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大陆边缘为何具有广阔成矿空间

——中国工程院院士裴荣富谈大陆边缘构造带和边缘构造区成矿有利度分析

2016-12-2 15:55:45 来源:中国矿业报 本报记者:刘晓慧

国土资源部“十三五”科技发展规划中明确提出,以“三深”为主攻方向和突破口,构建向地球深部进军、向深海空间拓展和深空对地观测的国土资源战略科技新格局。

国土资源部新闻发言人王昆日前表示,全国找矿突破战略行动第三阶段将特别以深地、深海、深空等“三深”科技发展战略为驱动,提升地质科技创新能力,加强关键技术和装备研发。

思路决定出路。当下的战略高度影响未来布局的广度。对深海深地深空的探索,是站在更长远的角度以战略眼光去规划未来,决不能以简单的、短期的经济利益来考量。

日前,由中国工程院院士裴荣富为首的研究团队承担的地调项目1∶100万海陆成矿系列编图更新已初步完成,范围覆盖西北、西南、东北、中南、黄海、东海和南海,共77幅。这在当前国土资源部提出的“三深一土”科技战略的背景下,对引导找矿突破具有突出重要的意义。中国矿业报记者日前就相关问题采访了裴荣富院士。

记者:请您介绍一下1∶100万海陆成矿系列编图更新是一个怎样的项目,有何意义?最终解决了哪些地质理论问题?形成了哪些新的认识?

裴荣富:该成矿图是在世界地质图委员会(CGMW)立项完成的1∶25M世界大-超大型成矿图、1∶25M全球海洋矿产资源图和地形地貌图、1∶10M亚洲成矿图的基础上,在中国地质调查局立项的国际项目。这项成果应是国土资源部“三深一土”中深地深海科技创新的宏观基础。

1∶100万海陆成矿系列编图更新主要是结合全球海陆演化、海陆的形成与发展等,对大陆边缘构造带和边缘构造区成矿进行有利度分析。

记者:请您详细介绍一下全球海陆演化的海陆成矿地质历史与地质找矿的关系。

裴荣富:全球海陆变化是在最早的大陆漂移学说基础上,发展为海底增生-大陆裂解离散-洋中脊形成-推挤洋壳向陆缘消减-陆缘增生-陆陆汇聚-碰撞造山。那么,全球陆洋演化的海陆成矿地质历史是怎样形成的?根据古地磁、岩相古地理及古环境,由震旦纪到显生宙,再到现代的不同洋陆演化过程,可概括为三大类:洋环陆及洋中陆、洋中陆及洋环陆、洋环陆、洋环陆和陆中海。而中国大陆的洋陆匹配构造属陆中海。

大陆陆壳的形成与发展经历了陆核-地块(台)-联合大陆-大陆裂解-陆缘增生-碰撞造山的演化过程。地壳通过不均一性分异,形成大陆型地壳和大洋型地壳,大陆裂解、洋壳向陆缘消减和陆-陆碰撞拼接,则形成具有不同构造特征的大陆边缘。以中国大陆已存在的3条陆壳对接消减带为界,划分为5个大陆边缘构造带,进一步区分出13个次一级的边缘构造区及其内在的53个时空配置结构,并据现有矿产地计算了边缘构造区的矿产发现几率。长期以来的研究表明,大陆边缘构造复杂,岩浆活动强烈,是成矿作用最为活跃的地带之一。因此,认识和研究海陆成矿的大陆边缘,包括其形成、演化、内部构造的时空配置结构以及构造属性,具有重要意义。我们在海陆演化时空配置不同构造的基础上开展矿调,即把不同矿种的矿床(点)进行等量或等密度的聚类分析,并按不同量或不同密度的矿聚区划分出矿汇区。矿汇区即为最有远景的整装勘查区,比成矿规律推断得更为真实。

记者:什么是大陆边缘?认识和更深入研究海陆的形成与发展,对地质找矿具有怎样的意义?

裴荣富:认识大陆陆壳的形成与发展,是研究大陆边缘海陆形成与演化的基础。

对于地球表层的地质历史,按中国古地理图集(王鸿祯,1985),可以将大陆陆壳的形成与发展分为4个阶段:陆核形成阶段,地台形成阶段,联合古陆形成阶段,联合古陆解体阶段。这4个阶段,可以概括为陆核-地块(台)-联合大陆-大陆裂解-陆缘增生-碰撞造山的演化过程。而伴随着大陆陆壳形成、演化的每一过程,均有着不同类型的大陆边缘。在地壳的形成与发展过程中,由于地球圈层互动的不谐调(同步)以及地壳作为地球表层的薄壳,活动性相对较强,必然导致其在空间上出现不均一性分异现象。地壳最明显的不均一性分异表现为大陆型地壳的裂解和大洋型地壳的形成。大陆和大洋型两类地壳分异的界线不是截然的。不同性质的两类地壳在分异的相互转换过程中,由于陆壳自身的构造变动以及洋壳向陆壳的俯冲作用,在大陆和大洋两种类型的地壳之间多形成过渡型地壳。其中,大陆一侧的过渡带即为大陆边缘。随着全球地质构造动力作用的不同,大陆边缘在不同构造部位的构造样式也不尽相同,有的大陆边缘仅为陆壳和洋壳的简单连接带,有的则较复杂,并可以发育为有边缘(弧后)海和岛-弧-沟的体系。由于陆缘和洋壳的相互构造作用,增长中的陆壳在拉伸构造条件下,其陆内和陆缘可以发育裂陷海槽(带)和裂谷,若进一步扩张发展,可出现洋壳并形成洋壳沉积组合,但周围无边缘海和外海。裂陷海槽受构造作用也可形成陆内的陆缘褶皱带。大陆内的陆缘及其在裂陷海槽发展过程中,断裂构造非常发育,而且常出现同沉积断裂,并控制陆缘沉积作用。另外,陆缘也因受强大挤压应力作用,易于形成释放该应力的边缘构造而出现大规模平移断裂带和巨型剪切构造带,这些构造带也是大陆边缘形成的另一类特殊的重要构造现象。

西伯利亚-蒙古大陆边缘构造带

记者:中国海陆边缘构造带与边缘构造区具有怎样的特点?

裴荣富:按上述地壳和大陆边缘的形成与演化规律,可将在地球表壳上占据一定构造位置和范围的稳定大陆或几个稳定大陆周围或其间的活动区作为一个构造,整体划分为大陆及大陆边缘构造带。在中国大陆,由北到南以艾(比湖)-居(廷海)-索(伦)-西(拉木伦),修(沟)-玛(沁)-山(阳)-桐(域)和班公错-怒江3条陆壳对接消减带为界线,可以划分为:北方(西伯利亚-蒙古)大陆边缘构造带、华北-塔里木大陆边缘构造带、南部大陆边缘构造带、南方(冈瓦纳)大陆边缘构造带以及东部(滨西太平洋)边缘构造带。在上述5个大陆边缘构造带的内部,以稳定地核为中心,在地质历史发展的不同阶段,历经吕梁、晋宁、兴凯、加里东、印支、海西、燕山和喜山8个地质时期向外侧增生活动,进一步形成13个次一级大陆边缘构造区以及边缘构造区内的地台、隆起、裂(坳)陷和褶皱等53个时空配置结构。

记者:中国大陆边缘构造带和边缘构造区具有怎样的成矿特点?对今后大陆边缘找矿具有怎样的意义?

裴荣富:从上述中国大陆边缘构造带和边缘构造区的划分以及矿产地产出的几率来看,边缘构造区成矿总体比陆内有利。参照蒋志等编制的中国地壳演化与矿产地分布图统计,中国大陆边缘构造带和边缘构造区的矿种包括黑色金属3种:铁、锰、铬;有色金属11种:铜、铅、锌、钨、锡、钼、汞、锑、镍、钉、铝;贵金属2种:金、银;冶金辅助原料矿产3种:耐火粘土、萤石、菱镁矿;化工原料矿产8种:硫、磷、重晶石、硼、芒硝、纳盐、天然碱、钾盐;建筑原料及其他矿产11种:水泥灰岩、石材、玻璃硅原料、高岭土、膨润土、石膏、石墨、石棉、滑石、白云母、金刚石;能源矿产2种:煤、石油。其中,不同历史时期产出在古大陆增生边缘的裂陷区和褶皱带内的矿产地有1181个,占中国大陆1750个矿产地的67%。大陆边缘构造带的总体面积为3752280平方千米,其中东南沿海、华北地台、扬子地台、华夏古陆和冈底斯地块边缘构造区的成矿几率最大。因而深化研究大陆边缘有利成矿的机制,应是今后大陆边缘找矿可持续发展的重大科学问题。

记者:大陆边缘有利成矿的关键因素是什么?请您从更广的范围谈谈海陆成矿意义及应用。

裴荣富:根据上述大陆边缘构造带和边缘构造区成矿有利度分析,结合其成矿系列类型专属,可以认为大陆边缘具有广阔的成矿空间和多种成矿系列类型的成矿专属条件。多年来,已有很多学者对大陆边缘成矿作用发表了大量论述,且均认为大陆边缘有利于成矿。其中,总结出大陆边缘产出超大型矿床的10个有利基本因素:深浅成矿作用易于沟通,成矿流体汇聚场所,成矿物源丰富多样,热动力异常,大构造密集长期活动,壳幔物质循环作用显著,多种成矿的地质环境,地质历史漫长,多种临界转换成矿动力控制,多期叠加成矿和矿床的适度保存等。这些因素无疑是大陆边缘有利成矿因素的大全,但是,它们都是有利成矿作用“源”、“运”、“储”三步曲的普遍性认识。我们认为,大陆边缘有利成矿的关键,不仅仅在于具有这10个基本因素,更重要的是这10个因素在一定地质进程内必须达到耦合,一般耦合成中小型矿,最佳耦合才能成大-特大矿。发现最佳耦合的机制及其发生在大陆边缘区的时空位置,则应是圈定有利成矿靶区的关键。但是,这一最佳耦合靶区时空位置又如何选定呢?深入研究10个有利成矿因素的最佳耦合机制,是当前大陆边缘成矿的重要科学问题,但同时还应研究大陆边缘有关矿集区的内部结构,发现其中最密集的矿汇区,然后按矿汇区中矿床的最大储量相对丰度及其与其成矿时限的相关关系,从中发现在一定时限内相对的最大金属堆积强度的矿床位置,即为最佳耦合时空部位。这以中国金矿床(点)密度图的矿集区及矿汇区最为典型。

总之,全球海陆成矿具有洋环陆、洋中陆和陆中海三大洋陆构造背景,并有利于从老(大陆)论新(海洋),以新证古,辩证地论证成矿规律。□

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