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河北省大地构造相划分与成矿作用

宋树军，宋立军，陈志楠河北省地质调查院

第一作者：宋树军，助理工程师，主要从事矿产地质方面的研究工作。

通信作者：宋立军，正高级工程师，主要从事矿产地质、地质大数据方面的研究工作。

导读：众所周知，不同的大地构造相控制着不同的成矿作用和成矿类型。潘桂堂等定义的大地构造相，是指大陆岩石圈板块经过离散、聚合、碰撞、造山等动力学过程而形成的地质构造作用的综合产物。反映陆块区和造山系(带)形成演变过程中，在特定演化阶段、特定大地构造环境下形成的一套岩石构造组合。在陆块中进行大地构造相的鉴别和厘定，具有恢复与揭示陆块区和造山系(带)的组成、结构、演化与成矿地质背景的功能。系统划分大地构造相可以加深对大洋岩石圈和大陆岩石圈之间构造体制转换的认识，有助于开展成矿远景预测和资源潜力评价。河北省大地构造环境复杂，成矿条件优越，矿产资源极其丰富。本文根据河北省大地构造相的基本特征，将其划分为3个相系、5个大相、19个相，并进一步划分出亚相。探讨了大地构造相与成矿的关系，认为成矿作用是在一定的大地构造背景下发展演化的，并受到大地构造环境的制约。研究发现，天山—兴蒙造山相系成矿主要与华力西期侵入岩有关，矿产主要为萤石，零星赋存铍矿、钨矿、铅锌矿；华北克拉通相系是重要的成矿相系，产有与条带状铁建造(banded iron formation，BIF)有关的铁矿床，与花岗-绿岩带有关的金矿床，与古岛弧亚相有关的沉积变质铁矿、滑石、菱镁矿、石墨等；东部造山-裂谷相系的成矿与火山岩相、沉积岩相、侵入岩相有关，以接触交代型铁(铜)矿、斑岩型铜钼矿和岩浆热液型金矿为主，另赋存有铅锌矿、锰银矿、煤矿等。本研究成果可为分析区域成矿作用形成的大地构造环境及其演化过程提供成矿地质环境与构造演化阶段的背景资料，为成矿规律和矿产预测研究提供各类矿产预测类型的地质建造与成矿构造特点。          ------内容提纲------          0 引言1 大地构造相的概念2 河北省大地构造相的划分3 河北省大地构造相的基本特征3.1 天山—兴蒙造山相系3.2 华北克拉通相系3.3 东部造山-裂谷相系4 大地构造相与成矿作用4.1 天山—兴蒙造山相系4.2 华北克拉通相系4.3 东部造山-裂谷相系5 结论

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0 引言系统研究大地构造相对深入理解大洋岩石圈与大陆岩石圈之间的构造体制转换，陆块区和造山系的结构组成及演化具有重要意义，也是开展成矿远景预测及资源潜力评价的有力工具。大地构造相的概念首先由许靖华提出，即碰撞造山带主要由仰冲陆块、俯冲陆块和一个位于其间的大洋岩石圈的残余遗迹3种大地构造相叠加组成，分别称作雷特相、凯尔特相、阿尔曼相；Robertson将大地构造相定义为具有一套岩石构造组合，其组合特征可以系统确认造山带地史时期的大地构造环境，强调大地构造环境作为大地构造相的划分基础，并依4种基本的构造环境(离散、汇聚、碰撞、走滑)，共划分出 29 种大地构造相；潘桂堂等提出大地构造相是大陆岩石圈板块经过离散、聚合、碰撞、造山等动力学过程而形成的地质构造作用的综合产物。本文应用大陆动力学理论的应用成果，将成矿作用视为地质作用的重要组成部分，全面收集整理河北省区域地质调查与研究资料，并结合 1∶5 万区调成果，分析控制区域成矿的地质建造和构造要素(地质构造预测要素)，系统解析和精细研究沉积岩区、火山岩区、侵入岩区、变质岩区的地质构造特征，以及大型变形构造和综合地质构造特征，划分河北省大地构造相，探讨大地构造相与成矿作用之间的联系。1 大地构造相的概念本文采用潘桂堂等对大地构造相的定义，即反映陆块区和造山系(带)形成演变过程中，在特定演化阶段、特定大地构造环境下形成的一套岩石构造组合，是大陆岩石圈板块经过离散、聚合、碰撞、造山等动力学过程而形成的地质构造作用的综合产物。这种划分方法的优点在于：①强调将大陆岩石圈板块演变和发展过程中的大地构造环境作为大地构造相划分的基础；②强调在陆块中进行大地构造相的鉴别和厘定，具有恢复与揭示陆块区和造山系(带)的组成、结构、演化与成矿地质背景的功能；③强调不同的大地构造相控制着不同的成矿作用和成矿类型。2 河北省大地构造相的划分本文以优势大地构造相为主线，在分析沉积岩建造构造、火山岩性与岩相构造、侵入岩构造、变质建造构造和变形构造等的基础上，以一种岩石或几种岩石的自然组合划分建造或建造组合，进一步对大地构造相进行划分。河北省在新太古代—元古宙发生洋陆转换、增生、碰撞、聚集形成稳定陆块，之后发生碰撞后裂谷事件，经“三升两降”形成稳定的盖层构造单元，中三叠世末的构造运动改变了整个中国东部的大地构造格局，由特提斯构造域向滨太平洋构造域转化是其改变的大陆动力学基础。依据河北省的地质演化和地质构造单元特征，将河北省分为陆块区相系、造山系相系和叠加造山-裂谷相系。本研究将河北省大地构造相划分为77个亚相，归并为19个相、5个大相，分属于天山—兴蒙造山相系、华北克拉通相系及东部造山-裂谷相系等3个相系(表1)。表1 河北省大地构造相单元划分

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3 河北省大地构造相的基本特征本文将河北省大地构造相划分为陆块区、造山系及叠加造山-裂谷系3类相系，大相以前寒武纪拼合的陆块物质组成及演化差异为划分依据。构造相按构造演化阶段进行划分，变质基底根据地域分布、物质组成及构造环境划分出相，进一步划分出亚相。盖层演化阶段主要依据环境划分出相，依据环境和时间划分出亚相，叠加造山阶段则依据物质组成和空间分布划分出相，按时代划分出亚相(图1，表2)。         

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图1 河北大地构造相简图

1.造山区相；2.变质基底相；3.夭折裂谷相；4.陆表海相；5.海陆交互陆表海相；6.陆内盆地相；7.冀黄断陷盆地相；8.大地构造亚相单元代号；9.大地构造相界线；10.断裂；11.解译断裂；12.冀北；13.燕辽；14.太行

表2 河北省大地构造相、亚相及岩石组合

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3.1 天山—兴蒙造山相系包尔汗图—温都尔庙弧盆系大相(Ⅰ1)该大相位于河北北部边缘，康保—围场断裂以北，仅划分1个构造相，即温都尔庙俯冲增生杂岩相。温都尔庙俯冲增生杂岩相形成于二叠纪末的华力西运动，使兴蒙造山系回返为陆，从中生代开始与南侧陆块区连为一体，共同经历了叠加造山过程，其上为中生代火山沉积岩覆盖，划分为3个亚相。3.2 华北克拉通相系3.2.1 晋冀古陆块大相晋冀古陆块的初始陆块在3 000 Ma已经形成，结晶基底于1 800 Ma固结。根据基底的隆起与坳陷、构造运动的性质和时代，以及岩浆活动和成矿特征等方面的差异，划分为12个构造相。3.2.2 鲁西古陆块大相鲁西古陆块位于秦皇岛、山海关、抚宁、卢龙、滦县和青龙东部一带，其北侧和西侧均以断裂为界，向东延伸进入辽宁，西界为青龙—滦县大断裂，划分为朱杖子古裂谷相和秦皇岛古岛弧相。3.3 东部造山-裂谷相系3.3.1 冀北—燕辽—太行岩浆弧大相河北省中生代—新生代火山沉积岩系主要分布在华北东部，包括冀北、燕辽、太行和平原区，以尚义—丰宁—隆化的EW向断裂为界，白垩纪和新生代地层主要分布于北部，少量位于南部，侏罗纪地层则主要分布于南部，划分为燕辽岩浆岩相、冀北火山岩相和太行山侵入岩相。3.3.2 华北裂谷盆地大相在太古宙—早元古代的结晶基底之上，发育有中元古代—新元古代及早古生代碳酸盐岩建造、晚古生代滨浅海相转变为陆相含煤建造、早三叠世—中三叠世红色陆屑建造和晚期的复陆屑建造，以及局部发育的侏罗纪—白垩纪陆相火山岩建造及类磨拉石建造。古近纪以来河北地区断裂活动加剧，差异升降明显，太行山山前断裂带以西急剧上升，以东急剧下降。新近纪—第四纪，在边界断裂的制约下，河北地区持续平稳下降，岩浆活动减弱，前期小盆地连成一体，仅划分出1个冀黄断陷盆地相。冀黄断陷盆地相分布于河北省东南部的平原区，地处冀鲁豫皖大型新生代断裂拗陷的北部，四周被断裂围限，进一步划分为6个亚相。4 大地构造相与成矿作用矿床是在大地构造演化过程中，在特定大地构造相环境下形成的特殊地质体，成矿作用的过程与大地构造演化密切相关，不同级别的大地构造相单元制约了相应级次的成矿区带，大地构造相(亚相)单元既是成矿系统、成矿作用的构造环境，也是成矿系统的载体。4.1 天山—兴蒙造山相系天山—兴蒙造山相系除发现与华力西期侵入岩有关的萤石矿外，仅分布有零星的铀矿、铍矿、铅锌矿、钨矿，其他矿产较少。4.2 华北克拉通相系4.2.1 晋冀古陆块大相晋冀古陆块大相可划分变质基底杂岩相、古裂谷相和燕辽夭折裂谷相，其中变质基地底杂岩相中又划分陆核亚相与古岛弧亚相，本文对3种大地构造相与成矿的关系进行了分析。(1)基底杂岩相的陆核亚相包含迁西—密云古陆核和桑干古陆核。由于受后期构造-岩浆事件的改造、叠加以及侵入作用的影响，目前仅呈大小不等的包体残存于古老的变质岩系中。铁矿赋存于紫苏黑云变粒岩-二辉麻粒岩-磁铁石英岩变质岩建造中，主要产于迁西岩群下部水厂岩组，少数产于上部的平林镇岩组，成矿类型为受变质型铁矿。古岛弧亚相产有与条带状铁建造(banded iron formation，BIF)有关的铁矿床、沉积变质型镍矿、菱镁矿、硫铁矿等。与BIF有关的铁矿床主要产于迁西—密云变质基底杂岩相(Ar2-3)中早期拉张型伸展海底火山喷发-沉积岩建造中，主要含矿层位是遵化岩群滦阳岩组；沉积变质镍矿产于赞皇岩群大和庄岩组中，为其他矿产的伴生组分；冶镁菱镁矿形成于古岛弧环境，矿体产于赞皇岩群中部层位中，含矿岩系主要由透辉变粒岩夹白云岩组成；区域变质型硫铁矿主要分布于阜平—赞皇古弧盆相

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中。(2)古裂谷相包括沉积变质型铁矿和部分岩浆型矿床。沉积变质铁矿主要产于独山城—板峪口古裂谷亚相的五台岩群中(独山城铁矿)；岩浆型矿床主要分布在古元古代基性岩与超基性岩中。主要岩石类型有辉石岩、角闪石岩、变质辉长岩和辉绿岩等，均属铁质基性、超基性岩，辉长岩中赋存有岩浆型铜、铁(钒、钛)工业矿床。(3)燕辽夭折裂谷相中矿产资源较丰富，矿种较多，主要为沉积黑色金属矿、非金属矿及与岩浆岩有关的矿产。沉积黑色金属矿以宣龙式铁矿为主，属典型的海相沉积型矿产，在隆化、承德、平泉等地有零星分布；非金属矿包括荞麦川硫铁矿、高板河硫铁(铅锌)矿、灰岩、石膏矿和煤矿(铝土矿、耐火黏土矿、铁矾土矿)，荞麦川硫铁矿属滨海泻湖相沉积；高板河硫铁(铅锌)矿集中分布于迁西—密云陆核带外缘，即中元古代燕辽裂陷带内，属潮坪相沉积；寒武纪灰岩主要分布于怀来、涿鹿、迁安及鹿泉等地；石膏矿主要分布在隆尧、武安等地，赋存层位主要为新近系沙河街组及奥陶系北庵庄组；石炭纪—二叠纪煤矿主要分布在峰峰、邯郸及开滦等地；二叠纪铝土矿、耐火黏土矿和铁矾土矿在区域上伴生，自下而上分别为本溪组G、F、E层，太原组D层，山西组C、B层和石盒子组A、A0层，其中石盒子组A、A0 层为陆内盆地亚相；石英砂岩矿代表性矿床为武安胡峪大型水泥配料石英砂岩矿。与岩浆岩有关的矿产主要包括钒钛磁铁矿、磷铁矿、铬矿和铂矿。中元古代基性-超基性岩浆活动强烈，以燕辽构造岩浆岩亚带大庙侵入岩段最为发育，大庙斜长岩组合中形成钒、钛、铁和磷等工业矿床，如大庙、黑山、马营等矿区。4.2.2 鲁西古陆块大相鲁西古陆块大相共划分2个大地构造相。主要赋存矿产为沉积变质型铁矿，分布于柞兰杖子一带，赋存于黑云斜长变粒岩-磁铁石英岩变质建造中，其原岩为沉积岩夹少量中基性和中酸性凝灰岩-硅铁建造，产于朱杖子岩群桲罗台岩组中。4.3 东部造山-裂谷相系4.3.1 冀北—燕辽—太行岩浆弧大相该大相可划分为冀北火山岩相、燕辽岩浆岩相和太行山侵入岩相，赋存矿床均与岩浆作用有关。冀北火山岩相主要赋存有煤矿、油页岩、沸石矿、铅锌矿、银矿，其中90%的早白垩世煤矿产于青石砬期。本岩相区内油页岩资源较丰富，主要成矿层位为下白垩统九佛堂组，部分与煤矿伴生；银矿主要分布在冀北陆缘隆起带的承德、张北、赤城等县境内。此外，该岩相少量赋存有玻璃用凝灰岩、水泥用凝灰岩、膨胀珍珠岩原料、建筑材料矿产、宝石原料等。燕辽岩浆岩相是河北省著名的多金属及铁、金、银成矿带，矿产资源丰富，盛产铁、锰等黑色金属，铜、铅、锌、钼等有色金属，金、银等贵金属及石棉、水泥灰岩、刚玉、大理岩等建材类非金属矿产。接触交代型铁(铜)矿的主要控矿地质条件是岩浆岩，燕辽岩浆岩亚相的接触交代型铁矿均为涞源式铁矿；接触交代型、斑岩型铜钼矿的成矿主要与中生代燕山旋回的中酸性侵入岩及潜火山岩有关；与燕辽岩浆岩亚相有关的铅锌矿主要有接触交代型、斑岩型和热液型；锰银矿与火山岩-潜火山岩有关；燕辽岩浆岩亚相的煤矿主要分布于燕辽岩浆岩带的蔚县、下花园等含煤盆地，承德地区的煤矿主要分布于涝洼盆地、庙梁盆地及武场—上谷盆地，秦皇岛地区的煤矿分布于柳江盆地。燕山期岩浆作用强烈，在马兰峪背斜核部发育大量的中生代花岗岩体，如青山口花岗岩、高家店花岗岩、洒河桥花岗岩、茅山花岗岩等，侵入体的发育和形态受到中生代造山运动的控制，古亚洲洋的闭合以及随之而来的碰撞造山运动触发了燕山早期大规模的金成矿作用，岩浆作用与金矿的形成密切相关。太行山侵入岩相主要内生矿产为铁和金，与中生代燕山期幔源岩浆活动有关，是兴安—太行南段成矿带的重要组成部分。矿化类型为接触交代型，邯邢式接触交代型铁矿是本成矿区最重要的矿床类型，以大中型矿床为主。4.3.2 华北裂谷盆地大相该大相划分为冀黄断陷盆地相，主要赋存有石油、天然气、煤、地热等矿产。5 结论本文以大陆动力学为主线，以大陆块体离散、汇聚、碰撞、造山等动力学过程及机制为切入点，对陆块区相系、造山系相系和叠加造山-裂谷相系的多重特点进行了综合研究，对大地构造相进行了较为合理的划分，主要成果如下。(1)河北陆块区是一个镶嵌、叠覆，并保存了绝大部分各地质时期形成的地质记录的块体。河北省经早期陆核形成与新太古代—古元古代的洋陆转换、增生、碰撞聚集形成稳定陆块(即基底形成阶段)，中元古代—新元古代发生碰撞后裂谷事件，经碎屑岩“填平补齐”进入沉积盖层演化阶段；中三叠世末的构造运动改变了河北省乃至中国东部的大地构造格局。本文采用优势大地构造相原则为相划分的依据，更符合河北实际情况。(2)河北省陆块区的古弧盆相分布有古元古代变质建造，控制变质型矿产的分布；变质杂岩相分布新太古代变质建造，控制水厂式铁矿的分布；裂谷相主要为中元古界—新元古界沉积建造，控制了非金属矿产的分布，古岛弧相控制了变质型铁矿分布。冀北—燕辽—太行岩浆弧大相主体是燕山期乌龙沟—上黄旗岩浆岩带，该带分布着河北省70%以上的有色金属矿产及众多的花岗岩类饰面石材。华北裂谷盆地大相控制着河北省能源矿产的分布，如冀中坳陷石油天然气、煤等矿产。 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。