区域地质、地球物理与地球化学特征

秦岭造山带是在早前寒武纪结晶基底各岩块、地块发展演化基础上,自中新元古代以来逐渐发生、发展与演化而成,其间经历了中新元古代垂向加积增生为主的扩张裂谷构造体制发展演化、新元古代中晚期至中生代初期的板块构造体制发展演化和中—新生代以来秦岭陆内造山作用与大陆构造体制发展演化3个大的不同构造演化阶段,并突出地表现为在不同演化阶段、不同动力学机制下的不同构造体制的发展转换演化(张国伟等,1996b,2001)。因此,秦岭造山带形成演化经历了长期多阶段不同的造山作用,具有突出而鲜明的区域个性造山过程特征,主要表现为:

1.不同演化阶段具有不同类型造山作用与过程秦岭在不同演化阶段具有不同类型造山作用与过程,并以不同方式转换复合,综合而形成统一的造山带,充分表现出复合型造山带的性质与特点。秦岭造山带先后经历了扩张裂谷垂向加积、板块俯冲与碰撞和陆内俯冲收缩与伸展隆升等多阶段的不同类型造山作用与过程,而决非一次性单一类型造山作用形成,所以其组成与结构几经变动重组和改造重建,才终成今日之面貌。

2.主造山期板块俯冲碰撞造山作用与造山细节过程漫长而复杂

秦岭主造山期板块俯冲碰撞造山过程始终处于总体收敛会聚之下,同时又伴随着强烈的扩张分裂。一方面商-丹缝合带持续收敛会聚,而另一方面勉-略缝合带又在扩张打开以及秦岭板缘、板内在扩张,造成复杂板块构造格局,产生特殊的地质现象,成为秦岭造山演化过程中的一大特点。多板块沿不同缝合带俯冲碰撞造山特征突出,秦岭实际是华北板块、秦岭微板块和扬子板块3个板块沿商-丹、勉-略两条消减缝合带的碰撞造山的结果,而且它们既统一又步调不一致地发展,一个俯冲收敛,另一个扩张打开; 一个几近碰撞叠置,另一个则开始收敛俯冲,但最终又几乎近于同时全面造山闭合,完成板块构造演化,呈现秦岭统一而又复杂多样的板块构造特点。秦岭造山带漫长的碰撞造山细节过程和斜向穿时俯冲碰撞是其另一个显著特点,导致秦岭地区伴随着板块俯冲碰撞造山过程广泛发育渗透弥散性左行与右行剪切走滑构造。

3.不同造山作用与过程具有不同的区域构造背景与动力学机制

秦岭造山带在各阶段全球与区域构造动力学背景下,先后出现以中新元古代超大陆聚散为特征的地幔动力学机制、新元古代中晚期至中生代初的主造山期东特提斯非经典板块机制和中—新生代全球性构造复合交汇背景中的大陆构造机制(张国伟等,2001)。

秦岭造山带的区域重力和航磁异常特征明显,对应的地质构造清晰。由中国布格重力异常图(图2-2)可以看出,秦岭造山带位于龙门山梯级带和武陵山梯级带两个近SN向重力梯度带之间,为重力场严重扭曲区,重力等值线呈反“S”形,布格异常值总体上西低东高,大致在-300mGal至70mGal范围内变化。主要反映区域地壳不均匀的剩余重力场(△g_c)异常带,与中生代俯冲酸性岩浆岩带分布范围基本一致。

图2-2 全国布格重力异常图及研究区位置

据秦岭及其邻区布格重力数据彩色图像(图2-3),区域重力场分区性明显,除存在自西向东的布格重力增高外,还存在北低南高的分布特点,显示不同深度、不同时代地质因素所控制的重力场叠加和秦岭“立交桥”式结构构造特点(张国伟,2001)。

图2-3 秦岭造山带及邻区重力布格异常图

根据航磁解译原理,航磁异常的分布与对应地区地面及地下的地层与岩层磁性相关。对于由含磁性较强的地层、岩层(岩体)等高磁性扰动源体构成的地质构造单元,如造山带构造活动形成的山脉、断裂活动形成的断裂构造带,在航磁场中呈现出高磁异常等值线密集的条带状高磁异常带(区)或为连续的高磁异常圈闭链状地带。在全国航磁异常场内,秦岭地区分布北东向的秦岭-伏牛山-大别山高磁异常带(邓晋福等,2008)。

据1:50万航磁总场数据形成的彩色异常图(图2-4),秦岭造山带中段以弧形带负异常和条带状正异常为特色的复杂磁场面貌,再现了不同构造单元基底性质、沉积环境和构造岩浆活动的区域地质特征。

区域地球化学上,以南、北秦岭为代表的造山带的上地壳相对于其南、北相邻的克拉通缘区上地壳明显富集Sc、V、Cr、Co、Ni和Th,并稍富集Zn和Cu。北秦岭带与南秦岭相比,前者相对富集FeO_T、MgO、Th、V、Pb,后者相对富集TiO₂、Cu、Au,并且北秦岭带中Th、Sc、V、Cr丰度达到全区中的最大值; 南秦岭带上地壳中Th、Sc、V、Cr、REE的丰度均介于北秦岭和扬子克拉通北缘上地壳该类元素丰度值之间(张本仁等,1994,2002)。

秦岭地区除南秦岭Sn、W呈低背景域分布外,其他元素几乎无低背景域分布,区域异常呈带状分布在深大断裂带上,在整个造山带中异常元素组合最为复杂多样,且异常强度高、规模大。区内Au、Ag等元素的异常呈X形分布; Cu异常多连片出现; Pb异常显著,呈串珠状连续分布; Zn异常呈NW向带状展布。在区域地球化学分区上,研究区属于陕西秦岭Au、Ag、Pb、Zn、Sb、Hg、Mo地球化学区(胡云中等,2006)。

图2-4 秦岭造山带(陕西部分)航磁总场异常图

秦岭造山带的华北板块南缘、秦岭地块(秦岭微板块)和扬子板块北缘三大一级构造单元在古生代时期,分别对应于华北板块南缘活动大陆边缘、秦岭微板块和扬子板块北缘被动大陆边缘,其中与金属矿化密切相关的主要是秦岭微板块。秦岭造山带表层构造格架至少从显生宙以来是EW向与SN向构造(包括隆起带与沉积盆地)共存的构造格架,并存在不同的接触界面与断层。张国伟等(1996a,2001)研究认为,在时间演化序列上,秦岭造山带在先期早、前寒武纪两类基底形成的地质演化基础上,自中新元古代以来,历经了长期多阶段构造演化,在不同发展演化阶段先后以伸展裂谷与小洋盆多块体扩张构造、非单一开阔大洋型的多板块有限洋盆或窄大洋的中小洋陆板块构造和板内大陆构造的不同构造体制发展演化,总体上,如前所述,其形成和演化主要经历了3个构造演化阶段:①新太古代—古元古代造山带前寒武纪结晶基底的形成演化(3.0～1.6Ga); ②新元古代—中三叠世,以现代板块构造机制为基本特征的板块构造演化(0.8～0.2Ga);③中—新生代陆内造山作用与构造演化。其中,新元古代—中三叠世是秦岭造山带形成与演化的主造山作用时期。秦岭造山带从中、新元古代裂陷海槽的生成到新生代,经历了多期次的发展演化过程,这期间曾发生过6次拉张、裂解和6次挤压、碰撞,因此构成这一板内多旋回复杂开裂-碰撞的重叠造山带。而秦岭微板块在晚古生代早期(泥盆纪)的板缘俯冲-板内拉张裂陷作用和中—新生代陆-陆碰撞、陆内造山作用对秦岭地区金属成矿产生了关键性的作用,奠定了秦岭地区作为全球巨型金属成矿带的格局。秦岭微板块在扬子板块和华北板块两大板块的夹击下从晚古生代开始其独特的演化过程。泥盆纪是秦岭微板块演化的重要时期,地层分布广泛,沉积分异明显,同时也是金属聚积的重要时期。晚泥盆世秦岭造山带从扩张转为挤压环境,板块逐渐拼合碰撞,形成由洋壳向浅海再向陆地的过渡,为金属成矿提供了有利条件。整个泥盆纪地质事件与成矿事件相伴出现,反映了构造事件对成矿的控制作用(邵世才等,1999)。