绿岩带的基本概念及研究进展

如题所述

绿岩带概念的提出是地质学家,特别是前寒武纪地质学家对早前寒武纪地质和矿产研究不断深入的结果。1969年安霍伊塞(C.R.Anhaeusser)等人对南非巴伯顿地区的太古宙变质火山-沉积岩进行详细填图和深入综合分析研究后,认为这套绿岩及其上覆的浅变质沉积岩系是太古宙地区的一套特殊岩石组合,把它称为绿岩带,并认为南非太古宙陆核主要由花岗岩类侵入体和绿岩带组成,而绿岩带是原始地壳残块的新认识。同年维尔乔因兄弟(R.P.Viljoen and M.J.Viljoen)二人在巴伯顿地区发现了具有鬣刺结构的超镁铁质熔岩,称为科马提岩。科马提岩可能是太古宙地幔深部部分熔融,在引张构造环境中,沿着地壳减薄部位在海底喷发形成的产物,它主要分布在绿岩带的底部,与绿岩带相伴产出。由于绿岩带是早期地壳的残块,是地壳最古老的岩石之一,许多矿产如金、铜、锌、铁、镍、铬等与绿岩带有关,因而绿岩带成了了解早期地壳的成分和演化、太古宙地幔的性质和成分及大陆、水圈、地幔、地核的演化等的窗口,并且对找矿也有实际指导意义,因而于20世纪70年代以后在世界范围内掀起了研究绿岩带和科马提岩的热潮。在加拿大、澳大利亚、印度、津巴布韦、美国、巴西等国在太古宙克拉通都发现了绿岩带及其有关矿产,特别是超大型波丘潘金矿床、赫姆洛金矿床、基德克利克铜锌矿床、卡姆巴达尔镍矿床等的发现,取得了巨大的经济效益,同时也推动了对绿岩带的深入研究。

什么叫绿岩带?虽然至今还没有一个统一的定义。B.F.文德利认为,太古宙绿岩带主要是保存很好的火山-沉积盆地。A.M.古德温提出,绿岩带主要分布在花岗质岩石中,是一个变形的、细长的、低中级变质火山岩和变沉积岩单位,呈线状到不规则状向形表壳岩序列,它一般长数百千米,宽5~25km,多数绿岩带宽10~50km,长100~300km,地层厚度达10~20km。西尼村指出,绿岩带是一个狭长的、不同规模的槽形构造,其内充填了变质火山岩和沉积岩组合,常有科马提岩型的超镁铁质喷出物。张秋生(1984)认为,除花岗杂岩外,凡是时代已定为太古宙的层状岩系,如果不是陆相碎屑堆积物,都可定其为遭受不同程度变质的绿岩带。根据以上各家的看法,可以大致归纳为,绿岩带是由以镁铁质火山岩为主的变质火山-沉积岩系组成,呈带状或不规则的复杂向形构造,分布在同构造期的花岗岩或片麻岩内,可能是火山-沉积盆地的残留体。绿岩带形成在早前寒武纪,主要在太古宙,形成时期为2300~3400Ma。

绿岩岩序的原岩一般由下部的火山岩系和上部的沉积岩系组成。火山岩系的下段以镁铁质-超镁铁质火山岩为主,以广泛产出科马提岩为特征,在该段岩石组合中有时还含有层状超镁铁质杂岩体和少量几乎不含硅质碎屑的沉积岩,如已变质的石英绢云片岩、燧石岩和泥质岩等;上段为钙碱性的低钾玄武岩-安山岩-流纹岩组合或双峰式的镁铁质-长英质火山岩组合,该段的上部火山碎屑岩的数量明显多于熔岩,在这套岩石组合中有时夹有化学沉积岩,如燧石岩、条带状铁建造(以下简称为铁建造)。沉积岩系一般也分上、下两段:下段为深水沉积泥质岩组合,主要为页岩、泥质砂岩、杂砂岩及铁建造;上段为浅水沉积岩组合,主要为砾岩、石英岩、化学沉积的碳酸盐岩和铁建造。绿岩岩序自下到上具明显的火山-沉积旋回。一个绿岩带有时为一个火山-沉积旋回(如南非巴伯顿绿岩带),有时为两个或以上的火山-沉积旋回(如加拿大阿比提比绿岩带)。绿岩带的岩石序列除了垂向上的变化外,在横向上也有变化,下部岩序的超镁铁质和镁铁质火山岩一般分布广泛,连续性较好,组成一个广阔的、连续的镁铁质岩区,而上部岩序的安山质和长英质火山岩分布就不很广泛,主要局限在穹隆的中心或火山杂岩中,并具有相当的厚度,而边部常变薄或缺失。因而从横向变化上说,超镁铁质-镁铁质火山岩类是远距离分布盆地式的,而安山质-长英质火山岩是近距离分布穹隆式的,与火山岩层互层的沉积岩,在盆地边缘离长英质火山穹隆中心较远处最厚。

在花岗岩-绿岩带中的花岗质岩石中,英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩(TTG岩系)是主要的岩石类型。根据产状等特征,这些花岗质岩石大致有三类,早期为基底片麻状杂岩体和由基底片麻杂岩局部熔融所派生的圆形或椭圆形的底辟式岩体(或岩基)以及晚期的富钾的花岗岩侵入体。

绿岩带的构造相当复杂,逆冲断层、平卧褶皱、走向平推断层、韧性剪切带等在绿岩带中广泛发育。一般经历了两到三期的变形和变质作用。变质程度一般较低,以绿片岩相的矿物组合为特征,在边缘与花岗岩的接触处,变质程度增高到角闪岩相,局部达麻粒岩相。

随着对世界各地绿岩带的深入研究,对绿岩带的涵义及其一些特征的认识也进一步加深。自从1969年在巴伯顿绿岩带发现了科马提岩以后,接着在加拿大阿比提比绿岩带、澳大利亚西部诺斯曼-威卢纳绿岩带中陆续都找到了科马提岩,因而曾认为,科马提岩存在与否是判别绿岩带的决定性标志。但随着对世界各地绿岩带的深入研究,发现许多被公认为绿岩带的层序底部没有发育厚大的科马提岩层。例如加拿大西北部的耶洛奈夫绿岩带、加拿大安大略的米奇皮科顿绿岩带和津巴布韦奎奎附近的布拉瓦约-沙姆瓦群绿岩带等,在地层底部基本上不发育科马提岩。因而可以说,科马提岩的存在,是确定绿岩带的有力证据之一,但决不能作为决定性标志。另一问题是,早先普遍认为,绿岩带一般变质较浅,大致在绿片岩相,仅在绿岩带的边部与花岗岩类岩体的接触处,变质程度可达角闪岩相,甚至麻粒岩相。但是随着世界范围的深入研究表明,绿岩带的变质程度不仅仅是绿片岩相,而且有角闪岩相,甚至麻粒岩相。如印度半岛的卡纳克地区,变质程度从北向南由绿片岩相递变为角闪岩相和麻粒岩相,加拿大苏必利尔省西北部克罗斯湖地区也有类似情况。因而将花岗岩-绿岩区称为低级区的概念需要进行修正,应该说,决定绿岩带的存在与否主要应根据所处的大地构造环境及一套特定的岩石组合,至于后期叠加的变质作用可高可低。在高级区的表壳岩带(或片岩带)及表壳岩的包体,也存在着深变质的绿岩带,只要它们的原岩成分是相同的,变质程度的不同,可能是两类岩石所处的构造位置的差别,花岗岩-绿岩带是早前寒武纪地壳的上部产物,而高级区是花岗岩-绿岩带的根部,或是花岗岩-绿岩带在地壳深层次重结晶的产物,之所以出现两种变质程度不同的构造区,是由于不均匀的抬升和逆掩断裂构造作用把深部产物裸露在地表的结果。

在绿岩带研究的早期阶段,通常以南非巴伯顿绿岩带为代表,并与其他地区绿岩带进行对比,重点是总结世界绿岩带的共性,同时认为各地绿岩带基本特征有惊人的全球一致性,但随着对绿岩带研究的深入,地质学家逐渐认识到,不同绿岩带从规模、形态、时代、岩石类型、地层层序、变质程度、变形特征、盖层和基底的关系以及成矿作用等方面差别很大。这些差异不仅存在于不同时代克拉通内的绿岩带之间,而且也存在于同一克拉通内的不同的绿岩带,这在澳大利亚西部和加拿大地盾区十分明显。对早期以巴伯顿绿岩带为基础所建立的模式有些简单化,无法普遍应用。因此从20世纪70年代后期,特别是近些年来,研究的重点逐渐转移到不同绿岩带的差异性方面。A.M.Goodwin(1981)和Hallberg、A.Y.Glikson(1981)根据绿岩带构造特征、岩石组合、同位素年代和成矿作用,将绿岩带分成4种类型:①巴伯顿型(3300~3500Ma),以科马提岩和拉斑玄武岩的广泛分布为特征,安山岩不发育,有少量的长英质火山岩和沉积岩,形成时代较老,主要的矿产有金、铁、铬和少量镍;②苏必利尔型(2600~2700Ma),为科马提岩-玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩和沉积岩,以安山岩较发育为特征,主要的矿产有铜-锌、金、铁和少量的镍;③伊尔岗型(2600~2700Ma),为科马提岩、镁铁质-长英质双峰式火山岩和沉积岩组成,矿产有铜-镍、金、铁等;④达瓦尔型(2300~2600Ma),以广泛发育沉积岩为特征,火山岩主要为玄武岩-安山岩,缺失科马提岩。产出的矿产有金、铁、锰等。D.I.格罗维斯和W.D.巴特(1984)在详细研究澳大利亚西部绿岩带的基础上,提出绿岩带可分为古老绿岩带(3000~3500Ma)和年轻绿岩带(2700~3000Ma)两类。根据地质特征,这两类绿岩带又都可分为地台相和裂谷相,其中裂谷相的年轻绿岩带赋存着大量的金、铜、镍和大量的铜-锌等矿产。K.C.康迪(1989)进一步将绿岩带类型概括为地台型和盆地型。地台型绿岩带包括著名的古太古代澳大利亚西部皮尔巴拉、南非巴伯顿和格陵兰伊苏阿绿岩带,它们形成在相对较长时间(≥100Ma)稳定地台的浅水环境中,科马提岩构成了地台型绿岩序列的20%~40%,矿化较弱,主要为钼-铜、重晶石和铁矿床。盆地型绿岩带主要形成在新太古代,很可能形成在古老绿岩带或硅铝质基底的裂谷部位,在一些地区出露有不整合接触关系,其形成时间较短(≤50Ma),绿岩岩序中有时缺失或仅含10%的科马提岩,沉积岩主要为杂砂岩-浊积岩,矿产较丰富,有铜-镍、铜-锌、金、铬和铁等。

早前寒武纪绿岩带类型的多样式,可能与地球早期地幔物质成分和分布的不均一性、不同构造环境和壳幔不同部位演化特征的差异性有关。这方面的问题还有待于进一步探索研究。

20世纪70年代后期以来,我国地质工作者在全国范围内开展了绿岩带的地质和矿产的研究工作,其中以华北地台为重点。我国绿岩带的研究虽然起步较晚,但是许多地质工作者在充分了解和学习国际上有关绿岩带的资料和论点的基础上,结合我国的实际地质条件,使我国绿岩带的研究程度有较大提高,在理论上和找矿实践上均取得长足进展。

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