中国东部燕山期大火成岩省:岩浆-构造-资源-环境效应

曾普胜, 李睿哲, 刘斯文, 温利刚, 赵九江, 王十安

1)自然资源部生态地球化学重点实验室, 国家地质实验测试中心, 北京 100037;2)中国地质大学(北京), 北京 100083;3)矿冶科技集团有限公司, 矿冶过程自动控制技术国家重点实验室, 北京 100160

大火成岩省的研究(Coffin and Eldholm, 1991,1992, 1993a, b, 1994, 2001, 2005)已经有30年以上的研究历史了。修订后的大火成岩省定义(Ernst, 2014)为: 大火成岩省(Large Igneous Province, LIP)是主要的镁铁质岩浆岩省, 面积范围> 0.1 Mkm2, 火成岩体积> 0.1 Mkm3, 具有板内特征, 并以短时脉动或多次脉动(小于1～5 Ma)侵位, 最大持续时间<50 Ma。可包括相关的硅质岩浆作用(包括LIP规模尺度的硅质岩浆, SLIPs)以及碳酸岩(Carbonatites)和金伯利岩(kimberlites)。大火成岩省因为与全球或区域环境变化(包括灭绝事件)、区域地形变化(穹隆抬升、大陆裂解)的关联大火成岩省还与多种战略性关键矿产、石油/天然气及优质含水层有关, 而引起高度关注。

中国的大火成岩省是全球大火成岩省(图 1)的重要组成部分, 如峨眉山大火成岩省(王登红等,1998; 王登红, 2001; 宋谢炎等, 2001; 徐义刚和钟孙霖, 2001; 徐义刚等, 2003; 李红阳等, 2002; He et al., 2003, 2006, 2011; Xu et al., 2004; Peate and Bryan, 2009; Xu and He, 2007; Zhou et al., 2005; 何斌等, 2006; 侯增谦等, 2006; Ali et al., 2010; Shellnutt et al., 2012, 2014)、塔里木(杨树锋等, 1996,2005, 2014; Xu et al., 2004; 陈汉林等, 2009), 特别是近年来新发现的措美(Zhu et al., 2009)、华北(Zhang et al., 2017, 2018; 张拴宏和赵越, 2018; 张拴宏等, 2019)等大火成岩省的补充报道, 为全球大火成岩省研究做出新的贡献。但关于中国东部燕山期大火成岩省却没有报道, 仅少数学者关注了中国东部早白垩世的可能与全球地幔柱上侵有关的巨型火成事件(Wu et al., 2005)。主要原因是中国东部遭受到剧烈的构造变动和剥蚀作用, 加之对大火成岩省的管道系统考虑较少, 因而未关注到中国东部燕山期的面积/体积庞大的大火成岩省。实质上, 中国东部燕山期以来, 板内张性构造背景下的岩浆活动产物分布广泛, 并且岩石组合与传统意义上的挤压俯冲产生的“岛弧型”或“陆缘弧型”的岩石组合——钙碱性系列的火山岩组合不同, 而是以钾玄岩、安粗岩、粗面岩、石英闪长岩、石英二长岩、二长岩、石英正长岩和正长岩为主(邓晋福等, 1996,2005, 2007a, b)组成的碱性系列的“双峰式”火山岩组合, 并且伴有同期深部来源的金伯利岩(池际尚等, 1996; 褚志远等, 2019)、钾镁煌斑岩(江万, 1995;池际尚等, 1996; 林玮鹏等, 2009)、含金刚石基性岩(蔡逸涛等, 2019a)等幔源岩浆岩(图2), 代表了拉张为主的深源构造背景。这套燕山期岩浆岩控制着中新生代以来中国华北—扬子地台的构造格局变化、资源能源形成与地质环境变迁。根据近期对华北、扬子相关岩浆活动的初步研究结果, 对这些巨量板内岩浆活动梳理报道, 供感兴趣的同行参考。

图1 全球显生宙大火成岩省的分布及年龄(据Coffin and Eldholm, 1994; Ernst, 2014补充修改)Fig.1 Global map showing distribution of the large igneous provinces with ages(modified after Coffin and Eldholm, 1994; Ernst, 2014)

1 中国东部燕山期大火成岩省

中国东部燕山期大火成岩省主要包括浅源为主的岩浆带——长白山—千山岩带①、大兴安岭岩带②、太行山岩带③、鲁东沿海杂岩带④、秦岭—大别岩带⑤、浙闽粤杂岩带⑥, 以及两个深源岩浆带——郯庐断裂金伯利岩-钾镁煌斑岩带⑦和湘黔钾镁煌斑岩带⑧(图2)。

图2 中国东部燕山期大火成岩省岩浆岩分布图(侵入岩据邓晋福等, 2015; 喷出岩据邢光福等, 2015; 金伯利岩-钾镁煌斑岩-金刚石据宋瑞祥, 2013)Fig.2 Distribution map of magmatic rocks of the Yanshanian large igneous province in eastern China (intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING et al., 2015; kimberlites-lamproites-diamonds after SONG, 2013)

其中, 保留的岩浆岩带火山岩面积华北约22万km2, 华南约11.4万km2, 合计33万km2(邢光福和冯益民, 2015)。岩性组合以双峰式岩浆岩组合为主, 时代为 174—100 Ma, 高峰期在早白垩世(～120 Ma) (表1)。岩浆岩类型则包括超基性岩类的金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩、碱性玄武质-粗面质火山岩及其管道系统的玢岩或碱性辉绿岩、硅质大火成岩省(即碱性流纹岩-花岗岩)等(图2)。按传统划分为东北亚省、华北亚省、华南亚省, 侏罗纪主要为高钾钙碱性系列和碱性系列双峰式火山岩组成, 是大火成岩省的开启时期; 而白垩纪时期则以碱性流纹岩-碱性玄武岩组成的双峰式岩浆组合, 伴有部分高钾钙碱性火成岩组合, 沿深断裂还可见到金伯利岩/钾镁煌斑岩/含橄榄岩包体碱性玄武岩(±金刚石)/碳酸岩等, 是典型地深部地幔岩浆活动产物; 沿深断裂展布的幔源岩浆岩+大面积分布的双峰式火成岩与局部高钾钙碱性系列火成岩, 构成了基性-超基性大火成岩省(LIP)与硅质大火成岩省(SLIP)组成的完整系列(Ernst, 2014), 按侏罗纪—白垩纪岩浆岩、深源岩浆岩、硅质大火成岩分述如下(图2, 表1)。

1.1 侏罗纪岩浆岩带

侏罗纪时期的岩浆岩遍及整个中国东部, 主要发育中—晚侏罗世的岩浆岩(表1, 图3)。

表1 中国东部燕山期大火成岩省火山岩层序对照表(据Niu et al., 2004; 赵越等, 2006; 邢光福和冯益民, 2015整理)Table 1 Comparison of Yanshanian volcanic sequences of large igneous provinces in eastern China(compiled after Niu et al., 2004; ZHAO et al., 2006; XING and FENG, 2015)

总体看, 火山岩多遭受剥蚀, 而侵入岩剥露后分布较广。仅分布于华南东部和大兴安岭—燕山地区的延庆一带存留有较大面积的中酸性火山岩, 而基性岩火山岩仅有大兴安岭北部存留。侵入体则剥蚀出露较为广泛。

东北地区的(小兴安岭—张广才岭)长白山—千山岩带①和大兴安岭火山岩带②内, 中侏罗统的塔木兰沟组(J2t)高钾钙碱性玄武岩±安山岩-碱性流纹岩的火山岩组合及其侵入岩, 年龄为167～160 Ma(邢光福和冯益民, 2015), 相当于中侏罗统巴通阶(Bathonian)至卡洛夫阶(Callovian); 晚侏罗统满克头鄂博组(J3m), 年龄 160～150 Ma(邢光福和冯益民,2015)的高钾钙碱性流纹岩-英安岩、火山碎屑岩及其侵入岩, 相当于牛津阶—钦莫利阶(Oxfordian-Kimmeridgian); 上侏罗统—下白垩统的玛尼吐组(J3K1m)(150—137 Ma), 相当于提塘阶—贝利阿斯阶(Tithonian–Berriasian)的高钾钙碱性系列的流纹岩-英安岩组合及其侵入岩, 以及少部分钾玄岩-安粗岩及其侵入岩。反映为大陆边缘弧的挤压俯冲伴有局部伸展的构造背景(邢光福和冯益民, 2015; 邓晋福等, 2007a, b, 2015)。

华北侏罗纪岩浆岩活动与东北地区相似, 华北北缘岩浆带沿狼山—阴山北侧—康保—赤峰深大断裂带呈近东西向岩浆带, 即华北地台北缘岩浆带是大兴安岭带②的西延的一部分; 鲁东沿海杂岩带④则是长白山—千山岩浆带①的南延, 进一步相西则有北东向的太行山岩浆带③和近东西向的秦岭—大别岩浆带⑤两支。中侏罗统的南大岭组(J2n)的高钾钙碱性系列玄武岩-粗面玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩及相应的火山碎屑岩及其侵入岩, 时代(174 Ma)(赵越等, 2006), 相当于中侏罗统阿林阶(Aallenian); 髫髻山组(J3t)安山岩、流纹质凝灰岩、安山质火山角砾岩组合, 年龄为 170～153 Ma(李斌等, 2019), 相当于中侏罗统巴柔阶(Bajocian)至上侏罗统钦莫利阶(Kimmeridgian); 晚侏罗统土城子组组(J3tc)碱性流纹质凝灰岩、安山质角砾熔岩, 上部凝灰质砂岩夹粗面岩、安山质角砾熔岩及其侵入岩,时代为157.6—157.1 Ma (焦润成等, 2016), 相当于钦莫利阶(Kimmeridgian)。也反映为大陆边缘弧的挤压俯冲伴有局部伸展的构造背景(邢光福和冯益民, 2015; 邓晋福等, 2015)。华南侏罗纪岩浆带(图2中的⑥), 中—晚侏罗世属于陆缘弧由俯冲挤压高峰期向挤压后的伸展阶段过渡时期, 以出现南岭地区大面积过铝质花岗岩为特色, 而火山岩仅局部保留, 为高钾钙碱性系列安山岩-英安岩-流纹岩组合,年代在保留火山岩的闽东北福安社口地区安山岩-流纹岩组合为150～168 Ma(邢光福等, 2008), 闽粤交界处丰顺盆地兜岭群流纹岩类为 150～168 Ma(Guo et al., 2012), 粤东漳平组晶屑凝灰岩为(171.8±0.9) Ma(刘鹏等, 2015), 相当于中侏罗统阿林阶(Aallenian)至上侏罗统钦莫利阶(Kimmeridgian)。反映的大地构造背景与东北—华北的中上侏罗统岩浆岩相当, 均为大陆边缘俯冲挤压伴有局部伸展的构造环境。

1.2 白垩纪岩浆岩带

到白垩纪时期, 中国东部大火成岩省达到鼎盛时期。与侏罗纪时期的岩浆岩分布情况对比, 白垩纪的岩浆岩规模大得多, 成为燕山期岩浆岩的主体(图 4)。从火山岩-侵入岩的保留情况看, 华北东部—秦岭(图 3中①④⑤)、太行山③一带隆升剥蚀强烈, 喷出岩波流相对保留较少, 侵入相出露较多;而大兴安岭(②)成为火山岩连片分布区, 规模宏大,局部地区剥露出浅成相的斑岩体。华南的东南沿海的粤—闽—浙—赣地区(⑥)保留较多的火山岩, 局部剥露出浅成相甚至深成相的侵入岩, 岩浆岩出露相齐全, 成为研究大火成岩省的理想地区之一。岩性包括金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩等超基性岩,以及碱性玄武岩/辉绿岩-粗面岩/碱性花岗岩组成的双峰式火山岩(图4)。

图3 中国东部燕山期大火成岩省侏罗纪岩浆岩分布图(侵入岩据邓晋福等, 2015; 喷出岩据邢光福和冯益民, 2015)Fig.3 Distribution map of Jurrasic magmatic rocks of theYanshanian large igneous province in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015)

图4 中国东部燕山期大火成岩省白垩纪岩浆岩分布图(侵入岩据邓晋福等, 2015; 喷出岩据邢光福和冯益民, 2015; 金伯利岩-钾镁煌斑岩-金刚石据宋瑞祥, 2013)Fig.4 Distribution map of Cretaceous magmatic rocks of the Yanshanian large igneous provinces in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015; kimberlites-lamproites-diamonds after SONG, 2013)

1.2.1 金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩

金伯利岩主要分布在克拉通地区的太古代克拉通和古元古代活动带中, 它们还被解释为圈闭在岩石圈根部下方的玄武岩的深源等价体(例如Campbell, 2001; Arndt, 2003), 金伯利岩事件与超大陆破裂有关的超级地幔柱事件有关(例如, Ernst,2014; Haggerty, 1986, 1999; Heaman et al., 2003;Kerrich et al., 2005), 是金刚石的主要寄主岩石; 钾镁煌斑岩是一些富钾和富钛的矿物的深源岩石, 也可含金刚石; 许多碳酸岩与裂谷有关, 也与跨石圈破裂有关。这几类岩石均为深源岩石的典型代表,是大火成岩省的重要组成部分(Ernst, 2014)。

中国东部的金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩带(图5), 主要分布于华北地块东侧的郯庐断裂带、扬子地台的湘—黔钾镁煌斑岩带沿线, 独立的碳酸岩主要分布于内蒙巴尔哲和山东微山。另有零星的金伯利岩和钾镁煌斑岩零星分布于河南鹤壁—山西大同的太行山岩带(侯广顺等, 2015; 张连昌等,1998)(图 5)。

(1)金伯利岩

按照国际地科联(IUGS)火成岩系统学分委会(Subcommission on the Systematics of Igneous Rocks)推荐的《火成岩: 分类与术语》(第二版)(Le Maitre,2002; Robin, 2010)的分类原则, 金伯利岩分为两类:Ⅰ型(Group Ⅰ): 对应于南非金伯利地区的原型(Wagner, 1914), 称为“玄武质金伯利岩”;Ⅱ型(Group Ⅱ): 对应于云母质或煌斑岩质金伯利岩(Wagner, 1914; Dawson and Stephens, 1975; Dawson, 1980; Mitchell and Bergman, 1991; Mitchell,1995; 张安棣, 1991; 路凤香, 2008)。

中国东部安徽栏杆地区的含金刚石的玄武质岩石(蔡逸涛等, 2019a, b, 2020)类似于Ⅰ型, 在中国东部少见, 且含金刚石量发现较少, 是一类目前研究不多的“金伯利岩”, 但岩石学意义重大, 标志着中国的含金刚石的岩石类型除金伯利岩-钾镁煌斑岩外, 还有玄武岩。金伯利岩、钾镁煌斑岩在空间上沿同一岩带可交替出现, 如蒙阴金伯利岩带(图 5中 5号)与大井头钾镁煌斑岩(6)交替出现, 并且均含有金刚石(王玉峰等, 2019); 黔湘钾镁煌斑岩带内也有望城麻田发现的含微粒金刚石的基性火山岩出露(董斌等, 2006);超基性的金伯利岩/钾镁煌斑岩带延伸的空间上, 还会有碳酸岩出露, 如华北地台的金伯利岩带上北部有燕山期内蒙巴尔哲(图5中13号, 127 Ma)(赵一鸣等,1994)、山东郗山(12号, 125.8 Ma, )。

图5 中国东部燕山期金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩及原生金刚石矿分布(据邓晋福等, 2015; 池际尚等, 1996编制)Fig.5 Distribution of Yanshanian kimberlites-lamproites-carbonatites in eastern China(compiled after DENG et al., 2015 and CHI et al., 1996)

金伯利岩带主要产于华北, 其中, 辽宁瓦房店金伯利岩带和山东蒙阴金伯利岩带是中国最重要含金刚石金伯利岩(池际尚等, 1996; 梅厚钧等, 1998;付海涛, 2020), 也是世界金伯利岩带的重要组成部分(Shirey et al., 2013)。瓦房店金伯利岩带50号岩管是世界上含金刚石较富且含宝石级金刚石较多的岩管(宋瑞祥, 2013)。河南鹤壁—山西大同的太行山带也有金伯利岩带产出, 间杂钾镁煌斑岩(如饮牛沟, 李佑国等, 1991), 因其金刚石含矿性稍差, 而研究资料性对较少, 但其深部探测意义很大。

(2)钾镁煌斑岩

中国钾镁煌斑岩主要分布于黔东南、湖南宁乡、山西饮牛沟、山东大井头、湖北大洪山和西昆仑克里阳地区(池际尚等, 1996; 梅厚钧等, 1998; 李睿哲等, 2021)。其中, 湘黔钾镁煌斑岩带是中国最先发现原生金刚石的岩带——贵州马坪钾镁煌斑岩(10号)——东风Ⅰ号岩管(池际尚等, 1996), 成为中国金刚石早期研究的人才成长基地, 为后来的山东蒙阴、辽宁复县(瓦房店)金刚石矿床勘查输送了多为金刚石勘查专业人员(宋瑞祥, 2013); 湖南宁乡云影窝(9号)是湘黔钾镁煌斑岩带中另一个见到原生金刚石的岩管(李子云和马文运, 1993), 时代为白垩纪((101.6±5.1) Ma, 林玮鹏等, 2011)与湖南常德的理公港地区原生金刚石凝灰质角砾岩的地层时代——白垩纪相当(杨献忠等, 2019)。这些钾镁煌斑岩早期获得的年龄多被认为是加里东期(503—435 Ma,方维萱等, 2002)的产物, 实际上极有可能是先在岩石圈龙骨底部生成, 而白垩纪时期才就位的。

(3)基性-超基性岩(玢岩)

中国东部燕山期的基性超基性岩分早、晚两期,早期的侏罗纪的碱性橄榄玄武岩主要分布华北的燕山地区; 晚期的白垩纪双峰式火山岩的基性超基性端元在长江中下游的宁芜盆地山东的沂沭断裂带内尚有保留(邓晋福等, 2015)。

早期的侏罗纪碱性玄武岩, 在北京延庆一带保留相对完整, 其他地区因隆升剥蚀和构造变化, 只保留通道相的辉绿岩或辉绿辉长岩(图2)(邓晋福等,2015), 早期这套基性-超基性岩目前尚无含金刚石的报道, 但可见较多的地幔橄榄岩包体, 如北京延庆地区(邓晋福等, 2015; 赵越等, 2006)。金刚石意义不大, 但深部探测研究重要, 尤其对于探索大火成岩省的启动阶段意义显著。

晚期的白垩纪的橄榄玄武岩、碱性玄武岩(局部有安粗岩)也被剥蚀较多, 仅在长江中下游的宁芜盆地、山东的沂沭断裂带内保留相对完整(邓晋福等,2015; 邢光福和冯益民, 2015)。这套岩石与碱性流纹岩组成的双峰式火山岩是燕山期伸展主要标志之一(邢光福和冯益民, 2015; 邓晋福等, 2015), 通道相的玢岩是重要的铁矿类型——“宁芜玢岩铁矿”(图 2)的成矿母岩(陈毓川, 1986; 余金杰和毛景文,2002a, b; 余金杰等, 2007; 段超等, 2010; 胡劲平和蒋少涌, 2010), 也是中国东部研究深部来源构造-成矿的最佳窗口之一(毛景文等, 2005)。最值得注意的是, 近年来, 苏皖地区的碱性橄榄玄武岩(图5中14号)中有金刚石被发现(蔡逸涛等, 2019a, b; 黄友波等, 2019)。

(4)碳酸岩-碱性杂岩

金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩及其管道系统通常紧密共生, 成为大火成岩省的标志之一(Ernst,2014), 中国燕山期的碳酸岩有类似的特征, 分布于中国东部郯庐断裂带以西的华北地台内, 与金伯利岩-钾镁煌斑岩在同一构造带上交替产出, 如山东郗山(图5的12号)、内蒙古巴尔哲(图5中的13号),是早白垩世(138—100 Ma)的大火成岩省深源岩浆作用的一部分, 与华北大规模金-多金属矿成矿作用密切相关, 特别是与稀土矿床关系最为密切。典型地碳酸岩有郗山、巴尔哲碳酸岩-碱性杂岩稀土-稀贵-稀有金属矿床。

山东郗山稀土矿位于微山县韩庄镇微山湖东岸, 北距县城 20 km。矿床的形成与中国东部大火成岩省岩浆活动有关, 并伴有金和稀土元素(REE)多金属矿化(曾普胜等, 2020), 特别是130—120 Ma期间的剧烈岩浆活动控制了大量矿床的形成(Mao et al., 2011)。郗山碱性杂岩体与稀土矿化有关的矿脉主要有含稀土石英重晶石碳酸盐脉和含稀土霓辉石脉。矿脉中含有氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、独居石等矿物, 并伴有黄铁矿产出。其中稀土矿为山东省最大规模的中型稀土矿床, 平均厚度 2.16 m, 平均品位RE2O34.61%; 其中的黄铁矿均含较高的金(Au)和铂族元素(Pt、Os、Ir、Ru)、亲铁元素 Mn、Cr、Ti和分散元素Re。其中, 黄铁矿中Au平均含量为4900×10–6, Pt、Ru、Os、Ir平均分别为 14 000×10–6,22 000×10–6, 26 300×10–6, 2600×10–6; 含 Re 平均20 400×10–6(曾普胜等, 2020)。这些亲铁元素在黄铁矿中的局部富集, 表明该期黄铁矿为深源成因。为碳酸岩-碱性杂岩分布区寻找贵金属和分散元素铼(Re)等关键金属提供线索。

巴尔哲超大型矿床位于内蒙古哲里木盟扎鲁特旗境内, 巴尔哲矿床是一个典型的与碳酸岩-碱性杂岩有关的超大型稀有稀土矿床(赵一鸣等, 1994;陈金勇等, 2019a, b), 也属于中国东部燕山期大火成岩省的一部分, 其形成时代为(127.2±1.3)—(122.7±1.8) Ma(赵一鸣等, 1994; 丘志力等, 2014;Su et al., 2021)。巴尔哲矿床为稀土-锆-铍-铌钽(REE-Zr-Be-Nb-Ta)多金属矿床(Yang et al., 2021),主要矿石矿物为兴安石(硅铍钇矿)、氟碳钙铈矿、独居石、烧绿石、铌铁矿和锆石等。巴尔哲矿床已探明金属储量为RE2O3储量近百万吨、ZrO2数百万吨、Nb2O5数十万吨、Ta2O5数万吨、BeO数万吨, 其中锆和稀土元素的储量已达超大型矿床规模(王一先和赵振华, 1997)。

中国东部燕山期大火成岩省中的碳酸岩, 成为中国东部燕山期大火成岩省的重要组成部分, 与全球其他地区的大火成岩省中碳酸岩(如西伯利亚、德干等地)可以比较(Ernst, 2014)。

1.2.2 白垩纪双峰式火山岩

白垩纪双峰式火山岩是中国东部燕山期大火成岩省鼎盛时期的产物, 在侏罗纪火山岩的基础上活动面积进一步扩大, 构成中国东部燕山期岩浆岩的主体(图 2, 图 4)。在构造强烈隆起区, 即长白山—千山岩带①、太行山岩带③、鲁东沿海杂岩带④、秦岭—大别岩带⑤, 主要保留侵入相, 岩性以碱性花岗-二长花岗岩等(A 型花岗岩)为主(邓晋福等,2015); 而构造隆升性对较弱的地区, 即大兴安岭岩带②和浙闽粤杂岩带⑥, 则侵入相与火山岩相伴产出, 侵入相岩性同构造隆起区的相似, 也以碱性花岗岩-二长花岗岩等(A 型花岗岩)为主, 仅局部地区(如宁芜盆地、沂沭盆地)有富钠质辉长闪长玢岩-辉长闪长岩等次火山岩(陈毓川, 1986; 邓晋福等,2015; 邢光福和冯益民, 2015; 余金杰和毛景文,2002a, b), 而喷出相在火山岩盆地中的以保留, 岩性以碱性流纹岩、粗面岩、粗安岩等为主, 宁芜盆地—庐枞盆地、沂沭地区中有碱性玄武岩-安山岩(陈毓川, 1986; 邢光福和冯益民, 2015), 构成中国东部重要的双峰式火山岩(邢光福等, 2015)。

华北的松辽盆地(尤其是开鲁盆地、大庆盆地等次级盆地)、二连盆地、巴音戈壁盆地(向西可达吐哈盆地), 以及华南的吉泰盆地、南雄盆地、麻沅盆地等保留了较完整的白垩纪的双峰式火山岩(邢光福等, 2015), 为铀-煤-钾-锂共存的盆地, 是中国东部战略性关键金属集中赋存的重要地区。

1.3 硅质大火成岩省(SLIPs)

硅质大火成岩省是指与大火成岩省(LIPs)潜在相关的板内和大陆裂谷系统中的硅质岩浆作用, 与以硅质为主, 非俯冲成因的大面积(>10万km2)分布的岩浆省, 称其为硅质大火成岩省(SLIP)(Pankhurst and Rapela, 1995; Bryan et al., 2000; Ernst, 2014)。

中国的硅质大火成岩省讨论甚少。Peng(2010,2015)讨论了华北地台熊耳—太行地区元古代(1.7 Ga)与放射状岩墙有关的硅质大火成岩省;桂北地区四堡群和中生代与玄武岩有关的酸性大火成岩省已有部分关注(Li et al., 2014)。张旗等(2009)曾对中国东部燕山期岩浆岩与大火成岩省的有讨论, 但在中国, 酸性大火成岩省讨论还很少,特别是燕山期的内容关注的显著不足。

本次涉及的硅质大火成岩省包括了侏罗纪—白垩纪(150—100 Ma)大火成岩事件由碱性流纹岩-碱性玄武岩-金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩及其管道系统, 分布于江南造山带西侧和郯庐断裂带南段以西的华北地台内, 包括管道系统和喷出岩, 累积面积超过 30万 km2(图 6)。其规模甚大, 以往关注甚少, 是中国东部燕山期壳幔相互作用的重要产物。

图6 中国东部燕山期硅质大火成岩省岩浆岩分布图(侵入岩据邓晋福等, 2015; 喷出岩据邢光福和冯益民, 2015)Fig.6 Distribution map of magmatic rocks of the Yanshanian sillic large igneous provinces (SLIPs) in eastern China(intrusions after DENG et al., 2015; extrusions after XING and FENG, 2015)

从侏罗纪中晚期开始有主要为高钾高钾钙碱性系列为主, 局部伴有双峰式火山岩组合的岩浆岩,代表了陆缘弧俯冲伴有局部拉张的大陆边缘俯冲环境, 与俯冲作用有一定的关联; 但到早白垩世早—中期开始出现强烈的双峰式火山岩组合, 伴有超基性的金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩组合, 代表了一种陆内环境的强烈拉张的构造背景, 与俯冲作用关系不大。这种大陆边缘俯冲环境向大陆内部拉张的转换, 正是中国东部燕山期大火成岩省直接作用的结果, 这与以往燕山期一直是大陆边缘俯冲的构造配置的认识有显著不同。

这种岩浆的分布格局显示出中国东部燕山期为一个酸性大火成岩省, 与全球著名的硅质大火成岩省(Silicic LIPs)(Ernst, 2014)(图1)(如美国西海岸的马德雷山(Sierra Madre)、非洲与阿拉伯半岛之间的阿法尔(Afro-Arabian, AFAR)、西非南部的伊登戴卡(Etendeka)、印度的马拉尼(Malani)、澳大利亚南部的高乐(Gawler)及东部的肯尼迪—康纳斯—奥本(Kennedy-Connors-Auburn)的大陆区的大火成岩省的情形基本一致(Ernst, 2014)。其特点是, 酸性或双峰式火山作用占优势, 流纹岩/花岗岩特别发育, 并有同期的基性岩墙、超基性岩(金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩)发育, 部分含有金刚石, 与俯冲作用形成的安山岩/闪长岩等中性岩浆作用关系不密切,是大火成岩省的一部分, 也是全球规模较大的硅质大火成岩省。这群大火成岩省, 对于理解中国东部的各类构造-成矿作用十分关键。

2 中国东部燕山期大火成岩省的构造效应

中国东部燕山期大火成岩省对中国的构造格局产生了深刻的影响。包括东部高原的塑造、构造-岩浆带对中国地形地貌的格架影响等。

2.1 燕山期中国东北部高原

燕山期大火成岩省不仅造就了巨量的岩浆, 同时还使中国东部大规模隆升成为“东部高原”(张旗等, 2007, 2008)。峨眉山大火成岩省的地壳隆起幅度在 1000 m以上(何斌等, 2005), 与此类似, 早白垩世(～120 Ma)持续的中国东部的大火成岩省的岩浆作用, 必然使岩浆作用区逐渐隆起, 形成与岩浆喷发范围相适应的大幅隆起, 前人已注意到中国东部的“面型”隆起覆盖华北地台大部分和华南东部(张旗等, 2007, 2009), 与本次根据燕山期火成岩编图资料(邓晋福等, 2015; 邢光福和冯益民, 2015)编绘的硅质大火成岩省范围(图6)基本相当。因此, 大火成岩省对中国东部的地形地貌的塑造起到决定性的作用。新生代的构造作用在这个“高原”的基础上进行改造和破坏, 塑造的现今中国东部的地貌和地理格局。

2.2 燕山期中国东部的构造变形与构造轮廓的形成

中国东部燕山期大火成岩省包括了金伯利岩-钾镁煌斑岩±碱性橄榄玄武岩±碳酸岩的深源岩石组合, 也包括更大面积花岗岩类岩石组合。这些深源岩石组合可代表一个大火成岩省事件的边界(Ernst, 2014), 应与其南部太平洋区域内同期(高峰在130—120 Ma)的规模巨大的大火成岩省, 如昂通爪哇(Ongtong-Java)(Mahoney et al., 1993; Ingle and Coffin, 2004)等有对应关系。金伯利岩-钾镁煌斑岩等作为快速上升的大火成岩省或地幔柱边界(Mao and Mao, 2020)的一部分, 上升足够快的就可已形成含金刚石金伯利岩(Shiery et al., 2013)(如瓦房店、蒙阴等地), 稍慢些的金刚石含矿性差些(如辽宁铁岭、河南鹤壁等地)。如此, 这类直达地幔深处的深断裂, 即成为大火成岩省岩浆上升通道, 并为了后期挥发分流体(H2O、CO2、H、烃类、F等及其络合的深源金属 PGE-Re、Au-Ag、Co-Ni-V-Ti-Mn等)上升保留通道。这类通道(如郯庐断裂带)成为后期可能继续活动的边界大断裂控制着整个中国东部的构造活动与成矿事件, 乃至地震灾害等, 改造着华北(Davis, 2011a, b; Davis and Darby, 2010; Davis and Xia, 2013; 王洪浩, 2016)、扬子等稳定地台的演化(Farnetani and Richards, 1994), 甚至拉开渤海湾(李三忠等, 2010), 深刻地影响着中国东部的岩浆-构造-成矿格局, 并涉及更大范围, 如北部的蒙古—鄂霍茨克带(Kravchinsky et al., 2002)。

3 中国东部燕山期大火成岩省的资源效应

中国东部燕山期大火成岩省不仅控制着同期的岩浆作用和构造格局, 还深刻地影响着同期的成矿事件, 特别是与深源岩浆作用关系密切的战略性关键矿产。中国东部的重要矿产主要形成与燕山期且沿郯庐断裂带及其南延部分密集分布(图7, 表1),这种短时限高密度的矿产形成正是大火成岩省及其边界深断裂控制的必然结果(Shiery et al., 2013;Ernst and Jowitt, 2013; Ernst, 2014)。按成矿有关的岩浆岩类型不同, 可以将燕山期有关的中国东部的战略矿产资源分为两种亚类, 即与深源岩浆作用(金伯利岩-钾镁煌斑岩±碳酸岩)有关的战略矿产——稀贵(PGE+Au、Ag、Co)、稀土(REE)、稀有(Nb-Ta-Zr-Hf)、稀散(Li-Be-Rb-Cs)等“四稀”金属;(碱性)花岗岩类有关的战略矿产——稀有金属(W-Sn-Be-Nb-Ta)、新能源矿产(Li-U-Rb-Cs)、新材料矿产(F/萤石)、大宗战略矿产(Cu)等。

图7 郯庐断裂两侧矿产分布略图(据郭文魁等, 1982; 赫英等, 2002; 曾普胜等, 2020综合编制)Fig.7 Simplified map showing the distribution of mineral resources of the Tan-Lu fault belt(compiled from GUO et al., 1982; HE et al., 2002; ZENG et al., 2020)

3.1 金伯利岩-钾镁煌斑岩-基性岩-碳酸盐有关的矿产

与金伯利岩-钾镁煌斑岩-基性岩-碳酸盐有关的矿产多属于深源成因, 成矿地质体通常与深断裂有关, 并且在两组断裂交汇处成矿显著增强。金伯利岩有关的矿床主要是金刚石矿床, 以郯庐断裂带两侧的辽宁瓦房店金伯利岩群(丁俊英等, 2016; 付海涛, 2020)、山东蒙阴金伯利岩群(褚志远等,2019)(间夹有大井头钾镁煌斑岩含金刚石, 王玉峰等, 2019)达到工业品位, 是中国最重要的金刚石矿床(Shiery et al., 2013; 宋瑞祥, 2013); 钾镁煌斑岩有关的矿床主要有贵州镇远马坪(东风Ⅰ号)岩管(罗会文和杨光树, 1989; 杨光忠, 2013; 杨光忠等,2019; 饶红娟等, 2019)、湖南2013宁乡云影窝岩管(李子云和马文运, 1993)发现原生金刚石, 湘黔钾镁煌斑岩带内有金伯利岩产出(童潜明, 1996; 饶家荣,1999; 董斌等, 2006), 向北可影响到湖北大洪山一带(王留海和廖其放, 1989; 王留海, 1991; 叶德隆等,1991; 刘观亮等, 1993); 南部江西安远莲花塘白榴黄长煌斑岩出露(王取义, 1995); 基性岩或碱性橄榄玄武岩含金刚石的例子在郯庐断裂的苏皖地区存在(蔡逸涛等, 2019a, b; 黄友波等, 2019), 山东的归来庄金矿也与基性岩有着密切的关系(于学峰等,2010), 同期的宁芜玢岩铁矿带(陈毓川, 1986; 余金杰和毛景文, 2002a, b; 余金杰等, 2007; 段超等,2010)是最重要的基性岩有关的矿床; 碳酸岩有关的矿床则以内蒙古巴尔哲含稀土铌钽铍碱性岩矿床(Qiu et al., 2019)、山东郗山(微山)碳酸岩-碱性杂岩稀土矿床(梁雨薇等, 2017)最为著名。实质上, 这套与深源成因有关的岩浆作用, 与金和铂族元素-铼的富集有着不同程度的关系, 山东郗山碱性杂岩中的黄铁矿富集铂族元素等(曾普胜等, 2020)、归来庄基性岩脉中不仅富金, 还含极高的碲(Te)(于学峰等,2010), 均有幔源流体的属性。

3.2 硅质大火成岩省有关的矿产

中国东部燕山期硅质大火成岩省(SLIPs)是中国东部燕山期成矿的摇篮。简要归纳前人所做的有关燕山期的岩石学-矿床学工作, 按①长白山—千山岩带、②大兴安岭岩带、③太行山成矿带、④鲁东沿海杂岩带、⑤秦岭—大别成矿带、⑥浙闽粤杂岩带和⑦湘黔桂钾镁煌斑岩-碱性杂岩成岩成矿带等七个成岩成矿带(表2)统计典型矿床(岩体)的时代,可以发现, 燕山期岩浆活动的时代跨度从～150 Ma开始, 延续到～100 Ma, 延续时段在50 Ma以上, 向西部滇黔桂一带甚至延续到～80 Ma(毛景文等,2005)。但出现两个成矿的峰期, 即 139 Ma和121 Ma(图8)。从表2统计可以发现, 尽管各个成岩-成矿带的时代均为燕山期, 并且与同期的岩浆岩类有关, 其中硅质大火成岩省(图 6)占据更大的空间范围, 远大于深源岩浆的金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄岩浆-碳酸岩带(图5)。不同成矿带因基底性质、剥蚀程度等因素差异, 各带内的优势矿种有所不同,多数矿床都产于大火成岩省岩浆作用的管道系统(plumbing systems)中, 且浅成相占多数, 仅个别(如山东郗山稀土矿)产出于深成相中。各成岩-成矿带优势矿种如下:

表2 中国东部燕山期岩浆岩和矿产形成时代一览表Table 2 Consensus of the forming ages of the igneous rocks and mineral resources in eastern China

续表2

图8 燕山期岩浆活动与成矿事件年龄统计直方图(数据来自于表2)Fig.8 Statistical histogram showing age of Magmatic activity and ore-forming event in Yanshanian (data from Table 2)

长白山—千山岩浆成矿带①: 优势矿种为金-多金属、铀-油气。其南部辽南瓦房店金伯利岩带是中国金刚石资源主要集中区(付海涛, 2020)。应当指出, 该带西侧的松辽盆地(含开鲁盆地)因覆盖而岩体出露较少, 恰好成为铀、锂、钾等战略性新兴矿产和油气的聚集区。

大兴安岭岩带②: 大兴安岭岩带内的优势矿种为金-铜-钼-多金属矿和铀-锂-钾等新能源矿产。大兴安岭北坡以乌奴格吐山钼矿、迪彦钦阿木钼矿、甲乌拉银铅锌矿等为代表, 二连盆地的铀-油气资源也很重要, 该带断续可以延续到北山—吐哈盆地(聂逢君等, 2015; Nie et al., 2020); 其南坡东南侧开鲁盆地内有碱性火山(凝灰)岩-辉绿岩脉等出露的地区的铀-锂-钾具有重要意义(聂逢君等, 2017)。

太行山成矿带③: 优势矿种为金-铜矿。太行山金矿带是我国重要的金矿产区, 河南上宫金矿、熊耳金矿、河北土岭-石湖金矿等为代表。该带内的金伯利岩-钾镁煌斑岩分布相对密集, 从山西大同-河南鹤壁的广大空间内, 对寻找金-铂族元素有指示意义。

鲁东沿海杂岩带④(含蒙阴金伯利岩带⑦): 优势矿产为金-铀-稀土-铂族元素、金刚石。燕山期最重要的当属金矿, 胶东金矿带(宋明春等, 2020)、鲁西归来庄金矿带(于学峰等, 2010)等为代表, 鲁西郗山稀土矿(铂族元素)(梁雨薇等, 2017; 曾普胜等, 2020)也很具代表性。蒙阴含金刚石金伯利岩带的资源量在中国仅次于辽宁瓦房店岩带的金刚石集中区。

秦岭—大别成矿带⑤: 最优势矿种是钼-金-铜。金堆城、南泥湖等钼矿(黄典豪等, 1994, 1996;毛景文等, 2005)最具的代表性。小秦岭、祁雨沟等金矿(王义天等, 2001, 2002)也很重要。该带内的与钼矿紧密共生的铼最具价值。

浙闽粤杂岩带⑥: 优势矿种钨-锡-铌钽-铜-金-银, 及锂铷铯-萤石(王登红等, 2004)。南岭钨锡成矿带是全球最重要的钨锡矿产区, 该带内钨锡-共(伴)生的铌钽战略地位重要。福建紫金山等铜金矿(黎敦朋等, 2016)闽赣苏浙地区的云母-伟晶岩型锂铷铯矿产以及广泛分布的萤石矿战略地位极为重要, 是中国工业企业“就地取材”重要原材料基地。铷矿主要分布在江南隆起东段、武功山—北武夷山、南岭中段、浙中-武夷山等稀有金属成矿带(孙艳等,2019)。该带内新兴产业矿产萤石也极为重要(方乙,2014; 成功和邱献引, 2013)。

湘黔桂钾镁煌斑岩-碱性杂岩成岩成矿带⑧:该带位于东南沿海成矿带的西侧, 是被新生代太平洋构造域向北西挤压逆冲推覆的部分, 其成矿优势矿种保持整个热液系统顶部的低温系统部分。燕山期优势矿种为深断裂控制金刚石、金(-汞-铊)等。马坪岩管、宁乡云影窝岩管等仍是金刚石突破的指示(宋瑞祥, 2013; 黄远成等, 2015)。最值得注意的是,该带内从湘西到黔西南的深断裂带及其两侧, 金矿的成矿潜力巨大, 水银洞金矿(Su et al., 2009; 邱小平等, 2021)、泥堡金矿(刘平等, 2006)等金(伴生汞铊)“低温热液”成矿带潜力巨大(涂光炽, 2002), 并且一些“分散元素”铊、镉、锗等可以在这个低温系统中超常富集成独立矿床(涂光炽, 2004)。

需注意的是, 以深源岩浆岩为中心, 通过硅质大火成岩省向两侧过渡到(火山岩)盆地, 是油气资源、锂钾(卤水)、煤等能源矿产聚集的理想地段。从南岭火山岩盆地、江汉盆地、渤海湾盆地、松辽盆地, 再转现近东西向的二连盆地(甚至可延续到北山—吐哈盆地), 均是铀矿、钾锂(卤水)、油气、煤成矿的主要聚集区带(张万良, 2007; 李延河等, 2016; Nie et al., 2020), 对中国具有重要的战略价值。

4 中国东部燕山期大火成岩省的环境效应——优质的成土母岩

除了控制中国东部的构造轮廓和地形地貌之外, 燕山期大火成岩省形成的面型分布的硅质大火成岩省(SLIPs), 经后期剥蚀, 上部地层(包括曾经覆盖的碱性流纹岩等)均被去除, 露出大面积分布的花岗岩分布区, 集中分布在南岭的东南丘陵地区、胶东地区、辽东—长白山、小兴安岭、大兴安岭、二连浩特(向西延至北山—东天山)地区, 由于这些花岗岩类本身富含K2O、P2O5等主量元素钾平均为 4.14%, 磷平均为 0.073%(原始数据据迟清华和鄢明才, 2007), 分别是地壳平均值(K2O 2.45%, P2O50.06%, 鄢明才等, 1997)的1.7倍和1.22倍, 稀土元素(总量 209×10–6)等也显著高于中国东部上地壳平均值。因此, 对于新形成的土壤, 保持着较高的钾、磷、稀土等营养元素, 适合植被生长, 有利于生物多样性的保持和维护, 作为农产品种植区则是优质农产品的基础条件之一。

5 讨论

5.1 中国东部燕山期大火成岩省与全球的一致性

中国东部燕山期大火成岩省处于太平洋西北岸, 活动高峰时代为139 Ma和121 Ma(图8), 时代上与昂通—爪哇、凯尔盖伦等大洋高原及非洲南部陆上的大火成岩省(图 9)可以对比, 金刚石的形成可与南非的含金刚石金伯利岩群对比(Larson and Kincaid, 1996)。前人已经注意到(Larson and Kincaid,1996; 王登红, 1998), 太平洋西岸的南非地区的～120 Ma大规模岩浆作用及非洲金伯利岩的形成与太平洋中部昂通—爪哇和南印度洋凯尔盖伦的～120 Ma大火成岩省活动有关。与此相同的是, 中国东部郯庐断裂带内也存在～120 Ma的含金刚石金伯利岩群(褚志远等, 2019)。据此分析, 南非东侧～120 Ma的含金刚石金伯利岩, 与中国东部燕山期～120 Ma的大火成岩省及其含金刚石金伯利岩-钾镁煌斑岩-硅质大火成岩省, 均应属与围绕早期的太平洋内的昂通-爪哇/凯尔盖伦大火成岩省(海底高原)的边缘标志部分——具有金伯利岩-钾镁煌斑岩产出部分(Ernst, 2014)。包括南非东侧—中国东部在内的太平洋大火成岩省, 在全球尺度, 与此相对的大火成岩省则是非洲与南美之间的帕兰纳—伊登德卡(Paranna-Etendeka)大火成岩省, 也是南美从非洲大陆分离出来的根本原因, 如同华北克拉通的伸展破坏也同时发生在早白垩世(杨进辉等, 2021; 朱光等, 2021)一样。这种破坏的来源正式大火成岩省在全球尺度作用造成的, 影响深源而宏大。作用的大火成岩省中心可能会随时间变化, 从太平洋的昂通爪哇转移到南印度洋的凯尔盖伦(Kerguelen)(Coffin et al., 2002) (图 9)。

图9 全球290～0 Ma大火成岩省(LIPs)和硅质大火成岩省(SLIPs)随时间的示意图分布(Ernst, 2014)Fig.9 Global maps showing the schematic distribution of 290–0 Ma LIPs and SLIPs through time(Ernst, 2014)

硅质大火成岩省的形成: 金伯利岩/钾镁煌斑岩带等“边缘标志”的弧形内侧, 持续的深源岩浆与浅部地壳长时期作用, 均可能产生硅质大火成岩省,这就导致了中国东部硅质大火成岩省的形成: 中国东部, 无论华南还是华北, 广泛地分布花岗岩和碱性流纹岩-粗面岩, 这类硅质岩浆作用不同于岛弧带的闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩系列岩石, 而与美国西部的St.Francois地体的花岗岩类(Kisvarsanyi,1980)可比, 这类大面积分布的硅质作用被称为“硅质大火成岩省”(Silicic Large Igneous Province,SLIP), 与金伯利岩-碳酸岩等深源岩浆作用有着高度的关联(Ernst, 2014)。

5.2 中国东部扬子地台与华北地台的相同与不同

岩性组合及形成时代相同, 张压-剥蚀程度的不同。

华北的金伯利岩带和扬子的钾镁煌斑岩带均被看作是加里东期的岩浆作用, 华北金伯利岩之前获得的年龄为加里东期(490～450 Ma, 池际尚等,1996; 张宏福和杨岳衡, 2007), 与扬子地区湘黔钾镁煌斑岩带早期获得的加里东期年龄(503～435 Ma,池际尚等, 1996; 方维萱等, 2002)相近。然而, 随着近年来工作的不断深入, 华北含金刚石金伯利岩带的年龄值得进一步商榷, 蒙阴地区含金刚石金伯利岩带的岩脉传切了“更早”的辉绿岩脉, 而这套辉绿岩脉的年龄准确地限定为白垩纪(117～121 Ma,褚志远等, 2019); 类似地, 扬子湘黔钾镁煌斑岩带的年龄也被限定在白垩纪, 宁乡云影窝含金刚石的钾镁煌斑岩岩管的年龄为白垩纪((101.6±5.1) Ma,林玮鹏等, 2011), 与湖南常德理公港的含原地金刚石的凝灰质角砾岩地层为白垩纪(杨献忠等, 2019)在时代上吻合。这似乎表明, 无论华北地台还是扬子地台, 与金刚石有关的这类深源岩浆岩, 测定早先形成的矿物(如金云母、钙钛矿、金刚石等), 其年龄值均为加里东期, 而测定具有爆发期或侵入期锆石年龄, 获得的年龄则为燕山晚期(白垩纪), 并且可从同层位的含金刚石地层(如理公港地区含金刚石凝灰质角砾岩)得到验证, 表明早白垩世是金刚石形成关键时期, 与南非地区的含金刚石金伯利岩的时代～120 Ma(Larson and Kincaid, 1996; 王登红,1998)。这表明, 早期(如加里东期)结晶矿物金刚石、钙钛矿、金云母、镁铝榴石等的金伯利岩-钾镁煌斑岩-含金刚石碱性橄榄玄武岩等岩石组合, 真正上升到华北—扬子地表, 是早白垩世才完成的。即华北-扬子地区的含金刚石金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄玄武岩是加里东期就在大陆岩石圈龙骨(keel)底部的深处结晶生成, 而在白垩纪时期构造条件具备时, 才快速上升到地表——“早成晚升”。这就可合理地理解中国东部这类深源岩浆岩的看似“杂乱”,实则必然(白垩纪深源岩浆必定会携带早古生代等时期形成的“捕掳晶”上侵)的同位素测年结果。

然而, 华北地台与扬子地台的差异也是明显的。尽管湖南西部—贵州东北部的钾镁煌斑岩带(间夹金伯利岩, 董斌等, 2006)也遭受剥蚀, 但其存留地层的时代最老地层为新元古界板溪群(Pt3B)出现在宁乡一带, 贵州镇远马坪一带的更浅些, 为上元古界灯影组(Z2dy)—寒武系清虚洞组(Є1q); 而华北地台, 蒙阴地区剥蚀出露地层为新太古界泰山群(Ar3T), 瓦房店地区为元古代桥头组(Pt3q)。据此分析, 华北地台和扬子地台的(含金刚石)金伯利岩/钾镁煌斑岩/橄榄玄武岩带, 可能为同一时期同一岩浆事件的产物, 差异的原因在于: 金伯利岩-钾镁煌斑岩带形成之后, 华北的岩浆带因伸展而剥蚀强烈,可剥露出太古代地层; 而扬子的岩浆带因挤压而剥蚀相对弱些, 只剥露到中元古代板溪群。从蒙阴的太古代泰山群的岩管中还可有工业品位的原生金刚石岩管, 湘黔地区的岩管深部金刚石潜力尚还值得进一步勘探。

华北金伯利岩带(间夹钾镁煌斑岩, 王玉峰等,2019)和扬子钾镁煌斑岩带(间夹金伯利岩)均属加里东期就已生成, 而在燕山期才具备构造条件而快速上升到地表, 局部可含金刚石等早期宝贵的“捕掳晶”,同时携带有珍贵的地球深部信息(吕青等, 2021; 王十安等, 2021; 李睿哲等; 2021), 是中国东部大火成岩省的重要组成部分。

5.3 中国大火成岩省与含金刚石金伯利岩/钾镁煌斑岩/碳酸岩

从全球情况看, 含金刚石的金伯利岩带/钾镁煌斑岩带±碳酸岩常常分布在距大火成岩省的中心～1000 km的边缘环上, 代表了一个大火成岩省的最强活动的“边缘标志”(Ernst, 2014), 中国东部的金伯利岩-钾镁煌斑岩-碱性橄榄玄武岩-碳酸岩带大致可以代表太平洋上的昂通爪哇(Ongtong-Java)大火成岩省(Ingle and Coffin, 2004)在太平洋西北岸中国大陆上强烈活动的边缘标志。中国东部的燕山期(～120 Ma)含金刚石金伯利岩-钾镁煌斑岩带, 与非洲南部的～120 Ma的含金刚石金伯利岩(Larson and Kincaid,1996)一起, 构成太平洋大火成岩省边缘标志的一部分, 被后来进一步活动的大火成岩省的岩浆推挤扩展和改造, 变成现今相距遥远的残片, 但仍是白垩纪时期(～120 Ma)大火成岩省活动记录的重要组成部分,是地幔对流结果(邓晋福等, 2000, 2005, 2007a, b; Mao and Mao, 2020)。

与此相对的情形是, 中国的多个大火成岩省,如塔里木、峨眉山、措美、潘佳尔等大火成岩省的“边缘标志”——金伯利岩/钾镁煌斑岩±碳酸岩,被发现者少的可怜, 到目前为止, 仅有新疆巴楚瓦基里塔格金伯利岩(李友枝等, 2000)和克里阳钾镁煌斑岩(柴凤梅, 2001)有少量报道, 并且瓦基里塔格金伯利岩被识别为方解霞黄煌岩(aillikite)(Wang et al., 2021), 一种经地幔交代的金伯利岩的变种, 因上升相对缓慢而遭受交代, 因而新疆瓦基里塔格的“金伯利岩”金刚石含矿性差, 这就合理解释了这个金伯利岩群金刚石找矿难以突破的真正原因, 那么近似构造背景的“边缘标志带”上还应该能找到西伯利亚大火成岩省类似的含金刚石的岩管, 才符合逻辑, 这些作为边缘标志的金伯利岩/钾镁煌斑岩才是寻找金刚石渴望取得突破的“远景区”。而中国其他的大火成岩省, 如峨眉山、措美大火成岩省等则几乎没有关于金伯利岩或钾镁煌斑岩的报道,然而这些大火成岩省应当有对应的1000 km的边缘标志——金伯利岩-钾镁煌斑岩带产出, 金刚石及相关矿产也值得关注。

6 结论

通过以上研究可以得出以下认识和结论。

(1)与太平洋内巨型的大火成岩省昂通—爪哇(Ongtong-Java)同时代的中国东部燕山期(150—100 Ma为主)大火成岩省, 由深源的金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄玄武岩-碳酸岩带和面型分布硅质大火成岩省(SLIPs)组成。

(2)中国东部燕山期大火成岩省控制着燕山期以来的中国的构造格局并塑造了中国东部地形地貌。

(3)中国东部燕山期大火成岩省控制着区内燕山期战略性关键矿产, 深源者以金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄玄武岩有关的金刚石-铂族元素-金和碳酸岩-碱性杂岩有关的稀土-铍-铌钽等有关; 而面型分布的硅质大火成岩省的花岗岩类则主要与钨锡-铌钽-锂铷铯-萤石等战略性、新兴产业矿产关系密切。

(4)中国东部燕山期大火成岩省的岩浆活动提供的优质成土母岩, 强烈影响着生态环境, 土壤中丰富的钾-磷和微量元素, 适合植被生长, 有利于生物多样性的保持和维护, 作为农产品种植区则是优质农产品的基础条件之一。

致谢: 特别感谢中国地质调查局发展研究中心冯艳芳博士提供的1:250万编图的基础地质资料的支持。感谢贵州101地质队杨光忠研究员、吴世光高工、湖南413地质队李帅总工在野外勘查工作中给予的帮助, 感谢两位审稿专家提出的宝贵意见, 以及国家地质实验测试中心各位老师的指导。

Acknowledgements:

This study was supported by Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund(No.JYYWF20180101), China Geological Survey(Nos.DD20190589; DD20160220; DD20190703),and National Natural Science Foundation of China(No.41072073).