隕石撞擊與成礦

徐強(qiáng)

【摘 要】盡管地球周圍有大氣層的保護(hù)，但目前地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的隕石坑仍多達(dá)百余個(gè)。這些隕石撞擊地球表面引起的超高溫與高壓將引發(fā)一系列變質(zhì)作用，這些作用對(duì)當(dāng)?shù)貛r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(diǎn)認(rèn)為Sudbury礦床是隕石沖擊成因型的，是由隕石撞擊地球產(chǎn)生巨大的能量引起地殼巖石熔融，經(jīng)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(jù)支持。而Sudbury礦床作為世界上鮮有的的不受時(shí)代和構(gòu)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(guān)鍵詞】加拿大Sudbury構(gòu)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(shí)其撞擊產(chǎn)生的高溫與高壓將會(huì)使周圍的巖石發(fā)生變質(zhì)作用，即撞擊變質(zhì)作用[1]。與一般的變質(zhì)作用不同，隕石撞擊變質(zhì)作用是一種極端條件下的變質(zhì)作用，它的熱源并非來自地球內(nèi)部，與板塊運(yùn)動(dòng)無關(guān)，屬于一種非內(nèi)力地質(zhì)作用。撞擊變質(zhì)作用的研究不僅具有重大的學(xué)術(shù)意義，其在經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)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(xiàn)今世界上最大的銅鎳硫化物礦床，與現(xiàn)今典型的、已發(fā)現(xiàn)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(jié)晶分異、重力作用等方式成礦，而是與隕石撞擊地球所引發(fā)的撞擊變質(zhì)作用密切相關(guān)。隕石沖擊作用所形成的大量的熱，是引發(fā)地殼原巖大量熔融的直接原因，進(jìn)而發(fā)生后續(xù)的結(jié)晶分異等一系列成礦作用富集成礦。可以說撞擊變質(zhì)作用是Sudbury礦床形成的直接原因，而這也已被現(xiàn)今礦床學(xué)界所普遍接受。

1 礦區(qū)概況

Sudbury（薩德伯里）地區(qū)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(chǎn)區(qū)和加拿大最大的銅產(chǎn)區(qū)，并有金、銀、鉑、鉛、鋅和鈷等伴生礦生產(chǎn)。Sudbury巖體總體呈橢圓形構(gòu)造，長軸約66Km，短軸約27Km，從大地構(gòu)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(nèi)，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(zhì)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(zhì)巨礫巖和各類角礫巖，巖體周圍也存在大量的角礫巖和獨(dú)特的錐狀變形[2]。經(jīng)勘查，探明鎳金屬儲(chǔ)量560萬噸，銅金屬儲(chǔ)量1000萬噸。是世界上產(chǎn)出規(guī)模最大的鎳礦床。迄今為止，人們?cè)跂|西長60Km，南北寬20～25Km的范圍內(nèi)，先后發(fā)現(xiàn)和圈定了各種類型鎳一銅礦床（點(diǎn)）49處，探明的礦石量為16億噸。

2 關(guān)于礦床隕石撞擊成因研究

關(guān)于該礦床的成因，20世紀(jì)60年代以前認(rèn)為系深成巖漿熔離礦床，60年代中期出現(xiàn)了隕石沖擊成因的觀點(diǎn)[1-2]。目前流行的觀點(diǎn)認(rèn)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(zhì)巖系重熔，進(jìn)而儲(chǔ)集為單一的巖漿房，經(jīng)過分異和熔離作用成礦。隕石撞擊成因的證據(jù)主要來源于該區(qū)發(fā)育的沖擊角礫巖，礦區(qū)基底巖石中發(fā)育的沖擊錐構(gòu)造和沖擊變質(zhì)現(xiàn)象等，還包括巖盆周緣發(fā)育的近似放射狀的斷裂以及巖盆附近的變質(zhì)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(gòu)造，與月球、地球表面隕石坑特征極為相似。而在其周圍發(fā)現(xiàn)有大量的沖擊變質(zhì)現(xiàn)象以及巖體周圍存在大量角礫巖和環(huán)繞巖體的獨(dú)特的錐狀變形，與原子彈爆炸時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象極為類似。觀察發(fā)現(xiàn)，礦床中巖漿巖圍巖也是沖擊高溫熔融巖石結(jié)晶形成的產(chǎn)物。在一些微觀研究中也發(fā)現(xiàn)，Sudbury的Onaping建造中找到10-6級(jí)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(jié)晶形態(tài)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(jù)都有力的支持了該礦床是由隕石撞擊成因這一觀點(diǎn)。

3 成礦機(jī)理

Dietz首先提出的天外來客的觀點(diǎn)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(fā)了某些地殼巖石的熔融，之后發(fā)生結(jié)晶分異作用，產(chǎn)生鎂鐵巖-超鎂鐵巖及銅鎳礦床[4-5]。然而筆者也認(rèn)為，隕石沖擊作用只是Sudbury銅鎳硫化物礦床形成的一個(gè)礦源成因，Sudbury礦床的成礦機(jī)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(jī)理有相似的地方，他們都是發(fā)生重融作用后沿?cái)嗔堰\(yùn)移至巖漿房經(jīng)多次結(jié)晶分異、重力等作用致使成礦物質(zhì)富集，形成礦體。

當(dāng)隕石撞擊地球表面時(shí)，由于受到強(qiáng)烈的撞擊摩擦作用將產(chǎn)生大量的熱，上千度的高溫誘發(fā)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(fā)生熔融。熾熱的巖漿熱液隨之進(jìn)入巖漿房，在巖漿房中的熱液物質(zhì)（多為鐵鎂質(zhì)與長英質(zhì)熱液）隨著溫度的下降，熱液物質(zhì)中的硫逐漸達(dá)到飽和進(jìn)而發(fā)生沉淀。而當(dāng)這些含有銅鎳硫化物的含礦沉淀物質(zhì)到達(dá)巖漿房底部時(shí)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(dǎo)致融離作用時(shí)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(qū)別，Sudbury礦床是世界上鮮有的，不受時(shí)代和構(gòu)造控制的礦床。Sudbury礦床熔漿熱液幾乎都來自撞擊時(shí)小行星的自融與地殼巖石的熔融，硫物質(zhì)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(gòu)造作為世界上最大的銅鎳硫化物礦床開發(fā)歷史已長達(dá)百年，而其獨(dú)有的成因類型所帶來的地質(zhì)經(jīng)濟(jì)意義對(duì)我們來說，今天仍是寶貴的財(cái)富。尤其是對(duì)于地質(zhì)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(gòu)造的隕石成因的礦床并非獨(dú)一無二，而要將這些“特殊性”的礦床發(fā)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(shí)我們也應(yīng)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(dú)立于其他銅鎳硫化物礦床孤立的存在的，我們應(yīng)該看到它的形成機(jī)理也具有的普遍性。我們?cè)趯ふ已芯康V床時(shí)也應(yīng)具有這種思路，從事物的普遍性中發(fā)現(xiàn)其特殊性，而又要在特殊性中發(fā)現(xiàn)其普遍聯(lián)系性，只有這樣我們才能進(jìn)行有效的橫縱對(duì)比，建立起系統(tǒng)的礦床模型。

【參考文獻(xiàn)】

[1]游振東，劉嶸.隕石撞擊構(gòu)造作用的研究現(xiàn)狀與前景[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)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(zhì)，2013，01：217-220.（下轉(zhuǎn)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(duì)加拿大薩德伯里撞擊構(gòu)造的考察及其啟示[J]. 地質(zhì)科技情報(bào)，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(gòu)造與相變[J]. 地學(xué)前緣，2010，01：86-92.

[責(zé)任編輯：張濤]