隕石撞擊與成礦

徐強

【摘 要】盡管地球周圍有大氣層的保護，但目前地球上已經發現的隕石坑仍多達百余個。這些隕石撞擊地球表面引起的超高溫與高壓將引發一系列變質作用，這些作用對當地巖石、地形地貌以及居民的生活都將帶來重大的影響。加拿大Sudbury（薩德伯里）銅鎳硫化物礦床是世界上最大的銅鎳硫化物礦床，位于加拿大地盾的西南部。與一般的銅鎳硫化物礦床的成因不同，大多流行觀點認為Sudbury礦床是隕石沖擊成因型的，是由隕石撞擊地球產生巨大的能量引起地殼巖石熔融，經熔離與分異作用形成的，此成因模式也得到了許多宏觀、微觀的證據支持。而Sudbury礦床作為世界上鮮有的的不受時代和構造控制的銅鎳硫化物礦床不僅豐富了礦床的成因模式，更為我們研究找礦提供了新的思路。

【關鍵詞】加拿大Sudbury構造；隕石撞擊成因；銅鎳硫化物礦床

0 前言

隕石撞擊地球表面，在地表形成隕石坑的同時其撞擊產生的高溫與高壓將會使周圍的巖石發生變質作用，即撞擊變質作用[1]。與一般的變質作用不同，隕石撞擊變質作用是一種極端條件下的變質作用，它的熱源并非來自地球內部，與板塊運動無關，屬于一種非內力地質作用。撞擊變質作用的研究不僅具有重大的學術意義，其在經濟、地質方面所帶來的影響也是我們所不容忽視的。Sudbury（薩德伯里）礦床是現今世界上最大的銅鎳硫化物礦床，與現今典型的、已發現的眾多銅鎳硫化物礦床所不同的是，Sudbury（薩德伯里）礦床的形成并不是簡單通過一般的巖漿通道、結晶分異、重力作用等方式成礦，而是與隕石撞擊地球所引發的撞擊變質作用密切相關。隕石沖擊作用所形成的大量的熱，是引發地殼原巖大量熔融的直接原因，進而發生后續的結晶分異等一系列成礦作用富集成礦。可以說撞擊變質作用是Sudbury礦床形成的直接原因，而這也已被現今礦床學界所普遍接受。

1 礦區概況

Sudbury（薩德伯里）地區位于加拿大安大略省，在休倫湖喬治亞灣北岸，是世界最大的鎳產區和加拿大最大的銅產區，并有金、銀、鉑、鉛、鋅和鈷等伴生礦生產。Sudbury巖體總體呈橢圓形構造，長軸約66Km，短軸約27Km，從大地構造位置上看，Sudbury礦床地處加拿大地盾的西南部，位于加拿大地盾Superior（蘇必利爾）新太古代片麻巖塊體與胡仁Huronian （胡仁）古元古代火山一沉積巖地體之間的盆地內，含礦巖體為一橢圓形巖盆，侵入于太古宙基底片麻巖和花崗巖中。巖體由輝長巖、蘇長巖、閃長巖以及長英質巖石組成，具有較明顯分帶性，下部是含礦層，其上為蘇長巖，在往上是花斑巖。巖體同位素年齡為1704Ma。雜巖體的底部和頂部分別為花崗質巨礫巖和各類角礫巖，巖體周圍也存在大量的角礫巖和獨特的錐狀變形[2]。經勘查，探明鎳金屬儲量560萬噸，銅金屬儲量1000萬噸。是世界上產出規模最大的鎳礦床。迄今為止，人們在東西長60Km，南北寬20～25Km的范圍內，先后發現和圈定了各種類型鎳一銅礦床（點）49處，探明的礦石量為16億噸。

2 關于礦床隕石撞擊成因研究

關于該礦床的成因，20世紀60年代以前認為系深成巖漿熔離礦床，60年代中期出現了隕石沖擊成因的觀點[1-2]。目前流行的觀點認為，Sudbury巖盆是一顆小行星與地球撞擊形成的隕石坑，撞擊使小行星自身熔融，并由巨大的沖擊能量引起隕石坑底部地殼巖石的熔融，將先存的玄武質巖系重熔，進而儲集為單一的巖漿房，經過分異和熔離作用成礦。隕石撞擊成因的證據主要來源于該區發育的沖擊角礫巖，礦區基底巖石中發育的沖擊錐構造和沖擊變質現象等，還包括巖盆周緣發育的近似放射狀的斷裂以及巖盆附近的變質巖中找到金剛石等超高壓礦物等。

研究表明，Sudbury巖體具有的橢圓形構造，與月球、地球表面隕石坑特征極為相似。而在其周圍發現有大量的沖擊變質現象以及巖體周圍存在大量角礫巖和環繞巖體的獨特的錐狀變形，與原子彈爆炸時出現的現象極為類似。觀察發現，礦床中巖漿巖圍巖也是沖擊高溫熔融巖石結晶形成的產物。在一些微觀研究中也發現，Sudbury的Onaping建造中找到10-6級的Fulleres（富氏碳）即C60。C60中的He具有地外來源的3He/4He比值。而Masaitis等在Onaping建造中找到了6粒金剛石，粒徑50～100，結晶形態類均與在其他隕石坑中所見到的極為相似[3]。這些宏觀與微觀的證據都有力的支持了該礦床是由隕石撞擊成因這一觀點。

3 成礦機理

Dietz首先提出的天外來客的觀點無疑震撼了礦床界和天文界[1-3]。隕石沖擊說雖是目前較流行的看法，但銅鎳礦石并非從天而降，而是沖擊以后巨大的能量引發了某些地殼巖石的熔融，之后發生結晶分異作用，產生鎂鐵巖-超鎂鐵巖及銅鎳礦床[4-5]。然而筆者也認為，隕石沖擊作用只是Sudbury銅鎳硫化物礦床形成的一個礦源成因，Sudbury礦床的成礦機理與我們所熟悉的其他銅鎳硫化物礦床，如金川銅鎳硫化物礦床的形成機理有相似的地方，他們都是發生重融作用后沿斷裂運移至巖漿房經多次結晶分異、重力等作用致使成礦物質富集，形成礦體。

當隕石撞擊地球表面時，由于受到強烈的撞擊摩擦作用將產生大量的熱，上千度的高溫誘發小行星的自熔與地殼的重熔，從而使小行星與地殼原巖中的硫化物幾乎全部發生熔融。熾熱的巖漿熱液隨之進入巖漿房，在巖漿房中的熱液物質（多為鐵鎂質與長英質熱液）隨著溫度的下降，熱液物質中的硫逐漸達到飽和進而發生沉淀。而當這些含有銅鎳硫化物的含礦沉淀物質到達巖漿房底部時便形成了Sudbury底部的銅鎳硫化物礦床。而如果在巖漿融離的過程中，巖漿的冷卻速度比較快，這將導致融離作用時間變短，這樣一部分硫化物將無法沉降到巖體底部，由此便形成了枝脈浸染狀礦體。

然而由于Sudbury礦床特殊的成因模式，其又與其他類型的銅鎳硫化物礦床有所區別，Sudbury礦床是世界上鮮有的，不受時代和構造控制的礦床。Sudbury礦床熔漿熱液幾乎都來自撞擊時小行星的自融與地殼巖石的熔融，硫物質來源于地殼。研究表也明，隕石中的Cu、Ni含量很高，足以提供礦源。

4 后語

加拿大的Sudbury構造作為世界上最大的銅鎳硫化物礦床開發歷史已長達百年，而其獨有的成因類型所帶來的地質經濟意義對我們來說，今天仍是寶貴的財富。尤其是對于地質找礦研究，其意義更是不言而喻，我們幾乎可以肯定類似于Sudbury構造的隕石成因的礦床并非獨一無二，而要將這些“特殊性”的礦床發覺、開采、研究，Sudbury銅鎳硫化物礦床則為我們提供了良好的模型。同時我們也應該看到，Sudbury這種“特殊性”（隕石撞擊成因型）的礦床成因模式又不是獨立于其他銅鎳硫化物礦床孤立的存在的，我們應該看到它的形成機理也具有的普遍性。我們在尋找研究礦床時也應具有這種思路，從事物的普遍性中發現其特殊性，而又要在特殊性中發現其普遍聯系性，只有這樣我們才能進行有效的橫縱對比，建立起系統的礦床模型。

【參考文獻】

[1]游振東，劉嶸.隕石撞擊構造作用的研究現狀與前景[J].地質力學學報2008，01：22-36+21.

[2]聶鳳軍，辛洪波，張偉波，等.加拿大薩德伯里超大型鎳-銅-鉑族元素礦床[J]. 礦床地質，2013，01：217-220.（下轉第194頁）

（上接第170頁）[3]Dietz R S.Sudbury structure as an astrobleme[J] .Journa lof Geology，1964， 72（4）：412-434 .

[4]傅昭仁，李紫金.對加拿大薩德伯里撞擊構造的考察及其啟示[J]. 地質科技情報，1996，04：60-66.

[5]池涵，李楚思，蘇尚國.加拿大Sudbury隕石沖擊角礫巖中鋯石顯微構造與相變[J]. 地學前緣，2010，01：86-92.

[責任編輯：張濤]