海南島地幔柱及成礦作用初探

戈金明

摘要：本文從地球物理學(xué)、巖石學(xué)等方面總結(jié)了海南島地幔柱存在的證據(jù)，并探討了海南地幔柱成礦作用對(duì)海南一些重要礦產(chǎn)形成的影響。

關(guān)鍵詞：地幔柱；成礦作用；海南島

地幔柱是當(dāng)代地學(xué)研究的前緣和熱點(diǎn)，它較好地解釋了大火成巖省、熱點(diǎn)、大陸裂谷、大規(guī)模成礦和生物滅絕事件等很難用板塊構(gòu)造理論解釋的現(xiàn)象。關(guān)于地幔柱成礦作用，我國(guó)研究比較詳細(xì)的是峨眉山地幔柱，相關(guān)的礦產(chǎn)主要是與巖漿及熱液有關(guān)的礦床。在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為海南島是存在地幔柱的，而且對(duì)我省一些重要礦床的形成有一定的影響。

1.海南島地幔柱

1.1地球物理學(xué)證據(jù)

有學(xué)者通過(guò)利用地震層析成像技術(shù)，指出海南島之下存在地幔柱，近垂直的低波速柱體位于海南島及南海之下，從淺部一直延伸到660km的不連續(xù)面處（上下地幔的分界面），即模型的底界，并指出地幔柱的物質(zhì)源區(qū)可能是大約200Ma之前與華北碰撞后大陸巖石圈俯沖并停滯在過(guò)渡帶（410km～660km）至今；還有學(xué)者H進(jìn)一步研究指出在670km之下僅可見(jiàn)斑點(diǎn)狀低速體，暗示堆積在過(guò)渡帶的少量古老物質(zhì)可能穿透了660km這一相界面（即相當(dāng)于地震不連續(xù)面），或者可能是來(lái)自深部核一幔邊界的深地幔柱逐漸失去地幔柱尾部而使地幔柱趨于消失。

另有學(xué)者由地震層析成像反演的P波、S波速度結(jié)構(gòu)及接收函數(shù)得到的地幔轉(zhuǎn)換帶厚度變化，揭示了海南地幔柱從地表往深部逐步向東北方向偏移，而低速異常延伸到地幔轉(zhuǎn)換帶以下及地幔轉(zhuǎn)換帶的局部減薄都暗示海南地幔柱可能起源于下地幔；也有研究者獲得了海南島及其鄰區(qū)深達(dá)地幔轉(zhuǎn)換帶的P波三維速度結(jié)構(gòu)模型，初步結(jié)果顯示，海南島及周邊地區(qū)之下的上地幔速度不均勻性顯著，海南熱點(diǎn)之下明顯的低速異常從上地幔淺部一直向下延伸穿過(guò)410km間斷面到地幔轉(zhuǎn)換帶；還有研究者利用架設(shè)的寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)站，采用接收函數(shù)、橫波分裂等方法進(jìn)行分析，得出雷州半島及瓊州海峽地區(qū)的上地幔存在明顯異常，這些都是支持地幔柱存在的有力證據(jù)。

1.2巖石學(xué)證據(jù)

海南島新生代玄武巖分布范圍廣，具有高鎂、高鈣、高錳特征，指示富鎂原始母巖漿的組分，微量元素輕稀土富集、重稀土虧損，具有OIB型不相容元素特征，可能記錄了地幔熱柱的地球化學(xué)信息。有研究者根據(jù)sr、Ph同位素及微量元素地球化學(xué)特征，認(rèn)為第四紀(jì)火山巖漿來(lái)源于上地幔。

有學(xué)者利用南海新生代玄武巖中的橄欖石斑晶推算出了地幔潛在溫度平均為1661℃，與正常洋中脊系統(tǒng)下的地幔潛在溫度相比，南海地幔潛在溫度明顯偏高，其平均差值（△TP）約為200℃，說(shuō)明海南島深部具有熱異常，為地幔柱提供有力的證據(jù)。

綜上所述，地球物理學(xué)、巖石學(xué)等方面的證據(jù)充分證實(shí)了海南島地幔柱是存在的。

2.地幔柱成礦作用

與地幔柱相關(guān)的成礦作用可分成兩類(lèi)：一類(lèi)是與地幔柱產(chǎn)出巖漿直接相關(guān)的礦床；另一類(lèi)是由于地幔柱及其巖漿產(chǎn)物是巨大的熱源，因此對(duì)上覆地殼形成熱液循環(huán)系統(tǒng)，促進(jìn)成礦元素的活化和礦床的形成，是與地幔柱產(chǎn)出巖漿間接相關(guān)的礦床（圖1）。

2.1與地幔柱產(chǎn)出巖漿直接相關(guān)的礦床

與海南島地幔柱直接相關(guān)的礦產(chǎn)是新近系、第四系深灰一灰黑色多期噴發(fā)（溢）的玄武巖類(lèi)，廣泛分布在瓊北地區(qū)的?？谑?、臨高縣，以及文昌市的西部、瓊海是的西北部、定安縣和澄邁縣的北部、儋州市的西北部，其中深灰一灰黑色致密狀和微氣孔狀玄武巖，是飾面、工藝石材的上乘原料，其資源分布廣且潛量大。另外，與玄武巖風(fēng)化殼有關(guān)的礦產(chǎn)有蓬萊大型三水型鋁土礦床、蓬萊中型鈷土礦床、南陽(yáng)小型鈷土礦床、居丁小型鈷土礦床等。

2.2與地幔柱產(chǎn)出巖漿間接相關(guān)的礦床

關(guān)于海南島地幔柱出現(xiàn)的時(shí)間至今沒(méi)有定論，有學(xué)者認(rèn)為可能為晚白堊紀(jì)一早始新世。海南省的一些重要礦產(chǎn)如石碌鐵礦、抱倫金礦，它們都是多期次成礦作用的產(chǎn)物，而都經(jīng)歷了燕山晚期的熱液疊加改造富集成礦階段，因此可能都受到海南島地幔柱的早期演化影響。

海南石碌鐵礦曾被譽(yù)為“亞洲最大的富鐵礦”，是以富鐵礦為主并伴生有鈷銅等礦產(chǎn)的大型礦集區(qū)，有研究者將它定義為火山一沉積變質(zhì)+多期熱液疊加改造型礦床，其成礦期次經(jīng)歷了“新元古代海底火山噴流沉積期一加里東一海西期的變質(zhì)改造成礦期一印支一燕山早期熱液疊加改造富化期一燕山晚期熱液疊加改造富化期”。其中燕山晚期發(fā)生了多次構(gòu)造一巖漿活動(dòng)，使得原來(lái)礦體發(fā)生改造富集，形成了脈狀、角礫狀鐵礦體及伴生的銅鈷礦體，可能與海南島地幔柱的早期演化有關(guān)。

海南抱倫金礦是一個(gè)高品位大型巖漿熱液型金礦，經(jīng)歷了“前印支期成礦物質(zhì)初步富集一印支期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換與大規(guī)模成礦作用一燕山期成礦物質(zhì)疊加富集”的成礦過(guò)程，其中燕山晚期的構(gòu)造作用產(chǎn)生的構(gòu)造分異熱液及巖漿熱能，可能與海南島地幔柱的早期演化有關(guān)。

3.結(jié)論

從地球物理學(xué)、巖石學(xué)等方面有力的證實(shí)了海南島是存在地幔柱的，而與之有關(guān)的礦產(chǎn)除了大面積分布的玄武巖石材礦外，海南一些重要礦床如石碌鐵礦和抱倫金礦也有可能受海南島地幔柱早期演化的影響，表現(xiàn)為燕山晚期的熱液疊加改造富集成礦作用。endprint