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随着秦(岭)-祁(连)-昆(仑)中央造山带被确认为地质历史上早古生代原特提斯洋闭合消减产物的认识逐渐被学界接受(Xu Zhiqin et al.,2015;Zhao Guochun et al.,2018;李文渊,2018;吴福元等,2020),地质历史上晚古生代—早中生代古特提斯作用的概念愈来愈受到人们关注(Zhao Guochun et al.,2018;吴福元等,2020;李文渊等,2022)。作者等在之前的研究已经将青藏高原及其邻区构造演化三分为早古生代(750~420 Ma)的原特提斯、晚古生代—早中生代(420~200 Ma)的古特提斯和中新生代(200~65 Ma)的新特提斯三个阶段,而古特提斯的研究最为薄弱,尤其是与其相关的成矿作用。
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本文讨论了古特提斯洋的开启—闭合时限,并且在古特提斯构造旋回演化的基础上,将古特提斯成矿作用划分为与离散有关的成矿作用和与聚敛有关的成矿作用两大类。文章将早泥盆世夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床厘定为古特提斯裂解产物(李文渊等,2022a,2022b),将晚三叠世大红柳滩超大型伟晶岩型锂矿床厘定为古特提斯碰撞-后碰撞的产物(李文渊等,2024),并对分布于青藏高原北部的整个古特提斯区域在不同构造演化阶段对应发生的成矿作用进行归纳梳理,重新勾画古特提斯构造演化与成矿作用的轮廓,探讨构造事件与成矿作用关系,为深入开展古特提斯构造演化-岩浆活动-成矿作用系统研究奠定基础。
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1 古特提斯构造形迹辨识及构造演化认识
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1.1 古特提斯构造形迹
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板块构造理论提出后,对分布于欧亚大陆南侧的特提斯构造域有了地质历史上消失的“古特提斯洋”的认识(Stöcklin,1974;Sengör,1979; Stampfli and Borel,2002)。相对于古特提斯洋,新特提斯洋的概念是清晰的,是欧亚大陆与印度次大陆、阿拉伯半岛和非洲大陆之间碰撞造山之前的大洋,新特提斯洋裂解形成于中生代,其中东段印度次大陆与欧亚大陆之间的缝合碰撞时间大致是新生代渐新世(65 Ma),而西段非洲大陆与欧亚大陆之间的闭合碰撞,至今残存有地中海将两大陆分开。地质学研究表明,欧亚大陆南侧除了新特提斯洋闭合遗留下来的洋壳缝合带蛇绿岩外,还有更古老的蛇绿岩存在(Keppie,2015; Torsvik and Cocks,2017)。
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青藏高原及邻区的研究表明,除了代表新特提斯洋闭合的⑦班公湖-怒江-腾冲缝合带和⑧雅鲁藏布-印缅缝合带这两条新特提斯洋缝合带外,尚存在更古老的两期缝合带(Pan Guitang et al.,2012; 吴福元等,2020):一期是形成于早古生代奥陶纪—志留纪的原特提斯洋缝合带,为分布于北秦岭、祁连、东、西昆仑的① 北祁连-宽坪缝合带、②柴北缘-商丹缝合带及③库地-中昆仑缝合带三条原特提斯洋缝合带;另一期是形成于晚古生代—早中生代的二叠纪—早三世古特提斯洋缝合带,残存于东、西昆仑的南部和南、北羌塘地块之间的④康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带、⑤西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山缝合带及⑥龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带(图1)。
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三条古特提斯洋缝合带为我们辨识古特提斯构造形迹提供了约束,是开展古特提斯洋构造演化研究的基础。由于这三条古特提斯洋缝合带是对原特提斯洋构造的继承,而新特提斯洋构造又对它们进行改造,我们必须对这上述缝合带展开谨慎的考察与分析。
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1.1.1 康西瓦-阿尼玛卿-勉略古特提斯洋缝合带
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在西昆仑表现为南昆仑地体与巴颜喀拉地体之间的康西瓦缝合带,南昆仑与北昆仑地体之间是原特提斯的库地缝合带。由于南昆仑地体组成复杂,原特提斯和古特提斯构造形迹交织,学界观点存在诸多争议(肖文交等,2000;Xiao Wenjao et al.,2002)。康西瓦缝合带向东与东昆仑的阿尼玛卿缝合带相连,表现为昆南地体南缘的缝合带;昆南和昆北地体之间的昆中缝合带以早古生代的清水泉蛇绿岩为代表,属于原特提斯缝合带,于440 Ma左右关闭。但昆南的阿尼玛卿古特提斯洋缝合带,出露的一系列蛇绿岩表现为早古生代和晚古生代两期,与昆南地体发育的510~400 Ma和240~210 Ma的花岗岩相对应,并有泥盆纪和三叠纪两期磨拉石建造,反映了原特提斯洋和古特提斯洋的两期俯冲和碰撞造山事件。
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从西昆仑到东昆仑,除了北昆仑(昆北)与南昆仑(昆南)地体之间是原特提斯缝合带之外,南昆仑(昆南)南缘的古特提斯缝合带中,也发现了早古生代的蛇绿岩(裴先治等,2018),说明传统认为的康西瓦-阿尼玛卿古特提斯缝合带,其实是在原特提斯缝合带基础上再次开裂、扩张和闭合的结果。这个原特提斯缝合带不是以往认为的库地-中昆仑原特提斯缝合带,而是在南昆仑或昆南地体的南缘。可见,昆仑地区的原特提斯缝合带与古特提斯缝合带是交织在一起的,但它们具有明确的先后关系,先前原特提斯洋的缝合带往往是古特提斯洋再次开裂的薄弱带。这为我们思考原特提斯洋的闭合和古特提斯的开裂提供了一种新的视角:原特提斯洋的闭合除了分布在北秦岭、祁连和东、西昆仑的早古生代缝合带之外,在西段的东、西昆仑古特提斯缝合带上曾存在早古生代原特提斯洋的闭合。这个洋可能是原特提斯洋弧后盆地的扩张洋,稍晚于主洋的闭合。在这个闭合的弧后盆地扩张洋的位置,开启了新一轮古特提斯洋开裂、扩张、消减、闭合和碰撞造山的演化。
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学界普遍认为康西瓦-阿尼玛卿缝合带向东与南秦岭-扬子克拉通之间的勉略带相接(Pan Guitang et al.,2012; 吴福元等,2020),构成了康西瓦-阿尼玛卿-勉略古特提斯洋缝合带,并与南面的西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘古特提斯洋缝合带之间,构成了一个呈东西向长达2800 km的带状西昆仑—松潘—甘孜构造地体(图1,图2)。该地体西窄东宽,在地体中和缝合带两侧有大量的三叠纪花岗岩发育,并在东、西两端形成了晚三叠世甲基卡和大红柳滩两个超大型伟晶岩型锂矿田。
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古特提斯洋缝合带限定了古特提斯洋闭合后造山作用构造形迹的分布范围,但并不能构建古特提斯洋裂解离散作用的构造形迹。这也是古特提斯洋开裂时限至今仍存在争议的原因(Mattern and Schneider,2000; Pan Guitang et al.,2012; Moghadam et al.,2015; Zhang Xiuzheng et al.,2016; Li Jianghai et al.,2017; 吴福元等,2020)。实际上,分布于东昆仑阿尼玛卿缝合带以北,在昆中古元古界金水口群基底中产出的与早泥盆世(411 Ma)镁铁-超镁铁质侵入岩相关的夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床,是古特提斯裂解事件的产物。昆中原特提斯洋缝合带是一薄弱带,为古特提斯洋的裂解软流圈部分熔融形成的幔源镁铁质岩浆上侵提供了通道。因此,古特提斯洋离散作用留存的构造形迹与聚敛作用形成的地质建造并不完全重合。近年来,构造地质学研究发现与古特提斯裂谷镁铁-超镁铁质岩侵入作用相配套的双峰式火山岩(Li Ruibao et al.,2020)。同时,东昆仑原特提斯洋奥陶纪榴辉岩的发育(Mattern and Schneider,2000; Xiao Wenjiao et al.,2002; Yuan Cun et al.,2002),进一步说明了原特提斯洋闭合碰撞造山后古特提斯洋再次裂解扩张成洋的事实。
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图1 特提斯缝合带构造分布示意图(缝合带位置据吴福元等,2020修改)
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Fig.1 Schematic diagram of structural distribution of Tethys suture zone (the suture belt position was modified from Wu Fuyuan et al., 2020)
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原特提斯缝合带:①—北祁连-宽坪缝合带;②—柴北缘-商丹缝合带;③—库地-中昆仑缝合带;古特提斯缝合带:④—康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带;⑤-西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山缝合带;⑥—龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带;新特提斯缝合带:⑦—班公湖-怒江-腾冲缝合带;⑧—雅鲁藏布-印缅缝合带
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Proto-Tethys suture zone: ①—North Qilian-Kuanping suture zone; ②—North Qaidam margin-Shangdan suture zone; ③—Kudi-Central Kunlun suture zone; Paleo-Tethys suture zone: ④—Kangxiwar-Animqing-Mianlue suture zone; ⑤—Xijinwulan-Jinshajiang-Ganzi-Litang-Ailaoshan suture zone; ⑥—Longmuco-Shuanghu-Changning-Menglian suture zone; Neo-Tethys suture zone: ⑦—Bangong-Nujiang-Tengchong suture zone; ⑧—Yarlung-Tsangpo-Indo-Burma suture zone
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1.1.2 西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山古特提斯洋缝合带
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羌塘地块北缘的西金乌兰-金沙江缝合带,其南部与哀牢山缝合带相连,再向南进入越南境内的松马缝合带,然后向东南经过我国海南岛南部二叠纪蛇绿岩,转向太平洋体系。其闭合时间,普遍认为在二叠纪末期,但其俯冲极向存在争论。在此处发现的蛇绿岩主要形成于泥盆纪—石炭纪,少数为二叠纪。在西金乌兰-金沙江-哀牢山缝合带之北,还有甘孜-理塘缝合带,因此将其古特提斯缝合带统称为西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山缝合带(图1)。甘孜-理塘缝合带与西金乌兰-金沙江-哀牢山之间是义敦岛弧,蛇绿岩主要限定在二叠纪—早三叠世,它们之间的前后时代关系可能代表了它们的主次成因关联。西金乌兰-金沙江-哀牢山缝合带是主洋闭合的产物,而甘孜-理塘缝合带则可能是由弧后扩张的次生洋盆闭合而成。
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西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带与康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带之间的西昆仑-松潘甘孜三叠纪巴颜喀拉地体,其西窄东宽喇叭状的特点,可能与古特提斯洋石炭纪呈喇叭状大洋的特点相对应(图2)。越过阿尔金断裂构造,西金乌兰缝合带在西昆仑与康西瓦缝合带逐渐合并,最终形成一条呈东西向展布的缝合带,通过紧束的帕米尔结构带,向西延伸至境外西亚国家(图1)。据此推测,西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山缝合带与康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带,上述两条古特提斯洋缝合带,可能分别代表了喇叭状古特提斯大洋在东段南、北两侧的洋壳俯冲消减作用。中间新生岛弧相隔形成了两条缝合带,向西形成的一条缝合带反映了大洋两岸的汇聚作用。受到后期深大断裂走滑作用的截断,西昆仑缝合带西段表现为康西瓦缝合带向北与塔里木陆块相接,而东南段松潘-甘孜地区,甘孜-理塘缝合带则通过近南北向的龙门山断裂相截(Liu Xiaoqiang et al.,2019),与扬子陆块相接。因此,大红柳滩伟晶岩型锂矿与康西瓦缝合带有更为密切的关系,而甲基卡伟晶岩型锂矿则与甘孜-理塘缝合带关系密切。
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图2 古特提斯洋石炭纪古地理分布图(据李文渊,2018修改)
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Fig.2 Palaeogeographical distribution of Carboniferous of Paleo-Tethys Ocean (modified after Li Wenyuan, 2018)
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1.1.3 龙木错-双湖-昌宁-孟连古特提斯洋缝合带
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羌塘地块中间的龙木措-双湖缝合带由青藏专项1∶25万区调工作发现(李才,1987),此处有蛇绿岩残片、蓝片岩、榴辉岩、斜长角闪岩和麻粒岩产出。蓝片岩、榴辉岩测年结果显示其变质年龄集中于240~220 Ma,但麻粒岩却为427~422 Ma(李才等,2016),可见该缝合带既有早古生代末原特提斯构造的变质产物,也有早中生代古特提斯构造闭合的遗迹。据此,李才等(2016)认为,龙木措-双湖缝合带是南、北羌塘地体的分割位置,甚至认为是北方劳亚大陆和南方冈瓦纳大陆的重要界线(Zhai Qingguo et al.,2011)。但吴福元等(2020)认为南、北羌塘均属于冈瓦纳大陆,北羌塘大约330 Ma从冈瓦纳大陆裂解,且于晚三叠世闭合。龙木措-双湖缝合带向东延伸至云南的昌宁-孟连缝合带,向南进入缅甸东部、泰国和马来西亚境内,可能延伸至印度尼西亚的清迈-本洞-劳勿缝合带,所以将古特提斯缝合带总称为龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带(图1)。该缝合带向西越过阿尔金走滑断裂,要么消失,要么与新特提斯的班公湖缝合带西延汇聚(Pan Guitang et al.,2012)。
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从找矿发现来看,龙木措-双湖缝合带与西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带之间的北羌塘地块,与西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带和康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带之间的巴颜喀拉地体相比,晚古生代—早中生代古特提斯洋构造演化期间,前者发现的矿床数量十分有限,当然不排除地质勘查工作程度相对较低的原因,但在晚中生代—新生代新特提斯构造演化阶段发现然者涌、东莫扎抓等大型矿床,表明古特提斯洋构造演化阶段,二者的成矿面貌存在很大差异。反映了二者的主次关系。如何认识康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带、西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘-哀牢山缝合带和龙木错-双湖-昌宁-孟连三条古特提斯缝合带的地质意义,对理解古特提斯构造演化至关重要。本文从区域成矿的角度,认为前两者及其之间相关地质体,可能代表了喇叭状古特提斯大洋形成、扩张、俯冲消减和闭合碰撞造山演化与成矿作用发生的空间范围,是古特提斯的主洋发育位置。而地处羌塘地块中间的龙木措-双湖缝合带及其北羌塘地块,在古特提斯构造演化阶段处于次要地位。
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1.2 古特提斯构造演化
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1.2.1 古特提斯洋开启和闭合时限
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青藏高原北部的古特提斯构造,由于地势艰险、交通不便,因此对古特提斯与原特提斯阶段的研究较为薄弱,认识上存在分歧(Xu Zuochen et al.,2015; Wang Yuejun et al.,2018;吴福元等,2020)。古特提斯洋的发生、形成演化直至闭合碰撞造山,并未形成清晰的认识,因此其成矿作用的整体面貌亦就无从说起。
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古特提斯洋何时开裂亦并无明确意见,有观点认为是与原特提斯洋并存的洋,但从代表原特提斯洋的北祁连-宽坪缝合带、柴北缘-商丹缝合带和库地-中昆仑缝合带于440~420Ma基本闭合的事实了中国大陆最终的汇聚统一,是中国大陆上表现最为显著的构造运动。
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1.2.2 古特提斯洋的形成演化特点
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康西瓦-阿尼玛卿缝合带、西金乌兰-金沙江缝合带和龙木措-双湖缝合带三条古特提斯洋的缝合带所夹持的西昆仑-松潘甘孜地体和北羌塘地体,应该是古特提斯构造最为发育的地区,但不仅限于这两个地体。古特提斯裂解及其离散阶段的地质遗迹很有可能在原特提斯洋闭合的缝合带区域出露,例如与古特提斯缝合带相邻的库地-中昆仑-勉略原特提斯缝合带分布区域。新世纪中国地调局青藏高原1∶25万填图计划和相关编图研究已将这些地区晚古生代—早中生代地层进行对比归并,为后人认识古特提斯洋的形成演化提供了可能。本文借鉴前人综合研究成果,可将晚古生代泥盆纪—早中生代三叠纪古特提斯地质建造分布(潘桂堂和王立全,2013;计文化等,2014),大致划分为巴颜喀拉区、北羌塘区、昆北区、昆中区、昆南区、宗务隆山区和西秦岭区(图3)。
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很显然,不同分区之间,泥盆纪—三叠纪地质建造有较大差异,但总体表现为比较清晰的离散和聚敛两种大的构造环境。泥盆纪是古特提斯洋的开裂阶段。早古生代原特提斯洋闭合碰撞造山运动,使昆仑及相邻地区整体抬升为陆地,许多地区的早—来看(陈虹等,2014; ZhaoGuochunetal.,2018),本文主张古特提斯洋是原特提斯洋闭合后重新裂解、拉张形成的大洋(李文渊,2018; 李文渊等,2022a,2022b)。康西瓦-阿尼玛卿缝合带、西金乌兰-金沙江缝合带和龙木措-双湖缝合带三条古特提斯洋缝合带中,确实有早古生代的原特提斯时代蛇绿岩的存在,还有大量早古生代榴辉岩的发现,并且存在大量泥盆纪的磨拉石建造(吴福元等,2020),和代表陆内裂解环境的双峰式火山岩分布(LiRuibao etal.,2020)。综上,说明存在原特提斯和古特提斯两个阶段的大洋化构造旋回,特别是青藏高原北部存在两阶段构造的叠置现象。古特提斯裂解开始于早古生代原特提斯洋闭合碰撞造山结束后(440~420Ma)的晚古生代初早泥盆世(420~440Ma)。
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古特提斯洋的闭合碰撞造山时限相对比较清楚,与印支期造山作用相同,处于早中生代晚三叠世(220~200Ma)(StampfliandBorel,2002; Torsviket al.,2008; Metcalfe,2013)。其中,大量的中—晚三叠世壳源花岗岩分布和早侏罗世的磨拉石建造是重要证据。中国印支运动的研究由来已久,它代表中泥盆世沉积缺失,但作为造山运动的沉积响应,在缝合带的山前地区则形成早—中泥盆世前陆盆地沉积。巴颜喀拉地区整体少见泥盆纪沉积,仅在康西瓦-阿尼玛卿缝合带俯冲增生杂岩带中有残留。布青山蛇绿岩带获得辉长岩中的辉石40Ar/39Ar坪年龄为晚泥盆世(368.61±1.4Ma)和早二叠世(278.3±0.9Ma)(计文化等,2014),表明古特提斯至少在晚泥盆世已经出现了洋壳。在昆南的昆仑山口—西大滩一带发现晚志留世—早泥盆世的花岗岩基,反映了原特提斯碰撞造山过程诱发的壳源花岗岩持续演化。东昆仑中部出露有下泥盆统卡拉楚卡组和中泥盆统布拉克马什组,为前陆相滨海-浅海陆棚及台地相碳酸盐岩沉积,其中布拉克巴什组有火山碎屑岩产出。总体上,东昆仑零星出露早泥盆世沉积岩,从中泥盆世开始广泛沉积。早泥盆世有花岗岩体群侵入于古元古界金水口群中,并有镁铁-超镁铁质侵入体侵位于昆北和昆中的金水口群中,产出早泥盆世夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床。
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昆北地区上泥盆统耗牛山群河流相碎屑岩和火山岩磨拉石建造,反映了古特提斯洋演化的开始。晚泥盆世花岗岩呈岩株分布,规模变小,主要分布于祁漫塔格地区,具有陆内造山环境的特点。总体上,泥盆纪火山岩主要出露于中泥盆统布拉克马什组和上泥盆统耗牛山群和哈尔扎组中,出露于东昆仑格马龙一带,具有陆内双峰式火山岩的特点。东昆仑宗务隆山-西秦岭地区,宗务隆山泥盆纪缺失,西秦岭发育裂谷相深水沉积,主要为滨海相陆源碎屑岩和碳酸盐岩沉积,为厂坝-西成超大型Sedex型铅锌矿的形成提供了条件。南部的北羌塘地区与巴颜喀拉和东昆仑地区泥盆纪的沉积面貌不太一样,反映它们不同的构造背景,北羌塘泥盆纪为稳定地块的特点,类似克拉通陆表海的沉积特点,零星且连续分布泥盆纪地层,主要为细碎屑岩和碳酸盐岩沉积,未见火成岩分布。
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图3 泥盆纪-三叠纪古特提斯地质建造分区对比图(据潘桂堂和王立全,2013;计文化等,2014修改)
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Fig.3 Comparison map of geological construction zones of Devonian-Triassic Paleo-Tethys (modified after Pan Guitang and Wang Liquan, 2013; Ji Wenhua et al., 2014)
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石炭纪,正式进入古特提斯大洋发育阶段,形成了向东散开的喇叭状古特提斯大洋(图2)。巴颜喀拉区未见石炭纪沉积记录,可见它作为曾经的古特提斯大洋,由于随后的南、北两侧的俯冲消减,大洋洋壳已经消失殆尽,石炭纪沉积仅存于南北两侧的康西瓦-阿尼玛卿缝合带和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带的增生杂岩之中。康西瓦-阿尼玛卿缝合带晚古生代蛇绿岩主要发育于西昆仑的苏巴什、东昆仑的可支塔格、木孜塔格、库塞湖、阿拉克湖-东给措拉湖、阿尼玛卿等地,已获得早石炭世(340.3±11.6 Ma)—中二叠世(265±15 Ma)的年龄。西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带的甘孜-理塘蛇绿岩中在竹庆乡获得早石炭世—晚三叠世放射虫,并有多处蓝片岩发育,推测南侧的西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带,比北侧的康西瓦-阿尼玛卿缝合带所代表的洋壳发育时间更长(李龚健等,2013)。东昆仑昆北石炭纪火山岩发育,主要表现为大洋玄武岩的特点。进入晚二叠世,古特提斯洋分别向南、北双向俯冲。其中,康西瓦-阿尼玛卿缝合带向北俯冲的地质记录保存较多,形成长达2000 km的高压低温变质带。西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带向南冈底斯俯冲,古特提斯洋构成了欧亚大陆与冈瓦纳大陆之间的大洋。巴颜喀拉区为古特提斯洋盆,北侧表现为洋-陆俯冲的昆仑活动大陆边缘,南侧北羌塘表现为相对稳定的地块背景而与北侧的昆仑活动大陆边缘相区别。推测这是南北成矿作用发育差别的原因。
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三叠纪,进入古特提斯洋的大洋闭合阶段。长期以来,在古特提斯演化阶段没有独立出来以前,普遍将南、北羌塘之间的龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带作为原-古特提斯大洋的主洋来认识(Li Cai et al.,2007; Li Cai,2008; Zhai Qingguo et al.,2011),并与班公湖-怒江-腾冲新特提斯缝合带合称为班公湖-双湖-怒江结合带,作为原-古特提斯大洋最终消亡的主缝合带(Li Cai,2008)。因此,可认为是冈瓦纳大陆与欧亚大陆的对接带。但从古特提斯洋独立演化认识的视角出发,我们认为西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带与康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带构成了古特提斯主洋,并分别向南、北俯冲,构成了两条缝合带,向西拼成一条古特提斯缝合带延入境外。龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带可能是西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带向南俯冲,诱发的弧后有限洋盆。这个有限洋盆在早古生代原特提斯洋发育时,曾拉开过后闭合,晚古生代又再次被诱发拉开,其地质作用和成矿意义远无西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘和康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带重要。三叠纪巴颜喀拉区广泛分布的巴颜喀拉山群巨厚复理石建造,代表了古特提斯洋闭合演化阶段的沉积建造,与所有的大洋闭合区域上呈穿时的特点一样,但总体上古特提斯大洋中三叠世进入欧亚大陆-冈底斯大陆碰撞阶段,晚三叠世则开启后碰撞伸展环境。中三叠世的陆-陆碰撞的事件,代表了中国大陆演化地质历史上最重要的洋-陆转换的印支运动,造成了大规模有地幔贡献的深部地壳重熔事件,进而促成晚三叠世后碰撞伸展和大规模花岗岩作用的发育,这也是青藏高原北部晚三叠世各类内生成矿作用发育,形成众多大型-超大型矿床的原因。
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2 古特提斯成矿作用类型及其时空分布
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2.1 古特提斯成矿作用的类型
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晚古生代—早中生代古特提斯成矿作用形成的矿床类型繁多,仅选取中型以上的典型矿床归纳其成矿类型(表1)。如表1所示,不仅有与岩浆作用有关的内生矿床,例如东昆仑早泥盆世的夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床和西昆仑晚三叠世的大红柳滩超大型伟晶岩型锂矿床等;也有与化学沉积有关的外生矿床,例如帕米尔高原玛尔坎苏地区晚石炭世的奥尔托喀纳什大型沉积型富锰矿床等(李文渊等,2022a)。就内生矿床而言既有与幔源镁铁-超镁铁质岩有关的镍钴矿床,也有与壳源长英质岩-伟晶岩有关的锂等稀有金属矿床,以及大量与壳源长英质岩浆热液有关的矽卡岩型多金属矿床等(李世金等,2008;李洪普等,2009;高永宝等,2017;韩建军等,2020等)。总体上内生矿床产出远多于外生矿床,显然古特提斯成矿作用多与地质历史上的重要构造-岩浆作用有关。因此,对漫长地质演化历史中古特提斯成矿作用类型的考察,就不能局限于具体矿床成因的认识,而应更关注大的构造背景演化阶段成矿全貌的归纳。古特提斯构造演化在离散与聚敛两大阶段的成矿背景有很大不同,故我们将古特提斯成矿作用划分为与离散背景有关的成矿作用和与聚敛背景有关的成矿作用。
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2.1.1 离散背景有关的成矿作用
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从早泥盆世冈瓦纳大陆羌塘地块与欧亚大陆塔里木、柴达木、华北与华南陆块之间的裂解开始,沿着早古生代原古特提斯缝合带,幔源镁铁-超镁铁质侵入岩上升侵入,开启了古特提斯构造旋回和成矿作用,其典型标志是东昆仑夏日哈木早泥盆世超大型岩浆镍钴硫化物矿床的形成(李文渊等,2022a,2022b;表1、图4)。随着泥盆纪古特提斯裂谷的进一步发育,大陆裂谷海底环境提供了同生沉积铅锌矿床形成的条件,以西秦岭西成厂坝超大型泥盆纪Sedex型铅锌矿床的形成为代表(古志宏等,2009)。进入石炭纪,古特提斯大洋形成(图2),大洋中脊扩张,洋壳地幔来源的洋底玄武岩,提供了幔源铜锌等元素,经过岩浆热液与海水交汇,形成的洋底烟囱使铜锌硫化物得以富集成矿。但由于大洋的俯冲消减,保存下来的矿床很少,仅在蛇绿岩和玄武岩组成中可能有部分保留,例如产于东昆仑西段新疆境内民丰和且末的牙普克可里、卡特里西两个早石炭世中型VMS型铜(锌)矿床(黄建国等,2009)。随着古特提斯大洋中脊的进一步扩张,玄武岩带来的幔源锰元素,在海底遭遇有机物质,在还原环境中化学沉淀富集成矿,例如形成于新疆西昆仑西段帕米尔玛尔坎苏地区的奥尔托喀纳什、穆呼和玛尔坎土等晚石炭世大—中型沉积型富锰矿床(李文渊等,2022a)。形成于东昆仑阿尼玛卿古特提斯蛇绿岩的青海玛沁早二叠世的德尔尼铜钴矿床非常独特,曾被认作岩浆硫化物矿床的变种和岩浆热液矿床。现在认为它是形成于蛇绿岩中的塞浦路斯型VMS矿床(刘战庆等,2011),类似于新疆民丰的牙普克可里和且末的卡特里西早石炭世VMS型铜(锌)矿床,但其硫化物矿体产在蛇绿岩中的辉长岩席,而不在玄武岩中,除了富集铜成矿达50万t储量外,还获得近30万t的钴金属储量,与一般塞浦路斯型VMS矿床成矿特征不同,其成矿机理尚需继续深入探究。目前发现与古特提斯离散背景成矿作用形成的矿床数量有限,可能由于后期俯冲消减,保存条件限制所致,需要进一步深入勘查研究。
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2.1.2 聚敛背景有关的成矿作用
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古特提斯聚敛背景下成矿作用发育,保存下来的矿床数量众多,特别是三叠纪大洋闭合汇聚碰撞环境形成的矿床不仅数量多,且类型多样(表1、图4)。就成矿特征而言,形成于中二叠世的东昆仑星海地区的铜峪沟、赛什塘和旦荣等铜多金属矿床为岛弧环境的VMS型矿床(温得银等,2012;刘建楠等,2016;付长垒等,2016),表明中二叠世古特提斯斯洋俯冲消减的聚敛背景已经形成,并有青海治多藏麻西孔矽卡岩型银铜铅多金属矿床产出(李洪普等,2009)。引人注目的是二叠纪东昆仑发现的屈库勒克东、卧龙岗、硝尔库勒等浅成中-低温热液型金锑矿床(张文峰等,2017),疑似在活动大陆边缘环境形成。
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图4 青藏高原北部晚古生代一早中生代古特提斯成矿作用重要矿产地质分布图
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Fig.4 Geological distribution map of important ore deposits of late Paleozoic-early Mesozoic Paleo-Tethys mineralization
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三叠纪形成的矿床极为丰富,既有岛弧-碰撞环境的矽卡岩型铁铜多金属矿床、VMS型多金属矿床和岩浆热液型银矿床等,例如青海东昆仑的卡而却卡、它温查汉、尕林格、肯德可克、多彩、赵卡隆铁和那更康切尔沟等矿床(李世金等,2008;李欢等,2011;高永宝等,2017;陈晓东等,2019);更有形成于碰撞或后碰撞环境的岩浆热液/造山型金矿床和伟晶岩型锂矿床,例如青海东昆仑的曲麻莱大场、五龙沟金矿和甘肃西秦岭的早子沟、加甘滩金矿(赵财胜等,2009;陈衍景,2010;陈柏林,2019),以及新疆西昆仑大红柳滩和川西北松潘-甘孜的甲基卡、可尔因和九龙伟晶岩型锂矿等(胡军亮等,2020;胡方泱等,2022;李文渊等,2024)。展现了古特提斯三叠纪碰撞阶段强烈的成矿作用,这些不同类型矿床的形成均与岩浆热液活动有关,是传统认识印支期大规模构造碰撞-岩浆喷出和侵入-大规模岩浆热液成矿作用的结果,也是中国大陆最终汇聚成陆的成矿作用事件反映。
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2.2 古特提斯成矿作用的时空分布
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前人对青藏高原北部及邻区成矿作用的认识更多划归于秦-祁-昆中央造山带构造-岩浆作用的范畴,并未从独立的晚古生代—早中生代古特提斯演化视角认识,因此也就无从对古特提斯成矿作用的时空分布展开分析。如果将古特提斯构造作用范围,狭义地限定在康西瓦-阿尼玛卿-勉略、西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘和龙木错-双湖三个缝合带相隔的昆仑-西秦岭、巴颜喀拉、北羌塘及南羌塘四个地体(地块)范围,就目前的找矿发现,晚古生代—早中生代金属矿床主要集中分布于昆仑-西秦岭地体及南依的康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带中;其次是巴颜喀拉地体,以东、西两端的超大型伟晶岩型锂矿产出为典型特征;再次是西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带及北羌塘地块。龙木错-双湖缝合带和南羌塘地块目前尚无有价值的晚古生代—早中生代矿床发现(图4)。
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2.2.1 昆仑-西秦岭地体及康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带
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目前,昆仑-西秦岭地体及康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带是古特提斯成矿作用最为发育的区域。以岩浆镍钴硫化物矿床和岩浆热液型金矿的产出最为显著。东昆仑的夏日哈木岩浆镍钴硫化物矿床是特提斯成矿域发现的首例超大型岩浆硫化物矿床,形成于早泥盆世(411 Ma),产于东昆仑的昆北构造带中,围岩为柴达木地块基底古元古界金水口群变质岩,现已获得118万t镍金属储量、4.03万t钴金属储量,是中国第二大超大型岩浆镍钴硫化物矿床。含矿超镁铁质橄榄辉石岩显示极高的矿化率,应是深部大规模镁铁质岩浆高度分异演化,超镁铁质岩浆端元携带深部熔离的高密度的硫化物液相上侵-贯入的结果(李文渊等,2022b)。上述岩浆沿原特提斯昆仑洋闭合碰撞造山后的新生陆壳薄弱带上侵,故与原特提斯蛇绿岩(449 Ma)和折返的榴闪岩(408.8 Ma)相伴产出。
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在甘肃境内已发现早子沟、加甘滩、大水、李坝和大桥5个百吨级的西秦岭超大型金矿床(陈衍景,2010),赋矿围岩主要为三叠纪陆缘碎屑岩,伴随晚三叠世花岗质岩株和岩枝侵入,应是晚三叠世碰撞后伸展环境的产物。向西至东昆仑有五龙沟超大型金矿产出,位于东昆仑中段,夹持于昆北、昆中两个深大断裂之间,围岩为金水口群变质岩。成因认识上存在争论,主要是韧性剪切带构造成因认识和岩浆热液观点,矿体中绢云母40Ar-39Ar坪年龄为236.5±0.5 Ma,指示矿化形成于中三叠世(张德全等,2005)。因此,东昆仑-西秦岭金矿床由西向东,成矿时代从中三叠世至晚三叠世,有逐渐变新的趋势。如果将更西段新疆境内的东昆仑屈库勒克东二叠纪岩浆热液型金锑矿床纳入对比,似乎在时空上还存在分段集中、逐渐变新分布的规律(图4)。其中,新疆且末屈库勒克东二叠纪浅成中-低温热液型金锑矿床的矿体呈似层状、脉状,产于早石炭世哈拉米兰河群上亚群的粉砂岩、粉砂岩夹灰岩、与砂岩互层的灰岩中(张文峰等,2017)。构造-岩浆作用对成矿具有重要贡献。当运移的成矿热液遇到顶部逆掩断层以及泥质岩等屏蔽层时产生过滤效应,沉淀形成锑矿。例如青海都兰的五龙沟三叠纪超大型岩浆热液型金矿田,位于昆北、昆中两深大断裂之间,其中红旗沟-深水潭金矿区地层组成主要为古元古界金水口岩群、丘吉东沟组和祁漫塔格群变火山岩组,该矿床成因有韧性剪切带构造成矿和岩浆热液成矿的不同认识(陈柏林,2019)。
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此外,东昆仑有大量与岩浆活动有关的矽卡岩型、VMS型和岩浆热液型矿床产出,自西向东,西段有三叠纪卡而却卡、乌兰乌珠尔、肯德可克、野马泉、四角羊-牛苦头、尕林格和它温查汉等大—中型矽卡岩型铁铜多金属矿床集中分布(李世金等,2008;高永宝等,2017;韩建军等,2020); 东段则更多表现为多种类型矿床聚集产出的特点,主要有中二叠世铜峪沟、赛什塘VMS型铜铅锌矿床和三叠纪那更康切尔沟超大型岩浆热液型银矿床、沟里岩浆热液型金矿床和康得弄舍和老藏沟陆相火山岩型铅锌锡矿床集中分布(张德全等,2005;何财富等,2012;许长坤等,2012;刘建楠等,2016;付长垒等,2016;陈晓东等,2019等)。综上,反映了阿尼玛卿-勉略古特提斯缝合带与之俯冲消减相关的东昆仑-西秦岭地体东西段成矿背景存在差异,成矿时间西段早于东段,形成了区域上的成矿差异。
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2.2.2 巴颜喀拉地体
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巴颜喀拉地体夹持于康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带之间,呈西窄东宽,东、西端分别产出近年来备受瞩目的甲基卡、大红柳滩超大型伟晶岩型锂矿床。巴颜喀拉地体中部则由东向西零星产出有青海玛沁的德尔尼早二叠世大型VMS型铜钴矿床、青海曲麻莱的大场晚三叠世超大型岩浆热液型金矿床和新疆民丰的硝尔库勒二叠纪大型中—低温热液型金锑矿床(赵财胜等,2009;刘战庆等,2011;张文峰等,2017)。巴颜喀拉地体及其甲基卡、大红柳滩伟晶岩型锂矿床近年来受到深入研究,被认为是中国最重要的早中生代伟晶岩型锂等稀有金属成矿带(李文渊等,2024)。通过MT深部地质结构测量结果认识到,甲基卡、大红柳滩超大型伟晶岩型锂矿床形成,均为古特提斯洋消减闭合碰撞造山过程中,大规模地壳重熔和花岗岩化使地壳增厚,大规模花岗质岩浆储库分异演化且上侵,多次上侵的复式花岗岩浆房充分结晶分异演化,导致气液/水的过饱和,剩余熔浆-溶液不混溶,进而促成不相容元素锂等稀有金属元素的大规模超常富集(李文渊等,2024)。
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早二叠世德尔尼铜钴矿床、晚三叠世大场金矿和二叠世硝尔库勒金锑矿床,代表古特提斯洋中晚期演化过程,不同构造背景和环境成矿作用的发生。前文已提到,德尔尼铜钴矿床是一种独特的塞浦路斯型VMS矿床,近30万t钴富集成矿为其显著特点,产于昆南阿尼玛卿-布青山俯冲增生杂岩带的马尔争蛇绿混杂岩中,可能是大洋中脊幔源岩浆提供了较多的钴源,在成矿后期受到热液作用富集成矿。德尔尼铜钴矿床中硫化物矿石Re-Os同位素年龄为295.5±7.2 Ma,略小于矿区玄武质熔岩的锆石U-Pb平均年龄308.2±4.9 Ma(刘战庆等,2011)。硝尔库勒金锑矿床,矿体产于中二叠统黄羊岭组海相细碎屑岩向碳酸盐岩的过渡部位,或在不整合面上的层间破碎带中。矿体成群出现,平行排列,带状展布,走向与赋矿地层基本一致(张文峰等,2017)。大场金矿床产于下—中三叠统昌马河组砂泥质复理石建造的蚀变破碎带中,认为金矿受构造控制,并受赋矿地层的制约,属于浅成中-低温热液型矿床,获得40Ar-39Ar等时线年龄为220.32±0.19 Ma(赵财胜等,2009)。
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2.2.3 西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带及北羌塘地块
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目前仅发现多彩、赵卡隆铁和旦荣三处较重要的VMS型铜多金属矿床(李欢等,2011;温得银等,2012)。青海治多县多彩中—晚三叠世大型VMS铜多金属矿床,位于三江造山带西金乌兰-玉树蛇绿混杂岩带中,区域出露地层主要为上三叠统巴塘群。含矿地层为巴塘群第二岩组第二岩段英安质-流纹质火山岩。锆石U-Pb法获得该英安岩的年龄为233.8±4.7 Ma,代表了多彩火山弧带火山岩的年龄应为中三叠世。青海玉树赵卡隆铁晚三叠世中型VMS铁铜矿床位于金沙江缝合带中,矿体赋存于上三叠统巴塘群上部的碎屑岩组上岩性段地层中,呈似层状、透镜状,矿体以铁铜矿体、铁矿体为主。青海杂多旦荣二叠纪中型VMS铜矿床,位于北羌塘地块开心岭-杂多陆缘弧带中,地层主要为中—下二叠统开心岭群诺日巴尕日保组陆相基性火山岩-碎屑岩建造。其中,第三、第四岩段是主要的赋矿地层,岩性主要为蚀变玄武岩。
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3 古特提斯洋构造转换与重要成矿作用讨论
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3.1 古特提斯洋构造转换及其成矿作用
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超大陆聚散,使全球洋陆格局不断发生变化。新元古代南华纪(750 Ma)罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的裂解导致古亚洲洋和原特提斯洋的形成(Stampfli et al.,2011,2013),古亚洲洋位于东亚的塔里木、华北、华南、柴达木等陆块群与西伯利亚-东欧陆块之间(Xiao Wenjao et al.,2015; Xiao Wenjao and Zhao Guochun,2016),而原特提斯洋则位于东亚陆块群与印度、澳洲陆块之间(Mattern and Schneider,2000; Moghadam et al.,2015; Zhang Xiuzheng et al.,2016; Li Jiangha et al.,2017)。原特提斯洋和古亚洲洋是同时发育只是分别位于东亚陆块群的两侧而已(Zhao Guochun et al.,2018; 李文渊,2018)。早古生代末期(440~420 Ma)原特提斯洋闭合(吴福元等,2020),东亚陆块群与冈瓦纳陆块碰撞,古亚洲洋闭合相对滞后,且有不同认识(Xiao Wenjao et al.,2018; Zhao Guochun et al.,2018)。原特提斯洋闭合后,又于晚古生代初(420~400 Ma)再次拉张形成古特提斯洋(Zhao Guochun et al.,2018; 李文渊等,2022b)。根据蛇绿岩的发育,目前多认为古特提斯洋存在南、北两支(张国伟等,2001; Li Yalin et al.,2002; Chen Hong et al.,2014)。南支是南、北羌塘之间的龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带所代表的古特提斯洋(Li Jianghai et al.,2017; Dong Yunpeng et al.,2018);北支则为昆仑、华北与北羌塘、华南之间的康西瓦-阿尼玛卿-勉略和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘两条缝合带及其巴颜喀拉地体(Zhao Guochun et al.,2018; Dong Yunpeng et al.,2018)。构造上认为南支的南、北羌塘之间的龙木错-双湖-昌宁-孟连古特提斯洋更为重要(Li Jianghai et al.,2017; Dong Yunpeng et al.,2018),但从成矿事实而言,北支的康西瓦-阿尼玛卿-勉略和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘之间的古特提斯洋更值得深入研究。
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本文认为,康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带之间的古特提斯洋北支是古特提斯洋主洋,在本文中称之为“北古特提斯洋”,以示与南面南、北羌塘之间的“南古特提斯洋”区别。早古生代末原特提斯洋闭合碰撞造山后,原特提斯构造旋回结束。由于地幔柱或地幔上涌,沿着原特提斯缝合薄弱带,幔源部分熔融形成的镁铁-超镁铁质岩浆的上侵代表古特提斯构造旋回的开始,是重大的构造体制转换。所谓构造体制转换或构造转换,就是新的地球动力学对旧的地球动力学的替代,而产生的构造机制或构造格局的转变,是重大地质事件发生的内因,并往往伴随有典型重要矿床的形成(图5)。
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早泥盆世夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床为代表的重要成矿作用的发生,是新旧构造体制转换重大地质事件的结果(李文渊等,2022b)。百万吨级镍钴金属元素的富集,需要地幔软流圈高热发生大规模的部分熔融事件,产生大规模的镁铁质岩浆熔体,而地幔柱是提供高热的最佳地球动力学解释(李文渊,2022)。富水冷地壳的俯冲消减不可能使地幔发生大规模的部分熔融。而大规模的镁铁质岩浆,要造就超大型规模的镍钴硫化物富集成矿,必须在橄榄石结晶前,率先发生硫化物液相-硅酸盐熔体之间的不混溶,这种不混溶发生在超镁铁质岩侵入前的深部镁铁质岩浆房,在深部大的岩浆房不混溶形成的硫化物液滴与随后结晶的橄榄石、辉石聚集形成超镁铁质岩浆端元(Li Wenyuan et al.,2024)。在轻的贫镍钴硫化物液相的镁铁质岩浆上侵或喷发后,相对重的富镍钴硫化物液相的超镁铁质岩浆端元,在遭受地壳压力环境下,上侵-贯入到合适的深度和空间,再经硅酸盐矿物结晶和就地硫化物液相-硅酸盐熔体之间的不混溶,贯入的硫化物液相与富橄榄石超镁铁质相紧密结合在一起形成富矿石,就地不混溶形成的硫化物液滴与相对后结晶贫橄榄石岩相在一起形成贫矿石。其中硫化物液相-硅酸盐熔体之间不混溶发生的关键是硫的过饱和,而不是硫的绝对含量。造成硫的过饱和往往是温、压物理化学条件变化和外来物质加入使岩浆化学成分发生突然改变的结果,重大地质事件的过程可以提供更多有利成矿的环境。
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随着北古特提斯洋的扩张,北古特提斯洋两侧产生俯冲消减,南侧的俯冲消减诱发羌塘地块中间沿着原特提斯洋缝合薄弱带伸张,并最终扩张成南、北羌塘之间的“南古特提斯洋”(图6),其相应的构造-岩浆-成矿作用均弱于北面的古特提斯主洋。这可能是北羌塘古特提斯成矿作用不甚发育的原因。同时,古特提斯主洋的南北俯冲消减模式可能不同。北侧塔里木-昆仑-柴达木-祁连-北秦岭的俯冲,可能是洋壳向陆壳的低角度俯冲,类似安第斯型的活动大陆边缘,因而在昆仑、西秦岭造山带中产生众多与壳源长英质岩浆侵入或喷出有关的内生金属矿产;而南侧向北羌塘的俯冲,是洋壳向洋壳高角度俯冲,类似马里亚纳型的沟-弧-盆体系,哀牢山与甘孜-理塘之间的义敦岛弧,就是这种机制产生的火山弧。目前,仅在金沙江缝合带附近找到了一些中小型的VMS型矿床。
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一般认为,古特提斯洋晚古生代末(250 Ma)开始闭合、中三叠世(240~220 Ma)碰撞、晚三叠世(220~200 Ma)后碰撞,此后纳入潘吉亚(Pangea)超大陆范畴(Zhao Guochun et al.,2018)。因此,三叠纪是古特提斯构造旋回经历的又一次重大构造转换,从俯冲增生到碰撞造山,由于地壳大规模重熔,形成的大规模长英质岩浆储库,造就了巴颜喀拉地体东、西两端甲基卡、大红柳滩超大型伟晶岩型锂矿的形成(李文渊等,2024)。甲基卡矿集区、大红柳滩矿集区和草陇、茶卡矿区的MT测量证实,甲基卡、大红柳滩矿集区地壳已增厚至70~80 km,发现大面积代表地壳重熔的高导体,且深达上地幔,可见地幔提供了热源(李文渊等,2024)。草陇地壳增厚50~60 km,也发现了厚大的高导体,展示出寻找伟晶岩型锂矿的潜力。而茶卡地壳增厚不显著,高导体显示有限。大规模壳源长英质岩浆储库经过漫长的岩浆结晶分异过程,随着长英质矿物的结晶,残余熔体中挥发分(水)增多,由于锂等稀有金属元素是相对不相容元素,更多配分于富含挥发分(水)的残余熔体中,富水长英质熔体-不含水长英质熔体之间的不混溶,使锂等稀有金属元素得到预富集,上侵地壳浅部,形成穹隆构造,穹隆构造形成的放射状和环状裂隙,为中温条件下喜水锂金属元素的富集提供了便利,最终富水富锂的伟晶岩熔体在稍远离花岗质岩体的周缘大规模成矿。尽管成矿机理不同,但它与岩浆镍钴硫化物矿床一样,水的过饱和与硫的过饱和类似,水的过饱和是伟晶岩型锂矿成矿的关键(李文渊等,2023,2024)。
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图5 古特提斯成矿作用时代分布图
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Fig.5 Distribution map of the mineralization era of the Paleo-Tethys
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从碰撞形成大规模长英质岩浆到后碰撞长英质岩浆充分结晶分异,漫长的岩浆演化过程,导致水的过饱和而最终大规模成矿。需要特别指出的是,西秦岭、东昆仑晚三叠世大规模岩浆热液型金矿的形成,同样与壳源的大规模长英质岩浆作用有关,岩浆热液提供了物源和动力源,后期的推覆剪切构造提供了成矿就位空间(陈衍景,2010)。
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3.2 古特提斯区域成矿作用模型
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所谓区域成矿作用模型,就是对特定构造区域,伴随完整的构造旋回形成不同时代、不同类型成矿作用的系统归纳总结。古特提斯构造演化和区域成矿作用响应还处于总结演绎阶段,初步的区域成矿作用模型见图6。早古生代原特提斯洋闭合碰撞造山后,俯冲消减的板片断离加入上地幔软流圈,使软流圈地幔发生水化改造,降低了熔点,当晚古生代早泥盆世由于地幔热柱作用时,水化的软流圈大面积部分熔融,形成大规模的镁铁质熔体,地壳减薄裂解,镁铁质岩浆上升至下地壳,随着温压条件的改变和下地壳物质的加入,深部岩浆房发生硫化物液相-硅酸盐熔浆之间的不混溶(熔离),经过岩浆结晶分异形成的超镁铁质端元岩浆,携裹深部熔离的硫化物液相,上侵-贯入地壳浅部成矿(图6a)。石炭纪—早二叠世是古特提斯洋快速扩张期,从洋中脊喷出和上侵的玄武质岩浆,不仅为晚石炭世沉积型菱锰矿的形成提供了物源,也为早二叠世塞浦路斯型VMS铜-钴(锌)矿的产出提供了条件(图6b);中晚二叠世—早三叠世古特提斯洋向南北两侧俯冲消减,北侧向塔里木-柴达木及原特提斯造山带新生陆壳的洋-陆俯冲,形成的活动大陆边缘。由于壳源长英质岩浆作用形成了大量的斑岩-矽卡岩型多金属矿床、黑矿型VMS铁铜多金属矿床、浅成中低温热液型金锑矿床等(图6c)。中晚三叠世,古特提斯洋闭合并进入陆-陆碰撞及后碰撞伸展阶段,作为中国大陆最终形成的印支期构造运动,为地壳的重熔形成大规模印支期长英质岩浆储库提供了可能,造就了大规模的伟晶岩型锂矿和岩浆热液/造山型金矿的集中分段式产出(图6d)。
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图6 古特提斯区域成矿作用模模型
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Fig.6 Regional metallogenic action model of the Paleo-Tethys
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4 结语
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(1)古特提斯洋构造演化及其成矿作用是一项亟待深入探索的课题,本文提出的古特提斯区域成矿作用模型还有进一步深化和改进的空间。古特提斯构造旋回是特提斯构造演化史上存在于晚古生代—早中生代独立演化的阶段,开启于早泥盆世(420~400 Ma),结束于中—晚三叠世(240~200 Ma)。古特提斯洋分为南、北两支,北支位于康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带与西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带之间,为主洋;南支以龙木错-双湖缝合带为代表,是主洋向南俯冲诱发的次生洋,位于南、北羌塘之间。
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(2)晚古生代—早中生代古特提斯成矿作用广泛发育于昆仑-西秦岭地体、康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带、巴颜喀拉地体及西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带中,昆仑-西秦岭地体、康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带和巴颜喀拉地体最为重要,龙木错-双湖缝合带及北羌塘地块成矿作用不发育,反映了古特提斯主洋裂解、扩张和向北俯冲增生、碰撞造山等不同构造阶段为主的成矿动力学背景,可分为离散背景有关的和聚敛背景有关的两种成矿作用类型。
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(3)总结古特提斯区域成矿作用模型,主要可概括为:早泥盆世古特提斯裂谷成矿,以夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床形成为代表;石炭纪—早二叠世古特提斯大洋扩张成矿,以德尔尼大型VMS型铜钴矿床的产出为典型代表;晚二叠世—早三叠世古特提斯俯冲消减增生成矿,以一批岛弧/活动陆缘中酸性岩浆作用有关的矽卡岩/斑岩和岩浆热液有关的贱金属、贵金属矿床的产出为代表;中—晚三叠世古特提斯碰撞伸展成矿,以西秦岭超大型岩浆热液/造山型金矿和大红柳滩、甲基卡超大型伟晶岩型锂矿为典型代表。
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(4)夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床和大红柳滩、甲基卡超大型伟晶岩型锂矿床,分别代表了古特提斯洋开启裂解和闭合碰撞的地球动力学条件,反映了以构造转换为特点的重大地质事件与大规模成矿作用的密切关联。古特提斯是我国地质历史上重要的构造演化阶段,产出大量重要矿床。
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致谢:感谢翟明国院士和邓军院士在百忙中认真审稿和热心指导,在多方面提出具体修改意见,才得以使此拙作成文!感谢中国地质调查局科外部邀请组稿!感谢责任编辑尽心尽力的帮助!
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参考文献
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摘要
前人关于古特提斯构造演化及其成矿作用研究相对较为薄弱。本文在古特提斯特定的演化阶段和相对发育空间范围的研究基础上,从区域成矿学的视角,依据青藏高原北部及邻区晚古生代—早中生代的成矿事实,提出古特提斯洋发育南、北两分支。北支位于康西瓦-阿尼玛卿-勉略缝合带和西金乌兰-金沙江-甘孜-理塘缝合带之间,是古特提斯主洋。它向北低角度洋-陆俯冲形成类安第斯型活动大陆边缘,在阿尼玛卿缝合带和昆仑、西秦岭造山带中分布了众多的内生金属矿床;向南高角度洋-洋俯冲,形成了类马里亚纳型的沟-弧-盆体系。在南、北羌塘之间发育的龙木错-双湖缝合带代表了古特提斯洋南支,即为弧后扩张的结果。本文通过讨论古特提斯洋开启—闭合时限及古特提斯的构造旋回演化过程,将古特提斯成矿作用划分为与离散有关和聚敛有关的两大类。前者以早泥盆世的夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床、泥盆纪西成厂坝超大型Sedex型铅锌矿床、晚石炭世玛尔坎苏大型沉积型菱锰矿床和早二叠世德尔尼大型塞浦路斯型VMS铜钴矿床等为代表;后者以众多的中—小型晚二叠世—三叠纪斑岩-矽卡岩型多金属矿床、浅成中—低温热液型金锑矿床、VMS型多金属矿床、陆源火山岩型铅锌矿床为代表,特别是东昆仑、西秦岭的三叠纪超大型岩浆热液型金矿床和出露于巴颜喀拉地体东、西两端的晚三叠世甲基卡、大红柳滩超大型伟晶岩型锂铍矿田为代表。大规模成矿事件是构造转换过程物质循环和元素重组的结果,古特提斯构造旋回开启的裂解事件,对应于夏日哈木超大型岩浆镍钴硫化物矿床;古特提斯洋闭合以及其后印支期陆-陆碰撞及后碰撞伸展造山运动,造就了西昆仑-松潘甘孜伟晶岩型锂等稀有金属成矿带。古特提斯构造演化-岩浆活动-成矿作用的系统研究有待加强,这将有利于指导青藏高原北部新一轮找矿战略突破行动。
Abstract
The study of the Paleo-Tethys tectonic evolution and its mineralization are relatively weak. In this paper on the basis of defining the specific evolutionary stage and relative decelopmental spatial range of the Paleo-Tethys, from the perspective of regionanal mineralization, based on the late Paleozoic-early Mesozoic mineralization facts in the northern part and adjacent areas of the Qinghai-Tibet Plateau, it is proposed that the south and north branches of the Paleo-Tethys ocean, and the north branch between the Kangxiwa-Animqing-Mianlue suture belt and the Xijinwulan-Jinshajiang-Ganzi-Litang suture belt are the main ocean of the Paleo-Tethys. It substrate to the north low angle ocean-continent subduction of the Andean-like active continental margin, in the Animqing suture belt and Kunlun and west Qinling orogenic belt, forming a large number of endogenous metal deposits; to the south high angle ocean-ocean subduction, forming the Mariana-like trench-rac-basin system and the south branch of the Paleo-Tethys represented by the Longmuco-Shuanghu-suture belt between the south and north Qiangtang, which is the result of post arc expansion. According to the evolution model of the Paleo-Tethys tection cycle, the Paleo-Tethys mineralization is devided into two types: the major extensional and the major compressional tectional seyyings. The former is characterized by the output of early Devonian Xiarihamu super-large magmatic nickel-cobalt sulfide deposit, Devonian Xichenchangba super-large Sedex lead zinc deposit, late carboniferous Maorkansu largr sedimentary manganese deposit and early Permian Derni Cyprus VMS type copper-cobalt; the latter with numerous medium-small late Permian-Triassic porphyry-skarn type polymetallicdeposits, epithermal gold antimony deposits, VMS type polymetallic deposits, terrestrial volcanic rock type lead-zinc deposits output, especially Triassic magmatic hydrothermal gold deposits in the east Kunlun and west Qinling, and late Triassic Jiajika and Dahongliutan super-large pegmatite lithium-beryllium deposits exposed in the east and west ends of Bayanhar terrane. Large-scale mineralization event is the result of tectonic transformation, and the cracking event of the Paleo-Tethys tectonic cycle opening formed the Xiarihamu super large magmatic nickel-cobalt sulfide deposit; the closure of the Paleo-Tethys ocean and Indosinian orogeny of the continent-continent collision and post-collision created the development of the most important pegmatite lithium and other rare metal metallogemic belt in West Kunlun-Songpan Ganzi, China. It is urgent to strengthen the overall systematic research of tectonic evolution-magmatic activity-metallogenic response of the Paleo-Tethys, and serve the new round of prospecting breakthrough strategi action in the northern part of Qinghai-Tibet Plateau.