曾普勝, 李睿哲, 劉斯文, 溫利剛, 趙九江, 王十安

1)自然資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心, 北京 100037;2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;3)礦冶科技集團(tuán)有限公司, 礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100160

大火成巖省的研究(Coffin and Eldholm, 1991,1992, 1993a, b, 1994, 2001, 2005)已經(jīng)有30年以上的研究歷史了。修訂后的大火成巖省定義(Ernst, 2014)為: 大火成巖省(Large Igneous Province, LIP)是主要的鎂鐵質(zhì)巖漿巖省, 面積范圍> 0.1 Mkm2, 火成巖體積> 0.1 Mkm3, 具有板內(nèi)特征, 并以短時(shí)脈動(dòng)或多次脈動(dòng)(小于1～5 Ma)侵位, 最大持續(xù)時(shí)間<50 Ma?？砂ㄏ嚓P(guān)的硅質(zhì)巖漿作用(包括LIP規(guī)模尺度的硅質(zhì)巖漿, SLIPs)以及碳酸巖(Carbonatites)和金伯利巖(kimberlites)。大火成巖省因?yàn)榕c全球或區(qū)域環(huán)境變化(包括滅絕事件)、區(qū)域地形變化(穹隆抬升、大陸裂解)的關(guān)聯(lián)大火成巖省還與多種戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)、石油/天然氣及優(yōu)質(zhì)含水層有關(guān), 而引起高度關(guān)注。

中國的大火成巖省是全球大火成巖省(圖 1)的重要組成部分, 如峨眉山大火成巖省(王登紅等,1998; 王登紅, 2001; 宋謝炎等, 2001; 徐義剛和鐘孫霖, 2001; 徐義剛等, 2003; 李紅陽等, 2002; He et al., 2003, 2006, 2011; Xu et al., 2004; Peate and Bryan, 2009; Xu and He, 2007; Zhou et al., 2005; 何斌等, 2006; 侯增謙等, 2006; Ali et al., 2010; Shellnutt et al., 2012, 2014)、塔里木(楊樹鋒等, 1996,2005, 2014; Xu et al., 2004; 陳漢林等, 2009), 特別是近年來新發(fā)現(xiàn)的措美(Zhu et al., 2009)、華北(Zhang et al., 2017, 2018; 張拴宏和趙越, 2018; 張拴宏等, 2019)等大火成巖省的補(bǔ)充報(bào)道, 為全球大火成巖省研究做出新的貢獻(xiàn)。但關(guān)于中國東部燕山期大火成巖省卻沒有報(bào)道, 僅少數(shù)學(xué)者關(guān)注了中國東部早白堊世的可能與全球地幔柱上侵有關(guān)的巨型火成事件(Wu et al., 2005)。主要原因是中國東部遭受到劇烈的構(gòu)造變動(dòng)和剝蝕作用, 加之對大火成巖省的管道系統(tǒng)考慮較少, 因而未關(guān)注到中國東部燕山期的面積/體積龐大的大火成巖省。實(shí)質(zhì)上, 中國東部燕山期以來, 板內(nèi)張性構(gòu)造背景下的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物分布廣泛, 并且?guī)r石組合與傳統(tǒng)意義上的擠壓俯沖產(chǎn)生的“島弧型”或“陸緣弧型”的巖石組合——鈣堿性系列的火山巖組合不同, 而是以鉀玄巖、安粗巖、粗面巖、石英閃長巖、石英二長巖、二長巖、石英正長巖和正長巖為主(鄧晉福等, 1996,2005, 2007a, b)組成的堿性系列的“雙峰式”火山巖組合, 并且伴有同期深部來源的金伯利巖(池際尚等, 1996; 褚志遠(yuǎn)等, 2019)、鉀鎂煌斑巖(江萬, 1995;池際尚等, 1996; 林瑋鵬等, 2009)、含金剛石基性巖(蔡逸濤等, 2019a)等幔源巖漿巖(圖2), 代表了拉張為主的深源構(gòu)造背景。這套燕山期巖漿巖控制著中新生代以來中國華北—揚(yáng)子地臺的構(gòu)造格局變化、資源能源形成與地質(zhì)環(huán)境變遷。根據(jù)近期對華北、揚(yáng)子相關(guān)巖漿活動(dòng)的初步研究結(jié)果, 對這些巨量板內(nèi)巖漿活動(dòng)梳理報(bào)道, 供感興趣的同行參考。

圖1 全球顯生宙大火成巖省的分布及年齡(據(jù)Coffin and Eldholm, 1994; Ernst, 2014補(bǔ)充修改)Fig.1 Global map showing distribution of the large igneous provinces with ages(modified after Coffin and Eldholm, 1994; Ernst, 2014)

1 中國東部燕山期大火成巖省

中國東部燕山期大火成巖省主要包括淺源為主的巖漿帶——長白山—千山巖帶①、大興安嶺巖帶②、太行山巖帶③、魯東沿海雜巖帶④、秦嶺—大別巖帶⑤、浙閩粵雜巖帶⑥, 以及兩個(gè)深源巖漿帶——郯廬斷裂金伯利巖-鉀鎂煌斑巖帶⑦和湘黔鉀鎂煌斑巖帶⑧(圖2)。

圖2 中國東部燕山期大火成巖省巖漿巖分布圖(侵入巖據(jù)鄧晉福等, 2015; 噴出巖據(jù)邢光福等, 2015; 金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-金剛石據(jù)宋瑞祥, 2013)Fig.2 Distribution map of magmatic rocks of the Yanshanian large igneous province in eastern China (intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING et al., 2015; kimberlites-lamproites-diamonds after SONG, 2013)

其中, 保留的巖漿巖帶火山巖面積華北約22萬km2, 華南約11.4萬km2, 合計(jì)33萬km2(邢光福和馮益民, 2015)。巖性組合以雙峰式巖漿巖組合為主, 時(shí)代為 174—100 Ma, 高峰期在早白堊世(～120 Ma) (表1)。巖漿巖類型則包括超基性巖類的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖、堿性玄武質(zhì)-粗面質(zhì)火山巖及其管道系統(tǒng)的玢巖或堿性輝綠巖、硅質(zhì)大火成巖省(即堿性流紋巖-花崗巖)等(圖2)。按傳統(tǒng)劃分為東北亞省、華北亞省、華南亞省, 侏羅紀(jì)主要為高鉀鈣堿性系列和堿性系列雙峰式火山巖組成, 是大火成巖省的開啟時(shí)期; 而白堊紀(jì)時(shí)期則以堿性流紋巖-堿性玄武巖組成的雙峰式巖漿組合, 伴有部分高鉀鈣堿性火成巖組合, 沿深斷裂還可見到金伯利巖/鉀鎂煌斑巖/含橄欖巖包體堿性玄武巖(±金剛石)/碳酸巖等, 是典型地深部地幔巖漿活動(dòng)產(chǎn)物; 沿深斷裂展布的幔源巖漿巖+大面積分布的雙峰式火成巖與局部高鉀鈣堿性系列火成巖, 構(gòu)成了基性-超基性大火成巖省(LIP)與硅質(zhì)大火成巖省(SLIP)組成的完整系列(Ernst, 2014), 按侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)巖漿巖、深源巖漿巖、硅質(zhì)大火成巖分述如下(圖2, 表1)。

1.1 侏羅紀(jì)巖漿巖帶

侏羅紀(jì)時(shí)期的巖漿巖遍及整個(gè)中國東部, 主要發(fā)育中—晚侏羅世的巖漿巖(表1, 圖3)。

表1 中國東部燕山期大火成巖省火山巖層序?qū)φ毡?據(jù)Niu et al., 2004; 趙越等, 2006; 邢光福和馮益民, 2015整理)Table 1 Comparison of Yanshanian volcanic sequences of large igneous provinces in eastern China(compiled after Niu et al., 2004; ZHAO et al., 2006; XING and FENG, 2015)

總體看, 火山巖多遭受剝蝕, 而侵入巖剝露后分布較廣。僅分布于華南東部和大興安嶺—燕山地區(qū)的延慶一帶存留有較大面積的中酸性火山巖, 而基性巖火山巖僅有大興安嶺北部存留。侵入體則剝蝕出露較為廣泛。

東北地區(qū)的(小興安嶺—張廣才嶺)長白山—千山巖帶①和大興安嶺火山巖帶②內(nèi), 中侏羅統(tǒng)的塔木蘭溝組(J2t)高鉀鈣堿性玄武巖±安山巖-堿性流紋巖的火山巖組合及其侵入巖, 年齡為167～160 Ma(邢光福和馮益民, 2015), 相當(dāng)于中侏羅統(tǒng)巴通階(Bathonian)至卡洛夫階(Callovian); 晚侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組(J3m), 年齡 160～150 Ma(邢光福和馮益民,2015)的高鉀鈣堿性流紋巖-英安巖、火山碎屑巖及其侵入巖, 相當(dāng)于牛津階—?dú)J莫利階(Oxfordian-Kimmeridgian); 上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)的瑪尼吐組(J3K1m)(150—137 Ma), 相當(dāng)于提塘階—貝利阿斯階(Tithonian–Berriasian)的高鉀鈣堿性系列的流紋巖-英安巖組合及其侵入巖, 以及少部分鉀玄巖-安粗巖及其侵入巖。反映為大陸邊緣弧的擠壓俯沖伴有局部伸展的構(gòu)造背景(邢光福和馮益民, 2015; 鄧晉福等, 2007a, b, 2015)。

華北侏羅紀(jì)巖漿巖活動(dòng)與東北地區(qū)相似, 華北北緣巖漿帶沿狼山—陰山北側(cè)—康保—赤峰深大斷裂帶呈近東西向巖漿帶, 即華北地臺北緣巖漿帶是大興安嶺帶②的西延的一部分; 魯東沿海雜巖帶④則是長白山—千山巖漿帶①的南延, 進(jìn)一步相西則有北東向的太行山巖漿帶③和近東西向的秦嶺—大別巖漿帶⑤兩支。中侏羅統(tǒng)的南大嶺組(J2n)的高鉀鈣堿性系列玄武巖-粗面玄武巖-安山巖-英安巖-流紋巖及相應(yīng)的火山碎屑巖及其侵入巖, 時(shí)代(174 Ma)(趙越等, 2006), 相當(dāng)于中侏羅統(tǒng)阿林階(Aallenian); 髫髻山組(J3t)安山巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)火山角礫巖組合, 年齡為 170～153 Ma(李斌等, 2019), 相當(dāng)于中侏羅統(tǒng)巴柔階(Bajocian)至上侏羅統(tǒng)欽莫利階(Kimmeridgian); 晚侏羅統(tǒng)土城子組組(J3tc)堿性流紋質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)角礫熔巖, 上部凝灰質(zhì)砂巖夾粗面巖、安山質(zhì)角礫熔巖及其侵入巖,時(shí)代為157.6—157.1 Ma (焦?jié)櫝傻? 2016), 相當(dāng)于欽莫利階(Kimmeridgian)。也反映為大陸邊緣弧的擠壓俯沖伴有局部伸展的構(gòu)造背景(邢光福和馮益民, 2015; 鄧晉福等, 2015)。華南侏羅紀(jì)巖漿帶(圖2中的⑥), 中—晚侏羅世屬于陸緣弧由俯沖擠壓高峰期向擠壓后的伸展階段過渡時(shí)期, 以出現(xiàn)南嶺地區(qū)大面積過鋁質(zhì)花崗巖為特色, 而火山巖僅局部保留, 為高鉀鈣堿性系列安山巖-英安巖-流紋巖組合,年代在保留火山巖的閩東北福安社口地區(qū)安山巖-流紋巖組合為150～168 Ma(邢光福等, 2008), 閩粵交界處豐順盆地兜嶺群流紋巖類為 150～168 Ma(Guo et al., 2012), 粵東漳平組晶屑凝灰?guī)r為(171.8±0.9) Ma(劉鵬等, 2015), 相當(dāng)于中侏羅統(tǒng)阿林階(Aallenian)至上侏羅統(tǒng)欽莫利階(Kimmeridgian)。反映的大地構(gòu)造背景與東北—華北的中上侏羅統(tǒng)巖漿巖相當(dāng), 均為大陸邊緣俯沖擠壓伴有局部伸展的構(gòu)造環(huán)境。

1.2 白堊紀(jì)巖漿巖帶

到白堊紀(jì)時(shí)期, 中國東部大火成巖省達(dá)到鼎盛時(shí)期。與侏羅紀(jì)時(shí)期的巖漿巖分布情況對比, 白堊紀(jì)的巖漿巖規(guī)模大得多, 成為燕山期巖漿巖的主體(圖 4)。從火山巖-侵入巖的保留情況看, 華北東部—秦嶺(圖 3中①④⑤)、太行山③一帶隆升剝蝕強(qiáng)烈, 噴出巖波流相對保留較少, 侵入相出露較多;而大興安嶺(②)成為火山巖連片分布區(qū), 規(guī)模宏大,局部地區(qū)剝露出淺成相的斑巖體。華南的東南沿海的粵—閩—浙—贛地區(qū)(⑥)保留較多的火山巖, 局部剝露出淺成相甚至深成相的侵入巖, 巖漿巖出露相齊全, 成為研究大火成巖省的理想地區(qū)之一。巖性包括金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖等超基性巖,以及堿性玄武巖/輝綠巖-粗面巖/堿性花崗巖組成的雙峰式火山巖(圖4)。

圖3 中國東部燕山期大火成巖省侏羅紀(jì)巖漿巖分布圖(侵入巖據(jù)鄧晉福等, 2015; 噴出巖據(jù)邢光福和馮益民, 2015)Fig.3 Distribution map of Jurrasic magmatic rocks of theYanshanian large igneous province in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015)

圖4 中國東部燕山期大火成巖省白堊紀(jì)巖漿巖分布圖(侵入巖據(jù)鄧晉福等, 2015; 噴出巖據(jù)邢光福和馮益民, 2015; 金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-金剛石據(jù)宋瑞祥, 2013)Fig.4 Distribution map of Cretaceous magmatic rocks of the Yanshanian large igneous provinces in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015; kimberlites-lamproites-diamonds after SONG, 2013)

1.2.1 金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖

金伯利巖主要分布在克拉通地區(qū)的太古代克拉通和古元古代活動(dòng)帶中, 它們還被解釋為圈閉在巖石圈根部下方的玄武巖的深源等價(jià)體(例如Campbell, 2001; Arndt, 2003), 金伯利巖事件與超大陸破裂有關(guān)的超級地幔柱事件有關(guān)(例如, Ernst,2014; Haggerty, 1986, 1999; Heaman et al., 2003;Kerrich et al., 2005), 是金剛石的主要寄主巖石; 鉀鎂煌斑巖是一些富鉀和富鈦的礦物的深源巖石, 也可含金剛石; 許多碳酸巖與裂谷有關(guān), 也與跨石圈破裂有關(guān)。這幾類巖石均為深源巖石的典型代表,是大火成巖省的重要組成部分(Ernst, 2014)。

中國東部的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖帶(圖5), 主要分布于華北地塊東側(cè)的郯廬斷裂帶、揚(yáng)子地臺的湘—黔鉀鎂煌斑巖帶沿線, 獨(dú)立的碳酸巖主要分布于內(nèi)蒙巴爾哲和山東微山。另有零星的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖零星分布于河南鶴壁—山西大同的太行山巖帶(侯廣順等, 2015; 張連昌等,1998)(圖 5)。

(1)金伯利巖

按照國際地科聯(lián)(IUGS)火成巖系統(tǒng)學(xué)分委會(Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks)推薦的《火成巖: 分類與術(shù)語》(第二版)(Le Maitre,2002; Robin, 2010)的分類原則, 金伯利巖分為兩類:Ⅰ型(Group Ⅰ): 對應(yīng)于南非金伯利地區(qū)的原型(Wagner, 1914), 稱為“玄武質(zhì)金伯利巖”;Ⅱ型(Group Ⅱ): 對應(yīng)于云母質(zhì)或煌斑巖質(zhì)金伯利巖(Wagner, 1914; Dawson and Stephens, 1975; Dawson, 1980; Mitchell and Bergman, 1991; Mitchell,1995; 張安棣, 1991; 路鳳香, 2008)。

中國東部安徽欄桿地區(qū)的含金剛石的玄武質(zhì)巖石(蔡逸濤等, 2019a, b, 2020)類似于Ⅰ型, 在中國東部少見, 且含金剛石量發(fā)現(xiàn)較少, 是一類目前研究不多的“金伯利巖”, 但巖石學(xué)意義重大, 標(biāo)志著中國的含金剛石的巖石類型除金伯利巖-鉀鎂煌斑巖外, 還有玄武巖。金伯利巖、鉀鎂煌斑巖在空間上沿同一巖帶可交替出現(xiàn), 如蒙陰金伯利巖帶(圖 5中 5號)與大井頭鉀鎂煌斑巖(6)交替出現(xiàn), 并且均含有金剛石(王玉峰等, 2019); 黔湘鉀鎂煌斑巖帶內(nèi)也有望城麻田發(fā)現(xiàn)的含微粒金剛石的基性火山巖出露(董斌等, 2006);超基性的金伯利巖/鉀鎂煌斑巖帶延伸的空間上, 還會有碳酸巖出露, 如華北地臺的金伯利巖帶上北部有燕山期內(nèi)蒙巴爾哲(圖5中13號, 127 Ma)(趙一鳴等,1994)、山東郗山(12號, 125.8 Ma, )。

圖5 中國東部燕山期金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖及原生金剛石礦分布(據(jù)鄧晉福等, 2015; 池際尚等, 1996編制)Fig.5 Distribution of Yanshanian kimberlites-lamproites-carbonatites in eastern China(compiled after DENG et al., 2015 and CHI et al., 1996)

金伯利巖帶主要產(chǎn)于華北, 其中, 遼寧瓦房店金伯利巖帶和山東蒙陰金伯利巖帶是中國最重要含金剛石金伯利巖(池際尚等, 1996; 梅厚鈞等, 1998;付海濤, 2020), 也是世界金伯利巖帶的重要組成部分(Shirey et al., 2013)。瓦房店金伯利巖帶50號巖管是世界上含金剛石較富且含寶石級金剛石較多的巖管(宋瑞祥, 2013)。河南鶴壁—山西大同的太行山帶也有金伯利巖帶產(chǎn)出, 間雜鉀鎂煌斑巖(如飲牛溝, 李佑國等, 1991), 因其金剛石含礦性稍差, 而研究資料性對較少, 但其深部探測意義很大。

(2)鉀鎂煌斑巖

中國鉀鎂煌斑巖主要分布于黔東南、湖南寧鄉(xiāng)、山西飲牛溝、山東大井頭、湖北大洪山和西昆侖克里陽地區(qū)(池際尚等, 1996; 梅厚鈞等, 1998; 李睿哲等, 2021)。其中, 湘黔鉀鎂煌斑巖帶是中國最先發(fā)現(xiàn)原生金剛石的巖帶——貴州馬坪鉀鎂煌斑巖(10號)——東風(fēng)Ⅰ號巖管(池際尚等, 1996), 成為中國金剛石早期研究的人才成長基地, 為后來的山東蒙陰、遼寧復(fù)縣(瓦房店)金剛石礦床勘查輸送了多為金剛石勘查專業(yè)人員(宋瑞祥, 2013); 湖南寧鄉(xiāng)云影窩(9號)是湘黔鉀鎂煌斑巖帶中另一個(gè)見到原生金剛石的巖管(李子云和馬文運(yùn), 1993), 時(shí)代為白堊紀(jì)((101.6±5.1) Ma, 林瑋鵬等, 2011)與湖南常德的理公港地區(qū)原生金剛石凝灰質(zhì)角礫巖的地層時(shí)代——白堊紀(jì)相當(dāng)(楊獻(xiàn)忠等, 2019)。這些鉀鎂煌斑巖早期獲得的年齡多被認(rèn)為是加里東期(503—435 Ma,方維萱等, 2002)的產(chǎn)物, 實(shí)際上極有可能是先在巖石圈龍骨底部生成, 而白堊紀(jì)時(shí)期才就位的。

(3)基性-超基性巖(玢巖)

中國東部燕山期的基性超基性巖分早、晚兩期,早期的侏羅紀(jì)的堿性橄欖玄武巖主要分布華北的燕山地區(qū); 晚期的白堊紀(jì)雙峰式火山巖的基性超基性端元在長江中下游的寧蕪盆地山東的沂沭斷裂帶內(nèi)尚有保留(鄧晉福等, 2015)。

早期的侏羅紀(jì)堿性玄武巖, 在北京延慶一帶保留相對完整, 其他地區(qū)因隆升剝蝕和構(gòu)造變化, 只保留通道相的輝綠巖或輝綠輝長巖(圖2)(鄧晉福等,2015), 早期這套基性-超基性巖目前尚無含金剛石的報(bào)道, 但可見較多的地幔橄欖巖包體, 如北京延慶地區(qū)(鄧晉福等, 2015; 趙越等, 2006)。金剛石意義不大, 但深部探測研究重要, 尤其對于探索大火成巖省的啟動(dòng)階段意義顯著。

晚期的白堊紀(jì)的橄欖玄武巖、堿性玄武巖(局部有安粗巖)也被剝蝕較多, 僅在長江中下游的寧蕪盆地、山東的沂沭斷裂帶內(nèi)保留相對完整(鄧晉福等,2015; 邢光福和馮益民, 2015)。這套巖石與堿性流紋巖組成的雙峰式火山巖是燕山期伸展主要標(biāo)志之一(邢光福和馮益民, 2015; 鄧晉福等, 2015), 通道相的玢巖是重要的鐵礦類型——“寧蕪玢巖鐵礦”(圖 2)的成礦母巖(陳毓川, 1986; 余金杰和毛景文,2002a, b; 余金杰等, 2007; 段超等, 2010; 胡勁平和蔣少涌, 2010), 也是中國東部研究深部來源構(gòu)造-成礦的最佳窗口之一(毛景文等, 2005)。最值得注意的是, 近年來, 蘇皖地區(qū)的堿性橄欖玄武巖(圖5中14號)中有金剛石被發(fā)現(xiàn)(蔡逸濤等, 2019a, b; 黃友波等, 2019)。

(4)碳酸巖-堿性雜巖

金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖及其管道系統(tǒng)通常緊密共生, 成為大火成巖省的標(biāo)志之一(Ernst,2014), 中國燕山期的碳酸巖有類似的特征, 分布于中國東部郯廬斷裂帶以西的華北地臺內(nèi), 與金伯利巖-鉀鎂煌斑巖在同一構(gòu)造帶上交替產(chǎn)出, 如山東郗山(圖5的12號)、內(nèi)蒙古巴爾哲(圖5中的13號),是早白堊世(138—100 Ma)的大火成巖省深源巖漿作用的一部分, 與華北大規(guī)模金-多金屬礦成礦作用密切相關(guān), 特別是與稀土礦床關(guān)系最為密切。典型地碳酸巖有郗山、巴爾哲碳酸巖-堿性雜巖稀土-稀貴-稀有金屬礦床。

山東郗山稀土礦位于微山縣韓莊鎮(zhèn)微山湖東岸, 北距縣城 20 km。礦床的形成與中國東部大火成巖省巖漿活動(dòng)有關(guān), 并伴有金和稀土元素(REE)多金屬礦化(曾普勝等, 2020), 特別是130—120 Ma期間的劇烈?guī)r漿活動(dòng)控制了大量礦床的形成(Mao et al., 2011)。郗山堿性雜巖體與稀土礦化有關(guān)的礦脈主要有含稀土石英重晶石碳酸鹽脈和含稀土霓輝石脈。礦脈中含有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、獨(dú)居石等礦物, 并伴有黃鐵礦產(chǎn)出。其中稀土礦為山東省最大規(guī)模的中型稀土礦床, 平均厚度 2.16 m, 平均品位RE2O34.61%; 其中的黃鐵礦均含較高的金(Au)和鉑族元素(Pt、Os、Ir、Ru)、親鐵元素 Mn、Cr、Ti和分散元素Re。其中, 黃鐵礦中Au平均含量為4900×10–6, Pt、Ru、Os、Ir平均分別為 14 000×10–6,22 000×10–6, 26 300×10–6, 2600×10–6; 含 Re 平均20 400×10–6(曾普勝等, 2020)。這些親鐵元素在黃鐵礦中的局部富集, 表明該期黃鐵礦為深源成因。為碳酸巖-堿性雜巖分布區(qū)尋找貴金屬和分散元素錸(Re)等關(guān)鍵金屬提供線索。

巴爾哲超大型礦床位于內(nèi)蒙古哲里木盟扎魯特旗境內(nèi), 巴爾哲礦床是一個(gè)典型的與碳酸巖-堿性雜巖有關(guān)的超大型稀有稀土礦床(趙一鳴等, 1994;陳金勇等, 2019a, b), 也屬于中國東部燕山期大火成巖省的一部分, 其形成時(shí)代為(127.2±1.3)—(122.7±1.8) Ma(趙一鳴等, 1994; 丘志力等, 2014;Su et al., 2021)。巴爾哲礦床為稀土-鋯-鈹-鈮鉭(REE-Zr-Be-Nb-Ta)多金屬礦床(Yang et al., 2021),主要礦石礦物為興安石(硅鈹釔礦)、氟碳鈣鈰礦、獨(dú)居石、燒綠石、鈮鐵礦和鋯石等。巴爾哲礦床已探明金屬儲量為RE2O3儲量近百萬噸、ZrO2數(shù)百萬噸、Nb2O5數(shù)十萬噸、Ta2O5數(shù)萬噸、BeO數(shù)萬噸, 其中鋯和稀土元素的儲量已達(dá)超大型礦床規(guī)模(王一先和趙振華, 1997)。

中國東部燕山期大火成巖省中的碳酸巖, 成為中國東部燕山期大火成巖省的重要組成部分, 與全球其他地區(qū)的大火成巖省中碳酸巖(如西伯利亞、德干等地)可以比較(Ernst, 2014)。

1.2.2 白堊紀(jì)雙峰式火山巖

白堊紀(jì)雙峰式火山巖是中國東部燕山期大火成巖省鼎盛時(shí)期的產(chǎn)物, 在侏羅紀(jì)火山巖的基礎(chǔ)上活動(dòng)面積進(jìn)一步擴(kuò)大, 構(gòu)成中國東部燕山期巖漿巖的主體(圖 2, 圖 4)。在構(gòu)造強(qiáng)烈隆起區(qū), 即長白山—千山巖帶①、太行山巖帶③、魯東沿海雜巖帶④、秦嶺—大別巖帶⑤, 主要保留侵入相, 巖性以堿性花崗-二長花崗巖等(A 型花崗巖)為主(鄧晉福等,2015); 而構(gòu)造隆升性對較弱的地區(qū), 即大興安嶺巖帶②和浙閩粵雜巖帶⑥, 則侵入相與火山巖相伴產(chǎn)出, 侵入相巖性同構(gòu)造隆起區(qū)的相似, 也以堿性花崗巖-二長花崗巖等(A 型花崗巖)為主, 僅局部地區(qū)(如寧蕪盆地、沂沭盆地)有富鈉質(zhì)輝長閃長玢巖-輝長閃長巖等次火山巖(陳毓川, 1986; 鄧晉福等,2015; 邢光福和馮益民, 2015; 余金杰和毛景文,2002a, b), 而噴出相在火山巖盆地中的以保留, 巖性以堿性流紋巖、粗面巖、粗安巖等為主, 寧蕪盆地—廬樅盆地、沂沭地區(qū)中有堿性玄武巖-安山巖(陳毓川, 1986; 邢光福和馮益民, 2015), 構(gòu)成中國東部重要的雙峰式火山巖(邢光福等, 2015)。

華北的松遼盆地(尤其是開魯盆地、大慶盆地等次級盆地)、二連盆地、巴音戈壁盆地(向西可達(dá)吐哈盆地), 以及華南的吉泰盆地、南雄盆地、麻沅盆地等保留了較完整的白堊紀(jì)的雙峰式火山巖(邢光福等, 2015), 為鈾-煤-鉀-鋰共存的盆地, 是中國東部戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬集中賦存的重要地區(qū)。

1.3 硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs)

硅質(zhì)大火成巖省是指與大火成巖省(LIPs)潛在相關(guān)的板內(nèi)和大陸裂谷系統(tǒng)中的硅質(zhì)巖漿作用, 與以硅質(zhì)為主, 非俯沖成因的大面積(>10萬km2)分布的巖漿省, 稱其為硅質(zhì)大火成巖省(SLIP)(Pankhurst and Rapela, 1995; Bryan et al., 2000; Ernst, 2014)。

中國的硅質(zhì)大火成巖省討論甚少。Peng(2010,2015)討論了華北地臺熊耳—太行地區(qū)元古代(1.7 Ga)與放射狀巖墻有關(guān)的硅質(zhì)大火成巖省;桂北地區(qū)四堡群和中生代與玄武巖有關(guān)的酸性大火成巖省已有部分關(guān)注(Li et al., 2014)。張旗等(2009)曾對中國東部燕山期巖漿巖與大火成巖省的有討論, 但在中國, 酸性大火成巖省討論還很少,特別是燕山期的內(nèi)容關(guān)注的顯著不足。

本次涉及的硅質(zhì)大火成巖省包括了侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)(150—100 Ma)大火成巖事件由堿性流紋巖-堿性玄武巖-金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖及其管道系統(tǒng), 分布于江南造山帶西側(cè)和郯廬斷裂帶南段以西的華北地臺內(nèi), 包括管道系統(tǒng)和噴出巖, 累積面積超過 30萬 km2(圖 6)。其規(guī)模甚大, 以往關(guān)注甚少, 是中國東部燕山期殼幔相互作用的重要產(chǎn)物。

圖6 中國東部燕山期硅質(zhì)大火成巖省巖漿巖分布圖(侵入巖據(jù)鄧晉福等, 2015; 噴出巖據(jù)邢光福和馮益民, 2015)Fig.6 Distribution map of magmatic rocks of the Yanshanian sillic large igneous provinces (SLIPs) in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015)

從侏羅紀(jì)中晚期開始有主要為高鉀高鉀鈣堿性系列為主, 局部伴有雙峰式火山巖組合的巖漿巖,代表了陸緣弧俯沖伴有局部拉張的大陸邊緣俯沖環(huán)境, 與俯沖作用有一定的關(guān)聯(lián); 但到早白堊世早—中期開始出現(xiàn)強(qiáng)烈的雙峰式火山巖組合, 伴有超基性的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖組合, 代表了一種陸內(nèi)環(huán)境的強(qiáng)烈拉張的構(gòu)造背景, 與俯沖作用關(guān)系不大。這種大陸邊緣俯沖環(huán)境向大陸內(nèi)部拉張的轉(zhuǎn)換, 正是中國東部燕山期大火成巖省直接作用的結(jié)果, 這與以往燕山期一直是大陸邊緣俯沖的構(gòu)造配置的認(rèn)識有顯著不同。

這種巖漿的分布格局顯示出中國東部燕山期為一個(gè)酸性大火成巖省, 與全球著名的硅質(zhì)大火成巖省(Silicic LIPs)(Ernst, 2014)(圖1)(如美國西海岸的馬德雷山(Sierra Madre)、非洲與阿拉伯半島之間的阿法爾(Afro-Arabian, AFAR)、西非南部的伊登戴卡(Etendeka)、印度的馬拉尼(Malani)、澳大利亞南部的高樂(Gawler)及東部的肯尼迪—康納斯—奧本(Kennedy-Connors-Auburn)的大陸區(qū)的大火成巖省的情形基本一致(Ernst, 2014)。其特點(diǎn)是, 酸性或雙峰式火山作用占優(yōu)勢, 流紋巖/花崗巖特別發(fā)育, 并有同期的基性巖墻、超基性巖(金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-碳酸巖)發(fā)育, 部分含有金剛石, 與俯沖作用形成的安山巖/閃長巖等中性巖漿作用關(guān)系不密切,是大火成巖省的一部分, 也是全球規(guī)模較大的硅質(zhì)大火成巖省。這群大火成巖省, 對于理解中國東部的各類構(gòu)造-成礦作用十分關(guān)鍵。

2 中國東部燕山期大火成巖省的構(gòu)造效應(yīng)

中國東部燕山期大火成巖省對中國的構(gòu)造格局產(chǎn)生了深刻的影響。包括東部高原的塑造、構(gòu)造-巖漿帶對中國地形地貌的格架影響等。

2.1 燕山期中國東北部高原

燕山期大火成巖省不僅造就了巨量的巖漿, 同時(shí)還使中國東部大規(guī)模隆升成為“東部高原”(張旗等, 2007, 2008)。峨眉山大火成巖省的地殼隆起幅度在 1000 m以上(何斌等, 2005), 與此類似, 早白堊世(～120 Ma)持續(xù)的中國東部的大火成巖省的巖漿作用, 必然使巖漿作用區(qū)逐漸隆起, 形成與巖漿噴發(fā)范圍相適應(yīng)的大幅隆起, 前人已注意到中國東部的“面型”隆起覆蓋華北地臺大部分和華南東部(張旗等, 2007, 2009), 與本次根據(jù)燕山期火成巖編圖資料(鄧晉福等, 2015; 邢光福和馮益民, 2015)編繪的硅質(zhì)大火成巖省范圍(圖6)基本相當(dāng)。因此, 大火成巖省對中國東部的地形地貌的塑造起到?jīng)Q定性的作用。新生代的構(gòu)造作用在這個(gè)“高原”的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和破壞, 塑造的現(xiàn)今中國東部的地貌和地理格局。

2.2 燕山期中國東部的構(gòu)造變形與構(gòu)造輪廓的形成

中國東部燕山期大火成巖省包括了金伯利巖-鉀鎂煌斑巖±堿性橄欖玄武巖±碳酸巖的深源巖石組合, 也包括更大面積花崗巖類巖石組合。這些深源巖石組合可代表一個(gè)大火成巖省事件的邊界(Ernst, 2014), 應(yīng)與其南部太平洋區(qū)域內(nèi)同期(高峰在130—120 Ma)的規(guī)模巨大的大火成巖省, 如昂通爪哇(Ongtong-Java)(Mahoney et al., 1993; Ingle and Coffin, 2004)等有對應(yīng)關(guān)系。金伯利巖-鉀鎂煌斑巖等作為快速上升的大火成巖省或地幔柱邊界(Mao and Mao, 2020)的一部分, 上升足夠快的就可已形成含金剛石金伯利巖(Shiery et al., 2013)(如瓦房店、蒙陰等地), 稍慢些的金剛石含礦性差些(如遼寧鐵嶺、河南鶴壁等地)。如此, 這類直達(dá)地幔深處的深斷裂, 即成為大火成巖省巖漿上升通道, 并為了后期揮發(fā)分流體(H2O、CO2、H、烴類、F等及其絡(luò)合的深源金屬 PGE-Re、Au-Ag、Co-Ni-V-Ti-Mn等)上升保留通道。這類通道(如郯廬斷裂帶)成為后期可能繼續(xù)活動(dòng)的邊界大斷裂控制著整個(gè)中國東部的構(gòu)造活動(dòng)與成礦事件, 乃至地震災(zāi)害等, 改造著華北(Davis, 2011a, b; Davis and Darby, 2010; Davis and Xia, 2013; 王洪浩, 2016)、揚(yáng)子等穩(wěn)定地臺的演化(Farnetani and Richards, 1994), 甚至拉開渤海灣(李三忠等, 2010), 深刻地影響著中國東部的巖漿-構(gòu)造-成礦格局, 并涉及更大范圍, 如北部的蒙古—鄂霍茨克帶(Kravchinsky et al., 2002)。

3 中國東部燕山期大火成巖省的資源效應(yīng)

中國東部燕山期大火成巖省不僅控制著同期的巖漿作用和構(gòu)造格局, 還深刻地影響著同期的成礦事件, 特別是與深源巖漿作用關(guān)系密切的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)。中國東部的重要礦產(chǎn)主要形成與燕山期且沿郯廬斷裂帶及其南延部分密集分布(圖7, 表1),這種短時(shí)限高密度的礦產(chǎn)形成正是大火成巖省及其邊界深斷裂控制的必然結(jié)果(Shiery et al., 2013;Ernst and Jowitt, 2013; Ernst, 2014)。按成礦有關(guān)的巖漿巖類型不同, 可以將燕山期有關(guān)的中國東部的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源分為兩種亞類, 即與深源巖漿作用(金伯利巖-鉀鎂煌斑巖±碳酸巖)有關(guān)的戰(zhàn)略礦產(chǎn)——稀貴(PGE+Au、Ag、Co)、稀土(REE)、稀有(Nb-Ta-Zr-Hf)、稀散(Li-Be-Rb-Cs)等“四稀”金屬;(堿性)花崗巖類有關(guān)的戰(zhàn)略礦產(chǎn)——稀有金屬(W-Sn-Be-Nb-Ta)、新能源礦產(chǎn)(Li-U-Rb-Cs)、新材料礦產(chǎn)(F/螢石)、大宗戰(zhàn)略礦產(chǎn)(Cu)等。

圖7 郯廬斷裂兩側(cè)礦產(chǎn)分布略圖(據(jù)郭文魁等, 1982; 赫英等, 2002; 曾普勝等, 2020綜合編制)Fig.7 Simplified map showing the distribution of mineral resources of the Tan-Lu fault belt(compiled from GUO et al., 1982; HE et al., 2002; ZENG et al., 2020)

3.1 金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-基性巖-碳酸鹽有關(guān)的礦產(chǎn)

與金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-基性巖-碳酸鹽有關(guān)的礦產(chǎn)多屬于深源成因, 成礦地質(zhì)體通常與深斷裂有關(guān), 并且在兩組斷裂交匯處成礦顯著增強(qiáng)。金伯利巖有關(guān)的礦床主要是金剛石礦床, 以郯廬斷裂帶兩側(cè)的遼寧瓦房店金伯利巖群(丁俊英等, 2016; 付海濤, 2020)、山東蒙陰金伯利巖群(褚志遠(yuǎn)等,2019)(間夾有大井頭鉀鎂煌斑巖含金剛石, 王玉峰等, 2019)達(dá)到工業(yè)品位, 是中國最重要的金剛石礦床(Shiery et al., 2013; 宋瑞祥, 2013); 鉀鎂煌斑巖有關(guān)的礦床主要有貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)馬坪(東風(fēng)Ⅰ號)巖管(羅會文和楊光樹, 1989; 楊光忠, 2013; 楊光忠等,2019; 饒紅娟等, 2019)、湖南2013寧鄉(xiāng)云影窩巖管(李子云和馬文運(yùn), 1993)發(fā)現(xiàn)原生金剛石, 湘黔鉀鎂煌斑巖帶內(nèi)有金伯利巖產(chǎn)出(童潛明, 1996; 饒家榮,1999; 董斌等, 2006), 向北可影響到湖北大洪山一帶(王留海和廖其放, 1989; 王留海, 1991; 葉德隆等,1991; 劉觀亮等, 1993); 南部江西安遠(yuǎn)蓮花塘白榴黃長煌斑巖出露(王取義, 1995); 基性巖或堿性橄欖玄武巖含金剛石的例子在郯廬斷裂的蘇皖地區(qū)存在(蔡逸濤等, 2019a, b; 黃友波等, 2019), 山東的歸來莊金礦也與基性巖有著密切的關(guān)系(于學(xué)峰等,2010), 同期的寧蕪玢巖鐵礦帶(陳毓川, 1986; 余金杰和毛景文, 2002a, b; 余金杰等, 2007; 段超等,2010)是最重要的基性巖有關(guān)的礦床; 碳酸巖有關(guān)的礦床則以內(nèi)蒙古巴爾哲含稀土鈮鉭鈹堿性巖礦床(Qiu et al., 2019)、山東郗山(微山)碳酸巖-堿性雜巖稀土礦床(梁雨薇等, 2017)最為著名。實(shí)質(zhì)上, 這套與深源成因有關(guān)的巖漿作用, 與金和鉑族元素-錸的富集有著不同程度的關(guān)系, 山東郗山堿性雜巖中的黃鐵礦富集鉑族元素等(曾普勝等, 2020)、歸來莊基性巖脈中不僅富金, 還含極高的碲(Te)(于學(xué)峰等,2010), 均有幔源流體的屬性。

3.2 硅質(zhì)大火成巖省有關(guān)的礦產(chǎn)

中國東部燕山期硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs)是中國東部燕山期成礦的搖籃。簡要?dú)w納前人所做的有關(guān)燕山期的巖石學(xué)-礦床學(xué)工作, 按①長白山—千山巖帶、②大興安嶺巖帶、③太行山成礦帶、④魯東沿海雜巖帶、⑤秦嶺—大別成礦帶、⑥浙閩粵雜巖帶和⑦湘黔桂鉀鎂煌斑巖-堿性雜巖成巖成礦帶等七個(gè)成巖成礦帶(表2)統(tǒng)計(jì)典型礦床(巖體)的時(shí)代,可以發(fā)現(xiàn), 燕山期巖漿活動(dòng)的時(shí)代跨度從～150 Ma開始, 延續(xù)到～100 Ma, 延續(xù)時(shí)段在50 Ma以上, 向西部滇黔桂一帶甚至延續(xù)到～80 Ma(毛景文等,2005)。但出現(xiàn)兩個(gè)成礦的峰期, 即 139 Ma和121 Ma(圖8)。從表2統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn), 盡管各個(gè)成巖-成礦帶的時(shí)代均為燕山期, 并且與同期的巖漿巖類有關(guān), 其中硅質(zhì)大火成巖省(圖 6)占據(jù)更大的空間范圍, 遠(yuǎn)大于深源巖漿的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-橄欖巖漿-碳酸巖帶(圖5)。不同成礦帶因基底性質(zhì)、剝蝕程度等因素差異, 各帶內(nèi)的優(yōu)勢礦種有所不同,多數(shù)礦床都產(chǎn)于大火成巖省巖漿作用的管道系統(tǒng)(plumbing systems)中, 且淺成相占多數(shù), 僅個(gè)別(如山東郗山稀土礦)產(chǎn)出于深成相中。各成巖-成礦帶優(yōu)勢礦種如下:

表2 中國東部燕山期巖漿巖和礦產(chǎn)形成時(shí)代一覽表Table 2 Consensus of the forming ages of the igneous rocks and mineral resources in eastern China

續(xù)表2

圖8 燕山期巖漿活動(dòng)與成礦事件年齡統(tǒng)計(jì)直方圖(數(shù)據(jù)來自于表2)Fig.8 Statistical histogram showing age of Magmatic activity and ore-forming event in Yanshanian (data from Table 2)

長白山—千山巖漿成礦帶①: 優(yōu)勢礦種為金-多金屬、鈾-油氣。其南部遼南瓦房店金伯利巖帶是中國金剛石資源主要集中區(qū)(付海濤, 2020)。應(yīng)當(dāng)指出, 該帶西側(cè)的松遼盆地(含開魯盆地)因覆蓋而巖體出露較少, 恰好成為鈾、鋰、鉀等戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)和油氣的聚集區(qū)。

大興安嶺巖帶②: 大興安嶺巖帶內(nèi)的優(yōu)勢礦種為金-銅-鉬-多金屬礦和鈾-鋰-鉀等新能源礦產(chǎn)。大興安嶺北坡以烏奴格吐山鉬礦、迪彥欽阿木鉬礦、甲烏拉銀鉛鋅礦等為代表, 二連盆地的鈾-油氣資源也很重要, 該帶斷續(xù)可以延續(xù)到北山—吐哈盆地(聶逢君等, 2015; Nie et al., 2020); 其南坡東南側(cè)開魯盆地內(nèi)有堿性火山(凝灰)巖-輝綠巖脈等出露的地區(qū)的鈾-鋰-鉀具有重要意義(聶逢君等, 2017)。

太行山成礦帶③: 優(yōu)勢礦種為金-銅礦。太行山金礦帶是我國重要的金礦產(chǎn)區(qū), 河南上宮金礦、熊耳金礦、河北土嶺-石湖金礦等為代表。該帶內(nèi)的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖分布相對密集, 從山西大同-河南鶴壁的廣大空間內(nèi), 對尋找金-鉑族元素有指示意義。

魯東沿海雜巖帶④(含蒙陰金伯利巖帶⑦): 優(yōu)勢礦產(chǎn)為金-鈾-稀土-鉑族元素、金剛石。燕山期最重要的當(dāng)屬金礦, 膠東金礦帶(宋明春等, 2020)、魯西歸來莊金礦帶(于學(xué)峰等, 2010)等為代表, 魯西郗山稀土礦(鉑族元素)(梁雨薇等, 2017; 曾普勝等, 2020)也很具代表性。蒙陰含金剛石金伯利巖帶的資源量在中國僅次于遼寧瓦房店巖帶的金剛石集中區(qū)。

秦嶺—大別成礦帶⑤: 最優(yōu)勢礦種是鉬-金-銅。金堆城、南泥湖等鉬礦(黃典豪等, 1994, 1996;毛景文等, 2005)最具的代表性。小秦嶺、祁雨溝等金礦(王義天等, 2001, 2002)也很重要。該帶內(nèi)的與鉬礦緊密共生的錸最具價(jià)值。

浙閩粵雜巖帶⑥: 優(yōu)勢礦種鎢-錫-鈮鉭-銅-金-銀, 及鋰銣銫-螢石(王登紅等, 2004)。南嶺鎢錫成礦帶是全球最重要的鎢錫礦產(chǎn)區(qū), 該帶內(nèi)鎢錫-共(伴)生的鈮鉭戰(zhàn)略地位重要。福建紫金山等銅金礦(黎敦朋等, 2016)閩贛蘇浙地區(qū)的云母-偉晶巖型鋰銣銫礦產(chǎn)以及廣泛分布的螢石礦戰(zhàn)略地位極為重要, 是中國工業(yè)企業(yè)“就地取材”重要原材料基地。銣礦主要分布在江南隆起東段、武功山—北武夷山、南嶺中段、浙中-武夷山等稀有金屬成礦帶(孫艷等,2019)。該帶內(nèi)新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)螢石也極為重要(方乙,2014; 成功和邱獻(xiàn)引, 2013)。

湘黔桂鉀鎂煌斑巖-堿性雜巖成巖成礦帶⑧:該帶位于東南沿海成礦帶的西側(cè), 是被新生代太平洋構(gòu)造域向北西擠壓逆沖推覆的部分, 其成礦優(yōu)勢礦種保持整個(gè)熱液系統(tǒng)頂部的低溫系統(tǒng)部分。燕山期優(yōu)勢礦種為深斷裂控制金剛石、金(-汞-鉈)等。馬坪巖管、寧鄉(xiāng)云影窩巖管等仍是金剛石突破的指示(宋瑞祥, 2013; 黃遠(yuǎn)成等, 2015)。最值得注意的是,該帶內(nèi)從湘西到黔西南的深斷裂帶及其兩側(cè), 金礦的成礦潛力巨大, 水銀洞金礦(Su et al., 2009; 邱小平等, 2021)、泥堡金礦(劉平等, 2006)等金(伴生汞鉈)“低溫?zé)嵋骸背傻V帶潛力巨大(涂光熾, 2002), 并且一些“分散元素”鉈、鎘、鍺等可以在這個(gè)低溫系統(tǒng)中超常富集成獨(dú)立礦床(涂光熾, 2004)。

需注意的是, 以深源巖漿巖為中心, 通過硅質(zhì)大火成巖省向兩側(cè)過渡到(火山巖)盆地, 是油氣資源、鋰鉀(鹵水)、煤等能源礦產(chǎn)聚集的理想地段。從南嶺火山巖盆地、江漢盆地、渤海灣盆地、松遼盆地, 再轉(zhuǎn)現(xiàn)近東西向的二連盆地(甚至可延續(xù)到北山—吐哈盆地), 均是鈾礦、鉀鋰(鹵水)、油氣、煤成礦的主要聚集區(qū)帶(張萬良, 2007; 李延河等, 2016; Nie et al., 2020), 對中國具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。

4 中國東部燕山期大火成巖省的環(huán)境效應(yīng)——優(yōu)質(zhì)的成土母巖

除了控制中國東部的構(gòu)造輪廓和地形地貌之外, 燕山期大火成巖省形成的面型分布的硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs), 經(jīng)后期剝蝕, 上部地層(包括曾經(jīng)覆蓋的堿性流紋巖等)均被去除, 露出大面積分布的花崗巖分布區(qū), 集中分布在南嶺的東南丘陵地區(qū)、膠東地區(qū)、遼東—長白山、小興安嶺、大興安嶺、二連浩特(向西延至北山—東天山)地區(qū), 由于這些花崗巖類本身富含K2O、P2O5等主量元素鉀平均為 4.14%, 磷平均為 0.073%(原始數(shù)據(jù)據(jù)遲清華和鄢明才, 2007), 分別是地殼平均值(K2O 2.45%, P2O50.06%, 鄢明才等, 1997)的1.7倍和1.22倍, 稀土元素(總量 209×10–6)等也顯著高于中國東部上地殼平均值。因此, 對于新形成的土壤, 保持著較高的鉀、磷、稀土等營養(yǎng)元素, 適合植被生長, 有利于生物多樣性的保持和維護(hù), 作為農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)則是優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)條件之一。

5 討論

5.1 中國東部燕山期大火成巖省與全球的一致性

中國東部燕山期大火成巖省處于太平洋西北岸, 活動(dòng)高峰時(shí)代為139 Ma和121 Ma(圖8), 時(shí)代上與昂通—爪哇、凱爾蓋倫等大洋高原及非洲南部陸上的大火成巖省(圖 9)可以對比, 金剛石的形成可與南非的含金剛石金伯利巖群對比(Larson and Kincaid, 1996)。前人已經(jīng)注意到(Larson and Kincaid,1996; 王登紅, 1998), 太平洋西岸的南非地區(qū)的～120 Ma大規(guī)模巖漿作用及非洲金伯利巖的形成與太平洋中部昂通—爪哇和南印度洋凱爾蓋倫的～120 Ma大火成巖省活動(dòng)有關(guān)。與此相同的是, 中國東部郯廬斷裂帶內(nèi)也存在～120 Ma的含金剛石金伯利巖群(褚志遠(yuǎn)等, 2019)。據(jù)此分析, 南非東側(cè)～120 Ma的含金剛石金伯利巖, 與中國東部燕山期～120 Ma的大火成巖省及其含金剛石金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-硅質(zhì)大火成巖省, 均應(yīng)屬與圍繞早期的太平洋內(nèi)的昂通-爪哇/凱爾蓋倫大火成巖省(海底高原)的邊緣標(biāo)志部分——具有金伯利巖-鉀鎂煌斑巖產(chǎn)出部分(Ernst, 2014)。包括南非東側(cè)—中國東部在內(nèi)的太平洋大火成巖省, 在全球尺度, 與此相對的大火成巖省則是非洲與南美之間的帕蘭納—伊登德卡(Paranna-Etendeka)大火成巖省, 也是南美從非洲大陸分離出來的根本原因, 如同華北克拉通的伸展破壞也同時(shí)發(fā)生在早白堊世(楊進(jìn)輝等, 2021; 朱光等, 2021)一樣。這種破壞的來源正式大火成巖省在全球尺度作用造成的, 影響深源而宏大。作用的大火成巖省中心可能會隨時(shí)間變化, 從太平洋的昂通爪哇轉(zhuǎn)移到南印度洋的凱爾蓋倫(Kerguelen)(Coffin et al., 2002) (圖 9)。

圖9 全球290～0 Ma大火成巖省(LIPs)和硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs)隨時(shí)間的示意圖分布(Ernst, 2014)Fig.9 Global maps showing the schematic distribution of 290–0 Ma LIPs and SLIPs through time(Ernst, 2014)

硅質(zhì)大火成巖省的形成: 金伯利巖/鉀鎂煌斑巖帶等“邊緣標(biāo)志”的弧形內(nèi)側(cè), 持續(xù)的深源巖漿與淺部地殼長時(shí)期作用, 均可能產(chǎn)生硅質(zhì)大火成巖省,這就導(dǎo)致了中國東部硅質(zhì)大火成巖省的形成: 中國東部, 無論華南還是華北, 廣泛地分布花崗巖和堿性流紋巖-粗面巖, 這類硅質(zhì)巖漿作用不同于島弧帶的閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖系列巖石, 而與美國西部的St.Francois地體的花崗巖類(Kisvarsanyi,1980)可比, 這類大面積分布的硅質(zhì)作用被稱為“硅質(zhì)大火成巖省”(Silicic Large Igneous Province,SLIP), 與金伯利巖-碳酸巖等深源巖漿作用有著高度的關(guān)聯(lián)(Ernst, 2014)。

5.2 中國東部揚(yáng)子地臺與華北地臺的相同與不同

巖性組合及形成時(shí)代相同, 張壓-剝蝕程度的不同。

華北的金伯利巖帶和揚(yáng)子的鉀鎂煌斑巖帶均被看作是加里東期的巖漿作用, 華北金伯利巖之前獲得的年齡為加里東期(490～450 Ma, 池際尚等,1996; 張宏福和楊岳衡, 2007), 與揚(yáng)子地區(qū)湘黔鉀鎂煌斑巖帶早期獲得的加里東期年齡(503～435 Ma,池際尚等, 1996; 方維萱等, 2002)相近。然而, 隨著近年來工作的不斷深入, 華北含金剛石金伯利巖帶的年齡值得進(jìn)一步商榷, 蒙陰地區(qū)含金剛石金伯利巖帶的巖脈傳切了“更早”的輝綠巖脈, 而這套輝綠巖脈的年齡準(zhǔn)確地限定為白堊紀(jì)(117～121 Ma,褚志遠(yuǎn)等, 2019); 類似地, 揚(yáng)子湘黔鉀鎂煌斑巖帶的年齡也被限定在白堊紀(jì), 寧鄉(xiāng)云影窩含金剛石的鉀鎂煌斑巖巖管的年齡為白堊紀(jì)((101.6±5.1) Ma,林瑋鵬等, 2011), 與湖南常德理公港的含原地金剛石的凝灰質(zhì)角礫巖地層為白堊紀(jì)(楊獻(xiàn)忠等, 2019)在時(shí)代上吻合。這似乎表明, 無論華北地臺還是揚(yáng)子地臺, 與金剛石有關(guān)的這類深源巖漿巖, 測定早先形成的礦物(如金云母、鈣鈦礦、金剛石等), 其年齡值均為加里東期, 而測定具有爆發(fā)期或侵入期鋯石年齡, 獲得的年齡則為燕山晚期(白堊紀(jì)), 并且可從同層位的含金剛石地層(如理公港地區(qū)含金剛石凝灰質(zhì)角礫巖)得到驗(yàn)證, 表明早白堊世是金剛石形成關(guān)鍵時(shí)期, 與南非地區(qū)的含金剛石金伯利巖的時(shí)代～120 Ma(Larson and Kincaid, 1996; 王登紅,1998)。這表明, 早期(如加里東期)結(jié)晶礦物金剛石、鈣鈦礦、金云母、鎂鋁榴石等的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-含金剛石堿性橄欖玄武巖等巖石組合, 真正上升到華北—揚(yáng)子地表, 是早白堊世才完成的。即華北-揚(yáng)子地區(qū)的含金剛石金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-橄欖玄武巖是加里東期就在大陸巖石圈龍骨(keel)底部的深處結(jié)晶生成, 而在白堊紀(jì)時(shí)期構(gòu)造條件具備時(shí), 才快速上升到地表——“早成晚升”。這就可合理地理解中國東部這類深源巖漿巖的看似“雜亂”,實(shí)則必然(白堊紀(jì)深源巖漿必定會攜帶早古生代等時(shí)期形成的“捕擄晶”上侵)的同位素測年結(jié)果。

然而, 華北地臺與揚(yáng)子地臺的差異也是明顯的。盡管湖南西部—貴州東北部的鉀鎂煌斑巖帶(間夾金伯利巖, 董斌等, 2006)也遭受剝蝕, 但其存留地層的時(shí)代最老地層為新元古界板溪群(Pt3B)出現(xiàn)在寧鄉(xiāng)一帶, 貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)馬坪一帶的更淺些, 為上元古界燈影組(Z2dy)—寒武系清虛洞組(?1q); 而華北地臺, 蒙陰地區(qū)剝蝕出露地層為新太古界泰山群(Ar3T), 瓦房店地區(qū)為元古代橋頭組(Pt3q)。據(jù)此分析, 華北地臺和揚(yáng)子地臺的(含金剛石)金伯利巖/鉀鎂煌斑巖/橄欖玄武巖帶, 可能為同一時(shí)期同一巖漿事件的產(chǎn)物, 差異的原因在于: 金伯利巖-鉀鎂煌斑巖帶形成之后, 華北的巖漿帶因伸展而剝蝕強(qiáng)烈,可剝露出太古代地層; 而揚(yáng)子的巖漿帶因擠壓而剝蝕相對弱些, 只剝露到中元古代板溪群。從蒙陰的太古代泰山群的巖管中還可有工業(yè)品位的原生金剛石巖管, 湘黔地區(qū)的巖管深部金剛石潛力尚還值得進(jìn)一步勘探。

華北金伯利巖帶(間夾鉀鎂煌斑巖, 王玉峰等,2019)和揚(yáng)子鉀鎂煌斑巖帶(間夾金伯利巖)均屬加里東期就已生成, 而在燕山期才具備構(gòu)造條件而快速上升到地表, 局部可含金剛石等早期寶貴的“捕擄晶”,同時(shí)攜帶有珍貴的地球深部信息(呂青等, 2021; 王十安等, 2021; 李睿哲等; 2021), 是中國東部大火成巖省的重要組成部分。

5.3 中國大火成巖省與含金剛石金伯利巖/鉀鎂煌斑巖/碳酸巖

從全球情況看, 含金剛石的金伯利巖帶/鉀鎂煌斑巖帶±碳酸巖常常分布在距大火成巖省的中心～1000 km的邊緣環(huán)上, 代表了一個(gè)大火成巖省的最強(qiáng)活動(dòng)的“邊緣標(biāo)志”(Ernst, 2014), 中國東部的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-堿性橄欖玄武巖-碳酸巖帶大致可以代表太平洋上的昂通爪哇(Ongtong-Java)大火成巖省(Ingle and Coffin, 2004)在太平洋西北岸中國大陸上強(qiáng)烈活動(dòng)的邊緣標(biāo)志。中國東部的燕山期(～120 Ma)含金剛石金伯利巖-鉀鎂煌斑巖帶, 與非洲南部的～120 Ma的含金剛石金伯利巖(Larson and Kincaid,1996)一起, 構(gòu)成太平洋大火成巖省邊緣標(biāo)志的一部分, 被后來進(jìn)一步活動(dòng)的大火成巖省的巖漿推擠擴(kuò)展和改造, 變成現(xiàn)今相距遙遠(yuǎn)的殘片, 但仍是白堊紀(jì)時(shí)期(～120 Ma)大火成巖省活動(dòng)記錄的重要組成部分,是地幔對流結(jié)果(鄧晉福等, 2000, 2005, 2007a, b; Mao and Mao, 2020)。

與此相對的情形是, 中國的多個(gè)大火成巖省,如塔里木、峨眉山、措美、潘佳爾等大火成巖省的“邊緣標(biāo)志”——金伯利巖/鉀鎂煌斑巖±碳酸巖,被發(fā)現(xiàn)者少的可憐, 到目前為止, 僅有新疆巴楚瓦基里塔格金伯利巖(李友枝等, 2000)和克里陽鉀鎂煌斑巖(柴鳳梅, 2001)有少量報(bào)道, 并且瓦基里塔格金伯利巖被識別為方解霞黃煌巖(aillikite)(Wang et al., 2021), 一種經(jīng)地幔交代的金伯利巖的變種, 因上升相對緩慢而遭受交代, 因而新疆瓦基里塔格的“金伯利巖”金剛石含礦性差, 這就合理解釋了這個(gè)金伯利巖群金剛石找礦難以突破的真正原因, 那么近似構(gòu)造背景的“邊緣標(biāo)志帶”上還應(yīng)該能找到西伯利亞大火成巖省類似的含金剛石的巖管, 才符合邏輯, 這些作為邊緣標(biāo)志的金伯利巖/鉀鎂煌斑巖才是尋找金剛石渴望取得突破的“遠(yuǎn)景區(qū)”。而中國其他的大火成巖省, 如峨眉山、措美大火成巖省等則幾乎沒有關(guān)于金伯利巖或鉀鎂煌斑巖的報(bào)道,然而這些大火成巖省應(yīng)當(dāng)有對應(yīng)的1000 km的邊緣標(biāo)志——金伯利巖-鉀鎂煌斑巖帶產(chǎn)出, 金剛石及相關(guān)礦產(chǎn)也值得關(guān)注。

6 結(jié)論

通過以上研究可以得出以下認(rèn)識和結(jié)論。

(1)與太平洋內(nèi)巨型的大火成巖省昂通—爪哇(Ongtong-Java)同時(shí)代的中國東部燕山期(150—100 Ma為主)大火成巖省, 由深源的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-橄欖玄武巖-碳酸巖帶和面型分布硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs)組成。

(2)中國東部燕山期大火成巖省控制著燕山期以來的中國的構(gòu)造格局并塑造了中國東部地形地貌。

(3)中國東部燕山期大火成巖省控制著區(qū)內(nèi)燕山期戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn), 深源者以金伯利巖-鉀鎂煌斑巖-橄欖玄武巖有關(guān)的金剛石-鉑族元素-金和碳酸巖-堿性雜巖有關(guān)的稀土-鈹-鈮鉭等有關(guān); 而面型分布的硅質(zhì)大火成巖省的花崗巖類則主要與鎢錫-鈮鉭-鋰銣銫-螢石等戰(zhàn)略性、新興產(chǎn)業(yè)礦產(chǎn)關(guān)系密切。

(4)中國東部燕山期大火成巖省的巖漿活動(dòng)提供的優(yōu)質(zhì)成土母巖, 強(qiáng)烈影響著生態(tài)環(huán)境, 土壤中豐富的鉀-磷和微量元素, 適合植被生長, 有利于生物多樣性的保持和維護(hù), 作為農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)則是優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)條件之一。

致謝: 特別感謝中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心馮艷芳博士提供的1:250萬編圖的基礎(chǔ)地質(zhì)資料的支持。感謝貴州101地質(zhì)隊(duì)楊光忠研究員、吳世光高工、湖南413地質(zhì)隊(duì)李帥總工在野外勘查工作中給予的幫助, 感謝兩位審稿專家提出的寶貴意見, 以及國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心各位老師的指導(dǎo)。

Acknowledgements:

This study was supported by Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund(No.JYYWF20180101), China Geological Survey(Nos.DD20190589; DD20160220; DD20190703),and National Natural Science Foundation of China(No.41072073).