中国东南大陆是东亚大陆边缘的重要组成部分, 是太平洋板块、欧亚大陆板块相互作用的节点.长期以来, 该区由于包罗古老的华夏地块、中新生代的构造-岩浆岩带、环西太平洋的多金属成矿带, 以其特有的岩石圈结构、沉积基底和火山基底、复杂的地壳构造而受到中外地质学家的关注^[1~5].对于东南大陆具长期复杂的演化历史的认识已毋庸置疑, 但对于该区存在从特提斯-喜马拉雅构造域到环太平洋构造域的转换的地球动力学依据及其与成矿的关系还有待深入研究^[6].本文通过对东南大陆的重要地质单元——闽西南坳陷的系统研究得出晚印支—早燕山期是两大构造域转换的重要时期, 并在深部地球物理、构造岩浆展布、构造系统演化、岩相古地理及区域成矿作用方面有明显的表现, 进而得出伴随构造域的转换, 东南大陆在印支晚期至燕山早期应存在一期重要的多金属成矿作用.

1.   地球物理特征

东南大陆构造作用域的转换和该区深部地球物理状态密切相关^[7], 这一点在闽西南表现较明显.闽西南及邻区主要位于EW向的南岭-武夷山重力低异常带和NNE向的闽浙东南沿海梯级带的复合部位, 反映了深部基底近EW向和NE向的叠加复合型的结构格局, 这与该区的大地构造环境由近EW向的特提斯构造域向环太平洋构造域的转化有着密切的联系, 同时也反映了该区地壳和岩石圈由NW往SE逐渐减薄的趋势.对该区天然地震层析成像分析表明闽西南及邻区深部能量交换强烈^[8], 说明深部地幔作用为两大构造作用域转换的主要机制.

2.   构造-岩浆岩带展布特征

闽西南地区主体位于东南沿海中新生代巨型构造-岩浆岩带内, 和东南沿海乃至环太平洋构造-岩浆岩带的演化特征一样, 该区历经自太古宙古陆核形成以来的地壳的多期次岩浆活动, 其中尤以中生代岩浆活动最为强烈.这些岩浆活动伴随着三叠纪以来构造环境的转换而具有时间上的继承性和空间上的迁移性.闽西南地区岩浆侵入作用与不同的构造环境密切相关.印支运动以前, 该区一直处于古陆核的形成、陆壳的增生、稳定地台的形成过程, 其主要的构造作用为老地壳的改造作用及地幔物质的添加作用, 历经特提斯-喜马拉雅构造域及古亚洲构造域的影响.印支运动期间, 伴随着环太平洋构造域的卷入, 中生代的构造运动使地台或已稳定的褶皱带重新活动, 该区地幔一直处于隆升状态, 岩石圈活动不断加剧而处于空前的活跃时期, 岩石圈处于拉伸与挤压的交替状态, 以致发生大面积的岩浆侵入活动.20世纪80年代以来, 在探索壳幔深部作用过程的研究中, 许多学者利用火成岩的成因研究成果反演大地构造背景得出了较为重要的新认识^[9], 认为中国东部中新生代时期岩石圈受到了强烈的热减薄, 这种减薄主要受控于热地幔软流圈物质底辟上升的作用过程.这种减薄主要发生在燕山早期, 在减薄之前岩石圈曾是一个巨厚圈层, 伴随着去根作用而发生构造域的转换.闽西南及其外围构造-岩浆岩带展布特征正是这种深部作用过程的地表表征.

从闽西南地区侵入岩的时间分布特征可以明显得出, 该区的侵入活动在不同时期都有表现, 并且在印支期、燕山早晚期都有较强的显示, 在某种程度上, 印支期比燕山早期岩浆侵入活动强烈, 说明伴随着中生代构造作用域的转换, 岩浆侵入活动具有明显的阶段性.不同时期侵入岩的分布主要呈NE及近EW向展布, 可能和南岭纬向构造带的岩浆活动及环太平洋带的岩浆活动有关, 燕山期侵入岩体的Kn值(按每个岩石化学的SiO₂为60%所标定的K₂O含量) 的分布和该区的主构造线方向存在明显的一致性是有力的证明(图 1) ^[10].

图  1  闽西南地区燕山期花岗岩体平均Kn值分布(据文献^[10]修改)

Fig.  1.  Distribution map showing the average Kn value of Yanshanian granite pluton in southwesten Fujian Province

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闽西南地区侵入岩成因类型的分布和不同构造域具一定的对应关系: 该区西部幔坳处主要分布重熔型及重熔-同熔混合型花岗岩, 同熔型花岗岩分布于坳陷的东部边缘即幔坳-幔隆过渡带上, 而同熔分异型花岗岩分布于东部火山断陷带上.

不同阶段的岩浆侵入与不同构造域的造山作用机制有关: 前印支期岩浆活动和褶皱造山作用有关; 印支期后则主要表现为活动大陆边缘的造山环境.

3.   岩相古地理

一个地区构造域的改变必然伴随着海水进退及古隆起和坳陷格局的改变^[6].闽西南地区的构造虽然复杂, 但从岩相古地理的角度分析其演化过程则可以明显反映出该区历经古特提斯至环太平洋构造域的转换, 中三叠世是一个主要的转折阶段^[6].图 2a为晚泥盆世的岩相古地理特征, 图 2b为早三叠世的岩相古地理特征^[10], 它们显示出如下特征: 随着加里东运动结束后, 晚泥盆世的沉积活动整体显示出东西向分布的特征, 其等厚线总轮廓表现为近东西向.到了早三叠世, 沉积物的总等厚线轮廓转变为NE向, 且沉积相的展布也开始变为NE向, 说明随着环太平洋构造域的逐渐卷入, 由于中上地壳经过长期中深层次的改造, 加之地壳由于均衡作用接受沉积而加厚, 地壳呈韧脆性, 易形成具环太平洋构造域的古地理特征.

图  2  闽西南地区晚泥盆世(a) 和早三叠世(b) 岩相古地理略图

a.1.古陆; 2.砂砾岩-粉砂岩-泥岩-页岩组; 3.砂砾岩组; 4.等厚线, m; 5.岩相界线; 6.滨海边滩相; 7.滨海盆地相.b.1.砂岩-粉砂岩组; 2.页岩-砂岩-粉砂岩组; 3.等厚线, m; 4.岩相界线; 5.潮间坪相; 6.潮间盆地相

Fig.  2.  Lithofacies and paleogeographical maps of Late Devonian (a) and Early Triassic in southwestern Fujian Province

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4.   构造系统演化特征

闽西南及邻区地表构造形迹繁多, 构造演化史的长期性以及强烈复杂的构造活动使该区从早期相对活动较弱的构造隆起或坳陷等类型转变为以断块构造为主、多种类型兼有的组合型式.这种转变在印支晚期及以后达到高潮, 使陆壳以断裂构造密集为特征的基底变得支离破碎, 并且在中上地壳范围内, 由于推覆和拆离, 新老地层相互叠置而变得异常复杂.构造系统研究表明闽西南地区构造格局的形成与特提斯-喜马拉雅构造域向环太平洋构造域转变密切相关.

晋宁—加里东期是闽西南地区自新太古代至古元古代形成原始的古大陆以来的主要增生阶段, 历经强烈的构造岩浆活动及韧塑性的变形过程, 区域构造线以近EW向及NEE向为主, 同时局部也存在SN向构造, 构造应力场的主体方位表现为近SN向挤压(图 3).这些构造型式大都分布在前晋宁期古老陆核的边缘, 说明主要的构造作用机制是裂陷及边缘沉陷作用.海西—印支期是闽西南地区构造格局演化的另一个里程碑.不仅是因为在加里东褶皱基底隆起的基础上, 由于地壳的沉降运动, 形成闽西南坳陷, 接受地台型沉积, 而且由于中三叠世末的印支运动, 使该区完成了古特提斯构造域向环太平洋构造作用域的转化.相应地构造线的方向也从以EW向为主的断裂构造向以NE向为主的隆起和坳陷、复式褶皱、同沉积断裂、韧性剪切带、推覆构造等转化.此阶段构造总体上具有继承性及新生性, 除NE向构造线以外, 在该区前加里东期存在的纬向构造带的位置上还依稀可见EW向断续发育的构造形迹, 且愈往东, EW向构造受改造越强烈.总之, 本阶段构造格局的形成是该区构造发展的主要时期.除构造线方向的复杂多样外, 海西—印支期的构造型式也较为繁多.燕山期闽西南地区的构造格局是和地壳的断块构造及强烈的火山-侵入活动紧密联系在一起的.如果说海西—印支期奠定了该区的构造格局, 那么燕山期形成的构造-岩浆带将该区带入了一个新生的构造形变图像.万天丰^[11]详细研究了中国东部中新生代板内变形构造应力场特征, 中新生代构造变形的样式、方向及强度在印支期(250~208 Ma)、燕山期(208~135 Ma) 和四川期(135~52 Ma) 都有明显不一致的表现, 而且具有突变性, 印支期以近南北向的挤压应力为主, 燕山期则主要以NWW-SEE向为最大主应力方向, 四川期以NE-SW向为主.这种突变正是与东南地区太平洋板块的逐渐推挤及加强作用有密切关系, 同时也进一步说明构造域的转换对于该区地壳构造决定性的制约机制.由于此期大洋板块对大陆板块的不断推挤, 使得该区壳幔活动作用加强, 壳幔物质相互交换频繁, 下地壳聚集了大量的岩浆物质, 沿着先存的构造薄弱带, 壳幔混源物质上升、分异、演化并定位形成构造-岩浆带.构造系统分析表明, 闽西南地区的构造存在两大构造域的影响, 构造演化是在两大构造域复合、转换过程中完成的^[11].

图  3  闽西南地区晋宁—加里东期构造的力学解析

Fig.  3.  Mechanics analysis of structure of Jinning-Caleodonian in southwestern Fujian Province

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5.   中生代构造域转换与成矿的关系

东南大陆的成矿作用研究已较为详细.综合分析研究表明, 随着中生代构造域转换, 闽西南地区矿床分布、种类、成因类型、主要成分及成矿物质来源都表现为南岭多金属成矿带与环太平洋成矿带的一个复合成矿单元^[1], 且和中生代构造域的转换关系密切.

5.1   矿床的空间分布规律

闽西南作为一个典型矿聚区, 处于环太平洋成矿带的外带——亚洲大陆东部边缘成矿系的华南断褶系中生代叠加成矿带(或成矿区) 上, 为东西复杂构造带的第一级控制作用与第一级的新华夏系构造控制作用重叠的双重构造控制.该区矿床(点) 的产出位置及其空间组合具一定的规律, 受建造、构造及岩浆岩控制较明显.据图 4闽西南及邻区主要矿产分布与构造的关系, 可以得出如下分布规律: (1) 该区主要矿床明显具有成区及成带分布的特点, 成矿带受区内一级构造带, 如政和-大埔断裂带、邵武-河源断裂带及上杭-云霄断裂带的控制, 呈NE向及NW向展布.NE向成矿带可分为: 大田-漳平-龙岩-永定带及上杭-连城带及长汀-武平带, NW向矿带主要为永定-上杭-武平带; 东西向基底构造带控制着Sn, W矿床、矿点的成行分布, 主要表现为东西向基底构造直接控制着矿源层的展布; (2) 矿床集中分布于闽西南坳陷的次一级构造单元内, 这些构造单元包括漳平-龙岩凹陷带与闽东火山断陷带及连城-武平凹陷带与武夷山隆起带的交接部位; (3) 矿床的分布不仅和构造关系密切, 和中酸性中浅成花岗岩及中酸性次火山岩的分布也有关, 矿床主要产于花岗岩或火山岩内及其附近.矿床的空间分布规律显示出闽西南矿集区矿床的分布主要受南岭纬向带及东部活动大陆边缘的复合控制.

图  4  闽西南构造与矿床分布关系

Fig.  4.  Map showing the relationship between tectonics and deposits in southwestern Fujian Province

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5.2   主要矿种及成因类型

闽西南地区主要矿种及矿产地为: (1) 上杭紫金山-华家Cu, Au矿; (2) 永定大排、连城珠地、大田汤泉、小湖、上蔡及沙县、龙岩马坑—中甲一带、尤溪梅仙一带Pb, Zn, Cu, Fe矿; (3) 尤溪—德化一带Au矿; (4) 龙岩—永定一带Sn, W多金属矿及长汀—武平Sn, W多金属矿; (5) 清流—连城一带Mn矿.丰富的矿种以及分布的广泛性表明, 闽西南作为位于南岭带的东段和赣南粤北成矿带及闽东成矿带相接部位的成矿单元, 其成矿作用兼有南岭带及环太平洋带两者的特征.众所周知, 环太平洋成矿带与南岭多金属成矿带存在矿床组合的分带性, 对于中国东南大陆而言, 属环太平洋带的东部活动大陆边缘成矿带, 其矿床组合主要以Au, Cu-Pb, Zn, Ag, Fe-Au为主, 而南岭成矿带则主要表现为W, Sn, Mo, Bi矿床组合特征.整体上, 自东而西, 逐步表现为以Cu为主至以Sn-W为主的矿床分带特征, 事实上, 闽西南地区具两种不同构造成矿域的矿床组合特征.同时, 这种分带性和全球各主要成矿带中新生代成矿单元所表现出的分带性近一致, 如南美西部即智利—玻利维亚一带, 为Fe-Cu, Au, Mo-Cu, Pb, Zn, Ag-Sn; 远东带为Cu (Au) -Hg-Mo-Sn (W) -Au-Ag-Cu; 东南亚自南东往北西分带为Ni-Cu-Au-Sn (W) -Au-Cu; 澳大利亚东部分带为Au-Ni-Cu (Au) -Sn-Pb, Zn.这些分带性明显受太平洋洋壳中的不同板块相互作用及其产生的岛弧或大陆边缘构造岩浆分异特征的控制.

矿床成因类型在闽西南也显示多样性, 主要有高硫浅成火山-次火山中低温热液型铜(金银) 矿及斑岩型铜钼矿, 其代表性矿床为紫金山铜金矿; 接触交代型(矽卡岩型) 矿床主要有: 马坑铁矿、中甲铁矿、大田龙凤场铜、铅锌、硫多金属矿床; 海底火山热液沉积及变质改造型矿床则主要以尤溪梅仙铅锌铜银矿床为代表; 尤溪双旗山式热液型金矿以尤溪肖板金矿为主; 中低温热液型锡矿床主要以中甲锡多金属矿为主; 斑岩型锡矿主要有永定鹞子岽锡矿; 在连城及清流一带存在庙前式氧化富集型优质锰矿.通过闽西南与南岭带中西部主要矿床成因类型对比(图 5) 可以清楚看到: 南岭西部主要以热液脉型、硫化物型及矽卡岩型为主, 和特提斯—喜马拉雅构造域关系密切; 而在南岭带中部矿床类型较多, 主要有硫化物型、石英脉型、云英岩型、矽卡岩型、伟晶岩型以及斑岩型, 且各类型矿床常和多种有色金属、稀有金属共生、伴生; 环太平洋带即东南沿海为一中生代火山岩带, 成矿作用主要和燕山晚期花岗岩有关, 矿床类型主要以火山-次火山岩型及斑岩型为主^[12].同时值得指出的是, 这种矿床类型的分布和该区与成矿有关的花岗岩自西向东表现为原地和半原地花岗岩→侵入花岗岩→高侵位花岗岩的侵位机制有关, 在成因上也有壳源型、壳幔混源型、幔源型渐变的特征.综上所述, 南岭带和东南沿海带矿床由于不同的地壳结构、构造环境、围岩特性及岩体侵位高度, 产生不同的矿床成因类型, 但在闽西南一带矿床成因类型具有两者复合特征, 说明该区为不同构造成矿域的叠置区域, 具有复杂的成矿特征, 属过渡性转换区域.

图  5  南岭多金属成矿带与环太平洋带矿化类型和地壳结构、构造单元、围岩及花岗岩侵位高度的关系

Fig.  5.  Generalized relationship of mineralization types with crustral structure, tectonic units, country rock and emplacement level of granite between Nanling and circum Pacific metallogenic belts

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由于构造成矿域的转换, 地壳结构的不同导致矿床中矿石主要成分不同.东部沿海矿石中, Fe, Mn, Ti, V, Au, Cu镁铁等元素占优势, 而西部较多地出现Ta, Nb, Li等元素, 这一点和地壳往东逐渐减薄有密切的关系.

5.3   晚印支期-燕山早期成矿特征

闽西南地区经历了长期复杂的成矿演化史.在这些过程中始终伴随着矿床的形成、定位及改造, 伴随着构造域的转换、矿种组合和矿床类型逐渐增多.印支晚期至燕山早期是花岗岩类活动及矿化活动较为强烈的时期, 矿化类型多、规模大, 主要原因可能与地区性的地球化学场和花岗岩演化的成熟度有关, 燕山期花岗岩经受多次熔融, 有利于矿质的再富集.晋宁—加里东阶段形成了该区古老的前晋宁期的结晶基底及前加里东期的浅变质褶皱基底, 基底形成为后期Sn, Au多金属矿床形成准备了丰富的成矿物质来源及良好的成矿空间.印支晚期—燕山早期, 由于环太平洋成矿域的卷入, 构造岩浆作用强烈, 以块断作用及大量的岩浆活动为主, 沉积建造少且元素含量低, 锡多金属元素主要受岩浆活动控制.根据燕山期造山作用后区域构造应力场的演化特征, 其锡多金属成矿作用可分为两个阶段: 第一阶段为燕山早期与中浅成酸性花岗岩有关的Sn, W, Mo, Bi, Be, Nb, Ta矿床, 在闽西南地区该类型矿床的代表为中甲蚀变岩型锡多金属矿床(铼-锇同位素年龄为196 Ma); 第二阶段是燕山早期与酸性-中酸性火山侵入岩有关的Sn, W, Mo, Cu, Pb, Zn, Ag, Au, Nb, Ta, Be多金属矿床, 其主要代表为鹞子岽-上下湖Sn, Cu, Mo云英岩型矿床及尤溪肖板金矿床(K-Ar法年龄为186 Ma).矿床成因研究表明其成矿物质具壳幔混源特征^[13].矿床的形成和晚印支期—燕山早期花岗岩有关.矿床的主要类型以中低温热液型、斑岩型及石英脉型为主.

5.4   构造域转换与成矿的关系

闽西南坳陷是在加里东褶皱基底隆起的基础上, 由于地壳垂直运动接受地台型沉积而形成的.中三叠世末的印支运动使该区完成了古特提斯构造域向环太平洋构造域的转化.地壳结构及成矿构造环境的改变在闽西南燕山早期形成的矿床特征中得到反映.研究表明: 地壳结构差异造成了构造环境的差异, 而构造环境差异则形成了不同类型的矿床.在西部与碳酸盐岩有关的矿床主要类型为矽卡岩型和硫化物型, 主要有层控和热液脉两种定位形式; 中部和局部隆起有关的矿床主要有斑岩型和云英岩型, 矿体多呈脉状, 与隆起区的张裂发育有关; 东部火山岩区大多形成超浅成的次火山岩体及具良好成矿物质来源的中新生代火山岩, 一般形成斑岩型及次火山热液型矿床.地壳结构的差异所反映的区域性的深部莫霍面变化, 大多导致与成矿有关的多期花岗岩的起伏叠加活动.南岭带成矿花岗岩类w (⁸⁷Sr) /w (⁸⁶Sr) 初始比为0.709~0.725, 而环太平洋带初始比值为0.706~0.708, 说明花岗岩类岩石的物质来源及组成在东南大陆的西部和东部的表现不一致, 这与地壳的厚度变化有关.

成矿热液来源研究也表明, 闽西南矿集区成矿热液主要来源于大气降水, 岩浆水居次, 这与构造域转换所造成的薄地壳易形成大量的断裂破碎带有关.

通过对中甲锡多金属矿床进行高精度的Re-Os同位素矿化年龄的测定, 结果表明印支晚期晚阶段—燕山早期早阶段也是本区一重要的成矿期, 以锡多金属矿化为主, 说明构造域的转换与成矿有密切的关系.

6.   结论与讨论

闽西南及其邻区自新太古代特别是中生代以来地壳层次的拉张、挤压和剪切作用不断发生着交替和转换, 形成了区内不同时序的造山、成盆及过渡型构造活动及成矿作用.分析闽西南地区中生代以来的动力学作用过程及其与成矿的关系可以明显得出以下特点: (1) 加里东运动以来该区经历了以南北向挤压作用为主形成的东西向构造格局——近南北向的左旋剪切为主形成的NE-NNE向构造格局; (2) 从印支期的幔隆和幔坳相间的结构格局到燕山期地幔上隆而造成地壳急剧变薄, 对该区从印支末期的挤压应力状态到燕山期拉张和挤压相互交替具主要影响作用; (3) 由于构造作用域的转换而造就了该区兼有南岭带与环太平洋带岩浆作用及成矿作用的特征; (4) 成矿作用与构造作用域转换的关系研究表明, 东南大陆在印支晚期至燕山早期应存在一期重要的多金属成矿作用.

值得指出的是, 尽管东南大陆的地质研究程度较高, 但中生代构造作用域转换及与其相关的构造和成矿作用问题由于涉及面广, 与全面深入了解还有较大的距离, 有待在今后的工作加强与提高.

感谢翟裕生院士审阅全文并提出宝贵的建议.