成矿大地构造演化

对于海南岛大地构造及分区问题，中国地质科学院(1962)运用槽台学说将海南岛划为“南华准地台华夏褶皱带”、“岛南和岛北分属二级构造单元海南隆起和雷琼新凹陷”。1977年陈国达等出版的《中国大地构造概要》及《中国大地构造图》中将其划为“海南地穹列”，属于东南地洼区的“琼雷地洼系”，认为早古生代为加里东期地槽褶皱带、晚古生代为地台区、三叠纪末以来为地洼区(国家地震局广州地质大队，1977)。袁奎荣等(1977)评述了岛西存在海西地槽的依据;陈炳蔚等(1978)、夏邦栋(1979)也先后论述了海南岛海西地槽的基本特征，及空间分布不限于岛西，其时间分布不限于泥盆纪—早石炭世，扩及延续发展到二叠纪末、甚至中生代初。陈国达(1977)依据铁矿会战过程所获新资料(特别是地层方面的)和对石碌群第七层及其上下地层的沉积特征、地质时代的认识，根据中国南部地槽回返的地质时代有自NW向SE逐渐推迟的规律性，论述了海南岛存在海西地槽的可能性问题，指出该岛自三叠纪末始进入地壳发展的第三阶段———地洼发展阶段;地槽阶段为元古宙—早古生代，或延至晚古生代初;地台阶段为晚古生代初期或中期到中生代初。之后，彭格林(1990)主要依据沉积建造特征及其演化、空间分布和大地构造属性，以及岩浆活动等重要标志，并结合袁兆亿(1987)、邹和平和黄玉昆(1987)以及刘以宣(1984)等人的研究成果，认为海南岛经历了地槽、地台、地洼三个大地构造发展阶段，以九所-陵水深断裂为界，岛中岛北现阶段属东南地洼区，前寒武纪—早古生代为地槽区、晚古生代为地台区;深断裂以南为南海地洼区，前寒武纪时为地槽区、古生代演化为地台区，全岛早三叠世末同时进人地洼发展阶段。
侯威等(1992、1996)进一步根据海南岛沉积建造、岩浆建造、变质作用和构造型相等分析，并结合年代地层学研究进展，提出海南岛大地构造演化可能经历了前地槽(X)、地槽(Ⅰ)、地台(Ⅱ)和地洼(Ⅲ)4个发展阶段(图2-4):
太古宙(?)—古元古代为前地槽发展阶段。这一时期形成一套受过深变质和花岗岩化、混合岩化的花岗岩-绿岩建造。长城系抱板群构成了前地槽构造层的主体，构造相为NE向的紧闭褶皱，并以长轴穹窿体组成了本区的结晶基底。它是我国华南华夏古陆的组成部分，控制前地槽发展阶段的构造是古北东向构造体系。
中元古代进入地槽发展阶段，此时，岛北区处于浅海环境，在抱板群上堆积了石碌群，后者由一套厚达数千米的海相—浅海相砂页岩、浊积岩和具多期次的基性、中基性火山喷发岩组成，形成具有复理石建造、砂页岩-火山岩建造、细碧角斑岩建造、含铁碳酸盐岩建造和火山碎屑岩建造等的火山沉积岩系。晋宁运动后，九所-陵水断裂带以南的岛南区经褶皱回返并进入地台发展阶段，岛北则继续大幅度下沉，地槽继续发展，直至海西运动后，岛北才普遍发生近EW向褶皱和区域变质，并伴有海西-印支早期花岗闪长岩的侵入。随后，于早三叠世岛北转入地台发展阶段，而岛南则于志留纪未整体上升隆起后，至早三叠世一直处在地台夷平剥蚀阶段。由此可见，岛北地台发展阶段时间很短，仅仅在早三叠世时期，且缺少地台型沉积层。岛北区为后海西夷平式古地台区，岛北区地槽发展过程中产生了近EW向的半紧闭型褶皱，并伴随有EW向断裂带出现。控制地槽发展是由南北向挤压而产生的东西向构造系。
中三叠世(约241Ma)整个海南岛进入地洼发展阶段，这一时期无论是在构造型相、沉积建造、岩浆活动和变质作用，还是成矿作用等方面都显现出新型活动区所具有的特征。地洼发展的初动期(T2—J)，NE向的长垣形隆起、褶皱和断裂构造开始活跃，构造反差增强，出现地洼盆地，其中堆积有分选性差、稳定性小、厚度变化又相当大的陆相砾岩、砂页岩建造。同时，还有大面积的重熔、交代型花岗岩形成，反映地壳重新强烈活动起来。白垩纪(K)为地洼激烈期，此时地貌反差更大，在地洼盆地中堆积了复矿砂砾岩建造、类磨拉石建造，这些建造更是以分选不良、变化很大为特色，表明它们是构造运动强烈、地貌反差显著的大地构造环境产物。激烈期中的岩浆活动也十分强烈，以同熔型花岗岩侵入为主，并有酸性、中酸性、中基性火山岩喷发形成岩被。该时期褶皱及剪切活动强烈，多形成紧闭倒转褶皱和环形构造，以及脆性剪切断裂。
古近纪初(E1)进入余动期，此期主要形成含煤、油页岩碎屑岩建造和粘土砂岩建造。余动期构造演化受EW向及SN向构造系的控制，形成许多断裂控制的拉张盆地;岩浆活动以大量玄武岩喷发为主。至今海南岛仍在继续上升，表现以垂向作用为主。
石碌地区地处东南地洼区琼雷地洼系琼中地穹列的西侧(见图2-2)。地槽发展阶段该区处于南华海西地槽的弧形转折端，该弧形地槽是东与东南沿海、西与广西钦州地槽带相连的环大陆边缘的地槽褶皱带。地槽褶皱回返阶段的近SN向构造应力，使石碌地区形成近EW向的半紧闭褶皱及断裂。地台发展阶段该区虽然相对稳定，但也受到了较大幅度的升降运动的影响。在地槽构造层基底上接受了近千米的地台沉积层(包括目前划分的震旦系石灰顶组和石炭系一部分)，从而导致了石碌地区地槽构造层的深埋。至地洼发展阶段，该区构造活动异常激烈。初动期的NE向横跨褶皱明显叠加在近东西向构造上;地洼激烈期的随之NE向构造作用不断加强，便与持续作用的EW向构造产生了联合，此时的石碌地区正处在海南岛环状构造的强烈作用地段;地洼余动期的EW向构造，又使石碌地区受到了进一步强烈的SN向挤压作用，产生了近SN向的断裂。
总的来看，石碌地区经历了长期的、复杂的构造作用，从而为该区提供了多阶段成矿演化的有利构造因素。陈国达等(1977)曾认为石碌矿区的所知铁矿床均属于多因复成矿床，但其基础矿床先后成于两个不同的大地构造发展阶段，分属两种不同大地构造类型:一为地槽型沉积变质矿床，一为地台型沉积矿床;前者的含矿地层为石碌群第一至第六层(即QbS1－6)，后者的含矿地层为石灰顶组(即本书重新划分的石碌群第七层QbS7);同时他们还认为，地槽型沉积变质铁矿进一步经历了地洼成矿作用的改造叠加和富化，暗示了石碌铁矿具有“地槽矿床+地洼矿床改造富化”的成矿大地构造条件。

根据中国前寒武纪大地构造成矿演化的重大变化，可以划分出中国前寒武纪大规模成矿的五个阶段。每个阶段中的大地构造演变，成矿构造环境和主要大型、特大型、超大型矿床类型都有所不同(表6-1)。
从表6-1可以看出，五次大规模成矿作用的发生在前寒武纪地质构造演化的进程中，陆壳产生大规模裂解和汇聚阶段。大型、特大型、超大型矿床类型的产生，取决于地壳演变不同阶段所形成的成矿构造环境的差异。矿床类型的多样式与成矿构造环境的多样性有关。随着前寒武纪全球构造的演化，岩石圈层次增加，结构日益复杂，成矿构造环境的类型增多又减少，成矿系统演化的成熟度增高又降低，大型、超大型矿床的类型也在增加，后又减少。

对多因复成铀矿床的定位，除考虑含矿层位之外，还必须查明矿床大地构造位置及矿区所在区域地壳的大地构造演化史，有其极为重要的意义。因为大地构造及其演化，控制着矿区局部构造和成矿的定位和演化。

有关地壳大地构造演化的研究成果很多，观点和学派林立。我们认为，研究大地构造必须要有明确的时间和空间观念，从时间上是大地构造阶段，从空间上是大地构造区或大地构造单元。例如我国华南加里东地槽褶皱带，是指加里东造山构造运动形成的地槽褶皱带。又如中国东南地洼区，是指现阶段的中新生代太平洋造山构造运动和喜马拉雅造山运动形成的地洼区，其绝大部分是由加里东地槽，经地台阶段及其后的活化作用所成的地洼区。因此，没有时间观念的大地构造区或大地构造单元，或者说一成不变的大地构造区或大地构造单元的概念，不便于问题的讨论。笔者认为，这是传统大地构造学存在的极大不足之处。

Г.Ф.米尔琴科（1940）曾把地壳构造分为3种地史类型：地槽前的、地槽－地台的、“断块”的。陈国达（1959,1965）把地壳大地构造史分为4阶段，即前地槽阶段、地槽阶段、地台阶段、地洼阶段。B.И.维利奇金（1983）在其《含铀区成矿学特征》一书中指出：目前已经有充分根据，把地壳组成拟分为3个基本大地构造单元：前寒武纪地台及其地盾、里菲－显生宙褶皱带及中新生代构造－岩浆活化区。从上述资料看出，地壳大地构造单元或大地构造阶段，早已超出传统的槽台学说范畴，除地槽和地台以外，还有地洼区（或称活化区）及前地槽构造区或前地槽阶段。当然，前地槽构造阶段的大地构造研究，远比槽、台、洼构造研究少，或者说对前寒武纪大地构造单元的研究程度，还远低于显生宙的大地构造区。

根据A.П.帕夫洛夫（1936）、E.B.帕夫洛夫斯基（1962）、M.B.穆拉托夫（1975）、B.И.卡赞斯基（1978）、B.И.维利奇金（1983）及陈国达（1992）等人研究资料，可以把前地槽阶段的地壳演化，分为3个阶段：原始地壳阶段、月球阶段（或玄武岩壳层阶段）及陆核阶段。原始地壳形成阶段，是从宇宙中的冷却尘埃聚集、压实、加热至熔化，推测延续了10亿年之久。月球阶段是从地壳逐渐冷却，直至水圈的形成。当时地壳表面的暗色玄武岩，是壳下玄武岩浆流体喷溢产物，近似于现今月球玄武岩壳层，故取名为月球阶段（或原始玄武岩壳层阶段）。月球阶段约在47～38亿年前形成，延续也在10亿年左右。当时地壳表面以椭圆环状的负地形为主，很可能是受陨石冲击所成的陨石坑，有待查证。月球阶段地壳表部广泛发育含辉长苏长岩、超基性岩和斜长岩成分的拉斑玄武岩岩体。由于经历了漫长地质史演化，原始玄武岩壳层大都埋藏于花岗变质岩陆壳层之下，局部保存于太平洋洋底和古老地盾的现代地表中分布（如阿尔丹地盾苏塔姆地区）。在月球阶段已经有了由水蒸气、甲烷、二氧化碳、氨、氮、氢和惰性气体混合而成大气圈，但其中包括火山酸雨（HCl、HF、H₂S），故不同于现今的大气圈成分。当月球阶段的大气圈下层温度冷却至100℃以下时，水蒸气凝结，开始在负地形区形成水盆地。陆核阶段（或称地核阶段38～25亿年前），是从最古老的水盆地形成开始，大致是28～35亿年以前，至新太古代最古老的原始地槽形成之前，即28～25亿年前止。这个阶段特点是无槽台之分，还未形成大陆壳，但已存在水盆地和陆地；缺失强烈的分异作用、线型构造和大的张性断裂带；具有短轴状和等轴状构造；先广泛发育安山－玄武岩成分的熔岩，继而形成巨厚陆源杂砂岩，以及少量铁镁质溶液沉积层；最后是广泛发育但分布不均匀的安山－玄武岩壳层的花岗岩化，从而形成地壳的硅铝层，即最早的花岗片麻岩穹隆（约在30～25亿年前形成）（表11-1）。上述3个阶段均为前地槽阶段，其间除花岗片麻岩穹隆含铀外未形成含铀沉积建造。基性岩和超基性岩中铀含量也很低，只有在新太古代花岗岩化形成的花岗片麻岩穹隆内，铀含量较高，形成含铀花岗杂岩建造，可为尔后再造成矿提供部分铀源。如在澳大利亚北部的新太古代纳纳姆布杂岩中有二云母花岗片麻岩，并含有晶质铀矿物，杂岩的铀含量也高达9.6g/t。铀含量高的花岗片麻岩穹隆，为尔后各大地构造阶段的铀成矿作用，成为最古老的成矿铀源。但未形成铀矿床，更未形成多因复成铀矿床。

在新太古代至古元古代初（28～24亿年前），在地壳一些地区开始进入地槽阶段。由于是最古老最先形成的地槽，E.B.帕夫洛夫斯基称其为原始地槽期（区）。它们的特点是，形状简单，由深断裂带形成区域性线型褶皱构造系；内部不存在明显的内地隆起；槽地内充填了巨厚的火山－沉积岩层，沉积岩的岩相较稳定；有由基性、超基性到酸性的岩浆活动发育；广泛出现深熔作用、再生作用和高温区域变质作用；形成的岩石建造有细碧－角斑岩建造、安山英安岩建造、含铁石英岩建造、白粒岩建造、碳酸盐岩建造、杂砂岩建造和石墨片岩建造等。这表明地壳演化已成熟，全球性肯诺兰运动（26～25亿年前）是新太古代地槽回返的标志，如加拿大在新太古代形成地槽，经肯诺兰运动形成该区的结晶基底，并有含铀的钾质花岗岩形成。

肯诺兰运动之后，在古元古代（25～20亿年前）开始形成最早的地台。在个别地区可能更早进入地台阶段，如在南非形成南非地盾（克拉通）构造单元，地台盖层在距今28亿年开始形成。在维特瓦特斯兰德克拉通盆地内，形成了含金铀砾岩的地台沉积。由于是最早形成的地台，故有人取名为原始地台。但各个地台区形成和延续时间不同，地台阶段的时代年龄有早晚差别。地台区的特点是：陆相浅水沉积的石英砂岩和粉砂岩、泥岩、板状灰岩、白云岩等陆源岩石建造发育；砂岩和粉砂岩的分选性好；广泛发育有海绿石岩石；砾岩一般不发育，或几乎全属底砾岩；有大量的区域性不整合出现，主要的岩石建造分布稳定，但厚度较小，变化梯度小；岩浆作用弱，岩浆岩分布少；整个地台盖层而言，总厚度大，但变质弱，或未变质。

表11-1　大陆壳大地构造演化阶段划分表

B.И.卡赞斯基（1988）根据Ю.А.柯西金（1974）编制的1/1500万前寒武纪大陆构造图及其说明书认为，最古老的地台开始于28～22亿年前在南非形成。但全球而言，地台区至中前寒武期才比较广泛发育，但初期盖层厚度不大，只有在地槽区发育之后，才有更厚的地台沉积盖层。地台阶段形成的沉积建造发育地区内，有最古老的南非含晶质铀矿碎屑的石英卵石砾岩建造，其内有砂金铀矿化形成，但地台阶段尚未形成多因复成铀矿床，只是在地台阶段后的地洼阶段的构造－岩浆活化作用下，使先成富集的砂矿型的铀活化再造，方形成有沥青铀矿叠加富集的多因复成铀矿床。

同样，在古元古代（19～16亿年前），在非洲、加拿大、东欧及印度地台内，发生巨型断块断裂构造运动。在地堑断块内沉积了磨拉石类火山－沉积岩，首次出现红色碎屑岩建造，表明地壳表面已由还原环境转为氧化环境。沿断块断裂构造带，有角闪岩相和绿片岩相的动力变质作用发育，或有中深成的基性、酸性和碱性侵入岩类分布。这一切标志着地台内的一些地区已进入地洼阶段，或已形成地洼区。由于是地壳最早形成的活化区，B.И.卡赞斯基（1972）称其为原始活化区，Л.B.格里戈里耶娃（1986）称之为原地洼区，姚振凯（1986）称其为古元古代地洼区。

应当指出，古元古代地洼区的形成时间，在各个地区不全是同时的。在南非、乌克兰等地的古元古代地洼区，分别在20～19亿年、19～17亿年。澳北派因—克里克地槽活化形成的阿纳姆地地洼区，形成于古元古代晚期的16.5亿年。至于古元古代后的地洼区更多，比比皆是，如加拿大中元古代（16.5～13亿年前）的阿萨巴斯卡地洼区，澳大利亚中元古代的阿得雷德地洼区形成于16～14.5亿年前。中国东南地洼区形成于中生代（195～170Ma）。

从上所述，地洼区可以从地槽、地台（克拉通）和中间地块活化而成。有些地区，地台阶段时间很短，所成沉积少而薄，有的遭到剥蚀，在此情况下对地台阶段可忽略不计，看成是地槽回返后直接转化为地洼区。澳北派因—克里克地槽（

）在古元古代晚期转化为阿纳姆地地洼区是其例。

有关地洼区（活化区）的特征，陈国达、А.Д.谢格洛夫、B.И.卡赞斯基、Ф.И.维利奇金等，先后作了详细研究。其最主要特点是：①活化作用的构造单元，按其先前的构造单元冠以活化二字，可分为活化地盾、活化克拉通、活化地台、活化中间地块、活化地槽褶皱区；②断块造山作用强烈，可形成短线状褶皱，且多在大陆条件下出现，致使构造－地貌起伏反差强度增大，产生新的次级构造单元。穹形隆起者为地穹，山间盆地者为地洼（或地洼盆地），裂谷者为地洼裂谷；③断裂再次作用使先成断裂活化，形成拱裂、环状断裂、放射状断裂和断块断裂。还常见有穿透地壳的深大断裂。断裂多呈陡倾的铲状断裂或推覆断裂出现。断裂变质发育，形成动力变质混合岩带；④在山间盆地内发育有巨厚的陆相火山－沉积的类磨拉石建造或含煤建造，具有陆相类复理式韵律特征；⑤岩浆作用强烈，侵入岩和火山喷发岩广泛发育，有从酸性、碱性至基性的活动顺序，所成花岗岩以高硅富碱而低铁贫镁为特色，尤以酸性和中酸性岩浆岩特别发育，而不同于地槽和地台区的岩浆岩。⑥地壳剖面具槽、台、洼3层结构的特征，若地台层缺失，则为槽、洼双层结构。地壳厚度发生显著变化，重力异常多为负值，呈短带状分布。大地热流高低分异的反差增大，平均热流值也往往最高。地洼区内地震活动增强，新构造运动明显；⑦地洼区，特别是中新生代地洼区，钨、锡、钼、铋、铜、铅、锌、铍、锂、硼、铌、钽、铀、钍、砷、锑、汞、氟等元素的矿产最多，类型丰富多彩。各矿种的多因复成矿床发育。

从上述地洼区特征看出，地洼阶段内形成的含铀岩石建造较少，主要有火山－沉积岩建造、陆源碎屑岩建造，有时见含铀煤建造。地洼区的多因复成铀矿床的成矿作用，侧重在再造或改造地洼阶段前先成的铀源层或铀源体而成矿，如澳大利亚南北地洼带古、中元古代地槽或地台阶段形成的铀源层，在地洼阶段构造－岩浆活化作用下，使铀源层再造成矿，形成一系列超大型的多因复成铀矿床。在铀成矿演化史中，最早形成的多因复成铀矿床，是南非维特瓦特斯兰德石英卵石砾岩型金铀矿床。含铀金砾岩层形成于22亿年前的地台阶段，但工业铀矿床只是在20.5亿年前地洼阶段形成。因此，多因复成铀矿床的成矿作用，可以是跨越大地构造阶段的很长时间。

在论述地壳大地构造演化与多因复成铀矿床的形成相互关系（表11-2）后，应着重指出3点：①地壳各地区进入槽、台、洼阶段的时间，可有早晚和先后的差别。同时代不同地区的相同大地构造单元，其地质特征有极大的相似性，但也允许有某些差别；②过去传统大地构造学中，由于未单独划分出地洼阶段（或地洼区、地洼构造层），致使在过去文献中论述地槽或地台区特征时，夹杂着地洼区的许多地质特征在内；③传统槽台理论，把大地构造单元及其特征，看成是一成不变，地槽区或地台区一定终身，一直成为活动区或稳定区。由于未把它们在不同地质历史中相互转换和演变关系区分清楚，发生同一地区有不同的大地构造单元名称叫法。因此，我们认为各地区大地构造单元的属性，应加上地质时代（或年代）的前提为宜，有利于问题的讨论和探索。

表11-2　大陆壳大地构造演化与多因复成铀矿形成

综上所述，依地洼学说分析，地壳演化必然产生越来越多的大地构造性质不同的大地构造基本单元。地槽和地台区分布范围和面积越来越小，地洼区分布不断增多，面积增大。地洼区，特别是中新生代地洼区的多因复成铀矿床最多，类型最丰富多彩，有待更多地发现超大型矿床。