大陆碰撞成矿理论研究及应用
陈衍景
北京大学地质学系 yjchen@
中科院广州地化所 gigyjchen@
汇报内容
• 研究背景和意义
• 创建碰撞成矿理论
• 验证碰撞成矿理论
• 找矿应用和评价
我国地质 纲要、需 要和特色
• • •
拥有全球最大的两条碰撞造山带 找矿勘查需要——碰撞成矿理论 碰撞成矿研究的世界最佳实验室
早阶段矿物遭受构造变形
中阶段硫化物沿剪切裂隙充填 晚阶段脉体梳状， 张性裂隙
玲 珑 金 矿 地 质
早阶段石英脉 被构造破碎 中阶段硫化物 充填裂隙或空 隙 晚阶段碳酸盐 脉具梳状构造 穿切早、中阶 段矿物组合 成矿发生在挤 压向伸展转变 期，造山型！
煌斑岩成矿后 侵入
4、排他性的同位素证据 铁炉坪银矿 蒿坪沟银矿 康山金银矿
1、矿田或地体尺度的CMF模式
新认识
• • • • • • • • 极性分带 3阶段特点 中阶段最强 挤压变伸展 物质侧向源 流体由深源 变为浅源 模式变异 1/5~25万
陈衍景，1990,1991,1996,1998；Chen YJ et al., 1992, 1998, 2000, 2004, 2005, 2007, 2008
矿石铅同位素显 示，成矿物质来 自熊耳地体以南 UC 的官道口群 --—排他性证据
207
官
道
口 群
15
17 206 204 Pb/ Pb
19
21et al. 2009 Chen YJ Ore Geology Review
天山 望峰-萨日达拉金矿带
流体D ~ 18O：变质雨水
Sample stage
16.0
Tieluping ores
15.8
Pb/204Pb
Haopinggou ores Kangshan ores Huashan complex Altered Xiong'er Gp. Xiong'er Gp Taihua SGp
官道口群
15.6 15.4 15.2 15.0 13
O M LC
西准噶尔矿床、岩石的极性分带规律
西天山成矿预测和找矿实践
阿苏沃
承担黄金部队项目，1994年发现了阿苏沃金矿点(18.5 克/吨) 2001年(陈衍景, 305项目报告)预测望峰金矿带达大型规模。 至今持续研究，现已证实黄金资源量>50吨（20吨即为大型）
小秦岭矿床、岩石分带规律
陈衍景和富士谷1992年 《豫西金矿成矿规律》
花岗岩类 130Ma (胡受奚）
n
180 160 140 Ages of Mesozoic granito ids in Eastern China
火山岩类 120 Ma （王德滋）
n
48 44
B
Ages of Mesozoic volca nic rocks in Easte rn China N=499
建模依据之二：碰撞造山带构造-热演化规律
1. 固体介质中，应力传递速度大 于热；应力能可转变为热能。 碰撞过程的Tmax总滞后于Pmax 2. 以Pmax和Tmax为界，将碰撞带构 造-热演化划分为增压-升温、减 压-升温、减压-降温3个阶段。
3. 物理化学原理：中阶段减压 - 升 温过程的流体-岩浆-成矿作用最 为强烈！
熊耳山地区成矿预测和找矿验证
根据CMF模式极性分带 规律预测： 花山岩体以南为D带金 银多金属带，以北为P 带斑岩-角砾岩矿带。 预测时只有5个矿床
其后至今，持续在熊耳 山区研究和完善 促进了10多个大、中型 金/银/钼等矿床的发现
P带 G带 D带
河南东沟超大型钼矿床的成功预测
根据CMF模式， 1989年在金 巴山采样达 21.5 g/t Au， 发现该矿床。
全球构造-成矿模式
(Groves等1998, 2003; Kerrich等2000; Goldfarb,2001)
空 白 碰 撞 造 山 带 空白碰撞造山带的原因
著名学者Guild（1971,1972）提出：“在大陆与大陆碰撞的情
况下，两个板块由于具有浮力，都不会下倾，因而既不会生成岩 浆，也不会发生内生矿化”。——碰撞不成矿！曾被广泛接受。
中国西部
Axi Sawayardun Hatu Saidu Sujiquan Wangfeng Kangur 280Ma成矿爆发
170Ma 爆发
Chen et al., in press. OGR
据杨晓松 和金振民
40Ma 爆发
陈衍景等, 2004. 地学前缘，11： 57－83
中国东部
成矿高峰 130Ma 滞后于古南海闭 合(180Ma) 约 50Ma
• 地质：断控矿床成矿三阶段性——挤压向伸展转变
• 地球化学：同位素资料排他性地证明CMF模式 • 地球物理：CMF模式与各类地球物理资料一致
• • 率先识别造山型的银、铜、铅锌、钼等矿床 提出了区分不同类型热液矿床的流体包裹体标志
•
提出甄别碰撞造山带和岛弧区岩浆热液矿床的标志
1、成矿高峰滞后洋盆闭合 50Ma 左右
T(℃)
>273 205-357 206 >550 279-358 160 18.302 15.545 38.108
流体18C= -2.5~26.2 ‰ (n=7)
成矿流体来自沉积碳酸盐
硫化物34S=13.4~2.7‰（n=7) 平均7.05‰，来自沉积物 铅同位素 比值高！
206 207 208
3、成矿系统空间结构模型
4、成矿省/造山带尺度CMF模式
•
岩石圈由挤压加 厚向伸展减薄、 拆沉演化，伴随 成岩成矿 断裂构造由缓倾 逆冲，经陡倾滑 脱，向张剪裂谷 演化 4类成矿系统： 岩浆热液，变质 热液，火山岩或 沉积岩容矿的浅 成热液
•
•
•
花岗岩类由壳源， 经壳幔混源，向 幔源和A型演化
陈衍景等 2008 中国地质 Chen YJ et al 2005 IGR
40
36 32
120
28 100 80 60 24 20 16
12 40
8 20 0 4 0 80 100 120
Ma
140
160
180
200
2、空间分布——碰撞造山带
3、断控矿床成矿3阶段性
世界首例造山型银矿 ——铁炉坪银矿为例
铁炉坪
Chen et al. 2005 Acta Geol Sin
汇报内容
• 研究背景和意义
• 创建碰撞成矿理论
• 验证碰撞成矿理论
• 找矿应用和评价
理念：
• • • • • • • 科学性、实用性、系统性、先进性、持久性 植根于中国碰撞造山带，普适于全球碰撞造山带 涵盖碰撞造山体制形成的各类成矿系统 与固体地球科学各分支学科融为一体 与现代自然科学（物理学、化学等）融为一体 立足于事实或物理-化学原理，而非假说或观点 注重原理，淡化现象；注重普遍性，淡化特殊性
大地构造 地球物理 区域成矿 验证思路示意 起点
微观
元 素 和 包 裹 体 同 位 素 和 实 验
地 体 或 矿 田
矿 区 和 矿 体
构造地质 矿床地质 岩相矿相
矿 石 和 矿 物
矿物学 地球化学 高温高压实验
1984年以来，先后考察矿床200多个，解剖100多个，从 不同角度证明了CMF模式的科学性和实用性，并获得了 一些创新成果，例如： • 时间：大规模成矿滞后于洋盆最终闭合约50Ma • 空间：矿床和花岗岩类分布于造山带地壳加厚区
2、矿床尺度CMF模式
•
BDL以下为静岩压 力，以上为静水压 力；深部流体上升 至BDL时减压沸腾、 水压致裂，使浅部 流体涌入、混合， 成矿物质快速沉淀 BDL深度受区域温 压条件控制，可上 下变化，使矿化富 集带上下浮动 流体沸腾-混合带所 跨越的总深度范围， 即为最佳成矿深度 范围
•
•
陈衍景等，矿物岩石，2004，第三期
66-45 Ma; Yin & Nie, 1996 180Ma；Hsu et al., 1988
40 Ma
8~22 Ma 130 Ma
58 Ma
30~48 Ma 50 Ma
与根据P-T-t轨迹得出结论和CMF模式完全吻合！
Chen YJ et al., 2007. Ore Geology Reviews
建模依据之一：大陆碰撞机制和碰撞带构造几何特点
青藏高原—— 许志琴院士1990
阿尔卑斯构造剖面
秦岭构造剖面——张国伟院士等2001
建模依据之一：大陆碰撞机制和碰撞带构造几何
马瑞士等 1992
马丽芳等 2002 地质图集
Sengor 1990 ESR
一系列不同形式的陆壳板片逆冲叠覆 理解：一系列不同样式的陆壳板片挤压俯冲
Vein 12 Vein 12 Vein 12 Vein 31 Vein 31 Vein 31
Pb/204Pb Pb/204Pb Pb/204Pb
18.229 15.560 38.021
18.408 15.579 38.237
18.147 15.483 7.882
18.445 15.608 38.287
?
大陆碰撞造山带
• • 四种板块边界之一 板块演化Wilson旋回6个阶段的最后2个
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缺乏碰撞-成矿-流体作用（CMF: collisional orogeny, metallogeny and fluid flow），矿床学等诸多学科不完善！
大陆碰撞成矿理论是多个学科急需填补的空白点！
• 面向我国地质找矿的重大需求——碰撞成矿理论 • 瞄准多个科学发展的薄弱环节——碰撞成矿理论 • 紧抓我国地质特征和自然优势——碰撞造山带发育 1984 年至今持续研究， 1990 年首次提出地体尺度 CMF 模式，继后提出矿床和成矿省尺度的 CMF 模式，修正 了全球构造 - 成矿模式，建立了造山型矿床空间结构模 型，从而系统创建了大陆碰撞成矿理论，为大陆碰撞 造山带成矿预测和找矿评价提供了一整套模型。 • 促进了一批矿田或大型、超大型矿床的发现 • 推动了碰撞成矿研究的重大项目立项 • 引发了碰撞成矿研究的国内外热潮