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钴矿物晶体照片（公凡影等，2022）
华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展
刘福来，王舫，王慧宁，田忠华
自然资源部深地动力学重点实验室，中国地质科学院地质研究所
作者简介：刘福来，研究员，矿物学、岩石学、矿床学专业。
钴、镍、石墨和硼等关键金属和非金属是我国当前急需且紧缺的战略性矿产资源。华北克拉通存在三条古元古代造山带，蕴藏着丰富的矿产资源，其中包括这些关键金属和非金属。加强对华北克拉通古元古代造山带中钴、镍、石墨和硼的成矿规律研究和找矿勘查，已成为满足国家需求、解决我国关键金属和非金属供给问题的当务之急。及时总结和发布勘查成果及最新研究进展，对指导新一轮找矿具有重要意义。为此，《岩石学报》编辑出版了“华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展”专辑（2024年第10期）。本文为专辑开篇总论，主要对华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨、硼及金矿的成矿规律进行系统总结，重点分析了典型矿床成因并与国外同类矿床进行了对比，详细阐述了古元古代造山带变沉积岩容矿型Cu-Co矿床、变火山-沉积岩型Fe-Co矿床、变基性-超基性岩型Ni-Co矿床、变沉积岩-热液叠加改造型Au矿床和与哥伦比亚超大陆聚合事件密切相关的硼、石墨矿床的成因机制及其与重大地质事件的内在成因关系。基金项目：本文受国家自然科学基金项目(92062214)、国家重点研发计划项目(2022YFC2903502)和中国地质调查局项目(DD20242528)联合资助
华北克拉通存在三条古元古代造山带，自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.，2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源，其中关键金属矿产包括钴和镍，关键非金属矿产包括石墨和硼，以及赋存于古元古代地层中的金矿等。钴、镍、石墨和硼是我国当前急需和紧缺的战略性矿产资源，对外依存度高达80%以上，消耗量居世界前列。因此，加强我国华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨和硼的成矿规律研究和找矿勘查，已成为满足国家需求、解决我国关键金属和非金属供给问题的当务之急。本专辑在国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”、国家自然科学基金委员会重大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”下设重点支持项目“复合造山带多期重大变质-构造变形事件的性质对关键金属钴迁移-超常富集成矿过程的制约”和中国地质调查局项目“辽吉构造带及北部邻区钴-镍富集成矿规律、找矿标志及靶区优选”的资助下组织的，论文主要针对华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨、硼以及金矿的成矿规律进行系统总结，重点解剖了典型矿床成因并与国外同类矿床进行了对比。本专辑重点阐述古元古代造山带变沉积岩容矿型Cu-Co矿床、变火山-沉积岩型Fe-Co矿床、变基性-超基性岩型Ni-Co矿床、变沉积岩-热液叠加改造型Au矿床和与哥伦比亚超大陆聚合事件密切相关的硼、石墨矿床的成因机制及其与重大地质事件的内在成因关系。变沉积岩容矿型Cu-Co矿主要赋存于华北克拉通古元古代胶-辽-吉造山带东北端大横路-杉松岗地区(王慧宁等，2023)、中部造山带南侧的中条山一带(Qiu et al.，2021a，b)。根据以往矿床及容矿围岩的成因、钻孔验证及物化探资料的综合分析，吉林南部大横路-杉松岗、中条山地区铜矿峪-篦子沟-桐木沟可构成潜在的Cu-Co成矿带，具有较好的找矿远景。吉南大横路Cu-Co矿是国内目前已经探明、尚未开采的大型Cu-Co矿床，探明Co金属量达2.7万t以上，属典型的变沉积岩容矿型Cu-Co矿床(王慧宁等，2023)。前人已对该矿床的成矿规律进行了系统研究，但有关东北侧的杉松岗Cu-Co矿的成因及其与重大地质事件的成因研究仍十分薄弱。该矿床以富Ni、Co为特征，王慧宁等(2024)发现该矿床Ni、Co富集成矿与多期/多阶段复杂的变质变形和热液作用的叠加改造密切相关。变质变形阶段以变质矿物包裹辉砷钴矿+黄铜矿等呈微细粒包体为特点；而热液阶段以出现大量辉砷钴矿+硫镍矿+镍黄铁矿为标志，为Ni、Co超常富集成矿的主成矿期。主要硫化物的硫同位素δ34S与珍珠门组白云石大理岩内硫化物接近，推断Ni、Co主要来自深部岩浆热液。进而提出杉松岗矿床为沉积-变质变形-后期热液叠加改造型Cu-Ni-Co矿床。大横路大型Cu-Co矿的容矿围岩为古元古代老岭群最上部大栗子组，前人研究普遍强调大栗子组变沉积岩系的原岩属性、沉积构造背景对Co的预富集起着关键的制约作用。然而，有关该矿床的含矿地层物源属性及沉积时的氧化还原条件及其与钴预富集过程内在成因关系尚不清楚。刘超辉等(2024)以钻孔岩心和地表出露的变质碎屑岩和碳酸盐岩作为研究对象，通过全岩地球化学以及C-O-S同位素综合研究，发现含矿的大栗子组岩石相对老岭群其他组更加富集Fe2O3T和Sc、低的Zr/Sc比值，表明含矿地层中有更多的镁铁质碎屑物质的加入。化学蚀变指数CIA、化学风化指数CIW和Fe3+/Fe2+比值特征均显示母岩区经历了较高程度的化学风化、含矿围岩具有更高的黏土矿物含量，表明大栗子组原岩形成于相对较为还原的沉积环境，为Co的预富集过程提供了有利条件。大横路-杉松岗Cu-Co成矿带普遍经历了后期热液叠加改造再次富集成矿过程，然而，有关热液期成矿作用对Co富集成矿的贡献仍然缺乏深入而系统的研究。针对这一核心问题，朱志勇等(2024)对容矿岩石中方解石锶同位素、电气石硼同位素进行了激光微区分析，发现后期岩浆热源所驱动的热液促进了成矿元素的氧化、活化和迁移，进而导致岩浆热液在赋矿层位大栗子组的碳质千枚岩中还原沉淀，表明岩浆热液期是最主要的成矿方式，但岩浆热液在成矿物质上并无显著贡献。认为方解石与电气石单矿物微量元素和同位素组成是重建岩浆热液成矿作用过程和Co再次富集成矿的重要指示矿物。在大横路-杉松岗Cu-Co成矿带中，Co主要以钴的独立矿物相形式存在(王慧宁等，2023，2024)。最新研究发现，黄铁矿也是Co最主要赋存矿物之一，黄铁矿中的Co含量可达4.3%~9.7%以上(王慧宁等，2023，2024;谢士稳等，2024)，且在黄铁矿各个不同微区中分布极不均匀，有关Co在黄铁矿中的赋存状态至今尚不清楚。有鉴于此，谢士稳等(2024)选择大横路Cu-Co矿床典型矿石中的富Co黄铁矿样品，率先采用原子探针技术对黄铁矿原位成分的精细分析，结合透射电镜、能谱元素面扫描图像和电子探针的综合研究，发现纳米尺度富钴黄铁矿中的Co元素呈均匀分布，未见富Co矿物相包裹体和独立钴矿物出溶体。确认Co主要以类质同象的形式替换Fe存在于富钴黄铁矿的晶格中。不同微域Co含量的变化与类质同象替换的程度有关。认为大横路Cu-Co矿床富钴黄铁矿中溶解过饱和的Co最有可能与微晶尺寸效应存在密切成因关系，亚稳态Co过饱和的FeS2-CoS2固溶体可以长期稳定保持不变。综上所述，大横路-杉松岗Cu-Co矿集中赋存于辽-吉古元古代造山带老岭群上部大栗子组变沉积岩系中。大栗子组变沉积岩系的原岩建造为钴的预富集提供了重要的沉积环境和容矿构造背景。古元古代的造山过程及其伴随的绿片岩相低级变质作用对钴的初始活化-富集成矿起着关键的控制作用。多期构造变形事件和后期多阶段的热液叠加改造事件主导了钴的迁移-超常富集成矿过程。由此可见，吉南大横路-杉松岗大型Cu-Co成矿带钴的超常富集成矿经历了沉积-变质变形-后期多阶段热液叠加改造的复杂演变过程，可称之为造山型-后期(岩浆)热液叠加改造型铜-钴矿床。与国外同类矿床对比，我国华北克拉通古元古代造山带中的变沉积岩容矿型Cu-Co矿床具有品位低、规模小的特点。而世界著名的沉积岩-变沉积岩容矿型Cu-Co矿床，如刚果(金)-赞比亚成矿带大型-超大型Cu-Co矿床具有品位高、规模大的特点，它们在空间上构成了一条长达600余千米的Cu-Co成矿带(Hitzman et al.，2010)。刘天宇等(2024)对中非新元古代Cu-Co成矿带中钴超常富集机制及关键控制因素进行了系统总结，认为超大陆裂解过程改变了中非铜钴矿带的沉积盆地环境，诱发钴在沉积地层中发生初始预富集。古气候条件，包括增氧事件和冰川事件，可能对Cu-Co矿带内的大规模钴的聚集产生了积极作用。新元古代造山作用伴随的强烈变质变形作用重新活化沉积地层呈分散分布的钴元素，导致钴的进一步富集成矿。钴的主成矿期与卢菲利安造山作用密切相关，造山期中高温变质热液促使钴、铜等金属元素再次富集。由此可见，中非Cu-Co成矿带的钴超常富集是大气-地球-水圈-生物圈之间长期相互作用而形成的成矿效应。这一综述成果对于深入理解沉积岩-变沉积岩容矿型Cu-Co矿床的形成演化过程、指导我国造山带同类型Cu-Co矿找矿勘查均具有重要的科学意义。如前所述，华北克拉通除了存在变沉积岩容矿型Cu-Co矿床外，近年来还新发现了一类变火山-沉积岩型Fe-Co矿床。以辽东地区为例，变火山-沉积岩型Fe-Co矿床层控性特征十分明显，该类矿床主要赋存于南辽河群下部的里尔峪组二段，容矿围岩主要为含磁铁黄铁浅粒岩-变粒岩，夹少量磁铁黄铁黑云片岩-片麻岩等。共/伴生金属矿物组合主要为富Co黄铁矿+磁铁矿+磁黄铁矿±黄铜矿等，偶见钴的独立矿物相如辉钴矿等，Co主要以类质同象形式赋存于黄铁矿中。该类Fe-Co矿在空间上自大石桥周家，向东经庙西沟-陶家隈子，一直延伸到辽东宽甸一带，构成了一条长达300余千米的潜在Fe-Co成矿带(未发表资料)。尽管该类Fe-Co矿床层控性特征十分明显，但有关其形成的构造背景目前仍存在争议。众多前人研究先后提出了陆内裂谷模式(张秋生和杨振升，1988;Li et al.，2005)、弧-陆碰撞模式(白瑾，1993)、初始洋打开-闭合模式(Zhao et al.，2012)和弧后盆地打开-俯冲造山模式(XuandLiu，2019)。针对上述争议，李同宇等(2024)对辽东宽甸地区里尔峪组变火山-沉积岩系和侵入的变基性岩的岩石学、地球化学和同位素年代学及其对钴富集成矿效应进行了系统研究，发现里尔峪组主要由变长英质粒状岩石(浅粒岩-变粒岩)和侵入其中的变基性岩所组成，其原岩形成时代分别为22.0~21.6亿年和21.6~21.3亿年，并共同经历了19.5~18.5亿年角闪-麻粒岩相变质事件的改造，二者并非构成双峰式火山岩。认为变长英质粒状岩石的原岩为太古宙大陆下地壳TTG片麻岩部分熔融的产物，而变基性岩的原岩则来源于亏损的软流圈地幔和富集的岩石圈地幔，并经受不同程度陆壳物质的混染。进一步佐证里尔峪组变火山-沉积岩系和基性侵入岩形成于弧后(裂谷)盆地的构造环境。提出里尔峪组钴的来源可能与基性岩浆作用密切相关，火山喷发过程中含矿流体从基性岩中萃取了Co元素，进而在里尔峪组沉淀形成富钴层位，并经历了古元古代变质-变形事件的改造，进而富集成矿。研究发现，赋存于南辽河群里尔峪组的变火山-沉积岩型Fe-Co矿床及其含矿围岩普遍经受了古元古代强烈构造变形作用的改造，但多期构造变形作用是否对钴的富集成矿起着关键的控制作用至今尚不清楚。针对这一科学问题，贾督等(2024)以大石桥周家Fe-Co矿床为例，对该矿床的多期构造变形特征及其对钴的富集成矿效应进行了研究。构造解析显示周家Fe-Co矿床及其围岩变形包括早期紧闭褶皱、中期逆冲断层及断层相关褶皱和晚期布丁构造、倾竖褶皱，可进一步划分为三个阶段：早期发生原始地层变形，即为S0发生变形形成S1和F1阶段，中期逆冲断层及紧闭褶皱等产于强烈造山期的构造要素为周家Fe-Co矿在古元古代的富集成矿提供了重要的构造条件；周家Fe-Co矿最终构造样式为倾竖褶皱和布丁状铁矿体，形成于古元古代造山后的抬升剥蚀过程。根据矿体围岩的构造变形特征，发现原始水平含矿地层(沉积作用)受到早期构造应力的挤压，形成一系列较为直立的宽缓褶皱，后经历强烈造山作用形成大规模逆冲断层及紧闭褶皱。这些大规模逆冲断层为成矿流体的富集提供了重要的导矿通道，致使大量Fe-Co矿进一步赋存于构造面理或者断层中。褶皱的形成容易在枢纽部位形成大量的空间补偿区，为Fe-Co矿床的再次沉淀提供了重要的容矿空间，进而在周家Fe-Co矿集区西北侧的褶皱枢纽区形成了大量的有经济价值的矿床。在紧闭褶皱的基础之上，矿体又受到最晚期构造应力的影响，铁钴矿随围岩再一次经历褶皱作用，致使周家Fe-Co矿及邻区各类面理发生局部直立现象，使得褶皱发生叠加，形成倾竖褶皱，矿体也呈透镜状竖直排列于变粒岩面理之中。由此可见，多期强烈的构造变形作用对变火山-沉积岩型Fe-Co矿床Co的进一步富集成矿起着关键的控制作用。在辽东变火山-沉积岩型Fe-Co成矿带中，磁铁矿作为标志性的铁的氧化物矿物，常常与富Co黄铁矿共/伴生出现。因此，加强磁铁矿成因机制的深入研究，对于揭示Fe-Co矿床中Co的富集成矿机制具有重要的学术价值和借鉴意义。有鉴于此，王伟等(2024)对周家Fe-Co矿床中的块状和层状铁矿石、共生浸染状和脉状矿化变粒岩及弱矿化磁铁变粒岩中磁铁矿开展系统研究。发现块状矿石和浸染状矿化变粒岩中的磁铁矿，以高Mg、Mn，低Ti、V和Co含量为特征；而层状矿石和弱矿化变粒岩中的磁铁矿，以低Mg、Mn，高Ti、V和Co含量为特征；脉状矿化变粒岩中的磁铁矿，它们的微量元素变化趋势与前两类磁铁矿均不相同，具有最高Cr、Mn含量。三类磁铁矿均不具有典型岩浆磁铁矿的元素组成特征。块状矿石中的粗粒磁铁矿具有最低的Cr、V含量和最高的Ni/Cr比值，是低温含Fe热液/流体在地层局部汇聚富集，持续沉淀生长的结果。浸染状矿化变粒岩的磁铁矿是低温含Fe热液/流体与围岩相互作用的产物。弱矿化变粒岩中的磁铁矿经历了体系由高温到相对低温的变化过程。层状矿石是弱矿化变粒岩中的磁铁矿在较低氧逸度热液持续作用下，进一步生长富集的结果。周家古元古代Fe-Co矿及其围岩中磁铁矿的微量元素组成与苏必利尔型BIF中的磁铁矿存在明显差别，这与磁铁矿的容矿岩石类型、变质和热液/流体作用的温压条件均存在密切的成因关系。最新研究表明，在中部造山带的中条山Cu-Co矿集区也存在古元古代Fe-Co矿床，其赋存层位、矿石矿物组合及成因特征均可与辽东古元古代Fe-Co成矿带进行对比。李文等(2024)对山西中条山宋家山Fe-Co矿床钴的赋存状态及成矿规律开展研究，揭示容矿岩石主要为古元古代宋家山群绛道沟组火山-沉积岩系。Fe-Co矿体明显受地层岩性控制，金属矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、硫铜钴矿和硫钴矿。Fe-Co矿体的形成可划分为沉积、变质和热液三个期次，钴元素主要赋存在硫铜钴矿、硫钴矿和黄铁矿中。黄铁矿特征元素Co/Ni比值主要集中在100~1000之间，表明硫化物的形成主要与热液活动存在密切成因关系。硫化物原位硫同位素组成揭示了热化学还原(TSR)在海水硫酸盐还原过程中起到关键作用。总之，宋家山矿床富钴矿体的形成经历了初始火山-沉积、造山期间含钴变质流体沿片理构造充填交代、造山后期热液活动的叠加等过程。宋家山矿床成因类型应归属于沉积-变质热液叠加型Fe-Co矿床。综上所述，华北克拉通古元古代造山带普遍发育与变火山-沉积岩密切相关的Fe-Co矿床，Co主要以类质同象形式赋存于黄铁矿中，并伴生少量钴的独立硫化物矿物相。巨量的火山-沉积岩系为Fe-Co矿的预富集提供了有利条件，古元古代造山事件所伴随的强烈变质-构造变形作用及其热液叠加改造作用对钴的进一步富集成矿起着关键的控制作用。然而，有关钴的来源、钴富集成矿的关键控制因素及其与区域重大地质事件的内在成因关系还有待于进一步深入研究。在华北克拉通古元古代造山带中，变基性-超基性岩型Ni-Co矿床十分罕见，只见于胶-辽-吉造山带北辽河群中。区域地质调查和室内各项研究结果表明，自西侧后炒铁河，向东经小女寨-高岭，直到麻屯-草河口一带，分布大面积变基性-超基性岩体或岩床。变基性-超基性岩普遍发生Ni-Co矿化，主要金属矿物为镍黄铁矿+辉砷钴矿+辉钴矿以及少量磁铁矿等，构成了一条延伸规模长达70余千米潜在的Ni-Co矿化带(未发表资料)。然而，值得关注的是，有关该类变基性-超基性岩型Ni-Co矿床的富集成矿规律目前尚不清楚，特别是有关变基性-超基性岩的成因机制及其对镍钴富集成矿作用的制约效应的研究仍十分薄弱。有鉴于此，王娜等(2024)以小女寨钻孔岩心为重点研究对象，通过岩相学、矿物化学、锆石年代学、全岩地球化学及硫化物硫同位素的综合研究，厘定变基性-超基性岩的原岩属于钙碱性系列，具有轻稀土富集和重稀土平坦的稀土配分模式，相对亏损高场强元素。锆石U-Pb定年结果表明其原岩形成时代约为21.7亿年，结合锆石Hf同位素特征，指示变基性-超基性岩的岩浆源区应来自富集地幔的部分熔融，与岩石圈伸展构造背景密切相关。赋存于变基性-超基性岩体中的Ni-Co矿体，矿石矿物组合主要为辉砷钴矿+镍黄铁矿等富Ni、Co的硫化物矿物与石英、绿帘石等矿物共生，指示其成矿作用可能与晚期热液有关。研究发现小女寨钻孔岩心中硫化物的S同位素分馏程度较弱，表明成矿物质来源较均一，且具有比地幔更重的δ34S值，表明硫化物的S可能来源于大陆地壳。钻孔岩心样品均具有较高的Ni、Co含量，表明古元古代北辽河群中变基性-超基性岩体具有较好的Ni、Co成矿潜力和找矿远景。橄榄石是各种成因类型超基性岩中常见的硅酸盐矿物，橄榄石微量元素的变化规律可作为指示岩浆铜镍钴矿床成矿过程的成分标型和关键指标(Mao et al.，2024)。毛亚晶等(2024)在总结前人资料的基础上，对橄榄石微量元素特征、地球化学行为及其在地球科学中的应用开展了综合研究。系统总结了橄榄石中微量元素的分配系数与扩散系数等地球化学行为，分析了全球不同岩石单元的橄榄石微量元素特征，重点介绍了岩浆铜镍矿床中橄榄石微量元素的研究进展，包括：(1)堆晶-后堆晶阶段再平衡作用驱使Ca-Cr-Al元素向其他矿物迁移，使橄榄石普遍亏损上述元素；(2)橄榄石Ni-Co变化可记录其与硫化物的元素交换反应，Ni-Co正相关可用于指示岩体深边部的找矿潜力；(3)与硫化物共生橄榄石的Ni富集(>5000×10-6)或亏损(<500×10-6)可能与较高或较低氧逸度有关。指出橄榄石微量元素在精细刻画岩浆铜镍矿床的成矿过程、限定成矿条件等方面具有很好的应用前景，识别出橄榄石与晶间硅酸盐熔体、硫化物熔体反应的微量元素印记，揭示橄榄石微量元素在晶间过程的行为，并发现岩浆铜镍矿床中橄榄石Fo-Ni的演变规律与岩浆氧逸度存在联系(Mao et al.，2024)。提出未来橄榄石重点研究方向，包括：堆晶-后堆晶阶段元素行为、多元素-多矿物扩散联合限定岩浆时空演化、机器学习判别橄榄石成因类型与镁铁-超镁铁岩体含矿性、挥发分与新兴非传统金属稳定同位素等。这一综述性研究成果对于研究古元古代胶-辽-吉造山带变基性-超基性岩的成因机制、Ni-Co富集成矿规律及关键控制因素、指导未来Ni-Co找矿勘查和成矿潜力评价，均具有重要的科学价值和借鉴意义。古元古代胶-辽-吉造山带Au矿资源储量十分丰富，成因类型多样(朱日祥等，2015;Deng et al.，2020)。但在辽东辽河群盖县岩组中存在一类特殊类型的Au矿床，集中赋存于低级绿片岩相变质的含碳质绢云千枚岩中(李浩等，2019，2020)。代表性矿床包括猫岭大型-超大型Au矿、大东沟Au矿等，该类矿床具有Au品位低、规模大、层控性明显等特点。大东沟金矿是目前辽宁地矿集团重点勘查区，已开展了物化探、钻孔验证等大量找矿勘查工作。但有关该Au矿的成因机制、Au的来源和源区物质性质及其形成的特殊构造背景、多期成矿时代及其Au富集成矿的关键控制因素的研究至今尚显薄弱。李浩等(2024)针对上述问题，重点开展大东沟金矿成因、地球化学特征及多期成矿时代的综合研究。将Au成矿过程划分为三期，即早期沉积成岩黄铁矿化期、主期变质黄铁矿-毒砂矿化期和晚期热液叠加改造期，热液叠加改造期可进一步划分为多金属硫化物-石英阶段和含黄铁矿石英-碳酸盐阶段。通过黄铁矿的Re-Os定年，限定热液叠加改造期的成矿时代为130±18Ma，与区域石英闪长岩的侵位年龄(133±1Ma)十分吻合，指示热液叠加改造期Au成矿作用发生在早白垩世。不同成矿期黄铁矿S同位素存在显著差异，其中沉积-变质期黄铁矿δ34S变化于8.9‰~10.2‰，与辽河群变沉积岩系S同位素(δ34S=7.0‰~23.0‰)比较接近，而热液叠加改造期黄铁矿δ34S明显偏低，为3.0‰~4.8‰之间，标志着该矿床Au大规模富集成矿为岩浆热液作用所致，与区域石英闪长岩岩浆作用关系密切。石英闪长岩富集大离子亲石元素(Rb、Ba、U等)、中度亏损高场强元素(Nb、Ta)，且具有低的εHf(t)值(-6.38~-2.82)以及弱氧化的特征。结合矿区内同期侵入岩的地球化学资料，综合判断石英闪长岩的原始岩浆应起源于幔源镁铁质岩浆和壳源长英质岩浆的混合。由此可见，大东沟Au矿床可能为中温热液型金矿床，其富集成矿过程与同期弱氧化的闪长质岩浆关系密切，主期成矿应形成于早白垩世华北克拉通破坏的峰期。尽管大东沟Au矿成因研究取得了阶段性进展，但仍存在一系列关键科学问题尚未解决。结合矿区及外围区域地质资料，大东沟Au矿可能经历了盖县岩组巨量原岩沉积过程中Au的预富集、变质-构造变形过程中Au富集成矿以及岩浆热液叠加改造期Au再次富集成矿的复杂演变历史，该类特殊成因类型的金矿床可称之为“大东沟式”金矿。然而，有关低品位、巨量Au的来源，盖县岩组原岩形成的特殊构造背景，Au多期富集成矿事件与古元古代造山作用和中生代华北克拉通破坏及其伴随的强烈岩浆作用等重大地质事件的内在成因关系等方面的关键科学问题，还有待于进一步深入研究。我国有多种成因类型B矿床，包括现代盐湖型、沉积-变质型、矽卡岩型、海相蒸发岩型和地下卤水型等。目前在我国真正构成B成矿带的只有青藏高原现代盐湖型硼成矿带和辽吉沉积-变质型硼成矿带。由于地理环境、开采条件等因素的限制，目前我国硼产品90%以上依赖辽吉沉积-变质型硼矿床。由此可见，加强辽吉造山带沉积-变质型硼矿床的成因机制和硼富集成矿关键控制因素的综合研究、加快硼勘查战略找矿行动的步伐已成为满足国家对紧缺硼资源需求的关键所在。由于辽吉硼成矿带经历了复杂的演化过程，前人提出了多种硼矿床成因演化模型，主要包括：(1)与岩浆作用有关的矽卡岩型；(2)混合岩化热液交代型；(3)蒸发沉积-变质型；(4)热水喷流沉积型；(5)热水沉积-变质型；(6)火山沉积-变质改造型；(7)火山沉积-部分熔融含硼热液交代型；(8)岩浆熔离型。尽管存在上述众多观点，但研究者普遍强调构造背景、火山作用和沉积环境对巨量B元素的来源及沉淀-预富集过程的贡献。然而值得重点关注的是，由于辽东-吉南硼矿及其含矿围岩普遍经历了区域变质作用和后期混合岩化作用及其伴随的热液交代作用的强烈影响，原始火山-沉积特征已消失殆尽，导致硼沉淀-预富集存在密切成因关系的蒸发岩成因机制的认识出现较大分歧，对硼来源及预富集的构造背景和沉积环境的认识存在两种截然不同的观点：(1)火山热泉供硼-非海相蒸发沉积；(2)海底火山喷发-海相蒸发沉积形成了富硼的矿源层(汤好书等，2009)。针对前人有关辽吉硼成矿带成因模式存在的诸多分歧，李勇等(2024)在查阅大量前人资料的基础上，对辽吉成矿带各类硼矿床的成因机制进行了系统总结，提出辽东硼矿成因为沉积-变质再造型矿床，硼物质源于蚀变洋壳、俯冲沉积物、蛇纹石化地幔楔等俯冲洋壳系统的富硼地体。在洋壳向克拉通俯冲过程中，在弧前释放进入岛弧火山系统参与热液循环，通过海底热泉等热液方式汇集于火山盆地形成含水硼酸盐初始矿层，被随后的火山沉积覆盖保存。在区域变质变形过程中，含水硼酸盐脱水重结晶并就位于变形构造形成的有利部位富集成矿。辽东硼同位素组成特征反映了对源区储库重硼的继承性，而并不适用于海相和非海相沉积简单的对比。区域上虎皮峪-红石砬子-清河复式背斜是辽河旋回多幕变形作用叠加的结果，宏观上控制含硼岩系硼矿床的空间分布。在上述综合研究基础上，建立辽东硼矿床成矿模式和找矿模型。重点强调部分盖县岩组地层出露地区，深部可能具有寻找隐伏硼矿的探索空间，对未来硼找矿勘查和增储示范具有一定的指导意义。世界其他各大洲也有多种成因类型硼矿床分布，主要包括：火山-沉积型、盐湖型、海相蒸发岩型、矽卡岩型和地下卤水型等，但成矿时代与我国辽吉硼成矿带对比明显偏新，主要为古近纪-新近纪、第四纪，少量为二叠纪。世界著名的大型-超大型硼矿床，如：土耳其Emet硼矿床、北美SearlesLake硼矿床、南美Surire硼矿床以及俄罗斯Dalnegorsk硼矿床等均形成于与俯冲带相关的火山(岩浆)-沉积-盆地-盐湖等构造环境。王丹等(2024)对全球硼的地球化学特性、同位素分馏行为及主要硼矿的分布与成因机制进行了系统总结。认为硼在自然界中的分布存在显著差异，地壳中的含量明显高于地幔。在不同地质过程中，硼元素经历了分异作用，导致不同岩石单元的硼同位素发生分馏。硼在地壳中的超常富集过程会形成硼酸盐矿物，这些矿物的形成条件(包括温度、压力和氧逸度)对于深入研究硼矿床成因具有重要意义。探讨了火山沉积型、现代盐湖型、海相蒸发盐型、矽卡岩型和沉积-变质型几种主要类型硼矿床的矿物组成及其成因机制。与此同时，详细介绍了辽吉地区的沉积-变质型和中国青海-西藏地区的盐湖型硼矿床的矿物组合特征、产状、年代及成矿模式，提出在未来硼矿床研究中存在的关键科学问题。综上所述，辽吉硼成矿带是我国硼资源的重要供给基地，有关其矿床成因机制及其未来找矿勘查意义重大。辽吉硼成矿带是迄今世界上发现的最古老的沉积-变质再造型硼成矿带。作为全球唯一一处与哥伦比亚超大陆聚合事件密切相关的独特“硼成矿专属区”，它有可能经历了古元古代火山-沉积过程巨量B沉淀-预富集、变质变形过程B富集成矿和热液交代过程B再次富集成矿的复杂演变历史。在未来的研究工作中，聚焦典型硼镁石型和硼镁铁矿型硼矿床，结合找矿远景区典型剖面的精细解剖、科研填图和钻孔验证资料，通过多学科交叉研究，查明硼的来源、含硼岩系成因的独特性、巨量硼沉淀-预富集的特殊构造背景与沉积环境；识别变质成矿期和热液交代成矿期的关键判别标志和确凿矿物学证据；揭示变质变形和热液交代过程中含硼流体演化、硼迁移-富集规律及保存机制；厘定硼多期富集成矿时代及其与区域重大地质事件内在成因关系；结合相平衡和热力学模拟实验，揭示硼超常富集的关键控制因素，建立成矿模型、确定关键找矿标志。解决上述关键科学问题，对在辽-吉古元古代造山带指导硼矿找矿勘查、预测找矿新靶区能够提供可靠的理论支撑和技术指导。石墨矿广泛分布于华北克拉通三条古元古代造山带中，最著名的石墨矿包括：西部孔兹岩带内蒙兴和石墨矿、东部胶-辽-吉造山带山东半岛南墅石墨矿和辽东宽甸地区杨木杆石墨矿等。朱建江等(2024)对华北克拉通古元古代造山带及周缘地区石墨矿成因开展了综述研究，将华北克拉通及周缘划分三条古元古代石墨成矿带，包括：东部石墨成矿带、西部石墨成矿带和南部石墨成矿带。这些石墨矿床占全国储量的74%，是我国晶质石墨矿床的重要供给基地。华北克拉通东部石墨成矿带从北到南石墨矿体主要产出在吉南地区的集安群、辽东地区的辽河群以及胶北地区的荆山群中。西部石墨成矿带中的石墨矿床主要赋存于乌拉山岩群和集宁群中。南部石墨成矿带中的石墨矿则主要出露于华北克拉通南缘太华岩群中。三条石墨成矿带中的石墨矿床具有一定的相似性，均属于区域变质型石墨矿床，含矿岩系主要包括含石墨斜长片麻岩、含石墨长英质片麻岩、含石墨透辉麻粒岩、含石墨大理岩等。碳质主要来源于有机物，局部混合有少量的无机碳。三条石墨成矿带中的含矿岩石具有相似的沉积时代(22~20亿年)和变质成矿时代(19.5~18亿年)。巨量石墨矿床的形成是古元古代生命繁盛最强有力的证据，对地球早期环境演化具有重要影响。有机物的大量埋藏导致大气氧含量的升高以及碳酸盐碳同位素正向偏移，埋藏的有机物在后期俯冲碰撞造山过程中发生变质脱碳作用，消耗氧气并释放富集轻碳同位素12C的CO2，这一过程会导致大气氧含量降低以及碳酸盐碳同位素值负向偏移。华北克拉通及周缘古元古代石墨矿床记录了有机物从埋藏到变质形成石墨的完整过程，对于理解地球早期环境演化过程具有重要的科学意义。孔凡梅等(2024)对胶北区域变质型晶质石墨矿的成因特征开展系统研究，重点聚焦平度-莱西晶质石墨成矿带内莱西南墅、平度大金埠、平度东石岭石墨矿区及南墅矿区附近的莱西庞格庄、东白石地区的含石墨孔兹岩。研究结果表明，含石墨孔兹岩原岩均为粘土岩或页岩，全岩地球化学性质显示出海水沉积环境的特征。认为南墅石墨矿区含石墨孔兹岩形成于岛弧环境；大金埠、东石岭和东白石含石墨孔兹岩形成于活动大陆边缘；庞格庄含石墨孔兹岩具有被动大陆边缘成因特征，它们的原岩均是古元古代胶-辽-吉造山带不同构造演化阶段的沉积产物。拉曼光谱特征显示石墨形成于麻粒岩相变质条件，高晶度石墨形成于温度峰期后的熔体冷却阶段，且与高温-超高温的变质作用及其伴随的深熔作用密切相关，限定高晶度石墨成矿时代约为18.5~18.3亿年。玄金卉等(2024)对胶北平度大金埠含石墨麻粒岩变质演化和石墨结晶形成机制开展系统研究，发现大金埠含石墨泥质麻粒岩经历了三个变质演化阶段，且峰期达到高压-超高温变质作用条件。峰期阶段以黑云母的消失为标志，典型矿物组合为Grt+Kfs+Pl+Rt+Qz+Liq，形成的温压条件为1010~1050℃、1.09~1.20GPa；峰后退变质阶段以黑云母重新出现为标志，矿物组合为Bt+Grt+Kfs+Pl+Rt+Qz，该阶段的温压条件为810~843℃和0.68~0.74GPa，记录了造山型顺时针变质演化P-T轨迹。拉曼光谱分析显示泥质麻粒岩中石墨的结晶程度普遍较高，高晶度石墨多结晶于变质峰期向峰后退变质阶段转变过程中，表明石墨的结晶程度与变质温度密切相关。由此可见，加强石墨结晶形成与寄主岩石性质及变质作用特征内在成因关系的深入研究，对揭示优质晶质石墨矿的成因机制、指导找矿勘查具有重要的指示意义。尽管前人对于华北克拉通及周缘古元古代石墨矿的分布规律、成因机制、成矿时代以及典型矿床的研究取得了重要进展，但仍存在一系列关键科学问题尚未解决，主要包括：华北克拉通古元古代石墨矿的成因机制目前尚不清楚。三条石墨成矿带中的石墨形成于被动大陆边缘环境或者活动大陆边缘弧后盆地环境，但并非沿整个造山带走向分布。对石墨矿形成的沉积构造环境、富集成矿的关键控制因素仍不明确；有关石墨矿的沉积时代和变质成矿时代，目前尚未有效限定；古元古代巨量石墨矿床的形成对地球早期环境影响和生命演化的意义研究比较薄弱。全球范围内古元古代巨量石墨矿床的形成是否是造成大氧化事件的原因之一，埋藏的有机物在后期俯冲碰撞造山过程中发生变质脱碳过程，是否对地球早期大气环境造成影响、影响的程度如何，至今还没有明确答案，未来还需要更多的地质数据来对其进行定量估算。总之，华北克拉通古元古代造山带及周缘形成的石墨矿床记录了有机物从埋藏到变质形成石墨的完整演化历史，对于深入理解和剖析地球早期环境演化过程及生命起源研究具有重要的科学意义。原文来源：刘福来，王舫，王慧宁，田忠华.2024.华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展.岩石学报，40(10)：2963-2970.doi：10.18654/1000-0569/2024.10.01
封面标题、导读评论和排版整理等：《覆盖区找矿》公众号.------------往期精彩回顾-------------
李素青，徐仲元等：华北克拉通孔兹岩带造山终结时限
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