摘要
本文基于东昆仑造山带421个低温热年代学数据,重建了该区域自印支期以来的多期次剥露历史,并定量探讨其对三叠纪斑岩型矿床保存与找矿潜力的制约作用。研究区低温热年代学数据记录了3个主要剥蚀阶段:(1)印支期(约 239.5~200 Ma),以岩浆-成矿事件后的初始快速冷却为特征,平均剥露速率为 0.21 mm/a,主要分布于中东段(92°~98°E);(2)燕山期(200~66 Ma),构造活动相对平缓,主体区域剥蚀速率低于0.05 mm/a,为斑岩成矿系统提供了稳定的保存环境;(3)喜马拉雅期(66~0 Ma),呈现显著化剥蚀,早期 (66~10 Ma)平均剥露速率为0.06 mm/a,晚期(<10 Ma)局部地区剥露速率因青藏高原快速隆升的远程效应而急剧增加至0.5~4.2 mm/a,高剥露速率区主要集中在东段(94°~101°E)和西段(86°~92°E)。研究结果表明,2~3 km的累积剥蚀量构成斑岩成矿系统的最佳保存窗口。已知三叠纪斑岩矿床(236~218 Ma)主要分布于燕山期以来低剥蚀强度区域(<0.1 mm/a),显示良好保存条件。研究认为东昆仑中东段长期维持低剥蚀环境的区域形成了有利于斑岩系统完整保存的“最佳保存窗口”,具有较高的深部找矿潜力。
Abstract
Based on 421 low-temperature thermochronologic data from the Eastern Kunlun orogen, this study reconstructs a multi-episodic exhumation history since the Indosinian and quantitatively evaluates how exhumation has governed the preservation and exploration potential of Triassic porphyry-type deposits. The thermochronologic record delineates three principal exhumation stages: (1) Indosinian (ca. 239.5-200 Ma), characterized by initial rapid post-magmatic cooling with a mean exhumation rate of 0.21 mm/a, concentrated in the central-eastern segment (92°-98°E); (2) Yanshanian (200-66 Ma), marked by relatively subdued tectonism and basin-wide exhumation rates <0.05 mm/a, providing a stable preservation environment for porphyry systems; and (3) Himalayan (66-0 Ma), showing pronounced exhumation, with an early-stage (66-10 Ma) mean of 0.06 mm/a and a late-stage (<10 Ma) acceleration to 0.5-4.2 mm/a in places due to far-field effects of rapid Tibetan Plateau uplift—high-rate zones chiefly in the eastern (94°-101°E) and western (86°-92°E) segments. The results indicate that a cumulative exhumation of 2-3 km defines the optimal preservation window for porphyry mineral systems. Known Triassic porphyry deposits (236-218 Ma) are chiefly concentrated in areas that have experienced low exhumation intensity since the Yanshanian (<0.1 mm/a), reflecting favorable preservation conditions. We infer that regions in the central-eastern Eastern Kunlun that have maintained persistently low exhumation constitute this “optimal preservation window”, and therefore possess high potential for deep (concealed) mineral exploration.
0 引言
东昆仑造山带位于青藏高原北缘,是古特提斯构造域向北延伸的关键组成部分,也是连接塔里木地块与柴达木地块的重要构造纽带(莫宣学等, 2007)。该区域发育大规模晚三叠世斑岩型矿床群 (236~218 Ma),包括卡而却卡、哈日扎、那更康切尔沟等一系列大中型斑岩型铜钼金矿床,显示出巨大的成矿潜力(袁万明等,2017;张大明等,2020;马忠元等,2024)。这些斑岩矿床的形成与古特提斯洋俯冲-碰撞转换过程密切相关,成矿斑岩显示埃达克质地球化学特征,指示其源于俯冲板片流体交代的富集地幔和新生下地壳部分熔融(莫宣学与潘桂棠,2006;毛景文等,2012;张爱奎,2012;许庆林, 2014;何书跃等,2017;杨莉等,2021)。
斑岩成矿系统的保存性是决定其经济价值的关键因素,全球斑岩矿床统计表明,最佳保存深度为 3~5 km,过度剥蚀将导致成矿系统破坏(Cooke et al.,2005;Sillitoe,2010)。低温热年代学作为定量重建剥蚀历史的有效手段,已在全球主要斑岩成矿带得到广泛应用(Garver et al.,2005;McInnes et al., 2005)。近年来,该领域研究取得了重要进展,完善了斑岩成矿系统保存-剥露关系的定量模型,并提出了剥蚀量约束下的成矿潜力评价理论框架,为定量评估隐伏斑岩系统提供了科学依据(McInnes et al.,2005;杨莉等,2024)。最新研究进展包括:(1) 全球尺度地貌演化模型(goSPL)成功将气候-剥蚀耦合过程与斑岩矿床保存性定量关联,揭示了降水量差异可导致每百万年±1 km 的剥蚀差异(Hadler Boggiani et al.,2025);(2)多系统热年代学联合反演技术显著提高了剥蚀历史重建精度(Spencer et al., 2021);(3)物理信息神经网络在热传递计算中的应用为复杂地质过程重建提供了新工具(Jiao et al., 2024)。
在东昆仑地区,前期研究主要集中在成矿时代、岩浆演化和成矿机理方面(袁万明等,2000a; Chiaradia,2020)。初步建立了区域成矿模式。近年来低温热年代学研究虽获得大量年龄数据(袁万明等,2004;Yang et al.,2019;Yuan et al.,2020;Hu et al.,2023;Yang et al.,2025a,2025b)。但对剥蚀过程与成矿系统保存性的耦合关系缺乏深入分析,制约了深部找矿预测。
当前研究存在3个关键科学问题亟待解决:(1) 成矿系统保存的定量评价体系尚未建立。现有研究缺乏将剥蚀量与成矿潜力定量关联的评价标准,难以准确评估深部斑岩系统的完整性和经济价值; (2)多期次剥蚀历史的精确重建有待完善。东昆仑地区复杂的构造演化导致不同区域剥蚀历史存在显著差异,需要高分辨率的时空约束;(3)不同构造单元剥蚀差异的控制机制尚不明确。EW向主成矿带与 NE向次级成矿带的剥蚀历史差异及其对成矿系统保存的影响机制有待阐明。因此,本研究基于 421 个低温热年代学数据,定量重建东昆仑造山带印支期以来的剥露历史,建立剥蚀量约束下的斑岩成矿系统保存性评价体系,探讨不同构造单元的剥蚀差异及其控矿意义,为区域深部找矿提供科学指导。
1 构造演化与成矿背景
东昆仑造山带整体呈近东西向展布,受 3 条主要深大断裂带控制而分割为昆北、昆中、昆南3个构造单元。昆北断裂作为造山带与柴达木地块的重要分界,控制了区域内北部岩浆弧的空间展布,沿该断裂带分布有拉陵灶火(Cu-Mo)、清水河东(Cu-Mo)等重要斑岩矿床,矿床呈明显的线性分布特征。昆中断裂将造山带进一步划分为昆北岩浆弧和昆中岩浆弧两个南北向岩浆弧系统,该断裂系统不仅控制了三叠纪花岗质岩浆的侵位空间,更成为斑岩成矿作用的主要场所,沿断裂两侧密集分布有托克妥(Cu-Au)、哈日扎(Cu-Pb-Zn)、野拉赛(Cu)等大型矿床(张爱奎等,2012)。昆南断裂虽然矿床分布相对较少,但仍控制了下得波利(Cu-Mo)、埃坑德勒斯特(Mo-Cu)等矿床的产出(李斌等,2024)。统计分析表明,已发现的 21 处斑岩型矿床中,有 85% 以上直接产出于这 3条深大断裂的 5 km缓冲区内,显示了深大断裂对成矿的根本控制作用。除主要近东西向断裂系统外,区内还发育北东向、北西向等多组次级断裂构造。这些次级构造系统不仅为斑岩岩浆侵位提供了有效通道,更重要的是在区域应力场转换背景下(印支期 NE-SW 向挤压转为燕山期 NW-SE 向伸展),断裂交汇部位形成了局部拉张空间,成为斑岩体集中分布和成矿流体聚集的有利构造圈闭。典型实例如卡而却卡矿床即位于昆北断裂与 NE 向次级断裂的交汇处,哈日扎矿床则受控于昆中断裂与NW向断裂的复合部位,这种“主断裂控制成矿带、次级断裂交汇控制矿床定位”的构造控矿模式在东昆仑地区具有普遍性(图1)。
东昆仑造山带三叠纪斑岩成矿作用呈现明显的阶段性演化特征,与古特提斯洋闭合过程密切相关(Yang et al.,2025b)。据成矿时代精确厘定和矿化类型系统分析,可划分为 3个成矿阶段(图2):早期斑岩铜钼成矿阶段(244.2~224 Ma),对应古特提斯洋俯冲板片断离期,成矿斑岩成岩峰值为(238± 3) Ma,以埃达克质花岗闪长斑岩为主,如卡而却卡、加当根等矿床;中期斑岩铜金成矿阶段(232.4~229 Ma),对应后碰撞初始伸展期,成矿斑岩成岩峰值为(230±2) Ma,以高钾钙碱性二长花岗斑岩为主,如托克妥、五龙沟等矿床;晚期斑岩铜钼锡成矿阶段(231.1~212.3 Ma),对应岩石圈拆沉与软流圈上涌期,成矿斑岩成岩峰值为(218±4) Ma,以A型花岗斑岩为主,如乌兰乌珠尔、赛什塘等矿床(马忠元等,2025)。斑岩型成矿作用与区域岩浆侵位、深部构造隆升密切相关,成矿时代与低温热年代学年龄存在良好对应关系,部分典型矿床(如哈日扎、卡而却卡)成矿期后长期处于低剥蚀速率区,剥蚀量有限,成矿系统得以完整保存。
图2东昆仑造山带斑岩矿床成矿时代与典型斑岩成岩时代对比图
东昆仑造山带斑岩成矿系统展现出显著的时空分布规律和复合成矿特征。截至目前,该区域已识别与斑岩岩浆侵入活动相关的矿床21处,主要集中分布于造山带东西两端,构成祁漫塔格—都兰成矿带的重要组成部分。斑岩型矿床在东昆仑造山带内呈现明显的分带性分布特征,在南北向展布上,昆北构造带和昆中构造带矿床数量最多,尤以昆北断裂带两侧最为密集,包括鸭子沟多金属矿床、东山根多金属矿区等典型矿床,昆南构造带相对较少,仅发现下得波利 Cu-Mo 矿床、埃坑德勒斯特钼铜矿床等少数矿床。在东西向分布上,东昆仑东段斑岩型矿床分布最为集中,其次为西段祁漫塔格地区,中段斑岩型矿床则鲜有报道。这些斑岩群在空间上明显受控于北东向断裂系统,形成多条近平行展布的北东向斑岩成矿带,体现了陆内演化阶段构造应力场转换对成矿作用的重要控制(刘光莲等,2019)。区域性深大断裂系统对斑岩成矿分布发挥根本性控制作用,已发现的主要斑岩型矿床均沿昆北、昆中、昆南 3 条深大断裂带密集分布,其中昆北断裂两侧分布有拉陵灶火铜钼矿床等,昆中断裂两侧发育野拉赛铜矿床、托克妥铜金矿床等,昆南断裂控制下得波利铜钼矿床、埃坑德勒斯特钼铜矿床等(张勇等,2024)。表1统计的斑岩型矿床呈现明显的空间分布规律,以昆北构造带矿床最为密集,且以卡而却卡、哈日扎等大型矿床为主;昆中带次之,昆南带最少。矿种组合以Cu为核心,Mo、Pb-Zn、Au依次递减,并表现出明显的东西分带性,即东段富 Cu-Mo(平均 Cu 品位 1.5%),西段富 Pb-Zn-Ag (Pb-Zn品位达5%),反映了成矿流体性质从东向西的系统性演变。
表1东昆仑构造带内斑岩型矿床特征统计
注:据青海省第三地质勘察院资料整理汇总。
2 研究方法
本研究共收集东昆仑造山带421个低温热年代学数据,其中磷灰石裂变径迹(AFT,n=190)、锆石裂变径迹(ZFT,n=121)、磷灰石(U-Th)/He(AHe,n= 100)和锆石(U-Th)/He(ZHe,n=10)。样品采集覆盖昆北、昆中、昆南3个构造单元,岩性涵盖花岗岩、花岗斑岩、闪长岩、花岗闪长岩和变质基底岩,确保对关键构造区域的代表性。
本研究的数据处理与分析参照袁万明(2016) 提出的低温热年代学方法进行。具体步骤包括:首先基于低温热年代学体系的不同封闭温度(磷灰石裂变径迹(AFT)为 110℃(Green et al.,1986;Ket‐ cham et al.,1999),锆石裂变径迹(ZFT)为 240℃ (Brandon et al.,1998;Reiners and Brandon,2006),磷灰石(U-Th)/He(AHe)为 70℃(Farley,2000;Flow‐ ers et al.,2009),锆石(U-Th)/He(ZHe)为 180℃ (Reiners et al.,2004;Guenthner et al.,2013),并设定现代地表温度为10℃,通过冷却年龄和封闭温度差值,计算获得样品的冷却速率。接着,根据研究区的古地温梯度 30℃/km(Yuan et al.,2006),利用冷却速率进一步计算区域的剥蚀速率。最后,采用剥蚀速率结合研究区域自中生代以来的地质时间跨度,计算累计剥蚀量(km)。通过上述流程,本研究有效地定量化揭示东昆仑造山带剥蚀速率与剥蚀量的空间变化规律,建立剥蚀量与斑岩矿床保存程度之间的定量关系,为深部矿产勘探提供科学依据。
3 剥蚀历史重建与差异分析
3.1 年龄分布特征
东昆仑造山带421个低温热年代学数据展现出明显的区域性差异和阶段性演化特征,反映了不同构造单元对新生代构造-热事件的差异性响应。昆北构造单元年龄数据以 45~30 Ma 的 AFT 和 ZHe 年龄为主,显示始新世至渐新世期间该区域经历了显著的快速隆升和冷却事件,这一时期的强烈剥蚀作用与印度—亚洲大陆碰撞产生的远程效应以及区域构造应力场转变密切相关(Tapponnier et al., 2001),结合区域内卡而却卡和哈日扎等斑岩型矿床的分布特征,该构造单元 ZFT和 AHe年龄主要集中于70~50 Ma,揭示了晚白垩世—古近纪初期相对缓慢的隆升剥蚀阶段,这一时期构造相对稳定,为斑岩矿床的良好保存提供了有利条件。
昆中构造单元表现出更为古老且广泛的年龄分布,AFT和ZHe年龄主要集中于80~60 Ma,ZFT和 AHe 年龄多为 120~90 Ma,这一分布特征反映该区域自中白垩世以来经历了长期的缓慢隆升与冷却过程(Yuan et al.,2019),与区域内乌兰乌珠尔等矿床的成矿与保存历史相吻合,但长期的缓慢剥蚀作用可能导致部分早期成矿物质的流失和矿床保存程度的减弱。昆南构造单元的热年代学年龄分布较为复杂且不均一,体现出明显的多阶段隆升与冷却特征,AFT 和 ZHe 年龄在 90~35 Ma 范围内变化, ZFT和 AHe年龄更是跨越了从 130~70 Ma的宽广区间,这种复杂的冷却历史与构造带内部复杂的次级断裂系统活动以及区域地壳深部热动力学条件的变化有关,使得该地区斑岩矿床的保存条件显著变化,各个矿床的保存程度存在较大差异(图3)。通过年龄频率统计分析估计分析发现,东昆仑地区低温热年代学年龄分布呈现 3 个主要峰值:130~110 Ma(早白垩世晚期)、80~60 Ma(古新世—始新世)和 40~20 Ma(渐新世—中新世),这 3 个峰值分别对应燕山期造山后期、拉萨地体与羌塘地体碰撞以及印度—亚洲大陆主碰撞期的构造-热事件(Molnar and Tapponnier,1975;Yang et al.,2019),表明东昆仑造山带的剥蚀历史深刻记录了青藏高原多期次构造演化过程。年龄-经度关系分析显示,东段(99°~102°E)年龄相对较新(多<50 Ma),中段(95°~99°E) 年龄中等(80~50 Ma),西段(89°~95°E)年龄相对较老(多>80 Ma),这种东新西老的年龄梯度反映了新生代以来自东向西递减的构造活动强度和剥蚀速率(Clark et al.,2010),与区域斑岩矿床的空间分布和保存状况形成良好对应关系(图4)。
3.2 剥蚀速率分布特征及主控因素分析
东昆仑造山带剥蚀速率的空间分布呈现明显的区域差异性,反映出区域构造活动、气候条件以及岩性差异等多种因素的综合作用。在昆北构造单元,特别是卡而却卡、哈日扎等大型斑岩矿床区,整体剥蚀速率较高,平均达到 0.08~-0.12 mm/a(图5a)。以哈日扎地区样品为例,热史模拟结果显示该样品在约 20 Ma 以来经历了显著的快速冷却事件,冷却速率达(8.2±0.5)℃/Ma,基于区域地温梯度 30℃/km,计算得出该时期剥蚀速率为(0.27±0.02) mm/ a,累积剥蚀量达(2.4±0.2) km,这种高剥蚀速率主要与新生代印度板块与欧亚板块碰撞过程中产生的强烈远程挤压应力密切相关(图5b)。剧烈的构造运动导致区域构造抬升迅速,地表径流侵蚀能力增强,加速了地表岩体的侵蚀作用。这种高速率的剥蚀一方面促进了地表矿床浅层次矿化物质的流失,但另一方面也使深部隐伏矿床较好地保存下来,为未来矿产勘查提供了较大的潜力。
图3东昆仑造山带低温热年代学年龄分布频率直方图与核密度估计曲线(数据来源:已发表研究汇编)
图4东昆仑造山带低温热年代学年龄的空间分布特征(数据来源:已发表研究汇编)
a—年龄-经度关系散点图;b—年龄-纬度关系散点图(点的颜色分别代表AFT、ZFT、AHe与ZHe数据类型,误差棒为测试误差)
相比之下,昆中构造单元剥蚀速率相对较低,平均值介于 0.03~0.06 mm/a。这主要是由于该区域长期处于构造相对稳定状态,缺乏显著的地壳快速隆升事件,导致地表侵蚀作用强度较弱。此外,昆中区域内广泛发育中生代—新生代花岗岩体,这些岩石的抗侵蚀性相对较强,进一步降低了剥蚀速率。然而,长期稳定的低速剥蚀作用,也可能造成了该区域斑岩矿床浅层矿化物质的长期缓慢流失,降低了矿床的保存质量,对未来的勘探开发形成了一定的负面影响(莫宣学等,2003)。
昆南构造单元的剥蚀速率则表现出较大的复杂性与不均匀性,速率区间广泛波动于 0.05~0.10 mm/a。该区域复杂的构造演化历史是造成这一现象的主要原因。昆南地区经历了多期构造活动,其中包括中白垩世和新生代的多阶段构造隆升事件,这些事件相继导致了区域剥蚀速率的周期性变化。此外,该区域复杂的断裂系统和多种岩性的混合分布进一步加剧了剥蚀速率的区域不均一性。尤其是次级断裂活动频繁的区域,局部地段的剥蚀速率明显高于周边地区,可能导致矿床局部保存条件显著差异。
东昆仑地区剥蚀速率分布特征的空间差异性主要受控于区域构造演化历史和地质构造条件的变化。昆北地区构造活动强烈且持续,表现出高剥蚀速率,而昆中地区由于长期构造稳定导致剥蚀速率较低,昆南地区因复杂多阶段构造活动使得剥蚀速率空间分布极不均匀。这些剥蚀速率的差异直接影响了区域内斑岩矿床的保存状态和未来的找矿方向(袁万明等,2017)。
整体来看,其中绝大部分样品集中于低剥蚀速率区(<0.1 mm/a),而高剥蚀速率区则以局部方式分布于造山带东西两端及主要断裂交汇地带。总体分布特征显示,极缓慢—缓慢剥蚀区(<0.05 mm/a) 广泛发育于东昆仑带中段与东段的内部盆地及断裂远离区,而中等—高剥蚀速率区主要围绕阿尔金断裂、昆中断裂、昆北逆冲带等活动构造带以及大型地貌高差区分布。这种“斑块状”与“带状”并存的空间格局,反映了剥蚀过程受到构造、地貌、岩性、气候等多因素综合调控的动力学本质。
图5东昆仑造山带剥蚀速率(a)与热年代学年龄(b)的空间分布特征
a—剥蚀速率(mm/a)空间分布,颜色表示不同剥蚀速率区间;b—剥蚀量空间分布,颜色表示不同剥蚀量区间
从主控因素来看,区域构造格局是影响剥蚀速率分异的首要动力,阿尔金断裂、昆中断裂等大型走滑及逆冲断裂带的强烈活动,主导了局部地壳的垂向隆升和地形抬高(Yuan et al.,2019),并促使相关区域基岩持续暴露于地表,进而加速剥蚀过程。以阿尔金断裂带为例,晚新生代以来持续的走滑运动不仅导致高程陡增,还激发地震、滑坡等地质灾害,显著强化了该带基岩的侵蚀速率。此外,断裂交汇与转折处往往应力集中,构造抬升与基岩卸荷更为剧烈,表现为局部剥蚀热点的出现,这一点与区域内实际高剥蚀速率的分布高度一致(马忠元等,2025)。
地貌特征同样对剥蚀速率的空间变化起到重要调控作用,高程起伏大、坡度陡峭的山脊带及断裂陡坡区,剥蚀速率明显高于低缓丘陵、盆地等地势平坦区。主河道及其支流的强烈下切与高陡坡发育,为重力崩塌与高能流水侵蚀提供动力条件,使高剥蚀速率与地形极值区高度吻合(Ouimet et al.,2007)。在高海拔区,第四纪以来广泛发育的现代冰川与剧烈冰水侵蚀,亦加速了山地基岩的物质迁移,形成了以峡谷为主的局部极高剥蚀速率带 (Valla et al.,2012)。
岩性和构造岩浆体分布对剥蚀速率的局部变化产生关键影响,区域内坚硬致密的花岗岩、片麻岩抗蚀性较强,但若受节理裂隙和风化带影响,则易受流水侵蚀;反之,沉积岩、火山岩等软弱岩性区剥蚀速率普遍偏高(赵志丹等,2006)。此外,含矿斑岩体及其围岩受后期流体蚀变后,力学性能下降,抗蚀性减弱,亦成为局部剥蚀速率升高的重要原因(Cooke et al.,2005),对成矿系统的保存和暴露产生潜在影响。
气候因子则为剥蚀速率的空间分异提供了外部“助推器”。东昆仑地区总体呈现“西干东湿”降水格局,东段和高海拔区降水量明显增加,强化了地表径流与化学风化效率。构造隆升带来的地形抬高效应进一步诱发地形雨,形成“地形-降水-剥蚀”正反馈机制,使高程区和断裂带成为剥蚀作用最为活跃的地带(Whipple,2009)。综上所述,东昆仑造山带剥蚀速率的空间分布受构造活动、地貌条件、岩性差异和气候因素的综合控制,呈现出“断裂带高剥蚀、稳定区低剥蚀”的基本格局。这种差异化的剥蚀环境直接影响了区域斑岩成矿系统的保存条件,为后续成矿潜力评价奠定了基础。
3.3 剥蚀历史的时空演化与构造耦合
基于低温热年代学数据重建的剥蚀历史表明,东昆仑造山带自中生代以来经历了4个主要的剥蚀演化阶段,各阶段均与特定的区域构造背景密切相关,并对斑岩成矿系统的保存产生了差异化影响 (Liu et al.,2024)。
印支期—燕山期早期(240~150 Ma),东昆仑地区处于活跃的岩浆-构造活动期,三叠纪斑岩成矿系统在此期间形成并经历了初期的快速冷却过程 (Wu and Ding,2021)。ZFT和AFT年龄数据显示,成矿后的快速冷却主要集中于 200~150 Ma,冷却速率相对较高,反映了成矿系统从深部岩浆房向近地表环境的快速迁移过程。该阶段剥蚀作用相对强烈,但因成矿系统形成时间较短,累计剥蚀深度有限,为后期长期保存提供了初始条件(赵志丹等,2008)。
晚中生代—早新生代(150~50 Ma)构成了区域剥蚀历史中的关键稳定期。此期间构造活动显著减弱,区域整体表现为相对平静的缓慢隆升,剥蚀速率维持在较低水平。AFT 年龄数据表明,大部分样品在该时间段内保持了相对稳定的热历史,未出现显著的年龄重置现象。地貌演化以缓慢的准平原化过程为主导,为三叠纪形成的斑岩成矿系统提供了长达 100 Ma 的稳定保存环境。该漫长的低剥蚀期使区域内多数斑岩矿床在适宜的埋藏深度得以保存,构成了现今找矿勘查的重要地质基础。
始新世以来(约 50 Ma),伴随印度—亚洲大陆碰撞效应的逐步传播,东昆仑地区重新进入构造活跃期。热年代学数据显示,该时期不同构造单元开始呈现差异化的剥蚀响应特征(袁万明等,2004;赵志丹等,2021)。AHe 和部分 AFT 年龄的重置现象增多,指示了区域剥蚀作用的重新启动。该阶段的剥蚀强度仍相对温和,多数区域的剥蚀深度尚未达到完全破坏成矿系统的程度,在一定程度上促进了浅部矿化的适度暴露(袁万明等,2000b)。
新近纪以来(<23 Ma),特别是中新世之后(<10 Ma),青藏高原的快速隆升导致东昆仑地区剥蚀作用显著加强。AHe年龄普遍年轻化,局部地区低至 10~5 Ma,反映了强烈的近地表剥蚀过程(莫宣学等,2006)。该阶段的快速剥蚀主要受控于构造隆升与气候变化的双重驱动,冰川作用和强化的地表径流进一步加速了高海拔区域的物质剥蚀。由于该强剥蚀期的持续时间相对较短,大部分成矿系统的深部结构仍保持相对完整,为深部找矿奠定了地质基础(Wu et al.,2020)。
从成矿系统保存角度分析,上述阶段性剥蚀演化历史形成了东昆仑斑岩矿床“长期保存、适度暴露”的保存模式(Clark et al.,2010)。中—晚中生代的长期低剥蚀期保障了成矿系统的整体完整性,新生代的适度剥蚀作用则为浅部矿化体的识别和深部资源的评价提供了有利条件(Yuan et al.,2006)。该演化模式与全球其他主要斑岩成矿带的保存机制表现出相似特征,体现了构造演化与成矿系统保存之间的普遍联系。
4 剥蚀量约束下的斑岩矿床保存分析与成矿潜力评价
基于剥蚀量的定量分析,东昆仑造山带不同构造单元斑岩矿床的保存条件差异明显(丰成友等,2010)。昆北地区新生代以来剥蚀量较大(超过 2 km),尽管导致浅层矿化物质被广泛剥蚀,但这种深度的剥蚀也揭露了深部矿化系统,为深部矿产勘查提供了有利条件,未来深部找矿潜力较高(谢升浪等,2020)。
昆中地区由于长期较低的剥蚀量(一般在 1~1.5 km 左右),整体上有利于成矿系统的保存,但该区域成矿条件相对较弱,成矿强度较低(杨莉等, 2021)。结合区域成矿背景分析,虽然低剥蚀量为矿床保存创造了有利条件,但受限于该区域相对较弱的岩浆-热液活动强度和成矿专业化程度,矿化富集程度总体偏低。因此,未来勘查工作应在充分评估已知成矿区段找矿前景的基础上,重点关注中深部隐伏矿床,特别是在成矿条件较为有利的构造交汇部位和岩体接触带开展靶区优选。
昆南构造单元的剥蚀量差异巨大,局部区域剥蚀量可达 2 km 以上,而另一些地区则不足 1 km,这种空间差异为区域内矿床的保存状态带来了极大的不确定性(Yuan et al.,2006)。在未来的矿产勘查工作中,需要将剥蚀量数据与区域成矿背景、岩浆演化史、构造控矿条件等要素进行综合分析,建立多要素耦合的成矿潜力评价体系。对于剥蚀量较大的区域,应重点评估其深部隐伏矿床的保存条件和成矿强度;对于剥蚀量适中且成矿条件优越的区域,则应系统开展浅部-深部一体化的找矿勘查,提升找矿成功率。
低温热年代学为定量重建东昆仑造山带新生代以来的剥蚀量空间分布及其对斑岩成矿系统保存的制约提供了可靠方法(Yuan et al.,2006;杨莉等,2021)。基于AFT、AHe冷却年龄及热历史模拟,本研究反演得到东昆仑地区自中生代以来累计剥蚀量普遍为 1.0~6.0 km,其中中段与东段主成矿带以 1.5~3.5 km 的中低剥蚀量为主,西段及主要断裂带局部区块则剥蚀量可达4~6 km甚至更高。
已有研究指出,斑岩成矿系统的保存程度与其经历的后期剥蚀量密切相关。通常成矿斑岩体形成于距地表3~5 km的深度(Cooke et al.,2005),若剥蚀量适中,则成矿系统顶板得以较好保存,围岩蚀变带、热液脉型及矽卡岩型矿化体等关键成矿单元结构完整,有利于后续深部找矿与矿体埋深预测 (Whipple,2009;Yuan et al.,2019)。
区域剥蚀量空间分析结果表明,中段和东段矿床带剥蚀量主要集中于 2~3 km,与哈日扎、卡而却卡、乌兰乌珠尔等典型大型矿床高度重叠。这些低剥蚀量区域AFT、AHe年龄普遍较高,热历史模拟揭示自成矿事件后地表物质迁移有限,既保证了成矿系统的完整性,又有效暴露了浅部热液脉矿化,为识别和追索深部矿化提供了理想的地质窗口,这一结论与国内外关于成矿系统保存窗口的理论认识高度一致(杨莉等,2021)。
值得注意的是,西段及主要断裂带区块累计剥蚀量显著增加,受新生代以来青藏高原快速隆升、现代气候–冰川作用及构造活动叠加影响,AHe年龄低至 20~10 Ma,剥蚀速率超过 0.5 mm/yr,矿体顶板遭受强烈破坏,浅部矿化易于流失,热液脉型及矽卡岩型矿体保存性差,深部残余成矿系统也面临进一步侵蚀的风险(Ouimet et al.,2007;Valla et al., 2012)。这类高剥蚀区虽存在一定的斑岩型成矿条件,但保存环境不理想,后期找矿难度增大,且经济价值与资源潜力均受限(Cooke et al.,2005)。
综合区域成矿地质调查与低温热年代学数据的叠加分析发现,东昆仑低剥蚀量区块与已知大型斑岩矿床分布高度吻合。斑岩成矿系统的最佳保存窗口往往落在2~3 km剥蚀量区间,该范围既能有效揭露成矿系统浅部热液脉矿化,又能为深部隐伏斑岩体提供适宜的埋藏保护层。国外最新的成矿动力学模型亦认为,适度剥蚀是全球主要斑岩矿床富集保存的关键外动力机制(Cooke et al.,2005)。
因此,结合剥蚀量分布、低温热年代学年龄与矿床空间关系分析,东昆仑造山带未来深部找矿工作应重点聚焦于剥蚀量适中(1.5~3.5 km)、AFT/AHe 年龄较高且新生代剥蚀事件不显著的中段和东段成矿带。这些区域不仅具备斑岩系统完整保存的地质环境,而且成矿潜力显著,是未来区域斑岩型矿床勘查与资源潜力分级评价的核心地区(Yuan et al.,2019;Gong et al.,2021)。
基于低温热年代学剥蚀量约束的成矿系统保存性评价方法,不仅深化了对东昆仑斑岩矿床成矿与保存耦合机制的理解,也为青藏高原及类似造山带深部找矿模式的优化提供了理论和方法参考 (Wainwright et al.,2017)。
5 结论
本文基于 421 组低温热年代学数据,系统重建东昆仑造山带中生代以来的剥蚀历史,揭示了剥蚀量对斑岩成矿系统保存性与找矿潜力的制约作用,取得的主要认识有:
(1)低温热年代学年龄呈现三峰式分布(130~110 Ma、80~60 Ma、40~20 Ma),空间上表现为“东新西老”年龄梯度。区域平均剥蚀速率0.139 mm/a,多数区域处于缓慢剥蚀环境(<0.1 mm/a)。
(2)剥蚀量2~3 km构成斑岩成矿系统的最佳保存窗口,已知三叠纪斑岩矿床多分布于此类区域。昆北与断裂带区域剥蚀量过大(>3 km)导致浅部系统破坏,昆中与东段中部的适中剥蚀量(1.5~3 km) 有利于成矿系统保存。
(3)东昆仑剥蚀演化经历4个主要阶段,形成了 “长期保存、适度暴露”的成矿系统保存模式。中东段低剥蚀区具有显著的深部成矿潜力,建议作为未来斑岩型矿床勘查的核心靶区。
致谢 感谢青海省地质矿产勘查开发局和青海省第三地质勘查院在本研究中提供的大力支持。两家单位在以往研究和合作中提供了丰富的区域地质资料、矿床分布数据和野外工作便利,为本研究的顺利开展奠定了重要基础。特别感谢青海省第三地质勘查院在东昆仑地区矿床特征统计和基础地质资料整理方面给予的无私帮助。