PDF《碰撞造山过程中流体向前陆盆地大规模迁移》

年矿床地质第卷第期文章编号 碰撞造山过程中流体向前陆盆地大规模迁移 汇聚 来自长江中下游三叠纪膏盐建造 和区域蚀变的证据 Ξ 侯增谦 杨竹森 李荫清 曾普胜 蒙义峰 徐文艺 田世洪 中国地质科学院矿产资源研究所 北京 摘要文章通过对长江中下游的地质调查 提出了大规模流体迁移汇聚的 个地质证据 ≠ 穿切寒武系 三叠 系的大面积白云石化和硅化蚀变域 整体上发育在沿江成矿带与大别造山带的夹持地带 蚀变域内强弱相间的蚀变 带呈 ? 向展布 受垂直于大别造山带的断裂系统控制 可能记录了长距离迁移的流体活动轨迹 沿江局限盆地 内大量发育的中下三叠统巨厚的膏盐建造 其结构构造特征揭示了区域热卤水在局限盆地内的排泄汇聚与化学沉 积对其形成有重要的贡献 ≈ 早中三叠世同生沉积的铁碳酸盐建造和块状硫化物铁铜铅锌矿床 与膏盐建造或呈互 层 或者分离 但均具有相同的产出层位和密切的伴生关系 是高盐度热卤水同生沉积的产物 ? 根据调查结果 结合 前人资料 提出了大别碰撞造山过程中流体迁移汇聚与成矿的概念性模式 ? 关键词 地质学 大规模流体迁移 碰撞造山 膏盐建造 区域蚀变 长江中下游 中图分类号 ° 文献标识码 造山作用过程中的地质流体 作为一种重要的 介质 其迁移 汇聚直接关系到金属元素的活化 搬运 堆积成矿作用 !油气的传输 运移 成藏过程以及煤 系的生成 变质作用 因此 一直是地质学家们十分 关注的科学问题 ? 大洋钻探研究证实 洋壳板片俯 冲过程中 从俯冲板片排挤出的流体沿俯冲带向上 回流 并在增生楔和前陆大量汇聚 ?° ≥ ° ? √ 和?研究表明 大陆板块汇聚 碰撞过程中 流体 流从主碰撞带向前陆方向迁移汇聚 导致 ? * 型°矿床与油气田的共存发育 ? 对≥∏?前陆盆地内流体流的数值模拟表明 向前陆盆地汇聚的流体 具有跨盆地的温度递变 最 高排泄温度可高达 ε 并引起含沥青煤向无烟煤 的递进变质 ? 应该指出 这些认 识虽给人以深刻的启迪 但仍带有一定的推断性 ? 长江中下游成矿带是中国东部的一条独具特色 的≤∏!? ! ∏大型成矿带 图?构造上 它历经了 古生代的伸展裂陷和早中生代的浅海台地沉积 于 中三叠世 伴随着向北俯冲的扬子陆块与华北陆块 的强烈碰撞和大别碰撞造山带的形成 发育成为典 型的前陆盆地 ?该成矿带不仅拥有众多与古生代热 水流体活动和燕山期岩浆活动有关的大型 ≤∏!? ! ∏矿床 常印佛等 翟裕生等 唐永成 等 而且发育大量的热卤水沉积的三叠纪膏 盐建造及同层位的 ? !≤∏!° ! 矿化 同时伴有由 水 岩反应形成的大面积硅化和白云石化 是研究碰 撞造山作用过程中大规模流体侧向迁移 汇聚的理 想地区 ?本文以野外地质调查为基础 重点描述前 陆盆地内中三叠世卤水沉积建造及其下伏地层的白 云岩化 ! 硅化的时空分布 以及膏盐建造的精细结构 与伴生矿化组合 初步论证碰撞造山过程中流体向 前陆盆地的迁移 汇聚过程 ? Ξ 本文得到国土资源部专项研究计划/ 大型矿集区精细结构与含矿信息0 和国家自然科学基金重点项目 的联合资助 第一作者简介 侯增谦 男 年生 博士 研究员 从事矿床学 !地球化学研究工作 ? 收稿日期 改回日期 ?李 岩编辑 ? 图 长江中下游成矿带构造格架与矿集区分布图 据°略修改 * ? ) 郯城 庐江断裂 ÷ ? ) 新县 广济断裂 ≠ ≤ ? ) 宜昌 常州断裂 ? * ≠ ∏ ° * ? ? ? 地质背景与成矿作用 长江中下游成矿带位于扬子陆块北缘 构造上 处于扬子与华北陆块交接处 相当于大别 ) 苏鲁造 山带的前陆带 经历了复杂而独特的发育历史 ? 扬 子陆块具有/ 一盖多底0的地壳结构特征 其基底可 划分为 种类型 自南而北为 ≠ 江南中元古代复理 石基底 出露于扬子陆块核部 崆岭 ) 董岭晚太古 中元古古陆核式基底 出露于长江中下游成矿带中 轴地带 ≈ 神农架中元古碳酸盐基底 …武当 ) 张八 岭中晚元古代裂陷槽式基底 出露于大别造山带西 南缘 常印佛等 ?经晋宁运动 各基底汇聚拼 贴形成扬子陆块 ? 航磁资料显示 大致以大冶 ) 九江)铜陵 ) 芜湖一线为界 两侧具有不同的变质基 底 暗示长江中下游成矿带处于两种不同的基底拼 接带上 ?自震旦纪始 基本固结的扬子陆块接受连 续统一的盖层沉积 并分别记录了扬子陆块北缘由 区域张裂到陆内造山的发育历程 ? 震旦系 下三叠统构造层发育稳定 无显著 的褶皱变形和强烈的岩浆活动 主体为陆表海环境 但局部表现为拉张裂陷 ? ? ≤ 之交 沿长江沿岸形 成向北东开裂的裂陷槽 随之出现大规模海侵 接受 浅海 滨浅海相碳酸盐沉积 ? ° * 之交 发育海退序列 早中三叠世全面 海退 沉积海陆交互相含煤建造 标志着华北与扬子 陆块于此间发生碰撞造山作用 ? 古地磁资料也显 示 从早三叠世开始 相对分离的华北与扬子陆块的 古磁极从不同方向向中高纬度游移 古纬度曲线逐 渐靠拢并走向重合 翟裕生等 ? 中三叠统 中 侏罗统构造层 为区内第一个陆相盖层构造层 也是 华北与扬子陆块碰撞造山作用在前陆盆地的沉积记 录 ?中三叠统下部为厚达 ? 的膏盐建造 上部为陆相碎屑岩建造 ?中侏罗统下部发育典型的 磨拉石建造 标志着本区于中侏罗世大规模抬升 ? 上侏罗统 下白垩统构造层与上下构造层均呈角度 不整合 ? 之交 发生大规模的岩浆侵入和喷发活 动 形成以钙碱性埃达克岩 为特征的中酸 性侵入岩 王强等 随之发生白垩纪双峰式火 山活动 常印佛等 标志着区域应力场此间由 挤压向伸展转变 ? 伴随着强烈的岩浆活动 形成著 第卷第期侯增谦等 碰撞造山过程中流体向前陆盆地大规模迁移汇聚 名的长江中下游中酸性岩浆岩带 ? 对应于上述 个构造事件 长江中下游出现了 个重要的成矿期 即≠碰撞前的 ≥∞?∞÷ 型≤∏ 成 矿期 发育于 ? ≤ 之交的裂陷槽环境 在局限盆地内 发育了 ≥∞?∞÷ 型块状硫化物矿床 如新桥矿床和武 山矿床等 成矿年龄分别为 ? 和?谢华光等 李文达等 碰撞 期前陆膏盐 硫化物成矿期 发育于中三叠世前陆盆 地环境 沿长江中下游成矿带出现 倪若水 ≈ 碰撞后陆内 ≤∏ ∏和?成矿期 产于碰撞地壳伸 展环境 与燕山期中酸性侵入岩有关 成矿时限为 ? 成矿高峰集中在 ? 唐永成 等 陈江峰等 李文达等 ? 这期成矿作用 时间上具有继承性 早期成矿成为晚期成 矿的胚基 晚期成矿作用成为早期矿床叠加富集的 根源 空间上具有共存性和群集性 集中出现于几个 重要的矿集区内 图°?总体上 由 长江中下游成矿带中段向两侧 矿集区的金属组合 由≤∏ ? ∏组合向 ≤∏ ° 组合变化 图?特别值得注意的是 长江中下游成矿带的两端 分别发 育了油气盆地 东北端为苏北油气田 西南端为江汉 油气田 ? 大规模流体迁移汇聚的地质记录 根据理论模式 √ 推测 伴随着扬子 陆块与华北陆块在中三叠世的大规模碰撞 随扬子 板片俯冲并埋藏于增生楔下的被动陆缘海底沉积物 发生压实和挤压 排泄出大量流体 可能沿俯冲滑脱 带向上回流 并向前陆盆地方向迁移 ? 在长江中下 游成矿带 记录了这次大规模流体迁移 汇聚事件的 地质记录主要包括 ≠ 沿垂直于大别造山带的断裂 系统穿切寒武 三叠系地层的大面积白云石化和硅 化蚀变带 在沿江局限盆地中大量发育的中三叠 世膏盐建造 ≈ 与膏盐建造同层位的铁碳酸盐建造 和层状 似层状黄铁矿 铅锌矿化 ?

2 1 中三叠统膏盐建造 膏盐建造时空分布 中三叠世构造层是扬子与华北板块碰撞与造山 的重要记录 是构造转折期 海相环境 ψ 陆相环境 的重要产物 ?中三叠世构造层中最具标志性的产物 是膏盐建造 即由白云岩 !石膏和硬石膏构成的岩 系 沿江广泛分布 西起黄石 东抵镇江 延绵 其中 大中型石膏 !硬石膏矿 余处 图?据图长江中下游地区三叠纪岩相古地理与膏盐建造及相关矿床分布图 据王文斌等 范洪源等 毕仲其等 略修改 ? * ∏ ∏ ≠ ? ? 矿床地质年生物地层对比 其地质年代在鄂东为早三叠世奥伦 尼期 * 嘉陵江组 而在苏皖一带则为中三叠世安 尼锡期 * 东马鞍山组和周冲村组 ? 岩相古地理 分析表明 在中下三叠世 以九 ) 瑞为界 发育东西 两个大型沉积盆地 它们均受同沉积构造或基底断 裂系统的控制 王文斌等 ? 东部盆地呈 ∞ 向展布 南浅北深 沉积中心位于南京 ) 含山一带 最大沉积厚度达 余米 ? 横向上 沉积相由东南 侧的潮坪碳酸盐相向盆地中心的泻湖碳酸盐 硫酸 盐相递变 垂向上潮坪 泻湖相膏盐建造向三角洲相 碎屑岩建造和沼泽相含煤建造演变 毕仲其等 西部盆地呈 ? 向展布 沉积中心位于大冶 一带 发育厚达千米的白云岩 膏盐建造 范洪源等 图?区域上 中三叠统膏盐岩系的下伏岩系为不透 水的泥岩岩系 上覆岩系为呈整合产出的薄层泥岩 和泥质粉砂岩 ? 膏盐岩系一般厚百余米 最大厚度 达 余米 呈透镜状或沙丘状 彼此在同层位孤立 分布 ?岩石组合主要由灰岩 白云岩 硬石膏组成 三 者常交替产出 形成韵律层 反映卤水发生周期性沉 积?膏盐层相结构 图 对比了长江中下游地区几个典型的膏盐建 造剖面 ?总体上 该建造由 个单元构成 下部单元 主要为纹层状白云岩和含白云石的块状硬石膏岩 中部单元为条带状和条纹状硬石膏岩及互层白云 岩 上部单元为泥质白云岩和白云质灰岩 ? 但不同 地区 膏岩建造的岩相特征不尽相同 图 ?在南京 周冲村等地 下部单元的下段为灰黑色纹层状白云 岩 遭受硬石膏交代 局部硬石膏化 毕仲其等 中段为灰黑色纹层状白云岩与细粒硬石膏互 层 上段主要为块状含白云石硬石膏 中部单元为纹 层状的白云石 硬石膏岩与灰黑色纹层状白云岩互 层 间夹生物碎屑灰岩 上部单元为微晶灰岩和白云 质灰岩及少量微晶白云岩 ? 在含山陶家厂等地 下 部单元虽未见底 但主体由灰黑色白云岩构成 间夹 细粒硬石膏层 ? 中部单元由多次韵律重复的角砾 状!块状 ! 条带状和纹层状硬石膏岩组成 自下而上 角砾状 ψ 块状 ψ 条带状 ψ 条纹状硬石膏岩依次递 变 ?上部单元为以白云岩团块为主体的膏溶角砾 岩 ?在含山古昭关等地 中 !上部单元发生膏溶 形 成以白云岩角砾为主体的膏溶角砾岩 其中钙泥质 胶结的角砾岩再次破碎 被具梳状构造的粗晶方解 石所胶结 ? 图 长江中下游地区中三叠统代表性地层柱状对比图 资料来源于沿江各省局区调报告 ? √ * ∏ ≠ 第卷第期侯增谦等 碰撞造山过程中流体向前陆盆地大规模迁移汇聚 图 长江中下游地区中下三叠统膏盐 建造细结构柱状图 ? ≤ ∏ ∏ ∏ * ∏ ≠ 特别需要指出的是 这些膏盐建造中发育了几 种指示成因意义的结构构造 ? 其一是脉状 网脉状 构造 主要见于下部单元的白云岩层和角砾状及块 状硬石膏岩中 脉体宽 ? 呈细脉和网脉产 出 由白色粗晶硬石膏构成 在白云岩层中 细脉切 穿层理 反映石膏细脉形成于白云岩之后 在角砾状 硬石膏岩中 硬石膏脉仅见于其中的白云质泥岩角 砾内 但不穿切周围的硬石膏胶结物 显示在泥岩破 碎成角砾之前曾发育硬石膏细脉 反映了以硬石膏 细脉为标志的热水活动的存在 ? 其二是角砾状构 造 至少有两类 一类是所谓的膏溶角砾岩 主要由 碎块状白云岩团块构成 角砾呈颗粒支撑 系石膏溶 蚀后的垮塌产物 另一类是含大量角砾的石膏岩 广 泛见于中部单元 角砾成分以黑色白云质泥岩为主 细晶白云岩次之 此外见有细晶硬石膏角砾和黑色 硬石膏角砾 ? 角砾多呈棱角状 大小不等 粒径 ? 杂基支撑 胶结物均为中粗晶硬石膏 反映 了卤水池内快速滑塌堆积的构造特征 ?在含山陶家 厂 黑色硬石膏角砾富含有机质 常由单颗粒巨晶硬 石膏破碎形成 沿硬石膏解理缝充填有机质 与之伴 生的纹层状和块状硬石膏岩内常发育有机质纹 暗 示硬石膏的形成环境似乎为缺氧的还原环境 ? 这些 角砾状硬石膏岩常与其上的块状和纹层状硬石膏呈 互层产出 其底面显示冲刷特征 ? 其三是纹层状和 条带状构造 常见于中部单元的硬石膏岩和泥质白 云岩夹层中 ? 在硬石膏岩中 纹层或条带主要由细 晶硬石膏和微晶硬石膏微层构成 显示由细晶硬石 膏向微晶硬石膏渐变过渡的粒序变化 反映了典型 的化学沉积特征 ? 其四是交代结构 常见于中下部 单元的泥质白云岩中 岩石中的微细粒状硬石膏集 合体交代早期的自形板.