地幔柱成矿体系的基本特点——以峨眉大火成岩省为例

1 地幔柱及基成矿作用特点 地幔柱活动是固体地球各圈层间大规模物质交换一相互作用和大陆垂向增生的重要机制,可能导致岩石圈大规模隆升、伸展、甚至大陆裂解.由于地幔柱来源深、温度高,其上涌可以导致其自身、软流圈和岩石圈地幔广泛的减压部分熔融.短时间内产生巨量玄武岩浆,连续的玄武岩浆补给为大规模岩浆成矿作用提供必要的物质条件;强烈的岩浆活动还会启动地壳内部大规模热液循环,为地壳成矿物质的活化-迁移-热液成矿创造有力的环境条件和驱动力;巨量的溢流玄武岩本身具有很高的Cu、Ni、PGE(铂族元素)等元素背景值,为后期的热液活动成矿提供了物质基础.因此,地幔柱成矿主要包含岩浆成矿系列(Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床、铬铁矿床、钛磁铁矿床、Nb-Ta-REE矿床),热液成矿系列和后期热液成矿系列(最典型的是自然铜矿床).有关的矿床是全球Ni和PGE的主要来源,Fe、Cu、Ti、REE、Nb等元素的重要来源.     

深部成矿流体活动的观测实验研究

中下地壳和更深部的金属流体的汇集流动(Influx),形成大规模的金属成矿作用.这一流体活动与大规模岩浆活动相伴随.目前的巨大的成矿带跨越了几个省份,显示出地球深部过程的控制因素.来自地幔的流体如何进入地壳?关于深部金属来源,迁移和堆积过程是我们长期关心的深部成矿机制问题,也是深部成矿过程的关键科学问题.     

大兴安岭南段敖仑花斑岩钼(铜)矿床成矿流体来源与成矿作用:稳定同位素C、H、O、S和放射性Pb同位素约束

基于稳定同位素C、H、O、S和放射性Pb同位素的测试和分析,对大兴安岭南段敖仑花斑岩钼(铜)矿床成矿流体的来源进行了示踪,探讨了流体演化与成矿作用过程。新的稳定同位素数据显示:敖仑花矿床成矿热液具有混合来源性质;脉石矿物石英中流体的C、H、O同位素和矿石硫化物的S同位素组成指示成矿络合剂主要来自地幔,同时在热液期经历了地壳流体参与的过程;辉钼矿中放射性成因的Pb同位素组成表明,成矿物质(Mo)主要来自造山带物质,部分来自深部幔源。根据H、O同位素组成变化和已有流体包裹体资料,认为敖仑花矿床早、中阶段两次矿化的成矿机制不同:早阶段金属矿化主要与岩浆水和大气降水的流体混合有关,而中阶段大规模成矿作用主要是由流体沸腾所致。综合区域地质演化认为:敖仑花矿床是大兴安岭南段在晚侏罗世—早白垩世时期演化为弧后伸展背景、陆内造山带物质重新活化、壳幔岩浆-热液相互作用的产物,同时暗示壳幔作用强烈的地区利于内生金属矿床成矿。     

地壳流体与地幔流体间的关系

通过铀、金矿床及地幔岩捕虏体研究，初步得出以下认识：（１）在热液作用中岩浆分异热液是不存在的；（２）碱交代作用是整个地幔交代作用和地壳交代作用的基本运作机制，现已构成有几十条具体规律的理论系统；碱交代岩是地幔流体转变为热液的化石记录；（３）拆离断层构造体系是地幔流体上升到地壳后的活动通道；（４）磷（Ｐ）是地幔流体的特征性示踪成分；（５）大洋缺氧事件、生物种属灭绝、厄尔尼诺等有共同的地幔流体致因；（６）天然气－油－盐－金属成矿是统一的热液成矿作用。软流体是今后区域成矿预测的重要新依据。软流体的顶部发育有次级、再次级的局部上凸部，这是矿带、矿田群的重要成矿控制因素和找矿新标志。     

华南热点铀成矿作用

文章阐述了地幔柱和热点活动的基本概念，并划分热点活动为大陆型和大洋型；扼要阐述了热点活动与成矿作用的关系，提出了热点铀成矿作用理论。华南中新生代（220～50Ma）的地质构造作用、岩浆活动、沉积和变质作用、成矿作用与深部地幔柱构造作用有着密切关系。从地质、地球物理和地球化学等方面论证了贵东东部为中生代大陆型热点活动地区及其与铀成矿作用的关系，指出了华南热液型铀矿找矿远景。     

地幔柱的概念、分类、演化与大规模成矿——对中国西南部的探讨

自核幔边界上升的物质 ,当其汇聚成圆柱状的结合体 ,并因其相对于周围地幔环境来说具有温度更高、活动性更强、粘度更低等特点而能够上升到壳幔边界时 ,一般可以演化成为具有宽厚的冠状构造和细长的尾部构造的地幔柱。地幔柱进一步与地壳发生作用 ,可以在地表记录下一系列的热点或形成巨大的火成岩省。根据地幔柱最后出露的位置 ,可以将其分为洋壳和陆壳环境下产出的两种基本类型 ,也可以根据其演化历史分出不同的阶段 ,如初始阶段、上升阶段、成熟阶段和衰退阶段。中国西南部地区可能经历了两次以上的地幔柱冲击 ,二叠纪的峨眉山玄武岩是一个古生代晚期演化比较彻底的地幔柱留下的记录 ,而新生代以来的地幔柱活动可能正在发育 ,深部物质的大规模上隆可能是青藏高原隆升的一个原因 ,大量的散布的幔源岩浆活动和流体作用可能是中国西南部大规模成矿作用的重要原因。     

峨眉地幔柱的动力学特征

峨眉地幔柱起源于赤道附近,头部直径约８００ｋｍ。它的动力学特征主要反映在四大地质事件上：１．基性岩浆活动,地幔柱头部减压熔融引起大规模玄武岩浆喷发和大量基性－超基性岩体侵入。峨眉山玄武岩分布面积约５０万ｋｍ２,主喷发期在早、晚二叠世之间,活动时限海西晚期－印支期;２．酸性岩浆活动,地幔柱对深部地壳的热改造引起大规模酸性岩浆喷发并形成３００ｋｍ长的花岗岩带,酸性火山喷发产物除流纹岩外,酸性火山灰沉积遍及整个华南地区;３．古地热场与改造成矿作用,在地幔柱作用下,上扬子及其外围地区曾经存在一个古地热场,地热异常从海西晚期持续到燕山期,长时期的地热异常驱动热水循环,引起大规模改造成矿作用,形成分布广泛的层控金属矿床;４．地壳升降与裂陷,华南海西－印支期的地壳运动与地幔柱有密切关系,当它到达岩石圈底部之后,上覆岩石圈受热软化,伸展变薄,地壳沉降引起栖霞期海平面大幅度上升以及茅口期的强烈拉张与裂陷,地幔柱活动对大气圈、水圈、生物圈都有重要影响,它可能造成大规模生物绝灭。     

吉林东南部地幔活动与金的成矿作用

地幔活动是岩石圈构造活动的动力学基础,是上地壳发生地质作用——区域变质作用、成岩成矿作用——所需要的深源物质、能量乃至流体的主要来源形式.吉林省东南部地区的麻粒岩相区域变质作用、幔源岩浆的侵入-喷发活动以及深部构造活动等特征表明,该地区曾有太古宙末期和中生代两个地幔活动高峰期.夹皮沟大型金矿田的金矿成矿作用与地幔活动有密切的成因联系.成矿作用主期与地幔活动的高峰期相对应.稳定同位素研究显示成矿物质、成矿热液主要来源于地幔.地幔活动引起携带大量热流体和丰富的成矿元素的幔源物质上侵,并且在下地壳重熔过程中活化、萃取了围岩中成矿物质而形成成矿流体;伴随地幔活动形成的深大断裂构造、大型韧性剪切带不仅是成矿流体运移的通道,而且为成矿物质沉淀提供了有利空间.     

地幔柱构造与地幔动力学--兼论其在中国大陆地质历史中的表现

地幔柱构造是基于全地慢对流模式、主要依据热点火山活动提出的新的全球构造理论。它的主要表现形式和产物是地幔柱头上部地壳抬升、岩浆活动形成大火成岩省、大型放射状岩墙群，并导致大陆裂解、板块运动和大规模成矿，是生物灭绝、磁极倒转的诱因。中国大陆的地质演化历史中保存了多期地幔柱活动印记，它们主要是华南新元古代Rodinia地幔柱、古生代古特提斯和峨眉山地幔柱和中一新生代中国东部地慢柱构造事件。上述地幔柱活动产生了地壳抬升、强烈岩浆活动、大陆伸展与裂解、岩石圈剧烈减薄和大规模成矿等重要地质事件。     

安徽月山矿田硅、氦、氖同位素地球化学研究

对安徽月山矿田硅、氦、氖同位素组成研究表明 ,月山岩体是玄武质岩浆结晶分异和同化混染的产物 ,矿床的硅来自岩浆熔 流分离作用形成的岩浆热液 ,成矿流体中的氦来自地壳和地幔两个端员。成矿过程中发生了富含放射性成因氦的演化大气降水与岩浆热液的混合。     

中国东南部地幔柱及其与中生代大规模成矿关系初探

中国东南部是我国的钨锡铜金多金属矿床集中区，燕山期发生大规模成矿作用，研究大规模成矿的地球动力学背景显得尤为重要。本文结合前人的研究资料，初步讨论中国东南部地幔柱及其与中生代大规模成矿关系。通过对中国东南部地幔柱的地质和地球物理方面特征综合分析后，初步探讨了地幔柱构造的岩浆作用和成矿制约。本文认为中国东南部地幔柱不仅可能造成中生代火山─岩浆大爆发，而且可能与中生代大规模成矿有关。     

成矿流体系统的形成与演化

成矿流体可以划分为地表流体与内部流体,后者又可进一步细分为原生流体和再生流体两类.原生流体、再生流体与地表流体三者起因不一,成矿作用各异,输运方式、活动范围、化学性质也有差异.重大地质事件(板块俯冲或地幔柱上涌等)引发的盆-山转换、地壳变形、岩浆侵入等系列事件,促使了原生流体与再生流体的产生,为大规模成矿流体系统提供了能量支持与活动空间.在大型成矿流体系统中,原生流体、再生流体与地表流体相互间不同程度地混合,共同参与成矿作用,形成了超大型矿床或成矿区带.流体系统演化过程中的构造-流体耦合作用、成矿流体超临界、不混溶、流体混合等独特的物理化学作用是成矿元素聚集与沉淀的重要基础.由于成矿流体系统的形成与演化是一个物理-化学作用耦合的复杂过程,所以其研究亦是复杂性科学与地球科学多学科交叉、定性概括和定量模拟及物理模拟多手段并用的综合探索.     

长英质岩浆中不混溶流体的运移机理——兼论成矿作用发生的条件

与岩浆作用有关的热液矿床的形成,在一定程度上是岩浆体系内富含挥发分流体的组成、压力及性质演变的结果。长英质岩浆中无水硅酸盐矿物的结晶导致挥发性组分以气泡形式存在。气泡的体积随岩浆演化程度增强而不断增大,由于两不混溶流体之密度差而产生的力的作用使气泡相对硅酸盐熔体（＋晶体）超前向上迁移,最终到达岩浆房顶部。长英质岩浆中富含挥发分流体的迁移运动是通过气泡的上浮实现的。气泡能否上浮主要取决于气泡的体积大小和受力的强度。只有体积较大的气泡才可能迅速迁移并到达岩浆房顶部。修正后的Ｄａｒｃｙ定律对气泡（岩浆体系中的流体）的上述运动特征给予了物理学方法的描述。     

论沉积盆地构造岩相变形史研究方法及应用

基于(非)金属矿产-铀-煤-油气资源同盆共存,盆内构造岩相变形史与成藏成矿事件的耦合结构一直是科学难题.在构造岩相学填图和构造岩相变形史研究基础上,将沉积盆地构造岩相变形史划分为前盆地期、成盆期、盆地反转期、盆地构造变形改造期、盆内岩浆叠加期和盆地表生变化期6个演化期.研究发现,采用构造岩相学填图创新方法,可有效圈定沉...     

东营凹陷热流体活动及其对水-岩相互作用的影响

从气体地球化学、有机质热变、包裹体均一温度、古地温梯度、成岩矿物、重金属元素和岩浆活动等方面证实了东营凹陷发生了大量的热流体活动.热流体主要沿活动性较强的深大断裂运移至浅部, 并以侧向强迫对流为主, 同时具有多期次活动的特点.热流体通过改变温度场和地温梯度以及带入一些无机物质, 导致水-岩相互作用强度和类型的差异.      

Magmatic Nature of Mineralizing Fluids in the Solnechnoye Sn Deposit (Russia) Deduced from Isotopic (H,O) Compositions of Tourmaline

In this paper, we present new isotopic (H, O) data of fluids in tourmalines from the large Sn deposit at Solnechnoye (Far East Russia). These data indicate that the deposit formed by fluid‐rock interactions in a hydrothermal system where the mineralizing fluid was mainly magmatic and to a lesser extent meteoric. This is in agreement with a magmatic fluid model. Our interpretation of the new isotopic data is consistent with earlier findings of the studies on fluid‐rock interactions that magmatic fluids form larger Sn deposits than exogenic fluids. We propose that isotopic (H, O) data of fluids in tourmaline, rather than those in quartz, muscovite, or chlorite, support robust interpretation on the nature of mineralizing fluids associated with Sn deposits.     

Origin and evolution of skarn fluids,Empire zinc skarns,Central Mining District,New Mexico,U.S.A.

Garnet-pyroxene-sphalerite skarns in the Empire Mine replace Paleozoic carbonates adjacent to the Tertiary Hanover-Fierro granodiorite. Skarn geometry suggests that fluids migrated up pre-ore dikes, faults and the igneous contact, and were deflected laterally into the permeable Tierra Blanca Limestone beneath the relatively impermeable Parting Shale.Silicates associated with propylitically altered pre-ore dikes are enriched in deuterium (D), and depleted in¹⁸O relative to the Hanover-Fierro pluton and post-ore igneous rocks. Early skarn silicates are also depleted in¹⁸O with respect to the pluton, while later skarn minerals are depleted in both D and¹⁸O. Variations in isotope composition of alteration and skarn minerals indicate isotope heterogeneities in mineralizing fluids, even at the small scale of centimeters. Isotope thermometry indicates that there is some degree of subsolidus re-equilibration of igneous and alteration minerals.Several possible fluid flow regimes may have operated to produce the fluids calculated to be in exchange equilibrium with the various rocks and minerals of the Empire skarn system, and mixing of end-member meteoric, formation and magmatic fluids in different proportions can produce observed δDδ¹⁸O trends. An end-member magmatic fluid could produce the D-enrichment observed for early skarn fluids, but this would require isolating magmatic fluids from external fluid sources during cooling of the system from magmatic temperatures of 700°C to skarn temperatures of the order of ≤ 400°C. The D-enrichment may also be explained by the mixing of magmatic and formation waters. Lower δD values, however, require that a large proportion of late-stage skarn fluids must be a D-depleted Tertiary meteoric water, and magmatic water is restricted to a relatively minor component.The end-member mixing approach indicates significant changes in fluid flow systematics over a relatively narrow range in temperature. Alternatively, observed trends in both δD and δ¹⁸O for skarn fluids can also be reproduced by interacting a D-depleted meteoric water with the Hanover-Fierro pluton at low and variable system water-rock ratios, and temperatures between 250 and 400°C. During migration along the long fluid flow paths implied by the low system water-rock ratios (≤0.1), the salinity of dilute meteoric waters could increase through interaction with minerals or leaking fluid inclusions in the country rock. Correlation of isotope depletions of the carbonate wallrocks with inferred fluid flow conduits, suggests significant amounts of fluid-rock exchange at relatively high local water-rock ratios during focusing of flow by critical structures. Although different C sources might require smaller values, it is clear that large (>1) local water-rock ratios are required to produce depletions observed in both¹⁸O and¹³C in hydrothermal calcites. Stable isotope evidence does not require the presence of a significant magmatic fluid component, and suggests that the bulk of the skarn fluids could instead be derived predominantly from a D-depleted meteoric water.     

对河台金矿成矿作用的新构想

通过分析区域成矿作用背景及河台地区加里东-燕山期成矿物质活化、迁移、富集、沉淀条件,认为燕山期华南地幔柱活动对河台金矿的形成起到关键作用,深源流体携带的大量成矿物质是金的主要来源,地幔柱构造、深大断裂、深部构造及韧性剪切带-韧脆性构造构成了完善的金的运移和再富集成矿体系。河台地区在燕山期具备了发生大规模成矿作用的主要条件。     

地质流体及成矿作用研究综述

地质流体是一定地质作用的产物，而矿床的形成过程与特定地质构造背景下地质流体的产生、运移和聚集有着密切联系。不同成矿流体的成矿机制各有差异。岩浆热液因温度降低、压力减小等因素使热液中成矿物质达到过饱和，从而产生矿质沉淀；沉积盆地含矿热卤水流体在热对流、沉积压实等作用下运移、充填、聚集；与海底基性火山活动有关的现代大洋海底热液形成硫化物矿床；地幔流体的碱交代作用形成大型一超大型中高温热液矿床。在具体的成矿过程中，各种构造环境又对流体中的成矿元素的分配、集中起到至关重要的控制作用。     

峨眉山地幔柱沉积构造演化及沉积响应

中、晚二叠世上扬子区发生了一次规模巨大的峨眉山地幔柱事件,该事件的火山产物为峨眉山玄武岩。峨眉山地幔柱事件的沉积与构造演化、火山活动过程中的沉积特征及沉积响应等研究表明,峨眉山地幔柱经历了岩浆深部活动、火山穹窿形成、火山喷发及地壳下沉等多个阶段。地幔柱除造成火山喷发外,还引发了很多与之相关的重要事件,如火山穹窿形成、地震、海啸及热液活动等,造成的沉积响应有沉积物同生滑动、热液沉积及风暴沉积等。其中,茅口组疙瘩状团块灰岩及其相关特征是沉积物同生滑动的结果,茅口组-长兴组中的燧石是岩浆分异的热液沉积,茅口组地层中的泥质及其中粗碎屑为风暴沉积。茅口组及吴家坪组杂乱沉积与地震活动有关,或许可以称之为“震积岩”。