复合造山与复合成矿是中国区域构造演化与成矿的典型特色,其复杂的成矿物质来源、多变的构造驱动机制、丰富的成矿作用类型以及多期的活化改造过程一直是区域成矿理论研究的热点。西南三江特提斯造山带是中国复合造山的典型缩影,其经历了古生代与中生代原—古—中—新特提斯增生造山和新生代印度-欧亚大陆碰撞造山演化过程,具有复杂的复合造山演化时空格架。为系统阐释复合造山背景下的复合成矿作用,更科学地指导区域找矿勘查工作,本文在详细解析三江特提斯复合造山的基础上,依据成矿系统理论划分出与增生造山相关的原特提斯、古特提斯、中特提斯、新特提斯和与碰撞造山作用相关的挤压褶皱、拆沉伸展、挤压走滑、伸展旋扭等成矿系统;发现复合成矿作用显著,并识别出四类5个主要复合成矿系统,包括昌宁—孟连带增生-碰撞造山海底喷流(VMS)型Pb-Zn-Cu+岩浆热液型 Mo-Cu、义敦岛弧和腾冲—保山地块增生+碰撞造山岩浆热液型 Cu-Mo-Sn-W、兰坪盆地碰撞造山盆地卤水(MVT)型Pb-Zn+岩浆热液型 Cu-Pb-Zn-Ag 和扬子西缘碰撞造山富碱斑岩Au-Cu-Mo+造山型Au;详细解剖各复合成矿系统组成要素和形成机理,据此凝练出复合成矿系统理论,即指复合造山构造转换时空域中不同时期多种成矿作用或者同一时期不同成矿作用复合形成的地质系统;提出构造转换复合于早期岛弧带或者裂谷带是形成复合成矿系统的主要机制。

大面积低温成矿主要见于扬子克拉通和美国中西部,且扬子克拉通比美国中西部具有更多的矿床类型,在全球极具特色,是建立大面积低温成矿理论的理想区域。前人对扬子克拉通中生代大面积低温矿作用进行了较系统的研究,在矿床地质特征、矿床物质组成、成矿流体特征、成矿时代和成矿动力学背景等方面,已取得重要进展。进一步的研究表明,扬子低温成矿域不同矿种的矿床组合(Pb-Zn、Au-Hg-Sb-As、Au-Sb等)在地理位置上是分区产出的,而这种不同矿床组合的分区对应着不同类型的前寒武纪基底。初步证据显示,扬子克拉通前寒武纪基底(含寒武纪)富含低温成矿元素,深循环流体浸取基底岩石中的成矿元素发生了大面积低温成矿,而基底岩石成矿元素组成的空间不均一分布则控制了不同区域矿床组合的差异。应指出的是,由于成矿金属元素来源示踪的复杂性,大面积低温成矿的物质基础尚需更系统的研究进一步证实。

横跨欧亚呈东西延伸的特提斯构造域是全球最重要的有色贵金属成矿带之一,该带向东到达扬子陆块后转向东南,位于转折部位的扬子西缘近年发现系列大型-超大型Cu-Au矿床。以往认为,扬子西缘金沙江—红河大型走滑断裂切穿岩石圈,诱发岩浆上侵,形成富碱斑岩带。本文通过对扬子西缘剑川老君山、鹤庆北衙、姚安老街子—干沟、大姚吁支拉和永仁直苴等多个富碱岩体进行调查和构造应力分析,表明富碱斑岩在沿金沙江—红河断裂两侧分布的同时,也有大量岩体(脉)进入扬子板块内部,沿EW向断裂展布,其成岩成矿年龄为36.87~30.70 Ma,与富碱斑岩带一致,同时岩浆活动表现出由西向东时代变新,碱质增加等自西向东运移的特征;对近EW向岩体(脉)及节理的野外观测和统计分析表明,控岩构造具有东西挤压南北伸展的应力特征,与北西向大型走滑构造配套。由此提出,扬子陆块西缘新生代发育大规模陆内构造转化系统,陆块内部系列富碱岩浆,其形成与深切的NW向大型走滑构造有关,自西而东就位于派生的SN向、EW向次级构造,发育斑岩Cu-Au等成矿作用,成岩成矿与陆内构造转化系统耦合。

在皖赣沿江地区分布着大量中生代侵入岩体及其岩石包体和相关的夕卡岩矿床。本文在综合整理作者研究团队近30年来所获得的区内大部分侵入岩体及其岩石包体和夕卡岩矿床研究资料的基础上,聚焦区域中生代壳幔相互作用与多成因夕卡岩成矿过程分析,为发展壳幔成矿学打下一定基础。基性侵入岩和镁铁质岩石包体的同位素年代学和岩石地球化学资料表明,皖赣沿江地区在中生代发生了碰撞后(145~135 Ma)富铜金和造山后(130~120 Ma)富铁金幔源岩浆底侵作用和相应的壳幔混源岩浆作用。壳幔混源岩浆作用主要包括结晶分异作用、同化混染作用、岩浆混合作用和岩浆熔离作用。夕卡岩矿床地质调研和镜下观察结果显示,两期壳幔混源岩浆侵入晚古生代到早中生代围岩地层后引发了多成因夕卡岩成矿作用,形成了接触交代、层控、岩浆和复合叠加等多成因夕卡岩矿床。接触交代、层控、岩浆和复合叠加夕卡岩矿床分别以热液交代、沉积+热液交代、岩浆结晶+热液交代和沉积+岩浆结晶+热液交代矿物组合和结构构造为特征。在碰撞后酸性-中酸性侵入岩体中产有富Cu和Zn等成矿物质的元古宙变质岩包体,表明碰撞后富铜金的底侵玄武岩浆或其演化岩浆在浅位岩浆房中同化了元古宙变质基底成矿物质(铜锌等)储库导致铜进一步富集,从而形成更富铜的酸性-中酸性岩浆。在碰撞后中基性-基性侵入岩体中产有含大量Cu-Fe硫化物(黄铜矿和磁黄铁矿)和氧化物包裹体的深位和浅位堆积岩,表明碰撞后富铜金的底侵玄武岩浆在深位岩浆房中和其演化岩浆在浅位岩浆房中发生了强烈的结晶分异作用导致铜铁亏损,形成更富金的中基性-基性岩浆。酸性-中酸性侵入岩体中夕卡岩包体和夕卡岩中辉长岩-夕卡岩过渡包体的存在表明,碰撞后富铜金的底侵玄武岩浆在侵位处同化晚古生代含铜铁矿源层的碳酸盐地层导致铜进一步富集,形成更富铜的夕卡岩岩浆。更富铜的酸性-中酸性岩浆、更富金的中基性-基性岩浆和更富铜的夕卡岩岩浆是形成碰撞后时期接触交代和层控夕卡岩铜矿、接触交代夕卡岩金矿和岩浆夕卡岩铜矿的最重要控制因素。在造山后中基性-基性侵入岩体中产有含大量Cu-Fe硫化物(黄铜矿和磁黄铁矿)和氧化物包裹体的堆积岩,表明造山后富铁金的底侵玄武岩浆在深位岩浆房中发生了强烈的结晶分异作用导致铜铁亏损,从而形成更富金的中基性-基性岩浆。造山后富铁金的底侵玄武岩浆在侵位处同化晚古生代含铜铁矿源层的碳酸盐地层、早中生代铁矿源层或者早中生代铁硅矿源层,导致铁、铁和铁硅的进一步富集,分别形成更富铁的夕卡岩岩浆、基性岩浆和中基性岩浆。更富金的中基性-基性岩浆及更富铁的夕卡岩岩浆、基性岩浆和中基性岩浆是形成造山后时期接触交代夕卡岩金矿、岩浆夕卡岩铁矿、矿浆型铁矿和接触交代夕卡岩铁矿的关键控制因素。

中国是世界第一大钼生产国和资源国,同时也是铅、锌的重要资源国。中国东部燕山期斑岩型钼矿床及热液脉型、夕卡岩型铅锌(银)矿床是中国钼、铅、锌的主要来源。前人基于斑岩钼和热液型铅锌(银)矿床的地质、地球化学研究,提出了中国东部燕山期斑岩型钼-热液型铅锌(银)成矿系统的新认识,但对该成矿系统的岩浆起源、成矿物质来源等仍存在认识上的分歧。近年来,越来越多的地质、地球化学证据表明,斑岩钼矿的成矿可能与幔源岩浆活动有关,成矿斑岩的Sr、Nd、Pb同位素组成也显示有幔源物质的贡献。碳酸岩作为典型的幔源岩浆岩,是研究地幔物质组成的探针岩石,源自俯冲交代富集地幔的碳酸岩是已知Mo含量最高的岩浆岩,同时其Pb、Zn、Ag含量也很高,并具有富水、富F、富S、富CO₂的特征。中国东部与斑岩钼矿同期的碳酸岩、基性岩的地球化学研究表明,中国东部中生代地幔为经历了俯冲交代的富集地幔,富集地幔的部分熔融可能为斑岩钼-热液型铅锌(银)成矿系统提供了成矿岩浆、成矿金属,同时还可能提供了S、F和成矿流体。

长江中下游成矿带的宁芜和庐枞火山岩盆地中发育了大量与早白垩世(约130 Ma)陆相火山-侵入岩有关的玢岩铁矿。这类矿床的特征为具有磁铁矿-磷灰石-阳起石(透辉石)矿物组合,在国际上一般被称为铁氧化物-磷灰石型(Iron Oxide-Apatite, IOA)或基鲁纳型(Kiruna-type)矿床。玢岩铁矿的概念自20世纪70年代提出以来,其成因就一直存在争议,主要有矿浆、岩浆热液及矿浆-热液过渡的观点。近年来的高精度年代学揭示出宁芜和庐枞盆地内玢岩铁矿在约130 Ma集中爆发成矿。矿物学、岩石学及地球化学的综合研究表明成矿物质主要来源于次火山岩体,且成矿早期流体具有高温(550~780 ℃)和超高盐度(可达90% NaCl_eq)的特点。这些特点与成矿岩体及周围火山岩在成矿早阶段发育大规模钠质蚀变相吻合;但同时S-Sr等同位素和流体包裹体成分分析表明在铁成矿过程中还有外来壳源(如膏盐层物质)流体的加入。一些研究工作还表明玢岩铁矿与夕卡岩型铁矿具有相似的热液蚀变演化过程,暗示两者或许存在某些成因联系,很可能是相似流体与不同性质围岩及在不同温度下水岩交代产物。这些新的证据为探讨玢岩铁矿的成矿作用过程和成因机制提供了新的制约,也带来了新问题。本文从成岩成矿年代学、成矿物质来源、成矿早期流体性质、玢岩铁矿与夕卡岩铁矿及其外围新发现的金铜矿化的成因联系等角度,对近年来长江中下游成矿带玢岩铁矿研究的主要新进展进行初步总结。当前IOA型矿床的成因研究成为国际上矿床学研究的一个热点,除了长期争论的矿浆成因和岩浆热液成因,最近提出多个了岩浆-热液复合成矿模型,如岩浆磁铁矿-气泡悬浮模型及富水铁熔体的上升、脱气和侵位成因模型。将IOA型矿床成因争论的焦点逐渐聚焦在岩浆到岩浆后(岩浆热液)阶段,铁质究竟是以含铁岩浆热液、铁矿浆 (Fe-O或P-Ca-Fe-O),还是岩浆磁铁矿微晶或其他未知的形式来富集成矿的,还有待进一步研究,文章对以上的新模型进行简要介绍和评述,并与长江中下游的矿床进行对比。

中上扬子地块周缘巨型成矿带是多旋回多阶段构造演化背景下成矿作用的产物。主要的成矿系统包括沉积-热水沉积成矿系统类、后生盆地流体成矿系统类、岩浆热液成矿系统类三大类。南华纪沉积-热水沉积锰成矿系统、震旦纪沉积-热水沉积铅锌成矿系统、震旦纪—寒武纪沉积-热水沉积银钒多金属成矿系统、二叠纪沉积-热水沉积锰成矿系统主要发育在古大陆边缘且形成于大地构造挤压向拉张的转换期,大型、超大型矿床定位受大陆边缘构造网络系统的制约,成矿的有利环境是拉张断裂控制的裂陷槽,同生断裂系统和深部含矿流体的持续补给是关键的控矿要素。印支—燕山早期后生盆地流体Pb-Zn成矿系统是本区主要的成矿系统且发育在盆山结合带,大型、超大型矿床定位主要受断裂、层位与岩性联合控制。燕山期岩浆热液型Pb-Zn多金属成矿系统受侵入接触构造体系控制,Pb-Zn矿体主要发育在外带;燕山期岩浆热液型Au多金属成矿系统主要发育在盆山结合带,大型、超大型矿床定位受断裂、褶皱构造和隐伏花岗岩的联合控制。本文初步构建了中上扬子地块周缘主要金属矿床成矿谱系。

成矿系统是在深部过程驱动下形成的、具有自组织的能量及物质迁移-汇聚系统。系统在形成和演化过程中,在岩石圈不同尺度上留下“痕迹”,这种“痕迹”可以通过地球物理、地球化学和遥感等方法进行探测或观测。文章尝试在成矿系统理论框架下,对近10多年来在长江中下游成矿带进行的多尺度地球物理、地球化学探测结果进行分析,识别典型陆内成矿系统“源区”“通道”“场所”的地球物理、地球化学“痕迹”,尝试构建陆内成矿系统的空间结构模型。主要结论有:(1)长江中下游晚中生代的大规模铁、铜多金属成矿作用是一个完整的成矿系统。该系统包括3个子系统,分别为与高钾钙碱性岩浆岩有关的夕卡岩-斑岩成矿子系统、与橄榄安粗岩有关的陆相火山岩铁(硫)成矿子系统和与碱性岩有关的铜-金(铀)成矿子系统。(2)成矿系统的“源区”来自富集地幔的熔融、底侵,并在壳/幔边界与下地壳物质的混合,具有多级分布特点。幔源岩浆与地壳物质混合的比例决定了成矿金属的类型。(3)成矿带发育的“鳄鱼嘴”构造是铁铜成矿系统的主干“通道”。成矿系统“末端”矿质沉淀的“场所”主要受近地表褶皱、断裂、层间滑脱断层,以及由它们形成的断裂(裂隙)网络控制。(4)区域磁异常、放射性和地球化学异常是成矿系统残留“痕迹”的响应和“标识”。通过分析不同尺度的“标识”特征,可以深入认识成矿系统的空间结构,并可用于深部成矿预测。

新疆东准噶尔卡拉麦里地区以金水泉、双泉、南明水、苏吉泉东等为代表的金矿床,构成了一套与晚古生代碰撞造山有关的金成矿系统。矿床夹持于区域性的卡拉麦里深大断裂和清水—苏吉泉大断裂之间,矿化受次级脆-韧性断层控制,以中等至陡倾斜的含金石英脉和破碎蚀变岩的形式产于晚古生代浅变质火山沉积岩中。流体包裹体、H-O-S-Pb同位素和热液锆石U-Pb年代学研究表明,成矿流体具中高温(集中于240~330 ℃)、低盐度(<6% NaCl_eq)、富CO₂的变质流体特征,成矿物质来自赋矿的火山沉积岩系,流体不混溶(相分离)和水-岩反应(围岩硫化作用)是导致金沉淀的主要机制,成矿深度变化于7~15 km之间,成矿时代约为314 Ma。晚石炭世至早二叠世,研究区的构造体制由挤压向走滑或走滑伸展转换,构造应力的释放导致深部变质脱水形成的低盐度CO₂-H₂O-NaCl±CH₄含金流体,沿走向NW至近EW向的走滑剪切断裂向地壳浅部流动,并在脆-韧性过渡带或脆性变形带的次级断裂中形成含金石英脉及蚀变岩型金矿石。

因新发现的夏日哈木超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床成岩成矿研究存在争议,对岩浆铜镍钴硫化物矿床的成因机制又引发新一轮的关注。中国造山带中铜镍钴硫化物矿床具有鲜明的分布特点,20世纪80年代东天山黄山东等一批岩浆铜镍钴硫化物矿床的发现,曾经提出蛇绿岩形成铜镍钴硫化物矿床的观点,而后出现了洋壳削减闭合陆-陆碰撞后新生陆壳裂陷槽环境形成铜镍钴矿的主流认识;进入21世纪后,随着塔里木早二叠世大火成岩省的提出,开始将东天山和新疆北山的岩浆铜镍钴硫化物矿床与塔里木大火成岩省的形成关联起来,并认为是地幔柱作用的结果。但随着研究的深入,由于含铜镍钴镁铁-超镁铁岩地球化学具有典型的岛弧特征,又将东天山铜镍钴矿床的形成与俯冲削减的板片再次联系了起来,导致岩浆型铜镍钴硫化物矿床形成背景还存在较大争议。我们认为岩石微量元素显示岛弧信息,是俯冲交代及地壳混染引起的地球化学屏蔽效应;铬尖晶石成分及所反映的氧逸度环境指示为张性环境,而非岛弧。塔里木陆块周缘3期岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿代表了中国最重要的3期成镍事件,实际反映了塔里木陆块在全球大陆聚散演化中与超大陆之间关键的聚散事件:(1)新元古代金川Cu-Ni-PGE矿成矿代表了由于地幔柱作用以塔里木、扬子和西澳大利亚陆块之间的裂解为起点的罗迪尼亚超大陆裂解事件,直至早古生代形成原特提斯洋-古亚洲洋;(2)早古生代末夏日哈木Ni-Co矿则是代表冈瓦纳大陆南部裂解从而形成古特提斯洋的标志性事件;(3)晚古生代早二叠世坡一Cu-Ni矿应是地幔柱作用潘吉亚超大陆生长大火成岩省的深成相组成。本文系统总结了3个矿床的成矿特征,并对比了3个矿床的区别。尽管坡一在3个矿床中有基性程度最高的母岩浆,但坡一相对于夏日哈木、金川显示出低的地壳混染程度,特别是地壳硫混染程度,这可能是坡一成矿相对差的主要原因。此外坡一不仅地壳混染程度低,且其混染了较多的钙质,抑制了硫化物饱和。

天山是全球第二大金矿富集区,世界级和大型-超大型金矿床东西成带横贯中国新疆中部—哈萨克斯坦东南部—吉尔吉斯斯坦—乌兹别克斯坦,构成巨型跨境金成矿带。天山巨型跨境金成矿带和重要金矿床形成的地质环境、成矿的控制要素、找矿勘查的标志都是学术界和工业界高度关注的重大地质和找矿问题。通过广泛、深入地文献调研和境内外天山较全面野外地质矿产调查与研究,本文认为中-哈-吉-乌天山大规模金成矿主体形成于晚石炭世—早二叠世古亚洲洋闭合后的陆块拼贴变形过程,部分形成于中—晚二叠世陆内走滑变形过程。中天山南、北缘古缝合带及其附近的大型脆性/韧-脆性变形带是巨量金成矿的关键控制因素,多期叠加复合成矿是天山变形带容矿金矿床的显著特征。地壳初始富集、构造变形活化、岩浆热液叠加是天山变形带容矿金矿床的主控因素。“碳质细碎屑岩+脆韧性变形带+海西末期岩体”是中-哈-吉-乌天山变形带容矿大型-超大型金矿的找矿标志组合。