本文由国家重点基础发展规划973项目(编号:G1999043203课题)、国土资源部百名优秀青年科技人才计划项目、地质调查项目(工作内容编号200310200002)和国家科技攻关项目资助。

改回日期:200422220;责任编辑:宫月萱。

第一作者:王登红,男,1967年生,研究员,博士,主要从事成矿学、地幔柱及相关研究。

地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义王登红　李建康　刘　峰　陈振宇中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037摘　要　本文在简要回顾地幔柱研究历史的基础上,针对近年来研究中提出的一些科学问题进行初步的探讨,提出了识别古老地幔柱的地质2环境2地球化学综合判别原则,提出了存在地幔柱的第3种类型,而埃达克岩很可能是第3类地幔柱的典型产物之一,指出了地幔柱对于成矿作用影响的双重性,也指出了地幔柱研究将对成矿学研究产生深刻的影响及其对于地质找矿的意义。

中国西南部地区以二叠纪峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔柱最终喷发于海陆过渡相环境,具有与俄罗斯西伯利亚地幔柱类似的成矿条件和含矿性,有着良好的找矿前景。

关键词　地幔柱　判别原则　埃达克岩　成矿作用　峨眉地幔柱Some Problems R elated to Mantle Plume and Their Signif icance in Ore ProspectingWAN G Denghong L I Jiankang L IU Feng CHEN ZhenyuInstit ute of Mi neral Resources ,CA GS ,Beiji ng ,100037Abstract Following a review on the history of mantle plume research and a discussion on some problems related to mantle plume ,this paper puts forward a comprehensive geological 2environmental 2geochemical principle for discrimination ofancient mantle plume.It is also pointed out that geological evidence is more important than geochemical evidence ,especially for the plumes located in a com 2plexsetting of slab subduction.The plumes located beneath the subduction area of aplate can have other features besides those of the plumes located beneath the continental crust or ocean crust.They are characterized by some special geological records like adakites ,because they have been affected by different materialand energy sources from both continental and oceanic crusts.Mantle plume can play an important role in large 2scale mineralization ,but can also destroy ancientdeposits formed before the eruption of flood basalts.The Emei mantle plume ,which erupted in a transitional environment with marine in the west and continentin theeast ,has features similar to those of the Siberian plume ,suggesting a good potential in search for mineral deposits.K ey w ords mantle plume discrimination principle adakite mineralization Emei plume 近年来国内外对于地幔柱的研究日新月异,新的资料不断积累,新的看法不断提出,新的问题也不断涌现。

比如,在板块构造研究过程中总结出来的类似于Pearce 图解这些被广泛采用的地球化学图解是否适用于对地幔柱的研究?地幔柱产出于什么样的环境,如何去识别?峨眉山玄武岩分布区是否可以找到诺里尔斯克这样的铜镍铂族元素矿床?本文将通过对这些相关问题的探讨,提出一些初步看法。

1　历史的回顾自从1963年Wilson 对夏威夷群岛的成因进行探索以来,关于热点和地幔柱的研究已经积累了众多的资料,国内在邓晋福(1992)之前尚未见到专门的论文,但在李春昱(1986)主编的《板块构造基本问题》和王润民(1988)主编的《内生成矿作用———成矿区及矿床系列》等文献中进行过详细的介绍,如王润民教授提出热点深熔作用可以产生两类矿床系列,即大陆边缘海系列(岩浆、伟晶岩和热液矿床)和大陆2大陆裂谷矿床系列(金刚石、碳酸岩、富碱基性杂岩Cr 2Ni 2P GE 及层状2脉状Cu 2Pb 2Zn 等)。

在地幔柱的研究历史中,20世纪60～70年代是地幔柱的萌芽时期,70～80年代是板块构造的全盛时期(对于地幔柱本身的关注不多),热点只是作2004年10月25卷5期:4892494 地　球　学　报ACTA GEOSCIEN TICA SIN ICA Oct.200425(5):4892494为板块运动的参照系而受到重视(Crough,1983), 80～90年代是地幔柱理论的初步形成时期,90年代以来是地球物理、地球化学和全球构造新概念的发展时期。

Morgan(1971)提出了下地幔地幔柱对流的问题,Wilson(1973)对地幔柱与板块构造的关系进行了探讨,Anderson(1975)提出Chemical Plume 并随后系统地论述过热点与玄武岩成因、地幔对流、磁异常、大地水准面变化、科马提岩与A2型花岗岩的成因等问题,Hofmann(1997)对地球演化早期阶段地幔柱的问题进行论述,Campbell等(1990)将地幔柱概念引进到对大规模溢流玄武岩成因的解释, Hill(1991)对地幔柱在大陆地壳形成中的作用进行了研究,Griffiths(1991)对于壳幔相互作用(地幔柱对于地壳的交代)、Larson(1991)和Cox(1991)论述了超级地幔柱,Loper(1991)和Maruyama(1994)进一步总结了地幔柱和全球构造的现代模式。

1992年以后,对地幔柱成因岩浆岩的地球化学特征进行大量的研究。

1998年以来,开始对地幔柱的成矿问题进行新的研究。

Sillitoe(1974)的文章可能是第一篇专门论述热点成矿的论文,但Mitchell等(1981)在《矿床与板块构造环境》一书中进行了比较系统地归纳。

1997年的南非会议是近年来地幔柱研究历史上一个新的里程碑。

在国内,2003年10月在四川成都召开的“峨眉地幔柱及其资源环境效应学术研讨会”是第一次全国性的,但又是针对性很强的会议。

2　地幔柱的识别———将今论古的原则2.1　从近年来地幔柱研究中出现的问题看方法论地球化学重要还是地质学重要?这是地幔柱研究尤其是古老地幔柱识别中一个难以回避的问题(王登红,1999)。

不同学者由于掌握的资料不同、考虑问题的出发点不同会得到不同的认识。

对于现代的地幔柱,地球物理资料无疑是最直观的,但仍然会出现多解性;对于古生代的尤其是中生代以前的地幔柱,地球物理资料必须以地质解释为前提。

利用地球化学资料来对比分析是目前常用的办法,但是往往没有考虑到地球自身的演化规律和元素在地球化学演化历史中的复杂性。

比如,太古宙的地壳与现代的地壳、太古宙的地幔与现代的地幔具有不同的成分特征,因此,根据现代岩石学得到的地球化学图解再运用到太古宙的岩石时,不能机械地简单类比。

如何建立这样的判别模式是目前地幔柱研究中的当务之急。

根据目前的研究程度,要判别古代的地幔柱,本文认为有必要提出地质2环境2地球化学的综合判别方案和原则,将地质依据放在第一位,其次才是环境的变化和地球化学方面的依据。

2.1.1　地质依据　地质方面的依据包括:①大面积分布和/或巨大厚度的玄武岩及其组合(是否达到火成岩省或大洋台地的规模);②与玄武岩配套(包括时间与空间)的幔源侵入岩及喷发岩(如科马提岩、苦橄岩等);③玄武岩及其配套的侵入岩是在短期内喷发和侵入的,即具有快速大规模喷发的特点Ο(计算机模拟结果表明,峨眉地幔柱的最后大规模喷发大约是在9×106a内完成的;④来自于地幔深部的成矿物质在一定的空间范围内集中出现;⑤对于规模不大的玄武岩类及相关岩浆岩在空间上是否按时间序列规则分布(类似于夏威夷岛链);⑥与幔源岩浆活动相耦合的依照一定时间序列排列的大型变质核杂岩及其构造热事件(牛树银等,2002)。

2.1.2　环境依据　主要体现为大规模火山岩在短期内喷发所造成的各种效应和地幔柱长期作用对于构造环境的巨大改变,包括:①区域性的地壳隆升及随后的张裂事件(洋壳的开始形成而不是消亡)与一系列具有地幔柱特征的火成岩相对应,大陆解体;②陨石撞击可以导致生物的群体灭亡,但尚无依据表明陨石的撞击可以带来新生命的大爆发,而地幔柱恰恰可以为新生命的爆发创造有关条件;③沉积记录反映的古气候的突然变化,而且是大面积的甚至是全球性的。

对于海相地幔柱可能表现为海水温度的上升,而对于陆相地幔柱则可能体现为气温的下降;④局域环境记录的特殊性,如大洋型灰岩中出现具有幔源特征玄武岩布丁或窗口(很可能是“大洋台地”),并且在其中可出现礁灰岩(类似于现代在太平洋中由地幔柱形成的一系列大洋岛弧的情况)。

2.1.3　地球化学依据　实际上与岩石学方面的依据相一致,但更加具体也更加复杂,如在岩石化学特征上体现为富含下地幔甚至地核来源的物质成分,高Ti、高Nb含量是现代地幔柱的常见特征(王登红,1998)。

最近,陕西地质调查院在青藏高原的工作中通过地球化学投点识别出了地幔柱,夏林圻等也利用地球化学特点认为东天山存在石炭纪的超级地幔柱Π,但对这些岩石本身的时空分布特点还了解不够,如空间分布面积、玄武岩的厚度、层数,是否094地　球　学　报2004年ΟΠ夏林圻等.2003.天山石炭纪碰撞后裂谷火山作用及其地质意义.青藏高原及邻区地质与资源环境学术讨论会文集,2.见李建康等.本辑,509～514.存在随时间变化而先后喷发或侵位的“轨迹”等等。