的后效作用和古太平洋板块俯冲的远程效应,由此诱发深部的岩石圈剧烈减薄和壳幔相互作用、浅层次的伸展和大型控矿构造的形成。     

大地幔楔与克拉通破坏型金矿

环太平洋俯冲带是全球著名的金矿成矿域,其中华北克拉通和内华达是环太平洋俯冲带最重要的两个金成矿省,其成因分别与华北克拉通和怀俄明克拉通的破坏有关,成矿流体可能与俯冲板块在地幔过渡带的滞留相关.俯冲的大洋岩石圈地幔通常有数千米厚的蛇纹石化层,在板块俯冲过程中,蛇纹石在小于200km的深度内脱水转变为高压含水相——phase A,将水带到大于300km的深处.当滞留在地幔过渡带的俯冲板片中含水高压相脱水,会导致上覆大地幔楔的水化,这是克拉通破坏型金矿形成的先决条件.俯冲板片脱水释放出的富硫流体萃取周围岩石中的金等亲硫元素,形成富金流体.由于克拉通地温线低于二辉橄榄岩水饱和固相线,流体在克拉通岩石圈地幔内向上运移到100km以浅后交代岩石圈地幔,形成韭闪石等含水矿物,在克拉通岩石圈地幔中形成富水、富金的弱化层.随着克拉通岩石圈的破坏,该弱化层失稳,释放含金流体,并沿地壳浅部薄弱带迁移、聚集和沉淀,形成爆发式金矿床.由此可见,大地幔楔是形成克拉通地幔含矿弱化层,进而导致金爆发式成矿的关键.俯冲板片析出的流体富含二价铁,流体向上运移过程中,二价铁在低压下发生水解,释放出氢气;地幔楔岩浆岩可以具有较高的氧逸度,而成矿流体则是还原性的——即克拉通破坏型金矿往往属于还原性矿床.     

克拉通破坏型金矿床

华北克拉通金矿床主要形成于早白垩世,具有爆发性成矿的特点,成矿时代与克拉通破坏峰期一致.成矿流体主要源于岩浆或地幔脱挥发分,这与世界其他克拉通内造山型金矿床显著不同,后者的成矿流体主要来自区域变质过程中的变质脱挥发分.结合华北克拉通破坏的时空范围、破坏机制等研究成果,本文系统分析了华北克拉通金矿床的时空分布规律、矿床成因和成矿机制等问题.我们认为,华北克拉通早白垩世金矿床不属于"造山型",而是"克拉通破坏型",其与"造山型"金矿床的本质区别在于成矿构造背景(伸展背景)和成矿流体来源(主要与来自克拉通破坏相关的岩浆活动有关).由于早白垩世古西太平洋板块(Izanagi板块)俯冲、回转与后撤、在地幔过渡带的滞留,改变了所在区域地幔过渡带和上覆地幔的物性与流动状态-出现非稳态流动,导致华北克拉通经历了来自深部熔/流体的强烈交代改造,形成强烈富集的岩石圈地幔.正是这种强烈交代富集的岩石圈地幔熔融产生的熔/流体与地壳的相互作用造成金元素短期巨量聚集成矿.通过对比分析北美克拉通破坏过程,我们发现美国内华达州卡林(Carlin)型金矿与华北克拉通早白垩世金矿具有相似的形成机制,两者差别仅表现在成矿流体最终就位的赋矿岩石类型不同.内华达州卡林型金矿实际上也属于克拉通破坏型金矿,克拉通破坏型金矿具有爆发性成矿规律.根据成矿地理位置,我们推断早白垩世古西太平洋俯冲板块后撤速率约为8.8 cm/a,始新世古东太平洋板块(Farallon板块)俯冲后撤速率约为3.3 cm/a.     

初论华北东部中生代金成矿的地球动力学背景——以胶东金矿为例

山东金矿研究的最新成果表明 ,胶东众多金矿床 (无论矿化类型、产出空间、地质背景的不同)的成矿时代主要集中在 1 1 5± 1 5Ma(早白垩世 )前后这一狭短的时段内 ,暗示它们都受某一次统一的重大地质事件的制约 .金矿石中碳酸盐矿物的碳氧同位素组成显示成矿流体中的CO2 很可能来自深部 (岩石圈地幔甚或更深 ) .1 1 5± 1 5Ma(早白垩世 )前后正是华北东部中生代动力学体制转折的关键时段 ,此时古太平洋板块向欧亚大陆斜向快速俯冲、华北东部岩石圈剧烈减薄、郯庐断裂发生强烈左行走滑、区域构造应力场转变为强烈引张、火山 -岩浆活动也最为强烈、尤其是深源(幔源 )岩浆活动最为强烈 .同时 ,这也与部分学者提出的超级地幔柱的高潮时段 (1 2 5～ 1 0 0Ma)相吻合 ,暗示可能有深部物质 (不仅是上地幔物质 ,还可能包括下地幔物质 )和热能的大规模强烈上涌 .因此 ,胶东金矿 (以及华北东部的许多其它金矿床 )的形成有可能是 1 1 5± 1 5Ma前后华北东部动力学体制转折过程中一次大规模的深部物质和深部能量上涌的结果     

脉状金矿床的时空分布、地质特征和成矿流体来源

脉状金矿床(Lode Gold Deposit)在全球广泛分布,是最具经济价值的金矿床类型之一.成矿时代、成矿流体和金的来源一直都是认识脉状金矿床成因的中心议题.全球脉状金矿床的成矿时代主要集中在三个时期,即:新太古代(2.8～2.5Ga)、古元古代(2.1～1.8Ga)和新元古代至今(700Ma至今).基于对脉状金矿床的成矿过程和成矿流体的认识,目前普遍认为其成矿流体来源主要有4种,包括变质流体、与花岗岩体有关的岩浆-热液流体、俯冲流体和幔源熔/流体.文章重点介绍了幔源熔/流体成矿过程的主要特点以及幔源熔/流体的成分特征和金富集机理,并简要介绍了辽东地区与幔源熔/流体有关的脉状金矿床的一些最新研究进展.这些研究表明,含水的交代大陆岩石圈地幔部分熔融产生的幔源熔/流体,可能是华北克拉通一些中生代脉状金矿床(如五龙金矿)成矿流体的主要来源.     

俯冲带流体反向交代作用

<正>1俯冲带流体交代作用俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带(Zheng和Chen,2016).俯冲带中发生的流体活动与很多关键地质过程密切相关,如火山与地震活动、元素迁移富集成矿、物质迁移与壳幔物质循环,以及地球的表层环境变化.因此,对俯冲带流体来源、性质和地球化学效应的研究具有重要意义(Zheng,2019).     

下扬子及周边地区深部泊松比结构及深部动力过程约束研究

下扬子及周边地区存在着丰富的地质构造和多金属矿产资源,其深部结构和动力学过程已成为地学界研究的热点.为了更好地讨论下扬子及周边地区的深部动力学过程和岩浆活动机制,本文基于均匀网格层析成像方法提出了非均匀网格远震层析成像方法,利用大量的天然地震相对走时残差数据反演获得了下扬子及周边地区深至700 km范围内的三维S波和P波速度结构,并根据纵横波的比值关系计算出泊松比异常.由于S波速度比P波对流体的反应更加敏感,所以泊松比异常反映了物质是否包含流体或者物质的软硬、冷热程度.本研究结果显示：（1）长江中下游成矿带下方的上地幔内存在明显的高泊松比异常,而地幔过渡带内则存在明显的低泊松比异常;（2）大别造山带及其南侧的中扬子地块的上地幔中下部及地幔过渡带内都存在明显低泊松比异常,且呈现东深西浅的空间分布特征.结合已有的地质、地球物理和地球化学等资料,我们认为长江中下游成矿带下方的地幔过渡带内滞留着古太平洋俯冲板块,其上地幔内则赋存着软的上地幔热物质,为深部成矿提供了热量或幔源物质.因此,古太平洋板块的俯冲对长江中下游成矿带的形成发挥了至关重要的作用.     

俯冲带地球深部碳循环作用

在地球深部和大气圈之间的碳循环(即深部碳循环)作用对于全球气候的长期和短期变化都具有非常重要的影响.碳可以通过多种方式和途径从地球深部进入大气圈,但从地表返回地球深部的途径主要是板块俯冲作用.由于碳存在形式的多样性和碳酸盐特殊的物理和化学性质,俯冲带中碳及含碳矿物的物理化学行为会显著地影响俯冲带动力学、氧逸度结构以及壳-幔作用过程中其他元素的活化迁移.因此,俯冲带碳循环不仅是调节大气CO_2浓度、影响全球气候变化和维持地球宜居性的重要因素,同时也是影响地幔物理化学性质和不均一性的关键因素.本文从俯冲带碳循环的观察和示踪、俯冲带碳的迁移与变化、俯冲带碳循环通量以及俯冲带碳循环的效应等四个方面对俯冲带碳循环的研究现状和需要深入研究的科学问题进行阐述.     

金龙山-丘岭金矿床地质地球化学特征及成因:秦岭式卡林型金矿成矿动力学机制

秦岭卡林型金矿带是世界第２大卡林型金矿集中区,与形成于新生代活动大 陆边缘盆岭省的美国西部卡林型金矿不同,产于中生代大陆内部碰撞造山带,成矿同 位素年龄集中于 １９７．４５－１２９．４５ Ｍａ,属碰撞造山挤压伸展转变期的减压增温体制,表明成矿与碰撞同步．包裹体、同位素和成矿元素地球化学研究揭示成矿流体和成矿物质主要来自海西－印支构造层,中生代时海西－印支构造层沿双河－公馆断裂等的陆内俯冲导 致了金龙山等金矿床形成,基此建立了“秦岭式”卡林型金矿构造成矿模式．     

新疆卡拉麦里区域重力场特征与金矿化作用

研究表明,卡拉麦里构造带为新疆北部的一条大型断裂带,同时也是区域性金矿成矿带.区域重力测量指示该带总体上为一条高重力异常带,重力高的诱因很可能是超基性蛇绿混杂岩带存在引起的.本地区金矿化作用,主要受古生代洋壳消减与后续增生碰撞造山事件所形成的韧性剪切带控制,因而是一个典型的造山型金矿系统.由于造山型金矿系统具有成矿深度大、构造控制突出、二维延伸稳定等特点,预示卡拉麦里金矿带的深部应具有可观的资源潜力.     

新疆额尔齐斯金矿带的成矿作用及其与中亚型造山作用的关系

额尔齐斯金矿带在泥盆纪－早石炭世处于沟弧盆体系之喀拉通克岩浆弧与克兰弧后盆地的交界处,前人因此套用活动大陆边缘的成岩成矿模式研究和解释额尔齐斯构造带的金矿形成与分布．但是,大量同位素测年和地质研究均表明成矿事件明显晚于洋壳俯冲体制,而发生于晚石炭－早二叠世的碰撞造山过程中,尤其是挤压－伸展转变期．通过分析典型金矿床的成矿时代、构造背景、矿床地质、成矿流体性质和成矿物质来源等,确证它们与碰撞造山体制的矿床特征一致,成矿物质主要来自矿区南侧地层或地体,因此运用碰撞造山成矿模式重新解释了金矿带的形成,指出了找矿方向．     

俯冲隧道中的部分熔融和壳幔相互作用:实验岩石学制约

俯冲隧道模型提出,俯冲板片界面相互作用是实现地球表层与内部之间物质和能量交换的基本机制.由于大陆岩石圈与大洋岩石圈在物质组成和状态上的显著差异,其深部物理和化学过程及壳幔相互作用产物必然出现一系列差异.许多实验岩石学研究已经为大洋俯冲隧道中可能发生的硅酸盐和碳酸盐岩石的部分熔融和壳幔相互作用提供了资料.无论是基性还是中酸性硅酸盐岩体系,取决于部分熔融发生的压力或深度,熔体是具有或不具有埃达克岩性质的花岗质熔体.微量CO2即可大幅降低橄榄岩的熔点,所形成的碳酸盐熔体可有效萃取岩石体系中不相容微量元素.这些硅饱和或不饱和熔体均可以在俯冲隧道或地幔深部条件下与地幔楔橄榄岩发生反应,形成复杂的反应过程和产物.但已有的实验结果主要是针对大洋岛弧环境条件而不是大陆俯冲带的环境.因此,高温高压实验需要充分考虑大陆俯冲隧道中板片-地幔界面上各种不同成分地壳及其衍生的熔/流体成分与不同橄榄岩之间的反应,并结合大陆俯冲带岩石部分熔融和壳幔相互作用的地质证据,以阐明大陆俯冲隧道过程中的变质脱水、部分熔融和地幔交代等问题.     

俯冲带橄榄岩及其记录的壳幔相互作用

俯冲过程是板块构造运动的核心过程,而地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面发挥了重要作用.本研究汇总了全球代表性俯冲带橄榄岩(包括俯冲带型蛇绿岩和地幔楔型造山带橄榄岩)的研究现状,并展望未来需要解决的关键科学问题.俯冲带型蛇绿岩地幔单元和地幔楔型造山带橄榄岩分别代表着大洋和大陆俯冲带侵位的地幔岩石,是研究俯冲带壳幔相互作用的关键对象.该相互作用的本质是俯冲板片和地幔楔之间在物理过程主控下发生复杂的化学交换作用.俯冲带型蛇绿岩能够记录从大洋岩石圈产生到俯冲启动直至成熟到消亡等不同阶段复杂的熔-岩和水-岩相互作用、变形变质过程、金属成矿元素富集以及壳幔物质交换等.地幔楔型造山带橄榄岩则反映洋-陆和陆-陆俯冲/碰撞、折返等阶段强烈的变形变质历史,多种性质的熔/流体交代作用(硅酸盐熔体、碳酸盐熔体、含硅酸盐组分的C-H-O流体/超临界流体),以及复杂的壳幔物质循环过程等.利用俯冲带橄榄岩进一步探索壳幔相互作用,需要采用高空间分辨率、高精度的测试方法从微观尺度上约束复杂的化学交代过程和变质变形历史,并与宏观构造的时、空演化相联系.     

辽东地区金矿床成因与资源潜力

华北东部广泛分布着与晚中生代克拉通破坏相关的金矿床,但不同地区金矿床在研究程度、成矿特征、探明储量等方面存在显著差异.华北东部的辽东具有与胶东相似的区域地质特征,并共同经历了晚中生代克拉通破坏作用,但其金成矿的理论研究和探明的黄金资源量却存在巨大差异.本文在分析研究辽东区域地质、中生代岩浆-构造演化和矿床地质基础上,通过深部-浅部综合地球物理探测和大数据AI资源量预测,提出了辽东晚中生代金元素富集主体来自于克拉通破坏诱发的幔源熔流体,金矿床主要受北东-北北东向断裂控制,金矿类型以破碎带蚀变岩型和含硫化物石英脉型为主.明确了鸭绿江主断裂带及相关的次级断裂、已知矿集区外围与深部是未来金矿资源勘查的重要区域,预测鸭绿江成矿带黄金资源潜力巨大,具备新增数千吨级黄金资源的潜力.     

缅甸弧中部俯冲带下方地幔间断面起伏形态研究

新生代以来,印度板块和欧亚板块发生碰撞形成了喜马拉雅造山带和青藏高原,印度板片在喜马拉雅东构造结处缅甸弧俯冲带进入深部地幔.开展缅甸弧俯冲带下方地幔间断面的研究有助于认识印度大陆岩石圈的碰撞-俯冲过程及其对上地幔结构的影响.本文选用了发生于缅甸弧地区的3个中源地震事件,获取了欧洲和美国阿拉斯加地区多个密集地震台网/台阵...     

大别山俯冲陆壳的再循环——地球化学证据

大别山超高压榴辉岩与邻区新生代大陆玄武岩的地球化学对比研究表明,碰撞造山带俯冲陆壳可以再循环进入软流圈地幔,并形成上地幔的EM Ⅰ富集端元它与交代富集不相容元素的岩石圈地幔不同,具有低Rb/Ba和La/Yb的特征.位于大别山和苏-鲁超高压变质带之间的嘉山具有EM Ⅰ特征的新生代大陆玄武岩可能就与大别造山带俯冲陆壳再循环有关.     

西太平洋俯冲板块对中国东北构造演化的影响及其动力学意义

中国东北地区在古生代期间以众多微陆块的拼合以及古亚洲洋的闭合为特征,其后又经历了中-新生代太平洋构造域及中生代蒙古—鄂霍茨克构造域的叠加与改造,以致东北地区的构造行迹显得极为复杂,而大兴安岭重力梯级带及其西部地区构造演化是否与西太平洋俯冲有关仍然存在争议.本研究利用分布于中国东北、华北地区以及韩国、日本等部分台网所接收的近震与远震走时数据获得了中国东北地区壳幔精细的三维P波速度结构.成像结果显示,太平洋板块持续西向俯冲,俯冲板片的前缘停滞在大兴安岭—太行山重力梯度带以东区域的地幔转换带之中;长白山火山区上地幔存在着显著的低速异常体,推测西太平洋板块的深俯冲脱水导致了上地幔底部岩石的熔点降低,从而形成了大范围的部分熔融物质上涌.通过分析上地幔的速度结构,我们认为由于太平洋板块的大规模西向深俯冲,在大地幔楔中发生板片脱水、低速热物质上涌等复杂的地球动力学过程;俯冲板片前缘带动上地幔中不均匀分布的地幔流强烈作用于上部的岩石圈,这对东北地区深部壳幔结构乃至大兴安岭重力梯级带的形成、演化有着重要的影响.     

西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏

华北克拉通破坏与西太平洋板块俯冲相关是学界的重要共识,但西太平洋板块何时开始向东亚大陆俯冲、早白垩世西太平洋俯冲带在何处、东亚大地幔楔何时形成、晚中生代西太平洋俯冲板块如何演化等重要科学问题一直没有很好地解决.文章通过综合分析与研究,认为西太平洋板块起始俯冲的时间早达早侏罗世;早白垩世西太平洋俯冲带位于东亚大陆边缘,比现今西太平洋板块俯冲带靠西2200km;与此相对应,欧亚大陆自早白垩世以来向东漂移了大约900km.西太平洋俯冲板块后撤始于～145Ma,说明东亚大地幔楔开始形成于早白垩世;西太平洋板块俯冲作用对华北克拉通的影响可能是通过地幔楔增大过程中物质和能量的迁移和交换来实现的.利用地质构造事件反演了大洋板块在俯冲到地球内部之前的演化过程,提出燕山运动A幕和B幕发生的原因分别是西太平洋板块向东亚大陆边缘以高速低角度俯冲和俯冲角度逐渐变低两种不同的地球深部动力学过程新观点.在早白垩世大约130～120Ma期间,西太平洋板块可能已经转变为高角度俯冲、回转与后撤速率达到最大、最终在地幔过渡带产生滞留体.这个过程可能显著改变了所在区域和上覆地幔的物性和黏滞度,导致上覆地幔楔产生非稳态流动,从而导致岩石圈地幔中熔/流体含量急剧增加、黏滞度降低以及岩石圈伸展/减压,并使其转变为年轻地幔——克拉通破坏.这些认识对揭示西太平洋俯冲板块与华北克拉通岩石圈地幔之间相互作用过程具有重要意义.     

深部碳循环及同位素示踪:回顾与展望

深部碳循环是全球碳循环中的重要组成部分,它指通过板块俯冲过程把大洋底部的碳酸盐岩带到地幔中,然后再通过火山作用以CO2气体形式释放到大气中.目前对于深部碳循环的研究仍处在一个起步阶段.其中一个很重要的科学问题是火山作用释放的CO2中与俯冲相关的碳和原始幔源碳的比例.传统碳同位素可以很好的区分有机碳和无机碳,但火山作用释放的CO2中,大约95%的与俯冲相关的碳和原始幔源碳均是无机碳,因此传统的碳同位素方法无法区分.近年来Ca和Mg同位素在示踪壳内物质循环方面的研究取得很大的进展,本文针对以上科学问题,总结了近年来对于深部碳存储总量、通量及存在形式,洋壳俯冲过程中碳的行为,含碳地幔的熔融,深入探讨了C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环的原理和途径,以及前人在C,Ca和Mg同位素示踪深部碳循环等方面的研究成果.     

青藏高原北缘新生代幔源岩浆活动及构造运动性质

北方板块是否俯冲到了青藏高原之下？现有的资料尚难对此作出确切的回答. 解决问题的关键之一是青藏高原北缘的新生代岩浆起源与作用过程. 支持俯冲模型的地球物理论据及岩浆活动证据都还不够充分. 然而, 许多证据却表明, 陆-陆碰撞引起的大型剪切断裂和地壳大规模缩短在青藏高原北缘的岩石圈运动中有重要的作用. 青藏高原北缘的幔源岩浆活动局限在大型走滑断裂的交汇部位, 岩浆成因可能与走滑作用导致的局部拉张环境有关. 走滑断裂导致岩石圈的重力不稳定性和垮塌, 深部热物质上升, 它们所携带的热量与剪切作用生成的热一起, 导致含水地幔发生部分熔融.