地球化学急变带与地幔柱资源系统

矿物岩石地球化学通报

?研究成果?

Bulletin of Mineralogy ,Petrology and G eochemistry

Vol.22No.4,2003Oct.

收稿日期:2003206225收到,08204改回

基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 19990432)和中国科学院知识创新项目(KZCX22SW 2125)资助

第一作者简介:朱炳泉(1940—

),男,浙江长兴人,研究员,从事地球化学研究1E 2mail :bqzhu @https://www.360docs.net/doc/ef6916181.html,.地球化学急变带与地幔柱资源系统

朱炳泉1,常向阳1,3,胡耀国1,张正伟1,2

11中国科学院广州地球化学研究所,广东广州510640;

21中国科学院地球化学研究所,贵州贵阳550002;31广州大学环境科学系,广东广州510640

摘　要:地幔柱产生大面积软流圈上涌,沿深断裂形成岩浆房,导致大规模溢流玄武岩裂隙式喷发。良好的地幔柱成矿系统常出现在岩石圈不连续界面和三叉拼接裂谷,表现为地球化学急变带。地幔柱资源系统包括以下几方面:(1)地幔柱岩浆分异成矿系统,从封闭到开放环境的岩浆分异形成了富钛、富镁和低钛三个岩浆端员,构成了

Cu 2Ni (PGE )硫化物、Fe 2Ti 2V 氧化物和Cu 2Ag 自然金属三个成矿体系;(2)地幔柱同生火山热液成矿系统,包括赤

铁矿2阳起石2硅化氧化铜,沥青化2绿泥石2浊沸石化自然铜和碳酸盐化硫化物三个成矿体系;(3)地幔柱同构造盆地油气系统,巨量岩浆的快速成溢流导致地壳的快速沉降,形成同构造热盆地,具有油气前景;(4)地幔柱火山岩、硅质岩和富有机质砂页岩组合为优势生态体系提供了地质环境。关　键　词:地幔柱;成矿系统;地球化学边界

中图分类号:P611 文献标识码:A 文章编号:100722802(2003)0420287207　

由于俄罗斯诺里尔斯克铜镍铂钯矿、加拿大伏依塞(Voisey )湾镍2铜2钴矿床,峨眉山玄武岩有关的钛、铁、钒、铜、镍、铂、钯矿等一系列与地幔柱溢流玄武岩相联系的大型—超大型矿床的发现,以及美国基威诺(Keweenaw )铜矿床在储量和区域上的新突破[1～3],使暗色岩系的资源勘查得到重视。全球从晚元古宙到新生代的溢流玄武岩(暗色岩系、大火成岩省)在大陆与海洋均有广泛分布,约占全球1/8的表面积,但构成完整成矿体系的溢流玄武岩却较少。主要是由于巨量溢流玄武岩在很短时间内喷发出(约90%的熔岩体积,在1～3Ma 左右溢出)[4],难于产生大的岩浆分异,导致成矿物质的富集。溢流玄武岩成矿往往只与喷发结束拖尾阶段的岩浆分异有关,存在岩浆分异和同生热液作用两个成矿阶段,至少涉及六个成矿体系和四个层次的矿化。成矿体系发育完全的地幔柱,结束阶段的持续时间往往是主喷发期时间长度的十倍(15～20Ma )。由于近来滇黔边境自然铜2氧化铜矿床的研究进展[5,6],使峨眉山大火成岩省的成矿作用构成一个在全球溢流玄武岩省中较完整的岩浆2热液成矿系统。基威诺裂谷大陆溢流玄武岩也具完整成矿体系,而西伯利亚

溢流玄武岩成矿体系则不完整。

1　导致溢流玄武岩成矿的有利因素

虽然溢流玄武岩成矿存在岩浆分异时间短的极大不利因素,但以下一些有利因素乃是其它火成岩所不能及的:

(1)地幔柱岩浆普遍派生于贫硫的似原始地幔,因此许多成矿元素在岩浆中的富集大于其它类型火成岩。Nd 2Sr 同位素示踪表明基威诺、峨眉山与西伯利亚溢流玄武岩岩浆源均具有从略亏损地幔到原始地幔的演化(图1)[7～11]。具有轻稀土富集的配分模式。岩浆体系贫硫可使岩浆中金属元素溶解度增高,并将它们带到地壳岩浆房中,因此溢流玄武岩分布区普遍存在铜、镍、铂、钯高异常。如滇黔边界地区平均值Cu 为(160～170)×10-6,Pt 为6×10-9,Pd 为25×10-9;西伯利亚和基威诺Cu 为(130～140)×10-6,Pt 与Pd 均在5×10-9以上。

(2)在溢流玄武岩喷发的结束阶段,有相当一段时间的间隙式火山喷发和侵入。火山溢流通道内从封闭到开放的岩浆房具有很高的岩浆分异作用,形成富钛2铁、富镁贫钛和低钛2镁三个岩浆端员,为岩

图1　基威诺裂谷、西伯利亚、峨眉山溢流玄武岩εS r(t)2εNd(t)图解[7～11] Fig11　A plot ofεSr(t)2εNd(t)for flood basalts from

the K eweenawan rift,Siberia and Emeishan[7～11]

浆分异阶段成矿提供了条件。基威诺溢流玄武岩喷

发结束阶段间隙式喷发的持续时间为22Ma(1109

～1087Ma),存在多个流纹岩、安山岩、拉斑玄武岩

喷发旋回,在砾岩中形成31个夹层[12]。根据发表

的和我们测定的年代学资料,峨眉山玄武岩喷发拖

尾则在15Ma左右(252～236Ma)[13]。在最后的

喷发期间存在两个气孔状熔岩火山碎屑岩2炭泥质

岩组合主旋回,十多个次旋回。

(3)地幔柱区产生大面积软流圈上涌,沿深断裂

形成岩浆房,产生大规模溢流玄武岩裂隙式喷发,因

此存在大范围分布的岩浆溢流通道。基威诺与峨眉

山的裂隙式溢流通道长均达到1500km左右,为成

矿提供了可观的三维空间。这些裂隙式喷发通道一

般出现于岩石圈不连续界面。基威诺裂谷也称中大

陆(Midcontinent)裂谷,位于加拿大太古宙地盾南缘、美国中西(Midwest)元古宙基底块体,以及东部

格林威尔造山带之间的三重拼接部位上,形成三叉

拼接裂谷。因此基威诺裂谷存在明显的岩石圈结构

不连续界面[14]。在铅同位素组成上,加拿大太古宙

地盾贫铀2铅,美国中西块体高207Pb/204Pb而贫钍2铅,格林威尔造山带富铀2铅与钍2铅,因此基威诺裂

谷地段形成明显的同位素省分区,存在同位素地球

化学急变带(图2)[7,15,16]。滇黔边界存在一条北西

走向构造隐性(无明显的主构造线)的地球化学急变

带(图2、3)。该带两侧从滇东至黔西岩石圈厚度从

薄(<150km)至厚(>150km),而地壳厚度从厚(>47km)至薄(<47km),表明岩石圈存在明显的不连续界面。岩石圈界面两侧铅同位素组成存在急剧变化[17,18]。铅同位素填图还表现在双柏—姚安—宾川—丽江一线,以及会理—宾川一线岩石圈存在不连续界面。同时在鲁甸—金阳—会理之间和姚安—丽江—攀枝花之间形成了两个三叉拼接裂谷(图3)。西伯利亚溢流玄武岩铅同位素组成则变化于太古宙地盾、古亚洲和环北海构造域之间,诺里尔斯克铜镍矿恰好位于过渡带(图3)[10,19],也位于三叉拼接裂谷上[20]

。

A1基威诺区;B1西伯利亚与诺里尔斯克区;C1滇黔边界峨眉山玄武岩区

A.The K eweenawan area;

B.The Siberian and Noril’sk areas;

C.The Emeishan basalts in the Yunnan2Guizhou border area

图2　溢流玄武岩喷发通道区(成矿区)铅同位素

组成的急剧变化图解[7,10,11,15～19]

Fig12　A diagram showing abrupt variation of Pb isotopic com2

positions in the eruption channel areas(mineralization

areas)[7,10,11,15～19]

882朱炳泉等/地球化学急变带与地幔柱资源系统

虚线范围为地球化学急变带;阴影区为玄武岩喷发通道

图3　滇黔地区地球化学块体、地球化学急变带、峨眉山溢流

玄武岩喷发通道及其相关矿产

Fig 13　G eochemical blocks ,geochemical stee p z ones ,eru ption channels of the Emeishan flood basalts (shaded area )and related ore deposits in the Yunnan 2Guizhou district

A 1TiO 22MgO 图解;

B 1与A 相对应的三个成矿体系

图4　峨眉山、基威诺、西伯利亚溢流玄武岩岩浆分异的三端员趋向

Fig 14　A plot of TiO 22MgO showing magma fractionation trends of three end members of flood basalts in Emeishan (eastern part and western part ),K eweenaw and Siberia

(4)溢流玄武岩巨量喷发时导致地幔柱上部地壳快速沉降,形成同构造热盆地,产生了同一火山岩来源的砾岩、碎屑岩快速沉积。这套高孔隙度岩石既是矿源层,又为同生热液活动和成矿物质、油气迁移、沉淀提供了良好的储运层。基威诺玄武岩上部的Copper Harbor 砾岩及峨眉山玄武岩上部的宣威组砾岩均为溢流玄武岩相的火山砾石组成。基威诺裂谷在20Ma 内形成9000m 左右的陆相沉积[21]。覆盖在峨眉山玄武岩上的最大盆地是楚雄盆地。这一盆地中的陆相沉积在6500m 以上[22]。

(5)溢流玄武岩喷发极

大部分发生在地质历史转折时期,火山岩覆盖了大面积森林与沼泽地,导致生物演化大茂大灭。因此普遍存在暗色岩系和黑色岩系的密切共生,为金属沉淀和还原提供了良好的介质条件。White Pine 铜矿与油气共生。滇黔边界铜矿区有沥青、煤系、油页岩地层和大量大羽羊齿类碳化2硅化木。在这两个铜矿化区,有机质对成矿均起了重要作用,有机质与铜含量存在正相关关系[5,23]。这些成矿有利因

素形成了地幔柱四个优势资源系统。

2　地幔柱岩浆分异成矿系统

溢流岩浆房从封闭到开放环境的岩浆分异所致的富钛2铁、富镁贫钛和低钛2镁三个岩浆端员构成了三个成矿体系。由TiO 22MgO 相关图(图4)可见,峨眉山和基威诺溢流玄武岩岩浆分异十分相近,而西伯利亚玄武岩的富钛2铁和低钛2镁演化趋向较弱。

这三个成矿体系为:

(1)与深部岩浆分异形成的富镁侵入相有关的

铜、镍(铂钯)硫化物矿床:热地幔柱上涌至岩石圈深部产生贫硫、富集金属的玄武岩质岩浆,进而上升到

地壳中形成岩浆房,导致壳幔物质混合。在围岩富硫时,硫从围岩中加入岩浆。当硫饱和时,产生液相Cu 2Ni 2Fe 硫化物,由于硫化物液滴密度比玄武岩浆大而下沉到岩浆房底部的超镁质岩浆房;硫化物液滴分离使Ni 2Cu 2P GE 从岩浆中析出,形成硫化矿床

9

82矿物岩石地球化学通报

图5　峨眉山、基威诺、西伯利亚溢流玄武岩的V 2Ti 相关图

Fig 15　A V 2Ti correlation diagram for flood basalts from

Emeishan ,K eweenaw and

Siberia

A 1矿物相的温压图(据Y ardley ,1989);

B 1相关的三个热液成矿体系

图6　与火山热液活动有关的低级交代变质作用相图

Fig 16　A temperature (t )2pressure (p )correlation diagram showing mineral phaess formed in metasomatism of

low temperature (after Y ardley ,1989)(A ),and three related hydrothermal mineralization systems (B )

与超镁铁侵入体一起固结。诺里尔斯克为其典型矿床[1]。

(2)与深部岩浆分异形成的富钛侵入相有关的钒钛磁铁矿床:在围岩仍然贫硫时,在贫硫、低氧逸度的封闭岩浆房中,岩浆向高铁、高钛、贫硅方向演化(Fenner 趋向),使铁、钛、钒富集,形成钒钛磁铁矿[24]。在峨眉山和基威诺溢流玄武岩中V 2Ti 具有好的正相关演化趋向,而西伯利亚玄武岩不存在这种相关性(图5)。因此峨眉山玄武岩的侵入相和基威诺裂谷Duluth 侵入杂岩形成了钒钛磁铁矿,而西伯利亚玄武岩缺少这一类型的矿床。

(3)与浅部岩浆分异形成的贫钛喷出相有关的铜、银矿床:在火山口贫硫高氧逸度的开放岩浆房,岩浆向低铁、低钛、富硅方向演化(Bowen 趋向)。因此火山口附近的熔岩化学组成可以在小范围内差异很大。如鲁甸地区火山通道内SiO 2含量37%～63%,与TiO 2(1.2%～5.4%)、TFeO (全铁)(2.6%～22.6%)之间存在好的线性反相关,具有从苦橄质到安山质岩石的化学组成变化[5,25]。铜、银、钯则在低钛拉斑2安山质岩浆中富集,形成局部很富集自然铜或硫化物(含银、钯)矿体,也为同生热液矿的形成提供了矿源。

3　地幔柱同生火山热液成矿系统

溢流玄武岩的第二阶段成矿是同生热液成矿作用,表现为从中温到低温的热液蚀变交代作用和相伴随的铜、银、铂钯矿化。基威诺半岛的Portage 火山岩存在典型的低级交代变质作用,也

是最早确定低级变质岩相(低绿片岩相、葡萄石/绿纤石相和沸石相)划分指标的地方[26,27]。在滇黔边界峨眉山玄武岩上部的低温变质作用特征十分相似(图6A )。自然铜、氧化铜与铜硫化物三个矿化体系分别与不同的类型的蚀变矿物密切共生,表明存在三种不同类型的热液组分体系(图6B )。

(1)赤铁矿2阳起石2硅化氧化铜2自然铜成矿体

系(350～400℃

):在玄武岩喷发后的冷却阶段,铜与0

92朱炳泉等/地球化学急变带与地幔柱资源系统

铁从辉石等矿物中分解出,并生成Cu2+、Fe2+与Fe3+。同生火山热液的硅酸介质携带这些元素向上迁移形成含磁铁矿、赤铁矿硅质岩层和产生透闪石2阳起石化。与此同时,铜以黑铜矿沉淀。在Fe2+向Fe3+转化形成赤铁矿过程中,CuO可以被还原形成自然铜。因此在基威诺铜矿中赤铁矿化是重要的找矿标志[2,28]。滇黔边界鲁甸向斜中阳起石2硅化与铜矿化关系较密切[5],在迤车和乌蒙山向斜中存在强的赤铁矿化。

(2)沥青化2绿泥石化2浊沸石化自然铜成矿体系(180～350℃):由于350～400℃的热液作用使被玄武岩喷发埋藏的森林、沼泽相和上覆地层中有机质快速成熟生烃,形成沥青质,导致强还原环境。同时金属元素可以有机配合物形式迁移。在温度进一步降低至180～350℃时,CuO进一步与CO、轻烃或重烃发生还原反应,形成自然铜矿化[23,28]。在这一温度下,同时形成绿泥石2浊沸石等蚀变矿物。这一成矿体系在基威诺和滇黔边界十分相似。

(3)碳酸盐(菱铁矿)化硫化物2自然铜成矿体系(100～200℃):随着温度的进一步下降,热液介质中CO2-3和HS-增加,产生碳酸盐化和辉铜矿、黄铜矿化,有时出现孔雀石化;常出现块状和板状自然铜。体系中富集P GE与金。滇黔边界在峨眉山玄武岩顶部凝灰岩、砾岩层和底部构造带常可见到菱铁矿2黄铜矿、碳酸盐2辉铜矿的组合,特别是在乌蒙山向斜南侧凝灰岩层中。基威诺铜矿中许多脉状富矿以及玄武岩底部新发现的辉铜矿带具有此特征。

4　地幔柱同构造盆地油气系统

地幔柱巨量岩浆快速成溢流喷发导致地壳快速沉降和大规模生物埋藏,形成同构造热盆地和黑色岩系。同生热液活动产生的壳幔相互作用使有机质快速生烃,形成未熟油与成熟油。因此在地幔柱上部同构造热盆地中寻找油气正在广泛受到关注。

美国地调局1997年以来在密歇根中大陆裂谷开展了两个资源勘查计划:一个是铜、镍、铂、钯勘查,另一个是油气勘查。在基威诺半岛White Pine 铜矿的钻探中已发现了油气。密歇根中大陆裂谷溢玄武岩上部的Nonesuch组黑色页岩富含有机质。沥青反射率确定的最高温度为418～427℃,表明生油进入成熟期[29],具有油气勘探前景。

滇黔边境峨眉山玄武岩与宣威组之间铜矿化地段有大量的沥青化出现。沥青反射率(R○=1.6%～1.9%)所反映的最高温度为350～450℃,与基威诺铜矿区相一致,也处在生油成熟期。在威宁峨眉山玄武岩所构成的乌蒙山向斜中出现很厚的油页岩2沥青砂岩层。楚雄盆地(大姚、牟定)“砂岩型铜矿”中也有沥青化,反射率与滇黔边境一致。最高温度表明这些沥青是由干酪根热液裂解形成(壳幔相互作用),温度为200～550℃;而不是从三叠系至白垩系地层埋深地温产生的干酪根蒸馏沥青(50～200℃)[30]。这些沥青也不大可能来自老于下二叠统的地层。因为在中国南方和西南地区,这些古生代地层所含沥青的反射率R○均为 2.2%～7.6%[31],为不易于运移的过成熟沥青。因此峨眉山玄武岩喷发产生的同生热液活动导致铜的成矿和界面地层形成油气的成熟期沥青,两者的结合为自然铜的形成提供了充分必要条件。由此看来楚雄盆地“砂岩型铜矿”中的铜源可能来自盆地深部玄武岩与上覆地层界面。楚雄盆地的油气勘探表明深部有处于成熟期的厚层沥青,并有油气显示。楚雄盆地是覆盖在峨眉山玄武岩省之上最大的盆地,为金属成矿和油气贮藏提供了良好的储层和圈闭层。地球化学急变带也反映出楚雄盆地位于岩石圈峨眉山溢流三叉通道上。楚雄盆地的资源潜力应引起充分重视,其深部勘探中应将油气和铜资源勘查结合起来。

5　地幔柱岩石组合形成的优势生态体系 地幔柱溢流玄武岩喷发形成了火山岩、硅质岩和富有机质砂、页岩组合。这些地质环境提供了丰富和可活动的钾、磷和各种微量元素,为优势经济作物生长提供了优良地质环境。发育在峨眉山玄武岩上的三叠系盆地既是铜找矿靶区又是优质烟叶的产区。葡萄的地质学研究表明,原岩为火山作用形成的细碧岩、流纹岩、玄武岩和硅质岩的土地是种植优质葡萄,生产色、香、味俱佳葡萄酒的重要基地。因此溢流玄武岩地区常是优质烟叶、茶叶、葡萄、药材、酿酒业等的产地。峨眉山玄武岩分布区为我国提供了大量WTO原产地保护产品。

原产地域产品是指利用产自特定地域的原材料,用传统工艺在特定地域内生产并按法定程序批准、以原产地域名称命名的产品。用这种名称所标识的产品,完全或主要由该产品的地理环境(主要包括自然和人文因素)所决定。中国从加入WTO以来,原产地保护产品已从13种增加到约30种,其中近90%与地球化学边界密切相关。滇黔地球化学边界上已有了宣威火腿、文山三七、茅台酒、都匀毛尖4个原产地保护产品。“云南红”葡萄酒是在西南地区崛起的一枝新秀;它的魅力不只是民族风情,更主要的是它正确地选择了位于华夏—扬子大陆块

192

矿物岩石地球化学通报

体之间边界上的弥勒为基地。“云南红”将成为在品质上与北方葡萄酒特色明显差别的优秀原产地产品。弥勒还有“烤烟之乡”的美誉,盛产优质烟叶。弥勒云南红河卷烟厂的红河牌香烟1997年被评为“中国最受消费者欢迎、最具竞争力的民族品牌”,被国家技术监督局列入中国首批重点保护名优产品名单。滇东沿地球化学边界的曲靖、昭通、开远地区也是云南优质烟叶的重要产区。贵州六盘水深山里出产品质极优的天然杜仲。云南宣威、威宁、鲁甸等地能生产出优质火腿的原因可能与火山作用和碳泥质沉积所导致的独特强还原性自然环境有关。这样的环境同样有利于酿酒业,因此地球化学边界在川黔的延伸段(永善—宜宾—泸州—赤水—遵义)成为驰名中外的白酒原产地是不无道理的。我们应当从科学上更深入地去认识这种由地质因素所控制的优势生态系统,合理开发和保护滇东的名优原产地经济。人类只有一个地球,地球上许多特定的原产地往往也只有一个。大地的神秘魅力必将给“西部大开发”带来更多的机遇和辉煌。

参考文献(R eference):

[1]　Naldrett A J,Lightfoot P C,Fed orenko V,D oherty W,G orbachev N

S1G eology and geochem istry of intrusions and flood basalt of the Noril’sk

region,USSR,with im plications for the origin of the Ni2Cu ores[J].

E col.G eol.,1992,87:975-1004.

[2]　Cannon W F,Suzanne W N1G eology and mineral deposits of the

K eweenaw Peninsula,Michigan[R].U.S.G eological Survey

Open2File Report,1999199-149.

[3]　张光弟,毛景文,熊群尧.中国铂族金属资源现状与前景[J]1

地球学报,2001,22(2):107-110.

Zhang Guangdi,Mao Jingwen,Xiong Qunyao.The present situ2

ation and prospects of platinum metal resources in China[J].Acta

G eoscientia Sinica,2001,22(2):107-110.(in Chinese with

English abstract)

[4]　White R S,Mckenzie D.Mantle plume and flood basalts[J].J.

G eophys.Res.,1995,100:543-585.

[5]　Zhu B Q,Hu Y G,Zhang Z W,Chang X Y.Discovery of the

copper deposits with features of the K eweenawan type in the bor2

der area of Yunnan2Guizhou Provinces[J].Science in China(D),

2003,46(supp.):60-72.

[6]　朱炳泉,常向阳,胡耀国,张正伟.滇2黔边境鲁甸沿河铜矿床

的发现与峨眉山大火成岩省找矿新思路[J].地球科学进展,

2002,17(6):912-917.

Zhu Bingquan,Chang Xiangyang,Hu Y aoguo,Zhang Zhengwei.

Discovery of Y anhe copper deposit in the Yunnan2Guizhou border

area and a new train of thought for copper prospecting in the large

igneous province of Emeishan flood basalts[J].Advance in Earth

Sciences,2002,17(6):912-917.(in Chinese with English ab2

stract)[7]　Ripley E M,Lambert D D,Frick L R.Re2Os,Sm2Nd,and Pb

isotopic constraints on mantle and crustal contributions to mag2 matic sulfide mineralization in the Duluth complex,Midcontinent Rift,Minnesota[J].G eochim.Cosmochim.Acta,1998,62: 3349-3365.

[8]　Xu Y,Chung S L,Jahn B M,Wu G.Petrologic and geochemical

constraints on the petrogenesis of Permian2Triassic Emeishan flood basalts in southwestern China[J].Lithos.,2001,58:145-168.

[9]　Chung S L,Jahn B M.Plume2lithosphere interaction in genera2

tion of the Emeishan flood basalts at the Permian2Triassic bound2 ary[J].G eology,1995,23:889-8921

[10]　Hawkesworth C J,Lightfood P C,Hergt J M,Naldrett A J,

G orbachev N S,Fedorenko V A,Doherty W.Remobilization of

the continental Lithosphere by a mantle plume:Trace element,

and Sr2,Nd2and Pb2isotope evidence from picritic and tholeiitic

lavas of the Noril’sk district,Siberian trap[J].Contrib.Miner2

al.Petrol.,1993,114:171-188.

[11]　张国伟,朱炳泉,常向阳,董云鹏.滇东师宗2弥勒带北段基性

火山岩地球化学及其对华南大陆构造格局的制约[J]1岩石

学报,2002,18(1):37-46.

Zhang Guowei,Zhu Bingquan,Chang Xiangyang,Dong Yun2 peng1G eochemistr y of the basalts from north of the Shizong2

Mile,eastern Yunnan Province:Constraints on the tectonic

framework of the southern China continent[J].Acta Petrologia

Sinica,2002,18(1):37-46.(in Chinese with English abstract) [12]　Nicholson S W.G eochemistry,petrography and volcanology of

rhyolites of the Portage Lake Volcanics,K eweenaw Peninsula,

Michigan[J].U.S.G eological Survey Bulletin,1992,19702B:

B12B57.

[13]　Lo C H,Chung S L,Lee T Y,Wu G.Age of the Emeishan flood

magmatism and relations to Perm ian-T riassic b oundary events[J].

E arth Planet.S ci.Lett.,2002,198:449-458.

[14]　Cannon W F,Green A G,Hutchinson D R,Lee M,Milkereit B,

Behrendt J C,Halls H C,Green J C,Dickas A B,Morey G B,

Sutcliffe R,Spencer C.The North American Midcontinent rift

beneath Lake superior from G L IMPCE seismic reflection profil2

ing[J].Tectonics,1989,8:305-332.

[15]　Nicholson S W,Shirey S B.Midcontinent rift volcanism in the

Lake Superior region:Sr,Nd,and Pb isotopic evidence for a

mantle plume origin[J].J.G eophys.Res.,1990,95:10851

-10868.

[16]　Shirey S B,K lewin W,Berg J H,Carlson R W.Temporal

changes in the sources of flood basalts:isotopic and trace element

evidence from the1100Ma old K eweenawan Mamainse Point

Formation,Ontario,Canada[J].G eochim.Cosmochim.Acta,

1994,58:4475-4490.

[17]　Zhu B Q,D ong Y P,Chang X Y,Zhang Z W.Relation of is otopie

geochem ical steep zones with geophysical fields and tectonics in the

junction area of the Cathaysian,Y angtze and Ind ochina plates[J].Acta

G eol.S inica,2000,74(2):236-240.

292朱炳泉等/地球化学急变带与地幔柱资源系统

[18]　朱炳泉.地球化学省与地球化学急变带[M].北京:科学出版

社,200011-120.

Zhu Bingquan.G eochemical provinces and geochemical steep zones[M ].Beijing :Science Press ,2000.1-120.(in Chinese )

[19]　Wooden J L ,Czamanske G K ,Bouse R M ,K ing B S W ,

Knight R J ,Siems D F.Isotopic and trace 2element constraints on mantle and crustal contributions to Siberian continental flood basalts ,Noril ’sk area ,Siberia[J ].G eochim.Cosmochim.Ac 2ta ,1993,57:3677-3704.

[20]　Dyuzhikov O A ,Sharkov E V.Triple 2junction of rifts of Taimy 2

er -Noril ′sk and K ola -K arellan regions as magma 2and PGE 2Cu 2Ni ore 2controlling structures [A ].Section 8:Transform faults and triple juctions ,7th Z onenshain International Confer 2ence on Plate Tectonics ,2001,Abstract ,1[C].

[21]　Daniels P A J r.Upper Precambrian sedimentary rocks :Oronto

Group ,Michigan -Wisconsin[M ].Wold R J ,Hinze W J ,eds.G eology and Tectonics of the Lake Superior basin.G eological Society of America Memoir ,1982,156:107-133.

[22]　梁兴.楚雄盆地含油气系统分析与勘探目标选择[J ].海相油

气地质,1998,33(2):35-46.

Liang Xing.Petrolium system and exploration targets in Chux 2iong basin[J ].Marine Origin Petrolium G eology ,1998,3(2):35-461(in Chinese with English abstract )

[23]　Ho E S ,Mauk J L.Relationship between organic matter and

copper mineralization in the Proterozoic Nonesuch Formation ,northern Michigan[J ].Ore G eology Reviews ,1996,11:71-87.

[24]　Sugawara T.Ferric iron partitioning between plagioclase and sil 2

icate liquid :Thermodynamics and petrological application [J ].Contrib.Miner.Petrol.,2001,141(6):659-686.

[25]　胡耀国,朱炳泉,张正伟,常向阳.滇黔边界大规模自然铜矿

化的极端成矿条件耦合[J ]1矿床地质,2002,(增刊):390-394.

Hu Y aogu o ,Zhu Bingquan ,Zhang Zhengwei ,Chang X iangyang.The extreme coupling conditions for the native mineralization on large scale in the border area between Yunnan and Guzhou Provinces ,China[J ].Ore G eology ,2002,(supp.):390-3941(in Chinese with English abstract )

[26]　Y ardley B W D.An introduction to metamorphic petrology[M ].

New Y ork :Harlow ,19891

[27]　Puschner U.2001.Very low 2grade metamorphism in the

Portage Lake volcanics on K eweenaw Peninsula ,Michigan ,USA[A ].Metamorphic Petrography[M ].Basel :University of Basel ,198911-75.

[28]　Hamilton S K.Copper mineralization in the upper part of the

Copper Harbor conglomerate at White Pine ,Michigan [J ].E 2con.G eol.,1967,62:885-904.

[29]　Palacas J G.Source 2rock potental of Precambrian rocks in select 2

ed basins of United States[J ]1U.S.G eological Survey Bulletin ,1997,21462J :127-133.

[30]　Mossman D J.Solid bitumens :an assessment of their character 2

istics ,genesis ,and role in geological processes[J ].Terra Nova ,1995,8:114-128.

[31]　贾蓉芬,刘德汉,李本超,施继锡.碳酸盐岩油气普查与勘探

中矿物包裹体及固体沥青的研究[J ].石油实验地质,1990,

(专辑):1-52.

Jia Rongfen Liu Dehan ,Li Benchao ,Shi Jixi.Study on mineral inclusions and solid bitumens in oil 2gas exploration of carbonates [J ].Petroleum Experiment G eology ,1990,(special issue ):1-52.(in Chinese )

G eochemical Steep Zones and R esource Systems of Mantle Plumes

ZHU Bing 2quan 1,CHAN G Xiang 2yang 1,3,HU Yao 2guo 1,ZHAN G Zheng 2wei 1,2

1.Guangz hou Institute of Geochemist ry ,Chinese Academy of Sciences ,Guangz hou 510640,China ;

2.Institute of Geochemist ry ,Chinese Academy of Sciences ,Guiyang 55002,China

3.Department of Environment Sciences ,Guangz hou U niversity ,Guangz hou 510640,China

Abstract :Mantle plumes induced asthenosphere upwelling and development of magma chambers along deep 2sited faults ,and thus resulted in fracture eruption of flood basalts on large scale.The mantle plume with well developed metallogenic systems usually occurs on triple junction rifts with discontinuous lithos phere boundary and geochemical steep zones.Re 2source systems related to mantle plumes include :(1)the mineralization system of magma fractionation derived from three end members of enriched Ti ,enriched Mg ,and depleted Ti magmas that comprise Cu 2Ni (PGE )sulfides ,Fe 2Ti 2V oxides and native metals of Cu 2Ag ,respectively ;(2)the mineralization system associated with synvolcanic hydrothermal activa 2tion ,including Cu oxides with hematitization 2actinoritization 2silicification ,native coppers with bituminization 2chloritiza 2tion 2zeolitization and sulfides with carbonatization ;(3)the oil 2gas system developed in syntectonic basins and associated with rapid dipping of crust induced by huge quantity of magma eruption from mantle plumes ;and (4)the volcanic ,siliceous and carbonaceous argillitic rocks that provide a favorable geologic environment for development of dominant ecol 2ogy system.

K ey w ords :mantle plume ;flood basalts ;metallogenesis ;geochemical steep zones

3

92矿物岩石地球化学通报